CN103460277B - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种显示装置，所述显示装置具有：-多个像素（1），-至少一个连接载体（2），以及-多个无机的发光二极管芯片（3），其中-连接载体（2）包括多个开关（21），-每个像素（1）包含至少一个发光二极管芯片（3），-每个发光二极管芯片（3）机械固定且电连接在连接载体（2）上，-每个开关（21）建立为用于控制至少一个发光二极管芯片（3），以及-发光二极管芯片（3）是显示装置的成像元件。

Description

显示装置
技术领域
本发明提出一种显示装置。
发明内容
待实现的目的在于，提出一种显示装置，所述显示装置实现具有高的对比度值和快速的开关时间的成像。
根据显示装置的至少一个实施形式，显示装置具有多个像素(英语中也写作“Pixel”)。待成像的图像由显示装置的像素组成。像素例如矩阵状地设置在行和列中。每个像素例如能够适合于显示三种色彩，例如红、绿和蓝。所述颜色作为光由显示装置的成像的元件产生。
根据显示装置的至少一个实施形式，显示装置包括至少一个连接载体。显示装置例如能够包括多个连接载体，所述连接载体彼此相邻地设置。此外可行的是，显示装置包括唯一的连接载体。连接载体用作为用于显示装置的成像元件的机械载体。所述连接载体能够实施为是刚性的或者是柔性的。此外，连接载体也用于电接触以及控制成像元件。在此可行的是，连接载体构成为是辐射可穿透的、透明的或者是辐射不可穿透的，例如是吸收辐射的和/或反射辐射的。
根据显示装置的至少一个实施形式，显示装置包括多个发光二极管芯片。发光二极管芯片例如是彩色的发光二极管芯片，所述彩色的发光二极管芯片在运行时产生彩色的光。发光二极管芯片在此能够直接产生彩色的光。此外可行的是，显示装置的发光二极管芯片产生紫外辐射或者蓝色的光，所述蓝色的光由与所述发光二极管芯片相关联的转换元件转换为其它颜色的光。显示装置的发光二极管芯片的数量在此优选至少相应于显示装置的像素的数量。
根据显示装置的至少一个实施形式，连接载体包括多个开关。每个开关在此特别建立为用于控制至少一个发光二极管芯片。开关例如是薄膜晶体管或者CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)-结构。开关例如设置在连接载体的基本体上。每个开关建立为用于控制至少一个发光二极管芯片。所述控制例如能够是接通和/或断开与开关相关联的发光二极管芯片。此外，借助于开关例如也能够调节驱动发光二极管芯片的电流强度。每个开关接触相关联的发光二极管芯片的n型侧或者p型侧。
根据显示装置的至少一个实施形式，每个发光二极管芯片机械固定并且电连接在显示装置的连接载体上。在此发光二极管芯片未封装地机械固定且电连接在连接载体上。也就是说，发光二极管芯片直接被施加在连接载体上，而不存在其中设置有发光二极管芯片的、例如由塑料或者陶瓷材料制成的壳体。发光二极管芯片在此形成显示装置的成像元件。也就是说，显示装置特别是没有其它的成像元件，例如LCD(液晶显示)面板。相反，每个发光二极管芯片直接产生显示装置的相关联的像素的光。
根据显示装置的至少一个实施形式，显示装置包括多个像素、至少一个连接载体和多个发光二极管芯片。连接载体包括多个开关，其中每个发光二极管芯片机械固定且电连接在连接载体上，并且每个开关建立为用于控制至少一个发光二极管芯片。显示装置的每个像素包含至少一个发光二极管芯片，其中发光二极管芯片是显示装置的成像元件。
