CN114188456A - 白光发光二极管及其背光模块与显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种白光发光二极管，包括：一蓝光发光二极管芯片；一荧光粉层，设于蓝光发光二极管芯片上；以及一吸光材料，设于荧光粉层上或荧光粉层中，其中吸光材料为一黄光吸收材料。此外，本发明还提供一种使用前述白光发光二极管的背光模块及显示设备。

Description

白光发光二极管及其背光模块与显示设备
技术领域
本发明涉及一种白光发光二极管及其背光模块与显示设备，尤指一种可提高色域的白光发光二极管及其背光模块与显示设备。
背景技术
白光发光二极管的应用非常广泛，例如可应用于光源或显示设备的背光模块上。目前已知白光发光二极管的发光层材料可为荧光粉或量子点。然而，相较于量子点所发出的光，荧光粉所发出的光具有较多的杂光，故以荧光粉所制得的白光发光二极管的色域较不理想。因此，目前已有厂商欲使用量子点作为发光层的材料制备白光发光二极管，以期能提高应用于显示设备的背光模块的背光效果。
然而，量子点的制作成本较为昂贵，若能有效滤除荧光粉所发出的杂光并提高白光发光二极管的色域，即便未使用量子点作为白光发光二极管的发光层材料，也可有效提高显示设备的背光模块的背光效果。
有鉴于此，目前亟需发展一种新颖的使用荧光粉的白光发光二极管，以期能有效地应用于显示设备的背光模块上。
发明内容
本发明提供一种白光发光二极管，通过使用一黄光吸收材料而可将白光发光二极管的色域提高。
本发明的白光发光二极管，包括：一蓝光发光二极管芯片；一荧光粉层，设于蓝光发光二极管芯片上；以及一吸光材料，设于荧光粉层上或荧光粉层中，其中吸光材料为一黄光吸收材料。
在本发明的白光发光二极管中，通过使用一黄光吸收材料，而可将位于黄光波长范围的杂光吸收，降低位于黄光波长范围的杂光强度，以提高白光发光二极管的色域。借此，当本发明的白光发光二极管应用于显示设备的背光模块上时，可提供广色域的背光，进而提高显示设备的显示质量。
在本发明的白光发光二极管中，蓝光发光二极管芯片可为一形成有磊晶层的蓝光磊芯片、一正装LED芯片(face-up chip)、一垂直LED芯片(vertical chip)、或一覆晶LED芯片。
在本发明的白光发光二极管中，黄光吸收材料可为一能吸收波长介于550nm至610nm的光的材料。其中，黄光吸收材料的种类并无特殊限制，只要能达到吸收前述波长范围的光的材料即可。黄光吸收材料可为一有机染料或一无机颜料，其具体实例包括，但不限于三苯甲烷类、钴蓝、钴紫或其混合物。
在本发明的白光发光二极管中，荧光粉层可为一荧光胶体层。其中，荧光胶体层可为一由混合有荧光粉颗粒的胶体所形成的层。
在本发明的白光发光二极管中，荧光粉层可为一荧光粉薄膜。其中，荧光粉薄膜可为一由荧光粉颗粒所组成的薄膜。当荧光粉层为荧光粉薄膜时，本发明的白光发光二极管还包括一保护层，其中保护层设置于荧光粉薄膜上，而吸光材料设置于保护层上。
在本发明的白光发光二极管中，荧光粉层中所使用的荧光粉颗粒的种类并无特殊限制，可根据发光二极管芯片的种类或荧光粉颗粒所欲发出的色光做选择。举例来说，荧光粉颗粒可使用经激发后可发出黄光的荧光粉颗粒；当与蓝光发光二极管芯片合并使用时，则本发明的发光二极管可发出白光。
在本发明中，荧光粉颗粒的具体实例包括，但不限于，氟硅酸钾、beta-Sialon、ZnO、ZrO2、PbO、Y2O3、Y2O2、Zn2SiO4、Y3Al5O12、Y3(AlGa)5O12Y2SiO5、LaOCl、InBO3、ZnGa2O4、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、ZnxCd1-xS、Y2O2S、AlN、或Gd2O2S，且做为荧光粉颗粒的化合物也可掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、及其他镧系元素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)所组成的群组的元素。然而，本发明并不仅限于此。
