CN115226403A - 具有发射修改的背光单元 - Google Patents

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德雷克·哈里斯
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Abstract

公开了一种显示系统和方法，该显示系统包括电子显示装置和背光，所述背光包括发光阵列、与所述发光阵列相邻的反射器、与所述反射器相对的漫射器、与所述漫射器相邻的第一增亮层和包括至少一种光转换材料或至少一种光转换材料的光学膜。所述光转换或光吸收材料被构造和配置为减少在约400nm至约500nm之间的有害蓝光发射。所公开的显示装置可包括液晶面板，所述液晶面板被配置为控制从所述背光到观看者的光透射。所述显示装置还包括一个或多个光学膜，所述一个或多个光学膜结合有一种或多种光转换或光吸收材料。所述光学膜可定位在所公开的显示装置的层之间并且向所述显示装置提供增强的蓝光吸收。

Description

具有发射修改的背光单元
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年2月17日提交的美国专利申请号17/348,570(现为2021年9月21日颁发的美国专利号11,126,033)和2021年6月15日提交的美国专利申请号17/348,570的优先权，所述专利申请的全部公开内容在此以引用方式并入。
技术领域
本公开涉及用于电子显示系统的背光模块，该背光模块包括光转换和/或光吸收材料。
背景技术
手持装置、平板电脑、计算机和其他装置显示器已趋向于更高的分辨率和更真实的色彩平衡。尽管可使用多种方法来实现分辨率和色彩，但是许多高性能显示器都包括可产生在输出光谱内的高水平蓝色的LED。这些装置中的许多装置是电池供电的，并且用户典型地期望长的电池寿命。更长的电池寿命大体要求低功耗，以及用于光守恒的各种手段。通常，这些显示器大体未优先考虑眼睛安全作为设计目标。越来越多的医学研究表明，色谱中的“有毒”蓝色部分可能对眼睛有不利影响，使得从长远看，可能造成视力障碍。另外，新知识体系表明，光谱的某些部分可能对个体的自然昼夜节律有不利影响。本公开描述了在减少暴露于有害蓝光和UV光的能力方面有高度选择性的材料和这些材料在移动设备、平板电脑或PC显示器中的结合。这些材料可根据波长进行优化，以维持色彩白点。这些材料中的许多材料降低总光透射率。然而，如在本公开中所述，这些材料中的一些可将光谱的有害部分转换或再循环为无害的光学波长。以此方式，可在减少有害色彩频率、维持光学清晰度和维持真实白色彩平衡实现平衡而最小化显示亮度的损失。鉴于最近的医学发现、越来越普遍的显示器和消费者对显示器的高质量的需求，本公开的系统以独特方式解决了多个需要。
发明内容
为了解决眼睛安全问题，提供了将材料结合到移动设备、平板电脑或个人计算机显示器中的显示系统，其可减少对有害或有毒蓝光和紫外线的暴露。本公开提供了用于显示系统的背光模块(单元)，其包括可将可见电磁光谱的有害部分转换或再循环为不太有害的光学波长，同时维持减小有害色彩频率、维持光学清晰度和维持真白色彩平衡而最小化显示亮度的损失的平衡。
一方面，公开了一种用于与电子显示装置一起使用的显示系统，该显示系统包括电子显示装置和背光单元，该背光单元包括发光阵列。反射器可与发光阵列相邻，并且漫射器可定位成与该反射器相对。第一增亮层可与漫射器相邻。所公开的背光单元可包括光学膜，该光学膜具有至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料。在一些实施例中，至少一种光转换材料可结合至少一种光吸收材料使用以减少在约400nm至约500nm之间的有害蓝光发射。在一些实施例中，至少一种光转换材料可以是量子点或发光纳米颗粒。在一些其他实施例中，所公开的背光单元可包括导光板，该导光板具有边缘、底面和顶面，并且发光阵列可被构造和配置为将光射入到该导光板中。所公开的背光单元还可包括与导光板的底面相邻并与漫射器相对的反射器、与第一增亮层相邻的第二增亮层和与第二增亮层相邻的偏振滤光器。
另一方面，公开了一种增强背光单元中的蓝光吸收(约400nm至约500nm)的方法，该方法包括提供用于与电子显示装置一起使用的显示装置，该显示装置包括电子显示装置和背光单元，该背光单元包括光学叠堆。背光单元可包括发光阵列、与发光阵列相邻的反射器、与反射器相对的漫射器和与漫射器相邻的第一增亮层。该方法还包括将具有至少一个光转换层或至少一个光吸收层的光学膜插入到与第一增亮层相邻的光学叠堆中。在一些实施例中，至少一种光转换材料可以是量子点或发光纳米颗粒。在一些实施例中，至少一个光转换层可结合至少一个光吸收层使用以减少在约400nm与约500nm之间的有害蓝光发射。
在本公开中，
术语“光吸收材料”或“光吸收层”是指仅吸收在特定波长范围内的光的光学膜；
术语“光转换材料”或“光转换层”是指吸收在一个波长范围的光并重发射在更高波长范围的光的光学膜；并且
术语“光学膜”是指光吸收材料或光转换材料层，其可以是纯净的，或者可设置在透明载体层上。
从以下应当结合附图阅读的详细描述中将更容易理解本公开的特征和优点。
附图说明
