CN111183315A - 彩色液晶显示器及显示器背光 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种显示器背光，其包括：激发源，LED(146)，其用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光(148)；及光致发光波长转换层(152)。所述光致发光波长转换层(152)包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料、具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料及光散射材料的粒子。

Description

彩色液晶显示器及显示器背光
本申请案主张2017年4月3日申请的美国临时专利申请案62/480,978的优先权及权益，所述美国专利申请案的内容出于任何及所有目的特此以全文引用方式宛如本文陈述那样并入。
技术领域
本发明涉及彩色液晶显示器(LCD)，且特定来说，本发明涉及用于操作彩色LCD的背光布置。
背景技术
彩色LCD在包含电视机、计算机监视器、膝上型计算机、平板计算机及智能电话的各种电子装置中都有应用。众所周知，大多数彩色LCD包括LC(液晶)显示器面板及用于操作显示器面板的发白光背光。
本发明涉及具有增大效能及色域的彩色LCD及背光。
发明内容
本发明的实施例涉及包含光致发光材料(例如呈波长转换层(膜)的形式)的彩色LCD，所述光致发光材料在由激发光(通常为蓝光)激发时产生用于操作显示器的白光。通常，所述光致发光波长转换层包括背光的一部分。本发明的各种实施例涉及通过减少显示器/背光内的层数且借此减少空气界面的数目或以其它方式基本上消除显示器的层之间的界面处的光损耗(通过(例如)组合层)来提高显示性能的布置。
根据实施例，一种显示器背光包括：激发源，其用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；及光致发光波长转换层；其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料、具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料及光散射材料的粒子。
包含光散射材料的粒子可增加来自所述光致发光波长转换层的光发射的均匀性且可无需已知显示器中常用的单独的光漫射层。另外，使光散射材料的粒子与发绿光及发红光的光致发光材料的混合物合并可导致由所述光致发光波长转换层产生的光增加以及产生给定色彩的光所需的光致发光材料的数量基本上(高达40％)减少。鉴于光致发光材料的相对较高成本，包含光散射材料可导致例如平板计算机、膝上型计算机、TV及监视器的较大显示器的制造成本显著降低。
所述光散射材料可包括(例如)以下粒子：氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)或其组合。所述光散射材料粒子可具有平均直径，使得其散射比光致发光产生的红光或绿光多的激发光。通常，所述光漫射材料粒子大体上呈球形且在一些实施例中具有200nm或更小(通常为100nm到150nm)的平均直径(D50)。
在一些实施例中，所述光致发光波长转换层包括与所述背光的其它组件分开制造的单独膜。在其它实施例中，所述光致发光波长转换层可制造为所述背光的另一组件的一部分。
在一些实施例中，所述光致发光波长转换层安置成相邻于增亮膜(BEF)。在实施例中，所述光致发光波长转换层可直接沉积到所述BEF上，即，与所述BEF直接接触。将所述光致发光层直接沉积到所述BEF上的优点是：此可通过消除所述光致发光层与所述BEF之间的空气界面来增加来自所述背光的光发射。此空气界面否则会导致所述光致发光波长转换层内的光的较大内反射可能性且减少到所述BEF中的光耦合。替代地，所述光致发光波长转换层可制造为单独膜且所述膜施加于所述BEF。
在进一步包括光导的侧照式背光配置中，所述光致发光波长转换层可安置成在所述光导的一或多个面或边缘上相邻于所述光导。在一些实施例中，所述光致发光波长转换层安置于所述光导与所述增亮膜之间的所述光导的发光面上。
所述光致发光波长转换层可直接沉积到所述光导的一或多个面或边缘上(即，与所述光导的一或多个面或边缘直接接触)，使得其与所述光导直接接触。将所述光致发光波长转换层直接沉积到所述光导上的优点是：此可通过消除所述光导与所述光致发光波长转换层之间的所述空气界面来增加来自所述背光的总光发射。
