TWI596410B - 背光單元以及包含該背光單元的顯示裝置 - Google Patents

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金志浩
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Description

背光單元以及包含該背光單元的顯示裝置
本申請案是有關於一種背光單元以及包含其的顯示裝置。本申請案主張2015年1月31日於韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2015-0015706號的優先權與權益，其全文內容以參考的方式併入本文。
隨著大面積電視變得普及，電視也隨之變得具有高解析度、更薄以及多功能。高效能以及高解析度OLED電視仍具有價格競爭力的問題，且OLED電視的實際市場需求也尚未開始。因此，已持續致力於確保OLED中與LCD相似的優勢。
做為努力成果之一，近來併入了許多量子點相關技術與標準。然而，鎘類(cadmium-based)量子點具有安全性問題(例如使用上的限制)，且因此，著重於製造使用量子點且無鎘的背光已崛起，其相對地不具有安全性問題。
本申請案提供具有優異色域的背光單元以及包含其的顯示裝置。
本申請案的實施例提供一種背光單元，其包括：光源，其包括發光燈與無機螢光物質，所述發光燈發射包括450nm波長的光，所述無機螢光物質提供於所述發光燈的內部的至少一部分或所述發光燈的表面上，且當照射包括450nm波長的光時在510nm至560nm範圍中具有最大發光波長；以及顏色轉換膜，其包括有機螢光物質，且當照射由發光燈或無機螢光物質發出的光時在610nm至660nm範圍中具有最大發光波長。
根據本申請案的另一實施例，當施壓電源至實施例的背光單元時，由光源發出的光的藍光與綠光的光子數比(photon number ratio)在55：45至30：70的範圍中。
根據本申請案的另一實施例，有機螢光物質在膜狀態中在610nm至660nm範圍中具有最大發光波長，且在膜狀態中具有半高全寬(full width half maximum，FWHM)為70nm或更小的發光峰。
根據本申請案的一實施例，導光板提供於上述背光單元的光源與顏色轉換膜之間。
根據本申請案的另一實施例，上述背光單元的顏色轉換膜為包括樹脂基體(matrix)與有機螢光物質的顏色轉換膜，有機螢光物質分散於樹脂基體中，且顏色轉換膜吸收由光源發出的光 且發出具有不同波長的光。
本申請案的另一實施例提供顯示裝置，其包括根據上述實施例的背光單元。
根據本發明所述實施例的背光單元包括在使用發藍光燈的光源中的綠色無機螢光物質，且包括顏色轉換膜中的紅色有機螢光物質，因此可由光源與一個顏色轉換膜得到具有優異色域的白光。
100、906‧‧‧光源
102、904‧‧‧導光板
104、902‧‧‧顏色轉換膜
106‧‧‧基板
108、908、910‧‧‧反射板
900‧‧‧顯示膜組
圖1為根據本申請案的一實施例的背光單元的結構的模擬示意圖。
圖2至圖8分別為實例1至實例5以及比較實例1與比較實例2中量測的發光光譜。
圖9為根據本申請案的一實施例的背光單元的結構的模擬示意圖。
根據本申請案的一實施例的背光單元包括：光源，其包括發光燈與無機螢光物質，所述發光燈發射包括450nm波長的光，所述無機螢光物質提供於所述發光燈的內部的至少一部分或所述發光燈的表面上，且當照射包括450nm波長的光時在510nm 至560nm範圍中具有最大發光波長；以及顏色轉換膜，其包括有機螢光物質，且當照射由發光燈或無機螢光物質發出的光時在610nm至660nm範圍中具有最大發光波長。發光燈可描述為藍光發射燈，所述無機螢光物質描述為綠色無機螢光物質，且所述有機螢光物質描述為紅色有機螢光物質。顏色轉換膜的最大發光波長可取決於有機螢光物質的類型或形成膜的基體樹脂而定。顏色轉換膜較佳在610nm至650nm中具有最大發光波長。
