CN1991418A

CN1991418A - 色转换彩色滤光器

Info

Publication number: CN1991418A
Application number: CN 200510097132
Authority: CN
Inventors: 王志源; 张惠喻; 李易锝
Original assignee: Wintek Corp
Current assignee: Wintek Corp
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-07-04

Abstract

一种色转换彩色滤光器，包含一透明基材、一光学色转换层及一彩色滤光层。光学色转换层形成于透明基材上，且其接收入射的短波长光并将其转换为白光。彩色滤光层形成于透明基材上，其具有多个滤光迹区以过滤白光并滤出显示用的原色色彩分量。

Description

色转换彩色滤光器

技术领域

本发明是关于一种色转换彩色滤光器，尤有关一种运用于具短波长(10nm-490nm)发光频谱背光源的显示装置的色转换彩色滤光器。

背景技术

图1为示意图，显示一公知彩色滤光器(color filter)的设计。如图1所示，公知彩色滤光器100是于一玻璃基板102上形成一彩色滤光层104及一表面保护层(overcoat layer)106。彩色滤光层104包含红色滤光迹区(filter trace)104a、绿色滤光迹区104b、蓝色滤光迹区104c、及两滤光迹区间提供遮光作用的黑矩阵(black matrix；BM)104d。各个滤光迹区例如可由不同颜色的有机颜料所构成。当白色背光108通过彩色滤光层104后，可滤出红光110、绿光112及蓝光114的不同色光，借由调整不同色光的强度并混合后可呈现所期望的显示颜色。

目前以发光二极管(light emitting diode；LED)当作背光源，并结合一导光板(未图标)将点或线光源转换成面光源的设计，进入彩色滤光器的光线颜色是由发光二极管的发光颜色决定。因此，因入射至彩色滤光层104的光线必须为白光，故目前彩色化显示器的LED背光源均采用白光LED。然而，白光LED的价格较高，若能采用如蓝光LED或紫外光LED的类具短波长(150nm-490nm)发光频谱的LED背光源，不仅可降低制造成本，且可获得提高光源亮度及色温的效果，并有较佳的光转换效率。

发明内容

因此，本发明的目的在提供一种色转换彩色滤光器，其能搭配一具有短波长发光频谱背光源的显示装置，以获得提高光源亮度及色温的效果并有较佳的光转换效率，且可有效降低制造成本。

依本发明的设计，一种色转换彩色滤光器包含一透明基材、一光学色转换层及一彩色滤光层。光学色转换层形成于透明基材上，且其接收入射的短波长光(10nm-490nm)并将其转换为白光。彩色滤光层形成于透明基材上，其具有多个滤光迹区以接收白光并滤出显示用的原色色彩分量。

借由本发明将光学色转换层整合至彩色滤光器制程的设计，无需复杂的制造程序或额外的搭配组件，即可以成本较低如蓝光或紫外光LED之类具短波长发光频谱的LED背光源，取代如白光LED之类较昂贵的LED背光源。因此，依本发明的设计，不仅可有效降低制造成本，且利用能量较高的短波长光可获得提高光源亮度及色温的效果并有较佳的光转换效率。

