TWI391743B - 高色彩表現之顯示裝置及其製造方法 - Google Patents

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Description

高色彩表現之顯示裝置及其製造方法
本發明係關於一種顯示裝置及其製造方法；具體而言，本發明係關於一種具有高色彩表現之顯示裝置及其製造方法。
顯示面板及使用顯示面板之面板顯示裝置已漸漸成為各類顯示裝置之主流。例如各式面板顯示屏、家用的平面電視、個人電腦及膝上型電腦之平板型監視器、行動電話及數位相機之顯示幕等，均為大量使用顯示面板之產品。特別是近年來液晶顯示裝置的市場需求大幅成長，為配合液晶顯示裝置在功能上及外觀上之要求，液晶顯示裝置所使用之背光模組設計也日趨多元化。
傳統上背光模組較常使用燈管作為背光光源。燈管發出的光線在色彩演色性及飽合度上均有一定的程度。然而由於燈管所佔空間較大，因此使用燈管所製成的背光模組通常具有較大的體積。此外，燈管消耗的系統電力亦較高，使系統整體的使用時間下降。為解決上述問題，目前有部分背光模組改以白光發光二極體作為光源。白光發光二極體具有環保、省電及體積小的優勢；然而其色彩的表現及飽合度，仍距離燈管產生光線之效果有一段距離。例如使用黃綠色螢光粉搭配藍色發光二極體晶片所製成之白光發光二極體，常因在紅色光波段的能量較小，使得產生白光之色彩產生色偏。
此外，由於白光發光二極體之材料特性及生產限制，造成可以挑選的範圍有所限制。如圖1所示，因各種限制之下，可挑選或可使用的白光發光二極體其色座標(例如CIE 1931座標系統)區域範圍為區域10。然而為顧及其他顏色的飽合度及色彩表現，實際生產出來的白光發光二極體其色座標可能落於區域30之範圍內。由於區域30內之白光發光二極體產品僅有一半符合區域10之限制，因此有一半的產品無法使用，造成成本的提高。
再者，以現今白光發光二極體的技術而言，當顯示模組整體NTSC色飽和度大於60%的狀況下，除上述不易挑選或生產白光發光二極體的問題外，顯示模組整體的綠色色彩經常產生偏移，進而影響整體的色彩表現。所謂NTSC色飽和度，係指以NTSC規定的三原色在色座標上的色域面積為分母，以顯示模組實際色彩表現的三原色色域面積為分子，求出的百分比即為NTSC色飽和度。如上所述，當NTSC色飽和度高時所產生的色偏問題，亦為目前使用白光發光二極體作為背光光源的主要問題之一。
本發明之一目的在於提供一種顯示裝置及其製造方法，具有較佳的色彩表現並維持整體亮度。
本發明之另一目的在於提供一種顯示裝置及其製造方法，可使用具有不同色彩表現特性的白光發光二極體作為背光源。
本發明之另一目的在於提供一種顯示裝置及其製造方法，可降低生產成本。
本發明之顯示裝置包含有背光模組及顯示面板。顯示面板係設置於背光模組上，供接收背光模組發出之光線，進而於顯示面板產生圖像。顯示面板包含有由複數個色阻組成的彩色濾光層，彩色濾光層係設置於背光模組的上方。背光模組發出的光線經由色阻射出於顯示面板外以形成輸出光線。當輸出光線之NTSC色飽和度小於60%時，色阻之標準C光源測試性質具有下列之特徵：
0.125<By<0.172；
2.4(Bx-0.151)+0.142≦By≦2.5(Bx-0.139)+0.142；以及
0.36<RY/GY<0.40；
其中(Bx,By)為標準C光源測試中所得結果之藍光色座標；RY及GY則分別為紅光及綠光穿透率。
當輸出光線之NTSC色飽和度大於60%時，色阻之標準C光源測試性質較佳需具有下列之特徵：
0.123<By<0.154；
Gx<0.275；
0.594<Gy<0.620；以及
RY/BY>1.06；
其中(Gx,Gy)為標準C光源測試中所得結果之綠光色座標；BY則為藍光穿透率。
藉由上述色阻之設置，可使輸出光線之(Wx,Wy)維持在接近於標準白色光(0.313,0.329)附近之範圍，使整體模組可在輸出白色光線時有較佳之效果。此外，輸出光線整體之色彩亦不易產生色偏，並同時可維持光線的穿透率，不至影響亮度。
