TWI424391B - 使用量子點之顯示裝置 - Google Patents

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Description

使用量子點之顯示裝置
本發明係關於一種使用量子點之顯示裝置。
近來，隨著資訊和通訊領域的快速發展，用於顯示各種資訊的顯示裝置變得愈加重要。作為現有顯示裝置其中一種，陰極射線管存在局限，因此不能滿足當前輕且薄之趨勢。這樣，業界發展液晶顯示裝置、電漿顯示裝置(PDP)或者電致發光顯示裝置(ELD)作為平面顯示裝置，以及積極進行這些平面顯示裝置之研究與發展。
這些顯示裝置中，液晶顯示裝置利用了液晶的光學各向異性與偏光特性。因為液晶薄且長，所以液晶分子的排列具有方向性。由此，透過應用電場至液晶，可控制液晶分子之排列之方向性。
因此，透過控制液晶分子之排列之方向性，液晶分子的排列發生改變，這樣光線依照液晶分子之排列方向被折射，從而呈現影像。
然而，這種液晶顯示裝置具有以下問題。
首先，當電壓被應用至液晶顯示裝置時，由於折射率各向異性，液晶顯示裝置的液晶分子的視角變小。
第二，因為液晶顯示裝置形成多層結構，主要包含薄膜電晶體陣列基板、彩色濾光片基板、偏光板以及液晶層，所以穿透過底層至頂層的光線效率降低，這樣液晶顯示裝置的透射率較低。
第三，因為薄膜電晶體陣列基板或者彩色濾光片基板係透過沈積與圖案化各種膜而形成，所以液晶顯示裝置的製造製程非常複雜。
第四，因為液晶顯示裝置包含各種部件例如背光單元、液晶、彩色濾光片以及偏光板，所以成本變得較高。
因此，本發明實施例提供一種顯示裝置，實質上避免習知技術之限制與缺陷所導致的一或多個問題。
本發明實施例之目的在於提供一種使用量子點之顯示裝置，可避免窄視角的問題。
本發明實施例之另一目的在於提供一種使用量子點之顯示裝置，具有高透射率。
本發明實施例之再一目的在於提供一種使用量子點之顯示裝置，係透過簡單的製程被形成。
本發明實施例之另一目的在於提供一種使用量子點之顯示裝置，實施成本較低。
本發明其他的優點、目的和特徵將在如下的說明書中部分地加以闡述，並且本發明其他的優點、目的和特徵對於本領域的普通技術人員來說，可以透過本發明如下的說明得以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的目的和其它優點可以透過本發明所記載的說明書和申請專利範圍中特別指明的結構並結合圖式部份，得以實現和獲得。
依照本發明實施例之一般方面，顯示裝置包含背光單元、第一基板、第二基板、複數個分割牆、複數個量子點單元、第一驅動電極以及第二驅動電極。
背光單元發射紫外線。第一基板與第二基板係位於背光單元之上。第一基板與第二基板之間的分割牆定義複數個子畫素。量子點單元係被放置於複數個子畫素內，發射可見光且吸收紫外線。
一個實施例中，顯示裝置包含紫外線阻擋膜。紫外線阻擋膜被放置於第二基板上方，用於阻擋紫外線從中穿過。
量子點單元依照被應用至第一驅動電極與第二驅動電極之電壓的差值被移動。當量子點單元被控制以向第二驅動電極的方向移動時，第二驅動電極阻擋紫外線直接照射量子點單元。當子點單元被控制以移動離開第二驅動電極時，紫外線則直接照射量子點單元。
一個實施例中，第一驅動電極與第二驅動電極係位於第一基板上。另一實施例中，第一驅動電極係位於第二基板上，第二驅動電極係位於第一基板上。
每一紅色量子點、藍色量子點以及綠色量子點可包含一個內核、形成於內核外部的外殼以及形成於外殼外部的有機配位基。外殼被形成以具有兩個分離部分。
內核係為從一群組中選擇的一或多種材料，此群組包含硫化鎘、硒化鎘、鍗化鎘、硫化鋅、硒化鋅、鋅鍗、砷化鎵、磷化鎵砷化鎵、鎵銻、硫化汞、硒化汞、鍗化汞、砷化銦、磷化銦、銦銻、砷化鋁、磷化鋁、鋁銻及其包含至少3種材料之化合物。外殼係由氧化矽、氧化鈦、氧化鋅、二氧化矽以及氧化鎂其中任意其一形成。此外，有機配位基係由包含硫、磷、羥基以及氨的一種有機化合物形成。