在这里所描述的显示装置的特征特别在于：通过单独地控制例如各个发光二极管的亮度实现高的对比度值，因为特别是通过完全地切断发光二极管芯片能够产生“真正的”黑色。取消例如液晶显示面板的其他成像元件，允许极其高的图像刷新率，由于作为成像元件的发光二极管芯片的控制尤其快速。因此显示装置尤其好地适合于在使用快门式眼镜的情况下进行三维显示。由于取消用于发光二极管芯片的壳体，各个发光二极管芯片能够彼此极其近地设置在一个连接载体上或者多个连接载体上。例如相邻的发光二极管芯片的间距为10μm或者更小。以这样的方式具有高分辨率的小型的显示器是可行的。此外取消其他的成像元件实现显示装置的极其平的结构，这实现极其薄的显示装置。此外，省去其它的成像元件提高显示装置的总效率，因为消除吸收损耗，例如在偏振滤波器或者其它的成像元件本身上的吸收损耗。
发光二极管芯片特别能够是没有生长衬底或者载体衬底的发光二级管芯片。也就是说，发光二极管芯片能够仅包括外延地制造的半导体层、接触层以及可能的转换层。这也实现特别平的显示装置，所述显示装置基本上仅通过连接载体的厚度以及发光二极管芯片的厚度来确定。发光二极管芯片在此特别是无机的发光二极管芯片，所述无机的发光二极管芯片例如基于III-V族复合物半导体材料。
根据显示装置的至少一个实施形式，每个开关单义地与发光二极管芯片相关联。也就是说，对于每个开关恰好存在一个发光二极管芯片并且对于每个发光二极管芯片恰好存在一个开关。因此，在所述实施形式中每个开关必须仅控制一个唯一的发光二级管芯片。这实现使用尤其简单的开关，所述开关适合于以尤其短的开关时间对相关联的发光二极管芯片通电。
根据显示装置的至少一个实施形式，显示装置包括接触层，所述接触层将至少两个发光二极管芯片彼此导电地连接。例如发光二极管芯片在接口侧上与相关联的开关导电地连接。在另外的接口侧上，所述发光二极管芯片经由共同的接触层彼此导电地连接进而被共同地接触。在此可行的是，多个发光二极管芯片经由接触层彼此导电地连接。例如各一行或一列发光二极管芯片能够借助于接触层彼此连接。在极端情况下，所有的发光二极管芯片能够经由唯一的共同的接触层彼此导电地连接。接触层在此简化发光二极管芯片的接触，因为在这种情况下能够放弃单独地、例如借助于接触线来接触每个芯片。
根据显示装置的至少一个实施形式，接触层至少局部地构成为是辐射可穿透的。也就是说，接触层对于由发光二级管芯片在运行中所产生的电磁辐射而言至少部分地是能被穿透的。所述接触层在此能够构成为是透明的并且是清晰可见的。
接触层能够至少局部地覆盖由接触层彼此导电地连接的发光二极管的辐射穿透面。接触层在该处例如能够与显示装置的发光二极管芯片直接接触并且经由辐射穿透面将电流输入到发光二极管芯片中。此外可行的是，接触层仅局部地接触发光二极管芯片并且在其它部位上跨过辐射穿透面，而不在该处接触发光二极管芯片。
辐射穿透面例如能够构成在发光二级管芯片的背离连接载体的一侧上。因此在朝向连接载体的一侧上，每个发光二极管芯片导电地与所属的开关连接，例如直接地施加到开关的接触部位上。
根据显示装置的至少一个实施形式，接触层构成为是至少局部地辐射可穿透的，并且接触层至少局部地借助对于由发光二极管芯片在运行中产生的电磁辐射而言反射的材料形成。也就是说，接触层在这种情况下划分成不同的区域。接触层包括辐射可穿透的区域，所述辐射可穿透的区域例如由导电的、辐射可穿透的材料形成。此外接触层包括反射辐射的区域，所述反射辐射的区域例如由反射的材料、如银或铝形成。在此尤其可行的是，接触层的反射的区域构成在相邻的发光二极管芯片之间和/或发光二级管芯片的边缘上。接触层的辐射可穿透的区域因此覆盖大部分的辐射穿透面。这样构成的接触层也用于相邻的发光二极管芯片的光学脱耦。也就是说，由发光二极管芯片在运行中产生的电磁辐射能够在侧向射到接触层的反射的区域上并且不到达相邻的发光二极管芯片的区域中。与发光二极管芯片相关联的各个像素能够以这种方式尤其好地以光学的方式彼此分隔。此外，如果接触层的反射的区域借助反射的金属形成，那么接触层的反射的区域提高导电性，特别是提高接触层的横向导电性，由此实现尽可能多的发光二极管芯片能够借助于同一接触层电接触。
