CN105140264A - 一种多原色量子点显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多原色量子点显示器，包括：第一电极；传输层，设置于第一电极的上方；图案化的量子点结构，设置于传输层的上方，包括：第一量子点层，具有多个第一量子点以发射第一颜色的光线；第二量子点层，具有多个第二量子点以发射第二颜色的光线；第三量子点层，具有多个第三量子点以发射第三颜色的光线；以及第四量子点层，具有多个第一量子点、第二量子点和第三量子点，第四量子点层用以发射由第一颜色、第二颜色和第三颜色混合而成的光线；以及第二电极，设置于图案化的量子点结构的上方。相比于现有技术，本发明可单独地调整单个子像素出光量，并不受单一背光源的限制，既维持显示图像的品质，又充分发挥白色子像素高穿透率的特性。

Description

一种多原色量子点显示器

技术领域

本发明涉及一种发光与显示技术领域，尤其涉及一种多原色量子点显示器。

背景技术

量子点(QuantumDot，QD)是粒径小于或接近激子波尔半径的半导体纳米晶体。量子点在三个维度上的尺寸通常小于10nm，内部的电子和空穴在各个方向上的运动均受到限制，量子限域效应(QuantumConfinementEffect)十分明显。由于电子和空穴被量子限域，量子点具有分立的能级结构。这种分立的能级结构使得量子点具有独特的光学性质。通常来说，量子点是由诸如锌、镉、硒、硫原子组合而成。每当受到光或电的刺激，量子点便会发出有色光线，光线的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定，这一特性使得量子点能够改变光源发出的光线颜色。由上述可知，量子点的发光峰窄、发光颜色随自身尺寸可调、发光效率高，非常适合用作显示器件的发光材料。

在现有技术中，一种背光模组的设计结构包括一侧光式LED背光源、一反射板(reflectiveplate)、一导光板(lightguideplate)、第一棱镜片(firstprismsheet)、一扩散板(diffuserplate)、一量子点强化膜与第二棱镜片(secondprismsheet)等。在该背光结构中，量子点强化膜无法针对单个子像素调整出光量，而且背光源透过量子点强化膜后只会发出白光，无法让光源通过特定大小量子点，分别激发出红光、蓝光、绿光以提高色域。此外，现有的另一种解决方案是在蓝光LED内封装不同大小的量子点发出白光，再透过RGB彩色滤光片产生红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三原色。该方法所发出的白光是由量子点所激发出的红光、绿光、蓝光所组成，而光线经过彩色滤光片后，会过滤掉不属于此色彩的光，造成出光效率不佳。而且，该方法也会受到其他颜色的干扰，可能使得饱和度下降，NTSC降低。出光效率也会因量子点受LED发出的热而受影响。再者，现有方案还尝试利用微机电组件取代传统液晶材料，虽然微机电组件可单独控制红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的出光量，但是其使用同一背光源，最大出光量会受到限制，若加入白色子像素，其白色子像素的穿透率必然会大于或等于红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素各自穿透率之和，如此一来，该方案仍然需要牺牲白色子像素的最大亮度，才能使得在同一画面上显示纯色与白色时的亮度差异不会太大。

有鉴于此，如何设计一种量子点显示器，既可维持显示图像的品质，也可充分发挥白色子像素高穿透率的特性以提升面板亮度，从而克服现有技术中的上述缺陷或不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中的量子点显示器所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新颖的多原色量子点显示器。

依据本发明的一个方面，提供了一种多原色量子点显示器，包括：

一第一电极；

一传输层，设置于所述第一电极的上方；

一图案化的量子点结构，设置于所述传输层的上方，其中，所述图案化的量子点结构包括：一第一量子点层，包括多个第一量子点用以发射第一颜色的光线；一第二量子点层，包括多个第二量子点用以发射第二颜色的光线；一第三量子点层，包括多个第三量子点用以发射第三颜色的光线；以及一第四量子点层，包括多个所述第一量子点、多个所述第二量子点和多个所述第二量子点，所述第四量子点层用以发射由所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色混合而成的光线；以及

一第二电极，设置于所述图案化的量子点结构的上方。

在其中的一实施例，所述第一量子点具有一第一尺寸，所述第二量子点具有一第二尺寸，所述第三量子点具有一第三尺寸，其中所述第一尺寸、所述第二尺寸和所述第三尺寸彼此各不相同。

