CN106373951A - Rgb全彩光源、全彩色发光器件及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种RGB全彩光源、全彩色发光器件及显示装置。所述RGB全彩光源包括：用以提供激发光的半导体发光元件，所述激发光选自紫光或紫外光；以及，用以与所述半导体发光元件发射的激发光配合而实现RGB显示或照明的荧光物质。优选的，所述半导体发光元件选自能够发射紫光或者紫外光的晶圆级LED芯片，所述晶圆级LED芯片包括集成设置的多个LED光源点，每一LED光源点包括至少一基础发光单元，其中至少一基础发光单元与相应的荧光物质配合形成R、G或B光源点。优选的，所述荧光物质的发射光谱的半高宽＜35nm。本申请提供的RGB全彩光源结构简单紧凑，体积小，易于制备，且产品良率高，可以用于各种显示器的制作，特别适合于高分辨率、微显示的应用。
Description
技术领域
本申请具体涉及一种基于紫光或紫外光LED的RGB全彩色光源、发光器件及显示装置，属于显示技术领域。
背景技术
LED显示器(LED panel)，是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。目前，随着LED显示器越来越多的被在各种重要场合应用，人们对LED显示屏颜色质量提出了更高的要求。而LED显示屏颜色质量的不断提高，又将不断拓宽LED显示屏的应用和使用价值。
同时，在现有LED显示屏的RGB系统的基础结构中，一般采用三个LED，该三个LED中的每一者是以半导体P-N结为基础的芯片，且有一个芯片用于红色、绿色和蓝色中的每一者。目前基于LED的显示器主要是通过下列的几种方法制作，包括：将RGB的LED芯片封装在一个支架内，比如一种SMD支架，根据设计要求将这些LED组合排列在一起，然后通过各自的引线分别控制RGB的发光。或者，将RGB的LED芯片分别封装在各自的支架内，根据设计要求将这些RGB LED组合排列在一起，然后通过各自的引线可以分别控制RGB的发光。然而，前述的这些方法由于支架占据很大的空间，制造的显示器空间分辨率比较低，且很难用于制造微显示。
当前常用的另一种制作方法主要是采用能够发出红，绿，蓝的LED芯片，经过各种光电参数分选后，通过机械手抓取和放置的方法，将LED芯片固定在特定的位置，经过焊接等方式与控制电路连接以达到照明或显示的目的，其中红光LED芯片一般是用AlInGaP材料体系制作的，而蓝光或者绿光LED芯片一般是用GaInN材料体系制成的。该技术的优点包括显示器的体积小、分辨率高，省电(与液晶显示相比)等，但其同时还存在制作成本高，工艺复杂，产量低，良品率低等诸多缺点。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种RGB全彩光源、全彩色发光器件及显示装置，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：
本申请的实施例公开了一种RGB全彩光源，其包括：
用以提供激发光的半导体发光元件，所述激发光选自紫光或紫外光；
以及，用以与所述半导体发光元件发射的激发光配合而实现RGB显示或照明的荧光物质。
进一步的，所述激发光的波长为380nm-440nm，优选为420nm～440nm。
进一步的，所述荧光物质的发射光谱的半高宽小于35nm，优选为10nm～20nm。
进一步的，所述半导体发光元件选自LED芯片。
在一些实施方案中，所述全彩光源包括多个LED光源点，每一LED光源点包括至少一紫光或紫外光LED芯片，其中至少一紫光或紫外光LED芯片与相应的荧光物质配合形成一RGB光源点。
在一些优选实施方案中，所述LED芯片选自能够发射紫光或者紫外光的晶圆级LED芯片，所述晶圆级LED芯片包括集成设置的多个LED光源点，每一LED光源点包括至少一基础发光单元，其中至少一基础发光单元与相应的荧光物质配合形成一RGB光源点。
其中，所述RGB光源点包括R光源点(红色光源点)、G光源点(绿色光源点)和B光源点(蓝色光源点)。
进一步的，所述全彩光源包括一组以上RGB光源点，每一组RGB光源点包括至少一R光源点、至少一G光源点和至少一B光源点。
进一步的，用以形成R光源点、G光源点或B光源点的LED光源点分别与在紫外光或紫光激发下能够发出红光、绿光或蓝光的荧光物质配合。
进一步的，所述B光源点发出的蓝光峰值波长>450nm；优选的，所述B光源点发出的蓝光峰值波长为460nm～475nm。
