專利名稱：用于液晶顯示器背光的白色led的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及白色LED，它在通過彩色濾光器使用于液晶顯示器(IXD)時(shí)提供最優(yōu)的光學(xué)特性。
背景技術(shù)：
IXD包含若干層，這些層組合工作以產(chǎn)生可見的圖像。背光用于生成通過被稱為IXD疊層(stack)的光線，IXD疊層通常包括執(zhí)行基本或增強(qiáng)功能的若干層。在IXD疊層中最基本的層是液晶材料，其可以響應(yīng)于應(yīng)用的電壓而被激活配置，從而通過或阻隔源于背光的一定量的光。液晶材料層被劃分為許多小的區(qū)域，這些區(qū)域通常被稱為像素。對(duì)于全色顯示器，這些像素進(jìn)一步被劃分為獨(dú)立受控的紅色、綠色和藍(lán)色子像素區(qū)域。紅色子像素具有紅色濾光器，藍(lán)色子像素具有藍(lán)色濾光器，并且綠色子像素具有綠色濾光器。這三個(gè)顏色通常被稱為原色。例如，當(dāng)激活被應(yīng)用到一個(gè)紅色子像素的電壓時(shí)，那么允許入射到該子 像素的背光光譜的相關(guān)紅色部分通過，并且由此變成了在顯示器上觀看的圖像的一部分。通過每個(gè)子像素的光從背光產(chǎn)生為“白色”(或?qū)拵?光，盡管該光在可見光譜并不是均勻的。子像素彩色濾光器允許每個(gè)子像素發(fā)送一定量每種顏色(紅、綠或藍(lán))。當(dāng)從遠(yuǎn)距離觀看時(shí)，三個(gè)子像素看起來是一個(gè)復(fù)合像素，并且通過電子控制每個(gè)子像素顏色通過的光量，該復(fù)合像素可以通過有效地混合來自紅色、綠色和藍(lán)色子像素的光而產(chǎn)生非常廣范圍的不同顏色。當(dāng)前，用于IXD背光組件的公共照明源是熒光燈管，但是工業(yè)上逐漸應(yīng)用發(fā)光二極管(LED)。環(huán)境問題(例如熒光燈管中的水銀)、小空間需求、低能耗和長(zhǎng)的使用壽命是IXD產(chǎn)業(yè)開始廣泛使用LED作為背光的一些原因。如上所述，背光通常產(chǎn)生廣譜的光，其在顏色上大多數(shù)呈現(xiàn)為白色。當(dāng)使用LED時(shí)，通常實(shí)現(xiàn)為下面的兩種方式之一 I)紅色、綠色和藍(lán)色LED的單個(gè)串(這里稱為“RGB背光”);或者2)白光發(fā)射LED (這里稱為“白光LED背光”)O每個(gè)LED具有它自己的一組對(duì)其限定的光學(xué)屬性。這些屬性可以包括顏色溫度、效力和光譜響應(yīng)。但從提供商購(gòu)買這些LED時(shí)，它們的光學(xué)屬性有時(shí)被很好地限定和控制。然而，在LCD應(yīng)用中，來自這些LED的光將通過液晶層的彩色濾光器，由此改變其光學(xué)屬性。由于上述原因，RGB背光有時(shí)提供一些優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槊總€(gè)顏色的水平可以增加/減小，從而對(duì)于整個(gè)背光產(chǎn)生期望的“白色陰影”。然而，與白色LED背光相比，RGB背光也存在一些缺點(diǎn)。RGB背光具有較高的制造成本并且需要更昂貴和復(fù)雜的控制系統(tǒng)。此外，盡管RGB背光可以產(chǎn)生大的色域，如果色域延伸地超過必須，則因?yàn)槭沟蔑@示器呈現(xiàn)不正確的顏色而導(dǎo)致圖像質(zhì)量可能惡化。因此，需要一種白色LED背光，當(dāng)光通過一組彩色濾光器時(shí)該白色LED背光提供最優(yōu)光學(xué)屬性。

發(fā)明內(nèi)容
示例實(shí)施例包括白色LED，其對(duì)于IXD彩色濾光器的光譜透射率進(jìn)行優(yōu)化并且最大化由LCD顯示的所得到的光學(xué)屬性。實(shí)施例提供了二極管芯片，其固有地發(fā)射具有主要位于藍(lán)色可見光譜內(nèi)的波長(zhǎng)的光(“藍(lán)色芯片”)。一種類型的二極管芯片是具有基于InGaN的活性層的芯片。圍繞該芯片的是第一層突光體(phosphor)(黃-綠色突光體)，第一層突光體通過具有從二極管芯片發(fā)射的藍(lán)色光的熒光發(fā)射具有主要處于可見光譜的黃-綠色區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)的光。還存在第二層熒光體(紅色熒光體)，第二層熒光體通過具有從二極管芯片發(fā)射的藍(lán)色光的熒光發(fā)射具有主要處于可見光譜中紅色區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)的光。當(dāng)考慮LCD彩色濾光器的光譜透射率時(shí)，可以放置藍(lán)色芯片、黃綠色熒光體和紅色熒光體的峰值波長(zhǎng)和相對(duì)量值，使得在彩色濾光器之間存在最小的帶外光泄露。從LCD得到的顏色可以同時(shí)提供高水平的顏色飽和度，顯示國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)(NTSC)色域的相對(duì)大的百分比，并且顯示理想白色點(diǎn)相關(guān)色溫(CCT)。如附圖所示，本發(fā)明的前述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的特定實(shí)施例的具體實(shí)施方式
