TW202210605A - 白光發光二極體及包含其之背光模組與顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種白光發光二極體，包括：一藍光發光二極體晶片；一螢光粉層，設於藍光發光二極體晶片上；以及一吸光材料，設於螢光粉層上或螢光粉層中，其中吸光材料為一黃光吸收材料。此外，本揭露更提供一種使用前述白光發光二極體的背光模組及顯示裝置。

Description

白光發光二極體及包含其之背光模組與顯示裝置
本揭露關於一種白光發光二極體及包含其之背光模組與顯示裝置，尤指一種可提升色域的白光發光二極體及包含其之背光模組與顯示裝置。
白光發光二極體的應用非常廣泛，例如可應用於光源或顯示裝置的背光模組上。目前已知白光發光二極體的發光層材料可為螢光粉或量子點。然而，相較於量子點所發出的光，螢光粉所發出的光具有較多的雜光，故以螢光粉所製得的白光發光二極體的色域較不理想。因此，目前已有廠商欲使用量子點作為發光層的材料製備白光發光二極體，以期能提升應用於顯示裝置的背光模組上背光效果。
然而，量子點的製作成本較為昂貴，若能有效濾除螢光粉所發出的雜光並提升白光發光二極體的色域，即便未使用量子點作為白光發光二極體的發光層材料，也可有效提升顯示裝置的背光模組的背光效果。
有鑑於此，目前亟需發展一種新穎的使用螢光粉的白光發光二極體，以期能有效應用於顯示裝置的背光模組上。
本揭露提供一種白光發光二極體，藉由使用一黃光吸收材料而可將白光發光二極體的色域提升。
本揭露的白光發光二極體，包括：一藍光發光二極體晶片；一螢光粉層，設於藍光發光二極體晶片上；以及一吸光材料，設於螢光粉層上或螢光粉層中，其中吸光材料為一黃光吸收材料。
於本揭露的白光發光二極體中，藉由使用一黃光吸收材料，而可將位於黃光波長範圍的雜光吸收，降低位於黃光波長範圍的雜光強度，以提升白光發光二極體的色域。藉此，當本揭露的白光發光二極體應用於顯示裝置的背光模組上時，可提供廣色域的背光，進而提升顯示裝置的顯示品質。
於本揭露的白光發光二極體中，藍光發光二極體晶片可為一形成有磊晶層之藍光磊晶片、一正裝LED晶片(face-up chip)、一垂直LED晶片(vertical chip)、或一覆晶LED晶片。
於本揭露的白光發光二極體中，黃光吸收材料可為一能吸收波長介於550 nm至610 nm的光的材料。其中，黃光吸收材料的種類並無特殊限制，只要能達到吸收前述波長範圍的光的材料即可。黃光吸收材料可為一有機染料或一無機顏料，其具體例子包括，但不限於三苯甲烷類、鈷藍、鈷紫或其混合物。
於本揭露的白光發光二極體中，螢光粉層可為一螢光膠體層。其中，螢光膠體層可為由混合有螢光粉顆粒的膠體所形成的層。
於本揭露的白光發光二極體中，螢光粉層可為一螢光粉薄膜。其中，螢光粉薄膜可為一由螢光粉顆粒所組成的薄膜。當螢光粉層為螢光粉薄膜時，本揭露的白光發光二極體可更包括一保護層，其中保護層係設置於螢光粉薄膜上，而吸光材料係設置於保護層上。
於本揭露的白光發光二極體中，螢光粉層中所使用的螢光粉顆粒的種類並無特殊限制，可根據發光二極體晶片的種類或螢光粉顆粒所欲發出的色光做選擇。舉例來說，螢光粉顆粒可使用經激發後可發出黃光的螢光粉顆粒；當與藍光發光二極體晶片合併使用時，則本揭露的發光二極體可發出白光。
於本揭露中，螢光粉顆粒的具體例子包括，但不限於，氟矽酸鉀、beta-Sialon、ZnO、ZrO2 、PbO、Y2 O3 、Y2 O2 、Zn2 SiO4 、Y3 Al5 O12 、Y3 (AlGa)5 O12 Y2 SiO5 、LaOCl、InBO3 、ZnGa2 O4 、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、Znx Cd1-x S、Y2 O2 S、AlN、或Gd2 O2 S，且做為螢光粉顆粒之化合物可更摻雜至少一選自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、及其他鑭系元素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)所組成之群組之元素。然而，本揭露並不僅限於此。
於本揭露一實施例中，螢光粉顆粒的粒徑可介於10 nm至5000 nm之間。於本揭露的另一實施例中，螢光粉顆粒的粒徑可介於10 nm至100 nm之間。於本揭露的再一實施例中，螢光粉顆粒的粒徑可介於10 nm至30 nm之間。然而，本揭露並不僅限於此。