根据显示装置的至少一个实施形式，接触层局部地由透明的导电氧化物(英语中也写作TCO——TransparentConductiveOxide)形成。特别地，接触层的辐射可穿透的区域因此也能够由这种材料构成。
根据显示装置的至少一个实施形式，显示装置包括光学装置本体，所述光学装置本体设置在发光二极管芯片的至少一部分的下游，其中由发光二极管芯片在运行中产生的电磁辐射至少部分地，特别是大部分地穿过光学装置本体，并且电磁辐射在穿过光学装置本体时以光学的方式被扩展。也就是说，光学装置本体将射到发光二极管芯片的辐射穿透面上的电磁辐射扩展为具有更大的射束横截面的射束。这在大平面的显示器中证明是特别有利的，所述大平面的显示器具有1m或者更大的屏幕对角线。在这种大显示器中证明是有利的是：不是像素的整个面积装配有一个或多个发光二极管芯片。例如发光二级管芯片的边长与像素的网格的比能够为1：100或者更小。但是为了改进由显示装置产生的图像的光学的外观，也就是说对于观察者而言在各个像素之间尽可能察觉不到分隔，将由发光二极管芯片产生的电磁辐射扩展到相关联的像素的大小上证明是有利的。这能够借助光学装置本体实现。在此也可行的是，多个不同颜色的发光二极管芯片，例如红色、绿色和蓝色的发光二极管芯片，设置在相同的扩展区域之内。也就是说，每个像素都能够包括多个发光二极管芯片，所述发光二极管芯片的电磁辐射由光学装置本体分别扩展到相关联的像素的大小上。
根据显示装置的至少一个实施形式，光学装置本体包括辐射不可穿透的分隔结构，所述分隔结构以光学的方式将相邻的像素彼此分隔。经由辐射不可穿透的分隔结构保证：与不同的像素相关联的发光二极管的光在穿过扩展辐射的光学装置本体之后不叠加。例如分隔结构针对于此或者构成为是漫反射的。例如分隔结构构成为光学装置本体的基本体中的凹槽，所述凹槽以金属来覆层或者填充有漫反射材料。
根据显示装置的至少一个实施形式，光学装置本体具有用于将透射的电磁辐射散射的散射结构，并且分隔结构通过漫反射的区域形成。通过将透射的电磁辐射散射来进行射束的扩展以及均质化。以这种方式，像素在其面上具有尤其均匀的光密度。漫反射的分隔结构因此也有助于这种均质化。散射结构在此能够在光学装置本体的基本体的体积中构成，所述光学装置本体的基本体能够由清晰可见的材料形成。散射中心例如通过基本体中的散射颗粒或者气体夹杂物形成。此外可行的是，通过聚焦的激光辐射有针对性地在基本体的材料中产生散射结构，并且例如通过在激光束的焦点的区域中的材料改变来形成。
根据显示装置的至少一个实施形式，分隔结构通过光学装置本体的基本体中的凹槽形成，所述凹槽填充有散射辐射的材料。所述材料例如包括下述材料的至少一种：TiO2，Al2O3。
根据显示装置的至少一个实施形式，分隔结构从光学装置本体的基本体的朝向发光二极管芯片的一侧在朝向基本体的背离发光二极管芯片的一侧的方向上延伸并且不完全地穿过基本体。因此特别地，在光学装置本体的背离发光二极管的一侧附近不再构成分隔结构。也就是说，在这些区域中可能引起相邻像素的电磁辐射的小的重叠。这引起对于观察者而言在像素之间不存在光学分隔。也就是说，观察者在理想情况下不能够将各个像素彼此区分。显示装置因此根据所谓的视网膜显示器的类型构成。分隔结构例如在基本体的至多4/5的厚度上延伸。
根据显示装置的至少一个实施形式，接触层至少局部地直接与发光二极管芯片邻接，所述接触层将发光二极管芯片彼此导电地连接，并且所述接触层与光学装置本体邻接。也就是说，接触层直接地设置在发光二极管芯片和光学装置本体之间。接触层能够以这种方式建立这两个元件之间的机械连接。此外，由发光二极管芯片在运行中产生的热量经由接触层被输出到光学装置本体上，所述光学装置本体因此也用作为用于被覆盖的发光二极管芯片的冷却体。此外，经由将接触层以所描述的方式划分成辐射可穿透的区域和反射辐射的区域，仍能够在电磁辐射射入光学装置本体中之前实现或者辅助相邻像素之间的光学分隔。
