(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の周波数の光に対して改善されたフィルタリングを備えたＬＥＤ光源を実現する。【解決手段】発光ダイオード１１０、ディスプレイシステム、および製造方法を提供する。ある実施形態では、発光ダイオード１１０（ＬＥＤ）は、ダイおよびレンズを含む。ダイは、第１の所定のスペクトルレンジ内の波長の光を放射するように構成される。レンズは、ダイの少なくとも一部に配置され、ダイから放射された光をフィルタリングするように構成され、その結果、第２の所定のスペクトルレンジがＬＥＤから放射される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（１１０，１３４，１３６，４００）（ＬＥＤ）であって、
第１の所定のスペクトルレンジ内の光の波長を放射するように構成されたダイ（１３８，１４０，４０８）と、
前記ダイ（１３８，１４０，４０８）の少なくとも一部に配置されたレンズ（１４０，１４２）と、を有し、
第２の所定のスペクトルレンジが発光ダイオードから放射されるように、前記レンズが、ダイ（１３８，１４０，４０８）から放射される光をフィルタリングするように構成されることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記レンズ（１４０，１４２）が前記ダイ（１３８，１４０，４０８）の一部の上に直接配置され、前記ダイ（１３８，１４０，４０８）のかかる部分が、光の波長を放射するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード（１１０，１３４，１３６，４００）。
【請求項３】
前記レンズ（１４０，１４２）が、前記ダイ（１３８，１４０，４０８）の上に配置されたコーティング（４０６）を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード（１１０，１３４，１３６，４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはディスプレイに関し、特に、液晶ディスプレイのようなディスプレイシステムおよび該ディスプレイシステムに使用するための発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）および他のディスプレイデバイスは、見る人に情報を運ぶのに用いられる。ＬＣＤは、多数の電子デバイスを実装し、典型的には少なくともバックライトアセンブリとディスプレイパネルを含む。バックライトアセンブリは、ディスプレイパネルを照射する光源を含み、その間に配置する１またはそれ以上の光学フィルタをも含む。光学フィルタは、光源から放射された所定の周波数の光をブロックするのに用いられ、それによりディスプレイパネルに表示されるイメージの画質を向上させる。
【０００３】
ＬＣＤの光学フィルタが、所定のレンジの周波数内の波長を備えた光のほとんどの量の放射をブロックするけれども、かかる周波数の改善された遮断（例えば、１００％に近い）は、ある状況下で実行され得る。例えば、あるケースでは、ＬＣＤは、ナイトビジョンイメージングシステム（ＮＶＩＳ）のような他の光をフィルタリングするデバイスと一緒に用いられる。このタイプのシステムは、典型的には、かかる状況下で見ることができない物体を観察するために、夜間飛行中の飛行機のコックピット内のような光量の少ない環境で使用される。ＮＶＩＳは、赤外及び／又は近赤外のような所定の周波数の光を検出し、その結果、かかる周波数を放出する物体は、見る人に対して比較的明るく見られる。かくして、ＮＶＩＳに近接して用いられるＬＣＤが赤外及び／又は近赤外の周波数を放出する場合、放出された周波数はＮＶＩＳの操作と干渉する。
【０００４】
従って、所定の周波数の光に対して改善されたフィルタリングを備えたＬＣＤが望まれる。更に、ＬＣＤおよびそのコンポーネントは比較的シンプルであるのが望ましく、製造コストが高価でないのが望ましい。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、この発明の背景および添付の図面を参照して、下記の発明の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発光ダイオード、ディスプレイシステム、および、製造方法を提供する。
