CN105717700A - 增益型波长转换结构、发光膜及背光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种增益型波长转换结构、发光膜及背光元件，该增益型波长转换结构，包括第一经交联的胆固醇液晶层以及分散于该第一经交联的胆固醇液晶层中的多个第一量子点，当第一光线入射至该增益型波长转换结构时，该第一量子点被该第一光线激发而发出波长不同于该第一光线的第二光线，且该第二光线于该第一经交联的胆固醇液晶层中多次反射而提高增益。

Description

增益型波长转换结构、发光膜及背光元件
技术领域
本发明涉及一种增益型波长转换结构，尤其涉及一种包含胆固醇液晶及量子点的波长转换结构。
背景技术
目前的液晶显示器(liquidcrystaldisplays,LCDs)的背光模块大多采用YAG荧光粉LED产生白光光源，通过RGB三色彩色滤光片后形成最终的液晶显示器输出光谱。滤光片仅能忠实地呈现背光模块的色调。现今背光模块的主要问题在于蓝光过强，绿光及红光光谱分布过宽，导致色域不够大，而色彩不平衡更影响视力。
现有技术提出一种液晶显示器用背光模块结合量子点(quantumdot，QD)的技术，传统的液晶显示器，通常包括液晶面板与背光模块，其中背光模块包含有发光源、导光板(LGP)、和反射板(reflector)等元件，而量子点薄板(QDsheet)则配置在LGP上方。一般而言，量子点具有荧光亮度强、光稳定性佳、以及利用单一波长的光源便可以激发出多种不同波长的光波的特性。
利用量子点薄板虽然能使RGB色彩更平衡，然而，当应用于大面积液晶显示器时，量子点使用量大导致成本过高。一种减少量子点用量的方法，是在量子点薄板中加入散射粒子以补偿效率，惟此法会降低膜的透光度。
因此，如何减少量子点用量同时仍维持极高的量子效率，便成为相当重要课题。
发明内容
本发明提供一种增益型波长转换结构、发光膜及背光元件，可减少量子点用量同时仍维持极高的量子效率。
本发明的增益型波长转换结构，包含：第一经交联的胆固醇液晶层；以及分散于该第一经交联的胆固醇液晶层中的多个第一量子点，当第一光线入射至该增益型波长转换结构时，该第一量子点被该第一光线激发而发出波长不同于该第一光线的第二光线。
在一具体实施例中，该增益型波长转换结构还包括基材，其中，该第一经交联的胆固醇液晶层设置于该基材上。
在另一具体实施例中，该基材为阻障层。
在另一具体实施例中，该增益型波长转换结构还包括阻障层，其中，该阻障层设置于该第一经交联的胆固醇液晶层上，使该第一经交联的胆固醇液晶层夹置于该基材和阻障层之间。
在该基材为阻障层的具体实施例中，该第一经交联的胆固醇液晶层夹置于二阻障层之间。
在一具体实施例中，该增益型波长转换结构还包括分散于该第一经交联的胆固醇液晶层中的多个第二量子点，且该第二量子点不同于该第一量子点。
在另一具体实施例中，该增益型波长转换结构还包括形成于该第一经交联的胆固醇液晶层上的第二经交联的胆固醇液晶层；以及分散于该第二经交联的胆固醇液晶层中的多个第二量子点，当第一光线入射至该增益型波长转换结构时，该第二量子点被该第一光线激发而发出波长不同于该第一光线的第三光线。
本发明还提供一种发光膜，包括本发明的增益型波长转换结构与至少一设置于该增益型波长转换结构的表面的光学膜。优选地，该光学膜为棱镜片结构集光膜、胆固醇液晶反射偏光片、多层结构型反射偏光片或扩散膜。
本发明再提供一种背光元件，包括：至少一主始发光源，以发射初始光线；与该至少一主始发光源组构且光学耦合的导光板(LGP)，以通过该导光板均匀地传递该初始光线；以及设于该导光板之上的本发明的增益型波长转换结构。
由上可知，本发明的增益型波长转换结构是利用分散于经交联的胆固醇液晶层中的量子点吸收能量较高的光波后，电子会产生能阶跃升，当电子从高能阶的状态降回低能阶的状态时，则会发射出波长较长的激发光，且不同粒径的量子点发射出不同波长的激发光。另外，经交联的胆固醇型液晶层是遵守布拉格(Bragg)反射定律，故可通过调整液晶的旋距(pitch)来调整反射光的波段，且经交联的胆固醇型液晶还提供了微共振腔(microcavity)的机制，使得量子点激发光和经交联的胆固醇液晶的微共振腔互相耦合(coupling)，提高同调性以提升激发光密度。此外，量子点在树脂内为纳米尺度分散，膜透明度高可减少光损耗，因此，本发明的增益型波长转换结构可大幅减少量子点用量同时仍维持极高的量子效率。
附图说明
图1为本发明的增益型波长转换结构的一具体实施例的示意图；
图2为本发明的增益型波长转换结构的另一具体实施例的示意图；
图3为本发明的增益型波长转换结构的又一具体实施例的示意图；
图4为本发明的增益型波长转换结构的又再一具体实施例的示意图；
图5为本发明的增益型波长转换结构的再一具体实施例的示意图；
图6A为经交联的胆固醇液晶的穿透度图谱；
图6B为应用CdSe/ZnS量子点于本发明的增益型波长转换结构的PL图谱；
图7A为经交联的胆固醇液晶的穿透度图谱；
图7B为应用PbS/ZnS量子点于本发明的增益型波长转换结构的PL图谱；
