CN109791927A - 屏和包括这种屏的平视显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种主动屏(220)，即发光屏，其包括模块(222)的矩阵阵列和控制元件的矩阵阵列(260)，模块中的每一个形成像素，所述控制元件用于分别处理这些模块(222)中的每一个。根据本发明，每个模块至少包含三个发光子模块(224)，所述发光子模块每个包括三维电致发光结构(250)，以及每个控制元件旨在单独地处理每个子模块。还描述了一种平视显示器(1)，其包含这种屏(220)以及图像投射装置(24)，该图像投射装置适合于在半透明板(10)的方向上传输由所述屏(220)生成的图像。

Description

屏和包括这种屏的平视显示器
技术领域
本发明整体上涉及屏领域。
本发明更具体地涉及包括模块的矩阵阵列和控制元件的矩阵阵列的屏，模块中的每一个形成像素，控制元件旨在分别处理这些模块中的每一个。
本发明还涉及包括作为图像生成装置的这种屏的平视显示器。
背景技术
汽车平视显示器的原理是将图像、特别是用于驾驶的图像直接投射到驾驶员的视野中。
这种平视显示器包括图像生成装置，其适合于朝着图像投射装置生成图像，该图像投射装置向着放置在驾驶员的视野中的挡风玻璃或组合器的方向传输图像。
已知的图像生成装置包括由通过光源而背光照亮的像素形成的屏，以在投射装置的方向上形成图像。通常，在这些图像生成装置中，提供反射器和扩散器以增加由屏接收的光的均匀性并将其最大化。
还已知图像生成装置包括扩散器，其入射面被光束扫描，以形成从所述扩散器输出的图像。扫描扩散器的入射面的光束在该情况下由扫描单元生成。
屏和扩散器为需要背光照亮的被动元件。这些图像生成装置的光学效能是中等的，因为用于背光照亮而生成的光束中的大多数被损失，并且目前该损失主要通过增加所生成的光束的功率来补偿。
另外，背光照亮或扫描单元体积大且占据了车辆中平视显示器的大部分。
发明内容
为了弥补现有技术的上述缺点，本发明提出了自身生成图像的主动屏。
更确切地说，本发明提出了包括三维发光电致发光结构的屏。
更特别地，根据本发明，提出了一种屏，其包括模块的矩阵阵列和控制元件的矩阵阵列，模块中的每一个形成像素，控制元件旨在分别处理这些模块中的每一个，其中每个模块包括至少三个发光子模块，每个发光子模块包括三维电致发光结构，并且其中每个控制元件旨在单独地处理每个子模块。
因此，有利地，屏的发光效能得到改善，因为其本身是光源。换言之，通过本发明，屏不再是光的传输器，而是光的发射器。
另外，通过电致发光结构的三维方面，屏的像素的发光效能得到改善。
另外，这种屏的空间容积大大减小，因为其不需要背光照亮装置。
以下为根据本发明的屏的其他非限制性和有利的特征：
-在每个模块中，至少一个第一子模块能够发射在380nm至500nm范围内延伸的可见光谱区间中的光，至少一个第二子模块适合用于发射在500nm至580nm范围内延伸的可见光谱区间中的光，以及至少一个第三子模块适合用于发射在610nm至700nm范围内延伸的可见光谱区间中的光；
-至少40％的模块包括额外子模块，其适合用于发射在380nm至700nm范围内延伸的可见光谱区间中的白光；
-至少一个三维电致发光结构包括多个三维电致发光微结构(彼此平行地连接)；
-每个三维电致发光结构包括至少100个三维电致发光微结构；
-每个三维电致发光微结构包括柱形发射结；
-每个三维电致发光结构由适合用于发射光的活性晶体层覆盖；
-某些子模块的三维电致发光结构由发光体覆盖；
-发光体为荧光体；
-所述控制元件的矩阵阵列的每个控制元件包括至少一个晶体管；以及
-每个三维电致发光结构基于半导体且包括相对平坦的基板，导线从该基板出现。
本发明还提出了一种平视显示器，其包括如上文所述的屏(因此形成图像生成装置)以及图像投射装置，该图像投射装置适合用于在半透明板的方向上传输由所述屏生成的图像。
例如，半透明板为组合器(例如位于车辆的挡风玻璃与驾驶员之间)，或者作为变型，半透明板为车辆的挡风玻璃。
图像投射装置实际上可包括反射镜(折叠式反射镜)，其布置为在半透明板的方向上反射由屏生成的图像。
附图说明
参考作为非限制性示例给出的附图所给出的以下描述允许清楚理解本发明由什么构成以及可如何执行本发明。附图中：
图1是在车辆中就位的根据本发明的平视显示器的示意性概念图；
