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TWI587037B - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI587037B
TWI587037B TW105113905A TW105113905A TWI587037B TW I587037 B TWI587037 B TW I587037B TW 105113905 A TW105113905 A TW 105113905A TW 105113905 A TW105113905 A TW 105113905A TW I587037 B TWI587037 B TW I587037B
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TW
Taiwan
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light
layer
liquid crystal
display device
crystal display
Prior art date
Application number
TW105113905A
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English (en)
Other versions
TW201643513A (zh
Inventor
Hidehiro Morita
Ryota Mizusako
Norihiro Arai
Original Assignee
Ortus Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ortus Technology Co Ltd filed Critical Ortus Technology Co Ltd
Publication of TW201643513A publication Critical patent/TW201643513A/zh
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Description

液晶顯示裝置
本發明係關於一種液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置，作為電視機、個人電腦、手機、智慧型手機及平板終端裝置等各式各樣的電子機器的顯示裝置，已被廣泛地使用。
液晶顯示裝置，係藉由使穿透液晶層之光通過彩色濾光片而進行彩色顯示。然而，當來自液晶層的光穿透彩色濾光片時，穿透光之光強度會降低。藉此，會產生光的損失。
此外，液晶顯示裝置，係利用2片偏光板控制入射光與出射光的偏光。當光穿透此2片偏光板時，穿透光的光強度也會降低。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本特開2014-235891號公報
本發明提供一種可提高光的利用效率之液晶顯示裝置。
本發明之一態樣的液晶顯示裝置，其具備：光源部，其發出藍色光；第1基板，其與上述光源部對向配置；第2基板，其與上述第1基板對向配置；液晶層，其被夾持於上述第1及第2基板之間；及波長轉換部，其設置於上述第2基板，控制穿透上述液晶層之藍色光的波長，且具備量子點。
根據本發明，可提供一種能提高光的利用效率之液晶顯示裝置。
10‧‧‧液晶顯示裝置
11‧‧‧顯示面板
12‧‧‧光源部(背光)
20‧‧‧發光元件
21‧‧‧反射片
22‧‧‧導光板
23‧‧‧擴散片
31、32‧‧‧第1及第2基板
33‧‧‧液晶層
34‧‧‧密封材料
35‧‧‧開關元件
36‧‧‧絕緣層
37‧‧‧接觸件
38‧‧‧像素電極
40‧‧‧波長轉換部
40A‧‧‧透光層
40B‧‧‧波長轉換層
40C‧‧‧波長轉換層
41‧‧‧黑色遮罩
42‧‧‧共同電極
43、44‧‧‧相位差板
45、46‧‧‧偏光板
47‧‧‧濾光層
D‧‧‧量子點之直徑
λ‧‧‧波長
第1圖為說明量子點之原理的示意圖。
第2圖為本實施形態之波函數Φ(x)的曲線圖。
第3圖為說明根據量子點的直徑轉換入射光之波長的狀況的圖。
第4圖為顯示量子點的直徑與光的波長λ之關係的曲線圖。
第5圖為顯示量子點的直徑與光的波長λ之關係的曲線圖。
