TWI550326B - 量子棒背光模組 - Google Patents

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Description

量子棒背光模組
本發明是有關於一種用於液晶顯示器之量子棒背光模組，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層，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線，經過調整量子棒其長軸配向方向，所激發之偏振光線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)來評估量子棒層產生偏振光線之效率，二色性比係以式DR=Y///Y⊥所計算而得，其中Y//為背光源在量子棒長軸與檢測用偏光板穿透軸平行時所獲得之 光線亮度，Y⊥為背光源在量子棒長軸與檢測用偏光板穿透軸垂直時所獲得之光線亮度，當背光源未經過量子棒層前，因一般光源並無明顯方向性，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，代表所測量子棒層具有較明顯之二色性，使經過量子棒層激發出之光線，具有較佳之偏振性與方向性；但將量子棒層應用於現行背光模組中之光學膜層疊結構中，往往會因與光學膜間之反射與折射、光學膜本身之相位差，或光學膜中所添加粒子之散射，使得量子棒層所激發出之光源通過這些光學膜後二色性比降低，令實際穿過液晶面板上之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，在習知背光模組1中，亦普遍採用一組第一稜鏡層11與第二稜鏡層12之設計，其中，該第一稜鏡層11之複數條第一稜鏡11a與該第二稜鏡層12之複數條第二稜鏡12a係為垂直交錯排列，以聚集側視角光線，使正視角之光線可增加，但直接將量子棒層13設置於習知背光模組1中，例如設置於背光源14與第一稜鏡層11之間時，因第一稜鏡層11與第二稜鏡層12之材料所具之相位差以及垂直交錯之排列方向，皆會使量子棒層13中所含之複數個量子棒13a所產生偏振光線之偏振性消失，而造成量子棒層13之二色性比大幅下降，因此，該量子棒層13所產生偏振光線即使經過該第一 稜鏡層11與該第二稜鏡層12聚光使正視角光線增加，但後續通過液晶面板上之偏光板時，仍因無法保持與偏光板穿透軸向一致之偏振方向，而影響量子棒層13所產生之偏振性增益效果。
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背光模組，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背光模組，在一實施態樣中，其包含一背光源；一量子棒層，位於該背光源之一側，其包含複數個量子棒，且該複數個量子棒之長軸沿一方向排列；一第一稜鏡層，其包含平行排列之複數條第一稜鏡，設置於該量子棒層之出光側；以及一第二稜鏡層，其包含平行排列之複數條第二稜鏡，層疊設置於該第一稜鏡層之一側；其中，該複數條第一稜鏡與該複數條第二稜鏡之排列方向皆垂直該複數個量子棒之長軸方向，且該第一稜鏡層與該第二稜鏡層之相位差皆為零。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，該第一稜鏡層與第二稜鏡層之折射率係介於1.4至1.7。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，該第一稜鏡層之複數條第一稜鏡與第二稜鏡層之複數條第二稜鏡之頂角係介於80°至110°。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，形成該第一稜鏡層與第二稜鏡層之材料係各自獨立地選自由下列所組成之群組：甲基丙烯酸甲酯聚合物、對苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纖維素、聚乙烯及其組合。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，該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背光模組中，該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背光模組中，該些量子棒包括一或多種半導體材料，該半導體材料係選自由下列所組成之群組的化合物：III-V族、II-VI族、IV-VI族及其組合。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，該量子棒層之兩側具有一第一阻隔層與一第二阻隔層。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，該第一阻隔層與第二阻隔層之材料係各自獨立地選自由下列所組成之群組：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、包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜及其組合。
1‧‧‧習知背光模組
2‧‧‧量子棒背光模組
11、21‧‧‧第一稜鏡層
11a、21a‧‧‧第一稜鏡
12、22‧‧‧第二稜鏡層
12a、22a‧‧‧第二稜鏡
13、23‧‧‧量子棒層
