CN104145210B - 光致发光彩色显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光致发光彩色显示器，其包含：显示面板，其包含多个由红、绿和蓝色子像素区域组成的像素；激发源，其可操作以产生用于操作所述显示器的激发辐射；和光致发光彩色元件板。所述板包含至少一种光致发光材料，例如磷光体材料或量子点，其可操作以响应于所述激发辐射而发射对应于所述显示器的红、绿和蓝色子像素区域的光。另外，所述光致发光彩色显示器可包含设于所述彩色元件板与所述激发源之间的波长选择性滤光片。所述滤光片具有透射特征，允许激发辐射通过以激发所述光致发光材料且同时避免光致发光光通过回到所述激发源，因而防止光在所述显示器的不同彩色子像素区域间交叉混色。

Description

光致发光彩色显示器
技术领域
本发明涉及使电信号转换成彩色影像的彩色显示器(例如平板显示器和彩色液晶显示器(LCD))领域。特定来说，本发明涉及其中使用光致发光材料以响应于来自背光源的激发辐射而产生彩色光的彩色透射式显示器，所述显示器是称为光致发光彩色显示器。
背景技术
照亮全世界且使人类可看见的光来自太阳能，其已知为太阳电磁波谱的可见光区域。此区域是总波谱的极狭窄区段，可见光区域是人眼可见部分。其范围是波长约440nm的极端蓝光或近紫外光到约690nm的红光或近红外光。可见光区域的中间段是约555nm的绿光。人类视觉是感受实际上由权重数量的所谓黑体辐射连续体组成的白光。为了产生人类观察者感受“白色”的光，光必须具有权重为约30％红(R)光、59％绿(G)光和11％蓝(B)光的组分。
甚至当所述RGB组分色中的一者的含量变化时，只要可调整其它两者的含量来补偿，就仍可感知光呈白光。例如，若使所述红光源位移至更长波长且若使其它两种彩色保持不变，则所述白光会显现更多青色。然而，通过使绿和蓝的权重分别改变至除其原始值11％和59％以外的水平则可恢复白平衡。人眼不具有将空间上接近的色彩解析成白光的个别红、绿和蓝(RGB)原色组分的能力，因为人类视觉系统可混合这三种组分而形成中间色。人类视觉仅记存(和/或侦测)所述三原色，且所有其它色彩是以这些原色的组合形式被感知。
目前使用的彩色液晶显示器(LCD)是基于由液晶(LC)单元的矩阵/阵列形成的图像元素或“像素”。已知穿过LC的光强度是可通过改变光响应于跨越LC所施加的电场、电压的偏振角来控制。就彩色LCD来说，各像素实际上由三个“子像素”组成：即一个红色、一个绿色和一个蓝色。此三个一组(triplet)子像素一起组成所谓的单一像素。人眼感知的单一白色像素实际上是具有权重强度的三个一组子像素，使得所述三个子像素中的每一个像素呈现具有相同亮度。同样地，当人眼看到实体白色线时，实际上显示的是一连串或一行的RGB三个一组。可通过将光源的光输出调谐至一组所需色彩坐标而操控多个子像素排列，由此对较大彩色板提供优异的显色指数(CRI)和动态色彩选择。
在当前彩色透射式LCD技术中，此调色是通过使用彩色滤光片来实现。传统彩色透射式LCD的操作原理是基于位于液晶(LC)矩阵背后的明亮白光背光源和位于液晶矩阵相反面的彩色滤光片面板。液晶矩阵是经数字化切换以调节来自所述背光源的白光到达各像素的各彩色滤光片的强度，由此控制RGB子像素所透射的彩色光量。离开彩色滤光片的光产生所述彩色影像。
典型LCD结构是其中液晶设于两个玻璃面板间的三明治状；一个玻璃面板包含切换元件，其控制跨越对应于各自子像素的LC的电极所施加的电压；且另一玻璃面板包含彩色滤光片。用于控制LC矩阵的位于结构背面(即面向所述背光源)的切换元件通常包含其中针对各子像素提供各TFT的薄膜晶体管(TFT)阵列。彩色滤光片玻璃面板是具有一组组合在一起的原色(红、绿和蓝)滤光片的玻璃板。光离开彩色滤光片玻璃面板以形成影像。
已知LC具有以所施加电场、电压的作用而旋转光的偏振面的性质。通过使用偏振滤光片并控制以跨越LC所施加的电场、电压作用的光偏振的旋转程度，而对各红、绿和蓝色子像素控制由背光源提供给滤光片的白光量。透过滤光片的光产生一系列用于产生观察者在TV屏幕或计算机监视器上看到的影像的色彩。
通常，用于背光的白光源包含汞填充型冷阴极荧光灯(CCFL)。CCFL管通常是玻璃且填充有惰性气体。当跨越位于管内的电极施加电压时，气体离子化且离子化气体产生紫外(UV)光。接着所述UV光激发一种或一种以上涂覆于玻璃管内部的磷光体，以产生可见光。反射器将可见光再导向至监视器并尽可能均匀地将其散布，以背光照明薄膜平板LCD。背光源本身始终界定所述色彩温度和可用的色彩空间，其通常达到约75％的NTSC(国家电视标准委员会)要求。
在已知LCD系统中，所述彩色滤光片是用于使LCD色彩鲜明的重要组件。薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)的彩色滤光片由包括在彩色滤光板上的三原色(RGB)组成。彩色滤光板的结构包含黑色(非透明)矩阵和树脂薄膜，树脂薄膜含有三原色染料或颜料。彩色滤光片的元件排成行并与所述TFT阵列型玻璃板上的单元像素一一对应。由于单元像素中的子像素过小以致无法个别辨别，因此RGB元件以三种色的混合形式呈现给人眼。因此，可通过混合这些三原色来产生具有一定质量的任何色彩。
