TW202411698A - 用於顯示裝置之濾色器增強 - Google Patents

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Abstract

一種顯示系統包含具有一發光陣列之一背光裝置、一液晶面板以及具有一或多種吸收性染料的一濾色器，其中該一或多種吸收性染料位於該濾色器中之子圖元之至少一個顏色集合中。該一或多種吸收性染料可為該濾色器之藍色、綠色或紅色子圖元中所包括之一可溶的藍光、綠光或紅光吸收性染料。一藍光吸收性染料可減少在415 nm至435 nm之一波長範圍內的透射，一綠光吸收性染料可減少在490 nm至570 nm之一波長範圍內的透射，並且一紅光吸收性染料可減少小於620 nm之波長的透射。

Description

用於顯示裝置之濾色器增強
本發明係關於用於包括光管理材料之電子顯示系統之背光模組。
隨著發光二極體(LED)出現及其在諸如LCD顯示器等電子顯示器產品中之日益使用，藍光已成為健康問題。短波長藍光或高能自然藍光已與視網膜光損傷有關且經認為係在長期曝露於日光之後黃斑變性發作之致病因素。隨著每日螢幕時間持續增加，尤其自COVID-19大流行病開始以來，使用者愈來愈曝露於其裝置發出之高能藍光。目前正研究長期健康影響，但眼部疲勞及顯示器使用之其他直接影響每天影響著人們，除裝置使用對晝夜節律及睡眠模式的公認影響之外，眼疲勞及眼睛乾澀等眼部症狀亦增加。因此降低裝置發出高能藍光極為重要，並且選擇性解決方案可實施於顯示面板之組件內。
手持設備、平板電腦、電腦及其他裝置顯示器已趨向於更高解析度及更真實顏色平衡。雖然可使用各種方法來達成解析度及顏色，但許多高效能顯示器包括可在輸出光譜內產生高水平藍色之LED。此等裝置中之許多裝置係電池供電的，並且使用者通常需要較長電池壽命。較長電池壽命通常需要較低功耗，以及用於光節省之各種構件。此等顯示器通常不將眼睛安全優先作為設計目標。日益增長之醫學研究指示，顏色光譜之「有毒」藍色部分可對眼睛產生不利影響，長遠來看可能會導致視力問題及損傷。另外，新知識體系展示了光譜之某些部分可對個體之自然晝夜節律產生不利影響。本發明描述了材料及此等材料在用LED背光系統建構之行動電話、平板電腦或監視器中的併入，該等材料在其減少曝露於有害藍光及UV光之能力方面具有高選擇性。此等材料可作為波長及數量之函數而經最佳化以維持白色點。許多此等材料減小了總透光率。然而，如本發明中所描述，此等材料中之一些材料可將光譜的有害部分減小至危害較小之光學波長範圍。以此方式，可在顯示器亮度損失最小之情況下達成降低有害顏色頻率、維持光學清晰度以及維持真實白色平衡的平衡。鑒於近期醫學發現、愈來愈普遍之顯示器以及對顯示器之高品質的消費者需求，本發明之系統以獨特方式解決多個需求。
本文中描述了基於光吸收而緩解藍光發射之方法。在一些情況下，相較於不具有此類吸收特徵之另外相同的參考顯示器，在電磁光譜之可見區中無後續光發射之情況下移除光或轉換光可大體上導致顯示器亮度(經量測及/或感知)降低。在一些情況下，為了補償此類吸收相關之亮度降低，輸入至顯示器之功率增大。此可為相對於輸入至參考顯示器之功率。大體而言，顯示器功耗之增加可為不合需要的，尤其在可能不利地影響電池壽命之攜帶型裝置中。
在本發明中，在顯示器濾色器之各顏色內選擇性地應用吸色染料呈現出較大益處，就藍光危害降低而言，使對亮度變化及總色域增加之負面影響降至最低。此在相較於藉由背光單元(下文中為「BLU」)層級處之實施而獲得的所得效果時尤其顯著。
為瞭解決眼睛安全問題，提供顯示系統將材料併入至可減少曝露於有害或有毒藍光及紫外光之行動裝置、平板電腦或個人電腦顯示器中。本發明提供用於包括材料之顯示系統的背光模組(單元)，該等材料可將可見電磁光譜之有害部分轉換或再循環成危害較小的光學波長，同時在顯示器亮度損失最小之情況下維持降低有害顏色頻率、維持光學清晰度以及維持真實白色平衡的平衡。
本發明提供對具有LCD顯示器或LED背光系統之系統的所得光譜發射之修改，該修改包括在此等顯示系統之濾色器層級處使用染料或染料組合。此等染料可吸收可見電磁光譜之有害部分，同時在顯示器亮度損失最小之情況下維持降低有害顏色頻率、維持光學清晰度以及維持真實白色平衡的平衡。
本發明改良顏色透射率且亦可改良顏色。隨著顯示系統之濾色器層中之改良，透射亮度及色域可改良。在一個實施例中，存在高透射或低色域濾光器。在另一實施例中，濾色器可引起改良之透射率。濾色器層可包括影響某些波長之特定染料、顏料或化合物，且可降低藍光毒性。染料亦可導致發射之顏色值範圍變窄，以便減少子圖元之間的重疊/洩漏，從而改良所得發射光之色域。
在一個態樣中，揭露一種顯示系統，其包括：背光單元，其具有發光陣列；液晶面板；及濾色器，其具有一或多種吸收性染料，其中一或多種吸收性染料位於濾色器中之子圖元之至少一個顏色集合(例如，濾色器內之藍色子圖元集合)中。該系統可進一步包括併入至發光陣列中之發光二極體、鄰近於發光陣列的反射器、與反射器相對之漫射器、薄膜電晶體陣列層以及防護玻璃罩層。液晶面板可鄰近於濾色器且可由安置於兩個面板之間的液晶層構成。
在一些情況下，該系統可進一步包括第一增亮層及至少一個偏振器，其中第一偏振器定位成鄰近於濾色器。另外，第二增亮層可鄰近於第一增亮層。另外，第二偏振器可定位成緊鄰背光單元。
在一些情況下，一或多種吸收性染料可為濾色器之藍色子圖元中所包括的可溶藍光吸收性染料，並且藍光吸收性染料可吸收藍光且減少在介於415 nm與480 nm之間(例如，415 nm至435 nm、430 nm至455 nm，或430 nm至480 nm)的波長範圍內之透射。該系統可進一步包括吸收波長低於415 nm之光的短波長側吸收體。替代地或另外，該系統可進一步包括吸收波長高於480 nm之光的長波長側吸收體。在一些情況下，藍光吸收性染料可將藍光毒性因數降低高達20%。
在一些情況下，一或多種吸收性染料可為濾色器之綠色子圖元中所包括的可溶綠光吸收性染料，並且綠光吸收性染料可吸收綠光且減少在介於490 nm與570 nm之間(例如，500 nm至525 nm、520 nm至545 nm，或520 nm至570 nm)的波長範圍內之透射。此外，一或多種吸收性染料可包括吸收波長低於500 nm之光的短波長側吸收體、吸收波長高於575 nm之光的長波長側吸收體或此兩者。
在一些情況下，一或多種吸收性染料可為濾色器之紅色子圖元中所包括的可溶紅光吸收性染料，並且紅光吸收性染料可吸收紅光且減少小於620 nm (例如，600 nm至620 nm)之波長的透射。在一些情況下，替代性或額外紅光吸收性染料可吸收紅光且減少在介於620 nm與645 nm之間(例如，620 nm至640 nm)的波長範圍內之透射。此外，一或多種吸收性染料可包括吸收波長低於590 nm之光的短波長側吸收體。
在一些情況下，一或多種吸收性染料可為在415 nm至435 nm之波長範圍內吸收的可溶藍色染料、在520 nm至550 nm之波長範圍內吸收的可溶綠色染料及其任何組合中之至少一者。一或多種吸收性染料可為有機染料、金屬錯合物染料、卟啉基化合物、香豆素、視網膜色素以及酞菁化合物中之至少一種。
在一些情況下，與不具有一或多種吸收性染料之顯示系統相比，亮度降低可不超過10%。替代地或另外，色域中之變化可不超過5%。
在一些情況下，一或多種吸收性染料可位元於藍色子圖元、紅色子圖元、綠色子圖元及其任何組合中之至少一者中。
在另一態樣中，揭露一種在顯示系統中使用濾色器之方法，其包括：照明具有發光陣列之背光單元；將光發射穿過液晶面板；及在具有一或多種吸收性染料之濾色器中吸收光，其中一或多種吸收性染料位於濾色器中之子圖元之至少一個顏色集合中。
在本發明中， 術語「光吸收材料」或「光吸收層」係指僅吸收特定波長範圍內之光的光學管理材料； 術語「光轉換材料」或「光轉換層」係指吸收一個波長範圍內之光且在不同(例如，較高)波長範圍下重新發射光的光學管理材料； 術語「光學膜」係指可接近透明載體層或可安置於透明載體層上之光吸收材料層或光轉換材料層； 術語「鄰近」係指直接緊靠彼此或至多藉由一個額外層分離之層； 術語「藍光」或「有毒藍光」係指分別具有約400 nm至約500 nm或約415 nm至約455 nm之波長範圍的光； 術語「安置於……上」係指直接與另一層接觸或鄰近於另一層之層； 術語「發光二極體陣列」係指通常為二維之矩陣中之一或多個發光二極體； 術語「光學堆疊」係指背光單元中發光、對該光為光學透明的或改變該光之性質的層。此等層可彼此鄰近； 術語「藍光比率」係指在415 nm至455 nm範圍內之顯示器發射光與在400 nm至500 nm範圍內之顯示器發射光的比率應小於50%。 藍光比率 = 其中：L(λ)係以µW·cm -2·nm -1為單位之光譜輻照度； 術語「藍光毒性因數」(BLTF)係指與根據毒性加權因數B(λ)計算之顯示器亮度相比的加權有害藍光比率。 BLTF = ， 其中： Δ λ = 1 L(λ)：譜輻射亮度，單位為µW·cm -2·nm -1B(λ)：藍光風險函數 g(λ)：CIE 1931 RGB光度函數 683——最大光譜發光效率常數(在555 nm下每瓦683流明)； 術語「色域」係指可供用於特定裝置之整個顏色範圍；並且 術語「亮度」係指在給定方向上自每單位面積之表面發射的光之強度。
自應結合隨附圖式進行閱讀之以下詳細描述將更容易地理解本發明之特徵及優點。
將參考圖式詳細地描述各種實施例。對各種實施例之參考並不限制在此隨附的申請專利範圍之範疇。此外，本說明書中所闡述之任何實例並不意欲為限制性的且僅針對隨附申請專利範圍闡述多個可能實施例中之一些實施例。應理解，根據情況可能建議或變得有利，可考慮均等物之各種省略及替代，但此等省略及替代意欲涵蓋應用或實施例而不偏離在此隨附的申請專利範圍之精神或範疇。並且，應理解，本文中所使用之措詞及術語係用於描述目的且不應視為限制性的。
本發明係關於在面板顯示器之濾色器上應用濾光材料。濾色器係LCD TV、電腦監視器以及諸如智慧型手機及平板電腦等行動裝置之顏色再現中的關鍵組件。在典型顯示面板中，由LED發射之光係藉由背光單元(BLU)經由一系列功能層且經由濾色器層分佈，該光由以下三種原色之子圖元的陣列構成：紅色、藍色及綠色。在本發明中，染料可添加至濾色器或濾色器層以對光(尤其高能藍光)進行定製濾光，由此產生危害較小且顏色效率較高之藍光。此外，添加至濾色器或濾色器層之染料可改良色域，同時具有最小亮度損失。本文中描述了對濾色器之額外改變，其可產生對色域及選擇性之額外益處。
本發明包括染料或一或多種光吸收材料，其能夠吸收特定波長之光且用以修改LCD顯示面板之元件，尤其濾色器或背光單元(BLU)。所關注波長範圍對於藍光範圍為415 nm至約435 nm，對於綠光範圍為490 nm至570 nm，並且對於紅光範圍為大約620 nm (例如：600 nm至620 nm、610 nm至630 nm，或620 nm至640 nm)。因此，本案案中揭露了具有選定波長吸收性質之各種染料。此等選定染料可修改LED顯示面板之發射，從而減少藍光或甚至有毒藍光之量，並且此對諸如亮度及色域等顏色特性具有極小影響。具有此類性質之染料之實例可為但不限於卟啉基化合物，以及香豆素、視網膜色素、酞菁化合物及其他可能的添加劑。
