專利名稱:色轉換彩色濾光器的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種色轉換彩色濾光器，尤有關一種運用于具短波長(10nm-490nm)發光頻譜背光源的顯示裝置的色轉換彩色濾光器。
背景技術：
圖1為示意圖，顯示一公知彩色濾光器(color filter)的設計。如圖1所示，公知彩色濾光器100是于一玻璃基板102上形成一彩色濾光層104及一表面保護層(overcoat layer)106。彩色濾光層104包含紅色濾光跡區(filter trace)104a、綠色濾光跡區104b、藍色濾光跡區104c、及兩濾光跡區間提供遮光作用的黑矩陣(black matrix；BM)104d。各個濾光跡區例如可由不同顏色的有機顏料所構成。當白色背光108通過彩色濾光層104后，可濾出紅光110、綠光112及藍光114的不同色光，借由調整不同色光的強度并混合后可呈現所期望的顯示顏色。
目前以發光二極管(light emitting diode；LED)當作背光源，并結合一導光板(未圖標)將點或線光源轉換成面光源的設計，進入彩色濾光器的光線顏色是由發光二極管的發光顏色決定。因此，因入射至彩色濾光層104的光線必須為白光，故目前彩色化顯示器的LED背光源均采用白光LED。然而，白光LED的價格較高，若能采用如藍光LED或紫外光LED的類具短波長(150nm-490nm)發光頻譜的LED背光源，不僅可降低制造成本，且可獲得提高光源亮度及色溫的效果，并有較佳的光轉換效率。
發明內容因此，本發明的目的在提供一種色轉換彩色濾光器，其能搭配一具有短波長發光頻譜背光源的顯示裝置，以獲得提高光源亮度及色溫的效果并有較佳的光轉換效率，且可有效降低制造成本。
依本發明的設計，一種色轉換彩色濾光器包含一透明基材、一光學色轉換層及一彩色濾光層。光學色轉換層形成于透明基材上，且其接收入射的短波長光(10nm-490nm)并將其轉換為白光。彩色濾光層形成于透明基材上，其具有多個濾光跡區以接收白光并濾出顯示用的原色色彩分量。
借由本發明將光學色轉換層整合至彩色濾光器制程的設計，無需復雜的制造程序或額外的搭配組件，即可以成本較低如藍光或紫外光LED之類具短波長發光頻譜的LED背光源，取代如白光LED之類較昂貴的LED背光源。因此，依本發明的設計，不僅可有效降低制造成本，且利用能量較高的短波長光可獲得提高光源亮度及色溫的效果并有較佳的光轉換效率。
圖1為示意圖，顯示一公知彩色濾光器的設計。
圖2為一示意圖，顯示本發明色轉換彩色濾光器的一實施例。
圖3為一光譜圖，顯示利用以鈰活化的釔鋁石榴石將藍光轉換成白光的一例。
圖4為一光譜圖，顯示利用無機螢光材料將波長為300nm的紫外光轉換成白光的一例。
圖5為顯示本發明另一實施例的示意圖。
圖6為顯示本發明另一實施例的示意圖。
圖7為顯示本發明另一實施例的示意圖。
圖8為顯示本發明另一實施例的示意圖。
圖9為顯示本發明另一實施例的示意圖。
圖10為顯示本發明另一實施例的示意圖。
圖11為一示意圖，顯示本發明色轉換彩色濾光器搭配RGBW四色顯示模式的一實施例。
圖12為一示意圖，顯示本發明色轉換彩色濾光器搭配RGBW四色顯示模式的另一實施例。
圖13為一示意圖，顯示本發明色轉換彩色濾光器搭配RGBW四色顯示模式的另一實施例。
符號說明10、30、32、34、36、38、40、42、44、46 彩色濾光器12 透明基材14 彩色濾光層14a、14b、14c 濾光跡區14d 黑色區域14e 透明透光區域
16、17 光學色轉換層18 表面保護層20 背光模塊22 入射光24 紅光26 綠光28 藍光29 白光100 彩色濾光器102 玻璃基板104 彩色濾光層104a、104b、104c 濾光跡區104d 黑矩陣106 表面保護層108 白色背光110 紅光112 綠光114 藍光具體實施方式
