发光二极管矩阵显示器以及激励电路制造技术

由成行成列的象素矩阵形成全色平板显示器模块。各象素由相应红、绿和蓝色固态发光二极管组成，它可形成在落入一个三角形内的ＣＩＥ曲线的相应段上的任何颜色，三角形各边由下述直线组成：在４３０ｎｍ与６６０ｎｍ之间的ＣＩＥ曲线上的直线，在６６０ｎｍ与在５００与５３０ｎｍ之间的点之间的直线，和在５００－５３０ｎｍ点与４３０ｎｍ之间的直线。通过把不同的电压加到ＬＥＤ矩阵中共同连接的不同颜色ＬＥＤ上，激励共同连接ＬＥＤ矩阵。激励电路具有共同连接的激励器，它们把电压多路复用于共同连接的ＬＥＤ阵列，使不同电压可加到有不同工作电压的ＬＥＤ上。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是1998年6月26日(国际申请日1996年12月20日)提交的申请号为96199365.0(PCT/US96/20200)名称为“使用发光二极管点矩阵的真彩色平板显示器和发光二极管点矩阵激励方法和设备”的申请的分案申请。本专利技术涉及电子显示器，尤其涉及其中各元件皆为发光二极管的电子显示器。电子显示器是那些能够把电信号实时地转换成可见图象的电子部件，可见图象才适合于由人直接判断，即观察。上述显示器通常用作人与电子装置，例如计算机、电视机、各种形式的机器、和众多其它应用装置之间的可见接口。近年来，电子显示器的利用一直在快速增长，这一方面是由于个人计算机革命，另一方面是由于功利和工业的应用；在这些应用中，上述电子显示器已开始部分地或全部地取代传统的表示信息方法，例如机械表和打印纸。一种最熟悉类型的电子显示器是常规电视机，其中阴极射线管(CRT)产生图象。阴极射线管的性质与工作已熟知几十年，在此不另作详细讨论，但要着重指出CRT的工作性质要求它占据一个通常正比于CRT显示表面尺寸的三维区。这样，在常规的电视机或个人计算机中，CRT显示器的深度倾向于等于，或在某些情况下大于其显示屏的宽度和高度。因此，一段时间以来已熟知在客观上需要一种能更有效地利用空间的电子显示器，为此而开发出一些种类繁多的器件，通常把这些器件统称为“平板显示器”。显示器包括气体放电器，等离子体显示器，场致发光器，发光二极管(LED)，阴极射线发光器，和液晶显示器(LCD)。迄今，平板技术已广泛用于字符较少(即小于几百个字符)的某些便携式显示器和数字显示器。例如，手持计算器上的典型显示器，虽然倾向于只以单色工作，但可以称为平板显示器；它通常采用LED或LCD。由于一些原因，通常已把发光二极管看成是平板显示器的有希望的候选器件。这些理由包括它们可在固态操作，作成较小尺寸的能力(从而可能提高分辨率)，和可能以较低成本制作。然而，迄今，装有LED的平板显示器尚未在实际市场中实现其理论上潜力。由于若干理由，LED平板显示器尚未在技术和市场突破上取得成功。一个基本理由是没有适宜的或商业上可接受的三基色(红、绿和蓝)的LED，要组合三色才能形成适宜的真彩色平板图象。在这方面，在某些场合下可把颜色看成是“使人类观察者可以在两个具有相同尺寸、形状和持续时间的无结构光场之间辨别其差异的视觉特点”，如参考文献McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology，7th Edition，Volume 4，p.150(1992)中所述。换一种方式说，在通常被视为“可见的”电磁波频谱部分，可通过电磁辐射的传播来形成和感知颜色。一般说来，如果认为电磁波频谱所覆盖的波长范围是从长电振荡(例如1014微米)到宇宙射线(10-9微米)，则认为该频谱的可见部分范围是从约0.770微米(770nm)到约0.390微米(390nm)。因此，为了发出即使是单色的可见光，发光二极管也必须产生其波长处于约390与770nm之间的辐射。在这方面，在参考文献Sze，physics of Semiconductor Devices，Second Edition，pp.681-838(1981)中已一般地描述发光二极管和相关光电器件的理论和操作，在此除了描述本专利技术所需以外，不另作详细描述。在参考文献Dorf，The Electrical Engineering Handbook，pp.1763-1772(CRC press 1983)中可得到类似的但比较精简的讨论。为了发光二极管显示器可形成颜色合成，这些二极管必须发射一些能够混合的基色，以形成其它的期望颜色。众所周知的“CIE色度图”是一种描述颜色的典型方法，它是几十年以前由国际照明技术委员会(CIE)制订的，在此列出其复制件，如图6所示。CIE色度图说明与亮度无关的各颜色之间的关系。一般说来，在CIE图上，人类眼睛可见的颜色落在一个由一条边界线确定的区域内。如图6所示，这条边界线由一条直线和一条曲线组成；直线位于380与660nm之间，而曲线构成大体锥形区的其余部分。虽然各人的色感当然可以不同，但通常熟知和期望大多数人可见的颜色会落在CIE图边界线范围内。因此，可以在CIE图上绘出包括平板显示器在内的电子显示器的颜色输出。更具体地说，如果把显示器的红、绿和蓝基元的波长绘于CIE图上，则可用取自所产生基本波长之间的三角形区域来表示该器件能够产生的颜色合成。这样，在图6中，按照在用于铝镓砷化物(AlGaAs)红色器件的约655或660nm的波长、用于磷化镓绿色器件的约560nm的波长、与用于碳化硅(SiC)蓝色器件的约480nm的波长之间的直线，绘出最好的有效器件。