CN105765428A

CN105765428A - 发光二极管(led)器件

Info

Publication number: CN105765428A
Application number: CN201480064542.3A
Authority: CN
Inventors: 陈建; R·S·杜博劳; S·简斯勒; J·哈特拉弗; E·李; R·E·威尔森
Original assignee: Nanosys Inc
Current assignee: Nanosys Inc
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-07-13
Also published as: KR20160072177A; JP2017501530A; CA2927191C; KR102294252B1; EP3058401A4; EP3058401A1; US20180188445A1; WO2015057930A1; CA2927191A1; US20150109814A1; US10416373B2

Abstract

此处公开了显示***，包括发光二极管(LED)，合适地，蓝光LED，该显示***展示了增大的光功率输出。在实施例中，显示***包括包含磷光体的组合物，该磷光体包括发光纳米晶体。

Description

发光二极管(LED)器件

技术领域

本发明涉及包括发光二极管(LED)(合适地，蓝光LED)的显示***，该显示***展示增大的光功率输出。在实施例中，显示***包括包含磷光体的组合物，磷光体包括发光纳米晶体。

背景技术

在液晶显示器(LCD)背光中，典型地利用白色LED作为光源。在一个配置中，围绕显示器的边缘或者周围布置LED。在侧光式背光的这种情况下，从LED发出的光进入使白光跨越显示器均匀分布的导光板。白色LED封装设计已经被优化为允许高提取效率和到导光板中的耦合效率。

LCD背光通常利用磷光体，诸如YAG磷光体。传统地，这些磷光体已经位于LED封装本身的内部。发光纳米晶体代表通常在远程磷光体配置中使用的新的替换种类的磷光体，其中磷光体不再在LED封装内部。例如，发光纳米晶体可以嵌入放置在导光板之上的柔性膜/片中(参见，例如，公开的美国专利申请No.2010/0110728和2012/0113672，这些专利申请中的每一个的公开通过引用将其全部内容并入本文)。在其它示例中，将发光纳米晶体包封在LED与导光板之间放置的容器(例如毛细管)中(参见，例如，公开的美国专利申请No2010/0110728)。

蓝色LED光提取效率和到导光板中的耦合效率在整体显示效率中起关键作用。在当前蓝色LED设计中蓝光提取效率较差。这很可能是来自包封-聚合物/空气界面的反射的结果。从该界面朝LED的蓝色管芯反射回大量蓝光，接着该蓝色管芯吸收蓝光。

此处公开了用基于蓝色LED的显示器件克服该缺陷从而增大这种器件的光功率输出的实施例。

发明内容

在实施例中，本申请提供了显示***，该显示***合适地包括一个或者多个蓝色发光二极管(LED)、光学地耦合至蓝色LED的导光板、显示器和包括多个磷光体的组合物，该组合物在导光板与显示器之间取向。合适地，该显示***与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，呈现了增大的光功率输出。

在实施例中，用条带或者粘合剂将导光板光学地耦合至蓝色LED。在实施例中，导光板通过从LED突出的包封剂光学地耦合至蓝色LED。

合适地，磷光体是YAG磷光体、硅酸盐磷光体、石榴石磷光体、铝酸盐磷光体、氮化物磷光体、NYAG磷光体、SiAlON磷光体和CASN磷光体。在进一步实施例中，磷光体是发光纳米晶体，例如包含CdSe或者ZnS的发光纳米晶体，包括例如包含CdSe/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS或者CdTe/ZnS的发光纳米晶体。

在示例性实施例中，组合物是膜。

合适地，显示器是液晶模块。

在另外的实施例中，***还包括漫射器、一个或者多个亮度增强膜(BEF)和反射器中的一个或者多个。

在实施例中，所述显示***与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，合适地呈现了光功率输出至少增大10％。

还提供了显示***，所述显示***合适地包括一个或者多个蓝色发光二极管(LED)、光学地耦合至蓝色LED的导光板、显示器和包括多个磷光体的膜，组合物在导光板与显示器之间取向。合适地，所述显示***与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，呈现了光功率输出至少增大10％。

此处描述了用于光耦合的示例性方法，还有合适的磷光体，包括发光纳米晶体。

还提供了显示***，所述显示***合适地包括一个或者多个蓝色发光二极管(LED)、光学地耦合至蓝色LED的导光板、在导光板之上取向的包括多个磷光体的聚合物膜、在聚合物膜之上取向的一个或者多个亮度增强膜(BEF)、在BEF之上取向的顶部漫射器和在顶部漫射器之上取向的液晶模块。合适地，所述显示***与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，呈现了光功率输出至少增大10％。

还提供了增大显示***中蓝色LED的光功率输出的方法，包括使蓝色LED光学地耦合至显示***的导光板。

在方法的实施例中，光耦合包括用条带或者粘合剂使蓝色LED耦合至导光板。在方法的实施例中，导光板通过从LED突出的包封剂光学地耦合至蓝色LED。

合适地，与不包括光学地耦合至光导的蓝色LED的显示***相比，方法将蓝色LED的光功率输出增大至少10％。

下面参照附图对进一步实施例、实施例的特征和优点以及各种实施例的结构和操作进行详细描述。

附图说明

图1A示出了如此处描述的示例性显示***。

图1B示出了如此处描述的另外的示例性显示***。

图2A-2C示出了图示蓝色LED中的光功率输出损耗的来源和LED与导光板之间的光耦合效应的示意图。

图3A-3B示出了蓝色和白色LED的光谱功率密度和积分光谱功率密度的理论计算。

图4A-4C示出了三个不同LED/光耦合配置中的背光的图像。

具体实施方式

应当理解，此处示出和描述的特定实现是示例并且不旨在以任何方式另外限制本申请的范围。

此处引用的公开专利、专利申请、网站、公司名称和科学文献通过引用将其全部内容并入此处，其程度与各自具体地并且单独地指示为通过引用并入一样。此处引用的任何参考文献与本说明书的具体教导之间的任何矛盾应当以有利于后者的方式解决。同样地，本领域理解的单词或者短语的定义与如本说明书中具体教导的单词或者短语的定义之间的任何矛盾应当以有利于后者的方式解决。

如本说明书中使用的，除非内容另外清楚地指示，单数形式“一”和“该”还具体地包括它们提到的术语的复数形式。此处使用术语“大约”表示近似地、在…的左右、粗略地或者差不多的意思。当提到任何数字值时，“大约”意指所陈述值的+/-10％的值(例如“大约100nm”包括大小为从90nm到110nm的范围，包括90nm和110nm)。

除非另外限定，此处使用的技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员通常理解的意义。此处对本领域技术人员已知的各种方法和材料进行引用。

发光纳米晶体磷光体

此处描述了包含纳米晶体的各种组合物，包括发光纳米晶体。可以为各种应用定制和调节发光纳米晶体的各种性质，包括它们的吸收性质、发射性质和折射率性质。如此处使用的，术语“纳米晶体”指的是基本上单晶的纳米结构。纳米晶体具有尺寸小于大约500nm以及低至小于大约1nm的数量级的至少一个区域或者特性尺寸。术语“纳米晶体”、“纳米点”、“点”、“量子点”和“QD”由本领域普通技术人员容易地理解为表示相似结构并且此处可交换使用。本发明还包括使用多晶纳米晶体或者非晶纳米晶体。如此处使用的，术语“纳米晶体”还包括“发光纳米晶体”。如此处使用的，术语“发光纳米晶体”意指当由外部能量源(合适地为光)激发时发射光的纳米晶体。

