TWI608277B - 顯示器及其使用之光學片 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種顯示技術，尤其是一種顯示器及其使用之光學片。
出光效率是評估顯示器節能的一個指標。顯示器的出光效率通常是以其顯示面板的出光強度與其背光模組的出光強度相除的百分比來表示。一般而言，液晶顯示器具有顯示面板與背光模組，並且顯示面板通常具有基板、開關元件陣列、液晶、彩色濾光片及偏光片等結構。背光模組發出的光線通過顯示面板之基板、開關元件陣列、液晶、彩色濾光片、及偏光片等結構後，由顯示面板輸出的光線的實際強度(Intensity)會衰減至背光模組發出的光線之強度的3%至5%，也就是出光效率只有3~5%。為了達到顯示時必要的亮度，顯示器必須採用更高出強度的背光模組，因而較為耗能。
此外，針對現有的液晶顯示器，比較顯示面板發出的光線的光譜與背光模組發出的光線的光譜，可發現對於紅、綠、藍三原光，顯示面板發出的光線在紅光波段及綠光波段的半高寬較寬且峰值較低，以致液晶顯示器的彩度相對於電視系統相關標準(National Television System Committee，NTSC)的彩度規範也較差。現有的液晶顯示器通常只有達到約72%NTSC，在色彩的呈現上不如傳統冷陰極射線管電視。
為了解決習用技術上所面臨的問題，本發明涉及一種顯示
器及其使用之光學片，藉以提升顯示器之出光效率及/或彩度。
在一實施例中，一種顯示器，其包含顯示面板、背光模組、光學片、以及偏光片。顯示面板包含複數個第一色子像素、複數個第二色子像素及複數個第三色子像素。背光模組包含藍光光源。光學片位於顯示面板及背光模組之間，且光學片包含基板、透明突塊、以及光激發層。透明突塊間隔配置於基板上，且各透明突塊分別在垂直投影方向與第三色子像素中的其中之一重疊。光激發層位於基板上，且位於透明突塊之間。光激發層包含複數個第一光激發區域及複數個第二光激發區域。各第一光激發區域在垂直投影方向與第一色子像素之一重疊，而各第二光激發區域垂直投影方向與第二色子像素之一重疊。其中，第一光激發區域及第二光激發區域中的每一個包含複數個第一色量子點及複數個第二色量子點。偏光片位於顯示面板與位於光學片之間。
在一實施例中，一種光學片，其包含基板、透明突塊、以及光激發層。透明突塊間隔配置於基板上。光激發層位於基板上，且位於透明突塊之間。光激發層包含複數個第一色量子點及複數個第二色量子點，且透明突塊的高度與光激發層的高度實質相同。
綜上，根據本發明的顯示器及其使用之光學片，其光學片設計了包含第一色量子點及第二色量子點的光激發層以對應於第一色子像素及第二色子像素，並且透過光激發第一色量子點及第二色量子點後來產生的第一色光及第二色光給第一色子像素與第二色子像素，藉以提升顯示器的出光效率及彩度，進而達到節能的功效。
1‧‧‧顯示器
2‧‧‧顯示器
10‧‧‧顯示面板
111‧‧‧第一色子像素
113‧‧‧第二色子像素
115‧‧‧第三色子像素
13‧‧‧第一基板
131‧‧‧彩色濾光層
1311‧‧‧第一色色阻層
1313‧‧‧第二色色阻層
1315‧‧‧第三色色阻層
1317‧‧‧黑色矩陣層
133‧‧‧共通電極
14‧‧‧偏光板
15‧‧‧第二基板
17‧‧‧畫素陣列
19‧‧‧液晶層
21‧‧‧基板
20‧‧‧光學片
23‧‧‧透明突塊
25‧‧‧光激發層
25A‧‧‧第一光激發區域
25B‧‧‧第二光激發區域
251‧‧‧第一色量子點
253‧‧‧第二色量子點
255‧‧‧透明基底材料
27‧‧‧偏光片
29‧‧‧保護層
291‧‧‧高分子膜
293‧‧‧二氧化矽膜
30‧‧‧背光模組
31‧‧‧藍光光源
33‧‧‧導光板
35‧‧‧黃光光源
37‧‧‧準直膜
A1‧‧‧第一方向
A2‧‧‧第二方向
G‧‧‧間隙
G1‧‧‧間隙
G2‧‧‧間隙
h1‧‧‧高度
h2‧‧‧高度
L1‧‧‧長度
L2‧‧‧長度