近年来，高亮度发光二极管(LED)的发展已制得具有增强色谱的可能LED背光且已用于提供更宽广范围的显示器光谱色。另外，当联合反馈传感器时，LED背光照明已允许调谐白点，以确保显示器与预定性能一致地操作。
在这些基于LED的背光系统中，以相同比例混合来自红、绿和蓝色(RGB)LED的光输出以产生白光。遗憾的是，此方式要求复杂驱动电路以恰当地控制三种不同彩色LED的强度，因为各LED需要不同驱动条件故而需要不同电路。
另一选择方式是使用包含经黄色荧光磷光体涂覆的单一蓝色LED芯片的白色发光LED；黄色磷光体吸收一部分的由蓝色LED发射的蓝光，且随后以黄光重新发射所述光(以称为降频转换的方式)。通过使由黄色磷光体产生的黄光与来自蓝色LED的蓝光混合，产生遍及整个可见光谱的白光。或者，紫外光LED可经红-绿-蓝磷光体涂覆以产生白光；在此情况下，来自紫外LED的能量是实质上不可见，且由于其无法成为所得白光的组分，故其仅用作所述磷光体的激发源。遗憾的是，所述LED的白光产物无法良好地匹配用于当前LCD中的彩色滤光片，且浪费大量的背光强度。
美国专利US4,830,469提出一种LCD，其使用UV光来激发红、绿和蓝色发光磷光体子像素，由此无需RGB彩色滤光片。所述LCD是指光致发光彩色LCD。使用发射波长360nm到370nm UV光的汞灯作为背光源并在前衬底上设有红、绿和蓝色发光磷光体。经液晶矩阵调整后的UV光随后入射到前衬底的磷光体子像素上，其响应时发射红、绿和蓝光。
美国专利US6,844,903教示一种彩色透射式LCD，其对液晶层的背面提供波长460nm的均匀蓝光。经液晶层调整后的蓝光随后入射到位于所述液晶层上方的磷光体材料的背表面上。显示器的红色像素区域的第一磷光体材料经蓝光照射时产生红光，且显示器的绿色像素区域的第二磷光体材料经蓝光照射时产生绿光。蓝色子像素区域中并未沉积磷光体，因为蓝光是由所述背光源提供。适宜漫射体(例如散射粉)可位于蓝色子像素区域以使蓝像素匹配红和绿像素的视角性质。
美国专利申请公开案第US2006/0238103号和第US2006/0244367号教示一种光致发光彩色LCD，其分别使用波长360nm到460nm的UV光和波长390nm到410nm的近蓝-UV光以激发红、绿和蓝色发光磷光体子像素。使用近蓝-UV背光会减少由UV光引起的液晶恶化。
光致发光彩色LCD的另一实例公开于日本专利申请JP2004094039中。
本发明涉及一种光致发光彩色显示器，其利用光致发光材料如量子点、无机和有机磷光体材料，以产生子像素的不同彩色光。此项技术中需要一种使用基于RGB光致发光的显色方案以使色彩鲜明并增强影像亮度的彩色显示器。
发明内容
本发明的实施例涉及具有增强显色的低成本、高能量转化效率的彩色显示器(例如LCD)。根据本发明实施例的彩色显示器可实现具有高亮度和丰富鲜艳彩色的影像。所述增强彩色显示器具有应用于各种电子装置(包括(但不限于)电视、监视器和计算机监视器、卫星导航系统和手持式装置(例如移动电话和个人视频/音乐系统)的屏幕)中的用途。
在最通常构造中，本发明的彩色显示器包含用于产生待显示的影像的红-绿(RG)或红-绿-蓝(RGB)光致发光彩色元件板；和用于激发彩色元件板的光致发光材料(磷光体和/或量子点)的单色或准单色短波光源。
光致发光彩色显示器可包含：显示红、绿和蓝色子像素区域的显示面板；可操作以产生用于操作所述显示器的激发辐射的激发源；和彩色元件板。所述彩色元件板包含至少一种可响应于激发辐射而操作以发射对应于所述显示器的红、绿或蓝色子像素区域的光的光致发光材料。
由于所述光致发光过程是各向同性光致发光，因此产生的光是朝所有方向(包括那些回向远离所述显示器观看侧的激发源方向)产生。为防止此光从不同彩色子像素区域发射，所述彩色显示器可另外包含配置在所述彩色元件板与所述激发源之间的波长选择性滤光片。所述波长选择性滤光片是经构造以使来自所述激发源的激发辐射透射以激发所述光致发光材料且同时避免(通常通过反射)由所述光致发光材料产生的光穿过。所述滤光片可确保仅从正确子像素区域发射正确彩色光。
所述激发源可包含具有约400nm到约480nm范围内的激发波长的蓝光发射LED或具有约360nm到约400nm范围内的激发波长的UV LED。所述辐射源也可包含由作为背光源的汞(Hg)等离子放电[所述等离子也可来自惰性气体(例如氙(Xe)或氖(Ne))]产生的UV发射线，且所述UV发射线的中心波长可以是254nm。或者，所述单色或准单色激发源可具有147nm到190nm的波长。
通常，所述单色或准单色激发源可分类成两组中的一组：1)具有约200nm到约430nm范围内的波长，和2)具有约430nm到480nm范围内的波长。在任何情况下，这些均可被称作短波背光源。
当所述激发源可操作以发射UV激发辐射时，所述彩色显示器可更包含对应于蓝色子像素区域的蓝色光致发光材料，其响应于激发辐射而发射蓝光。