附图说明

图1为示意图，显示一公知彩色滤光器的设计。

图2为一示意图，显示本发明色转换彩色滤光器的一实施例。

图3为一光谱图，显示利用以铈活化的钇铝石榴石将蓝光转换成白光的一例。

图4为一光谱图，显示利用无机萤光材料将波长为300nm的紫外光转换成白光的一例。

图5为显示本发明另一实施例的示意图。

图6为显示本发明另一实施例的示意图。

图7为显示本发明另一实施例的示意图。

图8为显示本发明另一实施例的示意图。

图9为显示本发明另一实施例的示意图。

图10为显示本发明另一实施例的示意图。

图11为一示意图，显示本发明色转换彩色滤光器搭配RGBW四色显示模式的一实施例。

图12为一示意图，显示本发明色转换彩色滤光器搭配RGBW四色显示模式的另一实施例。

图13为一示意图，显示本发明色转换彩色滤光器搭配RGBW四色显示模式的另一实施例。

符号说明：

10、30、32、34、36、38、40、42、44、46 彩色滤光器

12 透明基材

14 彩色滤光层

14a、14b、14c 滤光迹区

14d 黑色区域

14e 透明透光区域

16、17 光学色转换层

18 表面保护层

20 背光模块

22 入射光

24 红光

26 绿光

28 蓝光

29 白光

100 彩色滤光器

102 玻璃基板

104 彩色滤光层

104a、104b、104c 滤光迹区

104d 黑矩阵

106 表面保护层

108 白色背光

110 红光

112 绿光

114 蓝光

具体实施方式

图2为一示意图，显示本发明色转换彩色滤光器10的一实施例。如图2所示，色转换彩色滤光器10是由一叠层结构所组成，包含一透明基材12，一彩色滤光层14、一光学色转换层16、及一表面保护层18。透明基材12可为一玻璃基板(glass substrate)所构成，且该透明基材12具有一邻近背光源20的迎光面(light-receiving surface)及位于该迎光面对侧的一出光面(light-emitting surface)。依本实施例，彩色滤光层14、光学色转换层16、及表面保护层18依序叠加形成于透明基材12的迎光面上。于此，须注意本说明书中「A层结构形成于B层结构上」的用语，并不限定为A层结构直接贴覆接触B层结构的一表面的态样，例如A层结构与B层结构中间尚间隔其它叠层结构亦为该用语所涵盖范围。

彩色滤光层14包含红、绿及蓝色滤光迹区(filter traces)14a、14b及14c，且两滤光迹区间形成黑色区域14d以作为不同色光间的屏蔽用，避免混色产生。各个滤光迹区例如可由不同颜色的有机颜料所构成。又，光学色转换层16可由光学色转换材料(phosphor)与黏结剂(binder)两者混合形成。

借由本发明于彩色滤光器10中包含光学色转换层16的设计，背光模块20入射至彩色滤光器10的光线可不限定为白光。当背光模块20发出可见光光谱时，光学色转换材料为可吸收可见光光谱能量的材料所构成。举例而言，若背光模块20发出蓝色可见光(400nm-490nm)，则光学色转换材料可为被蓝光有效激发的无机发光材料，举例而言如：

1.钇铝石榴石(YAG)。

2.铽铝石榴石(TAG)。

3.硫化物，如MGa₂S₄、ZnS。

4.铝酸盐类，如SrAl₂O₄。

5.含卤化合物，如Ca₁₀(PO₄)₆Cl₂。

6.稀土硼酸盐类，如YBO₃。

该些化合物并掺杂微量活化金属元素以获得萤光激发效果，该活化金属元素例如可为铈(Ce)、铕(Eu)、铽(Tb)、铋(Bi)、锰(Mn)等金属元素其中之一。光学色转换材料亦可为有机发光材料，例如萤光颜料(pigment)或萤光色料(die)。有机发光材料为有机化合物所构成，随置换基的数目、位置及活化金属的效果而影响其萤光性的大小。当背光模块20发出的蓝光通过光学色转换层16后，部分蓝光被发光材料吸收，其余蓝光与发光材料发出的黄光混合而可得到白光。图3显示利用以铈(Ce)活化的钇铝石榴石(YAG)将蓝光转换成白光的一例。由图3可看出该发光频谱是由一个窄带和一个宽带组成，峰值分别在蓝光LED发射峰460nm和主要在550nm的YAG发射峰，使光谱能量包含从蓝到红的全可见光波长。经转换后的白光通过彩色滤光层14后，可滤出红光24、绿光26及蓝光28的不同色光，借由调整不同色光的强度并混合后可呈现所期望的显示颜色。

再者，背光模块20所发出的光线并不限定为可见光。举例而言，背光模块20的光源亦可采用一紫外光(UV)二极管，当入射光22为能量较高的紫外光(10nm-380nm)时，除前述可被蓝光有效激发的有机及无机发光材料均可将紫外光转换为白光外，另外如硅酸盐类、钒酸盐类等材料亦有相同效果。或者，光学色转换层16的材料亦可同时包含红绿蓝三原色的萤光粉，再利用紫外光激发后调整适当的三原色光成分即可混合出白光。图4显示波长为300nm的紫外光转换成白光的一例，因紫外光的能量强，可更进一步提高光学转换效率而提高白光发光效率。

