TW201840809A - 發光設備及包括其之電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種提供高品質色彩且節能之發光設備及一種包括所述發光設備之電子裝置。

Description

發光設備及包括其之電子裝置
本發明係關於發光設備及包括其之電子裝置。
習知液晶顯示器(LCD)裝置包含LCD單元及用白光均勻照亮LCD單元之背光單元。決定LCD裝置之最大色彩效能之主要因素為自背光單元發射之光與LCD單元之彩色濾光器陣列之間的光譜相互作用。彩色濾光器陣列由可個別定址之像素之馬賽克(mosaic)組成，像素中之每一者由紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)子像素組成。
習知LCD裝置之主要問題為與背光源上方之LCD單元有關的大的光損耗。通常自背光源發射之僅小於10%的光得到利用，且剩餘超過90%經LCD單元吸收，所述單元包含偏振濾光器、薄膜電晶體(TFT)陣列、液晶單元及彩色濾光器陣列。特定言之，穿過RGB子像素彩色濾光器之透射率最低(約30%)，因為各子像素僅允許三種原色中之一者穿過。
習知LCD裝置之另一問題為由具有釔鋁石榴石(YAG)黃色磷光體塗層之藍色發光二極體(LED)晶片製成的二色性(bichromatic)白色背光。此二色性白色背光不為 RGB彩色濾光器之光譜透射的理想匹配，導致顯示器色彩品質不令人滿意。為解決此問題，近期已引入新穎顯示技術，諸如RGB LED、廣色域(wide color gamut)磷光體及量子點(QD)強化膜，以改良LCD裝置之色彩效能。然而，仍需要提供一種提供高品質色彩且節能之發光設備。
本發明提供一種包括藍色背光單元及色彩轉換陣列(color conversion array)之新穎發光設備，所述色彩轉換陣列包括至少紅色、綠色及藍色像素。在色彩轉換陣列中採用具有窄發射帶寬(例如小於100奈米之發射帶半高寬(full width half maximum)或FWHM)之表面經改質粒子以替代習知彩色濾光器陣列中之現有光吸收材料。表面經改質粒子藉由均勻藍色背光激發，其藉由液晶組件調變。吸收藍光且生成綠光之表面經改質粒子可位於綠色像素中。吸收藍光且生成紅光之表面經改質粒子可位於紅色像素中。對於藍色像素區域，光可直接來自藍色背光單元。在一個實施例中，此新穎發光設備經由高純度R、G及B顏色之組合而產生高品質色彩。更重要地，相對於習知彩色濾光器陣列，此類設計可潛在地引起功率消耗下降將近50%。
在第一態樣中，本發明提供一種發光設備，其包括： 背光單元，其發射可見藍光；及 色彩轉換陣列，其接收來自所述背光單元之藍光， 其中所述色彩轉換陣列包括綠色轉換層及紅色轉換層， 其中所述綠色轉換層及所述紅色轉換層中之至少一者包 括分別發射綠光或紅光之第一或第二表面經改質粒子，且所述第一或第二表面經改質粒子包括溶膠-凝膠奈米粒子及複數個附著至所述溶膠-凝膠奈米粒子表面之發光團，其中所述發光團在430至500奈米(nm)之光譜區中具有至少1000M-1cm-1之吸光值，且展現小於100nm之發射帶半高寬；且其中所述色彩轉換陣列允許所述背光單元之至少一部分藍光穿過，使得所述發光設備發射至少紅光、綠光及藍光，以生成包括紅色、綠色及藍色組分之色彩。
在第二態樣中，本發明提供一種包括第一態樣之發光設備之電子裝置。
10‧‧‧發光設備
11‧‧‧色彩轉換陣列
12‧‧‧背光單元
20‧‧‧發光設備
21‧‧‧色彩轉換陣列
22‧‧‧背光單元
23‧‧‧液晶組件
30‧‧‧發光設備
31‧‧‧色彩轉換陣列
32‧‧‧背光單元
33‧‧‧液晶組件
40‧‧‧色彩轉換陣列
41‧‧‧藍色像素區
42‧‧‧綠色轉換層
43‧‧‧紅色轉換層
50‧‧‧色彩轉換陣列
51‧‧‧藍色像素區
52‧‧‧綠色轉換層
53‧‧‧紅色轉換層
54‧‧‧藍光阻擋層
60‧‧‧色彩轉換陣列
61‧‧‧藍色像素區
62‧‧‧綠色轉換層
63‧‧‧紅色轉換層
64‧‧‧光阻擋層
圖1a、圖1b及圖1c各自為本發明之發光設備之一個實施例的示意性透視圖。
圖2a、圖2b及圖2c各自為本發明之發光設備之一個實施例中的色彩轉換陣列的橫截面。
圖3為實例1之表面經改質粒子之掃描透射電子顯微鏡(STEM)影像。
圖4為實例2之表面經改質粒子之STEM影像。
圖5為實例3之表面經改質粒子之STEM影像。
「發光團」在本文中係指化合物中之化學單元，當暴露於電磁輻射其擔負其發光特性。發光團在本文中可稱作發光基團且反之亦然。
「溶膠-凝膠粒子」在本文中係指由溶膠凝膠方法 形成之粒子，所述溶膠凝膠方法涉及單體經由水解及縮合反應之轉化以形成膠體。
「共價鍵結」在本文中係指形成於溶膠-凝膠粒子與發光團之間的至少一個化學鍵。
「電子裝置」在本文中係指應用電子原理且使用電子流之操縱用於其操作的裝置。
「烷基」在本文中係指非環狀飽和單價烴基，且包含其中氫未經取代或經鹵素、羥基、氰基、磺酸基、硝基、烷基、全氟烷基或其組合取代的直鏈及分支鏈基團。
「雜烷基」在本文中係指具有直鏈或分支鏈結構之飽和烴基，其中烷基內之一或多個碳原子已經雜原子或含有至少一個雜原子之雜官能基置換。雜原子可包含例如O、N、P、S及其類似物。本文中含有至少一個雜原子之雜官能基可包含例如COOR'、OCOOR'、OR'、NR'2、PR'2、P(=O)R'2或SiR'3；其中各R'為H、經取代或未經取代之C1-C30烴基、或經取代或未經取代之C6-C30芳族基。
「烯基」在本文中係指含有至少一個碳碳雙鍵之不飽和烴。經取代之烯基係指其中碳雙鍵上至少一個氫經除H以外的原子或基團(例如C1-C30烷基或C6-C30芳族基)置換的烯基。「炔基」係指含有至少一個碳碳參鍵之不飽和烴。經取代之烯基係指其中碳雙鍵上至少一個氫經除H以外的原子或基團(例如C1-C30烷基或C6-C30芳族基)置換的烯基。在烯基或炔基含有多於一個不飽和鍵之情況下，此等鍵通常不累積，但可以諸如-[CH=CH-]p之交替順序排列，其中p可在2至50範圍內。當未另行限定時，較佳烷基含有1至22個碳 原子；較佳烯基及炔基含有2至22個碳原子。
「烷氧基」在本文中係指單一鍵結於氧之烷基。諸如C1-C24烷氧基之烷氧基為直鏈或分支鏈基團，例如甲氧基、乙氧基、異丙氧基、正丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、庚氧基、辛氧基、異辛氧基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十四烷氧基、十六烷氧基及十八烷氧基。經取代之烷氧基係指單一鍵結於氧之經取代烷基。
