TWI401655B - 彩色顯示器裝置及實施方法 - Google Patents

Description

彩色顯示器裝置及實施方法

本發明係關於一種彩色顯示裝置，具有背光單元，使用有機發光二極體，並涉及該顯示裝置之實施方法。應用於電氣或電子控制顯示器領域，其中由一或以上光源產生的光束，係利用像素以光學方式交換，以控制光的顯示，尤指應用於液晶顯示器(LCD)或使用藉微作動器(MEMS)的光學交換之顯示器。

實施電光交換陣列(或電光調變器，此等術語相同)之顯示器，尤指液晶顯示器(LCD)，獲得重大發展。為使其可用於無論何種周圍照明條件，需要有電光交換陣列可以作用之光源。為此，以彩色LCD顯示器而言，已擬議以一或以上的冷陰極射線管，從後面(對位在顯示器前面的觀看者而言)照明LCD交換陣列。除了事實上實施複雜之外，由於操作需要高電壓，且光必須均勻分佈，故脆弱，使用壽命有限(其特性隨時間降解)，且耗電。此外，由於產生白光，需要額外光學濾波裝置，以複製顯示器上全部可見色譜。

所以，亟需產生背照之其他技術。因此，在使用發光二極體後，已擬議有機發光二極體(LED)之實施。後者技術可個別產生紅、綠、藍(RGB)之三種基本譜色，而與冷陰極射線管型科技不同的是，可在LCD電光交換陣列的後面直接實施，得以設計簡化之此類顯示器。

然而，此科技仍然受到某些限制。誠然，在使用OLED的已知背光裝置中，三個RGB光源重疊(疊層)，則需依次經時啟用。觀看者的網膜持久性可將選用顏色重組，並複製可見譜。由於依次供電，即發生交換損失。要交換的電容愈高，損失愈重大，由於事實上形成OLED的材料層很薄。光源重疊也會引起發光強度損失。

另外在US-6,111,560號中，擬議線性光源的橫列實施，其寬度使LCD交換陣列有若干橫列可作用於光源-照明線產生之光上。最後，在US-5,796,509號內，擬議照明機構的實施，是使用有機發光二極體組合LCD型空間光學調變器。於此所述彩色顯示器中，不是OLED產生白光，和採用濾色器，便是採用彩色OLED。

其他文件US 2003/0030371和WO 99/66483記載的彩色顯示裝置，裝備有背光科技。

此等各種解決方式有其限度，尤其是關於光學複製的準確性，或實施之複雜性，本發明即特別為此等問題擬議解決方案。

因此，本發明標的為彩色顯示裝置，對觀看者由後面向前，包括多色背光單元，使用有機發光二極體(OLED)，以及利用像素交換背光用之電光陣列，背光單元係一表面，包括一組彼此平行的不同基本色之至少三條相鄰照明線的周期性圖型。

按照本發明，背光單元的交換陣列圖元和照明線，實質上排整，以便指定像素得以順向傳輸只有要加以控制的相對應基本色，而柱面透鏡是沿各照明線設置在背光單元上，以便形成光束，有實質上平行邊緣，指向前方並通過相對應基本色用之交換陣列，透鏡長度實質上等於照明線之長度。

在本發明各種具體例中，採用下列機構，可以單獨使用，亦可按照技術上可以設想的一切組合：-電光交換陣列，朝向前方和觀看者，包括實質上平坦的擴散器元件，擴散器元件和含有背光單元諸線的實質上平坦表面，是透過該透鏡在光學上共軛；-柱面透鏡，其凸面側朝向前方和交換陣列；-柱面透鏡沿其長度利用光學分離器彼此側向分開， 使得來自照明線的照明不會干擾其他諸線的像素；-光學分離器是光學吸收器，其設計在於吸收來自照明線的光，不落在相當於線的柱面透鏡上者；-柱面透鏡直接安裝在光學交換陣列上；-柱面透鏡利用空氣空間與光學交換陣列分開；-柱面透鏡由塑膠材料製成，諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯或聚丙烯酸系；-電光交換陣列係有源矩陣；-電光交換陣列為液晶(LCD)式；-電光交換陣列為微機械(MEMS)式；-背光單元係選自共用陽極和共用陰極間之型式，以共用陰極式為佳；-有機發光二極體(OLED)朝前方包括第一種透明或半透明電極，讓產生的光通過，而朝後方包括第二種電極，電極種類相當於陽極和陰極，同樣基本色的照明線之一種電極，稱為橫行電極，連接在一起，並接至相對應基本色用之至少一顏色控制連接，全部照明線用之另一種電極，係連接在一起，形成共用電極，並接至至少一共用控制連接(橫行電極宜沿單位邊緣連結；控制或共用連接相當於顯示器之一接腳)；-同樣基本色的橫行電極，僅在基本色的照明線一端連接在一起(宜沿背光單元之末端邊緣；對三種原色而言，二色在諸線之第一端，第三色在另一端)；-裝置包括每基本色至少一對顏色控制連接，成對的第一連接在相對應基本色的橫行電極第一端，而成對第一連接在相對應基本色同樣橫行電極的第二端，第二端是沿照明線與第一端對立，同樣基本色的電極係在照明線各二端接在一起(以沿單位之一邊緣為佳)；-同樣基本色的橫行電極在基本色的照明線二對立端 連接在一起(沿背光單元的二對立端邊緣)；-透明或半透明電極包括一層氧化銦錫(ITO)；-透明或半透明電極包括鉻層(以克服ITO之低導電性)；-背光單元後面的電極，係由選自鋁、銀、金、鉻或鎂等金屬沉積而得；-光學交換陣列的圖元在直行排整，直行係與照明線平行；-對背光單元而言，照明線的寬度在12.5微米左右；-對柱面透鏡而言，透鏡的最大厚約0.2毫米，曲率半徑-0.088395毫米，錐削度-0.2056，光學吸收器造型供吸收相對於照明線順向發射的中間平面約±14度之錐體外側照射線所發射側向光束；-對於液晶型交換陣列，圖元寬度約0.1 mm，液晶係保持在二板間，各寬度約0.7 mm；-一組包括三條照明線，三個基本色是藍、綠、紅。

