CN1437054A - 平面化的色转换层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面化的色转换层，在有机发光背光源面板上，由特定剂量比例所均匀掺合、调制的荧光材料形成的平面化色转换层，利用荧光材料粒子的微观的光色混合效应，用以将所述有机发光背光源的短波长发光频谱转换为长波长发光频谱。本发明广泛用于光电领域。

Description

平面化的色转换层

技术领域

本发明涉及一种薄型光源器件，特别涉及一种平面化的色转换层，尤其是一种可转换短波长发光频谱的有机发光背光源为长波长发光频谱的平面化色转换层结构。

背景技术

随着光电组件朝向轻、薄、短、小的趋势发展，对于光源，特别是一平面化的光源，在整个显示器产业或测量工业中所扮演的角色就非常重要。以液晶平面显示器为例，如果光源的发展无法配合薄膜电晶体、偏光板、彩色滤光片等平面化的组件结构，则整体液晶平面显示器的厚度就无法更进一步地变薄，也无法符合现今轻、薄、短、小的应用趋势。所以开发平面化的薄型光源，特别是白光光源对整个显示科技与照明科技的需求是非常迫切地。

虽然传统上的白热(incandescent)灯，卤素(halogen)灯，荧光(fluorescent)灯具有明亮与制造成本低廉的好处，但其发光原理以高电阻产生高温以电离气体撞击荧光物质而发光，但前述所提及的高温会造成组件散热负荷问题，甚至会造成产品中的有机物质劣化而使组件失效；再者，受限其本身圆柱体构造，所以无法平面化来应用于现代的光、电组件中。

而在已知的液晶平面显示器技术中，虽有利用白热灯、卤素灯、荧光灯等作为液晶显示器的背光源，但是受限于灯管本身的圆柱体构造，而产生发光不均匀的问题，所以必须增加额外的导光板、反射板、扩散板、以及棱镜板等来加以克服其发光不均的问题，但层层的堆迭也造成厚度加大、发光效率减少及成本增加。

再者，现今也有以LED(Light emitting diodes)开发的平面化光源的技术，且目前已开发蓝光与白光技术，但还需克服磊晶材料(epitaxymatcrial)与特殊蓝宝石基板成本高、制作方法难度高、亮度不佳及发光效率待提升等问题，特别是将这类的技术应用在照明的领域时，如何成长大面积的砷化镓或氮化镓磊晶基板(epitaxy substrate)与薄膜，势必成为未来最具挑战性的技术瓶颈；且非平面化的LED聚光的帽罩构造与原本砷化镓或氮化镓磊晶基板与薄膜的平面化特征不相称，使LED其原本的平面化特征也受到破坏。此外，

白光LED系由红、蓝、绿三原色二极管发光组件组合而成，在电路复杂度、寿命短、及稳定性不佳的缺点上仍须克服。

所以后来陆续开发新世代的有机发光组件技术以克服灯泡、发光二极管技术的缺点，但在已知有机发光显示技术中，以白光来说，分别利用红、蓝、绿三原色的发光材料，以侧向定位排列(lateral side-by-side或S×S)在基板上固定的图素的位置作蒸镀，此原理利用图素在空间中的宏观(in the macro aspect)侧向排列的红、蓝、绿三原色混成以产生白光。然而，请参见图1，以白光为例，若是要利用侧向定位排列的结构产生白光，则需要红色发光素子111、绿色发光素子112、及蓝色发光素子113排列成如图1的结构，当光源100通过此结构时，才可转换出白光11。其以侧向邻近配置方式，必须在纵向的发光扩散后才能产生混色效应；且利用此产生的白光频谱会分散发光组件本身的色调、亮度。而且相关的平面式白光混成技术，在其面板上选择性图素的位置上的蒸镀技术，以及定位问题的困难，更会造成产品产量上的瓶颈，大大降低制作过程合格率。

此外，还有另一种堆迭式红、蓝、绿发光层的结构，它是全透式的堆迭有机发光显示技术(Stacked OLED)，利用宏观的垂直式堆迭红、蓝、绿的三原色有机发光材料以产生三原色混成的光色。请参图2A与2B，举例来说，若要利用这种结构产生白光，其色转换层211需堆迭如图2A所示的结构，也就是将绿色发光层2111、红色发光层2112、以及蓝色发光层2113加以堆迭在基板210的上，当光源200穿透此色转换层211的后，才能产生如图2B的白光21。然而，这种结构的制作过程复杂不适合批量生产，而且各材料层对光的吸收，导致各色光的转换效率降低；再者层层的堆迭使得厚度增加、发光效率减少、以及成本增加。

对于上述的结构，都仅止于宏观上侧向或纵向的颜色混成，均会造成色度的均匀性不佳。且相关的平面式白光混成技术，在基板特定的图素位置上蒸镀技术，以及定位问题的困难，更会影响批量生产上的合格率。而垂直式堆迭也会衍生各材料层对光的吸收不同，而导致白光效率不佳的问题。

