Effect of colour conversion layer on the optical and thermal efficiency of LED based liquid crystal displays

Abstract

LED ile aydınlatılmış likit kristal ekranlarda, renk gamı (gamutu), arka ışık ünitesinin (backlight unit, BLU) spekturumuna bağlıdır. Genel olarak, BLU yapısındaki mavi LED ışığı, bir katman tarafından dönüştürülerek yeşil ve kırmızı spectrum bölgesinde ışıma yapar. Fosforların geniş renk spectrumu ile renk filtreleri arasındaki uyumsuzluktan dolayı renk gamutu azalır. Kuantum nokta yapılarının ekranlara entegrasyonu sayesinde bu probleme çözüm sağlanabilir. Bu çalışmada, mavi çevrilmiş çipler (flip-chip) ile BLU tasarımı yapılacaktır. BLU'nun optik özellikleri önceden belirlenen renk koordinatlarına ve parlaklığına göre belirlenecektir. BLU komponentleri ve sıvı kristal ekran (LCD) panelinin karakterizasyonları LED spekturumu, optik filmlerin geçirgenliği, BLU ve LCD'nin spektrumu, parlaklık dağılımı, mura seviyesi, parlaklık seviyesi, renk koordinatları ve gamut gibi parametrelerin ölçümü ile ortaya konur. Ek olarak, çip üstü ve uzak katman çözümü renk dönüşümü yapılan katmanın ısısal verimliliğinin etkisi açısından incelenir. Çalışmanın sonunda, ekranın optik ve ısısal performansı geliştirmek için tüm tasarım parametreleri iyileştirilir.

In light-emitting diode (LED) lit liquid crystal displays (LCD), the colour gamut is related to the back-light unit (BLU) spectrum. The blue LED light is generally converted to green and red bands with phosphor mixtures. The broad emission spectrum of phosphors narrows down the colour gamut because of the incompatibility between the converted spectra and colour filters. Quantum dot (QD) integrated display systems can provide a solution to this problem. In this thesis, we will design a BLU by using high performance blue flip chips. The optical specifications of the BLU will be determined according to the pre-determined colour coordinates and luminance. The BLU components and the LCD panel are characterized to figure out the optical parameters such as the emission spectrum of LEDs, transmittance of optical films, spectrum of BLU and LCD, luminance uniformity, mura level, luminance, colour coordinates and gamut. In addition, the effect of colour conversion layer on thermal efficiency is investigated for On Chip and Remote Layer Solutions. Finally, all the design parameters are optimized in order to enhance the optical and thermal performance of the display system.