纳米晶体的材料性质可以是基本上均质的，或者在某些实施例中，可以是非均质的。纳米晶体的光学性质可以由它们的颗粒大小、化学或者表面组成确定。在大约1nm与大约15nm之间的范围中定制发光纳米晶体大小的能力使得能够在整个光谱中光电发射覆盖以提供显色性的很大通用性。颗粒包封提供对抗化学和UV劣化试剂的鲁棒性。

可以使用本领域技术人员已知的任何方法产生在此处描述的实施例中使用的纳米晶体(包括发光纳米晶体)。在美国专利No.7,374,807、2004年3月10日提交的美国专利申请序列No.10/796,832、美国专利No.6,949,206和2004年6月8日提交的美国临时专利申请No.60/578,236中公开了合适方法和示例性纳米晶体，其中的每一个的公开通过引用将其全部内容并入此处。

用于在此处描述的实施例中使用的发光纳米晶体可以由任何合适材料产生，包括无机材料，以及更合适地为无机导电或者半导电材料。合适的半导体材料包括美国专利申请序列No.10/796,832中公开的那些半导体材料并且包括任何类型的半导体，包括II-VI族、III-V族、IV-VI族和IV族半导体。合适的半导体材料包括但不限于Si、Ge、Sn、Se、Te、B、C(包括金刚石)、P、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、Si₃N₄、Ge₃N₄、Al₂O₃、(Al、Ga、In)₂(S、Se、Te)₃、Al₂CO和两个或者更多个这种半导体的适当组合。

在某些实施例中，纳米晶体可以包括来自由p型掺杂剂或者n型掺杂剂组成的组的掺杂剂。此处有用的纳米晶体还可以包括II-VI或者III-V半导体。II-VI或者III-V半导体纳米晶体的示例包括来自元素周期表的II族元素(诸如Zn、Cd和Hg)与来自VI族的任何元素(诸如S、Se、Te和Po)的任何组合；以及来自元素周期表的III族元素(诸如B、Al、Ga、In和Tl)与来自V族的任何元素(诸如N、P、As、Sb和Bi)的任何组合。

对此处描述的实施例有用的纳米晶体(包括发光纳米晶体)还可以进一步包括共轭、协同、关联或者附着到它们表面的配体。合适的配体包括本领域技术人员已知的任何基团，包括2000年2月4日提交的美国专利申请序列No.12/79,813、2008年3月19日提交的美国专利申请序列No.12/076,530、2009年10月30日提交的美国专利申请序列No.12/609,736、2005年12月9日提交的美国专利申请序列No.11/299,299、美国专利No.7,645,397、美国专利No.7,374,807、美国专利No.6,949,206、美国专利No.7,572,393和美国专利No.7,267,875中公开的那些基团，其中的每一个的公开通过引用并入此处。使用这种配体可以增强纳米晶体并入各种溶剂和基体(包括聚合物)的能力。增大纳米晶体在各种溶剂和基体中的溶混性(即，在没有分离的情况下进行混合的能力)允许它们贯穿聚合物组合物分布，以使得纳米晶体不聚集在一起并且因此不散射光。此处将这种配体描述为“溶混性增强”配体。

在某些实施例中，提供了包括分布或者嵌入在基体材料中的纳米晶体的组合物。合适的基体材料可以是本领域普通技术人员已知的任何材料，包括聚合物材料、有机氧化物和无机氧化物。此处描述的组合物可以是层、包封剂、涂层、片或者膜。应当理解，在此处描述的参照层、聚合物层、基体、片或者膜的实施例中，这些术语可交换地使用，以及如此描述的实施例不限于任何一种类型的组合物，而是包括此处描述的或者本领域已知的任何基体材料或者层。

下转换纳米晶体(例如，如美国专利No.7,374,807中公开的)利用发光纳米晶体的发射性质，该发光纳米晶体的发射性质被定制为吸收特定波长的光并且随后以第二波长发射，从而提供放射源(activesource)(例如，LED)的增强的性能和效率。

尽管可以使用本领域普通技术人员已知的任何方法创建纳米晶体(发光纳米晶体)，但是合适地使用用于无机纳米材料磷光体的受控生长的液相胶体方法。参见Alivisatos，A.P.，“Semiconductorclusters,nanocrystals,andquantumdots”,Science271:933(1996)；X.Peng，M.Schlamp,A.Kadavanich，A.P.Alivisatos，“EpitaxialgrowthofhighlyluminescentCdSe/CdSCore/Shellnanocrystalswithphotostabilityandelectronicaccessibility”,J.Am.Chem.Soc.30:7019-7029(1997)和C.B.Murray,D.J.Norris，M.G.Bawendi“SynthesisandcharacterizationofnearlymonodisperseCdE(E＝sulfur,selenium,tellurium)semiconductornanocrystallites”J.Am.Chem.Soc.115:8706(1993)，它们的公开通过引用将其全部内容并入此处。该制造工艺技术利用低成本加工性能而不需要清洁室和昂贵的制造设备。在这些方法中，将在高温经受高温分解的金属前体迅速地注入到有机表面活性剂分子的热溶液中。这些前体在升高的温度***并且反应以使纳米晶体成核。在该初始成核阶段之后，生长阶段以对生长的晶体添加单体开始。产物是溶液中的独立结晶的纳米颗粒，该纳米颗粒具有涂敷它们表面的有机表面活性剂分子。

利用该方式，合成作为在数秒内进行的初始成核事件发生，继之以在升高的温度若干分钟的晶体成长。可以修改参数(诸如温度、存在的表面活性剂类型、前体材料和表面活性剂与单体的比率)以便改变反应的本质和进程。温度控制成核事件的结构相、前体的分解速率和生长速率。有机表面活性剂分子调解溶解性和纳米晶体形状的控制。表面活性剂与单体的比率、表面活性剂彼此的比率、单体彼此的比率和单体的个体浓度强烈地影响生长动力学。

在合适的实施例中，在一个示例中对于可见光下转换，CdSe用作纳米晶体材料，这归因于该材料合成的相对成熟。由于使用通用表面化学，还可以取代不含镉的纳米晶体。

核/壳发光纳米晶体

在半导体纳米晶体中，光诱导的发射由纳米晶体的能带边缘态引起。来自发光纳米晶体的能带边缘发射与来源于表面电子态的辐射和非辐射衰变道竞争。X.Peng等人，J.Am.Chem.Soc.30:7019-7029(1997)。因此，表面缺陷(诸如悬空键)的存在提供非辐射复合中心并且导致降低的发射效率。将表面俘获态钝化和移除的高效且永久的方法是在纳米晶体的表面上外延地生长无机壳材料。X.Peng等人，J.Am.Chem.Soc.30:7019-7029(1997)。壳材料可以选择为使得电子能级相对于核材料为I型(例如，具有较大带隙以提供使电子和空穴局限于核的电位阶跃)。因此，可以减小非辐射复合的概率。

通过向包括核纳米晶体的反应混合物添加包括壳材料的有机金属前体获得核-壳结构。在该情况下，并不是在成核事件之后生长，而是核充当晶核，并且壳从核的表面生长。保持反应温度低有助于向核表面添加壳材料单体，同时防止壳材料的纳米晶体的独立成核。反应混合物中存在表面活性剂以引导壳材料的受控生长并且确保溶解性。当两种材料之间存在低晶格失配时获得均匀并且外延生长的壳。

