CN103715217A - 增亮型自发光型显示器 - Google Patents
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Abstract
一种增亮型自发光型显示器，其包括自发光型显示面板以及增亮迭层。自发光型显示面板包括多个呈阵列排列的像素，且各像素包括多个能够显示不同颜色的子发光单元。增亮迭层配置于自发光型显示面板上，增亮迭层包括吸收式偏光层、相位延迟层以及反射式偏光层。反射式偏光层位于自发光型显示面板与相位延迟层之间，相位延迟层位于吸收式偏光层与反射式偏光层之间，而反射式偏光层包括多个呈阵列排列的反射式偏光区块，各反射式偏光区块分别对应于其中一个子发光单元配置，且各反射式偏光区块的有效偏光反射波长带宽范围分别涵盖对应子发光单元的最高光强波长。
Description
技术领域
本发明的公开涉及一种增亮型自发光型显示器，且特别是关于一种具有增亮迭层(brightness enhancement stacked layer)的自发光型显示器。
背景技术
有机电激发光元件为自发光型的发光元件。自1987年柯达与剑桥的研发团队发明有机电激发光元件以来，如何提高有机电激发光元件的发光效率一直是许多研究的研发重点之一。有机电激发光元件在暗室中具有相当高的对比度。但在日常环境下，由于有机电激发光元件多半使用会反射环境光的金属电极，影响对比度。
显示器的最大对比度(CRmax)为最亮态的辉度(Lmax)与最暗态的辉度(Lmin)的比值(即Lmax/Lmin)，现行市售的液晶显示器的对比度都可轻易达到数万甚至更高。然而，上述最亮态的辉度(Lmax)与最暗态的辉度(Lmin)都是在暗室中测量，一般的使用环境下难以达到如此高对比度。在日常环境下，显示器所能呈现的对比度实际上几乎都低于最大对比度(CRmax)。例如在客厅环境下与在电影院中，屏幕的对比度不同。此对比度的差异主要来自环境光的影响。
在实际的使用环境下，对比度的计算通常需要考虑环境光被显示器反射至使用者眼睛的光线量(Ram)，此光线量(Ram)与显示器中各膜层对环境光的反射率(Rsf)以及环境光的强度(Iam)有关。换句话说，光线量(Ram)等于反射率(Rsf)与环境光的强度(Iam)的乘积(Rsf·Iam)。因此，显示器的实际对比度(CR)可由下列公式(1)表示：
CR=(Lmax+Ram/Lmin+Ram)
有机电激发光显示器的金属电极会反射环境光，因此有机电激发光显示面板容易映射环境图像至人眼，此映射的环境图像与面板所欲显示的图像产生重叠，会影响到有机电激发光显示器的显示质量。
承接上述，如何进一步增进有机电激发光显示器的显示亮度以及降低金属电极所反射的环境光的比例，实为此领域的研发人员关注的议题之一。
发明内容
本发明公开提供一种自发光型显示器，其具有增亮迭层以提升显示发光效率。
本发明公开提出一种自发光型显示器，其包括自发光型显示面板以及增亮迭层。自发光型显示面板包括多个呈阵列排列的像素，且各像素包括多个能够显示不同颜色的子发光单元。增亮迭层配置于自发光型显示面板上，增亮迭层包括吸收式偏光层、相位延迟层以及反射式偏光层。反射式偏光层位于自发光型显示面板与相位延迟层之间，相位延迟层位于吸收式偏光层与反射式偏光层之间，而反射式偏光层包括多个呈阵列排列的反射式偏光区块，各反射式偏光区块分别对应于其中一个子发光单元配置，且各反射式偏光区块的有效偏光反射波长带宽范围分别涵盖对应子发光单元的最高光强波长。
基于上述，由于本发明公开的自发光型显示器具有增亮迭层，因此自发光型显示器的发光效率（例如：亮度与对比度）能够获得有效地改善与提升。
为让本发明公开的上述和其他目的和特征能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明所公开第一实施例中自发光型显示器的剖面示意图。
图2A为自发光型显示面板110所发出的光线在增亮迭层120中的光学行为的示意图。