圖1為根據實施例的背光單元的結構的模擬示意圖。根據圖1的背光單元的光源100包括包含藍色晶片的發藍光燈與綠色無機螢光物質。圖1顯示蝕刻型光源的示意圖，其中導光板102提供於光源100與顏色轉換膜104之間，且光源100位於導光板102的側表面上。此外，反射板108提供於導光板102的背面上。然而，本發明的範圍並不限於圖1，且可使用直下式光源或可提供二個或更多個光源。根據圖1的顏色轉換膜104提供於基板106上。當製備顏色轉換膜104時，基板106可做為支撐物，或取決於所使用的材料而可做為阻障膜。根據圖1的顏色轉換膜104包括紅色有機螢光物質與光擴散粒子。光擴散粒子並非為必要的成份，然而，當顏色轉換膜104包括光擴散粒子時，可增加發光而不需額外的膜層。
根據本申請案的另一實施例，當施壓電源至實施例的背光單元時，由光源發出的光的藍光與綠光的光子數比在55：45至30：70的範圍中。當藍光與綠光的光子數比包含於上述範圍中時， 可易於設定白色座標(white color coordinate)。所述藍光表示在400nm至500nm波長範圍中具有最大發光波長，且綠光表示在500nm至600nm波長範圍中具有最大發光波長。
根據本申請案的另一實施例，紅色有機螢光物質在膜狀態中在610nm至660nm範圍中具有最大發光波長，且在膜狀態中具有FWHM為70nm或更小的發光峰。一般來說，不像具有大FWHM的無機螢光物質，色域可藉由使用如上所述FWHM為70nm或更小的紅色有機螢光物質而進一步增加。此紅色有機螢光物質較佳為吡咯亞甲基(pyrromethene)金屬錯合物系列。
包含於光源中的發藍光燈可為藍色LED。
包含於光源中的綠色無機螢光物質可使用例如塗佈於燈的內側或外側上或添加於燈中的方法而包含於燈中。
所使用的綠色無機螢光物質的量可以取決於藍光的強度、綠色無機螢光物質的類型、紅色有機螢光物質的類型等而定。
綠色無機螢光物質可包括SiAlON系列、氮化鎵、碳化矽、硒化鋅、GaAlAsP等，但不限於此。
根據本申請案的另一實施例，顏色轉換膜為包括樹脂基體以及紅色有機螢光物質的顏色轉換膜，紅色有機螢光物質分散於樹脂基體中，且顏色轉換膜吸收由光源發出的光並發出紅光。
做為紅色有機螢光物質，可使用在膜狀態中在610nm至660nm範圍中具有最大發光波長且在膜狀態中具有FWHM為70nm或更小的發光峰的紅色有機螢光物質。當在膜狀態中最大發光 波長在上述範圍中且發光峰具有70nm或更小的小FWHM時，可得到高色域。當紅色有機螢光物質具有FWHM較小的發光峰時為更佳。
在本說明書中，FWHM表示在由有機螢光物質發出的光的最大發光峰中在最大高度的一半處發光峰的寬度。在本說明書中，發光峰處的FWHM可在膜狀態中被測量。此處，「膜狀態」表示單獨以有機螢光物質或藉由混合有機螢光物質與其他不會影響FWHM測量的成份形成膜的狀態，而非溶液狀態。
根據本申請案的一實施例，吡咯亞甲基金屬錯合物系列、玫瑰紅(rhodamine)系列、DCM系列或苝二醯亞胺(perylenedimide)系列螢光物質可用來做為紅色有機螢光物質。
做為紅色螢光物質，以下化學式1的化合物可用來做為吡咯亞甲基金屬錯合物系列。
R11、R12與L彼此相同或不同，且各自獨立為氫、烷基、環烷基、芳烷基、烷芳基、烯基、環烯基、炔基、羥基、巰基、烷氧 基、烷氧芳基、烷硫基、芳基醚基、芳基硫醚基、芳基、鹵芳基、雜環基、鹵素、鹵烷基、鹵烯基、鹵炔基、氰基、醛基、羰基、羧基、酯基、胺甲醯基(carbamoyl group)、氨基(amino group)、硝基、矽烷基或矽氧烷基(siloxanyl group)，或者連結至相鄰的取代基以形成經取代或未經取代的芳族或脂族烴環或雜環，M為硼、鈹、鎂、鉻、鐵、鎳、銅、鋅或鉑，Ar1至Ar5彼此相同或不同，各自獨立為氫、烷基、鹵烷基、烷芳基、胺基(amine group)、未經取代的芳烯基或經烷氧基取代的芳烯基、或未經取代的芳基或經羥基、烷基或烷氧基取代的芳基。