用于制备核-壳发光纳米晶体的示例性材料包括但不限于Si、Ge、Sn、Se、Te、B、C(包括金刚石)、P、Co、Au、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、Si₃N₄、Ge₃N₄、Al₂O₃、(Al、Ga、In)₂(S、Se、Te)₃、AlCO和两个或者更多个这种材料的适当组合。用于在本发明的实践中使用的示例性核-壳发光纳米晶体包括但不限于(表示为核/壳)CdSe/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdTe/ZnS以及其它核-壳发光纳米晶体。

如全文使用的，多个磷光体或者多个发光纳米晶体意指多于一个磷光体或者发光纳米晶体(即，2、3、4、5、10、100、1000、1000000等等个纳米晶体)。尽管组合物将合适地包括具有相同组成的磷光体或者发光纳米晶体，但是在进一步实施例中，多个磷光体或者发光纳米晶体可以是各种不同组合物。例如，发光纳米晶体可以都以相同波长发射，或者在进一步实施例中，组合物可以包括以不同波长发射的发光纳米晶体。

用于在此处描述的实施例中使用的发光纳米晶体的大小将合适地小于大约100nm，以及大小低至小于大约2nm。在合适的实施例中，本发明的发光纳米晶体吸收可见光。如此处使用的，可见光是具有对人眼可见的大约380纳米与大约780纳米之间的波长的电磁辐射。可见光可以分成光谱的各种颜色，诸如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝色和紫罗兰色。如此处使用的，蓝光包括大约435nm与大约500nm之间波长的光，绿光包括大约520nm与565nm之间波长的光以及红光包括大约625nm与大约740nm之间波长的光。

在实施例中，发光纳米晶体具有使得它们吸收紫外、近红外和/或红外光谱中的光子的大小和组成。如此处使用的，紫外光谱包括大约100nm至大约400nm之间波长的光，近红外光谱包括大约750nm至大约100μm之间波长的光以及红外光谱包括大约750nm至大约300μm之间波长的光。

尽管可以在此处描述的各种实施例中使用任何合适材料的发光纳米晶体，但是，在某些实施例中，纳米晶体可以是ZnS、InAs或者CdSe纳米晶体，或者纳米晶体可以包括形成用于在本发明的实践中使用的纳米晶体群体的各种组合。如上面讨论的，在进一步实施例中，发光纳米晶体是核/壳纳米晶体，诸如CdSe/ZnS、InP/ZnSe、CdSe/CdS或者InP/ZnS。

在实施例中，发光纳米晶体将包括当由蓝光源激发时能够发射红光的至少一个发光纳米晶体群体以及能够发射绿光的至少一个发光纳米晶体群体。可以调节发光纳米晶体波长和浓度以满足所需要的光学性能。在又其它实施例中，发光纳米晶体磷光体材料可以包括吸收具有不期望的发射波长的光的波长并且重发射具有期望的发射波长的二次光的发光纳米晶体群体。以这种方式，此处描述的发光纳米晶体膜包括至少一个滤色发光纳米晶体群体，用以进一步调整照明器件发射并且减少或者消除对滤色的需要。

可以在公开的美国专利申请No.2012/0113672中找到合适的发光纳米晶体、制备发光纳米晶体的方法(包括添加各种溶解性增强配体)，该美国专利申请的公开通过引用将其全部内容并入此处。

显示***

在实施例中，此处提供了适合在任何数量的应用中使用的各种显示***。如此处使用的，“显示***”指的是允许数据在显示器上可见表示的元件布置。合适的显示器包括用于在视觉上向用户显示信息的各种平坦的、弯曲的或者其它形状的屏幕、膜、片或者其它结构。可以在例如包括液晶显示器(LCD)、电视、计算机、移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、游戏装置、电子阅读装置、数字摄像机等等的装置中包括此处描述的显示***。

图1A示出了示例性显示***100。在实施例中，显示***100包括一个或者多个蓝色发光二极管(LED)102。LED的各种取向和部件对本领域普通技术人员来说是公知的。此处描述的蓝色LED适合在440-470nm范围中发射。例如，蓝色LED可以是GaNLED，诸如以450nm波长发射蓝光的GaNLED。

如图1A所示，显示***100还包括导光板104。合适地，在全文描述的显示***中，导光板104光学地耦合至一个或者多个蓝色LED。

如此处使用的，下列术语可交换地使用，“导光板”、“光导”或者“导光面板”，并且指的是适合于将电磁辐射(光)从一个位置引导到另一个位置的光学部件。示例性导光板包括光纤电缆，诸如板、膜、容器或者其它结构的聚合物或者玻璃固体。导光板的大小将取决于LED的最终应用和特性。通常，导光板的厚度将与LED的厚度相容。导光板的其它尺寸通常设计为延伸到LED的尺寸之外，并且合适地为数十毫米到数十至数百厘米的数量级。尽管图中图示的导光板表示适用于显示***等等中的实施例，但是还可以利用其它光导(包括光纤电缆等等)。

合适的导光板材料包括聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸类聚合物树脂、玻璃或者本领域中已知的任何合适的导光板材料。用于导光板的合适的制造方法包括注塑成型、挤压或者本领域中已知的其它合适的实施例。在示例性实施例中，导光板提供来自导光板顶表面的均匀的一次光发射，使得进入发光纳米晶体膜的一次光具有均匀颜色和亮度。导光板可以包括本领域已知的任何厚度或者形状。例如，导光板厚度可以在整个导光板表面上均匀。替换地，导光板可以具有楔状形状。

如此处使用的，“光学地耦合”意指部件(例如，导光板和LED)被安置为使得光能够从一个部件传递到另一个部件而没有大量干扰。光耦合包括诸如导光板和LED的部件直接物理接触的实施例，或者如图1A所示，导光板104和LED102各自与光学透明元件118接触。光学透明元件可以包括放置在导光板104与LED102之间以使元件光学地耦合的条带或者粘合剂，包括各种胶、聚合物组合物(诸如有机硅)等等。可以在此处描述的实施例中使用的另外的光学透明粘合剂包括各种聚合物，包括但不限于聚(乙烯醇缩丁醛)：聚(醋酸乙烯酯)；环氧树脂；聚氨酯；有机硅及其衍生物，包括但不限于聚苯基甲基硅氧烷、聚苯基烷基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷、聚二烷基硅氧烷、氟化有机硅和乙烯基和氢化物取代的有机硅；由单体形成的丙烯酸类聚合物和共聚物，所述单体包括但不限于甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸月桂酯；苯乙烯系聚合物；以及与双官能单体(如，二乙烯基苯)交联的聚合物。

在进一步实施例中，例如通过利用聚合物导光板可以实现光耦合，该聚合物导光板在加热时熔化或者变形，使得LED可以接触到导光板，并且随后导光板冷却，从而便于在两个元件之间形成物理粘合或者接触。在进一步实施例中，可以用具有从LED突出的包封剂(例如用具有与导光板的折射率相似的折射率的顺应性包封聚合物填充的突出聚合物表面)的蓝色LED实现光耦合。在这种实施例中，在将导光板压靠蓝色LED时，通过突出的包封剂(即，包封聚合物)在导光板与LED之间直接形成光耦合。

应当注意，尽管光耦合不需要部件之间的物理相互作用，但是合适地，物理相互作用确实存在，并且合适地包括接触并且通过连接两个部件的粘合复合物(例如，条带或者聚合物)来促进。只要光能够在部件之间通过，就认为它们光学地耦合。

图1A所示的显示***100还合适地进一步包括显示器，例如液晶模块114。如此处使用的，显示***的“显示器”或者“显示器面板”是由显示***的用户或者观察者看到的显示输出的部分。

