TW201640153A - 量子棒膜 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種用於液晶顯示器之背光模組中之量子棒膜，其包含一第一阻隔層，一次波長微結構，以及複數個量子棒；其中，次波長微結構具有成平行方向排列之一光柵，平行光柵間之凹槽具有與光柵排列方向垂直之一配向微結構，以及光柵頂部具有一反射面；這些量子棒堆疊於次波長微結構中之配向微結構中，且這些量子棒之長軸排列方向垂直於光柵之排列方向。
Description
本發明是有關於一種用於液晶顯示器之背光模組中之量子棒膜，使液晶顯示器具有更佳色域及光源利用率。
習知液晶顯示器所搭配之偏光板，普遍採用吸收型偏光板，背光源所發出之非偏極化光線穿過偏光板時，在偏光板的吸收軸方向上的分量會被吸收而無法通過，因此，偏光板對背光源之透光度理論上僅能達50%以下，光線再經過液晶面板之電極層、彩色濾光片、液晶層及玻璃基板等結構後，使用者實際可見顯示器之亮度，則僅剩下背光源所發出的10%以下，故背光源利用率相當低而造成能源的浪費。
而現行存在許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(Dual Brightness Enhancement Film,DBEF)、稜鏡片等光學膜於背光模組中，以將無法穿過偏光板之光線不斷反射回收利用後，再穿過偏光板而達到增亮的目的，或將大視角光線聚光以增加正視角亮度；但此些方式雖可增加背光亮度，對於增加液晶顯示器的色域(Gamut)與顏色飽和度等，則幫助不大。
因此一種解決方案被提出，藉由增加量子點於背光
模組中以增加色域，量子點為零維結構之半導體材料，可吸收較短波長之紫外光或藍光，放出較長波長之綠光或紅光以混合成白色背光源，且因其激發光之光譜具有較窄之半高寬(FWHM)，而使採用量子點之液晶顯示器之色域可大於100%NTSC。
此外，亦提出了一種解決方案，在背光模組中增加一量子棒膜，量子棒亦為一奈米級半導體材料，形狀屬於一維結構，與一般吸收型偏光板吸收非偏振光而放熱的形式不同的是，量子棒吸收非偏振光線後，其長軸方向可激發出比原入射光源波長較長之偏振光線，且因內部量子效率高，故背光源之光線可大量轉換為偏振光，經過調整量子棒其長軸配向方向，所激發之偏振光可易於通過液晶面板上之偏光板之穿透軸，因此相對於採用量子點之背光源，理論上可進一步增加液晶面板對背光源之利用率。
一般可採用二色性比(Dichroic Ratio,DR)來評估量子棒膜產生偏振光源之效率，二色性比係以式DR=Y///Y⊥所計算而得，其中Y//為背光源在量子棒膜長軸與檢測用偏光板穿透軸平行時所獲得之穿透度，Y⊥為背光源在量子棒膜長軸與檢測用偏光板穿透軸垂直時所獲得之穿透度，當背光源未經過量子棒膜時，其Y//與Y⊥幾乎相同，故二色性比為接近1，當二色性比數值愈大，代表所測量子棒膜具有較明顯之二色性，使經過量子棒膜激發出之光源，具有較佳之偏振性與方向性；但將量子棒膜應用於現行背光模組中之光學膜層疊結構中，往往會因光學膜間之反射與折射，或光學膜中所添加粒子之散射，使得量子棒膜所激發出之光源通過這些光學膜後二色性比降低，令實際穿過液晶顯示器偏光
板之偏振光減少而增亮效果不如預期。
此外，請參考第1圖，在採用以藍光LB激發出紅光LR與綠光LG的習知量子棒膜1中，當量子棒2之長軸排列方向為x軸方向時，藍光LB之x軸方向分量可被量子棒2吸收而激發出同為x軸方向之紅光LR與綠光LG，但y軸方向分量的藍光LB則大部分直接穿透量子棒2而形成y軸方向之穿透光LB1，與激發後之紅光LR、綠光LG方向不一致，因此後續應用於液晶顯示器中，藍光之穿透光LB1較無法通過偏光板之穿透軸而利用率較低，且藍光之穿透光LB1愈多，代表Y⊥之分量愈多，則量子棒膜1所測得之二色性比愈低；此外，若藍光LB大部分直接穿透量子棒2，則所激發之紅光LR與綠光LG因激發次數較少，光量亦較不足，而通常需要增加量子棒2之數量以維持所欲混合之白光色座標，造成材料成本增加；故需要一種新穎之量子棒膜，以降低y軸方向之藍光穿透光LB1，並增加藍光LB對量子棒2之激發次數及利用率。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的在於提供一種具備新穎性、進步性及產業利用性等專利要件之量子棒膜，以期克服現有產品之難點。
為達到上述目的，本發明提供一種量子棒膜，在一較佳實施態樣中，其包含一第一阻隔層，其為一背光源之入光側；一次波長微結構，其位於第一阻隔層上，次波長微結構具有成平行方向排列之一光柵，平行光柵間之凹槽具有與光柵排列方向垂直之一配向微結構，且光柵頂部具有一反射面；以及這些量子棒，
其堆疊於次波長微結構中之配向微結構中，且這些量子棒之長軸排列方向垂直於光柵之排列方向。
在本發明一實施例之量子棒膜中，次波長微結構每一光柵之寬度為70nm至75nm，深度為50nm至200nm，間隔為70nm至75nm。
