По сути, хотелось бы, чтобы технология экрана лучше масштабировалась с увеличением размера. Производство 25-дюймовых трубок стоит на несколько порядков меньше, чем производство 40-дюймовых трубок, площадь экрана которых в три раза больше, чем у трубок обычного размера.

Ряд плоских панелей, предназначенных для использования в домашних условиях с большим экраном, были исследованы за последние двадцать лет или около того, но у каждой есть свои проблемы. Жидкокристаллические дисплеи чаще всего можно увидеть в калькуляторах и портативных компьютерах. Жидкий кристалл зажат между двумя поляризаторами и обеспечивает управляемое напряжением поляризационное вращение падающего света. Таким образом, элементы жидкокристаллического дисплея можно сделать прозрачными или непрозрачными, просто подав напряжение.

ЖК-дисплей — это устройство, управляемое напряжением. Для выборочного включения одного пикселя к горизонтальному электроду (соответствующему этому пикселю) должно быть приложено напряжение V x , а к вертикальному электроду должно быть приложено другое напряжение — V y . электрод, так что пиксель видит падение напряжения Vx +Vy. Отметим, что если все другие горизонтальные и вертикальные электроды удерживаются под потенциалом земли, на экране будут другие пиксели с V x и V y поперек них.

Промышленность ЖК-дисплеев обошла эту проблему, создав ЖК-дисплеи с «активной матрицей», в которых каждый пиксель имеет собственный драйвер транзистора. Это решает проблему перекрестных помех, но вводит серьезные производственные ограничения. Литография чипа (с точностью до ≈ 1 мкм) на большом экране (≈ 1 м 2 ) с несколькими слоями маски почти невозможна и не очень рентабельна, поскольку выход очень низок. В идеале требуется устройство направленного тока (диод) в каждом пикселе для устранения перекрестных помех, отсутствия критического выравнивания и устойчивости к ошибкам изготовления пикселей. Этот факт ограничивает экраны жидкокристаллических дисплеев небольшими размерами, например менее тринадцати дюймов по диагонали.

Еще одна технология плоских панелей, которая страдает от той же проблемы, — технология плазменных дисплеев. В этой технологии возбуждающие электроды должны быть правильно расположены на большой площади. Это не тривиальная задача. Кроме того, для плазменных дисплеев требуется высокое управляющее напряжение, то есть несколько киловольт. Природа плоскопанельной технологии требует электродов адресации X-Y, по одному на каждую горизонтальную и вертикальную линию разрешения. Таким образом, экран с тысячей на тысячу пикселей требует две тысячи линий привода. Плазменные дисплеи нуждаются в высоковольтных драйверах (т. е. высоковольтных полупроводниках) для каждой линии, что делает их непомерно дорогими для домашнего использования.

Другая важная технология плоских панелей состоит из электролюминесцентных экранов, сделанных из люминофоров, зажатых между электродами X-Y. Это твердое устройство, в котором нет проблем с разделением пластин, как в рассмотренных ранее подходах. Однако для возбуждения люминофоров требуются драйверы высокого напряжения, что снова делает высокое разрешение невозможным для домашнего использования.

Таким образом, существует постоянная потребность в поиске способа преодоления препятствий упомянутых предыдущих технологий для создания улучшенного экрана дисплея и способа его изготовления, который особенно подходит для производства телевизоров с большим экраном, не страдая от вышеупомянутых недостатков предшествующий уровень техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение включает новый способ и устройство, использующие светоизлучающие диоды для преодоления препятствий предшествующих технологий, включая такие препятствия, как допуски на разделение пластин большой площади и драйверы высоковольтных линий. Основные свойства стандартной технологии светодиодов соответствуют потребностям технологии отображения. Светоизлучающие диоды достаточно эффективны в преобразовании электрической энергии в оптическую и требуют только низких управляющих напряжений. Однако стандартные светодиоды слишком яркие и потребляют слишком много тока для использования в повседневных телевизионных экранах. Кроме того, одним из наиболее важных требований к технологии производства телевизоров является ее простота и, следовательно, низкая стоимость. Следовательно, размещение предварительно упакованного светоизлучающего диода в месте каждого пикселя на телевизионном дисплее было бы непростым и недорогим. В идеале желательна технология «напыления», когда экран изготавливается путем покрытия подложки чем-то, что легко наносится, а затем добавляются электроды. Настоящее изобретение обеспечивает уникальную недорогую производственную технологию, которая равносильна такой технологии «напыления».

