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TW201427893A - 圖案化色轉換膜及應用其之顯示裝置 - Google Patents

圖案化色轉換膜及應用其之顯示裝置 Download PDF

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TW201427893A
TW201427893A TW102100418A TW102100418A TW201427893A TW 201427893 A TW201427893 A TW 201427893A TW 102100418 A TW102100418 A TW 102100418A TW 102100418 A TW102100418 A TW 102100418A TW 201427893 A TW201427893 A TW 201427893A
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scattering particles
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TW102100418A
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陳志榮
翁睿哲
連峻儀
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群康科技(深圳)有限公司
群創光電股份有限公司
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Abstract

本發明係有關於一種圖案化色轉換膜及應用其之顯示裝置。本發明之圖案畫色轉換膜包括：一分隔物，係間隔出複數開口；以及複數畫素單元，係分別設置於開口內，其中每一畫素單元分別包括：一基質、及分散於基質中之複數散射粒子，且至少一畫素單元包括複數量子點；其中，該畫素單元包括該量子點的體積百分濃度係為大於等於5 V%且小於等於80 V%，散射粒子之粒徑係介於0.05~1 μm，或體積百分濃度小於5 V%且大於等於0 V%時，散射粒子之粒徑介於0.2~2μm。

Description

圖案化色轉換膜及應用其之顯示裝置
本發明係關於一種圖案化色轉換膜及應用其之顯示裝置，尤指一種可取代彩色濾光片之以量子點製作而成之圖案化色轉換膜及應用其之顯示裝置。
量子點(Quantum Dots,QDs)係一種零維半導體奈米晶體(Zero Dimensional Semiconducting Nanocrystal)，其於各個方向之尺寸大小均在奈米等級。當半導體粒子的尺寸小到奈米量級時，表面效應的影響使量子點展現出許多不同於宏觀材料之物理及化學性質。此外當粒徑小於激子波爾半徑(exciton Bohr radius)時，其能隙會隨著粒徑縮小而增大，發光波長亦隨之縮短；因此透過控制量子點的粒徑可輕易調控發光波長，並且縮小半高寬(Full Width at Half Maximum,FWHM)，這是其他螢光粉或發光材料做不到的。近年來，量子點高分子複合材已廣泛應用於背光及照明等領域，例如：Nexxus Lighting公司推出之量子點LED照明燈、NNCrystal公司發展之量子點技術平台Qshift、Nanosys公司研發之量子點增強薄膜(quantum dot enhanced film,QDEF)、Nanoco公司研發之無鎘量子點技術等。除上述外，透過使用含有不同發光波長之量子點複合材，可將單一顏色的背光源所發出的光轉換成各種不同波長之光 線，故以量子點複合材製作出之色轉換膜，具有取代彩色濾光片之潛力。
然而，以量子點複合材所製得之色轉換膜取代彩色濾光片時，若膜較薄時，因部分背光無法完全吸收，而會有色偏及視角不均的情形產生；為了將背光完全吸收轉換，故會將膜厚增厚，而導致材料浪費及增加製程困難度。同時，因量子點所發出的光大部分會進入波導模式，若作為彩色濾光片時，波導模式的光會被黑色矩陣所吸收，而導致光取出率不高。
因此，若能發展一種色轉換膜，其無須增加膜厚即可達到高背光利用率及高光取出率並同時解決色偏的問題，則可提供顯示裝置之除了彩色濾光片外之另一選擇。
本發明之主要目的係在提供一種圖案化色轉換膜，其藉由使用散射粒子，而可提升背光利用率(即，背光吸收率)及光取出率，並改善視角不均的缺點。
本發明之另一目的係在提供一種顯示裝置，其係使用量子點複合材與散射粒子所形成之圖案化色轉換膜以取代彩色濾光片。
為達成上述目的，本發明之圖案化色轉換膜，包括：一分隔物，係間隔出複數開口；以及複數畫素單元，係分別設置於開口內，其中每一該畫素單元分別包括：一基質、及分散於基質中之複數散射粒子，且至少一畫素單元包括 複數量子點；其中，畫素單元包括量子點的體積百分濃度(X)為大於等於5 V%且小於等於80 V%(5 V%≦X≦80 V%)時，散射粒子之粒徑係介於0.05~1 μm，若畫素單元包括該量子點的體積百分濃度(Y)為小於5 V%且大於等於0 V%(0 V%≦Y<5 V%)時，散射粒子之粒徑係介於0.2~2 μm。