附图说明
在下文中根据实施例和所属的附图详细阐明在此所描述的显示装置。
图1和2借助示意性的剖面图示出在这里所描述的显示装置的实施例。
图3A和3B借助示意图示出用于接触在这里所描述的显示装置的发光二极管芯片的可行性。
相同的、相同类型的或者起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中所描述的元件彼此间的大小比例不能够视为是符合比例的。更确切地说，为了更好的描述和/或更好的理解能够夸张大地示出个别元件。
具体实施方式
根据图1的示意性的剖面图详细阐述在这里所描述的显示装置的第一实施例。显示装置包括多个像素1。像素1共同形成待由显示装置显示的图像。所述像素例如根据矩阵的类型以行和列设置。当前每个像素1与至少一个发光二极管3相关联。发光二极管3设置在连接载体2上。连接载体2用于机械固定以及电接触和控制发光二极管芯片3。
连接载体2包括开关21，借助于所述开关能够单独地对发光二极管芯片3通电。开关21在此例如建立为用于接通、断开和确定对相关联的发光二极管芯片3通电的电流强度。开关21例如是薄膜晶体管。发光二极管芯片3在此能够与开关21的连接部位直接接触。基本体22例如能够构成为电路板，所述电路板将各个开关21与用于发光二极管芯片和开关的电源连接。
分隔元件7能够构成在各个发光二极管芯片3之间，所述分隔元件在连接载体2以及设置在发光二极管下游的光学装置本体6之间建立固定的间距。此外分隔元件7能够构成为是反射辐射的或者吸收辐射的，以至于所述分隔元件也用于相邻的发光二极管芯片之间的光学脱耦。
显示装置此外包括接触层4，所述接触层设置在发光二极管芯片3的背离连接载体2的一侧上。当前，接触层4构成为是辐射可穿透的并且是导电的。所述接触层例如能够由透明的可导电的氧化物如ITO形成。例如接触层4用作为用于显示装置的所有的发光二极管芯片3的或者用于显示装置的一部分的所有的发光二极管芯片3的共同的阴极或者共同的阳极。
光学装置本体6能够与接触层4直接接触，所述光学装置本体当前例如能够由辐射可穿透的、特别是透明的材料、如玻璃形成。在此也可行的是，材料是清晰可见的。由于例如在光学装置本体6的边界面上的反射和折射效果，引起透射的电磁辐射5扩展到各个像素1的大小上。此外可行的是，光学装置本体6的体积中的散射效果引起透射的电磁辐射5的扩展。
因此，在图1中描述一种显示装置，其中发光二极管芯片3直接作用为显示装置的成像元件。发光二极管芯片3是无机的发光二极管芯片，所述无机的发光二极管芯片例如由III-V族半导体材料形成。发光二极管芯片3能够包括转换层，所述转换层适合于透射的电磁辐射的所谓的“降频转换”。所述转换层也能够包含有机材料。发光二极管芯片3例如没有生长衬底和/或载体衬底。也就是说，发光二极管芯片3因此基本上由外延生长的材料构成。
结合图2详细阐述在这里所描述的显示装置的另一实施例。在所述实施例中，接触层4具有反射辐射的区域4b和辐射可穿透的区域4a。辐射可穿透的区域4a例如能够由透明的、可导电的氧化物形成。反射辐射的区域4b例如由反射的金属、如银或铝形成。反射辐射的区域4b辅助各个发光二极管芯片3之间的光学的分隔并且改进接触层4的横向导电性。当前接触层4仅在发光二极管芯片3的边缘区域中与所述发光二极管芯片电接触。在发光二极管芯片3的中心区域中，接触层4以距辐射出射面3a一定的间距进行伸展。
