CN104064658B - 一种led显示屏及其3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED显示屏及其3D显示装置，利用短波长LED芯片阵列发出光穿过短波通滤光膜，照射光转换材料发光，或直接射出，实现彩色显示。在此基础上，设置扩散膜、增亮膜和视差屏障光栅，实现3D显示。相对现有技术，本发明只需对一种LED芯片进行驱动，驱动电路简单，稳定可靠。由于是利用量子点等材料的光致发光实现显示，且光通过扩散膜和增亮膜后，每个像素由点光源变成面光源，观看柔和，色域高，且能有效减少莫尔条纹。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED显示屏及其3D显示装置，属于LED显示领域。
背景技术
量子点(Quantum Dots，QDs)，又称纳米晶，当受到光或电的激发，便会发射不同波长荧光，即量子点不仅本身可以发光，还可以改变光源发出的光线颜色。通过控制量子点材料和尺寸，也可以调控量子点光致发光的波长，已被广泛应用于光电显示领域。如液晶显示器件的背光源中，将单色量子点作为液晶显示屏的背光模组的发光源，单色量子点在受到蓝光LED 激发后发出单色光与蓝光混合形成白色背景光，具有较大的色域，能提高画面品质，且提高背光的光源利用率。量子点LED 显示面板也是一种利用量子点实现彩色显示的显示面板。
LED即发光二极管，依靠电子与空穴复合时能辐射出可见光。LED显示技术已经得到了普遍的应用，LED显示技术具有高亮度、环保节能、响应速度快、耐冲击和性能稳定等优点，LED显示屏作为显示器、展示板、公告板等目的在需要大尺寸、高亮度的场合被广泛使用。传统LED显示屏一般采用半导体材料实现不同颜色的光，如磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，铟镓氮二极管发蓝光，三色LED进行混光，实现彩色显示。采用量子点替代半导体材料，即量子点发光二极管可改善显示色域，提高画面品质。量子点LED显示面板同样是利用三色量子点材料混光实现彩色显示。然而，三种量子点LED芯片由于材料不同，需分别制作三种不同材料发光层，不同发光材料相应的驱动电路系统参数和驱动方案各不相同，增加驱动复杂性，且显示不稳定。此外，由于每个LED都是属于点发光，观看时将会有较强刺眼的感觉。同时，根据传统LED屏制成的3D-LED显示装置， 由于LED封装边框的影响，莫尔条纹非常严重。
发明内容
针对LED显示屏及其3D显示装置存在的问题，本发明提供了一种LED显示屏及其3D显示装置，采用一种短波长（紫外或蓝光）激发量子点等光转换材料，实现彩色LED显示。
本发明的技术方案在于：
本发明涉及一种LED显示屏，其特征在于，包括：
（1）第一基板；
（2）与第一基板相对的第二基板；
（3）设置在第一基板上的紫外LED芯片阵列；
（4）根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜及黑色矩阵，所述长波通滤光膜能够透过可见光，并反射紫外光，所述黑色矩阵可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；
（5） 根据像素分布设置的图形化光转换材料层，所述光转换材料层指能吸收紫外光能量并且将该能量转换为红、绿、蓝可见光的材料；
（6）短波通滤光膜，设置于图形化光转换材料层与紫外LED芯片阵列之间，所述短波通滤光膜能够透过紫外LED芯片发出的紫外光，并反射光转换材料受激发出的可见光。
本发明还涉及另一种LED显示屏，其特征在于，还包括：
（1）第一基板；
（2）与第一基板相对的第二基板；
（3）设置在第一基板上的蓝光LED芯片阵列；
（4）根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜及黑色矩阵，所述长波通滤光膜能够透过波长长于蓝光的光，并反射蓝光，所述黑色矩阵可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；
（5）根据像素分布设置的图形化光转换材料层，所述光转换材料层指能吸收蓝光能量并且将该能量转换为红、绿可见光的材料；
（6）短波通滤光膜，设置于图形化光转换材料层与紫外LED芯片阵列之间，所述短波通滤光膜能够透过蓝光LED芯片发出的蓝光，并反射光转换材料受激发出的波长长于蓝光的光。
