CN100456105C - 包括oled背光单元的彩色显示设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括有机发光二极管背光单元的彩色显示设备，并且涉及一种控制该彩色显示设备的方法。朝向观察者从背面到正面，彩色显示设备包括：使用有机发光二极管(OLED)的多色背光单元(1)；以及电-光开关阵列(15)，用于通过像素开关背光，背光单元是面的形式，包括彼此平行的不同基色的一组至少三个相邻照明线(2，3，4)的周期图案。根据本发明，开关阵列的像素和背光单元的照明线基本对齐，以便所有给定的像素仅可以用于控制相应基色的前向透射。此外在背光单元上沿每个照明线放置柱面透镜(12)，以便形成具有基本平行边缘的光束(14)，该光束射向正面并且通过相应基色的开关阵列，透镜具有基本与照明线的长度相等的长度。

Description

包括OLED背光单元的彩色显示设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种具有使用有机发光二极管的背光单元的彩色显示设备，还涉及一种控制所述显示设备的方法。本发明应用于电子或电气受控的显示器的领域，其中通过像素光学地开关一个或多个光源产生的光束，以便控制光的显示。更具体地，还应用于液晶显示器(LCD)或通过微传动器(MEMS)使用光学开关的显示器。
背景技术
实施电-光开关阵列(或者电-光调制器，这些术语是等效的)的显示器，特别是液晶显示器(LCD)，正经历极大的发展。为了使它们能够用于任何环境光条件下，需要电-光开关阵列可以作用于的光源。为此，在彩色LCD显示器的情况下，建议利用一个或多个冷阴极发光管从后面(相对于位于显示器前面的观察者而言)照亮LCD开关阵列。除了其实施较为复杂的事实以外，由于其操作所需的高电压，并且由于必须拥有光的均匀分布，所以这种显示器是易坏的，具有有限的使用寿命(其特性随时间衰退)，并且功耗大。此外，由于它们产生白光，为了在显示器上再现整个可见光谱，需要附加的滤光装置。
因此探索产生背光的其它技术。因此，在使用发光二极管之后，提出了实施有机发光二极管(OLED)。后一技术使得可以独立地产生三个基本光谱色，即红、绿和蓝(RGB)，并且与冷阴极管类型的技术不同，可以在LCD电-光开关阵列的后面直接实现，使得可以简化这种显示器的设计。
然而，该技术仍然有一些限制。事实上，在使用OLED的已知背光设备中，三个RGB光源被叠加(叠置)，因此需要按照时间依次打开它们。观察者的视网膜持续性可以重新组合所选择的颜色，并且再现可视光谱。由于依次通电，产生了开关损耗。由于形成OLED的材料层非常薄，要开关的电容量越高，则开关损耗越显著。光源的叠加还发光强度的损耗。
作为备选，在US-6 111 560中，建议实现多行线性光源，每一行具有一定宽度，使得LCD开关阵列的多行可以对光源的一个照明线所产生的光产生作用。最近，在US-5 796 509中，建议实现一种发光装置，该装置使用与LCD类型的空间光调制器相组合的有机发光二极管。此处在OLED产生白光并采用滤色器或者采用彩色OLED的情况下，来描述彩色显示器。
其它文献US2003/0030371和WO99/66483描述了备有这种背光技术的彩色显示设备。
发明内容
这些多种解决方案仍然有限制，尤其是涉及光再现的精确度或实现的复杂度方面，其中本发明建议解决这些问题。因此，本发明的主题是一种彩色显示设备，朝向观察者从背面到正面，包括：使用有机发光二极管(OLED)的多色背光单元；以及电-光开关阵列，用于通过像素开关背光，背光单元是包括彼此平行的不同基色的一组至少三根相邻照明线的周期图案的面。
根据本发明，开关阵列的像素和背光单元的照明线基本对齐，以便给定的像素仅向前透过要控制的相应基色，并且在背光单元上沿每根照明线放置柱面透镜，以便形成具有基本平行的边缘的光束，该光束射向正面，并且通过相应基色的开关阵列，透镜具有基本与照明线的长度相等的长度。
