CN104676493A - 广色域光学膜片、其制备方法及led背光模组 - Google Patents

广色域光学膜片、其制备方法及led背光模组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种广色域光学膜片、其制备方法和应用该膜片的LED背光模组，其中，该广色域光学膜片包括层叠设置的第一荧光转换层和第二荧光转换层，所述第一荧光转换层为第一荧光转换材料和热固性胶体混合而成，所述第二荧光转换层为第二荧光转换材料和热固性胶体混合而成，其中，所述第一荧光转换材料为在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料，所述第二荧光转换材料为在550-620nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料。采用本发明提供的光学膜片，在不改变背光模组的LED色纯度及CF滤光性能的基础上就可实现更广的色域。

Description

广色域光学膜片、其制备方法及LED背光模组
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种广色域光学膜片、其制备方法及应用了该光学膜片的LED背光模组。
背景技术
液晶电视的色彩表现度受到越来越多人的关注，已成为背光领域发展的新趋势。色彩表现度可用NTSC来定量衡量，NTSC越高其可表现的色彩越丰富。整个TV中NTSC取决于两个方面：1、LED的色纯度；2、滤光片(Color filter，CF)的质量；
LED的色纯度取决于封装的红色(R)、绿色(G)荧光粉的半波峰宽，一般来说G/R粉的半峰宽越窄其NTSC越高，若需要将LED的NTSC值做到90％以上，则需要G/R粉的发射峰半峰宽控制在50nm以下。但以现有的技术水平，传统LED所用的G粉其发射峰半峰宽很难做到50nm以下、R粉半峰宽很难做到70nm以下，且传统LED对其所用的G/R粉兼有荧光转换效率的要求，即传统LED荧光粉制约了封装的光源NTSC值。如何降低LED所用G/R粉半波峰宽对模组NTSC的影响，突破荧光粉对NTSC的局限使整个背光模组达到更广色域，成为目前亟需要解决的技术问题。
另一方面，CF对R、G、B三色的滤光性能也影响着整个模组NTSC高低。CF中R、G、B三色滤过光的范围越窄，透过CF的色纯度越好，其NTSC越高。虽然CF可一定程度上突破荧光粉对NTSC的局限，但CF的制作过程复杂，包括软烤、曝光对准、显影、光阻剥离、硬烤等步骤，且价格昂贵。且滤过光的范围越窄，其制作越困难。如何降低CF滤光性能对整个背光模组NTSC的影响，使整个背光模组达到更广色域，成为另一个急需解决的技术问题。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供一种广色域的光学膜片，采用本发明提供的光学膜片，在不改变背光模组的LED色纯度及CF滤光性能的基础上就可实现更广的色域。
本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：
一种广色域光学膜片，包括层叠设置的第一荧光转换层和第二荧光转换层，所述第一荧光转换层为第一荧光转换材料和热固性胶体混合而成，所述第二荧光转换层为第二荧光转换材料和热固性胶体混合而成，其中，所述第一荧光转换材料为在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料，所述第二荧光转换材料为在550-620nm波段范围有峰值吸收的的荧光转换材料。
优选的，所述第一荧光转换材料在第一荧光转换层中的重量百分比为0.5％～10％，所述第二荧光转换材料在第二荧光转换层中的重量百分比为0.5％～10％。本发明的光学膜片，其第一、第二荧光转换层中，在460-510nm和550-620nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料的添加量，对光学膜片的性能有很大影响，可影响应用了该光学膜片的整个LED背光模组的NTSC及亮度。本申请发明人发现，这两种荧光转换材料的添加量过低时，光学膜片的NTSC的提升不明显，但其添加量过多会则会降低LED的亮度，将第一、第二荧光转换材料的添加量控制为其所在的荧光转换层重量的0.5％-10％效果较佳，这样制得的光学膜片的亮度和色域均更佳。
