TW201640196A - 電光切換元件及顯示裝置 - Google Patents

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TW201640196A
TW201640196A TW105103593A TW105103593A TW201640196A TW 201640196 A TW201640196 A TW 201640196A TW 105103593 A TW105103593 A TW 105103593A TW 105103593 A TW105103593 A TW 105103593A TW 201640196 A TW201640196 A TW 201640196A
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鈴木成嘉
岸本匡史
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Abstract

本發明係關於一種包含至少一個光源及光轉換層之電光切換元件，且係關於該電光切換元件在光學裝置中之用途。本發明進一步關於一種包含該電光切換元件之光學裝置。

Description

電光切換元件及顯示裝置
本發明係關於一種包含至少一個光源及光轉換層之電光切換元件，且係關於該電光切換元件在光學裝置中之用途。本發明進一步關於一種包含該電光切換元件之光學裝置。
來自包含至少一個光源及光轉換層之電光切換元件的光之光學性質用於各種光學應用，尤其用於光學裝置。
舉例而言，如描述於WO 2013/183751 A、JP 2014-52606 A、JP 3820633 B、JP 3298263 B、EP 01403355 A、JP H04-12323 A、EP 02056158 A、WO 2010/143461 A、JP 2007-178902 A、JP 2003-233070 A中。
專利文獻
1. WO 2013/183751 A
2. JP 2014-52606 A
3. JP 3820633 B
4. JP 3298263 B
5. EP 01403355 A
6. JP H04-12323 A
7. EP 02056158 A
8. WO 2010/143461 A
9. JP 2007-178902 A
10. JP 2003-233070A
非專利文獻
然而，本發明人新近發現，仍存在一或多個重要問題需要改良，如以下所列舉。
1.需要具有簡單裝置組態且自該裝置展示更佳發光之色彩純度的電光切換元件。
2.需要具有較高外部耦合效率之電光切換元件。
3.需要在入射光下展示元件之較少色彩位移及/或更佳亮度對比的電光切換元件。
本發明人旨在解決所有前述問題。
出乎意料地，本發明人已發現一種新穎電光切換元件(100)，其包含至少一個光源(110)及光轉換層(120)，其中該光轉換層(120)包含可將來自該光源(110)之光的光波長轉換成較長光波長的光轉換材料(130)及可吸收可見光的著色劑(140)，其中該著色劑(140)係選自由染料、顏料及此等中之任一者之組合組成之群，其中該電光切換元件(100)包含複數個光散射粒子(150)，同時解決問題1及2。
本發明之其他優勢將自以下詳細描述變得顯而易見。
在另一態樣中，本發明係關於該電光切換元件(100)在光學裝置中之用途。
在另一態樣中，本發明進一步關於一種光學裝置(210)，其包括該電光切換元件(100)，該電光切換元件包含至少一個光源(110)及光轉換層(120)，其中該光轉換層(120)包含可將來自該光源(110)之光的光波長轉換成較長光波長的光轉換材料(130)及可吸收可見光的著色 劑(140)，其中該著色劑(140)係選自由染料、顏料及此等中之任一者之組合組成之群，其中該電光切換元件(100)包含複數個光散射粒子(150)。
10‧‧‧電光切換元件
100‧‧‧電光切換元件
101‧‧‧亮度計CS-1000A(Konica Minolta Holdings Inc.)
102‧‧‧National PRF-100W光源
110‧‧‧光源/450nm LED光源
120‧‧‧光轉換層
130‧‧‧光轉換材料
140‧‧‧著色劑
150‧‧‧複數個光散射粒子
160‧‧‧光調變器(視情況選用)
170‧‧‧光散射層
180‧‧‧層
190‧‧‧選擇性光反射層
200‧‧‧電光切換元件
210‧‧‧光源
211‧‧‧藍色光源
212‧‧‧光導板
220‧‧‧光轉換層
221‧‧‧黑色基質
230‧‧‧光轉換材料
240‧‧‧著色劑
250‧‧‧複數個光散射粒子
260‧‧‧光調變器
261‧‧‧偏振器
262‧‧‧透明基板
263‧‧‧液晶層
270‧‧‧光散射層
300‧‧‧電光切換元件
310‧‧‧光源
320‧‧‧光轉換層
330‧‧‧光轉換材料
340‧‧‧著色劑
350‧‧‧複數個光散射粒子
360‧‧‧光調變器(視情況選用)
370‧‧‧光散射層
420‧‧‧光轉換層
430‧‧‧光轉換材料
440‧‧‧著色劑
500‧‧‧電光切換元件
510‧‧‧光源
511‧‧‧藍色光源
512‧‧‧光導板
520‧‧‧光轉換層
521‧‧‧黑色基質
530‧‧‧光轉換材料
540‧‧‧著色劑
550‧‧‧複數個光散射粒子
560‧‧‧光調變器(視情況選用)
561‧‧‧偏振器
562‧‧‧透明基板
563‧‧‧液晶層
570‧‧‧光散射層
580‧‧‧具有傾斜結構之層
600‧‧‧電光切換元件
610‧‧‧藍色光源(可切換)
620‧‧‧光轉換層
630‧‧‧光轉換材料
640‧‧‧著色劑