若將未混合有散射粒子之使用量子點複合材之圖案化色轉換膜取代彩色濾光片時，由於色轉換膜吸收背光的機率正比於背光在膜中的路徑，故為了達到完全利用背光並將背光完全吸收及轉換之目的，往往選擇將色轉換膜厚度增加，反而導致基質與量子點用量增加及製程困難度增加。同時，未混合有散射粒子之圖案化色轉換膜中的量子點發光時，因大部分的光會進入波導模式，而此進入波導模式的光最終會被分隔物(如，黑色矩陣)所吸收到，而導致光取出率不高。
由於色轉換膜內部的自發光，其部分偏振光在大視角的穿透率較強，穿透率最大的角度一般稱為布魯斯特角(Brewster's angle)；而對膜厚大於微米級的發光膜而言，大視角所看到的光源密度較高，這兩個因素導致螢光膜在大視角的亮度較強，不符合顯示器的需求。若以藍光做為背光源為例，其光形一般具有高度指向性且正視亮度最強，並以透明畫素作為藍色畫素搭配摻雜量子點的紅色與綠色畫素，則藍色畫素與其他畫素的視角特性不匹配將導致色偏問題。
藉此，本發明之圖案化色轉換膜，透過添加適當的散射粒子，而可使入射於色轉換膜之背光沿入射光方向打開，進而產生光散射的現象。透過此光散射現象，即便未增加膜厚，量子點仍可達到完全吸收背光之目的，進而提升背光利用率；同時，藉由散射粒子主導光形，亦可解決大視角亮度較強，以及透明畫素與其他畫素視角特性不同產生的色偏問題；此外，更可利用散射將量子點所發出進入波導模式的光自色轉換膜中取出，使得量子點自發光之光取出率更加提升。因此，當本發明之圖案化色轉換膜應用於顯示裝置上取代彩色濾光片時，可在無需增加膜厚的情況下，即可達到高光取出率、高背光利用率、及均勻視角等目的。
於本發明之圖案化色轉換膜中，於每一畫素單元中，為達到最佳散射效果，散射粒子可分別佔畫素單元之體積濃度為0.5~20 V%(體積百分比)。
於本發明之圖案化色轉換膜中，於每一畫素單元中，基質之折射率可分別為1.4~1.7。其中，常用之基質之例子包括：矽樹脂、環氧樹脂、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物、聚丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸環己酯共聚物、或聚丙烯酸甲酯-二甲基二烯丙基氯化銨共聚物，但本發明不僅限於此。
於本發明之圖案化色轉換膜中，於每一畫素單元中，散射粒子須為透明、吸收度低的材質所構成的微米級粒子，其折射率需不同於基質之折射率。其中，每一畫素單 元中之散射粒子之折射率可分別為1.0~3.0。此外，每一散射粒子之材料可分別為無機粒子、透明聚合物、玻璃、孔洞、氣泡、或其組合。其中，散射粒子之材料之具體例子包括：ZnO、TiO2、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈(Styrene-Acrylonitrile)、SiO2、硼矽酸(Borosilicate)、空氣、或其組合；但本發明並不僅限於此。
此外，於本發明之圖案化色轉換膜中，圖案化色轉換膜之厚度可為10~300 μm。
再者，於本發明之圖案化色轉換膜中，分隔物係為一光阻、一黑色矩陣、一白色矩陣、一金屬、一乾膜或其組合。其中，較常用之分隔物之具體例子係為黑色矩陣。
隨著所使用之背光源或發光源型態不同，本發明之圖案化色轉換膜之每一畫素單元之顏色亦不相同。
於一具體態樣中，當背光源或發光源為紫外光時，本發明之圖案化色轉換膜之每一畫素單元可分別為一紅色畫素單元、一綠色畫素單元、及一藍色畫素單元。於此態樣下，每一畫素單元係分別包括：基質、分散於基質中之散射粒子、及分散於基質中之量子點。
於另一具體態樣中，當背光源或發光源與其中一所需畫素單元為相同波長時，但背光源或發光源的波長必須小短於其他畫素單元所發出光的波長，則此所需畫素單元可使用透明畫素單元，即不添加量子點之畫素單元。例如，當背光源或發光源為藍光時，本發明之圖案化色轉換膜之每一畫素單元可分別為一紅色畫素單元、一綠色畫素單 元、及一透明畫素單元。於此態樣下，紅色畫素單元及綠色畫素單元係分別包括：基質、分散於基質中之散射粒子、及分散於基質中之量子點，而透明畫素單元係包括：基質、及分散於基質中之散射粒子。
此外，本發明更提供一種顯示裝置，包括：一發光源；以及前述之圖案化色轉換膜，設於發光源之一出光面上。在此，本發明所提供之顯示裝置可為一液晶顯示裝置或一有機發光二極體顯示裝置。
