具有改善的色均匀度的多色led阵列的制作方法

专利名称：具有改善的色均匀度的多色led阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用多色发光二极管(LED)的照明器件，尤其涉及用 于在诸如液晶显示器(LCD)的背光源(backlight)这样的照明器件的整 个发光区域上获得更好的色均匀度(color uniformity)的技术。
背景技术：
液晶显示器(LCD)通常用于便携电话、个人数字助理、膝上型电 脑、台式监视器、以及电视应用中。本发明一个实施例涉及一种需要背 光照明的彩色透射型LCD,其中背光源可包括红色、绿色、和蓝色LED。
图1是包括背光源12的彩色透射型LCD10的截面图。该背光源包 含红色、绿色和蓝色LED 14形成的阵列，它们组合的光形成白光。
理想地，背光源12给显示器的背面提供均质光。在浅的背光盒 (backlight box)中利用物理上间隔开的LED提供均质白光是非常困难 的。背光盒具有用以混合红光、绿光和蓝光的漫反射的底部和侧壁。内 表面可以漆成白色。诸如漫射器这样的混合光学装置(mixing optics) 16 改善了颜色的混合。
在混合光学装置16上面是常规的LCD层18，其通常包括偏振器、 RGB滤光器、液晶层、薄膜晶体管阵列层、和基平面(ground plane)层。 通过选择性地激励在各像素位置的薄膜晶体管而在各像素位置产生的电 场导致液晶层在各像素位置改变白光的偏振。RGB滤光器仅允许白光中 的红色、绿色或者蓝色成分在对应的RGB像素位置处被发射。LCD是众
所周知的，不需要对其作进一步的描述。
随着LED技术的改进，LED的光输出和功率效率在增加，因此需要 更少的LED提供LCD所需要的光输出。使用更少的LED通常降低了背 光源的成本。增加LED的间距使得在整个LCD屏幕上提供足够的色均 匀度更为困难，尤其用相对较浅的背光盒时。
因此，需要新的技术来改善在整个LCD上使用LED的背光源的色
均匀度。

发明内容
这里描述了各种为构建用于背光照明LCD的改进的背光源的技术。 在一个实施例中，该背光源在混合室内使用红色、缘色和蓝色LED阵列。 该混合室具有反射壁、反射底面、和用于照射叠置于该混合室上的LCD 层的发光顶区。
背光源内的LED布置成簇(cluster)。在一个例子中，每个簇都具 有六个LED:两红、两绿和两蓝，并且对32英寸的电视屏来说，这些簇 形成6X5的阵列。描述了簇内各种RGB LED串(sequence)。也描述了其 它尺寸的簇和阵列。
在一个实施例中，使用了两种类型的簇，并且每簇都具有相同数目 的RGB LED,以便具有相同的白点(white point)。在同一行内的所有 簇都是相同的。这些行在第一类型的簇和第二类型的簇之间交替，以提 高色均匀度。在一个实施例中，簇内的串是对称的。在另一个实施例中， 簇内的串是不对称的。优选的是，行的数目是奇数以便四个角的每一个 角都具有相同的簇。
在另一个实施例中，每行中具有两种类型的簇，并且这些簇是交替 的。沿列排列的簇也是交替的，以形成簇的西洋跳棋盘(checkerboard) 图案。这也提高了整个LCD上的色均匀度。
为实现显示器制造商所规定的任何想要的白点，可以对多色LED的 布置、选择、和控制进行调整。


图1是使用了白光源的现有技术彩色透射型LCD的截面图。 图2是用于LCD的背光源的顶视图，其示出根据本发明一个实施例 的LED的布置。
图3是用于LCD的背光源的顶视图，其示出根据本发明一个实施例 的LED的另 一布置。
图4是用于LCD的背光源的顶视图，其示出根据本发明一个实施例 的LED的另 一布置。
图5是使用了有创造性的背光源的LCD(诸如电视或者监视器)的截 面图。
具体实施例方式
本发明的实施例提供了在大区域上的改善的色均匀度。本发明实施 例的应用包括一般性的照明和背光照明。
