CN108336119B - 像素单元、像素结构和显示面板 - Google Patents

Abstract

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种像素单元、像素结构和显示面板。该像素单元包括发光器件、设置在所述发光器件两侧的能量加强结构和光处理膜，所述能量加强结构增强所述发光器件发出的光的能量，所述光处理膜处理增强后的所述发光器件发出的光。进而，实现了一种包括上述像素单元的像素结构。该像素单元通过设置能量加强结构和光处理膜，可以实现长波长光激发短波长光的效果，多个像素单元可以进一步组合成像素结构，实现发光器件光能量的增强，并对发光器件光进行处理；该像素结构通过设置光能量加强结构以及光处理膜层，利用红光激发上转换原理实现全彩配置，既保证了发光效率又延长了发光器件的寿命。

Description

像素单元、像素结构和显示面板

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种像素单元、像素结构和显示面板。

背景技术

随着科学技术的发展，平板显示装置已取代笨重的CRT显示装置日益深入人们的日常生活中。尤其是有机发光二极管Organic Light-Emitting Diode，简称OLED)显示装置由于具备自发光、曲挠性而具备更广阔的应用前景。。

OLED发光器件至少包括依次层叠设置的阳极、发光层和阴极，其中的发光层采用荧光发光材料实现发光，但是不同颜色的荧光发光材料具有不同的寿命和发光效率。例如，蓝色荧光发光材料相对于绿色荧光发光材料和红色荧光发光材料寿命短、效率低，因此在像素结构的设置上，导致蓝色子像素开口大、功耗高，难以提高显示面板的PPI等。

传统的改善蓝色荧光发光材料寿命方法，一般是采用改善蓝色荧光发光材料结构，从而从提高蓝色荧光发光材料稳定性入手改善蓝色荧光发光材料的寿命和发光效率等。

研究一种新的像素结构，从而协调不同颜色的子像素发光材料发光效率和寿命成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中上述不足，提供一种像素单元、像素结构和显示面板，达到了协调不同颜色的子像素发光材料发光效率和寿命的目的。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该像素单元，包括发光器件、设置在所述发光器件两侧的能量加强结构和光处理膜，所述能量加强结构增强所述发光器件发出的光的能量，所述光处理膜处理增强后的所述发光器件发出的光。

一种像素结构，所述像素结构包括多个不同颜色的子像素，每一所述子像素均设置有相同的选定颜色的发光器件、分别位于所述发光器件两侧的能量加强结构和位于所述能量加强结构一侧的光处理膜层，所述选定颜色为多个不同颜色中光波最长的颜色；所述能量加强结构使得所述发光器件发出的光能量满足所述光处理膜层的转换要求；所述光处理膜层用于散射选定颜色的光或将所述选定颜色的光转换为不同颜色的光。

优选的是，所述能量加强结构包括至少一对能量匹配层对，所述能量匹配层对包括顺序叠置的第一折射层和第二折射层，所述第一折射层和所述第二折射层具有不同的折射率。

优选的是，所述第一折射层与所述第二折射层的折射率差大于等于0.4。

优选的是，每一所述第一折射层、每一所述第二折射层的厚度均为所述选定颜色的1/4波长。

优选的是，所述第一折射层包括TiO₂、SiO₂中的至少一种，所述第二折射层包括ZnS、MgF₂中的至少一种。

优选的是，所述发光器件至少包括依次层叠设置的阳极、发光层和阴极，不同颜色的子像素至少包括红色、绿色和蓝色，所述选定颜色为红色，所述发光器件的发光层采用红色发光材料形成。

优选的是，对应着所述选定颜色的所述子像素的所述光处理膜层为散射所述发光器件的选定色光的光散射膜层，所述光散射膜层采用掺杂颗粒的有机材料形成；

对应着除所述选定颜色以外的其他颜色的所述子像素的所述光处理膜层为使得所述发光器件的所述选定颜色转换为对应颜色的光转换膜层，所述光转换膜层采用包括掺杂稀土离子化合物的材料形成。

优选的是，所述光转换膜层包括绿光转换膜层和蓝光转换膜层，绿光转换膜层采用NaF作为基质，Y³⁺、Yb³⁺、Ho³⁺作为掺杂，柠檬酸作为掺杂剂的混合材料形成，蓝光转换膜层采用采用NaF作为基质，Y³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺作为掺杂，柠檬酸作为掺杂剂的混合材料形成；

