CN102804421A - 用于液晶显示器背光的白色led - Google Patents
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Abstract
公开了发光二极管(LED)，用于优化具有为液晶彩色滤光器组调整的特性的LED的方法，以及使用该LED的液晶显示器(LCD)。优化LED的光谱响应，使得当LED的光通过彩色滤光器组和液晶叠层发射时提供优选的光学性能。实施例提供了二极管芯片，该二极管芯片固有地发射具有主要处于颜色可见光谱的波长的光(蓝色芯片)。围绕该芯片的是第一层荧光体(“黄绿色荧光体”)，其通过具有从二极管芯片发射的蓝光的荧光发射具有处于可见光谱的黄绿色区域内的波长的光。优选地具有第二层荧光体(“红色荧光体”)，其通过具有从二极管芯片发射的蓝光的荧光发射具有处于可见光谱的红色区域内的波长的光。
Description
技术领域
本发明总地涉及白色LED，它在通过彩色滤光器使用于液晶显示器(LCD)时提供最优的光学特性。
背景技术
LCD包含若干层，这些层组合工作以产生可见的图像。背光用于生成通过被称为LCD叠层(stack)的光线，LCD叠层通常包括执行基本或增强功能的若干层。在LCD叠层中最基本的层是液晶材料，其可以响应于应用的电压而被激活配置，从而通过或阻隔源于背光的一定量的光。液晶材料层被划分为许多小的区域，这些区域通常被称为像素。对于全色显示器，这些像素进一步被划分为独立受控的红色、绿色和蓝色子像素区域。红色子像素具有红色滤光器，蓝色子像素具有蓝色滤光器，并且绿色子像素具有绿色滤光器。这三个颜色通常被称为原色。例如，当激活被应用到一个红色子像素的电压时，那么允许入射到该子像素的背光光谱的相关红色部分通过，并且由此变成了在显示器上观看的图像的一部分。
通过每个子像素的光从背光产生为“白色”(或宽带)光，尽管该光在可见光谱并不是均匀的。子像素彩色滤光器允许每个子像素发送一定量每种颜色(红、绿或蓝)。当从远距离观看时，三个子像素看起来是一个复合像素，并且通过电子控制每个子像素颜色通过的光量，该复合像素可以通过有效地混合来自红色、绿色和蓝色子像素的光而产生非常广范围的不同颜色。
当前，用于LCD背光组件的公共照明源是荧光灯管，但是工业上逐渐应用发光二极管(LED)。环境问题(例如荧光灯管中的水银)、小空间需求、低能耗和长的使用寿命是LCD产业开始广泛使用LED作为背光的一些原因。如上所述，背光通常产生广谱的光，其在颜色上大多数呈现为白色。当使用LED时，通常实现为下面的两种方式之一：1)红色、绿色和蓝色LED的单个串(这里称为“RGB背光”)；或者2)白光发射LED(这里称为“白光LED背光”)。
每个LED具有它自己的一组对其限定的光学属性。这些属性可以包括颜色温度、效力和光谱响应。但从提供商购买这些LED时，它们的光学属性有时被很好地限定和控制。然而，在LCD应用中，来自这些LED的光将通过液晶层的彩色滤光器，由此改变其光学属性。由于上述原因，RGB背光有时提供一些优势，因为每个颜色的水平可以增加/减小，从而对于整个背光产生期望的“白色阴影”。
然而，与白色LED背光相比，RGB背光也存在一些缺点。RGB背光具有较高的制造成本并且需要更昂贵和复杂的控制***。此外，尽管RGB背光可以产生大的色域，如果色域延伸地超过必须，则因为使得显示器呈现不正确的颜色而导致图像质量可能恶化。因此，需要一种白色LED背光，当光通过一组彩色滤光器时该白色LED背光提供最优光学属性。
发明内容
示例实施例包括白色LED，其对于LCD彩色滤光器的光谱透射率进行优化并且最大化由LCD显示的所得到的光学属性。实施例提供了二极管芯片，其固有地发射具有主要位于蓝色可见光谱内的波长的光(“蓝色芯片”)。一种类型的二极管芯片是具有基于InGaN的活性层的芯片。围绕该芯片的是第一层荧光体(phosphor)(黄-绿色荧光体)，第一层荧光体通过具有从二极管芯片发射的蓝色光的荧光发射具有主要处于可见光谱的黄-绿色区域内的波长的光。还存在第二层荧光体(红色荧光体)，第二层荧光体通过具有从二极管芯片发射的蓝色光的荧光发射具有主要处于可见光谱中红色区域内的波长的光。当考虑LCD彩色滤光器的光谱透射率时，可以放置蓝色芯片、黄绿色荧光体和红色荧光体的峰值波长和相对量值，使得在彩色滤光器之间存在最小的带外光泄露。从LCD得到的颜色可以同时提供高水平的颜色饱和度，显示国家电视***委员会(NTSC)色域的相对大的百分比，并且显示理想白色点相关色温(CCT)。
如附图所示，本发明的前述和其他特征和优点将从下面的特定实施例的具体实施方式中变得显而易见。