第6圖為第1實施形態之液晶顯示裝置的剖視圖。
第7圖為說明第1實施形態之液晶顯示裝置的動作的圖。
第8圖為第2實施形態之液晶顯示裝置的剖視圖。
第9圖為說明第2實施形態之液晶顯示裝置的動作的圖。
以下，參照圖式對實施形態進行說明。惟，應注意的是，圖式係示意性或概念性的圖，各圖式的尺寸及比率等不一定與實際之大小相同。此外，即使於顯示圖式彼此間相同部分的情況，有時也有相互之尺寸關係或比率被不同顯示之情況。尤其是，以下所示之幾個實施形態，係例示用以將本發明之技術思想具體化的裝置及方法者，本發明的技術思想並非由構成零件的形狀、結構、配置等所特定。再者，以下的說明中，對具有相同之功能及構成的要素賦予相同的符號，且僅於需要重複說明之情況下才進行說明。
[第1實施形態] [1]量子點的原理
本實施形態係利用量子點構成液晶顯示裝置。首先，對量子點的原理進行說明。
量子點係指具有量子侷限效應(quantum confinement effect)之既定尺寸的半導體顆粒。亦即，將載子(電子或電洞)侷限於半導體材料內之微細區域內者，即為量子點。
第1圖為說明量子點之原理的示意圖。考慮利用由以下的式(1)表示之位能V(x)進行運動的粒子。
V(x)=0(0≦x≦d)，且V(x)=∞(x<0、x>d)．．．(1)
式(1)中，0≦x≦d，則為自由粒子，“x<0、x>d”，則不存在粒子。式(1)係以第1(a)圖的井形位能顯示。於0≦x≦d的距離中，電子被侷限，如第1(b)圖所示，簡化規定一具有直徑d之量子點。
若使用式(1)求解薛丁格方程式(Schrodinger equation)，則波函數Φ(x)及能量E分別由以下的式(2)、(3)表示。
Φ(x)=(2/d)1/2sin(πx/d)．．．(2)
E=h2/8md2．．．(3)
其中， m：粒子的質量
h：普朗克常數
第2圖為以式(2)表示之波函數Φ(x)的曲線圖。
光的能量E係使用波長λ且由以下的式(4)表示。
E=hc/λ．．．(4)
其中，c：光速
將式(4)代入式(3)，則波長λ由以下的式(5)表示。
λ=8mcd2/h．．．(5)
由式(5)可知，光的波長λ與粒子(量子點)的直徑d的平方成比例。
其次，對使用量子點之光的波長轉換進行說明。第3圖為說明根據量子點的直徑d轉換入射光之波長的狀況的圖。第4圖為顯示量子點的直徑d與光的波長λ之關係的曲線圖。
將波長λ為455nm左右的藍色光作為射入量子點者。藍色光可使用LED(light-emitting diode)、或雷射進行發光。
根據量子點之直徑d，可轉換為具有λ≒550nm(d=0.41nm)、或λ≒670nm(d=0.45nm)之波長的光。再者，第4圖為將m作為電子之質量(有效質量)的情況下之曲線圖。例如，於將m設為較電子之質量小(m→0.0026m)之情況下，量子點之直徑d與光之波長λ的關係，成為如第5圖的曲線。
[2]液晶顯示裝置的構成
接著，對第1實施形態之液晶顯示裝置的構成進行說明。第6圖為第1實施形態之液晶顯示裝置10的剖視圖。液晶顯示裝置10具備顯示面板11及光源部(背光)12。
背光12例如由側光型(edge lighting)的照明裝置構成。背光12具備被依序層積之反射片21、導光板22及擴散片23。此外，背光12具備配置在導光板22之側面的發光元件20。擴散片23也可具備稜鏡片。
發光元件20係由發出藍色光的元件構成。例如，發光元件20係由一或複數個藍色LED(發光二極體)構成。來自發光元件20的照明光，係自導光板22之側面射入，並且由反射片21反射。由反射片21反射後的照明光，穿透導光板22及擴散片23，作為面光源朝顯示面板11射出。
顯示面板11具備對向配置的第1及第2基板31、32、及被夾持於第1與第2基板31、32之間的液晶層33。第1及第2基板31、32，分別由透明基板(例如，玻璃基板)構成。第1基板31係配置在光源部12側，來自光源部12的照明光，自第1基板31側射入液晶層33。顯示面板11之2個主面中的與光源部12相反側之主面，係顯示面板11之顯示面。