借由本发明将光学色转换层整合至彩色滤光器制程的设计，无需复杂的制造程序或额外的搭配组件，即可利用成本较低如蓝光或紫外光LED之类具短波长(10nm-490nm)发光频谱的LED背光源，取代如白光LED之类较昂贵的LED背光源。因此，依本发明的设计，不仅可有效降低制造成本，且利用能量较高的短波长光可获得提高光源亮度及色温的效果并有较佳的光转换效率。

图5为显示本发明另一实施例的示意图。依本发明的设计，彩色滤光层14、光学色转换层16、及表面保护层18于透明基材12上的形成位置并不限定。如图5所示的彩色滤光器30，光学色转换层16、彩色滤光层14、及表面保护层18亦可依序叠加于透明基材12较远离背光模块20一侧的出光面上。

图6为显示本发明另一实施例的示意图。如图6所示，彩色滤光器32的光学色转换层17除由光学色转换材料(color-changing material)与黏结剂(binder)两者混合形成外，亦可同时包含如丙烯酸聚合物的表面保护层材料，使光学色转换层17同时兼具表面保护层作用。

图7为显示本发明另一实施例的示意图。如图7所示，彩色滤光器34的彩色滤光层14与光学色转换层16并不限定位于透明基材12的同侧，而可分别位于透明基材12的两侧。光学色转换层16形成于透明基材12的迎光面上以先将蓝光或紫外光构成的入射光22转换为白光，再经由形成于透明基材12的出光面上的彩色滤光层14滤出红光24、绿光26及蓝光28。

图8为显示本发明另一实施例的示意图。于前述的各个实施例中，光学色转换层均为对应全部滤光迹区14a、14b、14c及黑色区域14d披覆形成的一平面色转换层。然而，本发明的光学色转换层16其形成方式及位置并不限定。如图8所示，彩色滤光器36的光学色转换层16可仅分散形成于对应红、绿及蓝色滤光迹区14a、14b及14c位置的区域，两分散的色转换层区域再以黑色区域14d隔开，最后再披覆一表面保护层18。

图9为显示本发明另一实施例的示意图。当光学色转换层16仅分散形成于对应红、绿及蓝滤光迹区14a、14b及14c位置的区域时，其于透明基材12上的形成位置亦不限定。如图9所示，彩色滤光器38的光学色转换层16可形成于透明基材12的出光面上，且原表面保护层18亦可省略。

图10为显示本发明另一实施例的示意图。如图10所示，当入射光22选择为蓝色可见光时，原彩色滤光层14的蓝色滤光迹区14c、及光学色转换层16对应蓝色滤光迹区的区域可均省略而形成透明透光区域14e，让蓝光28直接透过作为蓝色子像素(blue sub-pixel)显示之用。再者，透明透光区域14e的形成方式并不限定，例如可将原彩色滤光层14的蓝色滤光迹区14c、及光学色转换层16对应蓝色滤光迹区的区域置换为透明材料、或直接去除该区域原先材料而形成开口(opening)让蓝光28透过均可。

图11为一示意图，显示本发明色转换彩色滤光器搭配RGBW四色显示模式的一实施例。为提高液晶显示器的辉度表现，彩色滤光器42的彩色滤光层14上除红、绿、及蓝色滤光迹区14a、14b及14c外，可另包含构成一可提高亮度的白色子像素的透明透光区域14e。依本实施例，光学色转换层16形成于透明基材12的迎光面上以先将蓝光或紫外光构成的入射光22转换为白光。接着，形成于透明基材12出光面上的彩色滤光层14，其不同滤光迹区可分别滤出红光24、绿光26及蓝光28，而通过透明透光区域14e的白光29可达到提高显示亮度的效果。

