TW201616634A - 平面顯示裝置及應用於其上之背光產生方法 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種平面顯示裝置及應用於其上之背光產生方法。該平面顯示裝置包含有一框體和設置於該框體上的一顯示面板以及一背光模組。該背光模組係相應於該顯示面板，用以提供該顯示面板之背光。其中該背光模組具有可產生一第一色光束的一光源，該第一色光束之波長係落於一發射波長範圍中，且該發射波長範圍係從457.5奈米(nm)至465奈米。

Description

平面顯示裝置及應用於其上之背光產生方法

本發明是有關於一種平面顯示裝置及應用於其上之背光產生方法，尤指一種藉由對其中藍光LED晶片所射出的藍色光的波長進行設定，從而能有效地去除或降低具有傷害性的藍色光波段以保護使用者的眼睛之裝置及其方法。

發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱LED)係為一種以半導體材料所製成的固態發光元件，具有體積小、發熱度低、高照明、耗電量小、適合量產與壽命長等性能，故目前業界於各種照明裝置或背光模組上，普遍多已採用發光二極體作為其發光光源之應用；例如一般的平面顯示裝置多半是以此類光源作背光模組的設置。為了使此類背光模組能於平面顯示裝置中提供顯示上更佳的照明，如何讓各色光均勻混合成所需的白色光，已為所屬產業的重要發展目標。

目前應用發光二極體製成背光模組以產生白色光的技術，其中一種是使用可發射出藍色光之發光二極體晶片(例如InGaN(氮化銦鎵)之藍光LED)，並搭配使用可被藍色光激發而產生黃色光的螢光粉(例如YAG(釔鋁石榴石)螢光粉)，從而使藍色光再和所產生的黃色光相互混合而形成出白色光。另一方面，可以直接利用紅光、綠光、藍光之三種LED晶片(可個別組合或同一封裝)的組合方式混合成白色光。

此外，由於白色光是由紅色(Red)光、綠色(Green)光、藍色(Blue)光所混合而成，而紅色光與綠色光的混合係形成 黃色光，因此於背光模組中亦能使用可被紫外光或近紫外光激發而分別產生紅色光、綠色光與藍色光的三種螢光粉，三種色光相互混合以形成出白色光。另外，目前技術也已能夠以藍光LED晶片搭配可被藍色光激發而分別產生紅色光與綠色光的兩種螢光粉的方式以形成出白色光。

是以，此一白色光便為背光模組之背光源。然而，由於背光模組中的相關混光結構可能會造成各個色光的混合不均，使得混合後的白色光有色偏的情形；例如藍色色偏，進而影響了影像顯示上的演色性。除此之外，由於藍色光具有相對較短的波長，較容易造成散射或漫射等情形而未能有效地對螢光粉進行激發，因而產生藍色色偏。

另一方面，就顯示裝置的色彩制定來說，目前主要包含有NTSC(National Television System Committee)、sRGB(Standard Red Green Blue)、Adobe RGB等幾種類型，各類型在色空間(color space)上具有各自所屬的色域。其中sRGB的色域約是佔NTSC的色域的72%，而Adobe RGB的色域則是較sRGB的色域更為寬廣而為高演色性。根據目前技術，一般使用sRGB類型的平面顯示裝置，其中背光模組的藍光LED晶片可運作波長範圍是在445~455奈米(nm)之間，而Adobe RGB類型的則是在445~450奈米(nm)之間。

於一般平面顯示裝置之前方量測其所形成的光的亮度(單位流明)對應於所屬波長的實際量測結果可如第1圖與第2圖所示；其中第1圖是sRGB類型的平面顯示裝置的實際量測結果，而第2圖則是Adobe RGB類型的平面顯示裝置的實際量測結果。根據此二圖所示可知，所量測到的光係對應地形成了紅色光、綠色光與藍色光等三個峰值。另外，於此二圖中係皆設定其背光模組所使用的藍光LED晶片以波長為445奈米(nm)的藍色光加以射出，也就是所量測到的藍色光的峰值位置所對應的波長大小係約為445奈米(nm)。