本發明係提供一種顯示裝置及其製造方法。以較佳實施例而言，本發明之顯示裝置係包含一液晶顯示裝置，例如液晶電視、個人電腦及膝上型電腦之液晶監視器、行動電話及數位相機之液晶顯示幕等。
如圖2所示，本發明之顯示裝置較佳包含有背光模組100及顯示面板200。在此實施例中，背光模組100採用直下式之設計；然而在不同實施例中，背光模組100亦可包含導光板而形成側入式之設計。顯示面板200係設置於背光模組100上，供接收背光模組100發出之光線。顯示面板200較佳包含第一基板210、第二基板230及液晶層250。液晶層250夾設置於第一基板210及第二基板230之間，並由第一基板210及第二基板230上之電極控制液晶分子的行為。藉由控制液晶分子的行為，顯示面板200得以於其上不同畫素位置產生不同的顯示亮度，進而組成使用者觀察到的影像。
當第一基板210係為一彩色濾光層基板時，彩色濾光層215包含複數個色阻300且設置於第一基板210之內面；然而在不同實施例中，彩色濾光層215亦可設置於第二基板230上或其他位於背光模組100之背光源103上方之位置。在此實施例中，當背光模組100之光線通過液晶層250後，會通過第一基板210之複數個色阻300。不同色阻300對不同波長之光線具有選擇性，因此會允許具有預設範圍內波長之光線通過，並阻擋其他光線，使得顯示面板200顯示不同之圖像。在本實施例中，彩色濾光層之色阻300較佳係包含紅色、綠色和藍色之色阻，且其厚度較佳介於1.4μm至2.5μm之間，以配合製程及其他元件之搭配需求。當然彩色濾光層也可以包含其他例如是黃色、洋紅色等不同顏色之色阻。
對於由色阻300射出之輸出光線301而言，其色彩表現主要由兩個因素加以決定：背光模組100產生光線本身的頻譜特性以及色阻300之光學特性。由於對數情況下背光模組100產生光線的頻譜特性為確定且不易變更，因此較佳係針對色阻300之光學特性加以調整。然而在不同實施例中，以具有不同頻譜特性的背光模組100光線來配合光學特性調整後的色阻300，亦可產生較佳的效果。
色阻300之光學特性較佳可以國際照明委員會(CIE)規範的標準C光源進行照射所得結果來加以表示。標準C光源是由充氣鎢絲燈經特殊濾光後，接近相關色溫(CCT)6774K的平均日光。除直接以標準C光源進行測試外，目前的光學檢測上可先以標準A光源測量色阻300的穿透率，再以標準C光源頻譜計算以C光源為測試光源時的穿透光頻譜，接著便可推算出色阻300之色度值。其中，標準A光源係為充氣鎢絲燈，色溫為2856K。
在較佳實施例中，當輸出光線301之NTSC色飽和度小於60%時，色阻300之標準C光源測試性質具有下列之特徵：
0.125<By<0.172；
2.4(Bx-0.151)+0.142≦By≦2.5(Bx-0.139)+0.142；以及
0.36<RY/GY<0.40；
其中(Bx,By)為標準C光源測試中所得結果之藍光色座標；RY及GY則分別為紅光及綠光穿透率。藉由此一色阻300之設置，可使輸出光線之(Wx,Wy)維持在接近於標準白色光(0.313,0.329)附近之範圍，其誤差範圍較佳係在±(0.010,0.010)之間；換言之，整體模組可在輸出白色光線時有較佳之效果。此外，輸出光線整體之色彩亦不易產生色偏，並同時可維持光線的穿透率，不至影響亮度。
表1所示在輸出光線為NTSC色飽和度小於60%的狀態下，使用上述實施例中色阻300設定之輸出光線色彩特性量測結果。在此實施例中，色阻300搭配之背光源103具有圖3所示區域303中之色彩輸出特性。由表中可知，在此一色阻300設定之下，(Wx,Wy)之輸出結果相當接近於標準白色光(0.313,0.329)之位置。紅色、綠色及藍色各別在色座標上的輸出結果(Rx,Ry)、(Gx,Gy)、(Bx,By)亦在合理的範圍內而無色彩偏差。
此外，在較佳實施例中，當輸出光線301之NTSC色飽和度小於60%時，可進一步控制色阻300於進行標準C光源測試時，其結果中Gx需大於0.282。藉由此一調整，可增加色阻300可配合之背光源100選擇；亦即可使色阻300與較多具有不同色彩輸出特性之背光源100搭配。在不同實施例中，若控制色阻300之標準C光源測試結果中Ry大於0.316，亦可具有類似的效果。Ry為標準C光源測試中之紅光Y向色座標。