附图是示意图并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。附图不一定按比例绘制。
图1是根据本公开的示例性显示系统的示意性横截面图。
图2是根据本公开的背光单元的实施例的示意性横截面图，其指示了可插入光转换或光吸收(滤蓝)层的位置。
图3示出了图2示出的实施例的不同配置的透射光谱，其中滤蓝层在如图2所指示的不同位置。
图4示出了图2示出的背光单元的实施例的透射光谱，其中滤蓝层在漫射器下方的各个位置。
图5是漫射器的示意性横截面图。
在本申请中：
术语“相邻”是指彼此直接地靠近或最多由一个附加层分开的层；
术语“蓝光”或“有毒蓝光”是指分别具有约400nm至约500nm或约415nm至约455nm的波长范围的光；
术语“设置在……上”是指与另一个层直接地接触或与另一个层相邻的层；
术语“发光二极管阵列”是指呈通常是二维的矩阵的一个或多个发光二极管；并且
术语“光学叠堆”是指背光单元中发射光、对该光是光学透明的或修改该光的性质的层。这些层可彼此相邻。
具体实施方式
将参考附图详细地描述各种实施例。对各种实施例的引用不限制所附权利要求书的范围。另外地，本说明书中阐述的任何示例不旨在限制并且仅阐述所附权利要求书的许多可能的实施例中的一些。应当理解，当情况可能暗示或提供变通时，设想对等同物的各种省略和替换，但是这些省略和替换旨在覆盖应用或实施例而不脱离其所附权利要求书的精神或范围。而且，应当理解，本文使用的措词和术语是出于描述目的，并且不应当被视为限制。
图1是示例显示系统100的示意性横截面图，本公开的系统可有益地与该显示系统一起使用。显示系统100可用于例如液晶显示器(LCD)监视器、LCD-TV、手持装置、平板电脑、膝上型电脑或其他计算装置。然而，图1的显示系统100仅是示例性的，并且本公开的系统不限于与相似于或类似于系统100的系统一起使用。本公开的系统可有益地用在不一定包括液晶显示技术的其他种类的显示系统中。
根据本公开的显示系统可包括背光单元，该背光单元包括光学叠堆。所公开的光学叠堆可包括光发射系统，诸如发光二极管、发光二极管阵列或基本上白光的其他源。这些光学叠堆可包括可使光透明地通过或可修改从中通过的光的性质的光学膜层。这可包括反射层、漫射层、增亮层(通常是棱柱形)和偏振滤光器，这里仅举几例。在一些实施例中，光学叠堆可包括其中具有至少一个光转换层的至少一个光学膜。另外地，同样至少一个光学膜可在其上或其中具有光吸收层。替代地，光学叠堆可包括具有至少一种光转换材料的至少一个光学膜和具有在其上或其中设置的至少一种光吸收物的至少一个光学膜。
显示系统100可包括液晶(LC)面板150和照明组件101，该照明组件被定位成向LC面板150提供照明光。LC面板150包括设置在面板片154之间的LC层152。片154可在它们的内表面上包括电极结构和取向层，该取向层用于控制液晶层152中的液晶的取向。这些灯具可被布置以限定LC面板像素。滤色器也可被包括在板154中的一者或多者中，以用于在由LC面板150显示的图像上施以色彩。
LC面板150可定位在上吸收偏振器156与下吸收偏振器158之间。组合的吸收偏振器156、158和LC面板150可控制光从照明组件101到观看者的透射，该观看者大体朝向图1的顶部定位并且在显示系统100处大体向下看(相对于图1)。控制器104可选择性地激活LC层152的像素以形成观看者看到的图像。
一个或多个任选层157可定位在上吸收偏振器156上方，例如，以向显示器提供光学功能和/或机械和/或环境保护。
照明组件101可包括背光108和定位在背光108与LC面板150之间的一个或多个光管理膜140。背光单元108可用于收集来自光源112的光并且将其重定向朝向显示系统100前面。显示系统100的背光108可包括生成照明LC面板150的光的光源112。光源112可包括任何合适的光照技术。在一些实施例中，光源112可以是发光二极管(LED)，并且在一些情况下，可以是白色LED。如图所示的背光108可以是“直下式”背光，其中光源112的阵列位于LC面板150后面、基本上跨过面板的大部分或全部区域。然而，如图所示的背光108仅仅是示意性的，并且许多其他背光配置是可能的。一些显示系统例如可包括“侧光式”背光，该“侧光式”背光具有位于可将来自光源的光基本上分布在LC面板150的大部分或全部区域上的导光板的一侧或多侧处的光源(诸如LED)。
在一些实施例中，背光108大体发射白光，并且LC面板150与滤色器矩阵组合以形成多色像素组，使得显示的图像是多色的。
背光108还包括用于反射来自光源112的光在远离LC面板150的方向上传播的反射基底102。反射基底102也可用于再循环显示系统100内的光。在一些实施例中，设想了发光阵列。这种发光阵列可包括排列的发光二极管的矩阵，在一些实施例中，该矩阵可在其内嵌入反射器或单独反射器以及一个或多个漫射器。在这些实施例中，反射器和/或漫射器层可不是光学叠堆中的单独层，而是发光阵列的一部分。
也可称为膜叠堆、背光膜叠堆或光管理单元的光管理膜的布置140可定位在背光108与LC面板150之间。光管理膜140可影响从背光108传播的照明光，以便改善显示系统100的操作。光管理单元140不必包括如本文所示和描述的所有部件。