图8A为经交联的胆固醇液晶的穿透度图谱；
图8B为应用InP/ZnS量子点于本发明的增益型波长转换结构的PL图谱；
图9A为经交联的胆固醇液晶的穿透度图谱；
图9B为应用另一CdSe/ZnS量子点于本发明的增益型波长转换结构的PL图谱；
图10为实施例5的增益型波长转换结构的PL图谱；
图11为实施例6的增益型波长转换结构的PL图谱；
图12A及图12B为本发明的增益型波长转换结构的应用例1至2的示意图；
图13为应用例1至2的增益型波长转换结构的PL图谱；
图14A、图14B及图14C为本发明的增益型波长转换结构的应用例3至5的示意图；
图15为应用例3至5的增益型波长转换结构的PL图谱；
图16A、图16B及图16C为本发明的增益型波长转换结构的应用例6至8的示意图；
图17为应用例6至8的增益型波长转换结构的PL图谱；
图18A、图18B及图18C为本发明的增益型波长转换结构的应用例9至11的示意图；
图19为应用例9至11的增益型波长转换结构的PL图谱；
图20为实施例1的增益型波长转换结构及比较例1的波长转换结构的PL图谱；
图21为实施例2的增益型波长转换结构及比较例2的波长转换结构的PL图谱；
图22为实施例3的增益型波长转换结构及比较例3的波长转换结构的PL图谱；以及
图23为实施例4的增益型波长转换结构及比较例4的波长转换结构的PL图谱。
符号说明
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11发光膜
20,30,40,50,60,100增益型波长转换结构
110基材
120第一经交联的胆固醇液晶层
120a第一量子点
120b第二量子点
140阻障层
220第二经交联的胆固醇液晶层
220a第二量子点
230阻障层
300棱镜片结构集光膜
400胆固醇液晶反射偏光片
500反射式偏光片
600扩散膜
L1第一光线
L2第二光线
L3第三光线。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例配合附图说明本发明的实施方式，熟悉此专业的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可通过其它不同的实施方式加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明所揭示的精神下赋予不同的修饰与变更。
图1为绘示本发明的增益型波长转换结构的一具体实施例的示意图。参阅图1，增益型波长转换结构20包含第一经交联的胆固醇液晶层120以及多个第一量子点120a，其中，多个第一量子点120a分散于第一经交联的胆固醇液晶层120中。
图1中的增益型波长转换结构20设置于光源上或光源的传输路径上，例如，光源所发出的第一光线L1射入该第一经交联的胆固醇液晶层120，第一经交联的胆固醇液晶层120用以将第一光线L1激发转换成第二光线L2。当第一光线L1进入增益型波长转换结构20时，第一量子点120a被第一光线L1激发而发出第二光线L2，第二光线L2于第一经交联的胆固醇液晶层120中多次反射，其中，第二光线L2的波长不同于第一光线L1的波长，优选者，第一光线L1的波长范围介于420nm至460nm之间，而第二光线L2的波长范围介于520nm至580nm之间。
图2为绘示本发明的增益型波长转换结构的另一具体实施例的示意图。参阅图2，增益型波长转换结构30为一多层复合结构，其包含基材110、第一经交联的胆固醇液晶层120以及多个第一量子点120a，其中，第一经交联的胆固醇液晶层120形成于基材110上，多个第一量子点120a分散于第一经交联的胆固醇液晶层120中。
图2中的增益型波长转换结构30设置于光源上或光源的传输路径上，例如，光源所发出的第一光线L1由基材110方向射入，第一经交联的胆固醇液晶层120用以将第一光线L1激发转换成第二光线L2。当第一光线L1进入增益型波长转换结构30时，第一量子点120a被第一光线L1激发而发出第二光线L2，第二光线L2于第一经交联的胆固醇液晶层120中多次反射，其中，第二光线L2的波长不同于第一光线L1的波长，优选者，第一光线L1的波长范围介于420nm至460nm之间，而第二光线L2的波长范围介于520nm至580nm之间。
图3为绘示本发明的增益型波长转换结构的另一具体实施例的示意图。参阅图3，增益型波长转换结构40进一步包括设于第一经交联的胆固醇液晶层120下方的基材110，以及位于第一经交联的胆固醇液晶层120上方的阻障层140。于本实施例中，该基材110为阻障层(barrierlayer)，该第一经交联的胆固醇液晶层120夹置于二阻障层之间，用于保护第一经交联的胆固醇液晶层120中的第一量子点120a不受外界水气、氧气的影响。
