CN1831589A - 液晶显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液晶显示器，该液晶显示器包括：液晶面板组件，具有多个像素；印刷电路板，与液晶面板组件相对；多个激光二极管，位于印刷电路板上。在另一实施例中，液晶显示器包括形成在激光二极管上的导光层。

Description

液晶显示器及其制造方法
                         技术领域
本发明涉及一种液晶显示器(LCD)及该液晶显示器的制造方法，更具体地讲，涉及一种用在背光LCD中的光源。
                         背景技术
通常，液晶显示器(LCD)包括一对面板和位于面板之间的介电各向异性液晶层，其中，一对面板中的每个具有形成在其内表面上的电极。在LCD中，场发生电极之间的电压差的变化即由电极产生的电场强度的变化改变穿过LCD的光的透射率，从而通过控制电极之间的电压差来获得期望的图像。
在LCD中，所述光可为自然光或者从各个用在LCD中的光源发射的人造光。
背光单元是对LCD提供人造光的典型装置，背光单元将发光二极管(LED)或荧光灯例如冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EEFL)等用作光源。
其中，由于LED不使用汞(Hg)，所以LED具有对生态环境友好的性能，并且由于LED的性能稳定，所以LED的工作寿命比其它光源的寿命长。由于这些原因，LED作为下一代光源尤其用在聚光灯(spotlight)中。然而，由于从LED发射的红色、绿色和蓝色光具有较宽的波长范围，所以三种光混合在一起的干涉区域变得更宽。因此，降低了采用LED的LCD的颜色再现性。
                       发明内容
本发明的目标是提高LCD的颜色再现性。
为了实现这个目标，本发明采用改进的垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为光源。
具体地讲，根据本发明的一方面，提供了一种LCD，该LCD包括：LC面板组件，具有多个像素；印刷电路板(PCB)，与LC面板组件相对；多个激光二极管，位于PCB上。
LCD还可包括用于连接激光二极管的配线和形成在激光二极管和配线上的导光层。
导光层可将从激光二极管发射的光转换为面光，导光层可由树脂或者由透明材料例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)制成。
优选地，导光层在其顶表面具有不平坦的图案。
每个激光二极管包括：下分布式布拉格反射器(DBR)，形成在PCB上；n型接触层，形成在下DBR上；下n型载流子限定层和下电极，形成在n型接触层上；共振层，形成在下n型载流子限定层上；绝缘层，形成在共振层的部分区域上；电流限定层，形成在共振层的剩余区域上；p型接触层，形成在绝缘区域和电流限定层上；上DBR，形成在p型接触层的局部上；上电极，形成在p型接触层的剩余部分上。
多个激光二极管包括与LC面板组件的各个像素对应地位于PCB上的红色激光二极管、绿色激光二极管和蓝色激光二极管。
LCD还可包括两个绝缘层，所述两个绝缘层分别形成在上电极和下电极上，用于将两个电极与导光层绝缘。
根据本发明的其它方面，提供了一种制造液晶显示器的方法，包括的步骤为：形成包括多个像素的液晶显示面板组件；在与液晶面板组件相对的印刷电路板上形成红色、绿色和蓝色激光二极管。
所述方法还可包括在激光二极管上形成导光层的步骤。
红色、绿色和蓝色激光二极管可分别对应于液晶面板组件的红色、绿色和蓝色像素布置。
导光层的形成步骤可包括：涂覆透明层；形成用于蚀刻透明层的顶表面的掩模图案；通过掩模图案选择性地蚀刻透明层的顶表面。
导光层可由树脂或者由透明材料例如ITO或IZO制成。
                        附图说明
通过参照附图对本发明的实施例进行的更详细的描述，本发明的上述目标和其它优点将变得更加清楚。
图1是根据本发明实施例的LCD的方框图；
图2是图1中的LCD的像素单元的等效电路图；
图3是示意性地示出图1中的LCD的分解透视图；
图4是图1中的三种颜色(红色、绿色和蓝色)的激光二极管的剖视图；
图5是示意性地示出根据另一个实施例的LCD的分解透视图；图6是图5中的三种颜色(红色、绿色和蓝色)的激光二极管的剖视图。
                        具体实施方式