在本发明一实施例中，荧光粉颗粒的粒径可介于10nm至5000nm之间。在本发明的另一实施例中，荧光粉颗粒的粒径可介于10nm至100nm之间。在本发明的再一实施例中，荧光粉颗粒的粒径可介于10nm至30nm之间。然而，本发明并不仅限于此。
在本发明的白光发光二极管中，保护层的材料包括，但不限于，SiO2、Al2O3、ZnO、ZrO、Y2O3、TiO2、CoO、MnO2、NiO、CuO、PbO、光学保护胶、或其混合物。
此外，本发明提供一种背光模块，包括：一反射片；一光学膜片，设置于反射片上；以及如前所述的白光发光二极管，设置于反射片及光学膜片间。另外，本发明提供一种显示设备，包括：如前所述的背光模块；以及一显示面板，设置于背光模块上。
在本发明中，通过设计白光发光二极管的设置位置，背光模块可为直下式的背光模块或是侧入式的背光模块。
在本发明中，显示面板可为一需要背光源的显示面板，例如，液晶显示面板。
在本发明的背光模块及显示设备中，通过使用前述的白光发光二极管，可提高背光模块的色域。因此，即便本发明的白光发光二极管使用荧光粉层作为发光层，也可达到与使用量子点作为发光层相近的背光效果。
附图说明
图1为本发明实施例1的白光发光二极管芯片的剖面示意图。
图2A至图2D为本发明实施例2的白光发光二极管制作流程的剖面示意图。
图3为本发明实施例3的白光发光二极管芯片的剖面示意图。
图4为本发明实施例4的白光发光二极管芯片的剖面示意图。
图5为本发明实施例5的直下式背光模块的剖面示意图。
图6为本发明实施例6的侧入式背光模块的剖面示意图。
图7为本发明实施例7的显示设备的剖面示意图。
图8为本发明测试例的测试组件的剖面示意图。
图9A及图9B分别为本发明测试例的对照组及实验组的测试结果图。
附图标记说明
1 白光发光二极管
11 蓝光发光二极管芯片
111 第一表面
112 第二表面
113 侧表面
12 电极
13 荧光粉层
131 出光面
132 荧光粉颗粒
14 保护层
15 吸光材料
21 印刷电路板
22 线路
23 扩散透镜
231 透镜空穴
3 背光模块
30 壳体
31 反射片
32 光学膜片
33 导光板
4 显示面板
41 第一基板
42 显示层
43 第二基板
具体实施方式
以下参照附图以说明本发明的实施方式，以明确阐释本发明前述和其他技术内容、特征、和/或功效。通过特定实施例的说明，本领域的技术人员可进一步明确本发明采取的技术手段和功效，以达成前述本发明的目的。另外，本发明所公开的技术可为本领域的技术人员理解并且实施，且在不悖离本发明概念的前提下，任何实质相同的变更或改良均可涵盖于申请专利范围中。
此外，说明书和权利要求所提及的序数，例如“第一”、“第二”等，仅用于说明主张的组件；而非意指、或表示主张的组件具有任何执行次序，也非于一主张的组件和另一主张的组件之间的次序、或制程方法的步骤次序。这些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求组件得以和具有相同命名的另一请求组件能作出清楚区分。
此外，说明书和权利要求所提及的位置，例如“之上”、“上”、或“上方”，可指直接接触另一组件，或可指非直接接触另一组件。另外，说明书和权利要求所提及的位置，例如“之下”、“下”、或“下方”，可指直接接触另一组件，或可指非直接接触另一组件。
另外，本发明的不同实施例的技术特征可彼此组合，以形成另一实施例。
实施例1
图1为本实施例的白光发光二极管芯片的剖面示意图。首先，提供一蓝光发光二极管芯片11，且在蓝光发光二极管芯片11上形成一荧光粉层13。在本实施例中，荧光粉层13为一荧光胶体层。然后，在荧光粉层13的出光面131上涂布一吸光材料15，则完成本实施例的白光发光二极管。
其中，吸光材料15的形成方法并无特殊限制，可使用任何已知的涂布方法形成，例如旋转涂布、刮刀涂布、喷墨法、印刷法、辊涂法、喷涂法等。在本实施例中，采用喷涂法涂布吸光材料15于荧光粉层13的出光面131上。
如图1所示，本实施例的白光发光二极管包括：一蓝光发光二极管芯片11；一荧光粉层13，设于蓝光发光二极管芯片11上；以及一吸光材料15，设于荧光粉层13上，且吸光材料15为一黄光吸收材料。
