CN105372875A - 量子棒膜 - Google Patents

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Abstract

本发明有关于一种用于液晶显示器的背光模组中的量子棒膜，其包含量子棒层，包含复数个量子棒，复数个量子棒的长轴沿方向排列；棱镜微结构层，其具有第一折射率，并包含平行排列的复数条条状棱镜，且棱镜微结构层设置于量子棒层的入光侧；以及双折射层，其覆盖于棱镜微结构层上，其具有异常光折射率或寻常光折射率；藉由棱镜微结构层的第一折射率与双折射层的异常光折射率或寻常光折射率的差异，选择性通过平行复数个量子棒的长轴方向的入射光，并反射垂直复数的量子棒的长轴方向的入射光以回收利用，而增加背光源利用率。

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(DualBrightnessEnhancementFilm,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。
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(DichroicRatio,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，其包含基材2与分散于基材2中的复数个量子棒3，当复数个量子棒3的长轴排列方向为x轴方向时，蓝光LB的x轴方向分量可被复数个量子棒3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则大部分直接穿透复数个量子棒3而形成y轴方向的蓝光穿透光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3，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，而通常需要增加复数个量子棒3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对复数个量子棒3的激发次数及利用率。
发明内容
有鉴于上述习知技术手段的问题，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特点的量子棒膜，以期克服现有产品实际使用于液晶面板的背光模组过程中增亮效果不如预期难点。
为达到上述目的，本发明提供一种量子棒膜，其包含量子棒层，其包含复数个量子棒，且该复数个量子棒的长轴沿一方向排列；棱镜微结构层，其包含平行排列的复数条条状棱镜，设置于该量子棒层的第一侧，该第一侧为该量子棒膜的入光侧，并该棱镜微结构层具有第一折射率；以及双折射层，其覆盖于该棱镜微结构层上，该双折射层具有异常光折射率与寻常光折射率，于平行该复数条条状棱镜的排列方向上具有异常光折射率，于垂直该复数条条状棱镜的排列方向上具有寻常光折射率；其中，当该棱镜微结构层的该复数条条状棱镜的排列方向垂直该复数个量子棒的长轴方向时，该双折射层的该异常光折射率大于该棱镜微结构层的该第一折射率，且该寻常光折射率等于该棱镜微结构层的第一折射率；当该棱镜微结构层的该复数条条状棱镜的排列方向平行该复数个量子棒的长轴的方向时，该双折射层的寻常光折射率大于该棱镜微结构层的第一折射率，且该异常光折射率等于该棱镜微结构层的该第一折射率。
在本发明一实施例的量子棒膜中，其包含第一阻隔层与第二阻隔层，该第一阻隔层设置于该量子棒层与该棱镜微结构层之间，第二阻隔层于该量子棒层的第二侧，该第二侧与该第一侧相对。
在本发明另一实施例之量子棒膜中，该第一阻隔层与第二阻隔层的材料各自独立地选自由下列所组成的群组：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、包含金属氧化物之有机/无机复合薄膜及其组合。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，该棱镜微结构层之折射率为1.4至1.7。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，该棱镜微结构层的该复数条条状棱镜的顶角为80°至110°。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，形成该棱镜微结构层的材料选自由下列所组成的群组：甲基丙烯酸甲酯聚合物、对苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纤维素、或聚乙烯及其组合。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，该双折射层包含液晶或双折射晶体。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，该复数个量子棒的长度的范围为10nm至50nm，长径比的范围为5至10。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，该复数个量子棒包含一种长度或多种长度的量子棒。