光管理膜的布置140可包括漫射器120。漫射器120可漫射从光源112接收的光，这可导致提高入射在LC面板150上的照明光的均匀性。漫射器层120可以是任何合适的漫射器膜或板。如图5所示，漫射器可包括三个基本层：抗粘连层502、基底层504和漫射层506。基底层504可由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或任何其他合适的聚合物基底构成，并且基底层可被挤出。防粘连层502和漫射层506可以是涂覆在基底层上的层。光可通过抗粘连层502进入漫射器并通过漫射层506离开。
光管理单元140可包括反射偏振器142。光源112典型地产生非偏光，但是下吸收偏振器158仅透射单一偏光态；因此，由光源112生成的约一半的光不透射穿过LC层152。然而，反射偏振器142可用于反射本来将被吸收在下吸收偏振器158中的光。因此，该光可通过在反射偏振器142和下面的显示部件(包括反射基底102)之间的反射而再循环。被反射偏振器142反射的光中的至少一些可被去偏光并且随后以偏光态返回到反射偏振器142，该偏光态穿过反射偏振器142和下吸收偏振器158透射到LC层152。以此方式，反射偏振器142可用于增加由光源112发射的到达LC层152的光的部分，从而提供更亮的显示输出。任何合适类型的反射偏振器都可用于反射偏振器142。
在一些实施例中，偏光控制层144可设置在漫射器板120与反射偏振器142之间。偏光控制层144可用于改变从反射偏振器142反射的光的偏光，使得再循环光的增加部分透射穿过反射偏振器142。
光管理膜的布置140还可包括一个或多个增亮层。增亮层可包括将离轴光重定向到更靠近显示器的轴线的方向的表面结构。这可增加轴上传播穿过LC层152的光的量，从而增加观察者看到的图像的亮度。增亮层的一个示例是棱柱式增亮层，其具有多个棱柱脊，这些棱柱脊通过折射和反射来重定向照明光。棱柱式增亮层的示例包括可从3M公司获得的BEF棱柱膜。其他种类的增亮层可涵盖非棱柱结构。
图1所示的示例性实施例示出了设置在反射偏振器142与LC面板150之间的第一增亮层146a。棱柱式增亮层146a通常提供在一维上的光学增益。任选的第二增亮层146b也可被包括在光管理层的布置140中，其棱柱结构与第一增亮层146a的棱柱结构正交地取向。这种配置提供了显示系统100的在二维上的光学增益的增加。在其他示例性实施例中，增亮层146a、146b可定位在背光108与反射偏振器142之间。
光管理单元140中的不同层可以是独立的。在其他实施例中，光管理单元140中的两个或更多个层可层压在一起。在其他示例性实施例中，光管理单元140可包括两个或更多个子组件。
应当理解，作为示意图，显示系统100的部件未按比例示出，并且与它们的横向范围(沿左右方向)相比，大体以极大地夸大的厚度(沿图1的上下方向)示出。显示系统100的许多元件，包括(但不一定限于)102、120、142、144、146a、146b、152、154、156和157，可在大体与其厚度正交(即，垂直于图1的平面)的两个维度上跨约等于显示器的可称为“显示区域”的可视区域的区域上延伸。
返回背光源108，在一些实施例中，光源112可以发射在潜在有害的波长范围(诸如UV和蓝光范围(特别是低于约455nm))内的显著量的光。在不包括本公开的系统的显示系统100中，显著量的这种潜在有害的光可由显示系统100朝向用户(相对于图1向上)发射。在该上下文中，“显著”量的光可意味着可能对显示器用户造成有害健康影响的光量。鉴于这种危险，本公开提供了用于减少从显示系统诸如系统100发射的有害蓝光的量的系统。
在用于缓解来自电子装置显示器的蓝光发射的危害的一些方法中，可使用吸收材料来减少到达用户的眼睛的特定波长范围(诸如UV和蓝光波长范围)的光的量。这些解决方案中的一些在2015年5月22日提交的且名称为“用于电子装置的发光减少膜(LIGHTEMISSION REDUCING FILM FOR ELECTRONIC DEVICES)”的美国专利申请序列号14/719,604、2015年5月22日提交的且名称为用于电子装置的发光减少膜(LIGHT EMISSIONREDUCING FILM FOR ELECTRONIC DEVICES)的符合专利合作条约的国际专利申请号PCT/US2015/032175和2016年6月14日提交的且名称为“用于电子装置的发光减少化合物(LIGHTEMISSION REDUCING COMPOUNDS FOR ELECTRONIC DEVICES)”的PCT专利申请序列号PCT/US2016/037457，这些申请以受限引用方式并入，使得不并入与本文的明确公开相反的主题。
用于基于光吸收(或以其他方式去除光)而没有随后发射在电磁光谱的可见区域中的光的蓝光发射缓解方法大体可能导致与没有此类吸收特征而其他方面相同的参考显示器相比，显示器的(测量和/或感知的)亮度降低。在一些情况下，为了补偿这种吸收相关的亮度降低，可增加输入到显示器的功率(相对于输入到参考显示器的功率)。一般来讲，显示器功耗的增加可能是不期望的，特别是在可能对电池寿命产生负面影响的便携式装置中。