於本揭露的白光發光二極體中，保護層的材料包括，但不限於，SiO2 、Al2 O3 、ZnO、ZrO、Y2 O3 、TiO2 、CoO、MnO2 、NiO、CuO、PbO、光學保護膠、或其混合物。
此外，本揭露更提供一種背光模組，包括：一反射片；一光學膜片，設置於反射片上；以及如前所述的白光發光二極體，設置於反射片及光學膜片間。再者，本揭露更提供一種顯示裝置，包括：如前所述的背光模組；以及一顯示面板，設置於背光模組上。
於本揭露中，藉由設計白光發光二極體的設置位置，背光模組可為直下式的背光模組或是側入式的背光模組。
於本揭露中，顯示面板可為一需要背光源的顯示面板，例如，液晶顯示面板。
於本揭露的背光模組及顯示裝置中，藉由使用前述的白光發光二極體，可提升背光模組的色域。因此，即便本揭露的白光發光二極體使用螢光粉層作為發光層，也可達到與使用量子點作為發光層相近的背光效果。
以下參照圖式說明本揭露的實施方式，以明確闡釋本揭露前述和其他技術內容、特徵、和/或功效。藉由特定實施例的說明，本領域的技術人員可進一步明瞭本揭露採取的技術手段和功效，以達成前述本揭露之目的。另，在此所揭露的技術可為本領域的技術人員理解並且實施，且在不背離本揭露概念的前提下，任何實質相同的變更或改良均可涵蓋於申請專利範圍中。
此外，說明書和權利要求所提及的序數，例如「第一」、「第二」等，僅用於說明主張的元件；而非意指、或表示主張的元件具有任何執行次序，亦非於一主張的元件和另一主張的元件之間的次序、或製程方法的步驟次序。該些序數的使用僅用來使具有某命名的一請求元件得以和具有相同命名的另一請求元件能作出清楚區分。
此外，說明書和權利要求所提及的位置，例如「之上」、「上」、或「上方」，可指直接接觸另一元件，或可指非直接接觸另一元件。再者，說明書和權利要求所提及的位置，例如「之下」、「下」、或「下方」，可指直接接觸另一元件，或可指非直接接觸另一元件。
再者，本揭露之不同實施例之技術特徵可彼此組合，以形成另一實施例。
實施例1
圖1為本實施例的白光發光二極體晶片的剖面示意圖。首先，提供一藍光發光二極體晶片11，且於藍光發光二極體晶片11上形成一螢光粉層13。於本實施例中，螢光粉層13為一螢光膠體層。而後，於螢光粉層13的出光面131上塗佈一吸光材料15，則完成本實施例的白光發光二極體。
其中，吸光材料15的形成方法並無特殊限制，可使用任何已知的塗佈方法形成，例如旋轉塗佈、刮刀塗佈、噴墨法、印刷法、輥塗法、噴塗法等。於本實施例中，採用噴塗法塗佈吸光材料15於螢光粉層13的出光面131上。
如圖1所示，本實施例的白光發光二極體包括：一藍光發光二極體晶片11；一螢光粉層13，設於藍光發光二極體晶片11上；以及一吸光材料15，設於螢光粉層13上，且吸光材料15為一黃光吸收材料。
於本實施例中，螢光粉層13為一螢光膠體層，其可為由混合有螢光粉顆粒的膠體所形成的層。於本實施例中，由於使用可發出藍光的藍光發光二極體晶片11，故螢光粉層13所包含的螢光粉顆粒可為能發出黃光的螢光粉顆粒。藉由藍光發光二極體晶片11所發出的藍光與螢光粉層13的螢光粉顆粒所發出的黃光進一步混光，而可得到白光。
雖然藍光發光二極體晶片11所發出的藍光與螢光粉層13的螢光粉顆粒所發出的黃光混光後已可得到白光，但為了提升白光發光二極體的色域，於本實施例的白光發光二極體中，藉由使用一吸光材料15，以吸收白光中的黃光波長範圍的雜光。於本實施例中，吸光材料15是以一薄膜的方式形成於螢光粉層13的出光面131上。其中，吸光材料15為吸收波長介於550 nm至610 nm的光之黃光吸收材料。在此，可吸收波長介於550 nm至610 nm的光之黃光吸收材料的例子包括，但不限於三苯甲烷類、鈷藍、鈷紫或其混合物。
因此，於本實施例的白光發光二極體中，藉由於螢光粉層13的出光面131上形成吸光材料15，則螢光粉層13所發出的光可穿過吸光材料15，並透過吸光材料15吸收多餘的黃光雜光，以提升白光發光二極體的色域。
實施例2
圖2A至圖2D為本實施例的白光發光二極體製作流程的剖面示意圖。
