TW201636541A - 紅光量子點膜 - Google Patents

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Chee-Cheng Lin
Chih-Jung Chen
Jiun-Yi Lien
Michael Jia-Ming Chang
hong-yi Zhang
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Univ Far East
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Abstract

本發明係有關一種用於改善白光燈源的發光演色性之紅光量子點膜,包含有一紅光量子點及一高分子載體,使用時可藉由結合一感壓膠,直接將本發明之紅光量子點膜黏貼於生活中常用的白光燈源上,特別是藍光晶片加上黃光螢光粉的WLED平板燈具外側,且貼在其擴散膜上;又或是與WLED平板燈之擴散膜或是稜鏡膜整合為同一張膜,以直接設置在WLED平板燈內部之導光板及稜鏡膜之間,並降低整體膜厚,其中,當白光燈源的白光經過該紅光量子點膜時,經由部分能量轉換,可提升白光之演色性6%至30%,並可減少因演色性提升造成的亮度下降。

Description

紅光量子點膜
本發明係一種紅光量子點膜,尤指一種用於改善白光燈源的發光演色性之紅光量子點膜。
演色性(平均演色評價指數)(Color Rendering Index, Ra)係用以評定物體在光源下的感受與在太陽光下的感受的真實度百分比,一般而言,白熾燈及鹵素燈的演色性可達100,日光燈依種類的不同,演色性約在70至85之間,而白光LED除了RGB三晶片型白光LED有較佳的演色性外,另一種因製程簡單、生產成本低,而為主流應用的單晶片型白光LED ( 即藍光晶片加上黃光螢光粉之白光LED),演色性只有70左右,係因其白光缺乏紅光波長組成之故。
習知為了改善白光LED的演色性,有使用紅光螢光粉來調整演色性的方法,但紅光螢光粉因其發光頻譜寬(例如氮化物螢光粉之FWHM係大於90nm),不容易精確調整白光演色性,且其寬發光頻譜亦涵蓋有紅外光區,致使其用在調整白光演色性時,部分能量轉為紅外光而使白光亮度下降較多。
而量子點,例如CdSe量子點,在精確的粒徑控制下,可發出藍、綠、黃、橘及紅光,並可由藍光或紫光激發,若用以和LED整合,可由LED之藍光激發而產生如紅光或綠光,用以補足現有白光LED不足之波長,可獲得演色性的提升,且提升演色性後的白光,其效能相對於以紅光螢光粉提升演色性的方法,一般高出約10%至40%。
關於用量子點調整白光演色性之相關前案,目前有業者提出如中華民國發明專利公告號「201213980」之「以量子點為主的照明」,該專利前案闡述關於用於照明應用之量子點結構之系統及方法,係合成含有紅光量子點及綠光量子點的油墨,填充於小毛細管中,並與藍光LED晶片結合在光學系統中,以產生高演色性的三色白光源,可作為顯示器背光源,然而該專利前案實已揭露一種新的背光單元結構,對於現有已成熟的背光模組之生產製造技術變更較大,故對於實際量產必定需要有一段時間的製程開發;此外,該專利前案也不能對日常生活中,已正在使用的各種白光燈具作演色性的改善,係同樣因為對燈具結構改變較大之故。
另有如中華民國發明專利公告號「201432020」之「量子點膜」,該專利前案揭示一種量子點膜物品,包括第一阻擋膜、第二阻擋膜以及使該第一阻擋膜與該第二阻擋膜隔開之量子點層,該量子點層包括分散在聚合物材料中之量子點;該聚合物材料包括甲基丙烯酸酯聚合物、環氧聚合物及光引發劑。
然而上述前案係著重在保護量子點層不受水氣影響而老化的方法及結構,對於提升現有白光燈具的演色性,並無多作揭露。
爰此,本發明人致力於研究,為進一步提升現有白光燈具的演色性,並方便於使用,提出本發明之紅光量子點膜,本發明包含有:
