TW201435445A - 高色域量子點顯示器 - Google Patents

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TW201435445A
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Gilles Jean-Baptiste Benoit
John Allen Wheatley
James Alan Thielen
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3M Innovative Properties Co
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Abstract

本發明描述一種光學構造，其包括藍色光源；液晶顯示面板；及在光學上位於該藍色光源與該液晶顯示面板之間的量子點膜元件。在一些實施例中，該藍色光源可發射波長在440至460 nm範圍內且FWHM小於25 nm之藍光。此外，在一些實施例中，該量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在600至640 nm範圍內、FWHM小於50 nm之峰值紅色波長及在515至555 nm範圍內且FWHM小於40 nm之峰值綠色波長。該量子點膜元件可在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間。

Description

高色域量子點顯示器
本發明係關於LCD顯示器之設計，其使用量子點元件提供改良之色域面積(按照% NTSC量測)。
液晶顯示器(LCD)為利用單獨的背光單元及像素的紅色、綠色及藍色彩色濾光片來在螢幕上顯示彩色影像之非發射性顯示器。紅色、綠色及藍色彩色濾光片分別將自背光單元發射之白光分成紅光、綠光及藍光。紅色、綠色及藍色彩色濾光片各自僅透射窄波長帶內之光且吸收可見光譜之其餘部分，導致顯著光學損失。因此，需要高明度背光單元來產生具有充足明度之影像。可由LCD裝置顯示之色彩範圍稱為色域，且由LCD面板之背光單元及彩色濾光片的組合光譜來判定。愈厚、愈多吸收性彩色濾光片產生愈飽和原色及愈寬色域範圍(按照% NTSC量測)以及愈低明度。
面板之原生色域可稱為色域面積，其可與含有白色LED之背光單元組合而達成。典型白色LED由與黃色YAG磷光體組合的藍色LED晶粒組成。原生色域典型地在(就一些手持型裝置而言的)40% NTSC至(就特殊監視器而言的)超過100% NTSC之範圍內。需要具有改良之色域或增加之功效的LCD面板構造。
在本發明之第一態樣中，一種光學構造包括：藍色光源，該藍 色光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；液晶顯示器(LCD)面板，該LCD面板包括一組紅色、綠色及藍色彩色濾光片；及量子點膜元件，該量子點膜元件在光學上定位於藍色光源與LCD面板之間。量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在600至640nm範圍內且FWHM小於50nm之峰值紅色波長及在515至555nm範圍內且FWHM小於40nm之峰值綠色波長。其他元件亦可存在於光源與LCD面板之間以提供準直及偏振再循環。
在一或多個實施例中，光學構造包括：藍色LED光源，該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；LCD面板，該LCD面板之原生色域在35%至45% NTSC範圍中；及量子點膜元件，該量子點膜元件在光學上定位於藍色光源與LCD面板之間。量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在530至550nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造達成至少50% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，光學構造包括：藍色LED光源，該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；LCD面板，該LCD面板之原生色域在45%至55% NTSC範圍內；及量子點膜元件，該量子點膜元件在光學上定位於藍色光源與LCD面板之間。量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在530至550nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造達成至少60% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，光學構造包括：藍色LED光源，該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；LCD面板，該LCD面板之原生色域在55%至65% NTSC範圍內；及量 子點膜元件，該量子點膜元件在光學上定位於藍色光源與LCD面板之間。