图2B为环境光在自发光型显示器100中的光学行为的示意图。
图3A至图3F为不同类型的反射式偏光区块的示意图。
图4为不同类型的自发光型显示器对于环境光的反射率的示意图。
图5为本发明所公开第二实施例中自发光型显示器的剖面示意图。
图6为本发明所公开第三实施例中自发光型显示器的剖面示意图。
【主要元件符号说明】
100、100’、100”：自发光型显示器
110：自发光型显示面板
P：像素
R、G、B：子发光单元
E：环境光
ER：红光
EG：绿光
ER：蓝光
120：增亮迭层
122：吸收式偏光层
124：相位延迟层
126：反射式偏光层
126R、126G、126B：反射式偏光区块
BM：遮光矩阵
130：第一粘着层
140：第二粘着层
具体实施方式
【第一实施例】
图1为本发明公开第一实施例中自发光型显示器的剖面示意图。请参照图1，本实施例的自发光型显示器100包括自发光型显示面板110以及增亮迭层120。自发光型显示面板110包括多个呈阵列排列的像素P，且各像素P包括多个能够显示不同颜色的子发光单元R、G、B。增亮迭层120配置于自发光型显示面板110上，增亮迭层120包括吸收式偏光层122、相位延迟层124以及反射式偏光层126。反射式偏光层126位于自发光型显示面板110与相位延迟层124之间，相位延迟层124位于吸收式偏光层122与反射式偏光层126之间，一般显示器为显示彩色图像、基本上以红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色(但不限于三原色可额外作变化作组合，此处，仅以红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色为例进行说明)，因而本发明所公开的反射式偏光层126包括多个呈阵列排列的反射式偏光区块126R、126G、126B，各反射式偏光区块126R、126G、126B分别对应于其中一个子发光单元R、G、B配置，且各反射式偏光区块126R、126G、126B的有效偏光反射波长带宽范围分别涵盖对应子发光单元R、G、B的最高光强波长。举例而言，各反射式偏光区块126R、126G、126B的有效偏光反射波长带宽(bandwidth)例如约为100纳米，各反射式偏光区块126R、126G、126B的有效偏光反射波长带宽可彼此相同或不同。此外，反射式偏光区块126R、126G、126B的有效偏光反射的波长区段(wavelength interval)彼此不同。
在本实施例中，自发光型显示面板110例如为一有机电激发光显示面板。举例而言，本实施例的自发光型显示面板110可以是顶发光类型(top emission)的有机电激发光显示面板或者是底发光类型(bottom emission)的有机电激发光显示面板。具体来说，当自发光型显示面板110为顶发光类型的有机电激发光显示面板时，自发光型显示面板110包括基板、配置于基板上的反射阳极、配置于反射阳极的有机官能层以及配置于有机官能层的透明阴极，且有机官能层所发出的光线会穿过透明阴极，但不会穿过基板。当自发光型显示面板110为底发光类型的有机电激发光显示面板时，自发光型显示面板110包括基板、配置于基板上的透明阳极、配置于透明阳极上的有机官能层以及配置于有机官能层上的反射阴极，且有机官能层所发出的光线会依序穿过透明阳极以及基板。值得注意的是，不论是底发光类型的有机电激发光显示面板中的反射阴极，还是顶发光类型的有机电激发光显示面板中的反射阳极，这些反射电极通常都采用金属材质制作，且对于环境光皆具有相当高的反射能力。
如果只利用偏光片与约四分之一波长延迟片(quarter wave retardation plate)的组合，希望降低被金属电极反射的环境光的比例，解决环境光映射的问题，则此组合虽可降低被金属电极所反射的环境光的比例，但有机电激发光显示器内部所发出的光线也会被偏光片与四分之一波长延迟片的组合所吸收。本实施例于自发光型显示面板110的出光面设置增亮迭层120，以进一步优化自发光型显示器100的亮度与对比度。
