CN1854862A - 光激发光液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光激发光(PL)LCD，其包括：电极，设置在前基板和后基板的底表面和顶表面上并在液晶(LC)中创建电场；纳米点(ND)PL层，设置在前基板的底表面并且在由紫外(UV)光照射时发光；以及UV背光单元，位于后基板之后并且将UV光提供给ND PL层。UV背光单元由360到460nm波长范围的蓝色UV光激发以发光。具有上述结构的PDLCD抑制了LC的UV光吸收和LC的退化，同时提供了高的光效率。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器(LCD)以及具有高的光效率的光激发光(photo-luminescence，PL)LCD。
背景技术
LCD是非发射显示器，需要单独的背光装置来在屏幕上显示图像。LCD对于它们各个像素还需要红(R)、绿(G)和蓝(B)色滤色器来显示彩色图形。
R、G和B滤色器分别将背光装置产生的白光分离为红、绿和蓝色。R、G和B滤色器每个仅仅传输为白光三分之一的特定波长的光，导致了显著的光损失。因此，需要高亮度的背光装置来产生具有足够亮度的图像。
在美国专利No.4,830,469中，Breddels等人提出了一种PL LCD，其使用荧光体来改善使用滤色器的LCD的低的光效率。
在所提出的LCD中，发射波长为约360-370nm的紫外光的汞灯被用作光源，并且前基板含有荧光体。但是，因为某些紫外光被液晶所吸收，所以用于激发荧光体的紫外光的量减少了。被吸收的紫外光也使得液晶退化，因此缩短了它们的寿命。而且，使用一些滤色器来替代无滤色器结构的LCD仍然会遭受光损失。
美国专利No.6,844,903B2讨论了一种使用波长为460nm的蓝色光源以及红色和绿色荧光体的LCD。但是，因为从光源发射的光用于蓝色像素而没有荧光体沉积在蓝色像素上，所以该LCD的光源的波长减小了。
因此，对于PL LCD最具挑战性的任务就是防止液晶由于紫外光的退化以及通过吸收足够量的光来获得最大的光发射效率。
发明内容
本发明提供了一种通过防止由于激发荧光体的紫外(UV)光所造成的液晶退化而具有高发光效率和长寿命的光激发光(PL)LCD。
根据本发明的一个方面，提供了一种PL LCD，其包括：紫外(UV)光背光单元；前基板和后基板；液晶，夹置在所述前基板和后基板之间并且光学上开关由所述紫外背光发射的紫外光；电极，在所述液晶中创建电场并且驱动所述液晶；以及纳米点(ND)光激发光层，当由穿过所述液晶的紫外光照射时发射光。
UV背光单元可以包括蓝色LED光源。UV光具有360到460nm的波长。
该ND光激发光层含有至少一个选自由II-IV化合物、III-IV化合物、IV-VI化合物、IV族化合物、和这些化合物的混合物构成的组的半导体纳米颗粒。或者，该ND光激发光层可以含有无机荧光体和选自由II-IV化合物、III-IV化合物、IV-VI化合物、IV族化合物、和这些化合物的混合物构成的组的半导体纳米颗粒。
所述II-VI化合物选自由CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、和HgZnSTe构成的组。所述III-V化合物半导体选自由GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、和InAlPSb构成的组。所述IV-VI化合物选自由SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、SnPbSSe、SnPbSeTe、和SnPbSTe构成的组。所述IV族化合物选自由Si、Ge、SiC和SiGe构成的组。
附图说明
通过参考附图而详细地说明示范性实施例，本发明上述和其它的特征和优点将变得明显，附图中：
图1是根据本发明实施例的LCD的横截面视图；
图2是图1的LCD的背光的示例；
图3是图1的LCD的背光的另一个示例；
图4是根据本发明实施例的LCD中的开关元件和像素电极的结构的横截面视图；