在本公开中，公开了用于修改发射来自显示器的光的系统，其中可远离显示器的光源(诸如图1的光源112)使用光转换材料或光吸收材料。光转换材料通常可吸收在第一波长范围内的光并发射在第二波长范围内的光(从而将光从一个波长范围“转换”到另一个波长范围)。光吸收材料吸收在一个波长范围内的光。在本公开中，从较短波长到较长波长的转换可称为“上转换”，而从较长波长到较短波长的转换可称为“下转换”。然而，应当认识到，这些定义可能不是通用的，并且其他文件可能相反地定义上转换和下转换(例如，一些文件可能定义与频率相关的此类术语，而频率与波长成反比)。
使用远离显示器的光源的光转换材料的系统可用于吸收在不太有用或有害波长范围(诸如UV和蓝光范围(特别是低于约455nm))内的光并重发射可能更有用的在(从健康的角度来看)更温和的波长范围(诸如在绿色和/或红色波长范围内)内的光。在某些情况下，光可从较短蓝色波长(约455nm或更低)上转换为不太有害并也可用于显示照明的较长蓝色波长。以诸如这些的方式，相对于不采用这种光转换材料的显示系统，使用远离光源的光转换材料的系统可修改来自显示系统的光的发射。
在一些示例中，使用远离显示器的光源的光转换材料或光吸收材料的系统可与电子装置显示器一起使用以缓解蓝光发射，使得所得的显示系统可实现与无远离光源的光转换材料或光吸收层的参考显示器相当的亮度，而消耗的能量不超过参考显示器的10％。
与一些已知的减少来自不采用远离光源的光转换材料或光吸收材料的显示器的蓝光发射的现有方法相比，使用远离光源的光转换材料或光吸收材料的系统可改善显示器的色彩平衡。一些此类已知现有方法可通过从光谱中吸收或以其他方式去除蓝光的一部分来减少蓝光发射，从而改变从显示器发射的光的光谱平衡。在本公开的系统中，除了减少从电子显示装置发射的有害蓝光的量之外，与不包括此类光转换材料的在其他方面类似的具有蓝光缓解的显示器相比，远离光源的光转换材料可重发射可促成、帮助或以其他方式改善从电子显示装置发射的光的色彩平衡的光。在一些实施例中，包括本公开的系统的显示系统结合有远离光源的光转换材料或光吸收材料可维持D65白色点。在一些实施例中，包括本公开的系统的显示系统结合有远离光源的光转换材料或光吸收材料可维持相关色温(CCT)与没有本公开的蓝光缓解系统的参考显示系统基本上相同。
在本公开的系统的一些实施例中，至少一种光转换材料可与至少一种光吸收材料组合使用，以减少来自显示系统的有害蓝光发射并改善或维持显示系统的色彩平衡。
本公开的系统可包括多种光转换材料或光吸收材料，其可吸收来自多个波长范围(包括除了UV或蓝色波长范围之外的波长范围)的光。
在一些实施例中，本公开的系统可采用光转换或光吸收材料，其吸收来自被认为不会造成健康风险的波长范围的光。可采用这种光转换或光吸收材料的吸收和发射，例如，以改善或以其他方式促成显示器的色彩平衡。
在本公开的系统中可使用任何合适的光转换或光吸收材料。不受限地，采用的光转换/吸收材料可包括：
–有机材料
–无机材料，其可以是开采材料
–拉曼散射材料
–反斯托克斯材料
–用于其他非显示应用诸如指纹除尘的材料
–荧光颜料，诸如可从DayGlo Color公司获得的那些(例如，DAYGLOA-594-5)。令人惊讶地，通常在要求荧光行为的应用中使用的材料可用于具有高光谱效率的滤光应用中。
–发光纳米晶体，诸如可从Sigma Aldrich有限公司获得的SUNSTONE发光UCP纳米晶体。
有机光转换和光吸收材料可包括例如荧光或磷光分子、有机发光半导体(例如OLED)和包括荧光或磷光发色团的聚合物。无机材料可包括例如荧光或磷光分子、拉曼散射材料、反斯托克斯材料、荧光或磷光颜料、发光纳米晶体和量子点。
拉曼散射材料是吸收光子、发射或吸收声子并最终发射光子的光散射材料。在声子发射的情况下，这个过程被称为“斯托克斯”，而声子吸收被称为“反斯托克斯”。在反斯托克斯材料中，声子吸收的能量大于发射的光子的要求这些材料出现在高温下的能量。例如，在Cantarero“应用于材料科学的拉曼散射(Raman scattering applied to materialsscience)”,Procedia Materials Science,9(2015年)第113至122页中说明了这些材料，该文件以引用方式并入本文。
量子点(发光纳米晶体)是大小为几纳米的半导体颗粒，由于量子力学效应，其光学和电子性质不同于较大的颗粒。量子点的光电性质可根据大小、形状、组成和结构(实心或中空)而变化。
在本公开的系统的一些实施例中，光转换材料和/或光吸收材料可位于远离显示器的光源的任何合适的位置。在一些实施例中，光转换材料和/或光吸收材料可被包括在光管理膜140中的一个或多个膜和/或图1未示出的一个或多个另一个膜中、所述膜上或与所述膜包括在一起。一般来讲，与由光转换材料吸收的光相比，光转换材料可重发射具有不同的方向性和/或偏光的光。因此，在一些实施例中，光转换材料可被包括在反射偏振器142和/或增亮层146a、146b中的一者或多者下方(相对于图1的方向)，使得在朝向用户离开显示器之前，重发射光穿过膜142、146a和146b(如果此类膜存在于显示系统中的话)。然而，这不是限制性的，并且光转换材料可潜在地位于光管理膜140的任何部件中、所述任何部件上或与所述任何部件一起定位。
在本公开的系统的一些实施例中，光转换材料和/或光吸收材料可被包括在LC层152与用户之间的显示层(诸如图1的层157)中、该显示层上或与该显示层包括在一起。在本公开的系统的一些实施例中，光转换材料和/或光吸收材料可被包括在反射基底102中、该反射基底上或与该反射基底包括在一起。
