ПИКСЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ДИСПЛЕЯ И ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОЙ ДИСПЛЕЙ Российский патент 2023 года по МПК H01L33/50 H01L25/75 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Раскрытие относится к пиксельной структуре для электронного дисплея, причем пиксельная структура содержит по меньшей мере один светодиодный (LED) излучатель и по меньшей мере один блок преобразования длины волны, размещенные на подложке. Раскрытие также относится к электронному устройству, содержащему электронный дисплей, имеющий поверхность пользовательского интерфейса и по меньшей мере одну такую пиксельную структуру.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Микросветоизлучающие диоды, известные как Micro-LED, mLED или uLED, используются в дисплеях для мобильных устройств, таких как смартфоны, телевизоры, ПК, планшеты, смарт-очки, носимые устройства и многие другие потребительские и промышленные устройства. Микро-светодиод (micro-LED) обычно состоит из большого количества малых светодиодных излучателей и технологии отображения многообещающего будущего со многими потенциальными преимуществами, такими как высокая яркость и контрастность, высокая энергоэффективность, широкая цветовая гамма, гибкость форм-факторов и различные интеграции функций.

Технология отображения Micro-LED в основном использует одну из двух схем: схему прямой эмиссии или схему преобразования цвета.

В схеме прямой эмиссии каждый отдельный светодиодный излучатель излучает излучение в красном, зеленом или синем спектральном диапазоне. Такие решения с прямым излучением очень дороги в производстве, поскольку для каждой пиксельной структуры требуется один излучатель красного спектрального диапазона, один излучатель зеленого спектрального диапазона и один излучатель синего спектрального диапазона, так что для дисплея с разрешением около 8 миллионов пикселей потребуется около 24 миллионов светодиодных излучателей.

В схеме преобразования цвета используются только светодиодные излучатели, излучающие излучение, например, в синем спектральном диапазоне. Микросхемы светодиодных излучателей обычно основаны на системе материалов GaN (нитрид галлия). Блоки преобразования излучения синего в красное и синего в зеленое располагаются поверх соответствующих светодиодных пикселей и используются для преобразования излучения синего спектрального диапазона от некоторых светодиодных излучателей в излучение красного спектрального диапазона или излучение зеленого спектрального диапазона соответственно. По сравнению со схемой прямого излучения схема преобразования цвета проще и дешевле в изготовлении, так как требуется только один тип светодиодного излучателя.

Излучение синего спектрального диапазона частично поглощается блоком преобразования, при этом поглощение экспоненциально уменьшается до первого порядка. В идеале блок преобразования должен поглощать почти все излучение синего спектрального диапазона, чтобы поддерживать высокую энергоэффективность и минимизировать утечку излучения синего спектрального диапазона из блоков преобразования.

Кроме того, блок преобразования должен иметь размеры площади, аналогичные размерам светодиодного излучателя. Высота блока преобразования предпочтительно больше, чтобы образовать малые столбы поверх светодиодных излучателей малого размера. Это облегчает распространение излучения синего спектрального диапазона через блок преобразования на большее расстояние и, следовательно, облегчает поглощение.

Однако на практике конверсионный материал должен иметь толщину в одну или несколько сотен мкм, чтобы поглощать большую часть излучения синего спектрального диапазона. Это дает очень большое соотношение сторон 100 мкм: 3 мкм и более между светодиодным излучателем и блоком преобразования, чего нелегко достичь с помощью способов микроструктурирования. Еще одна проблема заключается в том, что излучение зеленого или красного спектрального диапазона также должно проходить через блок преобразования и также может немного поглощаться материалом блока преобразования (самопоглощение). Это снижает эффективность устройства.

Кроме того, такие многослойные структуры имеют плохой отвод тепла, потому что тепло от блока преобразования должно проникать через нижележащую микросхему светодиодного излучателя. Это еще больше нагревает микросхему светодиодного излучателя и сокращает срок службы пиксельной структуры. Укладка также затрудняет интеграцию других функциональных оптических элементов, таких как линзы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель состоит в том, чтобы обеспечить улучшенную пиксельную структуру микро-светодиодов. Вышеупомянутые и другие цели достигаются с помощью признаков независимого(ых) пункта(ов). Дополнительные формы реализации очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и фигур.

Согласно первому аспекту предложена пиксельная структура для электронного дисплея, причем пиксельная структура содержит подложку, по меньшей мере, один светодиодный излучатель, расположенный на подложке, при этом светодиодный излучатель выполнен с возможностью излучать эмиссионное излучение, при этом эмиссионное излучение находится в пределах диапазона длин волн излучения и излучается в одном или нескольких направлениях излучения в пределах основной эмиссионной плоскости, по меньшей мере, один блок преобразования длины волны, расположенный на подложке, соседней со светодиодным излучателем, причем блок преобразования длины волны сконфигурирован для преобразования испускаемого излучения в преобразованное излучение, преобразованное излучение находящихся в пределах преобразованного диапазона длин волн и распространяющихся от блока преобразования длин волн в основном направлении преобразования, перпендикулярном основной эмиссионной плоскости, при этом преобразованный диапазон длин волн отличается от диапазона длин волн излучения.

Такая компоновка позволяет получить пиксельную структуру со значительно уменьшенной высотой из-за того, что блоки преобразования расположены соседними со светодиодными излучателями, а не расположены стопкой поверх светодиодных излучателей. Этот тип распределения улучшает теплоотвод структуры, что, в свою очередь, увеличивает срок службы пиксельной структуры. Кроме того, поскольку преобразующее излучение проходит по существу перпендикулярно испускаемому излучению, значительно снижается риск испускаемого излучения, например, в синем спектральном диапазоне, просачивающегося в направлении преобразующего излучения и, следовательно, влияющего на преобразованное излучение, например, в красном спектральном диапазоне или зеленом спектральном диапазоне. Также более высокая эффективность достигается за счет прямого распространения преобразованного излучения от блока преобразования, без взаимодействия и перепоглощения преобразованного излучения другими блоками преобразования.

В возможной форме реализации первого аспекта основная эмиссионная плоскость параллельна основной плоскости подложки, светодиодный(ые) излучатель(и) и блок(и) преобразования длины волны распределены в основной эмиссионной плоскости.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта диапазон длин волн излучения представляет собой один из синего спектрального диапазона или ультрафиолетового спектрального диапазона, и когда пиксельная структура содержит по меньшей мере два светодиодных излучателя, светодиодные излучатели выполнены с возможностью излучать излучение, имеющего одинаковую длину волны. При использовании только одного типа светодиодных излучателей изготовление пиксельной структуры становится намного проще и дешевле из-за наличия только одного основного компонента вместо, например, трех различных и одинаково важных основных компонентов.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта пиксельная структура содержит по меньшей мере два блока преобразования длины волны, причем каждый блок преобразования длины волны сконфигурирован для преобразования испускаемого излучения в диапазоне длин волн испускаемого излучения в преобразованное излучение в одном из множества различных преобразованных диапазонах длин волн, обеспечивающих преобразование испускаемого излучения одной и той же длины волны в преобразованное излучение в любых нескольких различных диапазонах длин волн.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта по меньшей мере один первый блок преобразования длины волны сконфигурирован для преобразования испускаемого излучения в первое преобразованное излучение, находящееся в пределах первого преобразованного диапазона длин волн, и

по меньшей мере, один второй блок преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования испускаемого излучения во второе преобразованное излучение, находящееся во втором преобразованном диапазоне длин волн, причем второй преобразованный диапазон длин волн по меньшей мере частично отличается от первого преобразованного диапазона длин волн. Это позволяет одной пиксельной структуре излучать излучение в нескольких разных диапазонах длин волн одновременно и в одном направлении,