本發明描述有毒藍光之選擇性減少及用有機或金屬錯合物染料在濾色器級下(主要用染料及/或顏料)之顏色增強。所選擇之有機及金屬錯合物染料之獨特特性在期望波長中具有極佳吸收。然而，在光譜之其他部分中，此等相同染料存在二次及非所要吸收。在期望位置中濾光及避免非所要吸收及/或濾光之能力尤其適合於濾色器且為本發明所特有的。更具體言之，本發明可降低藍光毒性且可減少顏色發射重疊。濾色器亦可改良所得發射光之色域。
具有光管理材料之所揭露之背光單元可吸收在第一波長範圍內的光並重新發射在具有不同(例如，較高)波長之第二波長範圍內的光。在本發明中，考慮了吸收藍光，尤其吸收有毒藍光之光管理材料。適用之光轉換材料及光吸收材料描述於例如申請人之共同擁有的名稱為「LIGHT EMISSION REDUCING COMPOUNDS FOR ELECTRONIC DEVICES」之美國專利第10,901,125號中，該美國專利以引用之方式併入本文中。
圖1之實施例係由面板製成的顯示系統之不同層之分解視圖的可能圖示，包括濾色器112及背光單元(「BLU」) 102，並且各別面板中之各者在各面板之相對位置中。圖1係根據本發明之顯示系統之本發明示意性實施例中的一個實施例，除可能之濾色器層外，該顯示系統亦指示可插入光轉換或光吸收(例如：藍色濾光)層之位置。在圖示中，濾色器系統100可包括背光單元102，並且在一些實施例中，背光單元可包括至少一個其他BLU組件104，諸如光導板、反射器、漫射器、增亮膜、偏振控制層等。通常，光導板係可傳導光之透明或半透明無色材料塊(玻璃或聚合物)。光導板可由多種材料製成，諸如玻璃、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚碳酸酯或其他透明聚合物。其他可能之顯示器組件係用於分散且可將光散佈在背光單元102至104 (及構成背光單元之任何其他組件)上。
更具體言之，圖26繪示併有背光單元之實例顯示系統。顯示系統300可包括液晶(LC)面板350及定位成將照明光提供至LC面板350之照明總成301。LC面板350包括安置於面板354之間的LC層352。板354可在其內表面上包括電極結構及對準層以用於控制LC層352中液晶之定向。此等電極結構可經配置以便界定LC面板圖元。濾色器亦可包括板352中之一或多者以用於對由LC面板350顯示之影像強加顏色。
LC面板350可定位於上部吸收偏振器356與下部吸收偏振器358之間。吸收偏振器356、358及LC面板350可以組合方式控制光自照明總成301至觀察者之透射，該觀察者通常朝向圖26之頂部定位且大體向下(相對於圖26)觀察顯示系統300。控制器304可選擇性地啟動LC層352之圖元以形成由觀察者看到之影像。一或多個視情況選用之層357可設置於上部吸收偏振器356上方，例如以向顯示器提供光學功能及/或機械及/或環境保護。
照明總成301可包括背光308及定位於背光308與LC面板350之間的一或多個光管理膜340。顯示系統300之背光308可包括產生照明LC面板350之光的光源312。光源312可包括任何合適之照明技術。在一些實施例中，光源312可為發光二極體(LED)，並且在一些情況下可為白色LED。如所繪示之背光308可為「直下式」背光，其中光源312之陣列實質上跨大部分或全部面板區域而位於LC面板350後方。然而，如所繪示之背光308僅為示意性的，並且許多其他背光組態係可能的。舉例而言，一些顯示系統可包括具有位於光導之一或多側處之光源(例如LED)的「側光式」背光，該光導可將來自光源之光實質上跨大部分或全部LC面板350之區域分佈。背光308亦包括反射基板302，該反射基板用於反射來自光源312之在遠離LC面板350的方向上傳播之光。反射基板302亦可用於在顯示系統300內再循環光。
光管理膜之配置340 (其亦可稱作膜堆疊、背光膜堆疊或光管理單元)可定位於背光308與LC面板350之間。光管理膜340可影響自背光308傳播之照明光以便改良顯示系統300之操作。光管理膜340未必包括如本文中所繪示及描述之所有組件。
光管理膜340之配置可包括漫射器320。漫射器320可漫射自光源312接收到之光，此可增加入射於LC面板350上之照明光的均一性。漫射器層320可為任何合適之漫射器膜或板。
光管理單元340可包括反射偏振器342。光源312通常產生非偏振光，但下部吸收偏振器358可僅透射單個偏振狀態；因此，由光源312產生之光的約一半可不透射穿過至LC層352。然而，反射偏振器342可用以反射將以其他方式經吸收於下部吸收偏振器358中之光。因此，此光可藉由反射偏振器342與包括反射基板302之底層顯示器組件之間的反射而再循環。由反射偏振器342反射之光中的至少一些光可經消偏振且隨後在偏振狀態下返回至反射偏振器342，該光透射穿過反射偏振器342及下部吸收偏振器358到達LC層352。以此方式，反射偏振器342可用以增加由光源312發射之到達LC層352的光之部分，藉此提供較亮顯示輸出。任何合適類型之反射偏振器可用於反射偏振器342。
在一些實施例中，偏振控制層344可設置於漫射器板320與反射偏振器342之間。偏振控制層344可用於改變自反射偏振器342反射之光的偏振，以使得再循環之光的增加部分透射穿過反射偏振器342。
光管理膜340之配置亦可包括一或多個增亮層。增亮層可包括表面結構，該表面結構在更接近顯示器之軸線的方向上重導向離軸光。此可增加在軸上傳播穿過LC層152之光的量，由此增加觀察者看到之影像的亮度。增亮層之一個實例係稜柱形增亮層，其具有經由折射及反射重導向照明光之數個稜柱形隆脊。稜柱形增亮層之實例包括可購自3M公司之BEF稜柱形膜。其他種類之增亮層可併有非稜柱形結構。
圖26中所繪示之實施例展示安置於反射偏振器342與LC面板350之間的第一增亮層346a。稜柱形增亮層346a通常在一個維度中提供光學增益。視情況選用之第二增亮層346b亦可包括於光管理層之配置340中，以使得其稜柱形結構經定向為正交於第一增亮層346a之稜柱形結構。此組態增加顯示系統300在兩個維度中之光學增益。在其他例示性實施例中，增亮層346a、346b可定位於背光308與反射偏振器342之間。
應理解，作為示意圖，顯示系統300之組件並未按比例繪示，且通常展示為與其側向範圍相比(沿左右方向)具有極大地放大之厚度(沿著圖26之上下方向)。顯示系統300之許多元件，包括(但未必限於) 302、320、342、344、346a、346b、352、354、356及357，可在大致等於顯示器之可視區的區域上方在大體上正交於其厚度(亦即，垂直於圖26之平面)之兩個維度中擴展，該可視區可被稱作「顯示區域」。
返回至圖1，BLU 102可鄰近或接近一或多個偏振濾光器106，該偏振濾光器使特定偏振之光穿過同時阻擋其他偏振之光波。在一些實施例中，偏振濾光器106可藉由濾出歸因於自非金屬表面之反射而變得偏振的光來幫助減少反射及眩光。濾色器背光單元系統100之目標係使用至少一個層中之彩色染料吸收透射穿過系統的光並且在BLU之一部分(諸如光導板)之二維平面上均一地分佈光，由此提供光以在整個顯示器上顯示影像。
在一個實施例中，薄膜電晶體(下文中被稱作「TFT」)陣列108可鄰近或接近偏振器層106。TFT陣列層108可呈層或薄配置，且可具有由小圖元及/或偵測器元件構成之感光陣列。圖元可含有吸收電子產生電荷之光電二極體(或電荷收集器電極及有時為儲存電容器)，以及其他可能的元件。TFT陣列層108可經控制且幫助控制使用者所看到之經重繪顯示器輸出，並且在一些情況下可經控制以幫助減少光透射及顏色。
接近或鄰近顯示系統100之TFT陣列層108可包括液晶面板110。顯示系統100在一些情況下可包括液晶(LC)面板110及定位成將照明光提供至LC面板(未展示)之照明總成。LC面板可包括安置於面板之間的LC層，該等面板可在其內表面上包括電極結構及對準層以用於控制LC面板110中液晶之定向。此等燈具可經配置以便界定LC面板圖元。濾色器112亦可包括一或多個板以用於對由LC面板110顯示之影像強加顏色。在一些實施例中，額外或現有板可包括染料。可包括染料或在一些情況下包括顏料以選擇性地改良由顯示系統之使用者看到的光吸收及/或光之發射及透射。取決於層或板中所包括之染料或顏料，亮度或光透射的X%降低可與所使用之材料或化合物及所使用之量相關地減少。此改良所得顏色、眩光、亮度及其他所得顯示光。
然而，圖1之顯示系統100僅為例示性的，並且本發明之系統不限於與如同或類似於顯示系統100之系統一起使用。本發明之系統可有利地用於未必包括液晶顯示技術的其他種類之顯示系統中。
本發明可包括另一層，該另一層為濾色器。濾色器層112可包括染料(諸如可溶染料)、顏料、化合物或其任何組合，其可對穿過濾色器層112之顏色透射具有影響。該影響取決於染料、顏料或化合物之類型及存在之量。在一種情況下，藍光毒性可降低。顏色影響所得顯示，其中藍色染料可減小藍光透射值，綠色染料可減小綠光透射值，並且紅色染料可減小紅光透射值。
將染料併入濾色器112中可改良色域且有效降低藍光毒性，此係因為濾色器112之固有性質。在一些情況下，濾色器112可在光之水平下修改發射。在添加染料(諸如藍色染料)之情況下，可存在二次吸收，並且在將藍色染料添加至濾色器112時，可主要影響藍色。此外，可取決於所選擇之染料及其置放而定址或影響各圖元內之三個子圖元(諸如紅色、綠色及藍色)。
在一些實施例中，藍色染料可添加至諸如濾色器112等層及/或添加至具有層之圖元或子圖元以防止其他光區當中的二次吸收。染料改良顯示品質及光透射，因為染料減少漏光(諸如使綠光進入藍色圖元及/或使藍光進入綠色圖元)，從而減少色域，因此藍色圖元中超過500 nm波長之染料減少向綠色的漏光，並且綠色圖元中之491 nm的染料減少向藍色波長575 nm之漏光。同樣地，染料可添加至紅色圖元以防止綠光洩漏至紅光中。另外，顏色之控制或限制可在無亮度損失之情況下且藉由增大色域來降低毒性。
可在顯示器堆疊之某些位置/層中添加染料。在一個實例中，藍光濾光染料可添加至藍色子圖元(以除去有毒藍光)。藍色染料可對藍色範圍之短波長側上的光進行濾光，藍色染料可對藍色範圍之長波長側上的光進行濾光，綠色染料可對綠色範圍之短波長側上的光進行濾光，綠色染料可對綠色範圍之長波長側上的光進行濾光，並且紅色染料可對紅色波長範圍內之光進行濾光。此可全部用於增大色域及單獨顏色峰值。因此，不同染料選項影響所得波長。染料可以不同方式產生，諸如：短波長藍色、長波長藍色、短波長綠色、長波長綠色、短波長紅色等。
在一些實施例中，可能存在第二偏振器層(或更多) 114。偏振器層114使在濾色器之後接收到的特定偏振之光穿過同時阻擋其他偏振之光波。換言之，其減少眩光且可幫助形成如由計算裝置之使用者看到的影像。在一些實施例中，緊鄰或鄰近偏振器層可能存在玻璃層或玻璃蓋116。此層保護顯示器之層以及進一步控制眩光及光透射。在一些實施例中，多堆疊顯示器組態可不僅改良顯示器之顏色，而且減少眩光。不同層可在所發射光穿過不同堆疊層時控制光透射及發射。因此，濾色器112之修改可藉由降低有毒藍光且改良顯示器顏色品質來改良使用者體驗及健康。
在其他實施例中，發光二極體陣列(未展示)可以條帶形式配置為光源，並且可經配置以使得光可經由光導板之一個邊緣進入背光單元102。替代地，發光二極體陣列可位於光導板下方。光導板可具有鄰近於其在一或多側上之反射器(未展示)以便將來自發光二極體陣列之光向上導引且穿過背光單元102。光導板可置放於反射器與漫射器之間。此類型之構造的影響在顯示螢幕之邊緣處重導向來自光源之光，以使得其均一地散佈在顯示器表面上。