ある実施形態では、例示として、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）は、ダイ及びレンズを含む。ダイは、第１の所定のスペクトルレンジ内の光の波長を放射するように構成される。レンズは、ダイの少なくとも一部の上に配置され、ダイから放射される光をフィルタリングするように構成され、その結果、第２の所定のスペクトルレンジがＬＥＤから放射される。
【０００６】
他の実施形態では、例示として、ディスプレイシステムは、バックライトアセンブリを含む。バックライトアセンブリは、基板と、該基板に取り付けられた複数の発光ダイオードを含む。各発光ダイオードは、第１の所定のスペクトルレンジ内の波長の光を放射するように構成されたダイと、ダイの少なくとも一部に配置されたレンズとを有し、かかるレンズは、第２の所定のスペクトルレンジが発光ダイオードから放射されるようにダイから放射される光をフィルタリングするように構成される。
【０００７】
更に別の実施形態では、ディスプレイシステムを製造する方法を提供する。かかる方法は、エネルギがそこに印加されるとき、第１の所定のスペクトルレンジ内の波長を構成するようにダイの周り形成することによって発光ダイオードを形成することを含み、レンズは、異なる所定のスペクトルレンジの放射を許容するようにダイの光をフィルタリングするように構成された材料からなりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の詳細な説明は、単なる例示であり、本発明および本出願の主題を限定するものではなく、本発明の主題を使用するものである。更に、上述の発明の背景または以下の詳細な説明に記載されたいなかる理論によっても束縛されるものではない。
【０００９】
図１は、本発明のある実施形態による、ディスプレイシステム１００の簡略化した断面図である。ディスプレイシステム１００は、１またはそれ以上のイメージを表示することによって見る者に情報を運ぶように用いられる。ある実施形態では、ディスプレイシステム１００は、液晶ディスプレイであってよく、ディスプレイパネル１０２および、それに隣接して配置されるバックライトアセンブリ１０４を含みうる。ディスプレイパネル１０２は、見る者とのインターフェースとして用いられる従来のディスプレイパネルであってよい。ある実施形態では、ディスプレイパネル１０２は、液晶ディスプレイパネルであってよい。ディスプレイパネル１０２から離れて、または、直接取り付けられているバックライトアセンブリ１０４は、ディスプレイパネル１０２を照射するように構成されている。
【００１０】
バックライトアセンブリ１０４は、ハウジング１０６、基板１０８、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１１０、およびディフューザ１１２を含む。ハウジング１０６は、バックライトアセンブリ１０４に構造体を設けるように構成され、基板１０８から延びる複数の側壁１１４を含みうる。側壁１１４は、アルミニウムまたはプラスチックのような、光を透過させない材料から製造されうる。各側壁１１４は、基板１０８と一緒に、キャビティ１１８を形成する内部表面１１６を含む。別の実施形態では、側壁１１４は、背面壁（図示せず）に取り付けられうる。かかる場合、基板１０８は、背面壁の表面に沿って配置されうる。
【００１１】