圖2為一示意圖，顯示本發明色轉換彩色濾光器10的一實施例。如圖2所示，色轉換彩色濾光器10是由一疊層結構所組成，包含一透明基材12，一彩色濾光層14、一光學色轉換層16、及一表面保護層18。透明基材12可為一玻璃基板(glass substrate)所構成，且該透明基材12具有一鄰近背光源20的迎光面(light-receiving surface)及位于該迎光面對側的一出光面(light-emitting surface)。依本實施例，彩色濾光層14、光學色轉換層16、及表面保護層18依序疊加形成于透明基材12的迎光面上。于此，須注意本說明書中「A層結構形成于B層結構上」的用語，并不限定為A層結構直接貼覆接觸B層結構的一表面的態樣，例如A層結構與B層結構中間尚間隔其它疊層結構亦為該用語所涵蓋范圍。
彩色濾光層14包含紅、綠及藍色濾光跡區(filter traces)14a、14b及14c，且兩濾光跡區間形成黑色區域14d以作為不同色光間的屏蔽用，避免混色產生。各個濾光跡區例如可由不同顏色的有機顏料所構成。又，光學色轉換層16可由光學色轉換材料(phosphor)與黏結劑(binder)兩者混合形成。
借由本發明于彩色濾光器10中包含光學色轉換層16的設計，背光模塊20入射至彩色濾光器10的光線可不限定為白光。當背光模塊20發出可見光光譜時，光學色轉換材料為可吸收可見光光譜能量的材料所構成。舉例而言，若背光模塊20發出藍色可見光(400nm-490nm)，則光學色轉換材料可為被藍光有效激發的無機發光材料，舉例而言如1.釔鋁石榴石(YAG)。
2.鋱鋁石榴石(TAG)。
3.硫化物，如MGa2S4、ZnS。
4.鋁酸鹽類，如SrAl2O4。
5.含鹵化合物，如Ca10(PO4)6Cl2。
6.稀土硼酸鹽類，如YBO3。
該些化合物并摻雜微量活化金屬元素以獲得螢光激發效果，該活化金屬元素例如可為鈰(Ce)、銪(Eu)、鋱(Tb)、鉍(Bi)、錳(Mn)等金屬元素其中之一。光學色轉換材料亦可為有機發光材料，例如螢光顏料(pigment)或螢光色料(die)。有機發光材料為有機化合物所構成，隨置換基的數目、位置及活化金屬的效果而影響其螢光性的大小。當背光模塊20發出的藍光通過光學色轉換層16后，部分藍光被發光材料吸收，其余藍光與發光材料發出的黃光混合而可得到白光。圖3顯示利用以鈰(Ce)活化的釔鋁石榴石(YAG)將藍光轉換成白光的一例。由圖3可看出該發光頻譜是由一個窄帶和一個寬帶組成，峰值分別在藍光LED發射峰460nm和主要在550nm的YAG發射峰，使光譜能量包含從藍到紅的全可見光波長。經轉換后的白光通過彩色濾光層14后，可濾出紅光24、綠光26及藍光28的不同色光，借由調整不同色光的強度并混合后可呈現所期望的顯示顏色。
再者，背光模塊20所發出的光線并不限定為可見光。舉例而言，背光模塊20的光源亦可采用一紫外光(UV)二極管，當入射光22為能量較高的紫外光(10nm-380nm)時，除前述可被藍光有效激發的有機及無機發光材料均可將紫外光轉換為白光外，另外如硅酸鹽類、釩酸鹽類等材料亦有相同效果。或者，光學色轉換層16的材料亦可同時包含紅綠藍三原色的螢光粉，再利用紫外光激發后調整適當的三原色光成分即可混合出白光。圖4顯示波長為300nm的紫外光轉換成白光的一例，因紫外光的能量強，可更進一步提高光學轉換效率而提高白光發光效率。
借由本發明將光學色轉換層整合至彩色濾光器制程的設計，無需復雜的制造程序或額外的搭配組件，即可利用成本較低如藍光或紫外光LED之類具短波長(10nm-490nm)發光頻譜的LED背光源，取代如白光LED之類較昂貴的LED背光源。因此，依本發明的設計，不僅可有效降低制造成本，且利用能量較高的短波長光可獲得提高光源亮度及色溫的效果并有較佳的光轉換效率。
