TWI823266B

TWI823266B - 彩色液晶顯示器及顯示器背光

Info

Publication number: TWI823266B
Application number: TW111106618A
Authority: TW
Inventors: 依群李; 袁湘龍
Original assignee: 美商英特曼帝克司公司
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2023-11-21
Also published as: TW202247495A

Abstract

本發明揭示一種顯示器背光，其包括：一激發源，LED (146)，其用於產生具有445 nm至465 nm之一波長範圍內之一峰值發射波長的藍色激發光(148)；及一光致發光波長轉換層(152)。該光致發光波長轉換層(152)包括以下各者之一混合物：具有530 nm至545 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發綠光的光致發光材料、具有600 nm至650 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發紅光的光致發光材料，及光散射材料的粒子。

Description

彩色液晶顯示器及顯示器背光

本發明係關於彩色液晶顯示器(LCD)，且特定言之，本發明係關於用於操作彩色LCD之背光配置。

彩色LCD在包含電視機、電腦監視器、膝上型電腦、平板電腦及智慧型電話之各種電子裝置中都有應用。眾所周知，大多數彩色LCD包括一LC (液晶)顯示面板及用於操作顯示面板之一發白光背光。本發明係關於具有增大效能及色域之彩色LCD及背光。

本發明之實施例係關於包含一光致發光材料(例如呈波長轉換層(膜)之形式)之彩色LCD，該光致發光材料在由激發光(通常為藍光)激發時產生用於操作顯示器之白光。通常，該光致發光波長轉換層包括背光之一部分。本發明之各種實施例係關於藉由減少顯示器/背光內之層數且藉此減少空氣界面之數目或否則而實質上消除顯示器之層之間之界面處之光損耗(藉由(例如)組合層)來提高顯示效能之配置。根據一實施例，一種顯示器背光包括：一激發源，其用於產生具有445 nm至465 nm之一波長範圍內之一峰值發射波長之藍色激發光；及一光致發光波長轉換層；其中該光致發光波長轉換層包括以下各者之一混合物：具有530 nm至545 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發綠光之光致發光材料、具有600 nm至650 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發紅光之光致發光材料及光散射材料之粒子。包含一光散射材料之粒子可增加來自該光致發光波長轉換層之光發射之均勻性且可無需已知顯示器中常用之一分離光漫射層。另外，使一光散射材料之粒子與發綠光及發紅光之光致發光材料之混合物合併可導致由該光致發光波長轉換層產生之光增加以及產生一給定色彩之光所需之光致發光材料之數量實質上(高達40%)減少。鑑於光致發光材料之相對較高成本，包含一光散射材料可導致諸如平板電腦、膝上型電腦、TV及監視器之較大顯示器之製造成本顯著降低。該光散射材料可包括(例如)以下粒子：氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO ₂)、二氧化鈦(TiO ₂)、氧化鎂(MgO)、硫酸鋇(BaSO ₄)、氧化鋁(Al ₂O ₃)或其等之組合。該等光散射材料粒子可具有一平均粒徑，使得其散射比光致發光產生之紅光或綠光多之激發光。通常，該等光漫射材料粒子大體上呈球形且在一些實施例中具有200 nm或更小(通常為100 nm至150 nm)之一平均粒徑(D50)。在一些實施例中，該光致發光波長轉換層包括與該背光之其他組件分開製造之一分離膜。在其他實施例中，該光致發光波長轉換層可製造為該背光之另一組件之一部分。在一些實施例中，該光致發光波長轉換層安置成相鄰於一增亮膜(BEF)。在一實施例中，該光致發光波長轉換層可直接沈積至該BEF上，即，與該BEF直接接觸。