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта первый преобразованный диапазон длин волн находится в пределах красного спектрального диапазона, а второй преобразованный диапазон длин волн находится в пределах зеленого спектрального диапазона, облегчая создание обычно используемой пиксельной структуры RGB.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта светодиодный излучатель выполнен с возможностью излучать эмиссионное излучение только в основной эмиссионной плоскости или эмиссионного излучения или, по меньшей мере, одной части эмиссионного излучения, которое излучается в основной эмиссионной плоскости посредством светодиодного излучателя, преобразуется в преобразованное излучение в блоке преобразования длины волны. Это позволяет пиксельной структуре иметь как можно более низкую высоту, высоту, видимую в основном направлении преобразования, что, в свою очередь, увеличивает свободу размещения светодиодного излучателя в любом подходящем месте внутри электронного устройства, а также освобождает место для других компонентов.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта, когда пиксельная структура содержит по меньшей мере два светодиодных излучателя, по меньшей мере один из светодиодных излучателей выполнен с возможностью излучать эмиссионное излучение в основном направлении преобразования, что позволяет, например, излучать эмиссионное излучение в синем спектральном диапазоне непосредственно пользовательскому интерфейсу без преобразования или перенаправления.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта пиксельная структура дополнительно содержит по меньшей мере один блок рассеивания излучения, расположенный на подложке, соседней со светодиодным излучателем, причем блок рассеивания выполнен с возможностью перенаправлять эмиссионное излучение, распространяющееся в основной эмиссионной плоскости, на основное направление преобразования, позволяющее перенаправить часть эмиссионного излучения, предоставляя больше свободы в отношении размещения светодиодного излучателя внутри электронного устройства.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта блок преобразования длины волны содержит материал преобразования длины волны, причем материал преобразования длины волны предпочтительно содержит материал матрицы и частицы преобразования длины волны, распределенные в материале матрицы.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта частицы преобразования длины волны, представляют собой квантовые точки или фосфорный материал.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта блок преобразования длины волны содержит по меньшей мере один барьер, проходящий вдоль периферии блока преобразования длины волны в основном направлении преобразования, при этом барьер выполнен с возможностью проходить путь поглощения блока преобразования длины волны, путь поглощения, проходящий в основной эмиссионной плоскости, эмиссионное излучение, распространяющееся вдоль пути поглощения, и преобразование эмиссионного излучения в преобразованное излучение, происходящее одновременно с распространением. Барьер позволяет распределять отдельные пиксельные структуры с меньшим шагом, поскольку барьер помогает уменьшить или даже избежать оптических перекрестных помех между соседними пиксельными структурами, даже если они расположены близко друг к другу. Кроме того, барьер может служить опорной поверхностью для отражателей, используемых для перенаправления излучения.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта пиксельная структура дополнительно содержит по меньшей мере один настенный отражатель, расположенный на поверхности барьера, проходящего по меньшей мере частично в основном направлении преобразования, при этом настенный отражатель выполнен с возможностью перенаправления эмиссионного излучения, распространяющегося вдоль пути поглощения, так что путь поглощения блока преобразования длины волны проходит в пределах основной эмиссионной плоскости, позволяя поглощать и, следовательно, преобразовывать как можно больше эмиссионного излучения блоком преобразования длины волны.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта пиксельная структура содержит по меньшей мере один нижний отражатель, расположенный между блоком преобразования длины волны и подложкой, при этом нижний отражатель проходит по меньшей мере частично параллельно основной эмиссионной плоскости и выполнен с возможностью перенаправления преобразованного излучения, распространяющееся внутри блока преобразования длины волны в основном направлении преобразования, что способствует повышению эффективности выходного излучения.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта, по меньшей мере, один из настенного отражателя и нижнего отражателя проходит под углом к основному направлению преобразования, позволяя перенаправить эмиссионное излучение и/или преобразованное излучение в сторону более полезного направления при его попадании в отражатель.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта блок преобразования длины волны содержит волноводную структуру, сконфигурированную для направления эмиссионного излучения при его распространении внутри блока преобразования длины волны, что позволяет адаптировать блок преобразования длины волны к форм-фактору электронного устройства также как окружающие компоненты.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта блок преобразования длины волны сконфигурирован так, что по меньшей мере одна поверхность блока преобразования длины волны проходит под углом к основной плоскости подложки, при этом поверхность обращена в сторону от подложки, а поверхность проходит соседней с подложкой. Такое решение помогает предотвратить возникновение полного внутреннего отражения, поскольку угол может быть адаптирован для обеспечения того, чтобы максимально возможное количество преобразованного излучения распространялось в основном направлении преобразования из блока преобразования длины волны.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта один из блока преобразования длины волны и подложки сужается по мере того, как он проходит вдоль основной эмиссионной плоскости или основной плоскости подложки, позволяя наклонять поверхность блока преобразования длины волны с помощью простейших возможных средств.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта пиксель дополнительно содержит по меньшей мере один оптический функциональный элемент, расположенный на поверхности блока преобразования длины волны, обращенной в сторону от подложки, при этом оптический функциональный элемент представляет собой один из элементов, расположенных сверху поверхности блока преобразования длины волны и является неотъемлемой частью поверхности блока преобразования длины волны.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта оптический функциональный элемент представляет собой по меньшей мере один из преломляющей линзы и дифракционной линзы, например, улучшающий фокусировку преобразованного излучения.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта оптический функциональный элемент представляет собой поверхностную структуру, предпочтительно одну из поверхностных решеток, шероховатых поверхностей, поверхностных покрытий или микростолбиков, повышающих эффективность вывода пиксельной структуры.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта несколько из множества светодиодных излучателей функционально соединены с одним блоком преобразования длины волны, при этом светодиодные излучатели выполнены с возможностью одновременного и независимого излучения эмиссионного излучения в блок преобразования длины волны. Это обеспечивает избыточность, дающую лучший результат, а также гарантирует, что в случае выхода из строя одного из светодиодных излучателей структура пикселя по-прежнему будет функционировать, как предполагалось, без каких-либо темных областей.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта структура пикселя содержит

шесть светодиодных излучателей, причем первая пара светодиодных излучателей функционально соединена с первым блоком преобразования длины волны, при этом первый блок преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования эмиссионного излучения от первой пары светодиодных излучателей в первое преобразованное излучение,

вторая пара светодиодных излучателей функционально соединена со вторым блоком преобразования длины волны, причем второй блок преобразования длины волны сконфигурирован для преобразования эмиссионного излучения второй пары светодиодных излучателей во второе преобразованное излучение, и, необязательно, каждый светодиодный излучатель третьей пары из светодиодных излучателей функционально соединен с одним блоком рассеивания излучения или одним дополнительным блоком преобразования длины волны, при этом дополнительные блоки преобразования длины волны сконфигурированы для преобразования эмиссионного излучения третьей пары светодиодных излучателей в третье преобразованное излучение. Это обеспечивает структуру пикселя, способную излучать излучение на трех длинах волн одновременно и с избыточностью.

В еще одной возможной форме реализации первого аспекта пиксельная структура дополнительно содержит компоновку управления для регулирования общего выхода преобразованного излучения, при этом регулирование содержит широтно-импульсную модуляцию и регулировку тока возбуждения светодиодного излучателя (излучателей). Компоновка управления позволяет, например, использовать встроенную избыточность соответствующим образом, например, управлять парами светодиодных излучателей таким образом, чтобы они либо обеспечивали лучший результат, либо чтобы один светодиодный излучатель компенсировал отказ другого светодиодного излучателя пары.

Согласно второму аспекту предложено электронное устройство, содержащее электронный дисплей, имеющий поверхность пользовательского интерфейса и по меньшей мере одну пиксельную структуру в соответствии с вышеизложенным. Пиксельная структура выполнена с возможностью излучать эмиссионное излучение с одной эмиссионной длиной волны в нескольких эмиссионных направлениях в пределах основной эмиссионной плоскости, при этом основная эмиссионная плоскость проходит параллельно поверхности пользовательского интерфейса, чтобы преобразовывать, по меньшей мере, часть эмиссионного излучения в преобразованное излучение по меньшей мере одной преобразованной длиной волны, причем преобразованная длина волны отличается от эмиссионной длины волны,

и направлять преобразованное излучение в основном направлении преобразования, перпендикулярном основной эмиссионной плоскости и поверхности пользовательского интерфейса.

