CN104880741B - 量子棒膜 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种用于液晶显示器的背光模组中的量子棒膜，其包含第一阻隔层，次波长微结构，以及复数个量子棒；其中，次波长微结构具有成平行方向排列的光栅，平行方向排列的光栅之间具有凹槽，凹槽具有配向微结构，配向微结构与光栅的排列方向垂直，以及光栅顶部具有反射面；复数个量子棒堆叠于次波长微结构中的配向微结构中，且复数个量子棒的长轴排列方向垂直于光栅的排列方向。本发明提供的量子棒膜，藉由控制次波长微结构的周期而选择性调控不同波长范围的入射光的穿透或反射行为，且复数个量子棒控制穿透的蓝光与激发出的红光、绿光比例，混合成白光作为液晶显示器的背光源，以提高背光模组的利用率。

Description

量子棒膜

技术领域

本发明是有关于一种用于液晶显示器的背光模组中的量子棒膜，使液晶显示器具有更佳色域及光源利用率。

背景技术

习知液晶显示器所搭配的偏光板，普遍采用吸收型偏光板，背光源所发出的非偏极化光线穿过偏光板时，在偏光板的吸收轴方向上的分量会被吸收而无法通过，因此，偏光板对背光源的透光度理论上仅能达50％以下，光线再经过液晶面板的电极层、彩色滤光片、液晶层及玻璃基板等结构后，使用者实际可见显示器的亮度，则仅剩下背光源所发出的10％以下，故背光源利用率相当低而造成能源的浪费。

而现行存在许多增加背光源效率的方法已被提出，例如增加反射式增亮膜(DualBrightness Enhancement Film,DBEF)、棱镜片等光学膜于背光模组中，以将无法穿过偏光板的光线不断反射回收利用后，再穿过偏光板而达到增亮的目的，或将大视角光线聚光以增加正视角亮度；但此些方式虽可增加背光亮度，对于增加液晶显示器的色域(Gamut)与颜色饱和度等，则帮助不大。

因此一种解决方案被提出，藉由增加量子点于背光模组中以增加色域，量子点为零维结构的半导体材料，可吸收较短波长的紫外光或蓝光，放出较长波长的绿光或红光以混合成白色背光源，且因其激发光的光谱具有较窄的半高宽(FWHM)，而使采用量子点的液晶显示器的色域可大于100％NTSC(National Television Standards Committee，NTSC)。

此外，亦提出了一种解决方案，在背光模组中增加量子棒膜，量子棒亦为纳米级半导体材料，形状属于一维结构，与一般吸收型偏光板吸收非偏振光而放热的形式不同的是，量子棒吸收非偏振光线后，其长轴方向可激发出比原入射光源波长较长的偏振光线，且因内部量子效率高，故背光源的光线可大量转换为偏振光，经过调整量子棒其长轴配向方向，所激发的偏振光可易于通过液晶面板上的偏光板的穿透轴，因此相对于采用量子点的背光源，理论上可进一步增加液晶面板对背光源的利用率。

一般可采用二色性比(Dichroic Ratio,DR)来评估量子棒膜产生偏振光源的效率，二色性比以式DR＝Y_///Y_⊥所计算而得，其中Y_//为背光源在量子棒膜长轴与检测用偏光板穿透轴平行时所获得的穿透度，Y_⊥为背光源在量子棒膜长轴与检测用偏光板穿透轴垂直时所获得的穿透度，当背光源未经过量子棒膜时，其Y_//与Y_⊥几乎相同，故二色性比为接近1，当二色性比数值愈大，代表所测量子棒膜具有较明显的二色性，使经过量子棒膜激发出的光源，具有较佳的偏振性与方向性；但将量子棒膜应用于现行背光模组中的光学膜层叠结构中，往往会因光学膜间的反射与折射，或光学膜中所添加粒子的散射，使得量子棒膜所激发出的光源通过这些光学膜后二色性比降低，令实际穿过液晶显示器偏光板的偏振光减少而增亮效果不如预期。

此外，请参考图1，在采用以蓝光LB激发出红光LR与绿光LG的习知量子棒膜1中，当量子棒2的长轴排列方向为x轴方向时，蓝光LB的x轴方向分量可被量子棒2吸收而激发出同为x轴方向的红光LR与绿光LG，但y轴方向分量的蓝光LB则大部分直接穿透量子棒2而形成y轴方向的穿透光LB1，与激发后的红光LR、绿光LG方向不一致，因此后续应用于液晶显示器中，蓝光的穿透光LB1较无法通过偏光板的穿透轴而利用率较低，且蓝光的穿透光LB1愈多，代表Y_⊥的分量愈多，则量子棒膜1所测得的二色性比愈低；此外，若蓝光LB大部分直接穿透量子棒2，则所激发的红光LR与绿光LG因激发次数较少，光量亦较不足，而通常需要增加量子棒2的数量以维持所欲混合的白光色座标，造成材料成本增加；故需要一种新颖的量子棒膜，以降低y轴方向的蓝光穿透光LB1，并增加蓝光LB对量子棒2的激发次数及利用率。