將該光致發光層直接沈積至該BEF上之一優點係：此可藉由消除該光致發光層與該BEF之間之一空氣界面來增加來自該背光之光發射。此一空氣界面否則會導致該光致發光波長轉換層內之光之一較大內反射可能性且減少至該BEF中之光耦合。替代地，該光致發光波長轉換層可製造為一分離膜且該膜施加於該BEF。在進一步包括一光導之側照式背光組態中，該光致發光波長轉換層可安置成在該光導之一或多個面或邊緣上相鄰於該光導。在一些實施例中，該光致發光波長轉換層安置於該光導與該增亮膜之間之該光導之一發光面上。該光致發光波長轉換層可直接沈積至該光導之一或多個面或邊緣上(即，與該光導之一或多個面或邊緣直接接觸)，使得其與該光導直接接觸。將該光致發光波長轉換層直接沈積至該光導上之一優點係：此可藉由消除該光導與該光致發光波長轉換層之間之該空氣界面來增加來自該背光之總光發射。替代地，該光致發光波長轉換層可製造為可接著施加於該光導之一分離膜。當該光導面包含用於促進光自該光導之一均勻光提取之一特徵或紋理圖案時，單獨製造該光致發光波長轉換層可為有利的。在此一配置中，該光致發光波長轉換層可僅與此等特徵接觸且藉此減少該光導之導光性質之中斷。為減少光自該光導之一背面逸出，該背光可進一步包括安置成相鄰於該光導之背面之一光反射表面。在此等實施例中，該光致發光波長轉換層可安置於該光導與該光反射層之間。該光致發光波長轉換層可沈積成與該光導直接接觸、與該光反射表面直接接觸或製造為一分離膜。在一些實施例中，該背光進一步包括一光漫射層且該光致發光波長轉換層可沈積成與該光漫射層直接接觸。在一實施例中，一種顯示器背光包括：一激發源，其用於產生具有445 nm至465 nm之一波長範圍內之一峰值發射波長之藍色激發光；一增亮膜；及一光致發光波長轉換層；其中該光致發光波長轉換層包括以下各者之一混合物：具有530 nm至545 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發綠光之光致發光材料、具有600 nm至650 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發紅光之光致發光材料及光散射材料之粒子，其中該光致發光波長轉換層與該增亮膜直接接觸。該等光散射材料粒子可包括(例如)以下粒子：ZnO、SiO ₂、TiO ₂、MgO、BaSO ₄、Al ₂O ₃或其等之組合。如上文所描述，包含光散射粒子可增加光發射之均勻性，無需一分離光漫射層，增加光產生，以及藉由減少所需光致發光材料之數量來降低成本。該光散射材料可包括奈米級粒子，使得該等粒子散射比光致發光產生之光多之激發光。在一些實施例中，可大體上呈球形之該等光漫射材料粒子具有200 nm或更小(通常為100 nm至150 nm)之一平均粒徑(D50)。在一實施例中，一種顯示器背光包括：一激發源，其用於產生具有445 nm至465 nm之一波長範圍內之一峰值發射波長之藍色激發光；一增亮膜；一光致發光波長轉換層；及一光導，其中該光致發光波長轉換層包括以下各者之一混合物：具有530 nm至545 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發綠光之光致發光材料、及具有600 nm至650 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發紅光之光致發光材料、及光散射材料之粒子，其中該激發源經組態以將激發光耦合至該光導之至少一邊緣中；且其中該光致發光波長轉換層與該光導直接接觸。該等光散射材料粒子可包括(例如)以下粒子：ZnO、SiO ₂、TiO ₂、MgO、BaSO ₄、Al ₂O ₃或其等之組合。如上文所描述，包含光散射粒子可增加光發射之均勻性，無需一分離光漫射層，增加光產生，以及藉由減少所需光致發光材料之數量來降低成本。該光散射材料可包括奈米級粒子，使得該等粒子散射比光致發光產生之光多之激發光。在一些實施例中，大體上呈球形之該等光漫射材料粒子具有200 nm或更小(通常為100 nm至150 nm)之一平均粒徑(D50)。在各種實施例中，該發綠光之光致發光材料及該發紅光之光致發光材料之至少一者包括一無機磷光體材料之粒子。較佳地，該(等)磷光體包括具有一發射峰值之一(或若干)窄頻帶材料，其具有約50 nm或更窄之一FWHM (半峰全寬)。