Первый этап способа по настоящему изобретению включает выращивание пластины со светоизлучающим PN-переходом и расходуемым буферным слоем, таким как арсенид алюминия. Контактные слои выращиваются с обеих сторон перехода, и на этом этапе сплавляется металлический контакт, такой как контакт золото-германий. В конце концов, производятся полоски светоизлучающих диодов, и эти полоски смешиваются с отверждаемой оптической эпоксидной смолой. Затем полоски светоизлучающих диодов выравниваются электрически до отверждения эпоксидной смолы. В конечном итоге горизонтальные и вертикальные электроды наносятся с использованием литографических методов, в результате чего получается большой массив светодиодных полосок, пиксели которых легко адресуются с помощью низковольтных драйверов, подключенных к горизонтальным и вертикальным линиям. Эта технология может быть легко использована для изготовления цветных телевизионных экранов путем объединения трех отдельных экранов, имеющих красный, зеленый и синий светоизлучающие диоды соответственно. Во втором варианте осуществления изобретения светодиодные полоски смешивают с расплавленным стеклом и формуют в виде цилиндра. Затем цилиндр втягивается в стекловолокно. Изготавливаются волокна трех разных цветов, по одному для красного, зеленого и синего цветов. Затем эти волокна нарезают на куски, равные ширине экрана, и помещают между двумя выравнивающими пластинами. Пластины нагреваются и подается напряжение для юстировки светодиодов. Стеклянные волокна сливаются вместе, образуя непрерывную пластину материала. Затем наносят электроды с использованием описанных литографических методов. Таким образом, способ по настоящему изобретению может быть использован для изготовления широкоэкранных телевизионных дисплеев, в которых не используются новые материалы, нет критических разделений, нет критических выравниваний и используются только низковольтные драйверы. Технология настоящего изобретения может быть легко масштабирована для создания очень больших телевизионных экранов.

ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, основной целью настоящего изобретения является создание телевизионного экрана, изготовленного из большого количества светоизлучающих диодных лент, изготовленных в соответствии с уникальным низкозатратным способом, исключающим предшествующие художественные требования к критическим разделительным расстояниям и выравниванию, а также к использованию драйверов высокого напряжения.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание уникального дисплея с плоским экраном для использования в телевизорах и т.п., который можно легко использовать для производства телевизоров с большим экраном, которые технически осуществимы и относительно недороги.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа изготовления больших экранов для телевизоров и т.п., в котором большое количество светоизлучающих диодов размещают в волокнах из расплавленного стекла, внутри которых они могут быть легко выровнены между собой. выравнивающие пластины, используя собственный дипольный момент таких светоизлучающих диодов, а затем последовательно применяя прозрачные горизонтальные и вертикальные электроды, образующие адресуемые пиксели везде, где такие электроды пересекаются.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеупомянутые цели и преимущества изобретения, а также его дополнительные цели и преимущества будут более понятны ниже в результате подробного описания предпочтительного варианта осуществления, рассматриваемого вместе со следующими чертежами, на которых:

РИС. 1 представляет собой поперечное сечение пластины, выращенной в соответствии с первым этапом способа по настоящему изобретению;

РИС. 2 представляет собой вид в перспективе вертикально протравленной пластины в соответствии со вторым этапом настоящего изобретения;

