CN109087984B - 荧光增益胶膜及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光增益胶膜及其制作方法。所述荧光增益胶膜包括周期性或非周期性的纳米球状孔洞结构。通过所述结构，能够显著地改进发光装置的出光表现及其效率。
Description
技术领域
本发明提供了一种荧光增益胶膜及其制作方法，尤指一种具有周期性或非周期性的纳米球状孔洞结构的荧光增益胶膜及其制作方法。
背景技术
彩色面板或是如LED等发光组件，如今在人们的日常生活中有了越来越广泛而重要的应用。其应用范围包括了电视、计算机、平板计算机、智能型手机等等。
而在现有技术中的彩色面板所显示的色彩主要取决于显示器背光源所发出光的颜色成份，现有的主流彩色面板通常是采用冷阴极荧光管(CCFL)或白光发光二极管(WLED)作为背光源(Backlight) 等。
一般而言，如背光源为白光发光二极管(WLED)，其利用蓝光 LED激发无机绿色和红色荧光粉在经过彩色滤光片时，因此型式白光发光二极管(WLED)发光光谱半高宽较宽，故产生的红、绿、蓝三原色的色纯度低，导致所能显示的颜色会局限在一个较窄色域NTSC制式(National Television System Committee,NTSC)内。因此，此类彩色面板所显示的画面颜色较原始物体暗淡。
基于上述理由，许多人开始研究如何让彩色面板能有更好的出光亮度或是色彩表现。现今主要的技术都是在发光装置或是面板的结构中多增添一或多层的量子点光学膜(QD Film)，来改变发光光谱的特性及表现。但现有的技术中，仍缺少一项有效的技术能够达到全面性改善出光强度、窄发光光谱或是色域的等问题。
发明内容
为解决现有技术中所提及的问题，本发明提供了一种荧光增益胶膜及其制作方法。所述的荧光增益胶膜包括一骨架胶体及一纳米球状孔洞结构。其中所述骨架胶体为薄膜状，而所述纳米球状孔洞结构则设于所述骨架胶体中，所述纳米球状孔洞结构分布为周期性或非周期性排列结构。
此外，本发明更提供了一种荧光增益胶膜的制作方法，主要包含步骤a～d。首先执行步骤a，将多个纳米球堆栈为周期性或非周期性的一堆栈结构。接着执行步骤b，以一骨架胶体渗入所述堆栈结构的缝隙间，遂执行步骤c，固化所述骨架胶体，并以一去球剂去除所述堆栈结构中的所述多个纳米球。最后，执行步骤d，制作完成一荧光增益胶膜，所述荧光增益胶膜中包含周期性或非周期性的一纳米球状孔洞结构。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明实施例制作方法的流程图。
图2是本发明实施例堆栈结构示意图。
图3是本发明实施例骨架胶体暨堆栈结构示意图。
图4是本发明实施例骨架胶体暨纳米球状孔洞结构示意图。
图5是本发明实施例骨架胶体暨纳米球状荧光结构示意图。
图6是本发明实施例堆栈结构电子显微镜图。
图7是本发明另一实施例堆栈结构电子显微镜图。
图8是本发明实施例骨架胶体暨堆栈结构电子显微镜图。
图9是本发明实施例骨架胶体暨周期性纳米球状孔洞结构电子显微镜图。
图10是本发明另一实施例骨架胶体暨非周期性纳米球状孔洞结构电子显微镜图。
图11是本发明实施例骨架胶体暨周期性纳米球状荧光结构电子显微镜图。
图12是本发明另一实施例骨架胶体暨非周期性纳米球状荧光结构电子显微镜图。
图13是本发明实施例各波长色光的光强度暨结构反射率折线图。
图14是本发明另一实施例各波长色光的光强度暨结构反射率折线图。
图15是本发明实施例及一般荧光胶膜各波长色光的光强度比较图。
具体实施方式
为能了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，下面进一步以如图式所示的较佳实施例，详细说明如后：
首先请参照图1，图1是本发明实施例制作方法的流程图。在图1 中，展现出了本发明实施例荧光增益胶膜的制作方法。首先执行步骤 a，将多个纳米球堆栈为周期性或非周期性的一堆栈结构。接着执行步骤b，以一骨架胶体渗入所述堆栈结构的缝隙间，遂执行步骤c，固化所述骨架胶体，并以一去球剂去除所述堆栈结构中的所述多个纳米球。最后，执行步骤d，制作完成一荧光增益胶膜，所述荧光增益胶膜中包含周期性或非周期性的一纳米球状孔洞结构。