在另一實施例中，為求增加模組整體輸出光線色彩之飽和度或純度，可進一步控制色阻300於進行標準C光源測試時，其結果中Gy需介於0.534及0.564之間。此一設置可調整輸出光線在綠色上的色彩表現，藉以提升整體之色彩飽和度。此外，當色阻300之標準C光源測試結果中Rx介於0.575及0.605之間時，亦可達到類似的效果。Rx為標準C光源測試中之紅光X向色座標。
接下來討論當輸出光線301之NTSC色飽和度大於60%時之狀況。在此一狀況下，色阻300之標準C光源測試性質較佳需具有下列之特徵：
0.123<By<0.154；
Gx<0.275；
0.594<Gy<0.620；以及
RY/BY>1.06；
其中(Gx,Gy)為標準C光源測試中所得結果之綠光色座標；BY則為藍光穿透率。藉由此一色阻300之設置，可使輸出光線之(Wx,Wy)維持在接近於標準白色光(0.313,0.329)附近之範圍，其誤差範圍較佳係在±(0.010,0.010)之間；換言之，整體模組可在輸出白色光線時有較佳之效果。此外，輸出光線整體之色彩亦不易產生色偏，例如控制Gx在小於0.330的範圍。
表2所示在輸出光線為NTSC色飽和度大於60%的狀態下，使用數組符合上述實施例中設定之色阻300進行測試所得到的輸出光線色彩特性量測結果。在表2所列之測試中，色阻300搭配之背光源103其色彩輸出於色空間之定義區間係例如是在0.285<Wx<0.315,0.260<Wy<0.310範圍內，根據實際上之需求，其色彩輸出於色空間之定義區間可以是在不同區間。由表中可知，在此一色阻300設定之下，(Wx,Wy)之輸出結果均相當接近於標準白色光(0.313,0.329)之位置，其差異量均在±(0.010,0.010)之內。紅色、綠色及藍色各別在色座標上的輸出結果(Rx,Ry)、(Gx,Gy)、(Bx,By)亦在合理的範圍內而無色彩偏差，特別是Gx的部分均能控制在小於0.330之範圍內。
背光模組100之背光源103較佳由白光發光二極體所組成，在圖2所示之實施例中，背光模組100更包含光學膜片101，例如擴散板、擴散片、增亮膜、偏光膜，設置於背光源103之上，當然背光模組100亦可包含反射片等其他光學元件，對應背光源103設置於以提升背光模組100之亮度與均勻度。如圖4所示，白光發光二極體係包含主動光源110及被動光源130。主動光源110可在提供訊號後發光，而被動光源130則受主動光源110之光線激發而產生另一色光。在此實施例中，主動光源110較佳係為藍色二極體晶片，而被動光源130則為非藍光之螢光粉，特別是波長大於藍色二極體晶片之螢光粉。當藍色發光二極體晶片發出之藍光照射螢光粉時，即會激發產生其他不同的色光，以合成為白光。在較佳實施例中，藍色發光二極體晶片係與黃綠螢光粉搭配，例如釔鋁石榴石(YAG)螢光粉或矽酸鹽(Silicate)螢光粉；然而在不同實施例中，亦可與紅色及綠色螢光粉搭配。在本實施例中，螢光粉係摻雜在白光發光二極體之碗杯150之透明體170內，在不同實施例中，螢光粉亦可以利用例如塗佈或黏貼等方式設置於藍色二極體晶片之出光面至少部份表面。
圖5為本實施例之背光源103強度光譜圖。如圖5所示，當背光源103係由藍色發光二極體晶片搭配黃綠螢光粉形成時，其強度光譜上較佳形成有第一峰值區間510及第二峰值區間520，且每一峰值區間均具有一峰值，亦即局部最大值。為求表示清楚，圖3中之縱軸係以相對光線強度表示。如圖5所示，第一峰值區間510係位於左側藍色光附近的區域，較佳位於波長小於500nm之範圍。第二峰值區間520位於右側綠色光及紅色光的區域，較佳位於波長大於500nm之範圍。如圖5所示，由於此實施例係採用藍色發光二極體晶片作為主動光源110產生藍光，再激發螢光粉形成的被動光源130產生紅色及綠色光，因此第一峰值區間510中之強度峰值較佳係大於第二峰值區間520中之強度峰值。