在存在漫射器(未展示)之實施例中，漫射器可均勻地分佈光且消除亮點。漫射器可為例如全像、白色漫射玻璃及磨砂玻璃之類型。漫射器可為半透明的且可在許多不同方向上反射光。一或多個增亮層(未展示)亦可能存在，且可為稜柱形增亮膜。鄰近背光單元102 (其頂部可為第一或第二增亮層)的可為第一偏振濾光器106 (偏振濾光器114亦可能存在於顯示器堆疊中)，該第一偏振濾光器使特定偏振之光穿過同時阻擋其他偏振之光波。在一些實施例中，偏振濾光器可藉由濾出歸因於自非金屬表面之反射而變得偏振的光來幫助減少反射及眩光。背光單元102之目標係在光導板之二維平面上均一地分佈光，由此提供光以在整個顯示器上顯示影像。
如上文所提及，圖1之圖示係可有利地部署本發明之系統的實例顯示系統100之實施例的示意性分解視圖。顯示系統100可用於例如液晶顯示器(LCD)監視器、LCD-TV、掌上型裝置、平板電腦、膝上型電腦、頭戴式套件、VR/XR/AR顯示裝備或其他計算裝置。然而，圖1之顯示系統100為例示性的，並且本發明之系統不限於與如同或類似於系統100之系統一起使用。本發明之系統可有利地用於未必包括液晶顯示技術的其他種類之顯示系統中。
在本發明中，在藍色、紅色及綠色範圍內吸收之染料(參見表1)之若干實例可用於修改濾色器112。藍色、紅色及綠色發射之修改可為更精確方式以對有毒藍光進行濾光同時確保亮度損失極小及所得色域之改良。
如本文中進一步描述，藍色、綠色及紅色染料可應用在濾色器或背光單元(BLU)之層級。當應用於濾色器時，染料可限於其對應子圖元。更具體言之，濾色器由藍色、綠色及紅色子圖元構成，並且染料可對應地應用。因此，藍色染料可應用於藍色子圖元，綠色染料可應用於綠色子圖元，並且紅色染料可應用於紅色子圖元。可能存在應用之許多組合。舉例而言，藍色及綠色染料可應用於其對應子圖元，藍色及紅色染料可應用於其對應子圖元，綠色及紅色染料可應用於其對應子圖元，或者全部三種染料可應用於其對應子圖元。染料應用於子圖元以及上文所提及之組合可幫助減少自顯示裝置發射的有毒藍光且亦可幫助改良亮度及色域。
表1：染料及相關聯之最大吸收波長(nm)
染料之實例 公司/商品名 吸收波長(nm)
1 252HE 427, 551
2 250ES 431,553
3 205HE 422, 526
4 220HE 491
5 185HE 584
6 181HE 594
如表2中所繪示，選擇性染料及/或染料調配物在濾色器上或在所揭露之顯示面板之背光單元上的應用可改變與以下相關之資料：光譜發射、亮度、藍色毒性比率、藍光毒性因數以及諸如Adobe RGB、DCI-P3、sRGB、BT.2020及NTSC等標準色域系統之覆蓋率。表2係所量測之顯像顯示器之類型的一個實施例。許多不同類型之監視器可供使用，並且所量測值取決於所量測之顯示光。
表2：濾色器及背光單元上藍色範圍內之染料改質
測試ID 染料 # 染料吸收峰值，nm 毒性因數 毒性藍色比率 亮度 Adobe RGB覆蓋率 DCI-P3覆蓋率 sRGB覆蓋率 BT.2020覆蓋率 NTSC覆蓋率
   變化% % 變化 %    Δ % -% 變化% -% 變化%    變化% -% 變化 % -% 變化%
顯示器 N/A    N/A 0.0899 0.0% 61.5% 0.0% 277.8 0.0% 78.89% - 82.79% - 99.87% - 59.99% - 73.96% -
CF 252HE 1 427,551 0.0789 -12.2% 57.4% -6.7% 277.1 -0.3% 79.47% 0.58% 83.10% 0.31% 100.00% 0.13% 59.81% -0.18% 74.48% 0.52%
BLU 252HE 1 427,551 0.0810 -9.8% 57.3% -6.8% 268.2 -3.5% 79.47% 0.58% 83.32% 0.53% 100.00% 0.12% 59.97% -0.02% 74.66% 0.70%
CF 250ES 2 431,553 0.0716 -20.3% 55.9% -9.2% 276.2 -0.6% 79.73% 0.84% 82.96% 0.17% 100.00% 0.13% 59.53% -0.46% 74.71% 0.75%
BLU 250ES 2 431,553 0.0737 -17.9% 55.9% -9.2% 265.0 -4.6% 80.32% 1.43% 84.15% 1.36% 100.00% 0.13% 60.39% 0.39% 75.65% 1.70%
CF 250ES + 205HE 2+3 431,553 + 422,526 0.0526 -41.4% 49.3% -19.9% 270.3 -2.7% 79.80% 0.91% 83.41% 0.61% 100.00% 0.13% 60.04% 0.04% 74.77% 0.81%
BLU 250ES + 205HE    431,553 + 422,526 0.0709 -21.1% 50.1% -18.6% 188.1 -32.3% 69.74% -9.16% 74.59% -8.20% 90.94% -8.94% 53.78% -6.21% 65.73% -8.23%
CF 252HE + 205HE 1+3 427, 551 + 422,526 0.0546 -39.3% 49.2% -20.1% 270.4 -2.7% 79.74% 0.85% 83.46% 0.66% 100.00% 0.13% 60.19% 0.20% 74.71% 0.75%
BLU 252HE + 205HE    427,551 + 422,526 0.0764 -15.0% 49.9% -19.0% 181.7 -34.6% 68.41% -10.48% 73.10% -9.69% 89.69% -10.18% 52.84% -7.15% 64.33% -9.63%
在第一實例中，所選擇之染料可在有毒藍色範圍內吸收，其中最大吸收集中在約430 nm處(例如，吸收峰值可介於420 nm與435 nm之間)，但亦可能在第二顏色範圍(例如，綠色或紅色)內存在第二吸收峰值(例如，第二吸收峰值可介於525 nm與560 nm之間)。在一些情況下，單個染料可應用於濾色器或背光單元，而在其他情況下，兩種或更多種染料可組合或一起應用於濾色器或背光單元以增大有毒藍光之吸收率且降低藍光毒性比率。將此等染料應用於濾色器上可實現藍光毒性因數降低高達大致20%，與背光單元內之相同修改相比，此為一種改良。
如表2中所展示，與背光單元(BLU)之層級相比，在濾色器(「CF」)之層級處的修改下，藍光毒性更顯著降低。另外，與經修改BLU相比，經修改濾色器之顯示器亮度損失較不明顯，並且整體而言，色域隨著濾色器上染料所引起的變化得以改良，如藉由表2中所包括之標準色域系統中之各者中的量測所證明。更具體言之，當所揭露之染料應用於濾色器時，色域中之百分比覆蓋率通常增大(亦即，具有正變化百分比)。
在一些實施例中，置放於背光單元中之各個位置中的光轉換材料(濾光器)已展示為具有高達十倍至十二倍之吸收放大，此極大地增加了可例如濾出藍光或有毒藍光之選擇性光轉換材料或光吸收材料之效率。
在圖2中，該圖可關於具有藍色染料改質之濾色器之透射光譜。在圖2中，在染料改質之前的藍色光譜表示為其中有「X」穿過之點，並且由實心黑點製成之曲線表示來自具有藍色染料改質之濾色器的藍色光譜。該圖展示了藍色染料改質降低波高，表示透射，吸收有毒藍光，如大約波長430 nm+/-10 nm所見。染料範圍之有效性基於顯示器類型及染料量以及染料組合(若存在)而變化。在圖2之實施例中，藍色子圖元可在350 nm至530 nm之範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。綠色子圖元可在460 nm至630 nm之範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。紅色子圖元可在570 nm及更高範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。此可有機會放大對濾出藍光或有毒藍光之選擇性光轉換材料或光吸收材料或可修改光譜之任何其他膜或層的影響。此等選擇性光轉換材料或光吸收材料可包括為單獨膜，或可塗覆至構成諸如濾色器等所揭露背光單元之層中的任一者上或添加於該等層中之任一者中。
圖2展示濾色器之三個不同子圖元之三個有效透射曲線。在圖2中，一個曲線係添加至圖1之濾色器中之藍色子圖元的藍色染料之吸收曲線。第二吸收曲線係相同濾色器之綠色子圖元之透射的量測。第三吸收曲線係相同濾色器之紅色子圖元之透射。所有三個曲線具有處於彼此相鄰位置之峰值，展示了用於所有三個子圖元之背光單元之光吸收，但在與特定顏色光之波長相關聯的不同範圍內。
在一些實施例中，如圖2中所繪示，將藍色染料添加至濾色器可使顯示器之透射光譜之態樣移位。更具體言之，圖2展示了添加劑藍色染料在應用於濾色器時(例如，以藍色子圖元之水平)可減少在大約430 nm (+/-30 nm)之有毒藍色範圍內發射之光。透射圖可表示濾色器在具有藍色染料及不具有藍色染料之情況下對光的整體影響。在428 nm與500 nm之間的藍色染料曲線展示了對輻射之藍光影響可小於無藍色染料之原始曲線的形狀。更具體言之，在濾色器層級處染料改質(標記為「藍色&染料(Blue&dyes)」之線)之情況下，所得藍色峰值發射(來自在染料改質之後所量測的顯示器之白光發射)可比其用於原始顯示器之藍色峰值發射(來自在染料改質之前所量測的顯示器之白光發射) (標記為「藍色(Blue)」之線)更窄且朝向更長藍色波長移位。
圖3進一步繪示當將藍色染料添加至濾色器時光之光譜及量測值(光譜功率分佈(「SPD」))。可用輻射計量測顯示器之光，並且在Y軸上標示所量測之強度值。在圖3中，來自顯示器之光的波長標示於X軸上。在一些情況下，顯示器之類型可影響所得X軸及Y軸值。當在濾色器之層級處應用藍色染料時，可存在380 nm至500 nm之間的藍光峰值、500 nm至600 nm之間的綠光峰值、600 nm至660 nm之間的紅光峰值，以及其組合。圖3中之曲線圖繪示獨特光譜之一個實施例，其中在顯示系統之濾色器中添加有藍色染料。
圖3繪示來自在濾色器上具有藍色染料改質之顯示器的顯示器之SPD。更具體言之，圖3展示了隨光轉換材料或光吸收材料置放於顯示器(在此情況下，濾色器)內之位置而變的跨越可見光譜之光轉換或吸收材料(藍光濾光層)之有效透射率。藉由將來自具有光轉換材料或光吸收材料之顯示器的發射除以不具有光轉換材料或光吸收材料之顯示器的發射來計算有效透射率。圖3中所展示之不同光譜繪示了當置放於濾色器外部及濾色器內的顯示器中之不同方位(位置)處時光轉換或光吸收材料層之影響。圖3可包括與X軸上之吸收相關聯的振幅，以及如Y軸上所展示之波長值。
圖4繪示來自在BLU層級處具有藍色染料改質之顯示器的顯示器之SPD。更具體言之，圖4展示了隨光轉換材料或光吸收材料置放於顯示器(在此情況下，BLU)內之位置而變的跨越可見光譜之光轉換或吸收材料(藍光濾光層)之有效透射率。可用輻射計量測顯示器之光。可在Y軸上標示所量測之吸收值。在圖4中，來自顯示器之光的波長標示於X軸上。在一些情況下，顯示器之類型可影響所得X軸及Y軸值。當在BLU之層級處應用藍色染料時，可存在430 nm至470 nm之間的藍光峰值、490 nm至580 nm之間的綠光峰值、600 nm至660 nm之間的紅光峰值，以及其組合。圖4中之曲線圖繪示獨特光譜之一個實施例，其中在顯示系統之BLU中添加有藍色染料。