所述光致发光彩色显示器可更包含配置于所述显示面板的前板与背板之间的液晶，和界定所述显示器的红、绿和蓝色子像素区域且可操作以选择性引发跨越所述子像素区域中液晶的电场供选择性控制光透过所述子像素区域的电极矩阵。所述电极矩阵可包含薄膜晶体管(TFT)阵列，一个薄膜晶体管对应于各像素。所述TFT可设在所述显示器的前板或背板上。当使用UV激发辐射并避免UV激发辐射到达并破坏所述显示器液晶时，所述彩色元件板优选设在所述显示器的背板上以确保仅红、绿或蓝光到达所述液晶。
所述光致发光材料可设在所述背板的下表面或上表面上。
所述彩色显示器可更包含位于前板上的第一偏振滤光层和位于背板上的第二偏振滤光层且其中所述第一偏振滤光层的偏振方向的定向是垂直于所述第二偏振滤光层的偏振方向。
在一个实施例中，光致发光彩色显示器包含：显示面板，其包含多个由红、绿和蓝色子像素区域组成的像素；激发源，其可操作以产生用于操作所述显示器的激发辐射；光致发光彩色元件板，其包含对应于显示器的红色子像素区域且可响应于激发辐射而操作以发射红光的第一光致发光材料；对应于所述显示器的绿色子像素区域且可响应于激发辐射而操作以发射绿光的第二光致发光材料；和对应于所述显示器的蓝色子像素区域且可响应于激发辐射而操作以发射蓝光的第三光致发光材料；其特征为所述彩色元件板与所述激发源之间配置有波长选择性滤光片，所述波长选择性滤光片具有可使激发辐射穿过且避免由所述光致发光材料产生的光穿过的特征。
所述波长选择性滤光片可通过吸收光致发光产生的光或通过朝所述显示器前端的方向反射所述光而阻断所述光穿过，因此构成显示影像。所述波长选择性滤光片可经构造以具有长于所述激发辐射波长但短于由所述光致发光材料所产生的光的波长的临界波长。在某些实施例中，所述波长选择性滤光片包含分色滤光片(例如多层介质堆叠)。
为避免未转化的激发辐射从含光致发光材料的子像素区域发射，所述显示器可更包含位于所述显示面板的远离所述激发源的一侧的彩色滤光板且包含：第一滤光片区域，其对应于所述显示器的红色子像素区域且可操作以使红光穿过；第二滤光片区域，其对应于所述显示器的绿色子像素区域且可操作以使绿光穿过；和/或第三滤光片区域，其对应于所述显示器的蓝色子像素区域且可操作以使蓝光穿过。所述滤光片区域可包含具有对应于由各像素区域发射的光色的通带的带通滤光片。所述彩色滤光片不仅可避免未转化激发辐射透过且可用来窄化和/或调谐所述子像素区域的发光色。
所述光致发光材料可包含无机磷光体材料、有机磷光体材料、量子点材料、有机染料或其组合。
为确保显示器均匀发光，所述显示器可进一步包含配置于所述激发源与所述光致发光彩色元件板之间的光扩散层。
在其它实施例中，光致发光液晶显示器包含：显示面板，其包含透光前板和背板；激发源，其可操作以产生用于操作所述显示器的激发辐射；液晶，其配置于所述前板与背板之间；电极矩阵，其界定所述显示器的红、绿和蓝色子像素区域且可操作以选择性引发跨越所述子像素区域中的液晶的电场以控制光透过所述子像素区域；和光致发光彩色元件板，其特征为所述彩色元件板包含：对应于红色子像素区域且可响应于所述激发辐射而操作以发射红光的红色量子点材料；对应于绿色子像素区域且可响应于所述激发辐射而操作以发射绿光的绿色量子点材料；和/或对应于蓝色子像素区域且可响应于所述激发辐射而操作以发射蓝光的蓝色量子点材料。
所述量子点材料优选包含无镉材料，其包括：磷化铟(InP)；磷化铟镓(InxGa1-xP)；砷化铟(InAs)；硫化铜铟(CuInS2)；硒化铜铟(CuInSe2)；硒硫化铜铟(CuInSxSe2-x)；硫化铜铟镓(CuInxGa1-xS2)；硒化铜铟镓(CuInxGa1-xSe2)；硫化铜镓(CuGaS2)；硒化铜铟铝(CuInxAl1-xSe2)；硒化铜镓铝(CuGaxAl1-xSe2)；硫化铜铟硫化锌(CuInS2xZnS1-x)或硒化铜铟硒化锌(CuInSe2xZnSe1-x)。或者，所述量子点材料可包含含有镉的材料，例如硒化镉(CdSe)；硒化镉锌(CdxZn1-xSe)；硒硫化镉锌(CdZnSeS)；硒硫化镉(CdSexS1-x)、碲化镉(CdTe)；碲硫化镉(CdTexS1-x)；硫化镉(CdS)或硫化镉锌(CdxZn1-xS)。
所述量子点材料可包含核/壳纳米晶体，其含有呈洋葱状结构的不同材料。可使用沉积方法(例如接触式印刷法)使所述量子点材料以量子点薄层方式直接沉积于衬底上。
在其它实施例中，光致发光液晶显示器包含：显示面板，其包含透光前板和背板；激发源，其可操作以产生用于操作所述显示器的激发辐射；液晶，其配置于所述前板与背板之间；电极矩阵，其界定所述显示器的红、绿和蓝色子像素区域且可操作以选择性引发跨越所述子像素区域中的液晶的电场以控制光透过所述子像素区域；和光致发光彩色元件板，其特征为所述彩色元件板包含：对应于所述显示器的红色子像素区域且可响应于所述激发辐射而操作以产生红光的红色有机染料和红色量子点材料；对应于所述显示器的绿色子像素区域且可响应于所述激发辐射而操作以产生绿光的绿色有机染料和绿色量子点材料；和/或对应于所述显示器的蓝色子像素区域且可响应于所述激发辐射而操作以产生蓝光的蓝色有机染料和蓝色量子点材料。