替代地，所述光致发光波长转换层可制造为可接着施加于所述光导的单独膜。当所述光导面包含用于促进光从所述光导的均匀光提取的特征或纹理图案时，单独制造所述光致发光波长转换层可为有利的。在此布置中，所述光致发光波长转换层可仅与此类特征接触且借此减少所述光导的导光性质的中断。为减少光从所述光导的背面逸出，所述背光可进一步包括安置成相邻于所述光导的背面的光反射表面。在此类实施例中，所述光致发光波长转换层可安置于所述光导与所述光反射层之间。所述光致发光波长转换层可沉积成与所述光导直接接触、与所述光反射表面直接接触或制造为单独膜。在一些实施例中，所述背光进一步包括光漫射层且所述光致发光波长转换层可沉积成与所述光漫射层直接接触。
在一个实施例中，一种显示器背光包括：激发源，其用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；增亮膜；及光致发光波长转换层；其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料、具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料及光散射材料的粒子，其中所述光致发光波长转换层与所述增亮膜直接接触。
所述光散射材料粒子可包括(例如)以下粒子：ZnO、SiO2、TiO2、MgO、BaSO4、Al2O3或其组合。如上文所描述，包含光散射粒子可增加光发射的均匀性，无需单独的光漫射层，增加光产生，以及通过减少所需光致发光材料的数量来降低成本。所述光散射材料可包括纳米级粒子，使得所述粒子散射比光致发光产生的光多的激发光。在一些实施例中，可大体上呈球形的所述光漫射材料粒子具有200nm或更小(通常为100nm到150nm)的平均直径(D50)。
在实施例中，一种显示器背光包括：激发源，其用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；增亮膜；光致发光波长转换层；及光导，其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料、及具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料、及光散射材料的粒子，其中所述激发源经配置以将激发光耦合到所述光导的至少一个边缘中；且其中所述光致发光波长转换层与所述光导直接接触。
所述光散射材料粒子可包括(例如)以下粒子：ZnO、SiO2、TiO2、MgO、BaSO4、Al2O3或其组合。如上文所描述，包含光散射粒子可增加光发射的均匀性，无需单独的光漫射层，增加光产生，以及通过减少所需光致发光材料的数量来降低成本。所述光散射材料可包括纳米级粒子，使得所述粒子散射比光致发光产生的光多的激发光。在一些实施例中，大体上呈球形的所述光漫射材料粒子具有200nm或更小(通常为100nm到150nm)的平均直径(D50)。
在各种实施例中，所述发绿光的光致发光材料及所述发红光的光致发光材料中的至少一者包括无机磷光体材料的粒子。优选地，所述磷光体包括具有发射峰值的一(或若干)窄带材料，其具有约50nm或更窄的FWHM(半峰全宽)。
附图说明
为更好地理解本发明，现仅通过实例参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的彩色LCD的示意性横截面图；
图2是图1的彩色LCD的面板的示意性横截面图；
图3是图1的彩色LCD的彩色滤光板的单位像素的示意图；
图4展示根据本发明的实施例的彩色LCD显示器的彩色滤光板的红色、绿色及蓝色滤光器元件的滤光特性，透光率对波长；
图5是图1的彩色LCD的背板的示意性横截面图；
图6是图1的彩色LCD的侧照式背光的示意性分解横截面图，其中将光致发光波长转换层直接沉积于BEF上；
图7是根据本发明的实施例的侧照式背光的示意性分解横截面图，其中将单独光致发光波长转换层定位于光导与BEF之间；
图8是根据本发明的实施例的侧照式背光的示意性分解横截面图，其中将光致发光波长转换层直接沉积于光导的正面上；
图9是根据本发明的实施例的侧照式背光的示意性分解横截面图，其中将光致发光波长转换层直接沉积于光导的背面上；
图10是根据本发明的实施例的侧照式背光的示意性分解横截面图，其中将光致发光波长转换层直接沉积于光反射层上；
图11是根据本发明的实施例的侧照式背光的示意性分解横截面图，其中将单独光致发光波长转换层定位于光导与光反射层之间；
图12是根据本发明的实施例的侧照式背光的示意性分解横截面图，其中将光致发光波长转换层直接沉积于光漫射层上；
图13是根据本发明的实施例的侧照式背光的示意性分解横截面图，其中将光致发光波长转换层安置于光导的边缘上；