如圖5所示，由於本實施例中採用之螢光粉為黃綠色螢光粉，因此強度光譜中僅有二個峰值區間。此外，在波長大於580nm之紅色光範圍，其光線強度相對較小；換言之，所產生光線中紅色波段相對於其他顏色而言，具有較小的能量。藉由與上述實施例中之色阻配合，可有效平衡不同色光間能量的差異，進而減少色差的產生。
在較佳實施例中，當輸出光線301之NTSC色飽和度大於60%時，可進一步控制色阻300於進行標準C光源測試時，其結果中Ry需小於0.330，且Bx需大於0.136；其中Ry為標準C光源測試中之紅光Y向色座標。藉由此一調整，可控制白色光之色座標落於適當位置，並減少綠色光之色彩偏移，以提供合適的色彩表現。
在另一實施例中，為求增加模組整體輸出光線色彩之表現，可對色阻300的性質做進一步的調整。如圖5所示，背光源103強度光譜中之第二峰值區間520具有一半高寬W。所謂半高寬，係為在第二峰值區間520中強度達到局部最大值一半的兩點間距離。在較佳實施例中，當第二峰值區間520之半高寬W大於110nm時，可進一步限定色阻300之標準C光源測試結果包含以下性質：
Ry>0.343；
Gx<0.317；以及
Bx>0.145；
其中Ry為標準C光源測試中之紅光Y向色座標。
在此實施例中，背光源103中選用之主動光源110較佳係為藍色二極體晶片，而被動光源130則可採用釔鋁石榴石(YAG)螢光粉。
在另一實施例中，當第二峰值區間520之半高寬W小於110nm時，可進一步限定色阻300之標準C光源測試結果包含以下性質：Ry>0.348；Gx<0.330；以及Bx>0.148；其中Ry為標準C光源測試中之紅光Y向色座標。
在此實施例中，背光源103中選用之主動光源110較佳係為藍色二極體晶片，而被動光源130則可採用矽酸鹽(Silicate)螢光粉。
本發明並包含一種顯示裝置的製造方法。如圖6所示之實施例製造流程，步驟1010包含判斷顯示模組輸出光線之NTSC色飽和度。判斷過程係可由試驗、模擬或計算方式進行，以推估組裝完成後顯示模組輸出光線之NTSC色飽和度。當判斷出之結果為NTSC色飽和度小於60%，則進行步驟1030：設定色阻之標準C光源測試性質包含：0.125<By<0.172；2.4(Bx-0.151)+0.142≦By≦2.5(Bx-0.139)+0.142；0.36<RY/GY<0.40
其中(Bx,By)為標準C光源測試中所得結果之藍光色座標；RY及GY則分別為紅光及綠光穿透率。藉由此一色阻300之設置，可使輸出光線之(Wx,Wy)維持在接近於標準白色光(0.313,0.329)附近之範圍，其誤差範圍較佳係在±(0.010,0.010)之間；換言之，整體模組可在輸出白色光線時有較佳之效果。此外，輸出光線整體之色彩亦不易產生色偏，並同時可維持光線的穿透率，不至影響亮度。在較佳實施例中，可藉由調整色阻的成份配比、改變色阻的製程方式、改變色阻的結構尺寸及其他方式，以使色阻之標準C光源測試性質落入上述之範圍內。
當判斷出之結果為NTSC色飽和度大於60%，則進行步驟1050：設定色阻之標準C光源測試性質包含：
0.123<By<0.154；
Gx<0.275；
0.594<Gy<0.620；以及
RY/BY>1.06；
其中(Gx,Gy)為標準C光源測試中所得結果之綠光色座標；BY則為藍光穿透率。藉由此一色阻300之設置，可使輸出光線之(Wx,Wy)維持在接近於標準白色光(0.313,0.329)附近之範圍，其誤差範圍較佳係在±(0.010,0.010)之間；換言之，整體模組可在輸出白色光線時有較佳之效果。如上所述，可藉由調整色阻的成份配比、改變色阻的製程方式、改變色阻的結構尺寸及其他方式，以使色阻之標準C光源測試性質落入上述之範圍內。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。
100．．．背光模組
103．．．背光源
101．．．光學膜片
110．．．主動光源
130．．．被動光源
150．．．碗杯
170．．．透明體
200．．．顯示面板