如圖2A所示，首先，提供一藍光發光二極體晶片11，其具有一第一表面111及一第二表面112，其中第一表面111與第二表面112相對；且兩電極12(分別為陽極及陰極)係設置於藍光發光二極體晶片11的第一表面111上。此外，藍光發光二極體晶片11更包括側表面113，與第一表面111及第二表面112連接。於本實施例中，藍光發光二極體晶片11為一藍光倒裝晶片；更具體而言，藍光發光二極體晶片11為一形成有磊晶層之藍光倒裝晶片。
如圖2B所示，形成一螢光粉層13於藍光發光二極體晶片11的第二表面112及側表面113上。於本實施例中，螢光粉層13的形成方法並無特殊限制，可使用如台灣專利第I398306號所述的方法形成。
如圖2C所示，形成一保護層14於螢光粉層13上。於本實施例中，保護層14可為一光學保護膠。此外，保護層14的形成方法並無特殊限制，可使用任何已知的塗佈方法形成，例如旋轉塗佈、刮刀塗佈、噴墨法、印刷法、輥塗法、噴塗法等。
如圖2D所示，形成一吸光材料15於保護層14上，而得到本實施例的白光發光二極體。在此，吸光材料15可採用實施例1所述的方法形成。
如圖2D所示，本實施例的白光發光二極體包括：一藍光發光二極體晶片11；一螢光粉層13，設於藍光發光二極體晶片11上；以及一吸光材料15，設於螢光粉層13上，且吸光材料15為一黃光吸收材料。此外，本實施例的白光發光二極體更包括一保護層14，其中保護層14係設置於螢光粉層13上，而吸光材料15係設置於保護層14上。
本實施例與實施例1的白光發光二極體的差異在於，本實施例的螢光粉層13為一螢光粉薄膜，其可為一由螢光粉顆粒132所組成的薄膜。於本實施例的白光發光二極體中，螢光粉層13係直接形成於藍光發光二極體晶片11的第二表面112及側表面113上；換言之，螢光粉層13是形成於藍光發光二極體晶片11設有電極12的第一表面111外的其他所有表面(包括第二表面112及側表面113)上。此外，本實施例的白光發光二極體更包括一保護層14，其中保護層14更設置於螢光粉層13對應於第二表面112及側表面113的表面上；更詳細而言，於本實施例中，因螢光粉層13形成於發光二極體晶片11的第二表面112及側表面113上，而保護層14是用以保護螢光粉層13，故保護層14也形成於螢光粉層13對應於第二表面112及側表面113的表面上。
於本實施例中，吸光材料15是以一薄膜的方式設置於保護層14上，故保護層14是設置於螢光粉層13及吸光材料15間。因此，由螢光粉層13所發出的光可穿過保護層14而到達吸光材料15，並藉由吸光材料15吸收多餘的黃光雜光，以提升白光發光二極體的色域。
於本實施例中，螢光粉層13及吸光材料15的材料可採用實施例1所述的材料，故在此不再贅述。此外，於本實施例中，電極12的材料可包括，但不限於，銅、鋁、鉬、鎢、金、鉻、鎳、鉑、鈦、銅合金、鋁合金、鉬合金、鎢合金、金合金、鉻合金、鎳合金、鉑合金、鈦合金、或其他適合金屬或金屬合金。
實施例3
圖3為本實施例的白光發光二極體晶片的剖面示意圖。本實施例的白光發光二極體的製備方法及結構與實施例1相似，除了以下不同點。
於本實施例中，吸光材料15是設於螢光粉層13中。更詳細而言，於本實施例中，螢光粉層13為一螢光膠體層，其可為由混合有螢光粉顆粒及吸光材料15的膠體所形成的層。因此，本實施例的白光發光二極體不包含如實施例1的由吸光材料所形成的層。
實施例4
圖4為本實施例的白光發光二極體晶片的剖面示意圖。本實施例的白光發光二極體的製備方法及結構與實施例2相似，除了以下不同點。
於本實施例中，吸光材料15是設於螢光粉層13中。更詳細而言，於本實施例中，螢光粉層13為一螢光粉薄膜，其可為一由螢光粉顆粒132及吸光材料15所組成的薄膜。因此，本實施例的白光發光二極體不包含如實施例2的由吸光材料所形成的層。
實施例5
圖5為本實施例的直下式背光模組的剖面示意圖。如圖5所示，本實施例的背光模組包括：一反射片31；一光學膜片32，設置於反射片31上；以及一白光發光二極體1，設置於反射片31及光學膜片32間。於本實施例中，白光發光二極體1可為實施例1至實施例4所示的任一白光發光二極體。
於本實施例中，反射片31也同時作為背光模組的殼體。此外，雖圖未示，光學膜片32可包括背光模組常見的膜片，例如擴散片、稜鏡片、增亮片等；然而，本揭露並不僅限於此，可根據需求調整光學膜片32的組成。
實施例6
圖6為本實施例的側入式背光模組的剖面示意圖。本實施例的背光模組與實施例5的相似，除了下列不同點。