图14是根据本发明的实施例的直下式背光的示意性分解横截面图；
图15展示根据本发明的实施例的背光的发射光谱，强度对波长；及
图16展示根据一些实施例的NTSC标准的1931CIE色彩坐标及背光的RGB色彩坐标。
具体实施方式
本发明的实施例涉及包含光致发光波长转换层的彩色LCD，所述光致发光波长转换层在由激发光(通常为蓝光)激发时产生用于操作显示器的白光。通常，所述光致发光波长转换层包括背光的一部分。本发明的各种实施例涉及通过减少显示器/背光内的层数来提高显示性能或以其它方式通过(例如)最小化空气界面来减少显示器的层之间的界面处的光损耗的布置。
现将参考图式详细描述本发明的实施例，图式提供为本发明的说明性实例以使所属领域的技术人员能够实践本发明。值得注意地，下文的图及实例不希望使本发明的范围受限于单个实施例，而是可通过交换一些或所有描述或说明元件来进行其它实施例。此外，尽管可使用已知组件来部分或完全实施本发明的特定元件，但将仅描述理解本发明所需的此类已知组件的部分且将省略此类已知组件的其它部分的详细描述以不使本发明不清楚。在本说明书中，展示单阵列件的实施例不应被视为限制；确切来说，除非本文中另有明确说明，否则本发明希望涵盖包含多个相同组件的其它实施例，且反之亦然。此外，除非本身明确陈述，否则申请人不希望认为说明书或权利要求书中的任何术语具有不常见或特殊含义。此外，本发明涵盖本文中依说明方式参考的已知组件的目前及未来已知等效物。在本说明书中，相同元件符号用于标示相同特征。
参考图1，其展示根据本发明的实施例所形成的透光彩色LCD(液晶显示器)100的示意性横截面图。彩色LCD 100包括LC(液晶)显示器面板102及显示器背光104。背光104可操作以产生用于操作LC显示器面板102的白光140(图6到13)。
LC显示器面板
如图1中所展示，LC显示器面板102包括透明(透光)(光/图像发射)面板106、透明(透光)背板108及填充面板106与背板108之间的容积的液晶(LC)110。
如图2中所展示，面板106可包括玻璃板112，其上表面(即，包括显示器的观看面114的板的面)上具有第一偏光滤光器层116。面板的最外观看面可任选地进一步包括抗反射层118。在其下侧(即，面向液晶(LC)110的面板106的面)上，玻璃板112可进一步包括彩色滤光板120及透光共同电极平面122(例如透明氧化铟锡，ITO)。
彩色滤光板120包括分别允许透射红光(R)、绿光(G)及蓝光(B)的不同色彩子像素滤光器元件124、126、128的阵列。显示器的每一单位像素130包括一群组三个子像素滤光器元件124、126、128。图3是彩色滤光板132的单位像素130的示意图。如所展示，每一RGB子像素124、126、128包括仅允许对应于子像素的色彩的光通过的相应彩色滤光器色素，通常为有机染料。RGB子像素元件124、126、128可沉积于玻璃板112上，且不透明分隔物/壁(黑色基质)132介于子像素124、126、128的每一者之间。黑色基质132可形成为金属(例如(举例来说)铬)的栅格掩模以界定子像素124、126、128，且在子像素与单位像素130之间提供不透明间隙。为最小化来自黑色基质的反射，可使用Cr及CrOx的双层，但层可当然包括除Cr及CrOx之外的材料。可使用包含光刻的方法来图案化可溅镀沉积于光致发光材料下方或上方的黑色基质膜。图4展示针对TV应用所优化的海信(Hisense)滤光板的红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)滤光器元件的滤光特性，透光率对波长。
参考图5，背板108可包括玻璃板134，其上表面(面向LC的表面)上具有TFT(薄膜晶体管)层136。TFT层136包括TFT阵列，其中存在对应于每一单位像素130的每一个别彩色子像素124、126、128的晶体管。每一TFT可操作以选择性地控制光通过其对应子像素。在玻璃板134的下表面上，提供第二偏光滤光器层138。两个偏光滤光器116及138的偏光方向彼此垂直对准。
背光
背光104可操作以从正发光面142(面向显示器面板的背面的上面，图6)产生及发射用于操作LC显示器面板102的白光140。
如图6中所展示，背光104可包括具有光导(波导)144的侧照式布置，其中一或多个激发源146沿光导144的一或多个边缘定位。如所指示，光导144可呈平面；但在一些实施例中，其可呈锥形(楔形)以促进来自光导的正发光面(面向显示器面板的上面，如图6中所展示)的激发光的更均匀发射。每一激发源146可包括发蓝光的GaN LED(主发射波长445nm到465nm)，通常为450nm到460nm。LED 146经配置使得在操作中，其产生蓝色激发光148，蓝色激发光148被耦合到光导144的一或多个边缘中，且接着通过全内反射来引导通过整个光导148，且最后从光导144的正面149(面向显示器面板102的上面)发射。如图6中所展示，且为防止光从背光104逸出，光导144的背面(所展示的下面)可包括光反射层(表面)150，例如购自3M的VikuitiTM ESR(增强型光谱反射器)膜。