Эта пиксельная структура имеет значительно уменьшенную высоту, оставляя свободное пространство внутри электронного устройства для других компонентов или предоставляя дополнительную свободу форм-фактору устройства. Кроме того, электронный дисплей будет иметь увеличенный срок службы благодаря улучшенному рассеиванию тепла пиксельных структур. Кроме того, поскольку коэффициент заполнения пиксельной структуры в боковых направлениях, т. е. в направлениях внутри основной эмиссионной плоскости, является низким для многих электронных устройств, эта структура оставляет много свободного места для размещения блоков преобразования, при этом обеспечивая достаточную степень свободы для дополнительных компонентов или усовершенствований структуры.

В возможной форме реализации второго аспекта электронное устройство содержит множество идентичных пиксельных структур, при этом пиксельные структуры распределены в основной эмиссионной плоскости в виде двумерного шаблона, причем двумерный шаблон содержит ряды пиксельных структур и столбцы пиксельных структур, строки проходят параллельно и пересекают столбцы под перпендикулярными углами, причем количество пиксельных структур в отдельной строке не зависит от количества пиксельных структур в соседней строке, и

количество пиксельных структур в отдельном столбце не зависит от количества пиксельных структур в соседнем столбце, распределение пиксельных структур позволяет максимизировать количество пиксельных структур в области, содержащей двумерный шаблон, когда это необходимо, и более простую структуру, когда максимизация не нужна.

В еще одной возможной форме реализации второго аспекта множество пиксельных структур распределены с первым шагом в двумерном шаблоне таким образом, что, по меньшей мере, первое эмиссионное направление эмиссионного излучения отдельной пиксельной структуры совпадает с соответствующим первым эмиссионным направлением соседней пиксельной структуры, достаточным, например, для дисплея дальнего обзора.

В еще одной возможной форме реализации второго аспекта множество пиксельных структур распределены со вторым шагом в двумерном шаблоне таким образом, что по меньшей мере первое эмиссионное направление эмиссионного излучения отдельной пиксельной структуры не совпадает с соответствующим первым эмиссионным направлением излучения соседней пиксельной структуры, позволяющим максимизировать количество пиксельных структур в области, содержащей двумерный шаблон, что необходимо, например, для дисплея ближнего обзора.

В еще одной возможной форме реализации второго аспекта пиксельные структуры разделены первым шагом, и пиксельные структуры совпадают по меньшей мере по одному из направления столбцов и направления строк, так что путь(пути) поглощения блока(ов) преобразования длины волны отдельной пиксельной структуры совпадают с соответствующим путем(ями) поглощения соседней пиксельной структуры.

В еще одной возможной форме реализации второго аспекта пиксельные структуры разделены вторым шагом, и каждая пиксельная структура повернута на угол в основной эмиссионной плоскости, так что путь(и) поглощения блока(ов) преобразования длины волны отдельной пиксельной структуры не совпадает(ют) с соответствующим(и) путем(ями) поглощения соседней пиксельной структуры, при этом несовпадение представляет собой боковое смещение и/или угловое смещение ориентации каждой пиксельной структуры.

В еще одной возможной форме реализации второго аспекта пиксельные структуры в отдельной строке смещены в направлении столбцов по отношению к пиксельным структурам в соседней строке, и/или пиксельные структуры в отдельном столбце смещены в направлении строк относительно пиксельных структур в соседнем столбце.

В еще одной возможной форме реализации второго аспекта длина пути поглощения фиксирована, длина составляет 10- 500 мкм, предпочтительно <20 мкм, и второй шаг составляет 20-150 мкм, предпочтительно 30-80 мкм, в приложениях отображения, сконфигурированные таким образом, что расстояние между глазом пользователя и поверхностью (2а) пользовательского интерфейса составляет <1 м, а второй шаг составляет ≥70 мкм, предпочтительно ≥100 мкм, в приложениях отображения, сконфигурированных таким образом, что соответствующее расстояние между глаз пользователя и поверхность пользовательского интерфейса (2а) ≥0,5 м.

В еще одной возможной форме реализации второго аспекта преобразованное излучение распространяется в основном направлении преобразования, к поверхности пользовательского интерфейса, без применения фильтрации излучения, что уменьшает количество необходимых компонентов, пространство, необходимое для пиксельной структуры, также как количество источников ошибок.

Эти и другие аспекты будут очевидны из вариантов осуществления, описанных ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В следующей подробной части настоящего раскрытия аспекты, варианты осуществления и реализации будут объяснены более подробно со ссылкой на примерные варианты осуществления, показанные на чертежах, на которых:

Фиг. 1а и 1b показывают вид сбоку и сверху пиксельной структуры предшествующего уровня техники;

фиг.2а и 2b показывают вид сбоку и сверху пиксельной структуры в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.3а и 3b показаны виды сверху и сбоку пиксельной структуры в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. с 4 по 9 показаны частичные поперечные сечения пиксельных структур в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 10 показывает схематический вид сбоку электронного устройства, содержащего пиксельные структуры в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 11-18 показывают схематические виды сверху распределения пиксельных структур для электронного дисплея.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Фиг. 1a и 1b показаны виды сбоку и сверху пиксельной структуры преобразования цвета в соответствии с предшествующим уровнем техники. Несколько светодиодных излучателей 4 излучают эмиссионное излучение R1, например, в синем спектральном диапазоне, в направлении D1. Блоки 5 преобразования, расположенные поверх светодиодных излучателей 4, поглощают эмиссионное излучение R1, преобразуют его в преобразованное излучение R2 и затем излучают преобразованное излучение R2 также в направлении D1.

На фиг. 2а и 2b показаны вид сбоку и сверху одного варианта осуществления пиксельной структуры преобразования цвета в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 3a-9 показывают дополнительные варианты осуществления пиксельных структур преобразования цвета. Эти пиксельные структуры преобразования цвета должны использоваться в электронном дисплее 2, причем дисплей содержит любое необходимое количество идентичных пиксельных структур.

Пиксельная структура 1 содержит, как показано на фиг. 2a, подложку 3, выполненную с возможностью нести по меньшей мере один светодиодный излучатель 4 и по меньшей мере один блок 5 преобразования длины волны, расположенный на подложке 3 соседним со светодиодным излучателем 4. Светодиодный излучатель 4, блок 5 преобразования длины волны и дополнительные компоненты, упомянутые ниже, могут быть соединены с подложкой 3 посредством пайки, клея или нанопроводов. Подложка 3 может содержать одну цельную подложку или несколько совпадающих частичных подложек и проходит, по меньшей мере, частично в пределах одной основной плоскости Р2 подложки. Подложка 3 может иметь частично ступенчатую конфигурацию, однако каждая пиксельная структура 1 расположена в одной общей плоскости, так что все ее излучающие излучение и преобразующие излучение компоненты совпадают по основной эмиссионной плоскости P1. Основная эмиссионная плоскость Р1 проходит параллельно основной плоскости Р2 подложки 3, как показано на фиг.2а, и светодиодные излучатели 4 и блоки 5 преобразования длины волны распределяются в основной эмиссионной плоскости Р1. При таком распределении блок 5 преобразования длины волны может иметь высоту в основном направлении D1 преобразования от 10 до 100 мкм, в то время как длина/ширина блока 5 преобразования длины волны может составлять более 100 мкм, даже более 1000 мкм.

Один или несколько светодиодных излучателей 4 расположены на подложке 3 таким образом, что каждый светодиодный излучатель 4 может излучать эмиссионное излучение R1 в пределах основной эмиссионной плоскости P1, т.е. сбоку через сторону светодиодного излучателя. Эмиссионное излучение R1, излучаемое светодиодным излучателем 4, может излучаться только в первом эмиссионном направлении D2 или во множестве эмиссионных направлений D2,…, Dn, охватывающих часть или всю область на 360° вокруг светодиодного излучателя 4. Эмиссионное излучение R1 также известно как свет накачки.

Все эмиссионное излучение R1, излучаемое множеством светодиодных излучателей 4, находится в пределах одного и того же диапазона длин волн эмиссии. Эмиссионный диапазон длин волн может быть синим спектральным диапазоном или ультрафиолетовым спектральным диапазоном.