图4为绘示本发明的增益型波长转换结构的又一具体实施例的示意图。参阅图4，增益型波长转换结构50为一多层复合结构，其包含基材110、第一经交联的胆固醇液晶层120、多个第一量子点120a以及多个第二量子点120b，其中，第一经交联的胆固醇液晶层120设于基材110上，多个第一量子点120a及多个第二量子点120b分散于第一经交联的胆固醇液晶层120中，第一量子点120a不同于第二量子点120b。增益型波长转换结构50设置于光源上或光源的传输路径上，例如，光源所发出的第一光线L1由基材110方向射入，第一经交联的胆固醇液晶层120用以将第一光线L1激发转换成第二光线L2及第三光线L3。当第一光线L1进入增益型波长转换结构50时，第一量子点120a以及第二量子点120b被第一光线L1激发而分别发出第二光线L2及第三光线L3，其中，第二光线L2及第三光线L3的波长不同于第一光线L1的波长。
在本实施例中，增益型波长转换结构50进一步包括位于第一经交联的胆固醇液晶层120下方的基材110，以及位于第一经交联的胆固醇液晶层120上方的阻障层140。于本实施例中，该基材110为阻障层(barrierlayer)，该第一经交联的胆固醇液晶层120夹置于二阻障层之间，用于保护第一经交联的胆固醇液晶层120中的第一及第二量子点120a、120b不受外界水气、氧气的影响。
图5为绘示本发明的增益型波长转换结构的再一具体实施例的示意图。参阅图5，增益型波长转换结构60为一多层复合结构，其包含基材110、第一经交联的胆固醇液晶层120、多个第一量子点120a、第二经交联的胆固醇液晶层220、多个第二量子点220a、以及阻障层230，其中，第一经交联的胆固醇液晶层120设于基材110上，第二经交联的胆固醇液晶层220设于第一经交联的胆固醇液晶层120上，多个第一量子点120a分散于第一经交联的胆固醇液晶层120中，多个第二量子点220a分散于第二经交联的胆固醇液晶层220中，基材110设于第一经交联的胆固醇液晶层120下方，而阻障层230设于第二经交联的胆固醇液晶层220上方。增益型波长转换结构60设置于光源上，光源所发出的第一光线L1由基材110方向射入，当第一光线L1进入增益型波长转换结构60时，分散于第一经交联的胆固醇液晶层120中的第一量子点120a被第一光线L1激发而发出第二光线L2，且第二光线L2于第一经交联的胆固醇液晶层120中多次反射，第二光线L2穿射出第一经交联的胆固醇液晶层120而进入第二经交联的胆固醇液晶层220，由于第二经交联的胆固醇液晶层220的旋距不同于第一经交联的胆固醇液晶层120的旋距，故第二光线L2在第二经交联的胆固醇液晶层220中不会被反射而直接穿射出第二经交联的胆固醇液晶层220。同时，于第二经交联的胆固醇液晶层220中的第二量子点220a被第一光线L1激发而发出第三光线L3，第二光线L2的波长不同于第一光线L1的波长，第三光线L3的波长不同于第二光线L2的波长，优选者，第一光线L1的波长范围介于420nm至460nm之间，第二光线L2的波长范围介于520nm至580nm之间，第三光线L3的波长范围介于600nm至680nm之间。
在本发明的增益型波长转换结构20、30、40、50及60中，第一及第二经交联的胆固醇液晶层120、220的材料包括，但不限于，下列式(1)至(4)所示的化合物：
1,4:3,6-双脱水-D-山梨醇双[4-[[4-[[[4-[(1-氧基-2-丙烯基)氧]丁氧基]羰基]氧]苯甲酰基]氧]苯甲酸酯](1,4:3,6-Dianhydro-D-glucitolbis[4-[[4-[[[4-[(1-oxo-2-propenyl)oxy]butoxy]carbonyl]oxy]benzoyl]oxy]benzoate])
4-[[[4-[(1-氧基-2-丙烯基)氧]丁氧基]羰基]氧]苯甲酸2-甲基-1,4-伸苯基酯(4-[[[4-[(1-Oxo-2-propenyl)oxy]butoxy]carbonyl]oxy]benzoicacid2-methyl-1,4-phenyleneester)
双(4-(((4-(丙烯酰氧基)丁氧基)羰基)氧)苯甲酸2-甲基-1,4-伸苯基酯(2-methyl-1,4-phenylenebis(4-(((4-(acryloyloxy)butoxy)carbonyl)oxy)benzoate)
双(6-((6-(丙烯酰氧基)己酰基)氧)-2-萘甲酸2-(甲氧基羰基)-1,4-伸苯基酯(2-(methoxycarbonyl)-1,4-phenylenebis(6-((6-(acryloyloxy)hexanoyl)oxy)-2-naphthoate)
该材料为可聚合的胆固醇液晶。该第一及第二经交联的胆固醇液晶层经涂布与溶剂混合的可聚合胆固醇液晶溶液于基材上，接着再通过UV光进行光固化成膜所制得。
在本发明的增益型波长转换结构30、40、50及60中，基材110的材料包括，但不限于，玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、甲苯乙烯(methylstyrene,MS)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，PET)或三醋酸纤维素(TriacetateCellulose,TAC))。