在另一实施例中，光致发光液晶显示器包含：显示面板，其包含透光前板和背板；至少一个蓝色LED，其可操作以发射用于操作所述显示器的具有400nm到480nm波长范围的蓝激发光；液晶，其配置于所述前板与背板之间；电极矩阵，其界定所述显示器的红、绿和蓝色子像素区域且可操作以选择性引发跨越所述子像素区域中的液晶的电场以控制光透过所述子像素区域；其特征为对应于红色子像素区域且可响应于所述激发辐射而操作以发射红光的第一量子点材料和对应于绿色子像素区域且可响应于所述激发辐射而操作以发射绿光的第二量子点材料，其中对应于蓝色子像素区域的显示器上的区域可使蓝激发光透射。
在又一个实施例中，光致发光彩色显示器包含：显示面板，其包含多个由红、绿和蓝色子像素区域组成的像素；激发源，其可操作以产生用于操作所述显示器的激发辐射；光致发光彩色元件板，其包含至少以下中的一者：对应于所述显示器的红色子像素区域且可操作以响应于所述激发辐射而发射红光的第一光致发光材料；对应于所述显示器的绿色子像素区域且可操作以响应于所述激发辐射而发射绿光的第二光致发光材料；和对应于所述显示器的蓝色子像素区域且可操作以响应于所述激发辐射而发射蓝光的第三光致发光材料；其特征为彩色滤光板位于所述显示面板的远离所述激发源的一侧，其中所述彩色滤光板包含：对应于所述显示器的红色子像素区域且可操作以使红光穿过的第一滤光片区域；对应于所述显示器的绿色子像素区域且可操作以使绿光穿过的第二滤光片区域；和/或对应于所述显示器的蓝色子像素区域且可操作以使蓝光穿过的第三滤光片区域。
使用彩色滤光片的当前LCD技术仅可获得在液晶显示器前端可获得的光输出的约10％至20％效率。相反地，使用基于光致发光材料(磷光体和/或量子点)的显色方案(包括使用红-绿磷光体和/或量子点元件加上蓝色LED照明)的本发明实施例可具有至多90％的光输出效率。以更宽广彩色范围一起使用磷光体和/或量子点和LED背光源可呈现更真实的肤色和鲜红和鲜绿，以提供更好的对比度、纯度和临场感且符合新颖消费者预期。
附图说明
为更好地理解本发明，现将结合以下随附图式仅以举例方式描述本发明的实施例，其中：
图1是本发明光致发光彩色LCD的横截面示意图；
图2a是图1显示器的磷光体和/或量子点彩色元件板的单元像素的示意图；
图2b是图1显示器的磷光体和/或量子点彩色元件板的单元像素的示意图；
图3是图1中所示构造的另一实施例的横截面示意图；
图4a显示由UV和蓝光激发磷光体所产生的红、绿和蓝光的示意性正规化发射光谱；
图4b显示由量子点材料所产生的红、绿和蓝光的示意性正规化发射光谱；
图5是由蓝光背光照明的本发明另一光致发光彩色LCD的横截面示意图；和
图6是通过UV等离子放电背光照明的本发明另一光致发光彩色LCD的横截面示意图；
图7是显示器的波长选择性滤光片的示意图；
图8显示图7的波长选择性滤光片的示意性正规化透射和反射性质；
图9是通过UV光背光照明的本发明的具有彩色滤光片的另一光致发光彩色LCD的横截面示意图；和
图10是通过蓝光背光照明的本发明的具有彩色滤光片的另一光致发光彩色LCD的横截面示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种经设计以改良并增强电子显示器(例如液晶显示器(LCD))的亮度和鲜明度的新颖显色方案。
本发明的实施例包含两个关键组件：1)光致发光彩色面板(光致发光彩色元件板)，其具有对应于所述显示器的不同彩色像素区域的各者的光致发光材料区域；和2)用于激发所述彩色面板上的光致发光材料的单色或准单色短波长激发光源。另外，可在所述光致发光彩色面板与所述激发光源之间设有波长选择性滤光片，以防止光在所述显示器的不同像素区域间发生交叉混色。
参照图1，其显示本发明的第一实施例的光致发光彩色LCD100的横截面示意图。所述LCD100包含显示面板102和背光单元104。
所述背光单元104包含单一激发辐射源或多个辐射源106和光扩散板108。各辐射源106可以是单色或准单色，即可操作以发射具有狭窄波长范围/彩色的激发辐射。在图1的配置中，所述或各激发源106包含UV发射LED(波长范围360nm到400nm)、UV发射灯(254nm)、等离子放电(147nm到190nm)或光源如惰性气体填充型弧灯的UV放电。所述光扩散板108确保使显示面板102的整个表面经激发辐射实质上均匀照射。
所述显示面板102包含透明(透光)前(光/影像发射)板110、透明背板112和填充在所述前板与背板之间体积的液晶(LC)114。所述前板110包含玻璃板116，在其底面(即所述板面向LC114的面)上具有第一偏振滤光层118和接着为薄膜晶体管(TFT)层120。所述背板112包含玻璃板122，在其面向所述LC的上表面具有第二偏振滤光层124和透明共用电极板126(例如透明氧化铟锡，ITO)，和在其面向所述背光单元104的底侧具有光致发光彩色元件板128。另外，所述背板112可进一步包含位于光致发光彩色元件板128和背光单元104之间的波长选择性滤光片136。所述波长选择性滤光片将参考图7进行描述。