本發明之實施例係針對包含一光致發光波長轉換層之彩色LCD，該光致發光波長轉換層在由激發光(通常為藍光)激發時產生用於操作顯示器之白光。通常，該光致發光波長轉換層包括背光之一部分。本發明之各種實施例係關於藉由減少顯示器/背光內之層數來提高顯示效能或否則藉由(例如)最小化空氣界面來減少顯示器之層之間之界面處之光損耗的配置。現將參考圖式詳細描述本發明之實施例，圖式提供為本發明之繪示性實例以使熟習技術者能夠實踐本發明。值得注意地，下文之圖及實例不意欲使本發明之範疇受限於一單一實施例，而是可藉由交換一些或所有描述或繪示元件來進行其他實施例。再者，儘管可使用已知組件來部分或完全實施本發明之特定元件，但將僅描述理解本發明所需之此等已知組件之部分且將省略此等已知組件之其他部分之詳細描述以不使本發明不清楚。在本說明書中，展示一單數組件之一實施例不應被視為限制；確切而言，除非本文中另有明確說明，否則本發明意欲涵蓋包含複數個相同組件之其他實施例，且反之亦然。再者，除非本身明確闡述，否則申請人不意欲認為說明書或申請專利範圍中之任何術語具有一不常見或特殊含義。此外，本發明涵蓋本文中依繪示方式參考之已知組件之目前及未來已知等效物。在本說明書中，相同元件符號用於標示相同構件。參考圖1，其展示根據本發明之一實施例所形成之一透光彩色LCD (液晶顯示器) 100之一示意性橫截面圖。彩色LCD 100包括一LC (液晶)顯示面板102及一顯示器背光104。背光104可操作以產生用於操作LC顯示面板102之白光140 (圖6至圖13)。 LC 顯示面板如圖1中所展示，LC顯示面板102包括一透明(透光)(光/影像發射)面板106、一透明(透光)背板108及填充面板106與背板108之間之容積之一液晶(LC) 110。如圖2中所展示，面板106可包括一玻璃板112，其上表面(即，包括顯示器之觀看面114之板之面)上具有一第一偏光濾光器層116。面板之最外觀看面可視情況進一步包括一抗反射層118。在其下側(即，面向液晶(LC) 110之面板106之面)上，玻璃板112可進一步包括一彩色濾光板120及一透光共同電極平面122 (例如透明氧化銦錫，ITO)。彩色濾光板120包括分別允許透射紅光(R)、綠光(G)及藍光(B)之不同色彩子像素濾光器元件124、126、128之一陣列。顯示器之各單位像素130包括一群組之三個子像素濾光器元件124、126、128。圖3係彩色濾光板120之一單位像素130之一示意圖。如圖中所展示，各RGB子像素124、126、128包括僅允許對應於子像素之色彩之光通過之一各自彩色濾光器色素，通常為一有機染料。RGB子像素元件124、126、128可係沈積於玻璃板112上，且不透明分隔物/壁(黑色基質) 132介於子像素124、126、128之各者之間。黑色基質132可係形成為金屬(諸如(例如)鉻)之一柵格遮罩以界定子像素124、126、128，且在子像素與單位像素130之間提供一不透明間隙。為最小化來自黑色基質之反射，可使用Cr及CrOx之一雙層，但層可當然包括除Cr及CrOx之外的材料。可使用包含光微影之方法來圖案化可濺鍍沈積於光致發光材料下方或上方的黑色基質膜。圖4展示針對TV應用所最佳化之一Hisense濾光板之紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)濾光器元件的濾光特性，透光率對波長。參考圖5，背板108可包括一玻璃板134，其上表面(面向LC之表面)上具有一TFT (薄膜電晶體)層136。TFT層136包括一TFT陣列，其中存在對應於各單位像素130之各個別彩色子像素124、126、128之一電晶體。各TFT係可操作以選擇性地控制光通過其對應子像素。在玻璃板134之一下表面上，提供一第二偏光濾光器層138。兩個偏光濾光器116及138之偏光方向彼此垂直對準。背光背光104係可操作以自一正發光面142 (面向顯示面板之背面的上面，圖6)產生及發射用於操作LC顯示面板102的白光140。如圖6中所展示，背光104可包括具有一光導(波導) 144之一側照式配置，其中一或多個激發源146係沿光導144之一或多個邊緣定位。如圖中所指示，光導144可呈平面；但在一些實施例中，其可呈錐形(楔形)以促進來自光導之一正發光面(面向顯示面板之上面，如圖6中所展示)之激發光之一更均勻發射。各激發源146可包括一發藍光之GaN LED (主發射波長445 nm至465 nm)，通常為450 nm至460 nm。LED 146經組態，使得在操作中，其產生藍色激發光148，藍色激發光148被耦合至光導144之一或多個邊緣中，且接著藉由全內反射來引導通過整個光導144，且最後自光導144之一正面149 (面向顯示面板102之上面)發射。如圖6中所展示，且為防止光自背光104逸出，光導144之背面(圖中所展示之下面)可包括一光反射層(表面) 150，諸如購自3M之Vikuiti ^TMESR (增強型光譜反射器)膜。在光導144之正發光面149 (圖中所展示之上面)上，提供一光致發光波長轉換層152及一增亮膜(BEF) 154。背光 - 增亮膜 (BEF)增亮膜(BEF)(亦稱為一稜鏡片)包括一精密微結構化光學膜且控制光140在一固定角(通常為70度)內自背光發射，藉此提高背光之發光效能。通常，BEF包括膜之一發光面上之一微稜鏡陣列且可使亮度增加40%至60%。BEF 154可包括一單一BEF或多個BEF之一組合且在後者之情況中甚至可達成亮度之更大增加。適合BEF之實例包含購自3M之Vikuiti ^TMBEF II或購自MNTech之稜鏡片。在一些實施例中，BEF 154可包括將一稜鏡片與一漫射膜整合且可具有比一普通稜鏡片好之一發光效能之一多功能稜鏡片(MFPS)。在一些實施例中，BEF 154可包括一微透鏡膜稜鏡片(MLFPS)，諸如購自MNTech之MLFPS。背光 - 光致發光波長轉換層為簡潔起見，在以下描述中，光致發光波長轉換層將指稱「光致發光層」。光致發光層152含有光致發光材料且在操作中將藍色激發光148轉換為用於操作LC顯示面板102之白光140。更具體而言，光致發光層152含有可藍光激發之發綠光(峰值發射波長530 nm至545 nm)及發紅光(峰值發射波長600 nm至650 nm)之光致發光材料。光致發光產生之綠光158、光致發光產生之紅光160及未經轉換之藍色激發光148導致一白光發射產物140。為最佳化顯示器之效能及色域，選擇發綠光及發紅光之光致發光材料以使其峰值發射(PE)波長λ _p與其對應彩色濾光器元件之透射特性匹配。較佳地，發綠光之光致發光材料具有一峰值發射波長λ _p≈535 nm。為最大化顯示色域及效能，發綠光及/或發紅光之光致發光材料較佳包括具有一發射峰值及約50 nm或更小之一FWHM (半峰全寬)之窄頻帶發射材料。發綠光及發紅光之光致發光材料可包括磷光體材料或量子點(QD)或磷光體材料及量子點之組合之粒子。僅為了繪示，當前描述具體涉及體現為磷光體材料之光致發光材料。磷光體材料可包括無機及有機磷光體材料。無機磷光體可包括鋁酸鹽、矽酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽、硫酸鹽、氯化物、氟化物或氮化物磷光體材料。眾所周知，磷光體材料摻雜有稱為一活化劑之一稀土元素。活化劑通常包括二價銪、鈰或四價錳。諸如鹵素之摻雜物可取代性或填隙性地併入至晶格中且可(例如)駐留於主體材料之晶格內位置上及/或填隙性地駐留於主體材料內。適合發綠光及發紅光之磷光體材料之實例分別在表1及表2中給出。