在其中的一实施例，该第一尺寸大于该第二尺寸，且所述第二尺寸大于所述第三尺寸。

在其中的一实施例，所述第一量子点发射红色光线，所述第二量子点发射绿色光线，所述第三量子点发射蓝色光线，所述第四量子点发射由红色光线、绿色光线和蓝色光线混合而成的白色光线。

在其中的一实施例，所述红色光线的出光量、所述绿色光线的出光量和所述蓝色光线的出光量之和大于所述白色光线的出光量，且所述白色光线的出光量大于所述红色光线的出光量、所述绿色光线的出光量和所述蓝色光线的出光量的任意其中之一。

在其中的一实施例，所述第四量子点层中的第一量子点、第二量子点以及第三量子点依序交错排列。

在其中的一实施例，相邻的两个第一量子点之间具有第二颜色的第二量子点和第三颜色的第三量子点，相邻的两个第二量子点之间具有第三颜色的第三量子点和第一颜色的第一量子点，相邻的两个第三量子点之间具有第一颜色的第一量子点和第二颜色的第二量子点。

在其中的一实施例，所述多原色量子点显示器包括红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素和白色子像素，所述红色子像素利用所述第一量子点经由所述传输层中的电子空穴复合以激发红色光线，所述绿色子像素利用所述第二量子点经由所述传输层中的电子空穴复合以激发绿色光线，所述蓝色子像素利用所述第三量子点经由所述传输层中的电子空穴复合以激发蓝色光线。

在其中的一实施例，所述红色子像素、所述绿色子像素、所述蓝色子像素和所述白色子像素各自的像素灰阶满足：

R_o＝R_in；

G_o＝G_in；

B_o＝B_in；

W_o＝(1-S)MIN[RGB]_in；

S＝(MAX[RGB]_in-MIN[RGB]_in)/MAX[RGB]_in；

其中，R_in、G_in、B_in分别为输入的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的灰阶数值，R_o、G_o、B_o、W_o分别为输出的红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素和白色子像素的灰阶数值，S为饱和度，MAX[RGB]_in与MIN[RGB]_in分别为输入的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的灰阶值的最大值和最小值。

采用本发明的多原色量子点显示器，其传输层设置于第一电极的上方，图案化的量子点结构设置于传输层的上方，第二电极设置于图案化的量子点结构的上方。该图案化的量子点结构包括第一量子点层、第二量子点层、第三量子点层和第四量子点层，其中，第一量子点层包括多个第一量子点以发射第一颜色的光线，第二量子点层包括多个第二量子点以发射第二颜色的光线，第三量子点层包括多个第三量子点以发射第三颜色的光线，第四量子点层包括多个第一量子点、第二量子点和第三量子点从而发射由第一颜色、第二颜色和第三颜色混合而成的光线。相比于现有技术，本发明的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素利用个别特定大小的量子点，经由电子空穴交换会激发出特定波长的红光、绿光和蓝光，白色子像素混合可发出红光、绿光和蓝光的量子点从而发出白光。如此一来，本发明可调整单个子像素的电流，单独地调整单个子像素出光量，并不受单一背光源的限制。此外，本发明利用RGB子像素来增加色彩饱和度和发光效率，并利用白色子像素来增加整体面板亮度，既维持了显示图像的品质，又充分发挥了白色子像素高穿透率的特性。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1示出量子点不同的直径尺寸与光线颜色、光的波长之间的关系示意图；

图2示出现有技术中的一种具有侧入式LED光源的背光模组的结构示意图；

图3示出现有技术的另一种具有直下式LED光源的背光模组的结构示意图；

图4示出依据本发明的一实施方式的多原色量子点显示器的结构示意图；以及

图5示出图4的多原色量子点显示器用来单独调整单个子像素的像素灰阶值的状态示意图。

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1示出量子点不同的直径尺寸与光线颜色、光的波长之间的关系示意图。

