CN108845448B - 一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构，包括由上至下依次设置的隔水隔氧透明薄膜、量子点彩膜结构和透明基板，所述量子点彩膜结构包括多个与红/绿/蓝色子像素相匹配的子黑矩阵拼接组成的黑矩阵结构，与红色子像素匹配的子黑矩阵内填充有含红色量子点的浆料，与绿色子像素匹配的子黑矩阵内填充有含绿色量子点的浆料，与蓝色子像素匹配的子黑矩阵内无填充，所述透明基板为一体式结构，包括上下设置的基底和棱镜微结构，所述棱镜微结构的设置位置跟与红/绿色子像素匹配的子黑矩阵的设置位置保持一致。与现有技术相比，本发明具有提高量子点彩膜光效利用率和出光纯度等优点。

Description

一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其是涉及一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构。
背景技术
近年来液晶显示技术在社会各个领域广泛的应用。伴随着人们的生活水平不断的提高，对液晶显示器的显示品质的要求也逐渐提高，其中在色域和亮度方面有着很高的要求。量子点作为一种新型材料的出现较好的解决这个问题，量子点具有发光波长可调谐，发光线宽窄，发光效率高，光、热及化学稳定性好等优点，经过溶液加工、旋涂或喷墨印刷成膜后通过光致发光，是应用于固态照明和全色平板显示的新一代发光材料。量子点LED与传统的荧光粉LED以及目前的有机LED相比，用于显示和照明时，具有色域广、色纯度高、低功耗、低成本、易加工等优点。
在利用量子点材料用于光致发光的结构中具有光谱集中、纯度高、且发光的颜色可以通过量子点材料的比例进行调节。其优点将其应用在显示领域可以很好的提高显示设备的对比度和色域。然而现在的技术主要在于将R（红）G（绿）的量子点通过溶液或者浆料的配比方式混合封装在网点、膜片和玻璃管当中制成量子点网点、量子点膜和量子点管，并且将这些结构至于背光的结构之中，并以蓝光为背光源，通过蓝光激发红绿量子点发出对应的色彩的光线。
但是由于量子点在配置的过程中可能存在量子点分布不均匀或浓度不够，导致蓝光激发量子点发光的过程当中色彩转换率不足导致色纯度降低（发出的红光和绿光当中包含蓝光）和光利用率较低的问题。因此提出一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构，减少的红绿子像素中蓝光串色并可以调节蓝色子像素的出光强度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有量子点显示背光结构当中，以蓝光为背光源，通过蓝光激发红绿量子点发出对应的色彩的光线，但是由于量子点在配置的过程中可能存在量子点分布不均匀或浓度不够，导致蓝光激发量子点发光的过程当中色彩转换率不足导致色纯度降低和光线利用率下降的问题，而提供一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构，减少的红绿子像素中蓝光串色并可以调节蓝色子像素的出光强度，从而提高量子点彩膜光效利用率和出光纯度。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构包括由上至下依次设置的隔水隔氧透明薄膜、量子点彩膜结构和透明基板，所述量子点彩膜结构包括多个与红/绿/蓝色子像素相匹配的子黑矩阵拼接组成的黑矩阵结构，与红色子像素匹配的子黑矩阵内填充有含红色量子点的浆料，与绿色子像素匹配的子黑矩阵内填充有含绿色量子点的浆料，与蓝色子像素匹配的子黑矩阵内无填充，所述透明基板为一体式结构，包括上下设置的基底和棱镜微结构，所述棱镜微结构的设置位置跟与红/绿色子像素匹配的子黑矩阵的设置位置保持一致；
光线经过透明基板下表面改变其进入透明基板的角度，达到透明基板上表面时满足全发射的要求，通过红/绿色量子点与透明基板上表面的接触破坏光线的全反射，并激发对应的量子点发出对应颜色子像素的光，未被破坏全发射的光线，回到背光模组最下方的反射片反射上来再次利用。
所述棱镜微结构的底角
Figure DEST_PATH_IMAGE002
满足以下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为透明基板下表面外介质的折射率，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为透明基板的折射率。
所述透明基板的折射率范围为1.3-1.5。
所述棱镜微结构为对称微结构并且其底角范围为60度-85度。
所述基底的厚度范围为0.1mm-2mm。
所述隔水隔氧透明薄膜的折射率范围为1-1.3。
所述量子点彩膜结构的制作方法包括以下步骤：
1）在透明基板的上表面通过光刻或印刷的工艺制作黑矩阵结构；
2）根据出光要求，将设定用量比例的红/绿色量子点溶于甲苯、氯苯、正己烷和正辛烷中一种或多种溶剂当中，并混合设定比例的散射粒子和树脂类材料形成对应量子点的浆料；