「脂族環基」在本文中係指同時為脂族及環狀之有機基團。脂族環基含有一或多個可為飽和或不飽和的碳環。經取代之脂族環基可附接有一或多個側鏈，其中側鏈可為經取代或未經取代之烷基、經取代或未經取代之雜烷基、經取代或未經取代之烯基、經取代或未經取代之炔基、或經取代或未經取代之烷氧基。脂族環基之實例包含環丁基、環戊基、環己基、甲基環己基、二甲基環己基、三甲基環己基、1-金剛烷基及2-金剛烷基。
「雜環基」在本文中係指具有至少兩種不同元素之原子作為其環成員的環狀化合物。雜環基通常含有5至7個環成員，其中至少1個、尤其1至3個雜部分通常選自O、S及NR'。實例包含間雜有O、S或NR'之C4-C18環烷基，諸如哌啶基、四氫呋喃基、哌嗪基及嗎啉基。藉由提取相鄰環成員上之氫原子同時在其之間形成雙鍵，可使此等結構衍生不飽和變體；所述部分之一實例為環己烯基。經取代之雜環基可附接有一或多個側鏈，其中側鏈可為經取代或未經取代之烷基、經取代或未經取代之雜烷基、經取代或未經取代之烯基、經取代或未經取代之炔基、經取代或未經取代之烷氧 基或另一種直接鍵聯在一起或經由鍵聯基團鍵聯之雜環基。
「芳族基」在本文中係指在形成環之碳原子之間具有σ鍵及非定域π電子之烴，通常為基於苯之烴或芳基。芳基定義為含有1至4個芳環(各環含有6個共軛碳原子且不含雜原子)之芳族或聚芳族取代基，所述芳環視情況彼此稠合或藉由碳碳單鍵彼此鍵結。經取代之芳族基或芳基係指具有一或多個置換環上之氫原子之取代基的芳環。芳基未經取代或視情況且獨立地經任何可合成獲得且化學穩定之取代基的組合取代，所述取代基獨立地為鹵素、氰基、磺酸基、羧基、烷基、全氟烷基、烷氧基、烷硫基、胺基、單烷胺基或二烷胺基。實例包含以下之經取代或未經取代之衍生物：苯基；聯苯基；鄰聯三苯、間聯三苯或對聯三苯；1-萘；2-萘；1-蒽基、2-蒽基或9-蒽基；1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基、或9-菲基及1-芘基、2-芘基或4-芘基。較佳芳族基或芳基為苯基、經取代之苯基、萘基或經取代之萘基。
「雜芳族基」或「雜芳基」在本文中係指5員或6員雜芳環，其視情況與其他6員芳環稠合，或視情況與5員或6員雜芳族環稠合。雜芳族環含有至少1個且多達3個選自由O、S及N組成之群的雜原子。經取代之雜芳族基或雜芳基係指具有一或多個置換環上之氫原子之取代基的雜芳族環或雜芳基環。雜芳族基或雜芳基未經取代或視情況且獨立地經任何可合成獲得且化學穩定之取代基的組合取代，所述取代基獨立地為鹵素、氰基、磺酸基、羧基、烷基、全氟烷基、烷氧基、烷硫基、胺基、單烷胺基或二烷胺基。實例包含以下之經取代或未經取代之衍生物：2-呋喃基或3-呋喃基； 2-噻吩基或3-噻吩基；N-吡咯基、2-吡咯基或3-吡咯基；2-苯并呋喃基或3-苯并呋喃基；2-苯并噻吩基或3-苯并噻吩基；N-吲哚基、2-吲哚基或3-吲哚基；2-吡啶基、3-吡啶基或4-吡啶基；2-喹啉基、3-喹啉基或4-喹啉基；1-異喹啉基、3-異喹啉基或4-異喹啉基；2-苯并噁唑基；2-(1,3-噁唑基)、4-(1,3-噁唑基)或5-(1,3-噁唑基)；2-(1,3-噻唑基)、4-(1,3-噻唑基)或5-(1,3-噻唑基)；2-苯并噻唑基；3-異噁唑基、4-異噁唑基或5-異噁唑基；N-咪唑基、2-咪唑基或4-咪唑基；N-苯咪唑基、或2-苯咪唑基；1-萘呋喃基、或2-萘呋喃基；1-萘噻吩基、或2-萘噻吩基；N-苯并吲哚基、2-苯并吲哚基或3-苯并吲哚基；或2-苯并喹啉基、3-苯并喹啉基或4-苯并喹啉基。
本文中之「激發態」為分子之電子能態，其中電子處於高於分子之另一能態的能態中。
本發明之發光設備包括針對色彩轉換層發射藍光之背光單元。藍光之常見來源為LED燈。另一藍光源為有機發光裝置(OLED)。此等藍光源必須向色彩轉換層後表面提供均勻藍光。用於提供所述均勻藍光之常見技術為以光學方式使光源耦接至通常稱作光導之透明塑膠薄片邊緣。光導可使光彎曲，近似垂直於薄片之頂部表面，使得光自光導之前表面發射。反射器可置放於光導後表面之後方以改良亮度及均勻性。光源亦可置放於具有擴散器之顯示器後方，以在整個顯示器中均勻分配光。來自背光單元之藍光之波長可為430nm至500nm、444nm至495nm或450nm至475nm。藍光強度可視最終應用而定來調節。
本發明之發光設備進一步包括接收來自背光單元之藍光之色彩轉換陣列。適用於本發明之色彩轉換陣列可允許背光單元之至少一部分藍光穿過，使得發光設備發射紅光、綠光及藍光，以生成包括紅色、綠色及藍色組分之色彩。舉例而言，色彩轉換陣列可允許背光單元之至多30%、至多25%、至多20%、至多15%、至多10%或至多5%藍光穿過。
適用於本發明之色彩轉換陣列包括綠色轉換層及紅色轉換層，其中綠色轉換層及紅色轉換層中之至少一者包括第一或第二表面經改質粒子且分別發射綠光或紅光。亦即，第一或第二表面經改質粒子將來自背光單元之藍光分別轉換成綠色或紅色。在一個實施例中，色彩轉換陣列包括綠色轉換層，所述綠色轉換層包括第一表面經改質粒子，所述粒子將來自背光單元之藍光轉換成綠光；及紅色轉換層，所述紅色轉換層包括有機發紅光化合物、無機磷光體、量子點或其混合物。在另一實施例中，色彩轉換陣列包括紅色轉換層，所述紅色轉換層包括第二表面經改質粒子，所述粒子將來自背光單元之藍光轉換成紅光；及綠色轉換層，所述綠色轉換層包括有機發綠光化合物、無機磷光體、量子點或其混合物。在另一實施例中，色彩轉換陣列包括綠色轉換層，所述綠色轉換層包括第一表面經改質粒子，所述粒子將來自背光單元之藍光轉換成綠光；及紅色轉換層，所述紅色轉換層包括第二表面經改質粒子，所述粒子將來自背光單元之藍光轉換成紅光。在一個實施例中，色彩轉換陣列允許背光單元之至少一部分藍光穿過，使得發光設備發射紅光、綠光及藍光，以生成具有紅色、綠色及藍色組分之色彩。
適用於色彩轉換陣列中之第一及第二表面經改質粒子可各自獨立地展現小於100nm、小於90nm、小於70nm或甚至小於50nm之發射帶半高寬(FWHM)；且在430至500nm光譜區中具有至少1000M-1 cm-1之吸光值。第一及第二表面經改質粒子可為球形。第一及第二表面經改質粒子可各自獨立地具有小於0.7、小於0.5或甚至小於0.2之多分散性指數，如藉由動態光散射所量測。第一及第二表面經改質粒子較佳獨立地具有單峰分佈。