将参照附图来更详细地描述本发明的实施例。然而，本发明可以以不同的形式来实施，而不应理解为限于这里提到的实施例。提供这些实施例使得本公开充分并完全，并将本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。
下面，将参照附图来详细描述根据本发明实施例的LCD。
图1是根据本发明实施例的LCD的方框图，图2是图1中的LCD的像素单元的等效电路图。参照图1和图2，LCD 1000包括：液晶(LC)面板组件300；栅极驱动器400和数据驱动器500，各连接到LC面板组件300；灰度电压发生器800，与数据驱动器500连接；光源910，用于对LC面板组件300供给光；光源驱动器920，用于控制光源910；信号控制器600，用于控制数据驱动器500、栅极驱动器400以及光源驱动器920。
LC面板组件300包括彼此面对的下面板100和上面板200以及位于两个面板之间的LC层3。LC面板组件300还包括多条显示信号线G1-Gn和D1-Dm以及与多条信号线G1-Gn和D1-Dm连接并基本布置为矩阵的多个像素。
显示信号线G1-Gn和D1-Dm设置在下面板100上，并且包括用于传输栅极信号(也称作“扫描信号”)的多条栅极线G1-Gn和用于传输数据信号的多条数据线D1-Dm。栅极线G1-Gn基本上在行的方向上延伸并且基本上彼此平行，而数据线D1-Dm基本上在列的方向上延伸并且基本上彼此平行。
每个像素包括：开关元件Q，与栅极线G1-Gn中的一条和数据线D1-Dm中的一条连接；LC电容器Clc和存储电容器Cst，与开关元件Q连接。可省略存储电容器Cst。
开关元件Q例如薄膜晶体管(TFT)设置在下面板100上，并具有三个接线端：控制端，与栅极线G1-Gn中的一条连接；输入端，与数据线D1-Dm中的一条连接；输出端，与LC电容器Clc和存储电容器Cst连接。
LC电容器Clc包括设置在下面板100上的像素电极190和设置在上面板200上的公共电极270，像素电极190和公共电极270作为两个端。LC层3位于电极190和电极270之间，作为LC电容器Clc的电介质。像素电极190与开关元件Q连接，公共电极270覆盖上面板200的整个表面并且接收公共电压Vcom。
可选地，公共电极270可设置在下面板100上。在这种情况下，电极190和电极270中的至少一个可为条状或带状。
存储电容器Cst是LC电容器Clc的辅助电容器。当像素电极190和设置在下面板100上的分开的信号线(未示出)彼此叠置时，绝缘***于像素电极190和分开的信号线之间，叠置的部分成为存储电容器Cst。分开的信号线被供给预定电压例如公共电压Vcom等。可选地，存储电容器Cst可通过将像素电极190和直接位于像素电极190前的前栅极线叠置并在像素电极190和前栅极线之间设置绝缘体来形成。
对于彩色显示，每个像素唯一地显示三原色之一(即，空分)，或者根据时间依次顺序地显示三原色(即，时分)，从而原色的空分或时分的总和实现期望的颜色。图2示出了空分的例子，其中，每个像素包括在上面板200的与像素电极190对应的区域中显示原色之一的滤色器230。可选地，滤色器230可设置在下面板100的像素电极190之上或之下。
偏振器(未示出)附于LC面板组件300的面板100或200的外表面，以偏振从光源910发射的光。另外，一组偏振器可单独地附于面板100和200的外表面。
图3是示意性地示出图1中的LCD的分解透视图。
参照图1和图3，灰度电压发生器800包括在数据PCB 550中，并产生与像素的透射率有关的两组多个灰度电压。一组灰度电压相对于公共电压Vcom具有正极性，而另一组灰度电压相对于公共电压Vcom具有负极性。
栅极驱动器400分别地安装在具有集成电路(IC)芯片形状的各栅极TCP410上，并且分别地与LC面板组件300的栅极线G1-Gn连接，用于对栅极信号线G1-Gn传输包括从外部装置输入的栅极导通电压Von和栅极截止电压Voff的结合的栅极信号。
数据驱动器500分别地安装在具有IC芯片形状的各数据TCP 510上，并且分别地与LC面板组件300的数据线D1-Dm连接，用于对数据信号线D1-Dm传输从灰度电压发生器800供给的灰度电压中选择的数据电压。
可选地，栅极驱动器400或数据驱动器500可以以IC芯片的形状安装在下面板100上，或者可用薄膜晶体管(TFT)工艺集成到下面板100中。在这两种情况下，可省略栅极PCB 450或栅极TCP 410。
信号控制器600包括在数据PCB 550或栅极PCB 450中，并且控制栅极驱动器400或数据驱动器500的操作。
