用于电子显示器的像素结构，以及包括这种显示器的电子设备制造技术

一种用于电子显示器的像素结构，所述像素结构包括基板、设置在基板上的至少一个LED发射器以及设置在基板上且与LED发射器相邻的至少一个波长转换单元。所述LED发射器用于发射发射辐射，所述发射辐射在发射波长范围内，并且在主发射平面内的一个或多个发射方向上发射。波长转换单元用于将发射辐射转换为转换波长范围内的转换后的辐射，所述转换波长范围与所述发射波长范围不同。所述转换后的辐射沿垂直于所述主发射平面的主转换方向从所述波长转换单元传播。转换单元传播。转换单元传播。

【技术实现步骤摘要】
用于电子显示器的像素结构，以及包括这种显示器的电子设备


[0001]本公开涉及一种用于电子显示器的像素结构，所述像素结构包括设置在基板上的至少一个LED发射器和至少一个波长转换单元。本公开还涉及一种电子设备，包括具有用户界面表面的电子显示器和至少一个这样的像素结构。

技术介绍

[0002]微发光二极管，称为micro
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LED，mLED或uLED，用于移动设备以及许多其他消费和工业设备的显示器中，移动设备例如智能手机、电视、PC、平板电脑、智能眼镜和可穿戴设备。micro
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LED通常具有大量的小LED发射器阵列以及有前途的未来显示技术，其具有高亮度和高对比度、高功率效率、宽色域、外形灵活以及各种功能集成等多种潜在优点。
[0003]micro
‑
LED显示技术主要采用两种方案：直接发射方案或颜色转换方案。
[0004]在直接发射方案中，每个单独的LED发射器在红色、绿色或蓝色光谱范围内发射辐射。制造这种直接发射解决方案非常昂贵，因为每个像素结构需要一个红色光谱范围发射器、一个绿色光谱范围发射器和一个蓝色光谱范围发射器，使得分辨率约为800万像素的显示器需要约2400万个LED发射器。
[0005]在颜色转换方案中，例如，仅使用在蓝色光谱范围内发射辐射的LED发射器。LED发射器芯片通常基于氮化镓(gallium nitride，简称GaN)材料系统。蓝到红和蓝到绿辐射转换单元堆叠在对应的LED像素上，用于将来自一些LED发射器的蓝色光谱范围辐射分别转换为红色光谱范围辐射或绿色光谱范围辐射。与直接发射方案相比，制造颜色转换方案更容易、更便宜，因为只需要一种类型的LED发射器。
[0006]蓝色光谱范围辐射被转换单元部分吸收，所述吸收指数下降至一级。理想的情况是，几乎所有的蓝色光谱范围辐射都应该被转换单元吸收，以保持高能效并最小化来自转换单元的蓝色光谱范围辐射泄漏。
[0007]此外，转换单元的面积尺寸应与LED发射器的面积尺寸相似。转换单元的高度优选较大，以便在小尺寸LED发射器的顶部形成小柱。这有利于蓝色光谱范围辐射通过转换单元传播的距离更大，因此有利于吸收。
[0008]然而，在实践中，为了吸收大部分蓝色光谱范围辐射，转换材料应该是一百或几百微米厚。这使得LED发射器和转换单元之间的宽高比为很大的100μm:3μm甚至更大，这不容易使用微结构方法实现。进一步的挑战是，绿色光谱范围辐射或红色光谱范围辐射也必须通过转换单元传播，并且也可能被转换单元的材料略微吸收(自吸收)。这降低了设备的效率。
[0009]此外，这种堆叠结构具有较差的散热性能，因为来自转换单元的热量必须穿过底层LED发射器芯片。进一步加热LED发射芯片，降低像素结构的寿命。堆叠也使得难以集成透镜等其他功能光学元件。