在本發明又一實施例之量子棒膜中，每一配向微結構之寬度為5nm至20nm，深度為5nm至50nm，間隔為5nm至20nm。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，這些量子棒之長度係介於10nm至50nm，長徑比係介於5至10。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，這些量子棒包含一種或以上不同長度之量子棒。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，形成這些量子棒之半導體材料係選自III-V族、II-VI族、IV-VI族及/或其組合的化合物。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，第一阻隔層之材料選自對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環氧樹脂聚合物、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，次波長微結構之反射面係為金屬層。
在本發明另一實施態樣中，量子棒膜進一步包含一第二阻隔層，設置於次波長微結構上。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，第二阻隔層之
材料選自對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環氧樹脂聚合物、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
1‧‧‧習知量子棒膜
2、6‧‧‧量子棒
3、31‧‧‧量子棒膜
4‧‧‧第一阻隔層
41‧‧‧第二阻隔層
5‧‧‧次波長微結構
51‧‧‧光柵
51a‧‧‧反射面
52‧‧‧配向微結構
LB‧‧‧藍光
LB1‧‧‧藍光穿透光
LB2‧‧‧藍光反射光
LG‧‧‧綠光
LR‧‧‧紅光
W‧‧‧寬度
H‧‧‧深度
S‧‧‧間隔
第1圖：係為習知量子棒膜之示意圖；第2圖：係為為本發明一實施態樣之量子棒膜之示意圖；第3圖：係為為本發明一實施例之量子棒膜增加藍光背光源利用率之原理示意圖；以及第4圖：係為為本發明另一實施態樣之量子棒膜之示意圖。
為使本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效更易瞭解，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之量子棒膜之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請配合參看第2圖所示，其為本發明所提供一較佳實施態樣之量子棒膜3之示意圖；在一較佳實施態樣中，量子棒膜3包含一第一阻隔層4位於背光源LB之入光側；一次波長微結構5，其位於做為基材之第一阻隔層4上，次波長微結構5具有成平行方向排列之光柵51，平行光柵51間之凹槽具有與光柵51排列方向垂直之配向微結構52，且光柵51頂部具有一反射面51a；以及複數個量子棒6，其堆疊於次波長微結構5中之配向微結構52中，且這些量子棒6之長軸排列方向垂直於光柵51之排列方向。
所謂次波長微結構係指其微結構周期小於光之波長，當所入射光之波長範圍約為次波長微結構之周期3倍時，則該波長範圍之入射光可感受到次波長微結構之影響而反射，並因次波長微結構之反射面而分為具有方向性之偏振光；當入射光之波長範圍大於次波長微結構之周期3倍時，則該波長範圍之入射光無法感受到次波長微結構之影響，具有較低之反射率而可直接穿透，因此，可藉由控制次波長微結構之周期而選擇性調控不同波長範圍之入射光的穿透或反射行為，次波長微結構一般可藉由奈米壓印、干涉微影或電子束直寫等方式形成。
請配合參看第3圖所示，其為本發明一實施例之量子棒膜3增加藍光LB背光源利用率之原理示意圖，當藍光LB背光源穿過量子棒膜3時，位於次波長微結構5之配向微結構(未示於圖上)中的量子棒6可被激發出x軸方向之紅光LR與綠光LG，並穿過光柵51之結構，且因次波長微結構5周期及反射面51a的存在，例如在一實施例中，次波長微結構5每一光柵51之寬度W
為70nm至75nm，深度H為50nm至200nm，間隔S為70nm至75nm，則可選擇性將波長420nm至500nm之藍光LB反射並形成偏光，而不影響量子棒6所激發出之紅光LR與綠光LG之穿透度，使直接穿透量子棒6之y軸方向藍光穿透光LB1減少，並形成反射光LB2反射回量子棒6處，再次激發出與x軸同方向之紅光LR與綠光LG，因而具有較習知量子棒膜激發出更多的紅光LR與綠光LG；部分未被量子棒6吸收與次波長微結構5反射而穿透之藍光LB即可與紅光LR、綠光LG混合成白光，以做為顯示面板背光源；因此，相較於習知量子棒膜，可增加藍光LB於量子棒膜3中之激發次數，而使採用本發明之量子棒膜3之背光模組具有更佳之利用率。
