TWI662337B

TWI662337B - 量子點彩色濾光片及其顯示裝置

Info

Publication number: TWI662337B
Application number: TW107126972A
Authority: TW
Inventors: 蔡秉諭
Original assignee: 瑩耀科技股份有限公司
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2019-06-11
Also published as: TW202008051A

Abstract

本發明提出一種量子點彩色濾光片，包含：一濾光片主體，具有一入光側及一出光側，該濾光片主體包含：複數個遮光結構；以及藉由該複數個遮光結構間隔開的至少一紅色像素單元、至少一綠色像素單元以及至少一藍色像素單元。其中，該至少一紅色像素單元係由至少一紅色量子點材料經噴墨印刷製成；該至少一綠色像素單元係由至少一綠色量子點材料經噴墨印刷製成。另外，本發明更提出一種包含前述之量子點彩色濾光片的顯示裝置。

Description

量子點彩色濾光片及其顯示裝置

本發明係關於一種量子點彩色濾光片及其顯示裝置，尤指一種可使用更少量子點材料的量子點彩色濾光片及其顯示裝置。

目前液晶顯示器（Liquid Crystal Display, LCD）的色彩是依靠彩色濾光片（color filter，CF）層來實現。傳統彩色濾光片是將彩色光阻材料經過一系列黃光製程後形成，而彩色光阻材料是將樹脂（polymer）、單體（monomer）、光敏劑（photoinitiator）和顏料（pigment）溶解並分散於溶劑後形成。而近幾年來，三星電子等公司提出了將量子點材料製備成量子點濾光片以替代傳統彩色濾光片的構想。

量子點材料具有發光光譜集中、色純度高等優點。將量子點材料製備成量子點濾光片並利用於液晶顯示技術領域，可以大幅度提高傳統液晶顯示器的色域，使液晶顯示器的色彩還原能力得到增強。

然而，量子點材料的製備需要一系列溶劑和配體的搭配，對於許多企業而言，量子點材料的取得是一筆不小的成本花費。因此，有必要提出一種使用更少的量子點材料即可製備而成的量子點濾光片，同時應用於顯示裝置中仍可以產生色純度高且光譜集中等優點。

有鑑於上述目的，本發明提出一種量子點彩色濾光片，包含：一濾光片主體，具有一入光側及一出光側，該濾光片主體包含：複數個遮光結構；以及藉由該複數個遮光結構間隔開的至少一紅色像素單元、至少一綠色像素單元以及至少一藍色像素單元；其中，該至少一紅色像素單元係由至少一紅色量子點材料經噴墨印刷製成；該至少一綠色像素單元係由至少一綠色量子點材料經噴墨印刷製成；其中，該至少一紅色像素單元、該至少一綠色像素單元以及該至少一藍色像素單元於該入光側上分別具有一入光面積；該至少一紅色像素單元、該至少一綠色像素單元以及該至少一藍色像素單元於該出光側上分別具有一出光面積，且該出光面積大於該入光面積。

進一步而言，該至少一藍色像素單元的材料為透明有機材料或至少一藍色量子點材料。

進一步而言，該至少一紅色像素單元、該至少一綠色像素單元以及該至少一藍色像素單元為一倒三角柱結構或一倒三角錐結構設置於該入光側之上。

另外，本發明更提出一種顯示裝置，包含前述之量子點彩色濾光片。該顯示裝置包含：一背光模組；以及一液晶面板，設置於該背光模組上，該液晶面板靠近該背光模組側依次包含：一第一基板；一液晶層，設置於該第一基板上；以及一顯色模組，設置於該液晶層上，且該顯色模組靠近該液晶層側更依次包含：一封裝層；該量子點彩色濾光片，設置於該封裝層上；以及一透明基板，設置於該量子點彩色濾光片上。

進一步而言，該顯色模組更包含一光學薄膜，設置於該量子點彩色濾光片與該透明基板之間。

以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。

為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：

首先，請同時參考圖1及圖2所示，圖1為本發明較佳實施例之量子點彩色濾光片剖面圖，圖2為本發明較佳實施例之量子點彩色濾光片透視圖。本發明所提出之量子點彩色濾光片100，包含有：一濾光片主體10，具有一入光側80及一出光側90，且該濾光片主體10包含：複數個遮光結構12，以及藉由該複數個遮光結構12間隔開來的的至少一紅色像素單元14、至少一綠色像素單元16以及至少一藍色像素單元18。

