專利名稱：具有改善的色均勻度的多色led陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用多色發(fā)光二極管(LED)的照明器件，尤其涉及用 于在諸如液晶顯示器(LCD)的背光源(backlight)這樣的照明器件的整 個(gè)發(fā)光區(qū)域上獲得更好的色均勻度(color uniformity)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)通常用于便攜電話、個(gè)人數(shù)字助理、膝上型電 腦、臺(tái)式監(jiān)視器、以及電視應(yīng)用中。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例涉及一種需要背 光照明的彩色透射型LCD,其中背光源可包括紅色、綠色、和藍(lán)色LED。
圖1是包括背光源12的彩色透射型LCD10的截面圖。該背光源包 含紅色、綠色和藍(lán)色LED 14形成的陣列，它們組合的光形成白光。
理想地，背光源12給顯示器的背面提供均質(zhì)光。在淺的背光盒 (backlight box)中利用物理上間隔開的LED提供均質(zhì)白光是非常困難 的。背光盒具有用以混合紅光、綠光和藍(lán)光的漫反射的底部和側(cè)壁。內(nèi) 表面可以漆成白色。諸如漫射器這樣的混合光學(xué)裝置(mixing optics) 16 改善了顏色的混合。
在混合光學(xué)裝置16上面是常規(guī)的LCD層18，其通常包括偏振器、 RGB濾光器、液晶層、薄膜晶體管陣列層、和基平面(ground plane)層。 通過選擇性地激勵(lì)在各像素位置的薄膜晶體管而在各像素位置產(chǎn)生的電 場(chǎng)導(dǎo)致液晶層在各像素位置改變白光的偏振。RGB濾光器僅允許白光中 的紅色、綠色或者藍(lán)色成分在對(duì)應(yīng)的RGB像素位置處被發(fā)射。LCD是眾
所周知的，不需要對(duì)其作進(jìn)一步的描述。
隨著LED技術(shù)的改進(jìn)，LED的光輸出和功率效率在增加，因此需要 更少的LED提供LCD所需要的光輸出。使用更少的LED通常降低了背 光源的成本。增加LED的間距使得在整個(gè)LCD屏幕上提供足夠的色均 勻度更為困難，尤其用相對(duì)較淺的背光盒時(shí)。
因此，需要新的技術(shù)來改善在整個(gè)LCD上使用LED的背光源的色
均勻度。

發(fā)明內(nèi)容
這里描述了各種為構(gòu)建用于背光照明LCD的改進(jìn)的背光源的技術(shù)。 在一個(gè)實(shí)施例中，該背光源在混合室內(nèi)使用紅色、緣色和藍(lán)色LED陣列。 該混合室具有反射壁、反射底面、和用于照射疊置于該混合室上的LCD 層的發(fā)光頂區(qū)。
背光源內(nèi)的LED布置成簇(cluster)。在一個(gè)例子中，每個(gè)簇都具 有六個(gè)LED:兩紅、兩綠和兩藍(lán)，并且對(duì)32英寸的電視屏來說，這些簇 形成6X5的陣列。描述了簇內(nèi)各種RGB LED串(sequence)。也描述了其 它尺寸的簇和陣列。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用了兩種類型的簇，并且每簇都具有相同數(shù)目 的RGB LED,以便具有相同的白點(diǎn)(white point)。在同一行內(nèi)的所有 簇都是相同的。這些行在第一類型的簇和第二類型的簇之間交替，以提 高色均勻度。在一個(gè)實(shí)施例中，簇內(nèi)的串是對(duì)稱的。在另一個(gè)實(shí)施例中， 簇內(nèi)的串是不對(duì)稱的。優(yōu)選的是，行的數(shù)目是奇數(shù)以便四個(gè)角的每一個(gè) 角都具有相同的簇。
在另一個(gè)實(shí)施例中，每行中具有兩種類型的簇，并且這些簇是交替 的。沿列排列的簇也是交替的，以形成簇的西洋跳棋盤(checkerboard) 圖案。這也提高了整個(gè)LCD上的色均勻度。
為實(shí)現(xiàn)顯示器制造商所規(guī)定的任何想要的白點(diǎn)，可以對(duì)多色LED的 布置、選擇、和控制進(jìn)行調(diào)整。


圖1是使用了白光源的現(xiàn)有技術(shù)彩色透射型LCD的截面圖。 圖2是用于LCD的背光源的頂視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例 的LED的布置。
圖3是用于LCD的背光源的頂視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例 的LED的另 一布置。
圖4是用于LCD的背光源的頂視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例 的LED的另 一布置。