在本实施例中，增亮迭层120中的吸收式偏光层122例如为一线性偏光层，其具有将通过该层的自然光转化成偏极光(polarized light)的功能，其转化机制为将在两相互直交(orthogonal)轴上振动的光向量吸收其中之一轴的光、而让在另一轴(穿透轴)振动的光通过，由此可知，一般光在通过吸收式偏光层会损失一半的光；一般而言，吸收式偏光层122视其使用的商品或工艺不同而有约4~250μm的厚度。相位延迟层124例如为一约四分之一波长相位延迟膜，但其相位延迟值不限于所通过的光波长的1/4值，以在波长550纳米的光线的平面上的相位延迟量为例，其相位延迟量约介于100纳米至150纳米之间，约四分之一波长相位延迟膜的功能为将线性偏极光转化成圆偏极光、或将圆偏极光转化成线性偏极光，当其值约为所通过光波长的1/4且其光轴 恰与线性偏光片的光轴夹约45度时可得到好的转化率及透光率，当其夹角非在约45度时其转化率及透光率将有所变化，而反射式偏光层在其平面上有多个区块126R、126G、126B分别对应红光、绿光、蓝光的偏光反射区块，其材质分别为不同的胆固醇液晶。相位延迟层124视其使用的商品或工艺不同而有约0.5~100μm的厚度。一实施例中，相位延迟层对于波长约为650纳米光线的平面上相位延迟量相对于波长约为450纳米光线的平面上相位延迟量之比值约介于0.8至1.4。一实施例中，相位延迟层的平面上相位延迟量在可见光波长范围为一种逆波长分布形式。图2A为自发光型显示面板110所发出的光线在增亮迭层120中的光学行为(optical behavior)的示意图，而图2B为环境光在自发光型显示器100中的光学行为的示意图。请参照图2A，举例而言，子发光单元R例如是能够发出红光的红色子发光单元，子发光单元G例如是能够发出绿光的绿色子发光单元，子发光单元B例如是能够发出蓝光的蓝色子发光单元，反射式偏光区块126R的材质例如是能够使红光偏振化并且反射红光的胆固醇液晶材料，反射式偏光区块126G的材质例如是能够使绿光偏振化并且反射绿光的胆固醇液晶材料，而反射式偏光区块126B的材质例如是能够使蓝光偏振化并且反射蓝光的胆固醇液晶材料。反射式偏光区块126R设置于子发光单元R上方，反射式偏光区块126G设置于子发光单元G上方，且反射式偏光区块126B设置于子发光单元B上方。换句话说，本实施例的反射式偏光层126系经过像素化(pixelized)。
值得注意的是，反射式偏光区块126R、126G、126B可采用不同的胆固醇液晶材料，或者采用相同的胆固醇液晶材料，但以不同的工艺条件（例如不同的工艺温度、不同的固化时间等）所制作出的对应不同有效偏光反射的波长区段的胆固醇液晶材料。在一些实施例中，反射式偏光区块126R、126G、126B的厚度可约为1~10μm或1.5~7μm。
如图2A所示，反射式偏光层的区块126R、126G、126B可以使用右旋或是左旋胆固醇液晶材料，以下以左旋胆固醇液晶材料为例。
自发光型显示面板110的子发光单元R会发出红光，理论上有一半的红光会穿透反射式偏光层的区块126R而呈现右旋圆偏振光(right-handed circular polarization light)，其余的红光则会被反射式偏光区块126R反射，而呈现左旋圆偏振光(left-handed circular polarization light)。前述该穿过反射式偏光区块126R的右旋圆偏振光当其再穿过相位延迟层124即转变为线性偏振光，且此 线性偏振光的偏振方向实质上平行于吸收式偏光层122的穿透轴，从而穿透吸收式偏光层122。另外一方面，前述该被反射式偏光区块126R反射的左旋圆偏振光会被子发光单元R中的金属电极反射而转变为右旋圆偏振光，当其穿过相位延迟层124即转变为线性偏振光，且此线性偏振光的偏振方向实质上平行于吸收式偏光层122的穿透轴，因而可穿透吸收式偏光层122。依前述的方法操作，理论上由子发光单元R发出的红光全部都可穿过各光学膜层而几乎无损失，进而达到提高红光辉度的目的。