在一些實施例中，在濾色器層級處應用(或在一些情況下，應用於背光單元)之染料可具有至少兩個吸收峰值，在藍光範圍內之主要吸收峰值以及可高於500 nm之次要吸收峰值。歸因於此次要吸收峰值高於500 nm，可減少綠光(亦即，較長波長光)洩漏至藍色子圖元中，其可使藍色發射光譜變窄且將色域上之藍色Y軸座標/值移動至較低值。來自主峰值之有害藍光可經濾出，從而增大Y軸座標/值，並且藍色發射峰值可變窄，此增加飽和度且有利地將藍色X軸座標/值移動至左側。具有大於495 nm (+/-15 nm)之波長的其他顏料或其他吸收體可用於減少較長波長光洩漏至藍色子圖元中。
如上文(及表2中)所提及，將第二染料添加至濾色器或BLU上之第一染料可在藍光毒性因數降低、亮度損失差異及色域覆蓋率差異方面產生更多急劇差異，因此展示了對於顯示器之整體效能而言，對濾色器之修改得到更多改良。
在另一實施例中(參見下表3)，在490 nm與610 nm之間的綠色範圍內吸收之染料可用於修改濾色器及/或BLU。在綠色範圍內之修改並未極大地影響藍色發射，然而，該修改可影響亮度及色域。表3係針對一種類型之顯示器量測之值的一個實施例。存在在量測時具有變化值之許多不同類型之監視器。
表3：濾色器及背光單元上綠色範圍內之染料改質
   染料吸收峰值，nm 毒性因數 有毒藍色比率 亮度 Adobe RGB覆蓋率 DCI-P3覆蓋率 sRGB覆蓋率 BT.2020覆蓋率 NTSC覆蓋率
   染料 #    變化% -% 變化%    Δ-% -% 變化% -% 變化% -% 變化% -% 變化% -% 變化%
顯示器 N/A    N/A 0.0899 - 61.5% - 277.8 - 78.89% - 82.79% - 99.87% - 59.99% - 73.96% -
CF 220HE 4 491 0.0900 0.1% 64.2% 4.4% 273.2 -1.7% 78.42% -0.47% 83.43% 0.64% 99.80% -0.07% 60.44% 0.45% 74.56% 0.61%
BLU 220HE 4 491 0.0847 -5.7% 69.1% 12.3% 269.3 -3.1% 77.84% -1.05% 83.20% 0.41% 99.35% -0.52% 60.59% 0.60% 74.25% 0.30%
CF 185HE 5 584 0.0978 8.8% 61.6% 0.1% 254.7 -8.3% 81.55% 2.66% 85.40% 2.61% 99.95% 0.08% 61.85% 1.86% 76.46% 2.50%
BLU 185HE 5 584 0.0990 10.2% 61.6% 0.1% 249.8 -10.1% 81.33% 2.44% 85.79% 3.00% 99.95% 0.07% 62.54% 2.54% 76.22% 2.26%
CF 181HE 6 594 0.0966 7.5% 61.6% 0.2% 257.8 -7.2% 81.33% 2.44% 85.19% 2.40% 99.95% 0.07% 61.70% 1.71% 76.26% 2.30%
BLU 181HE 6 594 0.0975 8.5% 61.4% -0.2% 249.3 -10.3% 81.04% 2.15% 85.54% 2.75% 99.95% 0.07% 62.43% 2.44% 75.92% 1.97%
CF 理想610 7 610 0.0919 2.3% 61.5% 0.0% 271.5 -2.3% 82.08% 3.19% 85.96% 3.17% 99.95% 0.08% 62.25% 2.26% 76.99% 3.04%
BLU 理想610 7 610 0.0968 7.7% 61.5% 0.0% 257.8 -7.2% 81.40% 2.51% 85.87% 3.08% 99.86% -0.02% 62.96% 2.97% 76.24% 2.29%
在一些實施例中，可使用吸收峰值低於500 nm之綠色染料。在其他實施例中，可使用吸收峰值高於575 nm之綠色染料。在綠色濾光器中使用吸收低於500 nm之染料會減少較短波長光洩漏至綠色子圖元中，而在綠色濾光器中使用吸收高於575 nm之染料會減少較長波長光洩漏至綠色子圖元中。
自較短波長光洩漏至綠色子圖元中可損害綠色原色飽和度且引起Y軸座標/值之負向移動。此亦可取決於目標色域值而使X軸座標/值不利地移位。作為染料之替代或補充，具有短於500 nm之波長的其他顏料或其他吸收體可用於減少較短波長光洩漏至綠色子圖元中且改良綠色子圖元之飽和度。
類似於短波長光，較長波長光洩漏至綠色子圖元中可損害綠色原色飽和度且使Y軸值或座標負向地移動。此亦可取決於目標色域值而使X軸座標/值不利地移位。作為染料之替代或補充，具有長於590 nm之波長的其他顏料或其他吸收體可用於減少較長波長光洩漏至綠色子圖元中。
在圖5中，該圖可關於具有綠色染料改質之濾色器之透射光譜。在圖5中，在染料改質之前的綠色光譜表示為其中有「十字線」穿過之點，並且由白點製成之曲線表示來自具有綠色染料改質之濾色器的綠色光譜。該圖展示了綠色染料改質降低波高。綠色染料改質範圍可發生在470 nm至620 nm內。染料範圍之有效性基於顯示器類型及染料量以及染料組合(若存在)而變化。在圖5之實施例中，藍色子圖元可在350 nm至530 nm之範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。綠色子圖元可在460 nm至630 nm之範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。紅色子圖元可在570 nm及更高範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。此可有機會放大對選擇性光轉換材料或光吸收材料之影響。舉例而言，可減少洩漏至子圖元中及/或可改良亮度及色域。此等選擇性光轉換材料或光吸收材料可包括為單獨膜，或可塗覆至構成所揭露背光單元之層中的任一者上或添加於該等層中之任一者中。
在一些實施例中，如圖5中所繪示，將綠色染料添加至濾色器可使顯示器之透射光譜之態樣移位。更具體言之，圖5展示了添加劑綠色染料在應用於濾色器時(例如，以綠色子圖元之水平)可減少在510 nm與580 nm之間(+/-30 nm)的綠色範圍內發射之光。透射圖可表示濾色器在具有綠色染料及不具有綠色染料之情況下對光的整體影響。
圖6繪示當將綠色染料添加至濾色器時顯示器之SPD。可用輻射計量測顯示器之光，並且在Y軸上標示所量測之強度值，如上文所提及。在圖6中，來自顯示器之光的波長標示於X軸上，亦如上文所提及。該圖展示了模型光譜類似於所量測之光值。中心峰值在510 nm至560 nm之範圍內。在大約540 nm存在輕微下降或吸收，其中光譜模型比實際量測值略小(吸收更多)。類似地，光譜模型略小於大約580 nm至605 nm。當在濾色器之層級處應用綠色染料時，可存在430 nm至470 nm之間的藍光峰值、490 nm至580 nm之間的綠光峰值、600 nm至660 nm之間的紅光峰值，以及其組合。圖6中之曲線圖繪示獨特光譜之一個實施例，其中在顯示系統之濾色器中添加有綠色染料。
圖7繪示來自在BLU層級處具有綠色染料改質之顯示器的顯示器之SPD。類似於圖6，圖7繪示在將實際光及經量測光模型化之後所量測的預測之圖形表示。更具體言之，圖7展示了隨光轉換材料或光吸收材料置放於顯示器(在此情況下，BLU)內之位置而變的跨越可見光譜之光轉換或吸收材料(綠光濾光層)之有效透射率。可用輻射計量測顯示器之光。可在Y軸上標示所量測之吸收值。在圖7中，來自顯示器之光的波長標示於X軸上。在一些情況下，顯示器之類型可影響所得X軸及Y軸值。當在BLU之層級處應用綠色染料時，可存在420 nm至470 nm之間的藍光峰值、490 nm至590 nm之間的綠光峰值、600 nm至660 nm之間的紅光峰值，以及其組合。圖7中之曲線圖繪示獨特光譜之一個實施例，其中在顯示系統之BLU中添加有綠色染料。
在另一實施例中(參見下表4)，在低於590 nm之紅色範圍內吸收之染料可用於修改濾色器及/或BLU。在濾色器層級處在紅色範圍內之修改可減少短波長光洩漏至紅色子圖元中。該洩漏可降低紅色原色飽和度。因此，在紅色子圖元中使用紅色染料亦有助於管理用於最佳色域覆蓋率之x、y座標(軸線)。表4繪示當將紅色染料添加至一種類型之顯示器時諸如但不限於亮度及色域等各種量測如何變化。存在在量測時具有變化值之許多不同類型之監視器。
表4：濾色器及背光單元上紅色範圍內之染料改質
   染料吸收峰值 nm 毒性因數 有毒藍色比率 亮度 Adobe RGB覆蓋率 DCI-P4覆蓋率 sRGB覆蓋率 BT.2021覆蓋率 NTSC覆蓋率
   染料 #    變化-% -% 變化-%    A-% -% 變化-% -% 變化-% -% 變化-% -% 變化-% -% 變化-%
顯示器 N/A       0.0899 - 61.5% - 277.8 - 78.89% - 82.79% - 99.87% - 59.99% - 73.96% -
紅色CF 185HE 5 584 0.0935 4.0% 61.5% 0.01% 266.9 -3.9% 78.52% -0.37% 83.04% 0.25% 99.85% -0.02% 61.50% 1.51% 73.52% -0.44%
BLU 185HE 5 584 0.1187 32.1% 61.7% 0.23% 204.3 -26.5% 84.35% 5.46% 88.38% 5.59% 99.73% -0.15% 65.90% 5.91% 79.06% 5.10%
所列之值展示了就對有毒藍色比率、毒性因數、亮度及色域變化之影響而言，將紅色染料添加至紅色子圖元的結果。如同綠色子圖元一樣，自較短波長光洩漏至紅色子圖元中可損害紅色原色飽和度且可引起Y軸座標/值之負向移動。此亦可取決於目標色域值而使X軸座標/值不利地移位。作為染料之替代或補充，具有短於600 nm之波長的其他顏料或其他吸收體可用於減少較短波長光洩漏至紅色子圖元中且改良紅色子圖元之飽和度。
在圖8中，該圖可關於具有紅色染料改質之濾色器之透射光譜。該圖可繪示當將紅色染料、藍色染料及綠色染料添加至濾色器時之一個非限制性實施例。在圖8中，在染料改質之前的紅色光譜表示為由具有「右斜線」之點製成的曲線，並且由具有左斜線之點製成的曲線表示來自具有紅色染料改質之濾色器(或更具體言之，紅色子圖元)的紅色光譜。用紅色染料進行之濾色器修改表明在580 nm及更高之波長中存在紅光之吸收。
在一些實施例中，所添加染料可藉由窄化及減少綠色及紅色之交叉而影響曲線圖。分離可在顏色之間改良以改良色域。紅色染料改質範圍可發生在560 nm至750 nm內。染料範圍之有效性基於顯示器類型及染料量以及染料組合(若存在)而變化。在圖8之實施例中，藍色子圖元可在380 nm至530 nm之範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。綠色子圖元可在460 nm至630 nm之範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。紅色子圖元可在560 nm及更高範圍內透射，其中可能多於一個峰值在此範圍內。此可有機會放大對選擇性光轉換材料或光吸收材料之影響。舉例而言，可減少洩漏至子圖元中及/或可改良亮度及色域。此等選擇性光轉換材料或光吸收材料可包括為單獨膜，或可塗覆至構成所揭露背光單元之層中的任一者上或添加於該等層中之任一者中。