ディスプレイパネル１０２に供給される光の量を最適化するために、側壁１１４の内部表面１１６は光を反射するように構成される。ある実施形態では、反射材料が側壁内部表面１１６に被覆され、数アトム厚から約０．５０ｍｍまでの厚さを有する。別の実施形態では、内部表面１１６は、反射材料から形成される。反射材料は、散乱反射材料または鏡面反射材料であってよい。適当な反射材料の例として、塗布および研磨された金属を含むが、それらに限定されない。更に別の実施形態では、キャビティ１１８の形状は、光の一部を反射するように構成される。例えば、図１に示したような基板１０８に対して実質的に垂直に延びる代わりに、側壁１１４は、互いに離れて交互に外側に斜めに延びうる。別の実施形態では、別の構造体１２０が、キャビティ１１８の形状を変えるように含まれうる。これに関して、構造体１２０は、互いに外側に離れて斜めに延びる表面１２２を有する。かかるケースでは、表面１２２は、反射材料を含んでも良く、含まなくても良い。ある実施形態では、非常に高い散乱反射表面がバックライトアセンブリ１０４の効率を改善するために使用される構成として、ポリテトラフルオロエチレンが採用される。別の実施形態では、表面１２２は、光の選択された波長を吸収するために、非反射材料を含む。非反射の例として、吸収材料は、塗布、はんだマスク、若しくは、他の光吸収材料又は表面を含むが、それらに限定されない。ある場合では、反射または非反射材料は、数アトム厚から約０．５０ｍｍまでの厚さを含む。
【００１２】
複数のＬＥＤ１１０は、光をキャビティ１１８およびディスプレイパネル１０２に提供し、基板１０８に取り付けられる。これに関して、基板１０８は、ＬＥＤ１１０に関する回路ボードとして作用し、電子コンポーネントに関するボード材料を取り付けるように使用される在来の材料からなってよい。例えば、基板１０８は、モールドされたガラスエポキシ樹脂からなってよい。
【００１３】
上で簡単に述べたように、バックライトアセンブリ１０４は、ディフューザ１１２をも含みうる。ディフューザ１１２は、複数のＬＥＤ１１０及び／又はキャビティ１１８から光を受けるように構成され、光を散乱するように構成され、その結果、ディスプレイパネル１０２により均一に分布する。ある実施形態では、ディフューザ１１２は、キャビティ１１８から実質的に全ての光が該ディフューザを透過するようにキャビティ１１８を囲む。例えば、ディフューザ１１２は、キャビティ１１８に配置され、ハウジング側壁１１４の内部表面内に隙間ないフィットを形成する外側エッジ１２４を有しうる。他の実施形態では、ディフューザ１１２は、側壁１１４にわたって配置されうる。更に別の実施形態では、側壁１１４から間隔が離れている。
【００１４】
ディフューザ１１２は、散乱光を可能にするいかなる適当な材料からなっても良い。適当な材料は、例えば、ポリカーボネート、アクリル、およびポリエステルを含む。ある実施形態では、ディフューザ１１２は、屈折光を透過することができる表面形状１２６を備えた透過材料からなる。例えば、表面形状１２６は、ディフューザ１１２内またはその上に形成された特別に設計されたバンプまたはノッチであってよい。
【００１５】
ディスプレイシステム１００の作動中、熱エネルギがバックライトアセンブリ１０４から放出される。これに関して、ヒートシンク１２８が、バックライトアセンブリ１０４の一部に取り付けられうる。例えば、図１に示したように、ヒートシンク１２８は、基板１０８の外部表面１３０に取り付けられうる。ヒートシンク１２８は、熱を放散するのに用いられる在来のいかなる構造であってもよい。熱の放散を改善するために、フィン１３２のような形状が、ヒートシンク１２８から突き出しても良い。別の実施形態では、基板１０８とヒートシンク１２８との間に配置された中間プレート１３５によって、熱伝導が改善される。中間プレート１３５は、熱伝導性であり電気的に絶縁性の材料からなり、厚さが約０．１２７ｍｍと１．２７ｍｍの間である。
【００１６】
図２に戻ると、本発明による、ハウジング１０６、基板１０８および複数の発光ダイオード１１０を含む図１のディスプレイシステム１００の一部の平面図が示されている。複数のＬＥＤ１１０は、複数の行と列に配置される。例えば、１３行１３列が基板１０８に含まれるが、別の実施形態では、より少ないか又は、数百または数千の行列のようなより多いものが採用されうる。行と列は、ディスプレイパネル１０２（図１）の幅及び／又は長さと平行に延びうる。ある実施形態では、各行または列は、同じ数のＬＥＤ１１０を含みうる。他の実施形態では、かかる記載の実施形態のように、ある行は、第１の数のＬＥＤを含み、別の行は第２の数のＬＥＤを含む。同様に、ある列は、第２の数のＬＥＤを含み、他のカラムは別の数のＬＥＤを含む。ここで１３のＬＥＤは、ひとつの行に現されており、７つのＬＥＤが別の行に現されている。しかしながら、他の実施形態では、より少ない又はより多いＬＥＤが各行又は列に含まれうる。上でそれとなくほのめかしたように、ＬＥＤ１１０は、互いに電気的に結合され、及び／又は、伝導トレースまたはヴァイア（via）（図示せず）を介して制御回路に結合されうる。伝導トレース及び／又はヴァイアは、基板１０８内またはその上に形成され、ワイヤ、伝導材料のトレース、及び／又は、種々の他の回路を作る。
