本發(fā)明涉及一種波長轉換材料，詳而言之，特別是涉及一種內反射型波長轉換組合物。

背景技術：

真實呈現栩栩如生的色彩一直是業(yè)界顯示器追求的目標，以OLED的鮮艷色彩為標桿，受限于背光模塊色彩表現的液晶顯示器仍有相當大的距離待努力。

近來高色純度的量子點(quantum dot)技術為液晶顯示器帶來希望，適當的量子點通過單一短波長(如藍光)LED激發(fā)，可放出不同色光(如綠光或紅光)，新型態(tài)的背光模塊讓液晶顯示器色域達到100％。目前業(yè)界有制作成膜片(如Nanosys QDEF)或封在玻璃管中(如QD Vision tube type)兩種。量子點粒徑小(約2至11nm)、具有熒光亮度強、光穩(wěn)定性良好、以及利用單一波長的光源便可以激發(fā)出多種不同波長的光波的特性，能使液晶顯示器RGB色彩更平衡，輕松表現出與OLED相當甚至超越的鮮艷色彩。

然而，量子點材料多選自II-VI族化合物、III-V族化合物、及IV-VI族化合物，且為了控制色純度，其粒徑分布必須精準且為單一分布(monodisperse)，制作不易造成價格過高。再則，量子效率受限于材料能階、表面缺陷修飾等等，不同類別材料效率差異也很大，其中，又以鎘系量子點(如CdSe)為最好，但是其毒性為人所詬病。對環(huán)境較親和的非鎘系量子點(如InP、CuInS₂)，則普遍效率有待改善。因此，考慮成本、減少有毒量子點用量與提高量子效率為第一要務。

此外，如同一般的納米材料，量子點分散也是影響效率的關鍵，因應不同的樹脂，量子點外層的配體(ligand)也有不同的設計。

因此，如何在不影響量子點分散性的情況下，有效增益，便成為相當重要課題。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種波長轉換組合物，包括：多個第一膽固醇液晶碎片；多個第一量子點；以及樹脂，該多個第一膽固醇液晶碎片與多個第一量子點分散于該樹脂中，當第一光線入射至該波長轉換組合物時，該多個第一量子點被該第一光線激發(fā)而發(fā)出波長不同于該第一光線的第二光線，且該第二光線在該波長轉換組合物中經過該多個第一膽固醇液晶碎片的多次反射而提高增益。

本發(fā)明還提供一種波長轉換結構，包括：第一阻層；以及形成于該第一阻層上的波長轉換層，形成該波長轉換層的材質包括樹脂及分散于該樹脂中的多個第一膽固醇液晶碎片和多個第一量子點，當第一光線入射至該波長轉換層時，該多個第一量子點被該第一光線激發(fā)而發(fā)出波長不同于該第一光線的第二光線，且該第二光線在該波長轉換層中經過該多個第一膽固醇液晶碎片的多次反射而提高增益。本發(fā)明又提供一種發(fā)光膜，包括：本發(fā)明所述的波長轉換結構；以及至少一光學層，形成于該波長轉換結構上。

本發(fā)明再提供一種背光元件，包括：透明管體，具有一容置空間；以及本發(fā)明所述的波長轉換組合物，填充于該容置空間中。

本發(fā)明的波長轉換組合物、由其所形成的波長轉換結構、發(fā)光膜與背光元件具有至少一種量子點和至少一種膽固醇液晶碎片，該樹脂中分散的膽固醇液晶碎片可有相同或不同螺距(pitch)。當量子點吸收能量較高的光波后，電子會產生能階躍升，當電子從高能階的狀態(tài)降到低能階的狀態(tài)時，則會發(fā)射出波長較長的激發(fā)光。在本發(fā)明中，通過量子點被激發(fā)所產生的激發(fā)光的波長與膽固醇液晶碎片的反射波長相合的設計，使當量子點激發(fā)的激發(fā)光在波長轉換組合物內與膽固醇液晶碎片多次接觸后，可由與其對應的膽固醇液晶碎片提供多次內反射，可提高同調性(coherence)，可提高增益及量子效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的波長轉換組合物的一具體實施例的示意圖；

圖2為本發(fā)明的波長轉換組合物的另一具體實施例的示意圖；

圖3為本發(fā)明的波長轉換結構的一具體實施例的剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明的波長轉換結構的另一具體實施例的剖面示意圖；