在本发明另一实施例之量子棒膜中，该复数个量子棒包括至少一种半导体材料，该半导体材料选自由下列III-V族、II-VI族、IV-VI族的化合物及其组合所组成的群组，例如：AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe。
本发明的量子棒膜通过设置对棱镜微结构层的复数条条状棱镜的排列方向与量子棒层的复数个量子棒的长轴的排列方向的调整，并搭配棱镜微结构层的折射率与双折射层的折射率的差异，选择性通过平行复数个量子棒的长轴方向之入射光，并反射垂直复数个量子棒的长轴方向的入射光以回收利用，而增加背光源利用率。
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12的示意图；在本实施例中，量子棒膜12，其包含量子棒层22，其包含复数个量子棒32，且复数个量子棒32的长轴沿一方向排列；棱镜微结构层42，其包含平行排列的复数条条状棱镜42a，复数条条状棱镜42a的排列方向垂直复数个量子棒32的长轴的方向，且设置于量子棒层22的第一侧，所述第一侧为朝向光线的入光侧，并且复数条条状棱镜42a具有第一折射率n；以及双折射层52，其覆盖于棱镜微结构层42上，双折射层52具有异常光折射率ne与寻常光折射率no；于平行复数条条状棱镜42a的排列方向上具有异常光折射率ne，以及于垂直复数条条状棱镜42a的排列方向上具有寻常光折射率no；其中，双折射层52的异常光折射率ne大于棱镜微结构层42的第一折射率n，且寻常光折射率no等于第一折射率n。
本实施例中提供的量子棒膜12较佳使用于液晶显示器的背光模组中，以提高背光源的利用率。
请再配合参看图3所示，其为本发明的量子棒膜12增加蓝光LB背光源利用率的原理示意图，当棱镜微结构层42的复数条条状棱镜42a的排列方向垂直量子棒层22的复数个量子棒32的长轴的方向时，因x方向上双折射层52的寻常光折射率no与棱镜微结构层42的第一折射率n相同，故蓝光LB于x方向的分量并不会感受到双折射层52与棱镜微结构层42介面的折射率差异，而可直接穿透形成蓝光穿透光LB1，并对复数个量子棒32激发出红光LR与绿光LG，且蓝光穿透光LB1的偏振方向与所激发的红光LR与绿光LG皆一致，因此所混合的白光经调整与液晶面板的偏光板穿透轴相同时，可具有较佳的穿透率；而y方向上双折射层52的异常光折射率ne因大于棱镜微结构层42的第一折射率n，故蓝光LB于y方向的分量在双折射层52与棱镜微结构层42介面则容易产生全反射形成蓝光反射光LB2，且蓝光反射光LB2的偏振方向与所激发的红光LR与绿光LG不一致，因此若穿透棱镜微结构层42而混合成白光将降低量子棒膜整体的二色性比，故将y方向的蓝光反射光LB2反射后再利用，更可增加背光源的利用率。
在本发明一实施例的量子棒膜中，还包含，第一阻隔层与第二阻隔层，第一阻隔层设置于量子棒层22与棱镜微结构层42之间，第二阻隔层设置于量子棒层12的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对，第二侧为量子棒层12相对于棱镜微结构层42另一侧，通过第一阻隔层与第二阻隔层以形成更加良好的封装结构，阻隔水、氧等使量子棒膜的耐候性增加，并延长使用寿命。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，棱镜微结构层42的第一折射率n为1.4至1.7。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，棱镜微结构层42的复数条条状棱镜42a的顶角为80°至110°，以具有较佳的背光源回收效果。
在本发明另一实施例量子棒膜中，形成棱镜微结构层42的材料为各自独立地选自由下列所组成的群组：甲基丙烯酸甲酯聚合物、对苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纤维素、聚乙烯及其组合。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，双折射层52包含液晶，如A-plate型液晶，或双折射晶体，并可藉由刷摩配向等制程，使其长轴平行于棱镜微结构层42的复数条条状棱镜42a的排列方向。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，复数个量子棒32的长度的范围为10nm(纳米)至50nm(纳米)，长径比的范围为5至10。