附图说明
通过读取下面的具体实施方式和附图可以更好地理解示例实施例，其中相同的附图标记指的是相同的部件，其中：
图1是典型的蓝色、绿色和红色LCD彩色滤光器的光谱透射率的图形表示。
图2是彩色滤光器的光谱透射率以及示例LED的光谱响应的图形表示。
图3是使用具有示例LED的典型彩色滤光器的LCD显示器的仿真得到的色域的图形表示。
具体实施方式
图1提供了典型的蓝色、绿色和红色LCD彩色滤光器的光谱透射率。从新泽西的Englewood Cliffs的LG电子可获得的型号为LGD-D1013的彩色滤光器可以得到用于该说明的特定数据(www.lge.com)。应该知道虽然在本说明书中使用了这些特定彩色滤光器，在此教导的技术可以应用于任何类型的LCD彩色滤光器，以获得LCD的最佳光学性能。
如在本领域公知的那样，图像的X轴为波长(这里以纳米为单位)，并且y轴为每个滤光器的相对响应。蓝色滤光器具有峰值5和交点(node)6。绿色滤光器具有峰值7和交点8和9。红色滤光器具有红色可见光谱中的峰值10和可见光谱中接近紫色部分的较小的峰值11。否则，红色滤光器在440和570nm之间具有非常低的光谱透射率。示出若干重叠区域15，其中滤光器响应彼此重叠。这可能对于从LCD显示器观察到的颜色饱和度非常有害。示例实施例被设置为使用包含这些类型的重叠区域和光谱透射率特性的彩色滤光器来实现最佳颜色饱和度、NTSC百分比和白色点相关色温(CCT)。当对于该彩色滤光器具体讨论时，通过使用这里的设计和方法，可以设计其他LED排列，该LED排列将优化具有不同光谱透射率曲线的彩色滤光器。
图2提供了图1的彩色滤光器的光谱透射率以及示例LED(在图中显示为“源”)的光谱响应。在LED的响应曲线中可以看到三个不同的峰值。蓝色峰值20对应于撞击荧光体的蓝色芯片。黄绿色峰值22对应于黄绿色荧光体。红色峰值24对应于红色荧光体。如已经观察到的，LED的峰值不仅对应于彩色滤光器的相关峰值，还对应于与相关的LED峰值不对应的彩色滤光器的低点(或交点)。由此，在发生蓝色峰值20的波长处，红色和绿色滤光器的相对透射率非常低。此外，在发生黄绿色峰值22的波长处，红色和蓝色滤光器的相对透射率非常低。最后，在发生红色峰值24的波长处，绿色和蓝色滤光器的相对透射率非常低。峰值20、22和24的位置最小化通过其他彩色滤光器的光泄露，由此最大化颜色饱和度。峰值20、22和24的相对量值还允许近乎完美的白色点CCT。
图3示出用于得到的LCD显示器的仿真数据，该LCD显示器将包含如图1和2描述的彩色滤光器和LED。如在本领域公知的，该图示出了CIE颜色空间30，其已知为由人眼可见的全色域的表示。在CIE颜色空间30中是NTSC色域32，该NTSC色域已知为当前广播电视的颜色空间(在美国和一些其他国家)。在NTSC色域32中是从图1和2所示的彩色滤光器和LED得到的LCD的色域35。
一种测量LCD电视的色域的方法是LCD可以产生的NTSC色域的百分比。在实现大的NTSC百分比以及理想的白色点CCT(LCD显示的“白色”的精确颜色温度)之间存在微妙的平衡。
执行这里教导的技术的示例LED可以从得到的LCD实现近乎“完美”的白色。这里，仿真数据示出了可以实现6555度K的白色点。对于LCD显示器，接近6500度K的白色点CCT通常被认为是“完美的”。这些LED还可以实现50.2％的颜色饱和度，这被看作“好的”。
图3所示的数据是基于来自彩色滤光器和具有黄绿色荧光体的蓝色LED的真实数据的仿真数据。例如这个的仿真软件可以从Breault ResearchOrganization公司(www.breault.com)购买。一个版本的软件可以从Breault获得作为ASAP。这里示出的数据由属性软件生成，但是通过使用ASAP模型确认已经被认证。
如前所述，RGB LED背光通常比白色LED背光产生更广的色域。然而，这些***必须被仔细地监视并且如果没有被正确控制可能容易地偏离期望的性能。此外，获得近乎完美的6500CCT可能维持起来非常困难和/或昂贵。此外，如果单个红色、绿色或蓝色LED出现故障，在该区域的显示器与剩下的显示器相比具有不同的颜色。
通过使用这里教导的技术，简化的白色LED背光可以被用于创建具有高颜色饱和度和近乎完美的白色点CCT的LCD显示器。与类似的RGB背光LCD相比，可以使用更少昂贵的原件更快地制造该显示器。
已经示出和描述了本发明的优选实施例，不利于普通技术人员将认识到可以进行许多变形和修改以影响上述发明而依然处于本发明的保护范围内。此外，上述许多组件可以被改变或者由提供相同结果不同组件替代，并且也处于本发明的保护范围内。由此，限制本发明的意图仅由权利要求的范围指示。