在本发明的增益型波长转换结构30、40、50及60中，基材110及阻障层230的材料包括，但不限于，任何可用于保护第一及第二量子点120a、120b、220a不受环境中氧气及水气影响的膜材。合适的阻障层材料包括高分子(例如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，PET))、玻璃、介电材料、氧化物(oxides，例如：氧化硅(siliconoxide(SiO2,Si2O3))、氧化钛(titaniumoxide(TiO2))、氧化铝(aluminumoxide(Al2O3))、以及上述两材料的适当组合)。为了达到最佳的阻障效果，可使用单层或叠合两层以上的高分子膜使用，也可使用高分子膜搭配合适氧化物以达到更佳阻绝氧气及水气的效果。
在本发明的增益型波长转换结构20、30、40、50及60中，第一及第二量子点120a、120b、220a以纳米尺度分散于第一和第二经交联的胆固醇液晶层120、220。此外，第一及第二经交联的胆固醇液晶层120、220包括液晶和旋光物，且第一及第二量子点120a、120b、220a选自II/VI族化合物、III/V族化合物、IV/VI族化合物及其组合所组成群组的至少一者。
优选者，该II/VI族化合物为CdSe，该IV/VI族化合物为PbS，该III/V族化合物为InP。除了单核结构外，更优选者为核/壳结构(或记载为核壳结构，core-shell)量子点，其结构为一个核，外层包覆至少一层的壳，包括CdSe/ZnS、PbS/ZnS、InP/ZnS。单核或核/壳量子点的***还可包覆一种或多种配体(ligand)，以有机配体尤佳，可以帮助该量子点分散于经交联的胆固醇液晶层中。
以CdSe/ZnS量子点为例，在经交联的胆固醇液晶层中掺入重量比约1％的CdSe/ZnS量子点，经交联的胆固醇液晶层的反射波段约500至550nm，其发光增益可达8倍。
相较于现有技术，本发明的增益型波长转换结构使用了经交联的胆固醇液晶和量子点的混合物，其可提高光线的增益值和穿透度，藉此减少量子点的使用量同时维持高量子效率。
实施例
实施例1以CdSe/ZnS量子点化合物制备增益型波长转换结构
将式(3)的可聚合的胆固醇液晶材料BASF242(购自BASF，商品号242)和BASF756(购自BASF，商品号756)，以BASF242：BASF756＝95：5的重量比例与甲苯(Toluene)配成40wt％的溶液，同时加入1wt％的UV光起始剂Irgacure907(购自CibaGeigy)，在90℃下搅拌1至2小时直至完全溶解。加入15％CdSe/ZnS(购自OceanNanotech，商品号QSP-540-10)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的经交联的胆固醇液晶层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为520至580nm的绿光。两者混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后硬化成膜，膜厚约6至7μm。再与上下二层阻障层贴合后，即形成含有CdSe/ZnS量子点的波长转换结构。此外，以上述相同方法但以不加入15％CdSe/ZnS量子点以及不贴合上下二层阻障层的方式制备经交联的胆固醇液晶层。
图6A为光线在不含CdSe/ZnS量子点的经交联的胆固醇液晶层的穿透度图谱，结果显示在500至550nm波段间，光线在经交联的胆固醇液晶内发生布拉格反射，其穿透度由90％降低至60％。图6B为含有CdSe/ZnS量子点的波长转换结构的光激发荧光(photoluminescence，以下简称PL)图谱，结果显示其PL波长约在550nm。
实施例2以PbS/ZnS量子点化合物制备增益型波长转换结构
以BASF242：BASF756＝97.2：2.8的重量比例与甲苯配成40wt％的溶液，同时加入1wt％的UV光起始剂Irgacure907，在90℃下搅拌1至2小时直至完全溶解。加入15％PbS/ZnS(购自EvidentTECHNOLOGIES，商品号ED-P20-TOL-0850)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的经交联的胆固醇液晶层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收700至760nm的LED光源，发出激发光波长为800至900nm的近红外线(NIR)光。两者混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后硬化成膜，膜厚约6至7μm。再与上下二层阻障层贴合后，即形成含有PbS/ZnS量子点的波长转换结构。此外，以上述相同方法但以不加入15％PbS/ZnS量子点以及不贴合上下二层阻障层的方式制备经交联的胆固醇液晶层。
如图7A为光线在不含PbS/ZnS量子点的经交联的胆固醇液晶层的穿透度图谱，结果显示在830至860nm波段间，光线在经交联的胆固醇液晶层内发生布拉格反射，其穿透度由90％降低至60％。图7B为含有PbS/ZnS量子点的波长转换结构的PL图谱，结果显示其PL波长约在850nm。
