TWI709801B

TWI709801B - 波長轉換元件

Info

Publication number: TWI709801B
Application number: TW108119533A
Authority: TW
Inventors: 柯俊民
Original assignee: 睿亞光電股份有限公司
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-11-11
Also published as: TW202045997A

Abstract

本發明揭露一種波長轉換元件，其包含波長轉換層、透明上阻氣阻水層以及透明下阻氣阻水層。波長轉換層包含第一透明高分子基材以及複數個量子點。透明上阻氣阻水層包含第二透明高分子基材、第一無機材料阻氣阻水薄膜以及第一透明有機材料保護薄膜。透明上阻氣阻水層係以第一透明有機材料保護薄膜接合於第一透明高分子基材的上表面上。透明下阻氣阻水層包含第二透明高分子基材、第二無機材料阻氣阻水薄膜以及第二透明有機材料保護薄膜。透明下阻氣阻水層係以第二透明有機材料保護薄膜接合於第一透明高分子基材的下表面上。

Description

波長轉換元件

本發明係關於一種包含量子點的波長轉換元件，並且特別是關於阻氣阻水效果不易失效、減薄且包含量子點的波長轉換元件。

眾所皆知，液晶顯示系統係藉由液晶面板來顯示影像。但是，液晶面板本身不發光，必須藉由所謂的背光裝置來達到發光功能，因此背光裝置是液晶顯示裝置重要的零組件。具有波長轉換功能的波長轉換元件則是背光裝置的重要元件。

目前已有背光裝置之具有波長轉換功能的波長轉換元件採用量子點來提升顯示的品質。量子點是成奈米晶體形式的半導體，能提供替換的顯示。量子點的電子特性通常由奈米晶體的尺寸與形狀決定。相同材料的量子點，但具有不同的尺寸，可以在激發時發出不同顏色的光。更具體地，量子點發射光線的波長隨量子點的大小和形狀而變化。於一範例中，較大顆的量子點可以發射較長波長的光(例如，紅光)，而較小顆的量子點可以發射較短波長的光(例如，藍光或紫光)。例如，硒化鎘(CdSe)形成的量子從點可以逐漸調變，從直徑為5nm的量子點發射在可見光譜的紅光區域，到直徑為1.5nm的量子點發射紫光區域。藉由改變量子點的尺寸，可以發射從波長約460nm(藍光)到波長約650nm(紅光)的整個可見光波長。量子點技術應用於液晶顯示系統，可大幅度提升液晶顯示系統的色域和色彩鮮豔度，並且降低能耗。

關於包含量子點的波長轉換元件之先前技術，在包含量子點的波長轉換層的上、下表面上需要接合上、下透明阻氣阻水層，以阻絕波長轉換層接觸空氣、水汽。波長轉換層的形成是將紫外線固化型甲基丙烯酸甲酯或熱固型環氧樹脂塗佈在上、下透明阻氣阻水層之間，再行固化而成透明高分子基材。量子點係均勻地分佈於透明高分子基材內。

一般的透明阻氣阻水層是採用透明高分子基材(例如，聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)基材)，在一面的表面上利用化學氣相沉積法(CVD)或物理氣相沉積法(PVD)被覆氧化鋁等有無機材料阻氣阻水薄膜。氧化鋁等有無機材料阻氣阻水薄膜的厚度約為1μm。先前技術的透明阻氣阻水層大多還會在氧化鋁等有無機材料阻氣阻水薄膜被覆厚度約為1μm的增黏底塗料薄膜，以利後續與波長轉換層接合。在包含量子點的波長轉換元件的製造過程中，透明阻氣阻水層會通過滾輪造成本身受到拉扯。透明阻氣阻水層的透明高分子基材的厚度若是薄(例如，約十幾微米的厚度)，氧化鋁等有無機材料阻氣阻水薄膜很可能在包含量子點的波長轉換元件的製造過程中發生損傷，進而造成透明阻氣阻水層的阻氣阻水效果失效。所以，先前技術的透明阻氣阻水層大多採用厚的透明高分子基材，讓其在包含量子點的波長轉換元件的製造過程中能承受拉扯，以避免氧化鋁等有無機材料阻氣阻水薄膜發生損傷。先前技術的透明阻氣阻水層的厚度約為50~100μm。