如下文描述，所述光致发光彩色元件板128包含不同光致发光彩色元件(子像素)130、132、134(其等响应于来自背光单元104的UV激发辐射而分别发射红(R)、绿(G)和蓝(B)光)的阵列。所述TFT层120包含TFT阵列，其中晶体管对应于所述光致发光彩色元件板128的各像素单元140的各个别彩色光致发光子像素130、132、134。通常，两个偏振滤光片118、124的偏振方向是以互相垂直的方式排列。
所述RGB光致发光彩色元件130、132、134以结果与现有技术LCD装置的彩色滤光片获得的结果类似的方式发挥作用，各RGB像素可产生一系列彩色。现有技术彩色滤光片与本发明所揭示的RGB光致发光彩色元件之间的差异是彩色滤光片仅使某些波长的光穿过，而所述光致发光材料(磷光体和/或量子点)响应于来自所述背光单元的UV辐射激发而产生选定波长(彩色)的光。换句话说，彩色滤光片仅使特定波长范围内的光透过，而所述RGB磷光体和/或量子点发射不同彩色光，而特定光谱宽度集中于峰值波长。
可将所述RGB光致发光彩色元件以类似于现有技术显示器的彩色滤光片的构造方式包装/构造在光致发光彩色元件板128上。此是说明于图2a中，其显示光致发光彩色元件板228的RGB单元像素240，其包含经对UV激发光致发光材料(例如磷光体和/或量子点)发射集中在红(R)、绿(G)和蓝(B)原色的三种光致发光彩色元件230、232、234填充的子像素三个一组。金属例如铬的栅罩(也称作黑色矩阵)238界定光致发光彩色元件(子像素)230、232、234并在光致发光子像素与单元像素之间提供非透明间隙。另外，黑色矩阵对TFT遮蔽杂射光并防止相邻子像素/单元像素之间相互串扰。为使黑色矩阵238反射最小化，可使用Cr和CrOx双层，但当然，所述层可包含除Cr和CrOx以外的材料。可使用包括光蚀刻微影术的方法使黑色矩阵薄膜(其可经溅镀沉积于光致发光材料下方或上覆于其上)图案化。
不同类型的光致发光材料如量子点、无机和有机磷光体材料可用于所述显示器的光致发光子像素。
量子点可包含不同材料，例如硒化镉(CdSe)。由量子点产生的光的色彩是由与所述量子点的纳米晶体结构有关的量子限制效应来实现。与其它光致发光材料相比，RGB量子点可产生纯(窄带宽)且饱和的发光色。各量子点的能阶与所述量子点的尺寸直接相关。例如，较大量子点(例如红色量子点)可吸收并发射具有相当低能量(即相对更长波长)光子。另一方面，更小尺寸的绿和蓝色量子点可吸收并发射具有相当高能量(更短波长)的光子。因此，可通过谨慎选择RGB量子点的尺寸来构造来自所述量子点的发射光的波长。另外，为避免镉在量子点中的毒性，预想使用无镉量子点和稀土(RE)掺杂型氧化物胶状磷光体萘颗粒的光致发光彩色显示器。据信使用量子点材料作为光致发光彩色显示器的子像素当然属于本发明。
可用于RGB光致发光彩色元件板128的红(R)、绿(G)和蓝(B)色量子点有各种组合物。适宜量子点组合物的实例示于表1。
量子点
表1实例量子点组合物的化学式
所述量子点材料可包含核/壳纳米晶体，其含有呈洋葱状结构的不同材料。例如，表1中的上述示例性材料可用作所述核/壳纳米晶体的核材料。
一种材料中核纳米晶体的光学性质可通过使另一种材料的磊晶外延而改变。根据要求而定，所述核/壳纳米晶体可具有单一壳或多个壳。所述壳材料可根据带隙工程加以选择。例如，所述壳材料可具有大于所述核材料的带隙，因此所述纳米晶体的壳可使所述光学活性核的表面与其周围介质分离。
在镉为主的量子点(例如CdSe量子点)的情况下，所述核/壳量子点可使用式CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS/ZnS或CdSe/ZnSe/ZnS来合成。类似地，就CuInS2量子点来说，所述核/壳纳米晶体可使用式CuInS2/ZnS、CuInS2/CdS、CuInS2/CuGaS2、CuInS2/CuGaS2/ZnS等予以合成。
除量子点以外，用于所述RGB光致发光彩色元件板的红、绿和蓝色子像素的光致发光材料可包含各种其它光致发光材料，包括有机和无机磷光体材料。有机磷光体的实例包括有机染料，例如红光发射染料、黄光发射染料和绿光发射染料。适宜红光发射染料的实例是ADS.TM.-100RE(美国染料源公司(American Dye Source Inc.)，加拿大)。适宜绿光发射染料的实例是ADS.TM.-085GE(美国染料源公司，加拿大)。
此外，有机染料可选自用于可经蓝光适当激发的可调谐染料激光的染料。可用发光染料可包括(但不限于)Lumogen.TM.F Red300(红光发射体)、Lumogen.TM.Red300Nanocolorant.TM.(红光发射体)和Lumogen.TM.F Yellow083(黄光发射体)(德国巴斯夫股份公司(BASF Aktiengesellschaft of Germany))和ADS.TM.100RE(红光发射体)(美国染料源公司，加拿大)。可用绿光发射染料可包括(但不限于)ADS.TM.085GE(美国染料源公司，加拿大)。
