包含降頻轉換膜元件的背光系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及改善包含降頻轉換膜元件的背光系統的色彩均勻度的方法以及改進的背光系統。
【背景技術】
[0002]液晶顯示器(IXD)是非發射顯示器，其將單獨的背光單元以及紅色、綠色和藍色濾色器用于像素以在屏幕上顯示彩色圖像。紅色、綠色和藍色濾色器分別將背光單元發射的白光分為紅光、綠光和藍光。LCD裝置可顯示的色彩范圍被稱作色域。
[0003]LCD背光系統通常包括包含反射板或反射膜的膜疊堆、包含提取特征結構的光導(例如，導光板或導光膜)、漫射片、光重定向膜(例如，棱鏡膜、透鏡膜和/或其他增亮膜)和/或反射偏光片。傳統上，LCD利用由藍色LED芯片與黃光YAG熒光粉相結合構成的白光發光二極管(LED)。移動式/手持式裝置通常為側光式，并且包含光導，以使光均勻地分布在顯示區域上。然后使用漫射片將“白”光擴散出光導。然而，最近已經開發出具有改善的色域的LCD。在這些LCD中，白光LED被藍光LED取代，并且漫射片被主動轉換色彩的降頻轉換膜元件取代。降頻轉換片可包括例如紅色和綠色量子點、熒光粉、熒光染料等。僅將典型LCD背光源中的底部漫射片替換為量子點膜元件，可顯著增大所獲得的色域(例如，增大50%)。
[0004]與包含量子點膜元件或其他降頻轉換膜元件的背光系統相關聯的一個問題在于靠近背光源邊界(即，顯示器的可視區的邊緣處)的色彩不均勻。通常，這種不均勻性表現為顯示器可視區的邊緣處的藍輝光。這種輝光通常被認為是由從背光系統的邊緣泄漏的藍光造成的。
【發明內容】
[0005]根據上述觀點，我們認識到需要改善包含降頻轉換膜元件的背光系統的色彩均勻度。
[0006]出人意料地，我們發現包含降頻轉換膜元件的顯示器的可視區邊緣處的色彩不均勻性并非僅由此前認為的藍光泄漏所引起的。相反，我們發現該色彩不均勻性主要是由顯示器邊緣處的紅光和綠光不足引起的，因為紅光和綠光與藍光相比，存在角分布的差異。
[0007]簡而言之，在一個方面，本發明提供了具有可視區的側光式LCD背光單元，該側光式LCD背光單元包括(a)降頻轉換膜元件、(b)包括提取元件的光導、(C)反射器和(d)藍光LED;其中提取元件延伸超過可視區。
[0008]在另一方面，本發明提供了LCD背光單元，該LCD背光單元包括(a)支撐結構、(b)降頻轉換膜元件、(c)反射器、(d)藍光LED和(e)高反射材料和降頻轉換材料中的至少一種;其中高反射材料或降頻轉換材料與降頻轉換膜元件的邊緣重疊或施加于支撐結構。
[0009]在另一方面，本發明提供了具有可視區的側光式LCD背光單元，該側光式LCD背光單元包括(a)支撐結構、(b)降頻轉換膜元件、(C)包括提取元件的光導、(d)反射器、(e)藍光LED和(f)高反射材料和降頻轉換材料中的至少一種;其中高反射材料或降頻轉換材料與降頻轉換膜元件的邊緣重疊或施加于支撐結構，并且其中提取元件延伸超過可視區。
[0010]在又一方面，本發明提供了改善跨具有可視區的LCD背光單元的色彩均勻度的方法。該方法包括在可視區的至少一個邊緣中增加紅光和綠光;其中LCD背光單元包括降頻轉換膜元件、反射器和藍光LED。
【附圖說明】
[0011]結合以下對附圖和【具體實施方式】的詳細說明可以更加全面地理解本發明。
[0012]圖1是光導和提取圖案化區域的頂視圖。
[0013]圖2是實施例中所用的測量設置的圖示。