本發明另一要旨是彩色顯示器裝置之實施方法，顯示器裝置從後面向前朝觀看者，包括多色背照單位，使用有機發光二極體(OLED)，以及利用像素交換背光用之電光陣列，背光單元係一表面，包括一組彼此平行的不同基本色之至少三條相鄰照明線，其中實施按照一或以上前述特點之裝置，交換陣列的像素和背光單元的照明線，實質上排整，使指定像素得以只將要加以控制的相對應基本色順向傳輸，而全部照明線同時導通，為觀看者顯示的顏色是利用電光交換陣列加以控制。

按照各種作業模態，上述方法以一或以上之下列特點加以考慮：-柱面透鏡沿各照明線設置在背光單元上，以便形成光束，有實質上平行邊緣，指向前方並通過相對應基本色用 之交換陣列，透鏡長度實質上等於照明線之長度；-採取有機發光二極體(OLED)，朝向前方包括第一種透明或半透明電極，讓產生的光通過此，而朝向後方包括第二種電極，電極種類相當於陽極和陰極，同樣基本色的一種照明線之電極，稱為橫行電極，連接在一起，並連接至相對應基本色之至少一顏色控制連接，而所有其他種電極係連接在一起，形成共用電極，並連接至少一共用控制連接；-採取有源矩陣電光交換陣列；-至少三條照明線組，可利用光學組合對觀看者產生白色，而白色平衡的調節，是至少利用控制照明線同時產生的基本色之個別光亮強度；-白色平衡的調節是藉控制通過電光交換陣列像素的光量；-白色平衡的調節是藉控制照明線產生的基本色之個別光亮強度，和控制通過光學交換陣列像素之光量。

在其他優點當中，本發明得以較簡單調節白色平衡，並避免需在電光交換陣列上游(或下游)實施濾色器。

本發明茲以參照附圖所述為例加以說明，但不限於此。

背光單元1使用有機發光二極體(OLED)，為實質上平面而方形或長方形結構，由諸層材料形成，其設計在於利用電流作用以發生光。此等單位之製造可用OLED的傳統製作技術。舉例而言，OLED可包括基材，上面沉積第一電極，上方一層有機發光材料，其本身覆蓋第二電極層。有機發光材料層內可加設副層，以促進電光變換。視製作模態，可從後面(透過基材)或從前面(透過第二電極)發生OLED發射。此外，視電極種類、陽極或陰極而定，陽極可在前面或反之。必須對OLED所產生光透明之電極，習知為陽極，一般為氧化銦錫(ITO)薄膜，利用沉積鉻，可改進電氣特性， 尤其是減少片材電阻。

本發明背光單元由第1圖簡略可見，為前面發射型，且具有後面共用陰極，然而具有特殊造型，即在單位的實質上顯微平坦表面上，彼此平行的OLED三條相鄰照明線基本圖型的規則週期性重複，各為一基本色，即紅色2、綠色3和藍色4。基本圖型的各基本色線在單位之至少一面，有其本身電極，在此為形成橫行電極之前面陽極，單位的另一面具有全部照明線共用之電極，在此為後面共用陰極11。