一紅光量子點,可發射峰中心波長介於590nm至650nm之紅光,且該紅光的半高寬介於20nm至50nm之間;以及一載體,呈薄膜狀,具有10μm至1000μm的膜厚,上述紅光量子點係以0.005%至3%的重量百分比濃度摻雜於該載體中;藉由將該紅光量子點膜設置在一白光燈源上,讓該白光燈源的白光經過該紅光量子點時,經由部分能量轉移,使白光之演色性提升6%至30%,且白光亮度之下降比例在20%以下。
進一步,該紅光量子點係具有核-殼結構,且所述之核選自CdSe、CdTe、InP、CuInS2、Cdx Zn1-x Se、 Cdx Zn1-x Se、Cd1-y Zny Se1-x Sx 、CdS1-x Sex 、Inx Ga1-x P、CdSe1-x Tex 、Mn:ZnSe、Cu:ZnSe、Cu:CdS及Mn:CdS 中之至少任一,所述之殼選自CdS、ZnSe、ZnS、GaP、ZnTe、Cdx Zn1-x S、Cdx Zn1-x Se、 CdS1-x Sex 、CdS1-x Sex 、ZnS1-x Sex Cd1-y Zny Se1-x Sx 及Inx Ga1-x P 中之至少任一。
進一步,該載體係為高分子載體。
進一步,該高分子載體係為一環氧樹脂(epoxy resin)、一矽氧樹脂(silicones)、一聚甲基丙烯酸酯(poly methacrylates)、一聚丙烯酸酯(poly acrylates)、及一丙烯酸樹脂(acrylic resin)中之任一形成之薄膜。
進一步,該載體更摻雜有散射體,該散射體之平均粒徑介於100nm至2000nm之間,且該散射體之折射率與該載體之折射率有0.1以上之差距。
進一步,該散射體係為ZnO、TiO2 、BiTiO3 、polystyrene、polycarbonate、styrene-acrylonitrile、SiO2、borosilicate 或 air之至少任一。
進一步,更包含有二阻水氣膜分設於該載體的兩側,以及二基材分設於所述二阻水氣膜上,其中,所述二阻水氣膜係分別為一PET膜、一SiOx /PET膜或一Al2 O3 /PET膜之任一,所述二基材係分別為一PET膜、一擴散膜或一稜鏡膜之任一。
進一步,更包含有一黏膠層設於其中一基材上;該紅光量子點膜藉由該黏膠層黏貼於所述之白光燈源上,讓該白光燈源的白光經過該紅光量子點膜時,經由部分能量轉移,使白光之演色性獲得所述6%至30%的提升,且白光亮度之下降比例在20%以下。
進一步,該黏膠層為感壓膠。
本發明的功效在於:
1.可提升白光燈具的發光演色性6%至30%,高演色性的光源不僅物體呈現的顏色較真實、對健康及視力也較佳。
2.使用本發明之紅光量子點膜來提升白光燈具之發光演色性,其亮度減少較少(亮度下降比例在20%以下)。
3.可降低白光燈源的色溫2000K至7000K,較低的色溫有較溫和舒適的感受。
4.使用者可藉由感壓膠,在使用中的白光燈具上直接撕下或黏貼本發明之紅光量子點膜來改變演色性,不用對白光燈具的結構作改變,使用上較為簡單方便。
5.將紅光量子點製作為膜狀的外形,更容易貼附在各種外形的白光燈具上。
6.本發明提供使用者自行改善白光燈源的演色性,不被燈具原有的演色性限制。
7.本發明之紅光量子點膜亦可直接與WLED平板燈之擴散膜或是稜鏡膜整合為一張膜,設置於WLED平板燈內之導光板上,使演色性提升達到91.3,具有較佳的光轉換效率,且亦可降低整體膜厚。
8.本發明亦具有降低色溫的效果,其中,低色溫適合溫和舒適的環境,高色溫適合則工作場合,本發明提供使用者依自身情況或場合需求,改變一白光燈具的色溫。
9.可以製作成多張不同量子點濃度、量子點膜厚度的紅光量子點膜,提供使用者自行改善白光燈具的演色性,並提供使用者交替、更換使用,而可以在一個白光燈具上調整各種不同的演色性與色溫的效果。
10.本發明之紅光量子點膜亦可應用在液晶顯示器的背光源,用以改善習知之藍光晶片加上黃光螢光粉(例如氮化銦鎵晶片加上釔鋁石榴石螢光粉)的白光LED之演色性,而無需更換其燈源或結構,僅需夾設在背光單元中,對現有製程的更動較小,較容易實行。
綜合上述技術特徵,本實施例之紅光量子點膜的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
參閱第一圖所示,本實施例之紅光量子點膜(1)包括有:
