CN110164910B

CN110164910B - 颜色转换层及其制备方法、显示装置

Info

Publication number: CN110164910B
Application number: CN201810522881.1A
Authority: CN
Inventors: 陈亮; 王磊; 岳晗; 陈小川; 玄明花; 杨盛际; 肖丽; 杨明; 刘冬妮
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2038-05-28
Also published as: CN110164910A

Abstract

本发明涉及一种颜色转换层及其制备方法、显示装置。所述颜色转换层包括：色转换材料层；以及位于所述色转换材料层中的金属纳米颗粒，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰与所述色转换材料层的色转换材料的发射波长相匹配。

Description

颜色转换层及其制备方法、显示装置

技术领域

本发明的实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种颜色转换层及其制备方法、显示装置。

背景技术

目前，在显示领域中，使用颜色转换层来实现显示装置的全彩显示日益流行。具体地，利用显示装置的发光器件发出的光作为激发光，以激发颜色转换层中的色转换材料，由此发出红、绿、蓝等颜色的光，从而达到全彩化的目的。

发明内容

本发明的实施例提供了一种颜色转换层及其制备方法、显示装置，能够提高显示装置中的背光源发出的光转换成红色、绿色或蓝色光的转换效率。

根据本发明的第一方面，提供了一种颜色转换层。所述颜色转换层包括：色转换材料层；以及位于所述色转换材料层中的金属纳米颗粒。所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰与所述色转换材料层的色转换材料的发射波长相匹配。

在本发明的实施例中，所述金属纳米颗粒的尺寸范围为0.1nm-2um。

在本发明的实施例中，所述金属纳米颗粒的尺寸范围为10nm-200nm。

在本发明的实施例中，所述金属纳米颗粒的形态为球状或椭球状。

在本发明的实施例中，所述金属纳米颗粒包括银、金、铂、钌、铑、钯、锇、铱及其合金。

在本发明的实施例中，所述色转换材料层包括红色转换材料，所述金属纳米颗粒包括铂。

在本发明的实施例中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为650nm。

在本发明的实施例中，所述色转换材料层包括绿色转换材料，所述金属纳米颗粒包括金。

在本发明的实施例中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为550nm。

在本发明的实施例中，所述色转换材料层包括蓝色转换材料，所述金属纳米颗粒包括银。

在本发明的实施例中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为400nm。

根据本发明的第二方面，提供了一种制备在本发明的第一方面中描述的颜色转换层的方法。所述方法包括：将包含所述金属纳米颗粒的溶胶与所述色转换材料混合以形成混合物；以及将所述混合物施加至基底层的表面以形成所述颜色转换层。

在本发明的实施例中，所述混合包括超声混合。

在本发明的实施例中，所述溶胶中的所述金属纳米颗粒的重量百分比为0.01％-20％。

在本发明的实施例中，所述溶胶中的所述金属纳米颗粒的重量百分比为5％。

根据本发明的第三方面，提供了一种制备在本发明的第一方面中描述的颜色转换层的方法。所述方法包括：在基底层上施加金属层；退火所述金属层以形成所述金属纳米颗粒；以及在所述金属纳米颗粒上施加所述色转换材料以形成所述颜色转换层。

根据本发明的第四方面，提供了一种制备在本发明的第一方面中描述的颜色转换层的方法。所述方法包括：在基底层上施加包含所述金属纳米颗粒的溶胶；以及在所述溶胶上施加所述色转换材料以形成所述颜色转换层。

根据本发明的第五方面，提供了一种显示装置。所述显示装置包括在本发明的第一方面中描述的颜色转换层。

在本发明的实施例中，所述显示装置还包括：衬底；位于所述衬底上的发光器件；位于所述发光器件上的滤光片；以及位于所述滤光片上的覆盖玻璃，其中，所述颜色转换层位于所述发光器件与所述滤光片之间。

在本发明的实施例中，所述显示装置还包括位于所述发光器件与所述滤光片之间的封装层，其中，所述颜色转换层位于所述封装层的背离所述发光器件的一侧。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其他方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

附图说明

本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的颜色转换层的截面示意图；

图2示出了一种制备根据本发明的实施例的颜色转换层的方法的流程图；

图3示出了另一种制备根据本发明的实施例的颜色转换层的方法的流程图；

图4示出了又一种制备根据本发明的实施例的颜色转换层的方法的流程图；以及

图5示出了根据本发明的实施例的显示装置的截面示意图。

贯穿这些附图的各个视图，相应的参考编号指示相应的部件或特征。

具体实施方式

首先，需要说明的是，除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中另有说明。在本文中使用术语“实例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“实例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

此外，还需要说明的是，当介绍本申请的元素及其实施例时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或者多个要素；除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；用语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”旨在包括性的并且表示可以存在除所列要素之外的另外的要素；术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性及形成顺序。