Каждый блок 5 преобразования длины волны сконфигурирован для преобразования эмиссионного излучения R1 в преобразованное излучение R2. Преобразованное излучение R2 находится в пределах преобразованного диапазона длины волны, который по меньшей мере частично, предпочтительно полностью отличается от эмиссионного диапазона длины волны. Различные блоки 5 преобразования длины волны могут преобразовывать эмиссионное излучение R1 в преобразованное излучение R2 в пределах различных диапазонов преобразованного излучения, R21, R22. Структура 1 пикселя может содержать множество блоков 5 преобразования длины волны, причем каждый блок 5 преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования эмиссионного излучения R1 в преобразованное излучение R2 в пределах одного из множества преобразованных диапазонов длин волн.

В одном варианте осуществления пиксельная структура 1 содержит по меньшей мере один первый блок 5 преобразования длины волны, сконфигурированный для преобразования эмиссионного излучения R1 в первое преобразованное излучение R21 в пределах первого преобразованного диапазона длины волны, например красного спектрального диапазона, и по меньшей мере один второй блок 5 преобразования длины волны сконфигурирован для преобразования эмиссионного излучения R1 во второе преобразованное излучение R22 во втором преобразованном диапазоне длины волны, например, в зеленом спектральном диапазоне.

В другом варианте осуществления пиксельная структура 1 содержит блоки 5 преобразования длины волны, преобразующие эмиссионное излучение R1 в преобразованное излучение в красном спектральном диапазоне R21, в преобразованное излучение в зеленом спектральном диапазоне R22 и в преобразованное излучение в желтом спектральном диапазоне R23 (не показано). Пиксельная структура 1 может содержать любое количество блоков 5 преобразования длины волны, преобразующих эмиссионное излучение R1 в излучение в любом количестве желаемых спектральных диапазонов R2, R21, R22, R23,…,R2n.

Преобразованное излучение R2 распространяется от блока 5 преобразования длины волны в основном направлении преобразования D1, проходящем по существу перпендикулярно основной эмиссионной плоскости P1, то есть через верхнюю поверхность блока 5 преобразования длины волны. Другими словами, преобразованное излучение R2 распространяется в направлении от подложки 3, например, к поверхности 2а пользовательского интерфейса электронного устройства 13, содержащегося в электронном дисплее 2.

В одном варианте осуществления, показанном на фиг. 4, по меньшей мере один из светодиодных излучателей 4 выполнен с возможностью излучать эмиссионное излучение R1 непосредственно в основном направлении D1 преобразования, т.е. эмиссионное излучение R1 сохраняет свое направление и длину волны при распространении в основном направлении D1 преобразования.

В дополнительных вариантах осуществления, показанных на фиг. 5-7, светодиодный излучатель(и) 4 выполнен(ы) с возможностью излучать эмиссионное излучение R1 только в основной эмиссионной плоскости (P1) , т.е. не непосредственно в основном направлении D1 преобразования, а сбоку, по меньшей мере, с одной стороны или со всех сторон светодиодного излучателя 4 в блок 5 преобразования длины волны или во множественные блоки 5 преобразования. Блоки 5 преобразования длины волны могут быть выполнены с возможностью преобразования только эмиссионного излучения R1 или частей эмиссионного излучения R1, которые излучаются с одной стороны или со всех сторон светодиодного излучателя 4, в преобразованное излучение R2.

В еще одном варианте осуществления пиксельная структура 1 содержит по меньшей мере один блок 6 рассеивания излучения, как показано на фиг. 5. Блок 6 рассеивания излучения расположен на подложке 3 соседним со светодиодным излучателем 4, аналогично компоновке блоков 5 преобразования длины волны. Блок 6 рассеивания выполнен с возможностью перенаправления эмиссионного излучения R1, распространяющегося в основной эмиссионной плоскости Р1, в основное направление преобразования D1 без преобразования, т.е. без изменения длины волны эмиссионного излучения R1. Блок 6 рассеивания может содержать полимерный материал матрицы, такой как полиметилметакрилат (ПММА, polymethyl methacrylate (PMMA)), с рассеивающими частицами, распределенными внутри материала матрицы. Рассеивающие частицы рассеивают поступающее эмиссионное излучение R1 во всех направлениях, и предпочтительно излучение R1, направленное к нижней части блока 6 рассеивания, т.е. к подложке 3, легко перенаправляется к верхней части блока 6 рассеивания с помощью, например, отражателя, такого как нижний отражатель 9, описанный ниже. Блок 6 рассеивания может иметь высоту в основном направлении преобразования D1 примерно от 10 до 100 мкм, в то время как длина/ширина блока 6 рассеивания может составлять более 100 мкм, даже более 1000 мкм. Как правило, количество рассеивающих частиц достаточно велико, чтобы позволить блоку 6 рассеивания иметь относительно малую высоту.

Каждый блок 5 преобразования длины волны содержит материал преобразования длины волны. Материал преобразования длины волны, может представлять собой материал матрицы, содержащий частицы преобразования длины волны, распределенные внутри материала матрицы. Частицами преобразования длины волны могут быть квантовые точки или фосфорный материал.

Как показано на фиг.6, блок 5 преобразования длины волны может содержать по меньшей мере один барьер 7, проходящий вдоль периферии блока 5 преобразования длины волны в основном направлении D1 преобразования. Барьер 7 может проходить вдоль, по меньшей мере, одного длинного края блока 5 преобразования длины волны (не показан), вдоль одного короткого конца блока 5 преобразования длины волны, как показано на фиг. 6, или вокруг длинных краев и короткого конца блока 5 преобразования длины волны таким образом, что стенки блока 5 преобразования длины волны закрыты барьером 7 в основном направлении D1 преобразования, как показано по меньшей мере на фиг. 11 и 15. Барьер 7 может быть интегрирован между соседними пиксельными структурами 1 с помощью технологии наноотпечатка с полимерным слоем или с помощью фотолитографии светочувствительного полимерного материала, такого как бензоциклобутен (BCB).

Барьер 7 выполнен с возможностью проходить путь А поглощения блока 5 преобразования длины волны. Путь А поглощения проходит в основной эмиссионной плоскости Р1 в блоке 5 преобразования длины волны. Когда эмиссионное излучение R1 распространяется в блоке 5 преобразования длины волны, оно распространяется, а также поглощается вдоль пути А поглощения. Поглощение и, следовательно, преобразование эмиссионного излучения R1 в преобразованное излучение R2 происходит одновременно с распространением, как указано на рис. с 4 по 9. По мере того, как эмиссионное излучение R1 распространяется вдоль пути А поглощения, интенсивность эмиссионного излучения R1 уменьшается, обычно экспоненциально.

Барьер 7 уменьшает оптические перекрестные помехи, возникающие между соседними пиксельными структурами 1, и позволяет прохождение пути A поглощения блока 5 преобразования длины волны посредством, по меньшей мере, одного настенного отражателя 8.

В одном варианте осуществления, показанном на фиг.6, по меньшей мере один настенный отражатель 8 расположен на барьере 7, предпочтительно на поверхности барьера 7, проходящей по меньшей мере частично в основном направлении D1 преобразования. Настенный отражатель 8 сконфигурирован для перенаправления эмиссионного излучения R1, которое распространяется вдоль пути А поглощения, так что путь А поглощения блока 5 преобразования длины волны проходит в пределах основной эмиссионной плоскости Р1 . Такое складывание пути А поглощения, которое может быть до 180º от исходного эмиссионного направления D2,…,Dn , показано на рис. 11.

Как показано на Фиг. 4-9, по меньшей мере один нижний отражатель 9 может быть расположен между блоком 5 преобразования длины волны и подложкой 3, предпочтительно поверх поверхности подложки 3, на которой распределены светодиодные излучатели 4 и блок 5 преобразования длины волны. Нижний отражатель 9 проходит, по меньшей мере, частично параллельно основной эмиссионной плоскости Р1 и выполнен с возможностью перенаправления преобразованного излучения R2, которое распространяется внутри блока 5 преобразования длины волны практически во всех направлениях, к основному направлению D1 преобразования. Например, преобразованное излучение R2, направленное к нижней части блока 5 преобразования длины волны, то есть к подложке 3, легко перенаправляется к верхней части блока 5 преобразования длины волны.