发明内容

有鉴于上述习知技艺的问题，本发明的目的在于提供一种具备新颖性、进步性及产业利用性等专利要件的量子棒膜，以期克服现有产品的难点。

为达到上述目的，本发明提供一种量子棒膜，在一较佳实施例中，其包含第一阻隔层，其位于背光源的入光侧；次波长微结构，其位于第一阻隔层上，次波长微结构具有成平行方向排列的光栅，平行方向排列的光栅之间具有凹槽，凹槽中具有配向微结构，配向微结构与光栅的排列方向垂直，且光栅顶部具有反射面；以及复数个量子棒，其堆叠于次波长微结构中的配向微结构中，且这些量子棒的长轴排列方向垂直于光栅的排列方向。

在本发明一实施例的量子棒膜中，次波长微结构的每一光栅的宽度为70nm至75nm，深度为50nm至200nm，间隔为70nm至75nm。

在本发明又一实施例的量子棒膜中，每一配向微结构的宽度为5nm至20nm，深度为5nm至50nm，间隔为5nm至20nm。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，这些量子棒之长度为10nm至50nm，长径比为5至10。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，复数个量子棒包含一种或以上不同长度的量子棒。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，形成复数个量子棒的半导体材料选自III-V族、II-VI族、IV-VI族及/或其组合的化合物。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，第一阻隔层的材料选自对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物或包含金属氧化物的有机/无机复合薄膜。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，次波长微结构的反射面为金属层。

在本发明另一实施态样中，量子棒膜进一步包含第二阻隔层，第二阻隔层设置于次波长微结构上。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，第二阻隔层的材料选自对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物或包含金属氧化物的有机/无机复合薄膜。

本发明提供的量子棒膜，藉由控制次波长微结构的周期而选择性调控不同波长范围的入射光的穿透或反射行为，且复数个量子棒可控制穿透的蓝光与激发出的红光、绿光比例，混合成白光作为液晶显示器的背光源。因此，相较于习知量子棒膜，采用本发明的量子棒膜的背光模组具有更佳的利用率，并且因量子棒材料的激发光谱具有较窄的半高宽，故还可使得液晶显示器所能表现的色域面积更广。

附图说明

图1为习知量子棒膜的示意图；

图2为本发明一实施例的量子棒膜的示意图；

图3为本发明一实施例的量子棒膜增加蓝光背光源利用率的原理示意图；

图4为本发明另一实施例的量子棒膜的示意图。

具体实施方式

为使本发明的发明特征、内容与优点及其所能达成的功效更易了解，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。

以下将参照相关图式，说明依本发明的量子棒膜的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。

请配合参看图2所示，其为本发明所提供一较佳实施例的量子棒膜3的示意图；在一较佳实施例中，量子棒膜3包含第一阻隔层4位于背光源LB的入光侧；次波长微结构5，其位于做为基材的第一阻隔层4上，次波长微结构5具有成平行方向排列的光栅51，平行光栅51间的凹槽具有与光栅51排列方向垂直的配向微结构52，且光栅51顶部具有反射面51a；以及复数个量子棒6，其堆叠于次波长微结构5中的配向微结构52中，且复数个量子棒6的长轴排列方向垂直于光栅51的排列方向。

所谓次波长微结构5指其微结构周期小于入射光的波长，当所入射光的波长范围约为次波长微结构5的周期3倍时，则所述波长范围的入射光可感受到次波长微结构5的影响而反射，且所述波长范围的入射光因次波长微结构5的反射面51a而分为具有方向性的偏振光；当入射光的波长范围大于次波长微结构5的周期3倍时，则所述波长范围的入射光无法感受到次波长微结构5的影响，具有较低的反射率而可直接穿透，因此，可藉由控制次波长微结构5的周期而选择性调控不同波长范围的入射光的穿透或反射行为，次波长微结构5一般可藉由纳米压印、干涉微影或电子束直写等方式形成。