中變得顯而易見。



通過讀取下面的具體實(shí)施方式
和附圖可以更好地理解示例實(shí)施例，其中相同的附圖標(biāo)記指的是相同的部件，其中圖I是典型的藍(lán)色、綠色和紅色I(xiàn)XD彩色濾光器的光譜透射率的圖形表示。圖2是彩色濾光器的光譜透射率以及示例LED的光譜響應(yīng)的圖形表示。圖3是使用具有示例LED的典型彩色濾光器的LCD顯示器的仿真得到的色域的圖形表示。
具體實(shí)施例方式圖I提供了典型的藍(lán)色、綠色和紅色I(xiàn)XD彩色濾光器的光譜透射率。從新澤西的Englewood Cliffs的LG電子可獲得的型號(hào)為L(zhǎng)GD-D1013的彩色濾光器可以得到用于該說明的特定數(shù)據(jù)(www. lge. com)。應(yīng)該知道雖然在本說明書中使用了這些特定彩色濾光器,在此教導(dǎo)的技術(shù)可以應(yīng)用于任何類型的LCD彩色濾光器，以獲得LCD的最佳光學(xué)性能。如在本領(lǐng)域公知的那樣，圖像的X軸為波長(zhǎng)(這里以納米為單位)，并且y軸為每個(gè)濾光器的相對(duì)響應(yīng)。藍(lán)色濾光器具有峰值5和交點(diǎn)(node) 6。綠色濾光器具有峰值7和交點(diǎn)8和9。紅色濾光器具有紅色可見光譜中的峰值10和可見光譜中接近紫色部分的較小的峰值11。否則，紅色濾光器在440和570nm之間具有非常低的光譜透射率。示出若干重疊區(qū)域15，其中濾光器響應(yīng)彼此重疊。這可能對(duì)于從LCD顯示器觀察到的顏色飽和度非常有害。示例實(shí)施例被設(shè)置為使用包含這些類型的重疊區(qū)域和光譜透射率特性的彩色濾光器來實(shí)現(xiàn)最佳顏色飽和度、NTSC百分比和白色點(diǎn)相關(guān)色溫(CCT)。當(dāng)對(duì)于該彩色濾光器具體討論時(shí)，通過使用這里的設(shè)計(jì)和方法，可以設(shè)計(jì)其他LED排列，該LED排列將優(yōu)化具有不同光譜透射率曲線的彩色濾光器。圖2提供了圖I的彩色濾光器的光譜透射率以及示例LED(在圖中顯示為“源”)的光譜響應(yīng)。在LED的響應(yīng)曲線中可以看到三個(gè)不同的峰值。藍(lán)色峰值20對(duì)應(yīng)于撞擊熒光體的藍(lán)色芯片。黃綠色峰值22對(duì)應(yīng)于黃綠色熒光體。紅色峰值24對(duì)應(yīng)于紅色熒光體。如已經(jīng)觀察到的，LED的峰值不僅對(duì)應(yīng)于彩色濾光器的相關(guān)峰值，還對(duì)應(yīng)于與相關(guān)的LED峰值不對(duì)應(yīng)的彩色濾光器的低點(diǎn)(或交點(diǎn))。由此，在發(fā)生藍(lán)色峰值20的波長(zhǎng)處，紅色和綠色濾光器的相對(duì)透射率非常低。此外，在發(fā)生黃綠色峰值22的波長(zhǎng)處，紅色和藍(lán)色濾光器的相對(duì)透射率非常低。最后，在發(fā)生紅色峰值24的波長(zhǎng)處，綠色和藍(lán)色濾光器的相對(duì)透射率非常低。峰值20、22和24的位置最小化通過其他彩色濾光器的光泄露，由此最大化顏色飽和度。峰值20、22和24的相對(duì)量值還允許近乎完美的白色點(diǎn)CCT。圖3示出用于得到的IXD顯示器的仿真數(shù)據(jù)，該IXD顯示器將包含如圖I和2描述的彩色濾光器和LED。如在本領(lǐng)域公知的，該圖示出了 CIE顏色空間30，其已知為由人眼可見的全色域的表示。在CIE顏色空間30中是NTSC色域32，該NTSC色域已知為當(dāng)前廣播電視的顏色空間(在美國(guó)和一些其他國(guó)家)。在NTSC色域32中是從圖I和2所示的彩色濾光器和LED得到的IXD的色域35。一種測(cè)量IXD電視的色域的方法是IXD可以產(chǎn)生的NTSC色域的百分比。在實(shí)現(xiàn)大的NTSC百分比以及理想的白色點(diǎn)CCTOXD顯示的“白色”的精確顏色溫度)之間存在微妙的平衡。 執(zhí)行這里教導(dǎo)的技術(shù)的示例LED可以從得到的IXD實(shí)現(xiàn)近乎“完美”的白色。這里，仿真數(shù)據(jù)示出了可以實(shí)現(xiàn)6555度K的白色點(diǎn)。對(duì)于LCD顯示器，接近6500度K的白色點(diǎn)CCT通常被認(rèn)為是“完美的”。這些LED還可以實(shí)現(xiàn)50. 2%的顏色飽和度，這被看作“好的”。圖3所示的數(shù)據(jù)是基于來自彩色濾光器和具有黃綠色熒光體的藍(lán)色LED的真實(shí)數(shù)據(jù)的仿真數(shù)據(jù)。例如這個(gè)的仿真軟件可以從Breault Research Organization公司(www.breault. com)購(gòu)買。