在本公开的系统的一些实施例中，光转换材料和/或光吸收材料可被包括在漫射器层(诸如漫射器层120或216)中、该漫射器层上或与该漫射器层包括在一起。如上所述，漫射器层可包括抗粘连层、基底层和漫射层。因此，光转换材料和/或光吸收材料可被包括在抗粘连层或漫射层中，该抗粘连层或漫射层可涂覆到聚合物基底层(诸如但不限于PET基底)上。该配置是使光转换/吸收层与叠堆中的其他层分开的一种方式。替代地，光转换材料和/或光吸收材料可在用抗粘连层和漫射器层涂覆之前被包括在基底层中。例如，光转换材料和/或光吸收材料可与聚合物树脂混合并且然后挤出成膜。
在本公开的系统的一些实施例中，当被包括或提供在光管理膜140的膜、反射器102或另一个层(诸如层157)中、所述光管理膜140的膜、反射器102或另一个层上或与所述光管理膜140的膜、反射器102或另一个层包括或提供在一起时，光转换材料或光吸收材料可基本上分布在对应于显示器的显示区域的整个区域周围。在一些此类实施例中，光转换材料或光吸收材料可基本上均匀地分布在这个区域上。
光转换材料或光吸收材料可以任何合适的方式被包括或提供在光控制膜140的膜、反射器102或另一个层(诸如层157)中、该光控制膜140的膜、反射器102或另一个层上或与该光控制膜140的膜、反射器102或另一个层包括或提供在一起。在一些实施例中，光转换材料或光吸收材料可与膜一起在其内被挤出、浇铸或扩散。在一些实施例中，光转换材料或光吸收材料可涂覆到膜上。在一些实施例中，光转换材料或光吸收材料可作为单独膜层被包括或涂覆到构成背光单元的层中的任一者上。在一些实施例中，光转换材料或光吸收材料可提供在用于粘结或层压显示系统的一个或多个层(诸如显示系统100的任何合适的层或膜)的粘合剂中或与该粘合剂提供在一起。结合有光转换材料或光吸收材料的这种粘合剂可以是基本上光学地透明的，从而表现出除了与光转换材料的吸收和再发射相关联的光重定向之外，透射穿过粘合剂的光的散射可忽略不计。
在一些实施例中，光转换材料或光吸收材料可可溶地或不溶地分布或分散在作为显示系统100的任何合适的膜或层的组分或前驱物的整个材料(诸如聚合物树脂或粘合剂)中。在一些实施例中，光转换材料或光吸收材料可包括纳米颗粒，其中一些可能不溶于聚合物和常用溶剂。尽管在具有可溶性光转换/吸收材料的一些系统中可能更容易实现均匀分布，但是在制造期间通过适当处理可用不溶性光转换/吸收材料实现不均匀分布。
在一些实施例中，光转换材料或光吸收材料可与和其结合的材料或介质折射率匹配，使得光转换材料或光吸收材料可在除了它们吸收和再发射光的范围之外的波长范围内看起来基本上光学地“不可见”，并且结合有光转换/吸收材料的膜或其他材料看起来基本上光学地透明。在一些其他实施例中，光转换材料、光吸收材料和与其结合的材料或介质之间的折射率差可用于其他光学功能，诸如(但不一定限于)漫射和反射。可通过使无机纳米颗粒适当地小并将它们化学耦合到有机粘合剂来影响反射率匹配或反射率调整。同样，有机分子本身的设计也可调谐反射率。例如，有机硅倾向于相对较低的光学反射率，而复合烃倾向于相对较高的光学反射率。有机官能配体末端可修改粘合剂的反射率。
结合有光转换材料或光吸收材料的本公开的系统可被定制设计以改装到现有显示系统中，其中可选择的设计参数包括光转换材料、光吸收材料以及其他非转换遮光或滤光化合物的选择。在其他示例中，可设计新显示系统，其采用结合有光转换和/或光吸收材料的本公开的系统。通过对LED(和/或其他光源)、光转换材料、光吸收材料和其他非转换遮光或滤光化合物以及其他光学膜和器件的明智选择，可开发多种方法组合来提供解决眼睛健康问题而同时提供高显示质量的显示器。
图2是根据本公开的背光单元的实施例的示意性横截面图，其指示了可插入光转换或光吸收(滤蓝)层的位置。背光单元200包括导光板202。典型地，导光板是可传导光的透明或半透明无色材料块(玻璃或聚合物)。导光板可由许多材料(诸如玻璃、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚碳酸酯或其他透明聚合物)制成。作为光源布置成条的发光二极管阵列204可布置成使得光205可通过导光板202的一个边缘进入背光单元200。替代地，发光二极管阵列204可位于导光板202下方。导光板202可在一侧或多侧处具有与其相邻的反射器206，以将来自发光二极管阵列204的光向上引导(如图2所示)并通过背光单元200。此外，由于导光板与空气之间的折射率差以及来自反射器和待描述的背光单元的部分的反射，背光单元200中的光可通过来自反射器206的反射和在导光板202边缘上的内反射将自身均匀地分布穿过导光板202。导光板可放置在反射器与漫射器之间。这种类型的构造(图1和图2示出)的影响在显示屏幕的边缘将来自光源的光重定向，使得其均匀地散布在显示表面上，该显示表面例如是图1中的层157或图2中的层212的上表面。光分布的均匀性和光收集的效率(到达显示表面的光量对比从光源入射到导光板中的光量)与导光板、反射器层和一个或多个漫射器层的效率有关。