进一步的，每个RGB光源点的点亮或关闭均被单独控制。
进一步的，每个RGB光源点亮度的调控均是通过调制电流脉冲占空比的大小而实现的。
进一步的，从所述RGB光源点射出的光之中紫光或紫外光所占的比例小于5％，优选小于2％。
进一步的，相邻两组RGB光源点之间设置有光学隔离结构。例如，所述光学隔离结构包括形成于相邻两组RGB光源点之间的隔离沟道，所述隔离沟道内填充有光学隔离物质。
在一些实施方案中，所述LED光源点表面覆设有相应的荧光物质。
在一些实施方案中，所述全彩光源包括至少一透光载体，所述透光载体与所述LED光源点间隔设置，且所述透明载体上与所述LED芯片上的至少一LED光源点相对应处分布有与该至少一LED光源点配合的荧光物质。
其中，所述透光载体可以包括透明薄膜或透明基板；所述透明薄膜或透明基板上覆设有所述荧光物质，和/或，所述透明薄膜或透明基板内分布有所述荧光物质。
其中，所述荧光物质包括荧光量子点或者荧光粉。
本申请实施例还提供了一类全彩发光器件，其包含一组以上所述的RGB全彩光源；优选的，所述全彩发光器件包括多组RGB全彩光源组成的阵列。
本申请实施例还提供了一类显示装置，其包含光源以及与所述光源电性连接的电源模块，所述光源包含所述的RGB全彩光源或者所述的全彩发光器件。
较之现有技术，本申请提供的RGB全彩光源结构简单紧凑，体积小，易于制备，且产品良率高，可以用于各种显示器的制作，特别适合于高分辨率、微显示的应用。
附图说明
图1为本申请一典型实施例中一种RGB显示阵列的俯视图；
图2为本申请一典型实施例中一种RGB显示阵列的侧视图(剖面)；
图3是图2中虚线框所示区域的放大图；
图4为本申请一典型实施例中一种RGB显示阵列的控制电路示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本申请的技术方案。如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本申请的实施例公开了一种RGB全彩光源，其包括：
用以提供激发光的半导体发光元件，所述激发光选自紫光或紫外光；
以及，用以与所述半导体发光元件发射的激发光配合而实现RGB显示或照明的荧光物质。
在一些较佳的具体实施方案中，本申请可以通过采用能够发射紫光或紫外光(波长约为380nm～440nm，尤其优选为420nm～440nm)的半导体发光芯片激发荧光量子点或窄波谱荧光粉(光谱半高宽<35nm，最好在10-20nm之间)的方式，实现RGB显示或者照明。
进一步的，所述半导体发光元件可选自LED芯片。
在本申请中，采用能够发射紫光或紫外光的半导体发光芯片作为激发光源，其可以激发蓝光荧光材料，由于荧光材料的发光波长是均匀一致的，而且不受紫光或紫外光波长的影响，亦即，即使作为激发光的紫光或紫外光的波长是不均匀的，但相应荧光物质的发射波长仍是均匀一致的，如此可以很好的实现B光源点光色的一致性。同样的，对于R、G光源点，其光色的一致性也可以得到保障。而若直接利用蓝光芯片作为蓝色光源点(B光源点)，则由于蓝光芯片的均匀性较差(例如，即使是利用同一外延片加工出的各蓝光芯片，其波长变化范围也至少在6-20nm左右)，会造成光色不均匀，影响显示或照明的效果。
在一些实施方案中，所述全彩光源包括多个LED光源点，每一LED光源点包括至少一紫光或紫外光LED芯片，其中至少一紫光或紫外光LED芯片与相应的荧光物质配合形成一RGB光源点。
优选的，前述的这些紫光或紫外光LED芯片可以集成设置，并呈现为阵列的形态。
在一些优选实施方案中，所述LED芯片选自能够发射紫光或者紫外光的晶圆级LED芯片，所述晶圆级LED芯片包括集成设置的多个LED光源点，每一LED光源点包括至少一基础发光单元，其中至少一基础发光单元与相应的荧光物质配合形成一RGB光源点。
前述的晶圆级LED芯片，可以是采用业界已知的晶圆级封装(wafer levelpackage，WLP)的LED元件，其可以包括作为基底的晶圆以及结合在晶圆上的多个小尺寸LED晶粒(LED芯片)等，例如可参考CN103137643A、CN103107250A等。
更为具体的，一种典型的晶圆级LED芯片可以包括：晶圆，其具有正面及背面，且该正面具有覆盖晶粒接合的预定位置；LED晶粒，其具有晶粒接点，以与该晶圆正面的预定位置相接合；及导电材料，位于该晶圆的正面，连接该光电半导体晶粒及该晶圆；等等。