Настенный отражатель 8 и/или нижний отражатель 9 могут проходить под углом к основному направлению D1 преобразования. Настенный отражатель 8 может проходить под углом, который не перпендикулярен основной эмиссионной плоскости P1 , так что эмиссионное излучение R1, попадающее на настенный отражатель 8, направлено к подложке 3 и, предпочтительно, к нижнему отражателю 9, или к поверхности пользовательского интерфейса 2. Нижний отражатель 9 может проходить параллельно основной эмиссионной плоскости P1 , чтобы отражать эмиссионное излучение R1, распространяющееся к подложке 3, или он может проходить под углом к основной эмиссионной плоскости P1, так что отражение эмиссионного излучения R1, распространяющегося к подложке 3 можно направить в конкретном, предварительно определенном направлении. Настенный отражатель 8 и/или нижний отражатель 9 могут иметь отражающую поверхность, предпочтительно металлический слой. Металлический слой может представлять собой слой напыленного алюминия, и в этом случае настенный отражатель 8 и/или нижний отражатель 9 также предотвращают оптические перекрестные помехи между соседними пиксельными структурами.

Соответственно, блок 5 преобразования длины волны может быть сконфигурирован так, что по меньшей мере одна поверхность 5а, 5b блока преобразования длины волны проходит под углом α к основной плоскости P2 подложки 3, причем поверхность 5а обращена в сторону от подложки 3, а поверхность 5b, проходит соседней с подложкой 3. По меньшей мере, одна из поверхностей 5а, 5b блока преобразования длины волны проходит под углом α из-за того, что блок 5 преобразования длины волны, подложка 3 или оба имеют клиновидную форму, т.е. сужаются по мере прохождения вдоль основной эмиссионной плоскости Р1 или основной плоскостью P2 подложки. На фиг.7 показан вариант осуществления, в котором только поверхность 5а блока преобразования длины волны проходит под углом α к основной плоскости Р2 подложки 3 из-за сужения самого блока 5 преобразования длины волны. Обе поверхности 5a, 5b блока преобразования длины волны могут проходить под углом α к основной плоскости P2 подложки 3. Кроме того, поверхность 5a блока преобразования длины волны может проходить под углом α1, а поверхность 5b блока преобразования длины волны может проходить под углом α2. Из-за более высокого показателя преломления материала матрицы блока преобразования длины волны по сравнению с окружающим воздухом только преобразованное излучение R2, попадающее на поверхность 5a, 5b блока преобразования длины волны под углом, меньшим, чем критический угол для полного внутреннего отражения, покидает блок 5 преобразования длины волны, в то время как другое преобразованное излучение R2 будет отражаться от поверхности 5a, 5b блока преобразования длины волны и оставаться внутри блока 5 преобразования длины волны. За счет применения вышеупомянутой сужающейся клинообразной формы эффективность вывода излучения повышается, поскольку излучение, захваченное внутри блока 5 преобразования длины волны, в конечном счете попадет на поверхность 5a, 5b блока преобразования длины волны под меньшим углом при отражении.

Как показано на фиг. 12, блок 5 преобразования длины волны может содержать волноводную структуру 10, сконфигурированную для направления эмиссионного излучения R1 при его распространении внутри блока 5 преобразования длины волны. Волноводная структура может иметь любую подходящую форму, например изогнутую, как на фиг.12, или спиралевидную (не показана).

Пиксельная структура 1 может дополнительно содержать по меньшей мере один оптический функциональный элемент 11, расположенный на поверхности 5а блока преобразования длины волны, обращенной в сторону от подложки 3, как показано на фиг. 8 и 9. Оптический функциональный элемент 11 может быть расположен поверх поверхности 5а блока преобразования длины волны, как показано на фиг. 9, или интегрирован с поверхностью 5а блока преобразования длины волны, как показано на фиг. 8.

Оптический функциональный элемент 11, показанный на фиг.9, может быть по меньшей мере одним из преломляющей линзы и дифракционной линзы, используемых, например, для фокусировки преобразованного излучения R2.

Вместо этого оптический функциональный элемент 11 может представлять собой поверхностную структуру, предпочтительно одну из поверхностных решеток, как показано на фиг.8, шероховатости поверхности, поверхностного покрытия или микростолбика. Решетка повышает эффективность вывода преобразованного излучения R2, управляя преобразованным излучением R2.

Как показано на фиг. 2b, несколько светодиодных излучателей 4 могут быть функционально соединены с одним блоком 5 преобразования длины волны и сконфигурированы как для одновременного, так и независимого излучения эмиссионного излучения R1 в блок 5 преобразования длины волны. Это обеспечивает избыточность, дающую лучший выход, а также гарантирующую, что в случае выхода из строя одного из светодиодных излучателей 4 пиксельная структура 1 по-прежнему будет функционировать, как предполагалось, без каких-либо темных областей.

Как показано на фиг. 10, компоновка 12 управления предназначена для регулирования общего выхода преобразованного излучения R2, R21, R22, причем регулирование содержит широтно-импульсную модуляцию и регулировку тока возбуждения светодиодных излучателей 4.

В одном варианте осуществления преобразованное излучение R2, R21, R22 распространяется в основном направлении преобразования D2 к поверхности 2а пользовательского интерфейса без применения фильтрации излучения.

Пиксельная структура 1 может содержать по меньшей мере три светодиодных излучателя 4, при этом по меньшей мере один первый блок 5 преобразования длины волны функционально соединен с первым светодиодным излучателем 4, а по меньшей мере один второй блок 5 преобразования длины волны функционально соединен со вторым светодиодным излучателем 4. Как показано на фиг. 2b, пиксельная структура 1 может содержать шесть светодиодных излучателей 4, причем первая пара светодиодных излучателей 4 функционально соединена с первым блоком 5 преобразования длины волны, а вторая пара светодиодных излучателей 4 функционально соединена со вторым блоком 5 преобразования длины волны. Первый блок 5 преобразования длины волны предпочтительно сконфигурирован для преобразования эмиссионного излучения R1 от первой пары светодиодных излучателей 4 в первое преобразованное излучение R2, а второй блок 5 преобразования длины волны предпочтительно сконфигурирован для преобразования эмиссионного излучения R1 от второй светодиодных пары излучателей 4 во второе преобразованное излучение R2.

Как также показано на фиг.2b, каждый светодиодный излучатель 4 из третьей пары светодиодных излучателей 4 может быть функционально соединен с одним блоком 6 рассеивания излучения или одним дополнительным блоком 5 преобразования длины волны каждый. Когда эмиссионное излучение R1 находится в пределах ультрафиолетового спектрального диапазона, третья пара светодиодных излучателей 4 предпочтительно функционально соединена с одним дополнительным блоком 5 преобразования длины волны каждый, при этом дополнительные блоки 5 преобразования длины волны сконфигурированы для преобразования эмиссионного излучения R1 в ультрафиолетовом спектральном диапазоне от третьей пары светодиодных излучателей 4 до третьего преобразованного излучения R3, например, в синем спектральном диапазоне (не показан). Вместо этого, когда эмиссионное излучение R1 находится в синем спектральном диапазоне, третья пара светодиодных излучателей 4 предпочтительно функционально соединена с одним блоком 6 рассеивания излучения каждый. Каждый светодиодный излучатель 4 может быть функционально соединен с одним блоком 5 преобразования длины волны, необязательно соединение содержит анод контактного слоя для каждого светодиодного излучателя, например, металлический контактный слой, показанный в качестве нижнего слоя на фиг. 3b, а подложка 3 содержит катодный слой. Металлический контактный слой подает ток на светодиодный излучатель и предотвращает нежелательное эмиссионное излучение R1 в направлении нижней части светодиодного излучателя и, следовательно, на подложку 3.