【００１７】
ある実施形態では、ＬＥＤ１１０の行は、１又はそれ以上のタイプのＬＥＤから作られる。例えば、第１のタイプのＬＥＤ１３４は、第１のスペクトルレンジの光を発光することができ、第２のタイプのＬＥＤ１３６は、第２のスペクトルレンジの光を発光することができる。第２のスペクトルレンジは、第１のスペクトルレンジと重なっていても良いし、重なっていなくても良い。２つのレンジが重なっているかどうか、部分的にどの程度のレンジが重なっているかは、ディスプレイ１００の使用に依存する。例えば、ある実施形態では、ディスプレイ１００は、昼間または夜のモードを選択的に使用することができる。昼間のモードは、環境光が存在するとき、ディスプレイパネル１０２のイメージを見る者に見せることができ、一方、夜のモードは、ナイトビュー向上デバイスの動作と干渉するディスプレイ１００からの光なしで、ディスプレイパネル１０２のイメージを見る者に見せることができる。ある実施形態では、第１のタイプのＬＥＤ１３４は、夜のモードだけで使用され、第２のタイプのＬＥＤ１３６は、昼間のモードだけで使用される。かかるケースでは、各々はスペクトルレンジ（例えば、第１および第２のスペクトルレンジそれぞれ）を有し、該スペクトルレンジは重なり合う。ある実施形態では、第１のタイプのＬＥＤ１３４によって放射された光の第１のスペクトルレンジは、約３８０ｎｍと６５０ｎｍの間のレンジであり、一方、第２のタイプのＬＥＤ１３６によって放射される光の第２のスペクトルレンジは、約３８０ｎｍと７３０ｎｍの間のレンジである。我々が削除したテキストは、正確ではない。
【００１８】
ある実施形態では、第１のタイプのＬＥＤ１３４からのスペクトル放射は、第２のタイプのＬＥＤ１３６からのスペクトル放射と重ならないのが望ましい。これに関して、第１及び第２のタイプのＬＥＤ１３４，１３６の少なくとも一方は、ダイを形成し、ＬＥＤタイプの一方又は両方は、レンズと一緒に用いられうる。図３は、ある実施形態による、基板１０８の一部の側面拡大図である。ダイ１３８，１４０は、半導体材料を各々有し、該半導体材料は、エレメントがドープされ、該エレメントによってダイ１３８，１４０は、それを介して電流が接続されたとき、特定のスペクトルの光を発光することができる。ある実施形態では、ダイ１３８，１４０は、第１の所定のスペクトルレンジ内の波長を発光するように構成される。第１の所定のスペクトルレンジは、可視光に関するスペクトルレンジであってよい。しかしながら、他の実施形態では、第１の所定のスペクトルレンジは、赤、青、緑、又は、他の可視光、若しくは、紫外（ＵＶ）又は赤外（ＩＲ）のようなサブスペクトルの目に見えない光のサブコンポーネントに関するレンジ内であっても良い。
【００１９】
各レンズ１４２，１４４は、ダイ１３８，１４０から放射された光の第１の所定のスペクトルレンジをフィルタリングするように構成され、その結果、異なる所定のスペクトルレンジがＬＥＤ１３４，１３６から放射される。各レンズ１４２，１４４は、ダイ１３８，１４０の少なくとも一部に配置され、ダイ１３８，１４０からの実質的に全ての光を透過させることができる形状を有しうる。ある実施形態では、レンズ１４２の第１のタイプは、実質的にすべてのダイ１３８を取り囲む。別の実施形態では、第２のタイプのレンズ１４４は、球根形状を有し、ダイ１４０の一部にわたって直接配置され、ダイ１４０の一部は、光を放射するように構成される。
【００２０】
