CN106575057A - 包含降频转换膜元件的背光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于改善具有可视区、降频转换膜元件和蓝光LED的LCD背光单元上的色彩均匀度的方法，所述方法包括在所述可视区的至少一个边缘中增加蓝光吸收同时反射红光和绿光。

Description

包含降频转换膜元件的背光系统
技术领域
本发明涉及改善包含降频转换膜元件的背光系统的色彩均匀度的方法以及改进的背光系统。
背景技术
液晶显示器(LCD)是非发射显示器，其将单独的背光单元以及红色、绿色和蓝色滤色器用于像素以在屏幕上显示彩色图像。红色、绿色和蓝色滤色器分别将背光单元发射的白光分为红光、绿光和蓝光。LCD装置可显示的色彩范围被称作色域。
LCD背光系统通常包括包含反射板或反射膜的膜叠堆、包含提取特征结构的光导(例如，导光板或导光膜)、扩散片、光重定向膜(例如，棱镜膜、透镜膜和/或其他增亮膜)和/或反射偏光片。传统上，LCD利用由蓝色LED晶粒与黄光YAG荧光体相结合构成的白光发光二极管(LED)。移动式/手持式装置通常是侧光式的，并且包含光导，以使光均匀地分布在显示区域上方。然后使用扩散片将“白”光扩散出光导。然而，最近已经开发出具有改善的色域的LCD。在这些LCD中，白光LED被蓝光LED取代，并且扩散片被主动转换色彩的降频转换膜元件取代。降频转换片可包括例如红色和绿色量子点、荧光体、荧光染料等。仅将典型LCD背光源中的底部扩散片替换为量子点膜元件，可显著增大所获得的色域(例如，增大50％)。
与包含量子点膜元件或其他降频转换膜元件的背光系统相关联的一个问题是背光源边界附近(即，在显示器的可视区的边缘处)的色彩不均匀。通常，这种不均匀性表现为显示器可视区的边缘处的蓝辉光。这种辉光通常被认为是由从背光系统的边缘泄漏的蓝光造成的。
发明内容
根据上述观点，我们认识到需要改善包含降频转换膜元件的背光系统的色彩均匀度。
出人意料地，我们发现包含降频转换膜元件的显示器的可视区边缘处的色彩不均匀性并非是仅由此前认为的蓝光泄漏所引起的。相反，我们发现该色彩不均匀性主要是由显示器边缘处的红光和绿光不足所引起的，因为红光和绿光与蓝光相比，存在角分布的差异。我们已确定，使用反射红光和绿光但吸收显示器可视区边缘处的蓝光的材料，可使蓝光与红光和绿光达到平衡，并提供光，该光的白点更接近显示器可视区中心的白点。
简而言之，在一个方面，本发明提供包括(a)支撑结构、(b)降频转换膜元件和(c)蓝光LED的LCD背光单元；其中支撑结构包括位于至少其与频转换膜元件相邻的边缘上的蓝光吸收体/红光和绿光反射体。
在另一个方面，本发明提供包括(a)降频转换膜元件、(b)光导和(c)蓝光LED的LCD背光单元，其中光导具有包括蓝光吸收体/红光和绿光反射体的至少一个边缘。
在又一方面，本发明提供包括(a)光重定向膜、(b)降频转换膜元件、(c)蓝光LED和(d)蓝光吸收体/红光和绿光反射体的LCD背光单元；其中蓝光吸收体/红光和绿光反射体与光重定向膜的边缘或降频转换膜元件的边缘重叠。
在又一方面，本发明提供了改善具有可视区的LCD背光单元上的色彩均匀度的方法。该方法包括在可视区的至少一个边缘中增加蓝光吸收同时反射红光和绿光；其中LCD背光单元包括降频转换膜元件和蓝光LED。
如本文所用，术语“蓝光吸收体/红光和绿光反射体”是指吸收蓝光但反射红光的材料。例如，蓝光吸收体/红光和绿光反射体可吸收一些波长介于约420nm和约500nm之间的光但反射一些波长介于约510nm和约660nm之间的光。优选地，选择蓝光吸收体/红光和绿光反射体，以大致吸收背光单元中所用蓝光LED的输出波长并大致反射红色和绿色降频转换器(例如，红色和绿色量子点)的输出波长。
附图说明
结合以下对附图和具体实施方式的详细说明可以更加全面地理解本发明。
图1是实施例中所用的测量设置的图示。
图2a是图1所示的设置的相机图像。
图2b是图1所示的设置的测量数据。
图3是实施例中所用的测量设置的图示。
图4a是图3所示的设置的相机图像。
图4b是图3所示的设置的测量数据。
具体实施方式
为了获得显示器上的均匀的白色，需要在空间上保持红光、绿光和蓝光的均匀混合。我们认识到，在包含降频转换片材诸如量子点膜的背光源中，红光、绿光和蓝光的混合在空间上并不均匀，主要是因为来自不同光源的光具有不同的颜色。例如，红光和绿光来自量子点。量子点在所有方向上等几率地发射光子。因此，红光和绿光具有较宽的角分布。另一方面，蓝光来自蓝光LED。蓝光并非在所有方向上等几率地分布。蓝光的角分布主要由背光系统中的光学膜叠堆(例如，光导、扩散体和/或光重定向膜等)决定。因此，相比于红光和绿光，蓝光的分布通常较差。