承上所述，各個色光於分布上所對應的亮度大小，係與混合後白色光的演色性有關。而無論是sRGB類型或Adobe RGB類型，皆可見其藍色光具有相對較高的亮度，並且由於混合的機制使得此二類型皆產生波長比藍色光的峰值更短的光；例如紫色光。由第1圖與第2圖所示可知，於該等平面顯示裝置之前方所量測到的光的波長最短可達到約410奈米(nm)。

然而根據醫學研究，射出的光的波長落在380~420奈米(nm)的範圍內時，也就是在可見光光譜上相對為最短的波段，光的能量將會對使用者的眼睛造成疲勞、痠痛等影響，嚴重時甚至會造成視力下降或視網膜病變等傷害情形。就上述兩種類型的平面顯示裝置的實際量測結果來說，會造成影響的部份係為波長在410~420奈米(nm)之間的光。雖然此一波段的光的亮度不大，但仍舊不適合觀看；而且若背光模組因故呈現出藍色色偏時，所造成的傷害將會更大。

目前技術針對平面顯示裝置的藍光傷害情形已可採取幾種因應措施：其一是在裝置上執行一低藍光模式，也就是採用應用程式的方式以控制背光模組的藍色光所射出的亮度；但因為藍色光的亮度受到降低，相對地會造成黃色光(可由紅色光與綠色光所混合)的亮度較高，使得混合後的白色光反而會有黃色色偏的情形。另一方式，則是藉由設置可濾除相關波長的膜片以使特定短波的光不會射出；但此一方式需作硬體元件的額外製備，從而增加了生產成本。

由此可知，針對此一問題，相關的因應措施仍存在著許多待改善的缺失，故並非最佳的解決手段。

本發明之目的在於提出一種平面顯示裝置及應用於其上之背光產生方法。其主要特徵在於藉由對其中藍光LED晶片所射出的藍色光的波長進行設定，從而能有效地去除或降低具有傷害性的藍色光波段以保護使用者的眼睛。

本發明係為一種平面顯示裝置，包含有一框體和設置於該框體上的一顯示面板以及一背光模組。該背光模組係相應於該顯示面板，用以提供該顯示面板之背光。其中該背光模組具有可產生一第一色光束的一光源，該第一色光束之波長係落於一發射波長範圍中，且該發射波長範圍係從457.5奈米(nm)至465奈米。

本發明另一方面係為一種背光產生方法，應用於一平面顯示裝置上，該平面顯示裝置包含有一顯示面板和一背光模組，該背光模組用以提供該顯示面板之背光，而該方法包含下列步驟：使該背光模組的一光源以一發射波長範圍中之一波長產生一第一色光束；其中該發射波長範圍係從457.5奈米(nm)至465奈米。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

1‧‧‧平面顯示裝置

10‧‧‧背光模組

11‧‧‧框體

12‧‧‧光源

14‧‧‧混光單元

16‧‧‧導光板

17‧‧‧擴散組件

18‧‧‧顯示面板

C11、C21‧‧‧虛線部份

C12、C22‧‧‧粗實線部份

L1、L2‧‧‧標示線

第1圖，係為於一sRGB類型的平面顯示裝置之前方量測其所形成的光的亮度對應於所屬波長的實際量測結果。

第2圖，係為於一Adobe RGB類型的平面顯示裝置之前方量測其所形成的光的亮度對應於所屬波長的實際量測結果。

第3圖，係為本發明第一實施例所提出的平面顯示裝置1的剖視圖。

第4圖，係為於本發明第一實施例的平面顯示裝置1之前方量測其所形成的光的亮度對應於所屬波長的實際量測結果。

第5圖，係為於本發明第二實施例的平面顯示裝置之前方量測其所形成的光的亮度對應於所屬波長的實際量測結果。

以下提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護的範圍。此外，實施例中的 圖式省略不必要的元件，以清楚顯示本發明的技術特點。

現以一第一實施例進行本發明所提出之平面顯示裝置及應用於其上之背光產生方法的實施說明。

請參閱第3圖，係為第一實施例所提出的一平面顯示裝置1的剖視圖。如第3圖所示，該平面顯示裝置1主要包含有一背光模組10、一框體11、一導光板16、一擴散組件17以及一顯示面板18；其中該背光模組10包含有一光源12和一混光單元14。該背光模組10、該導光板16、該擴散組件17與該顯示面板18係設置於該框體11上，且該背光模組10係相應於該顯示面板18，用以提供該顯示面板18之背光。