所述光散射膜层包括红光散射膜层，掺杂颗粒的有机材料为掺杂ZnO和CaCO₃中至少一种颗粒的PMMA。

一种显示面板，包括上述的所述像素结构。

本发明的有益效果是：

该像素单元通过设置能量加强结构和光处理膜，可以实现长波长光激发短波长光的效果，多个像素单元可以进一步组合成像素结构，实现发光器件光能量的增强，并对发光器件光进行处理；

该像素结构通过设置光能量加强结构以及光处理膜层，利用红光激发上转换原理实现全彩配置，既保证了发光效率又延长了发光器件的寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1中像素单元的示意图；

图2A、图2B为本发明实施例2中像素结构的示意图；

图3为图2A、图2B中发光器件及能量加强结构的放大示意图；

图4A-图4D为包括顶发射型发光器件的像素结构的制备流程示意图；

图5A-图5C为包括底发射型发光器件的像素结构的制备流程示意图；

图6A、图6B为本发明实施例2中像素结构的工作原理示意图；

附图标识中：

1-发光器件；11-阳极；12-发光层；13-阴极；

2-能量加强结构；21-第一折射层；22-第二折射层；

3-光处理膜层；31-红光散射膜层；32-绿光转换膜层；33-蓝光转换膜层；

4-光学功能膜层；5-像素定义层；6-背板结构。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明像素单元、像素结构和显示面板作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种像素单元，该像素单元通过设置能量加强结构和光处理膜，从而实现对长波长光对短波长光的激发、转换，实现了不同颜色光的自由灵活转换。

如图1所示，该像素单元包括发光器件1、设置在发光器件两侧的能量加强结构2和光处理膜3，能量加强结构2增强发光器件1发出的光的能量，光处理膜3处理增强后的发光器件1发出的光。

该像素单元通过设置能量加强结构和光处理膜，可以实现长波长光激发短波长光的效果，多个像素单元可以进一步组合成像素结构，实现发光器件光能量的增强，并对发光器件光进行处理。

实施例2：

本实施例提供了一种像素结构，该像素结构通过设置光能量加强结构以及光处理膜层，利用红光激发上转换原理实现全彩配置，既保证了发光效率又延长了发光器件的寿命。

本实施例实现了一种包括实施例1的像素单元的像素结构。

图2A以顶发射型发光器件为示例，图2B以底发射型发光器件为示例，该像素结构包括多个不同颜色的子像素，其每一子像素均设置有相同的选定颜色的发光器件1、光处理膜层3以及能量加强结构(能量加强结构在图2A、图2B未示出，请参考图3的局部放大图)，能量加强结构分别设置于发光器件1两侧，光处理膜层3设置于发光器件1的出光侧的能量加强结构的外围。其中，选定颜色为多个不同颜色中光波最长的颜色，光处理膜层3用于散射选定颜色的光或将选定颜色的光转换为不同颜色的光，能量加强结构2使得发光器件1发出的光能量满足光处理膜层3的转换要求。

该像素结构中，所有子像素中的发光器件1均为相同的选定颜色，不同颜色主要体现为光处理膜层3散射或转换后的颜色。

其中，发光器件1至少包括依次层叠设置的阳极11、发光层12和阴极13，不同颜色的子像素至少包括红色、绿色和蓝色，选定颜色为红色，即所有子像素中的发光器件1均为红光发光器件。采用红光作为激发光源，红光发光材料的寿命远超蓝光发光材料、发光效率也更高，从而规避了由于蓝光发光材料寿命短而限制发光器件1整体寿命的问题，有效提高器件的整体寿命，同时保证更好的器件效率。

发光器件1的发光层采用红色发光材料形成，红色发光材料包括含Ir配合物的材料形成，例如双(1-苯基异喹啉)(乙酰丙酮)铱(III)，即Ir(piq)₂(acac)(英文名称为：Bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium(III))，或三(1-苯基异喹啉)铱(III)，即Ir(piq)₃(英文名称为：Tris(1-phenylisoquinoline)iridium(III))。

因此，本实施例的像素结构中，对应着选定颜色的子像素的光处理膜层3为，使得发光器件1散射选定色光的光散射膜层，这里为红光散射膜层31；对应着除选定颜色以外的其他颜色的子像素的光处理膜层3为，使得发光器件1的选定颜色转换为对应颜色的光转换膜层，这里为绿光转换膜层32和蓝光转换膜层33。