优选的，所述第一荧光转换材料具有如下性质：吸收峰值波长在460-510nm之间，半峰宽小于40nm，104L·mol-1·cm-1<吸收系数ε<106L·mol-1·cm-1。优选采用具有该性质的第一荧光转换材料，其可以更好的吸收掉对NTSC贡献值为负的蓝绿光，从而提升LED背光模组的NTSC。
在本发明一些具体实施方案中，所述第一荧光转换材料选自在460-510nm波段范围有峰值吸收的掺杂Pr3+的β-赛隆、钨酸盐、有机化合物中的一种或多种。这些优选的第一荧光转换材料，可使得在使用现有的G/R荧光粉的LED上，获得更高的NTSC值。或者可在某一NTSC值的需求下，令使用的G/R荧光粉具有更广的选择范围。
优选的，所述第二荧光转换材料具有如下性质：吸收峰值波长在550-620nm之间，半峰宽小于50nm，104L·mol-1·cm-1<吸收系数ε<106L·mol-1·cm-1。优选采用具有该性质的第二荧光转换材料，其可以更好的吸收掉对NTSC贡献值为负的橙黄光，从而进一步提升LED背光模组的NTSC。
在本发明的一些具体实施方案中，所述第二荧光转换材料选自在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd的配合物，该优选的第二荧光转换材料，可使得在使用现有的G/R荧光粉的LED上，获得更高的NTSC值。或者可在某一NTSC值的需求下，令使用的G/R荧光粉具有更广的选择范围。
在本发明一些具体实施方案中，所述热固性胶体具体可选自硅胶、硅树脂或环氧树脂中的一种或多种。
进一步的，所述第一荧光转换层位于所述光学膜片的出光面。
本发明第二方面提供一种制备如上文所述的广色域光学膜片的方法，包括如下步骤：
将所述第一荧光转换材料和热固性胶体混合均匀，得第一荧光胶；
将所述第二荧光转换材料和热固性胶体混合均匀，得第二荧光胶；
将第一荧光胶置于模具中并热压成第一荧光转换层；在第一荧光转换层表面热压第二荧光胶，得第二荧光转换层；将含有第一、第二荧光转换层的膜片从模具中分离，经烘烤后得所述广色域光学膜片。
本发明提供的广色域光学膜片可应用于LED背光模组中，以获得广色域LED背光模组，该背光模组可以是侧入式或直下式的LED背光模组。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1、采用本发明结构的光学膜片，其采用含有在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料为第一荧光转换层，采用含有在550-620nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料为第二荧光转换层，其第一荧光转换层含有的在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料将影响色纯度的B/G之间重叠的蓝绿光波段吸收，其第二荧光转换层含有的在550-620nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料将影响色纯度的G/R之间重叠的橙黄光波段吸收，利用本发明特殊结构的光学膜片的LED背光模组，在不改变LED色纯度及CF滤光性能的基础上可实现更广的色域，降低了背光模组NTSC对LED色纯度及CF滤光性能的苛刻要求。
2、采用本发明结构的光学膜片可突破现有NTSC的极限，实现整个背光模组的超高NTSC。
3、采用本发明优选的第一、第二荧光转换材料制得的光学膜片，其较为容易获得较高的色纯度，可大大降低LED背光模组的高NTSC值对所需的LED发光器件的绿色荧光粉、红色荧光粉窄半峰宽的要求，从而可更容易的获得更高的NTSC值。
附图说明
图1为现有的R/G荧光粉组合的典型光谱图。
图2为本发明光学膜片的一种结构示意图。
图3为实施例1中第一荧光转换层中所添加的β-赛隆化合物的激发发射光谱图。
图4为实施例2中第一荧光转换层中所添加的钨酸盐化合物的激发发射光谱图。
图5为实施例1、2的第二荧光转换层中所添加的含Nd配合物的激发发射光谱图。
图6为本发明实施例3的LED直下式背光模组的结构示意图。