所述光转换材料为量子点、量子棒、量子阱、半导体荧光材料，或上述两种或以上混合物，包括单层结构或核壳结构。
所述光转换材料层为通过丝网印刷、喷墨打印、光刻刻蚀、3D打印方法将光装换材料图形化设置于一透明基片上形成的；不同尺寸的量子点、量子棒或量子阱，或不同结构成分的荧光材料在光照激发下，产生不同颜色可见光，在紫外LED芯片或蓝光LED芯片驱动电路的控制下，进行混合，形成鲜艳的显示色彩。
所述量子点尺寸为1nm～20nm，随着量子点尺寸增大，受激发出的光波长越长；所述量子棒直径为1nm～20nm，随着量子棒直径增大，受激发出的光波长越长，量子棒长度和直径比为1:1～50:1，随着长径比增大，受激发出的光偏振特性越强；所述量子阱每层厚度为0.1nm～10nm，周期为5～1000。
本发明还涉及一种基于上述LED显示屏下的3D显示装置，其特征在于：所述LED显示屏的第二基板外表面分别设置扩散膜和增量膜，使得LED屏出光更均匀，且修正光转换材料发出光的方向，并在增亮膜前设置视差屏障光栅。
本发明的优点在于：本发明驱动简单，稳定性好，且采用量子点发光，显示色域广；此外，由于采用光致发光，并设置了扩散膜和增亮膜，避免了传统LED点发光，均匀性好，观看柔和，且可有效减少莫尔条纹。
附图说明
图1为本发明第一实施例一种LED显示屏结构示意图。
图2为本发明第二实施例一种LED显示屏结构示意图。
图3为本发明第三实施例一种LED显示屏的3D显示装置结构示意图。
附图中，主要元件标记说明如下：
11、21、31—第一基板；12、22、32—第二基板；13、33—紫光LED芯片阵列；23—蓝光LED芯片阵列；14、24、34—长波通滤光膜；15、25、35—黑色矩阵；16、26、36—像素图形的光转换材料；161、261、361—红光光转换材料；162、262、362—绿光光转换材料；163、363—蓝光光转换材料；363—蓝光直接透射区域；17、27、37—短波通滤光膜；38—扩散膜；39—增量片；310—视差屏障光栅。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的LED显示屏及其3D显示装置进行详细说明。
参照图1，本发明第一种技术方案中一种LED显示屏，包括：
（1）第一基板；
（2）与第一基板相对的第二基板；
（3）设置在第一基板上的紫外LED芯片阵列；
（4）根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜及黑色矩阵，所述长波通滤光膜能够透过可见光，并反射紫外光，所述黑色矩阵可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；
（5） 根据像素分布设置的图形化光转换材料层，所述光转换材料层指能吸收紫外光能量并且将该能量转换为红、绿、蓝可见光的材料；
（6）短波通滤光膜，设置于图形化光转换材料层与紫外LED芯片阵列之间，所述短波通滤光膜能够透过紫外LED芯片发出的紫外光，并反射光转换材料受激发出的可见光。
参照图2，本发明第二种技术方案中一种LED显示屏，包括：
（1）第一基板；
（2）与第一基板相对的第二基板；
（3）设置在第一基板上的蓝光LED芯片阵列；
（4）根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜及黑色矩阵，所述长波通滤光膜能够透过波长长于蓝光的光，并反射蓝光，所述黑色矩阵可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；
（5）根据像素分布设置的图形化光转换材料层，所述光转换材料层指能吸收蓝光能量并且将该能量转换为红、绿可见光的材料；
（6）短波通滤光膜，设置于图形化光转换材料层与紫外LED芯片阵列之间，所述短波通滤光膜能够透过蓝光LED芯片发出的蓝光，并反射光转换材料受激发出的波长长于蓝光的光。
所述光转换材料为量子点、量子棒、量子阱、半导体荧光材料，或上述两种或以上混合物，包括单层结构或核壳结构。
所述光转换材料层为通过丝网印刷、喷墨打印、光刻刻蚀、3D打印等方法将光装换材料图形化设置于一透明基片上形成的；不同尺寸的量子点、量子棒或量子阱，或不同结构成分的荧光材料在光照激发下，产生不同颜色可见光，在紫外LED芯片或蓝光LED芯片驱动电路的控制下，进行混合，形成鲜艳的显示色彩。