图5-7是分别示出光激发光材料硒化镉(CdSe)纳米点(ND)、硫化镉(CdS)纳米点和硒硫化镉(CdSeS)纳米点的光激发光(PL)强度的变化的图；以及
图8是关于ND的成分和尺寸(直径)的吸收谱。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明做出更加全面的说明，在附图中示出了本发明的示范性实施例。
参考图1，根据本发明实施例的LCD包括显示面板10和蓝色紫外(UV)光源单元20。显示面板10包括彼此间隔开预定距离的前基板18和后基板11以及夹置在前基板18和后基板11之间的液晶(LC)层14。
光激发光(PL)层17含有红(R)、绿(G)和蓝(B)层，设置在前基板18的内表面上。公关电极16和上配向层15依次形成在PL层17上。多个薄膜晶体管(TFT)开关元件SW、多个像素电极12和下配向层13依次沉积在后基板11上。PL层17吸收蓝色UV光来发射有色光，并且含有纳米点(ND)无机荧光体，对此将在下文详细说明。
蓝色UV光源单元20位于后基板11的后面，并且包括蓝色UV灯21和光引导/漫射元件22。蓝色UV灯21可以是蓝色发光二极管(LED)的阵列、蓝色冷阴极荧光灯(CCFL)或等离子灯。光引导/漫射元件22设置在蓝色UV灯21和后基板11之间，并且将来自蓝色UV灯21的UV光引导和均匀地漫射到后基板11。光引导/漫射元件22是可选的，并且蓝色UV灯21具有对应于后基板11整个表面的尺寸。例如，当LED被用作蓝色UV灯21时，多个LED可以密集地布置为二维阵列。当蓝色UV灯21是CCFL或等离子灯时，蓝色UV灯21具有对应于后基板11的尺寸。蓝色LED可以优选用作光源。当蓝色UV灯21是蓝色LED的阵列时，蓝色LED 21可以沿平行于光引导/漫射元件22的一条边缘的线布置，如图2所示。或者，如图3所示，蓝色LED 21可以布置在对应于后基板11整个表面的光引导/漫射元件22的整个表面上。
图4是根据本发明的LCD中的开关元件SW和像素电极22的垂直结构的横截面视图，开关元件SW是薄膜晶体管(TFT)，而像素电极22连接到开关元件SW。参考图4，TFT具有其中栅极SWg布置在硅沟道SWc之下的底栅极结构。更具体而言，栅极SWg形成在基板11的一侧上，栅极绝缘层SWi形成在其上已经形成了栅极SWg的基板11上方。硅沟道SWc形成在栅极绝缘层SWi上位于栅极SWg的正上方，透明氧化铟锡(ITO)像素电极12位于栅极绝缘层SWi上并与硅沟道SWc相邻。源极SWs和漏极SWd形成在硅沟道SWc的任一侧上，而钝化层SWp形成在源极SWs和漏极SWd上。漏极SWd延伸到像素电极12上且与之电连接。下配向层13形成在TFT开关元件SW和像素电极12之上，并且与LC接触且将LC排列在特定方向。
具有上述构造的LCD的特征在于光源发射蓝色UV光。虽然在上述说明中LED用作光源，但是UV发射等离子灯或CCFL也可以用来产生蓝色UV光。
图5-7是分别示出光激发光材料硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)和硒硫化镉(CdSeS)的光激发光(PL)强度的变化的图。在图5中，虚线表示当照射300～500nm波长的UV光时所发射的536nm波长的绿光的强度，实线表示当照射400nm波长的UV光时所发射的536nm波长的绿光的光谱。在图6中，虚线表示当照射300～470nm波长的UV光时所发射的482nm波长的蓝光的强度，实线表示当照射400nm波长的UV光时所发射的482nm波长的蓝光的光谱。在图7中，虚线表示当照射300～550nm波长的UV光时所发射的602nm波长的红光的强度，实线表示当照射400nm波长的UV光时所发射的602nm波长的红光的光谱。
参考图5，当被400nm波长的UV光激发时，CdSe ND在波长420nm附近具有最大的PL强度，并且发射中心波长为530nm的绿(G)光。参考图6，当被400nm波长的UV光激发时，CdS ND在波长420nm附近具有最大的PL强度，并且发射中心波长约为480nm的蓝(B)光。参考图7，当被400nm波长的UV光激发时，CdSeS ND在波长465nm附近具有最大的PL强度，并且发射中心波长约为600nm的红(R)光。