液晶層33係由液晶材料構成，該液晶材料係藉由貼合第1基板31及第2基板32之間的密封材料34而被封入。由密封材料34包圍的區域，係顯示面板11之顯示區域。液晶材料係根據施加於第1基板31及第2基板32之間的電場使液晶分子的配向被操作而改變光學特性。作為液晶模式，可採用VA(Vertical Alignment)模式、TN(Twisted Nematic)模式及水平(homogeneous)模式等各種的液晶模式。密封材料34例如由紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂或紫外線‧熱併用型硬化樹脂等構成，且於製程中被塗布於第1基板31或第2基板32之後，藉由紫外線照射或加熱等而被硬化。
顯示面板11具備複數個像素。第6圖中因簡化而擷取出3個像素作顯示，但實際上呈矩陣狀配置有複數個像素。於第1基板31之液晶層33側，與各像素對應地設置有開關元件35。作為開關元件35，例如使用TFT(Thin Film Transistor)，此外也可使用n通道TFT。TFT具備閘極電極、設置於閘極電極上的閘極絕緣膜、設置於閘極絕緣膜上的半導體層(例如非晶矽層)、及設 置於半導體層上的源極電極及汲極電極。在此，省略TFT之詳細圖示。
在開關元件35上設置有絕緣層36。於絕緣層36上與各像素對應地設置有像素電極38。像素電極38係設置於像素區域的大致全面。像素電極38經由接觸件37被電性連接於開關元件35之電流路徑一端(汲極電極)。開關元件35之電流路徑的另一端(源極電極)，被電性連接於用以供給像素電壓(驅動電壓)的信號線。開關元件35之閘極電極被電性連接於掃描線。
於像素電極38及絕緣層36上設置有控制液晶層33之配向的配向膜(未圖示)。
於第2基板32之液晶層33側設置有波長轉換部40。波長轉換部40，係轉換穿透液晶層33的光(藍色光)之波長，並射出藍色光、綠色光及紅色光。再者，藍色光、綠色光及紅色光，分別為具有既定波長頻帶的單色光。藍色光的波長頻帶為約420nm~495nm左右。綠色光的波長頻帶為約495nm~570nm左右。紅色光的波長頻帶為約600nm~700nm左右。再者，本說明書中使用「~」顯示的數值範圍係意味著於「~」前後所記載的數值包含作為下限值及上限值的範圍。
像素係由光的3原色即紅(R)、綠(G)、藍(B)構成。相鄰之R、G、B三色的組合成為顯示的單位(像素)，一個像素中的R、G、B之任一單色的部分，係被稱為子像素(sub-pixel)的最小驅動單位。開關元件35及像素電極38，係按每個子像素而設置。以下的說明中， 除需要特別區別像素與子像素之情況外，稱子像素為像素。
波長轉換部40具備與複數個像素對應設置的複數個構件。具體而言，波長轉換部40具備射出藍色光的透光層40A、射出綠色光的波長轉換層40B、及射出紅色光的波長轉換層40C。
透光層40A係不包含量子點的透明構件。透光層40A係供來自背光12的藍色光不進行波長轉換而直接穿透。透光層40A例如由丙烯酸樹脂構成。
波長轉換層40B包含複數個量子點。例如，波長轉換層40B，係將量子點混合於作為基材之丙烯酸樹脂中而形成。波長轉換層40B，係將來自背光12的藍色光之波長轉換為綠色光的波長。即，波長轉換層40B的量子點，具有能將藍色光的波長轉換為綠色光之波長的直徑d。
波長轉換層40C包含複數個量子點。波長轉換層40C，係將來自背光12的藍色光之波長轉換為紅色光的波長。即，波長轉換層40C的量子點，具有能將來自背光12的藍色光之波長轉換為紅色光的波長的直徑d。
於第2基板32上且相鄰之像素的邊界部分設置有遮光用的黑色遮罩(遮光膜)41。黑色遮罩41係配置於透光層40A、波長轉換層40B及波長轉換層40C的各者之間。黑色遮罩41係形成為網眼狀，且以大致覆蓋像素區域以外的方式形成。黑色遮罩41係用以遮蔽顏色不 同之相鄰像素間的不需要的光，且具有提高對比度的功能。
於波長轉換部40及黑色遮罩41上設置有共同電極42。共同電極42係呈平面狀地形成於整個顯示區域。
於共同電極42上設置有控制液晶層33之配向的配向膜(未圖示)。
顯示面板11具備相位差板43、44及偏光板45、46。相位差板43、44係以挾持第1及第2基板31、32的方式設置。偏光板45、46係以夾持相位差板43、44的方式設置。
偏光板45、46在與光的行進方向正交的平面內，具有相互正交的穿透軸及吸收軸。偏光板45、46，係在供具有隨機方向之振動面的光中，具有與穿透軸平行的振動面之直線偏光(直線偏光的光成分)穿透，且吸收具有與吸收軸平行的振動面之直線偏光(直線偏光的光成分)。偏光板45、46係以相互之穿透軸正交的方式，即以正交偏光(crossed Nicol)狀態下被配置。