適用於色彩轉換陣列中之第一及第二表面經改質粒子可各自獨立地包括溶膠-凝膠奈米粒子及複數個附著至溶膠-凝膠奈米粒子表面之發光團。發光團可展現小於100nm之發射帶FWHM，且在430至500nm光譜區中具有至少1000M-1 cm-1之吸光值。較佳地，發光團展現小於90nm、小於70nm或甚至小於50nm之發射帶FWHM。第一及第二表面經改質粒子可包括兩種或多於兩種類型之附著至溶膠-凝膠粒子表面之發光團，以實現所期望光譜發射色彩輸出。
第一或第二表面經改質粒子中之發光團可進一步分類為單峰發光團(螢光團)或三重峰發光團(磷光體)，視負責光子發射之激發態之性質而定。另一方面，一些發光團不可分類為僅僅單峰發光團或三重峰發光團。大多數螢光團由共軛π系統組成。典型發光團為芳族或雜芳族化合物，諸如芘、蒽、吖啶、芪、吲哚或苯并吲哚、卟啉、苝、花青、香豆素、萘二甲醯亞胺、若丹明(rhodamine)、螢光素、二苯并哌喃、苯并二苯并哌喃、二酮基吡咯并吡咯及其類似物。
第一及第二表面經改質粒子中之發光團獨立地 衍生自有機發光化合物(亦即「含發光團之化合物」)，舉例而言，發光團可為在有機發光化合物與可水解矽烷前驅體形成共價鍵之後藉由有機發光化合物的反應獲得的化學單元或部分。第一及第二表面經改質粒子中之發光團可獨立地例如經由諸如以下的鍵：-Si-O-Si-、-Al-O-Si-、-Ti-O-Si-、-Zr-O-Si-、-Al-O-Al-或其組合，與溶膠-凝膠奈米粒子直接或間接共價鍵結。較佳地，第一及第二表面經改質粒子中之發光團經由-Si-O-Si-鍵分別與溶膠-凝膠奈米粒子直接或間接共價鍵結。
適用於本發明之有機發光化合物可包含有機及金屬-有機錯合物發光化合物。金屬-有機錯合物發光化合物之實例包含過渡金屬錯合物，諸如參(2-苯基吡啶基)銥。有機發光化合物可具有與上文所述之發光團大體上相同之發光特性，例如發射帶之FWHM及430至500nm光譜區中之吸光值。
第一表面經改質粒子中之發光團可衍生自具有式(I)結構之有機發光化合物：
其中R11至R16各自獨立地選自由以下組成之群：H、鹵素、-CN、-CF3、-NO2、經取代或未經取代之C1-C24烷基、經取代或未經取代之C2-C24烯基、經取代或未經取代之C2-C24炔基、經取代或未經取代之C1-C24烷氧基、經取代或未經取代之C3-C20環基或雜環基、-SO3H、磺酸酯基、-SO2O-、硫醚、 醚、脲、-CO2H、酯、醯胺、胺、經取代或未經取代之C6-C20芳族基及經取代或未經取代之C5-C20雜芳族基；R11及R12可連接在一起以與其鍵結之原子一起形成5員、6員、7員環；R12及R13可連接在一起以與其鍵結之原子一起形成5員、6員、7員環；R14及R15可連接在一起以與其鍵結之原子一起形成5員、6員、7員環；且R15及R16可連接在一起以與其鍵結之原子一起形成5員、6員、7員環，其可經取代或未經取代；其中X1為N或CR17，其中R17選自由以下組成之群：H、鹵素、-CN、-CF3、經取代或未經取代之C1-C24烷基、經取代或未經取代之C2-C24烯基、經取代或未經取代之C2-C24炔基、經取代或未經取代之C1-C24烷氧基、經取代或未經取代之C3-C20環基或雜環基、經取代或未經取代之C6-C20芳族基、經取代或未經取代之C5-C20雜芳族基、醚、酯、羧酸、-OH、醯胺、胺及硫化物；且其中X2及X3各自獨立地選自由以下組成之群：鹵素、經取代或未經取代之C1-C24烷基、經取代或未經取代之C2-C24烯基、經取代或未經取代之C2-C24炔烴、經取代或未經取代之C3-C20環基或雜環基、C6-C20經取代或未經取代之芳族基、經取代或未經取代之C5-C20雜芳族基及經取代或未經取代之C1-C24烷氧基；且X2及X3可連接在一起以形成單個取代基。
較佳地，式(I)中之R11至R16各自獨立地選自H、-CN、-COOH、-OH、鹵素、甲基、乙基、丙基異丙基、全氟甲基、苯基、經取代苯基、萘基、經取代萘基、甲氧基、乙氧基、苯乙烯基、吡啶基、經取代吡啶基、噻吩基、經取 代噻吩基、吡咯基、經取代吡咯基、酯、磺酸酯基、硝基、胺、醯胺或其組合。
較佳地，式(I)中之R12及R15各自獨立地為選自以下之拉電子基團：三鹵化物、醯胺、酯、銨、四級胺、四級銨鹼、磺酸酯基、-SO3H、-CN或-NO2。更佳地，式(I)中之R12及R15各自獨立地選自由以下組成之群：-CN、-NO2、酯、醯胺、三氟甲基及磺酸酯基。
較佳地，式(I)中之X1為CR17，其中R17為H、-CN、甲基、乙基、苯基、經取代之苯基、萘基、經取代之萘基、經取代或未經取代之C1-C3烷基、經取代或未經取代之C1-C4烯基、硫醇、雜環基及雜芳族基。更佳地，R17為甲基。此外較佳地，R17為經取代或未經取代之C6-C10芳族基，例如苯基或經取代苯基。
式(I)中之X2及X3可各自獨立地選自由以下組成之群：F、甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、金剛烷基、經取代或未經取代之苯基、C1-C6烷氧基(諸如甲氧基)、經取代或未經取代之乙炔基(諸如乙炔基甲苯、乙炔基芘及乙炔基苯基)。較佳地，X2及X3各自為F。
在一個實施例中，第一表面經改質粒子中之發光團衍生自具有式(II)結構之有機發光化合物： 其中R21至R25各自獨立地選自由以下組成之群：H、鹵素、-CN、-CF3、-NO2、經取代或未經取代之C1-C24烷基、經 取代或未經取代之C2-C24烯基、經取代或未經取代之C2-C24炔基、經取代或未經取代之C1-C24烷氧基、經取代或未經取代之C3-C20環基或雜環基、-SO3H、磺酸酯基、-SO2O-、硫醚、醚、脲、-CO2H、酯、醯胺、胺、經取代或未經取代之C6-C20芳族基及經取代或未經取代之C5-C20雜芳族基；且R26及R27各自獨立地選自由以下組成之群：經取代或未經取代之C1-C20烷基、經取代或未經取代之C2-C20烯基、經取代或未經取代之C2-C24炔基、經取代或未經取代之C1-C24烷氧基、經取代或未經取代之C6-C24芳基；經取代或未經取代之C3-C20環基或雜環基、及經取代或未經取代之C5-C20雜芳族基。
上文式(I)或式(II)中經取代或未經取代之C1-C24烷基可包含經取代或未經取代之C1-C22、C1-C16、C1-C12或C1-C5烷基。烷基之實例包含甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第三丁基戊基、己基、庚基、辛基或其組合。
上文式(I)或式(II)中經取代或未經取代之C2-C24烯基可包含C2-C22、C2-C16、C2-C12或C2-C5經取代或未經取代之烯基。經取代或未經取代之烯基之實例包含乙烯；正丙烯；異丙烯；正丁烯、異丁烯、第二丁烯、第三丁烯；正戊烯；正己烯；正庚烯；正辛烯；或其組合。