也存在各种可用于RGB光致发光彩色元件板128的红、绿和蓝色无机磷光体的组合物。所述主体材料通常是氧化物且可包含铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐或硼酸盐，但所述主体材料不限于这些化合物类别。所述红、绿和蓝色磷光体例如可包含经稀土元素(称作活化剂)掺杂的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、氧化物、氯化物、氟化物和/或氮化物。所述活化剂可包括二价铕或铈，但所述活化剂不限于这些元素。可使掺杂剂(例如卤素)替代地或填隙地并入晶格且可例如驻留在主体材料的氧晶格位点上和/或填隙在所述主体材料内。适宜磷光体组合物的实例和可激发其的波长范围示于表2。
表2实例磷光体组合物的化学式
存在各种可使RGB光致发光材料并入/并于光致发光彩色元件板玻璃板128上的方式。
例如，可使用印刷方法使RGB量子点直接沉积于衬底上。所述印刷方法可形成量子点薄层而不使用溶剂。因此，印刷方法可是简单且有效且具有高生产率。
大多数无机磷光体材料是硬质物质且个别颗粒可具有各种不规则形状。然而，已知磷光体可与丙烯酸树脂、聚酯、环氧化物、聚合物(例如聚丙烯和高-和低密度聚乙烯(HDPE、LDPE)聚合物)兼容，因此使其等直接并入塑性树脂可能有困难。材料可经浇铸、浸渍、涂覆、挤出或模塑。在某些实施例中，可优选使用主体批料以使所述含磷光体材料并入透明塑料中，随后将这些塑料涂覆于光致发光彩色元件板128的玻璃板122上。实际上，也可使用用于制造具有含RGB磷光体像素矩阵的等离子显示器面板的方法如丝网印刷、光蚀刻微影术和墨水印刷法中的任何一种，以制造本发明光致发光彩色元件板128。
本发明LCD的一个优点是由于在LC背光单元侧设有光致发光彩色元件板，此避免UV活化光到达所述LC并引起降解故而延长LC寿命。若所述液晶材料的UV吸收使激发强度严重衰减，则将激发源放置于光致发光彩色元件板附近可增强所述显示面板的量子效率。
图3说明本发明的另一光致发光彩色显示器300，其使用蓝光(400nm到480nm)活化光致发光材料。在整篇本说明书中，使用以图式数字置于前导的相似参考数字来表示相似部分。例如，图1的LC114在图3中表示为314。与图1中的显示器100相反，背光单元304并入用于分别激发红和绿色光致发光子像素(330、332)的蓝光发射二极管(LED)306。图2b是光致发光彩色元件板328的单元像素242。单元像素242包括两种分别发射红(R)和绿(G)光的蓝光可激发光致发光材料子像素(磷光体和/或量子点)230、232和保留空白(即不包含光致发光材料)以使来自蓝光发射LED背光单元304的蓝光透射的第三子像素。在此情况下，所述单色或准单色背光单元304发挥双重目的：首先，其产生蓝色激发辐射以激发所述红色和绿色光致发光材料，且其次，其提供背光的蓝色部分。另外，背板312可进一步包含位于光致发光彩色元件板328与背光单元304之间的波长选择性滤光板336。
红、绿和蓝色无机磷光体的示例性发射光谱是示意性地显示于图4a中。此外，红、绿和蓝色量子点材料的示例性发射光谱是示意性地显示于图4b中。应注意量子点的发射峰具有窄许多的光谱宽度，其对显示目的来说优选。将导致所述发射的示例性单色和/或准单色光源(背光单元)104、304是紫外(UV)光发射二极管(LED)和来自UV灯的单一个或多个窄线发射(例如(但不限于)来自汞灯的256nm线)。
在另一个实施例中，如图5中所述，背板512包括TFT板520和光致发光彩色元件板528两者。在此配置中，所述TFT板520可设在玻璃板522的面向LC的上表面上的第二偏振滤光片524上，且所述光致发光彩色元件板528是设在所述玻璃板的相反底面。在所述实施例中，背光单元504包含蓝光激发源且可包含一个或多个蓝光发射LED506。如同图3的实施例，仅红色530和绿色532光致发光材料子像素被并入所述光致发光彩色元件板528中，所述蓝激发光也作为显色必需的三原色中的第三者。另外，背板512可更包含配置于光致发光彩色元件板528与背光单元504之间的波长选择性滤光板536。
图6说明本发明的另一个实施例的光致发光彩色显示器600。在图6中，UV激发辐射是由气体如Hg(汞)、Xe(氙)或Ne(氖)的等离子放电644所产生，且所述等离子用于以与光致发光发射发生在等离子显示面板(PDP)中相同的方式激发所述RGB光致发光材料子像素630、632和634。然而，图6中所述的实施例与PDP的差异是在本实施例中仅单一等离子源对所有光致发光彩色像素640提供集体激发。此是与其中设有与光致发光像素相同数量等离子源且其中各个别光致发光像素是由其自身等离子源激发的等离子显示技术相反。
在未说明的其它实施例中，所述光致发光彩色元件板可设为前板(是液晶相对于背光单元的相反侧)的一部分。在所述配置中，所述TFT板可设在所述前板或背板上。
预期本发明的光致发光彩色显示器可产生可与等离子显示面板(PDP)技术媲美的丰富鲜艳彩色。已知彩色滤光片在LCD中是用于使彩色鲜明的重要组件，然而其等占制造成本的多达20％。本发明实施例尤其当使用蓝LED阵列提供背光时，预期显著降低成本，因为仅三分之二的子像素需要经光致发光材料(磷光体和/或量子点)涂覆。