13a、23a‧‧‧量子棒
14、24‧‧‧背光源
LB1、LB2‧‧‧藍光入射光
L11、L21‧‧‧激發光
L11y、L12x、L21y、L22y‧‧‧偏振反射光
L12、L13、L22、L23‧‧‧出射光
第1圖：係為習知背光模組之示意圖；第2圖：係為本發明一實施態樣之量子棒背光模組之示意圖；第3a圖：係為習知背光模組對量子棒層所產生偏振光線之影響原理示意圖；以及第3b圖：係為本發明一實施例之量子棒背光模組所產生偏振光線之影響原理示意圖。
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背光模組之實施例，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背光模組2之示意圖；在一實施態樣中，其包含一背光源24；一量子棒層23，位於該背光源24之一側，其包含複數個量子棒23a，且該複數個量子棒23a之長軸沿一方向排列；一第一稜鏡層21，其包含平行排列之複數條第一稜鏡21a，設置於該量子棒層23之出光側；以及一第二稜鏡層22，其包含平行排列之複數條第二稜鏡22a，層疊設置於該第一稜鏡層21之一側；其中，該複數條第一稜鏡21a與該複數條第二稜鏡22a之排列方向皆垂直該複數個量子棒23a之長軸方向，且該第一稜鏡層21與該第二稜鏡層22之相位差皆為零，使量子棒層23所產生之偏振光線方向不易偏折。
請再一併參看第3a圖與第3b圖所示，其為習知背光模組中垂直排列之第一稜鏡11a、第二稜鏡12a，與本發明之量子棒背光模組所具有之平行排列之第一稜鏡21a、第二稜鏡22a，分別對量子棒層13、23所產生偏振光線之影響原理示意圖；在第3a圖中，當背光源(未示於圖上)所發出之較短波長入射光例如為藍光入射光LB1，通過習知背光模組中之量子棒層13時，在量子棒13a長軸方向上激發出較長波長之x方向之偏振光線，例如紅光或綠光，使得與量子棒13a長軸同方向之激發光L11之x方向分量比例大於y方向分量，激發光L11再以布魯斯特角 (Brewster angle)入射該第一稜鏡11a之一面時，所產生之反射光可形成與該第一稜鏡11a之入射面平行之僅具y方向分量之偏振反射光L11y而反射再利用，並使透過第一稜鏡11a之出射光L12維持部分x方向分量與部分y方向分量之偏振光線，且其中與量子棒13a長軸同方向之x方向分量仍大於y方向分量，但當出射光L12再次進入第二稜鏡12a，因第二稜鏡12a之排列方向為與第一稜鏡11a垂直，故出射光L12以布魯斯特角入射該第二稜鏡12a之一面後，產生之反射光卻形成與該第二稜鏡12a之入射面平行之僅具x方向分量之偏振反射光L12x，並使穿透該第二稜鏡12a之出射光L13在量子棒13a長軸方向之x方向分量降低，使後續通過液晶面板上之偏光板時，無法保持與偏光板穿透軸向一致之偏振方向，而增亮效果不佳；在第3b圖中，當背光源(未示於圖上)所發出之藍光入射光LB2，通過本發明之量子棒背光模組中之量子棒層23時，在量子棒23a長軸方向上激發出較長波長之x方向之偏振光線，使得與量子棒23a長軸同方向之激發光L21之x方向分量比例大於y方向分量，激發光L21再以布魯斯特角入射該第一稜鏡21a之一面時，所產生之反射光可形成與該第一稜鏡21a之入射面平行之僅具y方向分量之偏振反射光L21y而反射再利用，並使透過第一稜鏡21a之出射光L22維持部分x方向分量與部分y方向分量之偏振光線，且 其中與量子棒23a長軸同方向之x方向分量仍大於y方向分量，當出射光L22進入第二稜鏡22a，因第二稜鏡22a之排列方向為與第一稜鏡21a平行，故出射光L22以布魯斯特角入射該第二稜鏡22a之一面後，產生之反射光可再次形成與該第二稜鏡22a之入射面平行之僅具y方向分量之偏振反射光L22y而回收再利用，並使穿透該第二稜鏡22a之出射光L23在量子棒23a短軸方向之y方向分量進一步降低，使後續通過液晶面板上之偏光板時，具有與偏光板穿透軸向一致之偏振方向，而增亮效果較佳。
請參考下表一，其為本發明一實施例之量子棒背光模組，與以習知背光模組做為比較例之測試數據，在使用含綠光量子棒與紅光量子棒且二色性比DRQR為5.48之同一量子棒層之情況下，藍光背光通過比較例之該量子棒層與垂直排列之稜鏡層後，所得之總背光亮度Ytotal為4820nits，而通過實施例之該量子棒層與平行排列稜鏡層後，所得之總背光亮度Ytotal為4722nits，因平行排列之稜鏡層可聚光之方向較垂直排列之稜鏡層少了一維度，故實施例之總背光亮度稍低於比較例，但比較後續實際經過液晶面板上偏光板後之差異，比較例之習知背光模組與偏光板穿透軸向一致之平行背光亮度Y//僅剩2855nits，與偏光板穿透軸向直交之垂直背光亮度Y⊥為1344nits，因此習知背光模組整體二色性比 DRtotal降為2.12，增亮效果與偏振光增益性較不佳；而實施例之量子棒背光模組與偏光板穿透軸向一致之平行背光亮度Y//仍具有3182nits，與偏光板穿透軸向直交之垂直背光亮度Y⊥亦降為934nits，因此背光模組整體二色性比DRtotal仍有3.41，而增亮效果較比較例之習知背光模組佳；且由各波長之二色性比可看出，實施例之量子棒背光模組產生光源之藍光二色性比DRB、綠光二色性比DRG與紅光二色性比DRR亦皆比比較例之習知背光模組高，可知實施例之量子棒背光模組所具之平行排列稜鏡層除了對量子棒層所激發之綠光與紅光之二色性比影響較低，因可回收藍光背光於稜鏡層界面之反光再利用，並轉換為與液晶面板上之偏光板穿透軸向一致之偏振光源，故對於藍光背光所形成偏振光源之增益性亦較佳。