作为更为优选的实施方案之一，前述的晶圆级LED芯片还可以是通过对LED外延片的有源区进行加工而形成的。作为此类晶圆级LED芯片的典型制程，其可以包括：在衬底上通过外延生长形成外延层；通过湿法、干法刻蚀等工艺在外延结构上形成多个独立的LED结构(亦可认为是功能单胞，即前述的基础发光电源，其可以独立的发光)；以及，在这些独立的LED结构之间制作导电线路等，从而将这些独立的LED结构彼此串联和/或并联，继而与电源电连接。进一步的，此类晶圆级LED芯片的结构和制程还可参阅CN101645441B、CN104810380A等文献。这些独立的LED结构可以被设计为以发光点(LED光源点)阵列的形式存在。
前述的RGB光源点中“RGB”的释义是业界已经知悉的，即红绿蓝色彩模式中红(R)、绿(G)、蓝(B)三个通道的颜色。而通过对红、绿、蓝三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加，可以得到各式各样的颜色。
进一步的，所述全彩光源包括一组以上RGB光源点，每一组RGB光源点包括至少一R光源点、至少一G光源点和至少一B光源点。
更进一步的，每一组RGB光源点由一R光源点、一G光源点和一B光源点组成，即，每一组RGB光源点组成了所述全彩光源的一个最为基础的结构单元。
进一步的，用以形成前述R光源点、G光源点或B光源点的LED光源点分别与在紫外光或紫光激发下能够发出红光、绿光或蓝光的荧光物质配合。
其中，荧光物质与LED光源点的配合方式可以是多种类型的。
例如，在一些实施方案中，可以在所述LED光源点表面覆设相应的荧光物质。更为具体的，可以将荧光物质直接打印、喷涂、涂覆在LED光源点表面，也可以先用环氧树脂或硅氧烷树脂等对LED光源点进行封装，之后将荧光物质涂覆在透明封装层上，当然，也可以将荧光物质与环氧树脂、硅氧烷树脂等封装材料混合，之后涂覆在LED光源点上。
例如，可以在被设计为发绿光的G光源点上覆盖在紫光或紫外光激发下可以发出绿光的量子点或者荧光粉；也可以在被设计为红光的R光源点上覆盖在紫光或紫外光激发下可以发出红光的量子点或者荧光粉。
以及，也可以在被设计为蓝光的B光源点上覆盖在紫光或紫外光激发下可以发出蓝光的量子点或者窄波谱荧光粉等。其中B光源点发出的蓝光峰值波长应>450nm,最好在460nm到475nm范围，以避免或减小蓝光对人眼的危害。
进一步的，涂敷在LED光源点上的量子点或者荧光粉应是适量的，较为理想的是，只能在发光面上看到蓝光、绿光或者红光，而不能看到LED光源点发出的紫光或者紫外光。一般来说，LED光源点发出的紫光或者紫外光在激发量子点或者窄波谱荧光粉后，溢出的紫光或者紫外光与所激发出的光相比小于5％，最好是小于2％，亦即，从各RGB光源点射出的光之中紫光或紫外光所占的比例小于5％，最好是小于2％，以避免或减小紫光对人眼睛的危害。
在一些实施方案中，荧光物质与LED光源点也可以remote，即远程形式配合。在这些实施方案中，所述全彩光源包括至少一透光载体，所述透光载体与所述LED光源点间隔设置，且所述透明载体上与所述LED芯片上的至少一LED光源点相对应处分布有与该至少一LED光源点配合的荧光物质。其中，所述透光载体可以包括透明薄膜(如PET膜等)或透明基板(如玻璃板等)；所述透明薄膜或透明基板上覆设有所述荧光物质，和/或，所述透明薄膜或透明基板内分布有所述荧光物质。
在一些较为具体的实施方案做中，可以通过在一个透明基板上采用印刷，喷墨，点胶，涂覆等方法，将不同颜色的量子点或者荧光粉固定在所需要的位置上，再与前述LED光源点的阵列对准并粘合固定，从而实现RGB的显示或者照明。
进一步的，每个RGB光源点的点亮或关闭均被单独控制。
进一步的，每个RGB光源点亮度的调控均是通过调制电流脉冲占空比的大小而实现的。
例如，可以在晶圆级LED芯片上制备每个单元可以独立控制的发光数组。以3个为一组，分别用于制备R，G，B的光源点。每个LED光源点可以被单独控制，包括可以点亮或关闭，可以通过调制电流脉冲占空比的大小调控其亮度等。
在本申请的前述实施方案中，通过对各RGB光源点的亮度进行单独控制，可以通过亮度校正的方法来得到整个器件亮度的均匀性，从而避免出现器件中各光源点亮度不均匀的问题。
此外，作为较为优选的实施方案，还可以在相邻两组RGB光源点之间设置光学隔离结构。例如，所述光学隔离结构包括形成于相邻两组RGB光源点之间的隔离沟道，所述隔离沟道内填充有光学隔离物质。这些隔离沟道可以通过激光或者化学刻蚀方式形成。通过这些光学隔离结构，可以便减小或者避免作为基础显示单元的各组RGB光源点之间的相互干扰。这些光学隔离结构可以采用金属、非金属的高反光材料、高度不透光材料等形成。