量子點的溶劑係為水、甲苯、三氯甲烷、二甲苯、己烷。此溶劑可被填充於上下基板之間的空間內。
紅色量子點的大小為大約18-20奈米，藍色量子點的大小為大約6-8奈米，以及綠色量子點的大小為大約12-14奈米。
考察以下圖式以及詳細描述，本領域之技術人員顯然可看出其他系統、方法、特徵以及優點。全部這些系統、方法、特徵以及優點將包含於此描述中，係在本發明之保護範圍之內，並且受到以下申請專利範圍之保護。此章節內容並非被視為這些專利申請範圍之限制。以下結合實施例討論其他方面與優點。可以理解的是，如上所述的本發明之概括說明和隨後所述的本發明之詳細說明均是具有代表性和解釋性的說明，並且是為了進一步揭示本發明之申請專利範圍。
現在將結合圖式部份對本發明的較佳實施方式作詳細說明。以下介紹的這些實施例被用作例子，以將它們的精神傳達至本領域之普通技術人員。因此，這些實施例以不同形狀被具體化，而並非限制於本說明書所述之這些實施例。此外，為了圖式之方便，此裝置之尺寸與厚度可以被放大。在本揭露以及這些圖式部份中所使用的相同的參考標號代表相同或同類部件。
本發明係關於一種使用量子點的顯示裝置，依照其大小與組合物被轉換為包含紅色、綠色與藍色的各種色彩。在描述本發明之顯示裝置之結構之前，首先描述本發明中使用的量子點。
首先，奈米微粒即為奈米結晶(nanocrystal)，被稱作量子點(quantum dot；QD)，係為奈米單位大小的半導體結構。與一維的量子線不同，量子點具有零維結構。就是說，量子點標記一個微粒，此微粒使用微粒存在或不存在作為資訊，微粒的例子為零維空間中受限的電子。量子點的直徑係處於2-20奈米的範圍內，依照量子點的大小被轉換為包含紅色、綠色與藍色的各種色彩。
如「第1圖」所示，量子點包含內核、第一外殼、第二外殼以及有機配位基(organic ligands)之結構。內核由奈米結晶形成，具有半導體特性以及由週期表中II-VI族或者III-V族組成。依照內核的組成與大小，內核具有特定的能隙，因此吸收光線且發射固定波長的光線。例如，內核由例如硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、鍗化鎘(CdTe)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、鋅鍗(ZnTe)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、鎵銻(GaSb)、硫化汞(HgS)、硒化汞(HgSe)、鍗化汞(HgTe)、砷化銦(InAs)、磷化銦(InP)、銦銻(InSb)、砷化鋁(AlAs)、磷化鋁(AlP)、鋁銻(AlSb)其中之一的化合物以及包含上述材料其中之3或4的化合物形成。第一外殼係為鈍化膜，透過防止內核的化學變化以保持半導體特性。第一外殼被形成以包含有氧的無機化合物，例如氧化矽(SiO)、氧化鈦(TiO)、氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(Silica)或者氧化鎂(MgO)，具有與內核的成分絕緣的特性。第二外殼係為充電層，為量子點提供電泳特性，由含氧的無機化合物例如氧化矽(SiO)、氧化鈦(TiO)、氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(Silica)或者氧化鎂(MgO)形成，具有與內核的成分絕緣的特性。外殼由上述第一與第二外殼或者單個外殼形成。為了最小化內核與外殼之間的不同成分形成所導致的晶格失配效應，內核的成分與外殼的成分依照漸進濃度被形成。
有機配位基係由包含硫(S)、磷(P)、羥基(COOH)以及氨(NH4)的有機化合物形成，作為提供充電特性的有機層，避免量子點的內聚(cohesion)及耦合至量子點的表面。詳細地，例如S(CH2)nCOOH、PH(CH2)nCOOH、S(CH2)nCHNH2、PH(CH2)nCHNH2、S(CH2)n(C6H4)m或者PH(CH2)n(C6H4)m等有機化合物用於有機配位基。
