СИДы С КОМПЕНСИРОВАННОЙ БЕЛОЙ ТОЧКОЙ ДЛЯ ЖК-ДИСПЛЕЕВ Российский патент 2014 года по МПК G02F1/13357 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к устройствам задней подсветки для жидкокристаллических (ЖК) дисплеев и, в частности, к устройствам задней подсветки для ЖК-дисплеев, использующих светоизлучающие диоды белого света.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фиг.1 иллюстрирует один из типов цветного ЖК-дисплея, работающего на пропускание.

На фиг.1 жидкокристаллический дисплей 10 включает в себя СИДный источник 12 белого света, обеспечивающий заднюю подсветку для расположенных сверху слоев ЖК-дисплея. СИДный источник 12 белого света имеет определенные преимущества перед использованием традиционных флуоресцентных ламп, такие как размер, надежность и отсутствие необходимости в использовании высоковольтного источника питания.

В не слишком маленьких дисплеях в устройстве задней подсветки обычно используется множество СИДов белого света для более равномерного распределения света по дну слоев ЖК-дисплея и обеспечения требуемого уровня яркости. Для устройств задней подсветки небольших и средних ЖК-дисплеев СИДы белого света могут быть оптически соединены с одним или с большим количеством торцов прозрачных световодов, которые равномерно испускают свет из своей верхней поверхности. Свет из множества СИДов, иногда смешивается внутри световода. Для устройств задней подсветки средних и больших ЖК-дисплеев на нижней поверхности светосмесительной призмы может быть установлена решетка СИДов белого света. Над выходным отверстием световода или призмы помещаются диффузор, пленочный усилитель яркости или пленочный усилитель двойной яркости для смягчения или направления света для освещения слоев ЖК-дисплея. Конструкторы все время пытаются привести все выходные светимости СИДов белого света к одной "целевой" белой точке, так чтобы устройство задней подсветки выдавало равномерную "белую точку" по всей поверхности устройства задней подсветки.

Слой 13 на фиг.1 представляет собой освещенный с торца световод, а также используемую на практике любого рода смесительную оптику (смесительная призма, диффузор, пленочный усилитель яркости, пленочный усилитель двойной яркости и т.д.). Комбинация источника света 12 и световода со смесительной оптикой (слой 13) называется далее устройством 14 задней подсветки.

Поляризационный фильтр 15 линейно поляризует белый свет. После этого поляризованный свет передается в решетку 16 прозрачных тонкопленочных транзисторов, имеющую один транзистор для каждого из "субпикселей" - красного, зеленого и синего. Набор близко отстоящих друг от друга красного, зеленого и синего субпикселей называется белым пикселем, цветовая "точка" которого есть комбинация трех субпикселей. Если все RGB-субпиксели возбуждены, такая точка генерирует белый свет. Решетки тонкопленочных транзисторов хорошо известны. Решетка тонкопленочных транзисторов управляется контроллером 17 ЖК-дисплея.

Над решеткой 16 тонкопленочных транзисторов находится жидкокристаллический слой 20, а над жидкокристаллическим слоем 20 расположен прозрачный проводящий слой 22, соединенный с "землей". В одном типе ЖК-дисплея электрическое поле, поданное через зону субпикселей жидкокристаллического слоя 20, вызывает поворот плоскости поляризации света, проходящего через эту зону субпикселей, перпендикулярно входной поляризации. Отсутствие электрического поля в зоне субпикселей жидкокристаллического слоя 20 вызывает упорядочение жидких кристаллов без влияния на поляризацию света. Управление локальными электрическими полями через жидкокристаллический слой 20 производится выборочным запитыванием транзисторов. Каждый участок жидкокристаллического слоя, связанный с субпикселем, обычно называется затвором, поскольку каждый затвор управляет прохождением на выход дисплея от 0 до 100% (в предположении отсутствия потерь в системе) входного света. Жидкокристаллические слои хорошо известны и имеются в коммерческой продаже.

Поляризационный фильтр 24 пропускает только свет, поляризованный ортогонально свету, выходящему из поляризационного фильтра 15. Поэтому поляризационный фильтр 24 пропускает только свет, который был поляризован зоной возбужденных субпикселей в жидкокристаллическом слое 20, и поглощает свет, который проходит по невозбужденным участкам жидкокристаллического слоя 20. Величины электрических полей поперек жидкокристаллического слоя 20 управляют яркостями отдельных R-, G- и B-компонент и тем самым создают любой цвет в каждом пикселе воспроизведенного изображения.

Другие типы ЖК-дисплеев пропускают свет только через невозбужденные пиксели. В следующих жидкокристаллических дисплеях используются поляризаторы с различной поляризацией. В некоторых типах поляризаторов пассивная решетка проводников заменена на решетку 16 тонкопленочных транзисторов, при этом возбуждение проводника определенного ряда и проводника определенного столбца активизирует зону пикселя жидкокристаллического слоя в точке их пересечения.

После этого свет, проходящий через поляризационный фильтр 24, фильтруется RGB-пиксельным фильтром 25. Этот RGB-пиксельный фильтр 25 может быть расположен в других местах в этой стопе, таких как где-нибудь под или над жидкокристаллическим слоем 20. RGB-пиксельный фильтр 25 может состоять из слоя красного фильтра, слоя зеленого фильтра и слоя синего фильтра. Слои могут быть уложены в виде тонких пленок. В качестве примера, слой красного фильтра содержит совокупность зон фильтра красного цвета, определяющих зоны красных субпикселей дисплея. Подобным же образом, слои зеленого и синего фильтров разрешают пройти в зонах зеленых и синих субпикселей только зеленому и синему свету. Соответственно, RGB-пиксельный фильтр 25 обеспечивает фильтр для каждого из субпикселей R-, G- и B- в дисплее.