РИС. 3 представляет собой вид, аналогичный виду на фиг. 2, но показывающий селективное травление в соответствии с третьим этапом настоящего изобретения;

РИС. 4 представляет собой набор полосок светоизлучающих диодов, смешанных с отверждаемой оптической эпоксидной смолой в соответствии со следующим этапом первого варианта осуществления настоящего изобретения;

РИС. 5 представляет собой представление применения смеси по фиг. 4 в пространство между парой больших проводящих пластин при подготовке к этапу юстировки первого варианта осуществления настоящего изобретения;

РИС. 6 представляет собой этап выравнивания по первому варианту осуществления;

РИС. 7 представлена ​​стадия отверждения по первому варианту осуществления;

РИС. 8 представлена ​​стадия травления после отверждения эпоксидной смолы по первому варианту осуществления;

РИС. 9 и 9а представляют собой вид сверху и вид сбоку, соответственно, последующего этапа настоящего изобретения, на котором электроды накладывают на одну его поверхность;

РИС. 10 иллюстрирует нанесение стеклянной подложки на поверхность по настоящему изобретению, на которую были нанесены электроды на этапе, показанном на фиг. 9и 9а;

РИС. 11 и 11а иллюстрируют применение электродов к оставшейся стороне настоящего изобретения;

РИС. 12 иллюстрирует этап второго варианта осуществления изобретения, на котором светодиодные ленты формируются в стеклянные волокна;

РИС. 13 иллюстрирует дополнительную стадию во втором варианте осуществления, на которой отдельные волокна разных цветов располагаются бок о бок между двумя выравнивающими пластинами; и

РИС. 14(a), (b) и (c) иллюстрируют этап выравнивания второго варианта осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ

Обратимся теперь сначала к фиг. 1 видно, что первая стадия процесса по настоящему изобретению включает стадию выращивания пластины, обеспечивающей светоизлучающий PN-переход 10 и «жертвенный» буферный слой 12 из арсенида алюминия (AlAs). Контактные слои 14 и 16 выращиваются по обеим сторонам PN-перехода, и на этой стадии процесса сплавляется золото-германиевый контакт 18. Полученная в результате конфигурация пластины включает основу 20 из арсенида галлия, на которую помещен буфер из арсенида алюминия 22, PN-переход 10 из арсенида алюминия и галлия, отделенный от буфера 12 с одной стороны положительно легированным арсенидом галлия 14 и отрицательно легированным арсенидом галлия алюминия 16. с другой его стороны. Положительно и отрицательно легированные слои выше и ниже перехода составляют контактные слои. Наконец, на верхнюю поверхность пластины сплавляют контакт 18 из золота и германия.

На фиг. 2 видно, что второй этап настоящего изобретения включает использование метода вертикального травления, такого как реактивное ионное травление, для создания множества параллельных столбцов 19. Пластина травится таким образом, что все выращенные слои непокрытый, то есть все слои над подложкой. На фиг. 3 видно, что третья стадия настоящего изобретения включает стадию нанесения химического травителя, такого как фтористоводородная кислота, которая избирательно травит только расходуемый арсенид алюминия, тем самым разрывая отдельные столбцы светоизлучающих диодов с образованием множество светоизлучающих диодных лент 23. Как показано на фиг. 4, эти полоски светоизлучающих диодов затем смешивают с отверждаемой оптической эпоксидной смолой 24, такой как Norland Products, Inc., часть № NOA60, или мономером, таким как метилметакрилат. Как правило, такие эпоксидные смолы можно отверждать путем воздействия тепла, ультрафиолетового света или одного или нескольких химических компонентов. Однако до того, как этот процесс отверждения будет реализован любым из этих хорошо известных способов, комбинация светоизлучающих диодных полосок и отверждаемой оптической эпоксидной смолы заливается между двумя большими проводящими пластинами 26 и 28, разделенными расстоянием, которое немного превышает длину эпоксидной смолы. светоизлучающие диоды 23. Этот этап процесса по настоящему изобретению проиллюстрирован на фиг. 5. В типичных применениях предпочтительного варианта осуществления изобретения, рассматриваемого здесь, каждая полоска светоизлучающего диода будет иметь длину приблизительно 20 микрометров и диаметр приблизительно 2 микрометра. Соответственно, в типичных применениях этапа настоящего изобретения, показанного на фиг. 5, расстояние между проводящими пластинами будет примерно 25 микрометров.