相位差板43、44具有折射率異向性，且在與光的行進方向正交之平面內具有相互正交的遲相軸及進相軸。相位差板43、44具有對在分別穿透遲相軸與進相軸的既定波長的光之間賦予既定的延遲(將λ設為穿透的光的波長時，λ/4的相位差)之功能。即，相位差板43、44係由λ/4板構成。相位差板43、44具有將直線偏光轉換為圓偏光，且將圓偏光轉換為直線偏光的功能。
相位差板43、44係以相互之遲相軸正交的方式配置。相位差板43之遲相軸，係以相對於偏光板45之吸收軸構成大致45°的夾角之方式設定。相位差板44之遲相軸，係以相對於偏光板46的吸收軸構成大致45°之夾角的方式設定。再者，規定前述之偏光板及相位差板的角度，係設為包含能實現所希望的動作之誤差、及起因於製程的誤差者。例如，前述之大致45°，係設定為包含45°±5°的範圍者。此外，前述之正交，係設定為包含90°±5°的範圍者。
像素電極38、接觸件37及共同電極42，係由透明電極構成，例如使用ITO(銦錫氧化物)。作為絕緣層36，係使用透明的絕緣材料，例如，可使用氮化矽(SiN)。作為黑色遮罩41，係使用依序層積有氧化鉻及鉻(Cr)的層積膜、或黑色樹脂等。
[3]動作
其次，對如上述構成之液晶顯示裝置10的動作進行說明。第7圖為說明第1實施形態之液晶顯示裝置10的動作的圖。
背光12係作為照明光而發出藍色光(λ≒455nm)。來自背光12的藍色光，藉由偏光板45及相位差板43而成為圓偏光，且射入液晶層33。液晶層33根據顯示圖像而按每個像素控制相位差。穿透液晶層33的藍色光，射入波長轉換部40。波長轉換部40具有透光層40A、波長轉換層40B及波長轉換層40C。
透光層40A不包含量子點，且不對藍色光的波長進行轉換而直接使該藍色光射出。
波長轉換層40B，包含將藍色光的波長轉換為綠色光的波長之複數個量子點。藉此，波長轉換層40B，將藍色光的波長轉換為綠色光的波長，而射出綠色光。具體而言，射入波長轉換層40B之量子點的藍色光，被轉換為綠色光。
波長轉換層40C包含將藍色光的波長轉換為紅色光之波長的複數個量子點。藉此，波長轉換層40C，將藍色光的波長轉換為紅色光的波長，而射出紅色光。具體而言，射入波長轉換層40C之量子點的藍色光，被轉換為紅色光。
接著，穿透波長轉換部40的顯示光(含藍色光、綠色光及紅色光)，藉由相位差板44及偏光板46而成為直線偏光，且被觀察者辨識。如此，液晶顯示裝置10，可使用來自背光12的藍色光進行彩色顯示。
再者，液晶顯示裝置10，可將來自透光層40A的藍色光、來自波長轉換層40B的綠色光、及來自波長轉換層40C的紅色光混合而生成白色光。較佳為，此白光之色純度，係根據波長轉換層40B所含有之量子點的濃度、及波長轉換層40C所含有的量子點的濃度而決定，且控制量子點的濃度以使色純度更高。
[4]功效
如以上所詳述，第1實施形態中，液晶顯示裝置10，具備發出藍色光的光源部12、及接收來自光源 部12之藍色光的顯示面板11。顯示面板11具備：第1基板31，其與光源部12對向配置；第2基板32，其與第1基板31對向配置；液晶層33，其被夾持於第1及第2基板31、32之間；及波長轉換部40，其設置於第2基板32，控制穿透液晶層33的藍色光的波長，且具備量子點。波長轉換部40具備透光層40A、波長轉換層40B及波長轉換層40C。透光層40A不包含量子點，且供藍色光穿透。波長轉換層40B包含量子點，且將藍色光轉換為綠色光。波長轉換層40C包含量子點，且將藍色光轉換為紅色光。
藉此，根據第1實施形態，可利用波長短(能量高)的藍色光，生成波長較藍色光長的綠色光及紅色光。藉此，無須使用彩色濾光片，可實現彩色顯示。此外，可實現能效率良好地利用來自光源部12之照明光的液晶顯示裝置10。
此外，由於不使用彩色濾光片，因此能降低光的損失。藉此，可降低電力消耗，此外，變得可更明亮地顯示。
此外，因自液晶顯示裝置10射出的藍色光、綠色光及紅色光不仰賴彩色濾光片，因此可提高各單色光的色純度。藉此，可提高液晶顯示裝置10之色彩再現性。
[第2實施形態]
第2實施形態係為了進一步提高自波長轉換部40射出之綠色光及紅色光的色純度的實施例。
第8圖為第2實施形態之液晶顯示裝置10的剖視圖。波長轉換部40更具備分別與波長轉換層40B、40C對應而設置的濾光層47。於波長轉換層40B的光出射面(顯示面側的主面)設置有濾光層47。同樣地，在波長轉換層40C的光出射面(顯示面側的主面)設置有濾光層47。