在本发明的各个实施例中，可以单独使用或者根据技术上可以设想的所有组合来使用以下装置：
-电-光开关阵列朝向正面和观察者包括基本上是平面的漫射单元，漫射单元和基本上是平面的包含背光单元的线的表面通过所述透镜光学共轭(conjugate)，
-柱面透镜具有朝向正面和开关阵列的凸面，
-柱面透镜沿其长度方向由光隔离器在横向分离开，以使来自一个照明线的照明不会干扰其它线的像素，
-光隔离器是设计用于吸收来自照明线的不会落在与该线相对应的柱面透镜上的光的光吸收器，
-柱面透镜直接安装在电-光开关阵列上，
-柱面透镜通过空气隙与电-光开关阵列分离开，
-柱面透镜由塑料制成，例如有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯或聚丙烯酸物，
-电-光开关阵列是有源矩阵，
-电-光开关阵列属于液晶(LCD)类型，
-电-光开关阵列属于微机械(MEMS)类型，
-背光单元属于在公共阳极和公共阴极之间选择的类型，并且优选地属于公共阴极类型。
-有机发光二极管(OLED)朝向正面包括所产生的光所通过的透明或半透明的第一种电极，并且朝向背面包括第二种电极，电极的种类与阳极和阴极相对应，被称为线电极的相同基色的照明线的一种电极连接在一起并与相应基色的至少一个彩色控制连接相连，所有照明线的另一种电极连接在一起形成公共电极并与至少一个公共控制连接相连(线电极优选地沿单元边缘链接；控制或公共连接与显示器的一个连接插脚相对应)，
-相同基色的线电极仅在该基色的照明线的一端连接在一起，(优选地沿背光单元的末端边缘；对于三种颜色，两个在第一端，第三个在线的另一端)
-设备包括每个基色的至少一对颜色控制连接，该对的第一连接位于相应基色的线电极的第一端，第二连接位于相应基色的相同线电极的第二端，第二端沿照明线与第一端相对，相同基色的线电极在照明线两端的每一端处连接在一起，(优选地沿单元的一个边缘)
-相同基色的线电极在该基色的照明线的两个相对端处连接在一起(沿背光单元的两个相对端的边缘)，
-透明或半透明电极包括氧化铟锡(ITO)层，
-透明或半透明电极包括铬层，(以便克服ITO的低导电率)
-在背光单元的背面的电极来源于从铝、银、金、铬或镁中选出的一种金属的沉积，
-光开关阵列的像素沿列对齐，列与照明线平行，
-对于背光单元，照明线的宽度大约是12.5毫米，
-对于柱面透镜，在透镜的最大厚度处的厚度大约是0.2mm，曲率半径为-0.088395mm，锥度为-0.2056，光吸收器被配置用于吸收照明线所发射的在相对于照明线的前向发射的正中面大约是+/-14度锥角之外的侧向光线，
-对于液晶类型的开关阵列，像素宽度大约是0.1mm，液晶保持在每个宽度为大约0.7mm的两个板之间，
-一组包括三个照明线，三基色是蓝、绿和红。
本发明的另一主题是一种控制彩色显示设备的方法，朝向观察者从背面到正面，该彩色显示设备包括：使用有机发光二极管(OLED)的多色背光单元；以及电-光开关阵列，用于通过像素开关背光，背光单元是一个面，包括彼此平行的不同基色的一组至少三根相邻照明线的周期图案，其中开关阵列的像素和背光单元的照明线基本对齐，以便给定的像素仅可以向前透过要控制的相应基色，并且在背光单元上沿每个照明线放置柱面透镜(12)，以便形成具有实质上平行边缘的光束(14)，该光束射向正面并且通过相应基色的开关阵列，透镜具有与照明线的长度实质上相等的长度，其中，为了进行控制，同时打开所有照明线，由电-光开关阵列控制对于观察者而言的显示颜色。
根据各种操作模式，上述方法被认为具有一个或多个以下特征：
-在背光单元上沿每根照明线放置柱面透镜，以便形成具有基本平行的边缘的光束，该光束射向正面，并且通过相应基色的开关阵列，透镜具有基本与照明线的长度相等的长度，