在一些實施例中，如圖8中所繪示，將紅色染料添加至濾色器可使顯示器之透射光譜之態樣移位。更具體言之，圖8展示了添加劑紅色染料在應用於濾色器時(例如，以紅色子圖元之水平)可引起紅色範圍內發射之光的移位。更具體言之，不具有紅色染料之紅色範圍的下端可開始於560 nm與570 nm之間，而具有紅色染料之紅色範圍的下端可開始於570 nm與580 nm之間(+/-30 nm)。透射圖可表示濾色器在具有紅色染料及不具有紅色染料之情況下對光的整體影響。
圖9繪示當將紅色染料添加至濾色器時顯示器之SPD。可用輻射計量測顯示器之光，並且在Y軸上標示所量測之強度值，如上文所提及。在圖9中，來自顯示器之光的波長標示於X軸上，亦如上文所提及。該圖展示了模型光譜類似於所量測之光值。用紅色染料進行之改質在大致580 nm開始。該圖繪示了原始濾色器之一個實施例以及在用紅色染料對濾色器進行修改之後的所得值。結果係紅色染料之值中可能存在超過一個峰值。舉例而言，可能在600 nm與620 nm之間存在第一峰值，並且在625 nm與645 nm之間存在第二峰值。圖9之實施例中呈現之吸收範圍在670 nm處下降。當紅色染料在濾色器層級處應用時，可存在420 nm至475 nm之間的藍光峰值、490 nm至580 nm之間的綠光峰值、600 nm至620 nm之間的紅光峰值、625 nm至645 nm之間的替代性或額外紅光峰值，以及其組合。圖9中之曲線圖繪示獨特光譜之一個實施例，其中在顯示系統之濾色器中添加有紅色染料。
圖10繪示來自在BLU層級處具有紅色染料吸收之顯示器的顯示器之SPD。類似於圖9，圖10繪示在將實際光及經量測光模型化之後所量測的預測之圖形表示。更具體言之，圖10展示了隨光轉換材料或光吸收材料置放於顯示器(在此情況下，BLU)內之位置而變的跨越可見光譜之光轉換或吸收材料(紅光濾光層)之有效透射率。可用輻射計量測顯示器之光。可在Y軸上標示所量測之吸收值。在圖10中，來自顯示器之光的波長標示於X軸上。在一些情況下，顯示器之類型可影響所得X軸及Y軸值。當紅色染料在BLU層級處應用時，可存在出現在大致430 nm至470 nm處之藍光峰值、490 nm至580 nm之間的綠光峰值、600 nm至620 nm之間的紅光峰值、625 nm至645 nm之間的紅光峰值，以及其組合。一些範圍在該範圍內具有多個峰值。在一些實施例中，亦看到透射或吸收突降，諸如自515 nm至580 nm之綠色範圍改質以及自580 nm至620 nm之紅色範圍改質。圖10中之曲線圖繪示獨特光譜之一個實施例，其中在顯示系統之BLU中添加有紅色染料。
在另一實施例中(參見下表5)，染料之組合可用於修改濾色器、背光單元或同時修改此兩者。藍光毒性因數、亮度及色域覆蓋率之所得量測指示在濾色器層級下(例如，在藍色子圖元中)之藍色吸收性染料改質有利於降低毒性因數。當與僅對BLU進行修改相比時或當與對濾色器及BLU兩者進行修改相比時，其亦導致較低亮度損失。使用染料之不同組合亦允許自訂顯示器之所得顏色效能。舉例而言，其可減少短及長波長光洩漏至子圖元中。表5繪示當將多種染料添加至一種類型之顯示器上的濾色器及/或BLU時諸如但不限於亮度及色域等各種量測如何變化。存在在量測時具有變化值之許多不同類型之監視器。
表5：濾色器及背光單元上藍色及綠色範圍內之染料改質
   染料 染料吸收峰值nm 毒性因數 有毒藍色比率 亮度 Adobe RGB覆蓋率 DCI-P4覆蓋率 sRGB覆蓋率 BT.2021覆蓋率 NTSC覆蓋率
   變化-% -% 變化-%    Δ-% -% 變化-% -% 變化-% -% 變化-% -% 變化-% -% 變化-%
顯示器 N/A    0.0899 - 61.5% - 277.8 - 78.89% - 82.79% - 99.87% - 59.99% - 73.96% -
CF - B+G 2,3,6 431,553 + 422,526 (595) 0.0566 -37.1% 49.4% -19.7% 250.3 -9.9% 82.18% 3.28% 85.73% 2.93% 100.00% 0.13% 61.71% 1.72% 77.00% 3.04%
BLU-B+G 2,3,6 431,553 + 422,526 (595) 0.0783 -12.8% 50.0% -18.7% 166.4 -40.1% 72,26% -6.63% 77,26% -5.53% 94,90% -4.97% 56.38% -3.61% 67,84% -6.12%
CF-B & BLU-B+G 2,3,6 431,553 + 422,526 (595) 0.0574 -36.1% 49.2% -20.0% 242 -12.9% 81.88% 2.99% 86.34% 3.55% 100.00% 0.12% 62.46% 2.47% 76.66% 2.70%
CF - B+G 1,6 427, 551 (595) 0.0809 -10.0% 57.4% -6.6% 270 -2.8% 80.34% 1.45% 83.95% 1.16% 100.00% 0.13% 60.43% 0.43% 75.29% 1.33%
BLU-B+G 1,6 427, 551 (595) 0.0835 -7.1% 57.3% -6.9% 258.2 -7.1% 80.34% 1.45% 84.50% 1.71% 100.00% 0.13% 60.89% 0.90% 75.39% 1.43%
CF-B & BLU-B+G 1,6 427, 551 (595) 0.0813 -9.5% 57.4% -6.7% 266.8 -4.0% 80.26% 1.37% 84.25% 1.46% 100.00% 0.13% 60.71% 0.71% 75.17% 1.21%
CF - B+G 2,6 431,553(595) 0.0820 -8.8% 58.7% -4.6% 269.9 -2.8% 80.21% 1.32% 83.87% 1.08% 99.99% 0.12% 60.42% 0.42% 75.18% 1.22%
BLU-B+G 2,6 431,553(595) 0.0835 -7.0% 58.7% -4.6% 261.3 -5.9% 80.54% 1.65% 84.77% 1.98% 99.99% 0.12% 61.16% 1.16% 75.58% 1.62%
CF-B & BLU-B+G 2,6 431,553(595) 0.0823 -8.4% 58.6% -4.7% 266.7 -4.0% 80.13% 1.24% 84.15% 1.36% 99.99% 0.12% 60.69% 0.70% 75.06% 1.10%
表6：與表5相關聯之染料吸收峰值(nm)
染料 # 染料吸收峰值(nm)
250ES + 205HE (181 HE) 2, 3,6 431,553 + 422,526 (595)
250ES + 205HE (181 HE) 2, 3,6 431,553 + 422,526 (595)
250ES + 205HE (181 HE) 2, 3,6 431,553 + 422,526 (595)
252HE(181HE) 1, 6 427, 551 (595)
252HE(181HE) 1,6 427, 551 (595)
252HE(181HE) 1, 6 427, 551 (595)
250ES (181 HE) 2,6 431,553 (595)
25OES (181 HE) 2,6 431,553 (595)
250ES (181 HE) 2,6 431,553 (595)
在一些情況下，取決於所使用之染料，存在多於一個染料吸收峰值(nm)。整體而言，在BLU層級處的染料改質可影響所有原色並且可藉由影響綠色範圍內之光以及在較小程度上影響藍色範圍內之光而降低亮度。此潛在發射減少與亮光敏感度曲線緊密相關，其中亮度降低更大。然而，因為濾色器層級處之染料改質一次僅可影響一個原色，所以有可能更好地最佳化各原色之顏色發射且自訂顯示器之所得SPD。表6列出使用不同染料組合在濾色器及背光單元上進行藍色及綠色兩個範圍內之染料改質之一些值。
在一些實施例中，所選擇之藍色染料可在有毒藍色範圍內吸收，其中最大吸收集中在約430 nm處(例如，吸收峰值可介於420 nm與435 nm之間)，但亦可能在第二顏色範圍(例如，綠色或紅色)內存在第二吸收峰值(例如，第二吸收峰值可介於525 nm與560 nm之間)。所選擇之第二染料(例如，綠色染料)可具有集中在約595 nm處之最大吸收(例如，吸收峰值可介於580 nm與600 nm之間)。如上文所提及，第一藍色染料可應用於濾色器之藍色子圖元，同時第二綠色染料可應用於濾色器之綠色子圖元。
圖11可為在藍色及綠色染料改質兩者之後的濾色器之透射光譜的圖示。該圖繪示了在濾色器處染料改質對整體亮度之影響。在圖11中，與在添加染料之前的藍色、綠色及紅色子圖元中之透射曲線相關的資料點分別由「x」、「十字線」及「右斜線」表示，而與在添加染料之後的藍色、綠色及紅色子圖元中之透射曲線相關的資料點分別由實心黑點、實心白點及「左斜線」表示。對於顯示量測，具有染料改質之濾色器的峰值可出現在大致440 nm至490 nm、520 nm至570 nm以及600 nm至680 nm (+/-30 nm)。對於顯示量測，在染料改質之前的濾色器之峰值可出現在大致400 nm至480 nm、500 nm至590 nm以及600 nm至680 nm (+/-30 nm)。在一些實施例中，所添加染料可藉由窄化及減少藍色及綠色之交叉以及綠色及紅色之交叉而影響曲線圖。因此，歸因於子圖元透射之間的經改良分離，可減少洩漏至子圖元中及/或可改良亮度及色域。染料範圍之有效性基於顯示器類型及染料量以及染料組合(若存在)而變化。選擇性光轉換材料或光吸收材料可包括為單獨膜，或可塗覆至構成所揭露背光單元之層中的任一者上或添加於該等層中之任一者中。
圖12繪示當將藍色及綠色染料兩者添加至濾色器時顯示器之SPD。可用輻射計量測顯示器之光，並且在Y軸上標示所量測之強度值，如上文所提及。在圖12中，來自顯示器之光的波長標示於X軸上，亦如上文所提及。該圖繪示了原始濾色器之一個實施例以及在用藍色及綠色染料對濾色器進行修改之後的所得值。染料改質(亦即，將藍色及綠色染料添加至濾色器)可引起在430 nm與470 nm之間的藍光吸收峰值、在484 nm與588 nm之間的綠光吸收峰值、在600 nm與620 nm之間的紅光吸收峰值、在625 nm與645 nm之間的替代性或額外紅光吸收峰值，以及其組合。當量測時，實線可展示經修改濾色器吸收值之值。