650‧‧‧複數個光散射粒子
670‧‧‧光散射層
700‧‧‧電光切換元件
710‧‧‧光源
720‧‧‧光轉換層
721‧‧‧黑色基質
730‧‧‧光轉換材料
740‧‧‧著色劑
750‧‧‧複數個光散射粒子
761‧‧‧透明電極
762‧‧‧LC層(摻雜有二色性染料)
763‧‧‧透明像素電極
764‧‧‧透明基板
770‧‧‧光散射層
800‧‧‧電光切換元件
810‧‧‧光源
820‧‧‧光轉換層
830‧‧‧光轉換材料
840‧‧‧著色劑
850‧‧‧複數個光散射粒子
861‧‧‧透明基板
862‧‧‧透明電極
863‧‧‧LC層(摻雜有二色性染料)
864‧‧‧透明像素電極
865‧‧‧TFT(薄膜電晶體)
900‧‧‧電光切換元件
910‧‧‧光源
911‧‧‧藍色光源
912‧‧‧光導板
920‧‧‧光轉換層
921‧‧‧黑色基質
930‧‧‧光轉換材料
940‧‧‧著色劑
950‧‧‧複數個光散射粒子
960‧‧‧光調變器
961‧‧‧透明基板
962‧‧‧TFT(薄膜電晶體)
963‧‧‧MEMS(微電機械系統)擋板
圖1：展示電光切換元件(100)之示意性截面視圖。
圖2：展示本發明之電光切換元件之另一實施例的示意性截面視圖。
圖3：展示本發明之電光切換元件之另一實施例的示意性截面視圖。
圖4：展示本發明之電光切換元件之光轉換層部分之另一實施例的示意性截面視圖。
圖5：展示本發明之電光切換元件之另一實施例的示意性截面視圖。
圖6：展示本發明之電光切換元件之另一實施例的示意性截面視圖。
圖7：展示本發明之電光切換元件之另一實施例的示意性截面視圖。
圖8：展示本發明之電光切換元件之另一實施例的示意性截面視圖。
圖9：展示本發明之電光切換元件之另一實施例的示意性截面視圖。
圖10：展示實施例6中量測構造之示意圖。
圖1中參考符號清單
100.電光切換元件
110.光源
120.光轉換層
130.光轉換材料
140.著色劑
150.複數個光散射粒子
160.光調變器(視情況選用)
170.光散射層
圖2中參考符號之清單
200.電光切換元件
210.光源
211.藍色光源
212.光導板
220.光轉換層
221.黑色基質
230.光轉換材料
240.著色劑
250.複數個光散射粒子
260.光調變器
261.偏振器
262.透明基板
263.液晶層
270.光散射層
圖3中參考符號之清單
300.電光切換元件
310.光源
320.光轉換層
330.光轉換材料
340.著色劑
350.複數個光散射粒子
360.光調變器(視情況選用)
370.光散射層
圖4中參考符號之清單
420.光轉換層
430.光轉換材料
440.著色劑
圖5中參考符號之清單
500.電光切換元件
510.光源
511.藍色光源
512.光導板
520.光轉換層
521.黑色基質
530.光轉換材料
540.著色劑
550.複數個光散射粒子
560.光調變器(視情況選用)
561.偏振器
562.透明基板
563.液晶層
570.光散射層
580.具有傾斜結構之層
圖6中參考符號之清單
600.電光切換元件
610.藍色光源(可切換)
620.光轉換層
630.光轉換材料
640.著色劑
650.複數個光散射粒子
670.光散射層
圖7中參考符號之清單
700.電光切換元件
710.光源
720.光轉換層
721.黑色基質
730.光轉換材料
740.著色劑
750.複數個光散射粒子
761.透明電極
762.LC層(摻雜有二色性染料)
763.透明像素電極
764.透明基板
770.光散射層
圖8中參考符號之清單
800.電光切換元件
810.光源
820.光轉換層
830.光轉換材料
840.著色劑
850.複數個光散射粒子
861.透明基板
862.透明電極
863.LC層(摻雜有二色性染料)
864.透明像素電極
865.TFT(薄膜電晶體)
圖9中參考符號之清單
900.電光切換元件
910.光源
911.藍色光源
912.光導板
920.光轉換層
921.黑色基質
930.光轉換材料
940.著色劑
950.複數個光散射粒子
960.光調變器
961.透明基板
962.TFT(薄膜電晶體)
963.MEMS(微電機械系統)擋板
圖10中參考符號之清單
10.電光切換元件
101.亮度計CS-1000A(Konica Minolta Holdings Inc.)
102.National PRF-100W光源
110.450nm LED光源
120.光轉換層
130.光轉換材料
140.著色劑
150.複數個光散射粒子
170.光散射層
在一通用態樣中，電光切換元件(100)，其包含至少一個光源(110)及光轉換層(120)，其中該光轉換層(120)包含可將來自光源(110)之光的光波長轉換成較長光波長的光轉換材料(130)及可吸收可見光的著色劑(140)，其中該著色劑(140)係選自由染料、顏料及此等中之任一者之組合組成之群，其中該電光切換元件(100)包含複數個光散射粒子(150)。
根據本發明，在電光切換元件中光源(100)之類型不受特定限制。
較佳地，可使用UV或藍色單色光源。
更佳地，光源發射峰值波長在藍光區中的光，諸如可使用藍色LED、CCFL、EL、OLED或此等中之任一者之組合。
在本發明之一較佳實施例中，光源(110)可另外涵蓋光導板以增加來自光源(110)的光均一性。
出於本發明之目的，術語「藍色」意謂在380nm與515nm之間的光波長。
較佳地，其在430nm與490nm之間。更佳地，其在450nm與470nm之間。
根據本發明，術語「層」包括「片」狀結構。
根據本發明，光轉換層(120)可由至少光轉換材料(130)、著色劑(140)及基質材料製備。