一紅光量子點(11)、一載體(12)、一散射體(13)、二阻水氣膜(14)以及二基材(15)。
該紅光量子點(11)可發射峰中心波長介於590nm至650nm的紅光,且所述之紅光之半高寬介於20nm至50nm之間,該紅光量子點(11)並具有核-殼結構,且所述之核選自CdSe、CdTe、InP、CuInS2 、Cdx Zn1-x Se、 Cdx Zn1-x Se、Cd1-y Zny Se1-x Sx 、CdS1-x Sex 、Inx Ga1-x P、CdSe1-x Tex 、Mn:ZnSe、Cu:ZnSe、Cu:CdS及Mn:CdS 中之至少任一,所述之殼選自CdS、ZnSe、ZnS、GaP、ZnTe、Cdx Zn1-x S、Cdx Zn1-x Se、 CdS1-x Sex 、CdS1-x Sex 、ZnS1-x Sex Cd1-y Zny Se1-x Sx 及Inx Ga1-x P 中之至少任一。
要說明的是,一般量子點之核及殼係可為II-VI族、 III-V族或I-III-VI族半導體中之至少任一種,其中,核可為二元、三元、四元、合金或摻雜型之任一形式,而殼可為二元、三元、四元或合金之任一形式;而前段所述之核及殼之材料係列舉為本實施例所用,本發明之紅光量子點之材料並不以此為限。
而該載體係為一高分子載體(12),且係為一環氧樹脂(epoxy resin)、一矽氧樹脂(silicones)、一聚甲基丙烯酸酯(poly methacrylates)、一聚丙烯酸酯(poly acrylates)、及一丙烯酸樹脂(acrylic resin)中之任一形成之薄膜,該高分子載體(12)係呈薄膜狀並具有10μm至1000μm的膜厚,且以0.005%至3%的重量百分比濃度摻雜有上述之紅光量子點(11),該高分子載體(12)並摻雜有一散射體(13),該散射體(13)係為ZnO、TiO2 、BiTiO3 、polystyrene、polycarbonate、styrene-acrylonitrile、SiO2、borosilicate 或 air之至少任一,且該散射體(13)之平均粒徑介於100nm至2000nm之間,該散射體(13)之折射率並與該載體之折射率有0.1以上之差距。
要說明的是,一般用於承載量子點之載體須具有大於90%之光學穿透率,而本實施例以高分子載體為例,並包含有非固化型、光固化型及熱固化型材質;而前段所述之環氧樹脂(epoxy resin)、矽氧樹脂(silicones)、聚甲基丙烯酸酯(poly methacrylates)、聚丙烯酸酯(poly acrylates)及丙烯酸樹脂(acrylic resin)係列舉為本實施例所用,本發明之載體並不以此為限。
而所述之二阻水氣膜(14)係分設於前述之高分子載體(12)的兩側,所述之二基材(15)係分設於所述之二阻水氣膜(14)上。
要說明的是,一般用以阻隔水氣之阻水氣膜(14)須具10 ~ 10-3 g/m2/day的水氣穿透率(Water Vapor Transmission Rate, WVTR (g/m2/day)),而本實施例之二阻水氣膜(14)係為一PET膜、一SiOx /PET膜或一Al2 O3 /PET膜之任一,但不以此為限;藉由該等阻水氣膜(14)係可保護本實施例之紅光量子點(11)不受水氣侵蝕而老化。
本實施例係藉由將上述之紅光量子點膜(1)設置在一白光燈源上,使該白光燈源的白光經過該紅光量子點膜(1)時,經由部分能量轉移,提升白光之演色性6%至30%,而其設置方式更於以下之兩種方式中做說明。