於此第一實施例中，第3圖是以一種側入式之背光結構作實施說明，也就是該背光模組10係位於整體裝置之側面並藉由該導光板16與該擴散組件17對光線作均勻化。本發明的主要特徵在於針對該光源12所產生的一第一色光束，具體來說係為藍色光，進行可運作波長的設定，進而達到避免造成使用者眼睛傷害的目的。是以，本發明的概念係不限於第3圖所示之結構，也就是亦可採用例如直下式的背光結構。

承上所述，本發明所使用的該光源12係為一藍光LED晶片，其並根據一發射波長範圍來產生出藍色光。該發射波長範圍的數值係從457.5奈米(nm)至465奈米(nm)；經由實際測試與比對分析後，其數值確實能達到本發明之去除短波藍光之目的。是以，本發明的背光產生方法主要便是使該光源12以該發射波長範圍中之一波長產生出藍色光並進行混合。詳細的設定與量測結果係說明如後。

進一步來說，基於對藍光LED晶片射出藍色光所能允許的誤差的考量，本發明還將該發射波長範圍分成一第一波段、一第二波段和一第三波段等三種波段；其中該第一波段係從457.5奈米(nm)至460奈米(nm)，該第二波段係從460奈米至462.5奈米(nm)，該第三波段係從462.5奈米至465奈米(nm)。需注意 的是，本發明對於相關波長範圍或波段的大小設定係包含了各自的邊界極值。

一般來說，若多晶粒所射出的同一色光其波長不均勻或相差過大時，也會有色偏的情形。是以，本發明對於各個波段的極值間距大小係設計為2.5奈米(nm)，因而可有效避免同色的色偏。於實際製作上，可將一晶圓分成三個區域以對應上述三種波段，再將晶圓切割而使每一晶片僅對應於一種波段。換句話說，晶片於運作時所射出的藍色光之波長係落於該第一波段、該第二波段和該第三波段中之其一而已；也就是該光源12僅會對應三種波段中的一種波段。

於此第一實施例中，該平面顯示裝置1係為sRGB類型，並且於該混光單元14中係以容置可被藍色光激發而分別產生綠色光與紅色光的兩種螢光粉作實施說明。位於該光源12之前方的該混光單元14係以一空心之透明材料所構成；例如玻璃管，用以容置所述之兩種螢光粉。如先前技術所述，該混光單元14於混光時係以該光源12所射出的藍色光激發該等螢光粉而另產生一第二色光束和一第三色光束，也就是綠色光與紅色光；被激發而射出的綠色光與紅色光將再與藍色光進行相互混合以形成出白色光，並由該混光單元14之前方射出，以提供該顯示面板18之背光。

承上所述，在採用綠色、紅色兩種螢光粉的設計下，所產生的綠色光之波長可從500奈米(nm)至590奈米(nm)，而所產生的紅色光之波長可從570奈米至760奈米。此部份的應用係和先前技術相同，也就是在應用本發明的該發射波長範圍所產生的藍色光所激發而出的綠色光與紅色光之波長範圍，仍能有效地混合出所需的白色光。當然，本發明的概念係不限於以綠色、紅色兩種螢光粉的方式作容置。如先前技術所述，亦可搭配使用可被藍色光激發而產生黃色光的螢光粉(例如YAG(釔鋁石榴石)螢光粉)作本發明之實施。而第一實施例中的綠色光與紅色光的混合 結果其實就是黃色光。

請參閱第4圖，係為於第一實施例的該平面顯示裝置1之前方量測其所形成的光的亮度(單位流明)對應於所屬波長的實際量測結果。於第4圖的示意中係包含有兩曲線，其中一虛線部份C11係為先前技術第1圖的量測結果，而一粗實線部份C12則才為本發明第一實施例的量測結果，藉以相互比較兩者的差異。於此圖中，係設定該光源12所使用的藍光LED晶片以波長為460奈米(nm)的藍色光加以射出，也就是採用該第一波段的極大值或該第二波段的極小值，而所量測到的藍色光的峰值位置所對應的波長大小係約為460奈米(nm)。