显示***100还合适地进一步包括包含多个磷光体122的组合物106，该组合物在导光板与显示器之间取向。如此处描述的，在实施例中，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，显示***100呈现了增大的光功率输出。

在实施例中，此处描述的显示***合适地包括传统上在基于LED的显示***中发现的一个或者多个另外的元件。如图1A所示，这种元件包括但不限于(一个或者多个)漫射器112(顶部或者底部)、(一个或者多个)水平亮度增强膜(BEF)110、(一个或者多个)垂直BEF108和(一个或者多个)反射器116中的一个或者多个。合适地，这些元件的取向、它们的制造和在显示***中的并入是本领域中公知的。

漫射器或者漫射器膜与此处描述的散射特征不同并且是对此处描述的散射特征的补充。漫射器112可以包括本领域中已知的任何漫射器膜(包括增益漫射器膜)并且可以设置在一个或者多个BEF108、110或者显示***的其它光学膜之上或者之下。在示例性实施例中，包括磷光体的组合物(合适地，包括发光纳米晶体的膜)消除在显示***中对常规底部漫射器膜的需要，从而使照明器件的厚度最小化。包括磷光体的组合物还可以包括与其关联的一个或者多个散射或者漫射器特征，除增大组合物中磷光体的二次发射以外所述特征可以用作传统漫射器的用途。

BEF和亮度增强特征可以包括反射膜和/或折射膜、反射偏振器膜、棱镜膜、凹槽膜、带槽棱镜膜、棱镜、节距(pitch)、凹槽或者本领域中已知的任何合适的BEF或者亮度增强特征。例如，BEF可以包括诸如Vikuiti^TM的常规BEF、可从3M^TM获得的BEF。

在示例性实施例中，显示***包括至少一个BEF，更合适地包括至少两个BEF。合适地，显示***可以包括至少三个BEF。在示例性实施例中，至少一个BEF包括反射偏振器BEF，例如，用于使由底部偏振器膜以其它方式吸收的光再循环。亮度增强特征和BEF可以包括反射器和/或折射器、偏振器、反射偏振器、光提取特征、光再循环特征或者本领域中已知的任何亮度增强特征。BEF和亮度增强特征可以包括常规BEF。例如，BEF可以包括具有节距的第一层或者具有第一节距角(pitchangle)的棱镜，以及具有节距的至少第二层或者具有第二节距角的棱镜。

反射器116被合适地安置以便增加从导光板发射的光量。反射器可以包括任何合适的材料，诸如反射镜、反射器颗粒膜、反射金属膜或者任何合适的常规反射器。在实施例中，反射器合适地为白色膜。在某些实施例中，反射器可以包括另外的功能或者特征，诸如散射、漫射器或者亮度增强特征。

在又进一步实施例中，如图1A所示，显示***包括一个或者多个蓝色LED102、光学耦合至蓝色LED102的导光板104、显示器(例如，液晶模块114)和包括多个磷光体(122)的膜(例如，106)、在导光板与液晶模块之间取向的组合物。合适地，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，此处描述的显示***呈现了增大的光功率输出和发光输出。

如此处使用的，当描述所提供的各种显示***的元件时，“在...之间取向”意味着指示各种元件相对于彼此安置以使得一个元件(例如，包括磷光体的组合物)在元件按照堆叠或者分层取向的配置中在一个元件之上，但在另一个元件之下。应当理解，其它取向可以用于此处描述的实施例中，并且可以由本领域普通技术人员容易地确定。

此处描述了用于使光导104光学地耦合至蓝色LED102的示例性条带和粘合剂。在另外的实施例中，蓝色LED通过从LED突出的包封剂耦合至光导。另外，在全文中描述了示例性磷光体(包括各种发光纳米晶体)。

如此处描述的，在合适的实施例中，膜106是聚合物膜，包括发光纳米晶体。此处描述了用于在制备膜106中使用的示例性聚合物和制备包括发光纳米晶体的聚合物膜的方法。

在全文中描述了可以包括在此处描述的显示***中的另外的元件。

在图1A所示显示***100的另外的实施例中，此处描述的是显示***，包括一个或者多个蓝色LED102、光学地耦合至蓝色LED的导光板104、包括多个磷光体(122)的聚合物膜(例如，106)、在导光板104之上取向的聚合物膜、在聚合物膜之上取向的垂直BEF108、在垂直BEF108之上取向的水平BEF110、在水平BEF110之上取向的顶部漫射器112以及在顶部漫射器112之上取向的液晶模块114。

合适地，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，此处描述的显示***呈现了增大的光功率输出。在实施例中，此处描述的显示***在20mA的驱动电流呈现至少26mW/LED的光功率输出，更合适地至少28mW/LED或者至少29mW/LED。

此处描述了用于制备光耦合的示例性方法和组合物，还有示例性磷光体，包括发光纳米晶体。

此处描述的显示***可以包括在***相邻元件之间的一个或者多个介质材料。***可以包括设置在***中任何相邻元件之间的一个或者多个介质材料，包括LED与导光板之间，导光板与包括磷光体的组合物之间，在包括磷光体的组合物内的任何不同层或者区域之间，包括磷光体的组合物与一个或者多个阻挡层之间，包括磷光体的组合物与导光板之间，包括磷光体的组合物与一个或者多个BEF、漫射器、反射器或者其它特征之间，以及多个阻挡层之间，或者显示***的任何其它元件之间。一个或者多个介质可以包括任何合适的材料，包括但不限于真空、空气、气体、光学材料、粘合剂、光学粘合剂、玻璃、聚合物、固体、液体、凝胶、固化材料、光耦合材料、折射率匹配或者折射率失配材料、折射率梯度材料、包覆或者防包覆材料、间隔物、环氧树脂、硅胶、有机硅、此处描述的任何基体材料、亮度增强材料、散射或者漫射器材料、反射或者抗反射材料、波长选择材料、波长选择抗反射材料、滤色器或者本领域中已知的其它合适介质。合适的介质材料包括光学透明的、不发黄的、压力敏感的光学粘合剂。合适的材料包括有机硅、有机硅凝胶、硅胶、环氧树脂(例如，Loctite^TMEpoxyE-30CL)、丙烯酸酯(例如，3M^TMAdhesive2175)和此处提到的基体材料。一个或者多个介质材料可以被应用为可固化凝胶或者液体，并且在沉积期间或者之后固化或者在沉积之前预先形成并且预先固化。合适的固化方法包括UV固化、热固化、化学固化或者本领域中已知的其它合适的固化方法。合适地，可以选择折射率匹配介质材料以使照明器件的元件之间的光损耗最小化。

在另外的实施例中，提供了显示***，其中包括多个磷光体的容器光学地耦合至蓝色LED。例如，如图1B中的显示***160所示，蓝色LED162在182处光学地耦合至包括多个磷光体184(例如，如此处公开的多个发光纳米晶体)的容器178。在示例性实施例中，如在全文中描述的，容器178是毛细管。

如图1B所示，导光板164在182处通过胶、单独机械对准、如全文中描述的各种粘合剂等等以及它们的组合光学地耦合至容器178。这还可以例如通过利用聚合物导光板实现，该聚合物导光板在加热时熔化或者变形，使得气密密封的容器可以接触到导光板，并且随后导光板冷却，从而便于在元件之间(例如，在LED、导光板和包括磷光体的容器之间)形成物理粘合或者接触。在另外的实施例中，蓝色LED通过从LED突出的包封剂耦合至光导。