首先，步骤a中，将多个纳米球堆栈为周期性或非周期性的一堆栈结构。请同时参照图2、图6及图7，图2是本发明实施例堆栈结构示意图；图6是本发明实施例堆栈结构电子显微镜图；图7是本发明另一实施例堆栈结构电子显微镜图。在步骤a中，如图2所示，先将纳米球100堆栈为周期性或非周期性的堆栈结构101。其中，图6展示了当纳米球100堆栈为周期性的堆栈结构101a时的实际情况；而图7中则展示了当纳米球100堆栈为非周期性堆栈结构101b时的情况。
本实施方式中，多个纳米球100可选用硅化合物或高分子聚合物为主体。更精确地来说，多个纳米球100可选用二氧化硅(SiO2)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate)所形成的直径10纳米至 1000纳米粒径大小的纳米球100，本发明并不加以限制。
本实施方式中，纳米球100堆栈为周期性或非周期性的堆栈结构 101的方式可以通过喷墨式(ink-jet)、喷洒式(spray)、喷嘴式(nozzle)、刮刀式(blade)、旋转式(spin)或狭缝式(slit)产生。
而堆栈结构101其堆栈的形式具有周期性时，亦可选为体心立方式(Body-Centered Cubic Crystal Structure)、面心立方式(Face-Centered Cubic CrystalStructure)和简单立方式(Simple cubic lattice)的晶体结构，并且多个纳米球100间的排列可以为四角和六角的松散式 (non-close-packed crystal structure)或紧密式(close-packed crystal structure)晶格结构。
每一个体心立方单位里含有2个纳米球100，有8个角落纳米球 100，角落每一个纳米球100系八分之一个纳米球100，在中心的单一纳米球100，则全部包含于此单位中，体心立方式的纳米球100堆积密度为68％；每一面心立方式单位共有4个纳米球100，内含有8个角落纳米球100和6个面心纳米球100，面心纳米球100为二分之一个纳米球 100，加总共有4个完整纳米球100被分配于一单位，其纳米球100堆积密度为74％；简单立方在每个单位内含有8个角落纳米球100，共有1 个完整纳米球100被分配于一单位，纳米球100堆积密度为52％。
接着，步骤b中，以一骨架胶体渗入所述堆栈结构的缝隙间。请同时参照图3及图8，图3是本发明实施例骨架胶体暨堆栈结构示意图；图8是本发明实施例骨架胶体暨堆栈结构电子显微镜图。步骤b 是以迭结构101作为基础，将液态的骨架胶体200渗入无论是周期性或是非周期性的堆栈结构101缝隙间。本实施方式采用的液态骨架胶体 200可以为混合荧光材料的光固化胶或热固化胶，或者纯光固化胶或热固化胶。
本实施方式中的光固化胶可以为紫外光固化胶，更进一步来说光固化胶的的材料包含丙烯酸酯单体、丙烯酸酯寡聚合物单体，或其组合。本实施方式中采用丙烯酸酯单体实施。主因丙烯酸酯具有优良的耐候性、透明性、保色性和力学强度，而丙烯酸酯单体可选自二缩三丙二醇二丙烯酸酯(Tripropylene glycol diacrylate,TPGDA)、新戊二醇二丙烯酸酯(Neopropylene glycol diacrylate,NPGDA)、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯(Propoxylated neopropylene glycol diacrylate, PO-NPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(Trimethyloipropane triacrylate,TMPTA)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(Ethoxylated trimethyloipropane