如前所述，量子点(QuantumDot，QD)是粒径小于或接近激子波尔半径的半导体纳米晶体。量子点在三个维度上的尺寸通常小于10nm，内部的电子(Electron)和空穴(Electronhole)在各个方向上的运动均受到限制，量子限域效应(QuantumConfinementEffect)十分明显。若将材料制成量子点的大小，则电子容易受到激发而改变能阶，与空穴结合之后就会发出光线。并且，发光的能量强度(波长)和量子点的大小成正比，越小的量子点所发出光的能量越高、波长越短，越大的量子点所发出光的能量越低、波长越长。

如图1所示，在波长与荧光性的关系曲线1至5中，随着波长的增加，量子点的直径也变大了。例如，当量子点的直径为2nm时，受蓝光照射后的发出光线颜色为浅绿色；当量子点的直径为5nm时，受蓝光照射后的发出光线颜色为橘红色；当量子点的直径为6nm时，受蓝光照射后的发出光线颜色为深红色。这是由于量子限域效应造成的，一般来说，当材料尺寸很大时，电子能阶之间距离小；当材料尺寸很小时，诸如量子点的尺寸，其电子能阶会比较大，从而表现出与大尺寸材料截然不同的特性。例如，硅本身为间接能隙，电子和空穴结合时并不发光，但若将其切割至量子点的大小(如10nm以下)，硅将会变成直接能隙，通电后就会发光。量子点直径越小，激发后的光波长越小(偏蓝)；直径越大，激发后的光波长越长(偏红)。如此一来，我们可利用上述特性控制量子点的尺寸大小，从而使其发出蓝色、绿色和红色三种光线，与液晶显示器中的蓝色子像素、绿色子像素和红色子像素相对应。也正因如此，量子点结构也往往应用于液晶显示领域。

图2示出现有技术中的一种具有侧入式LED光源的背光模组的结构示意图。

参照图2，现有的背光模组包括一LED背光源100、一反射板(reflectiveplate)102、一导光板(lightguideplate)104、第一棱镜片(firstprismsheet)106、一扩散板(diffuserplate)108、一量子点强化膜110与第二棱镜片(secondprismsheet)112。液晶模组114位于第二棱镜片112的上方。在此，由于LED背光源100设置在导光板104的侧面，因而，该背光模组也称为侧入式背光模组。

如前文部分所述，在上述结构中，量子点强化膜110无法针对单个子像素个别地调整出光量，来自LED背光源100的光线在经由导光板104处理后再透过量子点强化膜110后只能发出白光。然而，其无法让光源通过特定大小量子点，分别激发出红光、蓝光、绿光以提高色域。

图3示出现有技术的另一种具有直下式LED光源的背光模组的结构示意图。

参照图3，现有的背光模组包括一蓝色LED背光源200和一量子点层204。蓝色LED背光源200位于密封腔体202的底部，量子点层204位于密封腔体202的顶部。透过在腔体202内部封装不同大小的量子点以发出白光206，再透过RGB彩色滤光片从而产生红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三原色。虽然该背光模组所发出的白光206是由量子点所激发出的红光、绿光、蓝光混合而成，但白光206经过彩色滤光片后，会过滤掉与滤光片颜色并不相同的那部分光线，造成出光效率不佳。此外，该结构也会遭受其他颜色的干扰，可能使得饱和度下降，NTSC降低。

为了解决现有技术中的上述问题，本申请提出一种多原色量子点显示器。图4示出依据本发明的一实施方式的多原色量子点显示器的结构示意图。图5示出图4的多原色量子点显示器用来单独调整单个子像素的像素灰阶值的状态示意图。本领域的技术人员应当理解，在图4中，同一填充颜色表示相同颜色的量子点。

参照图4，在该实施方式中，本发明的多原色量子点显示器主要包括一第一电极(firstelectrode)30、一传输层(transportlayer)32、一图案化的量子点结构(patternedquantumdotstructure)34和一第二电极(secondelectrode)36。