在美国专利，编号第6,252,254号，名称为：Light Emitting DeviceWith Phosphor Composition的文献中，以红、蓝、绿三原色的三种发光二极管组件以横向邻近配置方式，使其产生发光扩散的混色效应，然而利用此产生的白光光谱分散发光组件本身的色调、亮度，并无法满足所需的白光频谱；而且，各个不同颜色的发光组件有其个别的发光形式、驱动模式，不会均一地在所有方向发光，无法均匀混合其所产生的光，致使色斑形成；再者，不同颜色的发光组件是由不同的材料所形成，由于不同颜色的发光组件其驱动电力必须满足不同颜色的发光组件的驱动电压，因此需要预先设定电压，导致驱动电路设计上的难度增加。此外，各不同颜色的发光组件有其个别的耐候性、稳定性与寿命，故导致色标会随时间与环境温度变化，使得产品无法通过稳定性与信赖性的测试与认证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面化的色转换层，简单、适合批量生产、高亮度、均匀度好，可以转换各色背光源为新的发光频谱。

本发明的另一目的在于提供一种平面化的色转换，通过此色转换层的平面化结构可改善视角限制。

本发明的再一目的在于提供一种平面化的色转换，以简单的结构降低制造成本，并可直接应用于现有的背光源技术以产生新的光色，减少新光色材料与组件的开发风险与成本，更因此具有高应答速率，且由于可应用的温度范围大，重量轻，所形成的产品可以轻型化与薄型化，更可符合多媒体时代的要求。

根据以上所述的目的，本发明提供一种平面化的色转换层，在较佳实施例中，由特定剂量比例所均匀掺合、调制的荧光材料形成的平面化色转换层，利用荧光材料粒子的微观的光色混合效应，而非传统的宏观图素(pixel)的侧向或纵向排列产生的光色混合效应，用以将有机发光背光源的短波长发光频谱转换为长波长发光频谱。

附图说明

图1         传统的色转换层结构图；

图2A与2B    另一种传统的色转换层结构图；

图3A与3B    本发明的色转换层结构图。

具体实施方式

有关本发明为达成上述的目的，所采用的技术、手段及具体结构特征，举一较佳可行的实施例，并利用由图示说明而更进一步揭示明了，详如下述。

本发明提供一种平面化的色转换层，是在有机发光背光源面板上，由特定剂量比例所均匀掺合、调制的荧光材料形成的平面化色转换层，利用微观的荧光材料粒子的光色混合效应，用以将所述有机发光背光源的短波长发光频谱转换为长波长发光频谱。

如图3A与3B所示，本发明的平面化色转换层311是利用无机荧光材料如YBO3∶Ce3+，Tb3+、SrGa2S4∶Eu2+、Y2O2S∶Eu3+，Bi3+、YAG∶Ce3+、SrGa2O4∶Eu2+、CaS∶Eu，与透明介质以一定的调制比例均匀掺合，利用荧光材料粒子微观的光色的混合效应形成此色转换层311于一发光背光源310的上。当背光源310(例如有机发光组件，organic light-emittingdevice，OLED)发出如紫外光或蓝光等较短波长的辐射时，通过本发明的色转换层311中荧光材料的吸收，就可转换成各色频谱，以得到各种所需的光色。此外，本发明所使用的荧光材料系无机荧光材料，如YBO3∶Ce3+，Tb3+、SrGa2S4∶Eu2+、Y2O2S∶Eu3+，Bi3+、YAG∶Ce3+、SrGa2O4∶Eu2+、CaS∶Eu等，因无机荧光材料其性质与寿命较有机的染料物质稳定。再者，所述荧光材料如以平衡红、蓝、绿的三原色荧光材料发光效率的比例调制，就能产生白光的频谱。举例来说，如图3B所示，所述荧光材料的比例调制系可使光源310的短波长发光频谱转换成长波长发光频谱(例如转换成白光31)。

色转换层的结构，系利用湿式涂布制作过程，将色转换层形成于发光背光源的上。在此湿式涂布制作过程里，不同的荧光材料如YBO3∶Ce3+，Tb3+、SrGa2S4∶Eu2+、Y2O2S∶Eu3+，Bi3+、YAG∶Ce3+、SrGa2O4∶Eu2+、CaS∶Eu，可依平衡发光效率的原理与透明介质如透明的氧化硅、氧化钛或环氧树指混合，直接秤重计量以进行均匀混合；或使用溶胶-凝胶法、或以共沉法(coprecipitation method)在溶液的原子级状态下混合后，加入适当的溶剂或直接以溶胶凝胶、或以共沉法的溶液状态，利用旋转涂布或印刷图布方式，平面化的均匀涂覆于基板上，尔后施以烘烤除掉溶剂与水分，再涂布或沉积一保护层如压克力系树脂、环氧树脂、氟系树指或氮化硅薄膜后，形成平面化的色转换层的结构；本发明进一步包含一基板300，其特征在于，所述基板300系选自塑胶、玻璃或硅晶圆；且所述基板进一步包含一导电性物质，选自铟锡氧化物、铟锌氧化物、金属或合金。