具有以上結構的量子點依照其大小被實施為紅色量子點、藍色量子點或綠色量子點。就是說，紅色量子點的大小(或直徑)為大約18-20奈米，綠色量子點的大小(或直徑)為大約12-14奈米，以及藍色量子點的大小(或直徑)為大約6-8奈米。
以上形成的紅色量子點、藍色量子點以及綠色量子點吸收發射的紫外線，以及分別發射紅光、藍光與綠光。就是說，當波長處於大約350-400奈米的紫外線被發射到紅色量子點、藍色量子點以及綠色量子點以及吸收波長為大約350-400奈米時，發射出中心波長為530奈米的綠光、中心波長為480奈米的藍光以及中心波長為600奈米的紅光。
接下來，將詳細描述使用量子點之上述顯示裝置。「第2圖」所示係為本發明實施例之使用量子點之顯示裝置之剖面圖。
請參考「第2圖」，使用量子點之顯示裝置包含顯示面板10、背光單元21以及紫外線阻擋膜30，其中背光單元21被放置於顯示面板10下方以及提供紫外線至顯示面板10，紫外線阻擋膜30被放置於顯示面板10上方以及阻擋背光單元21發射且穿透顯示面板10的紫外線。
背光單元21包含燈管部21a以及導光與擴散組件21b，其中燈管部21a包含作為光源的複數個紫外線燈管。燈管部21a的紫外線燈管發射波長為350-400奈米的紫外線。導光與擴散組件21b將紫外線燈管發出的光線向顯示面板10的後表面傳播，還擴散光線以待均勻地被分佈。
燈管部可以為直射型或側光型。依照本發明，紫外線燈管被排列於導光與擴散組件21b一側時，燈管部21a為側光型，或者紫外線燈管被排列於導光與擴散組件21b之整個後表面上方時，燈管部21a為直射型。本發明實施例之「第2圖」，中，採用側光型，但是也可以採用直射型。
顯示面板10包含第一基板101與第二基板103以及分割牆105，其中第一基板101與第二基板103彼此間隔一預定距離，分割牆105被放置於第一基板101與第二基板103之間且定義子畫素。複數個量子點單元放置於子畫素內，量子點單元發射出可見光同時吸收紫外線。
本實施例中，量子點單元包含複數個量子點。量子點包含紅色量子點、藍色量子點與綠色量子點。其中形成有紅色量子點(red quantum dots；RQs)之紅光發射層106R、其中形成有藍色量子點(blue quantum dots；BQs)之藍光發射層106B以及其中形成有綠色量子點(green quantum dots；GQs)之綠光發射層106G被形成。紅光發射層106R、藍光發射層106B以及綠光發射層106G被形成在每一單元畫素中。因為紅光發射層106R、藍光發射層106B以及綠光發射層106G被形成在每一單元畫素內，所以單元畫素處殼顯示各種色彩。因此，顯示面板10可實現多種色彩的影像。
第一驅動電極(圖中未表示)形成在第一基板101上。與第一驅動電極對應的第二驅動電極(圖中未表示)形成在第一基板101上，或者形成在正對第一基板101的第二基板103上。以下將在驅動方法之有關描述中加以詳細說明。第一驅動電極由銦錫氧化物(ITO)或者銦鋅氧化物(IZO)形成為透明電極，而第二驅動電極由鉬(Mo)、鉻(Cr)、銅(Cu)或者鋁形成為不透明的電極。
紫外線阻擋膜30阻擋背光單元21發射且穿透顯示面板10的紫外線，係由聚酯(polyester)形成作為主要成分以及包含用於吸收與阻擋紫外線的聚合物。
第一基板101與第二基板103之間的空間可被填充溶劑。量子點在溶劑中被混合。溶劑可以為水、甲苯(toluene)、三氯甲烷(chloroform)、二甲苯(xylene)或己烷(hexane)。
如上形成的紅色量子點、藍色量子點與綠色量子點用以吸收發射的紫外線，並且發射可見光例如分別為紅光、藍光與綠光。量子點所發射的光線並非限制於可見光。針對特別應用，量子點所發射的光線可為不可見光。
因為使用如上配置之量子點之顯示裝置使用了紅色量子點、藍色量子點與綠色量子點代替液晶分子，則可被避免由於各向異性折射率所導致的視角減少的現象。