根據一實施例，化學式1可由以下結構式表示。
做為紅色螢光物質，以下化學式2的化合物可做為玫瑰紅系列。
在化學式2中，R彼此相同或不同，且為氫、氘、COO-、經 取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、經取代或未經取代的芳氧基。當R進一步經取代時，取代基可為氘、烷基、烷氧基、芳基或芳氧基。
做為紅色螢光物質，以下化學式3的化合物可做為DCM系列。
在化學式3中，R彼此相同或不同，且為氫、氘、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、經取代或未經取代的芳氧基。當R進一步經取代時，取代基可為氘、烷基、烷氧基、芳基或芳氧基。
做為紅色螢光物質，以下化學式4或化學式5的化合物可做為苝二醯亞胺系列。
[化學式4]
在化學式4中，R彼此相同或不同，且為氫、氘、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、經取代或未經取代的芳氧基。當R進一步經取代時，取代基可為氘、烷基、烷氧基、芳基或芳氧基。
上述的玫瑰紅系列、DCM系列與苝二醯亞胺系列在膜狀態中具有大約80nm的FWHM。
相對於100重量份的樹脂基體，顏色轉換膜的紅色有機螢光物質可以0.001重量份至2重量份的範圍存在。
在本說明書中，藍光、綠光和紅光可使用先前技術中所 熟知的定義，且舉例來說，藍光為波長為選自由400nm至500nm的波長的光，綠光為波長為選自由500nm至560nm的波長的光，且紅光為波長為選自由600nm至780nm的波長的光。在本說明書中，綠色螢光物質吸收至少一些藍光且發出綠光，且紅色螢光物質吸收至少一些藍光或綠光且發出紅光。舉例來說，紅色螢光物質可吸收波長為500nm至600nm的光以及藍光。必要時，可使用發出存在於綠光波長與紅光波長之間的黃光的螢光物質。
根據本申請案的另一實施例，當施加電源於實施例的背光單元時，由光源所發出的光的藍光與綠光的光子數比在55：45至30：70的範圍中。在由光源所發出的光中，當藍光與綠光的光子數比包含於上述範圍中時，可易於設定白色座標。根據一實例，由光源所發出的光的藍光與綠光的光子數比可在50：50至30：70的範圍中。
紅色有機螢光物質在膜狀態中在610nm至660nm範圍中具有最大發光波長，且在膜狀態中具有FWHM為70nm或更小的發光峰，且較佳為吡咯亞甲基金屬錯合物以滿足所述條件。
特別是，當使用吡咯亞甲基金屬錯合物時，可得到降低由光源發出的綠光的FWHM的效果。
樹脂基體材料較佳為熱塑性聚合物或熱固性聚合物。特別是，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚甲基丙烯類(poly(meth)acryl-based)、聚碳酸酯(PC)類、聚苯乙烯(PS)類、聚芳(PAR)類、聚氨脂(TPU)類、苯乙烯-丙烯腈(SAN) 類、聚偏二氟乙烯(PVDF)類、經改質的聚偏二氟乙烯類等可用來做為樹脂基體材料。
根據本申請案的另一實施例，根據上述實施例的顏色轉換膜更包括光擴散粒子。藉由使光擴散粒子分散至顏色轉換膜中以增進發光，而非先前技術中使用的光擴散膜，可以得到更高的發光性，且與使用單獨光擴散膜的情況相比省略了黏著製程。