实施例3以InP/ZnS量子点化合物制备增益型波长转换结构
以BASF242：BASF756＝95：5的重量比例与甲苯配成40wt％的溶液，同时加入1wt％的UV光起始剂Irgacure907，在90℃下搅拌1至2小时直至完全溶解。加入15％InP/ZnS(购自SIGMA-ALDRICH，商品号56612SIGMA)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的经交联的胆固醇液晶层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为520至580nm的绿光。混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μmPET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后成膜，膜厚约6至7μm。再与上下二层阻障层贴合后，即为含有InP/ZnS量子点的波长转换结构。此外，以上述相同方法但以不加入15％InP/ZnS量子点以及不贴合上下二层阻障层的方式制备经交联的胆固醇液晶层。
图8A为光线在不含InP/ZnS量子点的经交联的胆固醇液晶层的穿透度图谱，结果显示在530至580nm波段间，光线在经交联的胆固醇液晶层内发生布拉格反射，其穿透度由90％降低至50％。图8B为含有InP/ZnS量子点的波长转换结构的PL图谱，结果显示其PL波长约在540nm。
实施例4以CdSe/ZnS量子点化合物制备增益型波长转换结构
以BASF242：BASF756＝95：5的重量比例与甲苯配成40wt％的溶液，同时加入1wt％的UV光起始剂Irgacure907，在90℃下搅拌1至2小时直至完全溶解。加入15％CdSe/ZnS(购自OceanNanoTech，商品号QSP-620-10)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的经交联的胆固醇液晶层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为600至680nm的红光。两者混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后硬化成膜，膜厚约8μm。再与上下二层阻障层贴合后，即形成含有CdSe/ZnS量子点的波长转换结构。此外，以上述相同方法但以不加入15％CdSe/ZnS量子点以及不贴合上下二层阻障层的方式制备经交联的胆固醇液晶层。
图9A为光线在不含CdSe/ZnS量子点的经交联的胆固醇液晶层的穿透度图谱，结果显示在600至680nm波段间，光线在经交联的胆固醇液晶层内发生布拉格反射，其穿透度由90％降低至50％。图9B为含有CdSe/ZnS量子点的波长转换结构的PL图谱，结果显示其PL波长约在630nm。
实施例5制备具有二层经交联的胆固醇液晶层的增益型波长转换结构
以BASF242：BASF756＝95：5的重量比例与甲苯配成40wt％的溶液，同时加入1wt％的UV光起始剂Irgacure907，在90℃下搅拌1至2小时直至完全溶解。加入15％CdSe/ZnS(OceanNanoTech，商品号QSP-620-10)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的经交联的胆固醇液晶层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为520至580nm的绿光。混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后成膜，膜厚约6至7μm的薄膜。再以BASF242：BASF756＝96：4的重量比例与甲苯配成40wt％的溶液，同时加入1wt％的UV光起始剂Irgacure907，在90℃下搅拌12小时直至完全溶解。加入15％CdSe/ZnS(OceanNanoTech，商品号QSP-620-10)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的经交联的胆固醇液晶层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为600至680nm的红光。混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后成膜，膜厚约6至7μm。将两张膜以光学胶贴合，再与上下二层阻障层贴合后，即形成具有二层经交联的胆固醇液晶层的增益型波长转换结构。其PL图谱如图10所示。