上文式(I)或式(II)中經取代或未經取代之C2-C24炔基可包含經取代或未經取代之C2-C20、C2-C16、C2-C5或C2-C3炔基。經取代或未經取代之炔基之實例包含乙炔基、丙炔基、苯基乙炔基或其組合。
上文式(I)或式(II)中經取代或未經取代之 C1-C24烷氧基可包含經取代或未經取代之C1-C20、C1-C16、C1-C12或C1-C5烷氧基。經取代或未經取代之烷氧基之實例包含甲氧基；乙氧基；正丙氧基、異丙氧基；正丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基；正戊氧基；正己氧基；正庚氧基；正辛氧基；或其組合。
上文式(I)或式(II)中經取代或未經取代之C3-C20環基或雜環基可包含經取代或未經取代之C3-C18、C6-C14或C6-C8環基或雜環基。經取代或未經取代之環基或雜環基之實例包含環丙基、環丁基、環戊基、甲基環戊基、環己基、甲基環己基、二甲基環己基、環庚基、環辛基、環壬基、環癸基、1-金剛烷基、2-金剛烷基、哌啶基、四氫呋喃、哌嗪基、嗎啉基、環戊氧基、環己氧基、環庚氧基、環辛氧基或其混合物。藉由減去2個相鄰環成員上之氫原子同時在其之間形成雙鍵，可使此等結構衍生不飽和變體，此類部分之一實例為環己烯基。
上文式(I)或式(II)中經取代或未經取代之C6-C30芳族基可包含經取代或未經取代之C6-C20、C6-C18、C6-C14或C6-C10芳族基。實例包含苯基；聯苯基；鄰聯三苯、間聯三苯或對聯三苯；1-萘基；2-萘基；1-蒽基、2-蒽基或9-蒽基；1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基或9-菲基；1-芘基、2-芘基或4-芘基；或其組合。
上文式(I)或式(II)中經取代或未經取代之C5-C30雜芳族基可包含經取代或未經取代之C5-C20、C5-C16、C5-C12或C5-C8雜芳族基。實例包含2-呋喃基或3-呋喃基；2-噻吩基或3-噻吩基；N-吡咯基、2-吡咯基或3-吡咯基；2- 苯并呋喃基或3-苯并呋喃基；2-苯并噻吩基或3-苯并噻吩基；N-吲哚基、2-吲哚基或3-吲哚基；2-吡啶基、3-吡啶基或4-吡啶基；2-喹啉基、3-喹啉基或4-喹啉基；1-異喹啉基、3-異喹啉基或4-異喹啉基；2-苯并噁唑基；2-(1,3-噁唑基)、4-(1,3-噁唑基)或5-(1,3-噁唑基)；2-(1,3-噻唑基)、4-(1,3-噻唑基)或5-(1,3-噻唑基)；2-苯并噻唑基；3-異噁唑基、4-異噁唑基或5-異噁唑基；N-咪唑基、2-咪唑基或4-咪唑基；N-苯咪唑基、或2-苯咪唑基；1-萘呋喃基、或2-萘呋喃基；1-萘噻吩基、或2-萘噻吩基；N-苯并吲哚基、2-苯并吲哚基或3-苯并吲哚基；2-苯并喹啉基、3-苯并喹啉基或4-苯并喹啉基；或其組合。
第一表面經改質粒子中之發光團可衍生自有機發光化合物，包含例如 、或其混合物。
第二表面經改質粒子中之發光團可衍生自選自以下之有機發光化合物：苝二醯亞胺(perylenediimide)、硼-二吡咯亞甲基、二酮基吡咯并吡咯、4-二氰基亞甲基-2-第三丁基-6-1,1,7,7-四甲基久咯雷啶基-9-烯基-4H-哌喃、香豆素、若丹明、螢光素、花青或其混合物。適合之有機發光化合物之特定實例包含， 或其混合物。
第一及第二表面經改質粒子中之溶膠-凝膠奈米粒子可獨立地選自二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦或其混合物。第一及第二表面經改質粒子中之溶膠-凝膠奈米粒子可獨立地具有10至2,000nm、20至200nm或30至100nm範圍內之粒徑，亦即溶膠-凝膠奈米粒子之直徑。粒徑可使用掃描透射電子顯微鏡量測。
適用於色彩轉換陣列中之第一及第二表面經改質粒子可各自獨立地藉由使一或多種類型之羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子經由溶膠凝膠方法與一或多種具有式(III)結構：D-L-SiX3之矽烷官能性發光化合物及視情況選用的一或多種有機矽烷化合物反應，以便實現所期望光譜發射色彩輸出。「羥基官能性」在本文中係指一或多個羥基存在於羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子表面上。在一個實施例中，適用於色彩轉換陣列中之第一及第二表面經改質粒子各自獨立地藉由以下獲得：(i)提供羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子；及(ii)使來自步驟(i)之羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子經由羥基與具有式(III)結構之矽烷官能性發光化合物反應，D-L-SiX3 (III)，其中D為上文所述之發光團，L為直接鍵或有機基團，且X為可水解取代基。可使用兩種或多於兩種類型之此等化合物之混合物。式(III)中之L可包括二價、三價、四價或五價部分。舉例而言，L可為經取代或未經取代之烷基，諸如經取代或未經取代之C1-C12、C1-C8或C1-C4烷基；經取代或未經取代之烷氧基，諸如經取代或未經取代之C1-C12、C1-C8或 C1-C4烷氧基；經取代或未經取代之烯基，諸如經取代或未經取代之C2-C12、C2-C8或C2-C4烯基；經取代或未經取代之炔基，諸如經取代或未經取代之C2-C12、C2-C8或C2-C4炔基；經取代或未經取代之脂族環基，諸如經取代或未經取代之C3-C20、C5-C10或C5-C6脂族環基；經取代或未經取代之雜環基，諸如經取代或未經取代之C3-C20、C5-C10或C5-C6雜環基；經取代或未經取代之芳族基，諸如經取代或未經取代之C6-C20、C6-C14或C6-C10芳族基；經取代或未經取代之雜芳族基，諸如經取代或未經取代之C5-C20、C5-C14或C5-C6雜芳族基；醚、酯、胺基甲酸酯、硫化物、醯胺或胺。較佳地，L為C1-C8經取代或未經取代之烷基或C1-C10經取代或未經取代之烷氧基。
式(III)中之X為可水解取代基。本發明中之可水解取代基或化合物係指藉由添加水，視情況在催化劑存在下經歷化學鍵斷裂之官能基或化合物。適合之X基團之實例包含經取代或未經取代之C1-C18烷氧基，且較佳為經取代或未經取代之C1-C4烷氧基。更佳地，X為甲氧基、乙氧基或2-甲氧基-乙氧基。X亦可為-OH基。