所述量子点尺寸为2nm～20nm，随着量子点尺寸增大，受激发出的光波长越长；所述量子棒直径为2nm～20nm，随着量子棒直径增大，受激发出的光波长越长，量子棒长度和直径比为1:1～50:1，随着长径比增大，受激发出的光偏振特性越强；所述量子阱每层厚度为0.1nm～10nm，周期为5～1000。
参照图3，进一步的，本发明还提供一种LED显示屏的3D显示装置，在所述LED显示屏第二基板外表面分别设置扩散膜和增量膜，使得LED屏出光更均匀，且修正光转换材料发出光的方向，并在增亮膜前设置视差屏障光栅。
在图中，为了表示清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状（比如制造引起的偏差）。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
为了让一般技术人员更好的理解本发明，本发明提供具体实施例。优选的，本发明具体实施例中基板光转换材料采用量子点。下面通过实施例介绍本发明一种LED显示屏及其3D显示装置。
实施例一：
参照图1，本实施例为当采用紫外LED芯片时的具体方案，包括第一基板11；与第一基板相对的第二基板12；设置在第一基板上的紫外LED芯片阵列13；根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜14及黑色矩阵15，所述长波通滤光膜能够透过可见光，并反射紫外光，所述黑色矩阵15可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；根据像素分布设置的图形化光转换材料层16，所述光转换材料层指能吸收紫外光能量并且将该能量转换为红、绿、蓝可见光的材料；短波通滤光膜17，设置于图形化光转换材料层16与紫外LED芯片阵列13之间，所述短波通滤光膜17能够透过紫外LED芯片发出的紫外光，并反射光转换材料受激发出的可见光。
首先，在第一基板11上设置紫外LED芯片13，每一个紫外LED芯片13形成一个LED显示屏的子像素，由驱动电路控制其亮与灭。
每一个紫外LED芯片13发出的光穿过短波通滤光膜17，短波通滤光膜17具有穿过预定波长范围的光，而反射其他波长的光。本实施例中，波通滤光膜17可以穿过紫外光，但反射可见光，因此紫外LED芯片13发出的光可以穿过，激发光转换材料16，发出红、绿、蓝三种可见光，而可见光则会被短波通滤光膜17反射，大部分从第二基板穿过，增加LED的出光效率。
所述光转换材料为量子点、量子棒、量子阱、半导体荧光材料，或上述两种或以上混合物，包括单层结构或核壳结构。为了阐述清晰，优选的，本实施例以量子点材料为例。尺寸较大的量子点受激发出的光波长越长，尺寸较小，受激发出光的波长越短，量子点在各自的子像素区域内形成不同的尺寸以产生红（R）、绿（G）和蓝（B）三种光，使得本显示装置可以提供全彩色范围并显示全彩色图像。
量子点可以由元素周期表中的II-VI、III-V、III-VI、VI-IV 或IV 族半导体材料、其合金或者其混合物形成。当量子点 由II-VI 族元素形成时，包括硒化镉（CdSe）、硫化镉（CdS）、碲化镉（CdTe）、氧化锌（ZnO）、硒化锌（ZnSe）、硫化锌（ZnS）、碲化锌（ZnTe）、硒化汞（HgSe）、碲化汞（HgTe）以及镉硒化锌（CdZnSe）中的一种或一种以上的混合物形成。
当量子点由III-V 族元素形成时，包括由磷化铟（InP）、氮化铟（InN）、氮化镓（GaN）、锑化铟（InSb）、磷砷化铟（InAsP）、铟镓砷化物（InGaAs）、砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、锑化镓（GaSb）、磷化铝（AlP）、氮化铝（AlN）、砷化铝（AlAs）、锑化铝（AlSb）、硒碲化镉（CdSeTe）以及硒化锌镉（ZnCdSe）中的一种或一种以上混合物形成。
当量子点由VI-IV 族元素形成时，包括硒化铅（PbSe）、碲化铅（PbTe）、硫化铅（PbS）、碲锡铅（PbSnTe）以及碲化铊锡（Tl2SnTe5）或者它们中的一种以上混合物所形成。
优选的，本实施例中，红光光转换材料选用直径7nm的硒化镉（CdSe）量子点，绿光选用直径4nm的硒化镉（CdSe）量子点，蓝光选用直径2nm的硒化镉（CdSe）量子点。
在第二基板上，根据像素分布，设置图形化长波通滤光膜14及黑色矩阵15，所述长波通滤光膜14能够透过可见光，并反射紫外光，反射的紫外光可回收利用，再次用于激发光转换材料，增加光的利用效率。