本发明中描绘的流程图仅仅是一个例子。在不脱离本发明精神的情况下，可以存在该流程图或其中描述的步骤的很多变型。例如，所述步骤可以以不同的顺序进行，或者可以添加、删除或者修改步骤。这些变型都被认为是所要求保护的方面的一部分。

现将参照附图更全面地描述示例性的实施例。

目前，在显示领域，发光器件主要通过以下三种方法实现彩色显示。

第一种方法为使用三原色的方法。三原色都非常纯粹，但成本非常高昂。例如，对于诸如OLED的发光器件而言，该方法可以利用精细金属掩模板和蒸镀法形成不同颜色的OLED。然而，由于在蒸镀时需要掩模板来区分像素，因此掩模板的对齐以及掩模板的材料都会成为技术难点。

第二种方法为使用白光发光器件(例如，白光LED)与彩色滤光片的组合的方法。在该方法中，白光发光器件作为背光源发出白光。白光通过彩色滤光片被滤为红光、绿光和蓝光。这种方法在成本上显然低了很多。然而，由于存在彩色滤光片，透光率和光色纯度都存在问题。因此，在理论上，白光发光器件与彩色滤光片的组合在亮度、对比度、色彩和节能方面的表现上都不及使用三原色发光器件。

第三种方法为使用蓝光/白光发光器件与颜色转换层的组合的方法。在该方法中，诸如蓝光或白光LED的发光器件发出蓝光或白光，该蓝光或白光然后经过颜色转换层被转换成红光、绿光和蓝光。然而，这类技术受到颜色转换层的开发难度的限制，由此并未被大规模采用。

总而言之，(1)三原色OLED显示受限于掩模板的精细化程度，很难实现高PPI(pixels per inch，每英寸拥有的像素数目)显示；(2)白光发光器件与彩色滤光片的组合的光能损失较大，不利于降低功耗；(3)例如蓝光OLED的发光器件与颜色转换层的组合可以利用开口掩模，由此可以降低工艺难度，并且颜色转换层提高了光能利用率，但蓝光转化率较低限制了该方案的应用。

此外，在显示器件研究中，光提取是一个重要的技术领域。相关技术的探索主要集中在光学谐振腔(微腔)。然而，微腔只能改变光场能量的空间分布，而不能改变波长大小，由此会造成能量的浪费。

鉴于上述，本发明的实施例提出了一种颜色转换层，能够将表面等离激元(Surface Plasmons，SP)增强光致发光的特性引入到光提取过程中，从而提高将其他颜色的光转换成红光、绿光或蓝光的转换效率。

在本发明的实施例中，提供了一种颜色转换层。图1示出了根据本发明的实施例的颜色转换层的截面示意图。如图1所示，颜色转换层10包括：色转换材料层101；以及位于色转换材料层101中的金属纳米颗粒102，其中，金属纳米颗粒102的表面等离激元共振峰与色转换材料层101的色转换材料的发射波长相匹配。这里，“相匹配”可以被理解为接近或相同。

本发明基于由金属纳米颗粒引入的表面等离激元效应来增强将发光器件发射的光转换成红光、绿光或蓝光的转换效率。根据本发明的实施例，发光器件可以包括OLED。然而，需要注意，本发明的实施例对发光器件的类型没有限制，也可以采用除了OLED器件之外的其他发光器件。

一方面，理论上，在金属表面的微观尺度上普遍存在自由电子密度起伏。并且可以通过库仑势的长程作用将整个系统中的电子运动耦合起来，由此可以在正离子背景中形成了等离子体振荡，即为表面等离激元。当电子振荡频率与入射光频率一致时将产生共振。电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能。此外，电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强。上述这种现象被称为表面等离激元共振。

另一方面，颜色转换层的工作原理例如可分为以下四个方面中的一者或其组合。

(1)入射光激发颜色转换层中的分子从基态跃迁至激发态。除了非辐射复合和辐射复合之外，激发态的能量激发了金属等离激元共振，由此增加了一个从激发态到基态的弛豫通道，因此量子效率显著提高，从而提高颜色转换层转换效率；

(2)表面等离激元共振耦合中的能量传递效应：通过入射光的照射，金属纳米颗粒表面上的自由电子产生共同振荡，形成表面等离激元吸收并诱导极化。由此在表面等离激元共振频率处发生入射光的强烈消光，导致金属纳米颗粒从入射光吸收更多的能量，然后将该能量转移到色转换材料(例如，荧光材料)的分子。进一步地，由于金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰接近色转换材料的光子发射波长，因此表面等离激元共振耦合中的能量转移效应在色转换材料中诱发更多的激子；