如圖6所示，本實施例的背光模組更包括一導光板33，設置於反射片31與光學膜片32間，而白光發光二極體1設置於導光板33的一側。此外，於本實施例的背光模組更包括殼體30，而反射片31、光學膜片32、導光板33及白光發光二極體1均設置於殼體30的容置空間內。
實施例7
圖7為本實施例的顯示裝置的剖面示意圖。如圖7所示，本實施例的顯示裝置包括：一背光模組3；以及一顯示面板4，設置於背光模組3上。其中，背光模組3可為實施例5或實施例6所示的背光模組。此外，顯示面板4可包括：一第一基板41；一第二基板43，與第一基板41相對設置；以及一顯示層42，設置於第一基板41與第二基板43間。於本實施例中，顯示層42可為一液晶層。
於本實施例的一實施態樣中，第一基板41可為上方設置有薄膜電晶結構(圖未示)之薄膜電晶體基板，而第二基板43可為上方設置有彩色濾光層(圖未示)及黑色矩陣層(圖未示)之彩色濾光片基板。於本實施例的另一實施態樣中，彩色濾光層(圖未示)亦可設置在第一基板41上，此時，第一基板41則為一整合彩色濾光片陣列的薄膜電晶體基板(color filter on array, COA)。於本實施例的再一實施態樣中，黑色矩陣層(圖未示) 亦可設置在基板1上，此時，基板1則為一整合黑色矩陣的薄膜電晶體基板(black matrx on array, BOA)。
測試例
圖8為本揭露測試例的測試元件的剖面示意圖。本測試例的所使用的測試元件包括：一印刷電路板21，其上方設置有一線路22；一如圖2C或圖2D所示的白光發光二極體1，其電極12(請參閱圖2C或圖2D)與線路22電性連接；以及一擴散透鏡23，設於印刷電路板21上，且如圖2C或圖2D所示的白光發光二極體1是設於擴散透鏡23的透鏡空穴231中。當白光發光二極體1為如圖2C所示的白光發光二極體，則為本測試例的比較例所使用的測試元件；而白光發光二極體1為如圖2D所示的白光發光二極體，則為本測試例的實驗例所使用的測試元件。
而後，將如圖8的測試元件用於如圖3所示的背光模組中，並應用於如圖7所示的顯示裝置中；其中，顯示裝置的第一基板41為薄膜電晶體基板，而第二基板43為彩色濾光片基板。
於本測試例中，請參閱圖2C及圖2D，白光發光二極體1所使用的螢光粉為­­­­氟矽酸鉀 (Potassium Fluoride Silicon，簡稱KSF)螢光紅粉與beta-Sialon:Eu2+ 氮氧化物螢光綠粉以重量比2:1混和而成，保護層14的材料為光學保護膠。此外，實驗例的白光發光二極體1的吸光材料15為三苯甲烷類鹼性染料。再者，更使用LED積分球測試儀偵測比較例及實驗例所得到的光譜，並使用色彩分析儀偵測比較例及實驗例所得到的色域。
比較例及實驗例所得到的光譜結果分別如圖9A及圖9B所示。相較於未包括黃光吸收材料的比較例的白光發光二極體，當實驗例的白光發光二極體包括黃光吸收材料時，可有效使波長範圍介於550 nm至610 nm的雜光強度明顯降低。此外，比較例的白光發光二極體可得到的74.4%的NTSC色域，而實驗例的的白光發光二極體的NTSC色域可提升至93.9%。
如前所述，當白光發光二極體包括黃光吸收材料時，此黃光吸收材料可有效吸收黃光波長範圍的雜光，特別是可有效吸收波長範圍介於550 nm至610 nm的雜光，使得此波長範圍的雜光強度明顯降低，進而有效提升白發光二極體的色域。
本揭露的白光發光二極體可應用於任何顯示裝置的背光模組中以作為一發光源，其中，顯示裝置的具體例子包括，但不限於，顯示器、手機、筆記型電腦、攝影機、照相機、音樂播放器、行動導航裝置、電視等。
1:白光發光二極體 11:藍光發光二極體晶片 111:第一表面 112:第二表面 113:側表面 12:電極 13:螢光粉層 131:出光面 132:螢光粉顆粒 14:保護層 15:吸光材料 21:印刷電路板 22:線路 23:擴散透鏡 231:透鏡空穴 3:背光模組 30:殼體 31:反射片 32:光學膜片 33:導光板 4:顯示面板 41:第一基板 42:顯示層 43:第二基板
圖1為本揭露實施例1的白光發光二極體晶片的剖面示意圖。 圖2A至圖2D為本揭露實施例2的白光發光二極體製作流程的剖面示意圖。 圖3為本揭露實施例3的白光發光二極體晶片的剖面示意圖。 圖4為本揭露實施例4的白光發光二極體晶片的剖面示意圖。 圖5為本揭露實施例5的直下式背光模組的剖面示意圖。 圖6為本揭露實施例6的側入式背光模組的剖面示意圖。 圖7為本揭露實施例7的顯示裝置的剖面示意圖。 圖8為本揭露測試例的例測試元件的剖面示意圖。 圖9A及圖9B分別為本揭露測試例的比較例及實驗例的測試結果圖。