圖5是使用了有創(chuàng)造性的背光源的LCD(諸如電視或者監(jiān)視器)的截 面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例提供了在大區(qū)域上的改善的色均勻度。本發(fā)明實(shí)施 例的應(yīng)用包括一般性的照明和背光照明。
圖2是包含了 LED陣列的背光源20的一部分的頂視圖。圖2中的背 光源，以及其它所述背光源，可以取代圖1中的背光源12。 LED布置成 簇。盡管簇之間顯示有間隔，但是也可以在單行內(nèi)的所有的LED等間隔， 在簇之間沒有另外的間隔。在一個(gè)實(shí)施例中，簇中LED的間距為大約10 —15mm?？蓪ED裝在印刷電路板條(strip)上，并將該電路板固定到 背光腔室的底表面。
該背光源可由鋁片形成，并且對(duì)其內(nèi)壁21和基底22涂以諸如白漆 這樣的漫反射材料。各種類型的反射材料在市場(chǎng)上可購(gòu)得且是眾所周知 的。在另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)側(cè)壁覆以鏡面膜(specular film)。在一個(gè)實(shí) 施例中，該背光源的深度為25 —40mm。
第一簇類型24由六個(gè)LED: RGBBGR的串組成。該圖案是對(duì)稱的。 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)具有相同數(shù)目的每種顏色的LED的對(duì)稱簇比諸如RGBRGB 等這樣的不對(duì)稱簇提供更好的色均勻度。
在圖2中，同一簇類型24 (RGBBGR)沿著第一行重復(fù)。在一個(gè)例 子中，對(duì)于32英寸的TV屏來說， 一行內(nèi)具有六個(gè)簇24。在第二行內(nèi)， 首尾相連地布置了不同的一組簇26，每個(gè)簇26具有串BGRRGB。在兩 個(gè)簇24和26內(nèi)都有相同數(shù)目的紅色、綠色和藍(lán)色LED，因此從簇24到 簇26總的白點(diǎn)不會(huì)發(fā)生改變。由于同一顏色的LED在列上沒有正好對(duì) 準(zhǔn)，所以與在每行內(nèi)都采用相同的簇的布局相比，顏色混合得更好。
在上面的例子中，簇內(nèi)位于2和5位置的LED在這兩個(gè)簇類型之間 沒有改變位置。在簇類型之間，位置1和3上的LED調(diào)換，并且位置4 和6上的LED調(diào)換。這種特定的圖案變化是有利的，因?yàn)?，在最上一?內(nèi)，兩紅和兩藍(lán)沿著這一行成組在一起，而綠是分開的。同一顏色的兩 個(gè)LED放在一起對(duì)顏色的混合是有害的，但是在具有相等數(shù)目的LED 顏色的對(duì)稱簇的圖案中這是不可避免的。在具有簇26的下一行中，兩紅 和兩藍(lán)與頂行內(nèi)的兩紅和兩藍(lán)沒有對(duì)準(zhǔn)，因而防止了紅色和藍(lán)色的集中。
簇24和26的行交替排列。在32英寸TV屏的例子中，有5行(總 共180個(gè)LED)。行的數(shù)目取決于所用的特定的LED、背光源的尺寸、 以及背光源的光輸出規(guī)格。在背光的四個(gè)角上具有相同類型的簇是有益
的，這使得每個(gè)角上的顏色相同。這通過使行的數(shù)目為奇數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
在圖2的背光中可以使用的其它簇類型包括按行交替的RBGGBR 和GBRRBG的簇類型；或者按行交替的GRBBRG和BRGGRB的簇類型。 對(duì)于附加的顏色混合，可以在背光源中使用多于兩種類型的簇。還可以 使用多于六個(gè)LED的簇。
盡管這些例子示出的是按行和列布置的LED,但是也可以使用其它 的圖案。這種圖案包括Z字形、波形、圓形、和多邊形圖案。每個(gè)簇也 可以為除了直線之外的其它形狀，諸如圓形、多邊形等等。
圖3示出了使用了對(duì)稱簇的背光源的另一個(gè)實(shí)施例。為了改善色均 勻度，使用了兩種簇類型。為改善顏色的混合，這些簇類型在單行和單 列內(nèi)交替，象西洋跳棋盤圖案一樣。在閨3的例子中，第一簇類型30是 RGBGR，而第二簇類型32是GRBRG，兩者產(chǎn)生相同的白點(diǎn)。由于在屏 幕的每個(gè)角上具有相同的簇類型是有益的，所以行和列的數(shù)目應(yīng)該為奇 數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)32英寸的TV屏來說，有7列和5行。
相同的西洋跳棋盤圖案能夠按照如上所述的任何一種6-LED簇來構(gòu) 造，以進(jìn)一步改善色均勻度。
具有六個(gè)LED、其中兩個(gè)LED為相同顏色的簇比具有四個(gè)或者五個(gè) LED、其中沒有冗余(redundant)的LED顏色的簇提供更高的可靠性。 在RGB成分之一僅由單個(gè)LED提供的簇中，LED的故障，包括亮度的 顯著降低，對(duì)該簇顏色的輸出具有明顯的影響，這導(dǎo)致整個(gè)LCD上顏色 的不均勻。在一個(gè)六個(gè)LED形成的簇中的一個(gè)LED的故障將具有少得 多的不利影響。