然而，採用厚度較厚的上、下透明阻氣阻水層，導致塗佈在上、下透明阻氣阻水層之間的紫外線固化型甲基丙烯酸甲酯或熱固型環氧樹脂的厚度也隨之加厚，厚度約為100μm。也就是說，先前技術之包含量子點的波長轉換元件厚度甚厚，厚度約為200~300μm，導致在製造上耗費材料多、成本高，光線通過較厚的波長轉換元件其光衰也較高。

因此，本發明所欲解決之一技術問題在於提供一種波長轉換元件。根據本發明之波長轉換元件包含量子點，其本身的阻氣阻水效果在製造過程中不易失效，並且其本身的厚度也大幅減薄。

根據本發明之一較佳具體實施例之波長轉換元件包含波長轉換層、透明上阻氣阻水層以及透明下阻氣阻水層。波長轉換層包含第一透明高分子基材以及複數個量子點。複數個量子點係均勻地分佈於第一透明高分子基材內。第一透明高分子基材具有第一上表面以及第一下表面。透明上阻氣阻水層包含第二透明高分子基材、第一無機材料阻氣阻水薄膜以及第一透明有機材料保護薄膜。第二透明高分子基材具有第二上表面以及第二下表面。第一無機材料阻氣阻水薄膜係被覆於第二透明高分子基材的第二下表面上。第一無機材料阻氣阻水薄膜具有第一厚度範圍為0.5μm至1.5μm。第一透明有機材料保護薄膜係被覆於第二透明高分子基材上。第一透明有機材料保護薄膜具有第二厚度範圍為0.5μm至3μm。透明上阻氣阻水層係以第一透明有機材料保護薄膜接合於第一透明高分子基材的第一上表面上。透明下阻氣阻水層包含第三透明高分子基材、第二無機材料阻氣阻水薄膜以及第二透明有機材料保護薄膜。第三透明高分子基材具有第三上表面以及第三下表面。第二無機材料阻氣阻水薄膜係被覆於第三透明高分子基材的第三上表面上。第二無機材料阻氣阻水薄膜具有第三厚度範圍為0.5μm至1.5μm。第二透明有機材料保護薄膜係被覆於第三透明高分基材上。第二透明有機材料保護薄膜具有第四厚度範圍為0.5μm至3μm。透明下阻氣阻水層係以第二透明有機材料保護薄膜接合於第一透明高分子基材的的一下表面上。

於一具體實施例中，第一透明有機材料保護薄膜以及第二透明有機材料保護薄膜分別可以由聚硫環氧樹脂、聚乙烯亞胺、甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等軟性的透明高分子材料所形成。

於一具體實施例中，第一透明有機材料保護薄膜可以是第一有機材料阻氣阻水薄膜，致使透明上阻氣阻水層具有第一水氣穿透率範圍為0.1~0.05g/m²‧天。第二透明有機材料保護薄膜可以是第二有機材料阻氣阻水薄膜，致使透明下阻氣阻水層具有第二水氣穿透率範圍為0.1~0.05g/m²‧天。

於一具體實施例中，第一無機材料阻氣阻水薄膜以及第二無機材料阻氣阻水薄膜分別可以由SiC_xO_y、AlO_z、類鑽石碳等無機材料所形成，其中1<x<2，0<y<1，1<z<2。

於一具體實施例中，透明上阻氣阻水層進一步包含第一擴散薄膜。第一擴散薄膜係被覆於第二透明高分子基材的第二上表面上。第一擴散薄膜具有第一霧度範圍為50~90%。透明下阻氣阻水層進一步包含第二擴散薄膜。第二擴散薄膜係被覆於第三透明高分子基材的第三下表面上。第二擴散薄膜具有第二霧度範圍為0~50%。