適用於製備第一及第二表面經改質粒子之矽烷官能性發光化合物可藉由已知方法製備，其中上文所述之發光化合物首先與一個或多於一個反應性基團(諸如烯丙基、環氧基、胺基、羧酸或其組合)連接，形成反應性發光化合物，其隨後與可水解矽烷前驅體反應以形成矽烷官能性發光化合物D-L-SiX3。適用於形成矽烷官能性發光化合物之可水解矽烷前驅體含有至少一個可與反應性發光化合物之反應性 基團反應以形成共價鍵(例如-Si-C-)的官能基。可水解矽烷前驅體可具有通式R(4-n)SiXn，其中X為如上文式(III)中所述之可水解取代基，諸如乙氧基、甲氧基或2-甲氧基-乙氧基；R可為H、具有1至12個碳原子且含有官能性有機基團(諸如巰基、環氧基、丙烯醯基、甲基丙烯醯基及胺基)之單價有機基團；且n為1至4之整數，較佳2至4之整數。在一個實施例中，適用於形成矽烷官能性發光化合物之可水解矽烷前驅體為HSi(OEt)3。
在另一實施例中，製備第一及第二表面經改質粒子之步驟(ii)包括使羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子與包括以下之混合物反應：(a)矽烷官能性發光化合物，及(b)具有SiX1 4之結構之有機矽烷化合物，及視情況選用之(c)MX1 4或MX1 3之有機金屬化合物或其混合物，其中各X1相同或不同且獨立地為可水解取代基，且M選自Al、Zr、Ti或其組合。X1可包含上文針對式(III)中之X所述的彼等基團，且X1較佳為C1-C18烷氧基。適合之有機矽烷化合物之實例包含經取代或未經取代之四C1-C8烷氧基矽烷，諸如四甲氧基矽烷(TMOS)、四乙氧基矽烷(TEOS)、四正丙氧基矽烷及四正丁氧基矽烷；肆(甲氧基乙氧基)矽烷；肆(乙氧基乙氧基)矽烷；肆(甲氧基乙氧基乙氧基)矽烷；肆(甲氧基丙氧基)矽烷；肆(2-甲基-己氧基)矽烷；二C1-C4烷基-四C1-C8烷氧基二矽烷，諸如二甲基四乙氧基二矽烷；四C1-C4醯氧基矽烷，諸如四乙醯氧基矽烷；四C2-C4烯氧基矽烷，諸如四烯丙氧基矽烷；或其混合物。有機矽烷化合物較佳為TEOS、TMOS或其混合物。
在製備第一及第二表面經改質粒子中，若使用有 機金屬化合物，則可形成Al2O3、ZrO2或TiO2。適合之有機金屬化合物之實例包含三C1-C4烷氧基鋁酸酯，如三正丙氧基鋁酸酯、三異丙氧基鋁酸酯、三正丁氧基鋁酸酯，如二C1-C4烷氧基鋁氧基三C1-C4烷氧基矽烷，諸如二丁氧基-鋁氧基-三乙氧基-矽烷；四正丁氧基鋯酸酯、四乙氧基鋯酸酯及四正丙氧基鋯酸酯、四異丙氧基鋯酸酯；四C1-C4烷氧基鋯酸酯，諸如鈦酸四正丁酯、四乙氧基鈦酸酯、四甲氧基鈦酸酯及四正丙氧基鈦酸酯、四異丙氧基鈦酸酯；或其混合物。較佳地，諸如正丁醇鋯之有機氧化鋯ZrX2 4用作有機金屬化合物。此外較佳地，諸如正鈦酸四丁酯之有機鈦化合物TiX2 4用作有機金屬化合物。在使用一或多種有機矽烷化合物及一或多種有機金屬化合物之混合物時的情況下，有機矽烷化合物與有機金屬化合物之莫耳比可為0.001：1至1000：1、0.01：1至100：1、0.1：1至100：1或1：1至100：1。較佳地，使用TEOS與有機氧化鋯之混合物。此外較佳地，使用TEOS與有機鈦化合物之混合物。
適用於製備第一及第二表面經改質粒子之羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子可各自獨立地藉由合併催化劑及以下物質獲得：具有SiX1 4結構之有機矽烷化合物，其中X1為可水解取代基；及視情況選用之具有MX1 3或MX1 4或其混合物之結構的有機金屬化合物；其中X1為可水解取代基，且M選自Al、Zr、Ti或其組合；視情況選用之具有式(111)之結構的矽烷官能性發光化合物， D-L-SiX3 (III)其中D為發光團，L為直接鍵或有機基團，且X為可水解取代基；及視情況選用之溶劑。
適用於製備羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子之具有SiX1 4結構之有機矽烷化合物、矽烷官能性發光化合物及有機金屬化合物可包含上文製備第一及第二表面經改質粒子之步驟(ii)中所描述的彼等者。在使用一或多種有機矽烷化合物及一或多種有機金屬化合物之混合物時的情況下，有機矽烷化合物與有機金屬化合物之莫耳比可為0.001：1至1000：1、0.01：1至100：1、0.1：1至100：1或1：1至100：1。較佳地，使用TEOS與有機氧化鋯之混合物。此外較佳地，使用TEOS與有機鈦化合物之混合物。矽烷官能性發光化合物(D-L-SiX3)與有機矽烷化合物及有機金屬化合物之組合量的莫耳比可為0.0001：1至0.2：1、0.0002：1至0.05：1或0.0005：1至0.01：1。
製備適用於本發明之羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子一般藉由已知溶膠-凝膠化學方法進行，例如藉由有機矽烷化合物及/或有機金屬化合物之水解。在催化劑存在下，有機矽烷化合物及視情況選用之有機金屬化合物經歷水解且與矽烷官能性發光化合物(若存在)共冷凝，以形成羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子。適合之催化劑之實例包含HCl、H2SO4、CH3COOH、HF或NH4OH。用於形成羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子之反應可在溶劑存在下進行。較佳溶劑為有機溶劑。適合之溶劑之實例包含醇，諸如乙醇、甲醇、1-丙醇、 2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇或其混合物。在一個實施例中，乙醇用作溶劑。以溶劑之體積計，反應物濃度可在0.05至1mol/L、0.1至0.8mol/L或0.1至0.5mol/L範圍內。所述反應之持續時間可在1小時至48小時、1小時至24小時或2小時至12小時範圍內。反應可在20℃至100℃、40℃至70℃或50℃至60℃範圍內之溫度下進行。
上文所述之羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子、矽烷官能性發光化合物、及視情況選用之有機矽烷化合物及/或有機金屬化合物可反應以形成第一及第二表面經改質粒子。所述反應可在溶膠凝膠方法中進行，例如與如在上文製備羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子中所描述類似的方式。用於製備羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子之矽烷官能性發光化合物與有機矽烷化合物之莫耳比可為0.0001：1至0.2：1、0.002：1至0.05：1或0.005：1至0.01：1。