當本發明之顯示裝置為一液晶顯示裝置之情形下時，本發明之顯示裝置可更包括：一第一偏光板，係設置於發光源上；一第一基板，係設置於第一偏光板上，且第一基板上設置有一第一電極；一第二基板，其一側上設置有一第二電極；一液晶層，設於第一基板與第二基板間；以及一第二偏光板，係設置於第二基板之另一側上、或設置於第二基板與該第二電極間。其中，圖案化色轉換膜係設於第一偏光板或第二偏光板外側，且不可設於第一偏光板與第二偏光板間。更具體而言，圖案化色轉換膜係設於第一偏光板之面向該第二偏光板之一側之反側、或第二偏光板之面向第一偏光板之一側之反側。
其中，當第二偏光板係設置於第二基板之另一側上，圖案化色轉換膜係設於發光源與第一偏光板間、或第二偏光板上；而當第二偏光板係設置於第二基板與第二電極間，圖案化色轉換膜係設於第二基板與第二偏光板間。
在此，當本發明之顯示裝置為一液晶顯示裝置之情形下時，發光源可為藍光發光源或紫外光發光源；而此時之畫素單元結構及條件係如前所述，故在此不再贅述。
當本發明之顯示裝置為一有機發光二極體顯示裝置之情形下時，本發明之顯示裝置可更包括：一第一電極；一有機材料層，係設於第一電極上，且有機材料層係作為發光源；以及一第二電極，係設於有機材料層上，使有機材料層設於第一電極與第二電極間；其中，圖案化色轉換膜係設於第二電極上。
在此，當本發明之顯示裝置為一有機發光二極體顯示裝置之情形下時，作為發光源之有機材料層係為一藍光發光源；而此時之畫素單元結構及條件係如前所述，故在此不再贅述。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
實施例1
如圖1所示，本實施例係提供一種應用於以藍光作為背光源(或發光源)之圖案化色轉換膜，包括：一分隔物11，係 具有複數開口111；以及紅色畫素單元121、綠色畫素單元122及透明畫素單元123，係分別設置於開口111內。其中，紅色畫素單元121及綠色畫素單元122係分別包括：基質1211,1221、分散於基質1211,1221中之散射粒子1212,1222、及分散於基質1211,1221中之量子點1213,1223，而透明畫素單元123係包括：基質1231、及分散於基質1231中之散射粒子1232。
於本實施例之圖案化色轉換膜中，基質1211,1221,1231之材料可為本技術領域已知之材料，且較佳為具有1.4~1.7折射率之材料。基質可使用之材料的具體例子係如矽樹脂、環氧樹脂、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物、聚丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸環己酯共聚物、或聚丙烯酸甲酯-二甲基二烯丙基氯化銨共聚物，但本發明並不僅限於此。
此外，於本實施例之圖案化色轉換膜中，散射粒子1212,1222,1232可為任何透明粒子，只要其折射率需與基質1211,1221,1231不同，且對量子點或發光源所發出的光不具吸收性即可。較佳為，散射粒子之折射率為1.0~3.0；更佳為1.7~2.5。若散射粒子之折射率超過3時，則可能會造成光反射過於明顯，而造成薄膜透光率過低。在此，可使用之散射粒子之具體例子包括：ZnO、TiO2、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈、SiO2、硼矽酸、空氣、或其組合；但本發明並不僅限於此。較佳為，散射粒子之材料係為無機材料，以使圖案化色轉換膜性質更加穩定。
除了須考量散射粒子之折射率外，由於散射光強度與散射粒子之粒徑的六次方成正比，且與波長四次方成反比，故若散射粒子粒徑太小會導致散射效果不明顯，而粒徑過大(大於波長)則會使散射光開角太小。因此，須選用具有適當粒徑之散射粒子，以使散射光形可沿入射光方向打開一適當角度。較佳為，選用粒徑接近波長之散射粒子。
此外，依據量子點佔畫素單元之體積百分濃度，以調整散射粒子之粒徑。因此，於每一畫素單元中，當畫素單元包括量子點的體積百分濃度為大於等於5 V%且小於等於80V%或以上時，為了達到將背光完全吸收並將螢光取出之目的，故需摻雜散射角度較大(即，粒徑較小)之散射粒子，較佳為散射粒子之粒徑係介於0.05~1 μm。量子點佔畫素單元之體積百分濃度會隨著膜厚不同而變化，當膜厚較厚時，採用體積百分濃度較小者可達較佳效果，當膜厚較薄時，則採用體積百分濃度較高者可達較佳效果。
另一方面，於每一畫素單元中，當畫素單元包括該量子點的體積百分濃度小於5 V%且大於等於0 V%時，因背光需要具有高穿透率但光形較開以配合其他包括量子點之畫素的視角，故須摻雜散射角度較小(即，粒徑較大，散射角度約等於基質的全反射角)之散射粒子，較佳為散射粒子1232之粒徑介於0.2~2 μm。在此，於畫素單元不包括量子點的情形下，可視為量子點佔畫素單元之體積百分濃度約為0 V%。
除了考量到散射粒子之粒徑外，每一畫素單元中散射粒子所佔之體積亦為影響散射效果之條件之一。若散射粒子濃度過低(低於0.5 V%)，則散射效果較不明顯；但若散射粒子濃度過高(高於20 V%)，使得散射粒子間的間距遠小於波長時，不同散射粒子的散射光會互相干涉而降低散射效果。在此，無論是紅色畫素單元121、綠色畫素單元122或透明畫素單元123，其中之散射粒子1212,1222,1232較佳係分別佔畫素單元(紅色畫素單元121、綠色畫素單元122或透明畫素單元123)之體積濃度為0.5~20 V%。