本發明之使用量子點之顯示裝置未使用彩色濾光片基板或偏光板。因此，從底層穿透到頂層的光線效率比液晶顯示裝置更卓越，這樣可獲得高透射率。
此外，本發明之使用量子點之顯示裝置使用紅色量子點、藍色量子點與綠色量子點產生色彩，未形成彩色濾光片。因此，與液晶顯示裝置相比，以上顯示裝置之製造製程被簡化。
另外，本發明之使用量子點之顯示裝置未使用液晶、彩色濾光片或偏光板，以及可以低成本形成量子點。考慮到這些問題，與液晶顯示裝置相比，顯示裝置之製造成本被降低。
當具有充電特性的量子點由於第一驅動電極與第二驅動電極之間電壓差的原因移動時，本發明之使用量子點之顯示裝置形成各自的顏色。以下將結合附圖詳細描述本發明之使用量子點之顯示裝置之驅動模式。
「第3A圖」與「第3B圖」所示係為顯示面板之單元畫素之示意圖，其中第一驅動電極與第二驅動電極形成於第一基板101上。「第4A圖」與「第4B圖」所示係為顯示面板之單元畫素之示意圖，其中第一驅動電極係形成於第一基板101上，第二驅動電極係形成於第二基板103上。第二基板103阻擋紫外線，這樣紫外線無法穿透第二基板103。以下描述中，單元畫素被定義為其中形成有紅色發光層。
首先，第一驅動電極107a與第二驅動電極107b彼此鄰接形成於第一基板101上，以下描述這種液晶面板之驅動。請參考「第3A圖」，當相同的電壓例如0伏特被應用至每一第一驅動電極107a與第二驅動電極107b時，紅色量子點於第一驅動電極107a與第二驅動電極107b之間移動與分佈。紅色量子點吸收第一基板101下方形成的「第2圖」所示之背光單元21所發射的紫外線，以及發射出紅光。同樣，形成藍色量子點之單元畫素與形成綠色量子點之單元畫素依照相同原理發射藍光與綠光。
此外，請參考「第3B圖」，當比應用至第一驅動電極107a的電壓高的電壓例如5伏特被應用至第二驅動電極107b，而0伏特被應用至第一驅動電極107a時，紅色量子點於被應用更高電壓之第二驅動電極107b之上或上方移動且分佈。這種狀態下，第一基板101下方形成的「第2圖」所示之背光單元21所發射的紫外線未經改變則到達第二基板103，因此未形成紅光。同樣，形成藍色量子點之單元畫素與形成綠色量子點之單元畫素依照相同原理也不會發射藍光或綠光。
接下來，第一驅動電極107a與第二驅動電極107b分佈形成於第一基板101與第二基板103之上，以下描述這種顯示面板之驅動。請參考「第4A圖」，當相同的電壓例如0伏特被應用至每一第一驅動電極107a與第二驅動電極107b時，紅色量子點於第一驅動電極107a與第二驅動電極107b之間移動與分佈。然後，紅色量子點吸收第一基板101下方形成的「第2圖」所示之背光單元21所發射的紫外線，以及發射出紅光。同樣，形成藍色量子點之單元畫素與形成綠色量子點之單元畫素依照相同原理分別發射藍光與綠光。
此外，請參考「第4B圖」，當比應用至第一驅動電極107a的電壓高的電壓例如5伏特被應用至第二驅動電極107b，而0伏特被應用至第一驅動電極107a時，紅色量子點於被應用更高電壓之第二驅動電極107b之上或上方移動與分佈。這種狀態下，第一基板101下方形成的「第2圖」所示之背光單元21所發射的紫外線未經改變則到達第二基板107b，因此未形成紅光。同樣，形成藍色量子點之單元畫素與形成綠色量子點之單元畫素依照相同原理也不會發射藍光或綠光。
如上所述，本發明之使用量子點之顯示裝置中，量子點依照應用至第一驅動電極與第二驅動電極之間的差值而移動，因此可形成各自的顏色。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
10．．．顯示面板
21．．．背光單元
21a．．．燈管部
21b．．．導光與擴散組件
30．．．紫外線阻擋膜
101．．．第一基板
103．．．第二基板
105．．．分割牆
107a．．．第一驅動電極
107b．．．第二驅動電極
106R．．．紅光發射層
106G．．．綠光發射層
106B．．．藍光發射層
RQ．．．紅色量子點
BQ．．．藍色量子點
GQ．．．綠色量子點