图7为本发明实施例4的LED侧入式背光模组的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种广色域光学膜片，该光学膜片其包括两个荧光转换层，分别是第一荧光转换层和第二荧光转换层，二者层叠设置。第一、第二荧光转换层分别采用第一、第二荧光转换材料和热固性胶体混合而成。其中，第一荧光转换材料为在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料，第二荧光转换材料为在550-620nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料。第一、第二荧光转换材料二者在第一、第二荧光转换层中的重量百分比均优选为0.5％～10％。第一荧光转换材料更优选为具有如下性质的荧光转换材料：吸收峰值波长在460-510nm之间，半峰宽(FWHM)小于40nm，104L·mol-1·cm-1<ε(吸收系数)<106L·mol-1·cm-1；第二荧光转换材料更优选为具有如下性质的荧光转换材料：吸收峰值波长在550-620nm之间，半峰宽(FWHM)小于50nm，104L·mol-1·cm-1<ε(吸收系数)<106L·mol-1·cm-1。本发明利用在460-510nm和550-620nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料将影响色纯度的G/B、G/R之间重叠的蓝绿光和橙黄光波段吸收，同时不影响G/B、G/R峰值的强度，在原有NTSC基础上可实现更广的色域。
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种广色域的光学膜片100，其结构示意图参见图2，其包括两个互相层叠设置的荧光转换层，分别称为第一荧光转换层102、第二荧光转换层101。其第一荧光转换层102由在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料和硅胶混合而成，其第二荧光转换层101由在550-620nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料与硅胶混合而成。为了便于描述和区分，将第一荧光转换层所用的荧光转换材料称为第一荧光转换材料，将第二荧光转换层所用的荧光转换材料称为第二荧光转换材料。其中，第一荧光转换层其位于光学膜片的出光面。本实施例中，所用的第一荧光转换材料具体为在460-510nm波段范围有峰值吸收的β-赛隆化合物，其具体结构为Si6-zAlzOzN8-z:Prx；所用的第二荧光转换材料具体为在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd的配合物，其具体结构为Nd(BTC)。
本实施例，其光学膜片具体按照如下方法制造：
制造第一荧光胶：将在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料Si6-zAlzOzN8-z:Prx(第一荧光转换材料)与硅胶混合后搅拌均匀、脱泡，得第一荧光胶的混合料。其中，Si6-zAlzOzN8-z:Prx所占重量百分比为2％，其余物料均为硅胶。
制造第二荧光胶：将在550-620nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料Nd(BTC)(即第二荧光转换材料)与硅胶混合后搅拌均匀、脱泡，得第二荧光胶的混合料。其中，Nd(BTC)所占的重量百分比为2％，其余物料均为硅胶。
将第一荧光胶的混合料在模具中热压，模具温度恒定于60℃-180℃的某一值，视硅胶固化特性而定，得第一荧光转换层；
在第一荧光转换层的表面继续热压第二荧光胶的混合料，热压温度恒定于60℃-180℃的某一值，视硅胶固化特性而定，得到第二荧光转换层；
将含有以上两层荧光转换层的膜片从模具中分离，经烘烤后得到广色域光学膜片。
本实施例的第一荧光转换层中所添加的在460-510nm波段范围有峰值吸收的β-赛隆化合物Si6-zAlzOzN8-z:Prx，其在460-500nm之间的峰值吸收峰可有效的吸收G/B之间重叠的蓝绿光，在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd配合物可有效吸收G/R之间的重叠光。并且，在460-510nm波段范围有峰值吸收的β-赛隆化合物其发射峰位于600-640nm，其在600-610nm对LED的NTSC的贡献值为负的发射光被第二荧光转换层中所添加的在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd配合物吸收，而保留其在610-640之间的发射光。