此外，LED是作为背光激发源的优选选择，因为预期其等比其它光源具有更长寿命。LED是更耐用，因为其不存在可烧坏的灯丝、可破碎的易碎玻璃管、保护用移动部件和冷却器操作温度。实际上，估计LED的使用期限是最好荧光灯的两倍。通过调整LED的数目和密度，可获得高亮度值而不显著减损所述液晶显示器的预期寿命。此外，LED是更高效且更低功率消耗。
对更高效背光的需求已稳定增加。使用彩色滤光片的当前LCD技术仅为液晶显示器前端可获得的光输出的约10％至20％效率。相反地，使用基于光致发光的显色方案(包括使用红-绿色光致发光元件和蓝色LED照明)的本发明实施例可具有至多90％的光输出效率。此外，具有磷光体像素的液晶显示器的电视机也可提供极宽水平和垂直视角。
图7是可用于本发明的各种光致发光彩色显示器中的波长选择性滤光片736的示意图。由于所述光致发光过程是各向同性，因此光致发光产生的光是朝所有方向(包括那些回向背光单元的方向)发射。由于所述背光单元是所述显示器的所有像素的共用源，当所述光进入所述背光单元时，其可随后自不同彩色像素发射。例如，由绿色子像素产生的绿光可自红或蓝色子像素发射且所述发射会使所述显示器性能衰减。波长选择性滤光片736经构造以避免光从不同色彩的像素区域发射。
波长选择性滤光片736经构造以使来自激发源的激发辐射透射以激发所述光致发光材料且同时实质上避免(例如反射)由所述光致发光材料所产生的光穿过。所述滤光片可确保仅使正确色彩光自所述正确像素区域发射。
如图7中所示，可将所述波长选择性滤光片736配置于光致发光彩色元件板728与背光单元704之间。波长选择性滤光片736经构造以：
i)使由背光单元产生的波长λe的激发光以实质上不衰减的方式通过并激发位于光致发光彩色元件板728上的光致发光材料，其响应时产生不同(通常为更长)波长λp；
ii)使未转化的激发光被光致发光材料散射或以其它方式反射以返回通过背光单元(所述光随后可被其它像素利用)；和
iii)避免光致发光产生的光通过背光单元。
波长选择性滤光片736的示例性透射和反射特征是示意性地显示于图8中。如图8中所示，所述滤光片具有对高达临界波长λc几乎维持恒定最大值的透射率。随后，入射光的透射率降低至最小值。相反地，所述滤光片具有对于高达临界波长λc为最小值的反射率。优选将波长选择性滤光片736构造成具有比背光的波长λe长的临界波长λc以使激发光的透射率最大化。同时，也优选将波长选择性滤光片736构造成具有比由光致发光材料产生的发射光的波长λp短的临界波长λc以使光致发光产生的光反射最大化。波长选择性滤光片可包含分色滤光片，例如多层介质堆叠。
在另一个实施例中，如图9中所述，除光致发光彩色元件板928以外，背板912也包括彩色滤光板946。彩色滤光板946包括红色948、绿色950和蓝色952滤光元件阵列，其中各滤光元件对应于所述显示器中的各彩色子像素。例如，可使红色滤光元件948设置于覆于用于显示红色子像素的彩色元件板中的红色光致发光彩色元件。彩色滤光板946的功能是避免未转化的激发辐射从包含光致发光材料的像素区域发射。所述彩色滤光板可有益于利用量子点材料的光致发光显示器，因为难以保证激发光100％转化成光致发光。所述彩色滤光板可包含使用白色背光的已知显示器的彩色滤光板。通常，各种滤光区域包含具有对应于由各像素区域发射的光色的通带的带通滤光片。所述滤光片不仅避免未转化的激发辐射透射，且也可用于窄化和/或微调所述像素区域的发光色以使所述显示器性能优化。
在所述实施例中，背光单元904包含平面光导(波导)954，其具有一个或一个以上沿着所述光导954的一个或一个以上边缘设置的UV激发源906。在操作中，激发光是被耦合入所述光导的边缘并经内部全反射沿所述光导的整个体积传导以提供沿所述显示面板的整个表面的均匀照明。如其所示且为了避免光从背光单元逸出，所述光导背后可进一步包含光反射表面956。
光致发光彩色元件板928中的光致发光材料元件可吸收激发UV光并发射色彩与显示器对应的光。所述彩色滤光片可通过滤出不同色彩的光(例如背光和/或来自其它彩色元件的入射光)来改善显示。
此外，背板912可进一步包含配置于光致发光彩色元件板928与背光单元904之间的波长选择性滤光板936和可将来自光致发光彩色元件的发射光导向所述彩色滤光片的霍夫曼(Hoffman)滤光片958。
在另一个实施例中，如图10所述，除TFT板1020和光致发光彩色元件板1028以外，背板1012也包括彩色滤光板1046。彩色滤光板1046包括对应于所述显示器中的子像素色彩的彩色滤光元件阵列。例如，红色滤光元件可设于上覆用于显示红色子像素的红色磷光体元件或红色量子点元件。
在所述实施例中，背光单元1004包含一个或多个沿着光导1054的一个或一个以上边缘设置的蓝色激发光源1006。光致发光彩色元件板1028中的磷光体元件和/或量子点元件可吸收所述激发蓝光并发射色彩与显示器对应的光。
与图9的实施例相反，仅红色1030和绿色1032光致发光材料子像素被并入光致发光彩色元件板1028且所述蓝色激发光也作为显色所必需的三种原色中的第三者。
此外，背板1012可进一步包含配置于光致发光彩色元件板1028与背光单元1002之间的波长选择性滤光片1036和可将来自光致发光彩色元件板的发射光导向彩色滤光板的霍夫曼滤光片1054。