从图5-7清楚的是，可以在由400nm波长的UV光激发时发射R、G和B色光。因为仅有少量UV光被LC吸收，所以没有LC退化发生。在本发明中，UV光具有360nm到460nm的波长范围。
ND(或量子点(QD))指表现出量子囚禁效应的预定尺寸的半导体颗粒。量子点具有1到10nm的直径，并且可以通过通常已知的技术来合成，比如湿法化学法和气相分解法。湿法化学法允许通过在有机溶剂中混合前驱体材料来使颗粒生长。气相分解允许使用化学气相分解(CVD)、溅射、激光或等离子体来在气相中生长颗粒。基本上，半导体纳米颗粒所发射的光的波长可以通过改变纳米颗粒的尺寸来调节。
PL层由ND或QD构成。已知由半导体颗粒发射的光的波长可以由量子尺寸效应调谐，量子尺寸效应允许通过改变颗粒的尺寸来调节带隙(参见J.Phys.Chem 1996.100，13226-132290)。例如，如图8所示，由CdSe颗粒(II-VI化合物)发射的光的波长可以通过控制颗粒尺寸来改变。在图8中，虚曲线a到d分别表示当CdSe颗粒的直径是23、42、48和55时的光吸收谱，而实线a到d分别表示当ZnS覆盖的CdSe颗粒的直径是23、42、48和55时的光吸收谱。
因此，R、G和B荧光体可以通过改变半导体颗粒的尺寸来实现。半导体颗粒通过颗粒的带隙来被激发而发光。于是，当所希望的发射波长是460nm时，波长短于460nm的UV光可以用来激发半导体颗粒。本发明不同于传统LCD，其中当所希望的荧光体发射波长是460nm时，在短于460nm的特定波长处发生激发。于是，在本发明中，短于蓝色波长的波长可以选择为用于激发R、G和B荧光体的UV光的波长。通过确定发射红、绿和蓝色的荧光体的尺寸和成分和使用波长范围为360到460nm且不超过460nm蓝色波长的UV光，本发明可以实现LCD。
本发明中的半导体纳米颗粒可以得到的成分包括II-IV化合物、III-IV化合物、IV-VI化合物、IV族元素或化合物、这些化合物的混合物或由这些化合物组成的核-壳结构(例如，CdSe核和CsS壳)。
II-VI化合物选自由CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、和HgZnSTe构成的组。
III-IV化合物半导体选自由GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、和InAlPSb构成的组。
IV-VI化合物选自由SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、SnPbSSe、SnPbSeTe、和SnPbSTe构成的组。IV族元素或化合物是Si、Ge、SiC或SiGe。
因此，例如当PL层17中的R、G和B层分别由RCdSeS、CdS和CdSe形成时，可以获得这样的LCD，当由LC仅略微吸收的波长范围为360-460nm优选为400nm的UV光激发时，该LCD发射光。使用传统荧光体的PL LCD不但必须使用被LC吸收使LC退化的波长短于400nm的UV光，而且只有70％的光效率。相反，本发明的PL LCD允许使用波长长于400nm的UV光以及ND发光层，由此通过防止LC退化和光效率增加至超过90％，而使得寿命延长。
虽然已经参考TFT有源矩阵LCD对本发明进行了说明，但是也可以使用没有任何开关元件的简单矩阵LCD。
本发明使用可以由长波UV激发的ND以发射光，从而防止液晶退化由此导致的显示寿命缩短。而且，本发明还提供了通过使用高效的ND呈现高图像质量的显示器。
虽然已经参考本发明的示范性实施例对本发明进行了具体的示出和说明，但是本发明不应该解释为限于这里所阐述的实施例；相反，这些实施例提供来使得该公开透彻而完整，而向本领域的普通技术人员全面地传达本发明的概念。本领域的普通技术人员应该理解，可以进行许多结构和布置上的变化而不背离权利要求所限定的本发明的范围和精神。