请配合参看图3所示，其为本发明一实施例的量子棒膜3增加蓝光LB背光源利用率的原理示意图，当蓝光LB背光源穿过量子棒膜3时，位于次波长微结构5的配向微结构(未示于图上)中的量子棒6可被激发出x轴方向的红光LR与绿光LG，并穿过光栅51的结构，且因次波长微结构5的周期及反射面51a的存在，例如在一实施例中，次波长微结构5的每一光栅51的宽度W为70nm至75nm，深度H为50nm至200nm，间隔S为70nm至75nm，则可选择性将波长420nm至500nm的蓝光LB反射并形成偏振光，而不影响量子棒6所激发出的红光LR与绿光LG的穿透度，使直接穿透量子棒6的y轴方向蓝光穿透光LB1减少，并形成反射光LB2反射回量子棒6处，量子棒6再次激发反射光LB2发出与x轴同方向的红光LR与绿光LG，因而具有较习知量子棒膜激发出更多的红光LR与绿光LG；部分未被量子棒6吸收与次波长微结构5反射而穿透的蓝光LB1即可与红光LR、绿光LG混合成白光，以做为显示面板背光源；因此，相较于习知量子棒膜，可增加蓝光LB于量子棒膜3中的激发次数，而使采用本发明的量子棒膜3的背光模组具有更佳的利用率。

在本发明又一实施例的量子棒膜中，每一配向微结构52的宽度为5nm至20nm，深度为5nm至50nm，间隔为5nm至20nm，且堆叠于配向微结构52中的复数个量子棒6的长度介于10nm至50nm，长径比介于5至10；在配向微结构52的间隔小于所采用的量子棒6的长度，且配向微结构52的间隔大于所采用的量子棒6的直径的条件下，则涂布包含所述复数个量子棒6的溶液于配向微结构52上并干燥固化后，复数个量子棒6可以其长轴方向排列于配向微结构52的间隔中；此外，亦可进一步采用刷摩配向、电场配向等方式，使复数个量子棒6具有更佳的排列性。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，复数个量子棒6包含一种或以上不同长度的量子棒，经调整不同尺寸的量子棒含量，即可控制穿透的蓝光与激发出的红光、绿光比例，混合成白光作为液晶显示器的背光源，并因量子棒材料的激发光谱具有较窄的半高宽，故可使得液晶显示器所能表现的色域面积更广。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，形成这些量子棒的半导体材料选自元素周期表中III-V族、II-VI族、IV-VI族及/或其组合的化合物；例如包括但不限于下列化合物：AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，第一阻隔层4的材料选自对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物或包含金属氧化物的有机/无机复合薄膜。

在本发明另一实施例的量子棒膜中，次波长微结构5的反射面51a为金属层，并可藉由斜向喷镀等方式，选择性镀于次波长微结构5的光栅51的顶部，使进入次波长微结构5的入射光，可形成具有方向性的x方向穿透光与y方向反射光而再利用，以进一步提升量子棒膜的二色性比及利用率。

请再参考图4，在本发明另一实施例中，量子棒膜31进一步包含第二阻隔层41，设置于次波长微结构5上，以形成更佳良好的封装结构，使量子棒膜31的耐候性增加。

在本发明另一实施例的量子棒膜31中，第二阻隔层41的材料选自对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物或包含金属氧化物的有机/无机复合薄膜。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺之人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种量子棒膜，其特征在于，该量子棒膜包含：

第一阻隔层，其位于背光源的入光侧；

次波长微结构，其位于该第一阻隔层上，该次波长微结构具有成平行方向排列的光栅，平行方向排列的该光栅之间具有凹槽，该凹槽具有配向微结构，该配向微结构与该光栅的排列方向垂直，且该光栅顶部具有反射面；以及

复数个量子棒，其堆叠于该次波长微结构中的该配向微结构中，且该复数个量子棒的长轴排列方向垂直于该光栅的排列方向。

2.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该次波长微结构的每一该光栅的宽度为70nm至75nm，深度为50nm至200nm，间隔为70nm至75nm。

3.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该配向微结构的宽度为5nm至20nm，深度为5nm至50nm，间隔为5nm至20nm。

4.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该复数个量子棒的长度为10nm至50nm，长径比为5至10。

5.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该复数个量子棒包含一种或以上不同长度的量子棒。

6.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，形成该复数个量子棒的半导体材料选自元素周期表中III-V族、II-VI族、IV-VI族及/或其组合的化合物。

7.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该第一阻隔层的材料选自对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物或包含金属氧化物的有机/无机复合薄膜。

8.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该次波长微结构的该反射面系为金属层。

9.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，进一步包含第二阻隔层，该第二阻隔层设置于该次波长微结构上。

10.如权利要求9所述的量子棒膜，其特征在于，该第二阻隔层的材料选自对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物或包含金属氧化物的有机/无机复合薄膜。