作為基質材料，可按需要使用較佳用於光學膜的任何類型之公開已知透明基質材料，因為基質材料在製造光轉換層(120)中較佳具有良好可加工性，且具有長期耐久性。
在本發明之一較佳實施例中，可使用光可固化聚合物及/或感光性聚合物。舉例而言，用於LCD彩色濾光器之丙烯酸酯樹脂、任何光可固化聚矽氧烷、廣泛用作光可固化聚合物之聚桂皮酸乙烯酯或此等中之任一者之組合。
根據本發明，作為光轉換材料(130)，可使用吸收可見光/UV光且發射波長比所吸收光長之可見光的任何材料。
較佳地，光轉換層(120)之光轉換材料(130)可選自由以下組成之群：有機染料(諸如有機發光及/或有機磷光材料)、無機磷光材料、量子尺寸無機半導體材料(諸如量子點材料、量子棒材料)及此等中之任一者之組合。
因此，根據本發明，在一些實施例中，光轉換層(120)之光轉換材料(130)係選自由以下組成之群：有機螢光材料、有機磷光材料、磷光體材料、量子尺寸無機半導體材料及此等中之任一者之組合。
根據本發明，術語「量子尺寸」意謂在無配位體或另一表面改質之情況下無機半導體材料自身之尺寸，其可展示量子尺寸效應。
作為有機染料，可按需要使用任何類型之螢光染料及/或磷光染料。諸如用於有機發光二極體之市售雷射染料及/或發光染料。例如，來自Indeco Corporation之雷射染料、來自American Dye Sources之染料。
在本發明之一較佳實施例中，作為用於發射藍色用途的有機染料，可使用來自Indeco Corporation之雷射染料，諸如香豆素460、香豆素480、香豆素481、香豆素485、香豆素487、香豆素490、LD 489、LD 490、香豆素500、香豆素503、香豆素504、香豆素504T、香豆素515；市售發光染料，諸如苝、9-胺基-吖啶、12(9-蒽醯氧基(anthroyoxy))硬脂酸、4-苯基螺[呋喃-2(3H),1'-呋嗒南(futalan)]-3,3'-二酮、N-(7-二甲基胺基-4-甲基香豆素基)順丁烯二醯亞胺；來自 American Dye Sources之染料，諸如ADS135BE、ADS040BE、ADS256FS、ADS086BE、ADS084BE；或此等中之任一者之組合。
作為用於發射綠色用途之有機染料，較佳可使用來自Indeco Corporation之雷射染料，諸如香豆素522/522B、香豆素525或此等中之任一者之組合。
作為用於紅色發射用途之有機染料，較佳可以此方式使用來自Indeco Corporation之雷射染料，諸如DCM、Fluorol 555、若丹明560過氯酸鹽、若丹明560氯化物、LDS 698；來自American Dye Source Inc.之染料，諸如ADS055RE、ADS061RE、ADS068RE、ADS069RE、ADS076RE或此等中之任一者之組合。
根據本發明，作為有機染料，亦可使用供有機發光二極體(下文「OLED」)用研發的染料。
可使用諸如日本專利JP 2795932 B中所述之染料、S.A.Swanson等人論文、JP 2004-263179 A、JP 2006-269819 A及/或JP 2008-091282 A中所述之染料。
根據本發明，在一些實施例中，一或多種紅色有機染料連同可將UV光及/或藍光轉換成綠光的一或多種發射綠光染料可用於紅色發射用途，如JP 2003-264081 A中所述。
較佳地，有機染料之表面可藉由一或多種界面活性劑或分散劑改質以促進有機染料分散。舉例而言，藉由用烷基鏈改質有機染料之表面，使其可溶於有機溶劑。
至於無機磷光體，可按需要使用任何類型之市售無機磷光體。
對於藍色無機磷光體，較佳可使用如日本專利申請案特許公開第JP2002-062530 A號中所述之Cu活化之硫化鋅磷光體、如JP 2006-299207 A中所述之Eu活化之鹵磷酸鹽磷光體及/或Eu活化之鋁酸鹽磷光體或此等中之任一者之組合。
對於綠色無機磷光體，較佳可使用如JP 2006-299207 A中所述之Ce或Tb活化之稀土元素硼酸鹽磷光體、JP 2007-262417 A中所述之β-賽隆(sialon)綠色磷光體及此等中之任一者之組合。
對於紅色無機磷光體，較佳可使用Eu活化之硫化鑭磷光體、JP 2006-299207 A中所述之Eu活化之硫化釔磷光體、JP 2007-063365 A中所述之黃色磷光體(其由作為發射位點之BaS及Cu2+組成)、JP 2007-063366 A中所述之紅色磷光體(其由Ba2ZnS3及Mn2+組成)、JP 3503139 B中所述之Ce活化之石榴石磷光體、JP 2005-048105 A中所述之紅色磷光體、JP 2006-257353 A中所述之Ca α-賽隆紅色磷光體或此等中之任一者之組合。
較佳地，無機磷光體之表面可藉由一或多種界面活性劑或分散劑改質，以促進無機磷光體之分散。
通常，量子尺寸無機半導體材料(諸如量子點材料及/或量子棒材料)由於量子尺寸效應而可發射極其鮮明的彩色光。
關於量子點，可按需要較佳地使用可公開獲得之量子點(下文稱「q點」)，例如購自Sigma-Aldrich。
在不希望受理論束縛之情況下，咸信來自具有細長形狀之光轉換材料之偶極矩的發光可導致比來自q點、有機螢光材料及/或有機磷光材料、磷光體材料之球形發光高的外部耦合效率。
換言之，咸信具有細長形狀之光轉換材料(諸如q棒、細長形狀之有機染料)的長軸平均起來可具有較高機率平行於基板表面對準，且其偶極矩平均起來亦可具有較高機率平行於基板表面對準。
因此，在一些實施例中，光轉換材料(130)可選自具有細長形狀的量子棒材料或有機染料，以獲得較佳外部耦合效應。