详细而言，传输层32设置于第一电极30的上方。图案化的量子点结构34设置于传输层32的上方，包括一第一量子点层、一第二量子点层、一第三量子点层和一第四量子点层。其中，第一量子点层包括多个第一量子点342用以发射第一颜色的光线。第二量子点层包括多个第二量子点344用以发射第二颜色的光线。第三量子点层包括多个第三量子点346用以发射第三颜色的光线。第四量子点层包括多个第一量子点342、多个第二量子点344和多个第三量子点346，第四量子点层用以发射由第一量子点342的第一颜色、第二量子点344的第二颜色和第三量子点346的第三颜色混合而成的光线。第二电极36设置于图案化的量子点结构34的上方。如图4所示，第四量子点层中的第一量子点342、第二量子点344以及第三量子点346依序交错排列。亦即，相邻的两个第一量子点342之间具有第二颜色的第二量子点344和第三颜色的第三量子点346，相邻的两个第二量子点344之间具有第三颜色的第三量子点346和第一颜色的第一量子点342，相邻的两个第三量子点346之间具有第一颜色的第一量子点342和第二颜色的第二量子点344。

在一具体实施例，第一量子点342具有一第一尺寸，第二量子点344具有一第二尺寸，第三量子点346具有一第三尺寸。假设第一尺寸以d1表示，第二尺寸以d2表示，第三尺寸以d3表示，则d1、d2和d3彼此各不相同。较佳地，第一尺寸d1大于第二尺寸d2，且第二尺寸d2大于第三尺寸d3。

在一具体实施例，第一量子点342发射红色光线，第二量子点344发射绿色光线，第三量子点346发射蓝色光线，第四量子点发射由红色光线、绿色光线和蓝色光线混合而成的白色光线。如此一来，经由透明的第二电极36之后，量子点显示器便产生了红色光线R、绿色光线G、蓝色光线B和白色光线W。较佳地，红色光线的出光量、绿色光线的出光量和蓝色光线的出光量之和大于白色光线的出光量，且白色光线的出光量大于红色光线的出光量、绿色光线的出光量和蓝色光线的出光量的任意其中之一。

由上述可知，多原色量子点显示器包括红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素和白色子像素，红色子像素利用第一量子点经由传输层中的电子空穴复合以激发红色光线，绿色子像素利用第二量子点经由传输层中的电子空穴复合以激发绿色光线，蓝色子像素利用第三量子点经由传输层中的电子空穴复合以激发蓝色光线，从而可单独地调整单个子像素的出光量，且不受单一背光源的限制。此外，本发明也不需专门的彩色滤光片来进行光线的颜色过滤处理，提升了整体出光效率。

如图5所示，本发明的多原色量子点显示器可单独地个别调整每个子像素的像素灰阶值(graylevel，GL)，且灰阶值均可在0～255的数值范围内变化。在一些具体实施例，红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素和白色子像素各自的像素灰阶满足下列关系：

R_o＝R_in；

G_o＝G_in；

B_o＝B_in；

W_o＝(1-S)MIN[RGB]_in；

S＝(MAX[RGB]_in-MIN[RGB]_in)/MAX[RGB]_in；

其中，R_in、G_in、B_in分别为输入的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的灰阶数值，R_o、G_o、B_o、W_o分别为输出的红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素和白色子像素的灰阶数值，S为饱和度，MAX[RGB]_in与MIN[RGB]_in分别为输入的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的灰阶值的最大值和最小值。

例如，R_in、G_in、B_in均为255，则S为0，此时白色子像素的灰阶数值W_o为255，亦即，输出的像素灰阶为(255,255,255,255)。又如，R_in、G_in、B_in分别为255、0、0，则S为1，此时白色子像素的灰阶数值W_o为0，亦即此时输出的像素灰阶为(255,0,0,0)。再如，R_in、G_in、B_in分别为255、186、123，则S为0.8，此时白色子像素的灰阶数值W_o为60，亦即此时输出的像素灰阶为(255,186,123,60)。因此，本发明可利用RGB子像素来增加色彩饱和度和发光效率，并利用白色子像素来增加整体面板亮度，既维持了显示图像的品质，又充分发挥了白色子像素高穿透率的特性。