RGB-пиксельный фильтр 25 осуществляет внутреннее отфильтровывание по меньшей мере двух третей всего достигающего его света, поскольку каждая фильтрующая зона субпикселя разрешает проход только одному из трех основных цветов. Это важный фактор обычно слабой эффективности ЖК-дисплеев предшествующего уровня техники. Общее пропускание слоев ЖК-дисплея над задней подсветкой 14 составляет порядка 4-10%.

Один тип СИДа белого света показан на фиг.2. СИД 30 содержит "перевернутую" СИДный кристалл, образованный из активного полупроводникового светоизлучающего слоя 32, расположенного между слоем 33 р-типа и слоем 34 n-типа. По желанию подложка выращивания (например, сапфир) удалена. СИДный кристалл испускает синий свет. Обычными материалами для СИДного кристалла являются GaN и SiC. Примеры формирования таких СИДов описаны в патентах США № 6649440 и 6274399, оба из которых приписаны компании Philips Lumileds Lighting и включены сюда в качестве ссылки.

СИДный кристалл помещен на субопору 36, выполненную из любого подходящего материала, такого как керамика или кремний. Этот СИДный кристалл имеет нижние металлические контакты 38, которые связаны с соединенными с субопорой 36 металлическими опорами 40 через золотые шарики 44. Промежуточные элементы через субопору 36 связаны с металлическими опорами на нижней поверхности субопоры 36, которые соединены с металлическими выводами на печатной плате 46. Металлические выводы соединены с другими СИДами или с источником питания.

Поскольку СИДный кристалл испускает только синий свет, то для получения белого света должны быть добавлены красная и зеленая световые компоненты. Такие красная и зеленая компоненты обеспечиваются слоем 48 люминофора, который содержит красный и зеленый люминофоры или содержит желто-зеленый люминофор (например, АИГ). Слой 48 люминофора может также покрывать боковые стороны СИДного кристалла. Существует много известных способов наложения слоя люминофора на синий кристалл для получения белого света.

Слой 48 люминофора допускает определенный процент прохождения синего света СИДа. Некоторая часть синего света люминофором поглощается и вторично испускается в виде красного или зеленого света (или в виде желто-зеленого света). Комбинация синего света и излучения люминофора дает белый свет. Целевая белая точка достигается выбором плотностей частиц люминофора в слое, относительным количеством люминофоров и толщиной слоя люминофора.

Даже если поставляемые производителем синие СИДы могут быть выполнены с использованием одних и тех же повторяемых процедур, доминантные длины волны синих СИДов изменяются от партии к партии и даже внутри одной же партии. Когда для конкретных применений доминантная длина волны важна, производитель возбуждает синие СИДы и измеряет их доминантные длины волн, а затем группирует СИДы в соответствии с их длинами волн. Доминантные длины волны могут отличаться на 40 нм, и каждая группа обычно может включать в себя СИДы внутри диапазона 5-8 нм (то есть, с отклонением в 2,5-4 нм от центральной длины волны группы). Обычный диапазон для доминантных длин волн синих СИДов, используемых в качестве СИДов задней подсветки, составляет 420-460 нм.

Раньше конструкторы устройств задней подсветки старались привести белые точки всех СИДов устройств задней подсветки одинаковыми, так чтобы человеческий глаз воспринимал один и тот же белый цвет, испускаемый по всей поверхности задней подсветки и при переходе от одного устройства задней подсветки к другому. Это может быть сделано точным подбором кристаллов и точной воспроизводимостью характеристик слоя люминофора для каждого кристалла. Это расточительно по отношению к тем СИДным кристаллам, которые не соответствуют доминантной длине волны. Альтернативно, характеристики слоя люминофора могут быть подогнаны под группу синего СИДа, так чтобы результирующая белая точка для каждого СИДа совпадала с единственной целевой белой точкой. Все такие белые цвета для человеческого глаза будут казаться одинаковыми.

Авторы настоящего изобретения измерили ослабление света слоями дисплея в зависимости от длины волны и определили, что ослабление света в видимом диапазоне с длиной волны изменяется. Это изменение в диапазоне длин волн синего цвета самое большое. Ослабление света происходит из-за комбинированного ослабления поляризаторами, электродами из окиси индия и олова (прозрачный заземленный слой), жидкокристаллического слоя и RGB-фильтрами. Кроме того, есть также неравномерное ослабление световодом (если он используется), диффузором (если он используется) и пленкой усиления яркости (если она используется).

Авторы изобретения обнаружили, что из-за изменения ослабления света слоями ЖК-дисплея в зависимости от длины волны, даже если белые точки СИДов задней подсветки подогнаны формированием характеристик люминофора под каждую группу синих СИДов, измеренный цветовой выход ЖК-дисплея непостоянен по поверхности ЖК-дисплея, как тогда, когда все пиксели полностью "включены", чтобы получился качественный дисплей с белым светом.

Поэтому необходимо СИДное устройство задней подсветки, которое привело бы к тому, чтобы цветовой выход ЖК-дисплея был постоянен по поверхности этого ЖК-дисплея и от одного ЖК-дисплея к другому.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ослабление света слоями ЖК-дисплея в полосе длин волн синего цвета увеличивается по мере того, как длина волны синего цвета становится меньше. Авторы изобретения обнаружили, что для того чтобы достичь равномерности синей цветовой компоненты по поверхности экрана ЖК-дисплея, белые точки (коррелированные цветовые температуры) всех различных СИДов белого света не должны соответствовать одна другой, когда доминантные длины волн синих СИДных кристаллов различны. Это идет вразрез с обычной целью конструкторов задней подсветки ЖК-дисплея.

