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TW202438987A - 背光具微型發光單元的顯示裝置 - Google Patents

背光具微型發光單元的顯示裝置 Download PDF

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TW202438987A
TW202438987A TW112111273A TW112111273A TW202438987A TW 202438987 A TW202438987 A TW 202438987A TW 112111273 A TW112111273 A TW 112111273A TW 112111273 A TW112111273 A TW 112111273A TW 202438987 A TW202438987 A TW 202438987A
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micro
display device
backlight module
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TW112111273A
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English (en)
Inventor
蔡秉諭
Original Assignee
瑩耀科技股份有限公司
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Publication date
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Priority to US18/615,113 priority patent/US20240319536A1/en
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Abstract

本發明提供一種顯示裝置，包括一包括多個微型發光單元的背光模組、一位於背光模組上方的光開關層以及一位於光開關層上方的濾光層。背光模組中各個微型發光單元可被獨立控制而單獨自由發光。光開關層控制背光模組之微型發光單元所發出之光線穿透與否。濾光層包括多個量子點，並且每個微型發光單元發出之光線之色彩由每個量子點轉換，並透過量子點構成多個次畫素單元。

Description

背光具微型發光單元的顯示裝置
本發明涉及一種顯示裝置。更具體地說，本發明涉及一種背光具微型發光單元的顯示裝置。
最近，液晶顯示裝置作為一種重要的人機介面得到了迅速發展。便攜式電子裝置、電腦或電視機可以通過液晶顯示裝置表示複雜的消息。
基於大可見面積、緊湊體積和低能耗的優點，液晶顯示(LCD)裝置越來越受歡迎，並已成為主流。傳統的液晶顯示裝置100如第1圖所示。液晶顯示裝置100由下而上排列包括背光模組111、第一偏振片112、第一基板113、晶體管層114、第一電極115、液晶層116、第二電極117、濾光片118、第二基板119和第二偏振片120。然後簡要描述LCD裝置100的操作機制。液晶層116中的液晶分子在施加電場時被扭曲。晶體管層114中的一個或多個晶體管用於控制液晶分子的扭曲方向並起到控制光開關的作用。由背光模組111發出的光通過第一偏振片112和第二偏振片120，用於產生不同的偏振方向 光，以與液晶分子的扭曲方向結合以控制亮度變化以形成灰階。透過濾光片118形成多個具有不同色彩的子畫素118a。通過組合多個子畫素118a可以形成具有全彩色的畫素，從而構成人眼可視之色彩。子畫素118a的形成是由晶體管層114中的每個晶體管定義的。此外，取向膜(圖未繪)可以設置在第一基板113和第二基板119上，用於取向液晶分子。電場可以通過第一電極115和第二電極117施加到晶體管層114。
然而，這種液晶顯示裝置100的功率效率、亮度、對比度以及色彩均勻度是低的，因為只有從背光模組111發出的少數光可以穿過液晶層116。此外，晶體管層114的製造工藝是複雜的，從而增加了製造成本。再者，習知濾光片118使用彩色光阻形成子畫素118a的結構，此種方式產生之色彩已無法滿足現代對高解析度、高亮度、高對比度以及廣色域的需求。
因此，對上述液晶顯示裝置100的改良仍為必要。