在光导144的正发光面149(所展示的上面)上，提供光致发光波长转换层152及增亮膜(BEF)154。
背光-增亮膜(BEF)
增亮膜(BEF)(也称为棱镜片)包括精密微结构化光学膜且控制光140在固定角(通常为70度)内从背光发射，借此提高背光的发光性能。通常，BEF包括膜的发光面上的微棱镜阵列且可使亮度增加40％到60％。BEF 154可包括单个BEF或多个BEF的组合且在后者的情况中甚至可达成亮度的更大增加。适合BEF的实例包含购自3M的VikuitiTM BEF II或购自MNTech的棱镜片。在一些实施例中，BEF 154可包括将棱镜片与漫射膜集成且可具有比普通棱镜片好的发光性能的多功能棱镜片(MFPS)。在一些实施例中，BEF 154可包括微透镜膜棱镜片(MLFPS)，例如购自MNTech的MLFPS。
背光-光致发光波长转换层
为简洁起见，在以下描述中，光致发光波长转换层将被称为“光致发光层”。
光致发光层152含有光致发光材料且在操作中将蓝色激发光148转换为用于操作LC显示器面板104的白光140。更具体来说，光致发光层152含有可蓝光激发的发绿光(峰值发射波长530nm到545nm)及发红光(峰值发射波长600nm到650nm)的光致发光材料。光致发光产生的绿光158、光致发光产生的红光160及未经转换的蓝色激发光148导致白光发射产物140。为优化显示器的效能及色域，选择发绿光及发红光的光致发光材料以使其峰值发射(PE)波长λp与其对应彩色滤光器元件的透射特性匹配。优选地，发绿光的光致发光材料具有峰值发射波长λp≈535nm。为最大化显示色域及效能，发绿光及/或发红光的光致发光材料优选地包括具有发射峰值及约50nm或更小的FWHM(半峰全宽)的窄带发射材料。
发绿光及发红光的光致发光材料可包括磷光体材料或量子点(QD)或磷光体材料及量子点的组合的粒子。仅为了说明，当前描述具体涉及体现为磷光体材料的光致发光材料。磷光体材料可包括无机及有机磷光体材料。无机磷光体可包括铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、硫酸盐、氯化物、氟化物或氮化物磷光体材料。众所周知，磷光体材料掺杂有称为活化剂的稀土元素。活化剂通常包括二价铕、铈或四价锰。例如卤素的掺杂物可取代性或填隙性地并入到晶格中且可(例如)驻留于主体材料的晶格内位置上及/或填隙性地驻留于主体材料内。适合发绿光及发红光的磷光体材料的实例分别在表1及2中给出。
Figure BDA0002269577670000071
Figure BDA0002269577670000081
Figure BDA0002269577670000082
量子点(QD)是其激子在所有三个空间维度上受局限的物质(例如半导体)的一部分，其可由辐射能激发以发射特定波长或波长范围的光。QD可包括不同材料，例如硒化镉(CdSe)。由QD产生的光的色彩由与QD的纳米晶体结构相关联的量子局限效应实现。每一QD的能级与QD的物理大小直接相关。例如，较大QD(例如红色QD)可吸收及发射具有相对较低能量(即，相对较长波长)的光子。另一方面，较小绿色QD可吸收及发射相对较高能量(较短波长)的光子。适合QD的实例可包含：CdZnSeS(硫化镉锌硒)、CdxZn1-xSe(硒化镉锌)、CdSexS1-x(硫化镉硒)、CdTe(碲化镉)、CdTexS1-x(硫化镉碲)、InP(磷化铟)、InxGa1-xP(磷化铟镓)、InAs(砷化铟)、CuInS2(硫化铜铟)、CuInSe2(硒化铜铟)、CuInSxSe2-x(硒化铜铟硫)、CuInxGa1-xS2(硫化铜铟镓)、CuInxGa1-xSe2(硒化铜铟镓)、CuInxAl1-xSe2(硒化铜铟铝)、CuGaS2(硫化铜镓)及CuInS2xZnS1-x(硒化铜铟硒锌)。QD材料可包括核/壳纳米晶体，其含有呈类洋葱结构的不同材料。例如，上述示范性材料可用作为核/壳纳米晶体的核材料。可通过生长另一材料的外延型壳来更改材料中的核纳米晶体的光学性质。取决于要求，核/壳纳米晶体可具有单个壳或多个壳。可基于带隙工程来选择壳材料。例如，壳材料可具有大于核材料的带隙，使得纳米晶体的壳可使光学活性核的表面与其周围介质分离。就基于镉的QD(例如CdSe QD)来说，可使用下式来合成核/壳量子点：CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS/ZnS或CdSe/ZnSe/ZnS。类似地，就CuInS2量子点来说，可使用下式来合成核/壳纳米晶体：CuInS2/ZnS、CuInS2/CdS、CuInS2/CuGaS2、CuInS2/CuGaS2/ZnS等等。