红光和绿光的较宽角分布的结果是位于任意一点处的色彩不仅由来自该点正下方的区域的光决定，还由来自相邻区域的光决定。由于红光和绿光具有更宽的角分布，因此与蓝光相比受相邻区域发射的光的影响更大。
在侧光式LCD背光系统中，通常使用具有提取特征结构的光导来为显示器提供更均匀的光。该提取特征结构在可视的显示区域上方通常具有不同的密度，以实现均匀的外观。例如，在LED附近通常具有很少的提取特征结构，而提取特征结构的密度随着远离LED而增大。常见的做法是在靠近LED面板的可视区的边缘处结束提取特征结构。我们发现，包含降频转换膜元件(例如，量子点膜)的侧光式背光系统在可视区的边缘处结束提取特征结构导致在该可视区的边缘处具有更深的蓝色，因为在边缘处没有足够的红光和绿光与蓝光混合并产生白光。即，在包含提取特征结构的区域之外生成的红光和绿光非常少。
此外，我们认识到，由显示器的边缘处的量子点膜发射的红光和绿光不足以产生均匀的色彩，因为由于角分布不同，在显示器边缘处损失的红光和绿光多于蓝光。
为改善显示区域的边缘附近的色彩均匀度，我们发现需要补偿显示器边缘处“缺失的”红光和绿光或去除多余的蓝光。以引用方式并入本文的WO公布2015/065601描述了增加显示器边缘处红光和绿光的方法。可使用蓝光吸收体/红光和绿光反射体来减少显示器边缘处的蓝光。在一些背光单元中，将WO 2015/065601中所述的方法与如下所述的方法相结合可能是有利的。
使用蓝光吸收体/红光和绿光反射体来改善显示器可视区边缘附近的色彩均匀度的一种方法是向背光机械支撑结构(例如，框架)添加蓝光吸收体/红光和绿光反射体或构造蓝光吸收材料的框架。例如，可在所述支撑结构的与降频转换膜元件相邻的至少边缘上将蓝光吸收体/红光和绿光反射体添加至支撑结构。蓝光吸收体/红光和绿光反射体可包括例如黄色颜料。合适的蓝光吸收体/红光和绿光反射体的示例包括黄色涂层、漆、墨、膜和条带。另选地，机械支撑结构可由蓝光吸收材料诸如黄色塑料构造而成。
也可使用与蓝光吸收体结合的调谐成仅反射红光和绿光的多层光学膜(MOF)来作为蓝光吸收体/红光和绿光反射体。例如，MOF可附接到深色(例如，黑色)框架或将深色(例如，黑色)材料施加(例如，层合或涂覆)到其背面。
使用蓝光吸收体/红光和绿光反射体来改善显示器可视区边缘附近的色彩均匀度的另一种方法是向光导的边缘添加蓝光吸收体/红光和绿光反射体，诸如上文所述的那些。蓝光吸收体/红光和绿光反射体可施加于光导的顶部、侧面、顶部和侧面的组合、或所有边缘周围。例如，可在光导的边缘周围喷涂或印刷黄色的漆或墨。
使用蓝光吸收体/红光和绿光反射体来改善显示器可视区边缘附近的色彩均匀度的另一种方法是向光重定向膜的边缘或降频转换膜元件的边缘添加蓝光吸收体/红光和绿光反射体，诸如上文所述的那些。蓝光吸收体/红光和绿光反射体可施加于降频转换膜元件或光导的顶部、侧面、顶部和侧面的组合、或所有边缘周围。例如，可在光重定向膜或降频转换膜元件的边缘周围喷涂或印刷黄色的漆或墨，或者可在光重定向膜或降频转换膜元件的边缘周围粘附黄色条带。黄色条带需要重叠到光重定向膜或降频转换膜元件上的量将随着材料吸收特性的变化而变化。一般来讲，材料吸收的蓝光越多，需要重叠的程度越低。本领域的技术人员将会知道如何使用吸收特性和重叠来调整来自边缘附近显示器的输出颜色。
合适的降频转换材料可包括红色量子点和绿色量子点、荧光体、荧光染料等。降频转换材料与降频转换膜元件可为相同的材料。
实施例
下面的实施例对本发明的目的和有益效果作出更进一步的解释，但这些实施例中列举的具体材料和用量以及其它条件和细节不应解释为是对本发明不当的限制。
比较例1和实施例1
如图1所示，来自笔记本电脑背光源的导光板被蓝光LED 104照亮并被置于ESR112片材上。在导光板102和ESR 112的顶部上放置3MTM QDEF-210(购自3M公司(3M Company)的量子点增强膜)108和正交棱镜膜(购自3M公司的BEF4-GT和BEF4-GMv5)110。机械支撑结构115形成膜叠堆的边界。对于实施例1，将黄色标记130施加于位于与QDEF 108相邻的边缘上的支撑结构115的边缘。对于比较例1，则不施加任何标记。Prometric相机(RadiantImaging PM系列成像色度计PM-9913E-1)114被定位于堆叠膜上方，并且用于测量如图1所示区域上方的空间颜色。这些实施例的输出于图2a和图2b中示出。图2a为来自相机的图像。图2b包含沿图2a的中心线的截面颜色数据。
比较例和实施例2