Следующий этап настоящего изобретения, показанный на фиг. 6, заключается в приложении электрического поля путем генерирования напряжения на пластинах, между которыми помещена смесь полосок светоизлучающих диодов и отверждаемой оптической эпоксидной смолы. Это электрическое поле одинаково выравнивает полоски светоизлучающих диодов, поскольку PN-переходы обладают собственным дипольным моментом. Считается, что величина напряжения для предполагаемого пространства между проводящими пластинами, необходимого для выравнивания полосок светоизлучающих диодов, будет порядка 10 вольт, а количество времени, необходимое для выравнивания полосок светодиодов, будет быть порядка 10 секунд или меньше, в зависимости, конечно, от различных параметров, связанных с размерами и материалами, такими как вязкость неотвержденной оптической эпоксидной смолы.

Следующим этапом процесса настоящего изобретения является отверждение эпоксидной смолы. Такое отверждение, конечно, будет зависеть от природы эпоксидной смолы. ИНЖИР. 7 показано, что этот этап выполняется путем нагревания пластин, которые образуют верхнюю и нижнюю границы смеси светодиодной ленты и эпоксидной смолы. Однако эту стадию также можно осуществить с помощью ультрафиолетового излучения или использования химической добавки, которая инициирует отверждение эпоксидной смолы. Таким образом, этап настоящего изобретения, показанный на фиг. 7, следует понимать как стадию, которая не обязательно требует отверждения с применением тепла, а вместо этого считается общей стадией отверждения, детали которой зависят от природы используемого на ней эпоксидного материала.

Следующий этап настоящего изобретения, показанный на фиг. 8, включает этап удаления одной из пластин, использовавшихся ранее для приложения электрического поля к смеси эпоксидной смолы и светодиодных лент. После того, как пластина удалена, эпоксидная смола непосредственно под пластиной подвергается химическому травлению, чтобы открыть все сплавы золота и германия на концах выровненных светодиодных полосок, как показано на фиг. 8. Следующим этапом процесса по настоящему изобретению является нанесение электродов 30 на открытую и вытравленную поверхность дисплея, то есть на одну осевую поверхность светодиодных полосок с использованием стандартных прозрачных электродов и литографических методов. Этот этап проиллюстрирован на фиг. 9и 9а. Эти электроды определяют высоту пикселя и в показанном здесь предпочтительном варианте осуществления изобретения имеют ширину приблизительно 1 миллиметр. Затем эти электроды прикрепляются к прочной подложке 32, такой как стекло, с помощью дополнительного эпоксидного клея 34, как показано на фиг. 10. Затем таким же образом снимается другая токопроводящая пластина. Эпоксидная смола протравливается, и на эту поверхность накладывается другой набор электродов 35 таким же образом, как описано ранее. Однако в этом конкретном случае электроды накладываются ортогонально ранее нанесенным электродам, как показано на фиг. 11 и 11а. Этот шаг завершает процесс.