如图2所示，漫射器216可设置成与导光板202相邻。漫射器216可均匀地分布光并消除亮点。漫射器可有多种类型，例如，诸如全息白色漫射玻璃和毛玻璃。漫射器可以是半透明的并且可在许多不同方向上反射光。第一增亮层213和第二增亮层214可以是棱柱式增亮膜。棱柱式增亮膜在本公开的先前部分进行了描述。与第二增亮层214相邻的可以是一个或多个偏振滤光器212，该一个或多个偏振滤光器让特定偏振的光通过而阻挡其他偏振的光波。在一些实施例中，偏振滤光器可通过滤除由于来自非金属表面的反射而变得偏振的光来帮助减少反射和眩光。背光单元200的目标是将光均匀地分布在导光板202的二维平面上，从而提供光以在整个显示器上显示图像。
具有发射修改的所公开的背光单元还包括光学膜，该光学膜包括至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料或两者。光转换材料或光吸收材料可吸收第一波长范围内的光并重发射具有更高波长的第二波长范围内的光。在本公开中，设想了吸收蓝光、特别是有毒蓝光的光转换材料或光吸收材料。有用的光转换材料和光吸收材料在例如申请人的2017年11月14日提交且名称为“用于电子装置的减光化合物(LIGHT EMISSION REDUCINGCOMPOUNDS FOR ELECTRONIC DEVICES)”的目前获准的共同拥有的美国专利申请序列号15/813,010中有所描述。
再次参考图2，当光205被射入到导光板202中时，它可在导光板202内、从反射器206、从漫射器216和从棱柱式增亮层213和214反射。光205最终将必然多次穿过背光单元200的层，以及因此分布在位于背光单元200的顶层上方的显示器的整个区域。这可创造放大滤除蓝光或有毒蓝光的选择性光转换材料或光吸收材料或可修改光谱的任何其他膜或层的影响的机会。这些选择性光转换材料或光吸收材料可作为单独膜被包括或涂覆到构成所公开的背光单元的任何层上或任何层内。
在一些实施例中，放置在背光单元中的不同位置的光转换材料(滤光器)已表现出具有多达10至12倍的吸收放大，这极大地提高了可例如滤除蓝光或有毒蓝光的选择性光转换材料或光吸收材料的效率。
图3示出了根据光转换材料或光吸收材料放置在显示器背光内的位置而变化的光转换或吸收材料(滤蓝光层)在可见光谱上的有效透射率。通过将来自具有光转换材料或光吸收材料的显示器的发射除以没有光转换材料或光吸收材料的显示器的发射来计算有效透射率。图3示出的不同光谱说明了光转换或光吸收材料层在放置在显示器中的不同定位(位置)、即在背光单元外和背光单元内时的影响。
图3示出了图2示出的实施例的不同配置的透射光谱，其中光转换或光吸收材料(滤蓝)层位于如图2所指示的不同位置。它们示出了典型背光显示器配置(图2)的透射光谱，其中光转换或光吸收材料层定位在背光滤光器中的三个不同位置。在位置1，光转换或光吸收材料在导光板202与漫射器216之间。在位置2，光转换或光吸收材料在第一棱柱式增亮膜213与第二棱柱式增亮膜214之间。在位置3，光转换材料或光吸收层放置在偏振器的顶部(在背光单元200与由背光单元200照明的任何液晶成像层之间)。图1是示出在如上文所公开的背光的顶部的液晶电子成像装置的示意图。当光转换或光吸收材料层在位置3定位于偏振器上方(图3中的顶部曲线)时，透射光谱示出来自光转换材料层的光的吸收和再发射非常少。位置3的谱线相对平坦，几乎没有来自光转换材料层的吸收。光谱的蓝色区域(400nm至500nm)的光透射率的范围为91％至100％，最低透射率峰值在405nm至415nm附近约91％至93％。
当相同的光转换或光吸收材料层在位置2放置在第一棱柱式增亮层与第二棱柱式增亮层之间时，光转换或光吸收材料层的效果如图3的中间曲线所示。光谱的蓝色区域(400nm至500nm)的光透射率可降低多达24％，并且范围可在76％至95％透射率之间，最低透射率峰值在425nm至435nm附近约76％至78％。光转换或光吸收材料层还可具有降低光谱的红色区域(640nm至740nm)和光谱的黄色区域(550nm至620nm)的透射率的色彩平衡(色彩校正)成分。红色区域的透射率可降低多达10％，并且范围可在90％至98％透射率之间，最低透射率峰值在685nm至695nm附近约90％至92％。黄色区域的透射率可降低多达12％，并且范围可在88％至98％透射率之间，最低透射率峰值在580nm至590nm附近约88％至90％。
当相同的光转换或光吸收材料层如位置1(图3底部曲线)所示定位在导光板与漫射器层之间时，相同膜的吸收可增强，并且光谱的蓝色区域(400nm至500nm)中的光透射率可降低多达34％，并且范围可在66％至95％透射率之间，最低透射率峰值在425nm至435nm附近约66％至68％。与定位在位置2一样，当光转换或光吸收材料层定位在位置1时，该层还可具有降低光谱的红色区域(640nm至740nm)和光谱的黄色区域(550nm至620nm)的透射率的色彩平衡(色彩校正)成分。红色区域的透射率可降低多达16％，并且范围可在84％至96％透射率之间，最低透射率峰值在685nm至695nm附近约84％至86％。黄色区域的透射率可降低多达17％，并且范围可在83％至93％透射率之间，最低透射率峰值在580nm至590nm附近约83％至85％。
在单独实验中，通过减去没有光转换层的背光显示器的透射率来计算光转换或光吸收层的透射率。结果表明，需要约12层模拟膜才能产生图3位置1所示的吸光度。