量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在530至550nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造達成至少70% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，光學構造包括：藍色LED光源，該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；LCD面板，該LCD面板之原生色域在55%至65% NTSC範圍內；及量子點膜元件，該量子點膜元件在光學上定位於藍色光源與LCD面板之間。量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在615至635nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造達成至少80% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，光學構造包括：藍色LED光源，該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；LCD面板，該LCD面板之原生色域在65%至75% NTSC範圍內；及量子點膜元件，該量子點膜元件在光學上定位於藍色光源與LCD面板之間。量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在610至630nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造達成至少80% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，光學構造包括：藍色LED光源，該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；LCD面板，該LCD面板之原生色域在75%至85% NTSC範圍內；及量子點膜元件，該量子點膜元件在光學上定位於藍色光源與LCD面板之間。量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在610至 630nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在525至540nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造達成至少90% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，光學構造包括：藍色LED光源，該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；LCD面板，該LCD面板之原生色域在85%至95% NTSC範圍內；及量子點膜元件，該量子點膜元件在光學上定位於藍色光源與LCD面板之間。量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在610至630nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造達成至少100% NTSC之色域。
在本發明之第二態樣中，一種方法包括選擇光學顯示器之目標色域，裝配光學顯示器，及選擇量子點元件峰值紅色波長及紅色FWHM及峰值綠色波長及綠色FWHM，以達成光學顯示器之目標色域。光學顯示器包括：藍色光源；LCD面板，該LCD面板包含一組紅色、藍色及綠色彩色濾光片且原生色域比目標色域小至少10%；量子點膜元件，該量子點膜元件包含發射具有紅色FWHM之峰值紅色波長及具有綠色FWHM之峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於藍色光源與LCD面板之間。
在一或多個實施例中，選擇步驟包含選擇在600至640nm範圍內且FWHM小於50nm之峰值紅色波長及在515至555nm範圍內且FWHM小於40nm之峰值綠色波長。
在一或多個實施例中，選擇步驟包含選擇在600至640nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在515至555nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。
在一或多個實施例中，選擇步驟包含選擇在605至635nm範圍內 且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在520至550nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。
在一或多個實施例中，藍色光源之波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm或小於20nm。