此外，显示装置在该实施例中如在图2中所描述的那样包括具有分隔结构62的光学装置本体6，所述分隔结构将相邻的成像元件1彼此以光学的方式脱耦。例如分隔结构构成为光学装置本体6的基本体64中的凹槽，所述凹槽填充有漫反射的材料、例如二氧化钛。分隔结构62当前不延伸穿过整个基本体64，而是例如至多在基本体64的4/5的长度上延伸。各个像素以这种方式直接在光学装置本体6的背离发光二极管芯片3的辐射出射面上不以光学的方式轮廓分明地彼此分隔。以这种方式对于观察者而言不能识别出在相邻的像素之间的分隔，例如暗条纹。
光学装置本体6具有基本体64，在所述基本体中嵌入散射结构63。散射结构63适合于散射由发光二极管芯片3在运行中产生的电磁辐射并且辅助将辐射扩展到光学装置本体6的背离发光二极管3的一侧上的像素1的大小上。此外，光学装置本体6包括耦合输出结构61，所述耦合输出结构例如构成为基本体64的粗化部并且提高电磁辐射从光学装置本体6射出的可能性。
当前，对于每个像素1能够存在多个发光二极管芯片3，所述发光二极管芯片例如发射不同颜色的光。散射结构63在此辅助光在从光学装置本体6射出之前进行混合，以至于在光学装置本体6上对于每个像素1而言，混合光能够以在像素1上的尤其均匀的光密度和尤其均匀的色坐标射出。
结合图3A和3B的示意图，描述用于发光二极管芯片3的接触方法，所述接触方法对于结合图1和2所描述的接触层4的使用是可替选的。在显示装置的所述实施例中，与图1和2的实施例不同，发光二极管芯片3的p型侧和n型侧能够从连接载体2的一侧起来接触。发光二极管芯片3包括n型传导的区域31、p型传导的区域32和设置用于产生辐射的有源区域34，所述有源区域设置在这两个区域之间。p型传导的区域32能够经由n型传导的区域31中的通孔在p型接触区域35的区域中被接触。所述通孔在此局部地在横向方向上全方位地由n型传导的区域32围绕。
以这种方式能够放弃发光二极管芯片3的辐射出射面3a上的至少部分地吸收辐射的接触层4。在此可选择的是，存在载体33，或者是生长衬底或者是随后被施加的辐射可穿透的载体，电磁辐射5穿过所述载体离开发光二极管芯片3。
总的来说，当前描述一种显示装置，其中发光二极管芯片能够作为成像元件由有源矩阵控制来直接地驱动。此外，显示装置的特征在于高的对比度值和小的厚度。
本发明不通过根据实施例进行的描述而受限于此。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的任意的组合，这特别是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使这些特征或者这些组合本身未明确地在权利要求或者实施例中说明时也如此。
本专利申请要求德国专利申请102011016308.5的优先权，其公开内容在此通过参引并入本文。

Claims (14)

1.一种显示装置，具有：
-多个像素(1)，
-至少一个连接载体(2)，
-多个无机的发光二极管芯片(3)，和
-光学装置本体(6)，所述光学装置本体设置在所述发光二极管芯片(3)的至少一部分的下游，其中
-所述连接载体(2)包括多个开关(21)，
-每个像素(1)包含至少一个发光二极管芯片(3)，
-每个发光二极管芯片(3)机械固定且电连接在所述连接载体(2)上，
-每个开关(21)建立为用于控制至少一个发光二极管芯片(3)和/或每个开关(21)一对一地与一个发光二极管芯片(3)相关联，
-所述发光二极管芯片(3)是所述显示装置的成像元件，
-由所述发光二极管芯片(3)在运行中产生的电磁辐射(5)至少部分地穿过所述光学装置本体(6)，并且
-所述电磁辐射(5)在穿过所述光学装置本体(6)时以光学的方式扩展。
2.根据权利要求1所述的显示装置，具有：
-接触层(4)，所述接触层将至少两个发光二极管芯片(3)彼此导电地连接，和