Чтобы сместить ослабление по длинам волн слоев ЖК-дисплея, синие СИДные кристаллы, которые испускают относительно короткую доминантную длину волны синего цвета, имеют слои люминофора, подобранные таким образом, чтобы они допускали большее "протекание" синего цвета по сравнению со слоями люминофоров для кристаллов синих СИДов, которые испускают более длинную доминантную длину волны синего цвета. Другими словами, поскольку жидкокристаллический дисплей ослабляет более короткие "синие" волны в большей степени, чем более длинные "синие" волны, то для того, чтобы "синий" выходной сигнал ЖК-дисплея был бы одинаковым независимо от того, освещен ли дисплей задней подсветкой с использованием синих СИДов с короткими волнами или с использованием синих СИДов с длинными волнами. На количество синего света, поданного с задней стороны ЖК-дисплея, влияет только "утечка" через люминофор.

Хотя в приведенных примерах для характеристики синих СИДов используются доминантные длины волны, вместо них могут использоваться длины волны максимума излучения.

Чтобы получить для различных групп отбора различную величину "утечек" через слой люминофора, подгоняется толщина слоя люминофора и/или плотность частиц люминофора. В меньшей степени относительный процент красного и зеленого люминофоров может быть отрегулирован за счет различных энергий возбуждения, подаваемых на кристалл СИДа.

Для получения равномерного выхода красного и зеленого света СИДа слой люминофора должен, тем не менее, подавать и красную и зеленую световые компоненты белого света. Поскольку ослабление СИДом красного и зеленого света с длиной волны изменяется незначительно, величины красной и зеленой световых компонент СИДа белого света могут быть постоянными для всех СИДов.

Поскольку различные СИДы белого света, используемые для задней подсветки, будут испускать по существу одинаковые компоненты красного и зеленого света, но при этом в зависимости от доминантной длины волны каждого СИДного кристалла будут излучать различные уровни яркости синего света, то в том случае, когда для задней подсветки будут использоваться СИДы из разных групп, белые точки различных СИДов будут разными, вызывая видимость неравномерности выходного свечения устройства задней подсветки по его поверхности. Это особенно очевидно в тех зонах задней подсветки, где свет от различных СИДов не перемешан тщательно. СИДы белого света, испускающие синий цвет с более короткими доминантными длинами волн, будет казаться более синим, чем СИДы белого света, испускающие синий цвет с более длинными доминантными волнами.

Если бы каждое устройство задней подсветки содержало бы только СИДы белого света с использованием всех синих СИДов из одной и той же группы, тогда белая точка по всему устройству задней подсветки была бы по существу одинаковая. Преимущество настоящего изобретения в этом случае состоит в том, что выходной цвет СИДов будет постоянен от одного СИДа к другому независимо от того, какая из групп СИДов была использована для установки их в устройства задней подсветки.

Такое управление белыми точками СИДов задней подсветки приемлемо для тех устройств задней подсветки, в которых СИДы белого света установлены по торцу световода, и для тех устройств задней подсветки, в которых эти СИДы расположены сразу же за слоями ЖК-дисплея.

В одном варианте исполнения люминофор для кристалла конкретного синего СИДа нанесен над этим кристаллом формовочной припрессовкой люминофора поверх кристалла. Это сделано приготовлением взвеси люминофорного порошка в жидкой связующей субстанции, такой как кремний с высоким показателем преломления, затем заполняем смесью люминофора/связующего вещества всех полостей формы. После этого в форму прикладываются закрепленные на вафельной субопоре синие СИДы таким образом, чтобы каждый синий СИД был погружен в материал "люминофор/связующей вещество" с заполнением полостей. Затем материал "люминофор/связующей вещество" отверждается, после чего вафельная субопора отделяется от формы. Предпочтительно, чтобы все синие СИДы, заполняющие вафельную подложку, были выбраны из одной и той же группы, так чтобы материал "люминофор/связующей вещество" и/или характеристики формы были идентичными для всех СИДных кристаллов.

В другом варианте исполнения пластины люминофора, зафиксированные сверху на СИДных кристаллах, подгоняются в соответствии с группой СИДа.

Сверху на узел "кристалл/люминофор" может быть припрессована прозрачная линза для повышения извлечения света и с целью защиты СИДа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой условный вид обычного ЖК-дисплея с белой СИДной задней подсветкой.

Фиг.2 представляет собой вид в поперечном сечении одного типа СИДа белого света, использующего кристалл синего СИДа и слой люминофора для добавки красной и зеленой компонент.

Фиг.3 представляет собой график характеристик RGB-фильтра в обычном ЖК-дисплее одновременно с измеренным выходом из ЖК-дисплея синего, зеленого и красного света, показывающий, что измеренный выход не соответствует характеристикам RGB-фильтра, и показывающий, что синий свет более коротких длин волн ослабляется сильнее, чем синий свет более длинных волн.

Фиг.4 представляет собой график изменения v' компоненты в стандартной диаграмме цветности МКО u'v' по длинам волн синего цвета.

Фиг.5 представляет собой график выходных спектральных распределений двух разных СИДов белого света, у которых белые точки различны, но цветовой выход ЖК-дисплея при использовании в устройстве задней подсветке любого из этих СИДов один и тот же.