在隨附圖式及以下描述中闡述本發明之一或多個實施例的細節。本發明之其他特徵、目標及優勢將自描述及圖式及申請專利範圍顯而易見。
10‧‧‧光學構造
20‧‧‧藍色光源
22‧‧‧藍光
30‧‧‧液晶顯示面板
40‧‧‧量子點膜元件
50‧‧‧光再循環元件
75‧‧‧檢視者
B‧‧‧藍光
G‧‧‧綠光
R‧‧‧紅光
結合隨附圖式，考慮到對本發明之各個實施例的以下詳細描述，可更完全理解本發明，其中：圖1為說明性光學構造之示意性側正視圖；圖2A及2B為展示白色LED背光(圖2a)及量子點(QD)背光(圖2b)之正規化光譜功率密度(SPD)之並列比較的圖；圖3為比較標準1953NTSC色彩空間(100% NTSC)與當與原生色域等於60% NTSC之LCD面板組合時用量子點背光單元(72.5% NTSC)及白色LED背光單元(60.5% NTSC)達成之色彩空間的圖；圖4為量子點光學構造之系統色域在白色LED光學構造之原生色域旁的條形圖；圖5為在40%、50%、60%、70%、80%及90% NTSC原生色域的白色LED光學構造之總系統功效在量子點光學構造之總系統功效旁的條形圖；圖6為LED光學構造及量子點光學構造之色域對系統功效之圖。
在以下實施方式中，參考形成實施方式的一部分且以說明方式展示若干特定實施例的隨附圖式。應理解，在不偏離本發明之範疇或精神的情況下，考量且可進行其他實施例。因此，以下實施方式不應 視為具限制意義。
除非另外指定，否則本文中所用之所有科學及技術術語具有通常用於此項技術中之含義。本文中所提供之定義有助於理解本文中頻繁使用之某些術語且不意欲限制本發明之範疇。
除非另外指示，否則本說明書及申請專利範圍中所用之所有表示特徵大小、量及實體性質之數字應理解為在所有情況下均由術語「約」來修飾。因此，除非有相反指示，否則前述說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數值參數為近似值，其可視熟習此項技術者利用本文中所揭示之教示設法獲得之所要性質而變化。
除非本說明書及所附申請專利範圍之內容另外明確規定，否則如本說明書及所附申請專利範圍中所用，單數形式「一」及「該」涵蓋具有複數個指示物之實施例。除非本說明書及所附申請專利範圍之內容另外明確規定，否則如本說明書及所附申請專利範圍中所用，術語「或」通常係以其包括「及/或」之意義使用。
空間相關術語，包括(但不限於)，「下部」、「上部」、「在...之下」、「在...下方」、「在...上方」及「在頂部」，若在本文中使用，則被用來簡化描述以描述一元件相對另一元件之空間關係。該等空間相關術語涵蓋除在圖中描繪及本文中所述之特定定向以外的裝置在使用或操作中之不同定向。舉例而言，若倒轉或翻轉圖中所描繪之物件，則原先被描述成在其他元件下方或之下之部分將在彼等其他元件上方。
如本文中所用，當例如一元件、組件或層被描述為與另一元件、組件或層形成「一致界面」或「在」另一元件、組件或層「上」、「連接至」、「耦接至」或「接觸」另一元件、組件或層時，其例如可直接在特定元件、組件或層上、直接連接至、直接耦接至、直接接觸特定元件、組件或層，或介入元件、組件或層可在特定元件、 組件或層上、連接至、耦接至或接觸特定元件、組件或層。當例如一元件、組件或層被稱作為「直接在」另一元件「上」、「直接連接至」、「直接耦接至」或「直接接觸」另一元件時，不存在例如介入元件、組件或層。如本文中所用，「具有」、「包括」、「包含」或其類似者係以其開放意義使用，且通常意謂「包括(但不限於)」。應理解，術語「由...組成」及「基本上由...組成」被歸入於術語「包含」及其類似者中。
術語「光再循環元件」係指再循環或反射一部分入射光且透射一部分入射光之光學元件。說明性光再循環元件包括反射偏振器、微結構化膜、金屬層、多層光學膜及其組合。
術語「% NTSC」係指色域之定量。NTSC表示國家電視系統委員會(National Television System Committee)。在1953年，NTSC定義了具有以下CIE色彩座標的彩色電視標準比色測定法：
裝置或製程之(色)域為CIE色彩空間之可再生之部分。為了對LCD顯示器之色域定量，將由其三種原色(亦即紅色、綠色、藍色彩色濾光片)界定之三角形之面積正規化為標準NTSC三角形之面積且按照% NTSC形式報導。
片語「原生色域」係指可與含有白色LED之背光單元組合地達成之色域面積。
術語「FWHM」表示半高全寬。如名稱所指示，其由曲線上的函數達至其最大值之一半且大致關於其最大值對稱之點之間的距離給出。
本發明係關於LCD顯示器之設計，其使用與含有藍色LED及綠色及紅色量子點之背光單元組合的具有低至少10%之原生色域之LCD面板提供目標色域面積(按照% NTSC量測)，從而產生大大改良之系統明度，以及其他態樣。與利用白色LED之傳統裝置相比，在背光中使用藍色LED及綠色及紅色量子點以產生具有窄藍色、綠色及紅色發射峰之白色光譜可在色域與明度之間提供更佳的折衷。實際上，當使用量子點背光時，目標色域可使用原生色域至少低10%之LCD面板來達成，從而產生較高明度輸出及/或較低功率消耗。雖然本發明並不受限於以下所提供之實例，但將經由以下所提供之實例的論述獲得對本發明之各種態樣的理解。