做為光擴散粒子，可以使用具有高折射率的粒子與樹脂基體，且所述粒子的實例包括TiO2、二氧化矽、硼矽酸鹽、氧化鋁、藍寶石、空氣或其他氣體、經空氣或氣體填充的空心珠或粒子(舉例來說，經空氣/氣體填充的玻璃或聚合物)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯(acrylate)、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、三聚氰胺樹脂、甲醛樹脂或包括三聚氰胺與甲醛樹脂的聚合物粒子，或其任意合適的組合。
光擴散粒子可具有在0.1微米至5微米的範圍中的粒徑。光擴散粒子的含量可視需求而定，且舉例來說，相對於100重量份的樹脂基體的固體，在1重量份至30重量份的範圍中。
根據上述實施例的顏色轉換膜可具有2微米至200微米的厚度，舉例來說，2微米至100微米。特別是，甚至在具有2微米至20微米的小厚度時，顏色轉換膜可展現高發光性。這是因為與量子點相比包含於單位體積中紅色有機螢光物質分子的含量較高。
根據上述實施例的顏色轉換膜可具有提供於表面上的基 板。在製備顏色轉換膜時，所述基板可做為支撐物。基板的類型並不特別限定，且不限定材料或厚度，只要其為透明的且能夠做為支撐物。在此，透明性表示具有70%或更高的可見光穿透度。舉例來說，PET膜可做為所述基板。
根據上述實施例的顏色轉換膜可更包括提供於至少一個表面上的保護膜或阻障膜。可提供額外的黏著劑或黏著層，以將保護膜或阻障膜黏附至顏色轉換膜。
上述的顏色轉換膜可藉由於基板上塗佈樹脂溶液(紅色有機螢光物質溶解於其中)並乾燥所得物來製備，或藉由將上述的紅色有機螢光物質與樹脂擠出成型並成膜來製備。
紅色有機螢光物質溶解於樹脂溶液中，因此，紅色有機螢光物質均勻地分散於溶液中。此不同於需要單獨分散處理的量子點膜製備處理。
樹脂溶液可進一步包括光擴散粒子與視需求用於分散光擴散粒子的分散劑。
對於紅色有機螢光物質溶於其中的樹脂溶液，並不特別限制製備方法，只要上述的紅色有機螢光物質與樹脂溶於溶液中即可。
根據一實例，紅色有機螢光物質溶解於其中的樹脂溶液可使用以下方法來製備：藉由將紅色有機螢光物質溶解於溶液中來製備第一溶液，藉由將樹脂溶解於溶液中來製備第二溶液，以及混合第一溶液與第二溶液。當混合第一溶液與第二溶液時，較 佳為將兩者均勻混合。然而，製備方法並不限於此，亦可使用以下方法：同時添加並溶解紅色有機螢光物質與樹脂的方法、將紅色有機螢光物質溶解於溶劑中且接著添加樹脂並將其溶解的方法、將樹脂溶解於溶劑中且接著添加紅色有機螢光物質並將其溶解的方法等。
做為包含於溶液中的樹脂，可使用上述的樹脂基體材料、可與所述樹脂基體固化的單體或其混合物。舉例來說，可與所述樹脂基體固化的單體包括(甲基)丙烯類單體，且此可經由UV固化樹脂基體材料而形成。當使用此可固化單體時，視需求可進一步添加進行固化所需的起始劑。
不特別對溶劑進行限制，只要其可在後續經由乾燥來移除同時對塗佈製程不具有不利影響即可。溶劑的非限制性實例可包括甲苯、二甲苯、丙酮、氯仿、各種醇類溶劑、甲基乙基酮(MEK)、甲基異丁基酮(MIBK)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丁酯、二甲基甲醯胺(DMF)、環己酮、二甲基乙醯胺(DMAc)、二甲基亞碸(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等，且可使用一個種類或兩個或更多個種類的混合物。當使用第一溶液與第二溶液時，在每一溶液中包含的溶劑可彼此相同或不同。甚至當在第一溶液與第二溶液中使用不同類型的溶劑時，這些溶劑較佳具有相容性以彼此混合。
於基板上塗佈樹脂溶液(其中溶解有紅色有機螢光物質)的製程可使用捲對捲製程(roll-to-roll process)。舉例來說，可進 行以下處理：自基板捲(substrate-wound roll)展開基板，於基板的一個表面上塗佈樹脂溶液(其中溶解有紅色有機螢光物質)，乾燥所得物，且接著在輥上再次捲繞所得物。當使用捲對捲製程時，樹脂溶液的黏度較佳決定在可進行製程的範圍中，舉例來說，可決定在200cps至2,000cps的範圍中。