圖13繪示來自在BLU層級處具有藍色及綠色染料吸收之顯示器的顯示器之SPD。類似於圖12，圖13繪示在將實際光及經量測光模型化之後所量測的預測之圖形表示。更具體言之，圖13展示了隨光轉換材料或光吸收材料置放於顯示器(在此情況下，BLU)內之位置而變的跨越可見光譜之光轉換或吸收材料之有效透射率。可用輻射計量測顯示器之光。可在Y軸上標示所量測之吸收值。在圖13中，來自顯示器之光的波長標示於X軸上。在一些情況下，顯示器之類型可影響所得X軸及Y軸值。在將藍色及綠色染料兩者添加至該濾色器之後，經量測值與實際值之間的較大差異作為結果。當藍色及綠色染料在BLU層級處應用時，可存在大約450 (+/-15 nm)處之藍光吸收峰值、500 nm至510 nm處及540 nm至560 nm (+/-15 nm)處之綠光峰值、610 nm至620 nm處及630 nm至640 nm (+/-5 nm)處的紅光峰值，以及其組合。如所繪示，一些範圍在該範圍內具有多個峰值。圖13中之曲線圖繪示獨特光譜之一個實施例，其中在顯示系統之BLU中添加有藍色及綠色染料。
實施例可進一步表明，顯示系統可降低藍光毒性，同時提高亮度且擴增或移位色域。迄今為止所論述之實例主要表明將經辨識染料包括在濾色器中如何比將該等染料包括在背光單元內之層中有所改良。該比較確實展示了與原始顯示效能相比色域有所改良，並且主要比較係與背光單元中之染料進行比較。本文中之樹脂可以熱方式或以光微影方式固化，而大多數濾色器材料以光微影方式固化(考慮到現代顯示器之極緊密的尺寸)。
圖14至圖25繪示來自各種濾色器修改之亮度、有毒藍光以及色域資料。製造商將增大濾色器之透射率或亮度的一種典型方式係減小塗層厚度，且因此在每平方面積具有較短光學路徑及較低染料覆蓋率之情況下具有較小吸收。本文中之圖式藉由如所指示之各種代表線繪示了，用於與特定顏色相關聯之各種波長的對應濾色器(「CF」)可具有可能增大之透射率/亮度，在數學上模擬了較薄塗層。在一些情況下，可減小濾色器厚度以改良亮度，同時在濾色器層級處添加染料及/或顏料可維持且甚至改良顏色效能。來自藍色、綠色及紅色染料及/或顏料添加至濾色器時之光譜展示於各別(分離)圖式中。在該等個別圖式中(參見例如圖15a至圖15c、圖19a至圖19c以及圖23a至圖23c)，透射峰值可增大，同時總寬度可減小，從而藉由減少低/高波長洩漏至各別子圖元中來指示顏色之銳化。可在圖15a、圖19a及圖23a中藉由尤其在415 nm至435 nm之間的透射率降低中之突降來繪示有毒藍光之選擇性濾光。在如圖17a至圖17c、圖21a至圖21c及圖25a至圖25c中所展示之顏色變化之比較中以及在圖17d、圖21d及圖25d的色域圖中最清楚地繪示了所維持或改良之色域。圖17d、圖21d及圖25d展示了色域上之顏色分離及不同顯示光譜。
在圖式中，圖14a (無染料)及圖14b (具有染料之濾色器)展示了在濾色器包括染料之前及之後的透射率變化。在圖14a與圖14b之間的比較中，添加染料明顯地改良不同透射峰值之間的分離。舉例而言，圖14a中之藍色與綠色透射曲線之間存在重疊，重疊在圖14b中顯著減少。當比較綠色與紅色曲線之間的重疊時，此情況類似但並不顯著。此重疊減少產生改良之色域。另外，如在圖14a及圖14b之比較中所證明，顏色中之各者的整體透射並不受添加染料影響。實際上，對於綠色及紅色透射曲線，存在透射之顯著改良。因此，如所繪示，改良之色域不產生較低透射率或發光度。
圖15a至圖15c係圖14a及圖14b之個別濾色器中之各者之間的比較。濾色器與某些波長範圍相關聯，並且獨立濾色器展示未經修改濾色器與經染料改質濾色器之間的變化。更具體言之，圖15a比較原始藍色濾光器透射曲線與經修改藍色濾光器透射曲線。類似地，圖15b比較原始紅色濾光器透射曲線與經修改紅色濾光器透射曲線，並且圖15c比較原始綠色濾光器透射曲線與經修改綠色濾光器透射曲線。藉由比較未經修改濾光器及經修改濾光器之各圖式中之峰值而在圖15a至圖15c中清楚地繪示在添加染料之後的所維持及/或改良之透射。
圖16a至圖16b繪示當將染料添加至濾色器時對紅色、綠色及藍色原色飽和度之影響。更具體言之，圖16a至圖16b係亦見於圖17d之色域圖中的所維持(或改良)之色域的圖形說明。該等圖繪示了將染料添加至濾色器可銳化原色。圖16a (無染料)及圖16b (具有染料之濾色器)展示了在濾色器包括染料之後的顏色飽和度變化。如同前述圖14至圖15一樣，圖16a及圖16b在圖17a至圖17c中由顏色分解，其中顯而易見，將染料添加至濾色器在未改良之情況下會維持顏色飽和度及銳度。圖17d繪示原始(未添加染料)及經修改(染料添加至濾色器)顯示面板之色域圖。如所熟知，色域圖繪示三原色：紅色、綠色及藍色。儘管本文中之圖式呈黑色及白色，但其將解釋為併有如在以下所繪示之標準色域圖顏色梯度： https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/91/SRGB_chromaticity_CIE1931.svg
表7：繪示圖17d中所繪示之資料的分解。
資料集 原始面板       經修改面板 差異
紅色 x 0.6406 紅色 x 0.6394 0.00116275
y 0.3385 y 0.3152 0.02333859
Y 0.0863 Y 0.0899 -0.0035861
綠色 x 0.3192 綠色 x 0.3002 0.01895069
y 0.6086 y 0.6144 -0.0058603
Y 0.3176 Y 0.3563 -0.0386734
藍色 x 0.1545 藍色 x 0.1627 -0.0082211
y 0.0602 y 0.0578 0.002473
Y 0.0355 Y 0.0339 0.00157733
白點 x 0.3081 白點 x 0.3112 -0.0031173
y 0.3216 y 0.3305 -0.0089335
Y 0.4394 Y 0.4801 -0.0406822
L* 3.9692 L* 4.3367 -0.367482
a* 0.1358 a* -0.1753 0.31116297
b* -0.3960 b* 0.0316 -0.4275755
因此，整體而言，圖14至圖17繪示將染料添加至濾色器(例如，在如上文所描述之子圖元水平下，其中藍色染料可添加至藍色子圖元，綠色染料可添加至綠色子圖元，紅色染料可添加至紅色子圖元，以及其組合)可改良整體亮度、降低有毒藍光並且維持或改良色域。更具體言之，藍光毒性因數可降低7.6%並且亮度可增加9.3%。如下表8中所繪示，色域覆蓋率百分比與展示各種標準色域圖(NTSC、sRGB等)中之改良最為相關。一些所量測標準(參見NTSC及Adobe RGB)繪示了色域中之有效維持，而其他標準繪示了在2%與3%之間的覆蓋率增加。因此，將染料添加至濾色器可清晰地增加亮度，同時至少維持色域。
表8：用於具有染料之濾色器之色域量測
   CIE 1931色域
原始面板 經修改面板
比率，% 覆蓋率，% 比率，% 覆蓋率，%
NTSC 69.75% 67.61% 72.68% 67.75%
sRGB 98.48% 93.64% 102.61% 96.37%
Adobe RGB 73.01% 72.33% 76.07% 72.38%
DCI-P3 72.60% 72.58% 75.64% 75.17%
BT.2020 52.08% 52.08% 54.27% 54.26%
圖18至圖21繪示與圖14至圖17相同類型之資訊，但並非染料存在於濾色器中，而是使用顏料。如本文中所繪示，顏料分散體可提供比標準濾色器更好之效能。然而，未針對現代顯示器所需之光微影而將顏料最佳化。因此，雖然該等顏料描述於本文中且為潛在可用的，但所揭露之系統之較佳實施例使用染料。在基線效能中，單獨使用顏料可將毒性因數降低近10%，其中在色域覆蓋率中有額外改良。
在圖式中，圖18a (無顏料)及圖18b (具有顏料之濾色器)展示了在濾色器包括顏料之前及之後的透射率變化。在圖18a與圖18b之間的比較中，添加顏料明顯地改良不同透射峰值之間的分離。舉例而言，圖18a中之藍色與綠色透射曲線之間存在重疊，重疊在圖18b中顯著減少。當比較綠色與紅色曲線之間的重疊時，此情況類似且甚至更顯著。如上文所提及，此重疊減少產生改良之色域。另外，如在圖18a及圖18b之比較中所證明，顏色中之各者的整體透射並不受添加顏料影響。實際上，對於綠色及紅色透射曲線，存在透射之顯著改良。因此，如所繪示，改良之色域不產生較低透射率或發光度。
圖19a至圖19c係圖18a及圖18b之個別濾色器中之各者之間的比較。濾色器與某些波長範圍相關聯，並且獨立濾色器展示未經修改濾色器與經顏料改質濾色器之間的變化。更具體言之，圖19a比較原始藍色濾光器透射曲線與經修改藍色濾光器透射曲線。類似地，圖19b比較原始紅色濾光器透射曲線與經修改紅色濾光器透射曲線，並且圖19c比較原始綠色濾光器透射曲線與經修改綠色濾光器透射曲線。藉由比較未經修改濾光器及經修改濾光器之各圖式中之峰值而在圖19a至圖19c中清楚地繪示在添加顏料之後的所改良之透射。
圖20a至圖20b繪示當將顏料添加至濾色器時對紅色、綠色及藍色原色飽和度之影響。更具體言之，圖20a至圖20b係亦見於圖21d之色域圖中的所維持(或改良)之色域的圖形說明。該等圖繪示了將顏料添加至濾色器可銳化原色。圖20a (無顏料)及圖20b (具有顏料之濾色器)展示在濾色器包括顏料之後的顏色飽和度變化。如同前述圖18至圖19一樣，圖20a及圖20b在圖21a至圖21c中由顏色分解，其中顯而易見，將顏料添加至濾色器在未改良之情況下會維持顏色飽和度及銳度。圖21d繪示原始(未添加顏料)及經修改(顏料添加至濾色器)顯示面板之色域圖。如所熟知，色域圖繪示三原色：紅色、綠色及藍色。儘管本文中之圖式呈黑色及白色，但其將解釋為併有如在以下所繪示之標準色域圖顏色梯度： https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/91/SRGB_chromaticity_CIE1931.svg
表9：繪示圖21d中所繪示之資料的分解。
資料集 原始面板       經修改面板 差異
紅色 x 0.6406 紅色 x 0.7096 -0.0690322
y 0.3385 y 0.2903 0.0482158
Y 0.0863 Y 0.1219 -0.0356136
綠色 x 0.3192 綠色 x 0.1300 0.18915083
y 0.6086 y 0.7143 -0.1057299
Y 0.3176 Y 0.3018 0.01583219
藍色 x 0.1545 藍色 x 0.1444 0.0101312
y 0.0602 y 0.0396 0.0206847
Y 0.0355 Y 0.0205 0.01500686
白點 x 0.3081 白點 x 0.3144 -0.0062584
y 0.3216 y 0.3264 -0.0048146
Y 0.4394 Y 0.4442 -0.0047745
L* 3.9692 L* 4.0123 -0.0431281
a* 0.1358 a* 0.2291 -0.0932128
b* -0.3960 b* -0.0767 -0.3192571
因此，整體而言，圖18至圖21繪示將顏料添加至濾色器(例如，在如上文所描述之子圖元水平下，其中藍色染料及/或顏料可添加至藍色子圖元，綠色染料及/或顏料可添加至綠色子圖元，紅色染料及/或顏料可添加至紅色子圖元，以及其組合)可改良整體亮度、降低有毒藍光並且維持或改良色域。更具體言之，藍光毒性因數可降低9.79%並且亮度可增加1.0%。如下表10中所繪示，色域覆蓋率百分比與展示各種標準色域圖(NTSC、sRGB等)中之改良最為相關。所有所量測標準皆繪示在6%與21%之間的覆蓋率增加。因此，將顏料添加至濾色器可有效地維持亮度，同時極大地改良色域。
表10：用於具有顏料之濾色器之色域量測
   CIE 1931色域