技术实现思路

[0010]目的是提供一种改进的micro
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LED像素结构。上述和其他目的通过一个或多个独立权利要求的特征来实现。进一步的实施形式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
[0011]第一方面，提供了一种用于电子显示器的像素结构，所述像素结构包括基板；设置在所述基板上的至少一个LED发射器，所述LED发射器用于发射发射辐射，所述发射辐射在发射波长范围内并在主发射平面内的一个或多个发射方向上发射；至少一个波长转换单元，设置在所述基板上并与所述LED发射器相邻，所述波长转换单元用于将所述发射辐射转换为转换后的辐射，所述转换后的辐射在转换波长范围内，并在垂直于所述主发射平面的主转换方向上从所述波长转换单元传播，所述转换波长范围与所述发射波长范围不同。
[0012]由于所述转换单元设置成邻近所述LED发射器而不是堆叠在所述LED发射器的顶部，因此所述布置使得像素结构的高度显著降低。这种分布改善了所述结构的散热，进而提高了所述像素结构的寿命。此外，由于所述转换后的辐射基本上垂直于所述发射辐射延伸，因此发射辐射在转换后的辐射的方向上(例如在蓝色光谱范围内)泄漏并影响例如红色光谱范围或绿色光谱范围内的转换后的辐射的风险显著降低。此外，由于来自所述转换单元的转换后的辐射是直接传播，无需其他转换单元对所述转换后的辐射的相互作用和重新吸收，从而实现了更高的效率。
[0013]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述主发射平面与所述基板的主基板平面平行，所述一个或多个LED发射器和所述一个或多个波长转换单元分布在所述主发射平面中。
[0014]在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述发射波长范围为蓝色光谱范围或紫外光谱范围中的一种，当所述像素结构包括至少两个LED发射器时，所述LED发射器用于发射具有相同波长的辐射。通过仅利用一种类型的LED发射器，制造所述像素结构更简单、更便宜，因为只有一个主组件而不是例如三个不同且同样重要的主组件。
[0015]在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构包括至少两个波长转换单元，每个波长转换单元用于将所述发射波长范围内的所述发射辐射转换为多个不同的转换波长范围中的一个转换波长范围内的转换后的辐射，从而促进一个相同波长的所述发射辐射转换为任意若干不同波长范围内的转换后的辐射。
[0016]在第一方面的另一种可能的实现方式中，至少一个第一波长转换单元用于将所述发射辐射转换为第一转换波长范围内的第一转换后的辐射；
[0017]至少一个第二波长转换单元用于将所述发射辐射转换为第二转换波长范围内的第二转换后的辐射，所述第二转换波长范围与所述第一转换波长范围至少部分不同。这使得一个像素结构辐射在若干不同波长范围内同时在同一方向发射辐射。
[0018]在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一转换波长范围在红色光谱范围内，所述第二转换波长范围在绿色光谱范围内，有利于生成常用的RGB像素结构。
[0019]在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述LED发射器用于仅在所述主发射平面发射发射辐射，或者由所述LED发射器在所述主发射平面中发射的所述发射辐射或所述发射辐射的至少一部分在所述波长转换单元中被转换为转换后的辐射。这使得所述像素结构具有尽可能低的高度，即在所述主转换方向上看到的高度，从而能更加自由地将所述LED
发射器放置在所述电子设备内的任何合适位置，同时也为其他组件释放空间。
[0020]在第一方面的另一种可能的实现方式中，当所述像素结构包括至少两个LED发射器时，所述LED发射器中的至少一个用于在所述主转换方向上发射发射辐射，使得例如在所述蓝色光谱范围内的发射辐射直接发射到用户界面而不用转换或重定向。
[0021]在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构还包括至少一个辐射散射单元，设置在所述基板上且与所述LED发射器相邻，所述散射单元用于将在所述主发射平面中传播的发射辐射重定向到所述主转换方向，允许所述发射辐射的一部分被重定向，从而能在所述电子设备中更加自由地放置所述LED发射器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电子显示器(2)的像素结构(1)，其特征在于，所述像素结构(1)包括：基板(3)；设置在所述基板(3)上的至少一个LED发射器(4)，所述LED发射器(4)用于发射发射辐射(R1)，所述发射辐射(R1)在发射波长范围内，并且在主发射平面(P1)内的一个或多个发射方向(D2、
