CN1446031A - 可调色的发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调色的发光装置，包括一有机发光二极管与一平面化色转换层；该平面化色转换层由一特定剂量比例所均匀掺合、调制的荧光材料，以涂布或沉积等平面化的方式形成于该有机发光二极管之上，通过该荧光材料粒子的微观的光色混合效应，用以将该有机发光二极管产生的短波长发光频谱转换为一长波长发光频谱，以调变该有机发光二极管的发光颜色，故该有机发光二极管可通过不同荧光材料所组成的该平面化色转换层来调变其发光颜色。

Description

可调色的发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，特别是涉及一种可调色的有机发光装置。

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，特别是有机发光二极管(organic light-emitting device)的光源，在整个显示器产业或测量工业中所扮演的角色非常重要。以液晶平面显示器为例，如果光源的发展无法配合薄膜晶体管、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，亦无法符合现今轻、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。

传统上的白热(incande scent)灯，卤素(halogen)灯，荧光(fluorescent)灯虽然具有明亮与制造成本低廉的好处，但其发光原理是以高电阻产生高温以解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，所以无法平面化以搭配应用于现代的光、电组件中。

而在现有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，然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，但层层的堆栈也造成厚度加大、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是由红、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。

故目前以开发的有机发光组件技术克服灯泡、液晶显示组件、无机发光二极管技术的缺点；然而对主动发光的有机光二极管组件而言，因其使用本身具发光特性的有机官能材料来发光，所以不像液晶显示器需要外加背光源与彩色滤光片来产生不同的光色。然而，相较之下有机光二极管组件就有开发不同发光频谱的有机官能材料的需求，以因应显示器全彩化或不同发光频谱的照明应用。但就目前三原色的发光材料开发而言，蓝光与绿光材料开发已有不错的成果，但在红光材料上还是缺乏可用的材料来与蓝光与绿光材料相匹配，导致目前有机发光二极管全彩化的商业化瓶颈，因为本身新材料的开发就需要很高的研究成本、充满不确定性，是很高的研究风险。再者，如果成功开发出好的红色发光材料后，还需要与其它的有机官能材料如电子注入层、电子传递层、空穴传递层、以及空穴注入层相搭配才能有效的满足有机发光二极管组件的寿命、可靠性的需求；而上述电子注入层、电子传递层、空穴传递层、以及空穴注入层材料是否可用旧的材料取代或需要重新开发仍是充满不确定性，大大延后了全彩的有机发光二极管实际商业化切入的时机。再者，上述针对三原色材料开发而论，更别论在光源应用上，其它黄、橙、靛、紫色的新材料开发所需要的开发成本与充满不确定性的风险。

所以在现有有机发光显示技术中，以白光来说，是分别利用红、蓝、绿三原色的发光材料来克服，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，此原理是利用图素在空间中的宏观侧向排列的红、蓝、绿三原色混成以产生白光。然而，请参图一，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(例如有机发光二极管)通过此一结构时，才可转换出长波长发光频带1111(例如白光)。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；且借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，更会造成产品量产上的瓶颈，大大降低制作过程合格率。

在前申请案(美国专利编号第6,252,254号，名称为：Light EmittingDevice With 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，然而借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，不会均一的在所有方向发光，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。

此外，还有另一种堆栈式红、蓝、绿发光层的结构是全透式的堆栈有机发光显示技术(Stacked OLED)，利用宏观的垂直式堆栈红、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，其色转换层210需堆栈如图2A所示的结构，也就是将绿色发光层2101、红色发光层2102、以及蓝色发光层2103加以堆栈在光源200(例如有机发光二极管)的上，当光源200的短波长发光频带穿透此色转换层210之后，才能产生如图2B的长波长发光频带2111(例如白光)。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；再者层层的堆栈使得厚度增加、发光效率减少、以及成本增加。

总结上述的结构，皆仅止于宏观上侧向或纵向的颜色混成，皆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。而垂直式堆栈亦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，且红光材料尚未成熟到与绿光和蓝光材料在发光效率与寿命的兼容匹配，更导致全彩组件的色度稳定性、寿命与可靠性的困难。

本发明为求有机发光二极管有更大的应用弹性与更多的效益，于有机发光二极管上形成一平面化色转换层，利用荧光材料作为可调色的光源，对于未来光源的技术的发展，也是相当的重要。

本发明提供一种可调色的发光装置作为克服上述先前技术的缺陷，在不需开发新光色的材料成本与风险下，提供一简单、平面化、适合量产、高亮度及均匀度佳的发光组件，以供照明、显示、侦测装置的应用。

发明内容

鉴于上述背景技术中，传统发光二极管的诸多缺点，本发明提供一种利用有机发光装置，以克服上述先前技术的缺陷。

本发明的一目的在于提供一种可调色的发光装置，避免开发不同发光颜色的有机官能材料的成本与风险，利用无机荧光材料所构成的平面化色转换层，来调变有机发光二极管发光颜色。