下面，将详细描述上述LCD的操作。
信号控制器600从外部图形控制器(未示出)接收输入图像信号R、G和B以及用于控制其显示的输入控制信号例如竖直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK、数据使能信号DE等。响应输入图像信号R、G和B以及输入控制信号，信号控制器600将图像信号R、G和B处理为适于LC面板组件300的操作并且产生栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2，然后对栅极驱动器400和数据驱动器500分别输出栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2。
栅极控制信号CONT1包括：竖直同步起始信号STV，用于通知栅极驱动器400一帧的开始；栅极时钟信号CPV，用于控制栅极导通电压Von的输出时间；输出使能信号OE，用于限定栅极导通电压Von的持续时间。
数据控制信号CONT2包括：水平同步起始信号STH，用于通知数据驱动器500数据传输的开始；负载信号LOAD，用于指示对数据线D1-Dm施加数据电压；反相信号RVS，用于将数据电压的极性相对于公共电压Vcom反相；数据时钟信号HCLK。
响应来自信号控制器600的数据控制信号CONT2，数据驱动器500从信号控制器600顺序地接收用于像素的行的图像数据DAT，将DAT移位，将图像数据DAT转换为从来自灰度电压发生器800的灰度电压中选择的模拟数据电压，然后对数据线D1-Dm施加数据电压。
栅极驱动器400响应来自信号控制器600的栅极控制信号CONT1对栅极线G1-Gn施加栅极导通电压Von，从而导通与栅极线G1-Gn连接的开关元件Q。通过激活的开关元件Q对相应的像素施加对栅极线G1-Gn施加的数据电压。
对像素施加的数据电压与公共电压Vcom之差表示为LC电容器Clc两端的电压，即，像素电压。LC层3中的LC分子的取向取决于像素电压的幅值。
光源驱动器920通过控制对光源910施加的电流开关形成光源910的激光二极管344，并调整从激光二极管344发射的光的亮度。
当响应光源驱动器920的操作从激光二极管344发射的光穿过LC层3时，光的偏振根据LC层3中的LC分子的取向而改变。偏振器将光偏振的差转换为光透射率的差。
通过以水平周期(被表示为“1H”并等于水平同步信号Hsync、数据使能信号DE和栅极时钟CPV的一个周期)为单位重复这个过程，在一帧期间所有的栅极线G1-Gn被顺序供给栅极导通电压Von，从而对所有的像素施加数据电压。当一帧结束下一帧开始时，控制对数据驱动器500施加的反相控制信号RVS，使得数据电压的极性相对于前一帧的极性被反相(被称作“帧反相”)。也可控制反相控制信号RVS，使得在一帧中沿着数据线流动的数据电压的极性被反相(例如行反相或点反相)，或者在一个数据包中的数据电压的极性被反相(例如，列反相或点反相)。
下面，将参照图3更详细地描述具有多个激光二极管344的光源910。
参照图3，LCD包括：LC模块350，其包括显示单元330和背光单元340；前壳体361和后壳体362，用于容纳和支撑LC模块350；模制框363和364。
显示单元330包括：LC面板组件300；栅极载带封装(TCP)410和数据TCP 510，附于LC面板组件300；栅极PCB 450和数据PCB 550，分别地附于相应的TCP 410和510。
背光单元340安装在LC面板组件300下面。背光单元340包括：光源单元349，其包括PCB 345和位于PCB 345上的多个激光二极管344；热辐射板341，位于PCB 345下面，以扩散当激光二极管344发光时产生的热；模制框364。
作为光源的激光二极管344包括在垂直于PCB 345的方向上分别发射红光、绿光和蓝光的红色、绿色和蓝色激光二极管。红色、绿色和蓝色激光二极管344分别在对应于红色、绿色和蓝色像素的特定位置处位于PCB 345上。由于这种结构，LCD不用滤色器230就能实现彩色显示。红色、绿色和蓝色激光二极管344通过互连配线(未示出)相互连接。
一个或一个以上的偏振器(未示出)附于面板100和200中的至少一个上。
图4是图1中的三种颜色(红色、绿色和蓝色)激光二极管的剖视图。如图4中所示，在对应于LC面板组件300的对应像素的特定位置处，红色激光二极管R、绿色激光二极管G和蓝色激光二极管B设置在PCB 345上。
