CN106226863B - 量子棒导光板 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种用于液晶显示器背光模块中的量子棒导光板，该量子棒导光板包含导光基材、棱镜层及量子棒层，导光基材的其中一个侧面为入光面；棱镜层设置于导光基材的第一表面；棱镜层包含平行排列的复数条状棱镜，且复数条状棱镜朝第一方向延伸，且第一方向平行导光基材的入光面；量子棒层设置于导光基材相对于棱镜层的第二表面，第二表面为导光基材的出光面，量子棒层包含复数个量子棒，且各量子棒的长轴实质上平行条状棱镜的第一方向。藉由量子棒导光板可增加背光源光利用率。

Description

量子棒导光板
技术领域
本发明涉及一种量子棒导光板，尤其涉及一种使液晶显示器具有更佳色域及光源利用率的量子棒导光板。
背景技术
目前液晶显示器所搭配的偏光板，普遍采用吸收型偏光板，背光源所发出的非偏极化光线穿过偏光板时，在偏光板的吸收轴方向上的分量会被吸收而无法通过，因此，偏光板对背光源的透光度理论上仅能达50％以下，光线再经过液晶面板的电极层、彩色滤光片、液晶层及玻璃基板等结构后，使用者实际可见显示器的亮度，则仅剩下背光源所发出的10％以下，故背光源利用率相当低而造成能源的浪费。
而现行存在许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(DualBrightness Enhancement Film,DBEF)、棱镜片等光学膜于背光模块中，以将无法穿过偏光板的光线不断反射回收利用后，再穿过偏光板而达到增亮的目的，或将大视角光线聚光以增加正视角亮度；但此些方式虽可增加背光亮度，对于增加液晶显示器的色域(Gamut)与颜色饱和度等，则帮助不大。
因此，一种解决方案被提出，在背光模块中增加量子棒层，量子棒为纳米级半导体材料，形状属于一维结构，因其激发光的光谱具有较窄的半高宽(FWHM)，而使采用量子棒的液晶显示器的色域可大于100％NTSC。与一般吸收型偏光板吸收非偏振光而放热的形式不同的是，量子棒吸收非偏振光线后，其长轴方向可激发出比原入射光源波长较长的偏振光线，且因内部量子效率高，故背光源的光线可大量转换为偏振光线，经过调整量子棒其长轴配向方向，所激发的偏振光线可易于通过液晶面板上的偏光板的穿透轴，因此可增加液晶面板对背光源的利用率。
但实际上，当入射光为非偏振光线时，垂直于量子棒排列方向的入射光分量激发量子棒产生偏振光线的效率，并不如平行于量子棒排列方向的入射光分量激发量子棒产生偏振光线的效率，且额外设置量子棒层，其基材亦将造成背光模块厚度增加。因此，仍需要一种与量子棒层整合搭配后，可形成相同偏振方向光线的量子棒导光板。
发明内容
为达到与量子棒层整合搭配后，可形成相同偏振方向光线的目的，本发明提供一种量子棒导光板。
上述的量子棒导光板包含：
导光基材，该导光基材的其中一个侧面为入光面；
棱镜层，设置于该导光基材的第一表面，该棱镜层包含平行排列的复数条状棱镜，且该些条状棱镜朝第一方向延伸，且该第一方向平行于该导光基材的该入光面，该复数条状棱镜均具有顶角与平坦的底面；以及
量子棒层，设置于该导光基材与该第一表面相对的第二表面，该第二表面为该导光基材的出光面，该量子棒层包含复数个量子棒，且各该量子棒的长轴实质上平行该第一方向。
作为可选的技术方案，该棱镜层以该复数条状棱镜的该顶角的一侧与该导光基材相邻。
作为可选的技术方案，该棱镜层以该复数条状棱镜的该底面的一侧与该导光基材相邻。
作为可选的技术方案，该导光基材的折射率范围为1.2至1.6。
作为可选的技术方案，该条状棱镜的折射率范围为1.2至1.6。
作为可选的技术方案，该复数条状棱镜的斜面与该导光基材平面的夹角范围为20°至60°。
作为可选的技术方案，该复数条状棱镜的斜面与该导光基材平面的夹角的角度为连续变化。
作为可选的技术方案，该棱镜层的材料可为玻璃、甲基丙烯酸甲酯聚合物、对苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纤维素、聚碳酸酯、苯乙烯、聚烯烃或前述材料的组合。
作为可选的技术方案，该复数量子棒的长度范围为10nm至50nm，长径比范围为5至10。
作为可选的技术方案，该复数量子棒包含一种或一种以上不同长度的量子棒。
作为可选的技术方案，该些量子棒包括一或多种半导体材料，该半导体材料为III-V族、II-VI族、IV-VI族或前述材料的组合。
作为可选的技术方案，该量子棒层的一侧具有阻隔层。
作为可选的技术方案，该阻隔层的材料为对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物、玻璃、包含金属氧化物之有机/无机复合薄膜或前述材料的组合。