除此之外，更可於製作畫素單元時，更可添加適當的界面活性劑或黏著劑，以使散射粒子分散更加均勻，而更提升光取出率。
在此，係列出紅色畫素單元121、綠色畫素單元122或透明畫素單元123之散射粒子1212,1222,1232之折射率、粒徑、體積百分比與材料、以及基質1211,1221,1231之材料與折射率；但須注意的是，於不同的畫素單元中，所添加之散射粒子之折射率、粒徑、體積百分比與材料、以及基質之材料與折射率可相同或不相同。
此外，於本實施例中，分隔物11可為一光阻、一黑色矩陣、一白色矩陣、一金屬、一乾膜或其組合。於本實施例中，分隔物11係為一黑色矩陣，但本發明並不僅限於此。
再者，於本實施例中，圖案化色轉換膜之畫素單元組成、畫素單元大小、量子點濃度及膜厚，均可依照需求做 調整。於本實施例中，圖案化色轉換膜之膜厚較佳為10~300 μm；更佳為10~100 μm；且最佳為10~50 μm。
於本實施例中，所使用之量子點1213,1223可為本技術領域常用之量子點，其基本結構係如圖2所示，包括：核21，其直徑1至15 nm；殼22，其可包含1至10層；以及界面活性劑23。其中，核21與殼22之材料均不受限，例如：可選自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、MnSe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe及PbTe所組成之群組之二元半導體材料；或可選自由CdxZn1-xSe、CdxZn1-xS、CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、InxGa1-xP、CdxZn1-xSySe1-y所組成之群組之三元以上半導體材料；或可選自由MnSe：Cu、MnSe：Mn、CdS：Cu、CdS：Mn、In2S3：Cu、ZnO：Cu、ZnO：Mn所組成之群組之摻雜型半導體材料。
實施例2
如圖3所示，本實施例係提供一種應用於以紫外光作為背光源(或發光源)之圖案化色轉換膜，包括：一分隔物11，係具有複數開口111；以及紅色畫素單元121、綠色畫素單元122、藍色畫素單元124，係分別設置於開口111內。其中，紅色畫素單元121、綠色畫素單元122及藍色畫素單元124係分別包括：基質1211,1221,1241、分散於基質1211,1221,1241中之散射粒子1212,1222,1242、及分散於基質1211,1221,1241中之量子點1213,1223,1243。
更簡單而言，請同時對照圖1及圖3，本實施例與實施例1不同之處在於，係以藍色畫素單元124取代實施例1之透明畫素單元123。
於本實施例中，基質1211,1221,1241之材料與折射率之考量係與實施例1相同，故在此不再贅述。
此外，於本實施例中，紅色畫素單元121、綠色畫素單元122及藍色畫素單元124中之散射粒子1212,1222,1242之折射率、粒徑、體積百分比與材料之考量，係與實施例1之紅色畫素單元與綠色畫素單元相同，故在此不再贅述。
再者，於本實施例中，量子點1213,1223,1243之材料與結構均與實施例1相同，故在此不再贅述。
實施例3
本實施例係提供一種液晶顯示裝置，其係使用實施例1所提供之圖案化色轉換膜。
如圖4所示，本實施例之液晶顯示裝置包括：一發光源41；以及一圖案化色轉換膜1，設於發光源41之一出光面上。除上述元件外，本實施例之液晶顯示裝置更包括：一第一偏光板42，係設置於發光源41上；一第一基板43，係設置於第一偏光板42上，且第一基板43上依序設置有一第一電極431及一第一配向層432；一第二基板45，其一側上依序設置有一第二電極451及一第二配向層452，且第一配向層432係與第二配向層452相對設置；一液晶層44，設於第一基板43與第二基板45間；以及一第二偏光板46，係設置於第二基板45之另一側上。於其他實施例中，第一配向 層432與第二配向層452可分別選擇性地設置或不設置。其中，圖案化色轉換膜1係設於第二偏光板46之面向第一偏光板42之一側之反側。
更具體而言，本實施例之第二偏光板46係設置於第二基板45之未設有第二電極451之一側上；而圖案化色轉換膜1係設於第二偏光板46上，以使第二偏光板46設於圖案化色轉換膜1與第二基板45間。
於本實施例中，所使用之發光源41係為一藍光背光模組，故本實施例所使用之圖案化色轉換膜1係為實施例1所示之圖案化色轉換膜。其中，圖案化色轉換膜1包括：分隔物11；以及設置在分隔物11間之紅色畫素單元121、綠色畫素單元122及透明畫素單元123。
雖然本實施例係採用藍光背光模組搭配實施例1之圖案化色轉換膜；但本技術領域者均了解，當採用紫外光背光模組時，則可搭配使用實施例2之圖案化色轉換膜。
此外，本實施例之顯示裝置之第一基板43與第二基板45可選用透明基板，如玻璃基板、塑膠基板或可撓性基板等；且較佳為玻璃基板。第一電極431與第二電極451之材料可選用本技術領域常用之透明電極材料，如：ITO、IZO等。同時，第一配向層432與第二配向層452之材料亦可選用本技術領域常用之可幫助液晶配向之配向層材料，如：聚亞醯胺(Polyimide，PI)等。
實施例4
本實施例係提供一種液晶顯示裝置，其係使用實施例2所提供之圖案化色轉換膜。如圖5所示，本實施例之液晶顯示裝置之結構係與實施例3相似，除了下述不同點。
本實施例之發光源41係為一紫外光背光模組，而圖案化色轉換膜係使用實施例2所提供之圖案化色轉換膜1。因此，圖案化色轉換膜1包括：分隔物11；以及設置在分隔物11間之紅色畫素單元121、綠色畫素單元122及藍色畫素單元124。然而，本技術領域者均了解，當採用藍光背光模組時，則可搭配使用實施例1之圖案化色轉換膜。
此外，本實施例之圖案化色轉換膜1設置位置係與實施例3不同。於本實施例中，圖案化色轉換膜1係設於第一偏光板42之面向第二偏光板46之一側之反側，也就是靠近發光源側。更具體而言，本實施例之圖案化色轉換膜1係設於發光源41與第一偏光板42間。
至於本實施例之各元件之材料之考量，係與實施例3相同，故在此不再贅述。
實施例5
本實施例係提供一種液晶顯示裝置，其係使用實施例2所提供之圖案化色轉換膜。如圖6所示，本實施例之液晶顯示裝置之結構係與實施例4相似，除了下述不同點。
此外，本實施例之圖案化色轉換膜1與第二偏光板46設置位置係與實施例4不同。於本實施例中，第二偏光板46設置於第二基板45與第二電極451間，而圖案化色轉換膜1係設於第二偏光板46之面向第一偏光板42之一側之反側。 更具體而言，本實施例之第二偏光板46係設置於第二基板45與第二電極451間，且圖案化色轉換膜1係設於第二基板45與第二偏光板46間。因此，從第二基板45上，係依序疊置有圖案化色轉換膜1、第二偏光板46、第二電極451及第二配向層452。
至於本實施例之各元件之材料之考量，係與實施例4相同，故在此不再贅述。
實施例6
本實施例係提供一種有機發光二極體顯示裝置，其係使用實施例1所提供之圖案化色轉換膜。
如圖7A所示，本實施例之有機發光二極體顯示裝置包括：一發光源73；以及一圖案化色轉換膜1，設於發光源73之一出光面上。除上述元件外，本實施例之有機發光二極體顯示裝置更包括：一第一電極72；一有機材料層，係設於第一電極72上，且有機材料層係作為該發光源73；一第二電極74，係設於有機材料層(發光源73)上，使有機材料層(發光源73)設於第一電極72與第二電極74間，在圖7A中，有機材料層直接以金屬電極層(第一電極72)覆蓋包覆；以及一第二基板75，係設於第二電極74上方，圖案化色轉換膜1係設於第二電極74上方。於本實施例中，圖案化色轉換膜1係設於第二電極74與第二基板75之間，且圖案化色轉換膜1包括：分隔物11；以及設置在分隔物11間之紅色畫素單元121、綠色畫素單元122及透明畫素單元123。但於其他實施例中，可選擇性地加設置第一基板71於第一電極72下方(如 圖7B所示)，亦即，有機材料層會夾設於第二基板75與第一基板71之間，而圖案化色轉換膜1則夾設於第二基板75與第二電極74之間。
此外，於本實施例中，第一基板71與第二基板75可選用透明基板，如玻璃基板、塑膠基板或可撓性基板等。第一電極72與第二電極74之材料可選用本技術領域常用之電極材料，只要於出光面之電極屬於透光度高之電極組成即可。例如，第二電極74可使用如ITO、IZO等金屬氧化物透明電極材料或金、銀、鉑、其合金、包含其之複合電極等金屬電極或與其互相交疊組成之單層或多層電極；而第一電極72可使用如ITO、IZO等金屬氧化物透明電極材料或金、銀、鉑、其合金、包含其之複合電極等金屬電極或其互相交疊組成之單層或多層電極。此外，作為發光源73之有機材料層，可具有本技術領域常見之多層結構，例如，有機材料層包括：電子注入/傳輸層、至少一發光層、電洞注入/傳輸層等。在此，僅舉例基礎之有機材料層結構作為示例，然而，本技術領域者均了解，有機材料層之結構可更具有其他功能層，以提升有機材料層之發光效率。
在此，僅以上發光之有機發光二極體顯示裝置作為示例；然而，本技術領域者均了解，實施例1所提供之圖案化色轉換膜，亦可用於下發光之有機發光二極體顯示裝置。圖案化色轉換膜會隨著單面或雙面取光方式的不同而有不同的設置或數量，而本實施例僅以單面取光結構舉例；於 其他實施例中，例如為雙面取光結構則會有兩個圖案化色轉換膜分別置於兩側的取光面上。
接下來，將針對圖案畫色轉換膜(PCCF)之視角、背光吸收率及光取出率進行試驗。
於以下實驗例中，將使用CdSe/CdS/ZnS核殼紅光量子點進行試驗。請同時對照圖2，核21為硒化鎘(CdSe)，而於核1上係依序形成硫化硒(CdS)及硫化鋅(ZnS)，以形成殼22，而後再於殼22上修飾三正辛基氧磷(Trioctylphosphine oxide,TOPO)之界面活性劑23。此外，基質則採用PMMA；散射粒子則使用折射率約為2.0之ZnO，且其粒徑係約為0.1-0.5 μm。
實驗例1
於本實驗例中，實驗組1係使用於基質PMMA中添加2.5 wt%之紅光量子點(11 V%)及1 wt%(4.5 V%)之ZnO作為散射粒子，透過旋轉塗佈法於玻璃上形成厚度約50 μm的PCCF；而比較組1除了未添加ZnO外，其餘係與實驗組1相同。因此，於本實驗例中，係以紅色畫素單元進行測試。
經以365 nm之紫外光照射後，可發現添加有ZnO之PCCF(實驗組1)，可有效減少玻璃側邊發光，即減少光波導現象；而未添加有ZnO之PCCF(比較組1)，則明顯觀察到側邊發光的現象(圖未示)。此結果顯示，透過添加適當ZnO作為散射粒子，可使大部分的光由正面取出。
此外，本實驗例中更將實驗組1及比較組1所形成之PCCF，於藍光背光板照射下，以分光放射計(Spectral Irradiance Meter)分析不同視角時實驗組1及比較組1之PCCF所產生之頻譜。結果係如圖8A及圖8B所示，其中圖8A係顯示穿過PCCF且未被PCCF中量子點吸收之藍色背光之標準化強度與視角之關係圖，而圖8B係顯示藍色背光經PCCF中量子點吸收而轉換成紅光之標準化強度與視角之關係圖。
如圖8A所示，相較於比較組1之PCCF，直接穿越實驗組1之PCCF而未被量子點吸收而被觀察到的藍色背光明顯大幅減少；且經過計算後，實驗組1之PCCF於使用藍光背光下，於正視下(視角為0度)，背光藍光未被量子點吸收而穿過PCCF之穿透率可大幅下降約275%，顯示添加有ZnO散射粒子之PCCF(實驗組1)確實可增加背光的吸收。換言之，即使PCCF之膜厚度未特別增加，即可達到高度之背光吸收率且減少非預期之背光穿透率。
如圖8B所示，相較於比較組1之PCCF，若使用實驗組1之PCCF，經量子點吸收之藍光而轉換成紅光所發出之紅光強度可大幅提升；特別是於正視下，使用實驗組1之PCCF時之紅光發光強度較比較組1之PCCF增加150%。此結果顯示，藉由添加ZnO散射粒子(實驗組1)，可使原本大視角(約60度)的發光強度較強的特性(比較組1)消除。
再者，本實驗例中更將實驗組1及比較組1所形成之PCCF，以藍光LED作為背光源，以聚光干涉儀(conoscopy)對背光源、背光源穿透比較組1及實驗組1後所發出之光的全頻譜(包括紅光及藍光)進行量測。
結果顯示，於使用比較組1之PCCF時，因藍光背光穿過PCCF之比例較高，故穿透後所發出的光型並未改變，造成比較例1之PCCF視角與背光源相近，呈現扁平的橢圓形(圖未示)，即視角特性不均；反觀實驗組1之PCCF，因大部分的藍光可被量子點吸收而較少背光藍光穿過PCCF，故視角特性可由量子點所轉換成的紅光主導，而呈現同心圓型(圖未示)，即指視角特性較為均勻。
若再使用彩色濾光片單離出藍光及紅光對視角特性加以分析，可發現穿透過實驗組1之PCCF所觀察到的光，其藍光視角特性可由扁平橢圓變為同心圓，而紅光視角特性可由原本視角60度較強的現象變為正視較強，並與藍光穿透頻譜一樣呈現正視較強的同心圓型(圖未示)。
前述結果顯示，藉由添加散射粒子，可有效解決視角不均的問題。
實驗例2
於本實驗例中，實驗組2-5係使用於基質PMMA中分別添加0.2、1.0、2.0、5.0 wt%(約1、4.5、8.8、20 V%)之ZnO作為散射粒子，透過旋轉塗佈法於玻璃上形成厚度約30 μm的PCCF；而比較組2除了未添加ZnO外，其餘係與實驗組2-5相同。因此，於本實驗例中，並未添加量子點吸收背光，而是使用未添加量子點之透明畫素單元(量子點佔畫素單元之體積百分比約為0 V%)進行測試。
將實驗組2-5與比較組2之PCCF於藍光背光照射下，以分光放射計分析不同視角時實驗組2-5及比較組2之PCCF所觀察到之波長為450 nm之藍光之標準化發光強度。
如圖9所示，添加適量的散射粒子(實驗組2-5)，可產生均勻化背光視角的效果；特別是隨著散射粒子添加濃度增加，在正視下，背光穿過PCCF後所觀察到的藍光強度係與大視角所觀察到之藍光強度相近。
實驗例3
於本實驗例中，實驗組6-9係使用於基質PMMA中添加2.5 wt%之紅光量子點(11 V%)及分別添加0.2、1.0、2.0、5.0 wt%(約1、4.5、8.8、20 V%)之ZnO作為散射粒子，透過旋轉塗佈法於玻璃上形成厚度約30 μm的薄膜；而比較組3除了未添加ZnO外，其餘係與實驗組6-9相同。因此，於本實驗例中，係以紅色畫素單元進行測試。
將實驗組6-9與比較組3之PCCF於藍光背光照射下，以TR1頻譜量測儀分析不同視角時實驗組6-9及比較組3之PCCF所觀察到之波長為630 nm之紅光之標準化發光強度。
如圖10所示，添加適量的散射粒子(實驗組6-9)，所觀察到的紅光強度增加且於不同視角下強度也較相近；故適量的散射粒子可達到增加光取出率及均勻化視角的效果。然而，當ZnO濃度增加到2 wt%(8.8 V%，粒子間距約0.5 μm)(實驗組8)，散射粒子的效果已趨近飽和；即使ZnO濃度增加到5 wt%(20 V%，粒子間距約0.4 μm)(實驗組9)，效果仍與實驗組9相似。此結果顯示，當散射粒子間的間距接近 藍光及紅光波長時，則提升的效果將有限。特別是，若散射粒子濃度更加增加而超過20 V%時，會造成散射粒子聚集而導致散射效果降低進而降低穿透率及光取出率，同時也造成材料的浪費。
綜合實驗例1-3之實驗結果，藉由添加適量的散射粒子所得到之圖案化色轉換膜，可達到提升背光利用率(即，背光吸收率)及光取出率，並改善視角不均的缺點。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1‧‧‧圖案化色轉換膜
11‧‧‧分隔物
111‧‧‧開口
121‧‧‧紅色畫素單元
1211‧‧‧基質
1212‧‧‧散射粒子
1213‧‧‧量子點
122‧‧‧綠色畫素單元
1221‧‧‧基質
1222‧‧‧散射粒子
1223‧‧‧量子點
123‧‧‧透明畫素單元
1231‧‧‧基質
1232‧‧‧散射粒子
124‧‧‧藍色畫素單元
1241‧‧‧基質
1242‧‧‧散射粒子
1243‧‧‧量子點
21‧‧‧核
22‧‧‧殼
23‧‧‧界面活性劑
41‧‧‧發光源
42‧‧‧第一偏光板
43‧‧‧第一基板
431‧‧‧第一電極
432‧‧‧第一配向層
44‧‧‧液晶層
45‧‧‧第二基板
451‧‧‧第二電極
452‧‧‧第二配向層
46‧‧‧第二偏光板
71‧‧‧第一基板
72‧‧‧第一電極
73‧‧‧發光源
74‧‧‧第二電極
75‧‧‧第二基板
圖1係本發明實施例1之圖案化色轉換膜之剖面示意圖。
圖2係本發明實施例1使用之量子點結構示意圖。
圖3係本發明實施例2之圖案化色轉換膜之剖面示意圖。
圖4係本發明實施例3之液晶顯示裝置之剖面示意圖。
圖5係本發明實施例4之液晶顯示裝置之剖面示意圖。
圖6係本發明實施例5之液晶顯示裝置之剖面示意圖。
圖7A及圖7B係本發明實施例6之有機發光二極體顯示裝置之剖面示意圖。
圖8A係本發明實驗例1之穿過PCCF且未被PCCF中量子點吸收之藍色背光之標準化強度與視角之關係圖
圖8B係本發明實驗例1之藍色背光經PCCF中量子點吸收而轉換成紅光之標準化強度與視角之關係圖。
圖9係本發明實驗例2之所觀察到之藍光之標準化強度與視角之關係圖。
圖10係本發明實驗例3之所觀察到之紅光之標準化強度與視角之關係圖。
11‧‧‧分隔物
111‧‧‧開口
121‧‧‧紅色畫素單元
1211‧‧‧基質
1212‧‧‧散射粒子
1213‧‧‧量子點
122‧‧‧綠色畫素單元
1221‧‧‧基質
1222‧‧‧散射粒子
1223‧‧‧量子點
123‧‧‧透明畫素單元
1231‧‧‧基質
1232‧‧‧散射粒子

Claims (20)

  1. 一種圖案化色轉換膜，包括：一分隔物，係間隔出複數開口；以及複數畫素單元，係分別設置於該開口內，其中每一該畫素單元分別包括：一基質、及分散於該基質中之複數散射粒子，且至少一該畫素單元包括複數量子點；其中，該畫素單元包括該量子點的體積百分濃度為大於等於5 V%且小於等於80 V%時，該散射粒子之粒徑係介於0.05~1 μm，該畫素單元包括該量子點的體積百分濃度為小於5 V%且大於等於0 V%時，該散射粒子之粒徑係介於0.2~2 μm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化色轉換膜，其中於每一該畫素單元中，該散射粒子係分別佔該畫素單元之體積濃度為0.5~20 V%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化色轉換膜，其中於每一該畫素單元中，該基質之折射率係分別介於1.4~1.7。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化色轉換膜，其中於每一該畫素單元中，該散射粒子之折射率係分別介於1.0~3.0，且該散射粒子之折射率係不同於該基質之折射率。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之圖案化色轉換膜，其中於每一該畫素單元中，每一該散射粒子之材料係分別為無機粒子、透明聚合物、玻璃、孔洞、或其組合。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之圖案化色轉換膜，其中於每一該畫素單元中，每一該散射粒子之材料係分別為ZnO、TiO2、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈(Styrene-Acrylonitrile)、SiO2、硼矽酸(Borosilicate)、空氣、或其組合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化色轉換膜，其中該圖案化色轉換膜之厚度係為10~300 μm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化色轉換膜，其中該分隔物係為一光阻、一黑色矩陣、一白色矩陣、一金屬、一乾膜或其組合。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化色轉換膜，其中每一該畫素單元係分別為一紅色畫素單元、一綠色畫素單元、及一藍色畫素單元，且每一該畫素單元係分別包括：該基質、分散於該基質中之該散射粒子、及分散於該基質中之該量子點。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化色轉換膜，其中每一該畫素單元係分別為一紅色畫素單元、一綠色畫素單元、及一透明畫素單元，其中該紅色畫素單元及該綠色畫素單元係分別包括：該基質、分散於該基質中之該散射粒子、及分散於該基質中之該量子點，而該透明畫素單元係包括：該基質、及分散於該基質中之該散射粒子。
  11. 一種顯示裝置，包括：一發光源；以及 一圖案化色轉換膜，設於該發光源之一出光面上，其中，該圖案化色轉換膜包括：一分隔物，係間隔出複數開口；以及複數畫素單元，係分別設置於該開口內，其中每一該畫素單元分別包括：一基質、及分散於該基質中之複數散射粒子，且至少一該畫素單元包括複數量子點；其中，該畫素單元包括該量子點的體積百分濃度為大於等於5 V%且小於等於80 V%時，該散射粒子之粒徑係介於0.05~1 μm，該畫素單元包括該量子點的體積百分濃度為小於5 V%且大於等於0 V%時，該散射粒子之粒徑係介於0.2~2μm。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，更包括：一第一偏光板，係設置於該發光源上；一第一基板，係設置於該第一偏光板上，且該第一基板上設置有一第一電極；一第二基板，其一側上設置有一第二電極；一液晶層，設於該第一基板與該第二基板間；以及一第二偏光板，係設置於該第二基板之另一側上、或設置於該第二基板與該第二電極間；其中，該圖案化色轉換膜係設於該第一偏光板之面向該第二偏光板之一側之反側、或該第二偏光板之面向該第一偏光板之一側之反側。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之顯示裝置，其中該第二偏光板係設置於該第二基板之另一側上，且該圖案化色 轉換膜係設於該發光源與該第一偏光板間、或該第二偏光板上。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之顯示裝置，其中該第二偏光板係設置於該第二基板與該第二電極間，且該圖案化色轉換膜係設於該第二基板與該第二偏光板間。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，更包括：一第一電極；一有機材料層，係設於該第一電極上，且該有機材料層係作為該發光源；以及一第二電極，係設於該有機材料層上，使該有機材料層設於該第一電極與該第二電極間；其中，該圖案化色轉換膜係設於該第二電極上。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中該發光源係為一藍光發光源，而每一該畫素單元係分別為一紅色畫素單元、一綠色畫素單元、及一透明畫素單元，其中該紅色畫素單元及該綠色畫素單元係分別包括：該基質、分散於該基質中之該散射粒子、及分散於該基質中之該量子點，且該透明畫素單元係包括：該基質、及分散於該基質中之該散射粒子。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中該發光源係為一紫外光發光源，而每一該畫素單元係分別為一紅色畫素單元、一綠色畫素單元、及一藍色畫素單元，且每一該畫素單元係分別包括：該基質、分散於該基質中之該散射粒子、及分散於該基質中之該量子點。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中於每一該畫素單元中，該散射粒子係分別佔該畫素單元之體積濃度為0.5~20 V%。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中於每一該畫素單元中，該散射粒子之折射率係分別介於1.0~3.0，且該散射粒子之折射率係不同於該基質之折射率。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中於每一該畫素單元中，每一該散射粒子之材料係分別為無機粒子、透明聚合物、玻璃、孔洞、或其組合。
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