TWI738566B

TWI738566B - 含有螢光粉及量子點的背光模組

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Publication number: TWI738566B
Application number: TW109140046A
Authority: TW
Inventors: 曾煥偉; 周君瑋; 蔡佳怡; 廖佳君; 林士堯; 張學仁; 高立昇
Original assignee: 優美特創新材料股份有限公司
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2021-09-01
Also published as: TW202221100A

Abstract

一種背光模組，包括光源、封裝層以及綠色量子點膜。光源發射藍光。封裝層包封光源。封裝層包括紅色螢光粉與黃色螢光粉。綠色量子點膜配置在光源及封裝層上方。藍光透射通過封裝層與綠色量子點膜，以輸出成白光。另提供一種包括上述的背光模組的顯示裝置。

Description

含有螢光粉及量子點的背光模組

本發明是有關於一種背光模組，且特別是有關於一種含有螢光粉及量子點的背光模組。

目前市面上用於顯示器的背光模組中，大多是以藍光發光二極體晶片加上黃色螢光粉來達成白光的輸出。然而，上述配置會使得顯示器中光譜圖的紅光與綠光的半高寬太寬，進而導致窄色域的問題。因此，如何改善傳統背光模組以實現較廣色域的顯示效果則成為一門重要的課題。

本發明提供一種具有螢光粉及量子點的背光模組，其可實現較廣色域以提升顯示裝置的顯示效果。

本發明提供一種背光模組，包括光源、封裝層以及綠色量子點膜。光源發射藍光。封裝層包封光源。封裝層包括紅色螢光粉與黃色螢光粉。綠色量子點膜配置在光源及封裝層上方。藍光透射通過封裝層與綠色量子點膜，以輸出成白光。

在本發明的一實施例中，上述的背光模組，更包括：導光板配置在光源與綠色量子點膜之間；以及反射層配置在導光板的背面，用以將光源所發射的藍光反射至綠色量子點膜中。

在本發明的一實施例中，上述的黃色螢光粉為Y ₃Al ₅O ₁₂:Ce ³⁺（YAG）。

在本發明的一實施例中，上述的紅色螢光粉為 K ₂SiF ₆:Mn ⁴⁺（KSF）。

在本發明的一實施例中，上述的綠色量子點膜包括或不包括基材。

在本發明的一實施例中，上述的綠色量子點膜包括綠色量子點層。

在本發明的一實施例中，上述的基材可配置於綠色量子點層的上側、下側或上下兩側。

在本發明的一實施例中，上述的基材包括或不包括阻氣層於其中。

在本發明的一實施例中，上述的綠色量子點層包括樹脂材料以及多個綠色量子點散布且嵌入於樹脂材料中。樹脂材料包括丙烯酸樹脂（acrylate resin）、環氧樹脂（epoxy resin）或是矽膠（silicone）。

在本發明的一實施例中，上述的綠色量子點層中的每一個綠色量子點具有核、核-殼、核-多殼、核-合金層-殼、核-合金層-多殼、或前述之組合之構造。

在本發明的一實施例中，上述的綠色量子點層中的每一個綠色量子點包括核，所述核的材料是選自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的至少一者。

在本發明的一實施例中，上述的綠色量子點層中的每一個綠色量子點包括殼，所述殼的材料是選自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的至少一者。

本發明提供一種顯示裝置包括上述的背光模組。

在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置更包括：顯示面板配置在背光模組的一側。

基於上述，在本發明的背光模組中，將含有紅色螢光粉與黃色螢光粉的封裝層包封藍光光源並搭配綠色量子點膜，以彌補使用單一黃色螢光粉的顯示裝置色域的不足，進而提升具有此背光模組的顯示裝置的色域與顯示效果。

參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之標號表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。

圖1是依照本發明一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。圖2是本發明另一實施例的背光模組的剖面示意圖。

請參照圖1，本發明一實施例的顯示裝置10包括背光模組100與顯示面板200。背光模組100配置在顯示面板200的一側（例如，顯示面板200的下側）。在一些實施例中，顯示面板200可以是，但不限於液晶顯示面板。上述的液晶顯示面板的組成與配置已為光學領域中具有通常知識者所習知，於此便不再詳述。