-该彩色显示设备的有机发光二极管(OLED)朝向正面包括所产生的光所通过的透明或半透明的第一种电极，并且朝向背面包括第二种电极，电极的种类与阳极和阴极相对应，被称为线电极的相同基色的照明线的一种电极连接在一起并与相应基色的至少一个彩色控制连接相连，所有照明线的另一种电极连接在一起形成公共电极并与至少一个公共控制连接相连，
-该彩色显示设备的电-光开关阵列是有源矩阵，
-一组至少三根照明线可以通过光学组合来为观察者产生白色，并且至少通过控制同时由照明线产生的基色的各个照明强度，来调节白平衡，
-通过控制穿过电-光开关阵列的像素的光量，来调节白平衡，
-通过控制照明线产生的基色的各个照明强度，并且通过控制穿过光开关阵列的像素的光量，来调节白平衡。
除了其它优点，本发明允许白平衡的相对简单的调节，并且避免了需要实现电-光开关阵列上游(或下游)的滤色器。
附图说明
现在通过与下面附图相关的描述，来例证本发明，但是并不限制本发明：
图1是示出了根据本发明的背光单元的示意顶视图；以及
图2是示意地示出了液晶(LCD)类型的显示器内的背光单元的操作实现。
具体实施方式
使用有机发光二极管(OLED)的背光单元1基本上是平面，并且是方形或矩形结构，由设计用于通过电流的动作来产生光的材料层制成。这种单元的制造可以使用OLED的传统制造技术。作为示例，OLED可以包括基板，在基板上沉积第一电极，在第一电极上是有机发光材料层，有机发光材料层本身由第二电极层覆盖。可以将子层并入有机发光材料层，以便促进电-光转换。取决于制造模式，可以从背面(通过基本)或者从正面(通过第二电极)发生OLED发射。此外，取决于电极是阳极或阴极的种类，阳极可以处于正面或相反。必须透过OLED所产生的光的电极(通常是阳极)通常是氧化铟锡(ITO)薄膜，通过铬的沉积，可以改善该薄膜的电学特性，尤其是减少薄膜电阻。
然而，例如可以从图1中示意地看出的，正面发射类型并具有背面公共阴极的本发明的背光单元具有特殊的配置，即在单元的微观上基本平面的表面上，有彼此平行的OLED的三个相邻照明线的基本图案的规则周期重复，其中每一个照明线属于一个基色，即红2、绿3和蓝4。基本图案的每根基色线至少在单元的一个面上具有其自己的电极，在此是形成线电极的正面阳极，单元的另一面具有所有照明线公共的电极，在此是背面公共阴极11。
相同基色的各个线的电极，在此即正面阳极，被称为线电极，并且沿单元1的一端接合在一起，对于红色在链接5处，对于绿色在链接6处，对于蓝色在链接7处。每个链接分别与颜色控制连接或接线插脚(针对所要考虑的基色)8、9、10相连。因此可以打开相同基色的所有OLED线。在实现背光单元的优选方式中，也可以同时打开整个OLED线，即一起打开三基色。注意，设定存在三个基色，并因此有三个链接5、6、7，则所述链接分布在照明线的末端，一个在一端，而两个在另一端。由于与三个链接在相同一侧的布置相比，在两个链接之间仅需要一个绝缘层，所以这种配置简化了链接的制造。
在一个变体中，三个链接可以在两端形成其各自的连接/接线插脚，以便减小电路的阻抗，在线路的两端给电极供电，并且提高光发射的均匀性。实际上，电极必须薄，以便透过OLED中产生的光，而这引起高阻抗，并且沿照明线有压降，这会引起朝向照明线未连接一端的光发射相对于相连一端减少。因此，该设备包括每个基色的一对阳极控制连接，该对的第一连接位于相应基色的照明线的第一端，该对的第二连接位于相应基色的照明线的第二端，第二端与第一端相对，相同基色的照明线的阳极在照明线的任意一端连接在一起。
在如上所述的单元上，放置伸长的柱面透镜12的阵列，对于每个照明线2、3、4有一个透镜，这在图2中可更加清楚地看出，图2示意地示出了根据本发明的显示器的操作。透镜的凸面朝向上，远离照明线。每个透镜被设计用于沿前向方向形成具有基本平行侧面的给定基色的光束。