(3)表面等离激元介导发射效应：当半导体材料的发射能量和金属表面等离激元能量相当时，在金属/半导体界面，半导体材料中的激子可以耦合进表面等离激元模式中。进一步地，激子复合将产生表面等离激元而不是光子，并且这种复合路径增强了激子的复合速率。此外，如果界面足够粗糙以便散射表面等离激元，耦合的表面等离激元能量可以被恢复为自由空间的光子；

(4)散射增强效应：对于金属纳米颗粒，当粒径大于30nm时，散射效率非常高。光散射的增强使得光的吸收更加有效，这是表面等离激元增强发射的又一原因。

在本发明的示例性实施例中，金属纳米颗粒102的尺寸范围可以为0.1nm-2um。进一步地，作为示例，金属纳米颗粒102的尺寸范围可以为10nm-200nm。

在本发明的示例性实施例中，金属纳米颗粒102的形态可以为球状或椭球状。

在本发明的示例性实施例中，金属纳米颗粒102可以包括贵金属及其合金。具体地，金属纳米颗粒102包括银、金、铂、钌、铑、钯、锇、铱及其合金。

作为示例，金属纳米颗粒102可以包括铂。作为示例，铂的表面等离激元共振峰可以为500-700nm。在色转换材料层101的色转换材料可以包括红色转换材料的情况下，铂的表面等离激元共振峰可以为650nm。

作为另一示例，金属纳米颗粒102可以包括金。在色转换材料层101的色转换材料可以包括绿色转换材料的情况下，金的表面等离激元共振峰可以为550nm。

作为又一示例，金属纳米颗粒102可以包括银。在色转换材料层101的色转换材料可以包括蓝色转换材料的情况下，银的表面等离激元共振峰可以为400nm。

根据本发明的实施例，色转换材料可以包括无机荧光材料和有机荧光材料中的至少一种。

对于无机荧光材料，无机荧光材料的代表为稀土离子发光及稀土荧光材料，其优点是吸收能力强、转换率高。稀土配合物中心离子的窄带发射有利于全色显示，且物理化学性质稳定。由于稀土离子具有丰富的能级和4f电子跃迁特性，因此稀土成为发光宝库，为高科技领域，特别是信息通讯领域提供了性能优越的发光材料。

常见的无机荧光材料是以碱土金属的硫化物(例如，ZnS或CaS)铝酸盐(诸如SrAl₂O₄、CaAl₂O₄、或BaAl₂O₄)等作为发光基质、以稀土镧系元素(例如，铕(Eu)、钐(Sm)、铒(Er)、钕(Nd)等)作为激活剂和助激活剂。

无机荧光材料的传统制备方法是高温固相法。然而，随着新技术的快速更新，发光材料性能指标的提高需要克服经典合成方法所固有的缺陷。一些新的方法应运而生，例如，燃烧法、溶胶-凝胶法、水热沉淀法、微波法等。

关于有机荧光材料，在发光领域中，有机材料的研究日益受到人们的重视。这是因为有机化合物的种类繁多、可调性好、色彩丰富、色纯度高、分子设计相对比较灵活。

可以理解，本发明的实施例的发光器件可以包括有机或无机材料。根据不同的分子结构，用于形成发光器件的有机材料可包括有机小分子发光材料、有机高分子发光材料或有机配合物发光材料。用于形成发光器件的无机材料可包括诸如III-V或II-VI族化合物半导体材料的直接带隙半导体材料。

在本发明的实施例中，还提供了一种制备如上所述的颜色转换层的方法。具体地，如图2所示，该方法包括步骤S201和S202。在步骤S201中，将包含金属纳米颗粒的溶胶与色转换材料混合以形成混合物；以及在步骤S202中，将该混合物施加至基底层的表面以形成颜色转换层。

在本发明的示例性实施例中，上述混合可以包括超声混合。然而，本发明的实施例并不局限于此，诸如搅拌混合等的其他混合方式同样适用。

在本发明的示例性实施例中，上述溶胶中的金属纳米颗粒的重量百分比可以为0.01％-20％。作为示例，上述溶胶中的金属纳米颗粒的重量百分比可以为5％。

在本发明的示例性实施例中，包含金属纳米颗粒的溶胶可以包括包含金纳米颗粒的溶胶、包含银纳米颗粒的溶胶或包含铂纳米颗粒的溶胶。作为示例，包含金纳米颗粒的溶胶可以通过将柠檬酸钠与氯金酸溶液混合制备出。作为另一示例，包含银纳米颗粒的溶胶可以通过还原硝酸银的方法制备出，例如，先将氨水与硝酸银络合生成银氨溶液，然后用麦芽糖溶液还原银氨溶液，由此得到包含银纳米颗粒的溶胶。作为又一示例，包含铂纳米颗粒的溶胶可以通过用甲醇或乙醇还原氯铂酸制备出。