激光二极管344的结构如下。
下分布式布拉格反射器(DRB)21形成在PCB 345上。下DBR 21包括多个成对的交替层(21a/21b/21a/21b......)，所述成对的交替层由分别具有低折射率和高折射率的两种材料制成。n型接触层22形成下DBR 21上。下n型载流子限定层(carrier-confining layer)23、活化层24和上p型载流子限定层25依次形成在n型接触层22的局部上。三个层23、24和25形成共振层。电流限定层26占据了共振层上的预定区域，绝缘层26a占据了剩余的区域。在这种结构中，用于激光发射的电流仅流过电流限定层26至活化层24。p型接触层27形成在电流限定层26和绝缘层26a上。上DBR 28形成在p型接触层27的局部上。与下DBR 21类似，上DBR 28包括多个成对的交替层(28a/28b/28a/28b......)，所述成对的交替层由分别具有低折射率和高折射率的两种材料制成。下电极30形成在n型接触层22的边缘上，而上电极29形成在p型接触层27的边缘上。
激光二极管344(见图3)的激光发射由上电极29和下电极30之间施加的电压产生。所述电压使得电流流入共振层的活化层24，从而在活化层24中发生载流子复合，因此从活化层24中发光。通过载流子复合从活化层24中发射的光通过在下DBR 21和上DBR 28之间往复运动变得越来越亮。
返回参照图3，激光二极管344在与PCB 345正交的方向上发光，从激光二极管344发射的光的波长范围比从本领域公知的LED和公知的CCFL中发射的红光、绿光和蓝光的波长范围窄。由于这些性质，提高了LCD的颜色再现性。
从激光二极管344发射的光的颜色根据结合在一起形成激光二极管344的薄膜的形成材料的种类以及这些薄膜的厚度确定。即，每个激光二极管344根据这些薄膜的形成材料和厚度发射红光、绿光和蓝光之一。
当红色激光二极管R、绿色激光二极管G和蓝色激光二极管B分别对应于红色像素、绿色像素和蓝色像素设置时，实现了彩色显示而没有使用滤色器，其中，红色激光二极管R、绿色激光二极管G和蓝色激光二极管B根据上述原理制造并分别发射红色、绿色和蓝色光。
以下，将参照图5和图6详细描述根据本发明另一实施例的光源。为了避免重复描述，将省略对与前面提到的标号相同的标号的详细描述。
图5是示意性示出根据本发明另一实施例的LCD的分解透视图，图6是图5中的三种颜色(红色、绿色和蓝色)激光二极管的剖视图。参照图5，LCD包括：LC模块350，其包括显示单元330和背光单元340；前壳体361和后壳体362，用于容纳和支撑LC模块350；模制框363和364。
显示单元330包括：LC面板组件300；栅极载带封装(TCP)410和数据TCP 510，附于LC面板组件300；栅极PCB 450和数据PCB 550，分别地附于相应的TCP 410和510。
背光单元340安装在LC面板组件300下面。背光单元340包括：光源单元349，其包括具有位于其上的多个激光二极管344的PCB 345；导光层342，用于将从激光二极管344发射的光扩散到LC面板组件300；多个光学片343，位于LC面板组件300和导光层342之间；热辐射板341，位于PCB345下面，以辐射当激光二极管344发光时产生的热；模制框364，用于保持PCB 345和光学片343之间的固定间隔并且支撑其中的PCB 345和光学片343。
导光层342可由透明绝缘体例如树脂制成，但不限于此，或者由透明导体例如ITO或IZO制成，但不限于此。在导光层342由透明导体制成的情况下，激光二极管344的电极应该用绝缘材料覆盖，以使电极与导光层342绝缘。导光层342具有用于光的扩散的不平坦的顶表面。导光层342的不平坦的顶表面由多个突出和沟槽形成。突出和沟槽的顶表面可具有例如条形、矩形、圆形、与像素结构对应的形状等的形状，但不限于此。
两个偏振器(未示出)分别地附于面板100和200的外表面，以偏振从光源单元349发射的光。
红色激光二极管R、绿色激光二极管G和蓝色激光二极管B位于PCB 345上。此时，红色激光二极管R、绿色激光二极管G和蓝色激光二极管B位于对应于LC面板组件300的对应像素的特定位置处。结合到一起以形成激光二极管344的薄膜的形成材料以及这些薄膜的厚度确定了激光二极管344发射的光的颜色。换而言之，每个激光二极管344根据这些薄膜的形成材料和厚度发射红光、绿光和蓝光中的一种。
激光二极管344在与PCB 345正交的方向上发射光，可用在可见光区域中的半导体形成材料例如GaAs、GalnN、AlGalnP等用于激光二极管344的形成。