表 1
實例性發綠光之磷光體材料
磷光體族		組合物	λ _p(nm)	FWHM (nm)
硫化物		SrGa ₂S ₄:Eu	≈536	48-50
β-SiAlON		M _xSi _12‑(m+n)Al _m+nO _nN _16‑n:Eu M=Mg、Ca及/或Sr	525-545	50-52
鋁酸鹽	YAG	Y ₃(Al _1-xGa _x) ₅O ₁₂:Ce	500-550	≈110
鋁酸鹽	LuAG	Lu ₃(Al _1-xM _x) ₅O ₁₂:Ce	500-550	≈110
矽酸鹽		A ₂SiO ₄:Eu A=Mg、Ca、Sr及/或Ba	500-550	≈70
矽酸鹽		(Sr _1-xBa _x) ₂SiO ₄:Eu	500-550	≈70

表 2
實例性發紅光之磷光體材料
磷光體族		組合物	λ _p(nm)	FWHM (nm)
六氟矽酸鹽	KSF	K ₂SiF ₆:Mn ⁴⁺	≈632	≈10
六氟矽酸鹽	KTF	K ₂TiF ₆:Mn ⁴⁺	≈632	≈10
硒硫化物	CSS	MSe _1-xS _x:Eu M=Mg、Ca、Sr及/或Ba	600-630	50-55
硒硫化物	CSS	CaSeS:Eu	610-630	50-55
氮化矽1:1:1:3	CASN	CaAlSiN ₃:Eu (Ca _1-xSr _x)AlSiN ₃:Eu	600-620	≈75
氮化矽 2:5:8		Ba _2‑xSr _xSi ₅N ₈:Eu	580-620	≈80