图2是从前面看见的根据本发明的主动屏的示意图；
图3是包括在图2的主动屏中的模块的变型实施例的示意图；
图4是图2的主动屏的示意性剖面图；以及
图5是包括在图4的主动屏中的三维电致发光微结构的示意图。
具体实施方式
在说明书的其余部分，在平视显示器的位置，屏转向投射装置的一侧将称作“前面”。换言之，“前面”为屏发射光的一侧。
屏的与前侧相对的一侧将称作“后面”。
图1显示平视显示器1的主要元件，车辆、例如机动车辆旨在装备有该平视显示器。
这种显示器1适合用于在车辆驾驶员的视野中创建虚拟图像I，使得驾驶员能够看见该虚拟图像I以及该虚拟图像包括的任何信息，而不必转移他的视线。
为此，显示器1包括图像生成装置22和图像投射装置24，该图像生成装置适合用于生成图像，该图像投射装置适合用于在半透明板10的方向上传输该图像，该半透明板放置在驾驶员的视野中(见图1)。
更准确地说，在平视显示器1的该示例性实施例中，半透明板10为组合器10(即，专用于平视显示器的半透明板)。
这种组合器10在此放置在车辆的挡风玻璃2与驾驶员的眼睛之间。
作为变型，半透明板可为车辆的挡风玻璃2。换言之，在该变型中，车辆的挡风玻璃2具有用于平视显示器的半透明板功能。
此外，在此，图像投射装置24包括折叠式反射镜，其布置为在半透明板10的方向上反射由图像生成装置22生成的图像。在此，折叠式反射镜为平面反射镜。
作为变型，图像投射装置可包括多个反射镜和/或诸如透镜的其他光学元件。
图像生成装置22由主动屏220(即发光屏)形成。
有利地，该屏220不需要为背光照亮的。因此，在此描述的图像生成装置22不包括如在被动屏的情况下允许从背后照亮屏220的系统。
屏220在前面包括模块222的矩阵阵列，每个模块形成所述屏的像素，并且屏220在后面包括控制元件的矩阵阵列260，控制元件旨在分别处理这些模块222中的每一个。
换言之，屏220被划分为模块222，每个模块222形成所述屏220的像素(图2)。
所述屏220的每个模块222本身细分为至少三个子模块224，其形成屏220的子像素。
在此，每个模块222可包括三个(图3)或四个(图2)子模块224。
作为变型，每个模块可包括多于四个的子模块。
子模块224可具有各种形状。
从屏220前面看，他们尤其具有矩形形状，从而以三乘三(图3)或四乘四集合，他们形成正方形形状的模块222。
在此，从屏220前面看，每个子模块224的大小为约28.4μm乘85.2μm。那么，每个子模块224在屏的前平面中具有约2420μm2的面积。
因此，包括这些矩形子模块224中的三个的每个模块222在屏的平面中具有约7260μm2的面积。
作为变型，如从屏前面看到的，可设想子模块可具有正方形形状(图2)，所以以四乘四集合，他们形成也是正方形形状的模块222。
每个子模块224为发光体，并且为此包括三维电致发光结构250。
实际上，每个三维电致发光结构250适合用于将电信号转换为光辐射。
为了做到这一点，如图4所示，每个三维电致发光结构250包括：
-半导体基板225，其前表面225A为平坦的，
-引晶块(seeding block)227，其放置在该前表面225A上，
-导线228，每条导线228与引晶块227接触，
-壳229，其包括至少部分地覆盖每条导线228的半导体层的堆叠，
-形成电极235的层，其覆盖每个壳229且在基板的前表面225A之上延伸，但通过绝缘层237与基板的前表面225A分离，以及
-导电垫245，其放置在基板225的后表面225B上，与导线228垂直，
半导体基板225通常由单晶硅制成，但是也可由其他半导体制成，例如锗或碳化硅。
每个三维电致发光结构250的半导体基板225整体位于形成所述屏220的平面中。
如从屏220的前面所看到的，该半导体基板大小为约28.4μm乘85.2μm。在此其厚度小于1500μm。
该基板225可是掺杂的(根据需要为p或n型)，从而减小其电阻率，使得其达到金属的电阻率(几个mohm.cm)。
引晶块227由促进导线228的生长的材料制成。
引晶块227可掺杂有与基板225相同的导电类型(p或n型)。
另外，可以可选地提供适合用于保护引晶块227的侧边和基板225的未被引晶块227覆盖的部分的处理，以防止导线228在这些处理过的表面上生长。该处理可包括例如创建电介质区域。