在本實施例中，濾光片主體10中的每一個遮光結構12，其於該入光側80上具有一第一遮光面積，於該出光側90上具有一第二遮光面積，且該第一遮光面積大於該第二遮光面積。換言之，本實施例剖面圖中（請參考圖1）的每一個遮光結構12的形狀為正立的梯形（即短邊在出光側90、長邊在入光側80）或正立的三角形；更具體而言，每一個遮光結構12在濾光片主體10中為正立的梯形角柱或正立的三角柱的立體結構。

其中，該遮光結構12的材料可以依據不同需求選擇包含樹脂材料在內的任何材料，僅須滿足本發明之遮光條件即可。

將每一個遮光結構12的形狀設計成正立梯形角柱或正立三角柱的立體結構目的在於，每兩兩的遮光結構12可間隔出一倒立的梯形角柱或倒立的三角柱的立體結構。以圖1之量子點彩色濾光片剖面圖為例，由圖中可明顯看出複數個正立梯形的遮光結構12可間隔出複數個倒三角形的凹槽。在此，若將至少一紅色量子點材料經噴墨印刷至該凹槽中，即可製成一紅色像素單元14；若將至少一綠色量子點材料經噴墨印刷製成至該凹槽中，則可製成一綠色像素單元16。

若將透明有機材料填充至該凹槽中或將至少一藍色量子點材料經噴墨印刷製成至該凹槽中，則可製成一藍色像素單元18。

前述之紅色、綠色及藍色量子點材料包含第II族與第VI族中的元素形成的第一化合物，以及第III主族與第V主族中的元素形成的第二化合物，第一化合物和/或第二化合物包覆形成核殼結構化合物或摻雜納米晶顆粒。其中，第一化合物包括硒化鎘（CdSe）、碲化鎘（CdTe）、硫化鎂（MgS）、硒化鎂（MgSe）、碲化鎂（MgTe）、硫化鈣（CaS）、硒化鈣（CaSe）、碲化鈣（CaTe）、硫化鍶（SrS）、硒化鍶（SrSe）、碲化鍶（SrTe）、硫化鋇（BaS）、硒化鋇（BaSe）、碲化鋇（BaTe）、硫化鋅（ZnS）、硒化鋅（ZnSe）、碲化鋅（ZnTe）或硫化鎘（CdS）；第二化合物包括氮化鎵（GaN）、磷化鎵（GaP）、砷化鎵（GaAs）、氮化銦（InN）、磷化銦（InP）或砷化銦（ InAs）。

進一步而言，該至少一紅色量子點材料為化學通式為CsPbI ₃的量子點材料，其粒徑範圍可介於0.1-20奈米（nm），較佳的是介於5-10奈米（nm）。該至少一綠色量子點材料為化學通式為CsPbBr ₃的量子點材料，其粒徑範圍可介於0.1-20奈米（nm），較佳的是介於2-5奈米（nm）。

更進一步而言，該紅色像素單元14、該綠色像素單元16以及該藍色像素單元18於該入光側80上分別具有一入光面積；該紅色像素單元14、該綠色像素單元16以及該藍色像素單元18於該出光側上分別具有一出光面積，且該出光面積大於該入光面積。換言之，本實施例剖面圖中（請參考圖1）的紅色像素單元14、綠色像素單元16以及藍色像素單元18的形狀為倒立的梯形（即長邊在出光側、短邊在入光側）或倒立的三角形；更具體而言，紅色像素單元14、綠色像素單元16以及藍色像素單元18在濾光片主體10中為倒立的梯形角柱或倒立的三角柱的立體結構。

將噴墨印刷有紅色量子點材料的紅色像素單元14、噴墨印刷有綠色量子點材料的綠色像素單元16以及填充有透明有機材料或噴墨印刷有藍色量子點材料的藍色像素單元18的目的，請同時參照圖3所示，其為本發明較佳實施例之量子點彩色濾光片與習知濾光片的像素單元比較圖。本發明之像素單元（圖3以紅色像素單元14為例）以倒立梯形角柱或倒立三角柱的方式配置之目的在於，習知的濾光片其像素單元通常為方形的立體結構；然而，在填充的量子點材料須達到相同堆積高度的前提之下，梯形角柱或三角柱立體結構所需填充的量子點材料明顯會小於方形立體結構，而三角柱立體結構所需填充的量子點材料又小於梯形角柱立體結構。

更進一步而言，同樣為使填充的量子點材料達到相同堆積高度，倒立的三角柱立體結構所需填充的量子點材料又會比正立的三角柱立體結構來的少。因此，本發明之紅色像素單元14、綠色像素單元16以及藍色像素單元18，其結構的最佳實施例為倒立的三角柱立體結構，並設置於量子點彩色濾光片100濾光片主體10的入光側80之上。