应了解本发明不限于所述特定实施例且可在本发明的范围内进行改变。例如，就易于制造来说，可于背板下表面上制造光致发光彩色元件板，在其它配置中，其可设在背板上表面上且第一偏振滤光片设在光致发光彩色元件板的顶部。

Claims (16)

1.一种光致发光彩色显示器，其包含：
显示面板，其包含多个红、绿和蓝色像素区域；
激发源，其可操作以产生用于操作所述显示面板的激发辐射；
所述显示面板包含光致发光彩色元件板，所述光致发光彩色元件板包含以下中的至少一者：包含红色量子点材料的第一光致发光材料，其对应于所述显示面板的红色像素区域且可操作以响应于所述激发辐射而发射红光；包含绿色量子点材料的第二光致发光材料，其对应于所述显示面板的绿色像素区域且可操作以响应于所述激发辐射而发射绿光；和包含蓝色量子点材料的第三光致发光材料，其对应于所述显示面板的蓝色像素区域且可操作以响应于所述激发辐射而发射蓝光；以及
彩色滤光板，其包含以下中的至少一者：第一滤光片区域，其对应于所述显示面板的红色像素区域且可操作以使红光穿过；第二滤光片区域，其对应于所述显示面板的绿色像素区域且可操作以使绿光穿过；以及第三滤光片区域，其对应于所述显示面板的蓝色像素区域且可操作以使蓝光穿过。
2.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述量子点材料在所述显示面板的背板的下表面或上表面上提供。
3.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述第一光致发光材料包含红色有机染料和红色量子点材料。
4.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述第二光致发光材料包含绿色有机染料和绿色量子点材料。
5.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述第三光致发光材料包含蓝色有机染料和蓝色量子点材料。
6.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述量子点材料包含无镉量子点。
7.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述量子点材料包含选自由以下组成的群组的材料：硒化镉(CdSe)，硒化镉锌(CdxZn1-xSe)，硒硫化镉锌(CdZnSeS)，硒硫化镉(CdSexS1-x)，碲化镉(CdTe)，碲硫化镉(CdTexS1-x)，硫化镉(CdS)，硫化镉锌(CdxZn1-xS)，磷化铟(InP)，磷化铟镓(InxGa1-xP)，砷化铟(InAs)，硫化铜铟(CuInS2)，硒化铜铟(CuInSe2)，硒硫化铜铟(CuInSxSe2-x)，硫化铜铟镓(CuInxGa1-xS2)，硒化铜铟镓(CuInxGa1-xSe2)，硫化铜镓(CuGaS2)，硒化铜铟铝(CuInxAl1-xSe2)，硒化铜镓铝(CuGaxAl1-xSe2)，硫化铜铟硫化锌(CuInS2xZnS1-x)，和硒化铜铟硒化锌(CuInSe2xZnSe1-x)。
8.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述量子点材料包含核/壳纳米晶体。
9.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述量子点材料是使用接触式印刷法以量子点层方式直接沉积于衬底上。
10.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，且进一步包含配置于所述光致发光彩色元件板与所述激发源之间的波长选择性滤光片，其中所述波长选择性滤光片的特征在于允许激发辐射穿过且实质上避免由所述光致发光材料所产生的光穿过。
11.根据权利要求10所述的光致发光彩色显示器，其中所述波长选择性滤光片实质上反射由所述光致发光材料所产生的光。
12.根据权利要求10所述的光致发光彩色显示器，其中所述波长选择性滤光片经构造具有长于激光辐射的波长但是短于由所述光致发光材料产生的光的波长的临界波长。
13.根据权利要求10所述的光致发光彩色显示器，其中所述波长选择性滤光片包含分色滤光片。
14.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其进一步包含配置于所述激发源与所述光致发光彩色元件板之间的光扩散层。
15.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述激发辐射选自由以下组成的群组：由至少一个LED产生的具有在360nm到400nm范围内的波长的UV光；由至少一个LED和气体的等离子放电产生的具有在400nm至480nm范围内的波长的蓝光。
16.根据权利要求1所述的光致发光彩色显示器，其中所述光致发光彩色元件板配置于所述激发源和所述彩色滤光板之间。
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