一量子點(QD)係其激子在所有三個空間維度上受侷限之物質(例如半導體)之一部分，其可由輻射能激發以發射一特定波長或波長範圍之光。QD可包括不同材料，例如硒化鎘(CdSe)。由一QD產生之光之色彩由與QD之奈米晶體結構相關聯之量子侷限效應實現。各QD之能階與QD之實體大小直接相關。例如，較大QD (諸如紅色QD)可吸收及發射具有一相對較低能量(即，一相對較長波長)之光子。另一方面，較小綠色QD可吸收及發射一相對較高能量(較短波長)之光子。適合QD之實例可包含：CdZnSeS (硫化鎘鋅硒)、Cd _xZn _1-xSe (硒化鎘鋅)、CdSe _xS _1-x(硫化鎘硒)、CdTe (碲化鎘)、CdTe _xS _1-x(硫化鎘碲)、InP (磷化銦)、In _xGa _1-xP (磷化銦鎵)、InAs (砷化銦)、CuInS ₂(硫化銅銦)、CuInSe ₂(硒化銅銦)、CuInS _xSe _2-x(硒化銅銦硫)、CuIn _xGa _1-xS ₂(硫化銅銦鎵)、CuIn _xGa _1-xSe ₂(硒化銅銦鎵)、CuIn _xAl _1-xSe ₂(硒化銅銦鋁)、CuGaS ₂(硫化銅鎵)及CuInS _2xZnS _1-x(硒化銅銦硒鋅)。QD材料可包括核/殼奈米晶體，其含有呈一類洋蔥結構之不同材料。例如，上述例示性材料可用作為核/殼奈米晶體之核材料。可藉由生長另一材料之一磊晶型殼來更改一材料中之核奈米晶體之光學性質。取決於要求，核/殼奈米晶體可具有一單一殼或多個殼。可基於帶隙工程來選擇殼材料。例如，殼材料可具有大於核材料之一帶隙，使得奈米晶體之殼可使光學活性核之表面與其周圍介質分離。就基於鎘之QD (例如CdSe QD)而言，可使用下式來合成核/殼量子點：CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS/ZnS或CdSe/ZnSe/ZnS。類似地，就CuInS ₂量子點而言，可使用下式來合成核/殼奈米晶體：CuInS ₂/ZnS、CuInS ₂/CdS、CuInS ₂/CuGaS ₂、CuInS ₂/CuGaS ₂/ZnS等等。存在實施背光且尤其實施光致發光層152之各種方式。在一些實施例中，光致發光層152安置成相鄰於BEF 154。當使用無機磷光體材料時，呈粒子形式之發綠光及發紅光磷光體可合併為一可固化透光液體黏合劑材料中之一混合物且使用(例如)網版印刷或狹縫塗佈來將該混合物作為一均勻層沈積於一透光基板上。在一些實施例中，BEF 154可包括透光基板且光致發光層152可直接沈積至BEF 154上。圖6係其中光致發光層152安置於光導144與BEF 154之間且直接沈積至BEF 154之下面之一背光之一示意性分解橫截面圖。在本專利說明書中，直接沈積意謂直接接觸，因為層之間不存在介入層或氣隙。僅為了繪示，各種層在其等彼此不直接接觸時(即，在其等被單獨製造且接著堆疊在一起時)展示為分離的。當使用網版印刷來沈積光致發光波長轉換層時，透光黏合劑材料可包括(例如)一透光UV可固化丙烯酸黏著劑，諸如購自STAR Technology of Waterloo, Indiana USA之UVA4103清潔基。將光致發光層直接沈積至BEF上之一特定優點係：此可藉由消除光致發光層與BEF之間之一空氣界面來增加來自背光之光發射。否則，此一空氣界面會導致光致發光層內之光之一較大內反射可能性且減少至BEF中之光耦合。在其他實施例中，如圖7中所展示，光致發光層152可製造為一分離膜且所得膜接著定位於光導144與BEF 154之間。當BEF 154之下面包含一特徵或表面紋理圖案時，單獨製造光致發光層可為有利的。例如，在一配置中，藉由(例如)網版印刷來將發綠光及發紅光磷光體及透光材料之混合物作為一均勻層沈積至一透光膜(諸如(例如) mylar ^TM)上。在其他實施例中，發綠光及發紅光磷光體可併入及均質分佈於一膜中，該膜接著可接觸施加於BEF 154。在其他實施例中，如圖8及圖9中所繪示，光致發光層152可安置成相鄰於光導144。在圖8中，光致發光層152相鄰於光導144之正發光面(面向顯示面板之圖中所展示之上面)而安置於光導144與BEF 154之間。在一些實施例中，光致發光層152可直接沈積至光導144之正發光面上。圖8係其中光致發光層152安置於光導144與BEF 154之間且直接沈積至光導144之正面之一背光之一示意性分解橫截面圖。將光致發光層直接沈積至光導之正面上之一優點係：此可透過消除光導與光致發光層之間之一空氣界面來增加來自背光之總光發射。若存在此一空氣界面，則其會減少自光導至光致發光層中之光耦合且減少來自背光之總光發射。在其他實施例中，光致發光層152可製造為一分離膜且所得膜接著施加於光導144之正發光面，如圖7中所指示。當光導144之正發光面149包含用於促進光自光導之一均勻光提取之一特徵或紋理圖案時，此一配置可為有利的。在其他實施例中，且如圖9、圖10及圖11中所指示，光致發光層152安置於光導144之背面(圖中所展示之下面)與光反射層150之間。在一些實施例中，光致發光層152可直接沈積至光導144之背面上。圖9係其中光致發光層152安置於光導144與光反射層150之間且直接沈積至光導144之背面之一背光之一示意性分解橫截面圖。將光致發光層直接沈積至光導之背面上之一優點係：此可透過消除光導與光致發光層之間之一空氣界面來增加來自背光之總光發射。若存在此一空氣界面，則其會減少自光導至光致發光層中之光耦合且減少來自背光之總光發射。在其他實施例中，光致發光層152可直接沈積至光反射層150上。