本發明係提供一種背光具微型發光單元的顯示裝置，透過具量子點之濾光層、配合具微型發光單元之背光模組，可獲得廣色域、高色彩均勻性及高色彩飽和度。
本發明之一目的在提供一種顯示裝置，包括一包括多個微型發光單元的背光模組、一位於背光模組上方的光開關層以及一位於光開關層上方的濾光層。背光模組中各微型發光單元可被獨立控制而單獨自由發光。光開關層控制背光模組之各微型發光單元所發出之光線穿透與否。濾光層包括多個具 不同顏色之量子點，並且各個微型發光單元發出之光線之色彩由各個量子點轉換，並透過各個具不同顏色之量子點構成多個具不同顏色之次畫素單元。
上述顯示裝置中，微型發光單元發出的光色包括紅色、綠色及藍色，此時多個量子點包括紅色量子點、綠色量子點及藍色量子點，並且各個量子點的顏色對應轉換各個微型發光單元發出的光色。
上述顯示裝置中，多個微型發光單元發出的光色為單一藍色，此時多個量子點包括紅色量子點及綠色量子點。
上述顯示裝置中，光開關層可包括液晶材質或電致變色材質。
上述顯示裝置中，微型背光模組所發射之光線穿透光開關層後，光開關層受控而改變其透光度以調節光線之穿透比例。
上述顯示裝置中，更包括一位於背光模組與光開關層之間的第一偏光片以及一位於濾光層上的第二偏光片。
上述顯示裝置中，更包括一位於背光模組與光開關層之間的第一電極以及一位於光開關層及濾光層之間的第二電極。其中光開關層之透光度受控於第一電極及第二電極之間形成之電場。
上述顯示裝置中，微型發光單元發射之光線之波長隨施加於第一電極以及第二電極間之電壓變化而改變，進而調變量子點之轉換效率。
上述顯示裝置中，濾光層的各量子點間設有一遮 罩。
上述顯示裝置中，各微型發光單元之尺寸為微米尺寸。
100:液晶顯示裝置
111:背光模組
112:第一偏振片
113:第一基板
114:晶體管層
115:第一電極
116:液晶層
117:第二電極
118:濾光片
118a:子畫素
119:第二基板
120:第二偏振片
200:顯示裝置
210:背光模組
211:微型發光單元
220:光開關層
221:電致變色材質
222:電解質層
223:離子儲存層
230:濾光層
240:第一偏光片
250:第二偏光片
260:第一電極
270:第二電極
300:紅色次畫素單元
400:綠色次畫素單元
500:藍色次畫素單元
600:遮罩
第1圖係繪示習知液晶顯示裝置之結構示意圖；
第2A圖係繪示依據本發明一實施例之顯示裝置之結構示意圖；
第2B圖係繪示依據本發明另一實施例之顯示裝置之結構示意圖；
第3A圖係繪示第2A圖中之光開關層使用液晶材質時之完整結構示意圖；
第3B圖係繪示第2B圖中之光開關層使用液晶材質時之完整結構示意圖；
第4A圖係繪示第2A圖中之光開關層使用電致變色材質時之完整結構示意圖；以及
第4B圖係繪示第2B圖中之光開關層使用電致變色材質時之完整結構示意圖。
以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也 就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式及著重於本案主要技術特徵，一些習知慣用、非必要的結構與元件，將在圖式中以簡單示意的方式繪示或省略之。並且，相類似的元件亦可能使用相同的編號表示之。
本發明中，用語「第一」、「第二」、「上」、「下」、「之間」係為描述一相對位置，實際上因應實際狀況，不排除有排列次序更動之可能。舉例而言，當基板位於最上層時，其餘各層結構可能為向下延伸排列，此時「第一」、「第二」、「上」、「下」之相對位置關係亦可能相對應改變。
請一併參照第2A圖及第2B圖。
一種顯示裝置200包括一包括多個微型發光單元211的背光模組210、一位於所述背光模組210上方的光開關層220以及一位於所述光開關層220上方的濾光層230。
背光模組210中的各微型發光單元211可被獨立控制而單獨自由發光。
光開關層220可控制背光模組210之微型發光單元211所發出之光線穿透與否。再詳而言之，背光模組210之微型發光單元211發射之光線穿透光開關層220後，光開關層220受控而改變其透光度，藉此調節光線之穿透比例。透過調節光線之穿透比例，可調節最終呈現之亮度(灰階)、對比等視覺特性。
濾光層230包括多個具不同顏色之量子點231，並且每個微型發光單元211發出之光線之色彩由每個量子點231 轉換，並透過具不同顏色之量子點231於濾光層230構成多個具不同顏色之次畫素單元300、400、500。