-光学装置本体(6)，所述光学装置本体设置在所述发光二极管芯片(3)的至少一部分的下游，其中，
-辐射出射面(3a)在所述发光二极管芯片(3)的背离所述连接载体(2)的一侧上构成，
-所述接触层(4)局部地构成为是辐射可穿透的，
-所述接触层(4)局部地借助对于由所述发光二极管芯片(3)在运行中产生的电磁辐射反射的材料形成，
-由所述发光二极管芯片(3)在运行中产生的所述电磁辐射(5)至少部分地穿过所述光学装置本体(6)，并且
-所述电磁辐射(5)在穿过所述光学装置本体(6)时被以光学的方式扩展，
-所述光学装置本体(6)包括辐射不可穿透的分隔结构(62)，所述分隔结构将相邻的像素(1)以光学的方式彼此分隔，
-所述分隔结构(62)从所述光学装置本体(6)的基本体(64)的朝向所述发光二极管芯片的一侧在朝向所述基本体(64)的背离所述发光二极管芯片(3)的一侧的方向上延伸并且不完全地穿过所述基本体(64)，以及
-所述分隔结构(62)通过所述光学装置本体(6)的基本体(64)中的凹槽形成，所述凹槽填充有下述材料的至少一种：TiO2，Al2O3。
3.根据权利要求1所述的显示装置，具有：
-接触层(4)，所述接触层将至少两个发光二极管芯片(3)彼此导电地连接。
4.根据权利要求3所述的显示装置，
其中
-所述接触层(4)至少局部地构成为是辐射可穿透的，以及
-所述接触层至少局部地覆盖由所述接触层(4)彼此导电地连接的所述发光二极管芯片(3)的辐射出射面(3a)。
5.根据权利要求4所述的显示装置，
其中
-所述辐射出射面(3a)在所述发光二极管芯片(3)的背离所述连接载体(2)的一侧上构成。
6.根据权利要求3所述的显示装置，
其中
-所述接触层(4)至少局部地构成为是辐射可穿透的，以及
-所述接触层(4)至少局部地借助对于由所述发光二极管芯片(3)在运行中产生的电磁辐射反射的材料形成。
7.根据权利要求3所述的显示装置，
其中
-所述接触层(4)局部地由透明的、导电的氧化物形成。
8.根据权利要求3所述的显示装置，
其中
-所述接触层(4)局部地借助进行反射的金属形成。
9.根据权利要求3所述的显示装置，其中
-所述光学装置本体(6)包括辐射不可穿透的分隔结构(62)，所述分隔结构将相邻的像素(1)以光学的方式彼此分隔。
10.根据权利要求9所述的显示装置，
其中
-所述光学装置本体(6)包括用于散射所透射的所述电磁辐射(5)的散射结构(63)，以及
-所述分隔结构(62)通过漫反射的区域形成。
11.根据权利要求9所述的显示装置，
其中
-所述分隔结构(62)通过所述光学装置本体(6)的基本体(64)中的凹槽形成，所述凹槽填充有下述材料中的至少一种：TiO2，Al2O3。
12.根据权利要求11所述的显示装置，
其中
-所述分隔结构(62)从所述光学装置本体(6)的基本体(64)的朝向所述发光二极管芯片的一侧在所述基本体(64)的背离所述发光二极管芯片(3)的一侧的方向上延伸并且不完全地穿过所述基本体(64)。
13.根据权利要求9所述的显示装置，
其中
-所述接触层(4)至少局部地直接与所述发光二极管芯片(3)邻接并且与所述光学装置本体(6)邻接，所述接触层将所述发光二极管芯片彼此导电地连接。
14.根据权利要求3所述的显示装置，
其中所述发光二极管芯片(3)中每一个的p型侧和n型侧从所述连接载体(2)的一侧来接触，其中
-所述发光二极管芯片(3)包括n型传导的区域(31)、p型传导的区域(32)和设置用于产生辐射的有源区域(34)，所述有源区域设置在p型传导的区域(32)与n型传导的区域(31)之间，以及
-所述p型传导的区域(32)经由所述n型传导的区域(31)中的至少一个通孔被接触。
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