根據本發明，為了獲得裝置之極其鮮明的色彩及較佳外部耦合效應，量子棒材料更佳。
在本發明之一較佳實施例中，量子棒材料可選自由以下組成之群：II-VI、III-V或IV-VI半導體及此等中之任一者之組合。
更佳地，量子棒材料可選自由以下組成之群：Cds、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、GaAs、GaP、GaAs、GaSb、HgS、HgSe、HgSe、HgTe、InAs、InP、InSb、AlAs、AlP、AlSb、Cu2S、Cu2Se、CuInS2、CuInSe2、Cu2(ZnSn)S4、Cu2(InGa)S4、TiO2合金及此等中之任一者之組合。
舉例而言，出於紅色發射用途，CdSe棒、CdSe點於CdS棒中、ZnSe點於CdS棒中、CdSe/ZnS棒、InP棒、CdSe/CdS棒、ZnSe/CdS棒或此等中之任一者之組合。出於綠色發射用途，諸如CdSe棒、CdSe/ZnS棒或此等中之任一者之組合，且出於藍色發射用途，諸如ZnSe、ZnS、ZnSe/ZnS核殼棒或此等中之任一者之組合。
量子棒材料之實例已描述於例如國際專利申請案特許公開第WO2010/095140A號中。
在本發明之一較佳實施例中，量子棒材料之整體結構之長度為8nm至500nm。更佳地，10nm至160nm。該量子棒材料之總直徑在1nm至20nm範圍內。更特定言之，其為1nm至10nm。
較佳地，量子尺寸無機半導體材料，諸如量子棒及/或量子點包含表面配位體。
量子棒及/或量子點材料之表面其上可塗佈有一或多種類型之表面配位體。
在不希望受理論束縛之情況下，咸信該表面配位體可導致量子尺寸無機半導體材料在溶劑中更易於分散。
常用表面配位體包括膦及膦氧化物，諸如三辛基氧化膦(TOPO)、三辛基膦(TOP)及三丁基膦(TBP)；膦酸，諸如十二烷基膦酸(DDPA)、十三烷基膦酸(TDPA)、十八烷基膦酸(ODPA)及己基膦酸 (HPA)；胺，諸如十二烷基胺(DDA)、十四烷基胺(TDA)、十六烷基胺(HDA)及十八烷基胺(ODA)；硫醇，諸如十六烷硫醇及己烷硫醇；巰基羧酸，諸如巰基丙酸及巰基十一酸；及此等中之任一者之組合。
表面配位體之實例已描述於例如國際專利申請案特許公開第WO 2012/059931A號中。
根據本發明，作為可吸收可見光的著色劑(140)可選自由染料、顏料及此等中之任一者之組合組成之群。較佳地，用於LCD彩色濾光器的任何類型之公開已知染料及顏料可以此方式使用。舉例而言，如「Technologies on LCD Color Filter and Chemicals」CMC Publishing P.53(1998)」中所示，偶氮-螯合顏料、稠合偶氮顏料、喹吖啶酮顏料、異吲哚啉酮顏料、苝顏料、迫位酮(perinone)顏料、不可溶偶氮顏料、酞菁顏料、二噁嗪顏料、蒽醌顏料、硫堇(thioin)顏料或此等中之任一者之組合。
根據本發明，著色劑(140)的一個主要要求為吸收來自光源(110)之激發光，其光激發光轉換層中的光轉換材料(130)，以改良來自光轉換層的光之色彩純度。因此，若光轉換層具有綠色子色彩像素，則用於LCD彩色濾光器的市售黃色顏料亦可用於該綠色子色彩像素。
根據本發明，作為光散射粒子(150)，按需要較佳可使用任何類型之公開已知光散射粒子，其具有與包括該等光散射粒子的層之基質材料不同的折射率且可獲得米氏散射效應(Mie scattering effect)。
舉例而言，較佳可使用無機氧化物之小粒子，諸如SiO2、SnO2、CuO、CoO、Al2O3TiO2、Fe2O3、Y2O3、ZnO、MgO；有機粒子，諸如聚合聚苯乙烯、聚合PMMA；或此等中之任一者之組合。
較佳地，光散射粒子(150)之平均粒徑可在350nm至5μm範圍內。
在不希望受理論束縛之情況下，咸信即使在光散射粒子與層基 質之間的折射率差異小至0.1，大於350nm平均粒徑亦可導致較強向前散射，其由隨後米氏散射導致。
另一方面，為了獲得藉由使用光散射粒子(150)形成性質的較佳層，最大平均粒徑較佳為5μm或5μm以下。更佳地，500nm至2μm。
在本發明之一些實施例中，較佳地，電光切換元件(100)進一步包含光調變器(160)。
在本發明之一較佳實施例中，光調變器(160)可選自由以下組成之群：液晶元件、微電機械系統(本文中其後為「MEMS」)、電濕潤元件及電泳元件。
在光調變器(160)為液晶元件之情況下，任何類型之液晶元件可以此方式使用。
舉例而言，常用於LCD的扭轉向列模式、垂直對準模式、IPS模式、客體主體模式液晶元件為較佳的。
另外，根據本發明，正常黑色TN模式液晶元件亦適用為光調變器(160)。
通常，在不希望受理論束縛之情況下，據稱正常黑色TN模式可獲得較高對比率，但製造方法由於各色彩像素中的不同單元間隙而較複雜以保持良好白平衡。
根據本發明，不需要改變在各像素下正常黑色TN模式LC元件的單元間隙。
因為，根據本發明，單一色彩激發光源可較佳與色彩轉換層(120)組合使用。諸如，作為單一色彩激發光源，如第15頁中所述之UV LED、藍色LED。
在彼情況下，光源發射具有一個峰值波長範圍的光，且來自光源(110)之激發光的強度可藉由在各像素下具有相同單元間隙的正常 黑色TN模式LC層控制，接著激發光進入至光轉換層(120)中，且轉換成較長波長。
在本發明之一些實施例中，較佳地，電光切換元件(100)包含光散射層(170)，其包括複數個光散射粒子(150)。
在本發明之一較佳實施例中，光散射層(170)可置放於光源(110)與光轉換層(120)之間，以減弱由環境光散射導致的裝置之眩光狀態。