W1‧‧‧第一寬度
W2‧‧‧第二寬度
圖1為第一實施例顯示器的剖面示意圖。
圖2為第二實施例顯示器的剖面示意圖。
圖3A為圖1或圖2中顯示面板10對光學片20的局部投影示意圖。
圖3B為圖1或圖2中光學片20的局部放大圖。
圖4為保護層的局部剖面示意圖。
圖5為圖1或圖2中光學片20之一示範例的上視示意圖。
圖6為圖1或圖2中光學片20之另一示範例的上視示意圖。
圖7為圖1或圖2中光學片20之再一示範例的上視示意圖。
圖8為圖1或圖2中顯示面板10另一示範例的剖面示意圖。
圖9為圖1或圖2中顯示面板10再一示範例的剖面示意圖。
圖1為第一實施例顯示器的剖面示意圖。參閱圖1，顯示器1包含顯示面板10、光學片20以及背光模組30。光學片20位於顯示面板10及背光模組30之間。
顯示面板10包含複數個第一色子像素111、複數個第二色子像素113及複數個第三色子像素115。背光模組30包含藍光光源31。
光學片20包含基板21、複數個透明突塊23、以及光激發層25。透明突塊23間隔配置於基板21上，且各透明突塊23分別在基板21的垂直投影方向，即透明突塊23對顯示面板10的垂直投影，與第三色子像素115中之一者重疊。即，一個透明突塊23的出光面對準於一個第三色子像素115的入光面。光激發層25位於基板21上且位於透明突塊23之間。即，光激發層25與透明突塊23位在基板21的同一表面上。光激發層25包含複數個第一光激發區域25A及複數個第二光激發區域25B。各第一光激發區域25A在基板21的垂直投影方向與第一色子像素111中之一者重疊，且各第二光激發區域25B在基板21的垂直投影方向與第二色子像素113中之一
者重疊。即，一個第一光激發區域25A的出光面對準於一個第一色子像素111的入光面，且一個第二光激發區域25B的出光面對準於一個第二色子像素113的入光面。
於此，第一光激發區域25A及第二光激發區域25B中的每一個包含複數個第一色量子點251及複數個第二色量子點253。即，第一光激發區域25A同時具有第一色量子點251與第二色量子點253，而第二光激發區域25B亦同時具有第一色量子點251與第二色量子點253。
進一步地，顯示器1中更可以包含一偏光片27位於顯示面板10與位於光學片20之間。偏光片27能將由背光模組30射出並通過光學片20的光線，偏折至特定的方向後使光線進入顯示面板10中。
在此實施例中，顯示面板10包含第一基板13、第二基板15、畫素陣列17、以及液晶層19。液晶層19位於第一基板13與第二基板15之間，畫素陣列17位於第二基板15與液晶層19之間。第一基板13與液晶層19之間設置有彩色濾光層131。彩色濾光層131包含第一色色阻層1311、第二色色阻層1313、第三色色阻層1315。第一色色阻層1311、第二色色阻層1313、第三色色阻層1315與液晶層19之間還可以設置共通電極133，或視需求設置其他膜層。第一色子像素111包含第一色色阻層1311、以及第一色色阻層1311所對應的畫素陣列17以及液晶層19的區域。第二色子像素113包含第二色色阻層1313、以及第二色色阻層1313所對應的畫素陣列17以及液晶層19的區域。第三色子像素115包含第三色色阻層1315、以及第三色色阻層1315所對應的畫素陣列17以及液晶層19的區域。畫素陣列17具有複數個畫素電極、耦接畫素電極的複數個開關元件以及訊號線等。
在一些實施例中，顯示器1更包含偏光板14，偏光板14位於
第一基板13上。偏光板14與彩色濾光層131分別位於第一基板13相對的兩側，用以偏折顯示面板10的出光朝向特定的方向。