在一個實施例中，在反應之後，羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子表面上之至少5%、至少10%、至少15%或甚至至少20%之羥基藉由溶膠凝膠方法與矽烷官能性發光化合物反應，以形成至少一個上文所述之共價鍵。
色彩轉換陣列中之綠色轉換層可進一步包括聚合黏合劑。適合之聚合黏合劑之實例選自聚苯乙烯、聚矽氧樹脂、丙烯酸類樹脂、環氧樹脂或其混合物。聚合物黏合劑較佳為透明的，或至少為半透明的。在一個實施例中，黏合劑為包括黏合劑樹脂、交聯劑、光聚合引發劑、溶劑及添加劑之光阻樹脂。廣泛使用之黏合劑樹脂包含丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酸醯胺、順丁烯二酸、丙烯腈、苯乙烯、乙酸乙烯 酯、偏二氯乙烯及順丁烯二醯亞胺之均聚物或共聚物。其中，包含丙烯酸及羧基之丙烯酸酯之共聚物最佳。光聚合引發劑可包含例如酯基，諸如丙烯酸2-羥乙酯、乙基乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯、肟酯及雙酚環氧二丙烯酸酯。溶劑可選自酯，諸如乙酸乙酯及乙酸丁酯；酮，諸如環己酮及乙基丁基酮；醇衍生物，諸如乙二醇單乙醚乙酸酯及丙二醇甲醚乙酸酯；及含有氮之基團，諸如二甲基甲醯胺。此等有機溶劑可單獨或呈至少兩種成分之組合形式採用。最終，在光阻樹脂中可額外採用添加劑，諸如熱聚合抑制劑、塑化劑、輔助穩定劑、表面保護劑、調平劑塗佈劑或其混合物。在綠色轉換層包括第一表面經改質粒子時之情況下，第一表面經改質粒子可嵌入於由一或多種上文所述之聚合黏合劑形成的膜中。聚合黏合劑中第一表面經改質粒子之含量可為第一表面經改質粒子加上聚合黏合劑之總固體重量的0.001重量%至80重量%、0.01重量%至60重量%、0.1重量%至30重量%或1重量%至30重量%。在一個實施例中，除第一表面經改質粒子以外，綠色轉換層可進一步包括其他類型之發綠光材料，諸如發射綠光之如上文所述之有機發光化合物、無機磷光體或量子點。
色彩轉換陣列中之紅色轉換層可進一步包括聚合黏合劑，包含如在綠色轉換層中所描述之聚合黏合劑。在紅色轉換層包括第二表面經改質粒子時之情況下，紅色轉換層中第二表面經改質粒子之含量可與上文所述之綠色轉換層中第一表面經改質粒子的含量大體上相同。在一個實施例中，除第二表面經改質粒子以外，紅色轉換層可進一步包括 其他類型之發紅色材料，諸如發射紅光之如上文所述之有機發光化合物、無機磷光體或量子點。紅色轉換層可藉由與如形成綠色轉換層中所描述相同之方法形成。
適用於本發明之色彩轉換陣列可進一步包括一或多個包括一種或多於一種藍光吸收材料之藍光阻擋層。藍光阻擋層可置放於紅色轉換層及/或綠色轉換層頂部，遠離背光單元。藍光吸收材料可為苝、芘、香豆素、乙炔基蒽或其他適合之黃色著色劑。在一個實施例中，置放於綠色轉換層頂部之藍光阻擋材料亦可阻擋紅光。在另一實施例中，置放於紅色轉換層頂部之藍光阻擋材料亦可阻擋綠光。
色彩轉換層可藉由間隔塗佈、滴落塗佈、噴塗、滾塗、油墨噴射、旋塗或其他適合之塗佈技術製備。可採用實體動畫方法製造色彩轉換陣列。實體動畫方法可為光微影方法，其中使紫外(UV)光線照射以便以依序方式選擇性地曝光紅色轉換層及綠色轉換層。經曝光層隨後經顯影以形成色彩轉換圖案。顯影方法使用浸漬法、鼓泡法及噴頭噴霧法中之一者進行。在顯影之後，色彩轉換層可在約200℃至230℃高溫條件下硬化。在實體動畫方法之後，可採用丙烯酸類樹脂或聚醯胺樹脂在整個色彩轉換陣列表面上沈積平坦化層，藉此形成透明外塗層。
在一個實施例中，除上文所述之色彩轉換陣列以外，本發明之發光設備進一步包括發射藍光之背光單元。背光單元較佳為主動矩陣發光二極體。背光單元更佳為主動矩陣OLED。
在另一實施例中，本發明之發光設備可進一步包 括可充當光閥之液晶組件。在此情況下，背光單元可為藍光燈。背光單元較佳為藍色LED燈。在一個實施例中，液晶組件可包夾於背光單元與色彩轉換陣列之間。在另一實施例中，液晶組件可置放於覆疊背光單元之色彩轉換陣列頂部。
本發明之發光設備可用於各種裝置中，包含例如電視、行動電話、平板電腦及汽車電子裝置。本發明亦關於包括發光設備之電子裝置。電子裝置可為LCD顯示器、OLED顯示器或LED顯示器。
參考圖1a，展示本文揭示之發光設備10之一個實施例的示意性透視圖，包括色彩轉換陣列11及背光單元12。
參考圖1b，展示本文揭示之發光設備20之一個實施例的示意性透視圖，包括色彩轉換陣列21、背光單元22及包夾於其間的液晶組件23。
參考圖1c，展示本文揭示之發光設備30之一個實施例的示意性透視圖，包括色彩轉換陣列31、背光單元32及液晶組件33，使得色彩轉換陣列31存在於背光單元32與液晶組件33之間。
參考圖2a，展示本發明之發光設備中色彩轉換陣列40之一個實施例的橫截面。色彩轉換陣列40包括藍色像素區41、包括第一表面經改質粒子之綠色轉換層42及包括第二表面經改質粒子之紅色轉換層43。
參考圖2b，展示本發明之發光設備中色彩轉換陣列50之一個實施例的橫截面。色彩轉換陣列50包括藍色像素區51、包括第一表面經改質粒子之綠色轉換層52及包括第二表面經改質粒子之紅色轉換層53。色彩轉換陣列50進一步 包括在綠色轉換層52及紅色轉換層53頂部上之藍光阻擋層54。
參考圖2c，展示本發明之發光設備中色彩轉換陣列60之一個實施例的示意性透視圖。色彩轉換陣列60包括藍色像素區61、包括第一表面經改質粒子之綠色轉換層62及包括第二表面經改質粒子之紅色轉換層63。色彩轉換陣列60進一步包括在藍色像素區61、綠色轉換層62及紅色轉換層63頂部上之光阻擋層64。
實例
現將在以下實例中描述本發明之一些實施例，其中除非另外規定，否則所有份數及百分比均以重量計。
實例中使用以下材料：所有溶劑及試劑均獲自商業供應商，且除非另外規定，否則以最高可用純度或分析級使用。
正矽酸四乙酯(「TEOS」)、甲基三乙氧基矽烷(「MTES」)、三乙氧基矽烷、2-烯丙基-苯酚、POCl3、苯酚及烯丙基溴化物(CAS編號106-95-6)均可獲自西格瑪奧德里奇(Sigma Aldrich)。
無水乙醇、2-丙醇、氨(25至28wt%)、2,3-二氰基-5,6-二氯苯醌(「DDQ」)、N-甲基-吡咯啶酮(「NMP」)、石油醚、NH4Cl、NaHCO3、Na2SO4、K2CO3、四氫呋喃(「THF」)、乙酸乙酯(「EA」)及甲醇均可獲自中國醫藥化學試劑有限公司(Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd)。