濾光層47具有衰減(或吸收)藍色光的功能。作為濾光層47，例如可使用將黃色顏料作為色材混合於透明樹脂中而形成的黃色濾光片。其他之構成，係與第1實施形態相同。
第9圖為說明第2實施形態之液晶顯示裝置10的動作的圖。射入波長轉換層40B的藍色光被轉換為綠色光，此外，未被轉換成綠色光之藍色光的成分，藉由濾光層47而被衰減。同樣地，射入波長轉換層40C的藍色光被轉換為紅色光，此外，未被轉換成紅色光之藍色光的成分，藉由濾光層47而被衰減。
藉此，根據第2實施形態，可提高自液晶顯示裝置10射出的綠色光及紅色光的色純度。藉此，可提高液晶顯示裝置10的色彩再現性，並能提高畫質。其他之功效，係與第1實施形態相同。
本說明書中，板或薄膜係一種例示此構件的表現，並不限於此構成。例如，相位差板不限於板狀的構件，也可為具有說明書中記載之功能的薄膜或其他構件。偏光板不限於板狀的構件，也可為具有說明書中記載之功能的薄膜或其他構件。
上述各實施形態的液晶顯示裝置，可應用於具有圖像顯示功能之各式各樣的電子機器。例如，可應用於移動機器(手機、攜帶資訊終端、智慧型手機及平板終端裝置等)、遊戲機、筆記型電腦(個人電腦)、電視機、數位攝影機、數位相機、及掃描器等。
本發明不限於上述實施形態，只要在未超出其實質內容的範圍內，即可將構成要素變形且具體化。並且，上述實施形態包含有各種階段的發明，可藉由一實施形態所揭示之複數個構成要素的適宜組合、或不同實施形態所揭示的構成要素的適宜組合，構成各種的發明。例如，於即使自實施形態所揭示之全部構成要素中去除幾個構成要素，也能解決發明所欲解決的問題，而可獲得發明功效之情況下，可擷取去除了這些構成要素的實施形態作為發明。
10‧‧‧液晶顯示裝置
11‧‧‧顯示面板
12‧‧‧光源部(背光)
20‧‧‧發光元件
21‧‧‧反射片
22‧‧‧導光板
23‧‧‧擴散片
31、32‧‧‧第1及第2基板
33‧‧‧液晶層
34‧‧‧密封材料
35‧‧‧開關元件
36‧‧‧絕緣層
37‧‧‧接觸件
38‧‧‧像素電極
40‧‧‧波長轉換部
40A‧‧‧透光層
40B‧‧‧波長轉換層
40C‧‧‧波長轉換層
41‧‧‧黑色遮罩
42‧‧‧共同電極
43、44‧‧‧相位差板
45、46‧‧‧偏光板

Claims (7)

  1. 一種液晶顯示裝置，其特徵在於具備：光源部，其發出藍色光；第1基板，其與上述光源部對向配置；第2基板，其與上述第1基板對向配置；液晶層，其被夾持於上述第1及第2基板之間；及波長轉換部，其設置於上述第2基板，控制穿透上述液晶層之藍色光的波長，上述波長轉換部具備分別與像素對應設置的第1層、第2層及第3層，上述第1層不包含量子點，且供藍色光穿透，上述第2層包含量子點，且將藍色光轉換為綠色光，上述第3層包含量子點，且將藍色光轉換為紅色光，第1黃色濾光片，其設置於上述第2層之光出射側的主面；及第2黃色濾光片，其設置於上述第3層之光出射側的主面。
  2. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中上述第2層之量子點的直徑，係較上述第3層之量子點的直徑小。
  3. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中上述第2層之量子點的濃度、及上述第3層之量子點的濃度，係被設定為在使自上述第1至第3層射出的光混合之情況下成 為白色光。
  4. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中更具備第1及第2偏光板，該第1及第2偏光板，係以夾持上述第1及第2基板之方式設置。
  5. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中更具備：複數個像素，其設置於上述第1基板，且與複數個像素電極對應設置；及共同電極，其設置於上述波長轉換部上。
  6. 如請求項5之液晶顯示裝置，其中更具備複數個開關元件，這些開關元件係設置於上述第1基板，且被電性連接於上述複數個像素電極。
  7. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中更具備遮光膜，該遮光膜係設置於上述第1層、上述第2層及上述第3層之間。
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