當藍光由背光模組30發出，經過光學片20並通過基板21後分別進入第一光激發區域25A、第二光激發區域25B以及透明突塊23，通過第一光激發區域25A及第二光激發區域25B的藍光將會激發第一色量子點251與第二色量子點253，以產生第一色光及第二色光，而通過透明突塊23的藍光將直接穿過。第一色光及第二色光由第一色子像素111及第二色子像素113的入光面進入顯示面板10，第一色光通過第一色色阻層1311而由第一色子像素111的出光面發出，第二色光通過第二色色阻層1313而由第二色子像素113的出光面發出。藍光經由第三色子像素115的入光面進入後，通過第三色色阻層1315而產生第三色光，第一色光、第二色光及第三色光再混合為所欲顯示的各色光。
另外，第一色色阻層1311與第二色色阻層1313之間、第二色色阻層1313與第三色色阻層1315之間，以及第一色色阻層1311與第三色阻層1315之間設置有黑色矩陣層1317，以避免漏光及混色的問題。
如此一來，能由藍光光源31提供相較於傳統的白光光源具有較高能量的光線，並且於光線進入第一光激發區域25A及第二光激發區域25B時能激發其中的第一色量子點251及第二色量子點253來產生第一色光及第二色光。於此，第一光激發區域25A與第二光激發區域25B輸出的光線經光譜分析後，相較於傳統的液晶顯示器，可見其中第一色光及第二色光的半高寬較小，且峰值較高。
在一些實施例中，前述之第一色、第二色與第三色為彼此不同的顏色，且第一色與第二色不為藍色。
在一些實施例中，第一色子像素111、第二色子像素113、
第三色子像素115分別代表紅色子像素、綠色子像素、以及藍色子像素。第一色量子點251及第二色量子點253可以分別為紅色量子點及綠色量子點。第一色量子點251及第二色量子點253經由背光模組30輸出的光線激發而產生的第一色光及第二色光可以分別為紅色光線及綠色光線。第三色光可以為藍光。在此僅為示例，其他任何可以組合成的白光的量子點及色阻組合，均可作為實施例的方式。
第一色量子點251及第二色量子點253是由硒化鋅(ZnSe)、硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、硫化鋅(ZnS)、硫、硒、鎘、等元素合成的多層奈米半導體材料，例如量子點為內、外雙層，內層為硒化鎘(CdSe)、外層為硫化鋅(ZnS)。透過控制奈米半導體材料的粒徑大小，可以控制不同顏色的出光。上述材料僅作為示例，但不以此為限。進一步地，也可以將奈米半導體材料合成為柱狀。
在一些實施例中，透明突塊23可以僅為透明材料，即不包含第一色量子點251及第二色量子點253，例如，透明突塊23中不包含任何量子點。在此僅為示例，並不用以限制，在一些實施例中，透明突塊23中也可以包含第三色量子點，並且透過激發第三色量子點來輸出第三色光。在一些實施例中，藍光光源31也可以以紫光或紫外光等光源取代，藉以增加激發第一色量子點251及第二色量子點253的效率。
圖2為第二實施例顯示器的剖面示意圖。參閱圖2，在一些實施例中，為了調整色溫，顯示器2中的背光模組30還可以包含黃光光源35。於此，以黃光光源35發出的黃色光線混合以藍光光源31發出藍光，藉以使背光模組30所輸出的光線的色溫偏暖色系。在一些實施例中，背光模組30的光源可以以發光二極體(Light-emitting diode，LED)來實現。即藍光光源31包括複數個藍光LED。黃光光源35包括至少一黃光LED。
於同時設置藍光光源31與黃光光源35時，藍光LED與黃光LED的數量比可為2：1至20：1，但不以此為限。
在此，藍光光源31所發出的藍色光線的波長約為380至490nm。黃光光源35所發出的黃色光線的波長約為570至610nm。
不論如同第一實施例，背光模組30是採用藍光光源31，或是如同第二實施例，同時採用的藍光光源31與黃光光源35，背光模組30所輸出的光線對於透明突塊23的穿透率約為60至99%，較佳為80至99%。在一些實施例中，透明突塊23包含聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate)，PMMA)、環氧樹脂、聚對苯二甲酸乙酯(Polyethylene terephthalate，PET)、以及聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)中的至少其一。