Фиг.6 представляет собой вид в поперечном сечении ЖК-дисплея, включающего в себя слои ЖК-дисплея и устройство задней подсветки из СИДов белого света, в которой СИДы белого света упорядочены в решетке непосредственно за слоями ЖК-дисплея.

Фиг.7 представляет собой вид в поперечном сечении ЖК-дисплея, включающего в себя слои ЖК-дисплея и устройство задней подсветки из СИДов белого света, в котором СИДы белого света скреплены с торцом световода для создания задней подсветки.

Фиг.8А-8С иллюстрируют двухэтапный процесс повторного прессования для припрессовки подогнанного слоя люминофора поверх синего СИДного кристалла с последующей формовкой над кристаллом и люминофором прозрачной линзы.

Фиг.9А и 9В иллюстрируют крепление подогнанной пластинки люминофора над синим СИДным кристаллом с последующей формовкой над кристаллом и люминофором прозрачной линзы.

Фиг.10 представляет собой блок-схему, определяющую различные этапы, используемые для изготовления ЖК-дисплея, использующего СИДы белого света в соответствии с одним вариантом исполнения настоящего изобретения.

Элементы, которые являются одними и теми же или одинаковыми, помечены одними и теми же ссылочными позициями.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение может использовать кристаллы обычные синих СИДов, таких как синие СИДы на AlInGaN, производимые правоприемником настоящего изобретения. В приведенных здесь примерах "перевернутый" СИДный кристалл используется для простоты описания. Кристалл синего СИДа может быть таким же, как показанный на фиг.2, с удаленной подложкой роста.

Примеры формирования СИДов описаны в патентах США № 6649440 и 6274399, оба из которых приписаны компании Philips Lumileds Lighting и включены сюда в качестве ссылки.

Предполагается, что синие СИДы для применения в устройствах задней подсветки имеют доминантную длину волны приблизительно в 440 нм. Однако по причинам, присущим природе процессов изготовления СИДов, доминантные длины волн обычно находятся в диапазоне между, примерно, 420 и 460 нм. Кристаллы синих СИДов затем запитываются и тестируются измерительным устройством для определения доминантной длины волны каждого СИДа. После этого кристаллы сортируются - физически, либо сохранением после тестирования положения СИДного кристалла на вафельной подложке в памяти. Каждая группа может включать в себя кристаллы, имеющие доминантную длину волны в приблизительном диапазоне в 2-4 нм относительно указанной доминантной длины волны группы.

Термин "доминантная длина волны" относится к отдельной длине волны, которая воспринимается глазом человека и определяется как длина волны монохромного света, который имеет такой же видимый цвет, как и источник света. Если цвет отдельной длины волны ("Х" нм) неотличим от цвета данного СИДа, тогда тот СИД имеет доминантную длину волны Х нм.

Другой путь сортировки синих СИДов состоит в измерении длины волны их максимума излучения. Длина волны максимума излучения определяется как отдельная длина волны, в которой спектр измеряемого излучения светового источника достигает своего максимума. Он не представляет собой излучение светового источника, воспринимаемое глазом человека. Соответственно, и доминантная длина волны, и длины волны максимума излучения могут быть использованы для сортировки синих СИДов, хотя в приводимых примерах будет использоваться доминантная длина волны.

Характеристики ослабления излучения по длинам волн конкретного ЖК-дисплея на предмет использования его с устройством задней подсветки определяются "приложением" источника света с широким спектром к задней поверхности слоев ЖК-дисплея с последующим измерением светового выхода ЖК-дисплея на различных длинах волн.

Фиг.3 представляет собой упрощенную картину характеристик светового ослабления цветных RGB-фильтров (полужирные линии) в конкретном жидкокристаллическом дисплее. Наряду с сохраненными относительными характеристиками фильтра, величины нормализованы таким образом, что максимум красного цвета красного фильтра приведен к 1,0. В идеальном случае фильтры должны были бы давать постоянное ослабление в узкой полосе частот, а затем - быстрый завал. Однако в реальном жидкокристаллическом дисплее характеристики выявляют сильную зависимость от длины волны.

Как видно из графика, линия 50 синего фильтра показывает минимальное ослабление синего света на длине волны 440 нм, пунктирная линия 52 зеленого фильтра показывает минимальное ослабление зеленого света на длине волны 520 нм, и линия 54 красного фильтра - по существу неизменна. В идеальном случае количество синего света через синий фильтр постоянно по всему диапазону доминантных длин волн кристаллов синего СИДа, однако, это не так.

Фиг.4 показывает характеристику ослабления ЖК-дисплея в диапазоне синего света, которая согласуется с фиг.3. На фиг.4 для конкретного ЖК-дисплея построено изменение по длинам волн v' цвета света, направленного в жидкокристаллический дисплей, относительно цвета света, вышедшего из ЖК-дисплея, где v' есть отложенная по оси у величина по стандартной диаграмме цветности МКО. Стандартная диаграмма цветности МКО показывает соответствующие цвета на пересечении величин u' и v'. В идеальном случае изменение v', обусловленное слоями ЖК-дисплея, было бы одинаковым по всем длинам волн. Большее изменение величины v' на коротких длинах волн синего диапазона коррелируется с бóльшим ослаблением жидкокристаллическим дисплеем и "сдвигом вверх" на диаграмме цветности МКО цветов, отличных от синего.