导线228主要在总体垂直于基板225的平面的延伸方向上延伸。
导线228具有总体上柱形形状，并且在基板225的平面中具有的截面可具有各种形状，例如六边形、正方形或更一般的多边形。
两个相邻导线的延伸轴线相距0.5μm至10μm。它们例如规则分布在六边形网络中。
它们至少部分地由至少一个半导体形成，诸如硅、锗、碳化硅或这些化合物的组合。
正如基板225和引晶块227一样，它们也可掺杂(p或n型)。
壳229包括各个材料层，包括直接覆盖每个导线228的活性层。
活性层为结晶层，其装备有量子井且能够在受激励时发射光。三维电致发光结构215从该活性层发射大多数光。
有利地，每个壳229的活性层形成围绕每个导线228的单独包封，即，每个壳229的活性层本身是闭合的。
由上文可清楚看到，每个三维电致发光结构250实际上包括至少一个三维电致发光微结构230，其包括导线半导体元件(见图4)。
更准确地说，每个微结构230包括引晶块227、导线228和壳229。这种微结构230是已知的，并且用于获得他们的方法例如在文献FR3011388中更详细的描述。
在此，每个三维电致发光结构250包括多个这样的微结构230，或者甚至几百个这样的微结构230。
每个三维电致发光结构250的微结构230在此彼此并行连接。另外，实际上，给定的三维电致发光结构250的微结构230通过绝缘层237彼此分离。
每个微结构230的平均直径例如小于2.5μm，从而实现了每个子模块224所期望的尺寸，每个三维电致发光结构250例如包括一百个至一千个范围内微结构230。“平均直径”表示与具有与考虑的微结构230的截面相同的面积的圆盘相关联的直径。
有利地，借助于三维电致发光结构250，根据本发明的屏220可具有较小尺寸，同时为每个子像素提供足够亮度，并因此为每个像素提供足够亮度。
每个微结构230的高度，即微结构230在其导线228的延伸方向上的尺寸被选择为至少等于微结构230的平均直径，但优选地比所述平均直径大至少10倍。
基板225和在所述基板225的前表面上形成突出物的微结构230形成每个三维电致发光结构250的三维结构。该三维结构与由材料层堆叠形成的传统二维电致发光结构非常不同。
有利地，每个微结构230包括半导体和量子井，并且每个微结构230因此能够将电信号转换为光辐射。因此，可发射光辐射的总面积对应于全部微结构230的累积面积，即每个微结构的每个截面和每个周界的累积面积。
确切地说，借助于上文所述的构造且如图5中示意性显示，每个微结构230包括三维结236(在三维结处形成发光量子井)，其在此具有柱形整体形状，该柱形整体形状的圆柱轴线在导线228的整体延伸方向上延伸。
在此，结236包括在每个微结构230的壳229中。因此，对于每个微结构230，发光结236在导线228的整个高度之上和整个周边之上延伸，这确保上述高效能。
而且，覆盖每个三维电致发光结构250的微结构230的电极235适合于偏压覆盖每个导线228的活性层并适合于使由微结构230发射的电磁辐射通过。
导电垫245适合于使电信号穿过相应的三维电致发光结构250。
最后，每个子模块224的每个三维电致发光结构250由封装层240覆盖(见图4)。
该封装层240由绝缘且至少部分透明的材料制成。
其适合于投射包括在每个三维电致发光结构250中的微结构230和电极235。
通常，在每个模块222内，至少一个第一子模块222适合于发射在380nm至500nm范围内延伸的可见光谱区间中的光，即蓝色光，至少一个第二子模块224适合用于发射在500nm和580nm范围内延伸的可见光谱区间中的光，即绿色光，以及至少一个第三子模块224适合用于发射在610nm至700nm范围内延伸的可见光谱区间中的光，即红色光。
实际上，这些第一、第二和第三子模块224被放置为一个接一个，如从屏的前方所见(见图2)。
还可能为模块222中的某些添加额外子模块224，其发射全部可见光谱，即，其发射由具有位于约380nm至700nm范围内的各波长的光辐射构成的白色光。
因此，两个接连模块222为包括一连串“红-绿-蓝”子模块224的两个模块222或包括一连串“红-绿-蓝-白”子模块224的两个模块222，或者为包括一连串“红-绿-蓝”子模块224的模块222，其后面跟随有包括一连串“红-绿-蓝-白”子模块224的模块222。
