CN105372876A - 量子棒背光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明有关于一种用于液晶显示器的量子棒背光模组，其包含背光源；量子棒层，其位于该背光源的一侧，且包含复数个量子棒，且该复数个量子棒的长轴沿一方向排列；第一棱镜层，其包含平行排列的复数条第一棱镜，其设置于该量子棒层的出光侧；以及第二棱镜层，其包含平行排列的复数条第二棱镜，其层叠设置于该第一棱镜层的一侧；其中，该复数条第一棱镜的排列方向与该复数条第二棱镜的排列方向皆垂直该复数个量子棒的长轴方向，且该第一棱镜层与该第二棱镜层的相位差皆为零，使该量子棒层所产生光线的偏振性不易被破坏，而对液晶显示器具有良好增亮效果。

Description

量子棒背光模组
技术领域
本发明是有关于一种用于液晶显示器的量子棒背光模组，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之亮度，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(NationalTelevisionStandardsCommittee)。
此外，亦提出了一种解决方案，在背光模组中增加量子棒层，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线，经过调整量子棒其长轴配向方向，所激发的偏振光线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)来评估量子棒层产生偏振光线的效率，二色性比以式DR＝Y∥/Y⊥所计算而得，其中，Y∥为背光源在量子棒长轴与检测用偏光板穿透轴平行时所获得的光线亮度，Y⊥为背光源在量子棒长轴与检测用偏光板穿透轴垂直时所获得的光线亮度，当背光源未经过量子棒层前，因一般光源并无明显方向性，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，代表所测量子棒层具有较明显的二色性，使经过量子棒层激发出的光线，具有较佳的偏振性与方向性；但将量子棒层应用于现行背光模组中的光学膜层叠结构中，往往会因与光学膜间的反射与折射、光学膜本身的相位差，或光学膜中所添加粒子的散射，使得量子棒层所激发出的光源通过这些光学膜后二色性比降低，令实际穿过液晶面板上的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，在习知背光模组1中，亦普遍采用一组第一棱镜层11与第二棱镜层12的设计，其中，第一棱镜层11的复数条第一棱镜11a的排列方向与第二棱镜层12的复数条第二棱镜12a的排列方向为垂直交错排列，以聚集侧视角光线，使正视角的光线可增加，但直接将量子棒层13设置于习知背光模组1中，例如设置于背光源14与第一棱镜层11之间时，因第一棱镜层11与第二棱镜层12的材料所具的相位差以及垂直交错的排列方向，皆会使量子棒膜13中所含的复数个量子棒13a所产生偏振光线的偏振性消失，而造成量子棒膜13的二色性比大幅下降，因此，量子棒层13所产生偏振光线即使经过第一棱镜层11与第二棱镜层12聚光使正视角光线增加，但后续通过液晶面板上的偏光板时，仍因无法保持与偏光板穿透轴向一致的偏振方向，而影响量子棒层13所产生的偏振性增益效果。
发明内容
有鉴于上述习知技艺之问题，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的量子棒膜，以期克服现有产品中，量子棒层运用至背光模组中所产生的偏振光线的偏振性增益效果无法达到预期的难点。
为达到上述目的，本发明提供一种量子棒背光模组，在一实施例中，其包含背光源；量子棒层，其位于该背光源的一侧，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；第一棱镜层，其包含平行排列的复数条第一棱镜，设置于该量子棒层的第一侧，第一侧为该量子棒层的出光侧；以及第二棱镜层，其包含平行排列的复数条第二棱镜，第二棱镜层层叠设置于该第一棱镜层的一侧；其中，该复数条第一棱镜的排列方向与该复数条第二棱镜的排列方向皆垂直该复数个量子棒的长轴方向，且该第一棱镜层与该第二棱镜层的相位差皆为零。
在本发明另一实施例的量子棒背光模组中，该第一棱镜层的折射率与该第二棱镜层的折射率为1.4至1.7。
在本发明另一实施例之量子棒背光模组中，该第一棱镜层的该复数条第一棱镜的顶角的角度范围为80°至110°，第二棱镜层的复数条第二棱镜的顶角的角度范围为80°至110°。
在本发明另一实施例的量子棒背光模组中，形成该第一棱镜层与第二棱镜层的材料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背光模组中，该复数个量子棒的长度范围为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背光模组中，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的量子棒背光模组中，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。
在本发明另一实施例的量子棒背光模组中，该量子棒层的两侧分别具有第一阻隔层与第二阻隔层。
