Colour gamut enhancement with remote light conversion mechanism

Abstract

The colour gamut of liquid crystal displays (LCDs) depends on the backlight unit spectrum. For the light emitting diode (LED) based backlight units, either phosphors or quantum dots are used to convert the blue light of the LEDs to red and green bands. On-chip phosphor and quantum dot configurations are optically and thermally inefficient as well as they reduce the lifetime of the LED chips. The topic of this thesis is remote backlight configurations where the light conversion is done away from the LED chips. We propose a configuration where a light conversion layer is placed in the backlight unit as a thin film in order to produce red and green bands. We matched the emission spectrum of the blue LEDs and the phosphorus layer to the colour filters of the LCD, so that the red, green, and blue bands efficiently expand the colour gamut. On the other hand, we have studied several on-chip phosphor converted LED based displays by designing a common BLU structure. On this structure, we have experimented optical and thermal design parameters by using LEDs with yellow Ce doped YAG phosphors and KSF based blend of green and red band emitting phosphors. In addition, we have also compared our results on remote phosphor light conversion layers with remote quantum dot containing films. Finally, we have compared and determined the critical display design parameters in terms of product reliability and durability.

Sıvı kristal ekranlardaki renk gamutu değeri, arka ışık ünitesine bağlıdır. LED tabanlı arka ışık ünitelerinde, mavi ışığı, kırmızı ve yeşil renge dönüştürmek için fosforlar ya da kuantum noktalar kullanılırlar. Çip üzerinde fosfor veya kuantum noktaların bulunduğu yapı, optik ve termal açıdan verimsizdir. Ayrıca, bu yapı LED çipin ömrünü de azaltmaktadır. Bu çalışmanın ana konusu, LED çipten uzakta bir renk dönüştürücü mekanizma kullanarak geniş renk gamutlu, uzun ömürlü bir LED tabanlı sıvı kristal ekran tasarlamaktır. Bu kapsamda, renk dönüştürücü mekanizmanın arka ışık ünitesinde ince bir film olarak yer aldığı bir yapı kullanılıp, kırmızı ve yeşil renk spektrumları elde edilmiştir. Mavi LED'nin ve fosforlu katmanın yayınım spekturumuyla, sıvı kristal ekranın renk filtre spektrumları eşleştirilerek, mavi, yeşil, kırmızı renk spektrumları oluşturulmuş ve geniş renk gamutu sağlanmıştır. Öte yandan, arka ışık ünitesi tasarlanarak, çeşitli LED çip üstüne yerleştirilmiş renk dönüştürücü katmanlar çalışılmıştır. Bu yapıda, sarı Ce katkılı YAG fosforlu LED'ler ile yeşil ve kırmızı spektrumda ışıma yapan malzemleri içeren KSF fosforlu LED'ler kullanılarak optik ve ısıl özellikleri çalışılmıştır. Buna ek olarak, uzak kuantum nokta içeren filmler ile, uzak fosfor içeren renk dönüşüm katmanları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Son olarak, ekran tasarımının kritik parametreleri ürün güvenilirliği ve dayanıklılığı açısından değerlendirilmiştir.