所述黑色矩阵15为不透明的金属或油墨，可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰。
实施例二：
参照图2，本实施例为当采用蓝光LED芯片时的具体方案，包括第一基板21；与第一基板相对的第二基板22；设置在第一基板上的蓝光LED芯片阵列23；根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜24及黑色矩阵25，所述长波通滤光膜24能够透过波长长于蓝光的光，并反射蓝光，所述黑色矩阵25可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；根据像素分布设置的图形化光转换材料层26，所述光转换材料层指能吸收蓝光能量并且将该能量转换为红、绿可见光的材料；短波通滤光膜27，设置于图形化光转换材料层与紫外LED芯片阵列之间，所述短波通滤光膜27能够透过蓝光LED芯片发出的蓝光，并反射光转换材料受激发出的波长长于蓝光的光。
首先，在第一基板21上设置蓝光LED芯片23，每一个蓝光LED芯片23形成一个LED显示屏的子像素，由驱动电路控制其亮与灭。
每一个蓝光LED芯片23发出的光穿过短波通滤光膜27，短波通滤光膜27具有穿过预定波长范围的光，而发射其他波长的光。本实施例中，波通滤光膜27可以穿过蓝光，但反射绿光和红光，因此蓝光LED芯片23发出的光可以穿过，激发光转换材料26，发出红光和绿光，而红光和绿光则会被短波通滤光膜27反射，大部分从第二基板穿过，增加LED的出光效率。本实施例中，由于使用的蓝光LED芯片可以直接当做显示蓝光的子像素，因此在设置蓝光光转换材料的位置和蓝光子像素263对应的长波通滤光膜位置可以空着，让蓝光LED芯片的光直接穿过第二基板22。
所述红光和绿光光转换材料为量子点、量子棒、量子阱、半导体荧光材料，或上述两种或以上混合物，包括单层结构或核壳结构。为了阐述清晰，优选的，本实施例以量子点材料为例。尺寸较大的量子点受激发出的光波长越长，尺寸较小，受激发出光的波长越短，量子点在各自的子像素区域内形成不同的尺寸以产生红（R）、绿（G）两种光，结合蓝光LED芯片的蓝光（B），使得本显示装置可以提供全彩色范围并显示全彩色图像。
量子点可以由元素周期表中的II-VI、III-V、III-VI、VI-IV 或IV 族半导体材料、其合金或者其混合物形成。当量子点 由II-VI 族元素形成时，包括硒化镉（CdSe）、硫化镉（CdS）、碲化镉（CdTe）、氧化锌（ZnO）、硒化锌（ZnSe）、硫化锌（ZnS）、碲化锌（ZnTe）、硒化汞（HgSe）、碲化汞（HgTe）以及镉硒化锌（CdZnSe）中的一种或一种以上的混合物形成。
当量子点由III-V 族元素形成时，包括由磷化铟（InP）、氮化铟（InN）、氮化镓（GaN）、锑化铟（InSb）、磷砷化铟（InAsP）、铟镓砷化物（InGaAs）、砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、锑化镓（GaSb）、磷化铝（AlP）、氮化铝（AlN）、砷化铝（AlAs）、锑化铝（AlSb）、硒碲化镉（CdSeTe）以及硒化锌镉（ZnCdSe）中的一种或一种以上混合物形成。
当量子点由VI-IV 族元素形成时，包括硒化铅（PbSe）、碲化铅（PbTe）、硫化铅（PbS）、碲锡铅（PbSnTe）以及碲化铊锡（Tl2SnTe5）或者它们中的一种以上混合物所形成。
优选的，本实施例中，红光光转换材料选用直径7nm的硒化镉（CdSe）量子点，绿光选用直径4nm的硒化镉（CdSe）量子点。
在第二基板22上，根据像素分布，设置图形化长波通滤光膜24及黑色矩阵25，所述长波通滤光膜能够透过红光和绿光，并反射蓝光光，反射的蓝光可回收利用，再次用于激发光转换材料，增加光的利用效率。
所述黑色矩阵为不透明的金属或油墨，可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰。
实施例三：
参照图3，本实施例为在实施例一LED显示屏的基础上，形成3D显示装置。
LED包括第一基板31；与第一基板相对的第二基板32；设置在第一基板上的紫外LED芯片阵列33；根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜34及黑色矩阵35，所述长波通滤光膜34能够透过可见光，并反射紫外光，所述黑色矩阵35可以减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；根据像素分布设置的图形化光转换材料层36，所述光转换材料层指能吸收紫外光能量并且将该能量转换为红、绿、蓝可见光的材料；短波通滤光膜37，设置于图形化光转换材料层与紫外LED芯片阵列之间，所述短波通滤光膜38能够透过紫外LED芯片发出的紫外光，并反射光转换材料受激发出的可见光。