請參考圖4所示，其為本發明另一較佳實施例之量子點彩色濾光片透視圖。其中，量子點彩色濾光片200，包含有：一濾光片主體20，具有一入光側80及一出光側90，且該濾光片主體20包含：複數個遮光結構22，以及藉由該複數個遮光結構22間隔開來的的至少一紅色像素單元24、至少一綠色像素單元26以及至少一藍色像素單元28。

本實施例與圖2之量子點彩色濾光片的差異點在於，本實施例中的該至少一紅色像素單元24、該至少一綠色像素單元26以及該至少一藍色像素單元28為倒立的三角錐立體結構。此功效在於，紅色像素單元24與綠色像素單元26中所分別含有的紅色量子點材料與綠色量子點材料，在達到相同堆積高度的前提之下，其量子點材料的含量可以比圖2之量子點彩色濾光片100中所使用的紅色量子點材料與綠色量子點材料來的更少。

更進一步而言，本發明還可針對倒立的三角錐立體結構的像素單元（24、26、28）進行準分子雷射蝕刻形成一蝕刻紋路，使得穿透像素單元（24、26、28）的光線可依相同方向射出。舉例來說，當光線從量子點彩色濾光片200的入光側80進入後，部分光線會受到遮光結構22的阻隔，而其餘的光線則會穿透紅色像素單元24、綠色像素單元26以及藍色像素單元28後射出，由於各個像素單元（24、26、28）為倒立的三角錐立體結構，因此該至少一紅色像素單元24、該至少一綠色像素單元26以及該至少一藍色像素單元28於該入光側80上分別具有的入光面積為點狀，而由入光側80進入的光線經過像素單元（24、26、28）內的該蝕刻紋路後，可達到類似於導光板的功能於同一方向射出。

前述之量子點彩色濾光片可進一步應用於顯示裝置中。請參考圖5所示，其為本發明較佳實施例之顯示裝置示意圖。在本實施例中，該顯示裝置1000包含：一背光模組900，以及設置於該背光模組上的一液晶面板800。其中，該液晶面板800靠近包該背光模組900側依次包含有：一第一基板700，設置於該第一基板700上的一液晶層600，以及設置於該液晶層600上的一顯色模組500。

進一步而言，該顯色模組500靠近該液晶層600側更依次包含：一封裝層160，設置於該封裝層160上的該量子點彩色濾光片100，以及設置於該量子點彩色濾光片100上的一透明基板120。其中，該封裝層160可對該量子點彩色濾光片100進行封裝保護，並達到表面平坦化的作用。

更進一步而言，該顯色模組500還可以包含設置於該量子點彩色濾光片100與該透明基板120之間的一光學薄膜140，該光學薄膜140具有濾波的功能，用於除去背光模900組發出後穿透該量子點彩色濾光片100而未被轉化（激發）的光線。

進一步而言，該顯色模組500靠近該液晶層600一側還設有一第一電極180，而該第一基板700為陣列基板，其上方設置有薄膜電晶體（TFT）陣列以及第二電極（圖未示）。

該透明基板120可以是玻璃基板、聚亞醯胺（PI）基板或聚對苯二甲酸乙二酯（PET）基板；同樣的，該第一基板700也可以是玻璃基板、聚亞醯胺（PI）基板或聚對苯二甲酸乙二酯（PET）基板。

以下將針對本發明之顯示裝置1000做更進一步的說明。

請同時參考圖1、2及5，在本實施例中，背光模組900是採用波長介於440-460奈米（nm）的藍光發光二極體作為背光源，當背光模組900所發出的一藍光光線920射入液晶面板800中來到本發明之量子點彩色濾光片100，該藍光光線920由量子點彩色濾光片100的入光側80進入。此時，穿透紅色像素單元14的該藍光光線920，會受到紅色像素單元14中紅色量子點材料的激發而形成波長介於620-650奈米的紅光，並由量子點彩色濾光片100的出光側90射出。穿透綠色像素單元16的該藍光光線920，會受到綠色像素單元16中綠色量子點材料的激發而形成波長介於520-550奈米的綠光，並由量子點彩色濾光片100的出光側90射出。而由於藍色像素單元18中僅填充透明有機材料，因此該藍光光線920可直接穿透藍色像素單元18而形成藍光，並由量子點彩色濾光片100的出光側90射出，進而達到紅綠藍（RGB）彩色濾光片的功效。