在本实施例中，第一经交联的胆固醇液晶层反射波段在500至550nm间，蓝光LED光源入射至第一经交联的胆固醇液晶层后，分散于其内CdSe/ZnS量子点吸收蓝光转而发射波长为520至580nm的绿光，蓝光及绿光接着一起进入第二经交联的胆固醇液晶层，由于分散在第二经交联的胆固醇液晶层内的量子点主要是吸收蓝光转而发射波长为600至680nm的红光，而且第二经交联的胆固醇液晶层主要的反射波段为600至680nm，其它波段的光线可穿透，因此，由第一经交联的胆固醇液晶层中的CdSe/ZnS量子点所发射的绿光仍可维持波长520至580nm，不受第二经交联的胆固醇液晶层影响而改变。
实施例6制备单层含二种量子点的增益型波长转换结构
以BASF242：BASF756＝95：5的重量比例与甲苯配成40wt％的溶液，同时加入1wt％的UV光起始剂Irgacure907，在90℃下搅拌1至2小时直至完全溶解。加入15％InP/ZnS(SIGMA-ALDRICH，商品号56612SIGMA)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的经交联的胆固醇液晶层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为520至580nm的绿光。再加入15％InP/ZnS(购自SIGMA-ALDRICH，商品号776777ALDRICH)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的经交联的胆固醇液晶层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为600至680nm的红光。混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用90W/cm2的UV灯照射30秒后成膜，膜厚约6至7μm的薄膜。再与上下二层阻障层贴合后，即为单层含有二种量子点的增益型波长转换结构。图11为单层含有二种量子点的波长转换结构的PL图谱。本发明的增益型波长转换结构也可进一步结合光学膜，例如棱镜片结构集光膜、胆固醇液晶反射偏光片、多层结构型的反射偏光片或扩散膜，而形成发光膜，其不仅可大幅减少量子点用量，同时仍维持极高的量子效率，增加发光增益。
应用例1至2
应用例1至2如图12A至图12B所示，以实施例6的单层含二种量子点增益型波长转换结构为例，于该增益型波长转换结构100的一面上设置一或二棱镜片结构集光膜300(PrismFilm-BrightnessEnhancementFilm(BEF)，购自3M，商品号VikuitiBEFII)以形成如图12A及图12B所示的发光膜1、2，其PL图谱如图13。
应用例3至5
应用例3至5如图14A至图14C所示，以实施例6的单层含二种量子点增益型波长转换结构为例，分别在该增益型波长转换结构100的一面设置一胆固醇液晶反射偏光片400(该胆固醇液晶反射偏光片是依第6,721,030号美国专利的方法所制得)，形成如图14A及图14C所示的发光膜3及5，而图14B所显示应用例4的发光膜4，为分别于本发明的增益型波长转换结构100的二面上设置该胆固醇液晶反射偏光片，其PL图谱如图15。
应用例6至8
以实施例6的单层含二种量子点增益型波长转换结构为例，应用例6及8为分别于该增益型波长转换结构100的一面上设置一反射式偏光片500(DualBrightnessEnhancementFilm，DBEF，购自3M，商品号VikuitiDBEF)，形成如图16A及图16C所示的发光膜6及8，而图16B所显示应用例7的发光膜7，为分别于该增益型波长转换结构100的二面上设置反射式偏光片500，其PL图谱如图17。
应用例9至11
以实施例6的单层含二种量子点增益型波长转换结构为例，应用例9及11为分别于该增益型波长转换结构100的一面上设置一扩散膜600(市售，购自华宏新技股份有限公司)，形成如图18A及图18C所示的发光膜9及11，而图18B所显示应用例10的发光膜10，为分别于该增益型波长转换结构100的二面上设置扩散膜600，其PL图谱如图19。
比较例1制备只含CdSe/ZnS量子点化合物的波长转换结构
在光可硬化树脂UV298(购自肯美特公司CHEM-MATTechnologiesco.ltd)中加入15％CdSe/ZnS(OceanNanoTech，商品号QSP-540-10)量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的膜层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为520至580nm的绿光。两者混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后硬化成膜，膜厚约6至7μm。再与上下二层阻障层贴合而制得比较例1的波长转换结构。
比较例2制备只含PbS/ZnS量子点化合物的波长转换结构
在光可硬化树脂UV298中加入15％PbS/ZnS量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的膜层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收700至760nm的LED光源，发出激发光波长为800至900nm的近红外线光。两者混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后硬化成膜，膜厚约6至7μm。再与上下二层阻障层贴合而制得比较例2的波长转换结构。