Производимый продукт по настоящему изобретению может быть описан как большая матрица светоизлучающих диодов, пиксели которых легко адресуются низковольтными драйверами, подключенными к горизонтальным и вертикальным линиям. Яркость светоизлучающих диодов разбавлена ​​до текущих уровней светоотдачи телевизора, а потребляемая мощность распределена по большой площади. Что наиболее важно, производственный процесс по настоящему изобретению чрезвычайно прост, не требует обработки отдельных пиксельных элементов и критического выравнивания по площади экрана. Пиксели формируются везде, где горизонтальный и вертикальный электроды пересекаются в поперечном сечении. Ожидается, что площадь каждого пикселя будет составлять примерно один квадратный миллиметр, а плотность ленты — примерно сто на квадратный миллиметр. Это устраняет необходимость в каком-либо специальном технологическом оборудовании для совмещения светодиодных пластинок с электродами. Необходимо только получить в среднем около 100 светодиодных полосок на пиксель. Контролируя плотность эпоксидной смолы при приготовлении смеси, можно контролировать яркость экрана. Кроме того, поскольку экран сплошной и не зависит от каких-либо критических разделений, можно создавать большие экраны без каких-либо проблем с масштабированием.

Поскольку ожидается, что светоизлучающие диоды будут относительно редкими в прозрачной эпоксидной смоле, а вся структура достаточно тонкая, цветные экраны могут быть изготовлены путем изготовления трех таких экранов с использованием красных, зеленых и синих светоизлучающих диодных пластин. Затем эти экраны можно сложить друг на друга. Свет самого дальнего экрана немного уменьшается, когда он проходит через в основном прозрачные верхние экраны. Управляя электродами с помощью красной, зеленой и синей информации, можно легко получить цветные дисплеи.

Материал светоизлучающего диода за пределами обедненной области PN-перехода действует как поглотитель излучаемого света. Поскольку светоизлучающие диоды направлены на зрителя, свет, направленный на зрителя, будет в основном поглощаться. Свет, излучаемый сбоку, попадет в эпоксидную смолу, и часть света будет рассеиваться в направлении зрителя. Простой способ уменьшить это поглощение состоит в использовании светоизлучающих диодов с двойным гетеропереходом, которые оптически прозрачны для излучаемого света. Таким образом, зритель будет получать прямое излучение диодов.

Второй вариант осуществления изобретения включает другой способ смешивания и размещения полосок светодиодов между выравнивающими пластинами. В этом втором варианте осуществления вместо использования отверждаемого эпоксидного материала используется стекло, поскольку оно поддается вакуумному осаждению электродов, имеет легко контролируемую скорость травления и имеет высокую степень устойчивости к теплу и влаге. Стекло с низкой температурой плавления используется, чтобы не повредить светодиодные ленты чрезмерным нагревом. На первом этапе этого альтернативного варианта осуществления, который является этапом, выполняемым первым после того, как светодиодные ленты 23 изготовлены, как описано ранее, светодиодные ленты смешиваются с расплавленным стеклом 40 с использованием нагревательных катушек 46 и механизма 48 обратной связи по натяжению и формуются в цилиндр. как показано на фиг. 12. Смесь светодиода и расплавленного стекла вытягивается в волокно 44. Механизм 48 обратной связи по натяжению, показанный на фиг. 12 отслеживает диаметр волокна 44 и регулирует натяжение в соответствии с диаметром при желаемом постоянном размере. Изготавливаются волокна трех разных цветов, по одному для каждого из цветов: красного, зеленого и синего. Волокна получают пластиковое покрытие 49, наматываются на катушку 50, а затем нарезаются или разрезаются на куски, равные ширине экрана, и помещаются между двумя выравнивающими пластинами 52, как показано на фиг. 13. Затем пластины нагревают и прикладывают напряжение для выравнивания полосок 23 светодиодов, как показано последовательно на фиг. 14(а), (б) и (в). Стеклянные волокна 44 стекаются вместе, образуя непрерывную пластину 54 материала, которую затем можно обрабатывать, как описано ранее для первого варианта осуществления изобретения.