上述LED显示屏由于采用黑色矩阵，可能使得其3D显示装置形成严重的莫尔条纹，本发明在第二基板的外表面设置一层扩散膜38，使得从光转换材料发出的光变得更加均匀，而且可以掩盖黑色矩阵。在扩散膜的外表面设置一层增亮膜39，本实施例中，所述增亮膜采用具有一定角度的棱镜形状几何结构，使得从扩散膜出射的光朝着垂直基板表面的方向，增加出光效率。
最后，在显示屏的前方设置视差屏障光栅310，用于立体分光。所述视差屏障光栅为狭缝光栅或柱透镜光栅，光栅的角度可以是垂直或倾斜。
至此，一种LED屏的3D显示装置形成。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种LED显示屏，其特征在于，包括：
（1）第一基板；
（2）与第一基板相对的第二基板；
（3）设置在第一基板上的紫外LED芯片阵列；
（4）根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜及黑色矩阵，所述长波通滤光膜能够透过可见光，并反射紫外光，所述黑色矩阵能够减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；
（5） 根据像素分布设置的图形化光转换材料层，所述光转换材料层指能吸收紫外光能量并且将该能量转换为红、绿、蓝可见光的材料；
（6）短波通滤光膜，设置于图形化光转换材料层与紫外LED芯片阵列之间，所述短波通滤光膜能够透过紫外LED芯片发出的紫外光，并反射光转换材料受激发出的可见光；
所述光转换材料为量子点、量子棒、量子阱，或上述两种或以上混合物，包括单层结构或核壳结构；所述光转换材料层为通过丝网印刷、喷墨打印、光刻刻蚀、3D打印方法将光装换材料图形化设置于一透明基片上形成的；不同尺寸的量子点、量子棒或量子阱在光照激发下，产生不同颜色可见光，在紫外LED芯片或蓝光LED芯片驱动电路的控制下，进行混合，形成鲜艳的显示色彩；
所述量子点尺寸为1nm～20nm，随着量子点尺寸增大，受激发出的光波长越长；所述量子棒直径为1nm～20nm，随着量子棒直径增大，受激发出的光波长越长，量子棒长度和直径比为1:1～50:1，随着长径比增大，受激发出的光偏振特性越强；所述量子阱每层厚度为0.1nm～10nm，周期为5～1000。
2.一种LED显示屏，其特征在于，还包括：
（1）第一基板；
（2）与第一基板相对的第二基板；
（3）设置在第一基板上的蓝光LED芯片阵列；
（4）根据像素分布，设置在第二基板上的图形化长波通滤光膜及黑色矩阵，所述长波通滤光膜能够透过波长长于蓝光的光，并反射蓝光，所述黑色矩阵能够减少或防止各个像素之间不同颜色光干扰；
（5）根据像素分布设置的图形化光转换材料层，所述光转换材料层指能吸收蓝光能量并且将该能量转换为红、绿可见光的材料；
（6）短波通滤光膜，设置于图形化光转换材料层与紫外LED芯片阵列之间，所述短波通滤光膜能够透过蓝光LED芯片发出的蓝光，并反射光转换材料受激发出的波长长于蓝光的光；
所述光转换材料为量子点、量子棒、量子阱，或上述两种或以上混合物，包括单层结构或核壳结构；所述光转换材料层为通过丝网印刷、喷墨打印、光刻刻蚀、3D打印方法将光装换材料图形化设置于一透明基片上形成的；不同尺寸的量子点、量子棒或量子阱在光照激发下，产生不同颜色可见光，在紫外LED芯片或蓝光LED芯片驱动电路的控制下，进行混合，形成鲜艳的显示色彩；所述量子点尺寸为1nm～20nm，随着量子点尺寸增大，受激发出的光波长越长；所述量子棒直径为1nm～20nm，随着量子棒直径增大，受激发出的光波长越长，量子棒长度和直径比为1:1～50:1，随着长径比增大，受激发出的光偏振特性越强；所述量子阱每层厚度为0.1nm～10nm，周期为5～1000。
3.一种基于权利要求1或2任一项所述的LED显示屏下的3D显示装置，其特征在于：所述LED显示屏的第二基板外表面分别设置扩散膜和增量膜，使得LED屏出光更均匀，且修正光转换材料发出光的方向，并在增亮膜前设置视差屏障光栅。
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