光隔离器13被放置在透镜之间，沿其各个侧向边缘(以及沿背光单元的边缘)，以便来自照明线的照明不会干扰来自其它照明线的照明。光隔离器优选地是光吸收器，设计用于吸收来自照明线的不会落在与该线相对应的伸长柱面透镜上的光。
现在结合图2来解释伸长柱面透镜的效果，在图2中，背光单元1位于显示器中，在液晶(LCD)类型的像素的电-光开关阵列15之后。为了简化，仅示出了三基色的一个基本图案的三个照明线(即红、绿和蓝)以及横剖面的平面上的光线的配置。照明线2、3、4、柱面透镜12和LCD开关阵列15的像素对齐，以便给定像素仅控制给定的基色。对于OLED照明线产生的所有光线，仅仅到达柱面透镜的光线才以具有基本平行边缘的光束14的形式沿前向方向透过LCD开关阵列的像素，以便形成图案16(可见的或者其它的，取决于像素和照明线的控制状态)。优选地，柱面透镜并不直接安装在LCD开关阵列的后面，以便留下空气隙，空气隙的光学指数使得离开柱面透镜的光线具有足够的曲率。在目的是最佳精确度的一个变体中，可以考虑基色的波长，用于计算相应柱面透镜，以便对于三基色，具有相同的光学效果，并因此避免否则会发生的散光。
再次参考图2，注意，光开关阵列的像素沿与背光单元的照明线沿平行的列对齐，并且基色的每根光束14仅与光开关阵列的单列像素相关。由于柱面透镜的作用，放置在照明线上的每个柱面透镜允许具有基本平行边缘的光束产生通过开关阵列，所以一列像素仅可以作用于背光单元的相应线所产生的相应基色。因此，形成了与
Figure C20058001563300111
发光系统等效的系统，其中由柱面透镜会聚的给定基色的所有光仅通过开关阵列的相应像素列，并且不会溢出到其它像素列上。
在根据本发明的典型显示器中，对于背光单元，照明线的宽度大约是12.5毫米，并且伸长的柱面透镜具有大约0.2mm的透镜的最大厚度，具有-0.088395mm的曲率半径以及-0.2056的锥度。光吸收器被配置用于吸收照明线所发射的在相对于照明线的前向发射的正中面大约是+/-14度锥角之外的侧向光线。最后，液晶类型的开关阵列具有大约0.1mm的像素宽度，液晶保持在两个玻璃板之间，每个玻璃板厚度大约是0.7mm，在玻璃板上与液晶层相对的表面上沉积了偏振层，形成了交叉起偏器和检偏器。优选地，一个玻璃板集成了有源矩阵，给每个像素或液晶单元提供了存储效果；为此，对于每个像素，该玻璃板例如包括涂覆有非晶硅的区域，其中蚀刻了本身公知并且被设计以便获得存储效果的像素电路。
尽管柱面透镜和光隔离器作用于沿侧面方向(与照明线垂直)产生的光线，注意，对于沿在照明线的法线中间平面中包含的方向产生的光线，不需要控制产生的光(再次射入或吸收)，并且可以使用与法线偏离最大+/-90度的任何光。
如已经示出的，在操作期间，优选地打开所有照明线，即三基色，然而，调节每个基色的水平，以便形成正确质量的白色(白平衡)。
在目的是在背光单元的整个表面上的更好白均匀性的一个变体中，可以将单元的表面分为三基色独立控制的区域，区域包括三基色的特定数目的相邻基本图案，并且每个区域具有至少三个接线插脚。
可以理解，上述示范实施例仅仅是示范性的，并且本领域技术人员能够创建仍然处于本发明范围内的其它实施例。具体地，背光单元可以还包括集成的电控制电路，特别地可以通过串行或并行链路来控制该电路。在最简单的情况下，控制可以是模拟的。在通过集成到背光单元中来实现电逻辑电路(或者甚至是微处理器)的情况下，控制可以是数字的(二进制)。最后，在更复杂的情况下，设想闭环控制装置，其中一个或多个光传感器测量背光单元的光发射，以便使其维持在预定水平，如果需要，可以由外部控制修改。

Claims (14)

1.一种彩色显示设备，朝向观察者从背面到正面，包括使用有机发光二极管(OLED)的多色背光单元(1)以及用于通过像素来开关背光的电-光开关阵列(15)，背光单元是一个面，包括彼此平行的不同基色的一组至少三个相邻照明线(2，3，4)的周期图案，