triacrylate,EO-TMPTA)、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(Propoxylated trimethyloipropane triacrylate,PO-TMPTA)、丙氧基化甘油三丙烯酸酯(Propoxylated glyceryl triacrylate,GPTA)、二-(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯(Di-trimethyloipropane tetraacrylate, di-TMPTA)、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(Ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate,EO-PETA)、二季戊四醇六丙烯酸酯(Dipentaerythritol hexaacrylate,DPHA)或其组合。
当然，本实施方式中的光固化胶亦可选用丙烯酸酯寡聚合物单体作为光固化树脂材料，如环氧丙烯酸酯(Epoxy acrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(Urethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(Polyester acrylate,PEA)、不饱和聚酯丙烯酸酯(Unsaturated polyesteracrylate,UPE)、胺基丙烯酸酯(Amine acrylate)、聚硅氧烷丙烯酸酯 (Siliconacrylate)或其组合。
如果是以热固化胶作为实施方式，则可选用热固化硅胶树脂。热固化胶系利用烤箱加热或添加硬化剂的方式使骨架胶体200固化。而本实施例中选用的热固化胶包含甲基硅(Methyl silicon)、苯基硅 (Phenyl silicon)或其组合。本实施方式中，渗入完成的骨架胶体200，产生的骨架胶体200薄膜厚度介于0.001mm至1.0mm之间。
在其他可能的实施方式中，骨架胶体200还包括荧光材料。所述荧光材料可以选自量子点、荧光粉、染料或其组合。具体来说，量子点、荧光粉、染料可以趁骨架胶体200尚为液态时混入其中。依照骨架胶体200的材质不同，可以透过不同的溶剂，如甲苯(Toluene)或乙醇(EtOH)等协助混入。本发明并不加以限制。
待步骤b完成后，接着执行步骤c，固化所述骨架胶体，并以一去球剂去除所述堆栈结构中的所述多个纳米球。首先，固化骨架胶体200 的方式是依照骨架胶体200的种类不同而选用不同的方式。如骨架胶体200为含有光硬化剂的光固化胶，则施以如紫外线等外部环境因素予以固化；反之如为热固化胶时，则施以如烤箱加热等方式予以固化。待骨架胶体200固化完成后，请同时参照图4、图9及图10，图4是本发明实施例骨架胶体暨纳米球状孔洞结构示意图；图9是本发明实施例骨架胶体暨周期性纳米球状孔洞结构电子显微镜图；图10是本发明另一实施例骨架胶体暨非周期性纳米球状孔洞结构电子显微镜图。
如图4所示，待骨架胶体200固化完成后，步骤c将以去球剂去除堆栈结构101中的所述多个纳米球100。去除完成后仅存的骨架胶体 200便会如图4、图9及图10的示意一般。在本实施方式中，当多个纳米球100的材质选用为硅化合物时，去球剂选用为氢氟酸(HF)。可以在不腐蚀骨架胶体200的前提下去除堆栈结构101中的多个纳米球 100。而当多个纳米球为高分子聚合物时，去球剂选用有机溶剂来达成目的。
本实施方式中，作为去球剂的有机溶剂可以为乙醇、二氯甲烷、苯、四氯甲烷或氯仿。其中，本实施方式又以氯仿(Chloroform)为佳。但在考虑骨架胶体200为光固化胶或热固化胶时选用的材质不同的情况下，对于有机溶剂的选用应选择为仅侵蚀多个纳米球100而不侵蚀骨架胶体200者去实施。