存在实施背光且尤其实施光致发光层152的各种方式。
在一些实施例中，光致发光层152安置成相邻于BEF 154。当使用无机磷光体材料时，呈粒子形式的发绿光及发红光磷光体可合并为可固化透光液体粘合剂材料中的混合物且使用(例如)网版印刷或狭缝挤压式涂覆来将所述混合物作为均匀层沉积于透光衬底上。在一些实施例中，BEF 154可包括透光衬底且光致发光层152可直接沉积到BEF 154上。图6是其中光致发光层152安置于光导144与BEF 154之间且直接沉积到BEF 154的下面的背光的示意性分解横截面图。在本专利说明书中，直接沉积意味着直接接触，其中层之间不存在介入层或气隙。仅为了说明，各种层在其彼此不直接接触时(即，在其被单独制造且接着堆叠在一起时)展示为分离的。当使用网版印刷来沉积光致发光波长转换层时，透光粘合剂材料可包括(例如)透光UV可固化丙烯酸粘结剂，例如购自美国印第安纳州滑铁卢的星技术(STAR Technology of Waterloo,Indiana USA)的UVA4103清洁基。将光致发光层直接沉积到BEF上的特定优点是：此可通过消除光致发光层与BEF之间的空气界面来增加来自背光的光发射。否则，此空气界面会导致光致发光层内的光的较大内反射可能性且减少到BEF中的光耦合。
在其它实施例中，如图7中所展示，光致发光层152可制造为单独膜且所得膜接着定位于光导144与BEF 154之间。当BEF 154的下面包含特征或表面纹理图案时，单独制造光致发光层可为有利的。
例如，在一个布置中，通过(例如)网版印刷来将发绿光及发红光磷光体及透光材料的混合物作为均匀层沉积到透光膜(例如(举例来说)mylarTM)上。在其它实施例中，发绿光及发红光磷光体可并入及均质分布于膜中，所述膜接着可接触施加于BEF 154。
在其它实施例中，如图8及9中所说明，光致发光层152可安置成相邻于光导144。在图8中，光致发光层152相邻于光导144的正发光面(面向显示器面板的所展示的上面)而安置于光导144与BEF 154之间。在一些实施例中，光致发光层152可直接沉积到光导144的正发光面上。图8是其中光致发光层152安置于光导144与BEF 154之间且直接沉积到光导144的正面的背光的示意性分解横截面图。将光致发光层直接沉积到光导的正面上的优点是：此可通过消除光导与光致发光层之间的空气界面来增加来自背光的总光发射。如果存在此空气界面，那么其会减少从光导到光致发光层中的光耦合且减少来自背光的总光发射。
在其它实施例中，光致发光层152可制造为单独膜且所得膜接着施加于光导144的正发光面，如图7中所指示。当光导144的正发光面149包含用于促进光自光导的均匀光提取的特征或纹理图案时，此布置可为有利的。
在其它实施例中，且如图9、10及11中所指示，光致发光层152安置于光导144的背面(所展示的下面)与光反射层150之间。在一些实施例中，光致发光层152可直接沉积到光导144的背面上。图9是其中光致发光层152安置于光导144与光反射层150之间且直接沉积到光导144的背面的背光的示意性分解横截面图。将光致发光层直接沉积到光导的背面上的优点是：此可通过消除光导与光致发光层之间的空气界面来增加来自背光的总光发射。如果存在此空气界面，那么其会减少从光导到光致发光层中的光耦合且减少来自背光的总光发射。
在其它实施例中，光致发光层152可直接沉积到光反射层150上。图10是其中光致发光层152安置于光导144与光反射层150之间且直接沉积到光反射层150的背光的示意性分解横截面图。将光致发光层直接沉积到光反射层150上的优点是：此可通过消除光致发光层与光反射层之间的空气界面来增加来自背光的总光发射。如果存在此空气界面，那么其会减少沿朝向背光的发光面142的方向反射回的反向导引光。
在又其它实施例中，且如图11中所指示，光致发光层152可经制造为单独膜，且所得膜接着经施加于光导144的背面161。当光导144的背发光面包含用于促进光自光导的均匀光提取的纹理特征图案时，此布置可为有利的。
与利用白色LED的已知显示器相比，使用根据本发明的光致发光层(图6到11)的优点是：归因于磷光体材料的光漫射性，此可无需单独的光漫射层，及消除相关联的界面损耗，且借此提高显示效能及降低生产成本。