相比于现有技术，本发明的本发明的量子棒导光板藉由控制条状棱镜的斜面角度，使入射光以布鲁斯特角入射斜面，而量子棒的长轴皆与条状棱镜的第一方向平行，条状棱镜以底面侧或顶角侧与导光基材相邻，如此，反射光皆可以与量子棒的长轴方向相同的偏振方向进入量子棒，而增加激发量子棒产生偏振光线的效率，从而增加背光源的光利用率。另外，由于量子棒材料的激发光谱具有较窄的半高宽，故可使得液晶显示器所能表现的色域面积更广。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A为本发明一实施例的量子棒导光板的示意图；
图1B为本发明又一实施例的量子棒导光板的示意图；
图2A为本发明一实施例的量子棒导光板的条状棱镜使入射光产生偏振光的原理示意图；
图2B为本发明又一实施例的量子棒导光板的条状棱镜使入射光产生偏振光的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的发明特征、内容与优点及其所能达成的功效更易了解，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，事先说明。
以下将参照相关图式，说明依本发明的量子棒导光板的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。
请配合参看图1A，其为本发明所提供一较佳实施例的量子棒导光板的示意图；量子棒导光板1包含导光基材2、棱镜层3以及量子棒层4，导光基材2的一侧面为入光面2a；棱镜层3设置于导光基材2的第一表面2b；棱镜层3包含平行排列的复数条状棱镜3a，复数条状棱镜3a朝第一方向延伸，且第一方向平行于导光基材2的入光面2a，各条状棱镜3a皆具有顶角3b与平坦的底面3c，在本实施例中，棱镜层3以条状棱镜3a的底面3c所在侧与导光基材2相邻；量子棒层4设置于导光基材2相对于棱镜层3的另一面(即第二表面2c)，量子棒层4的一侧(上侧)为出光面，量子棒层4包含复数个量子棒4a，且量子棒4a的长轴皆与上述复数条状棱镜3a的第一方向平行。
请再参看图1B所示，在本发明又一实施例的量子棒导光板1’中，棱镜层3以条状棱镜3a的顶角3b所在侧与导光基材2相邻。
请一并参考图2A与图2B所示，图2A为本发明一实施例的量子棒导光板的条状棱镜使入射光产生偏振光的原理示意图；图2B为本发明又一实施例的量子棒导光板的条状棱镜使入射光产生偏振光的原理示意图。如图2A所示，条状棱镜3a以底面3c所在侧与导光基材相邻，当背光源所发出的入射光L经由导光基材(未示于图2A中)传导至条状棱镜3a时，藉由控制条状棱镜3a的斜面角度θ，使入射光L易于以布鲁斯特角θB(Brewster angle)入射斜面，而形成偏振方向为平行于复数个条状棱镜3a的排列方向(即y轴方向)的完全偏振的反射光L1与部分偏振的折射光L2。因入射光L以布鲁斯特角θB入射条状棱镜3a的斜面时，反射光L1与折射光L2呈直交，所以藉由斯奈尔定律(Snell's Law)可得nP×sin(θB)＝n1×sin(90-θB)，θB＝tan-1(n1/nP)，其中nP为条状棱镜3a的折射率，n1为与条状棱镜3a接触的外侧空气的折射率。如图2B所示，条状棱镜3a以顶角3b所在侧与导光基材相邻，当背光源所发出的入射光L经由导光基材(未示于图2B中)传导至条状棱镜3a时，布鲁斯特角θB则符合下式：θB＝tan-1(nP/nL)，其中nL为导光基材的折射率。因此，当本发明的量子棒导光板所包含的该些量子棒的长轴皆与各条状棱镜3a的第一方向平行时，条状棱镜3a以底面3c所在侧或顶角3b所在侧与导光基材相邻，反射光L1皆可以与量子棒4a的长轴方向相同的偏振方向，即y轴方向，进入量子棒4a，而增加激发量子棒4a产生偏振光线的效率。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，导光基材的折射率nL介于1.2至1.6。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，条状棱镜的折射率nP介于1.2至1.6。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，复数条状棱镜3a的斜面与导光基材2平面的夹角介于20°至60°，以针对不同背光源的入射角度调整，使入射光易于以布鲁斯特角入射。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，复数条状棱镜3a的斜面与该导光基材2平面的夹角的角度为连续变化，使入射光随着条状棱镜3a与入光面2a距离不同，仍可较佳地对应而以布鲁斯特角入射。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，形成棱镜层3的材料选自由下列所组成的群组：玻璃、甲基丙烯酸甲酯聚合物、对苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纤维素、聚碳酸酯、苯乙烯、聚烯烃或其组合。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，量子棒4a的长度介于10nm至50nm，长径比介于5至10。