圖10係其中光致發光層152安置於光導144與光反射層150之間且直接沈積至光反射層150之一背光之一示意性分解橫截面圖。將光致發光層直接沈積至光反射層150上之一優點係：此可透過消除光致發光層與光反射層之間之一空氣界面來增加來自背光之總光發射。若存在此一空氣界面，則其會減少沿朝向背光之發光面142之一方向反射回之反向導引光。在其他實施例中，且如圖11中所指示，光致發光層152可經製造為一分離膜，且所得膜接著經施加於光導144之背面161。當光導144之背發光面包含用於促進光自光導之一均勻光提取之一特徵或紋理圖案時，此一配置可為有利的。與利用白色LED之已知顯示器相比，使用根據本發明之一光致發光層(圖6至圖11)之一優點係：歸因於磷光體材料之光漫射性，此可無需一分離光漫射層，及消除相關聯之界面損耗，且藉此提高顯示效能及降低生產成本。然而，歸因於光致發光光產生之各向同性，由發綠光及發紅光磷光體產生之綠光158及紅光160將沿包含朝向光導144之方向的所有方向發射。為減小此光到達光導144之可能性，在一些實施例中，背光可進一步包括經安置於光致發光層152與光導144之間之一光漫射層156。在一些實施例中，且如圖12中所繪示，光致發光層152可係直接沈積至光漫射層156上。圖12係其中光致發光層152經安置於一光漫射層156與光導144之間且經直接沈積至光漫射層156之面之一背光之一示意性分解橫截面圖。將光致發光層直接沈積至光漫射層156上之一優點係：此可透過消除光漫射層與光致發光層之間之一空氣界面來增加來自背光的總光發射。若存在此一空氣界面，則其會減少光漫射層與光致發光層之間的光耦合，且減少來自背光的總光發射。在其他實施例中，且如圖13中所指示，光致發光層152可係安置於光導144之一邊緣上。在一些實施例中，光致發光層152可係直接沈積至光導144之邊緣上。在此等配置中，應瞭解白光140係耦合至光導中。圖13係其中光致發光層152經直接沈積至光導144之一邊緣之一背光之一示意性分解橫截面圖。將光致發光層直接沈積至光導之邊緣上之一優點係：此可透過消除光導與光致發光層之間之一空氣界面來增加來自背光的總光發射。若存在此一空氣界面，則其會減少自光致發光層至光導的光耦合，且減少來自背光的總光發射。另外，光致發光層可無需一分離光漫射層。在一些實施例中，如圖13中所指示，背光可視情況進一步包括一光漫射層156。儘管在上述實施例中，背光已為利用一光導之一側照式配置，但吾人發現，本發明之各種實施例可用於包括組態於LC顯示面板之表面上方之一LED陣列之直下式背光中。圖14繪示其中一激發源146陣列提供於一光反射封閉體164之底面162上之此一實施例。在一些實施例中，光致發光層152可直接沈積至BEF 154上。在其他實施例中，光致發光層152可製造為一分離膜且所得膜接著施加於BEF 154。在上述配置之各者中，光致發光層152安置於BEF 154之一面上。在所描述之實施例之任何者(圖6至圖14)中，光致發光層152較佳地進一步併入一光散射(漫射)材料(較佳為氧化鋅(ZnO))之粒子。光漫射材料可包括二氧化矽(SiO ₂)、二氧化鈦(TiO ₂)、氧化鎂(MgO)、硫酸鋇(BaSO ₄)、氧化鋁(Al ₂O ₃)或其等之組合。包含一光散射材料可增加來自光致發光層之光發射之均勻性且可無需一分離光漫射層156。另外，使一光散射材料之粒子與發綠光及發紅光磷光體之混合物合併可導致由光致發光層產生之光增加及產生一給定色彩之光所需之磷光體材料之數量實質上(高達40%)減少。鑑於磷光體材料之相對較高成本，包含一便宜光散射材料可導致諸如平板電腦、膝上型電腦、TV及監視器之較大顯示器之製造成本顯著降低。2013年12月17日發佈之美國專利US 8,610,340中描述用於實施散射粒子之一例示性方法之進一步細節，該專利之全部內容以引用的方式併入本文中。可選擇光散射粒子之大小以散射比由磷光體產生之光相對更多之激發光。在一些實施例中，光散射材料粒子具有200 nm或更小(通常為100 nm至150 nm)之一平均粒徑(D50)。在併入一光散射材料之實施例中，光致發光層152可安置於BEF 154上(圖6)，安置於光導144之正面與BEF 154之間(圖7)，安置於光導之正面上(圖8)，安置於光導144之背面161與光反射層150之間(圖9至圖11)，安置於光漫射層156上(圖12)，安置於光導之一邊緣上(圖13)，或為直下式配置(例如圖14)。如上文所描述，歸因於光致發光光產生之各向同性，綠光158及紅光160將沿所有方向發射，其包含沿朝向光導144之方向發射。為減小此光到達光導144之可能性，在一些實施例中，背光可進一步包括安置於光致發光層152與光導144之間之一光漫射層156，即使當光致發光層152已包含光散射材料時。在其他實施例中，光致發光層152及光漫射層可製造為分離膜且該等膜接著施加於彼此。 實例性彩色 LCD 及背光表3列表用於一膝上型電腦中之根據本發明之一背光之一光致發光層之細節。在此實例中，發綠光磷光體包括組合物SrGa ₂S ₄:Eu、峰值發射波長λ _p=536 nm之一窄頻帶發綠光之硫化鍶鎵磷光體，而發紅光磷光體包括組合物CaSeS:Eu、峰值發射波長λ _p=632 nm之一窄頻帶發紅光之硫化鈣硒磷光體。發綠光及發紅光磷光體之一混合物併入且均質分佈於具有28% SrGa ₂S ₄:Eu及17.5% CaSeS:Eu之一負重之一UV可固化透光丙烯酸黏合劑(購自STAR Technology之UVA4103)中且混合物作為一≈50 µm厚度層網版印刷於一≈140 µm透光PET (聚對苯二甲酸乙二酯)膜上。背光包括圖6之配置且利用具有447 nm之一主發射波長之GaN LED晶片。