一個(gè)版本的軟件可以從Breault獲得作為ASAP。這里示出的數(shù)據(jù)由屬性軟件生成，但是通過使用ASAP模型確認(rèn)已經(jīng)被認(rèn)證。如前所述，RGB LED背光通常比白色LED背光產(chǎn)生更廣的色域。然而，這些系統(tǒng)必須被仔細(xì)地監(jiān)視并且如果沒有被正確控制可能容易地偏離期望的性能。此外，獲得近乎完美的6500CCT可能維持起來非常困難和/或昂貴。此外，如果單個(gè)紅色、綠色或藍(lán)色LED出現(xiàn)故障，在該區(qū)域的顯示器與剩下的顯示器相比具有不同的顏色。通過使用這里教導(dǎo)的技術(shù)，簡(jiǎn)化的白色LED背光可以被用于創(chuàng)建具有高顏色飽和度和近乎完美的白色點(diǎn)CCT的IXD顯示器。與類似的RGB背光IXD相比，可以使用更少昂貴的原件更快地制造該顯示器。已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不利于普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以進(jìn)行許多變形和修改以影響上述發(fā)明而依然處于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，上述許多組件可以被改變或者由提供相同結(jié)果不同組件替代，并且也處于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。由此，限制本發(fā)明的意圖僅由權(quán)利要求的范圍指示。
權(quán)利要求
1.ー種發(fā)光二極管(LED),包括 ニ極管芯片，固有地發(fā)射藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光； 通過具有從ニ極管芯片發(fā)射的藍(lán)色光的熒光來發(fā)射黃緑色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的熒光體重疊層；以及 通過具有從ニ極管芯片發(fā)射的藍(lán)色光的熒光來發(fā)射紅色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的熒光體重疊層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED，其中， LED的光譜響應(yīng)包含近似440納米和460納米之間的第一峰值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED，其中， LED的光譜響應(yīng)包含近似535納米和565納米之間的第二峰值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED，其中， LED的光譜響應(yīng)包含近似635納米和660納米之間的第三峰值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED，其中， LED的光譜響應(yīng)包含近似470納米和490納米之間的第一交點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED，其中， LED的光譜響應(yīng)包含近似600納米和625納米之間的第二交點(diǎn)。
7.ー種優(yōu)化給定LCD疊層和彩色濾光器組的背光LED的方法，所述彩色濾光器組具有紅色、藍(lán)色和綠色濾光器，所述濾光器具有在可見光譜內(nèi)0. 0到I. 0之間改變的相對(duì)光譜透射率，所述方法包括以下步驟 選擇固有發(fā)藍(lán)光的LED芯片，使得藍(lán)色可見光譜中得到的LED的相對(duì)光譜響應(yīng)的峰值對(duì)應(yīng)于紅色和綠色濾光器的相對(duì)光譜透射率均小于近似0. 15處的波長(zhǎng)； 將發(fā)黃/綠光的熒光體應(yīng)用到所述發(fā)藍(lán)光的芯片，其中選擇發(fā)黃/綠光的熒光體以使得在黃-緑色可見光譜中得到的LED的相對(duì)光譜透射率的峰值對(duì)應(yīng)于紅色和藍(lán)色濾光器的相對(duì)光譜透射率均小于近似0. 2處的波長(zhǎng)；以及 將發(fā)紅光的熒光體應(yīng)用到所述發(fā)藍(lán)光的芯片，其中選擇發(fā)紅光的熒光體以使得在紅可見光譜中得到的LED的相對(duì)光譜透射率的峰值對(duì)應(yīng)于綠色和藍(lán)色濾光器的相對(duì)光譜透射率均小于近似0.15處的波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括以下步驟 使用從權(quán)利要求7的方法得到的多個(gè)LED來照明LCD疊層和彩色濾光器組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中， 通過IXD疊層和彩色濾光器發(fā)射的得到的白色光具有大約6400° K和6600° K之間的色溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中， 通過IXD疊層和彩色濾光器發(fā)射的得到的彩色光具有大約49. 0%和55% NTSC之間的顏色飽和度。