圖1為說明性光學構造10之示意性橫截面圖。光學構造10包括：藍色光源20，該藍色光源發射藍光22；及液晶顯示面板30，該液晶顯示面板具有一組紅色、藍色及綠色彩色濾光片且原生色域比目標色域小至少10%。構造10亦包括量子點膜元件40，該量子點膜元件包括發射具有紅色FWHM之峰值紅色波長及具有綠色FWHM之峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於藍色光源20與液晶顯示面板30之間。檢視者75面向光學構造10之檢視或顯示側，且可辨別自光學構造10發射之綠光G、紅光R及藍光B。視情況選用之光再循環元件50可在光學上位於量子點膜元件40與液晶顯示面板30之間。
在一或多個實施例中，藍色光源20及量子點膜元件40可例如整合至單個元件(諸如形成量子點背光之背光)中。在一個實施例中，量子點膜元件40可併入背光之漫射體膜中或替代背光之漫射體膜。因此，量子點背光可為對任何顯示器或LCD顯示器之「直接插入(drop-in)」背光解決方案。
發射藍光22之藍色光源20可為任何適用之藍色光源。在一或多個實施例中，藍色光源20為諸如發光二極體之固態元件。在一或多個 實施例中，藍色光源20發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm或小於20nm之藍光22。
量子點膜元件係指包括複數個量子點之樹脂或聚合物材料或量子點材料的層或膜。在許多實施例中，此材料包夾於兩個障壁膜之間。適合障壁膜包括例如塑膠、玻璃或介電材料。
量子點膜元件可包括一或多個量子點材料群體。例示性量子點或量子點材料在將來自藍色LED之藍色一次光降頻轉換為由量子點發射之二次光時發射綠光及紅光。可控制紅光、綠光及藍光之各別部分以達成由併有量子點膜元件之顯示裝置發射之白光的所要白點。
用於本文中所述之整合量子點構造之例示性量子點包括CdSe或ZnS。用於本文中所述之整合量子點構造之適合量子點包括芯/殼發光奈米晶體，包括CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS或CdTe/ZnS。在例示性實施例中，發光奈米晶體包括外部配位體塗層且分散於聚合基質中。量子點及量子點材料可購自Nanosys Inc.(Palo Alto,CA)。在許多實施例中，量子點膜元件之折射率在1.4至1.6或1.45至1.55範圍內。
已發現，選擇形成量子點材料之具有規定峰值發射及FWHM的特定發紅光及綠光之量子點群體可改良液晶顯示面板之色域。在一或多個實施例中，光學構造可規定目標色域，且可將原生色域比目標色域小至少10%或至少15%或至少20%之LCD面板與形成量子點材料之具有規定峰值發射及FWHM的特定選擇之發紅光及綠光之量子點群體一起使用以達成目標色域。
在一或多個實施例中，量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在600至640nm範圍內且FWHM小於50nm之峰值紅色波長及在515至555nm範圍內且FWHM小於40nm之峰值綠色波長。
在一或多個實施例中，LCD面板之原生色域在35%至45% NTSC 範圍內，且量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在530至550nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造就達成至少50% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，LCD面板之原生色域在45%至55% NTSC範圍內，且量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在530至550nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造就達成至少60% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，LCD面板之原生色域在55%至65% NTSC範圍內，且量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在530至550nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造就達成至少70% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，LCD面板之原生色域在55%至65% NTSC範圍內，且量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在615至635nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在525至540nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造就達成至少80% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，LCD面板之原生色域在65%至75% NTSC範圍內，且量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在610至630nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造就達成至少80% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，LCD面板之原生色域在75%至85% NTSC範圍內，且量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在 