圖4示出使用了不對(duì)稱簇的背光源的另一個(gè)實(shí)施例。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不 對(duì)稱簇比對(duì)稱簇提供的色均勻度要低，但是，在某些情形下，為了減少 LED的數(shù)目或者改善整個(gè)功率效率(power efficiency) ， 4吏用不對(duì)稱簇來 作為一種折衷。如圖3中所示的，為改善顏色的混合，所述簇類型在單 行和單列內(nèi)象西洋跳棋盤圖案一樣交替排列。在圖4的例子中，第一簇 類型36是RGBR，而第二簇類型38是RBGR，兩者產(chǎn)生相同的白點(diǎn)。為 了使屏幕的每個(gè)角上都具有相同的簇類型，應(yīng)該具有奇數(shù)的行和列。在 一個(gè)實(shí)施例中，32英寸的TV屏具有9列和5行。
上面的實(shí)施例相對(duì)于受讓給Lumileds Lighting, LLC的美國(guó)專利申請(qǐng) 公開2005/0001537A1所描述的LED布局作出了改進(jìn)，在該申請(qǐng)中，形成
整行的一條LED是顛倒的，用以交替行。這種技術(shù)只是簡(jiǎn)單地顛倒LED 的次序，而在所有的行內(nèi)使用同樣的LED簇。在申請(qǐng)人的布置中，在背 光中使用了多種簇類型。
背光源的白點(diǎn)可以通過控制到每個(gè)LED顏色的電流來控制?？蓪⒀?個(gè)顏色的LED以串聯(lián)和并聯(lián)的組合進(jìn)行連接，并且可將其連接到可控制 的電流源。為了最好的色均勻度，所有的同種顏色的LED應(yīng)該具有相似 的通量(flux)和色點(diǎn)(colorpoint)，以使各個(gè)簇的色輸出基本上一樣。 這樣所有簇的白點(diǎn)就能夠通過控制流向紅色、綠色和藍(lán)色LED的電流來 調(diào)整。
圖5示出諸如電視、監(jiān)視器、或者其它彩色顯示器這樣的LCD 50。 LCD層52和混合光學(xué)裝置54可以與圖1中的一樣。背光源56是根據(jù)本 發(fā)明的背光源。紅色、綠色和藍(lán)色LED的驅(qū)動(dòng)器58控制背光源56的總 量度和白點(diǎn)。視頻信號(hào)被饋送到LCD控制器60，該控制器60將信號(hào)轉(zhuǎn) 換到用于薄膜晶體管陣列的XY控制信號(hào)，以便控制液晶層的RGB像素 區(qū)域。液晶層的RGB像素區(qū)域選擇性地將光從背光源56傳遞到LCD層 52中的RGB濾光器。LCD層52的頂部可以是具有RGB像素的電視或 者監(jiān)視器的顯示屏。
還可以在LCD50中^f吏用不是紅色、綠色和藍(lán)色的其它顏色的LED 來產(chǎn)生白光。
已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，給出這 里公開的內(nèi)容，在不脫離這里所述的精神和發(fā)明構(gòu)思的情況下，可以對(duì) 本發(fā)明作出修改。因此，無意將本發(fā)明的范圍限定在圖示和描述的具體 的實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光器件，包括具有側(cè)壁和底表面的光混合腔室；和在該混合腔室內(nèi)布置成陣列的多個(gè)紅色、綠色、和藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)；該LED成簇布置，該簇包括至少第一類型和第二類型，第一類型和第二類型具有相同數(shù)目的LED和相同比率的紅色、綠色和藍(lán)色LED。
2. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中在該陣列中僅僅有兩種類型的簇。
3. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中該簇布置成行和列。
4. 如權(quán)利要求3所述的器件，其中僅僅第一類型的簇形成第一組行，僅僅第二類型的簇形成第二組行。
5. 如權(quán)利要求4所述的器件，其中第二組行內(nèi)的行插在第一組行內(nèi)的行之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的器件，其中有奇數(shù)個(gè)行，使得僅僅第一簇位于該陣列的四個(gè)角的每一個(gè)角上。
7. 如權(quán)利要求3所述的器件，其中第一類型的簇和第二類型的簇在單行中交替。
8. 如權(quán)利要求7所述的器件，其中第一類型的簇和第二類型的簇在單列中交替，以使在該陣列中同一類型的簇在單行或單列中彼此不相鄰。
9. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中第一類型的簇和第二類型的簇選自由RGBBGR和BGRRGB組成的組中。
10. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中第一類型的簇和第二類型的簇選自由RBGGBR和GBRRBG組成的組中。
11. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中第一類型的簇和第二類型的簇選自由GRBBRG和BRGGRB組成的組中。
12. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中第一類型的簇和第二類型的簇選自由GRBRG和RGBGR組成的組中。
13. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中第一類型和第二類型的簇包括具有偶數(shù)個(gè)LED的LED串，該串關(guān)于該簇的中線是對(duì)稱的。
14. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中第一類型和第二類型的簇包括具有奇數(shù)個(gè)LED的LED串，該串關(guān)于該簇的中線是對(duì)稱的。
15. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中第一類型和第二類型的簇包括 LED串，該串相對(duì)于該蔟的中線是不對(duì)稱的。
16. 如權(quán)利要求l所述的器件，還包括疊置于該混合腔室上的液晶 層，用于選擇性地控制顯示屏中的紅色、綠色和藍(lán)色像素。
17. 如權(quán)利要求16所述的器件，其中該顯示屏是電視屏。
18. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中第一類型的簇和第二類型的簇 每個(gè)都具有由兩個(gè)紅色的、兩個(gè)綠色的和兩個(gè)藍(lán)色的LED組成的六個(gè) LED，其中第一類型在該簇中具有在位置1、 2、 3、 4、 5和6的LED， 其中第二簇具有位置l、 2、 3、 4、 5和6，并且其中在第一類型中的位置 1和3的LED對(duì)于第二類型是調(diào)換的，并且在第一類型中的位置4和6 的LED對(duì)于第二類型是調(diào)換的。
19. 一種背光照明顯示器的方法，包括提供以陣列方式布置在光混合腔室中的多個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光 二極管(LED)，該LED布置成簇，所述簇包括至少第一類型和第二類 型，第一類型和第二類型具有相同數(shù)目的LED和相同比率的紅色、綠色 和藍(lán)色LED;激勵(lì)這些LED簇；在所述混合腔室中混合從這些簇發(fā)出的紅光、綠光和藍(lán)光； 在所述混合腔室上提供至少一個(gè)液晶層；并且 控制所述至少一個(gè)液晶層，以控制紅色、綠色和藍(lán)色顯示像素的亮度。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中這些簇按行和列布置，其中僅僅第一類型的簇形成第一組行，而僅僅第二類型的簇形成第二組行，并 且其中第二組行中的行插在第一組行中的行之間。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中存在奇數(shù)個(gè)行，使得僅僅第一 簇位于該陣列的四個(gè)角的每個(gè)角上。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中這些簇按行和列布置，其中第 一類型的簇和第二類型的簇在單行中交替，并且其中第一類型的簇和第 二類型的簇在單列中交替，以使在該陣列中同一類型的簇在單行或者單 列中彼此不相鄰。
23. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中第一類型的簇和第二類型的簇 選自由RGBBGR和BGRRGB; RBGGBR和GBRRBG; GRBBRG和 BRGGRB; GRBRG和RGBGR組成的組。
全文摘要
背光源在混合室內(nèi)使用紅色、綠色和藍(lán)色LED陣列。該混合室具有反射表面和用于照射LCD層的頂部開口。LED以紅色、綠色和藍(lán)色LED組成的簇排列，其中在背光源內(nèi)使用了至少兩種類型的簇用以改善整個(gè)LCD屏上的色均勻度。兩個(gè)簇一組的例子是RGBBGR和BGRRGB，GRBRG和RGBGR。在一個(gè)實(shí)施例中，一種類型的簇形成陣列中交替的行，另一種類型的簇形成插入的行。在另一個(gè)實(shí)施例中，這些簇類型在行內(nèi)交替，并且這些簇類型在列內(nèi)交替，象西洋跳棋盤一樣，用以改善色均勻度。在一個(gè)實(shí)施例中，存在奇數(shù)個(gè)行，以使相同的簇類型位于陣列的四個(gè)角上。流到紅色、綠色和藍(lán)色LED的電流調(diào)節(jié)顯示器的白點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK101390004SQ200780006675
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者M·H·R·蘭克霍斯特, R·F·M·亨德里克斯 申請(qǐng)人:飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司