Этот второй вариант осуществления изобретения преодолевает некоторые потенциальные недостатки первого варианта осуществления. Например, некоторые стадии первого варианта осуществления не обязательно подходят для обработки полимеров. Светодиоды могут реагировать с пластиком или эпоксидной смолой в течение некоторого времени, и пластик может стать хрупким или обесцвечиваться из-за местного нагревания. Достижение равномерной скорости травления пластиков затруднено из-за природы их длинной полимерной цепи и аморфной структуры. Кроме того, нанесение электродов на пластик также будет затруднено, так как этот этап обычно требует хранения образца в вакууме при повышенных температурах. Кроме того, нанесение смеси светодиодных лент и жидкого поддерживающего материала на большой экран создает определенные проблемы, связанные с контролем качества, поскольку только после изготовления экрана можно проверить однородность светодиодных лент. Наконец, как описано ранее, многоцветные дисплеи будут состоять из нескольких прозрачных экранов, состоящих из красных, зеленых и синих светодиодов, соединенных вместе. Этот метод, конечно, утроит стоимость по сравнению с монохромным дисплеем. С другой стороны, этот описанный второй вариант осуществления изобретения позволяет проверять однородность светодиодов на уровне одной строки. Катушки с волокном можно сканировать на предмет областей с плохой плотностью светодиодов с помощью системы измерения поглощения. Это позволяет обнаружить и заменить плохое волокно до того, как будет построен весь экран. Кроме того, все три цвета содержатся в одном листе стекла. Таким образом, непрозрачные электроды можно использовать для одной стороны экрана. Это позволяет передавать более высокий ток и обеспечивает отражающий задний контакт, который увеличивает направленность. Таким образом, этот второй вариант осуществления изобретения вводит желательный контроль качества на этапах изготовления, что может существенно снизить затраты при одновременном повышении качества. Кроме того, это улучшение основано на использовании методов производства стекла и волокна, которые хорошо известны в отрасли.

Теперь будет понятно, что то, что было раскрыто в данном документе, включает новую структуру экрана дисплея и способ изготовления таких экранов для использования, например, в телевизионных дисплеях с большим экраном. Способ по настоящему изобретению может быть осуществлен без использования новых материалов, без критических геометрических требований, таких как критические расстояния и выравнивание, и только с драйверами низкого напряжения. Комбинация этих функций приводит к технологии, которую можно легко масштабировать до больших размеров, чтобы обеспечить относительно недорогие большие экраны для телевизоров. Важным этапом в раскрытом варианте осуществления настоящего изобретения является выравнивание большого множества столбчатых светоизлучающих диодных лент либо в неотвержденной оптической эпоксидной смоле, либо в расплавленных стеклянных волокнах путем приложения электрического поля через смесь таких лент и эпоксидной смолы или стекло, а затем отвердить эпоксидную смолу или дать стеклу затвердеть, чтобы эффективно зафиксировать светоизлучающие диоды в этой выровненной конфигурации. Свет, излучаемый такими диодами, затем управляется ортогонально направленными электродами, которые являются оптически прозрачными и которые размещены на одной или обеих противоположных поверхностях тонкой пластинчатой ​​структуры, изготовленной в соответствии с изобретением.

Специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, теперь, в результате представленного здесь учения заявителей, увидят различные модификации и дополнения, которые могут быть внесены в изобретение. Так, например, точные материалы, раскрытые здесь для использования при изготовлении настоящего изобретения, а также раскрытые здесь этапы и последовательность таких этапов, как раскрыто здесь, могут быть легко изменены при сохранении основных полезных свойств нового материала. экранный дисплей по настоящему изобретению. Кроме того, могут быть добавлены дополнительные этапы и дополнительные признаки могут быть добавлены к структуре результата способа по настоящему изобретению, в то же время сохраняя его новые и весьма выгодные характеристики. Кроме того, несмотря на то, что экраны дисплея, раскрытые в данном документе, могут наиболее выгодно использоваться в телевизионных приложениях, они явно не ограничиваются таким использованием. Соответственно, считается, что все такие модификации и дополнения входят в объем изобретения, который ограничивается только прилагаемой формулой изобретения.