Возвращаясь назад к фиг.3, - на ней измеренный световой выход ЖК-дисплея для каждой длины волны показан более тонкими линиями 56, 58 и 60. Это измерение может быть выполнено освещением слоев ЖК-дисплея со стороны задней подсветки источником света с широким спектром, полностью включив только пиксели одного цвета (красного, зеленого или синего), а затем используя оптическое измерительное оборудование для измерения световой яркости на длине волны этого одного цвета. Выходная линия 58 зеленого света масштабированием приведена к линии 52 зеленого фильтра, но относительные величины выходной линии 56 синего света, выходной линии 58 зеленого света и выходной линии 60 красного света сохранены. Измеренная выходная линия 56 синего света по мере уменьшения длины волны, как показано, все более расходится с линией 50 синего фильтра. Выходная линия 58 зеленого света совпадает с характеристикой зеленого фильтра. Выходная линия 60 красного света несколько ослабляется слоями ЖК-дисплея, но поскольку выходная линия красного света является "плоской", ослабление слоями ЖК-дисплея по всему красному диапазону незначительно зависит от длин волн.

Вследствие зависимости характеристики ослабления слоев ЖК-дисплея от длин волн белая точка (белые точки) ЖК-дисплея не будет(ут) оставаться такой же (такими же), как белая точка (белые точки) задней подсветки, когда все - красный, зеленый и синий пиксели будут включены одновременно.

Вертикальные пунктирные линии 64-68 представляют центральные длины волны пяти различных групп сортировки синих СИДных кристаллов, определенных либо измерением доминантных длин волн, либо длин волн максимума излучения. Как видно из фиг.3, жидкокристаллический дисплей ослабляет синий свет группы 64 гораздо сильнее, чем синий свет группы 68. Это значит, что если у синих СИДов всех групп будет одно и то же пропускание синего света, то наблюдаемый синий свет, вышедший из ЖК-дисплея, когда он освещен СИДом из группы 64, будет менее ярким, чем выходной синий свет, когда дисплей освещен СИДом из группы 68. Это вызовет изменение исходящего из ЖК-дисплея синего света по поверхности дисплея, поскольку устройство задней подсветки не производит равномерного смешения всего света от различных СИДов белого света по всей своей выходной поверхности. Для устройства задней подсветки с торцевым освещением особенно соответствует сказанному ситуация по краям задней подсветки, где расположены СИДы, и свет перемешан не полностью. Для систем со смесительными призмами, в которых СИДы распределены непосредственно с задней стороны ЖК-дисплея, цветовая неравномерность будет иметь место по всему экрану вблизи каждого СИДа.

Для компенсации волновых характеристик ослабления слоев ЖК-дисплея слой люминофора над синими СИДами "подгоняется" под каждую группу синих СИДов, с тем, чтобы для групп с более короткими длинами волн разрешить прохождение большего синего света. Обусловленные слоем люминофора красная и зеленая световые компоненты белого света должны по существу остаться незатронутыми. Таким образом, СИДы белого света, образованные с использованием коротковолновых синих СИДов из группы 64, - поскольку через жидкокристаллический дисплей будет проходить больше синего света - для человеческого глаза будут видны более синими по сравнению с СИДами белого света, образованными с использованием более длинноволновых синих СИДов из групп 65-68. Белый свет от СИДов, образованных с использованием синих СИДных кристаллов из группы 68, будет казаться менее синим, чем свет от всех других СИДов белого света из групп 64-67.

Регулировка пропускания синего света может быть выполнена изменением плотности частиц люминофора в связующей субстанции или деланием слоя люминофора более тонким.

Фиг.5 представляет собой график, представляющий испускание света из двух различных СИДов белого света, в которых слой люминофора был "подогнан" для коррекции величины пропускания синего света. Белый свет не прошел через жидкокристаллический дисплей. Кривая 72 показывает относительную яркость испущенного света на различных длинах волн для СИДа белого света, использующего синий СИД с более короткой доминантной длиной волны или длиной волны максимума излучения. Кривая 74 показывает относительную яркость испущенного света на различных длинах волн для СИДа белого света, использующего синий СИД с большей длиной волны. Если бы эти СИДы белого света были использованы для задней подсветки ЖК-дисплея, то белая точка ЖК-дисплея (все пиксели включены) для обоих СИДов была бы в точности одной и той же, даже несмотря на то, что белая точка СИДа с кривой испускания 72 на выходе устройства задней подсветки казалась бы более синей. Следует заметить, что выходы зеленого и красного света СИДов белого света по фиг.5 являются одинаковыми, поскольку слои люминофора на обоих синих СИДах генерируют одинаковые зеленые и красные компоненты.

Поэтому при использовании настоящего изобретения устройство задней подсветки со СИДами белого света, образованными с использованием синих СИДов из разных групп, имело бы неодинаковую белую точку по своей поверхности.

Если бы устройство задней подсветки было заполнено белыми СИДами, образованными с использованием синих СИДов из одной и той же группы, тогда белая точка по всей поверхности устройства задней подсветки была бы одинаковой. Выгода настоящего изобретения в этом случае состоит в том, что выходной цвет ЖК-дисплеев будет неизменным от одного ЖК-дисплея к другому независимо от того, какая группа СИДов была использована для заполнения устройства задней подсветки.