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，量子棒4a包含一种或以上不同长度的量子棒，经调整不同长度的量子棒含量，即可控制穿透的蓝光与激发出的红光、绿光比例，混合成白光作为液晶显示器的背光源，并因量子棒的材料的激发光谱具有较窄的半高宽，故可使得液晶显示器所能表现的色域面积更广。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，量子棒4a包括一或多种半导体材料，半导体材料选自由下列所组成的群组的化合物：III-V族、II-VI族、IV-VI族或其组合；例如包括但不限于下列化合物：AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，量子棒层的一侧(例如上侧)具有阻隔层，以形成更加良好的封装结构，进一步阻隔环境中的水气、氧气对所含量子棒的破坏，使量子棒层的耐候性增加。
在本发明另一实施例的量子棒导光板中，阻隔层的材料选自由下列所组成的群组：对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物、玻璃、包含金属氧化物的有机/无机复合薄膜或其组合。
综上所述，本发明的本发明的量子棒导光板藉由控制条状棱镜的斜面角度，使入射光以布鲁斯特角入射斜面，而量子棒的长轴皆与条状棱镜的第一方向平行，条状棱镜以底面所在侧或顶角所在侧与导光基材相邻，如此，反射光皆可以与量子棒的长轴方向相同的偏振方向进入量子棒，而增加激发量子棒产生偏振光线的效率，从而增加背光源的光利用率。另外，由于量子棒材料的激发光谱具有较窄的半高宽，故可使得液晶显示器所能表现的色域面积更广。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种量子棒导光板，其特征在于包含：
导光基材，该导光基材的其中一个侧面为入光面；
棱镜层，设置于该导光基材的第一表面，该棱镜层包含平行排列的复数条状棱镜，且该复数条状棱镜朝第一方向延伸，且该第一方向平行于该导光基材的该入光面，该复数条状棱镜均具有顶角与平坦的底面，该复数条状棱镜的斜面与该导光基材平面的夹角范围为20°至60°；以及
量子棒层，设置于该导光基材与该第一表面相对的第二表面，该第二表面为该导光基材的出光面，该量子棒层包含复数个量子棒，且各该量子棒的长轴实质上平行该第一方向。
2.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该棱镜层以该复数条状棱镜的该顶角的所在侧与该导光基材相邻。
3.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该棱镜层以该复数条状棱镜的该底面的所在侧与该导光基材相邻。
4.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该导光基材的折射率范围为1.2至1.6。
5.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该条状棱镜的折射率范围为1.2至1.6。
6.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该复数条状棱镜的斜面与该导光基材所在平面的夹角的角度为连续变化。
7.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该棱镜层的材料为玻璃、甲基丙烯酸甲酯聚合物、对苯二甲酸乙二酯聚合物、三醋酸纤维素、聚碳酸酯、苯乙烯、聚烯烃或前述材料的组合。
8.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该复数量子棒的长度范围为10nm至50nm，长径比范围为5至10。
9.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该复数量子棒包含一种或一种以上不同长度的量子棒。
10.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该些量子棒包括一或多种半导体材料，该半导体材料为III-V族、II-VI族、IV-VI族或前述材料的组合。
11.如权利要求1所述的量子棒导光板，其特征在于，该量子棒层的一侧具有阻隔层。
12.如权利要求11所述的量子棒导光板，其特征在于，该阻隔层的材料为对苯二甲酸乙二酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚硅氧烷聚合物、氟树脂聚合物、玻璃、包含金属氧化物之有机/无机复合薄膜或前述材料的组合。
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