自发光型显示面板110的子发光单元G会发出绿光，理论上有一半的绿光会穿透反射式偏光层的区块126G而呈现右旋圆偏振光，其余的绿光则会被反射式偏光区块126G反射，而呈现左旋圆偏振光。前述该穿过反射式偏光区块126G的右旋圆偏振光当其再穿过相位延迟层124即转变为线性偏振光，且此线性偏振光的偏振方向实质上平行于吸收式偏光层122的穿透轴，从而穿透吸收式偏光层122。另外一方面，前述该被反射式偏光区块126G反射的左旋圆偏振光会被子发光单元G中的金属电极反射而转变为右旋圆偏振光，当其穿过相位延迟层124即转变为线性偏振光，且此线性偏振光的偏振方向实质上平行于吸收式偏光层122的穿透轴，而穿透吸收式偏光层122。依前述的方法操作，理论上由子发光单元G发出的绿光全部都可穿过各光学膜层而几乎无损失，进而达到提高绿光辉度的目的。
自发光型显示面板110的子发光单元B所发出的蓝光，理论上有一半的蓝光会穿透反射式偏光层的区块126B而呈现右旋圆偏振光，其余的蓝光则会被反射式偏光区块126B反射，而呈现左旋圆偏振光。前述该穿过反射式偏光区块126B的右旋圆偏振光当其再穿过相位延迟层124即转变为线性偏振光，且此线性偏振光的偏振方向实质上平行于吸收式偏光层122的穿透轴，从而穿透吸收式偏光层122。另外一方面，前述该被反射式偏光区块126G反射的左旋圆偏振光会被子发光单元B中的金属电极反射而转变为右旋圆偏振光，当其穿过相位延迟层124即转变为线性偏振光，且此线性偏振光的偏振方向实质上平行于吸收式偏光层122的穿透轴，而穿透吸收式偏光层122。依前述的方法操作，理论上由子发光单元G发出的绿光全部都可穿过各光学膜层而几乎无损失，进而达到提高绿光辉度的目的。
从图2A可知，对于因吸收式偏光片的存在所造成的亮度下降，可因置入具有反射式偏光区块126R、126G、126B的反射式偏光层而得到明显的改 善。
请参照图2B，当环境光E入射自发光型显示器100时，未被偏振化的环境光E会穿过吸收式偏光层122会被偏极化而呈现线性偏振光，且理论上光强度仅剩一半，此线性偏振光会穿过相位延迟层124而转变为右旋圆偏振光，此右旋圆偏振光会穿过反射式偏光层的区块126R、126G、126B。接着，穿过反射式偏光区块126R、126G、126B的右旋圆偏振光会被各子发光单元R、G、B的金属电极反射而转变为左旋圆偏振光，当此左旋圆偏振光分别经过反射式偏光区块126R、126G、126B时，以反射式偏光区块126R为例，其反射波域仅在红光的区域，所以前述从金属电极反射的左旋圆偏振光仅有部分的红光ER会被反射式偏光区块126R再反射回去金属电极，此部分被金属电极反射后的光会转变为右旋圆偏振光而能够穿过反射式偏光区块126R，且此部分被金属电极反射后的光线仅占反射式偏光区块126R的出光约1/3~1/4的比率(视反射式偏光区块126R的有效偏光反射的波长区段而定)，其余约2/3~3/4的光则会再穿越相位延迟层124而转变为线性偏振光，且此线性偏振光的偏振方向实质上平行于吸收式偏光层122（即线性偏光层）的吸收轴而被吸收掉。关于反射式偏光区块126G、126B，如同前述，在126G仅有环境光E中的绿光EG会被反射回子发光单元像素G的金属电极，而在126B仅有环境光中的蓝光EB会被反射回子发光单元像素B的金属电极。之后，如同前述，被金属电极反射的右旋圆偏振光即可穿过反射式偏光层，此部分的光约仅占该区块的出光约1/3~1/4(视126G、126B的有效偏光反射的波长区段而定)，其余约2/3~3/4的光则会再穿越相位延迟层124而转变为线性偏振光，且此线性偏振光的偏振方向实质上平行于吸收式偏光层122（即线性偏光层）的吸收轴而被吸收掉。因此，配置有反射式偏光区块126R、126G、126B的自发光元件可大幅降低环境光的反射、同时增加自身发光的亮度。