關於塗佈方法，可使用各種熟知的方法，舉例來說，可使用模具塗佈機(die coater)或各種棒式塗佈(bar coating)方法，例如刮刀式塗佈機(comma coater)與反向刮刀式塗佈機(reverse comma coater)。
在塗佈之後，進行乾燥製程。乾燥製程可在需要移除溶劑的條件下進行。舉例來說，在塗佈製程期間基板處理的方向上，於基板上具有目標厚度與濃度的包含螢光物質的顏色轉換膜可藉由在烤箱(位於接近塗佈機)中在足以蒸發溶劑的條件下進行乾燥而得到。
當使用可與樹脂基體固化的單體做為包含於溶液中的樹脂時，在乾燥之前或乾燥的同時，可進行固化(舉例來說，UV固化)。
當紅色有機螢光物質藉由與樹脂進行擠出成型而成膜時，可使用先前技術中熟知的擠出成型方法，舉例來說，顏色轉換膜可藉由將紅色有機螢光物質與樹脂(例如聚碳酸酯類、聚甲基丙烯類與苯乙烯-丙烯腈類)擠出成型來製備。
在光源或導光板與顏色轉換膜之間，必要時可提供黏著 劑或黏著膜。
必要時，反射板可提供於光源附近。此外，反射層可提供於導光板的與面向顏色轉換膜的表面相對的表面上。
上述的背光單元可進一步設置有額外膜，例如光擴散膜、光聚集膜與亮度增強膜(brightness enhancing film，DBEF)。做為光聚集膜，可使用棱鏡膜，舉例來說，可使用彼此互相垂直配置的兩個棱鏡膜。
根據本申請案的另一實施例，提供包括上述背光單元的顯示裝置。並不特別對顯示裝置進行限定，只要其包括上述背光單元做為構件即可。舉例來說，顯示裝置包括顯示模組與背光單元。圖9繪示顯示裝置的結構。然而，並不限於所述結構，視需求可進一步於顯示模組900與包括顏色轉換膜902、導光板904、光源906以及反射板908、910的背光單元之間提供額外膜，例如光擴散膜、光集中膜與亮度增強膜。
以下，將參考實例來對本發明進行更詳細的說明。然而，以下實例僅用於示例目的，並非用以限定本發明的範圍。
實例1
使用以下結構式的紅色有機螢光物質製備紅色顏色轉換膜。
將熱塑性樹脂(SAN)溶解於DME中，且將相對於樹脂的固體的0.15wt%的紅色有機螢光物質與10wt%的TiO2粒子加入其中以製備塗佈溶液，並將所得物均勻混合。將所述溶液塗佈於PET基板上，並將所得物乾燥以製備顏色轉換膜。藉由如上所製備的紅色顏色轉換膜置於β-SiAlON系列綠色無機螢光物質(MW540H)與包括藍色LED晶片(藍光光子數：綠光光子數=45：55)的光源上來測量光譜，並得到白光。通過調整綠色無機螢光物質的含量，調整藍光光子數與綠光光子數的比，且相對於密封材料的固體在此所使用的含量為10wt%。所製備的顏色轉換膜具有615nm的最大發光波長且FWHM為49nm。實例1中製備的膜的光譜顯示於圖2。在圖2中，水平軸表示波長(nm)，垂直軸表示發光強度。
實例2
以與實例1中相同的手段進行製備，除了使用以下結構 式的紅色有機螢光物質，綠色無機螢光物質的含量為16wt%，在光源中藍光光子數：綠光光子數=38：62。實例2中製備的膜的光譜顯示於圖3中。所製備的顏色轉換膜具有622nm的最大發光波長與62nm的FWHM。
實例3
以與實例1中相同的手段進行製備，除了使用東麗株式會社(Toray Industries,Inc.)的TRR170螢光物質，綠色無機螢光物質的含量為21wt%，光源中藍光光子數：綠光光子數=30：70。實例3中製備的膜的光譜顯示於圖4中。所製備的顏色轉換膜具有640nm的最大發光波長與49nm的FWHM。
實例4
以與實例1中相同的手段進行製備除了使用東麗株式會社的TRR170螢光物質，綠色無機螢光物質(MW535)的含量為5wt%，光源中藍光光子數：綠光光子數=60：40。實例4中製備的膜的光譜顯示於圖5中。所製備的顏色轉換膜具有642nm的最大發光波長與50nm的FWHM。