表 3
根據本發明之一背光之光致發光波長轉換層
綠色磷光體 (λ _p)	綠色磷光體負載(wt%)	紅色磷光體 (λ _p)	紅色磷光體負載(wt%)	CIE x	CIE y	色域 % NTSC
SrGa ₂S ₄:Eu (536 nm)	28	CaSeS:Eu (632 nm)	17.5	0.3039	0.3184	87

表3列表背光、CIE x及CIE y之光學特性，且圖15展示背光之發射光譜及圖16展示NTSC標準之1931 CIE色彩座標及背光之RGB色彩座標。如自表3可見，背光產生具有NTSC (美國電視系統委員會)比色法1953 (CIE 1931)之87%色域之光。應瞭解，本發明不受限於所描述之特定實施例，而是可在本發明之範疇內進行變動。應瞭解，以下條項構成本文所界定之本發明之揭示內容之部分。更特定言之，本發明可由下文將詳述之條項之特徵之組合界定，且該等條項可用於修正本申請案之申請專利範圍內之特徵之組合。條項1. 一種顯示器背光，其包括：一激發源，其用於產生具有445 nm至465 nm之一波長範圍內之一峰值發射波長之藍色激發光；及一光致發光波長轉換層；其中該光致發光波長轉換層包括以下各者之一混合物：具有530 nm至545 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發綠光之光致發光材料、具有600 nm至650 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發紅光之光致發光材料及光散射材料之粒子。 2. 如條項1之背光，其中該光致發光波長轉換層係一分離膜。 3. 如條項1或2之背光，其中光散射材料之該等粒子選自由以下各者組成之群組：氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO ₂)、二氧化鈦(TiO ₂)、氧化鎂(MgO)、硫酸鋇(BaSO ₄)、氧化鋁(Al ₂O ₃)及其等之組合。 4. 如條項1至3中任一項之背光，其中光散射材料粒子具有200 nm或更小之一平均粒徑。 5. 如條項1至4中任一項之背光，其中光散射材料粒子具有100 nm至150 nm之一平均粒徑。 6. 如條項1至5中任一項之背光，其中該光致發光波長轉換層安置成相鄰於增亮膜。 7. 如條項1至6中任一項之背光，其中該光致發光波長轉換層與該增亮膜直接接觸。 8. 如條項1至7中任一項之背光，其進一步包括一光導，其中該激發源經組態以將激發光耦合至該光導之至少一邊緣中，且其中該光致發光波長轉換層安置成相鄰於該光導。 9. 如條項1至8中任一項之背光，其中該光致發光波長轉換層安置於該光導與該增亮膜之間之該光導上。 10. 如條項1至8中任一項之背光，其中該光致發光波長轉換層與該光導直接接觸。 11. 如條項1至8中任一項之背光，其進一步包括一光反射表面，其中該光致發光波長轉換層安置於該光反射表面與該光導之間。 12. 如條項11之背光，其中該光致發光波長轉換層與該光導直接接觸。 13. 如條項11之背光，其中該光致發光波長轉換層與該光反射表面直接接觸。 14. 如條項1之背光，其進一步包括一光漫射層，其中該光致發光波長轉換層與該光漫射層直接接觸。 15. 一種顯示器背光，其包括：一激發源，其用於產生具有445 nm至465 nm之一波長範圍內之一峰值發射波長之藍色激發光；一增亮膜；及一光致發光波長轉換層；其中該光致發光波長轉換層包括以下各者之一混合物：具有530 nm至545 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發綠光之光致發光材料、及具有600 nm至650 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發紅光之光致發光材料、及光散射材料之粒子；其中該光致發光波長轉換層與該增亮膜直接接觸。 16. 如條項15之背光，其中光散射材料之該等粒子選自由以下各者組成之群組：氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO ₂)、二氧化鈦(TiO ₂)、氧化鎂(MgO)、硫酸鋇(BaSO ₄)、氧化鋁(Al ₂O ₃)及其等之組合。 17. 一種顯示器背光，其包括：一激發源，其用於產生具有445 nm至465 nm之一波長範圍內之一峰值發射波長之藍色激發光；一增亮膜；一光致發光波長轉換層；及一光導，其中該光致發光波長轉換層包括以下各者之一混合物：具有530 nm至545 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發綠光之光致發光材料、及具有600 nm至650 nm之一波長範圍內之一峰值發射之一發紅光之光致發光材料、及光散射材料之粒子，其中該激發源經組態以將激發光耦合至該光導之至少一邊緣中；且其中該光致發光波長轉換層與該光導直接接觸。 18. 如條項17之背光，其中光散射材料之該等粒子選自由以下各者組成之群組：氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO ₂)、二氧化鈦(TiO ₂)、氧化鎂(MgO)、硫酸鋇(BaSO ₄)、氧化鋁(Al ₂O ₃)及其等之組合。

100:彩色液晶顯示器(LCD) 102:液晶(LC)顯示面板 104:顯示器背光 106:面板 108:背板 110:液晶(LC) 112:玻璃板 114:觀看面 116:第一偏光濾光器層 118:抗反射層 120:彩色濾光板 122:透光共同電極平面 124:紅色子像素濾光器元件 126:綠色子像素濾光器元件 128:藍色子像素濾光器元件 130:單位像素 132:不透明分隔物/黑色基質 134:玻璃板 136:薄膜電晶體(TFT)層 138:第二偏光濾光器層 140:白光 142:發光面 144:光導 146:激發源 148:激發光 149:正面 150:光反射層 152:光致發光波長轉換層/光致發光層 154:增亮膜(BEF) 156:光漫射層 158:綠光 160:紅光 161:背面 162:底面 164:光反射封閉體

為較佳理解本發明，現僅依舉例方式參考附圖描述本發明之實施例，其中：圖1係根據本發明之一實施例之一彩色LCD之一示意性橫截面圖；圖2係圖1之彩色LCD之一面板之一示意性橫截面圖；圖3係圖1之彩色LCD之一彩色濾光板之一單位像素之一示意圖；圖4展示根據本發明之一實施例之一彩色LCD顯示器之一彩色濾光板之紅色、綠色及藍色濾光器元件之濾光特性，透光率對波長；圖5係圖1之彩色LCD之一背板之一示意性橫截面圖；圖6係圖1之彩色LCD之一側照式背光之一示意性分解橫截面圖，其中將一光致發光波長轉換層直接沈積於一BEF上；圖7係根據本發明之一實施例之一側照式背光之一示意性分解橫截面圖，其中將一分離光致發光波長轉換層定位於一光導與一BEF之間；圖8係根據本發明之一實施例之一側照式背光之一示意性分解橫截面圖，其中將一光致發光波長轉換層直接沈積於一光導之一正面上；圖9係根據本發明之一實施例之一側照式背光之一示意性分解橫截面圖，其中將一光致發光波長轉換層直接沈積於一光導之一背面上；圖10係根據本發明之一實施例之一側照式背光之一示意性分解橫截面圖，其中將一光致發光波長轉換層直接沈積於一光反射層上；圖11係根據本發明之一實施例之一側照式背光之一示意性分解橫截面圖，其中將一分離光致發光波長轉換層定位於一光導與一光反射層之間；圖12係根據本發明之一實施例之一側照式背光之一示意性分解橫截面圖，其中將一光致發光波長轉換層直接沈積於一光漫射層上；圖13係根據本發明之一實施例之一側照式背光之一示意性分解橫截面圖，其中將一光致發光波長轉換層安置於光導之一邊緣上；圖14係根據本發明之一實施例之一直下式背光之一示意性分解橫截面圖；圖15展示根據本發明之一實施例之一背光之發射光譜，強度對波長；及圖16展示根據一些實施例之NTSC標準之1931 CIE色彩座標及一背光之RGB色彩座標。