На фиг. 10 показано электронное устройство 13, содержащее электронный дисплей 2, имеющий поверхность 2а пользовательского интерфейса и по меньшей мере одну пиксельную структуру 1. Пиксельная структура 1 выполнена с возможностью излучать эмиссионное излучение R1 с одной длиной волны излучения в нескольких эмиссионных направлениях D2,…,Dn в пределах основной эмиссионной плоскости P1 , как указано на фиг. 2b, для преобразования по меньшей мере части эмиссионного излучения R1 в преобразованное излучение R2, R21, R22 по меньшей мере с одной преобразованной длиной волны и направить преобразованное излучение R2, R21, R22 в основном направлении D1 преобразования, перпендикулярном основной эмиссионной плоскости P1 и поверхности 2а пользовательского интерфейса. Основная эмиссионная плоскость Р1 проходит по существу параллельно поверхности 2а пользовательского интерфейса. Пиксельная структура 1 сконфигурирована для преобразования эмиссионного излучения по меньшей мере в одну, предпочтительно в несколько преобразованных длин волн, причем различные преобразованные длины волн отличаются друг от друга и от эмиссионной длины волны.

Как показано на Фиг. 11-18, электронное устройство 13 может содержать множество идентичных пиксельных структур 1, при этом пиксельные структуры 1 распределены в основной эмиссионной плоскости P1 в виде двумерного шаблона. Двумерный шаблон содержит ряды пиксельных структур 1 и столбцы пиксельных структур 1, при этом строки проходят параллельно и пересекают столбцы под перпендикулярными углами. Количество пиксельных структур 1 в отдельной строке не зависит от количества пиксельных структур 1 в соседней строке, как показано на фиг. 17, на которой поочередно показаны одна и две пиксельные структуры 1 в каждой строке, и на фиг. 18, на которых показано поочередно две и три пиксельные структуры 1 в каждой строке. Соответственно, количество пиксельных структур 1 в отдельном столбце не зависит от количества пиксельных структур 1 в соседнем столбце, как показано на фиг. 17, на которой поочередно показаны две и три пиксельные структуры 1 в каждом столбце, и на фиг. 18, которая показывает поочередно одну и две пиксельные структуры 1 в каждом столбце. Такое распределение пиксельных структур 1 позволяет максимизировать количество пиксельных структур 1 в области, содержащей двумерный шаблон.

Как показано на фиг. 13, множество пиксельных структур 1 может быть распределено с первым шагом в двумерном шаблоне таким образом, что по меньшей мере первое эмиссионное направление D2 эмиссионного излучения R1 в отдельной пиксельной структуре 1 совпадает с соответствующим первым эмиссионным направлением D2 соседней пиксельной структуры 1. Как также показано на фиг. 13, второе, третье и четвертое эмиссионные направления D3, D4 и D5 также могут совпадать с соответствующими вторым, третьим и четвертым эмиссионными направлениями D3, D4 и D5 соседней пиксельной структуры 1. Другими словами, пиксельные структуры 1 могут быть расположены в виде двумерного прямоугольного сетчатого шаблона, причем количество пиксельных структур 1 в строке, количество пиксельных структур 1 в столбце, расстояния между строками и расстояния между столбцами постоянные. Шаг - это расстояние между центральными точками соседних пиксельных структур 1. Этот тип совпадающей компоновки подходит, когда длина пути A поглощения мала по сравнению с шагом.

Как показано на Фиг. 11, 12 и с 14 по 18, множество пиксельных структур 1 вместо этого могут быть распределены со вторым шагом в двумерном шаблоне таким образом, что по меньшей мере первое эмиссионное направление D2 испускаемого излучения R1 отдельной пиксельной структуры 1 не совпадает с соответствующим первым эмиссионным направлением D2 соседней пиксельной структуры 1. Предпочтительно не совпадающие эмиссионные направления проходят параллельно, так что все пиксельные структуры 1 не совпадают на одинаковую величину и в одном и том же направлении, например, за счет поворота в основной эмиссионной плоскости Р1 по отношению к шаблону столбцов и строк.

Независимо от возможного поворота пиксельные структуры 1 могут быть расположены так, что их центральные точки совпадают в обоих направлениях двумерного шаблона, как показано на фиг. 11, 12 и 15. Пиксельные структуры 1 также могут быть расположены таким образом, что их центральные точки совпадают в одном направлении двумерного шаблона, но при этом смещены в другом направлении, как показано на фиг. 14 и 16. Как показано на рис. 17 и 18, пиксельные структуры 1 также могут быть расположены так, что их центральные точки не совпадают в обоих направлениях двумерного шаблона. Повернутая, не совпадающая компоновка подходит, когда длина пути A поглощения велика по сравнению с шагом.

Не совпадение позволяет проходить длину пути A поглощения каждой такой пиксельной структуры 1, имеющей одно или несколько не совпадающих эмиссионных направлений. Поскольку эмиссионные направления не совпадают и не проходят вдоль одних и тех же строк или столбцов, а вместо этого в пределах свободных областей между такими строками и столбцами, длина каждого пути A поглощения менее ограничена длиной соседних путей A поглощения. Следовательно, размер пути А поглощения может превышать, например, внешний размер блока 5 преобразования длины волны в основной эмиссионной плоскости Р1 , т.е. длина пути А поглощения может быть больше, чем длина или, скорее, ширина блока 5 преобразования длины волны, которая проходит внутри. Например, на фиг.11 показан вариант осуществления, в котором путь поглощения А сложен вдвое на противоположных концах блока 5 преобразования длины волны, а на фиг.12 показан вариант осуществления, в котором путь поглощения А изогнут.

Фиг. 14-18 показывают варианты осуществления, в которых шаг между соседними пиксельными структурами 1 был уменьшен. На фиг.15 шаг аналогичен длине пути A поглощения, так что он не может соответствовать двум соседним путям поглощения на прямой линии между пикселями. Следовательно, эмиссионное направление каждой пиксельной структуры 1 поворачивается по отношению к шаблону пиксельных структур 1 таким образом, что путь A поглощения одной пиксельной структуры 1 находится рядом с путем A поглощения соседней пиксельной структуры 1 без перекрытия. Таким образом, шаг между пиксельными структурами 1 максимально используется для пути А поглощения. Путь А поглощения должен быть достаточно длинным, чтобы обеспечить высокую эффективность преобразования цвета и высокое поглощение эмиссионного излучения R1, в частности, в синем спектральном диапазоне.

Фиг. 14 показан вариант осуществления, в котором первое эмиссионное направление D2 и второе эмиссионное направление D3 отдельной пиксельной структуры 1 не совпадают, чтобы показать боковое смещение с соответствующим первым эмиссионным направлением D2 и вторым эмиссионным направлением D3 соседней пиксельной структуры, в то время как третье и четвертое эмиссионные направления D4, D5 совпадают, поскольку требуемая длина пути поглощения короче для эмиссии от D4 и D5.

Фиг. 15 и 16 показаны варианты осуществления, в которых первое эмиссионное направление D2, второе эмиссионное направление D3, третье эмиссионное направление D4 и четвертое эмиссионное направление D5 отдельной пиксельной структуры 1 не совпадают с соответствующими эмиссионными направлениями D2, D3, D4, D5 соседней пиксельной структуры, так что двухмерный шаблон содержит один или несколько взаимосоединенных параллелограммов.

Фиг. 17 и 18 показывают варианты осуществления, в которых первое эмиссионное направление D2, второе эмиссионное направление D3, третье эмиссионное направление D4 и четвертое эмиссионное направление D5 отдельной пиксельной структуры 1 не совпадают, чтобы иметь боковое смещение с соответствующими эмиссионными направлениями D2, D3, D4, D5 соседней пиксельной структуры и такой, что двухмерный шаблон содержит сотовый шаблон из распределенных пиксельных структур 1.

Как упоминалось выше, пиксельные структуры 1 могут быть расположены на первом шаге, т.е. разделены им. В этом случае пиксельные структуры 1 совпадают, по меньшей мере, по одному из направления столбцов и направления строк, так что путь(и) A поглощения блока(ов) 5 преобразования длины волны отдельной пиксельной структуры 1 совпадают с соответствующим путем(ями) A поглощения соседней пиксельной структуры.