Фиг.6 показывает компенсированные СИДы белого света 76, такие как СИДы белого света, представленные на фиг.5, установленные на дне отражательной смесительной призмы 78 задней подсветки. Предполагается, что кристаллы синих СИДов, использовавшихся для образования СИДов 76, были из различных групп, так что при этом белые точки СИДов 76 будут разными. Свет от СИДов 76 дополнительно смешивается диффузором 80. Хотя свет от СИДов в устройстве задней подсветки (состоящего из СИДов 76, призмы 78 и диффузора 80) в какой-то степени смешивается, излучение из задней подсветки все еще неравномерно по поверхности устройства задней подсветки из-за различных белых точек СИДов 76. Однако цветовой выход слоев 82 ЖК-дисплея в диапазоне длин волн синего цвета будет по существу равномерным по всему ЖК-дисплею вследствие подгонки слоя (слоев) красного и зеленого люминофоров. Вместо этого может быть использован слой желто-зеленого люминофора АИГ, причем этот слой люминофора подогнан, как описано выше, для корректировки величины пропускания синего света. Слой 82 СИДа может быть таким, как показанный на фиг.1

Поскольку материалы устройства задней подсветки могут сами в различной степени ослаблять волны синего света, то ослабление синего света также должно приниматься во внимание при подгонке слоя люминофора.

Фиг.7 показывает другой тип ЖК-дисплея, использующий световод задней подсветки 84, такой как выполненный из материала РММА. Для достижения равномерного отражения света вверх с целью освещения задней поверхности слоев ЖК-дисплея 82 могут использоваться призмы или нанесение шероховатости на нижнюю поверхность устройства задней подсветки. Как упоминалось ранее, хотя свет от СИДов в какой-то степени смешивается в устройстве 84 задней подсветки, излучение от устройства 84 задней подсветки все еще неравномерно по всей поверхности задней подсветки из-за СИДов 76. Однако цветовой выход слоев 82 ЖК-дисплея в диапазоне длин волн синего цвета будет по существу равномерным по всему жидкокристаллическому дисплею вследствие подгонки слоя (слоев) красного и зеленого люминофоров. Поскольку ослабление синего света материалом РММА с длиной волны изменяется, эту характеристику ослабления синего света также следует принимать во внимание при подгонке слоя люминофора.

Фиг.8А-8С иллюстрируют один способ формирования "подогнанного" слоя люминофора над кристаллом синего СИДа. На фиг.8А на "вафле" 86 субопоры имеется прикрепленная к ней решетка кристаллов 88 синих СИДов, предпочтительно, из одной и той же группы. На "вафле" 86 может быть установлено более 100 СИДов. "Вафля" 86 субопоры может быть керамической с металлическими накладками/выводами, связанными с каждым СИДным кристаллом 88.

Форма 90 имеет полости 91, соответствующие требуемой форме слоя люминофора над каждым СИДным кристаллом 88. Форма 90, предпочтительно, выполнена из металла. В качестве расцепительного слоя поверх формы 90 может быть помещена очень тонкая неприклеивающаяся пленка или же, при необходимости, форма 90 может иметь нелипкий поверхностный слой.

Полость 91 формы 90 заполняются термоотверждаемой смесью частиц 92 красного и зеленого люминофора с кремниевой связующей субстанцией 94. Кремний имеет большой показатель преломления (то есть, 1,76), достаточный для того чтобы значительно увеличить световой выход из СИДа AlInGaN. Плотность частиц 92 люминофора и/или толщина слоя люминофора выбираются такими, чтобы достичь нужной величины пропускания синего света для используемых СИДов из конкретной группы, как описано ранее.

"Вафля" 86 и форма 90 соединяются вместе, и между краями "вафли" 86 и формы 90 создается вакуумное уплотнение. Поэтому кристалл каждого СИДа вставляется в люминофорную смесь, а сама смесь находится в условиях сжатия.

После этого форма 90 нагревается до температуры около 150°С (или до иной требуемой температуры) на время, необходимое для отверждения связующего материала.

После этого "вафля" 86 от формы 90 разъединяются. Связующий материал затем может быть дополнительно отвержден нагреванием или ультрафиолетовым излучением.

Фиг.8В поверх каждого из СИДов, имеющих подогнанный слой 95 люминофора, припрессована прозрачная кремниевая линза. Полости формы 96 заполнены жидким или размягченным кремнием 98, а "вафля" 86 и форма 96 соединены вместе, как описано выше. После этого кремний 98 отверждается, а "вафля" 86 и форма 96 разъединяются, в результате чего получается конструкция, показанная на фиг.8С, в которой над каждом из СИДных кристаллов и люминофоными слоями сформирована прозрачная линза 100. Затем "вафля" 86 субопоры разрезается (например, вдоль пунктирной линии) для разделения СИДов белого света. После этого субопоры СИДов белого света могут быть размещены на печатной плате, так как показано на фиг.2, вместе со всеми остальными белыми СИДами для использования в устройстве задней подсветки.

Дополнительные подробности по формовочному прессованию люминофора и линз можно найти в патентной публикации США 20080048200, озаглавленной «СИД с люминофорной мозаикой и припрессованный люминофор в линзе» Герда Мюэллера и др., включенной сюда в качестве ссылки.

Как показано на фиг.9А и 9В, вместо формовки слоя люминофора слой люминофора может быть выполнен в виде пластинок 103 и прикреплен к верхней поверхности СИДного кристалла 88 с использованием тонкого слоя кремния, подобно конструкции, показанной на фиг.2. Толщина пластинок 103 и/или плотность частиц люминофора подбираются для каждой группы СИДных кристаллов синих СИДов, чтобы пропускать через себя нужное количество синего света. Один из способов формирования листа керамического люминофора состоит в спекании частиц порошка люминофора с использованием тепла и давления. Процент синего света, проходящего сквозь эту пластину, зависит от плотности люминофора и толщины пластинки, которую можно точно контролировать. Другим способом формирования тонкого листа люминофора является раскатывание люминофорного "теста" в тонкий лист, а затем его сушка. Формирование таких пластинок керамического люминофора описано в патентной публикации США 20050269582, озаглавленной «Люминесцентная керамика для светоизлучающего диода» Герда Мюэллера и др., включенной сюда в качестве ссылки.