在本发明另一实施例的量子棒膜中，复数个量子棒32包含一种长度或多种长度的量子棒，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，复数个量子棒32包括一种或多种半导体材料，所述的半导体材料选自由下列III-V族、II-VI族、IV-VI族的化合物及其组合所组成的群组；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12中，第一阻隔层与第二阻隔层的材料各自独立地选自由下列所组成的群组：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、包含金属氧化物的有机/无机复合薄膜及其组合。
请配合参看图4所示，其为本发明所提供另一实施例的量子棒膜13的示意图；在一较佳实施方式中，量子棒膜13，其包含量子棒层23，量子棒层23包含复数个量子棒33，且复数个量子棒33的长轴沿一方向排列；棱镜微结构层43，其包含平行排列的复数条条状棱镜43a，复数条条状棱镜43a的排列方向平行复数个量子棒33的长轴方向，且设置于量子棒层23的入光侧，并且棱镜微结构层43具有第一折射率n；以及双折射层53，其覆盖于棱镜微结构层43上，双折射层53具有异常光折射率ne与寻常光折射率no，于平行复数条条状棱镜43a的排列方向上具有异常光折射率ne，以及于垂直该复数条条状棱镜43a的排列方向上具有寻常光折射率no；其中，双折射层53的寻常光折射率no大于棱镜微结构层43的第一折射率n，且异常光折射率ne等于第一折射率n。
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的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，包含：
量子棒层，其包含复数个量子棒，且该复数个量子棒的长轴沿一方向排列；
棱镜微结构层，其包含平行排列的复数条条状棱镜，该复数条条状棱镜的排列方向垂直该复数个量子棒的长轴的方向，且该棱镜微结构层设置于该量子棒层的第一侧，该第一侧为该量子棒层的入光侧，并具有第一折射率；以及
双折射层，其覆盖于该棱镜微结构层上，该双折射层具有异常光折射率与寻常光折射率，于平行该复数条条状棱镜的排列方向上具有该异常光折射率，于垂直该复数条条状棱镜的排列方向上具有该寻常光折射率；
其中，该双折射层的该异常光折射率大于该棱镜微结构层的该第一折射率，且该寻常光折射率等于该棱镜微结构层的该第一折射率。
2.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，还包含第一阻隔层与第二阻隔层，该第一阻隔层设置于该量子棒层与该棱镜微结构层之间，该第二阻隔层设置于该量子棒层的第二侧，该第二侧与该第一侧相对。
3.如权利要求2所述的量子棒膜，其特征在于，该第一阻隔层与第二阻隔层之材料系各自独立地选自由下列所组成之群组：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、包含金属氧化物之有机/无机复合薄膜及其组合。
4.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该棱镜微结构层的折射率为1.4至1.7。
5.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该棱镜微结构层的该复数条条状棱镜的顶角为80°至110°。
6.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，形成该棱镜微结构层的材料选自由下列所组成的群组：甲基丙烯酸甲酯聚合物、对苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纤维素、聚乙烯及其组合。
7.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该双折射层包含液晶或双折射晶体。
8.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范围为10nm至50nm，长径比范围为5至10，以及其中该复数个量子棒包含一种长度或多种长度的量子棒。
9.如权利要求1所述的量子棒膜，其特征在于，该复数个量子棒包括至少一种半导体材料，该半导体材料选自由III-V族、II-VI族、IV-VI族的化合物及其组合所组成的群组。
10.一种量子棒膜，其特征在于，包含：
量子棒层，其包含复数个量子棒，且该复数个量子棒的长轴沿一方向排列；
棱镜微结构层，其包含平行排列的复数条条状棱镜，该复数条条状棱镜的排列方向平行该复数个量子棒的长轴的方向，且该棱镜微结构层设置于该量子棒层的入光侧，并具有第一折射率；以及
双折射层，其覆盖于该棱镜微结构层上，该双折射层具有异常光折射率与寻常光折射率，于平行该复数条条状棱镜的排列方向上具有该异常光折射率，于垂直该复数条条状棱镜的排列方向上具有该寻常光折射率；
其中，该双折射层的该寻常光折射率大于该棱镜微结构层的该第一折射率，且该异常光折射率等于该棱镜微结构层的该第一折射率。
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