Как упоминалось выше, пиксельные структуры 1 могут быть расположены в виде двумерного массива. Каждая пиксельная структура 1 может занимать площадь идентичного размера и/или иметь ту же длину пути A поглощения, что и другие пиксельные структуры 1. Длина поглощения может составлять 10-500 мкм, предпочтительно <20 мкм. Шаг пиксельных структур 1 в двумерном массиве может составлять 20-150 мкм, предпочтительно 30-80 мкм, в приложениях отображения, сконфигурированных таким образом, что расстояние между глазом пользователя и поверхностью 2а пользовательского интерфейса составляет <1 м, т.е. для дисплеев ближнего обзора, например, на смартфонах. Соответственно, второй шаг может быть ≥70 мкм, предпочтительно ≥100 мкм, в приложениях отображения, сконфигурированных таким образом, что соответствующее расстояние между глазом пользователя и поверхностью 2а пользовательского интерфейса составляет ≥0,5 м, т.е. для дисплеев дальнего обзора, таких как как в телевизорах.

Множество пиксельных структур 1, распределенных со вторым шагом, могут быть повернуты на угол β в основной эмиссионной плоскости P1, как показано на фиг. 11, 12, 15, 16 и 18, так что пути A поглощения блоков 5 преобразования длины волны отдельной пиксельной структуры 1 не совпадают с соответствующими путями A поглощения соседней пиксельной структуры.

Кроме того, пиксельные структуры 1 в отдельной строке могут быть смещены в направлении столбцов относительно пиксельных структур 1 в соседней строке, как показано на фиг. 14, 16 и 17. Соответственно, пиксельные структуры 1 в отдельном столбце могут быть смещены в направлении строк относительно пиксельных структур 1 в соседнем столбце, как показано на фиг. 18.

Различные аспекты и реализации были описаны здесь в связи с различными вариантами осуществления. Однако другие варианты раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного предмета из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а неопределенный артикль единственного числа не исключает множественного числа. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры указаны во взаиморазличных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих измеряемых величин не может быть использована с пользой. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемый вместе с другим оборудованием или как его часть, но также может распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Обозначения, используемые в формуле изобретения, не должны рассматриваться как ограничивающие объем. Если не указано иное, чертежи предназначены для чтения (например, штриховка, компоновка частей, пропорция, степень и т. д.) вместе с описанием и должны рассматриваться как часть всего письменного описания настоящего раскрытия. Используемые в описании термины «горизонтальный», «вертикальный», «левый», «правый», «вверх» и «вниз», а также прилагательные и наречные производные от них (например, «горизонтально», «направо», «вверх» и т. д.), просто укажите ориентацию иллюстрируемой структуры, когда конкретная фигура на чертеже обращена к читателю. Аналогично, термины «внутрь» и «наружу» обычно относятся к ориентации поверхности относительно ее оси удлинения или оси вращения, в зависимости от обстоятельств.

Изобретение относится к пиксельной структуре для электронного дисплея, причем пиксельная структура содержит по меньшей мере один светодиодный (LED) излучатель и по меньшей мере один блок преобразования длины волны, размещенные на подложке. Техническим результатом является повышение световой эффективности пиксельной структуры электронного дисплея. Результат достигается тем, что пиксельная структура (1) содержит подложку (3), по меньшей мере один светодиодный излучатель (4), расположенный на подложке (3), и по меньшей мере один блок (5) преобразования длины волны, расположенный на подложке (3) рядом со светодиодным излучателем (4). Светодиодный излучатель (4) выполнен с возможностью излучения эмиссионного излучения (R1), причем эмиссионное излучение (R1) находится в пределах эмиссионного диапазона длин волн и излучается в одном или нескольких эмиссионных направлениях (D2, …, Dn) в пределах основной эмиссионной плоскости (P1). Блок (5) преобразования длины волны сконфигурирован для преобразования эмиссионного излучения (R1) в преобразованное излучение (R2) в пределах преобразованного диапазона длин волн, причем преобразованный диапазон длин волн отличается от эмиссионного диапазона длин волн. Преобразованное излучение (R2) распространяется от блока преобразования длины волны в основном направлении (D1) преобразования, перпендикулярном плоскости основного излучения (P1), при этом основное направление (D1) преобразования является, например, направлением к пользователю электронного устройства, имеющего электронный дисплей, содержащий по меньшей мере одну такую пиксельную структуру. Каждая пиксельная структура может содержать шесть светодиодных излучателей (4), причем первая пара светодиодных излучателей (4) функционально соединена с первым блоком (5) преобразования длины волны, вторая пара светодиодных излучателей (4) функционально соединена со вторым блоком (5) преобразования длины волны и третья пара светодиодных излучателей, причем каждый светодиодный излучатель упомянутой третьей пары излучает эмиссионное излучение непосредственно в основном направлении (D1) преобразования или функционально соединен с блоком 6 рассевания излучения или дополнительным блоком 5 преобразования длины волны. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Пиксельная структура (1) для электронного дисплея (2), причем указанная пиксельная структура (1) содержит

- подложку (3),

- по меньшей мере, один светодиодный излучатель (4), расположенный на подложке (3), упомянутый светодиодный излучатель (4) выполнен с возможностью излучать эмиссионное излучение (R1), упомянутое эмиссионное излучение (R1) находится в пределах эмиссионного диапазона длин волн и излучается в одном или нескольких эмиссионных направлениях D2, …, Dn) в пределах основной эмиссионной плоскости (Р1),

- по меньшей мере один блок (5) преобразования длины волны, расположенный на подложке (3) рядом со светодиодным излучателем (4), причем блок (5) преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования эмиссионного излучения (R1) в преобразованное излучение (R2), упомянутое преобразованное излучение (R2) находится в пределах преобразованного диапазона длин волн и распространяется от блока (5) преобразования длины волны в основном направлении (D1) преобразования, перпендикулярном основной эмиссионной плоскости (Р1),

упомянутый преобразованный диапазон длин волн отличается от упомянутого эмиссионного диапазона длин волн.

2. Пиксельная структура (1) по п. 1, в которой упомянутый эмиссионный диапазон длин волн представляет собой один из синего спектрального диапазона или ультрафиолетового спектрального диапазона, и

при этом, когда пиксельная структура (1) содержит по меньшей мере два светодиодных излучателя (4), упомянутые светодиодные излучатели (4) выполнены с возможностью излучать излучение, имеющее одинаковую длину волны.

3. Пиксельная структура (1) по п. 1 или 2, содержащая по меньшей мере два блока (5) преобразования длины волны, причем каждый блок (5) преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования эмиссионного излучения (R1) в эмиссионном диапазоне длин волн в преобразованное излучение (R2) в пределах одного из множества различных преобразованных диапазонов длин волн.

4. Пиксельная структура (1) по п. 3, в которой по меньшей мере один первый блок (5) преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования эмиссионного излучения (R1) в первое преобразованное излучение (R21), находящееся в пределах первого преобразованного диапазона длин волн, и

по меньшей мере, один второй блок (5) преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования эмиссионного излучения (R1) во второе преобразованное излучение (R22), находящееся в пределах второго преобразованного диапазона длин волн, причем второй преобразованный диапазон длин волн по меньшей мере частично отличается от первого преобразованного диапазона длин волн.

5. Пиксельная структура (1) по п. 4, в которой первый преобразованный диапазон длин волн находится в пределах красного спектрального диапазона, а второй преобразованный диапазон длин волн находится в пределах зеленого спектрального диапазона.

6. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, в которой светодиодный излучатель (4) выполнен с возможностью излучать эмиссионное излучение (R1) только в основной эмиссионной плоскости (Р1), или

при этом эмиссионное излучение (R1) или, по меньшей мере, часть эмиссионного излучения (R1), которая излучается в основной эмиссионной плоскости (Р1) упомянутым светодиодным излучателем (4), преобразуется в преобразованное излучение (R2) в блоке (5) преобразования длины волны.