在本实施例中，荧光粉层13为一荧光胶体层，其可为一由混合有荧光粉颗粒的胶体所形成的层。在本实施例中，由于使用可发出蓝光的蓝光发光二极管芯片11，故荧光粉层13所包含的荧光粉颗粒可为能发出黄光的荧光粉颗粒。通过蓝光发光二极管芯片11所发出的蓝光与荧光粉层13的荧光粉颗粒所发出的黄光进一步混光，而可得到白光。
虽然蓝光发光二极管芯片11所发出的蓝光与荧光粉层13的荧光粉颗粒所发出的黄光混光后已可得到白光，但为了提高白光发光二极管的色域，在本实施例的白光发光二极管中，通过使用一吸光材料15，以吸收白光中的黄光波长范围的杂光。在本实施例中，吸光材料15是以一薄膜的方式形成于荧光粉层13的出光面131上。其中，吸光材料15为吸收波长介于550nm至610nm的光的黄光吸收材料。在此，可吸收波长介于550nm至610nm的光的黄光吸收材料的实例包括，但不限于三苯甲烷类、钴蓝、钴紫或其混合物。
因此，在本实施例的白光发光二极管中，通过在荧光粉层13的出光面131上形成吸光材料15，则荧光粉层13所发出的光可穿过吸光材料15，并透过吸光材料15吸收多余的黄光杂光，以提高白光发光二极管的色域。
实施例2
图2A至图2D为本实施例的白光发光二极管制作流程的剖面示意图。
如图2A所示，首先，提供一蓝光发光二极管芯片11，其具有一第一表面111及一第二表面112，其中第一表面111与第二表面112相对；且两电极12(分别为阳极和阴极)设置于蓝光发光二极管芯片11的第一表面111上。此外，蓝光发光二极管芯片11还包括侧表面113，与第一表面111及第二表面112连接。在本实施例中，蓝光发光二极管芯片11为一蓝光倒装芯片；更具体而言，蓝光发光二极管芯片11为一形成有磊晶层的蓝光倒装芯片。
如图2B所示，形成一荧光粉层13于蓝光发光二极管芯片11的第二表面112及侧表面113上。在本实施例中，荧光粉层13的形成方法并无特殊限制，可使用如中国台湾专利第I398306号所述的方法形成。
如图2C所示，形成一保护层14于荧光粉层13上。在本实施例中，保护层14可为一光学保护胶。此外，保护层14的形成方法并无特殊限制，可使用任何已知的涂布方法形成，例如旋转涂布、刮刀涂布、喷墨法、印刷法、辊涂法、喷涂法等。
如图2D所示，形成一吸光材料15于保护层14上，而得到本实施例的白光发光二极管。在此，吸光材料15可采用实施例1所述的方法形成。
如图2D所示，本实施例的白光发光二极管包括：一蓝光发光二极管芯片11；一荧光粉层13，设于蓝光发光二极管芯片11上；以及一吸光材料15，设于荧光粉层13上，且吸光材料15为一黄光吸收材料。此外，本实施例的白光发光二极管还包括一保护层14，其中保护层14设置于荧光粉层13上，而吸光材料15设置于保护层14上。
本实施例与实施例1的白光发光二极管的差异在于，本实施例的荧光粉层13为一荧光粉薄膜，其可为一由荧光粉颗粒132所组成的薄膜。于本实施例的白光发光二极管中，荧光粉层13直接形成于蓝光发光二极管芯片11的第二表面112及侧表面113上；换言之，荧光粉层13是形成于蓝光发光二极管芯片11设有电极12的第一表面111外的其他所有表面(包括第二表面112及侧表面113)上。此外，本实施例的白光发光二极管还包括一保护层14，其中保护层14设置于荧光粉层13对应于第二表面112及侧表面113的表面上；更详细而言，在本实施例中，因荧光粉层13形成于蓝光发光二极管芯片11的第二表面112及侧表面113上，而保护层14是用以保护荧光粉层13，故保护层14也形成于荧光粉层13对应于第二表面112及侧表面113的表面上。
在本实施例中，吸光材料15是以一薄膜的方式设置于保护层14上，故保护层14是设置于荧光粉层13及吸光材料15之间。因此，由荧光粉层13所发出的光可穿过保护层14而到达吸光材料15，并通过吸光材料15吸收多余的黄光杂光，以提高白光发光二极管的色域。
在本实施例中，荧光粉层13及吸光材料15的材料可采用实施例1所述的材料，故在此不再赘述。此外，在本实施例中，电极12的材料可包括，但不限于，铜、铝、钼、钨、金、铬、镍、铂、钛、铜合金、铝合金、钼合金、钨合金、金合金、铬合金、镍合金、铂合金、钛合金、或其他适合金属或金属合金。
实施例3
图3为本实施例的白光发光二极管芯片的剖面示意图。本实施例的白光发光二极管的制备方法及结构与实施例1相似，除了以下不同点。