……
、Dn)上发射；至少一个波长转换单元(5)，设置在所述基板(3)上且与所述LED发射器(4)相邻，所述波长转换单元(5)用于将所述发射辐射(R1)转换为转换后的辐射(R2)，所述转换后的辐射(R2)在转换波长范围内，并且在垂直于所述主发射平面(P1)的主转换方向(D1)上从所述波长转换单元(5)传播；所述转换波长范围不同于所述发射波长范围。2.根据权利要求1所述的像素结构(1)，其特征在于，所述发射波长范围为蓝色光谱范围或紫外光谱范围中的一种；其中，当所述像素结构(1)包括至少两个LED发射器(4)时，所述LED发射器(4)用于发射具有相同波长的辐射。3.根据权利要求1或2所述的像素结构(1)，其特征在于，包括至少两个波长转换单元(5)，每个波长转换单元(5)用于将所述发射波长范围内的所述发射辐射(R1)转换为多个不同的转换波长范围中的一个转换波长范围中的所述转换后的辐射(R2)。4.根据权利要求3所述的像素结构(1)，其特征在于，至少一个第一波长转换单元(5)用于将所述发射辐射(R1)转换为第一转换波长范围内的第一转换后的辐射(R21)；至少一个第二波长转换单元(5)用于将所述发射辐射(R1)转换为第二转换波长范围内的第二转换后的辐射(R22)，所述第二转换波长范围至少部分不同于所述第一转换波长范围。5.根据权利要求4所述的像素结构(1)，其特征在于，所述第一转换波长范围在红色光谱范围内，所述第二转换波长范围在绿色光谱范围内。6.根据前述权利要求中任一项所述的像素结构(1)，其特征在于，所述LED发射器(4)用于在所述主发射平面(P1)中仅发射发射辐射(R1)，或者其中，所述发射辐射(R1)或所述发射辐射(R1)的至少一部分在所述波长转换单元(5)中被转换为转换后的辐射(R2)，其中，所述发射辐射(R1)或所述发射辐射(R1)的至少一部分由所述LED发射器(4)在所述主发射平面(P1)中发射。7.根据权利要求1至5中任一项所述的显示装置，其特征在于，当所述像素结构(1)包括至少两个LED发射器(4)时，所述LED发射器(4)中的至少一个用于在所述主转换方向(D1)上发射发射辐射(R1)。8.根据前述权利要求中任一项所述的像素结构(1)，其特征在于，还包括至少一个辐射散射单元(6)，所述至少一个辐射散射单元(6)设置在所述基板(3)上且与所述LED发射器(4)相邻，所述散射单元(6)用于将在所述主发射平面(P1)中传播的发射辐射(R1)重定向到所述主转换方向(D1)。9.根据前述权利要求中任一项所述的像素结构(1)，其特征在于，所述波长转换单元(5)包括波长转换材料，所述波长转换材料优选包括基体材料和分布在所述基体材料内的波长转换颗粒。
10.根据权利要求9所述的像素结构(1)，其特征在于，所述波长转换颗粒为量子点或磷材料。11.根据前述权利要求中任一项所述的像素结构(1)，其特征在于，所述波长转换单元(5)包括至少一个屏障(7)，沿着所述波长转换单元(5)的外围在所述主转换方向(D1)延伸；所述屏障(7)用于扩展所述波长转换单元(5)的吸收路径(A)，所述吸收路径(A)在所述主发射平面(P1)中延伸，所述发射辐射(R1)沿着所述吸收路径(A)传播；所述发射辐射(R1)转换为转换后的辐射(R2)与所述传播同时发生。12.根据权利要求11所述的像素结构(1)，其特征在于，还包括至少一个壁反射器(8)，所述壁反射器(8)设置在所述屏障(7)的表面上并至少部分沿所述主转换方向(D1)延伸，所述壁反射器(8)用于重定向沿着所述吸收路径(A)传播的所述发射辐射(R1)，使得所述波长转换单元(5)的所述吸收路径(A)在所述主发射平面(P1)内延伸。13.根据前述权利要求中任一项所述的像素结构(1)，其特征在于，还包括至少一个底部反射器(9)，设置在所述波长转换单元(5)和所述基板(3)之间；所述底部反射器(9)至少部分平行于所述主发射平面(P1)延伸，用于将在所述波长转换单元(4)内传播的转换后的辐射(R2)重定向到所述主转换方向(D1)。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔斯滕，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：