待去球剂将多个纳米球100侵蚀完成后，会相应形成多个纳米球状孔洞300。便可如步骤d中所揭示的一般，制作完成一荧光增益胶膜，所述荧光增益胶膜中包含周期性或非周期性的一纳米球状孔洞结构。正如图4、图9及图10所示的一般，如果多个纳米球100排列为周期性的堆栈结构101a时(如图6所示)，则步骤d中由相应多个纳米球状孔洞300形成的纳米球状孔洞结构301便会如图9一般成为周期性的纳米球状孔洞结构301a；反之，如果多个纳米球100排列为非周期性的堆栈结构101b时(如图7所示)，则步骤d中由相应多个纳米球状孔洞300 形成的纳米球状孔洞结构301便会如图10一般成为非周期性的纳米球状孔洞结构301b。
由图9及图10可知，实际上步骤d所制作出的荧光增益胶膜中，无论是周期性的纳米球状孔洞结构301a或非周期性的纳米球状孔洞结构301b中，各个纳米球状孔洞300都具有小孔得以互相连通。因此，请同时参照图13～图15的光学特性，图13是本发明实施例各波长色光的光强度暨结构反射率折线图；图14是本发明另一实施例各波长色光的光强度暨结构反射率折线图；图15是本发明实施例及一般增益胶膜各波长色光的光强度比较图。
图13中所展示的是具有周期性纳米球状孔洞结构301a的荧光增益胶膜对于各波长色光的光强度暨结构反射率的优异表现图，周期性结构的反射率图和发光光谱图皆显示出窄半高宽；而图14中所展示的是具有非周期性纳米球状孔洞结构301b的荧光增益胶膜对于各波长色光的光强度暨结构反射率的优异表现图，非周期性结构的反射率图显示出较宽半高宽，导致发光光谱半高宽可以更窄。最后，相较于不具周期性纳米球状孔洞结构301a或非周期性纳米球状孔洞结构301b 的一般荧光胶膜而言，图15中展示了本实施方式所制作出实施例荧光增益胶膜与一般荧光胶膜各波长色光的光强度比较图。
由图15可以看出，通过本发明实施方式所制作出的荧光增益胶膜，可以有效的将特定波长的光谱(如图15中500～600纳米波长的色光)的光强度拉高多达一般增益胶膜近四倍的功效。由于本实施方式中所制作出的荧光增益胶膜结构具有光子能带能提升荧光材料量子效率，显见本发明实施方式所制作出的荧光增益胶膜具有相当的进步性。
更具体来说，本发明于本实施方式中所制作出的荧光增益胶膜具有光子能带能对发光物质的自发性辐射进行调控。按照费米黄金法则 (Fermi's golden rule)，自发性辐射(spontaneous emission)的机率与局域态密度(local photon density of states)成正比。当电磁波的态密度为零时，自发辐射的机率也为零，即没有自发辐射。而光子能带中央的态密度小，如举以本案实施方式中的周期性纳米球状孔洞结构 301a作为解释依据，当频率落在本案实施方式中的周期性纳米球状孔洞结构301a状态下，光子能带中电磁波的自发辐射会被抑制；反之，光子能带边缘的态密度最大，因此可以调变荧光材料的发光光谱变的更窄，色纯度更高。
因此，当骨架胶体200中混有的荧光材料发光波长落在光子能带中心，其自发性辐射将被抑制而在光子能带边缘自发性辐射会被增强。所以如举例说明一般，当本案荧光材料混于骨架胶体200中，且具有周期性纳米球状孔洞结构301a时，光子能带附近的光子模式发生重新分布，则会改变周期性结构中荧光材料的自发性辐射率，显著改变其发光光谱。
由上述可得知的是，当本发明实施方式选用包括荧光材料的骨架胶体200时，其荧光特性可由光子能带来调控，这种特性与周期性结构折射率变化的结构是密不可分的。除此之外，将含有荧光材料的荧光胶材400(可先同时参照图5、图11及图12)渗入周期性纳米球状孔洞结构301a中，其结构不仅能通过多孔洞结构打破荧光材料的共同作用，有效抑制荧光材料荧光淬灭增加量子产率，同时还可以通过光子能带调控荧光材料发光光谱。当然，纵使将本发明实施为非周期性纳米球状孔洞结构301b时，同样也具备相同特性。
因此，基于上述概念，本发明在其他可能的实施样态中，在执行完步骤d之后，如对于更多波长的光谱具有提高其光强度的需求，更可执行步骤e，在所述荧光增益胶膜中的纳米球状孔洞结构渗入一荧光胶材，相应形成周期性或非周期性的一纳米球状荧光结构。
请同时参照图5、图11及图12，图5是本发明实施例骨架胶体暨纳米球状荧光结构示意图；图11是本发明实施例骨架胶体暨周期性纳米球状荧光结构电子显微镜图；图12是本发明另一实施例骨架胶体暨非周期性纳米球状荧光结构电子显微镜图。