レンズ１４２，１４４は、在来の光学フィルタを形成するように用いられる材料からなってよい。該材料は、光の選択された波長（または周波数）を拒否し（または、透過を阻止し）、反射し、または、吸収することによって光をフィルタリングするように構成される。適当なフィルタ材料は、材料を被覆するダイクロイック（ミラー）を含んでよいが、かかる構成に限定されず、（ダイ・ベース色素のような）吸収材料に限定される。フィルタ材料は、１３８，１４０の少なくとも一部のまわりを成形し、ある実施形態では、フィルタ材料は、レンズ１４２，１４４からそれによって直される。別の実施形態では、ダイ１３８，１４０は、フィルタ材料の液相内に配置され、レンズ１４２、１４４を形成するように乾燥され、治癒される。別の実施形態では、フィルタ材料はスパッタリングされ、蒸着され、又はさもなければ、ダイ１３８，１４０またはレンズ１４２，１４４の上に配置される。
【００２１】
別の実施形態では、レンズ１４２，１４４は、所定の波長の光をフィルタリングアウトするためのフィルタを形成する複数の材料から特に構成される。図４は、かかる実施形態による、ＬＥＤ４００の断面図である。ここで、ＬＥＤ４００のレンズ４０２は、ベース４０４およびコーティング４０６を含む。ベース４０４は、そこに埋め込まれたダイ４０８を含み、ダイ４０８から光を放射することができる材料であってよい。ある実施形態では、ベース４０４は、特定のスペクトルレンジ内の波長をフィルタリングすることができる材料からなってよい。適当なフィルタ材料は、ダイクロイック（ミラー）被覆材料および（ダイベース色素のような）吸収材料を含むが、それらに限定されない。別の実施形態では、ベース４０４は、ダイ４０８から放射される実質的に全ての光を許容することができる非フィルタリング材料からなってよい。適当な非フィルタリング材料は、ガラス、プラスチックおよびシリコーンを含むが、それらに限定されない。
【００２２】
コーティング４０６は、所定の波長の光をフィルタリングアウトするようにそこで協働するようにベース４０４をオーバーレイしうる。ある実施形態では、コーティング４０６は、液体コーティングのようなダイであって良く、ベース４０４から受光した光の放射を許容し、受光された光をフィルタリングするように構成された他の材料であってよく、その結果、その所定の波長は透過されない。適当なフィルタ材料は、ダイクロイック（ミラー）コーティング材料および（ダイベース色素のような）吸収材料を含むが、それらに限定されない。更に、材料は、化学気相成長、スパッタリング、蒸着、および物理的アプリケーションのような種々の在来の堆積技術によってベース４０４条に堆積されうる。他の実施形態では、コーティング４０６は、ベース４０４上に成形されることができ、若しくは、ダイ４０８は、コーティング４０６を作ることができるような材料を形成する液体内にディッピングされうる。更に別の実施形態では、多層コーティング４０６をそれによって形成するように、１よりも多い層がベース４０４上に堆積されるように、材料が堆積されうる。
【００２３】
レンズ材料の選択は、フィルタリングされる所望のスペクトルレンジに依存する。例えば、上述したように、図３を参照すると、第１のタイプのＬＥＤ１３４は、
赤外及び／又は近赤外光波に対して敏感なナイトビジョン改善デバイスのような特定のスペクトルレンジ内の放射に対して特に敏感であるデバイスと一緒に、比較的低い光状況で使用されうる。かかるケースでは、第１のタイプのＬＥＤ１３４のレンズ１４２は、可視スペクトル（例えば、およそ３８０乃至６５０ｎｍの間のスペクトルレンジ）における光の高い伝播（例えば、＞８０％）と、ナイトビジョンシステムが高感度であるスペクトルレンジ（例えば、約５７０ｎｍと約９３０ｎｍの間）における波長のフィルタリングとを備えるように構成され得る。ある実施形態では、ダイ１３８から放出された光は、広帯域燐光を備え、レンズ１４２に関する材料は、約６５０ｎｍ乃至少なくとも９３０ｎｍの近赤外エネルギをフィルタリングアウト（例えば、ブロック）するように選択され又は構成され得る。別の実施形態では、材料は、近赤外領域（例えば、７５０ｎｍ乃至９３０ｎｍ）内の波長をフィルタリングするように選択され又は構成され得る。かかる実施形態では、第１のタイプのＬＥＤ１３４が、典型的にはデイタイム使用に関する光を提供するような第２のタイプのＬＥＤ１３６と一緒に使用されるように採用されうる。