3）通过喷墨打印、丝网印刷或光刻的工艺将红/绿色量子点的浆料分别转移至对应子黑矩阵内并固化形成量子点彩膜结构；
4）量子点彩膜结构的上表面通过压印工艺压制一层隔水隔氧透明薄膜。
一种液晶显示装置包括上述的基板结构，以及背光模组、下偏振片、液晶膜和上偏振片，所述基板结构、上偏振片、液晶膜、下偏振片和背光模组由上至下依次设置。
所述背光模组包括由上至下依次设置的背光膜片、导光板和反射片，以及对应设置在导光板一侧的蓝光灯。
与现有技术相比，本发明量子点彩膜结构，首先制作出与子像素相匹配的黑矩阵结构，然后在对应的红绿子像素位置处的透明基板上表面制作出具有一定角度的棱镜微结构，迫使从背光模组出来且经过棱镜膜调光作用的蓝色光线进入透明基板内部后进行全发射传播，从而使得蓝光光线有更多的机会去激发透明基板上表面的量子点并发出相应颜色的光，而蓝色子像素位置透明基板无需制作棱镜微结构；透明基板上表面的量子点的制作可以通过喷墨打印、丝网印刷或者光刻等工艺将混合有散射粒子的红色或绿色量子点的浆料分别转移至对应颜色子像素位置的、基板上表面的子黑矩阵障壁内，并固化形成量子点彩膜结构，而蓝色子像素位置无需量子点浆料。固化后的量子点与透明基板上表面进行可靠接触，破坏接触点处蓝光光线的全反射，并激发相应的量子点发出高纯度的单色光，而未接触到的蓝光光线则在透明基板上表面进行全反射，通过底部的反射片对蓝光的重复利用，直到与上表面的量子点网点发生碰撞并实现相应颜色的光转换输出。通过该具有棱镜微结构的透明基板作用，可以提高光线利用率及出光纯度。
附图说明
图1为本发明基板结构应用于液晶显示装置的结构示意图；
图2为本发明基板结构中透明基板的光路图。
图中，11-反射片，12-导光板，13-蓝光灯，14-背光膜片，15-下偏振片，16-液晶膜，17-上偏振片，2-透明基板，21-基底，22-棱镜微结构，31-黑矩阵结构，32-红色量子点，33-绿色量子点，34-隔水隔氧透明薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构包括由上至下依次设置的隔水隔氧透明薄膜34、量子点彩膜结构和透明基板2，量子点彩膜结构包括多个与红/绿/蓝色子像素相匹配的子黑矩阵拼接组成的黑矩阵结构31，与红色子像素匹配的子黑矩阵内填充有含红色量子点32的浆料，与绿色子像素匹配的子黑矩阵内填充有含绿色量子点33的浆料，与蓝色子像素匹配的子黑矩阵内无填充，透明基板2为一体式结构，包括上下设置的基底21和棱镜微结构22，棱镜微结构22的设置位置跟与红/绿色子像素匹配的子黑矩阵的设置位置保持一致。
光线经过透明基板2下表面的棱镜微结构22改变其进入透明基板2的角度，达到透明基板2上表面时满足全发射的要求。如图2所示，当光线以垂直向上从折射率
Figure 235501DEST_PATH_IMAGE006
中射入折射率
Figure 542854DEST_PATH_IMAGE008
的透明基板2中，其入射角也为
Figure 103017DEST_PATH_IMAGE002
，折射角为β，与透明基板2上表面的角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。由此可得
Figure 688107DEST_PATH_IMAGE002
角与折射率
Figure 158271DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 841055DEST_PATH_IMAGE008
的关系公式：
Figure 747569DEST_PATH_IMAGE004
（1）
通过红/绿色量子点与透明基板2上表面的接触破坏光线的全反射，并激发对应的量子点或散射粒子发出对应颜色子像素的光，未被破坏全发射的光线，回到背光模组最下方的反射片11反射上来再次利用，实现光线利用率及出光纯度的提高。
透明基板2的材料为PS、改性PS、AS、PMMA及PC等，其折射率范围为1.3-1.5，对应棱镜微结构22的底角范围为60度-85度。棱镜微结构22与基底21属于同一种透明材质，基底21的厚度范围为0.1mm-2mm。
封装的隔水隔氧透明薄膜34的材料包括透明树脂、透明塑料等，其折射率范围为1-1.3。
量子点彩膜结构的制作方法包括以下步骤：
1）在透明基板2的上表面通过光刻或印刷的工艺制作黑矩阵结构31；
2）根据实际出光要求，将一定用量比例的红/绿色量子点溶于甲苯、氯苯、正己烷和正辛烷等其中一种或多种溶剂当中，并混合一定比例的散射粒子和树脂类材料形成对应量子点的浆料；
3）通过喷墨打印、丝网印刷或光刻的工艺将红/绿色量子点的浆料分别转移至对应子黑矩阵内并固化形成量子点彩膜结构，而对应的蓝色子像素位置无需量子点；
4）量子点彩膜结构的上表面通过压印等工艺压制一层折射率较小的隔水隔氧透明薄膜34，将固化好的量子点浆料封装在隔水隔氧性能良好的透明薄膜内。