圖5為本發(fā)明的波長轉換結構的再一具體實施例的剖面示意圖；

圖6為本發(fā)明的發(fā)光膜的具體實施例的剖面示意圖；

圖7為本發(fā)明的背光元件的具體實施例的剖面示意圖；

圖8為顯示僅含量子點的樹脂的比較例1與含有反射波長與量子點激發(fā)光波長不同的膽固醇液晶碎片的比較例2的PL圖譜；以及

圖9為顯示僅含量子點的樹脂的比較例1與含有反射波長與量子點激發(fā)光波長相同的膽固醇液晶碎片的實施例1的PL圖譜。

符號說明

1、2、3 波長轉換結構

4 發(fā)光膜

5 背光元件

10 第一阻層

11 波長轉換層

100 樹脂

110 第一量子點

120 第一膽固醇液晶碎片

20 第二阻層

210 第二量子點

220 第二膽固醇液晶碎片

30 基材

40 波長轉換結構

41 光學層

50 透明管體

501 容置空間

51 波長轉換組合物

L1 第一光線

L2 第二光線

L3 第三光線。

具體實施方法

以下通過特定的具體實施例配合附圖說明本發(fā)明的實施方式，該領域技 術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發(fā)明的優(yōu)點及功效。在本發(fā)明說明書中所載的術語“尺寸”意指膽固醇液晶碎片的長、寬或任兩點的距離。同時，本發(fā)明說明書中所引用的如“上”、“第一”及“第二”等用語，也僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍。當然，本發(fā)明也可通過其它不同的實施方式加以施行或應用，在不悖離本發(fā)明所揭示的精神下，本說明書中的各項細節(jié)也可基于不同觀點與應用，并賦予不同的修飾與變更。

請參閱圖1，該圖是本發(fā)明的波長轉換組合物的示意圖。在該波長轉換組合物中，包括：樹脂100、分散于該樹脂100中的多個第一膽固醇液晶碎片120與多個第一量子點110，當第一光線L1入射至該波長轉換組合物時，該多個第一量子點110被該第一光線L1激發(fā)而發(fā)出波長不同于該第一光線L1的第二光線L2，且該第二光線L2在該波長轉換組合物中經過該多個第一膽固醇液晶碎片120的多次反射而提高增益。

圖1所示意者，以將該波長轉換組合物制成固態(tài)的波長轉換層，并設置于光源上或光源的傳輸路徑上為例作說明。另外，當該波長轉換組合物為液態(tài)時，可包含例如溶劑等其他成分。

當該光源所發(fā)出的第一光線L1通過本發(fā)明的波長轉換組合物時，該多個第一量子點110被第一光線L1激發(fā)而發(fā)出第二光線L2，該第二光線L2可繼續(xù)經多個第一膽固醇液晶碎片120反射增益，而提高光密度。

在本發(fā)明的一具體實施例中，以該波長轉換組合物的總重計，該多個第一膽固醇液晶碎片的含量為2至20％。

以碎片形式分散于該樹脂中的膽固醇液晶，有利于光線的反射，通常，多個第一膽固醇液晶碎片的橫向尺寸為其厚度2倍以上，或者高達3倍到5倍。在本發(fā)明的另一具體實施例中，該多個第一膽固醇液晶碎片的尺寸為5至150μm，其厚度為2至11μm。

在本發(fā)明的一具體實施例中，以該波長轉換組合物的總重計，該多個第一量子點的含量為0.5至10％。

在本實施例中，所選用的該多個第一膽固醇液晶碎片的反射波長范圍與多個第一量子點經激發(fā)后所產生的光波的波長(波峰值)相涵蓋，意指膽固醇液晶碎片的反射波長范圍包含量子點經激發(fā)后所產生的最強放光的波長，由該多個第一量子點所產生的第二光線L2能被該多個第一膽固醇液晶碎片 110多次反射。

在本實施例中，該多個第一膽固醇液晶碎片為將可光聚合的膽固醇液晶(或稱有旋光性的向列液晶，chiral nematic)配向至平面螺旋結構(planar structure alignment)，經曝光固化后，進行粉碎所得。通常，根據布拉格衍射(Bragg Diffraction)原理，膽固醇液晶的反射波長可由其螺旋螺距(pitch)所決定。目前，可制作出反射波長由30至2000nm的膽固醇液晶碎片。

根據本發(fā)明的精神，并未限定量子點所轉換的波長范圍或膽固醇液晶碎片的反射波長范圍，在非限制性的實施例中，該膽固醇液晶碎片的反射頻譜需涵蓋該量子點經激發(fā)后所產生的最強放光信號的尖峰，舉例而言，當該量子點經激發(fā)后所產生的最強放光信號的尖峰的波長為570nm(波峰值)時，該膽固醇液晶碎片的中心反射波長為570nm時(如本發(fā)明實施例1所使用者)，其反射頻譜的范圍為540nm至600nm。

此外，膽固醇液晶碎片還具有散射功能，不僅能提升波長轉換組合物中反饋增益量子效率，更能提高照射光的使用率。

在一具體實施例中，該多個第一膽固醇液晶碎片之間可具有相同的旋光性(handedness)，或者存在相反旋光性的多個第一膽固醇液晶碎片。

由于當可激發(fā)量子點放光的光線進入該波長轉換組合物時，該量子點所激發(fā)的光可區(qū)分為左旋光與右旋光。因此，當本實施例中的各該多個第一膽固醇液晶碎片間可具有相反的旋光性時，各該多個第一膽固醇液晶碎片可分別反射由量子點所產生的左旋光與右旋光等不同旋光性的激發(fā)光，遂能產生內部反饋(internal-feedback)而大大增益。

在本發(fā)明的一具體實施例中，形成該多個第一量子點的材質選自于由II/VI族化合物、III/V族化合物及IV/VI族化合物所組成群組的至少一者，其中，在該II/VI族化合物中以CdSe為優(yōu)選；在該IV/VI族化合物中以PbS為優(yōu)選；以及在該III/V族化合物中以InP為優(yōu)選。此外，該多個第一量子點的結構也可為單核(core)、核殼(core-shell)等形狀或以合金(alloy)形式存在于該樹脂中。當該多個第一量子點為殼核結構時，形成該核/殼結構的材質包括CdSe/ZnS、PbS/ZnS或InP/ZnS等，其中，又以CdSe/ZnS為優(yōu)選。當該量子點不為殼核結構時，形成該量子點的材料形狀可為點狀、棒狀、多角形、規(guī)則或不規(guī)則等形狀。

在本發(fā)明公開的一具體實施例中，該樹脂100為透明，例如選擇透光性 大于80％或大于85％的樹脂，更優(yōu)選大于90％的樹脂，于非限制性的實例中，該樹脂選自由環(huán)氧樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚酯纖維(polyester)、聚酰亞胺(polyimide)、聚氟化二乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)及膽固醇型液晶(cholesteric liquid crystal，CLC)樹脂所組成群組的至少一者。

在一具體實施例中，該樹脂100可使用膽固醇液晶樹脂，該膽固醇液晶樹脂不僅具有與多個第一膽固醇液晶碎片相同的反射波長外，其旋光性則可與膽固醇液晶碎片相同或相反。當該膽固醇液晶樹脂的旋光性與多個第一膽固醇液晶碎片的旋光性相反時，更可分別反射該量子點所產生的左旋光與右旋光，更能加強該第一光線的增益效果，以產生內部反饋而大大增益，遂提升本發(fā)明波長轉換組合物的波長轉換效果。

參閱圖2，在本發(fā)明的波長轉換組合物的另一具體實施例中，該波長轉換組合物還包括分散于該樹脂100中的多個第二量子點210與多個第二膽固醇液晶碎片220。當該光源所發(fā)出的第一光線L1通過本公開的波長轉換組合物時，該多個第一量子點110與多個第二量子點210分別經過該第一光線L1的激發(fā)而發(fā)出不同于該第一光線L1的第二光線L2與第三光線L3，該第二光線L2與第三光線L3可分別經由多個第一膽固醇液晶碎片120與多個第二膽固醇液晶碎片220的反射達到增益的效果，而提高光密度。

在本發(fā)明的一具體實施例中，以該波長轉換組合物的總重計，該多個第一量子點與多個第二量子點的含量總和為1至20％。

在本實施例中，形成該多個第二量子點的材質是選自于由II/VI族化合物、III/V族化合物及IV/VI族化合物所組成群組的至少一者，其詳細的材質的選擇與前述多個第一量子點相同，于此不再贅述。

在本發(fā)明的一具體實施例中，以該波長轉換組合物的總重計，該多個第一膽固醇液晶碎片與多個第二膽固醇液晶碎片的含量總和為4至40％。

以碎片形式分散于該樹脂中的膽固醇液晶，有利于光線的反射，通常，多個第二膽固醇液晶碎片的橫向尺寸為其厚度2倍以上，或者高達3倍到5倍。在本發(fā)明的一具體實施例中，該多個第二膽固醇液晶碎片的幾何平均直徑為5至150μm，其厚度為2至11μm。

第二膽固醇液晶碎片的材料的選擇上，其條件為該多個第二膽固醇液晶碎片的反射波長與多個第二量子點經激發(fā)后所產生的光波的波長相同，因 此，由該多個第二量子點所產生的第三光線L3能被該多個第二膽固醇液晶碎片220多次反射。

參閱圖3，該圖是本發(fā)明的波長轉換結構的一具體實施例的剖面示意圖。該波長轉換結構1包括：第一阻層10；以及波長轉換層11，形成于該第一阻層10上，其中，形成該波長轉換層11的材質包括樹脂100及分散于該樹脂100中的多個第一膽固醇液晶碎片120和多個第一量子點110。

當第一光線入射至該波長轉換層時，該多個第一量子點被該第一光線激發(fā)而發(fā)出波長不同于該第一光線的第二光線，且該第二光線在該波長轉換層中經過該多個第一膽固醇液晶碎片的多次反射而提高增益。于一具體實施例中，該波長轉換層的厚度為3至20微米。又，以該波長轉換層的總重計，該多個第一膽固醇液晶碎片的含量為2至20％，且該多第一量子點的含量為0.5至10％。

在又一具體實施例中，該波長轉換層復包括多個第二膽固醇液晶碎片及多個第二量子點，分散于該樹脂中，當第一光線入射至該波長轉換層時，該多個第二量子點被該第一光線激發(fā)而發(fā)出波長不同于該第一光線的第三光線，且該第三光線于該波長轉換層中經過該多個第二膽固醇液晶碎片的多次反射而提高增益。在此實施例中，以該波長轉換層的總重計，該多個第一膽固醇液晶碎片與多個第二膽固醇液晶碎片的含量總合為4至40％。

此外，在本發(fā)明的波長轉換結構中，該樹脂100為透明，例如選擇透光性大于80％或大于85％的樹脂，更優(yōu)選大于90％的樹脂，于非限制性的實例中，該樹脂選自由環(huán)氧樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚酯纖維(polyester)、聚酰亞胺(polyimide)、聚氟化二乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)及膽固醇型液晶(cholesteric liquid crystal，CLC)樹脂所組成組的至少一者。

在一具體實施例中，該樹脂100可使用膽固醇液晶樹脂，該膽固醇液晶樹脂不僅具有與多第一膽固醇液晶碎片相同的反射波長外，其旋光性則可與膽固醇液晶碎片相同或相反。當該膽固醇液晶樹脂的旋光性與多第一膽固醇液晶碎片的旋光性相反時，更可分別反射該量子點所產生的左旋光與右旋光，更能加強該第一光線的增益效果，以產生內部反饋而大大增益，遂提升本發(fā)明波長轉換組合物的波長轉換效果。

在本實施例中，形成該第一阻層10的材質選自聚對苯二甲酸乙二酯 (polyethylene terephthalate,PET)、玻璃、介電材料、氧化物(例如氧化硅(siliconoxide(SiO₂,Si₂O₃))、氧化鈦、氧化鋁)、以及上述兩材料的適當組合。

參閱圖4，本發(fā)明的波長轉換結構2還包括第二阻層20，形成于該波長轉換層11上，使該波長轉換層11夾置于該第一阻層10與第二阻層20之間。在本實施例中，形成該第二阻層20的材質選自聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、玻璃、介電材料、氧化物(例如氧化硅(siliconoxide(SiO₂,Si₂O₃))、氧化鈦、氧化鋁)、以及上述兩材料的適當組合。