量子點231為尺寸低至奈米級的小型半導體晶體。它們的性質與塊狀半導體具有極大差異。量子點231最顯著的特徵是通過改變它們的尺寸和離散能級來調節半導體帶隙(即所謂的量子侷限效應，Quantum Confinement Effect)。此外，將量子點231應用於顯示器時，基於其較窄的發射線寬(例如，發射半高寬(FWHM)約為20至30奈米)，可獲得較窄的光譜。通過窄光譜可獲得極高的色彩飽和度，可覆蓋最嚴格的Rec.2020色域標準的90%以上，因此可得到廣色域的視覺效果。量子點231的窄發射線寬也令它們相當適合作為例如8K或更高解析度之高清顯示器中的LED背光源元件。
量子點231之材料可包含II-VI族元素化合物、III-V族元素化合物、鈣鈦礦(Perovskite)量子點、由上述II-VI族元素化合物及/或III-V族元素化合物包覆形成之核殼結構化合物或摻雜納米晶顆粒。其中，II-VI族元素可包括硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、硫化鎂(MgS)、硒化鎂(MgSe)、碲化鎂(MgTe)、硫化鈣(CaS)、硒化鈣(CaSe)、碲化鈣(CaTe)、硫化鍶(SrS)、硒化鍶(SrSe)、碲化鍶(SrTe)、硫化鋇(BaS)、硒化鋇(BaSe)、確化鋇(BaTe)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、碲化鋅(ZnTe)或硫化鎘(CdS)等；III-V族元素化合物可包括氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氮化銦(lnN)、磷化銦(lnP)或砷化銦(InAs)等，惟不以上述材質為限。
多個量子點231可具有紅色、綠色、藍色或前述顏色任意組合之顏色。微型發光單元211發射之光線可激發量子點231，透過不同顏色之量子點231轉換而形成不同光色，最終呈現至人眼而形成彩色圖像。可理解地，彩色圖像係由多個畫素(pixel)單元所構成。因此，上述不同顏色之量子點231可彼此堆疊排列構成可視圖像之多個不同顏色之次畫素單元300、400、500。不同顏色之量子點231可具有不同排列方式而形成不同色彩飽和度。舉例而言，量子點231可排列成方形、三角形或馬賽克形而組成不同排列型態之次畫素單元300、400、500，獲致不同之顯色效果。
上述量子點231可呈微粒狀，其微粒直徑可介於1奈米至10奈米之間，且各量子點231之重量比例可進行不同調配。
形成上述各量子點231之堆疊排列可透過諸如噴墨法(Inject)、化學溶膠法(chemical colloidal method)、自組成法(self-assembly method)、微影蝕刻法(lithography and etching)或分閘法(split-gate approach)等方式。透過化學溶膠法合成，可製作多層層疊(multilayered)量子點231，過程簡易且適於量產。自組成法(self-assembly method)可採用化學氣相沉積(chemical vapor deposition)製程，令量子點231在特定基材表面自聚生長，可大量生產規則排列的量子點231。微影蝕刻法(lithography and etching)以光束或電子束直接於基材上蝕刻製作出所要之圖案。分閘法(split-gate approach)則以外加電壓的方式在二維量子井平面上產生二維 侷限，可改變量子點231的形狀與大小。
於不同實施例中，微型發光單元211可發出不同光色以組合成不同顏色之背光，並透過不同顏色之量子點231轉換成不同光色。
第2A圖實施例中，微型發光單元211發出的光色包括紅色、綠色及藍色，此時多個量子點231包括紅色量子點、綠色量子點及藍色量子點，並且各個量子點231的顏色對應各個微型發光單元211發出的光色。換句話說，微型發光單元211發出之紅色光透過紅色量子點轉換成紅光，微型發光單元211發出之綠色光透過綠色量子點轉換成綠光，微型發光單元211發出之藍色光透過綠色量子點轉換成藍光，再由透過紅色量子點轉換之紅光組成紅色次畫素單元300、透過綠色量子點轉換之綠光組成綠色次畫素單元400以及透過藍色量子點轉換之藍光組成藍色次畫素單元500，進而可組成全彩之光色。
第2B圖實施例中，微型發光單元211發出的光色為單一藍色，此時濾光層230中之量子點231包括紅色量子點及綠色量子點分別對應微型發光單元211，而濾光層230中則未設有藍色量子點231。換句話說，微型發光單元211發出之藍色光，部分透過紅色量子點轉換成紅光組成紅色次畫素單元300，部分透過綠色量子點轉換成綠光組成綠色次畫素單元400，部分未經過量子點轉換而直接射出藍光組成藍色次畫素單元500，進而組成全彩之光色。此實施例中，微型發光單元211發出的光色亦可為單一紫色。