在本发明另一实施例的量子棒背光模组中，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。
与现有技术相比，本发明的量子棒背光模组，通过设置复数条第一棱镜与复数条第二棱镜的排列方向皆垂直复数个量子棒的长轴方向，且第一棱镜层与该第二棱镜层相位差皆为零，使量子棒层所产生偏振光线偏振性不易被破坏，且当所述的偏振光线后续通过液晶面板上的偏光板时，具有与偏光板穿透轴向一致的偏振方向，而对液晶显示器具有良好增亮效果。此外，本发明的量子棒背光模组所具的平行排列棱镜层对量子棒层所激发的绿光与红光的二色性比影响较低，且因为能够回收蓝光背光于棱镜层界面的反光再利用，并转换为与液晶面板上的偏光板穿透轴向一致的偏振光源，故对于蓝光背光所形成偏振光源的增益性亦较佳。
附图说明
图1为习知背光模组的示意图；
图2为本发明一实施例的量子棒背光模组的示意图；
图3a习知背光模组对量子棒层所产生偏振光线的影响原理示意图；
图3b本发明一实施例的量子棒背光模组所产生偏振光线的影响原理示意图。
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，说明依本发明之量子棒膜之实施例，为使便于理解，下述实施例中之相同元件系以相同之符号标示来说明。
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背光模组2的示意图；在一实施例中，量子棒背光模组2包含，背光源24、量子棒层23、第一棱镜层21以及第二棱镜层22；量子棒层23位于背光源24的一侧，其包含复数个量子棒23a，且复数个量子棒23a的长轴沿一方向排列；第一棱镜层21包含平行排列的复数条第一棱镜21a，第一棱镜层21设置于量子棒层23的第一侧，第一侧为量子棒层23的出光侧；第二棱镜层22包含平行排列的复数条第二棱镜22a，第二棱镜层22层叠设置于第一棱镜层21的一侧；其中，复数条第一棱镜21a的排列方向与复数条第二棱镜22a的排列方向皆垂直复数个量子棒23a的长轴方向，且第一棱镜层21与第二棱镜层22的相位差皆为零，使量子棒层23所产生的偏振光线方向不易偏折。
请再一并参看图3a与图3b所示，图3a与图3b为习知背光模组中垂直排列的第一棱镜11a、第二棱镜12a，与本发明的量子棒背光模组所具有的平行排列的第一棱镜21a、第二棱镜22a，分别对量子棒层13、23所产生偏振光线的影响原理示意图。在图3a中，当背光源(未示于图上)所发出的较短波长入射光例如为蓝光入射光LB1，通过习知背光模组中的量子棒层13时，在量子棒13a长轴方向上激发出较长波长的x方向的偏振光线，例如红光或绿光，使得与量子棒13a长轴同方向的激发光L11的x方向分量比例大于y方向分量，激发光L11再以布鲁斯特角(Brewsterangle)入射第一棱镜11a的一面时，所产生的反射光可形成与第一棱镜11a的入射面平行的仅具y方向分量的偏振反射光L11y而反射再利用，并使透过第一棱镜11a的出射光L12维持部分x方向分量与部分y方向分量的偏振光线，且其中与量子棒13a长轴同方向的x方向分量仍大于y方向分量，但当出射光L12再次进入第二棱镜12a，因第二棱镜12a的排列方向为与第一棱镜11a垂直，故出射光L12以布鲁斯特角入射第二棱镜12a之一面后，产生的反射光却形成与第二棱镜12a的入射面平行的仅具x方向分量的偏振反射光L12x，并使穿透第二棱镜12a的出射光L13在量子棒13a长轴方向的x方向分量降低，使后续通过液晶面板上的偏光板时，无法保持与偏光板穿透轴向一致的偏振方向，而增亮效果不佳。在图3b中，当背光源(未示于图上)所发出的蓝光入射光LB2，通过本发明的量子棒背光模组中的量子棒层23时，在量子棒23a长轴方向上激发出较长波长的x方向的偏振光线，使得与量子棒23a长轴同方向之的激发光L21的x方向分量比例大于y方向分量，激发光L21再以布鲁斯特角入射第一棱镜21a的一面时，所产生的反射光可形成与第一棱镜21a的入射面平行的仅具y方向分量的偏振反射光L21y而反射再利用，并使透过第一棱镜21a的出射光L22维持部分x方向分量与部分y方向分量的偏振光线，且其中与量子棒23a长轴同方向的x方向分量仍大于y方向分量，当出射光L22进入第二棱镜22a，因第二棱镜22a的排列方向为与第一棱镜21a平行，故出射光L22以布鲁斯特角入射第二棱镜22a的一面后，产生的反射光可再次形成与第二棱镜22a的入射面平行的仅具y方向分量的偏振反射光L22y而回收再利用，并使穿透第二棱镜22a的出射光L23在量子棒23a长轴方向的y方向分量进一步降低，使后续通过液晶面板上的偏光板时，具有与偏光板穿透轴向一致的偏振方向，而增亮效果较佳。