当然，在前述RGB全彩光源中，还可包括用以将各LED光源点串联和/或并联的导线、驱动模组等配套组件，但这些组件及其功能和设置形式都可以是业界已知的，此处不再赘述。
本申请的前述RGB全彩光源中，由于RGB的波长是由光转换材料，即所用的量子点或者窄波谱荧光粉所决定的，因此这样制作的显示或者照明系统的色彩是均匀的。只需要对于单个RGB光源点的光强加以控制，就可以做到亮度与色彩的双重一致。因而，本申请的前述RGB全彩光源(亦可认为是RGB LED数组)可以用于各种显示器的制作，特别适合于微显示的应用。
相应的，本申请实施例还提供了一类全彩发光器件，其包含一组以上所述的RGB全彩光源；优选的，所述全彩发光器件包括多组RGB全彩光源组成的阵列。
当然，所述全彩发光器件还可包含与所述RGB全彩光源配合的驱动模组、电源模组等等。
本申请实施例还提供了一类显示装置，其包含光源以及与所述光源电性连接的电源模块，所述光源包含所述的RGB全彩光源或者所述的全彩发光器件。
优选的，所述显示装置选自微显示器。
特别是，所述的RGB全彩光源或者所述的全彩发光器件可以用来作为显示器件的核心光源。
同样的，所述显示装置也可包含与所述RGB全彩光源配合的驱动模组、电源模组等等，以及，与这些组件配合的框架、散热结构等等其它辅助结构。
下面将结合实施例及附图对本申请的技术方案进行详细地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而并非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在如下的实施例中，采用能够发射紫光(峰值波长为～430nm)的4英寸晶圆级LED，设计制成规格为约60mm x 60mm的RGB显示阵列(亦可视为一种RGB全彩光源)。
具体的，可以首先将所述RGB显示阵列设计成三个LED光源点作为一组像素，同一组像素的三个LED光源点按照”品“字形排列。其中，一个可以作绿光光源点(G光源点)，其余两个可以分别作红光光源点(R光源点)、蓝光光源点(B光源点)。当然，同一组像素的三个LED光源点亦可按照图1所示的形式排列。前述的每个光源点都可以单独控制。当然，为实现对前述各光源点的控制，也可另行设置一个或多个控制模块，这些控制模块可以采用业界已知的任何合适规格、结构的。其中，适用的控制电路形式可以是业界已知的各种合适形式，例如可以采用图4所示的电路结构形式，其中控制电路可以包括若干列控制模块1C、2C、3C、4C…nC等，以及若干行控制模块1R、2R、3R等。通过这些控制模块，可分别对显示阵列内的各光源点的点亮或关闭状态、或者亮度等进行控制。
其中，前述每个LED光源点(LED芯片)可以设计成长宽尺寸从5μm到500μm。这里以长宽尺寸为100μm×178μm的μm为例。考虑到布线与隔离的需要，每个像素的尺寸大概在300μm×300μm左右。
在前述LED芯片工艺完成后，参阅图2-图3所示，可以在设计为绿色发光点(G光源点)的LED芯片上点涂可以在紫光激发下发出绿光的窄波谱荧光粉或者量子点(其光谱的半高宽<35nm)；而在设计为红色发光点(R光源点)的LED芯片上点涂可以在蓝光激发下发出红光的窄波谱荧光粉或者量子点(光谱的半高宽<35nm)。以及，在设计为蓝色发光点(B光源点)的芯片上点涂可以在蓝光激发下发出蓝光的窄波谱荧光粉或者量子点(为了免除短波长蓝光对人眼的危害，选取蓝光波长>460nm，光谱半高宽<35nm)。对于前述各个发光点，最好保证紫光溢出<2％。另外，在各组RGB光源点之间，优选还设置光学隔离结构，以避免各组RGB光源点之间的干扰。这些光学隔离结构可以采用高反光材料、高度不透光材料等形成。
在本实施例中，采用前述的设计，可以在长宽约60mm的面积内，制作约200×200个像素点。同时，因为每个像素都可以单独控制，当输入适当的视频信号时，本实施例的RGB显示阵列即可作为高分辨率的RGB显示器。
应当理解，上述实施例仅为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种RGB全彩光源，其特征在于包括：
用以提供激发光的半导体发光元件，所述激发光选自紫光或紫外光；
以及，用以与所述半导体发光元件发射的激发光配合而实现RGB显示或照明的荧光物质。