第1圖所示係為本發明實施例之量子點之結構；
第2圖所示係為本發明實施例之使用量子點之顯示裝置之剖面圖；
第3A圖與第3B圖所示係為顯示面板之單元畫素之示意圖，其中第一驅動電極與第二驅動電極係形成於第一基板上；以及
第4A圖與第4B圖所示係為顯示面板之單元畫素之示意圖，其中第一驅動電極係形成於第一基板上，第二驅動電極係形成於第二基板上。

Claims (21)

  1. 一種顯示裝置，包含：一背光單元，發射一紫外線；一第一基板與一第二基板，位於該背光單元上；複數個分割牆，位於該第一基板與第二基板之間，定義複數個子畫素；複數個量子點(Quantum Dot；QD)單元，被放置於該等子畫素內，以及發射一可見光且吸收該紫外線；以及一第一驅動電極與一第二驅動電極，被放置於該第一基板與該第二基板之間以控制該等量子點單元，從而依照應用至該第一驅動電極與該第二驅動電極之電壓選擇性地吸收該紫外線。
  2. 如請求項第1項所述之顯示裝置，更包含：一紫外線阻擋膜，被放置於該第二基板上方，以阻擋該紫外線從其中穿透。
  3. 如請求項第1項所述之顯示裝置，其中該等量子點單元依照被應用至該第一驅動電極與該第二驅動電極之一電壓差值而移動。
  4. 如請求項第1項所述之顯示裝置，其中當該等量子點單元被控制以朝向該第二驅動電極移動時，該第二驅動電極阻擋該紫外線直接照射該等量子點單元。
  5. 如請求項第1項所述之顯示裝置，其中當該等量子點單元被控制以移動離開該第二驅動電極時，該該紫外線直接照射該等量子點單元。
  6. 如請求項第1項所述之顯示裝置，其中該第一驅動電極與該第二驅動電極係位於該第一基板上。
  7. 如請求項第6項所述之顯示裝置，其中該第二驅動電極阻擋該紫外線照射該等量子點單元。
  8. 如請求項第1項所述之顯示裝置，其中該第一驅動電極係位於該第二基板上，該第二驅動電極係位於該第一基板上。
  9. 如請求項第8項所述之顯示裝置，其中該第一驅動電極完全透明。
  10. 如請求項第9項所述之顯示裝置，其中該第二驅動電極阻擋該紫外線照射該等量子點單元。
  11. 如請求項第1項所述之顯示裝置，其中該等量子點單元包含複數個量子點，每一量子點包含：一內核；一外殼，形成於該內核之外部；以及一有機配位基，形成於該外殼之外部。
  12. 如請求項第11項所述之顯示裝置，其中該內核係為從一群組中選擇的一或多種材料，該群組包含硫化鎘、硒化鎘、鍗化鎘、硫化鋅、硒化鋅、鋅鍗、砷化鎵、磷化鎵砷化鎵、鎵銻、硫化汞、硒化汞、鍗化汞、砷化銦、磷化銦、銦銻、砷化鋁、磷化鋁以及鋁銻。
  13. 如請求項第11項所述之顯示裝置，其中該外殼係為從一群組中選擇的一或多種材料，該群組包含氧化矽、氧化鈦、氧化鋅、二氧化矽以及氧化鎂。
  14. 如請求項第11項所述之顯示裝置，其中該有機配位基係由從包含硫、磷、羥基以及氨的一群組中選擇的一有機化合物形成。
  15. 如請求項第11項所述之顯示裝置，其中該等量子點包含紅色量子點，該紅色量子點的大小為大約18至20奈米。
  16. 如請求項第11項所述之顯示裝置，其中該等量子點包含綠色量子點，該綠色量子點的大小為大約12至14奈米。
  17. 如請求項第11項所述之顯示裝置，其中該等量子點包含藍色量子點，該藍色量子點的大小為大約6至8奈米。
  18. 如請求項第11項所述之顯示裝置，其中該等量子點包含紅色量子點、綠色量子點以及藍色量子點。
  19. 如請求項第1項所述之顯示裝置，其中該等子畫素其中之一中的複數個量子點單元包含複數個紅色量子點、複數個綠色量子點與複數個藍色量子點。
  20. 如請求項第1項所述之顯示裝置，其中在該第一基板與該第二基板之間的空間中填充一溶劑。
  21. 如請求項第20項所述之顯示裝置，其中該溶劑係選自水、甲苯(toluene)、三氯甲烷(chloroform)、二甲苯(xylene)或己烷(hexane)。
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