如图5所示，有鉴于前述已提及周期性纳米球状孔洞结构301a或非周期性纳米球状孔洞结构301b，各个纳米球状孔洞300间皆透过至少一小孔连接。也就是说，当各个纳米球状孔洞300间充满液体时，将会有毛细现象协助液体遍布整个周期性纳米球状孔洞结构301a或非周期性纳米球状孔洞结构301b中。因此步骤e系以液态的荧光胶材 400渗入周期性纳米球状孔洞结构301a或非周期性纳米球状孔洞结构 301b中，使之相应形成周期性或非周期性的纳米球状荧光结构401。
因此，由步骤d综合步骤e可得知，当步骤d的荧光增益胶膜具有周期性纳米球状孔洞结构301a时，相应于步骤e渗入液态的荧光胶材 400的纳米球状荧光结构401为图11中所示的周期性纳米球状荧光结构401a；反之，如步骤d的荧光增益胶膜具有非周期性纳米球状孔洞结构301b时，相应于步骤e渗入液态的荧光胶材400的纳米球状荧光结构401为图12中所示的非周期性纳米球状荧光结构401b。
本实施方式中的荧光胶材400可选用相同或不同于前述骨架胶体 200的材质，本发明并不加以限制。使用者可以依照需要于荧光胶材 400于液态时混入量子点、荧光粉、染料或其组合，以达到用户所要本实施例荧光增益胶膜需表现的光学特性。
因此，透过本实施方式所制作出来的荧光增益胶膜，通常包含骨架胶体200及纳米球状孔洞结构301。其中骨架胶体200为薄膜状，而纳米球状孔洞结构301设于所述骨架胶体200中，所述纳米球状孔洞结构301分布为周期性或非周期性排列结构。
在某些实施例的荧光增益胶膜中，其骨架胶体200中还包括荧光材料。所述荧光材料可以选自量子点、荧光粉、染料或其组合。而又在其他实施样态的荧光增益胶膜中，纳米球状孔洞结构301中更具有纳米球状荧光结构401。
最后说明的是，以上实施例仅用来说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种荧光增益胶膜的制作方法，其特征在于，包括：
a.将多个纳米球堆栈为周期性或非周期性的一堆栈结构；
b.以一骨架胶体渗入所述堆栈结构的缝隙间；
c.固化所述骨架胶体，并以一去球剂去除所述堆栈结构中的所述多个纳米球；
d.制作完成一荧光增益胶膜，所述荧光增益胶膜中包含周期性或非周期性的一纳米球状孔洞结构；以及
e.在所述荧光增益胶膜中的纳米球状孔洞结构渗入一荧光胶材，相应形成周期性或非周期性的一纳米球状荧光结构；
其中，所述纳米球状孔洞结构中的每个纳米球状孔洞间皆通过至少一小孔连接。
2.如权利要求1所述的荧光增益胶膜的制作方法，其特征在于，步骤a中所述多个纳米球为硅化合物或高分子聚合物。
3.如权利要求2所述的荧光增益胶膜的制作方法，其特征在于，步骤a中所述多个纳米球为硅化合物时，步骤c中的所述去球剂选用氢氟酸。
4.如权利要求2所述的荧光增益胶膜的制作方法，其特征在于，步骤a中所述多个纳米球为高分子聚合物时，步骤c中的所述去球剂选用一有机溶剂。
5.如权利要求4所述的荧光增益胶膜的制作方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、二氯甲烷、苯、四氯甲烷或氯仿。
6.如权利要求1所述的荧光增益胶膜的制作方法，其特征在于，步骤b中所述骨架胶体为光固化胶或热固化胶。
7.如权利要求1所述的荧光增益胶膜的制作方法，其特征在于，步骤b中所述骨架胶体还包括一荧光材料，所述荧光材料为量子点、荧光粉、染料或其组合。
8.如权利要求1所述的荧光增益胶膜的制作方法，其特征在于，步骤e中所述荧光胶材还包括量子点、荧光粉、染料或其组合。
9.一种荧光增益胶膜，其特征在于，包括：
一骨架胶体，为薄膜状；以及
一纳米球状孔洞结构，设于所述骨架胶体中，所述纳米球状孔洞结构分布为周期性或非周期性排列结构；
其中，所述纳米球状孔洞结构中的每个纳米球状孔洞间皆通过至少一小孔连接；所述纳米球状孔洞结构中还包括一纳米球状荧光结构。
10.如权利要求9所述的荧光增益胶膜，其特征在于，所述骨架胶体中还包括一荧光材料，所述荧光材料为量子点、荧光粉、染料或其组合。
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