本发明的另一目的在于提供一种可调色的发光装置，简单、平面化、适合量产、成本低、高亮度及均匀度佳、具有不同颜色调变弹性。

本发明的再一目的在于提供一种可调色的发光装置，具有高应答速度、广视角、省电、直流驱动、可使用的温度范围广、环境耐性佳、可调发光颜色、高亮度、高对比、重量轻及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。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开一种可调的有机发光装置，利用一有机发光二极管与一平面化色转换层，将有机发光二极管所发出的短波长发光频带转换成长波长发光频带，故该有机发光二极管可通过不同荧光材料所组成的该平面化色转换层来调变其发光颜色。

具体地说，本发明公开了一种可调色的发光装置，所述发光装置至少包括：一有机发光层和一平面化色转化层，其中所述平面化色转化层位于有机发光层之上。

所述平面化色转化层为一荧光层。

所述有机发光层为一有机发光二极管层。

所述有机发光二极管层还包括一保护层。

所述有机发光层至少依序包括：一基板、一阴极层、一有机功能层和一阳极层。

所述有机发光二极管的有机功能层包括电子注入层、电子传递层、有机发光层、空穴传递层、以及空穴注入层。

所述基板选自塑料、玻璃或半导体基板。

所述平面化色转换层还包括一透明介质，该透明介质之中掺合荧光材料。

所述有机发光二极管的短波长发光频谱为紫外光或蓝光。

所述平面化色转换层的厚度实质上约小于1.4mm。

所述长波长发光频谱为白光。

所述色转换层还包括一封装层。

本发明还公开了一种可调色的发光装置，至少包括：

一有机发光二极管，用以产生一短波长发光频谱；以及

一平面化色转换层，该平面化色转换层由一特定剂量比例所均匀掺合、调制的荧光材料，形成于该有机发光二极管之上，利用该荧光材料粒子的微观的光色混合效应，用以将该有机发光二极管的短波长发光频谱转换为一长波长发光频谱，以调变该有机发光二极管的发光颜色。

所述有机发光二极管至少包括一基板、一阴极层、一有机官能层、以及一阳极层。

所述有机发光二极管的有机官能层包括电子注入层、电子传递层、有机发光层、空穴传递层、以及空穴注入层。

所述有机发光二极管包括一保护层。

所述基板选自塑料、玻璃或半导体基板。

所述荧光材料由至少一红、蓝、绿的三原色无机荧光材料所组成。

所述平面化色转换层尚包括一透明介质，该荧光材料掺合于该透明介质之中。

所述透明介质选自氧化硅、氧化钛或环氧树脂。

所述荧光材料的特定剂量比例，由该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。

所述形成该平面化色转换层于该有机发光二极管之上是利用湿式的涂布制作方法。

所述形成该平面化色转换层于该有机发光二极管之上是利用干式的沉积制作方法。

所述干式沉积制作方法的荧光材料的特定剂量比例，由平衡不同荧光材料的沉积速率差异的原理所决定，以形成该长波长发光频谱。

所述有机发光二极管的短波长发光频谱为紫外光或蓝光。

所述平面化色转换层的厚度实质上约小于1.4mm。

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。

所述长波长发光频谱为白光。

所述色转换层还包括一封装层。

所述封装层是以压克力系树脂、氟系树脂、氮化硅薄膜或环氧系树脂所构成。

为让本发明的上述说明与其它目的的特征和优点更能明显易懂，下文特列出较佳实施例并配合附图作详细说明。

附图说明

图1为传统的发光有机面板的结构图标；

图2A与2B另一种传统的发光有机发光面板的结构图标；

图3A与图3E为本发明的可调色的发光装置的结构示意图；以及

图3B～3D为本发明的有机发光二极管的结构示意图。

图中：

红色发光素子---------111绿色发光素子---------112

蓝色发光素子---------113基板------------------301

有机发光二极管---------------------------100、200、300

色转换层---------210          平面化色转换层------310

长波长发光频带----------------------1111、2111、3111

短波长发光频带------------------------3100

绿色发光层---------2101    红色发光层---------2102

蓝色发光层--------2103     阴极层-----------------302

有机官能层-----------303   阳极层-----------------304

电子注入层---------3031    电子传递层--------3032

有机发光层----------3033

空穴传递层---------3034    空穴注入层-------3035

保护层------------------305封装层-----------------311

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，并利用附图说明。

首先，请参阅图3A本发明的可调色的发光装置，至少包括一有机发光二极管300，用以产生一短波长发光频谱，以及一平面化色转换层310，形成于该有机发光二极管300之上，该平面化色转换层310由一特定剂量比例所均匀掺合、调制的荧光材料，利用该荧光材料粒子的微观的光色混合效应，用以将该有机发光二极管的短波长发光频谱(例如紫外光或蓝光)转换为一长波长发光频谱(例如白光)，以调变该有机发光二极管的发光颜色。