После этого над СИДным кристаллом и люминофорной пластинкой формуется линза 100, используя тот же самый процесс, который описан со ссылкой на фиг.8В и 8С.

Прозрачная линза повышает выход света, а также защищает СИД и люминофор.

Фиг.10 представляет собой блок-схему, показывающую различные этапы одного варианта исполнения настоящего изобретения.

На этапе 111 определяют характеристики ослабления слоев ЖК-дисплея и материалов устройства задней подсветки дисплея в зависимости от длины волны синего света. Если задняя подсветка вносит пренебрежимо малое ослабление, характеристиками устройства задней подсветки можно пренебречь.

На этапе 112 измеряют доминантные длины волн кристаллов синих СИДов, и СИДы сортируются в соответствии с их доминантными длинами волн.

На этапе 113 определяют необходимые характеристики (например, плотность, толщину, отношение) красного и зеленого слоев люминофора над синим СИДным кристаллом для синего СИДного кристалла каждой группы с целью получения выходного белого света из СИДов, необходимого для достижения равномерного цветового выхода ЖК-дисплея, принимая во внимание характеристики ослабления слоев ЖК-дисплея и материалов устройства задней подсветки дисплея в зависимости от длины волны синего света. Это определение может быть выполнено с использованием какого-либо алгоритма моделирования или эмпирическими способами.

На этапе 114 над синим СИДным кристаллом группы обеспечивают слой красного и зеленого люминофора (или слой АИГ), "подогнанный" под эту группу. Это может быть сделано прикреплением над СИДным кристаллом "подогнанной" люминофорной пластинки (этап 115) или припрессовкой над СИДным кристаллом "подогнанного" слоя люминофора (этап 115), или с использованием какой-либо иной техники.

На этапе 117 над кристаллом и люминофором формуют прозрачную линзу для повышения светового выхода и защиты СИДа и люминофора.

На этапе 118 получившиеся СИДы белого света используют в устройстве задней подсветки, для того чтобы в цветном жидкокристаллическом дисплее добиться равномерного выхода зеленого, красного и синего света по каждому жидкокристаллическому дисплею, а также для достижения равномерного цвета от одного ЖК-дисплея к другому.

Хотя обычный ЖК-дисплей будет ослаблять синий свет более коротких длин волн в большей степени, чем более длинноволновой синий свет, настоящее изобретение широко применимо в тех жидкокристаллических дисплеях, которые имеют неравномерные волновые характеристики ослабления синего света.

Хотя здесь были показаны и описаны конкретные варианты исполнения настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будут очевидны изменения и модификации, которые могут быть внесены в него без отклонения от настоящего изобретения в его более широких аспекта, и поэтому приложенные пункты формулы изобретения предназначены для ограничения внутри определенного ими объема изобретения всех таких изменений и модификаций как соответствующих истинной сущности и объему настоящего изобретения.

Устройство задней подсветки для цветного ЖК-дисплея включает в себя светодиоды (СИДы) белого света, образованные с использованием синего СИДа со слоем красного и зеленого люминофоров над ним. Для обеспечения равномерности компоненты синего света по поверхности экрана ЖК-дисплея, а также для достижения неизменности светового выхода от одного ЖК-дисплея к другому, прохождение синего света через слой люминофора приспосабливается под доминантную длину волны или длину волны максимума излучения кристаллов синего СИДа. В устройстве задней подсветки используются кристаллы синих СИДов, имеющие различные доминантные длины волн или длины волн максимума излучения. Разная величина прохождения света через соответствующим образом приспособленные слои люминофора смещает ослабление по длинам волн слоев ЖК-дисплея. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ формирования системы ЖК-дисплея (LCD), используя светоизлучающие диоды (СИД), которые испускают белый свет, этот способ включает в себя:
определение характеристик ослабления в зависимости от длин волн синего света по крайней мере слоев ЖК-дисплея, использованных для формирования системы цветного дисплея, при этом в диапазоне видимых длин волн синий свет более коротких волн ослабляется слоями ЖК-дисплея отлично от синего света более длинных волн;
измерение доминантных длин волн или длин волн максимума излучения кристаллов синих СИДов;
обеспечение слоев люминофора над кристаллами синих СИДов, эти слои люминофора разрешают синему свету, испущенному из кристаллов синих СИДов, проходить через слои люминофора, при этом величина прохождения синего света через слои люминофора управляется коррекцией характеристик слоев люминофора, при этом величина прохождения синего света через слой люминофора над кристаллом синего СИДа соответствует доминантной длине волны или длине волны максимума излучения кристалла синего СИДа, и при этом слой люминофора для первого кристалла синего СИДа, имеющего первую доминантную длину волны или длину волны максимума излучения, приспособлен, чтобы разрешить прохождение большего количества синего света по сравнению со слоем люминофора для второго кристалла синего СИДа, имеющего, по существу другую доминантную длину волны или длину волны максимума излучения, для того чтобы по крайней мере частично сместить характеристики ослабления в зависимости от длины волны синего света слоев ЖК-дисплея;
при этом свет, испущенный комбинацией синего света, проходящего через слой люминофора, и света, излученного слоем люминофора, является белым светом, имеющим белую точку, по крайней мере частично зависящую от количества синего света, прошедшего через слой люминофора, а кристаллы синих СИДов, имеющие связанные с ними слои люминофора, являются СИДами белого света, и
обеспечение по меньшей мере одного из СИДов белого света в качестве источника света для задней подсветки для освещения слоев ЖК-дисплея.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя соединение по меньшей мере одного СИДа белого света с устройством задней подсветки.