图2是包含了 LED阵列的背光源20的一部分的顶视图。图2中的背 光源，以及其它所述背光源，可以取代图1中的背光源12。 LED布置成 簇。尽管簇之间显示有间隔，但是也可以在单行内的所有的LED等间隔， 在簇之间没有另外的间隔。在一个实施例中，簇中LED的间距为大约10 —15mm。可将LED装在印刷电路板条(strip)上，并将该电路板固定到 背光腔室的底表面。
该背光源可由铝片形成，并且对其内壁21和基底22涂以诸如白漆 这样的漫反射材料。各种类型的反射材料在市场上可购得且是众所周知 的。在另一个实施例中，对侧壁覆以镜面膜(specular film)。在一个实 施例中，该背光源的深度为25 —40mm。
第一簇类型24由六个LED: RGBBGR的串組成。该图案是对称的。 申请人:发现具有相同数目的每种颜色的LED的对称簇比诸如RGBRGB 等这样的不对称簇提供更好的色均匀度。
在图2中，同一簇类型24 (RGBBGR)沿着第一行重复。在一个例 子中，对于32英寸的TV屏来说， 一行内具有六个簇24。在第二行内， 首尾相连地布置了不同的一組簇26，每个簇26具有串BGRRGB。在两 个簇24和26内都有相同数目的红色、绿色和蓝色LED，因此从簇24到 簇26总的白点不会发生改变。由于同一颜色的LED在列上没有正好对 准，所以与在每行内都采用相同的簇的布局相比，颜色混合得更好。
在上面的例子中，簇内位于2和5位置的LED在这两个簇类型之间 没有改变位置。在簇类型之间，位置1和3上的LED调换，并且位置4 和6上的LED调换。这种特定的图案变化是有利的，因为，在最上一行 内，两红和两蓝沿着这一行成組在一起，而绿是分开的。同一颜色的两 个LED放在一起对颜色的混合是有害的，但是在具有相等数目的LED 颜色的对称簇的图案中这是不可避免的。在具有簇26的下一行中，两红 和两蓝与顶行内的两红和两蓝没有对准，因而防止了红色和蓝色的集中。
簇24和26的行交替排列。在32英寸TV屏的例子中，有5行(总 共180个LED)。行的数目取决于所用的特定的LED、背光源的尺寸、 以及背光源的光输出规格。在背光的四个角上具有相同类型的簇是有益
的，这使得每个角上的颜色相同。这通过使行的数目为奇数来实现。
在图2的背光中可以使用的其它簇类型包括按行交替的RBGGBR 和GBRRBG的簇类型；或者按行交替的GRBBRG和BRGGRB的簇类型。 对于附加的颜色混合，可以在背光源中使用多于两种类型的簇。还可以 使用多于六个LED的簇。
尽管这些例子示出的是按行和列布置的LED,但是也可以使用其它 的图案。这种图案包括Z字形、波形、圆形、和多边形图案。每个簇也 可以为除了直线之外的其它形状，诸如圆形、多边形等等。
图3示出了使用了对称簇的背光源的另一个实施例。为了改善色均 匀度，使用了两种簇类型。为改善颜色的混合，这些簇类型在单行和单 列内交替，象西洋跳棋盘图案一样。在闺3的例子中，第一簇类型30是 RGBGR，而第二簇类型32是GRBRG，两者产生相同的白点。由于在屏 幕的每个角上具有相同的簇类型是有益的，所以行和列的数目应该为奇 数。在一个实施例中，对32英寸的TV屏来说，有7列和5行。
相同的西洋跳棋盘图案能够按照如上所述的任何一种6-LED簇来构 造，以进一步改善色均匀度。
具有六个LED、其中两个LED为相同颜色的簇比具有四个或者五个 LED、其中没有冗余(redundant)的LED颜色的簇提供更高的可靠性。 在RGB成分之一仅由单个LED提供的簇中，LED的故障，包括亮度的 显著降低，对该簇颜色的输出具有明显的影响，这导致整个LCD上颜色 的不均匀。在一个六个LED形成的簇中的一个LED的故障将具有少得 多的不利影响。