上述顯示裝置200中，濾光層230的各量子點231 所形成之次畫素單元300、400、500間可設有一遮罩600，可阻擋各次畫素單元300、400、500間的雜散光，避免混光，確保發光均勻度及飽和度。遮罩600通常使用黑色吸光材質，但不以此為限。
光開關層230可控制背光模組210之微型發光單元211所發出之光線穿透比例，以控制亮度(灰階)、對比等光學特性。光開關層230可選用包括液晶材質或電致變色材質。
當光開關層220選用液晶材質時，顯示裝置200之完整結構之示例請參照第3A圖及第3B圖。相較於前述第2A圖及第2B圖實施例，第3A圖及第3B圖實施例中，顯示裝置200更包括一位於背光模組210與光開關層220之間的第一偏光片240以及一位於濾光層230上的第二偏光片250。同時，顯示裝置200亦包括一位於背光模組210與光開關層220之間的第一電極260以及一位於光開關層220及濾光層230之間的第二電極270。光開關層220之透光度受控於第一電極260以及第二電極270之間形成之電場，以形成所需之灰階。
上述顯示裝置200中，各微型發光單元211之尺寸可為毫米或以下，更佳為微米尺寸。基於微型發光單元211通常使用無機發光二極體(LED)，其為不連續之點光源，因此造成背光均勻性不足之問題。並且因點光源先天發光特性之影響，造成漏光、對比低、色彩飽和度差等視覺缺陷。為解決上述問題，一種方式係將各微型發光單元211縮小以於相同面積下置入更多之微型發光單元211，期能形成類似面光源之發光效果。本發明則更於濾光層230中引入不同顏色之量子點 231，與尺寸縮小至微米尺寸之微型發光單元211相互搭配，同時可提高色彩飽和度以及增加色域，以因應未來高畫質顯示裝置之需求。
第3A圖中，微型發光單元211發出的光色包括紅色、綠色及藍色，此時多個量子點231包括紅色量子點、綠色量子點及藍色量子點。微型發光單元211發出的光透過紅色量子點轉換形成紅色次畫素單元300、透過綠色量子點轉換之綠光組成綠色次畫素單元400以及透過藍色量子點轉換之藍光組成藍色次畫素單元500。各次畫素單元300、400、500間設置有遮罩600以阻擋雜散光。第3B圖中，則不設置藍色量子點。微型發光單元211發出單一藍光，微型發光單元211發出的光部分透過紅色量子點轉換形成紅色次畫素單元300、部分透過綠色量子點轉換之綠光組成綠色次畫素單元400，但部分藍色光則不經過任何量子點轉換直接射出形成藍色次畫素單元500。
當光開關層220選用電致變色材質時，顯示裝置200之完整結構之示例請參照第4A圖及第4B圖。相較於前述第2A圖及第2B圖實施例，第4A圖及第4B圖實施例中，顯示裝置200更包括一位於背光模組210與光開關層220之間的第一偏光片240以及一位於濾光層230上的第二偏光片250。同時，顯示裝置200亦包括一位於背光模組210與光開關層220之間的第一電極260以及一位於光開關層220及濾光層230之間的第二電極270。光開關層220之透光度亦受控於第一電極260以及第二電極270之間形成之電場以形成所需之灰階。另基於 電致變色原理，第4A圖中之光開關層220係由上而下排列由電致變色材質221、電解質層222以及離子儲存層223所組成。
當外加電壓施加於第一電極260及第二電極270時，其間形成電場，並於電場的作用下發生氧化還原反應，令電致變色材質221產生變色而可形成透明態，可令微型發光單元211之光線穿透。更詳而言之，其係藉由電極層所提供的電子以及離子儲存層223與電解質層222內部的離子，經過氧化還原反應令電致變色材質221之結構發生變化而變色，變色程度則可透過第一電極260及第二電極270間形成之電場控制，藉以控制所需之灰階程度。
第4A圖中，微型發光單元211發出的光色包括紅色、綠色及藍色，此時多個量子點231包括紅色量子點、綠色量子點及藍色量子點。微型發光單元211發出的光透過紅色量子點轉換形成紅色次畫素單元300、透過綠色量子點轉換之綠光組成綠色次畫素單元400以及透過藍色量子點轉換之藍光組成藍色次畫素單元500。各次畫素單元300、400、500間設置有遮罩600以阻擋雜散光。第4B圖中，則不設置藍色量子點。微型發光單元211發出單一藍光，微型發光單元211發出的光部分透過紅色量子點轉換形成紅色次畫素單元300、部分透過綠色量子點轉換之綠光組成綠色次畫素單元400，但部分藍色光則不經過任何量子點轉換直接射出形成藍色次畫素單元500。