Claims (17)
1、一种光激发光液晶显示器，包括：
紫外光背光单元；
前基板和后基板；
液晶，夹置在所述前基板和后基板之间并且光学上开关由所述紫外光背光发射的紫外光；
电极，在所述液晶中创建电场并且驱动所述液晶；以及
纳米点光激发光层，当由穿过所述液晶的紫外光照射时发射光。
2、根据权利要求1的光激发光液晶显示器，其中所述纳米点光激发光层含有至少一个选自由II-IV化合物、III-IV化合物、IV-VI化合物、IV族化合物、和这些化合物的混合物所构成的组的半导体纳米颗粒。
3、根据权利要求1的光激发光液晶显示器，其中所述纳米点光激发光层含有无机荧光体和选自由II-IV化合物、III-IV化合物、IV-VI化合物、IV族化合物、和这些化合物的混合物所构成的组的半导体纳米颗粒。
4、根据权利要求2的光激发光液晶显示器，所述II-VI化合物选自由CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、和HgZnSTe构成的组；
其中所述III-V化合物半导体选自由GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、和InAlPSb构成的组；
其中所述IV-VI化合物选自由SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、SnPbSSe、SnPbSeTe、和SnPbSTe构成的组；以及
其中所述IV族化合物选自由Si、Ge、SiC和SiGe构成的组。
5、根据权利要求3的光激发光液晶显示器，所述II-VI化合物选自由CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、和HgZnSTe构成的组；
其中所述III-V化合物半导体选自由GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、和InAlPSb构成的组；
其中所述IV-VI化合物选自由SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、SnPbSSe、SnPbSeTe、和SnPbSTe构成的组；以及
其中所述IV族化合物选自由Si、Ge、SiC和SiGe构成的组。
6、根据权利要求4的光激发光液晶显示器，其中所述背光单元包括发光二极管灯。
7、根据权利要求5的光激发光液晶显示器，其中所述背光单元包括发光二极管灯。
8、根据权利要求1的光激发光液晶显示器，其中所述背光单元包括发光二极管灯。
9、根据权利要求3的光激发光液晶显示器，其中所述背光单元包括发光二极管灯。
10、根据权利要求6的光激发光液晶显示器，其中所述背光单元包括光引导/漫射板，将来自所述发光二极管灯的光引导和均匀漫射到所述后基板的整个表面。
11、根据权利要求7的光激发光液晶显示器，其中所述背光单元包括光引导/漫射板，将来自所述发光二极管灯的光引导和均匀漫射到所述后基板的整个表面。
12、根据权利要求8的光激发光液晶显示器，其中所述背光单元包括光引导/漫射板，将来自所述发光二极管灯的光引导和均匀漫射到所述后基板的整个表面。
13、根据权利要求9的光激发光液晶显示器，其中所述背光单元包括光引导/漫射板，将来自所述发光二极管灯的光引导和均匀漫射到所述后基板的整个表面。
14、根据权利要求6的光激发光液晶显示器，其中所述多个发光二极管灯沿着所述光引导/漫射板的一条边缘设置。
15、根据权利要求7的光激发光液晶显示器，其中所述多个发光二极管灯沿着所述光引导/漫射板的一条边缘设置。
16、根据权利要求8的光激发光液晶显示器，其中所述多个发光二极管灯沿着所述光引导/漫射板的一条边缘设置。
17、根据权利要求9的光激发光液晶显示器，其中所述多个发光二极管灯沿着所述光引导/漫射板的一条边缘设置。
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