同樣基本色的諸線電極，於此為前面陽極，稱為橫行電極，沿單位1的一端結合在一起，紅色在鏈路5，綠色的鏈路6，藍色在鏈路7。各鏈路連接到(所考慮基本色的)彩色控制連接或接腳，分別為8,9,10，其設計是要接至外部電子照明控制電路(圖上未示)。因此，同樣基本色的OLED線都可導通。在實施背光單元的較佳方式中，OLED線整體，易言之，即為三種基本色一起，亦可同時導通。須知賦予三個基本色，亦即三個鏈路5,6,7，該鏈路即已分佈於照明線的任一端，一個在一端，二個在另一端。如此配置與同側有三個鏈路的配置比較，可簡化鏈路之製作，因為在二鏈路之間只需一絕緣層。

在一變化例中，可以分別連接/接腳在兩端形成三個鏈路，以便降低電路的電阻，在諸線兩端通電於電極，並改進亮光發射之均勻性。誠然，電極必須薄，以傳輸在OLED內發生之光，沿照明線導致高電阻和電壓降，造成朝向相對於連接端不連接照明線末端的亮光發射減少。所以，裝置包括每基本色有一對陽極控制連接，該對之第一連接係在相對應基本色的照明線之第一端，而該對之第二連接係在相對應基本色的照明線之第二端，第二端與第一端對立，同樣基本色的照明線陽極，在照明線之任一端連接在一起。

在前述單位上，已設置長形柱面透鏡12的陣列，每照明 線2,3,4有一透鏡，由簡略顯示本發明顯示器操作之第2圖可清晰看出。透鏡的凸曲面背離照明線朝上。各透鏡的設計在於順向形成指定基本色之光束，有實質上平行側面。

在透鏡之間，沿共用側邊(並沿背光單元的邊緣)已設有光學分離器13，以免來自照明線的照明干擾來自其他照明線之照明。光學分離器宜為光學吸收器，其設計在於吸收來自照明線之光，不落在相當於該線之長形柱面透鏡者。

茲就第2圖說明長形柱面透鏡之效果，圖中背光單元1設在液晶(LCD)式像素的電光交換陣列15後之顯示器內。為簡便起見，圖示三個基本色紅、綠、藍之一基本圖型之唯有三條照明線，以及橫向截面上光束之造型。將柱面透鏡12的照明線2,3,4和LCD交換陣列15之像素排整，使指定像素只控制指定的基本色。OLED照明線產生的全部光束中，只有到達柱面透鏡者才以光束14形式透射，以實質上平行邊緣順向通過LCD交換陣列的像素，以形成圖型16(可目視或不然，視像素和照明線控制狀態而定)。柱面透鏡最好不直接安裝在LCD交換陣列的後面，以便留有通風空間，其光學係數容許光線在柱面透鏡出口有充分曲率。在一變化例中，其目標是最佳精密度，在計算相對應柱面透鏡時，考慮基本色的波長，以便使三個基本色都有同樣光學效果，因此避免可能發生的彩色像散現象。

再就第2圖而言，須知光學交換陣列的像素係按平行於背光單元的照明線之直行排整，而基本色的各光束14只與光學交換陣列的像素之單一直行有關。有賴柱面透鏡的作用，各設置於照明線上方，因而可透過交換陣列產生具有實質上平行邊緣的光束，像素的直行只能作用於由背光單元的相對應線產生之相對應基本色。因此，形成的系統等同於Köhler照明系統，由柱面透鏡所集指定基本色之所有光，只能通過交換陣列的相對應像素直行，而不會溢到其他像素直行。

在本發明典型顯示器中，背光單元用的照明線寬度約12.5微米，而長形柱面透鏡的最大厚度約0.2 mm，曲率半徑-0.088395 mm，錐削度-0.2056。光學吸收器造型在於吸收順向相對於照明線中間發射平面以約±14度的錐體外界照明線側向發射之側向光射線。最後，液晶型交換陣列的像素寬度約0.1 mm，液晶係保持在二玻璃板間，厚度各約0.7 mm，在液晶層的對立面沉積極化層，形成交叉極化器和分析器。玻璃板之一最好積合有源矩陣，對各像素或液晶晶格提供記憶效果；為此目的，此玻璃板對各像素例如包括塗有非晶形矽之區域，其中蝕刻已知之像素電路，並設計成可得記憶效果。

雖然柱面透鏡和光學分離器作用於在照明線側向(垂直)產生之光線，惟須知對於照明線的法線中間平面涵蓋在內的方向所產生光線，其產生光不需加以控制(改方向或吸收)，而離法線達±90度的任何光均可用。