然而，归因于光致发光光产生的各向同性，由发绿光及发红光磷光体产生的绿光158及红光160将沿包含朝向光导144的方向的所有方向发射。为减小此光到达光导144的可能性，在一些实施例中，背光可进一步包括经安置于光致发光层152与光导144之间的光漫射层156。在一些实施例中，且如图12中所说明，光致发光层152可直接沉积到光漫射层156上。图12是其中光致发光层152经安置于光漫射层156与光导144之间且经直接沉积到光漫射层156的面的背光的示意性分解横截面图。将光致发光层直接沉积到光漫射层156上的优点是：此可通过消除光漫射层与光致发光层之间的空气界面来增加来自背光的总光发射。如果存在此空气界面，那么其会减少光漫射层与光致发光层之间的光耦合，且减少来自背光的总光发射。
在其它实施例中，且如图13中所指示，光致发光层152可安置于光导144的边缘上。在一些实施例中，光致发光层152可直接沉积到光导144的边缘上。在此类布置中，应了解，白光140耦合到光导中。图13是其中光致发光层152经直接沉积到光导144的边缘的背光的示意性分解横截面图。将光致发光层直接沉积到光导的边缘上的优点是：此可通过消除光导与光致发光层之间的空气界面来增加来自背光的总光发射。如果存在此空气界面，那么其会减少从光致发光层到光导的光耦合，且减少来自背光的总光发射。另外，光致发光层可无需单独的光漫射层。在一些实施例中，如图13中所指示，背光可任选地进一步包括光漫射层156。
尽管在上述实施例中，背光已为利用光导的侧照式布置，但已发现，本发明的各种实施例可用于包括配置于LC显示器面板的表面上方的LED阵列的直下式背光中。图14说明其中激发源146阵列提供于光反射外壳164的底面162上的此实施例。在一些实施例中，光致发光层152可直接沉积到BEF 154上。在其它实施例中，光致发光层152可制造为单独膜且所得膜接着施加于BEF 154。在上述布置的每一者中，光致发光层152安置于BEF 154的面上。
在所描述的实施例中的任何者(图6到14)中，光致发光层152优选地进一步并入光散射(漫射)材料(优选地为氧化锌(ZnO))的粒子。光漫射材料可包括二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)或其组合。包含光散射材料可增加来自光致发光层的光发射的均匀性且可无需单独的光漫射层156。另外，使光散射材料的粒子与发绿光及发红光磷光体的混合物合并可导致由光致发光层产生的光增加及产生给定色彩的光所需的磷光体材料的数量基本上(高达40％)减少。鉴于磷光体材料的相对较高成本，包含便宜光散射材料可导致例如平板计算机、膝上型计算机、TV及监视器的较大显示器的制造成本显著降低。2013年12月17日发布的美国专利US8,610,340中描述用于实施散射粒子的示范性方法的进一步细节，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中。可选择光散射粒子的大小以散射比由磷光体产生的光相对更多的激发光。在一些实施例中，光散射材料粒子具有200nm或更小(通常为100nm到150nm)的平均直径(D50)。在并入光散射材料的实施例中，光致发光层152可安置于BEF 154上(图6)，安置于光导144的正面与BEF 154之间(图7)，安置于光导的正面上(图8)，安置于光导144的背面161与光反射层150之间(图9到11)，安置于光漫射层156上(图12)，安置于光导的边缘上(图13)，或为直下式布置(例如图14)。
如上文所描述，归因于光致发光光产生的各向同性，绿光158及红光160将沿所有方向发射，其包含沿朝向光导144的方向发射。为减小此光到达光导144的可能性，在一些实施例中，背光可进一步包括安置于光致发光层152与光导144之间的光漫射层156，即使当光致发光层152已包含光散射材料时。在其它实施例中，光致发光层152及光漫射层可制造为单独膜且所述膜接着施加于彼此。
实例性彩色LCD及背光
表3列表用于膝上型计算机中的根据本发明的背光的光致发光层的细节。在此实例中，发绿光磷光体包括组合物SrGa2S4:Eu、峰值发射波长λp＝536nm的窄带发绿光的硫化锶镓磷光体，而发红光磷光体包括组合物CaSeS:Eu、峰值发射波长λp＝632nm的窄带发红光的硫化钙硒磷光体。发绿光及发红光磷光体的混合物并入且均质分布于具有28％SrGa2S4:Eu及17.5％CaSeS:Eu的负重的UV可固化透光丙烯酸粘合剂(购自星技术(STARTechnology)的UVA4103)中且混合物作为≈50μm厚度层网版印刷于≈140μm透光PET(聚对苯二甲酸乙二酯)膜上。背光包括图6的布置且利用具有447nm的主发射波长的GaN LED芯片。