參閱第二圖所示,揭示其中一種設置方式,並以一WLED平板燈為例,但不以此為限,亦可為其他類型之白光燈具,該WLED平板燈具有一WLED晶片(A1)、一背反射板(A2)、一導光板(A3)及一擴散膜(A4),而當使用者欲改善該WLED平板燈之演色性時,係將本實施例之紅光量子點膜(1)結合一感壓膠(16)(Pressure Sensitive Adhesive, PSA),但不以此為限,亦可為其他具可重覆撕黏功能或不可重覆撕黏功能(如 Optically Clear Adhesive, OCA)等黏膠,以藉由該感壓膠(16)將本實施例之紅光量子點膜(1)直接黏貼在該WLED平板燈的外側,亦即,黏貼在該擴散膜(A4)上,其中,如下表一所示,當該WLED平板燈黏貼有該紅光量子點膜(1)後,其白光之演色性 (Ra),由70.1增至86.5,獲得24.4%的提升,且其色溫亦從9521K降至3397K,而亮度下降16.8%,相較於習知使用寬頻譜之紅色螢光粉改善演色性的方式,係具有較低的亮度減少量(少於20%)。 表一
此外,藉由該感壓膠(16),使用者並可重覆黏貼或撕下該紅光量子點膜(1),而不需對使用中的白光燈具拆卸或改裝,使用上亦具有較為簡單方便的功效,而且呈膜狀的外形,也讓該紅光量子點膜(1)較容易依各種白光燈具的不同形狀來貼附。
再參閱第三圖所示,揭示另外一種設置方式,係將該紅光量子點膜(1)設置在一WLED平板燈內部,其中,要特別說明的是,該紅光量子點膜(1)之其中一基材係可直接為一稜鏡膜,或是其中一基材為一擴散膜而另一基材為一稜鏡膜,藉以整合成同一張膜而設置在WLED平板燈中,而在第三圖中,係把該WLED平板燈之擴散膜(A4)作為本實施例之紅光量子點膜(1)之其中一基材,而整合成一張紅光量子點膜(1),設置在該WLED平板燈之導光板(A3)與稜鏡膜(A5)之間,如此可降低整體膜厚,亦具有對WLED平板燈的內部構造更動較小的功效;此外,如下表二所示,說明當將本實施例之紅光量子點膜(1)設置在該WLED燈具內之導光板(A3)上時,演色性可提升至91.3,其中色溫可降為4681K,且亮度僅下降8%,具有較佳的光轉換效率,較習知使用寬頻譜之紅色螢光粉改善演色性的方式,有較低的亮度減少量(少於20%);此外,當將該紅光量子點膜設置在WLED平板燈的導光板上,其演色性及亮度表現,皆較設置在WLED平板燈外側時為佳。 表二
此外,本實施例之紅光量子點膜(1)亦可製作成多張具不同量子點濃度與量子點膜厚度的紅光量子點膜(1),使用者可自行選擇不同改善程度的紅光量子點膜(1),並可交替、更換使用,而可以在一個白光燈具上調整各個不同的演色性與色溫的效果,以符合使用者的自身情況或是不同的場合需求。
再參閱第四圖所示,說明本實施例之紅光量子點膜以感壓膠貼於WLED平板燈外側,或是與WLED平板燈之擴散膜整合為一張膜而設置於燈具內部之導光板上時,其白光光譜圖之變化,顯示WLED平板燈發出之白光,其藍光、橘黃光之組成經由部分能量轉移而消減,並轉移產生紅光之組成。
另外,本實施例之紅光量子點膜(1)亦可設置於其他例如以習知之藍光晶片加上黃光螢光粉(例如氮化銦鎵晶片加上釔鋁石榴石螢光粉)的白光LED之顯示器背光單元,僅需直接夾設在背光單元的擴散膜上,即可獲得演色性的改善,而無需更換現有燈源或結構,對生產製程的更動亦甚小,容易實行且利於短時間內應用並上市。
綜合上述實施例之說明,當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效,惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例,當不能以此限定本發明實施之範圍,即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾,皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(1)‧‧‧紅光量子點膜
(11)‧‧‧紅光量子點
(12)‧‧‧高分子載體
(13)‧‧‧散射體
(14)‧‧‧阻水氣膜
(15)‧‧‧基材
(16)‧‧‧黏膠層
(A1)‧‧‧WLED晶片
(A2)‧‧‧背反射板
(A3)‧‧‧導光板
(A4)‧‧‧擴散膜
(A5)‧‧‧稜鏡膜
[第一圖]係為本實施例之紅光量子點膜之剖視結構示意圖。
[第二圖]係為本實施例之紅光量子點膜藉由感壓膠黏貼在一WLED平板燈具外側之擴散膜上之剖視示意圖。
[第三圖]係為本實施例之紅光量子點膜與一WLED平板燈之擴散膜整合為一張膜,並設置在WLED平板燈具內部之導光板及稜鏡膜之間之剖視示意圖。