因此，在本發明之一些實施例中，光源(110)、光散射層(170)及光轉換層(120)以此順序置放。
較佳地，複數個光散射粒子(150)可僅位於光散射層(170)中及/或位於光源側與光轉換層(120)之間置放的一或多個其他層中。
在不希望受理論束縛之情況下，認為該實施例在入射光下可引起元件之較少色彩位移及/或較佳亮度對比。
較佳地，如圖1中所示，光散射層(170)直接置放至光轉換層(120)之光源側的表面上。
在本發明之一些實施例中，視情況，如圖3、圖8中所示，光轉換層(120)包含複數個光散射粒子(150)。
較佳地，自光源(110)觀察，在光調變器(160)置放於光轉換層(120)後方之情況下，複數個光散射粒子(150)可位於光轉換層(120)中。
在本發明之一些實施例中，光調變器(160)置放於光轉換層(120)之光提取側。
在本發明之一些實施例中，光調變器(160)置放於光源(110)與光轉換層(120)之間。
根據本發明，在一些實施例中，視情況，光轉換層(120)之光提取側之表面經結構化以提高裝置(100)之外部耦合效率。
在不希望受理論束縛之情況下，咸信如圖4中所示之傾斜結構可增加離開光轉換層的光之量。此等結構可藉由熟知技術，例如使用奈米印刷技術製造。
根據本發明，在一些實施例中，光轉換層(120)之面向光源(110)的另一表面可具有傾斜結構。在不希望受理論束縛之情況下，咸信傾斜結構可藉由總體反射防止光損失。
一般而言，傾斜結構可針對複數個子色彩像素重疊。因此，傾斜結構甚至適用於小尺寸像素。
在一些實施例中，視情況，電光切換元件(100)進一步包含層(180)，其光提取側之表面經結構化。
較佳地，如圖5中所示，層(180)具有一或多個傾斜結構。
在本發明之一些實施例中，視情況，光源(110)為可切換的。
根據本發明，術語「可切換」意謂光可選擇性地打開或關掉。
在本發明之一較佳實施例中，可切換光源可選自由以下組成之群：主動型矩陣OLED、被動型矩陣OLED、主動型矩陣EL、被動型矩陣EL、複數個LED及此等中之任一者之組合。
在本發明之一些實施例中，光轉換層(120)之光轉換材料(130)係選自由以下組成之群：有機螢光材料、有機磷光材料、磷光體材料、量子點材料、量子棒材料或此等中之任一者之組合。
在本發明之一些實施例中，視情況，電光切換元件(100)進一步包含置放於光源(110)與光轉換層(120)之間的選擇性光反射層(190)。
根據本發明，術語「光反射」意謂反射在操作偏振光發射裝置期間所用波長或波長範圍下的至少約60%入射光。較佳地，超過70%，更佳地，超過75%，最佳地，超過80%。
根據本發明，選擇性光反射層(190)可使來自光源(110)之峰值光波長穿過，且可反射來自光轉換層(120)之經轉換光。
用於選擇性光反射層的材料不受特定限制。按需要較佳可使用用於選擇性光反射層的熟知材料。
根據本發明，選擇性光反射層可為單層或多層。
在一較佳實施例中，選擇性光反射層係選自由以下組成之群：Al層、Al+MgF2堆疊層、Al+SiO堆疊層、Al+介電多層、Au層、介電多層、Cr+Au堆疊層；其中選擇性光反射層更佳為Al層、Al+MgF2堆疊層、Al+SiO堆疊層、膽固醇液晶層、堆疊膽固醇液晶層。
膽固醇液晶層之實例已描述於例如國際專利申請案特許公開第WO 2013/156112A號、第WO 2011/107215 A號中。
一般而言，製備選擇性光反射層之方法可按需要改變，且係選自熟知技術。
在一些實施例中，預期用於膽固醇液晶層的選擇性光反射層可利用基於氣相之塗佈方法(諸如濺鍍、化學氣相沈積、氣相沈積、閃蒸)或基於液體之塗佈方法製備。
在膽固醇液晶層之情況下，可利用例如WO 2013/156112A或WO 2011/107215 A中所描述之方法製備。
在本發明之一些實施例中，較佳地，光轉換層(120)包含第一及第二子色彩區域(200)，其中當藉由光源照射時，至少第一子色彩區域發射的光之峰值波長比第二子色彩區域長。
在本發明之一較佳實施例中，電光切換元件(100)之光源(110)為藍色光源，諸如藍色LED，且光轉換層(120)包含綠色子色彩區域及紅色子色彩區域。
在本發明之一較佳實施例中，光轉換層(120)包含紅色子色彩區域、綠色子色彩區域及藍色子色彩區域。
更佳地，如圖1至圖3、圖5至圖9中所述，光轉換層(120)主要由紅色子色彩區域、綠色子色彩區域及藍色子色彩區域組成。
甚至更佳，在使用諸如藍色LED之發射藍光光源的情況下，藍色子色彩區域可在無藍光轉換材料(130)之情況下製備。
在彼情況下，藍色子色彩區域亦可在無藍色著色劑(140)及藍光轉換材料(130)之情況下製備。
在本發明之一些實施例中，視情況，偏振光發射裝置(100)進一步包含黑色基質(下文「BM」)。
在一較佳實施例中，如圖1中所述，BM置放於子色彩區域之間。換言之，本發明之子色彩區域可藉由一或多個BM標記出。
用於BM之材料不受特定限制。按需要較佳可使用熟知材料，尤其用於彩色過濾器的熟知BM材料。諸如黑色染料分散之聚合物組合物，如JP 2008-260927A、WO 2013/031753A中所述。
BM之製造方法不受特定限制，熟知技術可用於此方法。諸如，直接網板印刷、光微影、伴隨遮罩之氣相沈積。
在另一態樣中，本發明係關於該電光切換元件(100)在光學裝置中之用途。
在另一態樣中，本發明進一步關於一種光學裝置(210)，其包括該電光切換元件(100)，該電光切換元件包含至少一個光源(110)及光轉換層(120)，其中該光轉換層(120)包含可將來自該光源(110)之光的光波長轉換成較長光波長的光轉換材料(130)及可吸收可見光的著色劑(140)，該著色劑係選自由染料、顏料及此等中之任一者之組合組成之群，其中該電光切換元件(100)包含複數個光散射粒子(150)。