请参考图3B，本发明所提供的有机发光二极管300至少包括一基板301、一阴极层302、一有机官能层303、以及一阳极层304，从而产生一短波长发光频谱3100，在一较佳实施例中，此短波长发光频谱3100可为一紫外光或一蓝光。或者，该有机发光二极管300可包括一保护层305，从而保护该二极管组件。更进一步来说，请参考图3C，该有机官能层303包括一电子注入层3031、一电子传递层3032、一有机发光层3033、一空穴传递层3034、以及一空穴注入层3035。接着请参考图3D，透过一外部输入的电流通过阴极层302与阳极层304，并通过有机官能层303，该电流在两电极间分别注入电子及空穴，并在有机官能层303内结合，利用有机分子的激发而达到发光的功能，使该有机发光二极管300产生短波长发光频谱3100。在一较佳实施例中，该基板301可以是塑料、玻璃或半导体基板。

再者，请参考图3E，本发明是在有机发光二极管300上形成一平面化色转换层310，该平面化色转换层310由一特定剂量比例所均匀掺合、调制的荧光材料，利用该荧光材料粒子的微观的光色混合效应，形成于该有机发光二极管300之上，使得一短波长发光频谱3100转换为一长波长发光频谱3111。该平面化色转换层310是由至少一红、蓝、绿的三原色无机荧光材料所组成，例如YBO3：Ce3+，Tb3+、SrGa2S4：Eu2+、Y202S：Eu3+，Bi3+、YAG：Ce3+、SrGa204：Eu2+、CaS：Eu等的无机荧光材料，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混合效应，以形成该平面化色转换层310；而该透明介质是选自氧化硅、氧化钛或环氧树脂。此外，该荧光材料的特定剂量比例，是由该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，故可依各有机发光二极管的不同发光频谱，调制该荧光材料，使得该平面化色转换层得以转换出各种所需的发光频谱(例如白光)。

本发明的可调色的发光装置，可利用湿式涂布制作方法将色转换层310形成于有机发光二极管300之上。在此湿式涂布制作方法里，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、氧化钛或环氧树脂)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，均匀地涂覆于有机发光二极管300之上，尔后施以烘烤除掉溶剂与水分，再涂布或再沉积一封装层311，该封装层311以压克力树脂、环氧树脂、氟系树脂或氮化硅薄膜所构成。

或者，本发明可利用干式制作方法将平面化色转换层310形成于有机发光二极管300之上。而在干式制作方法里，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、氧化钛或环氧树脂，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，在有机发光二极管300上形成平面化色转换层310，其荧光材料的特定剂量比例，是由平衡不同荧光材料的沉积速率差异的原理所决定，以形成该长波长发光频谱3111。并且可在同样的干式沉积制作方法中，直接沉积另外一层氮化硅或类钻薄膜封装层311，或涂覆如压克力系树脂、环氧树脂或氟系树脂，使得本发明可具有一保护作用的封装层311于该平面化色转换层310之上。

本发明提供一种可调色的发光装置，利用荧光材料粒子级的微观掺合，依各有机发光二极管的不同发光频谱，调制该荧光材料，使得该平面化色转换层得以转换出各种所需的发光频谱(例如白光)，从而克服现有技术的缺陷。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，同时制作方法比较简单，耗电量低，因此比较安全。

综上所述，本发明的可调色的发光装置具备了以下的特性：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，任何本领域普通技术人员，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以权利要求为准。

Claims (12)

1.一种可调色的发光装置，其特征在于，所述发光装置至少包括：一有机发光层和一平面化色转化层，其中所述平面化色转化层位于有机发光层之上。

2.如权利要求1所述可调色的发光装置，其特征在于，所述平面化色转化层为一荧光层。

3.如权利要求1所述可调色的发光装置，其特征在于，所述有机发光层为一有机发光二极管层。

4.如权利要求3所述的可调色的发光装置，其特征在于，所述有机发光二极管层还包括一保护层。

5.如权利要求1所述可调色的发光装置，其特征在于，所述有机发光层至少依序包括：一基板、一阴极层、一有机功能层和一阳极层。

6.如权利要求5所述的可调色的发光装置，其特征在于，所述有机发光二极管的有机功能层包括电子注入层、电子传递层、有机发光层、空穴传递层、以及空穴注入层。

7.如权利要求5所述的可调色的发光装置，其特征在于，所述基板选自塑料、玻璃或半导体基板。

8.如权利要求1所述的可调色的发光装置，其特征在于，所述平面化色转换层还包括一透明介质，该透明介质之中掺合荧光材料。

9.如权利要求1所述的可调色的发光装置，其特征在于，所述有机发光二极管的短波长发光频谱为紫外光或蓝光。

10.如权利要求1所述的可调色的发光装置，其特征在于，所述平面化色转换层的厚度实质上约小于1.4mm。

11.如权利要求1所述的可调色的发光装置，其特征在于，所述长波长发光频谱为白光。

12.如权利要求1所述的可调色的发光装置，其特征在于，所述色转换层还包括一封装层。

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