为了使每个子模块224发射光，根据第一实施例可以设想每个子模块224的三维电致发光结构250本身适合于发射光辐射，并且根据第二实施例可以设想某些三维电致发光结构250还覆盖有发射光辐射的发光体的层。
因此，无论设想的实施例如何，基于三个子模块224，每个模块222能够发射大量不同颜色。
有利地，发射白光的额外子模块224允许更容易地调制由包括该额外子模块224的模块222所形成的像素发射的光强度。
实际上，第一、第二和第三子模块224中的每一个发射精确的波长。
然而，还可以设想第一、第二和第三子模块中的每一个发射窄的波长区间，即在延伸几十纳米(例如50nm或更多)的连续范围中。
根据第一实施例，形成第一、第二和第三子模块224的每个三维电致发光结构250的微结构230的壳229的活性层设计为以能够发射在有用的可见光谱的区间中的光。
换言之，第一、第二和第三子模块224的每个三维电致发光结构250的微结构230的壳229的活性层为适合于发射光的晶体层。
特别地，第一三维电致发光结构250的微结构230的壳229的活性层适合于发射蓝色光，第二三维电致发光结构250的微结构230的壳229的活性层适合于发射绿色光，第三三维电致发光结构250的微结构230的壳229的活性层适合于发射红色光。
为了实现上述，还可以调适形成这些活性层的量子井的成分或厚度。
换言之，每个壳229的活性层的晶体结构可被调适为使得所述活性层发射选择的波长。
根据第二实施例，形成第一、第二和第三子模块224的每个三维电致发光结构250的微结构230的壳229的所有活性层设计为能够发射单色光，在此为蓝色光。
根据第二实施例，某些子模块224的三维电致发光结构250覆盖有发光体的层，从而发射红色光或绿色光。
在此，发光体的层与封装层240合并。
作为变型，发光体的层可被放置在封装层上方。
特别地，发光体可为第一荧光体和第二荧光体，第一荧光体适合于在由在380nm至500nm范围内延伸的可见光谱(蓝光)区间的至少一个波长激发时发射绿色光，第二荧光体适合于在由在380nm至500nm范围内延伸的可见光谱(蓝光)区间的至少一个波长激发时发射红色光。
那么，则可以用第一荧光体的层覆盖第二子模块224的三维电致发光结构250，使得其发射绿色光，以及用第二荧光体的层覆盖第三子模块224的三维电致发光结构250，使得其发射红色光。
有利地，荧光体覆盖第二和第三子模块224的面积的大部分。例如，荧光体覆盖其所属于的子模块224的总面积的80％以上。
因此，使用发光体以获得期望颜色的光辐射允许在所讨论的子模块224的整个面积上获得均匀光。
而且，在此，至少40％的模块222包括额外子模块，其适合于发射白光。
实际上，这种额外子模块例如包括三个三维电致发光结构：第一个能够发射蓝色光辐射，第二个能够发射绿色光辐射，第三个能够发射红色光辐射，这三个三维电致发光结构串联连接至彼此。因此，额外子模块能够同时发射蓝色光、绿色光和红色光，这相当于发射白色光。这种额外子模块更具体地描述于文献FR3011388中。
作为变型，额外子模块可以包括单一三维电致发光结构，其能够发射蓝色光，覆盖有各种发光体的层，该各种发光体适合于在它们由位于380nm至500nm范围内的可见光谱(蓝光)的波长激发时分别发射红光和绿光。因此，该额外子模块将发射绿色光线和红色光线，以及一些蓝色光线(这些在穿过发光体的层时不遇见发光体)。由该额外子模块发射的总体光辐射将被感知为白光。
作为另一变型，额外子模块可包括单一三维电致发光结构，其能够发射蓝光，覆盖有发光体的层，该发光体能够在它们由位于380nm至500nm范围内的可见光谱(蓝光)的波长激发时发射在580nm至600nm范围内延伸的可见光谱(即黄光)区间中的光。因此，该额外子模块将发射黄色光线和一些蓝色光线，这相当于发射白光。
还可设想子模块以除了与蓝色、绿色、红色和白色相关联的那些之外的波长区间发射。
而且，有利地，三维电致发光结构230在每个方向发射光。
为了尽可能充分地利用光发射，基板225的前表面225A(该面位于微结构230之间)在此由朝前反射光线的反射镜覆盖(未显示)。
在此描述的子模块224为彼此相邻布置的单独子模块，以便形成每个模块222，并因此形成屏220的模块222的矩阵阵列。
每个子模块224是由控制元件从后面单独处理的。
在此，每个控制元件包括至少一个晶体管。