610至630nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造就達成至少90% NTSC之色域。
在一或多個實施例中，LCD面板之原生色域在85%至95% NTSC範圍內，且量子點膜元件包括複數個量子點，該複數個量子點發射在610至630nm範圍內且FWHM小於45nm之峰值紅色波長及在525至540nm範圍內且FWHM小於35nm之峰值綠色波長。光學構造就達成至少100% NTSC之色域。
說明性光再循環元件包括反射偏振器、微結構化膜、金屬層、多層光學膜及其組合。微結構化膜包括增亮膜。多層光學膜可選擇性反射一種偏振狀態的光(例如本文中所述之反射偏振器)或可在偏振方面無選擇性。在許多實例中，光再循環元件反射或再循環至少50%之入射光或至少40%之入射光或至少30%之入射光。在一些實施例中，光再循環元件包括金屬層。
反射偏振器可為任何適用之反射偏振器元件。反射偏振器透射具有單一偏振狀態之光且反射剩餘光。說明性反射偏振器包括雙折射反射偏振器、光纖偏振器及準直多層反射器。雙折射反射偏振器包括多層光學膜，其具有安置(例如藉由共擠壓)於第二材料之第二層上之第一材料之第一層。第一及第二材料中之一或兩者可為雙折射性的。總層數可為數十、數百、數千或數千以上。在一些例示性實施例中，相鄰第一及第二層可稱為光學重複單元。適用於本發明之例示性實施例之反射偏振器描述於例如美國專利第5,882,774號、第6,498,683號、第5,808,794號中，該等美國專利以引用的方式併入本文中。任何適合類型之反射偏振器均可用於反射偏振器，例如多層光學膜(MOF)反射偏振器；漫射反射偏振膜(DRPF)，諸如連續/分散相偏振器；線柵反射偏振器；或膽固醇型反射偏振器。
增亮膜通常增強發光裝置之軸上明度(本文中稱為「亮度」)。增亮膜可為光可透射、微結構化膜。微結構化表面構形可為在膜表面上之複數個稜鏡，以使得膜可用於經由反射及折射來重導向光。稜鏡之高度可在約1至約75微米範圍內變化。當用於光學構造或顯示器(諸如見於膝上型電腦、手錶等中之光學構造或顯示器)中時，此微結構化光學膜可藉由將自顯示器逸出之光限於一對相對於貫穿光學顯示器之法線軸呈所要角度安置的平面內來增加光學構造或顯示器之亮度。因此，離開顯示器到容許範圍外部之光被反射回至顯示器中，其中該光之一部分可被「再循環」且以允許其自顯示器逸出之角度返回至微結構化膜中。再循環為適用的，此係因為其可減少向顯示器提供所要亮度水準所需之功率消耗。
增亮膜包括具有對稱尖端及凹槽之規則重複圖案的帶有微結構之物品。凹槽圖案之其他實例包括其中尖端及凹槽不對稱且其中尖端與凹槽的大小、定向或尖端與凹槽之間的距離不均一之圖案。增亮膜之實例描述於Lu等人之美國專利第5,175,030號及Lu之美國專利第5,183,597號中，該等美國專利以引用的方式併入本文中。
所揭示之量子點光學構造之一些優勢藉由以下實例進一步說明。此實例中所述之特定材料、量及尺寸以及其他條件及細節不應理解為過度地限制本發明。
實例
實例-比較利用白色LED背光及量子點背光之LCD顯示器的色域及功效效能。
如下對量子點顯示器進行模型化。使用MATLAB套裝軟體(獲自MathWorks,Natick MA)，製備顯示系統之電腦模型。系統之一次光源為藍色LED。藍色LED照明由發紅光及綠光之量子點組成之量子點膜。LED及量子點由其固有半高全寬(FWHM)來表徵。就藍色LED而 言，FHWM為20nm。就綠色及紅色量子點而言，FWHM值分別為33nm及40nm。LED及量子點之發射波長經選擇以使顯示色域最大化。彼選擇程序亦限於密切地接近於或增大適當標準色彩空間(HDTV sRGB色彩空間)(具有72% NTSC色域)：xb=0.15，yb=0.06，xg=0.3，yg=0.6，xr=0.64，yr=0.33；或Adobe RGB色彩空間(具有98% NTSC色域)：xb=0.15，yb=0.06，xg=0.21，yg=0.71，xr=0.64，yr=0.33。
隨後調節紅色與綠色量子點之相對比例以提供目標白點(HDTV sRGB標準：xw=0.313，yw=0.329；Adobe RGB標準：xw=0.31，yw=0.33)。模型亦包括定位於量子點膜上方之兩個BEF(增亮膜)。一個BEF膜具有沿著水平軸延伸之稜鏡，且第二BEF膜具有沿著垂直軸垂直地延伸之稜鏡。將BEF膜模型化為具有24微米間距之等腰稜鏡膜。隨後，在交叉BEF膜上方，模型包括原生色域為40% NTSC、50% NTSC、60% NTSC、70% NTSC、80% NTSC或90% NTSC之標準LCD面板。將白色LED顯示器以類似方式模型化。受到調整之唯一變數為來自LED晶粒之藍光與來自YAG磷光體之黃光之比以匹配量子點顯示器之白點。