Figure BDA0002269577670000121
表3列表背光、CIE x及CIE y的光学特性，且d图15展示背光的发射光谱及图16展示NTSC标准的1931CIE色彩坐标及背光的RGB色彩坐标。如从表3可见，背光产生具有NTSC(美国电视系统委员会)比色法1953(CIE 1931)的87％色域的光。
应了解，本发明不受限于所描述的特定实施例，而是可在本发明的范围内进行变化。
参考元件符号
100 彩色液晶显示器(LCD)
102 液晶(LC)显示器面板
104 侧照式背光
106 前板
108 背板
110 液晶(LC)
112 玻璃板
114 观看面
116 第一偏光滤光器层
118 抗反射层
120 彩色滤光板
122 透光共同电极平面
124 红色子像素滤光器元件
126 绿色子像素滤光器元件
128 蓝色子像素滤光器元件
130 单位像素
132 不透明分隔物/黑色基质
134 玻璃板
136 薄膜晶体管(TFT)
138 第二偏光滤光器层
140 白光
142 背光的发光面
144 光导
146 激发源
148 激发光
149 光导的正面
150 光反射层
152 光致发光波长转换层(光致发光层)
154 增亮膜(BEF)
156 光漫射层
158 绿光
160 红光
161 光导的背面
162 光反射外壳的底面
164 光反射外壳
应理解，以下条款构成本文所界定的本发明的揭示内容的部分。更特定来说，本发明可由下文将详述的条款的特征的组合界定，且所述条款可用于修正本申请案的权利要求书内的特征的组合。
条款
1.一种显示器背光，其包括：
激发源，其用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；及
光致发光波长转换层；
其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料、具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料及光散射材料的粒子。
2.根据条款1所述的背光，其中所述光致发光波长转换层是单独膜。
3.根据条款1或2所述的背光，其中光散射材料的所述粒子选自由以下各者组成的群组：氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)及其组合。
4.根据条款1到3中任一条款所述的背光，其中光散射材料粒子具有200nm或更小的平均直径。
5.根据条款1到4中任一条款所述的背光，其中光散射材料粒子具有100nm到150nm的平均直径。
6.根据条款1到5中任一条款所述的背光，其中所述光致发光波长转换层安置成相邻于增亮膜。
7.根据条款1到6中任一条款所述的背光，其中所述光致发光波长转换层与所述增亮膜直接接触。
8.根据条款1到7中任一条款所述的背光，其进一步包括光导，其中所述激发源经配置以将激发光耦合到所述光导的至少一个边缘中，且其中所述光致发光波长转换层安置成相邻于所述光导。
9.根据条款1到8中任一条款所述的背光，其中所述光致发光波长转换层安置于所述光导与所述增亮膜之间的所述光导上。
10.根据条款1到8中任一条款所述的背光，其中所述光致发光波长转换层与所述光导直接接触。
11.根据条款1到8中任一条款所述的背光，其进一步包括光反射表面，其中所述光致发光波长转换层安置于所述光反射表面与所述光导之间。
12.根据条款11所述的背光，其中所述光致发光波长转换层与所述光导直接接触。
13.根据条款11所述的背光，其中所述光致发光波长转换层与所述光反射表面直接接触。
14.根据条款1所述的背光，其进一步包括光漫射层，其中所述光致发光波长转换层与所述光漫射层直接接触。
15.一种显示器背光，其包括：
激发源，其用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；
增亮膜；及
光致发光波长转换层；
其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料、及具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料、及光散射材料的粒子；
其中所述光致发光波长转换层与所述增亮膜直接接触。
16.根据条款15所述的背光，其中光散射材料的所述粒子选自由以下各者组成的群组：氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)及其组合。
17.一种显示器背光，其包括：