圖5為顯示本發明另一實施例的示意圖。依本發明的設計，彩色濾光層14、光學色轉換層16、及表面保護層18于透明基材12上的形成位置并不限定。如圖5所示的彩色濾光器30，光學色轉換層16、彩色濾光層14、及表面保護層18亦可依序疊加于透明基材12較遠離背光模塊20一側的出光面上。
圖6為顯示本發明另一實施例的示意圖。如圖6所示，彩色濾光器32的光學色轉換層17除由光學色轉換材料(color-changing material)與黏結劑(binder)兩者混合形成外，亦可同時包含如丙烯酸聚合物的表面保護層材料，使光學色轉換層17同時兼具表面保護層作用。
圖7為顯示本發明另一實施例的示意圖。如圖7所示，彩色濾光器34的彩色濾光層14與光學色轉換層16并不限定位于透明基材12的同側，而可分別位于透明基材12的兩側。光學色轉換層16形成于透明基材12的迎光面上以先將藍光或紫外光構成的入射光22轉換為白光，再經由形成于透明基材12的出光面上的彩色濾光層14濾出紅光24、綠光26及藍光28。
圖8為顯示本發明另一實施例的示意圖。于前述的各個實施例中，光學色轉換層均為對應全部濾光跡區14a、14b、14c及黑色區域14d披覆形成的一平面色轉換層。然而，本發明的光學色轉換層16其形成方式及位置并不限定。如圖8所示，彩色濾光器36的光學色轉換層16可僅分散形成于對應紅、綠及藍色濾光跡區14a、14b及14c位置的區域，兩分散的色轉換層區域再以黑色區域14d隔開，最后再披覆一表面保護層18。
圖9為顯示本發明另一實施例的示意圖。當光學色轉換層16僅分散形成于對應紅、綠及藍濾光跡區14a、14b及14c位置的區域時，其于透明基材12上的形成位置亦不限定。如圖9所示，彩色濾光器38的光學色轉換層16可形成于透明基材12的出光面上，且原表面保護層18亦可省略。
圖10為顯示本發明另一實施例的示意圖。如圖10所示，當入射光22選擇為藍色可見光時，原彩色濾光層14的藍色濾光跡區14c、及光學色轉換層16對應藍色濾光跡區的區域可均省略而形成透明透光區域14e，讓藍光28直接透過作為藍色子像素(blue sub-pixel)顯示之用。再者，透明透光區域14e的形成方式并不限定，例如可將原彩色濾光層14的藍色濾光跡區14c、及光學色轉換層16對應藍色濾光跡區的區域置換為透明材料、或直接去除該區域原先材料而形成開口(opening)讓藍光28透過均可。
圖11為一示意圖，顯示本發明色轉換彩色濾光器搭配RGBW四色顯示模式的一實施例。為提高液晶顯示器的輝度表現，彩色濾光器42的彩色濾光層14上除紅、綠、及藍色濾光跡區14a、14b及14c外，可另包含構成一可提高亮度的白色子像素的透明透光區域14e。依本實施例，光學色轉換層16形成于透明基材12的迎光面上以先將藍光或紫外光構成的入射光22轉換為白光。接著，形成于透明基材12出光面上的彩色濾光層14，其不同濾光跡區可分別濾出紅光24、綠光26及藍光28，而通過透明透光區域14e的白光29可達到提高顯示亮度的效果。
圖12為一示意圖，顯示本發明色轉換彩色濾光器搭配RGBW四色顯示模式的另一實施例。依本實施例，光學色轉換層16可分散形成于對應紅、綠及藍色濾光跡區14a、14b及14c及透明透光區域14e位置處，兩分散的色轉換層區域再以黑色區域14d隔開，最后再披覆表面保護層18。再者，光學色轉換層16與彩色濾光層14的形成位置并不限定，例如可如圖12所示形成于透光基材12出光面的一側，或如圖13所示，形成于透光基材12迎光面的一側亦可，且分散的色轉換層區域于透明透光區域14e中的位置亦可任意變化。
以上所述僅為舉例，而非為限制本發明。任何未脫離本發明的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含于申請專利范圍中，而非限定于上述的實施例。