比较例3制备只含InP/ZnS量子点化合物的波长转换结构
在光可硬化树脂UV298中加入15％InP/ZnS量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的膜层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为520至580nm的绿光。两者混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后硬化成膜，膜厚约6至7μm。再与上下二层阻障层贴合以制备比较例3的波长转换结构。
比较例4制备只含CdSe/ZnS量子点化合物的波长转换结构
在光可硬化树脂UV298中加入15％CdSe/ZnS量子点的甲苯溶液，此溶液在固化后的膜层中最终量子点浓度为1wt％，此量子点可以吸收420至460nm的蓝光LED光源，发出激发光波长为600至680nm的红光。两者混合后在室温下搅拌24小时。接着将混合溶液以刮刀涂布在厚度50μm的PET膜上，以80℃烘干2分钟后用100W/cm2的UV灯照射20秒后硬化成膜，膜厚约6至7μm。再与上下二层阻障层贴合而制得比较例4的波长转换结构。
图20为比较实施例1的波长转换结构及比较例1的波长转换结构的PL图谱。由于上述两个波长转换结构都使用相同的CdSe/ZnS量子点，结果显示PL波长的位置一致都在550nm。然而，比较PL强度可发现实施例1的波长转换结构的PL强度约为比较例1的8倍。原因乃是在实施例1的波长转换结构中，胆固醇型液晶提供了微共振腔的机制，使得量子点激发光和经交联的胆固醇液晶的微共振腔互相耦合，提高同调性以提升激发光密度。
图21为比较实施例2的波长转换结构及比较例2的波长转换结构的PL图谱。由于上述两个波长转换结构都使用相同的PbS/ZnS量子点，结果显示PL波长的位置一致都约在850nm。然而，比较PL强度可发现实施例2的波长转换结构的PL强度较比较例者高出许多。
图22为比较实施例3的波长转换结构及比较例3的波长转换结构的PL图谱。由于上述实施例3及比较例4的波长转换结构都使用相同的InP/ZnS量子点，结果显示PL波长的位置一致都在540nm。然而，比较PL强度可发现实施例3的波长转换结构的PL强度约为比较例3的8倍。原因乃是在实施例3的波长转换结构中，胆固醇型液晶提供了微共振腔的机制，使得量子点激发光和经交联的胆固醇液晶的微共振腔互相耦合，提高同调性以提升激发光密度。
图23为比较实施例4的波长转换结构及比较例4的波长转换结构的PL图谱。由于上述两个波长转换结构都使用相同的CdSe/ZnS量子点，结果显示PL激发光的位置一致都在630nm。然而，比较PL激发光强度可发现实施例4的波长转换结构的PL强度约为比较例4的3.7倍。原因乃是在实施例4的波长转换结构中，胆固醇型液晶提供了微共振腔的机制，使得量子点激发光和经交联的胆固醇液晶的微共振腔互相耦合，提高同调性以提升激发光密度。
综上所述，在本发明的增益型波长转换结构中，在经交联的胆固醇液晶层中的量子点吸收能量较高的光波后，电子会产生能阶跃升，当电子从高能阶的状态降到低能阶的状态时，则会发射出波长较长的光，且不同粒径的量子点会发射出不同波长的光线。而胆固醇型液晶遵守布拉格反射定律，故可通过调整液晶的旋距(pitch)来调整反射光的波段，且胆固醇型液晶还提供了微共振腔(microcavity)的机制，使得量子点激发光和经交联的胆固醇液晶的微共振腔互相耦合(coupling)，提高同调性以提升激发光密度。再者，量子点在树脂内为纳米尺度分散，膜透明度高可减少光损耗，因此，本发明的增益型波长转换结构可大幅减少量子点用量同时仍维持极高的量子效率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项专业的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，举凡所属技术领域中具有此项专业知识者，在未脱离本发明所揭示的精神与技术原理下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由权利要求书所涵盖。

Claims (29)

1.一种增益型波长转换结构，其特征为，该增益型波长转换结构包括：
第一经交联的胆固醇液晶层；以及
多个第一量子点，分散于该第一经交联的胆固醇液晶层中，当第一光线入射至该增益型波长转换结构时，该第一量子点被该第一光线激发而发出波长不同于该第一光线的第二光线。
2.如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其特征为，该增益型波长转换结构还包括基材，其中，该第一经交联的胆固醇液晶层设于该基材上。