在示例性实施例中，如图1B所示的显示***160可以进一步包括在导光板164之上取向的底部漫射器166、在底部漫射器166之上取向的垂直BEF168、在垂直BEF168之上取向的水平BEF170、在水平BEF170之上取向的顶部漫射器172和在顶部漫射器172之上取向的液晶模块174(即，显示器)。如此处描述的，显示***还可以进一步包括反射器176。

磷光体的组合物

如此处使用的，术语“磷光体”指的是合成荧光或者磷光物质。示例性磷光体包括诸如掺杂铈(II)的YAG磷光体(YAG:Ce³⁺或者Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺)的传统材料以及如此处描述的发光纳米晶体。可以在此处描述的器件中利用的另外的磷光体包括但不限于硅酸盐磷光体、石榴石磷光体、铝酸盐磷光体、氮化物磷光体、NYAG磷光体、SiAlON磷光体和基于CaAlSiN₃(CASN)的磷光体以及本领域中已知的其它磷光体。

如全文描述的，用于在所提供的实施例中使用的包括磷光体的组合物可以采用多种形状，包括例如膜或者片(例如，图1A的组合物106)。在进一步实施例中，组合物可以是用于容纳磷光体(合适地为发光纳米晶体)的各种容器或者接受器。

合适地，磷光体以及具体地发光纳米晶体分散或者嵌入在合适的聚合物材料中以创建膜或者片，所述膜或者片还称为量子点增强膜(QDEF)。例如，在公开的美国专利申请No.2010/0110728和No.2012/0113672中描述了这种膜，这些美国专利申请中的每一个的公开通过引用将其全部内容合并于此。

发光纳米晶体合适地涂敷有一个或者多个配体涂层、嵌入在一个或者多个膜或者片中和/或由一个或者多个阻挡层密封。这种配体、膜和阻挡物可以向发光纳米晶体提供光稳定性并且保护发光纳米晶体免受环境条件(包括升高的温度、高强度光、外部气体、湿度以及其它有害环境条件)影响。可以用这些材料实现另外的效应，包括主体膜材料中的期望折射率、主体膜材料中的期望粘度或者发光纳米晶体分散/溶混性以及其它期望效应。在合适的实施例中，配体和膜材料将被选择为具有充分低的热膨胀系数，使得热固化基本上不影响发光纳米晶体磷光体材料。

此处有用的发光纳米晶体合适地包括共轭、协同、关联或者附着到它们表面的配体。在优选实施例中，发光纳米晶体包括包含配体的涂层，以保护发光纳米晶体免受外部湿度和氧化的影响、控制聚集并且允许发光纳米晶体在基体材料中分散。此处描述了合适的配体和基体材料以及用于提供这种材料的方法。另外的合适配体和膜材料以及用于提供这种材料的方法包括本领域技术人员已知的任何基团，包括在公开的美国专利申请No.2012/0113672、2000年2月4日提交的美国专利申请序列No.12/79,813、2008年3月19日提交的美国专利申请序列No.12/076,530、2009年10月30日提交的美国专利申请序列No.12/609,736、2005年12月9日提交的美国专利申请序列No.11/299,299、美国专利No.7,645,397、美国专利No.7,374,807、美国专利No.6,949,206、美国专利No.7,572,393和美国专利No.7,267,875中公开的那些基团，其中的每一个的公开通过引用将其全部内容并入此处。另外，合适的配体和基体材料包括本领域中任何合适的材料。

在聚合物材料中分散发光纳米晶体提供了密封纳米晶体的方法并且提供了用于使发光纳米晶体的各种组合物和大小混合的机构。如全文使用的，“分散的”包括发光纳米晶体的均匀(即，基本上均质的)以及不均匀(即，基本上非均质的)分布或者放置。

用于在包括发光纳米晶体的组合物中使用的合适材料包括聚合物以及有机和无机氧化物。合适的聚合物包括本领域普通技术人员已知的可以用于这种目的的任何聚合物。在合适的实施例中，聚合物将是基本上半透明或者基本上透明的。合适的基体材料包括但不限于环氧树脂；丙烯酸酯；降冰片烯；聚乙烯；聚(乙烯醇缩丁醛)：聚(醋酸乙烯酯)；聚脲；聚氨酯；有机硅及其衍生物，包括但不限于，氨基有机硅(AMS)、聚苯基甲基硅氧烷、聚苯基烷基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷、聚二烷基硅氧烷、倍半硅氧烷、氟化有机硅以及乙烯基和氢化物取代的有机硅；由单体形成的丙烯酸类聚合物和共聚物，所述单体包括但不限于甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸月桂基酯；苯乙烯系聚合物，诸如聚苯乙烯、氨基聚苯乙烯(APS)和聚(丙烯腈乙烯苯乙烯)(AES)；与双官能单体(如，二乙烯基苯)交联的聚合物；适合于使配体材料交联的交联剂；与配体胺(例如，APS或者PEI配体胺)结合以形成环氧树脂的环氧化物等等。

可以使用任何合适的方法将此处描述的发光纳米晶体嵌入在聚合物(或者其它合适的材料，例如，蜡、油)基体中，例如，使发光纳米晶体混合在聚合物中并浇铸膜；使发光纳米晶体与单体混合并且使它们聚合在一起；使发光纳米晶体混合在溶胶-凝胶中或者本领域技术人员已知的任何其它方法。如此处使用的，术语“嵌入”用于指示发光纳米晶体封闭或者包入聚合物内。应当注意，尽管发光纳米晶体合适地均匀分布在整个组合物中，但是在进一步实施例中，它们可以根据特定于应用的均匀分布函数来分布。

可以通过本领域中已知的任何方法(诸如旋转涂敷和丝网印刷)控制如此处描述的包括发光纳米晶体的组合物的厚度。如此处描述的发光纳米晶体组合物可以是任何期望的大小、形状、配置和厚度。例如，组合物可以是层的形式以及其它形状，例如，盘状、球体、立方体或者块体、管状配置等等。尽管各种组合物可以是需要或者期望的任何厚度，但是合适地，组合物厚度为大约100mm数量级(即，在一个维度中)，以及厚度低至小于大约1mm数量级。在其它实施例中，聚合物膜厚度可以为数十至数百微米数量级。可以以适于期望功能的任何荷载比将发光纳米晶体嵌入在各种组合物中。合适地，将根据所使用纳米晶体的类型、应用和聚合物按照大约0.001％体积与大约75％体积之间的比率装载发光纳米晶体。适当的荷载比可以由本领域普通技术人员容易地确定并且此处关于具体应用进行了进一步描述。在示例性实施例中，装载到发光纳米晶体组合物中的纳米晶体量处于大约10％体积到百万分之一(ppm)水平的数量级。

包括磷光体的容器

在进一步实施例中，包括磷光体的组合物是包括多个发光纳米晶体的容器。如此处使用的，“容器”指的是引入发光纳米晶体的载体、接受器或者预先形成的制品(通常为发光纳米晶体的组合物，例如，包括发光纳米晶体的聚合物基体)。容器的示例包括但不限于聚合物结构或者玻璃结构，诸如管、模塑或者成型的器皿或者接受器。在示例性实施例中，可以通过将聚合物或者玻璃物质挤压成期望形状(诸如管(圆形、矩形、三角形、椭圆形或者其它期望横截面)或者类似结构)以形成容器。可以使用任何聚合物形成用于在此处描述的实施例中使用的容器。用于制备供本发明的实践中使用的容器的示例性聚合物包括但不限于丙烯酸、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)和各种有机硅衍生物。也可以使用另外的材料形成用于在本发明的实践中使用的容器。例如，可以由金属、各种玻璃、陶瓷等等制备容器。