图4示出了图2示出的背光单元的实施例的透射光谱，其中光转换层位于背光中在漫射器下方的各个位置。在图4中，光转换层被涂覆在聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)膜上，该PET膜放置在反射器、导光板和漫射器层上。结果表明，如果光转换或光吸收层位于背光的棱柱式增亮层下方的任何位置，它就会产生吸收放大。尽管不希望受理论的束缚，但是观察到当光转换或光吸收层位于背光单元内(在棱柱式增亮层和偏光层下方)时，吸收因背光单元内的多次内反射而可最大化。
图4示出了如图2所示的背光叠堆的三种不同配置的三个有效透射曲线。在图4中，一条曲线是在定位在反射器上方和导光板下方的PET层上具有光转换的图2所示的背光单元的吸收曲线。第二吸收曲线是在导光板的顶部的PET层上具有光吸收材料的同一背光单元的光谱的测量。第三吸收曲线是在导光板与漫射器之间(图2上的位置1所示)的PET层上具有光转换的同一背光单元的光谱。所有三条曲线彼此基本上重叠，这表明光吸收材料层位于棱柱式增亮膜下方的任何位置不会显著改变吸收，并且所有三种配置的背光单元的吸收基本上显示出关于在背光单元的顶部的光吸收材料具有相同量的吸收放大。
更具体地，光谱的蓝色区域(400nm至500nm)的光透射率可降低多达34％，并且范围可在66％至97％透射率之间，最低透射率峰值在425nm至435nm附近约66％至70％。光转换或光吸收材料层还可具有降低光谱的红色区域(640nm至740nm)和光谱的黄色区域(550nm至610nm)的透射率的色彩平衡(色彩校正)成分。红色区域的透射率可降低多达16％，并且范围可在84％至96％透射率之间，最低透射率峰值在680nm至695nm附近约84％至88％。黄色区域的透射率可降低多达17％，并且范围可在83％至94％透射率之间，最低透射率峰值在580nm至590nm附近约83％至85％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但是也将清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种修改。还设想了，所公开的实施例的具体特征和方面的各种组合和子组合可彼此组合或取代，以形成本发明的不同模式。因此，除了如由所附权利要求书所限定的，不旨在限制本发明。文内引用的任何参考文献全文以引用方式并入本文。

Claims (33)

1.一种用于与电子显示装置一起使用的显示系统，包括：
电子显示装置；以及
背光单元，其中所述背光单元包括：
发光阵列；
反射器，所述反射器与所述发光阵列相邻；
漫射器，所述漫射器与所述反射器相对；
第一增亮层，所述第一增亮层与所述漫射器相邻；以及
至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料，
其中所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料被构造和配置为减少在约400nm与约500nm之间的波长范围内的蓝光的透射率。
2.如权利要求1所述的显示系统，其中所述电子显示装置选自LCD监视器、LCD-TV监视器、手持装置、平板电脑和膝上型显示器。
3.如权利要求1所述的显示系统，其中所述显示系统包括液晶面板和照明组件，所述照明组件被定位成向所述液晶面板提供照明光。
4.如权利要求3所述的显示系统，还包括面板片，其中所述液晶面板设置在所述面板片之间。
5.如权利要求4所述的显示系统，其中所述面板包括电极结构和取向层，所述取向层被构造和配置为控制液晶层中的液晶的取向。
6.如权利要求5所述的显示系统，还包括滤色器，所述滤色器被构造和配置为对由所述液晶面板显示的图像施以色彩。
7.如权利要求1所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料可溶地或不溶地分散在所述背光单元中的整个光学膜中。
8.如权利要求1所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料包括纳米颗粒。
9.如权利要求8所述的显示系统，其中所述纳米颗粒包括量子点或发光纳米颗粒。
10.如权利要求1所述的显示系统，其中所述背光单元中的光学膜包括折射率匹配的光转换材料或光吸收材料。
11.如权利要求1所述的显示系统，其中所述背光单元中的光学膜包括与所述光学膜具有不同的折射率并用于漫射器或反射器的光转换材料或光吸收材料。
12.如权利要求1所述的显示系统，包括无机纳米颗粒，所述无机纳米颗粒与所述光转换材料或光吸收材料折射率匹配并且耦合到有机粘合剂，所述有机粘合剂施加至所述背光单元中的光学膜。
13.如权利要求1所述的显示系统，包括无机纳米颗粒，所述无机纳米颗粒与所述背光单元中的光学膜折射率匹配并且耦合到施加至所述光学膜的有机粘合剂。
14.如权利要求1所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料能够被包括在所述漫射器上。
15.如权利要求1所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料可溶地或不溶地分散在整个漫射器中。