7. Пиксельная структура (1) по любому из пп. 1-5, в которой, когда пиксельная структура (1) содержит по меньшей мере два светодиодных излучателя (4), по меньшей мере один из светодиодных излучателей (4) выполнен с возможностью излучать эмиссионное излучения (R1) в основном направлении (D1) преобразования.

8. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая по меньшей мере один блок (6) рассеивания излучения, расположенный на подложке (3) рядом со светодиодным излучателем (4), при этом блок (6) рассеивания выполнен с возможностью перенаправления эмиссионного излучения (R1), распространяющегося в основной эмиссионной плоскости (Р1), в основное направление (D1) преобразования.

9. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, в которой блок (5) преобразования длины волны содержит материал для преобразования длины волны, причем материал для преобразования длины волны предпочтительно содержит материал матрицы и частицы преобразования длины волны, распределенные в материале матрицы.

10. Пиксельная структура (1) по п. 9, в которой частицы преобразования длины волны представляют собой квантовые точки или фосфорный материал.

11. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, в которой блок (5) преобразования длины волны содержит по меньшей мере один барьер (7), проходящий вдоль периферии блока (5) преобразования длины волны в основном направлении (D1) преобразования,

упомянутый барьер (7) выполнен с возможностью расширения пути (А) поглощения блока (5) преобразования длины волны, причем путь (А) поглощения проходит в основной эмиссионной плоскости (Р1), причем эмиссионное излучение (R1) распространяется вдоль пути (А) поглощения и

упомянутое преобразование эмиссионного излучения (R1) в преобразованное излучение (R2) происходит одновременно с упомянутым распространением.

12. Пиксельная структура (1) по п. 11, дополнительно содержащая по меньшей мере один настенный отражатель (8), расположенный на поверхности барьера (7), проходящего по меньшей мере частично в основном направлении (D1) преобразования,

упомянутый настенный отражатель (8) выполнен с возможностью перенаправления эмиссионного излучения (R1), распространяющегося вдоль пути (А) поглощения, так что путь поглощения (А) блока (5) преобразования длины волны проходит в пределах указанной основной эмиссионной плоскости (Р1).

13. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая по меньшей мере один нижний отражатель (9), расположенный между блоком (5) преобразования длины волны и подложкой (3),

упомянутый нижний отражатель (9) проходит, по меньшей мере, частично параллельно основной эмиссионной плоскости (Р1) и выполнен с возможностью перенаправления преобразованного излучения (R2), распространяющегося в блоке (4) преобразования длины волны, в основное направление (D1) преобразования.

14. Пиксельная структура (1) по п. 13, в которой блок (5) преобразования длины волны содержит волноводную структуру (10), сконфигурированную для направления эмиссионного излучения (R1), когда оно распространяется внутри блока (5) преобразования длины волны.

15. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, в которой блок (5) преобразования длины волны сконфигурирован так, что по меньшей мере одна поверхность (5а, 5b) блока преобразования длины волны проходит под углом (а) к основной плоскости (Р2) подложки (3), при этом упомянутая поверхность (5а) обращена в сторону от подложки (3) и упомянутая поверхность (5b) проходит рядом с подложкой (3).

16. Пиксельная структура (1) по п. 15, в которой один из блока (5) преобразования длины волны и подложки (3) сужается по мере прохождения вдоль основной эмиссионной плоскости (Р1) или основной плоскости (Р2) подложки.

17. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая по меньшей мере один оптический функциональный элемент (11), расположенный на поверхности (5а) блока преобразования длины волны, обращенной в сторону от подложки (3), причем оптический функциональный элемент (11) является одним из расположенных поверх поверхности (5а) блока преобразования длины волны и объединенных с поверхностью (5а) блока преобразования длины волны.

18. Пиксельная структура (1) по п. 17, в которой оптический функциональный элемент (11) представляет собой по меньшей мере одно из преломляющей линзы и дифракционной линзы.

19. Пиксельная структура (1) по п. 17, в которой оптический функциональный элемент (11) представляет собой поверхностную структуру, предпочтительно одну из поверхностных решеток, шероховатости поверхности, поверхностного покрытия или микростолбиков.

20. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, в которой несколько из светодиодных излучателей (4) функционально соединены с одним блоком (5) преобразования длины волны, причем светодиодные излучатели (4) выполнены с возможностью излучения эмиссионного излучения (R1) как одновременно, так и независимо в блок (5) преобразования длины волны.

21. Пиксельная структура (1) по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая компоновку (12) управления для регулирования общего выхода преобразованного излучения (R2, R21, R22), упомянутое регулирование содержит широтно-импульсную модуляцию и регулировку тока возбуждения упомянутого(ых) светодиодного(ых) излучателя(ей) (4).

22. Электронное устройство (13) отображения, содержащее электронный дисплей (2), имеющий поверхность (2а) пользовательского интерфейса и по меньшей мере одну пиксельную структуру (1) по любому из пп. 1-21, при этом пиксельная структура (1) выполнена с возможностью позволять излучать эмиссионное излучение (R1) с одной эмиссионной длиной волны в нескольких эмиссионных направлениях (D2, …, Dn) в пределах основной эмиссионной плоскости (Р1), при этом основная эмиссионная плоскость (Р1) проходит параллельно упомянутой поверхности (2а) пользовательского интерфейса,

преобразовывать по меньшей мере часть эмиссионного излучения (R1) в преобразованное излучение (R2, R21, R22) по меньшей мере одной преобразованной длины волны, причем упомянутая преобразованная длина волны отличается от эмиссионной длины волны,

и направлять преобразованное излучение (R2, R21, R22) в основном направлении (D1) преобразования, перпендикулярном основной эмиссионной плоскости (Р1) и поверхности (2а) пользовательского интерфейса.

23. Электронное устройство (13) отображения по п. 22, содержащее множество идентичных пиксельных структур (1), причем упомянутые пиксельные структуры (1) распределены в основной эмиссионной плоскости (Р1) в виде двумерного шаблона,

указанный двумерный шаблон содержит строки пиксельных структур (1) и столбцы пиксельных структур (1), причем упомянутые строки проходят параллельно и пересекают упомянутые столбцы под перпендикулярными углами,

количество пиксельных структур (1) в отдельной строке не зависит от количества пиксельных структур (1) в соседней строке, и

количество пиксельных структур (1) в отдельном столбце не зависит от количества пиксельных структур (1) в соседнем столбце,

упомянутое распределение пиксельных структур (1) позволяет максимизировать количество пиксельных структур (1) в области, содержащей упомянутый двумерный шаблон.

24. Электронное устройство (13) отображения по п. 23, в котором упомянутое множество пиксельных структур (1) распределено с первым шагом в упомянутом двумерном шаблоне таким образом, что по меньшей мере первое эмиссионное направление (D2) эмиссионного излучения (R1) отдельной пиксельной структуры (1) совпадает с соответствующим первым эмиссионным направлением (D2) соседней пиксельной структуры (1).

25. Электронное устройство (13) отображения по п. 23, в котором упомянутое множество пиксельных структур (1) распределено со вторым шагом в упомянутом двумерном шаблоне таким образом, что по меньшей мере первое эмиссионное направление (D2) эмиссионного излучения (R1) отдельной пиксельной структуры (1) не совпадает с соответствующим первым эмиссионным направлением (D2) соседней пиксельной структуры (1), при этом упомянутое несовпадение представляет собой боковое смещение и/или угловое смещение ориентации каждой пиксельной структуры (1).

26. Электронное устройство (13) отображения по пп. 24 и 25, в котором при фиксированной длине указанного пути (А) поглощения длина составляет 10-500 мкм, предпочтительно < 20 мкм,

и при этом

упомянутый второй шаг составляет 20-150 мкм, предпочтительно 30-80 мкм, в приложениях отображения, сконфигурированных таким образом, что расстояние между глазом пользователя и поверхностью (2а) пользовательского интерфейса составляет < 1 м,

и упомянутый второй шаг составляет ≥70 мкм, предпочтительно ≥100 мкм, в приложениях отображения, сконфигурированных таким образом, что соответствующее расстояние между глазом пользователя и упомянутой поверхностью (2а) пользовательского интерфейса составляет ≥0,5 м.