實例5
以與實例1中相同的手段進行製備除了使用東麗株式會社的TRR170螢光物質，綠色無機螢光物質的含量為22wt%，光源中藍光光子數：綠光光子數=26：74。實例5中製備的膜的光譜顯示於圖6中。所製備的顏色轉換膜具有640nm的最大發光波長與50nm的FWHM。
比較實例1
藉由添加50wt%的紅色無機螢光物質(RE306N，FWHM=93nm)而非有機螢光物質以及10wt%的TiO2粒子至丙烯類UV樹脂且均勻混合所得物來製備塗佈溶液。藉由佈所述溶液於PET基板上且對所得物進行UV固化來製備顏色轉換膜。以與實例1中相同的光源(藍光光子數：綠光光子數=45：55)量測光譜，結果顯示於圖7中。相較於有機螢光物質，紅色無機螢光物質具有低的綠光吸收速率，且因此光源中的綠光子數的百分比必需要低，以得到白光。
將實例中製備的背光單元的Wx/Wy以及色域(%，基於s-RGB)與使用紅色無機螢光物質的背光單元(比較實例1)以及包括白光LED(white LED)光源(包括YAG螢光物質)且不包括紅色顏色轉換膜的背光單元(比較實例2)進行比較，所得結果列於以下表1。包括白光LED光源(包括YAG螢光物質)的背光單元的發光光譜顯示於圖8。
根據表1，相較於比較實例，使用有機螢光物質的實例具有優異色域，且特別是，當光源的光子數比在55：45至30：70的範圍中時，背光單元的Wx/Wy可設定至目標顏色座標。
100‧‧‧光源
102‧‧‧導光板
104‧‧‧顏色轉換膜
106‧‧‧基板
108‧‧‧反射板

Claims (8)

  1. 一種背光單元，包括：光源，包括發光燈與無機螢光物質，所述發光燈發出包括450nm波長的光，所述無機螢光物質提供於所述發光燈的內部的至少一部分或所述發光燈的表面上，且當照射包括450nm波長的光時在510nm至560nm範圍中具有最大發光波長；以及顏色轉換膜，包括有機螢光物質，且當照射由所述發光燈或所述無機螢光物質發出的光時在610nm至660nm範圍中具有最大發光波長，其中當施壓電源至所述背光單元時，由所述光源發出的光的藍光與綠光的光子數比在55：45至30：70的範圍中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的背光單元，其中當施壓電源至所述背光單元時，由所述光源發出的光的藍光與綠光的光子數比在50：50至30：70的範圍中。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的背光單元，其中所述有機螢光物質在膜狀態中具有半高全寬(FWHM)為70nm或更小的發光峰。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的背光單元，其中導光板提供於所述光源與所述顏色轉換膜之間。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的背光單元，更包括光擴散膜、光集中膜與亮度增強膜中的至少一者，提供於所述顏色轉換膜的與面向所述光源的表面相對的表面上。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的背光單元，更包括反射板，提供於所述光源的與面向所述顏色轉換膜的表面相對的表面上。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的背光單元，其中所述顏色轉換膜包括樹脂基體以及分散於所述樹脂基體中的所述有機螢光物質。
  8. 一種顯示裝置，包括如申請專利範圍第1項或第2項所述的背光單元。
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