如第4圖所示，類似地，該粗實線部份C12係亦對應地形成了紅色光、綠色光與藍色光等三個峰值。和先前技術的該虛線部份C11相比，兩者的紅色光、綠色光與藍色光的峰值亮度互有高低差異；其中本發明的紅色光的峰值亮度較低，但峰值波長較長；本發明的綠色光的峰值亮度較高，但峰值波長卻差不多。然而，針對藍色光的部份，雖然本發明的藍色光的峰值亮度較高，但因所使用的藍色光為460奈米(nm)，使得峰值波長較長(第1圖的藍色光為445奈米(nm))，從而因此成功地將藍色光的範圍往長波位移(shift)，也就是於該平面顯示裝置1之前方所量測到的光的波長最短僅約425奈米(nm)。

換句話說，對於人眼最容易造成傷害的380~420奈米(nm)的此一波段，其能量較大的藍色光(或為頻譜上的紫色光)已可被完全去除。更進一步來說，於第4圖所標示的一標示線L1係指出波長為450奈米(nm)的位置，該粗實線部份C12在該標示線L1以左所佔的面積係遠少於該虛線部份C11所佔的面積，也就是本發明能有效減少波長在450奈米(nm)以下的藍色光。根據一實際量測結果，相較於先前技術，本發明能減少此部份的藍色光約達60%。

現以一第二實施例進行本發明所提出之平面顯示裝 置及應用於其上之背光產生方法的實施說明。第二實施例和第一實施例之差異僅在於所應用的平面顯示裝置之類型；第二實施例的平面顯示裝置係為Adobe RGB類型。

根據目前技術，Adobe RGB類型的平面顯示裝置係為一種廣色域、高演色性的高階顯示器。為達到此一高演色性標準，平面顯示裝置的背光模組是主要關鍵。目前除了以冷陰極管(CCFL)的方式設置其背光模組外，還可以直接利用紅光、綠光、藍光之三種LED晶片的組合方式作為背光。是以，本發明可針對其中的藍光LED晶片進行如同第一實施例的可運作波長的設定，從而同樣能達到避免造成使用者眼睛傷害的目的。

於此第二實施例中，針對包括該發射波長範圍之數值和三種波段的設定等，皆與第一實施例相同。其次，由於Adobe RGB類型的平面顯示裝置並不使用螢光粉，因此不使用第3圖中為玻璃管的該混光單元14，而需改用光學膜進行混光。換句話說，第二實施例的背光模組將具有三個光源；除了藍光LED晶片外，所使用的綠光LED晶片所產生的綠色光之波長可從500奈米(nm)至580奈米(nm)，而所使用的紅光LED晶片所產生的紅色光之波長可從570奈米至760奈米，此部份也和先前技術相同而能有效地混合出白色光。

請參閱第5圖，係為於第二實施例的平面顯示裝置之前方量測其所形成的光的亮度(單位流明)對應於所屬波長的實際量測結果。類似地，於第5圖的示意中係包含有兩曲線，其中一虛線部份C21係為先前技術第2圖的量測結果，而一粗實線部份C22則才為本發明第二實施例的量測結果，藉以相互比較兩者的差異。於此圖中，係設定光源所使用的藍光LED晶片以波長為460奈米(nm)的藍色光加以射出，因此所量測到的對應峰值也約為460奈米(nm)。

如第5圖所示，類似地，該粗實線部份C22係亦對應地形成了紅色光、綠色光與藍色光等三個峰值。和先前技術的 該虛線部份C21相比，兩者的紅色光、綠色光與藍色光的峰值亮度差異並不大。然而，針對藍色光的部份，本發明因使用460奈米(nm)的藍色光，使得峰值波長較長(第2圖的藍色光為445奈米(nm))，從而也同樣成功地將藍色光的範圍往長波位移(shift)，也就是於平面顯示裝置之前方所量測到的光的波長最短僅約425奈米(nm)。