图4示出使用了不对称簇的背光源的另一个实施例。已经发现，不 对称簇比对称簇提供的色均匀度要低，但是，在某些情形下，为了减少 LED的数目或者改善整个功率效率(power efficiency) ， 4吏用不对称簇来 作为一种折衷。如图3中所示的，为改善颜色的混合，所述簇类型在单 行和单列内象西洋跳棋盘图案一样交替排列。在图4的例子中，第一簇 类型36是RGBR，而第二簇类型38是RBGR，两者产生相同的白点。为 了使屏幕的每个角上都具有相同的簇类型，应该具有奇数的行和列。在 一个实施例中，32英寸的TV屏具有9列和5行。
上面的实施例相对于受让给Lumileds Lighting, LLC的美国专利申请 公开2005/0001537A1所描述的LED布局作出了改进，在该申请中，形成
整行的一条LED是颠倒的，用以交替行。这种技术只是简单地颠倒LED 的次序，而在所有的行内使用同样的LED簇。在申请人的布置中，在背 光中使用了多种簇类型。
背光源的白点可以通过控制到每个LED颜色的电流来控制。可将羊 个颜色的LED以串联和并联的組合进行连接，并且可将其连接到可控制 的电流源。为了最好的色均匀度，所有的同种颜色的LED应该具有相似 的通量(flux)和色点(colorpoint)，以使各个簇的色输出基本上一样。 这样所有簇的白点就能够通过控制流向红色、绿色和蓝色LED的电流来 调整。
图5示出诸如电视、监视器、或者其它彩色显示器这样的LCD 50。 LCD层52和混合光学装置54可以与图1中的一样。背光源56是根据本 发明的背光源。红色、绿色和蓝色LED的驱动器58控制背光源56的总 量度和白点。视频信号被馈送到LCD控制器60，该控制器60将信号转 换到用于薄膜晶体管阵列的XY控制信号，以便控制液晶层的RGB像素 区域。液晶层的RGB像素区域选择性地将光从背光源56传递到LCD层 52中的RGB滤光器。LCD层52的顶部可以是具有RGB像素的电视或 者监视器的显示屏。
还可以在LCD50中^f吏用不是红色、绿色和蓝色的其它颜色的LED 来产生白光。
已经对本发明进行了详细的描述，本领域技术人员会理解，给出这 里公开的内容，在不脱离这里所述的精神和发明构思的情况下，可以对 本发明作出修改。因此，无意将本发明的范围限定在图示和描述的具体 的实施例中。
权利要求
1. 一种发光器件，包括具有侧壁和底表面的光混合腔室；和在该混合腔室内布置成阵列的多个红色、绿色、和蓝色发光二极管(LED)；该LED成簇布置，该簇包括至少第一类型和第二类型，第一类型和第二类型具有相同数目的LED和相同比率的红色、绿色和蓝色LED。
2. 如权利要求1所述的器件，其中在该阵列中仅仅有两种类型的簇。
3. 如权利要求l所述的器件，其中该簇布置成行和列。
4. 如权利要求3所述的器件，其中仅仅第一类型的簇形成第一組行，仅仅第二类型的簇形成第二組行。
5. 如权利要求4所述的器件，其中第二組行内的行插在第一组行内的行之间。
6. 如权利要求5所述的器件，其中有奇数个行，使得仅仅第一簇位于该阵列的四个角的每一个角上。
7. 如权利要求3所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇在单行中交替。
8. 如权利要求7所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇在单列中交替，以使在该阵列中同一类型的簇在单行或单列中彼此不相邻。
9. 如权利要求l所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由RGBBGR和BGRRGB組成的组中。
10. 如权利要求l所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由RBGGBR和GBRRBG组成的組中。
11. 如权利要求l所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由GRBBRG和BRGGRB组成的组中。