丙二醇單甲醚乙酸酯(「PGMEA」)及N,N'-雙(2,6-二異丙基苯基)-1,6,7,12-四苯氧基-3,4,9,10-苝四羧酸二醯亞 胺(CAS編號123174-58-3)兩者均可獲自TCI化學(TCI Chemicals)。
可獲自J&K科學有限公司(J&K Scientific Ltd.)之卡爾施泰特氏催化劑(Karstedt's catalyst)為在二甲苯(3wt%)中之二乙烯基四甲基鉑-矽氧烷錯合物。
PLEXIGLAS 6N聚甲基丙烯酸甲酯(「PMMA」)可獲自贏創德固賽(Evonik Degussa)，用作黏合劑。
可獲自昭和電工(Showa Denko)之樣品A為丙烯酸類黏合劑(於PGMEA中30%)。
1-[9-乙基-6-(2-甲基苯甲醯基)-9H-咔唑-3-基]-乙酮-1-(O-乙醯肟)(「OXE-02」，CAS編號478556-66-0)可獲自BASF且用作光引發劑。
實例1合成表面經改質粒子1A
(1)合成矽烷官能性發光化合物1
合成矽烷官能性發光化合物1之示意圖展示如下，
向4-羥基苯甲醛(4.0公克(g)，32.7mmol，1.0當量(equiv.))於丙酮(40mL)中之溶液中添加K2CO3(13.6g，3.0equiv.)及烯丙基溴化物(4.3mL，1.5equiv.)。反應混合物在室溫下攪拌2小時且進一步加熱至回流隔夜。冷卻 至室溫後，過濾溶液，用丙酮洗滌且在真空中濃縮，得到4-(烯丙氧基)苯甲醛。
將數滴三氟乙酸添加至200mL2,4-二甲基-1H-吡咯-3-羧酸乙酯(2.1g，2.0equiv.)及醛(1.0g，1.0equiv.)之二氯甲烷溶液中。在室溫下攪拌深色反應混合物直至耗盡醛，其藉由薄層層析法追蹤。依次添加氧化劑(DDQ，1.4g)，隨後在30分鐘後添加13.0mL Et3N，且最後添加15.0mL三氟硼酸酯醚合物(trifluoroborate etherate)。將混合物濾過二氧化矽墊或所用粗產物。濃縮過濾物，且殘餘物藉由二氧化矽層析或氧化鋁凝膠或藉由自動層析純化，得到烯丙基官能化硼-二吡咯亞甲基(BODIPY)衍生物(產率75%)。
將100毫克(mg)上文合成之烯丙基官能化BODIPY衍生物(0.2mmol)溶解於甲苯中。在氮氣(N2)下，藉由注射器注入HSi(OEt)3(125mg，4.0equiv.)，隨後添加一滴卡爾施泰特氏催化劑。在60℃下攪拌所得混合物隔夜。在減壓下蒸發溶液。獲得矽烷官能性發光化合物1之粗產物，不進行進一步純化。
(2)合成表面經改質粒子1A
將100mL乙醇添加至250mL三頸燒瓶中，隨後添加5mL氨。緩慢攪拌混合物同時加熱至50℃。將3mL TEOS添加至反應燒瓶中。在50℃下攪拌所得混合物3小時。將2mL TEOS溶解於18mL乙醇中，隨後藉由蠕動泵在180分鐘內滴入至反應燒瓶中，且在50℃下保持攪拌隔夜。將17mg之矽烷官能性發光化合物1溶解於30mL乙醇中，添加至反應燒瓶中且在50℃下保持攪拌4至5小時。經由離心收集所獲得 膠態懸浮液，且用乙醇洗滌三次，且隨後在50℃之真空烘箱中乾燥，得到實例1之表面經改質粒子1A之固體動力。所獲得的表面經改質粒子1A之STEM影像展示於圖3中。
實例2合成表面經改質粒子1B
將70mL乙醇添加至250mL三頸燒瓶中，隨後添加5mL氨。緩慢攪拌混合物且用N2鼓泡，同時加熱至50℃。將80mg之矽烷官能性發光化合物1(與實例1相同之發光體)溶解於40mL乙醇中以獲得發光體-乙醇溶液。將10mL之發光體-乙醇溶液以及1.5mL TEOS添加至反應燒瓶中。在50℃下攪拌所得混合物1.5小時。隨後將2.5mL TEOS及剩餘30mL之發光體-乙醇溶液混合在一起，且隨後藉由蠕動泵在2.5小時的時間段內滴入反應燒瓶中，且在50℃下保持攪拌。1mL TEOS與10ml乙醇混合且將其滴入反應燒瓶中，且在50℃下保持攪拌2小時。將2.7mL MTES添加至反應燒瓶中且反應再次保持2至3小時。經由離心收集所獲得膠態懸浮液，且用乙醇洗滌三次，且隨後在50℃之真空烘箱中乾燥，得到實例2之表面經改質粒子1B之固體動力。所獲得的表面經改質粒子1B之STEM影像在圖4中給出。所獲得的表面經改質粒子1B之熱穩定性如下評估，
將表面經改質粒子1B置於230℃之對流烘箱中1小時，且隨後取出用於光致發光測試。用光譜螢光計(HORIBA FluoroMax-4)表徵樣品之光致發光光譜的發射峰強度。結果展示在230℃下烘烤1小時之後，表面經改質粒子1B之95%初始發射峰強度得到保持。
實例3合成表面經改質粒子2
(1)合成矽烷官能性發光化合物2
合成矽烷官能性發光化合物2之示意圖展示如下，
用N-甲基-吡咯啶酮(50mL)中之2-烯丙基-苯酚(1.42g，10.58mmol)及K2CO3(1.46g，10.58mmol)處理N,N'-雙(2,6-二異丙基苯基)-1,6,7,12-四氯苝-3,4：9,10-四甲酸二醯亞胺(1.50g，1.76mmol)。在80℃下在N2下加熱反應混合物16小時，隨後使其冷卻至室溫，且添加稀釋鹽酸(100mL)。形成沈澱且濾出，用水洗滌至中性pH，且在真空下乾燥。粗產物隨後藉由具有二氯甲烷/石油醚(1：1)溶劑混合物之矽膠管柱層析純化。在乾燥後獲得純紫色固體(1.15 g，53%產率)。
將0.5g上文所得產物溶解於30mL NMP中，且隨後添加4.0equiv.過量苯酚及K2CO3。混合物在100℃下攪拌超過24小時。隨後添加稀釋劑(HCl水溶液)。形成沈澱且濾出，用水、隨後熱水洗滌至中性pH，且在真空下乾燥。粗產物隨後藉由具有二氯甲烷/石油醚(1：1)溶劑混合物之矽膠管柱層析純化。所獲得烯丙基官能化產物用於藉由三乙氧基矽烷進一步矽氫化。
將60mg之所製備烯丙基官能化產物(0.05mmol)溶解於5mL THF中。在N2下，藉由注射器注入HSi(OEt)3(0.1mL，10.0equiv.)，隨後添加一滴卡爾施泰特氏催化劑(於二甲苯中之二乙烯基四甲基鉑-矽氧烷錯合物，3wt%)。在60℃下攪拌所得混合物隔夜。在減壓下蒸發溶液。獲得矽烷官能性發光化合物2之粗產物，不進行進一步純化。
(2)合成表面經改質粒子2
合成表面經改質粒子2遵循與實例1之製備表面經改質粒子1A相同的程序。所獲得第二表面經改質粒子2之STEM影像在圖5中給出。
實例4