磷化镓还可用于发红光的器件，但这些器件通常发出700nm范围内的光。因为人眼在700nm不敏感，故该器件倾向于缺乏亮度，从而通常限于对最大亮度要求不高的应用。同样，碳化硅蓝色器件商业应用只有不到10年。在CIE图上连接这些波长线形成的三角形证明，在CIE图的上部和下部存在着全范围颜色，从而只靠限制其LED物理特性不能产生最新可用显示器。更简单一些地说，虽然某些LED显示器能够描述成“全色”，但它们不能看成是“真彩色”；要直到它们装有分别更绿、更红和更蓝的LED，并且这些LED是由有足够亮度的器件形成，使这些器件有使用价值时，才能看成是真彩色。然而，为简单起见，在下文中把词语“全色”和“真彩色”用作同义词。关于颜色和亮度，如上述参考材料所述，LED的特征，包括作为直接或间接发射体的特征，主要取决于用来制作LED的材料。首先，如上所述，象电子领域技术人员通常熟悉的一样，因为蓝光属于可见频谱的最短波长，它代表三种基色光子中最高能量的光子。其次，蓝光只能由那些具有足够宽能带隙的材料制作，这些材料才在电子伏上容许那些相当于较高能量较短波长的光子跃迁。上述材料通常限于碳化硅，氮化镓，某些其它的III族氮化物，和金刚石。由于一些原因，全部这些材料在历史上都难以加工；通常它们的物理性质和结晶学性质使它们难以形成大晶体和外延层，而大晶体和外延层通常是(虽然不是唯一的)发光二极管的结构要求。如上所述，近年来，一些SiC蓝色LED，即那些在其中SiC形成激活层的LED，已变成可以用商业意义数量生产。尽管如此，但SiC发射的光子是来自一种“间接”的跃迁，而不是“直接”的跃迁(见Sze supra，§12.2.1，pp684-686)。其净效应是Sic LED亮度有限。这样，虽然其最新可用性代表一种技术和商业突破，但其有限的亮度也限制它们对显示器，尤其是很希望在明亮条件下使用的较大显示器，例如在白天使用的室外显示器的可用性。因此，更新的工作已集中于III族元件(Al，In，Ga)氮化物，它们具有足以产生蓝光的能带隙，并且是直接发射体，从而有可能提供更大的亮度。III族元素氮化物有其特有的一组问题和挑战。尽管如此，但最新进展已使III族元素氮化物器件进入商业领域，其中一些器件已描述于相关专利和待审申请中，它们包括1994年9月20日提出的专利申请号5,393,993和序号08/309,251，题为“具有II族元素氮化物激活层和更长寿命的垂直几何形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管矩阵显示器，包括：一个具有不同颜色发光二极管矩阵的发光二极管显示器（２０），其中矩阵的不同颜色发光二极管被共同连接，以便一个加到共同连接发光二极管中一个发光二极管上的电压可加到全部的共同连接发光二极管上；和激励 器装置（３７），用于向所述发光二极管矩阵中共同连接的不同颜色发光二极管提供不同的电压。

【技术特征摘要】
US 1995-12-29 08/580,771;US 1996-6-10 08/658,4401.一种发光二极管矩阵显示器，包括一个具有不同颜色发光二极管矩阵的发光二极管显示器(20)，其中矩阵的不同颜色发光二极管被共同连接，以便一个加到共同连接发光二极管中一个发光二极管上的电压可加到全部的共同连接发光二极管上；和激励器装置(37)，用于向所述发光二极管矩阵中共同连接的不同颜色发光二极管提供不同的电压。2.根据权利要求1的发光二极管矩阵显示器，其中所述的激励器装置包括提供装置，用于向所述发光二极管矩阵的第一选定群的发光二极管提供第一电压(100)；和提供装置，用于向所述发光二极管矩阵的第二选定群的发光二极管提供第二电压(102)。3.根据权利要求1的发光二极管矩阵显示器，其中所述的发光二极管矩阵包括多行共同连接的不同颜色的发光二极管，以便把一个电压加到发光二极管行中每个发光二极管上；和其中所述的激励器装置包括把不同的电压多路复用于发光二极管行的装置，以便向发光二极管行中的发光二极管提供不同的电压。4.根据权利要求1的发光二极管矩阵显示器，还包括多路复用装置(36)，它可操作地连系所述的用于提供第一电压的装置和所述的用于提供第二电压的装置，旨在相继地触发所述的用于提供第一电压的装置和所述的用于提供第二电压的装置，使第一电压和第二电压多路复用于共同连接的发光二极管。5.根据权利要求4的发光二极管矩阵显示器，还包括触发装置，用于当向共同连接的发光二极管提供第一电压时，从第一选定群的发光二极管选择地触发发光二极管(41)；和用于当向共同连接的发光二极管提供第二电压时，从第二选定群的发光二极管选择地触发发光二极管(42/43)。6.一种用于对具有发光二极管矩阵的发光二极管显示器(20)进行激励的电路，其中二极管被分成至少一行，该行具有至少一个以第一电压工作的二极管和至少一个以第二电压工作的二极管，该电路包括一个连接于所述行中所述发光二极管的第一激励器(100)，用于把所述第一电压加到所述发光二极管上，其中第一电压在所述第一激励器被激活时被加到二极管行的发光二极管上；一个连接于所述行中所述发光二极管的第二激励器(102)，用于把所述第二电压加到所述发光二极管上，其中第二电压在所述第二激励器被激活时被加到二极管的发光二极管上...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼P范德维恩，查理斯M斯沃博达，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]