綜合言之，背光模組210之微型發光單元211發射之光線可激發各種顏色量子點231而轉換光色，以對應形成具 有紅色、綠色、藍色或前述顏色任意組合光色之次畫素單元300、400、500，進而形成全彩之圖像，並且透過量子點231窄發射線寬之特性，形成均勻發光及廣色域。再者，於一實施例，微型發光單元211發射之光線之波長可隨施加於第一電極260及第二電極間270之電壓變化而改變，進而可調變對不同顏色之量子點231之激發效率。此係因不同顏色之量子點231對其激發光源之波長之響應不一，而隨施加之電壓變化，將令微型發光單元211發射之光線之波長產生藍移(波長峰值往短波長偏移)或紅移(波長峰值往長波長偏移)之變化，因此對不同顏色之量子點231之激發效率亦相應發生變化。
據上，本發明揭示之顯示裝置200，透過量子點231之材料特性，搭配尺寸縮小的微型發光單元211，達到更高的光轉換效率、更高亮度、更高對比度、更高色彩飽和度、更廣視角以及更廣色域。再者，光開關層220使用電致變色材質亦提供了習知使用液晶材質之另一種替代方案，提供降低製造成本及達到不同功效之另一種創新結構。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200:顯示裝置
210:背光模組
211:微型發光單元
220:光開關層
230:濾光層
231:量子點
300:紅色次畫素單元
400:綠色次畫素單元
500:藍色次畫素單元
600:遮罩

Claims (11)

  1. 一種顯示裝置，包括：
    一包括多個微型發光單元的背光模組，其中各所述微型發光單元被獨立控制而單獨自由發光；
    一位於所述背光模組上方的光開關層，其控制所述背光模組之各所述微型發光單元所發出之光線穿透與否；以及
    一位於所述光開關層上方的濾光層，其中所述濾光層包括多個具不同顏色之量子點，並且各個所述微型發光單元發出之光線之色彩由各個所述量子點轉換，並透過各個所述具不同顏色之量子點構成多個具不同顏色之次畫素單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中所述微型發光單元發出的光色包括紅色、綠色及藍色，此時所述多個量子點包括紅色量子點、綠色量子點及藍色量子點，並且各個所述量子點的顏色對應轉換各個所述微型發光單元發出的光色。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中所述多個微型發光單元發出的光色為單一藍色，此時所述多個量子點包括紅色量子點及綠色量子點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中所述光開關層包括液晶材質。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中所述光開關層包括電致變色材質。
  6. 如申請專利範圍第1所述的顯示裝置，其中所述微型背光模組所發射之光線穿透所述光開關層後，所述光開關層受控而改變其透光度以調節所述光線之穿透比例。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，更包括：
    一位於所述背光模組及所述光開關層之間的第一偏光片；以及
    一位於所述濾光層上方的第二偏光片。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，更包括：
    一位於所述背光模組及所述光開關層之間的第一電極；以及
    一位於所述光開關層及所述濾光層之間的第二電極；
    其中所述光開關層之透光度受控於所述第一電極及所述第二電極之間形成之電場。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的顯示裝置，其中所述微型發光單元發射之光線之波長隨施加於所述第一電極 以及所述第二電極間之電壓變化而改變，進而調變所述量子點之轉換效率。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中所述濾光層的各所述量子點間設有一遮罩。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中各所述微型發光單元之尺寸為微米尺寸。
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