其特征在于，开关阵列的像素和背光单元的照明线实质上对齐，以便所有给定的像素仅前向透过要控制的相应基色，并且在背光单元上沿每个照明线放置柱面透镜(12)，以便形成具有实质上平行边缘的光束(14)，该光束射向正面并且通过相应基色的开关阵列，透镜具有与照明线的长度实质上相等的长度。
2.根据权利要求1所述的彩色显示设备，其特征在于，电-光开关阵列(15)朝向正面和观察者包括实质上为平面的漫射单元，并且漫射单元和实质上为平面、包含背光单元的线的表面通过所述透镜光学共轭。
3.根据权利要求1所述的彩色显示设备，其特征在于，电-光开关阵列(15)是有源矩阵。
4.根据前述权利要求之一所述的彩色显示设备，其特征在于，柱面透镜沿其长度由光隔离器(13)在横向彼此隔开，以便来自一个照明线的照明不会干扰其它照明线的像素。
5.根据权利要求1到3之一所述的彩色显示设备，其特征在于，柱面透镜直接安装在电-光开关阵列上。
6.根据权利要求1至3之一所述的彩色显示设备，其特征在于，柱面透镜通过空气隙与电-光开关阵列隔开。
7.根据权利要求1至3之一所述的彩色显示设备，其特征在于，有机发光二极管(OLED)朝向正面包括所产生的光所通过的透明或半透明的第一种电极，并且朝向背面包括第二种电极(11)，电极的种类与阳极和阴极相对应，被称为线电极的相同基色的照明线的一种电极连接在一起(5，6，7)并与相应基色的至少一个彩色控制连接(8，9，10)相连，所有照明线的另一种电极连接在一起形成公共电极并与至少一个公共控制连接相连。
8.根据权利要求7所述的彩色显示设备，其特征在于，所述设备包括每个基色的至少一对彩色控制连接，该对的第一连接朝向相应基色的线电极的第一端，该对的第二连接朝向相应基色的相同线电极的第二端，第二端沿照明线与第一端相对，相同基色的线电极在照明线两端的每一端处连接在一起。
9.根据权利要求7所述的彩色显示设备，其特征在于，透明或半透明电极包括氧化铟锡(ITO)层。
10.根据权利要求9所述的彩色显示设备，其特征在于，透明或半透明电极包括铬层。
11.一种控制彩色显示设备的方法，所述彩色显示设备朝向观察者从背面到正面包括使用有机发光二极管(OLED)的多色背光单元以及用于通过像素来开关背光的电-光开关阵列(15)，背光单元是一个面，包括彼此平行的不同基色的一组至少三个相邻照明线(2，3，4)的周期图案，其中，
开关阵列的像素和背光单元的照明线实质上对齐，以便所有给定的像素仅前向透过要控制的相应基色，并且在背光单元上沿每个照明线放置柱面透镜(12)，以便形成具有实质上平行边缘的光束(14)，该光束射向正面并且通过相应基色的开关阵列，透镜具有与照明线的长度实质上相等的长度，
其特征在于，为了进行所述控制，同时打开所有照明线，由电-光开关阵列控制对于观察者的显示颜色。
12.根据权利要求11所述的控制彩色显示设备的方法，其中，所述彩色显示设备的所述有机发光二极管(OLED)朝向正面包括所产生的光所通过的透明或半透明的第一种电极，并且朝向背面包括第二种电极(11)，电极的种类与阳极和阴极相对应，被称为线电极的相同基色的照明线的一种电极连接在一起(5，6，7)并与相应基色的至少一个彩色控制连接(8，9，10)相连，所有照明线的另一种电极连接在一起形成公共电极并与至少一个公共控制连接相连。
13.根据权利要求11和12之一所述的控制彩色显示设备的方法，其中，所述彩色显示设备的所述电-光开关阵列是有源矩阵。
14.根据权利要求11或12所述的控制彩色显示设备的方法，其特征在于，该组的至少三个照明线使得可以通过光学组合为观察者产生白色，并且至少通过控制照明线同时产生的基色的各个照明强度，来调节白平衡。
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