在圖1及圖2中，背光模組30是採用側光式的背光模組。除了光源，即藍光光源31或/及黃光光源35外，背光模組30可更包含導光板33。導光板33能將設置在側邊的光源輸出的光線導向顯示面板10。此外，於此實施例中，背光模組30可更包括一準直膜37設置在導光板33和光學膜20之間，提供較準直的光源進入光學膜20，使顯示效果更佳。在此僅為示例，而不用以限制，例如，背光模組30也可以採用直下式的背光模組。
圖3A為圖1或圖2中顯示面板10對光學片20的局部投影示意圖。參閱圖3A，分別以虛線表示第一色色阻層1311、第二色色阻層1313、以及第三色色阻層1315垂直投影於光學片20的位置，而以實線呈現透明突塊23。如圖3A所示，透明突塊23的面積大於或等於在基板21的垂直投影方向重疊第三色色阻層1315的面積。換言之，透明突塊23的出光面大於第三子像素層115的入光面。
在一些實施例中，再次參閱圖1，在基板21的垂直投影方向
上，透明突塊23面積大於第三色色阻層1315的部分是位於黑色矩陣層1317之下，即與黑色矩陣層1317重疊。因而，藍色光線受到黑色矩陣層1317的遮蔽，不會透出而造成漏光、混光，以避免對顯示器1的成像造成影響。
圖3B為圖1或圖2中光學片20的局部放大圖。如圖1、圖2、及圖3B所示，在一些實施例中，透明突塊23的高度h1與光激發層25的高度h2實質相同。在此，高度實質相同，是指透明突塊23的高度h1與光激發層25的高度h2差異小於5%，較佳的是光激發層25的高度h2略高於透明突塊23的高度h1，即光激發層25的高度h2大於透明突塊23的高度h1，但小於1.05h1，須說明的是，於此情況下，透明突塊23上可能會殘留些許的光激發層25。
在一些實施例中，透明突塊23的高度為5至100um，較佳為30至60um。另外，在一些實施例中，透明突塊23的下緣長度L1與上緣長度L2也容許有公差、且邊緣可以為弧面或曲面，與側面的交界處可以為弧角。
在一些實施例中，如圖1及圖2所示，光激發層25可更包括透明基底材料255，且第一色量子點251與第二色量子點253是位在透明基底材料255中。即在光激發層25中，第一色量子點251及第二色量子點253是被包覆於透明基底材料255之中。在一些實施例中，第一色量子點251及第二色量子點253分散於透明基底材料255，並且受到透明基底材料255的保護。在一些實施例中，透明基底材料255包含壓克力及環氧樹脂的至少其中之一。在一些實施例中，在製程時，透明基底材料255之原料可以為膠態的流體，提供塗佈時的流動性，之後再以烘烤或是照光的方式固化，而形成固態的光激發層25。
再次參閱圖1及圖2，在一些實施例中，光學片20可更包含保護層29。保護層29位於透明突塊23及光激發層25與偏光片27之間。保護層29主要作為防止水分進入光激發層25中，避免水氣造成第一色量子點251及第二色量子點253失效。即，保護層29至少覆蓋透明突塊23及光激發層25鄰近偏光片27的整個表面。以定量描述保護層29的效果，在40℃及90%環境濕度的環境下，每日進入光激發層25中的水氣較佳小於0.01g/m2，但不以此為限。
圖4為保護層的局部剖面示意圖。參閱圖4，在一些實施例中，保護層29包含至少一高分子膜291及至少一二氧化矽膜293。高分子膜291及二氧化矽膜293可以呈相互堆疊的多層結構，藉以利用多重阻水設計來避免水氣沿著單一材料的缺陷直接進入光激發層25中。
在一些實施例中，透明突塊23可以藉由塗佈後或轉印於基板21形成所需圖案，再以烘烤、或是照光的方式固化，但不限於此，也可以先固化形成透明突塊23後，再貼附於基板21。