请参考下表一，其为本发明一实施例的量子棒背光模组，与以习知背光模组做为比较例的测试数据，在使用含绿光量子棒与红光量子棒且二色性比DRQR为5.48的同一量子棒层的情况下，蓝光背光通过比较例习知背光模组的量子棒层13与排列方向为垂直排列的的第一棱镜层11与第二棱镜层12后，所得的总背光亮度Ytotal为4820nits(尼特)，而通过本发明的实施例的量子棒层23与排列方向为平行排列的第一棱镜层21与第二棱镜层22后，所得的总背光亮度Ytotal为4722nits(尼特)，因平行排列的第一棱镜层21与第二棱镜层22可聚光的方向较垂直排列的第一棱镜层11与第二棱镜层12少了一维度，故本发明的实施例的总背光亮度稍低于比较例的总背光亮度，但比较后续实际经过液晶面板上偏光板后的差异，比较例中习知的量子棒背光模组与偏光板穿透轴向一致的平行背光亮度Y∥仅剩2855nits(尼特)，与偏光板穿透轴向直交的垂直背光亮度Y⊥为1344nits(尼特)，因此习知的量子棒背光模组整体二色性比DRtotal降为2.12，增亮效果与偏振光增益性较不佳；而本发明的实施例的量子棒背光模组与偏光板穿透轴向一致的平行背光亮度Y∥仍具有3182nits(尼特)，与偏光板穿透轴向直交的垂直背光亮度Y⊥亦降为934nits(尼特)，因此，本发明的实施例中的量子棒背光模组整体二色性比DRtotal仍有3.41，进而增亮效果较比较例的习知量子棒背光模组佳；且由各波长的二色性比可看出，本发明的实施例的量子棒背光模组产生光源的蓝光二色性比DRB、绿光二色性比DRG与红光二色性比DRR亦皆比比较例的习知的量子棒背光模组高。由此可知，本发明实施例的量子棒背光模组所具的平行排列棱镜层除了对量子棒层所激发的绿光与红光的二色性比影响较低，因可回收蓝光背光于棱镜层界面的反光再利用，并转换为与液晶面板上的偏光板穿透轴向一致的偏振光源，故对于蓝光背光所形成偏振光源的增益性亦较佳。
表一
Ytotal Y∥ Y⊥ DRtotal DRB DRG DRR
比较例 4820 2855 1344 2.12 1.93 2.09 2.27
实施例 4722 3182 934 3.41 2.89 3.31 3.83
在本发明另一实施例的量子棒背光模组中，第一棱镜层21的折射率与第二棱镜层22的折射率的为1.4至1.7。
在本发明另一实施例的量子棒背光模组中，第一棱镜层21的复数条第一棱镜21a的顶角的角度范围为80°至110°，第二棱镜层22的复数条第二棱镜22a的顶角的角度范围为80°至110°，以使进入第一棱镜层21与第二棱镜层22的光线维持布鲁斯特角入射。
在本发明另一实施例的量子棒背光模组中，形成第一棱镜层21与第二棱镜层22的材料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背光模组中，复数个量子棒23a的长度范围为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背光模组中，复数个量子棒23a包含一种长度或多种长度的量子棒，经调整不同长度的量子棒含量，即可控制穿透的蓝光与激发出之红光、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背光模组中，复数个量子棒23a包括一种或多种半导体材料，即复数个量子棒23a包含至少一种半导体材料，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背光模组中，量子棒层23两侧具有第一阻隔层与第二阻隔层，即量子棒层23的第一侧设置第一阻隔层，量子棒层23的第二侧设置第二阻隔层，第一侧与第二侧相对，以形成更佳良好的封装结构，进一步阻隔环境中的水气、氧气对量子棒层23所含的量子棒23a的破坏，使量子棒层23的耐候性增加。
在本发明另一实施例的量子棒背光模组中，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、包含金属氧化物之有机/无机复合薄膜及其组合。
以上所述之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 (9)

1.一种量子棒背光模组，其特征在于，该量子棒背光模组包含：
背光源；
量子棒层，其位于该背光源的一侧，该量子棒层包含复数个量子棒，且该复数个量子棒的长轴沿一方向排列；
第一棱镜层，其包含平行排列的复数条第一棱镜，该第一棱镜层设置于该量子棒层的第一侧，该第一侧为该量子棒层的出光侧；以及
第二棱镜层，其包含平行排列的复数条第二棱镜，该第二棱镜层层叠设置于该第一棱镜层的一侧；
其中，该复数条第一棱镜的排列方向与该复数条第二棱镜的排列方向皆垂直该复数个量子棒的长轴方向，且该第一棱镜层与该第二棱镜层的相位差皆为零。
2.如权利要求1所述的量子棒背光模组，其特征在于，该第一棱镜层的折射率与该第二棱镜层的折射率为1.4至1.7。
3.如权利要求1所述的量子棒背光模组，其特征在于，该第一棱镜层的该复数条第一棱镜的顶角的角度范围为80°至110°，该第二棱镜层的该复数条第二棱镜的顶角的角度范围为80°至110°。
4.如权利要求1所述的量子棒背光模组，其特征在于，形成该第一棱镜层与该第二棱镜层的材料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。
5.如权利要求1所述的量子棒背光模组，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的量子棒背光模组，其特征在于，该复数个量子棒包含一种长度或多种长度的量子棒。
7.如权利要求1所述的量子棒背光模组，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。
8.如权利要求1所述的量子棒背光模组，其特征在于，该量子棒层的两侧分别具有第一阻隔层与第二阻隔层。
9.如权利要求8所述的量子棒背光模组，其特征在于，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。
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