Claims (19)
1.一种发光二极管(LED)，包括：
二极管芯片，固有地发射蓝色波长区域内的光；
通过具有从二极管芯片发射的蓝色光的荧光来发射黄绿色波长范围内的光的荧光体重叠层；以及
通过具有从二极管芯片发射的蓝色光的荧光来发射红色波长范围内的光的荧光体重叠层。
2.根据权利要求1所述的LED，其中，
LED的光谱响应包含近似440纳米和460纳米之间的第一峰值。
3.根据权利要求2所述的LED，其中，
LED的光谱响应包含近似535纳米和565纳米之间的第二峰值。
4.根据权利要求3所述的LED，其中，
LED的光谱响应包含近似635纳米和660纳米之间的第三峰值。
5.根据权利要求4所述的LED，其中，
LED的光谱响应包含近似470纳米和490纳米之间的第一交点。
6.根据权利要求5所述的LED，其中，
LED的光谱响应包含近似600纳米和625纳米之间的第二交点。
7.一种优化给定LCD叠层和彩色滤光器组的背光LED的方法，所述彩色滤光器组具有红色、蓝色和绿色滤光器，所述滤光器具有在可见光谱内0.0到1.0之间改变的相对光谱透射率，所述方法包括以下步骤：
选择固有发蓝光的LED芯片，使得蓝色可见光谱中得到的LED的相对光谱响应的峰值对应于红色和绿色滤光器的相对光谱透射率均小于近似0.15处的波长；
将发黄/绿光的荧光体应用到所述发蓝光的芯片，其中选择发黄/绿光的荧光体以使得在黄-绿色可见光谱中得到的LED的相对光谱透射率的峰值对应于红色和蓝色滤光器的相对光谱透射率均小于近似0.2处的波长；以及
将发红光的荧光体应用到所述发蓝光的芯片，其中选择发红光的荧光体以使得在红可见光谱中得到的LED的相对光谱透射率的峰值对应于绿色和蓝色滤光器的相对光谱透射率均小于近似0.15处的波长。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
使用从权利要求7的方法得到的多个LED来照明LCD叠层和彩色滤光器组。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
通过LCD叠层和彩色滤光器发射的得到的白色光具有大约6400°K和6600°K之间的色温。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，
通过LCD叠层和彩色滤光器发射的得到的彩色光具有大约49.0％和55％NTSC之间的颜色饱和度。
11.一种液晶显示器，包括：
彩色滤光器组，具有红色、蓝色和绿色滤光器，所述滤光器具有在可见光谱中近似0.0和1.0之间变化的相对光谱透射率；
位于彩色滤光器组后面的液晶材料层；
位于液晶材料后面的背光，所述背光包括多个LED，每个LED包括：
二极管芯片，固有地发射蓝色波长区域内的光；
通过具有从二极管芯片发射的蓝色光的荧光来发射黄绿色波长范围内的光的荧光体重叠层；以及
通过具有从二极管芯片发射的蓝色光的荧光来发射红色波长范围内的光的荧光体重叠层。
12.根据权利要求11所述的液晶显示器，其中，
每个背光LED的光谱响应包含近似440纳米和460纳米之间的第一峰值。
13.根据权利要求12所述的液晶显示器，其中，
每个背光LED的光谱响应包含近似535纳米和565纳米之间的第二峰值。
14.根据权利要求13所述的液晶显示器，其中，
每个背光LED的光谱响应包含近似635纳米和660纳米之间的第三峰值。
15.根据权利要求14所述的液晶显示器，其中，
每个背光LED的光谱响应包含近似470纳米和490纳米之间的第一交点。
16.根据权利要求15所述的液晶显示器，其中，
每个背光LED的光谱响应包含近似600纳米和625纳米之间的第二交点。
17.根据权利要求11所述的液晶显示器，其中，
二极管芯片提供与红色和绿色滤光器的相对光谱透射率均小于近似0.15处的波长相对应的蓝色可见光谱中得到的LED的相对光谱响应的峰值。
18.根据权利要求17所述的液晶显示器，其中，
发黄/绿光荧光体提供与红色和蓝色滤光器的相对光谱透射率均小于近似0.2处的波长相对应的黄-绿色可见光谱中得到的LED的相对光谱透射率的峰值。
19.根据权利要求18所述的液晶显示器，其中，
发红光荧光体提供与绿色和蓝色滤光器的相对光谱透射率均小于近似0.15处的波长相对应的红可见光谱中得到的LED的相对光谱透射率的峰值。
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