红光散射膜层31采用包括具有掺杂颗粒的有机材料形成，掺杂颗粒的有机材料为掺杂ZnO和CaCO₃中至少一种颗粒的PMMA，可改善红光散射性，保证红光的视角。

转换膜层采用包括掺杂稀土离子化合物的材料形成，绿光转换膜层32采用NaF作为基质，Y³⁺、Yb³⁺、Ho³⁺作为掺杂，柠檬酸作为掺杂剂的混合材料形成；蓝光转换膜层33采用NaF作为基质，Y³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺作为掺杂，柠檬酸作为掺杂剂的混合材料形成。

优选的是，光处理膜层3的上方还设置光学功能膜层4，该光学功能膜层4本身具有光干涉效果，改善出光效率。

由于要使一个分子在吸收一个光子处于亚稳态，在回到基态之前再吸收一个光子到更高的能级，需求亚稳态的寿命得足够长，光子的密度够高，普通红光无法激发转换材料。本实施例的像素结构中红光发光器件作为激发光源、由位于其两侧的能量加强结构2组成仿泵浦式的红光能量增强结构。所谓泵浦(pumping)即指给激光工作物质提供能量使其形成粒子数反转的过程。

对于光处理膜层3，对于选定颜色的光只需进行散射出光，而对于非选定颜色的光则需进行上转换发光(up-conversion)。上转换发光即反-斯托克斯发光(Anti-Stokes)，由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，即波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。上转换发光即实现与上述斯托克斯定律正好相反的发光效果，由波长长的频率低的激发出波长短的频率高的光。目前上转换发光原理目前主要集中在材料方面，而对于发光器件1目前几乎未见研究。

本实施例中的像素结构，在使用红光发光材料作为激发光材料的基础上，设置仿泵浦的能量加强结构2能增加光子的密度，使处于亚稳态的分子更快地吸收一个光子从而进入到高的能级，避免了简单的红光发光器件材料所发红光能量不能满足上转换发光需求，使得红光激发上转换材料发光成为可能。

参考图3，能量加强结构2在红光发光器件上下两侧循环堆叠，具体的堆叠组数根据实际结构而定。位于其两侧的能量加强结构2可视为顶镜(top mirror)和底镜(bottommirror)，由折射率匹配的有机材料膜层组成。能量加强结构2包括至少一对能量匹配层对，能量匹配层对包括第一折射层21和第二折射层22，第一折射层21和第二折射层22具有不同的折射率。能量匹配层对由n1、n2两种折射率的材料形成，优选的是，第一折射层21与第二折射层22的折射率差大于等于0.4，即由n1、n2两种折射率相差0.4以上材料依次堆叠组成。

其中，第一折射层21包括氧化钛TiO₂、氧化硅SiO₂中的至少一种，第二折射层22包括硫化锌ZnS、氟化镁MgF₂中的至少一种。

第一折射层21与第二折射层22的厚度为选定颜色的1/4波长，从而构成增强选定波长光的能量的物理条件，达到预计的加强效果。这里应该理解的是，n1、n2材料层厚度以及重复层对数(10组、20组或者更多)根据使用红光发光材料光谱峰值以及所对应激发蓝光上转换材料或绿光上转换材料决定。例如，根据上转换发光的激发公式，计算红光所需最低能量，然后确定增强系数和n1/n2材料组反射率，最后计算出最少能量匹配层对数。

该像素结构在使用长寿命、高发光率的红光发光材料作为激发光的基础上，通过仿泵浦器件结构设计的能量加强结构有效增强红光能量，提高发光强度，保证红光能量达到激发光或者说上转换的能量需求，使得两个光子激发一个光子的方式来激发光转换层来保证发光器件效率，当红光能量达到要求时，该过程即可顺利实现，达到上转换发光的效果，有效改善器件发光效率和提高器件寿命，使得发光器件电致发光效率更高，寿命(lifetime)更长。

对于目前研究的另一种光激发方式——QOLED(量子点发光OLED)，其转化发光原理为下转换发光方式，与本发明所使用上转换发光原理的主要区别在于：QOLED由短波长的蓝光激发，仅有简单的蓝光发光器件以及受激发光结构组成即可。长波长的光是属于能量较低的光，而短波长的光属于能量较高的光。根据能量守恒的原理一个短波长的光激发长波长的光是比较容易的，一个长波长的光子难以激发一个短波长的光子。从能量守恒的角度来看，只能两个以上的长波长的光子才能激发一个短波长的光子。但是要使一个分子在很短的时间里吸收到两个光子，是非常困难的。