在本發明之一較佳實施例中，光學裝置(210)可選自由以下組成之群：液晶顯示器、OLED、MEMS顯示器、電濕潤顯示器及電泳顯示器。
更佳地，光學裝置(210)可為液晶顯示器。諸如扭轉向列型液晶顯示器、垂直對準模式液晶顯示器、IPS模式液晶顯示器、客體主體 模式液晶顯示器或正常黑色TN模式液晶顯示器。
光學裝置之實例已描述於例如WO 2010/095140 A2及WO 2012/059931 A1中。
參考以下實例更詳細地描述本發明，該等實例僅為說明性的，且不限制本發明之範疇。
實例
實例1：在本發明中，如圖2中所示，光散射層可分別堆積在色彩轉換層上。
光散射層對所有元件之像素可為常見的。且因此，其可用在製造中不導致光微影製程增加的一個膜之薄片製造。在此實例中，光散射層直接接觸色彩轉換層，且面向後部光源。
如圖3中所述，光散射粒子亦可位於色彩轉換層中及/或另一層中。
藍色LED較佳可用作光源(211)、(310)。
實例2：圖4展示具有傾斜結構以增加元件之外部耦合效率的色彩轉換層之一個實例。
在不希望受理論束縛之情況下，咸信在色彩轉換層中的該傾斜結構或彎曲結構可增加出自色彩轉換層的光之量。
且傾斜結構及彎曲結構可利用熟知技術，諸如奈米印刷技術製造。
該等傾斜結構或彎曲結構亦可在任何其他層(諸如光散射層)之表面上製造。
實例3：圖7展示本發明之一個實例。
在此實例中，客體主體模式液晶(762)與藍色光源一起使用，且因此可省去兩個偏振器。
實例4：圖8展示本發明之另一實例。
在此實例中，具有複數個光散射粒子之光轉換層作為絕緣層製造。
實例5：圖9展示本發明之另一實例。
在此實例中，較佳使用MEMS擋板。
光轉換層可作為MEMS擋板系統之絕緣層而非當前實例製造，且複數個光散射粒子亦可併入光轉換層中。
除非另外說明，否則本說明書中所揭示之各特徵可經用於相同、等效或類似目的之替代性特徵替換。因此，除非另外說明，否則所揭示之各特徵僅為一系列普通的等效或類似特徵之一個實例。
術語定義
根據本發明，術語「透明」意謂在用於偏振光發射裝置之厚度下及在操作偏振光發射裝置期間所用波長或波長範圍下至少約60%入射光透射。較佳地，超過70%，更佳地，超過75%，最佳地，超過80%。
術語「螢光」定義為藉由已吸收光或其他電磁輻射之物質發光的物理方法。其為發光之形式。在多數情況下，所發射光比所吸收輻射具有較長波長，且因此較低能量。
術語「半導體」意謂在室溫下材料具有在導體(諸如銅)與絕緣體(諸如玻璃)之間程度的電導率。
術語「無機」意謂不含有碳原子之任何材料或含有以離子方式鍵結至其他原子之碳原子的任何化合物，諸如一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、氰化物、氰酸鹽、碳化物及硫氰酸鹽。
術語「發射」意謂藉由原子及分子中之電子躍遷發射電磁波。
以下實施例1至7提供本發明之電光切換元件的描述以及其製造之詳細描述。
實施例 實施例1：電光切換元件之製造
1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)及0.26g綠色顏料(Heliogen Green K9360)及0.066g香豆素6(Sigma-Aldrich)分散於甲苯(2g)中，在90℃下在空氣條件中攪拌5分鐘。
藉由音波處理在丙酮中清潔玻璃基板。
接著使用刮刀技術將所得溶液塗佈至經清潔之玻璃基板上。將所得基板在100℃下在空氣條件下加熱3分鐘以蒸發溶劑，製得10μm厚的光轉換層。
在加熱之後，使膜在氮氣流動條件下曝露於254nm UV光(2.3mW/cm2)3分鐘。
接著，將綠色色彩轉換層用甲苯沖洗一分鐘，且在100℃下加熱3分鐘。
最後，獲得製造至基板上的綠色色彩轉換層。
將0.5g聚肉桂酸乙烯酯(購自Sigma-Aldrich)及0.005g氧化鈦粉末(95%金紅石，在1微米精細粉末下；購自Koujundo Chemical Laboratory Co.Ltd.)分散於甲苯(4g)中，且在90℃下在空氣條件中攪拌5分鐘。
藉由音波處理在丙酮中清潔玻璃基板。
接著使用旋塗技術(1,000r.p.m.持續30秒)將所得溶液塗佈至經清潔之玻璃基板上，且使基板在100℃下在空氣條件中加熱。
在加熱之後，使基板在氮氣流動條件下曝露於254nm UV光(2.3mW/cm2)3分鐘。
接著，將光散射層用甲苯沖洗一分鐘，且在100℃下加熱3分鐘。
最後，獲得製造至玻璃基板上的2μm厚光散射層。
接著，製造至基板上的綠色色彩轉換層及製造至玻璃基板上的光散射層彼此直接面對，且使用折射率為1.53的折射率匹配油狀物接觸。
製造作為光調變器的厚度為4μm之扭轉向列型液晶(TN-LC)單元。
使用液晶(折射率各向異性；△n 0.1262，介電各向異性；△ε 4.5，來自Merck KGaA)。
兩個偏振器安置至兩個TN-LC單元之基板上，使得透射軸與TN-CL單元之各側面的摩擦方向一致。接著，製造一個正常白色類型TN-LC單元。
接著，TN-LC單元面向光散射層之玻璃基板，且接觸玻璃基板。
最後，製造電光切換元件1。
在此實施例中，使用製造至基板上的綠色色彩轉換層及製造至玻璃基板上的光散射層。替代地，綠色色彩轉換層及/或光散射層可用熟知技術自基板剝掉，且其可用於本發明。
實施例2：電光切換元件之製造
1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)及0.02g紅色顏料二酮-吡咯并-吡咯(Irgaphor red B CF)以及0.2g紅色量子棒(來自Qlight Nanotech，發光之峰值波長；631nm)分散於甲苯(2g)中，且在90℃下在空氣條件中攪拌5分鐘。