如前所述，在作業當中，所有照明線，亦即三種基本色，宜導通，同時調節各基本色的水準，以形成正確品質之白色(白色平衡化)。

在一變化例中，其目的在於背光單元全面有更佳白色均勻性，單位表面可分成三種基本色的個別控制區域，涵蓋三種基本色一定數量之相鄰基本圖型，每區至少三個接腳。

須知上述一些具體例純說明之用，凡精於此道之士均能構成其他變化例，仍在本發明範圍內。尤其是背光單元可另外包括積體電子控制電路，主要可經由串聯或並聯的鏈路加以控制，在最簡單情況下，控制可以類比式。若電子邏輯電路(或甚至微處理器)利用積合採用於背光單元內時，控制可為數位式(二進位)。最後，更精緻的版本是，構思閉路控制機構，其中以一或以上之光學感測器測量背光單元之光亮發射，以維持在預定水準，如有需要，可利用外界控制加以修飾。

1‧‧‧背光單元

2‧‧‧紅色

3‧‧‧綠色

4‧‧‧藍色

5‧‧‧紅色用連線

6‧‧‧綠色用連線

7‧‧‧藍色用連線

8,9,10‧‧‧接腳

11‧‧‧後面共用陰極

12‧‧‧長形柱面透鏡

13‧‧‧光學分離器

14‧‧‧光束

15‧‧‧電光交換陣列

16‧‧‧圖型

第1圖表示本發明背光單元的示意俯視圖；第2圖簡略表示液晶(LCD)式顯示器內背光單元之作業實施方式。

1‧‧‧背光單元

2‧‧‧紅色

3‧‧‧綠色

4‧‧‧藍色

5‧‧‧紅色用連線

6‧‧‧綠色用連線

7‧‧‧藍色用連線

8,9,10‧‧‧接腳

Claims (11)

1. 一種彩色顯示器裝置，從後面向前朝觀看者，包括使用有機發光二極體(OLED)的多色背光單元(1)，以及利用像素交換背光之電光陣列(15)，背光單元係一表面，包括一組彼此平行不同基本色的至少三條相鄰照明線(2，3，4)之周期性圖型，其中，交換陣列之像素和背光單元之照明線經實質上排整，使任何指定像素得以順向傳輸只有與此像素排整的照明線之基本色，柱面透鏡(12)係沿各照明線設置在背光單元，以便形成光束，有實質上平行邊緣(14)，指向前方且通過相對應基本色之交換陣列，透鏡長度實質上等於照明線之長度；其中各照明線之有機發光二極體，朝向前方包括第一種透明或半透明電極，產生的光通過此，而朝向後面，是第二種電極，電極種類相當於陽極和陰極；其中同樣基本色的一種照明線之電極，稱為橫行電極，係連接在一起，並連接於相對應基本色的至少一對彩色控制連接，所有照明線的另一種電極係連接在一起，形成共用電極，並連接於至少一共用控制連接者。
2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中電光交換陣列(15)，朝向前方和觀看者，包括實質上平坦之漫射元件，而其中漫射元件和含有背光單元諸線的實質上平坦表面，藉經該透鏡在光學上共軛者。
3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中電光交換陣列(15)係有源矩陣者。
4. 如申請專利範圍第1，2或3項之裝置，其中柱面透鏡沿其長度利用光學分離器(13)彼此分開，使來自一照明線之照明，不與其他線之像素干擾者。
5. 如申請專利範圍第1，2或3項之裝置，其中柱面透鏡係直接安裝在光學交換陣列上者。
6. 如申請專利範圍第1，2或3項任一項之裝置，其中柱面透鏡係利用通風空間與光學交換陣列分開者。
7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中裝置每種基本色包括至少一對彩色控制連接，該對第一連接朝向相對應基本色的橫行電極第一端，而該對第二連接朝向相對應基本色同一橫行電極第二端，第二端沿照明線與第一端對立，同樣基本色之電極在照明線各二端連接在一起者。
8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中透明或半透明電極包括一層氧化銦錫(ITO)者。
9. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中透明或半透明電極包括鉻層者。
10. 一種彩色顯示器裝置之驅動方法，該裝置從後向前朝觀看者，包括使用有機發光二極體(OLED)之多色背光單元，以及利用像素交換背光之電光陣列，背光單元係一表面，包括一組彼此平行不同基本色的至少三條相鄰照明線之週期性圖型，其中交換陣列的像素和背光單元的照明線經實質上排整，使指定像素得以順向傳輸只有與此像素排整的照明線之基本色；其中採用有機發光二極體，朝向前方包括第一種透明或不透明電極，讓產生的光通過，而朝向後方是第二種電極，電極種類相當於陽極和陰極；其中同樣基本色的一種照明線之電極，稱為橫行電極，連接在一起，並連接於相對應基本色之至少一彩色控制連接，所有照明線之另一種電極連接在一起，形成共用電極，並連接至少一共用控制連接；其中在該驅動方法中，所有照明線均同時導通，對觀看者的顯示器彩色係利用電光交換陣列加以控制者。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中一組至少三條相鄰照明線成群，得以利用光學組合對觀看者產生白色，且其中至少藉控制由此組照明線同時產生不同基本色之個別光亮強度，以調節白色平衡者。