基于上述原因，根据上转换发光原理，要使一个分子在吸收一个光子处于亚稳态，在回到基态之前再吸收一个光子到更高的能级，这是比较困难的。目前由这种简单结构构成能够实现的，唯有使用红外发光材料作为激发光材料，然而红外发光材料效率低，寿命短，更多的放在结构简单易于制备的QOLED上，难以应用到显示领域的像素结构中。

相比上述采用短波长的蓝光下转化激发方式和采用高能量的红外光上转换激发方式，本实施例使用红光发光材料作为激发光材料，具有更高的电致发光效率和更长的寿命。

相应的，本实施例还提供了一种像素结构的制备方法，该像素工艺简单，更易于制备。

为保持顶发射型发光器件原有的背板结构，将光处理膜层3直接对应子像素结构沉积在发光器件1上，使像素结构的能量达到要求。

参考图4A-图4D，对于如图2A所示的顶发射型发光器件，其制备方法包括：

步骤S1)：形成发光器件背板结构。

如图4A所示，形成顶发射型发光器件1的背板结构6，背板结构6中设置有多个薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)，图4A中未具体示出。

步骤S2)：形成能量加强结构和发光器件。

如图4B所示，采用开放式掩模板(open mask)蒸镀沉积底层的能量加强结构2、发光器件1和顶层的能量加强结构2的各层结构。其中的能量加强结构2设置在发光器件1的两侧，形成第一折射层21和第二折射层22的材料交替沉积，至少存在两层以上即可(具体层数根据计算结果和实际效果来定)，形成为类似有机激光泵浦发射器结构，通过调节第一折射层21和第二折射层22的膜厚及层对数，可有效调节红光能量，达到激发上转换发光材料效果。

其中，该发光器件1的制备中，在图4B示例的图形中，阳极11的下方设有一能量加强结构2，接着采用金属材料形成反射型阳极11，再形成像素限定层5、发光层12，然后形成半透半反阴极13(图4B中未具体示出)。

步骤S3)：形成光处理膜层。

如图4C所示，采用精细金属掩模板(Fine Metal Mask，简称FMM)方式，根据子像素结构分别形成红光散射膜层31、绿光转换膜层32和蓝光转换膜层33。在图4C示例的图形中，在光处理膜层3(即红光散射膜层31、绿光转换膜层32和蓝光转换膜层33的综合)的下方、阴极13的上方设有一能量加强结构2。

其中红光散射膜层31采用包括具有掺杂颗粒的有机材料形成，绿光处理膜层32、蓝光处理膜层33采用包括掺杂稀土离子化合物的材料组成，构成包括了RGB三基色子像素的像素结构。

步骤S4)：对上述结构进行封装。

如图4D所示，形成光学功能膜层4，然后采用正常工艺流程沉积封装结构进行封装。

该像素结构的发光器件采用金属材料形成具有反射性能的阳极和半透半反阴极，以顶发射型发光器件形成子像素结构。

为使像素结构的能量达到要求，将光处理膜层3直接对应子像素结构沉积在发光器件1下，可以保持底发射型发光器件原有的背板结构。

参考图5A-图5C，对于如图2B所示的顶发射型发光器件1，其制备方法包括：

步骤S1)：形成发光器件背板结构。

如图5A所示，形成底发射型发光器件1的背板结构6，背板结构6中设置有多个薄膜晶体管(图5A中未具体示出)，并完成平坦层的制备。

步骤S2)：形成光处理膜层。

如图5B所示，采用精细金属掩模板蒸镀沉积方式，或者采用光刻法(photo)结合湿法刻蚀方式或者干法刻蚀方式，在平坦层上方根据子像素结构分别形成红光散射膜层31、绿光转换膜层32和蓝光转换膜层33。其中红光散射膜层31采用包括具有掺杂颗粒的有机材料形成，绿光处理膜层32、蓝光处理膜层33采用包括掺杂稀土离子化合物的材料组成。