各量子棒之直徑及長度使用TEM(透射電子顯微鏡；TEM)量測，分別為6nm及27nm。
藉由音波處理在丙酮中清潔玻璃基板。
接著所得溶液使用刮刀技術塗佈至經清潔之玻璃基板上，以製造厚度為10μm的光轉換層。所得基板在100℃下在空氣條件下加熱3分鐘以蒸發溶劑。
在加熱之後，基板在氮氣流動條件下曝露於254nm UV光(2.3mW/cm2)3分鐘。
接著，紅色色彩轉換層用甲苯沖洗一分鐘，且在100℃下加熱3分鐘。
最後，獲得製造至基板上的紅色色彩轉換層。
光散射層及作為光調變器之TN-LC單元以與實施例1中所述之相同方式製造。
光轉換層、光散射層及TN-LC單元接著彼此直接面對，且以與實施例1中所述之相同方式接觸。
最後，製造電光切換元件3。
實施例3：電光切換元件之製造
電光切換元件3以與實施例1中所述之相同方式製造，預期光散射層置放至色彩轉換層之相對側上。
換言之，電光切換元件2以此順序包含玻璃基板/光散射層/玻璃基板/光轉換層/TN-LC單元。
實施例4：電光切換元件之製造
1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)、0.26g綠色顏料(Heliogen Green K9360)、0.066g香豆素6(Sigma-Aldrich)及0.01g氧化鈦粉末(95%金紅石，在1微米精細粉末下；購自Koujundo Chemical Laboratory Co.Ltd.)分散於甲苯(2g)中，且在90℃下在空氣條件中攪拌5分鐘。
藉由音波處理在丙酮中清潔玻璃基板。
接著所得溶液使用刮刀技術塗佈至經清潔之玻璃基板上，以製造10μm厚的光轉換層。所得基板在100℃下在空氣條件下加熱3分鐘以蒸發溶劑。
在加熱之後，膜在氮氣流動條件下曝露於254nm UV光(2.3 mW/cm2)3分鐘。
接著，綠色色彩轉換層用甲苯沖洗一分鐘，且在100℃下加熱3分鐘。
最後，獲得製造至基板上的綠色色彩轉換層。
厚度為4μm的扭轉向列型液晶(TN-LC)單元以與實施例1中所述之相同方式製造。
接著，TN-CL單元面向光轉換層，且與光轉換層接觸。
最後，製造電光切換元件4。
實施例5：評估實施例1至4中製造的電光切換元件
405nm LED光源經由漫射板置放於正常白色TN-LC單元下。來自色彩轉換層與表面成垂直方向的光使用亮度計CS-1000 A(Konica Minolta Holdings Inc.)量測。
當驅動電壓施加於TN-CN單元時，來自光轉換層的所發射光之目的減弱。其清楚地指示TN-LC單元作為光調變器工作。所得結果展示於表1-1至1-4中。
表1-3；實施例3
實施例6：元件之製造及其量測
1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)及0.26g綠色顏料(Heliogen Green K9360)及0.066g香豆素6(Sigma-Aldrich)分散於甲苯(2g)中，在90℃下在空氣條件中攪拌5分鐘。
藉由音波處理在丙酮中清潔玻璃基板。
接著所得溶液使用刮刀技術塗佈至經清潔之玻璃基板上。所得基板在100℃下在空氣條件下加熱3分鐘以蒸發溶劑，製造厚度為10μm的光轉換層。
在加熱之後，膜在氮氣流動條件下曝露於254nm UV光(2.3mW/cm2)3分鐘。
接著，綠色色彩轉換層用甲苯沖洗一分鐘，且在100℃下加熱3分鐘。
最後，獲得製造至基板上的綠色色彩轉換層。
將0.5g聚肉桂酸乙烯酯(購自Sigma-Aldrich)及0.005g氧化鈦粉末(95%金紅石，在1微米精細粉末下；購自Koujundo Chemical Laboratory Co.Ltd.)分散於甲苯(4g)中，且在90℃下在空氣條件中攪拌5分鐘。
藉由音波處理在丙酮中清潔玻璃基板。
接著所得溶液使用旋塗技術(1,000r.p.m.持續30秒)塗佈至經清潔之玻璃基板上，且基板在100℃下在空氣條件中加熱。
在加熱之後，基板在氮氣流動條件下曝露於254nm UV光(2.3mW/cm2)3分鐘。
接著，光散射層用甲苯沖洗一分鐘，且在100℃下加熱3分鐘。
最後，獲得製造至玻璃基板上厚度為2nm的光散射層。
接著，製造至基板上的綠色色彩轉換層及製造至玻璃基板上的光散射層彼此面對，且使用折射率為1.53的折射率匹配油狀物接觸。
由此，製造元件6。
接著，如以下<6-1>及<6-2>中所述，元件6之光學性質(在入射光及色度下的亮度對比)使用裝備有450nm LED光源作為後部光源及National PRF-100W光源作為入射光源的亮度計CS-1000A(Konica Minolta Holdings Inc.)量測。
<6-1>
元件6置放於450nm LED光源上方，使得元件6之光散射層面向450nm LED光源，且綠色色彩轉換層面向National PRF-100W光源。National PRF-100W光源沿與元件6之綠色色彩轉換層之表面的正交軸成45°方向置放於元件6之表面上部30cm處。接著，CS-1000A沿與元件6之綠色色彩轉換層之表面正交的方向安置。此量測之組態之示意圖展示於圖10中。對於在入射光下元件之亮度對比的量測，首先450nm LED光源以Lv=2896.18cd/m2之條件照射。接著關閉LED光以量測在入射光下元件之亮度對比。在量測期間，National PRF-100W光源作為入射光源照射。
<6-2>