權利要求
1.一種色轉換彩色濾光器，包含一透明基材；一光學色轉換層，形成于該透明基材上，該光學色轉換層接收入射至該色轉換彩色濾光器的短波長光并將其轉換為白光；及一彩色濾光層，形成于該透明基材上，該彩色濾光層具有多個濾光跡區以過濾該白光并濾出顯示用的原色色彩分量。
2.如權利要求
1所述的色轉換彩色濾光器，還包含一表面保護層形成于該光學色轉換層或該彩色濾光層上。
3.如權利要求
1所述的色轉換彩色濾光器，其中該光學色轉換層是由光學色轉換材料、黏結劑及表面保護層材料混合形成。
4.如權利要求
1所述的色轉換彩色濾光器，其中該透明基材具有相對的一迎光面及一出光面，該光學色轉換層形成于該迎光面上，且該彩色濾光層形成于該出光面上。
5.如權利要求
1所述的色轉換彩色濾光器，其中該透明基材具有相對的一迎光面及一出光面，且該光學色轉換層與該彩色濾光層同時形成于該出光面或該迎光面上。
6.如權利要求
1所述的色轉換彩色濾光器，其中該彩色濾光層包含設置于兩相鄰該濾光跡區間的黑色區域，該光學色轉換層為一平面色轉換層，且該平面色轉換層覆蓋該濾光跡區及該黑色區域。
7.如權利要求
1所述的色轉換彩色濾光器，其中該彩色濾光層包含設置于兩相鄰該濾光跡區間的黑色區域，且該光學色轉換層僅對應各該濾光跡區位置分散形成。
8.如權利要求
1所述的色轉換彩色濾光器，其中該短波長光為藍色可見光或紫外光。
9.如權利要求
8所述的色轉換彩色濾光器，其中該光學色轉換層的光學色轉換材料為選自于釔鋁石榴石、鋱鋁石榴石、硫化物、鋁酸鹽化合物、含鹵化合物、稀土硼酸鹽化合物所組成的無機發光材料群組其中之一。
10.如權利要求
8所述的色轉換彩色濾光器，其中該光學色轉換層的光學色轉換材料包含微量活化金屬元素，且該活化金屬元素為選自于鈰、銪、鋱、鉍及錳所組成的群組其中之一。
11.如權利要求
8所述的色轉換彩色濾光器，其中該光學色轉換層的光學色轉換材料為有機螢光顏料或有機螢光色料。
12.如權利要求
1所述的色轉換彩色濾光器，其中該短波長光為藍色可見光，該多個濾光跡區僅包含紅色濾光跡區及綠色濾光跡區、該彩色濾光層還包含多個透明透光區，且該光學色轉換層僅對應該紅色及綠色濾光跡區位置分散形成。
13.一種色轉換彩色濾光器，包含一透明基材；一光學色轉換層，形成于該透明基材上，該光學色轉換層接收入射至該色轉換彩色濾光器的短波長光并將其轉換為白光；及一彩色濾光層，形成于該透明基材上且具有多個濾光跡區及多個透明透光區，該濾光跡區過濾該白光并濾出顯示用的原色色彩分量，且該透明透光區直接透過該白光以提高顯示亮度。
14.如權利要求
13所述的色轉換彩色濾光器，其中該短波長光為藍色可見光或紫外光。
15.如權利要求
13所述的色轉換彩色濾光器，其中該彩色濾光層還包含一黑色遮光區域，該光學色轉換層為一平面色轉換層，且該平面色轉換層覆蓋該濾光跡區、該透明透光區及該黑色遮光區域。
16.如權利要求
13所述的色轉換彩色濾光器，其中該彩色濾光層還包含一黑色遮光區域，且該光學色轉換層僅對應各該濾光跡區及各該透明透光區位置分散形成。
專利摘要
一種色轉換彩色濾光器，包含一透明基材、一光學色轉換層及一彩色濾光層。光學色轉換層形成于透明基材上，且其接收入射的短波長光并將其轉換為白光。彩色濾光層形成于透明基材上，其具有多個濾光跡區以過濾白光并濾出顯示用的原色色彩分量。
文檔編號G02B5/22GK1991418SQ200510097132
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日
發明者王志源, 張惠喻, 李易锝 申請人:勝華科技股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan