TWI708100B

TWI708100B - 光學元件

Info

Publication number: TWI708100B
Application number: TW108119532A
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: 2020-10-21
Also published as: TW202045994A

Abstract

本發明揭露一種光學元件，其包含波長轉換薄膜、透明下阻氣薄膜、透明上阻氣薄膜以及透光薄膜。波長轉換薄膜包含透明基材以及複數個量子點。複數個量子點係均勻地分佈於透明基材內。透明下阻氣薄膜係接合於波長轉換薄膜的下表面上。透明上阻氣薄膜係接合於波長轉換薄膜的上表面。透明上阻氣薄膜的頂表面其上定義顯示區域以及邊緣區域。邊緣區域圍繞顯示區域。透光薄膜係形成於透明上阻氣薄膜的頂表面上，並且僅覆蓋邊緣區域。透光薄膜的反射率的範圍為40%~80%。

Description

光學元件

本發明係關於一種供液晶顯示系統用且包含量子點的光學元件，並且特別是關於一旦邊緣區域發生量子點失效時能減少原始光線在邊緣漏光之影響的光學元件。

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光學元件則是背光裝置的重要元件。

典型的液晶顯示系統包含背光裝置以及液晶顯示面板組合。典型的側光式背光裝置通常包含多片光學膜片(例如：稜鏡片、擴散片等)、具有波長轉換功能的光學元件、導光板、反射板、光源以及外部結構體(例如，邊框等)所構成。典型的直下式背光裝置則不須導光板、反射板等元件。典型的液晶顯示面板組合包含兩片玻璃基板，並具有注入在兩片玻璃基板之間的液晶材料。於液晶顯示裝置的組裝過程中，背光裝置與液晶顯示面板組合需藉由銜接構件將其邊緣銜接，進而讓背光裝置與液晶顯示面板組合堆疊並且固定在一起。

目前已有背光裝置之具有波長轉換功能的光學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。

關於採用量子點之背光裝置的先前技術，有些先前技術將包含量子點的波長轉換薄膜接合在多片光學膜片中之下擴散片上。在此，波長轉換薄膜需要上、下透明阻氣薄膜，以阻絕波長轉換薄膜接觸空氣。

也有先前技術將包含量子點的波長轉換薄膜接合在導光板的出光面上。在此，波長轉換薄膜同樣地需要上、下透明阻氣薄膜，以阻絕波長轉換薄膜接觸空氣。此外，上、下透明阻氣薄膜須要塗佈擴散粒子以避免與導光板、稜鏡片吸附，這樣會增加材料成本。

顯見地，採用包含量子點的波長轉換薄膜之先前技術皆需要搭配上、下透明阻氣薄膜。

需強調的是，即便已接合上、下透明阻氣薄膜，隨著時間一久，波長轉換薄膜的邊緣仍會受空氣侵襲造成量子點失效。考量現行液晶顯示系統有朝窄邊框發展的趨勢，也就是液晶顯示面板組合的四週邊緣遮蔽面積很小。一旦波長轉換薄膜的邊緣發生量子點失效，背光裝置的邊緣會有從發光光源所射出之原始光線漏光問題發生，進而影響液晶顯示系統其色座標均勻性及畫面品質。然而，波長轉換薄膜的邊緣發生失效區域的大小取決於環境條件(例如，濕度)，無法事先界定清楚，目前採用量子點之光學元件尚無一旦邊緣區域發生量子點失效時較好的因應方案。

此外，採用量子點之光學元件的邊緣區域之光線實際上不會被利用到。目前採用量子點之光學元件尚無回收利用邊緣區域未被利用到的光線之方案。

因此，本發明所欲解決之一技術問題在於提供一種供液晶顯示系統用且包含量子點的光學元件。根據本發明之光學元件一旦其邊緣區域發生量子點失效時能減少原始光線在邊緣漏光的影響。並且，根據本發明之光學元件可以回收利用邊緣區域未被利用到的部分光線。

根據本發明之一較佳具體實施例之光學元件包含波長轉換薄膜、透明下阻氣薄膜、透明上阻氣薄膜以及透光薄膜。波長轉換薄膜具有上表面以及下表面。波長轉換薄膜包含透明基材以及複數個第一量子點。複數個第一量子點係均勻地分佈於透明基材內。透明下阻氣薄膜係接合於波長轉換薄膜的下表面上。透明上阻氣薄膜係接合於波長轉換薄膜的上表面上，並且具有頂表面。透明上阻氣薄膜的頂表面其上定義第一顯示區域以及邊緣區域。邊緣區域圍繞第一顯示區域。透光薄膜係形成於透明上阻氣薄膜的頂表面上，並且僅覆蓋邊緣區域。透光薄膜的反射率之範圍為40%~80%。當第一色光自透明下阻氣薄膜之下方射向根據本發明之光學元件時，第一色光之第一部分光經複數個第一量子點轉換成第二色光，第二色光穿過透明上阻氣薄膜。第一色光之其餘部分光從透明上阻氣薄膜之頂表面射出並且與第二色光混光成第三色光。

於一具體實施例中，根據本發明之光學元件係組裝於液晶顯示系統內。液晶顯示系統包含內邊框，並且定義第二顯示區域。液晶顯示系統的第二顯示區域之面積係等於或大於透明上阻氣薄膜的頂表面之第一顯示區域之面積。

於一具體實施例中，波長轉換薄膜還包含複數個第二量子點。複數個第二量子點係均勻地分佈於透明基材內。第一色光之第二部分光經複數個第二量子點轉換成第四色光，第四色光穿過透明上阻氣薄膜。第一色光之其餘部分光從透明上阻氣薄膜的頂表面射出，並且與第二色光、第四色光混光成第五色光。

於一具體實施例中，透明基材的第一折射率之範圍為1.46~1.50。透明下阻氣薄膜的第二折射率之範圍為1.55~1.65。透明上阻氣薄膜的第三折射率之範圍為1.55~1.65。

於一具體實施例中，透光薄膜可以由淺色油墨所形成。

進一步，根據本發明之光學元件還包含複數個散射顆粒。散射顆粒係均勻地分佈於透光薄膜內。於一具體實施例中，複數個散射顆粒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。

進一步，根據本發明之光學元件還包含複數個螢光顆粒。螢光顆粒係均勻地分佈於透光薄膜內。第一色光之第三部分光通過透光薄膜經複數個螢光顆粒轉換成第六色光。第六色光與第一色光之第三部分未轉換之部分混光成第七色光。

與先前技術不同，根據本發明之光學元件一旦其邊緣區域發生量子點失效時能減少原始光線在邊緣漏光的影響。並且，根據本發明之光學元件可以回收利用邊緣區域未被利用到的部分光線。

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‧‧‧光學元件

10‧‧‧波長轉換薄膜

102‧‧‧上表面

104‧‧‧下表面

106‧‧‧透明基材

108‧‧‧第一量子點

109‧‧‧第二量子點

12‧‧‧透明下阻氣薄膜

14‧‧‧透明上阻氣薄膜

142‧‧‧頂表面

144‧‧‧第一顯示區域

146‧‧‧邊緣區域

16‧‧‧透光薄膜

17‧‧‧散射顆粒

18‧‧‧螢光顆粒

2‧‧‧液晶顯示系統

22‧‧‧液晶顯示面板組合

222‧‧‧第二顯示區域

24‧‧‧內邊框

26‧‧‧導光板

28‧‧‧反光板

L1‧‧‧第一色光

L1a‧‧‧第一部分光

L1b‧‧‧第二部分光

L1c‧‧‧第三部分光

L2‧‧‧第二色光

L3‧‧‧第三色光

L4‧‧‧第四色光

L5‧‧‧第五色光

L6‧‧‧第六色光

L7‧‧‧第七色光

圖1係根據本發明之一較佳具體實施例之光學元件的外觀視圖。

圖2係圖1中光學元件沿A-A線的剖面視圖。

圖3係根據本發明之較佳具體實施例之光學元件之一必要元件-透明上阻氣薄膜的頂視圖。

圖4係圖1中光學元件沿A-A線的另一剖面視圖。

圖5係圖1中光學元件沿A-A線的另一剖面視圖。

請參閱圖1至圖4，該等圖式係示意地繪示根據本發明之一較佳具體實施例之光學元件1。圖1係根據本發明之較佳具體實施例之光學元件1的外觀視圖。圖2係圖1中光學元件1沿A-A線的剖面視圖，以示意地繪示根據本發明之較佳具體實施例之光學元件1的架構。圖3係根據本發明之較佳具體實施例之光學元件1之一必要元件-透明上阻氣薄膜14的頂視圖。圖4係圖1中光學元件1的另一剖面視圖，液晶顯示系統2之液晶顯示面板組合22以及內邊框24也示意地繪示於圖4中。圖5係圖1中光學元件1的另一剖面視圖，液晶顯示系統2之液晶顯示面板組合22以及內邊框24也示意地繪示於圖5中。

如圖1至圖5所示，根據本發明之光學元件1包含波長轉換薄膜10、透明下阻氣薄膜12、透明上阻氣薄膜14以及透光薄膜16。

波長轉換薄膜10具有上表面102以及下表面104。波長轉換薄膜10包含透明基材106以及複數個第一量子點108。複數個第一量子點108係均勻地分佈於透明基材106內。

於一具體實施例中，透明基材106可以由紫外線硬化樹脂等高分子材料所形成，但並不以此為限。

於一具體實施例中，複數個第一量子點108可以由第一II-VI族化合物、第一III-V族化合物、第一IV-VI族化合物、第一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第一量子點108的第一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第一量子點108的第一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第一量子點108的第一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第一量子點108的第一IV族化合物可以由Si、Ge、SiC、SiGe或其他IV族化合物所形成。

透明下阻氣薄膜12係接合於波長轉換薄膜10的下表面104上。

透明上阻氣薄膜14係接合於波長轉換薄膜10的上表面102上，並且具有頂表面142。如圖3所示，透明上阻氣薄膜14的頂表面142其上定義第一顯示區域144以及邊緣區域146。邊緣區域146圍繞第一顯示區域144。