16.如权利要求15所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料是折射率匹配的。
17.如权利要求15所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料具有折射率差。
18.如权利要求15所述的显示系统，其中所述漫射器至少包括抗粘连层、基底层和漫射层。
19.如权利要求18所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料在所述抗粘连层或所述扩散层中。
20.如权利要求19所述的显示系统，其中所述抗粘连层或所述漫射层中的至少一者被涂覆在所述基底层上。
21.如权利要求18所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料在所述基底层中。
22.如权利要求21所述的显示系统，其中所述光转换材料或光吸收材料与聚合物树脂共混并且被挤出为膜。
23.如权利要求15所述的显示系统，其中所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料被构造化和配置为
使在约400nm与约500nm之间的波长范围内的蓝光的透射率减少多达34％，其中透射率峰值在425nm至435nm附近约66％至68％；
具有使在约550nm与约620nm之间的波长范围内的透射率降低多达17％的色彩平衡成分，其中透射率峰值在580nm至590nm附近约83％至85％；以及
具有使在约640nm与约740nm之间的波长范围内的透射率降低多达16％的色彩平衡成分，其中透射率峰值在685nm至695nm附近约84％至86％。
24.一种增强背光单元中的蓝光吸收(400nm至500nm)的方法，包括：
提供用于与电子显示装置一起使用的显示系统，所述显示系统包括
电子显示装置；以及
背光单元，其中所述背光单元包括：
发光阵列；
反射器，所述反射器与所述发光阵列相邻；
漫射器，所述漫射器与所述反射器相对；
第一增亮层，所述第一增亮层与所述漫射器相邻；以及
至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料，
其中所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料被构造和配置为减少在约400nm与约500nm之间的波长范围内的蓝光的透射率。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述背光单元还包括：
导光板，所述导光板具有边缘、底面和顶面，
其中所述发光阵列被构造和配置为将光射入到所述导光板中。
26.如权利要求24所述的方法，其中所述背光单元还包括：
第二增亮层，所述第二增亮层与所述第一增亮层相邻；以及
偏振滤光器，所述偏振滤光器与所述第二增亮层相邻，
其中所述反射器与导光板的所述底面相邻、与所述漫射器相对。
27.如权利要求26所述的方法，还包括将所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料插入所述第一增亮层与所述第二增亮层之间。
28.如权利要求26所述的方法，还包括将所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料插入在所述反射器与所述导光板的底面之间。
29.如权利要求26所述的方法，还包括将所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料插入在所述导光板的顶面与所述漫射器之间。
30.如权利要求26所述的方法，还包括将所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料插入在所述第一增亮层和所述第二增亮层中的至少一者内。
31.如权利要求26所述的方法，还包括将所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料插入在所述反射器和所述导光板的底面中的至少一者内。
32.如权利要求24所述的方法，其中所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料分散在所述反射器、漫射器或增亮层中的至少一者上或至少一者内。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述至少一种光转换材料或至少一种光吸收材料被构造和配置为
使在约400nm与约500nm之间的波长范围内的蓝光的透射率减少多达34％，其中透射率峰值在425nm至435nm附近约66％至68％；
具有使在约550nm与约620nm的波长范围内的透射率降低多达17％的色彩平衡成分，其中透射率峰值在580nm至590nm附近约83％至85％；以及
具有使在约640nm与约740nm的波长范围内的透射率降低多达16％的色彩平衡成分，其中透射率峰值在685nm至695nm附近约84％至86％。
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