形成在激光二极管344上的导光层342的顶表面具有不平坦的图案。所述不平坦的图案是ITO或IZO沉积和用于沉积层的光刻的结果。如果导光层342的形成材料是透明导体，则在导光层342形成之前，激光二极管344的电极29和30应该用绝缘材料覆盖，以使电极29和30与导光层342绝缘。
如前所述形成在导光层342的顶表面上的不平坦图案通过利用光刻胶图案的光刻工艺形成。导光层342将从激光二极管344发射的点光转换为面光。因此，从激光二极管344发射的红色、绿色和蓝色光混合在一起并且被导光层342扩散，从而产生白光。被扩散的白光透射到LC面板组件300，从而用于显示。
如上所述，本发明的LCD通过在分别与红色、绿色和蓝色像素对应的位置提供分别发射红光、绿光和蓝光的红色、绿色和蓝色二极管能实现彩色显示，而不用任何滤色器。滤色器的省略引起了制造工艺的简化和制造成本的降低。另外，由于从各激光二极管发射的光的波长范围比任何其它光源的波长范围短，所以波干涉区域相对地窄。因此，提高了LCD的颜色再现性。另外，导光层将从激光二极管发射的点光转换为面光，提高了光效率。
本发明不应理解为限于上面描述的具体实例，而应该理解为覆盖了权利要求中清楚地提出的本发明的所有方面。基于本说明书，对于在本发明所属领域的技术人员，可适用于本发明的各种修改、等效工艺以及众多的结构将是很容易清楚的。
本申请要求2005年3月11日在韩国知识产权局提交的第2005-0020490号韩国专利申请的权益，其公开通过引用包含于此。

Claims (15)

1、一种液晶显示器，包括：
液晶面板组件，具有多个像素；
印刷电路板，位于所述液晶面板组件下面；
多个激光二极管，位于所述印刷电路板上，
其中，所述激光二极管基本上对应于所述液晶面板组件的各个像素设置。
2、如权利要求1所述的液晶显示器，还包括用于连接所述激光二极管的配线和形成在所述激光二极管和所述配线上的导光层。
3、如权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述导光层将从所述激光二极管发射的光转换为面光。
4、如权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述导光层由树脂或者由透明材料例如氧化铟锡或氧化铟锌制成。
5、如权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述导光层在其顶表面具有不平坦的图案。
6、如权利要求1所述的液晶显示器，其中，每个所述激光二极管包括：
下分布式布拉格反射器，形成在所述印刷电路板上；
n型接触层，形成在所述下分布式布拉格反射器上；
下n型载流子限定层和下电极，形成在所述n型接触层上；
共振层，形成在所述下n型载流子限定层上；
绝缘层，形成在所述共振层的预定区域上；
电流限定层，形成在所述共振层的剩余区域上；
p型接触层，形成在所述绝缘区域和所述电流限定层上；
上分布式布拉格反射器，形成在所述p型接触层的局部上；
上电极，形成在所述p型接触层的所述剩余部分上。
7、如权利要求6所述的液晶显示器，其中，所述激光二极管包括红色激光二极管、绿色激光二极管和蓝色激光二极管。
8、如权利要求6所述的液晶显示器，还包括形成在所述激光二极管上的导光层。
9、如权利要求8所述的液晶显示器，其中，所述导光层由树脂或者由透明材料例如氧化铟锡或氧化铟锌制成。
10、如权利要求9所述的液晶显示器，还包括两个绝缘层，所述两个绝缘层分别形成在所述上电极和所述下电极上，用于将所述两个电极与所述导光层绝缘。
11、一种制造液晶显示器的方法，包括的步骤为：
(A)形成包括多个像素的液晶显示面板组件；
(B)在与所述液晶面板组件相对的印刷电路板上形成激光二极管。
12、如权利要求11所述的方法，还包括：
(C)在所述激光二极管上形成导光层。
13、如权利要求11所述的方法，其中，所述红色、绿色和蓝色激光二极管分别对应于所述液晶面板组件的红色、绿色和蓝色像素布置。
14、如权利要求11所述的方法，其中，所述步骤(C)包括：
涂覆透明层；
形成用于蚀刻所述透明层的顶表面的掩模图案；
通过所述掩模图案选择性地蚀刻所述透明层的所述顶表面。
15、如权利要求11所述的方法，其中，所述导光层由树脂或者由透明材料例如氧化铟锡或氧化铟锌制成。
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