3. Способ по п.2, дополнительно включающий в себя подсоединение устройства задней подсветки к слоям ЖК-дисплея, чтобы освещать слои ЖК-дисплея.

4. Способ по п.1, в котором обеспечение по меньшей мере одного из СИДов белого света в качестве источника света для задней подсветки включает в себя обеспечение множества СИДов белого света в качестве источника света, при этом СИДы белого света в множестве СИДов, обеспеченных в качестве источника света для задней подсветки, имеют различные белые точки.

5. Способ по п.1, в котором слои люминофора включают в себя частицы красного и зеленого люминофора.

6. Способ по п.1, в котором коррекция характеристик слоев люминофора включает в себя коррекцию плотности частиц люминофора, причем меньшая плотность частиц люминофора разрешает прохождение через слой люминофора большего количества синего света.

7. Способ по п.1, в котором коррекция характеристик слоев люминофора включает в себя коррекцию толщины слоев люминофора, причем более тонкий слой люминофора разрешает прохождение через слой люминофора большего количества синего света.

8. Способ по п.1, в котором обеспечение слоев люминофора над кристаллами синих СИДов включает в себя припрессовку слоев люминофора над кристаллами синих СИДов.

9. Способ по п.1, в котором обеспечение слоев люминофора над кристаллами синих СИДов включает в себя крепление пластинок люминофора над кристаллами синих СИДов.

10. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя:
подсоединение по меньшей мере одного СИДа белого света к устройству задней подсветки,
подсоединение устройства задней подсветки к слоям ЖК-дисплея, чтобы освещать слои ЖК-дисплея; и
возбуждение, по меньшей мере, одного СИДа белого света.

11. Осветительная система, содержащая:
множество светоизлучающих диодов (СИДов) белого света, причем, каждый СИД белого света содержит СИДный кристалл, который испускает синий свет, и слой люминофора, при этом свет, испущенный комбинацией синего света, проходящего через слой люминофора, и света, излученного слоем люминофора, является белым, имеющим белую точку, по крайней мере частично зависящую от количества синего света, прошедшего через слой люминофора, и
устройство задней подсветки, содержащее СИДы белого света, и устройство смешения света, при этом устройство задней подсветки предназначено для задней подсветки слоев ЖК-дисплея, при этом слои ЖК-дисплея имеют неравномерную характеристику ослабления в зависимости от длин волн синего света, при этом в диапазоне видимых длин волн синий свет более коротких волн ослабляется слоями ЖК-дисплея отлично от синего света более длинных волн;
при этом величина прохождения синего света через слой люминофора над кристаллом СИДа, по существу, соответствует доминантной длине волны или длине волны максимума излучения кристалла СИДа, и при этом слой люминофора для первого кристалла СИДа, имеющего первую доминантную длину волны или длину волны максимума излучения, разрешает прохождение большего количества синего света по сравнению со слоем люминофора для второго кристалла СИДа, имеющего по существу другую доминантную длину волны или длину волны максимума излучения, для того чтобы, по меньшей мере, частично сместить характеристики ослабления в зависимости от длин волн синего света слоев ЖК-дисплея.

12. Система по п.11, дополнительно содержащая слои ЖК-дисплея, соединенные с задней подсветкой.

13. Система подсветки для цветного ЖК-дисплея, образованная с использованием следующего процесса:
определение характеристик ослабления в зависимости от длин волн синего света, по меньшей мере, слоев ЖК-дисплея, использованных для формирования системы цветного дисплея, где в диапазоне видимых длин волн синий свет более коротких волн ослабляется слоями ЖК-дисплея отлично от синего света более длинных волн;
измерение доминантных длин волн или длин волн максимума излучения кристаллов синих СИДов;
обеспечение слоев люминофора над кристаллами синих СИДов, эти слои люминофора разрешают синему свету, испущенному из кристаллов синих СИДов, проходить через слои люминофора, при этом величина прохождения синего света через слои люминофора управляется коррекцией характеристик слоев люминофора, при этом величина прохождения синего света через слой люминофора над кристаллом синего СИДа соответствует доминантной длине волны или длине волны максимума излучения кристаллы синего СИДа, и при этом слой люминофора для первого кристалла синего СИДа, имеющего первую доминантную длину волны или длину волны максимума излучения, приспособлен, чтобы разрешить прохождение большего количества синего света по сравнению со слоем люминофора для второго кристалла синего СИДа, имеющего другую доминантную длину волны или длину волны максимума излучения, для того чтобы по крайней мере частично сместить характеристики ослабления в зависимости от длин волн синего света слоев ЖК-дисплея;
при этом свет, испущенный комбинацией синего света, проходящего через слой люминофора, и света, излученного слоем люминофора, является белым светом, имеющим белую точку, по меньшей мере, частично зависящую от количества синего света, прошедшего через слой люминофора, а кристаллы синих СИДов, имеющие связанные с ними слои люминофора, являются СИДами белого света, и
подсоединение множества СИДов белого света к устройству смешения света для образования задней подсветки для освещения слоев ЖК-дисплея.

14. Система подсветки по п.13, в которой СИДы белого света в множестве СИДов, подсоединенных к устройству смешения света, имеют различные белые точки.

15. Система подсветки по п.13, в которой слои люминофора включают в себя частицы красного и зеленого люминофора.