元件6置放於450nm LED光源上方，使得元件6之綠色色彩轉換 層面向450nm LED光源，且光散射層面向National PRF-100W光源。National PRF-100W光源沿與元件6之光散射層之表面的正交軸成45°方向置放於元件6之表面上部30cm處。且在以上<6-2>中提及的相同條件中，量測元件6在入射光下的亮度對比。
表2展示所得結果。
表2中的色彩位移⊿xy用以下式1計算；
(其中式1，符號「xE」代表各實例在色度座標中的x值，且「xR」代表參考物之x值；「yE」代表各實例之y值，且「yR」代表參考物之y值。)
如表2中所示，在該<6-1>中，自光源觀察，元件6之光散射層置放於綠光轉換層後方，元件6在入射光下的亮度對比(<6-1>)比元件6之亮度對比(<6-2>)高2.95倍，在該<6-2>中元件6之光散射層置放於入射光源側中。
另外，表2中清楚地展示<6-1>之色彩位移顯著小於<6-2>之色彩位移。
實施例7：元件之製造及其量測
1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)及0.02g紅色顏料二酮-吡咯并-吡咯(Irgaphor red B CF)以及0.2g紅色量子棒(來自Qlight Nanotech，發光之峰值波長；631nm)分散於甲苯(2g)中，且在90℃下在空氣條件中攪拌5分鐘。
使用TEM(透射電子顯微鏡；TEM)量測的各量子棒之直徑及長度分別為6nm及27nm。
藉由音波處理在丙酮中清潔玻璃基板。接著所得溶液使用刮刀技術塗佈至經清潔之玻璃基板上，以製造厚度為10μm的光轉換層。所得基板在100℃下在空氣條件下加熱3分鐘以蒸發溶劑。
在加熱之後，基板在氮氣流動條件下曝露於254nm UV光(2.3mW/cm2)3分鐘。
接著，紅色色彩轉換層用甲苯沖洗一分鐘，且在100℃下加熱3分鐘。
最後，獲得製造至基板上的紅色色彩轉換層。
光散射層以與實施例6中所述之相同方式製造，且所得元件7以與實施例6如中所述之相同方式量測。
如表3中所示，在該<7-1>中，元件7之光散射層置放於後部光源側(經由綠色色彩轉換層之入射光源的相對側)中，元件6在入射光下的亮度對比(<7-1>)比元件7之亮度對比(<7-2>)高1.93倍，在該<7-2>中，元件7之光散射層置放於入射光源側中。
另外，表3中清楚地展示<7-1>之色彩位移小於<7-2>之色彩位 移。
100‧‧‧電光切換元件
110‧‧‧光源
120‧‧‧光轉換層
130‧‧‧光轉換材料
140‧‧‧著色劑
150‧‧‧複數個光散射粒子
160‧‧‧光調變器(視情況選用)
170‧‧‧光散射層

Claims (15)

  1. 一種電光切換元件(100)，其包含至少一個光源(110)及光轉換層(120)，其中該光轉換層(120)包含可將該光源(110)之光波長轉換成較長光波長的光轉換材料(130)及可吸收可見光的著色劑(140)，其中該著色劑(140)係選自由染料、顏料及此等中之任一者之組合組成之群，其中該電光切換元件(100)包含複數個光散射粒子(150)。
  2. 如請求項1之電光切換元件(100)，其中該電光切換元件(100)進一步包含光調變器(160)。
  3. 如請求項1或2之電光切換元件(100)，其中該電光切換元件(100)包含光散射層(170)，該光散射層包括該複數個光散射粒子(150)。
  4. 如請求項3之電光切換元件(100)，其中該光源(110)、該光散射層(170)及該光轉換層(120)係以此順序置放。
  5. 如請求項1至4中任一項之電光切換元件(100)，其中該光轉換層(120)包含該複數個光散射粒子(150)。
  6. 如請求項2至5中任一項之電光切換元件(100)，其中該光調變器(160)係置放於該光轉換層(120)之光提取側。
  7. 如請求項2至5中任一項之電光切換元件(100)，其中該光調變器(160)係置放於該光源(110)與該光轉換層(120)之間。
  8. 如請求項1至7中任一項之電光切換元件(100)，其中該光轉換層(120)之光提取側之表面經結構化。
  9. 如請求項1至8中任一項之電光切換元件(100)，其中該電光切換元件(100)進一步包含層(180)，該層的光提取側之表面經結構化。
  10. 如請求項1至9中任一項之電光切換元件(100)，其中該光源(110)為可切換的。
  11. 如請求項1至10中任一項之電光切換元件(100)，其中該光轉換層(120)之光轉換材料(130)係選自由以下組成之群：有機螢光材料、有機磷光材料、磷光體材料、量子尺寸無機半導體材料或此等中之任一者之組合。
  12. 如請求項1至11中任一項之電光切換元件(100)，其中該電光切換元件(100)進一步包含在該光源(110)與該光轉換層(120)之間置放的選擇性光反射層(190)。
  13. 如請求項1至12中任一項之電光切換元件(100)，其中該光轉換層(120)包含第一及第二子色彩區域(200)，其中當藉由光源照射時，至少第一子色彩區域發射的光之峰值波長比該第二子色彩區域長。
  14. 一種如請求項1至13中任一項之電光切換元件(100)之用途，其係用於光學裝置中。
  15. 一種光學裝置(210)，其包括該電光切換元件(100)，該電光切換元件包含至少一個光源(110)及光轉換層(120)，其中該光轉換層(120)包含可將來自該光源(110)之光的光波長轉換成較長光波長的光轉換材料(130)及可吸收可見光的著色劑(140)，其中該著色劑(140)係選自由染料、顏料及此等中之任一者之組合組成之群，其中該電光切換元件(100)包含複數個光散射粒子(150)。
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