原始面板 經修改面板
比率，% 覆蓋率，% 比率，% 覆蓋率，%
NTSC 69.75% 67.61% 121.67% 86.33%
sRGB 98.48% 93.64% 171.79% 99.27%
Adobe RGB 73.01% 72.33% 127.35% 93.53%
DCI-P3 72.60% 72.58% 126.64% 88.47%
BT.2020 52.08% 52.08% 90.85% 61.48%
圖22至圖25繪示與圖14至圖17以及圖18至圖21相同類型之資訊，但並非染料或顏料存在於濾色器中，而是使用染料及顏料兩者。在圖式中，圖22a (無染料/顏料)及圖22b (具有染料及顏料之濾色器)展示了在濾色器包括染料及顏料之前及之後的透射率變化。在圖22a與圖22b之間的比較中，添加染料/顏料明顯地改良不同透射峰值之間的分離。舉例而言，圖22a中之藍色與綠色透射曲線之間存在重疊，重疊在圖22b中顯著減少。當比較綠色與紅色曲線之間的重疊時，此情況類似且甚至更顯著。如上文所提及，此重疊減少產生改良之發光度及色域。另外，如在圖22a及圖22b之比較中所證明，顏色中之各者的整體透射並不受添加染料及顏料影響。實際上，對於綠色及紅色透射曲線，存在透射之顯著改良。因此，如所繪示，改良之色域不產生較低透射率或發光度。
圖23a至圖23c係圖22a及圖22b之個別濾色器中之各者之間的比較。濾色器與某些波長範圍相關聯，並且獨立濾色器展示未經修改濾色器與經染料/顏料改質濾色器之間的變化。更具體言之，圖23a比較原始藍色濾光器透射曲線與經修改藍色濾光器透射曲線。類似地，圖23b比較原始紅色濾光器透射曲線與經修改紅色濾光器透射曲線，並且圖23c比較原始綠色濾光器透射曲線與經修改綠色濾光器透射曲線。藉由比較未經修改濾光器及經修改濾光器之各圖式中之峰值而在圖23a至圖23c中清楚地繪示在添加染料及顏料之後的所改良之透射。
圖24a至圖24b繪示當將染料及顏料添加至濾色器時對紅色、綠色及藍色原色飽和度之影響。更具體言之，圖24a至圖24b係亦見於圖25d之色域圖中的所維持(或改良)之色域的圖形說明。該等圖繪示了將染料及顏料添加至濾色器可銳化原色。圖24a (無染料/顏料)及圖24b (具有染料及顏料之濾色器)展示在濾色器包括染料及顏料之後的顏色飽和度變化。如同前述圖22至圖23一樣，圖24a及圖24b在圖25a至圖25c中由顏色分解，其中顯而易見，將染料及顏料添加至濾色器在未改良之情況下會維持顏色飽和度及銳度。圖25d繪示原始(未添加染料/顏料)及經修改(染料及顏料添加至濾色器)顯示面板之色域圖。如所熟知，色域圖繪示三原色：紅色、綠色及藍色。儘管本文中之圖式呈黑色及白色，但其將解釋為併有如在以下所繪示之標準色域圖顏色梯度： https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/91/SRGB_chromaticity_CIE1931.svg
表11：繪示圖25d中所繪示之資料的分解。
資料集 原始面板       經修改面板 差異
紅色 x 0.6406 紅色 x 0.7094 -0.0688108
y 0.3385 y 0.2905 0.0479959
Y 0.0863 Y 0.1013 -0.01499
綠色 x 0.3192 綠色 x 0.2028 0.11637725
y 0.6086 y 0.7560 -0.1473988
Y 0.3176 Y 0.3415 -0.0239479
藍色 x 0.1545 藍色 x 0.1556 -0.0010227
y 0.0602 y 0.0210 0.03923364
Y 0.0355 Y 0.0120 0.02347752
白點 x 0.3081 白點 x 0.3117 -0.0035979
y 0.3216 y 0.3312 -0.009634
Y 0.4394 Y 0.4549 -0.0154604
L* 3.9692 L* 4.1088 -0.139654
a* 0.1358 a* -0.1762 0.31201748
b* -0.3960 b* 0.0680 -0.464046
因此，整體而言，圖22至圖25繪示將染料及顏料添加至濾色器(例如，在如上文所描述之子圖元水平下，其中藍色染料及/或顏料可添加至藍色子圖元，綠色染料及/或顏料可添加至綠色子圖元，紅色染料及/或顏料可添加至紅色子圖元，以及其組合)可改良整體亮度、降低有毒藍光並且維持或改良色域。
更具體言之，藍光毒性因數可降低7.41%並且亮度可增加3.7%。如下表12中所繪示，色域覆蓋率百分比與展示各種標準色域圖(NTSC、sRGB等)中之改良最為相關。所有所量測標準皆繪示在6%與36%之間的覆蓋率增加。因此，將染料及顏料添加至濾色器可清楚地增加亮度，同時極大地改良色域。
表12：用於具有染料及顏料之濾色器之色域量測
   CIE 1931色域
原始面板 經修改面板
比率，% 覆蓋率，% 比率，% 覆蓋率，%
NTSC 69.75% 67.61% 124.63% 97.50%
sRGB 98.48% 93.64% 175.96% 99.88%
Adobe RGB 73.01% 72.33% 130.44% 99.25%
DCI-P3 72.60% 72.58% 129.71% 99.76%
BT.2020 52.08% 52.08% 93.06% 88.17%
可添加其他特徵以最佳化堆疊。根據本發明之顯示系統可包括背光單元，該背光單元包括光學堆疊。所揭露之光學堆疊可包括發光系統，諸如發光二極體、發光二極體陣列或實質上白光之其他源。此等光學堆疊可包括光學膜層，該等光學膜層可透光或可修改穿過其中之光之性質。此可包括反射層、漫射層、增亮層(通常為稜柱形)以及偏振濾光器(僅舉幾例)。在一些實施例中，光學堆疊可包括至少一個光學膜，該至少一個光學膜在其內具有至少一個光轉換層。另外，相同至少一個光學膜可在其上或在其內具有光吸收層。替代地，光學堆疊可包括具有至少一種光轉換材料之至少一個光學膜以及在其上或在其內安置有至少一種光吸收之至少一個光學膜。堆疊亦可減少眩光且在所得顯示器外觀中具有額外益處。
在其他實施例中，取決於所使用之染料或顏料以及濾色器層中所使用的量，結果可藉由改變穿過濾光器層之發射光之色域來改變使用者所看到的所得顏色。添加諸如染料及顏料等特定化合物並且以某些量進行添加可使得穿過濾色器之所得光的顏色在色域中改變。在其他實施例中，濾色器之透射及發射的值亦可由於額外化合物而減小值，從而減小可表示顏色發射、透射、強度等之顏色值。顏色值之減小可引起顏色重疊之減少，從而改良顏色之間的清晰度並且更好地控制圖像之顏色及銳度。
在一些實施例中，濾色器亦可包括影響相關聯子圖元之某些顏色的染料。舉例而言，所選擇之染料或顏料可影響藍色，因此染料可添加至藍色子圖元。在一些情況下，染料可吸收藍色，但在其他情況下，染料可增加或改良藍色波長之透射。在一些實施例中，染料可影響除藍光以外之其他波長，或在其他實施例中，光可改良或增加藍光波長之透射(尤其是由使用者關聯為藍光的某些波長之光)。在另一實施例中，相同染料或不同染料、顏料或化合物可添加至其他顏色子圖元(不限於紅色及綠色子圖元)，以進一步控制圖像之顏色、色比及清晰度，並且降低特定波長範圍內之某些光的毒性。紅色及綠色染料、化合物、顏料等分別可能添加至紅色及綠色子圖元，此可引起色域移位且可藉由改變穿過濾光器之所得光來改良所得光顯示器。在此情況下，使用者體驗可經由色域擴展或改變顏色清晰度區域而得以改良，因此所得發射光得以增強。使用者體驗藉由改良之顯示器圖像及安全發光而得以改良，從而增強使用者身心健康。
相比於無此等吸收特徵之其他相同參考顯示器，基於光吸收(或以其他方式移除光)而無需電磁光譜的可見區中之光之後續發射的用以減少藍光發射之方法可大體上降低顯示器之亮度(經量測及/或感知)。在一些情況下，為了補償此吸收相關亮度降低，輸入至顯示器之功率可增加(相對於輸入至參考顯示器之功率)。大體而言，顯示器功耗之增加可為不合需要的，尤其在可能不利地影響電池壽命之攜帶型裝置中。
在本發明中，揭露了用於修改自顯示器之光發射的系統，其中可遠離顯示器之光源(諸如圖1之濾色器112)使用光轉換材料或光吸收材料。光轉換材料通常可吸收在第一波長範圍內之光並發射在第二波長範圍內之光(由此將光自一個波長範圍「轉換」至另一波長範圍)。光吸收材料吸收在一個波長範圍內之光。在本發明中，自較短波長至較長波長之轉換可被稱作「上轉換」，並且自較長波長至較短波長之轉換可被稱作「下轉換」。然而，應認識到，此等定義可能並非通用的，並且其他檔可相對地定義上轉換及下轉換(例如，一些文件可相對於頻率定義此等術語，該等術語與波長成反比關係)。
遠離顯示器之光源使用光轉換材料的系統可用以吸收在不太有用或有害之波長範圍內的光，諸如UV及藍光範圍內(尤其低於約455 nm)，並且在更加良性之波長範圍(自健康視角來看)重新發射可能更有用的光，諸如在綠色及/或紅色波長範圍內。在一些情況下，光可自較短藍色波長(處於或低於約455 nm)上轉換至較長藍色波長，該等較長藍色波長可為不太有害的且亦適用於顯示器照明。以諸如此等方式，相對於不使用此類光轉換材料之顯示系統，遠離光源使用光轉換材料之系統可修改來自顯示系統之光的發射。
在一些實例中，遠離顯示器之光源使用光轉換材料或光吸收材料的系統可與電子裝置顯示器一起使用以減少藍光發射，以使得所得顯示系統可實現與不具有遠離光源之光轉換材料或光吸收層的參考顯示器類似之亮度，同時比參考顯示器多消耗了不超過10%的能量。
與用以減少自顯示器之藍光發射的並不遠離光源採用光轉換材料或光吸收材料之一些已知先前方法相比，遠離光源使用光轉換材料或光吸收材料之系統可改良顯示器之顏色平衡。一些此類已知先前方法可藉由吸收或以其他方式自光譜移除藍光之一部分來減少藍光發射，由此改變自顯示器發射之光的光譜平衡。在本發明之系統中，與具有不包括此類光轉換材料之藍光減少的其他類似顯示器相比，除了減少自電子顯示裝置發射之有害藍光的量以外，遠離光源之光轉換材料亦可重新發射可有助於、輔助或以其他方式改良自電子顯示裝置發射之光之顏色平衡的光。在一些實施例中，包括併有遠離光源之光轉換材料或光吸收材料的本發明之系統的顯示系統可維持D65白點。在一些實施例中，包括併有遠離光源之光轉換材料或光吸收材料的本發明之系統的顯示系統可維持與不具有本發明之藍光減少系統的參考顯示系統實質上相同之相關色溫(CCT)。
在本發明之系統的一些實施例中，至少一種光轉換材料可與至少一種光吸收材料組合使用以減少來自顯示系統之有害藍光發射並且改良或維持該顯示系統之顏色平衡。
本發明之系統可包括多個光轉換材料或光吸收材料，該等材料可吸收來自多個波長範圍內之光，包括除UV或藍色波長範圍之外的波長範圍。
光轉換材料或光吸收材料可以任何合適方式包括於或設置於光管理膜、反射器或另一層之膜中、該膜上，或者包括或具備該膜。在一些實施例中，可在膜內擠壓、鑄造或漫射光轉換材料或光吸收材料。在一些實施例中，光轉換材料或光吸收材料可塗覆至膜上。在一些實施例中，光轉換材料或光吸收材料可包括為單獨膜層或塗覆至構成背光單元之層中之任一者上。在一些實施例中，光轉換材料或光吸收材料可設置於用以黏合或層壓顯示系統之一或多個層的黏著劑中或具備該黏著劑，該一或多個層諸如為顯示系統100之任何合適的層或膜。併有光轉換材料或光吸收材料之此類黏著劑可為實質上光學透明的，除了與由光轉換材料進行之吸收及重新發射相關聯的光之重導向以外，亦展現了透射穿過黏著劑之光的可忽略散射。