在实施例中，聚合物管或者玻璃管可以用作容器。随后可以通过仅仅对容器的端部施加减小的压力将发光纳米晶体的溶液吸入容器中。随后可以通过在整个容器长度的各种密封位置或者密封件处加热和“夹持”容器或者通过使用如全文描述的其它密封机构将容器密封。以这种方式，可以将容器分成各种单独区段。可以将这些区段作为单个密封容器保持在一起或者将区段分成单独的工件。可以进行容器的气密密封，使得每个单独的密封件分离相同纳米晶体的溶液。在其它实施例中，可以创建密封件，使得容器的分离区段各自包括不同纳米晶体溶液(即，不同纳米晶体组合物、大小或者密度)。

在实施例中，容器合适地为塑料或者玻璃容器。在合适的实施例中，密封容器是塑料或者玻璃(例如，硼硅酸盐)毛细管。如此处使用的，“毛细管”指的是具有比其宽度和高度尺寸更长的长度尺寸的细长容器。合适地，毛细管是具有圆形、矩形、正方形、三角形、不规则或者其它横截面的管或者类似结构。合适地，用于在此处描述的显示器件中使用的毛细管可以被配置为使得与和其光学地耦合的LED的形状和取向相匹配。在示例性实施例中，毛细管具有大约100μm至大约1mm的至少一个尺寸。在利用塑料毛细管的实施例中，可以添加诸如SiO₂、AlO₂或者TiO₂的涂层以及此处描述的其它涂层以便为毛细管提供另外的气密密封。

合适地，此处描述的毛细管具有大约50μm至大约10mm、大约100μm至大约1mm或者大约100μm至大约500μm的厚度。厚度指的是毛细管进入到导光板的平面中的尺寸。合适地，毛细管具有大约50μm至大约10mm、大约100μm至大约1mm或者大约100μm至大约500μm的高度(在导光板的平面中)。合适地，毛细管具有大约1mm至大约50mm、大约1mm至大约40mm、大约1mm至大约30mm、大约1mm至大约20mm或者大约1mm至大约10mm的长度(在导光板的平面中)。

此处描述的容器中的发光纳米晶体的浓度取决于应用、发光纳米晶体的大小、发光纳米晶体的组成、分散有发光纳米晶体的聚合物基体的组成以及其它因素并且可以使用本领域中的惯用方法进行优化。合适地，发光纳米晶体以大约0.01％至大约50％、大约0.1％至大约50％、大约1％至大约50％、大约1％至大约40％、大约1％大约30％、大约1％至大约20％、大约1％至大约10％、大约1％至大约5％或者大约1％至大约3％(按重量计)的浓度存在。

显示***呈现增大的光功率输出和增大的发光输出

如此处描述的以及在示例中特别描述的，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，此处描述的显示***呈现了增大的光功率输出和增大的发光输出。如此处使用的，“光功率输出”被定义为当以恒定电流驱动时每个LED每单位时间由LED发射的总功率。光功率输出合适地表示为瓦特/LED(合适地mW/LED)。本领域普通技术人员将容易地理解还可以按照各种驱动电流计算光功率输出(只要按照相同驱动电流合适地进行比较测量)。

如此处使用的，“发光输出”被定义为由显示***发射的可见光的总量。以流明测量如此处描述的发光输出。

如此处使用的，当提到此处描述的显示***时，“增大的光功率输出”用于指示所述显示***与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，展示了大于至少3％的更多光功率。更合适地，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，所公开的显示***提供了至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、至少10％、至少11％、至少12％、至少13％、至少14％、至少15％、至少16％、至少17％、至少18％、至少19％或者至少20％的更多光功率。在其它实施例中，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，所公开的显示***展示了大约3％至大约20％、大约5％至大约20％、大约5％至大约15％、大约5％至大约12％、大约5％至大约11％、大约6％至大约14％、大约7％至大约13％、大约8％至大约12％、大约9％至大约11％、大约7％、大约8％、大约9％、大约10％、大约11％、大约12％、大约13％、大约14％或者大约15％的增大的光功率输出，包括所叙述值内的任何值和范围。

如此处使用的，当提到此处描述的显示***时，“增大的发光输出”用于指示与所述显示***导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，展示了大于至少3％的更多发光输出。更合适地，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，所公开的显示***提供了至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、至少10％、至少11％、至少12％、至少13％、至少14％、至少15％、至少16％、至少17％、至少18％、至少19％或者至少20％的更多发光输出。在其它实施例中，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，所公开的显示***展示了大约3％至大约20％、大约5％至大约20％、大约5％至大约15％、大约5％至大约12％、大约5％至大约11％、大约6％至大约14％、大约7％至大约13％、大约8％至大约12％、大约9％至大约11％、大约7％、大约8％、大约9％、大约10％、大约11％、大约12％、大约13％、大约14％或者大约15％的增大的发光输出，包括所叙述值内的任何值和范围。

在进一步实施例中，与其中包括多个磷光体的容器没有光学地耦合至蓝色LED并且没有光学地耦合至导光板的显示***相比，所公开的其中包括多个磷光体的容器光学地耦合至蓝色LED并且光学地耦合至导光板的显示***提供了至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、至少10％、至少11％、至少12％、至少13％、至少14％、至少15％、至少16％、至少17％、至少18％、至少19％或者至少20％的更多光功率。在其它实施例中，与其中包括多个磷光体的容器没有光学地耦合至蓝色LED并且没有光学地耦合至导光板的显示***相比，所公开的显示***展示了大约3％至大约20％、大约5％至大约20％、大约5％至大约15％、大约5％至大约12％、大约5％至大约11％、大约6％至大约14％、大约7％至大约13％、大约8％至大约12％、大约9％至大约11％、大约7％、大约8％、大约9％、大约10％、大约11％、大约12％、大约13％、大约14％或者大约15％的增大的光功率输出，包括所叙述值内的任何值和范围。

在进一步实施例中，与其中包括多个磷光体的容器没有光学地耦合至蓝色LED并且没有光学地耦合至导光板的显示***相比，所公开的其中包括多个磷光体的容器光学地耦合至蓝色LED并且光学地耦合至导光板的显示***提供了至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、至少10％、至少11％、至少12％、至少13％、至少14％、至少15％、至少16％、至少17％、至少18％、至少19％或者至少20％的更多发光输出。在其它实施例中，与其中包括多个磷光体的容器没有光学地耦合至蓝色LED并且没有光学地耦合至导光板的显示***相比，所公开的显示***展示了大约3％至大约20％、大约5％至大约20％、大约5％至大约15％、大约5％至大约12％、大约5％至大约11％、大约6％至大约14％、大约7％至大约13％、大约8％至大约12％、大约9％至大约11％、大约7％、大约8％、大约9％、大约10％、大约11％、大约12％、大约13％、大约14％或者大约15％的增大的发光输出，包括所叙述值内的任何值和范围。

增大光功率输出和发光输出的方法

如此处描述的，提供了提高从蓝色LED的蓝光提取效率的显示***。在实施例中，蓝色LED光学地耦合至导光板。这种光耦合移除聚合物/空气界面，从而合适地防止蓝光背向反射并由蓝色管芯(图1A的120)随后吸收。全文描述了光功率输出和发光输出的提高。

减小或者消除蓝光反射带来降低LED封装侧壁上的蓝色通量的额外好处，这延长LED封装的寿命。另外，减少LED管芯的蓝光吸收可以降低管芯温度，这可以进一步提高其效率并且延长LED寿命。