於一具體實施例中，第二透明高分子基材以及第三透明高分子基材分別可以由聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚醯亞胺(polyimide)、聚丙烯醯胺(polyacrylamide)、聚乙烯(polyethylene)、聚乙烯基(polyvinyl)、聚-二乙炔(poly-diacetylene)、聚亞苯基亞乙烯基(polyphenylene-vinylene)、多肽(polypeptide)、多醣(polysaccharide)、聚碸(polysulfone)、聚吡咯(polypyrrole)、聚咪唑(polyimidazole)、聚噻吩(polythiophene)、聚醚(polyether)、環氧樹脂(epoxy)、二氧化矽凝膠(silica gel)、矽氧烷(siloxane)、多磷酸鹽(polyphosphate)、水凝膠(hydrogel)、瓊脂糖(agarose)、纖維素(cellulose)等軟性的透明高分子材料所形成。

於一具體實施例中，第二透明高分子基材具有第五厚度範圍為12μm至25μm。第三透明高分子基材具有第六厚度範圍為12μm至25μm。

於一具體實施例中，第一透明高分子基材可以由紫外線固化型甲基丙烯酸甲酯或熱固型環氧樹脂等透明高分子材料所形成。

於一具體實施例中，波長轉換層具有第七厚度範圍為20μm至50μm。

於一具體實施例中，透明上阻氣阻水層進一步包含第一增黏底塗料薄膜。第一增黏底塗料薄膜係被覆於第一無機材料阻氣阻水薄膜與第一透明有機材料保護薄膜之間。透明下阻氣阻水層進一步包含第二增黏底塗料薄膜。第二增黏底塗料薄膜係被覆於第二無機材料阻氣阻水薄膜與第二透明有機材料保護薄膜之間。

與先前技術不同，根據本發明之波長轉換元件其本身的阻氣阻水效果在製造過程中不易失效，並且其本身的厚度也可以大幅減薄。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧波長轉換元件

2‧‧‧波長轉換層

20‧‧‧第一透明高分子基材

202‧‧‧第一上表面

204‧‧‧第一下表面

22‧‧‧量子點

3‧‧‧透明上阻氣阻水層

30‧‧‧第二透明高分子基材

302‧‧‧第二上表面

304‧‧‧第二下表面

32‧‧‧第一無機材料阻氣阻水薄膜

34‧‧‧第一透明有機材料保護薄膜

36‧‧‧第一擴散薄膜

38‧‧‧第一增黏底塗料薄膜

4‧‧‧透明下阻氣阻水層

40‧‧‧第三透明高分子基材

402‧‧‧第三上表面

404‧‧‧第三下表面

42‧‧‧第二無機材料阻氣阻水薄膜

44‧‧‧第二透明有機材料保護薄膜

46‧‧‧第二擴散薄膜

48‧‧‧第二增黏底塗料薄膜

圖1係根據本發明之一較佳具體實施例之波長轉換元件的剖面視圖。

圖2係根據本發明之較佳具體實施例之波長轉換元件之一變形的剖面視圖。

請參閱圖1及圖2，圖1係以剖面視圖示意地繪示根據本發明之一較佳具體實施例之波長轉換元件1的結構。圖2係以剖面視圖示意地繪示根據本發明之較佳具體實施例之波長轉換元件1之一變形的結構。

如圖1所示，根據本發明之較佳具體實施例之波長轉換元件1包含波長轉換層2、透明上阻氣阻水層3以及透明下阻氣阻水層4。

波長轉換層2包含第一透明高分子基材20以及複數個量子點22。複數個量子點22係均勻地分佈於第一透明高分子基材20內。第一透明高分子基材20具有第一上表面202以及第一下表面204。

於一具體實施例中，複數個量子點22可以由II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、IV族化合物或上述化合物之混合物所形成。

於一具體實施例中，形成本發明所採用之複數個量子點22的II-VI族化合物可以由CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe或其他II-VI族化合物所形成。

於一具體實施例中，形成本發明所採用之複數個量子點22的III-V族化合物可以由GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、GaNP、GaNAs、 GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb或III-V族化合物所形成。

於一具體實施例中，形成本發明所採用之複數個量子點22的IV-VI族化合物可以由SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、SnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe或其他IV-VI族化合物所形成。