在一些實施例中，光轉換材料或光吸收材料可在整個材料中可溶地或不溶地分佈或分散，該材料為顯示系統100之任何合適的膜或層之組件或前驅體。併有光轉換材料或光吸收材料之本發明系統可經定製設計以修整至現有顯示系統中，其中可選擇之設計參數包括光轉換材料、光吸收材料以及其他非轉換阻斷或過濾化合物的選擇。在其他實例中，可設計出採用併有光轉換及/或光吸收材料之本發明系統的新顯示系統。經由審慎選擇LED (及/或其他光源)、光轉換材料、光吸收材料及其他非轉換阻斷或過濾化合物以及其他光學膜及裝置，方法之大量組合可經開發以提供在提供高顯示品質的同時解決眼部健康問題之顯示器。
雖然已說明並描述本發明之實施例，但亦將顯而易見，可在不偏離本發明之範疇的情況下進行各種修改。亦考慮，所揭露實施例之特定特徵及態樣的各種組合或子群組合可彼此組合或彼此取代以便形成本發明之變化模式。因此，不希望本發明受到限制，除了由所附申請專利範圍限制外。本文引用之所有參考文件皆以全文引用之方式併入本文中。
100:濾色器系統/濾色器背光單元系統/顯示系統 102:背光單元/BLU 104:BLU組件/背光單元 106:偏振濾光器/偏振器層/第一偏振濾光器 108:薄膜電晶體陣列/TFT陣列層 110:液晶面板/LC面板 112:濾色器/濾色器層 114:第二偏振器層/偏振器層/偏振濾光器 116:玻璃層/玻璃蓋 300:顯示系統 301:照明總成 302:反射基板 304:控制器 308:背光 312:光源 320:漫射器/漫射器層/漫射器板 340:光管理膜/光管理單元 342:反射偏振器 344:偏振控制層 346a:第一增亮層/稜柱形增亮層/增亮層 346b:第二增亮層/增亮層 350:液晶面板/LC面板 352:LC層/板 354:面板/板 356:上部吸收偏振器/吸收偏振器 357:層 358:下部吸收偏振器/吸收偏振器
圖式為示意性圖示且並不意欲以任何方式限制本發明之範疇。圖式未必按比例繪製。
圖1係顯示面板之不同層之分解視圖的非限制性圖示。
圖2係具有藍色染料改質之濾色器之可能透射光譜的非限制性圖示。
圖3係顯示器之光譜功率分佈的非限制性圖示，其中模擬了濾色器上之藍色染料吸收。
圖4係顯示器之光譜功率分佈的非限制性圖示，其中模擬了背光單元層級處之藍色染料吸收。
圖5係具有綠色染料改質之濾色器之可能透射光譜的非限制性圖示。
圖6係顯示器之光譜功率分佈的非限制性圖示，其中模擬了濾色器上之綠色染料吸收。
圖7係顯示器之光譜功率分佈的非限制性圖示，其中模擬了背光單元層級處之綠色染料吸收。
圖8係具有紅色染料改質之濾色器之可能透射光譜的非限制性圖示。
圖9係顯示器之光譜功率分佈的非限制性圖示，其中模擬了濾色器上之紅色染料吸收。
圖10係顯示器之光譜功率分佈的非限制性圖示，其中模擬了背光單元層級處之紅色染料吸收。
圖11係具有藍色及綠色染料改質兩者之濾色器之可能透射光譜的非限制性圖示。
圖12係顯示器之光譜功率分佈的非限制性圖示，其中模擬了濾色器上之藍色及綠色染料吸收。
圖13係顯示器之光譜功率分佈的非限制性圖示，其中模擬了背光單元層級處之藍色及綠色染料吸收。
圖14a係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中用原始未改質之濾色器模擬了背光單元層級處之紅色、藍色及綠色染料吸收。
圖14b係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了在染料改質的情況下背光單元層級處之紅色、藍色及綠色染料吸收，藉由染料改質。
圖15a至圖15c係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了各染料類型分別在背光單元層級處之紅色、綠色及藍色染料吸收。
圖16a係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中用原始未改質之RGB模擬了紅色、藍色及綠色濾光器改質。
圖16b係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中用經改質RGB模擬了紅色、藍色及綠色濾光器改質。
圖17a至圖17c係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了濾色器修改中之紅色、綠色及藍色染料。
圖17d係未改質之染料之色域及將改質染料添加至濾色器的非限制性圖示。
圖18a係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了未改質之紅色、綠色及藍色染料油墨顏料分散體。
圖18b係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了用染料改質之藍色及綠色染料油墨顏料分散體。
圖19a至圖19c係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了紅色、綠色及藍色顏料染料分散體。
圖20a係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了不具有改質之紅色、藍色及綠色顏料分散體。
圖20b係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了用染料改質之紅色、藍色及綠色顏料染料分散體。
圖21a至圖21c係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了背光單元層級處具有染料之紅色、藍色及綠色染料顏料分散體。
圖21d係未改質之顏料之色域及將改質顏料添加至濾色器的非限制性圖示。
圖22a係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了未改質之紅色、綠色及藍色染料油墨顏料分散體。
圖22b係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了用染料改質之藍色及綠色染料油墨顏料分散體。
圖23a至圖23c係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了紅色、綠色及藍色顏料染料分散體。
圖24a係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了不具有改質之紅色、藍色及綠色顏料分散體。
圖24b係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了用染料改質之紅色、藍色及綠色顏料染料分散體。
圖25a至圖25c係光譜功率分佈之顯示器的非限制性圖示，其中模擬了背光單元層級處具有染料之紅色、藍色及綠色染料顏料分散體。
圖25d係未改質之染料及顏料之色域以及將改質染料及顏料添加至濾色器的非限制性圖示。
圖26係根據本發明之顯示系統之示意性橫截面視圖。
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Claims (24)

  1. 一種顯示系統，其包含： 一背光單元，其具有一發光陣列； 一液晶面板；及 一濾色器，其具有一或多種吸收性染料，其中該一或多種吸收性染料位於該濾色器中之子圖元之至少一個顏色集合中。
  2. 如請求項1之顯示系統，其進一步包含併入至該發光陣列中之發光二極體、鄰近於該發光陣列的一反射器、與該反射器相對之一漫射器、一薄膜電晶體陣列層以及一防護玻璃罩層。
  3. 如請求項1之顯示系統，其中該液晶面板鄰近於該濾色器且由安置於兩個面板之間的一液晶層構成。
  4. 如請求項1之顯示系統，其進一步包含一第一增亮層及至少一個偏振器，其中一第一偏振器定位成鄰近於該濾色器。
  5. 如請求項4之顯示系統，其中一第二增亮層鄰近於該第一增亮層。
  6. 如請求項4之顯示系統，其中一第二偏振器定位成緊鄰該背光單元。
  7. 如請求項1之顯示系統，其中該一或多種吸收性染料係該濾色器之藍色子圖元中所包括的一可溶藍光吸收性染料，並且該藍光吸收性染料吸收藍光且減少具有在415 nm與435 nm之間的一最大吸收峰值之一波長範圍內的透射。
  8. 如請求項7之顯示系統，其中該藍光吸收性染料進一步吸收藍光且減少具有在525 nm與560 nm之間的一最大吸收峰值之一第二波長範圍內的透射。
  9. 如請求項7之顯示系統，該一或多種吸收性染料進一步包含吸收波長低於415 nm之光的一短波長側吸收體。
  10. 如請求項7之顯示系統，該一或多種吸收性染料進一步包含吸收波長高於480 nm之光的一長波長側吸收體。
  11. 如請求項7之顯示系統，其中該藍光吸收性染料將藍光毒性因數降低了高達20%。
  12. 如請求項1之顯示系統，其中該一或多種吸收性染料係該濾色器之綠色子圖元中所包括的一可溶綠光吸收性染料，並且該綠光吸收性染料吸收綠光且減少在490 nm至570 nm之一波長範圍內的透射。
  13. 如請求項12之顯示系統，其中該一或多種吸收性染料進一步包括該濾色器之藍色子圖元中所包括的一可溶藍光吸收性染料，並且該藍光吸收性染料吸收藍光且減少具有在415 nm與435 nm之間的一最大吸收峰值之一波長範圍內的透射。
  14. 如請求項13之顯示系統，其中該藍光吸收性染料進一步吸收藍光且減少具有在525 nm與560 nm之間的一最大吸收峰值之一第二波長範圍內的透射。
  15. 如請求項13之顯示系統，其中該一或多種吸收性染料進一步包括該濾色器之紅色子圖元中所包括的一可溶紅光吸收性染料，並且該紅光吸收性染料吸收紅光且減少具有低於620 nm之一最大吸收峰值之一波長範圍內的透射。
  16. 如請求項12之顯示系統，該一或多種吸收性染料進一步包含吸收波長低於500 nm之光的一短波長側吸收體、吸收波長高於575 nm之光的一長波長側吸收體或此兩者。
  17. 如請求項1之顯示系統，其中該一或多種吸收性染料係該濾色器之紅色子圖元中所包括的一可溶紅光吸收性染料，並且該紅光吸收性染料吸收紅光且減少具有低於620 nm之一最大吸收峰值之一波長範圍內的透射。
  18. 如請求項17之顯示系統，該一或多種吸收性染料進一步包含吸收波長低於590 nm之光的一短波長側吸收體。
  19. 如請求項1之顯示系統，其中該一或多種吸收性染料係在415 nm至435 nm之波長範圍內吸收的一可溶藍色染料以及在520 nm至550 nm之波長範圍內吸收的一可溶綠色染料中之至少一者。
  20. 如請求項1之顯示系統，其中該一或多種吸收性染料係有機染料、金屬錯合物染料、卟啉基化合物、香豆素、視網膜色素以及酞菁化合物中之至少一種。
  21. 如請求項1之顯示系統，其中與不具有該一或多種吸收性染料之一顯示系統相比，一亮度降低不超過10%。
  22. 如請求項1之顯示系統，其中色域中之一變化不超過5%。
  23. 如請求項1之顯示系統，其中該一或多種吸收性染料位元於藍色子圖元、紅色子圖元、綠色子圖元及其任何組合中之至少一者中。
  24. 一種在一顯示系統中使用一濾色器之方法，其包含以下步驟： 照明具有一發光陣列之一背光單元； 將光發射穿過一液晶面板；及 在具有一或多種吸收性染料之一濾色器中吸收光，其中該一或多種吸收性染料位於該濾色器中之子圖元之至少一個顏色集合中。
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