在本实施例中，吸光材料15是设于荧光粉层13中。更详细而言，在本实施例中，荧光粉层13为一荧光胶体层，其可为由混合有荧光粉颗粒及吸光材料15的胶体所形成的层。因此，本实施例的白光发光二极管不包括如实施例1的由吸光材料所形成的层。
实施例4
图4为本实施例的白光发光二极管芯片的剖面示意图。本实施例的白光发光二极管的制备方法及结构与实施例2相似，除了以下不同点。
在本实施例中，吸光材料15是设于荧光粉层13中。更详细而言，在本实施例中，荧光粉层13为一荧光粉薄膜，其可为一由荧光粉颗粒132及吸光材料15所组成的薄膜。因此，本实施例的白光发光二极管不包括如实施例2的由吸光材料所形成的层。
实施例5
图5为本实施例的直下式背光模块的剖面示意图。如图5所示，本实施例的背光模块包括：一反射片31；一光学膜片32，设置于反射片31上；以及一白光发光二极管1，设置于反射片31及光学膜片32间。在本实施例中，白光发光二极管1可为实施例1至实施例4所示的任一白光发光二极管。
在本实施例中，反射片31也同时作为背光模块的壳体。此外，虽图未示，光学膜片32可包括背光模块常见的膜片，例如扩散片、棱镜片、增亮片等；然而，本发明并不仅限于此，可根据需求调整光学膜片32的组成。
实施例6
图6为本实施例的侧入式背光模块的剖面示意图。本实施例的背光模块与实施例5的相似，除了下列不同点。
如图6所示，本实施例的背光模块还包括一导光板33，设置于反射片31与光学膜片32之间，而白光发光二极管1设置于导光板33的一侧。此外，于本实施例的背光模块还包括壳体30，而反射片31、光学膜片32、导光板33及白光发光二极管1均设置于壳体30的容置空间内。
实施例7
图7为本实施例的显示设备的剖面示意图。如图7所示，本实施例的显示设备包括：一背光模块3；以及一显示面板4，设置于背光模块3上。其中，背光模块3可为实施例5或实施例6所示的背光模块。此外，显示面板4可包括：一第一基板41；一第二基板43，与第一基板41相对设置；以及一显示层42，设置于第一基板41与第二基板43之间。在本实施例中，显示层42可为一液晶层。
于本实施例的一实施方面中，第一基板41可为一上方设置有薄膜电晶结构(图未示)的薄膜晶体管基板，而第二基板43可为一上方设置有彩色滤光层(图未示)及黑色矩阵层(图未示)的彩色滤光片基板。于本实施例的另一实施方面中，彩色滤光层(图未示)也可以设置在第一基板41上，此时，第一基板41则为一整合彩色滤光片数组的薄膜晶体管基板(color filter on array,COA)。于本实施例的再一实施方面中，黑色矩阵层(图未示)也可以设置在第一基板41上，此时，第一基板41则为一整合黑色矩阵的薄膜晶体管基板(blackmatrx on array,BOA)。
测试例
图8为本发明测试例的测试组件的剖面示意图。本测试例的所使用的测试组件包括：一印刷电路板21，其上方设置有一线路22；一如图2C或图2D所示的白光发光二极管1，其电极12(请参阅图2C或图2D)与线路22电性连接；以及一扩散透镜23，设于印刷电路板21上，且如图2C或图2D所示的白光发光二极管1是设于扩散透镜23的透镜空穴231中。当白光发光二极管1为如图2C所示的白光发光二极管，则为本测试例的对照组所使用的测试组件；而白光发光二极管1为如图2D所示的白光发光二极管，则为本测试例的实验组所使用的测试组件。
然后，将如图8的测试组件用于如图3所示的背光模块中，并应用于如图7所示的显示设备中；其中，显示设备的第一基板41为薄膜晶体管基板，而第二基板43为彩色滤光片基板。
于本测试例中，请参阅图2C及图2D，白光发光二极管1所使用的荧光粉为----氟硅酸钾(Potassium Fluoride Silicon，简称KSF)荧光红粉与beta-Sialon:Eu2+氮氧化物荧光绿粉以重量比2:1混和而成，保护层14的材料为光学保护胶。此外，实验组的白光发光二极管1的吸光材料15为三苯甲烷类碱性染料。再者，更使用LED积分球测试仪检测对照组及实验组所得到的光谱，并使用色彩分析仪检测对照组及实验组所得到的色域。