图12为一示意图，显示本发明色转换彩色滤光器搭配RGBW四色显示模式的另一实施例。依本实施例，光学色转换层16可分散形成于对应红、绿及蓝色滤光迹区14a、14b及14c及透明透光区域14e位置处，两分散的色转换层区域再以黑色区域14d隔开，最后再披覆表面保护层18。再者，光学色转换层16与彩色滤光层14的形成位置并不限定，例如可如图12所示形成于透光基材12出光面的一侧，或如图13所示，形成于透光基材12迎光面的一侧亦可，且分散的色转换层区域于透明透光区域14e中的位置亦可任意变化。

以上所述仅为举例，而非为限制本发明。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于申请专利范围中，而非限定于上述的实施例。

Claims

1.一种色转换彩色滤光器，包含：

一透明基材；

一光学色转换层，形成于该透明基材上，该光学色转换层接收入射至该色转换彩色滤光器的短波长光并将其转换为白光；及

一彩色滤光层，形成于该透明基材上，该彩色滤光层具有多个滤光迹区以过滤该白光并滤出显示用的原色色彩分量。

2.如权利要求1所述的色转换彩色滤光器，还包含一表面保护层形成于该光学色转换层或该彩色滤光层上。

3.如权利要求1所述的色转换彩色滤光器，其中该光学色转换层是由光学色转换材料、黏结剂及表面保护层材料混合形成。

4.如权利要求1所述的色转换彩色滤光器，其中该透明基材具有相对的一迎光面及一出光面，该光学色转换层形成于该迎光面上，且该彩色滤光层形成于该出光面上。

5.如权利要求1所述的色转换彩色滤光器，其中该透明基材具有相对的一迎光面及一出光面，且该光学色转换层与该彩色滤光层同时形成于该出光面或该迎光面上。

6.如权利要求1所述的色转换彩色滤光器，其中该彩色滤光层包含设置于两相邻该滤光迹区间的黑色区域，该光学色转换层为一平面色转换层，且该平面色转换层覆盖该滤光迹区及该黑色区域。

7.如权利要求1所述的色转换彩色滤光器，其中该彩色滤光层包含设置于两相邻该滤光迹区间的黑色区域，且该光学色转换层仅对应各该滤光迹区位置分散形成。

8.如权利要求1所述的色转换彩色滤光器，其中该短波长光为蓝色可见光或紫外光。

9.如权利要求8所述的色转换彩色滤光器，其中该光学色转换层的光学色转换材料为选自于钇铝石榴石、铽铝石榴石、硫化物、铝酸盐化合物、含卤化合物、稀土硼酸盐化合物所组成的无机发光材料群组其中之一。

10.如权利要求8所述的色转换彩色滤光器，其中该光学色转换层的光学色转换材料包含微量活化金属元素，且该活化金属元素为选自于铈、铕、铽、铋及锰所组成的群组其中之一。

11.如权利要求8所述的色转换彩色滤光器，其中该光学色转换层的光学色转换材料为有机萤光颜料或有机萤光色料。

12.如权利要求1所述的色转换彩色滤光器，其中该短波长光为蓝色可见光，该多个滤光迹区仅包含红色滤光迹区及绿色滤光迹区、该彩色滤光层还包含多个透明透光区，且该光学色转换层仅对应该红色及绿色滤光迹区位置分散形成。

13.一种色转换彩色滤光器，包含：

一透明基材；

一彩色滤光层，形成于该透明基材上且具有多个滤光迹区及多个透明透光区，该滤光迹区过滤该白光并滤出显示用的原色色彩分量，且该透明透光区直接透过该白光以提高显示亮度。

14.如权利要求13所述的色转换彩色滤光器，其中该短波长光为蓝色可见光或紫外光。

15.如权利要求13所述的色转换彩色滤光器，其中该彩色滤光层还包含一黑色遮光区域，该光学色转换层为一平面色转换层，且该平面色转换层覆盖该滤光迹区、该透明透光区及该黑色遮光区域。

16.如权利要求13所述的色转换彩色滤光器，其中该彩色滤光层还包含一黑色遮光区域，且该光学色转换层仅对应各该滤光迹区及各该透明透光区位置分散形成。