在本发明的实施例中，还提供了另一种制备如上所述的颜色转换层的方法。具体地，如图3所示，该方法包括步骤S301至S303。在步骤S301中，在基底层上施加金属层；在步骤S302中，退火该金属层以形成金属纳米颗粒；以及在步骤S303中，在金属纳米颗粒上施加色转换材料以形成颜色转换层。

在本发明的示例性实施例中，施加金属层的方法可以包括磁控溅射法或蒸镀法。

在本发明的实施例中，还提供了又一种制备如上所述的颜色转换层的方法。具体地，如图4所示，该方法包括步骤S401和S402。在步骤S401中，在基底层上施加包含金属纳米颗粒的溶胶；以及在步骤S402中，在该溶胶上施加色转换材料以形成颜色转换层。

在本发明的实施例中，还提供了一种显示装置。该显示装置包括如上所述的颜色转换层，由此能够提高显示装置中的背光转换成红色光、绿色光或蓝色光的转换效率。

图5示出了根据本发明的实施例的显示装置的截面示意图。

如图5所示，显示装置50包括：衬底501；位于衬底501上的发光器件502；位于发光器件502上的滤光片503；以及位于滤光片503上的覆盖玻璃504，其中，根据本发明的实施例，颜色转换层10位于发光器件502与滤光片503之间。

在本发明的实施例中，显示装置50还包括位于发光器件502与滤光片503之间的封装层506，其中，颜色转换层10位于封装层506的背离发光器件502的一侧。

在本发明的示例性实施例中，发光器件502包括：位于衬底501上的阳极5021、位于阳极5021上的发光层5022、以及位于发光层5022上的阴极5023。根据本发明的实施例，发光器件502可以为OLED发光器件，即，发光层5022包括有机发光材料。显示装置50还包括位于发光器件502之间的像素定义层505。

在本发明的实施例中，具体而言，颜色转换层10可以包括红色颜色转换层110、绿色颜色转换层120和蓝色颜色转换层130。

在本发明的示例性实施例中，如上所述，红色颜色转换层110可以包括红色荧光材料层和位于红色荧光材料层中的铂纳米颗粒；绿色颜色转换层120可以包括绿色荧光材料层和位于绿色荧光材料层中的金纳米颗粒；以及蓝色颜色转换层130可以包括蓝色荧光材料层和位于蓝色荧光材料层中的银纳米颗粒。

在本发明的示例性实施例中，衬底501的材料可以包括聚酰亚胺。

在本发明的示例性实施例中，阳极503的材料可以包括氧化铟锡。

在本发明的示例性实施例中，发光器件502例如可以发出白光。

在本发明的实施例中，设置滤光片503有助于提高经颜色转换层10转换后的出射光的纯度。

在本发明的实施例中，上述形成颜色转换层的方法中所涉及到的基底层可以包括显示装置50中的封装层506。

以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本申请，并且所有这些修改都包含在本申请的范围内。

Claims

1.一种制备颜色转换层的方法，所述颜色转换层包括：色转换材料层；以及位于所述色转换材料层中的金属纳米颗粒，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰与所述色转换材料层的色转换材料的发射波长相匹配，所述方法包括：

在基底层上施加金属层；

退火所述金属层以形成所述金属纳米颗粒；以及

在所述金属纳米颗粒上施加所述色转换材料以形成所述颜色转换层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的尺寸范围为0.1nm-2um。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的尺寸范围为10nm-200nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的形态为球状或椭球状。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒包括银、金、铂、钌、铑、钯、锇、铱及其合金。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述色转换材料层包括红色转换材料，所述金属纳米颗粒包括铂。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为650nm。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述色转换材料层包括绿色转换材料，所述金属纳米颗粒包括金。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为550nm。

10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述色转换材料层包括蓝色转换材料，所述金属纳米颗粒包括银。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为400nm。

12.一种制备颜色转换层的方法，所述颜色转换层包括：色转换材料层；以及位于所述色转换材料层中的金属纳米颗粒，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰与所述色转换材料层的色转换材料的发射波长相匹配，所述方法包括：

在基底层上施加包含所述金属纳米颗粒的溶胶；以及

在所述溶胶上施加所述色转换材料以形成所述颜色转换层。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的尺寸范围为0.1nm-2um。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的尺寸范围为10nm-200nm。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的形态为球状或椭球状。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒包括银、金、铂、钌、铑、钯、锇、铱及其合金。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述色转换材料层包括红色转换材料，所述金属纳米颗粒包括铂。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为650nm。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述色转换材料层包括绿色转换材料，所述金属纳米颗粒包括金。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为550nm。

21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述色转换材料层包括蓝色转换材料，所述金属纳米颗粒包括银。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒的表面等离激元共振峰为400nm。