於一具體實施例中，透明上阻氣薄膜14與透明下阻氣薄膜12皆可以是由高分子材料所形成，例如，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)、石英玻璃(silica glass)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。

如圖2及圖4所示，透光薄膜16係形成於透明上阻氣薄膜14的頂表面142上，並且僅覆蓋邊緣區域146。特別地，透光薄膜16的反射率之範圍為40%~80%。因此，射向透光薄膜16的光線會被部分穿透，部分反射。

當第一色光L1自透明下阻氣薄膜12之下方射向根據本發明之光學元件1時，第一色光L1之第一部分光L1a經複數個第一量子點108轉換成第二色光L2，第二色光L2穿過透明上阻氣薄膜14。第一色光L1一般大多是採用藍色光。第一色光L1之其餘部分光從透明上阻氣薄膜14之頂表面142射出並且與第二色光L2混光成第三色光L3。於實際應用中，第三色光L3可以是白光，但並不以此為限。當對應邊緣區域146之第一量子點108尚未失效時，射向透光薄膜16的第一色光L1會被部分反射，以利再被利用。從透光薄膜16射出的光線也是第三色光L3，但是其亮度較低。當對應邊緣區域146之第一量子點108失效時，射向透光薄膜16的第一色光L1會被部分反射，以利再被利用。從透光薄膜16射出的光線則是第一色光L1，但是其亮度較低以減少原始光線(第一色光L1)在邊緣漏光的影響。

於一具體實施例中，如圖4所示，根據本發明之光學元件1係組裝於液晶顯示系統2內。液晶顯示系統2包含內邊框24以及液晶顯示面板組合22。液晶顯示面板組合22定義第二顯示區域222。液晶顯示面板組合22的第二顯示區域222的面積係等於或大於透明上阻氣薄膜14的頂表面142之第一顯示區域144的面積。於圖4所示範例中，液晶顯示面板組合22的第二顯示區域222的面積係等於透明上阻氣薄膜14的頂表面142之第一顯示區域144的面積。

背光裝置的光源、多片光學膜片等並未繪示於圖4中。須強調的是，根據本發明之光學元件1可以組裝於側光式背光裝置內，側光式背光裝置必定包含導光板26，如圖4所示根據本發明之光學元件1可以設置於導光板26上方。需聲明的是，根據本發明之光學元件1也可以設置於導光板26下方。於圖4中，反光板28係設置於導光板26的下方，用以反射光線。根據本發明之光學元件1也可以組裝於直下式背光裝置內，直下式背光裝置則不須導光板。於一具體實施例中，內邊框24可以由高分子材料所製成，但並不以此為限。液晶顯示面板組合22的下表面可以貼合於內邊框24上。

於一具體實施例中，如圖5所示，波長轉換薄膜10還包含複數個第二量子點109。複數個第二量子點109係均勻地分佈於透明基材106內。第一色光L1之第二部分光L1b經複數個第二量子點109轉換成第四色光L4，第四色光L4穿過透明上阻氣薄膜14。第一色光L1之其餘部分光從透明上阻氣薄膜14的頂表面142射出，並且與第二色光L2、第四色光L4混光成第五色光L5。圖5中具有與圖4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，同樣地，複數個第二量子點109可以由第二II-VI族化合物、第二III-V族化合物、第二IV-VI族化合物、第二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，透明基材106的第一折射率之範圍為1.46~1.50。透明下阻氣薄膜12的第二折射率之範圍為1.55~1.65。透明上阻氣薄膜14的第三折射率之範圍為1.55~1.65。

於一具體實施例中，透光薄膜16可以由淺色油墨(例如，白色油墨)所形成。

進一步，根據本發明之光學元件1還包含複數個散射顆粒17。散射顆粒17係均勻地分佈於透光薄膜16內。散射顆粒17用以散射穿過透光薄膜16的光線。

於一具體實施例中，複數個散射顆粒17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。

進一步，根據本發明之光學元件1還包含複數個螢光顆粒18，例如，黃色螢光顆粒、綠色螢光顆粒等。螢光顆粒18係均勻地分佈於透光薄膜16內。第一色光L1之第三部分光L1c通過透光薄膜16經複數個螢光顆粒18轉換成第六色光L6。第六色光L6與第一色光L1之第三部分光L1c未轉換之部分混光成第七色光L7。當對應邊緣區域146之第一量子點108尚未失效時，第七色光L7的色相接近第三色光L3的色相或第五色光L5的色相。當對應邊緣區域146之第一量子點108失效時，經過透光薄膜16的第一色光L1經複數個螢光顆粒18轉換向紅光偏移，可以減少原始光線(第一色光L1)在邊緣漏光的影響。

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。根據本發明之光學元件一旦其邊緣區域發生量子點失效時能減少原始光線在邊緣漏光的影響。並且，根據本發明之光學元件可以回收利用邊緣區域未被利用到的部分光線。

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。