100:彩色液晶顯示器(LCD)

102:液晶(LC)顯示面板

104:顯示器背光

106:面板

108:背板

110:液晶(LC)

112:玻璃板

114:觀看面

116:第一偏光濾光器層

118:抗反射層

120:彩色濾光板

122:透光共同電極平面

134:玻璃板

136:薄膜電晶體(TFT)層

138:第二偏光濾光器層

144:光導

146:激發源

148:激發光

150:光反射層

152:光致發光波長轉換層/光致發光層

154:增亮膜(BEF)

Claims

一種顯示器背光，其包括：一激發源，用於產生具有自445nm至465nm之一峰值發射波長的激發光；及一波長轉換組件，其由下列組成：一光致發光膜層；及一增亮膜層(brightness enhancement film layer)；其中該光致發光膜層包括具有自530nm至545nm之一峰值發射波長及50nm或更少之一半峰全寬(FWHM)之一窄頻帶發綠光磷光體，及其中該波長轉換組件係藉由被製造於在該等膜層之間不具有氣隙(air gap)之該增亮膜層上之該光致發光膜層而被製造，或其中該光致發光膜層分別於該增亮膜層被製造且以該等膜層之間不存在介入層(intervening layer)或空氣介面(air interface)而直接地以一發光材料被黏著(bond)至該增亮膜層。
如請求項1之顯示器背光，其中該增亮膜層包括一微稜鏡(micro-prism)陣列，該微稜鏡陣列控制光在一固定角度內自該增亮膜層發射。
如請求項1或2之顯示器背光，其中該光致發光膜層藉由網版印刷(screen printing)或狹縫塗佈(slot die coating)直接地被製造於該增亮膜層上。
如請求項1或2之顯示器背光，其中該光致發光膜層進一步包括一光散射材料之粒子，該光散射材料之該等粒子被合併入一透光黏合劑以作為與該窄頻帶發綠光磷光體之一混合物。
如請求項4之顯示器背光，其中該光散射材料之該等粒子係選自由以下各者組成之群組：氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO₂)、二氧化鈦(TiO₂)、氧化鎂(MgO)、硫酸鋇(BaSO₄)、氧化鋁(Al₂O₃)，及其等之組合。
如請求項1或2之顯示器背光，其中該窄頻帶發綠光磷光體包括SrGa₂S₄：Eu及β-SiAlON之至少一者。
如請求項1或2之顯示器背光，其中該光致發光膜層進一步包括一窄頻帶發紅光磷光體，該窄頻帶發紅光磷光體被合併入一透光黏合劑中以作為與該窄頻帶發綠光磷光體之一混合物。
如請求項7之顯示器背光，其中該窄頻帶發紅光磷光體具有自600nm至650nm之一峰值發射波長及50nm或更少之一FWHM。
如請求項7之顯示器背光，其中該窄頻帶發紅光磷光體包括下列至少一者：K₂SiF₆：Mn⁴⁺、K₂TiF₆：Mn⁴⁺、CaSeS：Eu及MSe_1-xS_x：Eu，其中M係Mg、Ca、Sr及Ba之至少一者。
一種顯示器背光，其包括：一激發源，其用於產生具有自445nm至465nm之一峰值發射波長的激發光；及一波長轉換組件，其由下列組成：一光致發光膜層；及一光漫射膜層，其中該光致發光膜層包括具有自530nm至545nm之一峰值發射波長及50nm或更少之一半峰全寬(FWHM)之一窄頻帶發綠光磷光體；及其中該波長變換組件藉由分別於該光漫射膜層被製造且以該等膜層之間不存在氣隙而直接地以一發光材料被黏著至該光漫射膜層之該光致發光膜層而被製造。
如請求項10之顯示器背光，其中該光致發光膜層進一步包括一光散射材料之粒子，該光散射材料之該等粒子被合併入一透光黏合劑以作為與該窄頻帶發綠光磷光體之一混合物。
如請求項10或11之顯示器背光，其中該光散射材料之該等粒子係選自由以下各者組成之群組：氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO₂)、二氧化鈦(TiO₂)、氧化鎂(MgO)、硫酸鋇(BaSO₄)、氧化鋁(Al₂O₃)，及其等之組合。
如請求項10之顯示器背光，其中該窄頻帶發綠光磷光體包括SrGa₂S₄：Eu及β-SiAlON之至少一者。
如請求項10之顯示器背光，其中該光致發光膜層進一步包括一窄頻帶發紅光磷光體，該窄頻帶發紅光磷光體被合併入一透光黏合劑中以作為與該窄頻帶發綠光磷光體之一混合物。
如請求項14之顯示器背光，其中該窄頻帶發紅光磷光體具有自600nm至650nm之一峰值發射波長及50nm或更少之一FWHM。
如請求項14或15之顯示器背光，其中該窄頻帶發紅光磷光體包括下列至少一者：K₂SiF₆：Mn⁴⁺、K₂TiF₆：Mn⁴⁺、CaSeS：Eu及MSe_1-xS_x：Eu，其中M係Mg、Ca、Sr及Ba之至少一者。