步骤S3)：形成能量加强结构和发光器件。

如图5C所示，首先形成像素定义层5(Pixel Define Layer，简称PDL)以间隔相邻子像素。

接着，采用开放式掩模板蒸镀沉积底层的能量加强结构2、发光器件1和顶层的能量加强结构2的各层结构。同样的，其中的能量加强结构2设置在发光器件1的两侧，形成第一折射层21和第二折射层22的材料交替沉积，至少存在两层以上即可(具体层数根据计算结果和实际效果来定)，形成为类似有机激光泵浦发射器结构，构成包括了RGB三基色子像素的像素结构。通过调节第一折射层21和第二折射层22的膜厚及层对数，可有效调节红光能量，达到激发上转换发光材料效果。

该发光器件1的制备中，先采用ITO材料形成透明性能的阳极11(图5C中未具体示出)，再形成发光层12，最后采用金属材料形成具有反射性能的阴极13。

步骤S4)：对上述结构进行封装。

采用正常工艺流程沉积封装结构进行封装。

该像素结构的发光器件采用透明材料形成具有透明性能的阳极和反射性能的阴极，以底发射型发光器件形成子像素结构。

经过上述工艺，可以构成利用红光发光器件激发光处理膜层得到全彩显示的像素结构，从而避免由蓝光发光材料导致的器件寿命不足问题。

本实施例的像素结构的工作原理请参考图6A(顶发射型)、图6B(底发射型)，其中发光器件通过能量增强结构获得足够的能量，照射到红光散射膜层进行散射视角改善，照射到绿光转换膜层进行激发发出绿光，照射到蓝光转换膜层进行激发发出蓝光，最后通过光学膜层进行出光效率调节。

该像素结构通过设置光能量加强结构以及光处理膜层，利用红光激发上转换原理实现全彩配置，既保证了发光效率又延长了发光器件的寿命。

实施例3：

本实施例提供一种显示面板，该显示面板包括实施例2的显示面板。

该显示面板可以为：台式电脑、平板电脑、笔记本电脑、手机、PDA、GPS、车载显示、投影显示、摄像机、数码相机、电子手表、计算器、电子仪器、仪表、液晶面板、电子纸、电视机、显示器、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件，可应用于公共显示和虚幻显示等多个领域。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种像素结构，所述像素结构包括多个不同颜色的子像素，其特征在于，每一所述子像素均设置有相同的选定颜色的发光器件、分别位于所述发光器件两侧的能量加强结构和位于所述能量加强结构一侧的光处理膜层，所述选定颜色为多个不同颜色中光波最长的颜色；所述能量加强结构使得所述发光器件发出的光能量满足所述光处理膜层的转换要求；所述光处理膜层用于散射选定颜色的光或将所述选定颜色的光转换为不同颜色的光；

所述发光器件至少包括依次层叠设置的阳极、发光层和阴极，不同颜色的子像素至少包括红色、绿色和蓝色，所述选定颜色为红色，所述发光器件的发光层采用红色发光材料形成；

对应着所述选定颜色的所述子像素的所述光处理膜层为散射所述发光器件的选定色光的光散射膜层，所述光散射膜层采用掺杂颗粒的有机材料形成；

对应着除所述选定颜色以外的其他颜色的所述子像素的所述光处理膜层为使得所述发光器件的所述选定颜色转换为对应颜色的光转换膜层，所述光转换膜层采用包括掺杂稀土离子化合物的材料形成；

所述光转换膜层包括绿光转换膜层和蓝光转换膜层，绿光转换膜层采用NaF作为基质，Y³⁺、Yb³⁺、Ho³⁺作为掺杂，柠檬酸作为掺杂剂的混合材料形成，蓝光转换膜层采用采用NaF作为基质，Y³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺作为掺杂，柠檬酸作为掺杂剂的混合材料形成；

所述光散射膜层包括红光散射膜层，掺杂颗粒的有机材料为掺杂ZnO和CaCO₃中至少一种颗粒的PMMA；

所述能量加强结构包括至少一对能量匹配层对，所述能量匹配层对包括顺序叠置的第一折射层和第二折射层，所述第一折射层和所述第二折射层具有不同的折射率；

每一所述第一折射层、每一所述第二折射层的厚度均为所述选定颜色的1/4波长。

2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一折射层与所述第二折射层的折射率差大于等于0.4。

3.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一折射层包括TiO₂、SiO₂中的至少一种，所述第二折射层包括ZnS、MgF₂中的至少一种。

4.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的所述像素结构。

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