參閱圖5，本發(fā)明的波長轉換結構3還包括基材30，形成于該第一阻層10與波長轉換層11之間。

在本發(fā)明中，通過該阻層如第一阻層10和第二阻層20的設置，得以保護該波長轉換層11的多個量子點，如多個第一量子點110不受外界水氣、氧氣的影響。該基材30則供波長轉換層11的形成之用，尤其是波長轉換層11的樹脂為膽固醇液晶樹脂時。又，倘若選用可配向處理的第一阻層10時，則可省略該基材30，直接將波長轉換層11形成于該第一阻層10上。通常，該基材30的材質是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、甲苯乙烯(methyl styrene,MS)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)或三醋酸纖維素(Triacetate Cellulose,TAC)。

在本實施例中，該基材30的厚度為10至200微米。

請參閱圖6，本發(fā)明提供一種發(fā)光膜4，包括：本發(fā)明所述的波長轉換結構40；以及至少一光學層41，形成于該波長轉換結構40上。在本實施例中，該光學層41可選自棱鏡片結構集光膜、膽固醇液晶反射偏光片或多層結構型的反射偏光片，以大幅減少量子點用量，更能同時仍維持極高的量子效率，增加發(fā)光增益。

請參閱圖7，該圖是本發(fā)明所述的波長轉換組合物在顯示器的側光式背光模塊的應用，該應用為一種背光元件5，包括：透明管體50，具有一容置空間501；以及本發(fā)明所述的波長轉換組合物51，填充于該容置空間501中。該透明管體50可使用透光性大于80％或大于85％的材料，更優(yōu)選大于90％的材料。舉例而言，該透明管體50是玻璃管。

實施例1本發(fā)明的波長轉換組合物

在溶在甲苯溶劑中的光可硬化樹脂UV298(購自肯美特公司 CHEM-MAT Technologies co.ltd)中加入2wt％由CdSe/ZnS形成的量子點與10wt％反射波長為570nm的膽固醇液晶碎片(LCP Technology GmbH型號HC Jade)，得到透明樹脂中均勻分散有量子點與膽固醇液晶碎片的本發(fā)明的波長轉換組合物。前述量子點可以吸收440至460nm的藍光LED光源，發(fā)出中心激發(fā)光波長為570nm的綠光。

提供一厚度為50μm的PET膜做為基材，將制備例1所制得的波長轉換組合物以1500rpm旋轉涂布在上，以100W/cm²的UV燈照射20秒后硬化成膜，得到厚度為10μm的波長轉換層。

比較例1

以與實施例1相同的制法制備，差別僅在于比較例1中并不含有膽固醇液晶碎片。

比較例2

以與實施例1相同的制法制備，差別僅在于比較例2中以反射波長510nm的膽固醇液晶碎片(LCP Technology GmbH型號HC Scarabeus)取代反射波長為570nm的膽固醇液晶碎片。

測試例：

本樣品以460nm藍光LED照射并以Ocean Optics公司的USB 4000型光譜儀紀錄激發(fā)光譜，對實施例1、比較例1與2所制得的波長轉換結構進行光激發(fā)熒光(photoluminescence，以下簡稱PL)圖譜的分析。

參閱圖8，該圖顯示比較例1與比較例2的波長轉換結構的PL圖譜。由圖可見，在PL波長540nm至560nm產生峰值，然而，相較于比較例1，比較例2中雖添加有膽固醇液晶碎片，由于該膽固醇液晶碎片反射波長與量子點所產生的激發(fā)光光波波長不同，無法利用該膽固醇液晶碎片進行多次反射，是以，該二比較例的PL圖譜相似，未顯示出光增益。

參閱圖9，本發(fā)明實施例1的于PL波長540nm至560nm的區(qū)間內產生峰值，且相較于比較例1，本發(fā)明實施例1的PL強度約為比較例1的兩倍。由前可見，當膽固醇液晶碎片的反射波長與量子點經激發(fā)后所產生的光波的波長相同時，由量子點所產生的激發(fā)光能被膽固醇液晶碎片多次反射，而能提升激發(fā)光密度，遂能提高出光增益。

綜上所述，本發(fā)明通過量子點被激發(fā)所產生的激發(fā)光的波長與膽固醇液晶碎片的反射波長相合的設計，使當量子點激發(fā)的激發(fā)光在波長轉換組合物 內與膽固醇液晶碎片多次接觸后，可由與其對應的膽固醇液晶碎片提供多次內反射，可提高同調性，可提高增益及量子效率。

上述實施形態(tài)僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何該領域技術人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施形態(tài)進行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。