更确切地说，在此，每个控制元件包括三个或者甚至四个晶体管，每个晶体管经由与子模块224相关联的导电垫245而电连接至该子模块224。
通过组装子模块224形成的模块222的矩阵阵列被添加至控制元件的矩阵阵列260，使得每个晶体管控制施加至相应三维电致发光结构250的电压和/或注入相应三维电致发光结构250的电流。
作为变型，控制元件的矩阵阵列可集成在被包括在模块的矩阵阵列中的基板中。
因此，类似于薄膜晶体管(TFT)屏的情况，屏220的模块222和子模块224由控制元件单独地处理，所述控制元件也布置为矩阵阵列260的形式。
因此形成的主动屏220具有自由的形状因数。确切地说，屏220可采用任意选择的形状，这可通过适当布置子模块224和/或模块222来简单地实现。
这在用于平视显示器的屏的情况中是特别有利的，因为存在对所述平视显示器的操作而言固有的图像失真，该图像失真可借助于图像生成屏的形状来补偿。
此外，有利地，借助于三维电致发光结构250，屏的尺寸较小，但同时仍为每个像素提供令人满意的亮度。
另外，有利地，使用三维电致发光结构250降低由图像生成装置产生的热量。因此则不必使用散热辐射器，并且根据本发明的平视显示器的体积因此减小。
有利地，由于因此形成的主动屏无需为背光照亮的，平视显示器的光学效能明显改善，并且其体积进一步减小。
而且，本发明允许显著的经济节约，所使用的三维电致发光结构不昂贵且需要较少功率来发射光。

Claims (15)

1.一种屏(220)，包括模块(222)的矩阵阵列和控制元件的矩阵阵列(260)，所述模块中的每一个形成像素，所述控制元件用于分别处理这些模块(222)中的每一个，其特征在于，每个模块(222)包括至少三个发光子模块(224)，所述至少三个发光子模块每一个包括三维电致发光结构(250)，并在于，每个控制元件用于单独控制每个子模块(224)。
2.如权利要求1所述的屏(220)，其中，在每个模块(222)中，至少一个第一子模块(224)能够发射在380nm至500nm范围内延伸的可见光谱区间中的光，至少一个第二子模块(224)适合于发射在500nm至580nm范围内延伸的可见光谱区间中的光，至少一个第三子模块(224)适合于发射在610nm至700nm范围内延伸的可见光谱区间中的光。
3.如权利要求1或2所述的屏(220)，其中，至少40％的模块(222)包括额外子模块，所述额外子模块适合于发射在380nm至700nm范围内延伸的可见光谱区间中的白光。
4.如权利要求1至3中任一项所述的屏(220)，其中，至少一个三维电致发光结构(250)包括多个三维电致发光微结构(230)。
5.如权利要求4所述的屏(220)，其中，每个三维电致发光结构(250)包括至少100个三维电致发光微结构(230)。
6.如权利要求4或5所述的屏(220)，其中，每个三维电致发光微结构(230)包括柱形发射结(236)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的屏(220)，其中，每个三维电致发光结构(250)由适合于发射光的活性晶体层覆盖。
8.如权利要求1至7中任一项所述的屏(220)，其中，某些子模块(224)的三维电致发光结构(250)由发光体覆盖。
9.如权利要求8所述的屏(220)，其中，所述发光体为荧光体。
10.如权利要求1至9中任一项所述的屏(220)，其中，所述控制元件的矩阵阵列(260)中的每个控制元件包括至少一个晶体管。
11.如权利要求1至10中任一项所述的屏(220)，其中，每个三维电致发光结构(250)基于半导体且包括相对平坦的基板(225)，导线(228)从该基板出现。
12.一种平视显示器(1)，包括如权利要求1至11所述的屏(220)以及图像投射装置(24)，该图像投射装置适合于在半透明板(10)的方向上传输由所述屏(220)生成的图像。
13.如权利要求12所述的平视显示器，其中，所述半透明板为组合器。
14.如权利要求12所述的平视显示器，其中，所述半透明板为挡风玻璃。
15.如权利要求12至14中任一项所述的平视显示器，其中，所述图像投射装置包括反射镜(24)，所述反射镜布置为在所述半透明板(10)的方向上反射由所述屏(220)生成的图像。
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