从图2B可知，反射式偏光区块126R、126G、126B可以降低环境光的反射量，有助于提升自发光型显示器100的对比度。
值得注意的是，本发明并不限定各个像素P必须是由能够发出红光的红色子发光单元R、能够发出绿光的绿色子发光单元G以及能够发出蓝光的蓝色子发光单元B所构成，意即R-G-B的三子发光单元设计(three sub light-emitting units design)，本发明的各个像素P也可以采用R-G-G-B的四子发光单元设计(four sub light-emitting units design)，或者是R-G-B-W的四子发 光单元设计(W为发白光)。当像素P采用不同的子发光单元设计时，反射式偏光层126中的反射式偏光区块亦须随之更动。
图3A至图3F为不同类型的反射式偏光区块的示意图。请参照图3A至图3F，本实施例的反射式偏光区块126R、126G、126B可以彼此邻接（如图3A与图3B所示），或者彼此分离设置。在一些实施例中，任二相邻的反射式偏光区块126R、126G、126B之间可以沟槽分隔，其沟槽在平面的宽度约为个反射式偏光区块126R、126G、126B宽度的1/10或以下（如图3C与图3D所示）。此外，本实施例的反射式偏光区块126R、126G、126B也可被遮光矩阵BM所分隔（如图3E与图3F所示）。在一实施例中，遮光矩阵BM使用深色(例如黑色)颜料。
实验数据
图4为不同类型的自发光型显示器对于环境光的反射率的示意图。请参照图4，曲线A1为在自发光型显示面板上设置吸收式偏光片与四分之一波长延迟片的组合（P+QWF）；曲线A2为在自发光型显示面板上设置吸收式偏光片、四分之一波长延迟片与像素化(pixelized)的反射式偏光层的组合（P+QWF+R、G、B）；而曲线A3为在自发光型显示面板上设置吸收式偏光片、四分之一波长延迟片与未像素化宽带类型(Non-pixelized Broad Band)的反射式偏光片的组合（P+QWF+BBCP）。上述四分之一波长延迟片是一种逆波长型式四分之一波长延迟片，其对于波长约为650纳米光线的平面上相位延迟量(Ro(650))为150，以及对于波长约为450纳米光线的平面上相位延迟量(Ro(450))为113，比值Ro(650)/Ro(450)为1.33。
从图4中的曲线A2与曲线A3可清楚得知，与未像素化宽带类型(Non-pixelized Broad Band)的反射式偏光片（厚度约3~5μm）的组合（P+QWF+”BBCP”）相较，本发明公开的像素化(pixelized)的反射式偏光层有助于降低自发光型显示面板中金属电极对于环境光的反射率。此处，各反射式偏光区块126R、126G、126B的厚度约3~5μm，有效偏光反射波长带宽范围约为60纳米。
本发明所公开的技术可同时增强自发光型显示器中各色光的光强度、且提供降低自发光型显示面板中金属电极对于环境光的反射率的效能。
下表1所述数据为表述在一自发光型显示器中分别置入各反射式偏光区块126R、126G、126B(即分色增亮层)后，测得各色光的光强度表现。
注一：光强(intensity)为所标示波长±2nm的平均值
注二：比率(ratio)基准(1.00)为P+QWF状态
表1
从表1可知，与未像素化宽带类型(Non-pixelized Broad Band)的反射式偏光片的组合（P+QWF+“BBCP”）相较，本发明所公开的像素化(pixelized)的反射式偏光层在R(代表波长610nm)、G(代表波长521nm)、G(代表波长454nm)分别提升(或相当于)其红光、绿光、蓝光的强度。
【第二实施例】