一种液晶显示装置包括上述的基板结构，以及背光模组、下偏振片15、液晶膜16和上偏振片17，基板结构、上偏振片17、液晶膜16、下偏振片15和背光模组由上至下依次设置，其中，背光模组包括由上至下依次设置的背光膜片14、导光板12和反射片11，以及对应设置在导光板12一侧的蓝光灯13（例如蓝光LED灯），光线从蓝光灯13发出经过导光板12和背光膜片14的棱镜膜的作用光线大部分以垂直角度向上入射。
下面具体举例说明：
当使用PMMA制作透明基板2，透明基板2下表面外部为空气，则
Figure 867840DEST_PATH_IMAGE008
=1.49、
Figure 713217DEST_PATH_IMAGE006
=1。将
Figure 955849DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 693867DEST_PATH_IMAGE008
带入公式（1）中，可得
Figure 24354DEST_PATH_IMAGE002
为82度。在透明基板2上表面没有制作量子点彩膜时，有50%的光线可以在透明基板2上表面发生全发射。当调节
Figure 712519DEST_PATH_IMAGE002
角到85度，则有65%的光线在透明基板2上表面发生全反射。
然后在透明基板2上制作量子点彩膜结构。首先在透明基板2上制作黑矩阵结构31，其通过光刻的方法，光刻的作用是将掩模版上的图形转移到玻璃表面上，具体通过涂胶、图形曝光、显影来实现。每一个子黑矩阵壁障宽度为20um，高度为1um，其中心大小为73um*210um。再按照红/绿/蓝三个子像素进行分布。利用喷墨打印或者印刷的工艺将红色量子点32和绿色量子点33的浆料分别转移至对应的红/绿子像素位置的子黑矩阵障壁内。再在量子点彩膜结构上方封装一层透明隔水隔氧的树脂封装层，并使用压印工艺将隔水隔氧透明薄膜34压制彩膜上方。
当量子点彩膜对蓝光的转化效率为60%时，相比在传统基板上有40%的蓝光未被转换而射出。在本发明中，通过透明基板2的棱镜微结构22可以提高26.4%的光线转换效率，大大的提高了出光的纯度。

Claims (9)

1.一种改善量子点彩膜出光纯度的基板结构，其特征在于，包括由上至下依次设置的隔水隔氧透明薄膜、量子点彩膜结构和透明基板，所述量子点彩膜结构包括多个与红、绿或蓝色子像素相匹配的子黑矩阵拼接组成的黑矩阵结构，与红色子像素匹配的子黑矩阵内填充有含红色量子点的浆料，与绿色子像素匹配的子黑矩阵内填充有含绿色量子点的浆料，与蓝色子像素匹配的子黑矩阵内无填充，所述透明基板为一体式结构，包括上下设置的基底和棱镜微结构，所述棱镜微结构的设置位置跟与红或绿色子像素匹配的子黑矩阵的设置位置保持一致；
光线经过透明基板下表面改变其进入透明基板的角度，达到透明基板上表面时满足全反射的要求，通过红或绿色量子点与透明基板上表面的接触破坏光线的全反射，并激发对应的量子点发出对应颜色子像素的光，未被破坏全反射的光线，回到背光模组最下方的反射片反射上来再次利用。
2.根据权利要求1所述的基板结构，其特征在于，所述棱镜微结构的底角α满足以下公式：
Figure FDA0002711393160000011
式中，n1为透明基板下表面外介质的折射率，n2为透明基板的折射率。
3.根据权利要求1或2所述的基板结构，其特征在于，所述透明基板的折射率范围为1.3-1.5。
4.根据权利要求3所述的基板结构，其特征在于，所述棱镜微结构为对称微结构并且其底角范围为60度-85度。
5.根据权利要求1所述的基板结构，其特征在于，所述基底的厚度范围为0.1mm-2mm。
6.根据权利要求1所述的基板结构，其特征在于，所述隔水隔氧透明薄膜的折射率范围为1-1.3。
7.根据权利要求1所述的基板结构，其特征在于，所述量子点彩膜结构的制作方法包括以下步骤：
1)在透明基板的上表面通过光刻或印刷的工艺制作黑矩阵结构；
2)根据出光要求，将设定用量比例的红或绿色量子点溶于甲苯、氯苯、正己烷和正辛烷中一种或多种溶剂当中，并混合设定比例的散射粒子和树脂类材料形成对应量子点的浆料；
3)通过喷墨打印、丝网印刷或光刻的工艺将红或绿色量子点的浆料分别转移至对应子黑矩阵内并固化形成量子点彩膜结构；
4)量子点彩膜结构的上表面通过压印工艺压制一层隔水隔氧透明薄膜。
8.一种液晶显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的基板结构，以及背光模组、下偏振片、液晶膜和上偏振片，所述上偏振片、基板结构、液晶膜、下偏振片和背光模组由上至下依次设置。
9.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，所述背光模组包括由上至下依次设置的背光膜片、导光板和反射片，以及对应设置在导光板一侧的蓝光灯。
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