無。
11:藍光發光二極體晶片
13:螢光粉層
131:出光面
15:吸光材料

Claims (18)

  1. 一種白光發光二極體，包括： 一藍光發光二極體晶片； 一螢光粉層，設於該藍光發光二極體晶片上；以及 一吸光材料，設於該螢光粉層上或該螢光粉層中，其中該吸光材料為一黃光吸收材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的白光發光二極體，其中該黃光吸收材料係吸收波長介於550 nm至610 nm的光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的白光發光二極體，其中該黃光吸收材料為三苯甲烷類、鈷藍、鈷紫或其混合物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的白光發光二極體，其中該螢光粉層為一螢光膠體層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的白光發光二極體，其中該螢光粉層為一螢光粉薄膜。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的白光發光二極體，更包括一保護層，其中該保護層係設置於該螢光粉薄膜上，而該吸光材料係設置於該保護層上。
  7. 一種背光模組，包括： 一反射片； 一光學膜片，設置於該反射片上；以及 一白光發光二極體，設置於該反射片及該光學膜片間且包括： 一藍光發光二極體晶片； 一螢光粉層，設於該藍光發光二極體晶片上；以及 一吸光材料，設於該螢光粉層上或該螢光粉層中，其中該吸光材料為一黃光吸收材料。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的背光模組，其中該黃光吸收材料係吸收波長介於550 nm至610 nm的光。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的背光模組，其中該黃光吸收材料為三苯甲烷類、鈷藍、鈷紫或其混合物。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的背光模組，其中該螢光粉層為一螢光膠體層。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的背光模組，其中該螢光粉層為一螢光粉薄膜。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的背光模組，其中該白光發光二極體更包括一保護層，該保護層係設置於該螢光粉薄膜上，而該吸光材料係設置於該保護層上。
  13. 一種顯示裝置，包括： 一背光模組；以及 一顯示面板，設置於該背光模組上； 其中該背光模組包括：一反射片；一光學膜片，設置於該反射片上；以及一白光發光二極體，設置於該反射片及該光學膜片間且包括： 一藍光發光二極體晶片； 一螢光粉層，設於該藍光發光二極體晶片上；以及 一吸光材料，設於該螢光粉層上或該螢光粉層中，其中該吸光材料為一黃光吸收材料。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的顯示裝置，其中該黃光吸收材料係吸收波長介於550 nm至610 nm的光。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的顯示裝置，其中該黃光吸收材料為三苯甲烷類、鈷藍、鈷紫或其混合物。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的顯示裝置，其中該螢光粉層為一螢光膠體層。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的顯示裝置，其中該螢光粉層為一螢光粉薄膜。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中該白光發光二極體更包括一保護層，其中該保護層係設置於該螢光粉薄膜上，而該吸光材料係設置於該保護層上。
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