圖2A及2B說明如先前所述模型化之白色LED背光(圖2a)及量子點(QD)背光(圖2b)之光譜功率密度的形狀。
如下計算功效。首先，藉由藍色LED與量子點膜之以彩色濾光片之光譜及代表人眼之色彩敏感度之明視覺發光度函數修改(亦即，逐點相乘)的組合光譜來判定顯示器之輸出光譜(在背光單元中再循環之後，包括吸收損耗、斯托克斯損耗及量子效率損耗)。隨後，將所得光譜在可見波長範圍(400至750nm)上積分，以產生組合輸出發光通量(以流明為單位)。然後，僅將藍色LED之光譜(在降頻轉換之前)亦在可見波長範圍上積分，以判定藍色LED光學功率(以瓦特為單位)。將組合發光通量與藍色LED光學功率之比計算為光學功效(以流明/瓦 特為單位)。隨後將此比乘以藍色LED之電效率(假定為46%)。所得量提供功效之以流明/瓦特為單位之量度。參考白色LED之功效為約110lm/W。
將色域計算為顯示器之色彩空間(由原色CIE座標xb，yb，xg，yg，xr，yr界定)之面積與1953色彩NTSC三角形之面積之比。使用背光單元與相應彩色濾光片之組合光譜計算各藍色、綠色及紅色原色之CIE色彩座標。
圖3說明可用與白色LED背光單元及量子點背光單元組合的原生色域等於60% NTSC之LCD面板達成之色彩空間。亦展示標準1953NTSC三角形用於參考。正如預期，白色LED背光提供等於60.5% NTSC之色彩空間。量子點背光提供等於72.5% NTSC之較大色彩空間。白色LED背光及量子點背光之光譜為圖2a至圖2b中所示者。
按照此方法，針對白色LED背光及含量子點之背光構造，計算由原生色域為40% NTSC、50% NTSC、60% NTSC、70% NTSC、80% NTSC及90% NTSC之LCD面板組成之顯示器的色域及功效。
圖4為量子點(QD)光學構造之系統色域在白色LED光學構造之原生色域旁的圖。此圖表示用原生色域等於40%、50%、60%、70%、80%及90%(x軸)之LCD面板與白色LED背光(黑條)及QD背光(白條)達成之色域(按照% NTSC形式計算)。當使用QD背光時，所達成之色域比原生色域(用白色LED背光達成)高至少10% NTSC。平均而言，增加等於17% NTSC。
圖5為在40%、50%、60%、70%、80%及90% NTSC原生色域下白色LED光學構造之總系統功效在量子點光學構造之總系統功效旁的圖。
此圖表示用與白色LED背光(黑條)及QD背光(白條)組合的原生色域等於40%、50%、60%、70%、80%及90%(x軸)之LCD面板達成之 總系統功效(以流明/瓦特為單位計算且經正規化)。假定參考白色LED具有110流明/瓦特之功效。對於高於40% NTSC的色域目標，當使用QD背光時，系統功效比使用白色LED背光的情況高。此係因為，為了提供目標色域，可將具有窄發射峰之QD背光與原生色域比目標色域低至少10% NTSC之面板組合，從而產生較高透射率及因此較高系統功效。
圖6為LED光學構造及量子點光學構造之色域對系統功效之圖。此圖表示白色LED背光+LCD面板顯示器相較於QD背光+LCD面板顯示器之色域與系統功效之間的關係。假定參考白色LED具有約110lm/W之功效。QD系統之斜率高於白色LED系統之斜率，表明QD背光為用於高色域顯示器之較佳解決方案。
10‧‧‧光學構造
20‧‧‧藍色光源
22‧‧‧藍光
30‧‧‧液晶顯示面板
40‧‧‧量子點膜元件
50‧‧‧光再循環元件
75‧‧‧檢視者
B‧‧‧藍光
G‧‧‧綠光
R‧‧‧紅光

Claims (16)

  1. 一種光學構造，其包含：一藍色光源，該藍色光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；一液晶顯示器(LCD)面板，該LCD面板包含一組紅色、藍色及綠色彩色濾光片；及一量子點膜元件，該量子點膜元件包含發射在600至640nm範圍內且FWHM小於50nm之一峰值紅色波長及在515至555nm範圍內且FWHM小於40nm之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間。
  2. 如請求項1之光學構造，其中：該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；該LCD面板之一原生色域在35%至45% NTSC範圍內；該量子點膜元件包含發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之一峰值紅色波長及在530至555nm範圍內且FWHM小於35nm之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間；該光學構造達成至少50% NTSC之一色域。