2.根据权利要求1所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述激发光的波长为380nm-440nm；优选的，所述激发光的波长为420nm～440nm。
3.根据权利要求1所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述荧光物质的发射光谱的半高宽小于35nm；优选的，所述荧光物质的发射光谱的半高宽为10nm～20nm。
4.根据权利要求1所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述半导体发光元件选自LED芯片。
5.根据权利要求4所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述全彩光源包括多个LED光源点，每一LED光源点包括至少一紫光或紫外光LED芯片，其中至少一紫光或紫外光LED芯片与相应的荧光物质配合形成一RGB光源点。
6.根据权利要求4所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述LED芯片选自能够发射紫光或者紫外光的晶圆级LED芯片，所述晶圆级LED芯片包括集成设置的多个LED光源点，每一LED光源点包括至少一基础发光单元，其中至少一基础发光单元与相应的荧光物质配合形成一RGB光源点。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述全彩光源包括一组以上RGB光源点，每一组RGB光源点包括至少一R光源点、至少一G光源点和至少一B光源点。
8.根据权利要求7所述的RGB全彩光源，其特征在于：用以形成R光源点、G光源点或B光源点的LED光源点分别与在紫外光或紫光激发下能够发出红光、绿光或蓝光的荧光物质配合。
9.根据权利要求7所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述B光源点发出的蓝光峰值波长>450nm；优选的，所述B光源点发出的蓝光峰值波长为460nm～475nm。
10.根据权利要求7所述的RGB全彩光源，其特征在于：每个RGB光源点的点亮或关闭均被单独控制。
11.根据权利要求7所述的RGB全彩光源，其特征在于：每个RGB光源点亮度的调控均是通过调制电流脉冲占空比的大小而实现的。
12.根据权利要求5、6、8、9、10或11所述的RGB全彩光源，其特征在于：从所述RGB光源点射出的光之中紫光或紫外光所占的比例小于5％，优选小于2％。
13.根据权利要求7所述的RGB全彩光源，其特征在于：相邻两组RGB光源点之间设置有光学隔离结构。
14.根据权利要求13所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述光学隔离结构包括形成于相邻两组RGB光源点之间的隔离沟道，所述隔离沟道内填充有光学隔离物质。
15.根据权利要求5或6所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述LED光源点表面覆设有相应的荧光物质。
16.根据权利要求5或6所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述全彩光源包括至少一透光载体，所述透光载体与所述LED光源点间隔设置，且所述透明载体上与所述LED芯片上的至少一LED光源点相对应处分布有与该至少一LED光源点配合的荧光物质。
17.根据权利要求16所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述透光载体包括透明薄膜或透明基板；所述透明薄膜或透明基板上覆设有所述荧光物质，和/或，所述透明薄膜或透明基板内分布有所述荧光物质。
18.根据权利要求1所述的RGB全彩光源，其特征在于：所述荧光物质包括荧光量子点或者荧光粉。
19.全彩发光器件，其特征在于：所述全彩发光器件包含一组以上权利要求1-18中任一项所述的RGB全彩光源；优选的，所述全彩发光器件包括多组RGB全彩光源组成的阵列。
20.显示装置，其特征在于包含光源以及与所述光源电性连接的电源模块，所述光源包含权利要求1-18中任一项所述的RGB全彩光源或者权利要求19所述的全彩发光器件。
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