[第四圖]係為本實施例之紅光量子點膜以兩種方式設置於WLED平板燈具前後之白光光譜圖。

Claims (9)

  1. 一種紅光量子點膜,包含: 一紅光量子點,可發射峰中心波長介於590nm至650nm之紅光,且該紅光的半高寬介於20nm至50nm之間;以及 一載體,呈薄膜狀,具有10μm至1000μm的膜厚,上述紅光量子點係以0.005%至3%的重量百分比濃度摻雜於該載體中; 藉由將該紅光量子點膜設置在一白光燈源上,讓該白光燈源的白光經過該紅光量子點膜時,經由部分能量轉移,使白光之演色性提升6%至30%,且白光亮度之下降比例在20%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之紅光量子點膜,其中,該紅光量子點係具有核-殼結構,且所述之核選自CdSe、CdTe、InP、CuInS2、Cdx Zn1-x Se、 Cdx Zn1-x Se、Cd1-y Zny Se1-x Sx 、CdS1-x Sex 、Inx Ga1-x P、CdSe1-x Tex 、Mn:ZnSe、Cu:ZnSe、Cu:CdS及Mn:CdS 中之至少任一,所述之殼選自CdS、ZnSe、ZnS、GaP、ZnTe、Cdx Zn1-x S、Cdx Zn1-x Se、 CdS1-x Sex 、CdS1-x Sex 、ZnS1-x Sex Cd1-y Zny Se1-x Sx 及Inx Ga1-x P 中之至少任一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之紅光量子點膜,其中,該載體係為高分子載體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之紅光量子點膜,其中,該高分子載體係為一環氧樹脂、矽氧樹脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、及丙烯酸樹脂中之任一所形成之薄膜。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之紅光量子點膜,其中,該載體更摻雜有散射體,該散射體之平均粒徑介於100nm至2000nm之間,且該散射體之折射率與該載體之折射率有0.1以上之差距。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之紅光量子點膜,其中,該散射體係為ZnO、TiO2 、BiTiO3 、polystyrene、polycarbonate、styrene-acrylonitrile、SiO2、borosilicate 或 air之至少任一。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之紅光量子點膜,更包含有二阻水氣膜分設於該載體的兩側,以及二基材分設於所述二阻水氣膜上,其中,所述二阻水氣膜係分別為一PET膜、一SiOx /PET膜或一Al2 O3 /PET膜之任一,所述二基材係分別為一PET膜、一擴散膜或一稜鏡膜之任一。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之紅光量子點膜,更包含有一黏膠層設於其中一基材上;該紅光量子點膜係藉由該黏膠層黏貼於該白光燈源上,讓該白光燈源的白光經過該紅光量子點膜時,經由部分能量轉移,使演色性獲得所述6%至30%的提升,且白光亮度之下降比例在所述之20%以下。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之紅光量子點膜,其中,該黏膠層為感壓膠。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113958925A (zh) * 2021-09-27 2022-01-21 合肥福纳科技有限公司 调控led灯具照明光谱的方法和led灯具

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