激发源，其用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；
增亮膜；
光致发光波长转换层；及
光导，
其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料、及具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料、及光散射材料的粒子，
其中所述激发源经配置以将激发光耦合到所述光导的至少一个边缘中；且
其中所述光致发光波长转换层与所述光导直接接触。
18.根据条款17所述的背光，其中光散射材料的所述粒子选自由以下各者组成的群组：氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)及其组合。

Claims (18)

1.一种显示器背光，其包括：
激发源，用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；及
光致发光波长转换层；
其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料、具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料及光散射材料的粒子。
2.根据权利要求1所述的背光，其中所述光致发光波长转换层是单独膜。
3.根据权利要求1所述的背光，其中光散射材料的所述粒子选自由以下各者组成的群组：氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)，及其组合。
4.根据权利要求1所述的背光，其中光散射材料粒子具有200nm或更小的平均直径。
5.根据权利要求1所述的背光，其中光散射材料粒子具有100nm到150nm的平均直径。
6.根据权利要求1所述的背光，其中所述光致发光波长转换层经安置成相邻于增亮膜。
7.根据权利要求6所述的背光，其中所述光致发光波长转换层与所述增亮膜直接接触。
8.根据权利要求1所述的背光，其进一步包括光导，其中所述激发源经配置以将激发光耦合到所述光导的至少一个边缘中，且其中所述光致发光波长转换层经安置成相邻于所述光导。
9.根据权利要求8所述的背光，其中所述光致发光波长转换层经安置于所述光导与增亮膜之间的所述光导上。
10.根据权利要求8所述的背光，其中所述光致发光波长转换层与所述光导直接接触。
11.根据权利要求8所述的背光，进一步包括光反射表面，其中所述光致发光波长转换层经安置于所述光反射表面与所述光导之间。
12.根据权利要求11所述的背光，其中所述光致发光波长转换层与所述光导直接接触。
13.根据权利要求11所述的背光，其中所述光致发光波长转换层与所述光反射表面直接接触。
14.根据权利要求1所述的背光，其进一步包括光漫射层，其中所述光致发光波长转换层与所述光漫射层直接接触。
15.一种显示器背光，其包括：
激发源，用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；
增亮膜；及
光致发光波长转换层；
其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料，及具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料及光散射材料的粒子；
其中所述光致发光波长转换层与所述增亮膜直接接触。
16.根据权利要求15所述的背光，其中光散射材料的所述粒子选自由以下各者组成的群组：氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)，及其组合。
17.一种显示器背光，其包括：
激发源，用于产生具有445nm到465nm的波长范围内的峰值发射波长的蓝色激发光；
增亮膜；
光致发光波长转换层；及
光导，
其中所述光致发光波长转换层包括以下各者的混合物：具有530nm到545nm的波长范围内的峰值发射的发绿光的光致发光材料，及具有600nm到650nm的波长范围内的峰值发射的发红光的光致发光材料及光散射材料的粒子，
其中所述激发源经配置以将激发光耦合到所述光导的至少一个边缘中；且
其中所述光致发光波长转换层与所述光导直接接触。
18.根据权利要求17所述的背光，其中光散射材料的所述粒子选自由以下各者组成的群组：氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)，及其组合。
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