在本發明又一實施例之量子棒膜中，每一配向微結構之寬度為5nm至20nm，深度為5nm至50nm，間隔為5nm至20nm，且這些量子棒之長度係介於10nm至50nm，長徑比係介於5至10；在配向微結構之間隔小於所採用之量子棒材料之長度，且配向微結構之間隔大於所採用之量子棒材料之直徑的條件下，則塗佈包含這些量子棒之溶液於配向微結構上並乾燥固化後，這些量子棒可以其長軸方向排列於配向微結構之間隔中；此外，亦可進一步採用刷摩配向、電場配向等方式，使這些量子棒具有更佳之排列性。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，複數個量子棒包含一種或以上不同長度之量子棒，經調整不同尺寸之量子棒含量，即可控制穿透之藍光與激發出之紅光、綠光比例，混合成白
光作為液晶顯示器之背光源，並因量子棒材料之激發光譜具有較窄之半高寬，故可使得液晶顯示器所能表現之色域面積更廣。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，形成這些量子棒之半導體材料係選自III-V族、II-VI族、IV-VI族及/或其組合的化合物；例如包括但不限於下列化合物：AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，第一阻隔層之材料選自對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環氧樹脂聚合物、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，次波長微結構之反射面係為金屬層，並可藉由斜向噴鍍等方式，選擇性鍍於次波長微結構之光柵頂部，使進入次波長微結構之入射光，可形成具有方向性之x方向穿透光與y方向反射光而再利用，以進一步提升量子棒膜之二色性比及利用率。
請再參考第4圖，在本發明另一實施態樣中，量子棒膜31進一步包含一第二阻隔層41，設置於次波長微結構5上，以形成更佳良好之封裝結構，使量子棒膜31之耐候性增加。
在本發明另一實施例之量子棒膜中，第二阻隔層之材料選自對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、
環氧樹脂聚合物、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
3‧‧‧量子棒膜
4‧‧‧第一阻隔層
5‧‧‧次波長微結構
51‧‧‧光柵
51a‧‧‧反射面
52‧‧‧配向微結構
6‧‧‧量子棒
LB‧‧‧藍光
Claims (10)
- 一種量子棒膜，其包含：一第一阻隔層，其為一背光源之入光側；一次波長微結構，其位於該第一阻隔層上，該次波長微結構具有成平行方向排列之一光柵，該平行光柵間之凹槽具有與該光柵排列方向垂直之一配向微結構，且該光柵頂部具有一反射面；以及複數個量子棒，其堆疊於該次波長微結構中之該配向微結構中，且該些量子棒之長軸排列方向垂直於該光柵之排列方向。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其中該次波長微結構每一光柵之寬度為70nm至75nm，深度為50nm至200nm，間隔為70nm至75nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其中每一該配向微結構之寬度為5nm至20nm，深度為5nm至50nm，間隔為5nm至20nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其中該些量子棒之長度係介於10nm至50nm，長徑比係介於5至10。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其中該 些量子棒包含一種或以上不同長度之量子棒。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其中形成該些量子棒之半導體材料係選自III-V族、II-VI族、IV-VI族及/或其組合的化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其中該第一阻隔層之材料選自對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環氧樹脂聚合物、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其中該次波長微結構之該反射面係為金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其進一步包含一第二阻隔層，設置於該次波長微結構上。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子棒膜，其中該第二阻隔層之材料選自對苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、環氧樹脂聚合物、聚矽氧烷聚合物、氟樹脂聚合物或包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜。
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