於一具體實施例中，形成本發明所採用之複數個量子點22的IV族化合物可以由Si、Ge、SiC、SiGe或其他IV族化合物所形成。

透明上阻氣阻水層3包含第二透明高分子基材30、第一無機材料阻氣阻水薄膜32以及第一透明有機材料保護薄膜34。第二透明高分子基材30具有第二上表面302以及第二下表面304。第一無機材料阻氣阻水薄膜32係被覆於第二透明高分子基材30的第二下表面304上。第一無機材料阻氣阻水薄膜32具有第一厚度範圍為0.5μm至1.5μm。第一透明有機材料保護薄膜34係被覆於第一無機材料阻氣阻水薄膜32上。第一透明有機材料保護薄膜34具有第二厚度範圍為0.5μm至3μm。透明上阻氣阻水層3係以第一透明有機材料保護薄膜34接合於第一透明高分子基材20的第一上表面202上。

透明下阻氣阻水層4包含第三透明高分子基材40、第二無機材料阻氣阻水薄膜42以及第二透明有機材料保護薄膜44。第三透明高分子基材40具有第三上表面402以及第三下表面404。第二無機材料阻氣阻水薄膜42係被覆於第三透明高分子基材40的第三上表面402上。第二無機材料阻氣阻水薄膜42具有第三厚度範圍為0.5μm至1.5μm。第二透明有機材料保護薄膜44係被覆於第二無機材料阻氣阻水薄膜42上。第二透明有機材料保護薄膜44具有第四厚度範圍為0.5μm至3μm。透明下阻氣阻水層4係以第二透明有機材料保護薄膜44接合於第一透明高分子基材20的第一下表面204上。藉由第一透明有機材料保護薄膜34保護第一無機材料阻氣阻水薄膜32，藉由第二透明有機材料保護薄膜44保護第二無機材料阻氣阻水薄膜42，根據本發明之波長轉換元件1在製造過程中第一無機材料阻氣阻水薄膜32以及第二無機材料阻氣阻水薄膜42不會發生損傷，所以根據本發明之波長轉換元件1其本身的阻氣阻水效果不易失效。

於一具體實施例中，第一無機材料阻氣阻水薄膜32以及第二無機材料阻氣阻水薄膜42分別可以由SiC_xO_y、AlO_z、類鑽石碳等無機材料所形成，其中1<x<2，0<y<1，1<z<2。第一無機材料阻氣阻水薄膜32以及第二無機材料阻氣阻水薄膜42可以利用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法形成以分別被覆於第二透明高分子基材30的第二下表面304上以及第三透明高分子基材40的第三上表面402上。類鑽石碳薄膜係屬於烴氣相沉積膜。

於一具體實施例中，第二透明高分子基材30以及第三透明高分子基材40分別可以由聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚醯亞胺(polyimide)、聚丙烯醯胺(polyacrylamide)、聚乙烯(polyethylene)、聚乙烯基(polyvinyl)、聚-二乙炔(poly-diacetylene)、聚亞苯基亞乙烯基(polyphenylene-vinylene)、多肽(polypeptide)、多醣(polysaccharide)、聚碸(polysulfone)、聚吡咯(polypyrrole)、聚咪唑(polyimidazole)、聚噻吩(polythiophene)、聚醚 (polyether)、環氧樹脂(epoxy)、二氧化矽凝膠(silica gel)、矽氧烷(siloxane)、多磷酸鹽(polyphosphate)、水凝膠(hydrogel)、瓊脂糖(agarose)、纖維素(cellulose)等軟性的透明高分子材料所形成。

於一具體實施例中，第一透明有機材料保護薄膜34以及第二透明有機材料保護薄膜44分別可以由聚硫環氧樹脂、聚乙烯亞胺、甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等軟性的透明高分子材料所形成。