圖5為圖1或圖2中光學片20之一示範例的上視示意圖。參閱圖5，在一些實施例中，複數個透明突塊23在基板21上是沿第一方向A1間隔配置。在此，透明突塊23是為長條狀，透明突塊23的長軸是沿著第二方向A2延伸。其中，第一方向A2與第二方向A2交錯。在一些實施例中，於製程上，可預先間隔配置透明突塊23於基板21上，再將光激發層25以輥塗或噴塗填入透明突塊23之間。在一些實施例中，在第一方向A1上，光激發層25的第一寬度W1與相鄰之透明突塊23的第二寬度W2比值可以為1.5至2.5，較佳地為1.7至2.3。
圖6為圖1或圖2中光學片20之另一示範例的上視示意圖。參閱圖6，在一些實施例中，透明突塊23是在基板21上沿第一方向A1及第二
方向A2間隔配置，其中第一方向A1與第二方向A2交錯。也就是，透明突塊23配置為矩陣狀，例如，透明突塊23為長條狀，沿第一方向A1排列成至少二列、在第二方向A2排列成至少兩行。同一行的透明突塊23中相鄰的兩者之間在第二方向A2上具有間隙G，且任意相鄰兩行的間隙G係沿第一方向A1相互對應或對齊。在一些實施例中，間隙G約為10~20um。在一些實施例中，於製程上，當以輥塗方式塗佈流體狀的光激發層25時，多餘的流體在輥塗時能經由間隙G進入另一個透明突塊23間的空間中，集中至一側後被帶走，無須多次輥塗。
圖7為圖1或圖2中光學片20之再一示範例的上視示意圖。參閱圖7，在一些實施例中，相鄰的兩列的透明突塊23中，其中一列的透明突塊23彼此間在第二方向A2上的間隙G1與另一列的透明突塊23彼此間在第二方向A2上的間隙G2上不相互對應。也就是，在任意相鄰的兩行中，透明突塊23之間的間隙G1、G2成錯位分佈，藉以增加製程時流體狀的光激發層25的流動，進而使得輥塗出的光激發層25更加均勻。舉例來說，位於第1行的多個透明突塊23兩兩之間間隔有間隙G1，而位於第2行的多個透明突塊23兩兩之間間隔有間隙G2，並且在以第一方向A1上，間隙G1與間隙G2成錯位分佈。
在一些實施例中，如圖1及圖2所示，顯示面板10中彩色濾光層131及畫素陣列17是分別設置在第一基板13及第二基板15上。而在另一些實施例中，彩色濾光層131及畫素陣列17可以都設置在第二基板15上，而第一基板13可以僅作為透明蓋板，而無須考慮到與彩色濾光層或是電機相關化學材質，藉以縮減顯示面板10的厚度。
圖8為圖1或圖2中顯示面板10另一示範例的剖面示意圖。參閱圖8，彩色濾光層131及畫素陣列17都設置在第二基板15上，且在第一
子像素111、第二子像素113及第三子像素115中，第一色色阻層1331、第二色色阻層1333及第三色色阻層1335分別堆疊在畫素陣列17中上，稱為131堆疊在畫素陣列17上(Color Filter on Array，COA)的結構。
圖9為圖1或圖2中顯示面板10再一示範例的剖面示意圖。參閱圖9，在第一子像素111、第二子像素113及第三子像素115中畫素陣列17堆疊於第一色色阻層1331、第二色色阻層1333及第三色色阻層1335上，稱為畫素陣列17堆疊在彩色濾光層131(Array on Color Filter，AOC)的結構。
於此，對於COA結構及AOC結構的顯示面板10，光學片20亦是設置在第一基板13相對於液晶層19的另一側，且夾設在顯示面板10與背光模組30之間。以上僅為示例，但實質上並不限於，光學片20可以應用於具有彩色濾光層131的各種顯示器中。
綜上所述，根據本發明任一實施例的顯示器1、2及其使用之光學片20，其光學片20設計了包含第一色量子點251及第二色量子點253的光激發層25，並且透過光激發第一色量子點251及第二色量子點253來產生第一色光及第二色光給第一色子像素111與第二色子像素113，藉以提升了顯示器1、2的出光效率及彩度，進而達到節能的功效。經實際測試，整體的出光效率可以達到6~15%，對應的彩度可達到95%~115%NTSC，明顯地，在出光效率及彩度都較傳統的液晶顯示器有效地提昇。