【００２４】
ディスプレイシステムは、図５に示された方法５００によって製造されうる。ここで、エネルギがステップ５０２でそこに印加されたときに、１またはそれ以上のＬＥＤが、第１の所定のスペクトルレンジ内の波長を放射するように構成されたダイの周りにレンズを形成することによって構成される。レンズは、第２の所定のスペクトルレンジの放射を許容するようなダイの光をフィルタリングするように構成される材料からなる。ある実施形態では、フィルタ材料は、ＬＥＤを形成ためのレンズを形成するようにダイの一部の上に堆積されうる。更に別の実施形態では、フィルタ材料は、ＬＥＤを形成するためのレンズを形成するようにダイの一部の上に成形されうる。別の実施形態では、２つのタイプのＬＥＤが形成されうる。かくして、各タイプのＬＥＤのレンズは、異なるスペクトルレンジ内の放射をフィルタリングするように構成され得る。１またはそれ以上のＬＥＤは、次いで、ステップ５０４で、基板上に取り付けられうる。ある実施形態では、基板は、次いで、ステップ５０６で、バックライトアセンブリを形成するようにディフューザおよびハウジング内に組み立てられうる。バックライトアセンブリは、次いで、ステップ５０８で、ディスプレイシステムを形成するように、ディスプレイパネル（例えば、ＬＣＤパネル）で組み立てられうる。
【００２５】
在来のディスプレイシステムと比較して、所定の周波数の光のフィルタリング能力を改善するディスプレイシステムを提案してきた。特に、ディスプレイシステムに使用される各ＬＥＤが、ダイから放射される光をフィルタリングするように構成され、ダイを取り囲むレンズを含むので、ＬＥＤおよびディスプレイから放射される光の特定のレンジは、在来のディスプレイシステムのものよりもより容易に制御されうる。フィルタリング能力が、システムにおいて使用されるＬＥＤ内で組み入れられ得るので、在来のＬＣＤで使用されるもののような追加の光学フィルタは、必要ではない。かくして、前述のディスプレイシステムは、よりシンプルであり、在来のシステムよりも製造するのにより高価ではない。上で教示したＬＥＤは、バックライトシステム内に組み入れられうるように記載されており、それらは他の用途にも適用可能であることは明らかであろう。例えば、ＬＥＤは、別の実施形態では、フィルタリングされた光が、一般的には、プロジェクションシステム、自動車の照明、又は他の照明システムにおける照明取付具のような他のタイプのディスプレイシステムのようなものに、使用されるシステム内に組み入れられうる。
【００２６】
少なくともある具体例における実施形態を本発明の主題の詳細な説明として記載してきたが、広大な数の変形が存在することは理解されるべきである。例示の実施形態は、単なる具体例であり、本発明の主題の範囲、適用、または構成に限定されるべきではない。むしろ、上述の詳細な説明は、本発明の主題の例示の実施形態を実装するロードマップとして当業者には便利であろう。種々の変更は、特許請求の範囲に開示された発明の主題の範囲から逸脱することなく、例示の実施形態に記載されたエレメントのアレンジメントをすることができうる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ある実施形態による、ディスプレイシステムの断面側面図である。
【図２】ある実施形態による、ハウジング、基板、および複数の発光ダイオードを含む図１のディスプレイシステムの一部の平面図である。
【図３】ある実施形態による、発光ダイオードを含む基板の一部の断面側面図の拡大図である。
【図４】ある実施形態による、発光ダイオードの断面側面図である。
【図５】ある実施形態による、ディスプレイシステムを製造する方法である。
【図１】
2009147335.tif 000003
【図２】
2009147335.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009147335.tif 000006
【図５】
2009147335.tif 000007
【外国語明細書】
2009147335000001.pdf