或者，本发明亦可利用干式制作过程将色转换层沉积于发光背光源上。而在干式制作过程里，可采用如YBO3∶Ce3+，Tb3+、SrGa2S4∶Eu2+、Y2O2S∶Eu3+，Bi3+、YAG∶Ce3+、SrGa2O4∶Eu2+、CaS∶Eu等荧光材料与透明介质为透明的氧化硅、氧化钛或环氧树指，直接秤重计量后均匀掺合，制成的靶材；或以溶胶凝胶，或以共沈法制成的靶材，进行蒸镀、溅镀或离子束沉积以在基板上形成一平面化的色转换层的结构，并根据平衡(blance)选定的不同荧光材料的沉积速率差异的原理，以设计出所述新的发光频谱。并且可在同样的干式沉积制作过程中，直接沉积另外一层氮化硅或类钻薄膜保护层，或涂覆如压克力系树脂、环氧树脂或氟系树脂，而形成具保护膜的平面化的色转换层的结构。本发明进一步包含一基板300，其特征在于，所述基板300选自塑胶、玻璃或硅晶圆；且所述基板进一步包含一导电性物质，选自铟锡氧化物、铟锌氧化物、金属或合金。

本发明提供一利用荧光材料粒子级的微观掺合单层色转换层的结构，利用以克服已知技术的缺陷。同时，本发明可提供一简单、适合量产、高亮度、均匀度佳的组件结构，以供光源的利用。此外，本发明的结构厚度实质上约小于1.4mm，产生的光源均匀、明亮，同时制作过程比较简单，耗电量低，因此比较安全。

传统上的白热(incandescent)灯、卤素(halogen)灯、及荧光(fluorescent)灯虽然具有明亮与制造成本低廉的好处，但其发光原理系以高电阻产生高温而产生黑体辐射的光线或低压气体解离后，带电粒子撞击荧光物质而产生光线，然而前述所提及的高温会造成组件散热负荷问题，甚至会造成产品中的有机物质劣化而使组件失效，受限其本身圆柱体构造，所以无法平面化以搭配应用于现代的光、电组件结构中，而后者则使用水银，于环境保护的课题上极具争议。

总而言的，本发明的平面化的色转换层具备了以下的特性：无视角的限制、低制造成本、高应答速率、可使用的温度范围大、重量轻、可以轻型化与薄型化、符合多媒体时代的要求。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (16)

1.一种平面化的色转换层，在一有机发光背光源上，由一特定剂量比例所均匀掺合、调制的荧光材料形成一平面化色转换层，利用荧光材料粒子的微观的光色混合效应，用以将所述有机发光背光源的短波长发光频谱转换为一长波长发光频谱。

2.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，所述荧光材料系由至少一红、蓝、绿的三原色无机荧光材料所组成。

3.如权利要求1所述平面化的色转换层，进一步包含一透明介质，其特征在于，所述荧光材料系掺合于所述透明介质。

4.如权利要求3所述平面化的色转换层，其特征在于，所述透明介质选自氧化硅、氧化钛或环氧树脂。

5.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，所述荧光材料的特定剂量比例，由所述长波长发光频谱依平衡不同三原色荧光材料发光效率的原理调制。

6.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，利用湿式的涂布制作过程，形成所述色转换层于所述有机发光背光源面板上。

7.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，利用干式的沉积制作过程，形成所述色转换层于所述有机发光背光源面板上。

8.如权利要求7所述平面化的色转换层，其中的干式沉积制作过程，由平衡不同荧光材料的沉积速率差异的原理，以形成所述长波长发光频谱。

9.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，所述有机发光背光源的短波长发光频谱为紫外光或蓝光。

10.如权利要求1所述平面化的色转换层，进一步包含一基板，其特征在于，所述基板选自塑胶、玻璃或硅晶圆。

11.如权利要求10所述平面化的色转换层，其特征在于，所述基板进一步包含一导电性物质，所述导电性物质选自铟锡氧化物、铟锌氧化物、金属或合金。

12.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，所述色转换层的厚度实质上约小于1.4mm。

13.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，所述荧光材料选自YBO3∶Ce3+，Tb3+、SrGa2S4∶Eu2+、Y2O2S∶Eu3+，Bi3+、YAG∶Ce3+、SrGa2O4∶Eu2+、CaS∶Eu所组成的群组。

14.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，所述长波长发光频谱为白光。

15.如权利要求1所述平面化的色转换层，其特征在于，所述色转换层外由一透明封装材料所覆盖。

16.如权利要求15所述平面化的色转换层，其特征在于，所述透明封装材料为压克力系树脂、氟系树脂、氮化硅薄膜或环氧系树脂。

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