  3. 如請求項1之光學構造，其中：該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；該LCD面板之一原生色域在45%至55% NTSC範圍內；該量子點膜元件包含發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之一峰值紅色波長及在530至550nm範圍內且FWHM小於 35nm之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間；且該光學構造達成至少60% NTSC之一色域。
  4. 如請求項1之光學構造，其中：該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；該LCD面板之一原生色域在55%至65% NTSC範圍內；該量子點膜元件包含發射在605至625nm範圍內且FWHM小於45nm之一峰值紅色波長及在530至550nm範圍內且FWHM小於35nm之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間；該光學構造達成至少70% NTSC之一色域。
  5. 如請求項1之光學構造，其中：該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；該LCD面板之一原生色域在55%至65% NTSC範圍內；該量子點膜元件包含發射在615至635nm範圍內且FWHM小於45nm之一峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間；且該光學構造達成至少80% NTSC之一色域。
  6. 如請求項1之光學構造，其中：該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；該LCD面板之一原生色域在65%至75% NTSC範圍內；該量子點膜元件包含發射在610至630nm範圍內且FWHM小於 45nm之一峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間；該光學構造達成至少80% NTSC之一色域。
  7. 如請求項1之光學構造，其中：該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；該LCD面板之一原生色域在75%至85% NTSC範圍內；該量子點膜元件包含發射在610至630nm範圍內且FWHM小於45nm之一峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間；且該光學構造達成至少90% NTSC之一色域。
  8. 如請求項1之光學構造，其中：該藍色LED光源發射波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm之藍光；該LCD面板之一原生色域在85%至95% NTSC範圍內；該量子點膜元件包含發射在610至630nm範圍內且FWHM小於45nm之一峰值紅色波長及在520至540nm範圍內且FWHM小於35nm之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間；且該光學構造達成至少100% NTSC之一色域。
  9. 如前述請求項中任一或多項之光學構造，其進一步包含在光學上位於該量子點膜元件與該LCD面板之間的一光再循環元件。
  10. 一種方法，其包含：選擇一光學顯示器之一目標色域；及 裝配該光學顯示器，其包含：一藍色光源；一LCD面板，該LCD面板包含一組紅色、藍色及綠色彩色濾光片且原生色域比該目標色域小至少10%；及一量子點膜元件，該量子點膜元件包含發射具有紅色FWHM之一峰值紅色波長及具有綠色FWHM之一峰值綠色波長的複數個量子點，且在光學上位於該藍色光源與該LCD面板之間；及選擇該峰值紅色波長及紅色FWHM及該峰值綠色波長及綠色FWHM，以達成該光學顯示器之該目標色域。
  11. 如請求項10之方法，其中選擇該峰值紅色波長包含選擇在600至640nm範圍內且FWHM小於50nm之該峰值紅色波長及在515至555nm範圍內且FWHM小於40nm之該峰值綠色波長。
  12. 如請求項10之方法，其中選擇該峰值紅色波長包含選擇在600至640nm範圍內且FWHM小於45nm之該峰值紅色波長及在515至555nm範圍內且FWHM小於35nm之該峰值綠色波長。
  13. 如請求項10之方法，其中選擇該峰值紅色波長包含選擇在605至635nm範圍內且FWHM小於45nm之該峰值紅色波長及在520至550nm範圍內且FWHM小於35nm之該峰值綠色波長。
  14. 如請求項10至13之方法，其中該藍色光源之波長在440至460nm範圍內且FWHM小於25nm。
  15. 如請求項10至13之方法，其中該藍色光源之波長在440至460nm範圍內且FWHM小於20nm。
  16. 如請求項10至15之方法，其中裝配該光學顯示器進一步包含位於該量子點膜元件與該LCD面板之間的一或多個光再循環元件。
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