对照组及实验组所得到的光谱结果分别如图9A及图9B所示。相较于未包括黄光吸收材料的对照组的白光发光二极管，当实验组的白光发光二极管包括黄光吸收材料时，可有效使波长范围介于550nm至610nm的杂光强度明显降低。此外，对照组的白光发光二极管可得到的74.4％的NTSC色域，而实验组的白光发光二极管的NTSC色域可提高至93.9％。
如前所述，当白光发光二极管包括黄光吸收材料时，此黄光吸收材料可有效吸收黄光波长范围的杂光，特别是可有效吸收波长范围介于550nm至610nm的杂光，使得此波长范围的杂光强度明显降低，进而有效提高白发光二极管的色域。
本发明的白光发光二极管可应用于任何显示设备的背光模块中以作为一发光源，其中，显示设备的具体实例包括，但不限于，显示器、手机、笔记本电脑、摄影机、照相机、音乐播放器、行动导航装置、电视等。

Claims (18)

1.一种白光发光二极管，其特征在于，包括：
一蓝光发光二极管芯片；
一荧光粉层，设于该蓝光发光二极管芯片上；以及
一吸光材料，设于该荧光粉层上或该荧光粉层中，其中该吸光材料为一黄光吸收材料。
2.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，该黄光吸收材料可吸收波长介于550nm至610nm的光。
3.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，该黄光吸收材料为三苯甲烷类、钴蓝、钴紫或其混合物。
4.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，该荧光粉层为一荧光胶体层。
5.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，该荧光粉层为一荧光粉薄膜。
6.如权利要求5所述的白光发光二极管，还包括一保护层，其特征在于，该保护层设置于该荧光粉薄膜上，而该吸光材料设置于该保护层上。
7.一种背光模块，其特征在于，包括：
一反射片；
一光学膜片，设置于该反射片上；以及
一白光发光二极管，设置于该反射片及该光学膜片之间且包括：
一蓝光发光二极管芯片；
一荧光粉层，设于该蓝光发光二极管芯片上；以及
一吸光材料，设于该荧光粉层上或该荧光粉层中，其中该吸光材料为一黄光吸收材料。
8.如权利要求7所述的背光模块，其特征在于，该黄光吸收材料可吸收波长介于550nm至610nm的光。
9.如权利要求7所述的背光模块，其特征在于，该黄光吸收材料为三苯甲烷类、钴蓝、钴紫或其混合物。
10.如权利要求7所述的背光模块，其特征在于，该荧光粉层为一荧光胶体层。
11.如权利要求7所述的背光模块，其特征在于，该荧光粉层为一荧光粉薄膜。
12.如权利要求11所述的背光模块，其特征在于，该白光发光二极管还包括一保护层，该保护层设置于该荧光粉薄膜上，而该吸光材料设置于该保护层上。
13.一种显示设备，其特征在于，包括：
一背光模块；以及
一显示面板，设置于该背光模块上；
其中该背光模块包括：一反射片；一光学膜片，设置于该反射片上；以及一白光发光二极管，设置于该反射片及该光学膜片间且包括：
一蓝光发光二极管芯片；
一荧光粉层，设于该蓝光发光二极管芯片上；以及
一吸光材料，设于该荧光粉层上或该荧光粉层中，其中该吸光材料为一黄光吸收材料。
14.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，该黄光吸收材料可吸收波长介于550nm至610nm的光。
15.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，该黄光吸收材料为三苯甲烷类、钴蓝、钴紫或其混合物。
16.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，该荧光粉层为一荧光胶体层。
17.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，该荧光粉层为一荧光粉薄膜。
18.如权利要求17所述的显示设备，其特征在于，该白光发光二极管还包括一保护层，其中该保护层设置于该荧光粉薄膜上，而该吸光材料设置于该保护层上。
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