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，該第一稜鏡層與第二稜鏡層之折射率係介於1.4至1.7。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組 中，該第一稜鏡層之複數條第一稜鏡與第二稜鏡層之複數條第二稜鏡之頂角係介於80°至110°，以使進入稜鏡層之光線維持布魯斯特角入射。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，形成該第一稜鏡層與第二稜鏡層之材料係各自獨立地選自由下列所組成之群組：甲基丙烯酸甲酯聚合物、對苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纖維素、聚乙烯及其組合。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，該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背光模組中，該些量子棒包含一種或以上不同長度之量子棒，經調整不同長度之量子棒含量，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背光模組中，該些量子棒包括一或多種半導體材料，該半導體材料係選自由下列所組成之群組的化合物：III-V族、II-VI族、IV-VI族及其組合；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背光模組中，該量子棒層之兩側具有一第一阻隔層與一第二阻隔層，以形成更佳良好之封裝結構，進一步阻隔環境中的水氣、氧氣對所含量子棒之破壞，使量子棒層之耐候性增加。
在本發明另一實施例之量子棒背光模組中，該第一阻隔層與第二阻隔層之材料係各自獨立地選自由下列所組成之群組：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、包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜及其組合。
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。
2‧‧‧量子棒背光模組
21‧‧‧第一稜鏡層
21a‧‧‧第一稜鏡
22‧‧‧第二稜鏡層
22a‧‧‧第二稜鏡
23‧‧‧量子棒層
23a‧‧‧量子棒
24‧‧‧背光源

Claims (9)

  1. 一種量子棒背光模組，其包含：一背光源；一量子棒層，位於該背光源之一側，其包含複數個量子棒，且該複數個量子棒之長軸沿平行該量子棒層之一方向排列；一第一稜鏡層，其包含平行排列之複數條第一稜鏡，設置於該量子棒層之一出光側；以及一第二稜鏡層，其包含平行排列之複數條第二稜鏡，層疊設置於該第一稜鏡層之一側；其中，該複數條第一稜鏡與該複數條第二稜鏡之排列方向皆垂直該複數個量子棒之長軸方向，且該第一稜鏡層與該第二稜鏡層之相位差皆為零。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之量子棒背光模組，其中該第一稜鏡層與第二稜鏡層之折射率係介於1.4至1.7。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之量子棒背光模組，其中該第一稜鏡層之複數條第一稜鏡與第二稜鏡層之複數條第二稜鏡之頂角係介於80°至110°。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之量子棒背光模組，其中形成該第一稜鏡層與第二稜鏡層之材料係各自獨立地選自由下列所組成之群組：甲 基丙烯酸甲酯聚合物、對苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纖維素、聚乙烯及其組合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之量子棒背光模組，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。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之量子棒背光模組，其中該些量子棒包含一種或以上不同長度之量子棒。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之量子棒背光模組，其中該些量子棒包括一或多種半導體材料，該半導體材料係選自由下列所組成之群組的化合物：III-V族、II-VI族、IV-VI族及其組合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之量子棒背光模組，該量子棒層之兩側具有一第一阻隔層與一第二阻隔層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之量子棒背光模組，其中該第一阻隔層與第二阻隔層之材料係各自獨立地選自由下列所組成之群組：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、包含金屬氧化物之有機/無機複合薄膜及其組合。
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