[0014]圖3a是圖2所示的設置的相機圖像。
[0015]圖3b是圖2所示的設置的測量數據。
[0016]圖4是圖2所示的設置的測量數據。
[0017]圖5a是光導和提取圖案的頂視圖。
[0018]圖5b是圖5a所示的區域的相機圖像。
[0019]圖6a是光導和提取圖案的頂視圖。
[0020]圖6b是圖6a所示的區域的相機圖像。
[0021]圖7是對應于圖5b和圖6b的測量數據。
[0022]圖8是對應于圖5b和圖6b的測量數據。
[0023 ]圖9是對應于圖6b的測量數據。
[0024]圖10是實施例中所用的測量設置的圖示。
[0025]圖1Ia是基于圖10的設置的一對相機圖像。
[0026]圖1lb是對應于圖1la的測量數據。
[0027]圖12是實施例中所用的測量設置的圖示。
[0028]圖13a是基于圖12的設置的一對相機圖像。
[0029]圖13b是對應于圖13a的測量數據。
[0030]圖14a是基于圖12的設置的另一組相機圖像。
[0031]圖14b是對應于圖14a的測量數據。
[0032]圖15是實施例中所用的測量設置的圖示。
[0033]圖16a是基于圖15的設置的一對相機圖像。
[0034]圖16b是對應于圖16a的測量數據。
[0035]圖17是實施例中所用的測量設置的圖示。
[0036]圖18a是基于圖17的設置的一對相機圖像。
[0037]圖18b是對應于圖18a的測量數據。
[0038]圖19是實施例中所用的測量設置的圖示。
[0039]圖20a是基于圖19的設置的一對相機圖像。
[0040]圖20b是對應于圖20a的測量數據。
【具體實施方式】
[0041]為了跨顯示器獲得均勻的白色，需要在空間上保持紅光、綠光和藍光的均勻混合。我們認識到，在包含降頻轉換片材諸如量子點膜的背光源中，紅光、綠光和藍光的混合在空間上并不均勻，主要是因為來自不同光源的光具有不同的顏色。例如，紅光和綠光來自量子點。量子點在所有方向上等幾率地發射光子。因此，紅光和綠光具有較寬的角分布。另一方面，藍光來自藍光LED。藍光并非在所有方向上等幾率地分布。藍光的角分布主要由背光系統中的光學膜疊堆(例如，光導、漫射體和/或光重定向膜等)決定。因此，相比于紅光和綠光，藍光的分布通常較差。
[0042]紅光和綠光的較寬角分布結果是位于任意一點處的色彩不僅由來自該點正下方的區域的光決定，而且由來自相鄰區域的光決定。由于紅光和綠光具有更寬的角分布，因此與藍光相比受相鄰區域發射的光的影響更大。
[0043]在側光式LCD背光系統中，通常使用具有提取特征結構的光導來為顯示器提供更均勻的光。該提取特征結構在可視的顯示區域上通常具有不同的密度，以實現均勻的外觀。例如，在LED附近通常具有很少的提取特征結構，而提取特征結構的密度隨著遠離LED而增大。常見的做法是在靠近LED面板的可視區的邊緣處結束提取特征結構。我們發現，包含降頻轉換膜元件(例如，量子點膜)的側光式背光系統在可視區的邊緣處結束提取特征結構導致在該可視區的邊緣處具有更深的藍色，因為在邊緣處沒有足夠的紅光和綠光與藍光混合并產生白光。即，在包含提取特征結構的區域之外生成的紅光和綠光非常少。
[0044]此外，我們認識到，由顯示器的邊緣處的量子點膜發射的紅光和綠光不足以產生均勻的色彩，因為在顯示器邊緣處損失的紅光和綠光多于藍光，由于角分布不同。