在其他可能的實施例中，背光模組900是採用紫外光作為背光源，當背光模組900所發出的一紫外光光線920進入液晶面板800中來到本發明之量子點彩色濾光片100，該紫外光光線920由量子點彩色濾光片100的入光側80進入。此時，穿透紅色像素單元14的該紫外光光線920，會受到紅色像素單元14中紅色量子點材料的激發而形成紅光，並由量子點彩色濾光片100的出光側90射出。穿透綠色像素單元16的該紫外光光線920，會受到綠色像素單元16中綠色量子點材料的激發而形成綠光，並由量子點彩色濾光片100的出光側90射出。而穿透藍色像素單元18的該紫外光光線920，會受到藍色像素單元18中藍色量子點材料的激發而形成藍光，並由量子點彩色濾光片100的出光側90射出，進而達到紅綠藍（RGB）彩色濾光片的功效。

前述之顯示裝置1000可應用於液晶電視、液晶顯示器、行動裝置、平板電腦及手機等任何具有顯示功能的產品或元件。

由以上實施例可看出，本發明可透過較少的量子點材料而形成量子點彩色濾光片，符合經濟效益；同時，本發明之量子點彩色濾光片含有可透過光線激發而產生紅光、綠光與藍光的紅色、綠色與藍色的量子點材料，可以提高背光模組的利用率，進而獲得更高純度的色光。因此，包含有本發明之量子點彩色濾光片的顯示裝置能夠實現彩色顯示的高色域與低功率。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，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說明內容所作之簡單變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。

100、200‧‧‧量子點彩色濾光片

10、20‧‧‧濾光片主體

12、22‧‧‧遮光結構

14、24‧‧‧紅色像素單元

16、26‧‧‧綠色像素單元

18、28‧‧‧藍色像素單元

44‧‧‧習知像素單元

80‧‧‧入光側

90‧‧‧出光側

120‧‧‧透明基板

140‧‧‧光學薄膜

160‧‧‧封裝層

180‧‧‧第一電極

500‧‧‧顯色模組

600‧‧‧液晶層

700‧‧‧第一基板

800‧‧‧液晶面板

900‧‧‧背光模組

920‧‧‧光線

1000‧‧‧顯示裝置

圖1為本發明較佳實施例之量子點彩色濾光片剖面圖。

圖2為本發明較佳實施例之量子點彩色濾光片透視圖。

圖3為本發明較佳實施例之量子點彩色濾光片與習知濾光片的像素單元比較圖。

圖4為本發明另一較佳實施例之量子點彩色濾光片透視圖。

圖5為本發明較佳實施例之顯示裝置示意圖。

Claims

一種量子點彩色濾光片，包含：一濾光片主體，具有一入光側及一出光側，該濾光片主體包含：複數個遮光結構；以及藉由該複數個遮光結構間隔開的至少一紅色像素單元、至少一綠色像素單元以及至少一藍色像素單元；其中，該至少一紅色像素單元係由至少一紅色量子點材料經噴墨印刷製成；該至少一綠色像素單元係由至少一綠色量子點材料經噴墨印刷製成；其中，該至少一紅色像素單元、該至少一綠色像素單元以及該至少一藍色像素單元於該入光側上分別具有一入光面積；該至少一紅色像素單元、該至少一綠色像素單元以及該至少一藍色像素單元於該出光側上分別具有一出光面積，且該出光面積大於該入光面積；其中，該至少一紅色像素單元、該至少一綠色像素單元以及該至少一藍色像素單元為一倒三角柱結構或一倒三角錐結構，設置於該入光側之上。
如請求項1所述之量子點彩色濾光片，其中該至少一紅色量子點材料為化學通式為CsPbI₃的量子點材料。
如請求項2所述之量子點彩色濾光片，其中該至少一紅色量子點材料的粒徑大小介於5-10奈米。
如請求項1所述之量子點彩色濾光片，其中該至少一綠色量子點材料為化學通式為CsPbBr₃的量子點材料。
如請求項4所述之量子點彩色濾光片，其中該至少一綠色量子點材料的粒徑大小介於2-5奈米。
如請求項1所述之量子點彩色濾光片，其中該至少一藍色像素單元的材料為透明有機材料或至少一藍色量子點材料。
一種顯示裝置，包含如請求項1至6中任一項所述之量子點彩色濾光片，該顯示裝置包含：一背光模組；以及一液晶面板，設置於該背光模組上，該液晶面板靠近該背光模組側依次包含：一第一基板；一液晶層，設置於該第一基板上；以及一顯色模組，設置於該液晶層上，且該顯色模組靠近該液晶層側更依次包含：一封裝層；該量子點彩色濾光片，設置於該封裝層上；以及一透明基板，設置於該量子點彩色濾光片上。
如請求項7所述之顯示裝置，其中該顯色模組更包含一光學薄膜，設置於該量子點彩色濾光片與該透明基板之間。