在一些實施例中，背光模組100包括導光板102、多個光源封裝體103、綠色量子點膜110以及反射層108。導光板102具有彼此相對配置的出光面102a以及入光面102b。在本實施例中，如圖1所示，導光板102的剖面圖呈一矩形。在替代實施例中，導光板102的剖面圖亦可以是三角形、梯形或其他合適的形狀。在一實施例中，導光板102中的導光介質（medium）可包括透明塑膠、玻璃或者是可用來導光的材料。在替代實施例中，導光板102可以是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET)、聚醯亞胺（Polyimide，PI）或是其他合適材料。在其他實施例中，導光板102的霧度由入光面102b至出光面102a的方向逐漸遞增或霧度一致。於此，所謂霧度（Haze）是指偏離入射方向2.5度角以上的部分透射光束的光強度佔總透射光束的光強度的百分比，其可用來評定透明介質的散射情形。也就是說，所述透明介質的霧度愈大，其光澤與透明度（或成像度）愈低。反之，所述透明介質的霧度愈小，其光澤與透明度（或成像度）愈高。

如圖1所示，光源封裝體103配置在導光板102的入光面102b處，以形成直下式（Direct-lit）結構。在另一實施例中，光源封裝體103亦可配置在導光板102的側面處，以形成側光式（Edge-lit）結構。在一實施例中，光源封裝體103可以是發光二極體封裝體（light emitting diode package，LED package），或其他適當的發光元件封裝體。舉例來說，光源封裝體103為藍光LED封裝體。

光源封裝體103包含光源104和封裝層106。封裝層106可包封光源104。在一實施例中，如圖2所示，封裝層106可包封單一個光源104（例如，配置在空腔中的LED晶片）。具體來說，封裝層106可包括紅色螢光粉105、黃色螢光粉107以及封裝膠109。紅色螢光粉105與黃色螢光粉107以一定的比例混合均勻在封裝膠109中。在一些實施例中，紅色螢光粉105可以是主發射波長為590 nm至680 nm的磷光體材料（phosphor material），例如是，但不限於KSF（K ₂SiF ₆:Mn ⁴⁺）、CaAlSiN ₃:Eu ²⁺、YVO ₄:Eu ³⁺、LiEuW ₂O ₈、Y ₂O ₂S:Eu ³⁺或其組合。黃色螢光粉107可以是主發射波長為530 nm至580 nm的磷光體材料，例如是，但不限於YAG（Y ₃Al ₅O ₁₂:Ce ³⁺）。

如圖2所示，光源104發出的藍光透射通過封裝層106，以形成具有藍光、紅光以及黃光混合的混合光ML，其混合光ML傳至導光板102（圖1），並透射通過導光板102到達綠色量子點膜110。接著，混合光ML中的藍光被綠色量子點膜110部分地轉換為綠光，使混合光ML與綠光混合成白光WL而傳遞至綠色量子點膜110上的顯示面板200（圖1）。

值得注意的是，在本實施例中，可將含有紅色螢光粉105與黃色螢光粉107的封裝層106包封藍光光源104並搭配綠色量子點膜110來輸出白光WL。在此情況下，具有較窄的半高寬的紅色螢光粉105與綠色量子點膜110，可有效地彌補傳統背光模組中藍光LED與黃色螢光粉的組合所產生的色域不足，以增加顯示裝置10的色域，進而提升顯示效果。

請回頭參照圖1，反射層108配置在導光板102的背面102b，以將光源104透過封裝層106所發出的混合光ML反射至綠色量子點膜110中，藉此提升混合光ML的應用效率，進而提升背光模組100的發光效能。在一實施例中，反射層108的材料包括具反射效果的金屬材料，例如是金、銀、鋁、銅或其他合適的金屬材料。