[0045]為改善顯示區域的邊緣附近的色彩均勻度，我們發現需要補償顯示器邊緣處“缺失的”紅光和綠光。可使用多種方法來實現這一目標。一種方法是拋棄顯示器的可視邊緣的所有邊界條件。僅僅將降頻轉換膜元件和光導延伸到可視區域之外是不夠的。對于該方法，任何再利用膜均應延伸到可視區域之外，以便在可視邊緣處保持均勻的光再利用。此外，光導上的任何提取特征結構也必須延伸穿過可視區域以增加藍光提取。均勻的光再利用本身并不足夠。在一些實施方案中，提取特征結構可以被分級，以跨光導提供均勻的提取效率。
[0046]上述方法的一種折衷是LCD邊框(S卩，包封顯示屏并覆蓋顯示屏的非可視區域的框架)可能需要大于一些應用中通常期望的尺寸。另一種折衷是顯示效率可能下降，因為可視區域之外存在浪費的光。
[0047]另一種改善顯示區域的邊緣附近的色彩均勻度的方法對于側光式和直下式LCD背光系統均適用，該方法是將顯示器邊緣損失的紅光和綠光反射回去。實現這一目標的一種方法是添加高反射材料諸如高反射涂層、油漆、油墨、膜或條帶(例如，墊帶)和/或降頻轉換材料至光重定向膜下方的降頻轉換膜元件的邊緣或添加至光導的邊緣。該高反射材料和/或降頻轉換材料可施加于降頻轉換膜元件或光導的頂部、側面、頂部和側面的組合、或所有邊緣周圍。例如，白色油墨可印在降頻轉換膜元件的邊緣周圍或者白色條帶可附著于降頻轉換膜元件的邊緣周圍。另選地或除此之外，高反射材料和/或降頻轉換材料可施加于背光源機械支撐結構(例如，框架)。
[0048]合適的反射材料包括鏡面反射和漫反射片，并且可以為至少約70%反射、80%反射、90%反射或幾乎100%反射。白色條帶或油漆可以是合適的高反射材料。一種具體可用的高反射材料是ESR(增強型鏡面反射片(Enhanced Specular Reflector)，購自3M公司)，其反射率接近100%。可利用低反射材料，但它們可能需要以更高的程度與降頻轉換膜元件重疊。高反射材料需要重疊在降頻轉換膜元件上的量將隨著材料反射率的變化而變化。一般來講，材料的反射率越高，則需要重疊的越低。在一些實施方案中，材料可與量子點膜重疊例如約0.5mm至約2_。本領域的技術人員將會知道如何利用反射率和重疊來微調來自邊緣附近的顯示器的輸出色彩。
[0049]合適的降頻轉換材料可包括紅色量子點和綠色量子點、熒光粉、熒光染料等。降頻轉換材料與降頻轉換膜元件可為相同的材料。
[0050]在一些側光式顯示器中，可能優選的是結合上述兩種方法，特別是在關注最大限度減小邊框寬度以及最大限度提高顯示效率的情況下。紅光、綠光和藍光的適當平衡可通過調節藍光提取的量、反射率以及降頻轉換膜元件上的重疊距離來實現。
[0051 ] 實施例
[0052]下面的實施例對本發明的目的和有益效果作出更進一步的解釋，但這些實施例中列舉的具體材料和用量以及其它條件和細節不應解釋為是對本發明不當的限制。
[0053]方法I
[0054]已經發現，提取的光在小空間維度上的較大變異能夠引起背光源發出的光產生色移。使用Prometrie相機(Radiant Imaging PM系列成像色度計PM-9913E-1)來測量裝置的空間色彩和亮度，采集到的數據證明了這一效果，并且還表現出改進。
[0055]為證明這一效果，如圖1所示，光導102被藍光LED 104照亮并被置于一大片ESR上(112，在圖1中不可見)。光導102具有包括提取圖案106a，106b的兩個獨立矩形區域以及光導內不包括提取特征結構的區域。光導102用于如圖2所示的設置中。在光導102和ESR