3.如权利要求2所述的增益型波长转换结构，其特征为，该基材为阻障层。
4.如权利要求2所述的增益型波长转换结构，其特征为，该增益型波长转换结构还包括阻障层，其设于该经交联的第一经交联的胆固醇液晶层上，使该第一经交联的胆固醇液晶层夹置于该基材和阻障层之间。
5.如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第一量子点选自II/VI族化合物、III/V族化合物或IV/VI族化合物。
6.如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第一量子点具有以配体包覆的单核(core)或核壳(core-shell)结构。
7.如权利要求5所述的增益型波长转换结构，其特征为，该II/VI族化合物为CdSe。
8.如权利要求5所述的增益型波长转换结构，其特征为，该IV/VI族化合物为PbS。
9.如权利要求5所述的增益型波长转换结构，其特征为，该III/V族化合物为InP。
10.如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第一光线的波长范围介于420nm至460nm之间。
11.如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第二光线的波长范围介于520nm至580nm之间。
12.如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其特征为，该增益型波长转换结构还包括分散于该第一经交联的胆固醇液晶层中的多个第二量子点，且该第二量子点不同于该第一量子点。
13.如权利要求12所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第二量子点选自II/VI族化合物、III/V族化合物或IV/VI族化合物。
14.如权利要求12所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第二量子点具有以配体包覆的单核或核壳结构。
15.如权利要求13所述的增益型波长转换结构，其特征为，该II/VI族化合物为CdSe。
16.如权利要求13所述的增益型波长转换结构，其特征为，该IV/VI族化合物为PbS。
17.如权利要求13所述的增益型波长转换结构，其特征为，该III/V族化合物为InP。
18.如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其特征为，该增益型波长转换结构还包括：
第二经交联的胆固醇液晶层，其形成于该第一经交联的胆固醇液晶层上；以及
多个第二量子点，分散于该第二经交联的胆固醇液晶层中，当该第一光线入射至该增益型波长转换结构时，该第二量子点被该第一光线激发而发出波长不同于该第一光线的第三光线。
19.如权利要求18所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第二量子点选自II/VI族化合物、III/V族化合物或IV/VI族化合物，且该第二量子点不同于该第一量子点。
20.如权利要求18所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第二量子点具有以配体包覆的单核或核壳结构。
21.如权利要求19所述的增益型波长转换结构，其特征为，该II/VI族化合物为CdSe。
22.如权利要求19所述的增益型波长转换结构，其特征为，该IV/VI族化合物为PbS。
23.如权利要求19所述的增益型波长转换结构，其特征为，该III/V族化合物为InP。
24.如权利要求18所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第三光线的波长范围介于600nm至680nm之间。
25.如权利要求18所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第二经交联的胆固醇液晶层的旋距不同于该第一经交联的胆固醇液晶层的旋距。
26.如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其特征为，该第一经交联的胆固醇液晶层包括经交联的液晶和旋光物的混合物。
27.一种发光膜，其特征为，该发光膜包括：
如权利要求1所述的增益型波长转换结构；以及
至少一光学膜，其设置于该增益型波长转换结构的表面。
28.如权利要求27所述的发光膜，其特征为，该光学膜为棱镜片结构集光膜、胆固醇液晶反射偏光片、多层结构型反射偏光片或扩散膜。
29.一种背光元件，其特征为，该背光元件包括：
至少一主始发光源，以发射初始光线；
导光板(LGP)，其与该至少一主始发光源组构且光学耦合至该至少一主始发光源，以通过该导光板均匀地传递该初始光线；以及
如权利要求1所述的增益型波长转换结构，其设于该导光板之上。
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