類似地，對於人眼最容易造成傷害的380~420奈米(nm)的此一波段，其能量較大的藍色光(或為頻譜上的紫色光)已可被完全去除。更進一步來說，於第5圖所標示的一標示線L2係指出波長為450奈米(nm)的位置，該粗實線部份C22在該標示線L2以左所佔的面積係遠少於該虛線部份C21所佔的面積，也就是本發明能有效減少波長在450奈米(nm)以下的藍色光。根據一實際量測結果，相較於先前技術，本發明能減少此部份的藍色光約達60%。

綜上所述，在需以藍光LED晶片作為背光模組的平面顯示裝置上，本發明並不採用應用程式的方式來控制其藍色光的亮度，而是直接對所射出的藍色光的波長進行特殊的設定。如此，本發明除了能避免先前技術之黃色色偏的情形外，實際量測的結果也發現可有效地去除或降低具有傷害性的藍色光波段。另一方面，本發明並不需要製備額外的硬體元件，也就是已能在不增加生產成本的條件下提出最佳的解決手段。

是故，本發明能有效解決先前技術中所提出之相關問題，而能成功地達到本案發展之主要目的。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

C11‧‧‧虛線部份

C12‧‧‧粗實線部份

L1‧‧‧標示線

Claims (10)

1. 一種平面顯示裝置，包含有：一框體；一顯示面板，設置於該框體上；以及一背光模組，設置於該框體上並相應於該顯示面板，用以提供該顯示面板之背光；其中該背光模組具有可產生一第一色光束的一光源，該第一色光束之波長係落於一發射波長範圍中，且該發射波長範圍係從457.5奈米(nm)至465奈米。
2. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示裝置，其中該發射波長範圍具有一第一波段、一第二波段和一第三波段，而該第一色光束之波長係落於該第一波段、該第二波段和該第三波段中之其一；其中該第一波段係從457.5奈米至460奈米，該第二波段係從460奈米至462.5奈米，該第三波段係從462.5奈米至465奈米。
3. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示裝置，其中該背光模組具有一混光單元，設置於該框體上並位於該光源之前方，該混光單元用以將該第一色光束進行混光，而形成提供該顯示面板之背光。
4. 如申請專利範圍第3項所述之平面顯示裝置，其中該混光單元於混光時係另產生一第二色光束和一第三色光束，使得該第一色光束再與該第二色光束和該第三色光束進行混光；而該第二色光束之波長係從500奈米至590奈米，而該第三色光束之波長係從570奈米至760奈米。
5. 如申請專利範圍第3項所述之平面顯示裝置，其中該混光單元係將該第一色光束與一第二色光束和一第三色光束進行混 光；而該第二色光束之波長係從500奈米至580奈米，而該第三色光束之波長係從570奈米至760奈米。
6. 一種背光產生方法，應用於一平面顯示裝置上，該平面顯示裝置包含有一顯示面板和一背光模組，該背光模組用以提供該顯示面板之背光，而該方法包含下列步驟：使該背光模組的一光源以一發射波長範圍中之一波長產生一第一色光束；其中該發射波長範圍係從457.5奈米(nm)至465奈米。
7. 如申請專利範圍第6項所述之背光產生方法，其中該發射波長範圍具有一第一波段、一第二波段和一第三波段，而該第一色光束之波長係落於該第一波段、該第二波段和該第三波段中之其一；其中該第一波段係從457.5奈米至460奈米，該第二波段係從460奈米至462.5奈米，該第三波段係從462.5奈米至465奈米。
8. 如申請專利範圍第6項所述之背光產生方法，其中該背光模組具有一混光單元，設置於該光源之前方，該混光單元用以將該第一色光束進行混光，而形成提供該顯示面板之背光。
9. 如申請專利範圍第8項所述之背光產生方法，其中該混光單元於混光時係另產生一第二色光束和一第三色光束，使得該第一色光束再與該第二色光束和該第三色光束進行混光；而該第二色光束之波長係從500奈米至590奈米，而該第三色光束之波長係從570奈米至760奈米。
10. 如申請專利範圍第8項所述之背光產生方法，其中該混光單元係將該第一色光束與一第二色光束和一第三色光束進行混光；而該第二色光束之波長係從500奈米至580奈米，而該第 三色光束之波長係從570奈米至760奈米。