於一具體實施例中，形成較緻密的第一透明有機材料保護薄膜34可以做為第一有機材料阻氣阻水薄膜。於一範例中，若透明上阻氣阻水層3之第一透明有機材料保護薄膜34不具阻氣阻水效果，透明上阻氣阻水層3的水氣穿透率約為0.3g/m²‧天。若透明上阻氣阻水層3之第一透明有機材料保護薄膜34可以做為第一有機材料阻氣阻水薄膜，透明上阻氣阻水層3的水氣穿透率降為0.1~0.05g/m²‧天。同樣地，形成較緻密的第二透明有機材料保護薄膜44可以做為第二有機材料阻氣阻水薄膜。若透明上阻氣阻水層3之第二透明有機材料保護薄膜44不具阻氣阻水效果，透明下阻氣阻水層4的水氣穿透率約為0.3g/m²‧天。若透明下阻氣阻水層4之第二透明有機材料保護薄膜44可以做為第二有機材料阻氣阻水薄膜，透明下阻氣阻水層4的水氣穿透率降為0.1~0.05g/m²‧天。

於一具體實施例中，如圖2所示，透明上阻氣阻水層3進一步包含第一擴散薄膜36。第一擴散薄膜36係被覆於第二透明高分子基材30的第二上表面302上。第一擴散薄膜36具有第一霧度範圍為50~90%。透明下阻氣阻水層4進一步包含第二擴散薄膜46。第二擴散薄膜46係被覆於第三透明高分子基材40的第三下表面404上。第二擴散薄膜46具有第二霧度範圍為0~50%。第一擴散薄膜36以及第二擴散薄膜46皆可以包含複數個散射顆粒。複數個散射顆粒可以包含複數個二氧化鈦顆粒、複數個硫酸鋇顆粒或複數個硫酸鈣顆粒等。第一擴散薄膜36以及第二擴散薄膜46的厚度約為1至5μm。圖2中具有與圖1中相同號碼標記之元件，有相同或類似的結構以及功能，在此不多做贅述。

於一具體實施例中，第二透明高分子基材30具有第五厚度範圍為12μm至25μm，致使透明上阻氣阻水層3的厚度範圍為13μm至29.5μm。第三透明高分子基材40具有第六厚度範圍為12μm至25μm，致使透明下阻氣阻水層4的厚度範圍為13μm至29.5μm。

於一具體實施例中，第一透明高分子基材20的形成是將紫外線固化型甲基丙烯酸甲酯或熱固型環氧樹脂塗佈在透明上阻氣阻水層3與透明下阻氣阻水層4之間，再行固化而成第一透明高分子基材20。因為，上阻氣阻水層3與透明下阻氣阻水層4的厚度夠薄，所以，波長轉換層2的厚度範圍可以減薄為20μm至50μm。在此須強調，先前技術之波長轉換元件因其結構因素導致厚度甚厚(約為200~300μm)且無法減薄。與先前技術之波長轉換元件相較，因結構不同，根據本發明之波長轉換元件1其本身可以大幅減薄，根據本發明之波長轉換元件1的厚度範圍可以降至46μm至109μm。因為，根據本發明之波長轉換元件1其本身大幅減薄，隨之帶來無法預期的功效，在製造上耗費材料少、成本降低，光線通過根據本發明之波長轉換元件1其光衰也較低。

於一具體實施例中，同樣如圖2所示，透明上阻氣阻水層3進一步包含第一增黏底塗料薄膜38。第一增黏底塗料薄膜38係被覆於第一無機材料阻氣阻水薄膜32與第一透明有機材料保護薄膜34之間。透明下阻氣阻水層4進一步包含第二增黏底塗料薄膜48。第二增黏底塗料薄膜48係被覆於第二無機材料阻氣阻水薄膜42與第二透明有機材料保護薄膜44之間。

於一具體實施例中，第一增黏底塗料薄膜38以及第二增黏底塗料薄膜48分別可以由氨基矽烷(aminosilane)、聚乙烯亞胺(polyethyleneimine)等可以提升第一無機材料阻氣阻水薄膜32以及第二無機材料阻氣阻水薄膜42的表面黏著力的高分子材料所形成。第一增黏底塗料薄膜38以及第二增黏底塗料薄膜48的厚度約為0.5至1.5μm。

藉由較佳具體實施例之詳述，相信能讓人了解本發明與先前技術不同。根據本發明之波長轉換元件其本身的阻氣阻水效果在製造過程中不易失效，並且其本身的厚度也可以大幅減薄。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本發明所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。