在又进一步实施例中，提供了增大显示***中蓝色LED的光功率输出和发光输出的方法。这种方法合适地包括使蓝色LED光学地耦合至显示***的导光板。此处提供了用于在光耦合中使用的示例性方法和组合物，包括条带和各种粘合剂。在另外的实施例中，蓝色LED通过从LED突出的包封剂耦合至光导。

如此处描述的，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，方法合适地将显示***中蓝色LED的光功率输出增大了大于至少3％。更合适地，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，方法将光功率增大了至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、至少10％、至少11％、至少12％、至少13％、至少14％、至少15％、至少16％、至少17％、至少18％、至少19％或者至少20％。在其它实施例中，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，此处描述的方法提供了大约3％至大约20％、大约5％至大约20％、大约5％至大约15％、大约5％至大约12％、大约5％至大约11％、大约6％至大约14％、大约7％至大约13％、大约8％至大约12％、大约9％至大约11％、大约7％、大约8％、大约9％、大约10％、大约11％、大约12％、大约13％、大约14％或者大约15％的增大的光功率输出，包括所叙述值内的任何值和范围。

如此处描述的，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，方法合适地将显示***中蓝色LED的发光输出增大了大于至少3％。更合适地，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，方法将发光输出增大了至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、至少10％、至少11％、至少12％、至少13％、至少14％、至少15％、至少16％、至少17％、至少18％、至少19％或者至少20％。在其它实施例中，与导光板没有光学地耦合至蓝色LED的显示***相比，此处描述的方法提供了大约3％至大约20％、大约5％至大约20％、大约5％至大约15％、大约5％至大约12％、大约5％至大约11％、大约6％至大约14％、大约7％至大约13％、大约8％至大约12％、大约9％至大约11％、大约7％、大约8％、大约9％、大约10％、大约11％、大约12％、大约13％、大约14％或者大约15％的增大的发光输出，包括所叙述值内的任何值和范围。

对相关领域普通技术人员轻易地显而易见的是，可以在不背离实施例中任何一个的范围的情况下对此处描述的方法和应用作出其它合适的修改和改编。此处仅为了图示目的包括下列示例并且不旨在限制。

示例

示例1：通过与导光板光耦合的来自蓝色LED的增大的功率输出

通常，液晶显示器利用白色LED作为背光中的光源。大多数背光是侧光式-白色LED放置在背光的(一个或者多个)边缘上。白色LED安装在柔性带上并且紧邻导光板放置。从LED出来的白光从边缘进入导光板并且通过全内反射引导跨越导光板。在导光板表面上模塑提取特征以从导光板提取光以使跨越显示器的光能够均匀分布。经常引入提供更好***效率和/或更高色域的磷光体。

如此处描述的，发光纳米晶体(量子点)分散/嵌入在聚合物膜或者片(量子点增强膜(QDEF))中并且放置在导光板上。白色LED由蓝色LED替代(图1A)。(参见公开的美国专利申请No.2012/0113672，该美国专利申请的公开通过引用将其全部内容并入此处。)当以72％美国国家电视***委员会(NTSC)匹配色域时，例如，由于与滤色器匹配的QDEF的背光的更好的光谱分布(其允许更高透射的滤色器的使用)，发光纳米晶体加蓝色LED与白色LED相比传送高15-20％的功率效率。

为了从白色LED转换为蓝色LED，在LED封装内部利用清澈透明包封聚合物来代替使用YAG浸渍的包封聚合物。然而，这样做会有降低LED的外耦合效率的非预期后果。如图2A-2C所示，对于白色LED(图2A)，很多蓝光被包封聚合物中的YAG磷光体转换为黄色。当黄色光子朝LED管芯反射回时，由于黄色光子低于管芯材料的能带隙，因此它们没有被吸收。

相反，在蓝色LED的情况下(图2B)，从包封聚合物和空气界面反射出去的蓝色光子可以再进入管芯120并且可以被吸收。因此，蓝色外耦合效率低于白色LED的外耦合效率。

为了估计外耦合效率损耗，确定使用标称相同效率的蓝色管芯的白色LED和蓝色LED的总光输出。通过理论计算(图3A-3B)，如果YAG量子效率在100％的理论极限处，如果外耦合效率在两种情况中相同的话，则白色LED的总光功率应当接近蓝色LED的85％。这是由于黄色光子的能量(550nm与2.25eV相对应)比蓝色光子(450nm与2.76eV相对应)低。为了从蓝色转换为白色，大多数蓝色光子(较高能量)需要下移至黄色光子(较低能量)，其中能量差作为热量耗散。实际上，当前YAG磷光体材料具有接近90％的量子效率。来自白色LED的预计功率输出应当接近蓝色LED的功率输出的80％。

在来自相同供应商的白色LED和蓝色LED上进行的测量中(使用相同排列的管芯以及使用相同封装)，观察到令人惊讶的结果，即，白色LED功率输出事实上与蓝色LED功率输出几乎相同(表1)。

表1

	积分光功率输出(mW)
		以20mA驱动的白色LED	24.5
以20mA驱动的蓝色LED	25.3

表1：来自相同供应商的白色LED和蓝色LED的总光功率的实验性测量(使用相同排列的管芯、相同封装并且以相同电流驱动)。在积分球中进行测量。

在来自不同供应商的LED上获得相似结果。这表明从蓝色LED封装的光提取效率显著地比白色LED封装的光提取效率更差。该较低提取效率可能是蓝光从包封/空气界面反射和蓝光从管芯吸收的结果(如图2B所示)。这些结果表明提高蓝色LED的外耦合可以将功率输出增大接近20％，例如高达29-30mW/LED或者更大(以20mA的驱动电流)。

为了提高从蓝色LED的光提取效率和到导光板的耦合效率，使用薄的透光粘合剂(例如，有机硅)将蓝色LED光学地耦合至导光板。

如图2C所图示的，该透光粘合剂在与LED包封聚合物和导光板进行折射率匹配时，消除来自两个界面的反射：LED包封/空气界面和空气/导光板界面。因此，由蓝色管芯发射的蓝光直接进入导光板而没有遭受反射损耗和吸收损耗(即，来自蓝色管芯)。

可能由于白色LED的较高光提取效率，发现光学地耦合白色LED和导光板使亮度降低。参见图2A。这在耦合和解耦合的亮度的结果中进行了例示，如表2所示。

表2

	解耦合	耦合
			白色点	(0.2891,0.2769)	(0.2681,0.2463)
亮度	5690尼特	4790尼特

在耦合情况下，亮度实际上较低以及白色点较冷。其理由是在耦合至导光板时，蓝光能够第一次通过从封装中逸出。在解耦合的情况(其是预期使用配置)下，蓝光中的一些从包封/空气界面反射出去并且回到封装中。该反射使更多蓝光能够被LED杯中的黄色磷光体吸收，这使白色点更暖。

然而，对于蓝色LED，由下列实验组展示，通过光耦合效率总增大14％(参见表3)。当对不利用包括发光纳米晶体的膜的显示***使用白色LED时，此处描述的实施例的令人惊讶并且意外的结果迄今为止并非必要或者有益的。

在情况1中，具有25个蓝色LED的柔性带放置在积分球中。当对每个LED以20mA驱动时，测量了673mW的总光功率。在情况2中，在不使用粘合剂以提供光耦合情况下，使导光板(LGP)紧靠LED带(如在背光中)。情况2中的积分光功率是645mW，与仅仅柔性带的情况1相比减少4％。该减少可能是来自空气/LGP界面的反射将蓝光中的一些朝LED和柔性带发送回，导致损耗的结果。在情况3中，使用透光粘合剂将LED光学地耦合至导光板。总积分蓝光是737mW，其比仅仅柔性带的情况1高9％以及比LGP与LED解耦合的情况2高14％。在情况3中，实现29.5mW/LED的光功率输出。