如图3所示，来自Kindle Fire HDX的导光板502被蓝光LED 504照亮并被置于ESR512片材上。在导光板502和ESR 512的顶部上放置3MTM QDEF-210 508和正交棱镜膜(BEF4-GT和BEF4-GMv5)510。机械支撑结构515形成膜叠堆的边界。对于实施例2，施加黄色衬带518，从而与正交棱镜膜510的边缘重叠。将PR-650分光光度计定位在堆叠膜的上方，并将其用于测量黄色衬带518所处位置(实施例2)和没有黄色衬带的位置(比较例)的边缘处的区域上方的空间颜色和亮度。这些实施例的输出于图4a和图4b中示出。图4a为来自相机的图像。图4b包含沿未修改机械支撑部(比较例)的x、y处的线以及沿经黄色喷涂的机械支撑(实施例2)的x'、y'处的线的截面颜色数据。
本文所引述的出版物的完整的公开内容全文以引用方式并入，如同每种出版物单独地并入。在不脱离本发明的范围和实质的前提下，对本发明的各种修改和改变对本领域的技术人员将显而易见。应当理解，本发明并非意图不当地限制于本文所示出的示例性实施方案和实施例，并且上述实施例和实施方案仅以举例的方式提出，而且本发明的范围仅受下面本文所示出的权利要求书的限制。

Claims (17)

1.一种LCD的背光单元，所述背光单元包括：
(a)支撑结构；
(b)降频转换膜元件；和
(c)蓝光LED；
其中所述支撑结构包括位于至少其与所述降频转换膜元件相邻的边缘上的蓝光吸收体/红光和绿光反射体。
2.一种LCD的背光单元，所述背光单元包括：
(a)降频转换膜元件；
(b)光导，所述光导具有包括蓝光吸收体/红光和绿光反射体的至少一个边缘；和
(c)蓝光LED。
3.一种LCD的背光单元，所述背光单元包括：
(a)光重定向膜；
(b)降频转换膜元件；
(c)蓝光LED；和
(d)蓝光吸收体/红光和绿光反射体；
其中所述蓝光吸收体/红光和绿光反射体与所述光重定向膜的边缘或所述降频转换膜元件的边缘重叠。
4.根据权利要求1所述的背光单元，其中所述支撑结构包括黄色塑料。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的背光单元，其中所述蓝光吸收体/红光和绿光反射体为黄色涂层、漆或墨。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的背光单元，其中所述蓝光吸收体/红光和绿光反射体为黄色膜或条带。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的背光单元，其中所述蓝光吸收体/红光和绿光反射体为与蓝光吸收体结合的调谐成仅反射红光和绿光的多层光学膜。
8.根据前述权利要求中任一项所述的背光单元，其中所述降频转换膜元件为量子点膜。
9.根据前述权利要求中任一项所述的背光单元，其中所述背光单元是侧光式的。
10.一种改善具有可视区的LCD背光单元上的色彩均匀度的方法，所述方法包括在所述可视区的至少一个边缘中增加蓝光吸收同时反射红光和绿光；
其中所述LCD背光单元包括降频转换膜元件和蓝光LED。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述LCD背光单元还包括支撑结构，并且在所述可视区的至少一个边缘中增加蓝光吸收同时反射红光和绿光包括向所述支撑结构的与所述降频转换膜元件相邻的边缘施加蓝光吸收体/红光和绿光反射体。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述LCD背光单元还包括光导，并且在所述可视区的至少一个边缘中增加蓝光吸收同时反射红光和绿光包括向所述光导的至少一个边缘施加蓝光吸收体/红光和绿光反射体。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述LCD背光单元还包括光重定向膜，并且在所述可视区的至少一个边缘中增加蓝光吸收同时反射红光和绿光包括施加与所述光重定向膜的边缘或所述降频转换膜元件的边缘重叠的蓝光吸收体/红光和绿光反射体。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述蓝光吸收体/红光和绿光反射体为黄色涂层、漆或墨。
15.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述蓝光吸收体/红光和绿光反射体为黄色膜或条带。
16.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述蓝光吸收体/红光和绿光反射体为与蓝光吸收体结合的调谐成仅反射红光和绿光的多层光学膜。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述降频转换膜元件为量子点膜。
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