12. 如权利要求l所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由GRBRG和RGBGR組成的組中。
13. 如权利要求l所述的器件，其中第一类型和第二类型的簇包括具有偶数个LED的LED串，该串关于该簇的中线是对称的。
14. 如权利要求l所述的器件，其中第一类型和第二类型的簇包括具有奇数个LED的LED串，该串关于该簇的中线是对称的。
15. 如权利要求l所述的器件，其中第一类型和第二类型的簇包括 LED串，该串相对于该蔟的中线是不对称的。
16. 如权利要求l所述的器件，还包括叠置于该混合腔室上的液晶 层，用于选择性地控制显示屏中的红色、绿色和蓝色像素。
17. 如权利要求16所述的器件，其中该显示屏是电视屏。
18. 如权利要求l所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇 每个都具有由两个红色的、两个绿色的和两个蓝色的LED组成的六个 LED，其中第一类型在该簇中具有在位置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，并且其中在第一类型中的位置 1和3的LED对于第二类型是调换的，并且在第一类型中的位置4和6 的LED对于第二类型是调换的。
19. 一种背光照明显示器的方法，包括提供以阵列方式布置在光混合腔室中的多个红色、绿色和蓝色发光 二极管(LED)，该LED布置成簇，所述簇包括至少第一类型和第二类 型，第一类型和第二类型具有相同数目的LED和相同比率的红色、绿色 和蓝色LED;激励这些LED簇；在所述混合腔室中混合从这些簇发出的红光、绿光和蓝光； 在所述混合腔室上提供至少一个液晶层；并且 控制所述至少一个液晶层，以控制红色、绿色和蓝色显示像素的亮度。
20. 如权利要求19所述的方法，其中这些簇按行和列布置，其中仅仅第一类型的簇形成第一组行，而仅仅第二类型的簇形成第二组行，并 且其中第二组行中的行插在第一組行中的行之间。
21. 如权利要求20所述的方法，其中存在奇数个行，使得仅仅第一 簇位于该阵列的四个角的每个角上。
22. 如权利要求19所述的方法，其中这些簇按行和列布置，其中第 一类型的簇和第二类型的簇在单行中交替，并且其中第一类型的簇和第 二类型的簇在单列中交替，以使在该阵列中同一类型的簇在单行或者单 列中彼此不相邻。
23. 如权利要求19所述的方法，其中第一类型的簇和第二类型的簇 选自由RGBBGR和BGRRGB; RBGGBR和GBRRBG; GRBBRG和 BRGGRB; GRBRG和RGBGR组成的组。
全文摘要
背光源在混合室内使用红色、绿色和蓝色LED阵列。该混合室具有反射表面和用于照射LCD层的顶部开口。LED以红色、绿色和蓝色LED组成的簇排列，其中在背光源内使用了至少两种类型的簇用以改善整个LCD屏上的色均匀度。两个簇一组的例子是RGBBGR和BGRRGB，GRBRG和RGBGR。在一个实施例中，一种类型的簇形成阵列中交替的行，另一种类型的簇形成插入的行。在另一个实施例中，这些簇类型在行内交替，并且这些簇类型在列内交替，象西洋跳棋盘一样，用以改善色均匀度。在一个实施例中，存在奇数个行，以使相同的簇类型位于阵列的四个角上。流到红色、绿色和蓝色LED的电流调节显示器的白点。
文档编号G02F1/1335GK101390004SQ200780006675
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月19日 优先权日2006年2月24日
发明者M·H·R·兰克霍斯特, R·F·M·亨德里克斯 申请人:飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司