表3

表3：在具有25个以20mA驱动的蓝色LED的柔性带的积分球中测量的光功率输出。

为了在蓝色LED和导光板用粘合剂层接合时实现良好的光耦合，它们的表面制备如下。首先，少量有机硅添加至每个蓝色LED封装的包封聚合物。该处理减小了粘合剂/LED界面处的空气间隙的可能性。当前制造的LED中空气间隙的可能性由于它们具有凹表面的事实而增大。如果使用凸的LED包封表面，则会减小空气间隙的可能性，并且优选这种凸表面。其次，导光板的边缘从其原始透镜状表面抛光成平坦表面以允许具有最小空气间隙的良好光耦合。在修改的蓝色LED带与抛光的导光板之间施加透光粘合剂的薄带以提供基于粘合剂的光耦合。该实验中使用的特定粘合剂是厚度为50μm的3M透光粘合剂8146-x。

光学地耦合和非耦合(即，没有粘合剂耦合)配置的比较展示了从导光板的边缘消除原始透镜状表面没有显著地改变光混合距离。(参见图4A和4B)。此外，背光显示均质而没有任何显而易见的条纹靠近充分组装的背光组件中的LED，背光组件包括QDEF以及放置在导光板上的水平和垂直BEF。

通过结合高效QDEF和更好外耦合的蓝色LED的益处，与以相同色域(例如，sRGB)的当代LCD相比，下一代LCD背光可以允许节约>30％的能量。即使对于高色域显示器，例如，Adobe-RGB和DCI-P3，也可以实现与现今的sRGBLCD相比更高效率的LCD。除其它益处以外，这种增大可以允许在各种移动装置中使用更小的电池。

应当理解，尽管此处已经对某些实施例进行了图示和描述，但是权利要求并不限于所描述和示出部分的具体形式和布置。在说明书中，已经公开了例示性实施例以及尽管采用特定术语，但是仅在通常意义和描述性意义上使用它们而并非为了限制的目的。可以根据上面教导进行实施例的修改和变型。因此，应当理解，可以以不同于如具体描述以外的方式实施实施例。

Claims

1.一种显示***，包括：

a)一个或者多个蓝色发光二极管LED；

b)导光板，光学地耦合至所述蓝色LED；

c)显示器；以及

d)包含多个磷光体的组合物，所述组合物在所述导光板与所述显示器之间取向，

其中所述显示***与所述导光板没有光学地耦合至所述蓝色LED的显示***相比，呈现了增大的光功率输出。

2.根据权利要求1所述的显示***，其中用条带或者粘合剂使所述导光板光学地耦合至所述蓝色LED。

3.根据权利要求1所述的显示***，其中所述导光板通过从所述LED突出的包封剂光学地耦合至所述蓝色LED。

4.根据权利要求1所述的显示***，其中所述磷光体是YAG磷光体、硅酸盐磷光体、石榴石磷光体、铝酸盐磷光体、氮化物磷光体、NYAG磷光体、SiAlON磷光体和CASN磷光体。

5.根据权利要求1所述的显示***，其中所述磷光体是发光纳米晶体。

6.根据权利要求5所述的显示***，其中所述发光纳米晶体包括CdSe或者ZnS。

7.根据权利要求5所述的显示***，其中所述发光纳米晶体包括CdSe/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS或者CdTe/ZnS。

8.根据权利要求1所述的显示***，其中所述组合物是膜。

9.根据权利要求1所述的显示***，其中所述显示器是液晶模块。

10.根据权利要求1所述的显示***，其中所述***还包括漫射器、一个或者多个亮度增强膜BEF和反射器中的一个或者多个。

11.根据权利要求1所述的显示***，其中所述显示***与所述导光板没有光学地耦合至所述蓝色LED的显示***相比，呈现了光功率输出至少增大10％。

12.一种显示***，包括：

a)一个或者多个蓝色发光二极管LED；

b)导光板，光学地耦合至所述蓝色LED；

c)显示器；以及

d)包含多个磷光体的膜，所述组合物在所述导光板与所述显示器之间取向，

其中所述显示***与所述导光板没有光学地耦合至所述蓝色LED的显示***相比，呈现了光功率输出至少增大10％。

13.根据权利要求12所述的显示***，其中用条带或者粘合剂将所述导光板光学地耦合至所述蓝色LED。

14.根据权利要求12所述的显示***，其中所述导光板通过从所述LED突出的包封剂光学地耦合至所述蓝色LED。

15.根据权利要求12所述的显示***，其中所述磷光体是YAG磷光体、硅酸盐磷光体、石榴石磷光体、铝酸盐磷光体、氮化物磷光体、NYAG磷光体、SiAlON磷光体和CASN磷光体。

16.根据权利要求12所述的显示***，其中所述磷光体是发光纳米晶体。

17.根据权利要求16所述的显示***，其中所述发光纳米晶体包括CdSe或者ZnS。

18.根据权利要求16所述的显示***，其中所述发光纳米晶体包括CdSe/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS或者CdTe/ZnS。

19.根据权利要求12所述的显示***，其中所述膜是聚合物膜。

20.根据权利要求12所述的显示***，其中所述显示器是液晶模块。

21.根据权利要求12所述的显示***，其中所述***还包括漫射器、一个或者多个亮度增强膜BEF和反射器中的一个或者多个。

22.一种显示***，包括：

a)一个或者多个蓝色发光二极管LED；

b)导光板，光学地耦合至所述蓝色LED；

c)包含多个磷光体的聚合物膜，所述聚合物膜在所述导光板之上取向；

d)一个或者多个亮度增强膜BEF，在所述聚合物膜之上取向；

e)顶部漫射器，在所述BEF之上取向；以及

f)液晶模块，在所述顶部漫射器之上取向，

23.根据权利要求22所述的显示***，其中用条带或者粘合剂使所述导光板光学地耦合至所述蓝色LED。

24.根据权利要求22所述的显示***，其中所述导光板通过从所述LED突出的包封剂光学地耦合至所述蓝色LED。

25.根据权利要求22所述的显示***，其中所述磷光体是YAG磷光体、硅酸盐磷光体、石榴石磷光体、铝酸盐磷光体、氮化物磷光体、NYAG磷光体、SiAlON磷光体和CASN磷光体。

26.根据权利要求22所述的显示***，其中所述磷光体是发光纳米晶体。

27.根据权利要求26所述的显示***，其中所述发光纳米晶体包括CdSe或者ZnS。

28.根据权利要求26所述的显示***，其中所述发光纳米晶体包括CdSe/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS或者CdTe/ZnS。

29.根据权利要求22所述的显示***，其中所述***进一步包括在所述导光板之下取向的反射器。

30.一种增大显示***中的蓝色LED的光功率输出的方法，包括使所述蓝色LED光学地耦合至所述显示***的导光板。

31.根据权利要求30所述的方法，其中光耦合包括用条带或者粘合剂使所述蓝色LED耦合至所述导光板。

32.根据权利要求30所述的方法，其中所述导光板通过从所述LED突出的包封剂光学地耦合至所述蓝色LED。

33.根据权利要求30所述的方法，其中与不包括光学地耦合至光导的所述蓝色LED的显示***相比，所述方法将所述蓝色LED的所述光功率输出增大了至少10％。