相比传统的采用单独的G/R荧光粉制备的光学膜片，本实施例的光学膜片其NTSC可提高5％。应用本实施例光学膜片的LED其NTSC最高可达95％以上；另外，第一荧光转换层中所添加的在460-510nm波段范围有峰值吸收的β-赛隆化合物Si6-zAlzOzN8-z:Prx，其在610-640nm的红光还可提高LED的亮度，实现NTSC及亮度的同时提升。图3所示为本实施例中的第一荧光转换层中所添加的在460-510nm波段范围有峰值吸收的β-赛隆化合物Si6-zAlzOzN8-z:Prx的激发发射光谱图，图5所示为本实施例中的第二荧光转换层中所添加的在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd配合物的激发发射光谱图。
实施例2
本实施例提供了一种广色域的光学膜片，其和实施例1基本相同，对于相同之处不再赘述，下面对不同之处进行说明。本实施例提供的光学膜片和实施例1相比，其不同之处在于：本实施例的光学膜片，其第一荧光转换层中所用的第一荧光转换材料为在460-510nm波段范围有峰值吸收的钨酸盐化合物，其具体结构为Na5Y(MoO4)4:Sm3+；其第二荧光转换层所用的第二荧光转换材料为在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd配合物，其具体结构为Nd(BTC)。
本实施例，具体按照如下方法在制备光学膜片：
制造第一荧光胶：将所述在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料Na5Y(MoO4)4:Sm3+与硅胶混合后搅拌均匀、脱泡，得第一荧光胶的混合料。其中，Na5Y(MoO4)4:Sm3+所占重量百分比为1％，其余物料均为硅胶。
制造第二荧光胶，其材料、物料配比、方法与实施例1基本相同，不再赘述。
将第一荧光胶的混合料在模具中热压，模具温度恒定于60℃-180℃的某一值，具体设定温度视硅胶固化特性而定，得第一荧光转换层；
在第一荧光转换层的表面继续热压第二荧光胶的混合料，热压温度恒定于60℃-180℃的某一值，具体设定温度视硅胶固化特性而定，得到第二荧光转换层；
将含有以上两层荧光转换层的膜片从模具中分离，经烘烤后得到广色域光学膜片。
本实施例的第一荧光转换层中所添加的在460-510nm波段范围有峰值吸收的钨酸盐化合物为Na5Y(MoO4)4:Sm3+，其在460-490nm之间的峰值吸收峰可有效的吸收B/G之间的重叠光；第二荧光转换层中所添加的在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd配合物，其在550-620nm之间的峰值吸收峰可有效的吸收在600-610nm波段范围的对LED的NTSC的贡献值为负的发射光，而保留其在610-640之间的发射光，并且在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd配合物可有效吸收G/R粉之间的重叠光。相比传统的采用单独的G/R荧光粉制备的光学膜片，本实施例的光学膜片其NTSC可提高1％-5％，采用本实施例光学膜片的LED其NTSC最高可达95％以上。图4所示为本实施例中的第一荧光转换层中所添加的在460-510nm波段范围有峰值吸收的钨酸盐化合物为Na5Y(MoO4)4:Sm3+的激发发射光谱图，图5所示为本实施例中的第二荧光转换层中所添加的在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd配合物的激发光谱图。
本发明提供的广色域光学膜片可以应用于LED背光模组中，譬如直下式或侧入式的背光模组。下面通过实施例3、4做进一步介绍。
实施例3