采用本发明的多原色量子点显示器，其传输层设置于第一电极的上方，图案化的量子点结构设置于传输层的上方，第二电极设置于图案化的量子点结构的上方。该图案化的量子点结构包括第一量子点层、第二量子点层、第三量子点层和第四量子点层，其中，第一量子点层包括多个第一量子点以发射第一颜色的光线，第二量子点层包括多个第二量子点以发射第二颜色的光线，第三量子点层包括多个第三量子点以发射第三颜色的光线，第四量子点层包括多个第一量子点、第二量子点和第三量子点从而发射由第一颜色、第二颜色和第三颜色混合而成的光线。相比于现有技术，本发明的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素利用个别特定大小的量子点，经由电子空穴交换会激发出特定波长的红光、绿光和蓝光，白色子像素混合可发出红光、绿光和蓝光的量子点从而发出白光。如此一来，本发明可调整单个子像素的电流，单独地调整单个子像素出光量，并不受单一背光源的限制。此外，本发明利用RGB子像素来增加色彩饱和度和发光效率，并利用白色子像素来增加整体面板亮度，既维持了显示图像的品质，又充分发挥了白色子像素高穿透率的特性。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种多原色量子点显示器，其特征在于，所述多原色量子点显示器包括：

一第一电极；

一传输层，设置于所述第一电极的上方；

一图案化的量子点结构，设置于所述传输层的上方，其中，所述图案化的量子点结构包括：

一第一量子点层，包括多个第一量子点用以发射第一颜色的光线；

一第二量子点层，包括多个第二量子点用以发射第二颜色的光线；

一第三量子点层，包括多个第三量子点用以发射第三颜色的光线；以及

一第四量子点层，包括多个第一量子点、多个第二量子点和多个第三量子点，所述第四量子点层用以发射由所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色混合而成的光线；以及

一第二电极，设置于所述图案化的量子点结构的上方。

2.根据权利要求1所述的多原色量子点显示器，其特征在于，所述第一量子点具有一第一尺寸，所述第二量子点具有一第二尺寸，所述第三量子点具有一第三尺寸，其中所述第一尺寸、所述第二尺寸和所述第三尺寸彼此各不相同。

3.根据权利要求1所述的多原色量子点显示器，其特征在于，该第一尺寸大于该第二尺寸，且所述第二尺寸大于所述第三尺寸。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的多原色量子点显示器，其特征在于，所述第一量子点发射红色光线，所述第二量子点发射绿色光线，所述第三量子点发射蓝色光线，所述第四量子点发射由红色光线、绿色光线和蓝色光线混合而成的白色光线。

5.根据权利要求4所述的多原色量子点显示器，其特征在于，所述红色光线的出光量、所述绿色光线的出光量和所述蓝色光线的出光量之和大于所述白色光线的出光量，且所述白色光线的出光量大于所述红色光线的出光量、所述绿色光线的出光量和所述蓝色光线的出光量的任意其中之一。

6.根据权利要求4所述的多原色量子点显示器，其特征在于，所述第四量子点层中的第一量子点、第二量子点以及第三量子点依序交错排列。

7.根据权利要求6所述的多原色量子点显示器，其特征在于，相邻的两个第一量子点之间具有第二颜色的第二量子点和第三颜色的第三量子点，相邻的两个第二量子点之间具有第三颜色的第三量子点和第一颜色的第一量子点，相邻的两个第三量子点之间具有第一颜色的第一量子点和第二颜色的第二量子点。

8.根据权利要求4所述的多原色量子点显示器，其特征在于，所述多原色量子点显示器包括红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素和白色子像素，所述红色子像素利用所述第一量子点经由所述传输层中的电子空穴复合以激发红色光线，所述绿色子像素利用所述第二量子点经由所述传输层中的电子空穴复合以激发绿色光线，所述蓝色子像素利用所述第三量子点经由所述传输层中的电子空穴复合以激发蓝色光线。

9.根据权利要求8所述的多原色量子点显示器，其特征在于，所述红色子像素、所述绿色子像素、所述蓝色子像素和所述白色子像素各自的像素灰阶满足：

R_o＝R_in；

G_o＝G_in；

B_o＝B_in；

W_o＝(1-S)MIN[RGB]_in；

S＝(MAX[RGB]_in-MIN[RGB]_in)/MAX[RGB]_in；

其中，R_in、G_in、B_in分别为输入的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的灰阶数值，R_o、G_o、B_o、W_o分别为输出的红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素和白色子像素的灰阶数值，S为饱和度，MAX[RGB]_in与MIN[RGB]_in分别为输入的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的灰阶值的最大值和最小值。