图5为本发明公开第二实施例中自发光型显示器的剖面示意图。请参照图5，本实施例的自发光型显示器100’与第一实施例的自发光型显示器100类似，然而二者主要差异之处在于：本实施例的自发光型显示器100’可进一步包括一第一粘着层130，而此第一粘着层130粘着于自发光型显示面板110与反射式偏光层126之间。上述的第一粘着层130可减少自发光型显示面板110与反射式偏光层126之间的界面反射。此外，第一粘着层130材料可视情况选择与反射式偏光层126折射率相近的材料，例如是与反射式偏光层126折射率相近的压克力树脂、环氧树脂、或聚氨酯树脂等材料。
【第三实施例】
图6为本发明公开第三实施例中自发光型显示器的剖面示意图。请参照图6，本实施例的自发光型显示器100”与第一实施例的自发光型显示器100类似，然而二者主要差异之处在于：本实施例的自发光型显示器100”可进一步包括一第一粘着层130以及一第二粘着层140，其中第一粘着层130粘着于自发光型显示面板110与反射式偏光层126之间，而第二粘着层140则粘着于相位延迟层124与吸收式偏光层122之间。此外，第二粘着层140材料可视情况选择与相位延迟层124或吸收式偏光层122折射率相近的材料，例 如是与反射式偏光层126折射率相近的压克力树脂、环氧树脂、或聚氨酯树脂等材料。
本发明公开前述的增亮迭层可以有效降低自发光型显示面板对于环境光的反射，进而提升自发光型显示器的发光效率（例如：亮度与对比度）。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明所加入、所公开者，本领域技术人员在不脱离本发明所公开的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。
Claims (12)
1.一种自发光型显示器，包括：
一自发光型显示面板，包括多个呈阵列排列的像素，且各该像素包括多个能够显示不同颜色的子发光单元；
一增亮迭层，配置于该自发光型显示面板上，该增亮迭层包括：
一吸收式偏光层；
一相位延迟层；以及
一反射式偏光层，其中该反射式偏光层位于该自发光型显示面板与该相位延迟层之间，该相位延迟层位于该吸收式偏光层与该反射式偏光层之间，而该反射式偏光层包括多个呈阵列排列的反射式偏光区块，各该反射式偏光区块分别对应于其中一个子发光单元配置，且各该反射式偏光区块的有效偏光反射波长带宽范围分别涵盖对应子发光单元的最高光强波长。
2.如权利要求1所述的自发光型显示器，其中该自发光型显示面板包括一有机电激发光显示面板。
3.如权利要求1所述的自发光型显示器，其中该吸收式偏光层包括一线性偏光层。
4.如权利要求1所述的自发光型显示器，其中该相位延迟层对于波长约为550纳米的光线的平面上的相位延迟量介于100纳米至150纳米之间。
5.如权利要求1所述的自发光型显示器，其中该相位延迟层的平面上的相位延迟量在可见光波长范围为一种逆波长分布形式。
6.如权利要求1所述的自发光型显示器，其中该相位延迟层对于波长约为650纳米光线的平面上相位延迟量相对于波长约为450纳米光线的平面上相位延迟量的比值介于0.8至1.4之间。
7.如权利要求1所述的自发光型显示器，其中这些反射式偏光区块的材质包括胆固醇液晶。
8.如权利要求1所述的自发光型显示器，还包括一遮光矩阵，其中这些反射式偏光区块被该遮光矩阵所分隔。
9.如权利要求1所述的自发光型显示器，其中这些反射式偏光区块为彼此分离设置，且任二相邻的反射式偏光区块之间以沟槽分隔。
10.如权利要求1所述的自发光型显示器，其中各该反射式偏光区块的有效偏光反射的波长带宽约为100纳米。
11.如权利要求1所述的自发光型显示器，还包括一第一粘着层，粘着于该自发光型显示面板与该反射式偏光层之间。
12.如权利要求1所述的自发光型显示器，还包括：
一第一粘着层，粘着于该自发光型显示面板与该反射式偏光层之间；以及
一第二粘着层，粘着于该相位延迟层与该吸收式偏光层之间。
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