綠色量子點膜110可配置在導光板102的出光面102a上。具體來說，綠色量子點膜110可包括綠色量子點層112。綠色量子點層112可包括多個綠色量子點散布且嵌入於樹脂材料中。在一實施例中，如圖2所示，綠色量子點膜110包括兩個基材111以及夾置在兩個基材111之間的綠色量子點層112。在一些實施例中，基材111可包括聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、丙烯酸樹脂（acrylate resin）、環氧樹脂（epoxy resin）、矽膠（silicone）等類似材料。在另一實施例中，基材111可以是增亮膜、偏光膜、散射膜、光擴散膜等具有其他光學性質的光學膜。在替代實施例中，基材111可包括阻氣層（例如類鑽炭薄膜、氧化矽層、氧化鈦層、氧化鋁層、氮化矽層等）於其中，以有效地阻擋濕氣、氧氣、揮發性物質等外部環境因素。在其他實施例中，基材111亦可不包括阻氣層於其中。雖然圖2所繪示的綠色量子點膜110包括兩個基材111，但本發明不以此為限。在其他實施例中，綠色量子點膜110亦可包括單一個基材111配置在綠色量子點膜110的上方或下方。此外，綠色量子點膜110亦可不包括有任何基材111。也就是說，綠色量子點層112可直接接觸導光板102的出光面102a。

此外，本實施例之背光模組100還可包括其他光學膜，例如是增亮膜、偏光膜、散射膜、光擴散膜等。此光學膜可選擇性地配置在綠色量子點膜110的上方、下方或是分別配置在綠色量子點膜110的上方與下方。

圖3是依照本發明一實施例的一種量子點層的放大示意圖。在以下實施例中，圖3的量子點層120可以是，但不限於是圖2所繪示的綠色量子點層112。

具體來說，如圖3所示，量子點層120包括發光材料122散布且嵌入於樹脂材料124中。在一實施例中，發光材料122的含量為0.01至15重量百分比。在本實施例中，發光材料122包括量子點。所述量子點包括核、核-殼、核-合金層-殼或其組合。所述量子點的粒徑或尺寸可依據需求（例如發出不同顏色的可見光）來調整，本發明不限於此。

在一實施例中，所述「核」可例如是選自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的至少一者。在一實施例中，所述「殼」例如是選自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的至少一者。所述核或所述殼可依據不同需求而選定，本發明不以此為限。

在一實施例中，樹脂材料124的含量為85至99.99重量百分比。在一些實施例中，樹脂材料124可以是丙烯酸樹脂、環氧樹脂、矽膠（silicone）或其組合。具體來說，樹脂材料124由前驅物所製備。所述前驅物包括：30至50重量百分比的第一丙烯酸酯單體、15至30重量百分比的第二丙烯酸酯單體、5至30重量百分比之具有硫醇基的界面活性劑、5至20重量百分比的交聯劑以及1至2重量百分比的起始劑。在替代實施例中，所述界面活性劑的含量小於所述第一丙烯酸酯單體的含量。在一些實施例中，量子點層120可包括相同材料組成的前驅物或不同材料組成的前驅物。在其他實施例中，量子點層120可包括相同含量的發光材料122、樹脂材料124或不同含量的發光材料122、樹脂材料124。

以下，列舉本發明的實驗例以更具體對本發明進行說明。然而，在不脫離本發明的精神，可適當地對以下的實驗例中所示的材料、使用方法等進行變更。因此，本發明的範圍不應以以下所示的實驗例來限定解釋。

比較例 1

將黃色螢光粉（YAG）以及封裝膠（購自於Dow Corning ^®OE-6370 HF）混合後用於封裝藍光LED晶片，成為LED封裝體。之後，將LED封裝體用於背光模組的燈條中，組裝成背光模組，並使用輝度計（luminometer）來量測發光狀態，其結果如圖4所示。之後，將上述的背光模組組成顯示器並量測色域，其結果如圖5所示。

實驗例 1

首先，將綠色量子點與丙烯酸樹脂混合後，夾於兩片基材之間，並藉由UV固化成綠色量子點膜。然後，將紅色螢光粉（KSF）、黃色螢光粉（YAG）以及封裝膠（購自於Dow Corning ^®OE-6370 HF）混合後用於封裝藍光LED晶片，成為LED封裝體。之後，將LED封裝體與上述的綠色量子點膜，如圖1的背光模組100的組態來配置，並使用輝度計來量測發光狀態，其結果如圖4所示。之後，再將上述的背光模組組成顯示器並量測色域，其結果如圖5所示。

請參照圖4，由於實驗例1的紅色螢光粉（KSF）與綠色量子點膜具有較窄的半高寬，其可有效地彌補比較例1中黃色螢光粉色域的不足，以達到補色的功效。另外，如圖5所示，相較於比較例1，實驗例1具有紅色螢光粉（KSF）、黃色螢光粉（YAG）以及綠色量子點膜的顯示器可有較廣的色域，進而提升顯示器的色彩真實度與顯示效果。

綜上所述，在本發明的背光模組中，將含有紅色螢光粉與黃色螢光粉的封裝層包封藍光光源並搭配綠色量子點膜，以彌補使用單一黃色螢光粉的顯示裝置色域的不足，進而提升具有此背光模組的顯示裝置的色域與顯示效果。

10:顯示裝置 100:背光模組 102:導光板 102a:出光面 102b:入光面 103:光源封裝體 104:光源 105:紅色螢光粉 106:封裝層 107:黃色螢光粉 108:反射層 109:封裝膠 110:綠色量子點膜 111:基材 112:綠色量子點層 120:量子點層 122:發光材料 124:樹脂材料 200:顯示面板 ML:混合光 WL:白光

圖1是依照本發明一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。圖2是本發明另一實施例的背光模組的剖面示意圖。圖3是依照本發明一實施例的一種量子點層的放大示意圖。圖4是實驗例1與比較例1的背光模組的發光強度與波長的關係圖。圖5是實驗例1與比較例1的顯示器的色度圖（chromaticity diagram）。

103:光源封裝體

104:光源

105:紅色螢光粉

106:封裝層

107:黃色螢光粉

109:封裝膠

110:綠色量子點膜

111:基材

112:綠色量子點層

ML:混合光

WL:白光

Claims

一種背光模組，包括：光源，發射藍光；封裝層，包封所述光源，其中所述封裝層包括紅色螢光粉與黃色螢光粉；以及綠色量子點膜，配置在所述光源及所述封裝層上方，其中所述綠色量子點膜包括基材，但不包括阻氣層，其中所述藍光透射通過所述封裝層與所述綠色量子點膜，以輸出成白光。
如請求項1所述的背光模組，更包括：導光板，配置在所述光源與所述綠色量子點膜之間；以及反射層，配置在所述導光板的背面，以將所述光源所發射的所述藍光反射至所述綠色量子點膜中。
如請求項1所述的背光模組，其中所述黃色螢光粉為Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺(YAG)。
如請求項1所述的背光模組，其中所述紅色螢光粉為K₂SiF₆：Mn⁴⁺(KSF)。
如請求項1所述的背光模組，其中所述綠色量子點膜包括綠色量子點層。
如請求項5的所述背光模組，其中所述基材可配置於所述綠色量子點層的上側、下側或上下兩側。
如請求項5所述的背光模組，其中所述綠色量子點層包括樹脂材料以及多個綠色量子點散布且嵌入於所述樹脂材料中，其中所述樹脂材料包括丙烯酸樹脂(acrylate resin)、環氧樹脂(epoxy resin)或是矽膠(silicone)。
如請求項5所述的背光模組，其中所述綠色量子點層中的每一個綠色量子點具有核、核-殼、核-多殼、核-合金層-殼、核-合金層-多殼、或前述之組合之構造。
如請求項5所述的背光模組，其中所述綠色量子點層中的每一個綠色量子點包括核，所述核的材料是選自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的至少一者。
如請求項5所述的背光模組，其中所述綠色量子點層中的每一個綠色量子點包括殼，所述殼的材料是選自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的至少一者。
一種顯示裝置，包括：如請求項1至10中任一項所述的背光模組。
如請求項11所述的顯示裝置，更包括：顯示面板配置在所述背光模組的一側。