本实施例提供一种广色域LED直下式背光模组200，该背光模组200其结构采用现有的LED直下式背光模组结构即可，其和现有的LED直下式背光模组的主要不同在于该背光模组其采用了本发明实施例1或实施例2提供的广色域光学膜片100。图6具体示出的为一种采用了实施例1的广色域光学膜片100的LED直下式背光模组200。图6所示的背光模组200其具有PCB板202、LED发光器件201、光学透镜203、扩散板204、棱镜片205、扩散片206、背板207、光学膜片100。光学透镜203设于LED发光器件顶部，LED发光器件201固设于PCB板202上，PCB板202固设于背板207底部，扩散板204设于背板207顶部，光学膜片100设于扩散板204上表面，棱镜片205设于光学膜片100上表面，扩散片206设于棱镜片205上表面。本实施例的背光模组200其NTSC最高可达95％以上。
实施例4
本实施例提供一种广色域LED侧入式背光模组300，该背光模组300其结构采用现有的LED侧入式背光模组结构即可，其和现有的侧入式背光模组的主要不同在于该背光模组其采用了本发明实施例1或实施例2提供的广色域光学膜片100。图7示出的为一种采用了实施例1的广色域光学膜片100的LED侧入式背光模组300。图7所示的背光模组300其具有PCB板301、LED发光器件302、导光板304、反光片303、增亮膜305、扩散膜306。LED发光器件302固设于PCB板301上，并置于导光板304的一侧。反光片303和增亮膜305分别设于导光板304的下表面和上表面，光学膜片100设于增亮膜305的上表面，扩散膜306设于光学膜片100上表面。本实施例的背光模组300其NTSC最高可达95％以上。
本发明提供的光学膜片，在实际应用中，其第一、第二荧光转换层可存在多种不同厚度的组合，这是本领域技术人员根据实际需要而可以做出的具体选择，并按照具体需要而制备具有本发明特点的第一、第二荧光转换层采用不同厚度组合的光学膜片。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种广色域光学膜片，其特征在于，包括层叠设置的第一荧光转换层和第二荧光转换层，所述第一荧光转换层为第一荧光转换材料和热固性胶体混合而成，所述第二荧光转换层为第二荧光转换材料和热固性胶体混合而成，其中，所述第一荧光转换材料为在460-510nm波段范围有峰值吸收的荧光转换材料，所述第二荧光转换材料为在550-620nm波段范围有峰值吸收的的荧光转换材料。
2.根据权利要求1所述的广色域光学膜片，其特征在于，所述第一荧光转换材料在第一荧光转换层中的重量百分比为0.5％～10％，所述第二荧光转换材料在第二荧光转换层中的重量百分比为0.5％～10％。
3.根据权利要求1所述的广色域光学膜片，其特征在于，所述第一荧光转换材料具有如下性质：吸收峰值波长在460-510nm之间，半峰宽小于40nm，104L·mol-1·cm-1<吸收系数ε<106L·mol-1·cm-1。
4.根据权利要求1或3所述的广色域光学膜片，其特征在于，所述第一荧光转换材料选自在460-510nm波段范围有峰值吸收的钨酸盐、有机化合物和掺杂Pr3+的β-赛隆中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的广色域光学膜片，其特征在于，所述第二荧光转换材料具有如下性质：吸收峰值波长在550-620nm之间，半峰宽小于50nm，104L·mol-1·cm-1<吸收系数ε<106L·mol-1·cm-1。
6.根据权利要求1或5所述的广色域光学膜片，其特征在于，所述第二荧光转换材料选自在550-620nm波段范围有峰值吸收的含Nd的配合物。
7.根据权利要求1所述的广色域光学膜片，其特征在于，所述热固性胶体选自硅胶、硅树脂或环氧树脂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的广色域光学膜片，其特征在于，所述第一荧光转换层位于所述光学膜片的出光面。
9.一种制备如权利要求1～8任一项所述的广色域光学膜片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述第一荧光转换材料和热固性胶体混合均匀，得第一荧光胶；
将所述第二荧光转换材料和热固性胶体混合均匀，得第二荧光胶；
将第一荧光胶置于模具中并热压成第一荧光转换层；在第一荧光转换层表面热压第二荧光胶，得第二荧光转换层；将含有第一、第二荧光转换层的膜片从模具中分离，经烘烤后得所述广色域光学膜片。
10.一种设有如权利要求1～8任一项所述的广色域光学膜片的LED背光模组。
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