雖然較佳實施例揭露如上所述，然其並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧顯示器
10‧‧‧顯示面板
111‧‧‧第一色子像素
113‧‧‧第二色子像素
115‧‧‧第三色子像素
13‧‧‧第一基板
131‧‧‧彩色濾光層
1311‧‧‧第一色色阻層
1313‧‧‧第二色色阻層
1315‧‧‧第三色色阻層
1317‧‧‧黑色矩陣層
133‧‧‧共通電極
14‧‧‧偏光板
15‧‧‧第二基板
17‧‧‧畫素陣列
19‧‧‧液晶層
20‧‧‧光學片
21‧‧‧基板
23‧‧‧透明突塊
25‧‧‧光激發層
25A‧‧‧第一光激發區域
25B‧‧‧第二光激發區域
251‧‧‧第一色量子點
253‧‧‧第二色量子點
255‧‧‧透明基底材料
27‧‧‧偏光片
29‧‧‧保護層
30‧‧‧背光模組
31‧‧‧藍光光源
33‧‧‧導光板
37‧‧‧準直膜
Claims (15)
- 一種顯示器，包含：一顯示面板，包含複數個第一色子像素、複數個第二色子像素及複數個第三色子像素；一背光模組，包含一藍光光源；一光學片，位於該顯示面板及該背光模組之間，該光學片包含：一基板；複數個透明突塊，間隔配置於該基板上，各該透明突塊分別在該基板之一垂直投影方向與該等第三色子像素中之一重疊，該等透明突塊在該基板上沿一第一方向及一第二方向間隔配置，該第一方向與該第二方向交錯，且在該第二方向上，該等透明突塊中相鄰的兩者之間具有一間隙；以及一光激發層，位於該基板上，且位於該等透明突塊之間，其中該光激發層包含複數個第一光激發區域及複數個第二光激發區域，各該第一光激發區域在該垂直投影方向與該等第一色子像素其中之一重疊，各該第二光激發區域在該垂直投影方向與該等第二色子像素中之一重疊，且該等第一光激發區域及該等第二光激發區域中的每一個包含複數個第一色量子點及複數個第二色量子點；以及一偏光片，位於該顯示面板與該光學片之間。
- 如請求項1所述之顯示器，其中該光學片更包含一保護層，該保護層位於該等透明突塊及該光激發層與該偏光片之間。
- 如請求項1所述之顯示器，其中該背光模組更包含一黃光光源。
- 如請求項3所述之顯示器，其中該黃光光源包含至少一黃光發光二極體，該藍光光源包含複數個藍光發光二極體，且該藍光發光二極體與該黃光發光二極體的數量比例為2至20。
- 如請求項1所述之顯示器，其中各該透明突塊的面積大於或等於該第三子像素的面積。
- 如請求項1所述之顯示器，其中在該等透明突塊的相鄰兩行中，該等間隙在該第一方向上不相互對應。
- 如請求項1所述之顯示器，其中該等透明突塊的高度與該光激發層的高度實質相同。
- 如請求項1所述之顯示器，其中該等透明突塊中不包含該第一色量子點及該第二色量子點。
- 一種光學片，包含：一基板；複數個透明突塊，間隔配置於該基板上，其中該等透明突塊在該基板上沿一第一方向及一第二方向間隔配置，該第一方向與該第二方向交錯，且在該第二方向上，該等透明突塊相鄰的兩者之間具有一間隙；以及一光激發層，位於該基板上，且位於該等透明突塊之間，該光激發層包含複數個第一色量子點及複數個第二色量子點，且該等透明突塊的高度與該光激發層的高度實質相同。
- 如請求項9所述之光學片，更包含一保護層，該保護層位於該等透明突塊及該光激發層上。
- 如請求項9所述之光學片，其中在該第一方向上，該等光激發層的寬度與相鄰之該等透明突塊的寬度比值為1.5至2.5。
- 如請求項9所述之光學片，其中在該等透明突塊的相鄰兩行中，該等間隙在該第一方向上不相互對應。
- 如請求項9所述之光學片，其中該光激發層包含一透明基底材料，該等第一色量子點及該等第二色量子點係被包覆於該透明基底材料中。
- 如請求項9所述之光學片，其中該等透明突塊的高度為5至100um。
- 如請求項9所述之光學片，其中該等透明突塊中不包含該第一色量子點及該第二色量子點。
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