11.ー種液晶顯不器，包括 彩色濾光器組，具有紅色、藍(lán)色和綠色濾光器，所述濾光器具有在可見光譜中近似0. 0和I. 0之間變化的相對(duì)光譜透射率； 位于彩色濾光器組后面的液晶材料層；位于液晶材料后面的背光，所述背光包括多個(gè)LED，每個(gè)LED包括 ニ極管芯片，固有地發(fā)射藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光； 通過具有從ニ極管芯片發(fā)射的藍(lán)色光的熒光來發(fā)射黃緑色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的熒光體重疊層；以及 通過具有從ニ極管芯片發(fā)射的藍(lán)色光的熒光來發(fā)射紅色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的熒光體重疊層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液晶顯示器，其中， 每個(gè)背光LED的光譜響應(yīng)包含近似440納米和460納米之間的第一峰值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的液晶顯示器，其中， 每個(gè)背光LED的光譜響應(yīng)包含近似535納米和565納米之間的第二峰值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器，其中， 每個(gè)背光LED的光譜響應(yīng)包含近似635納米和660納米之間的第三峰值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的液晶顯示器，其中， 每個(gè)背光LED的光譜響應(yīng)包含近似470納米和490納米之間的第一交點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的液晶顯示器，其中， 每個(gè)背光LED的光譜響應(yīng)包含近似600納米和625納米之間的第二交點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液晶顯示器，其中， ニ極管芯片提供與紅色和綠色濾光器的相對(duì)光譜透射率均小于近似0. 15處的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的藍(lán)色可見光譜中得到的LED的相對(duì)光譜響應(yīng)的峰值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的液晶顯示器，其中， 發(fā)黃/綠光熒光體提供與紅色和藍(lán)色濾光器的相對(duì)光譜透射率均小于近似0. 2處的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的黃-緑色可見光譜中得到的LED的相對(duì)光譜透射率的峰值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液晶顯示器，其中， 發(fā)紅光熒光體提供與緑色和藍(lán)色濾光器的相對(duì)光譜透射率均小于近似0. 15處的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的紅可見光譜中得到的LED的相對(duì)光譜透射率的峰值。
全文摘要
公開了發(fā)光二極管(LED)，用于優(yōu)化具有為液晶彩色濾光器組調(diào)整的特性的LED的方法，以及使用該LED的液晶顯示器(LCD)。優(yōu)化LED的光譜響應(yīng)，使得當(dāng)LED的光通過彩色濾光器組和液晶疊層發(fā)射時(shí)提供優(yōu)選的光學(xué)性能。實(shí)施例提供了二極管芯片，該二極管芯片固有地發(fā)射具有主要處于顏色可見光譜的波長(zhǎng)的光(藍(lán)色芯片)。圍繞該芯片的是第一層熒光體(“黃綠色熒光體”)，其通過具有從二極管芯片發(fā)射的藍(lán)光的熒光發(fā)射具有處于可見光譜的黃綠色區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)的光。優(yōu)選地具有第二層熒光體(“紅色熒光體”)，其通過具有從二極管芯片發(fā)射的藍(lán)光的熒光發(fā)射具有處于可見光譜的紅色區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)的光。
文檔編號(hào)H01L33/50GK102804421SQ201080029063
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者威廉·鄧恩, 哈里·普雷斯利 申請(qǐng)人:制造資源國(guó)際公司