210．．．第一基板
215．．．彩色濾光層
230．．．第二基板
231．．．薄膜電晶體電路
250．．．液晶層
300．．．色阻
301．．．輸出光線
310．．．穿透率峰值區間
510．．．第一峰值區間
520．．．第二峰值區間
圖1為傳統白光發光二極體其色座標區域範圍之示意圖；
圖2為本發明顯示裝置之剖面示意圖；
圖3為一實施例選擇白光發光二極體其色座標區域範圍之示意圖；
圖4為背光源之實施例示意圖；
圖5為背光源強度光譜之實施例示意圖；
圖6為顯示裝置製造方法之實施例流程圖。

Claims (11)

  1. 一種顯示裝置，包含：一背光源，其強度頻譜中具有一第一峰值區間及一第二峰值區間；以及一色阻，形成於該背光源上並過濾該背光源之光線以產生一輸出光線；其中，該色阻之標準C光源測試性質係選自下列(a)及(b)組合其中之一：(a)當該輸出光線之NTSC色飽和度小於60%時：0.125<By<0.172；2.4(Bx-0.151)+0.142≦By≦2.5(Bx-0.139)+0.142；以及0.36<RY/GY<0.40；其中(Bx,By)為標準C光源測試中之藍光色座標；RY及GY分別為紅光及綠光穿透率；(b)當該輸出光線之NTSC色彩飽和度大於60%時：0.123<By<0.154；Gx<0.275；0.594<Gy<0.620；以及RY/BY>1.06；其中(Gx,Gy)為標準C光源測試中之綠光色座標；BY為藍光穿透率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第二峰值區間分佈之波長區間較該第一峰值區間分佈之波長區間波長為長，且該第一峰值區間之峰值大於該第二峰值區間之峰值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中當該第二峰值區間之強度頻譜半高寬大於110nm時，該(b)組合進一步包含：Ry>0.343；Gx<0.317；以及Bx>0.145；其中Ry為標準C光源測試中之紅光Y向色座標。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該背光源包含一藍光發光二極體，該藍光發光二極體中具有釔鋁石榴石(YAG)螢光粉。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中當該第二峰值區間之強度頻譜半高寬小於110nm時，該(b)組合進一步包含：Ry>0.348；Gx<0.330；以及Bx>0.148；其中Ry為標準C光源測試中之紅光Y向色座標。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中該背光源包含一藍光發光二極體，該藍光發光二極體中具有矽酸鹽(Silicate)螢光粉。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該(b)組合進一步包含：Ry<0.330及Bx>0.136；其中Ry為標準C光源測試中之紅光Y向色座標。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該(a)組合進一步包含：Gx>0.282。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該(a)組合進一步包含：Ry>0.316；其中Ry為標準C光源測試中之紅光Y向色座標。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該(a)組合進一步包含：0.534<Gy<0.564。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該(a)組合進一步包含：0.575<Rx<0.605；其中Ry為標準C光源測試中之紅光X向色座標。
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