將150mg來自上文實例2之表面經改質粒子1B溶解於1g PGMEA中以形成澄清溶液。隨後使溶液與3g PMMA溶液(於PGMEA中30wt%)均勻混合，塗佈於聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)膜上，且隨後在80℃烘箱中乾燥2小時以蒸發PGMEA溶劑。乾燥膜之厚度為約80-100μm。所得膜之光穩定性特性根據下文之測試方法測定。
使用光強度為1450至1500Cd/m2之藍色背光單元作為光源。將表面經改質粒子1B-PMMA膜樣品置放於藍色背光單元前方用於在開放空氣中連續照射。用光譜螢光計(HORIBA FluoroMax-4)隨時間推移追蹤光致發光光譜之峰強度。初始發射峰強度之保留對比照射時間的結果在表1中給出。
實例5
表面經改質粒子2-PMMA膜根據與上文針對製備實例4之表面經改質粒子1B-PMMA膜所述相同的程序製備，但在實例5中使用表面經改質粒子2。根據上文實例4中所述之測試方法評估表面經改質粒子2-PMMA膜之光穩定性。
表1提供實例4及實例5之膜的光穩定性特性。如表1中所示，表面經改質粒子1B-PMMA及表面經改質粒子2-PMMA膜展示良好光穩定性，在藉由藍色背光照射100小時之後分別保留約90%及100%的初始光強度。
實例6
將150mg獲自上文實例1之表面經改質粒子1A溶解於1.2g PGMEA中以形成澄清溶液。溶液隨後與研發用於傳統彩色濾光器之光阻丙烯酸類黏合劑(樣品A丙烯酸類黏合劑(於PGMEA中30wt%)，可獲自昭和電工)及9mg 光引發劑OXE-02均勻混合。在充分混合之後，經由旋塗將混合物塗佈於玻璃基板上，且隨後在100℃烘箱中預烘烤2分鐘。所得膜在強度為50mJ/cm2之365nm UV下照射，隨後在230℃下烘烤60分鐘。在各步驟之前及之後藉由光譜螢光計(HORIBA FluoroMax-4)記錄樣品之光致發光光譜。表面經改質粒子1A在UV固化及硬烘烤條件下之穩定性在表2中給出。
表2展示丙烯酸類黏合劑中之表面經改質粒子1A對常用於形成習知彩色濾光器陣列之UV固化及硬烘烤條件的穩定性效能。如表2中所示，丙烯酸類黏合劑中之表面經改質粒子1A對UV固化條件穩定。在230℃下烘烤60分鐘之後，保留其初始發射峰強度之56%。
總之，所製備表面經改質粒子展現良好色彩效能，及良好光穩定性及熱穩定性。當應用於常用於製備彩色濾光器之方法中時，其亦展示有前景的結果。因此，表面經改質粒子為用於色彩轉換陣列中之潛在候選。

Claims (18)

  1. 一種發光設備，包括：背光單元，其發射可見藍光；及色彩轉換陣列，其接收來自所述背光單元之所述藍光，其中所述色彩轉換陣列包括綠色轉換層及紅色轉換層，其中所述綠色轉換層及所述紅色轉換層中之至少一者包括分別發射綠光或紅光之第一或第二表面經改質粒子，且所述第一或第二表面經改質粒子包括溶膠-凝膠奈米粒子及複數個附著至所述溶膠-凝膠奈米粒子表面之發光團，其中所述發光團在430至500nm之光譜區中具有至少1000M -1 cm -1之吸光值，且展現小於100nm之發射帶半高寬(full width half maximum)；且其中所述色彩轉換陣列允許所述背光單元之至少一部分所述藍光穿過，使得所述發光設備發射至少紅光、綠光及藍光，以生成包括紅色、綠色及藍色組分之色彩。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光設備，其中所述色彩轉換陣列包括綠色轉換層，所述綠色轉換層包括所述第一表面經改質粒子；及紅色轉換層，所述紅色轉換層包括所述第二表面經改質粒子；且其中所述色彩轉換陣列允許所述背光單元之至少一部分所述藍光穿過，使得所述發光設備發射紅光、綠光及藍光，以生成具有紅色、綠色及藍色組分之色彩。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光設備，其中所述溶膠-凝膠奈米粒子選自二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦或其混合物。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設備，其中所述複數個發光團經由-Si-O-Si-、-Al-O-Si-、-Ti-O-Si-、-Zr-O-Si-、-Al-O-Al或其組合與所述溶膠-凝膠奈米粒子共價鍵結。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設備，其中所述第一及第二表面經改質粒子各自獨立地經由以下獲得(i)提供羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子；及(ii)使來自步驟(i)之所述羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子與具有式III之結構之矽烷官能性發光化合物反應，D-L-SiX 3 (III)其中D為所述發光團，L為直接鍵或有機基團，且X為可水解取代基。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的發光設備，其中所述羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子表面上之至少5%羥基藉由溶膠凝膠方法與所述矽烷官能性發光化合物反應以形成共價鍵。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的發光設備，其中所述第一及第二表面經改質粒子各自獨立地經由以下獲得(i)提供羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子；及(ii)使來自步驟(i)之所述羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子與包括以下之混合物反應：(a)具有所述式(III)之結構的矽烷官能性發光化合物，D-L-SiX 3 (III)其中D為所述發光團，L為直接鍵或有機基團，且X為可水解取代基；及 (b)具有SiX 1 4之結構之有機矽烷化合物，其中X 1為可水解取代基。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的發光設備，其中所述羥基官能性溶膠-凝膠奈米粒子藉由合併以下而獲得具有所述SiX 1 4之結構之有機矽烷化合物，其中X 1為可水解取代基；催化劑；視情況選用之具有MX 1 3或MX 1 4或其混合物之結構的有機金屬化合物；其中X 1為可水解取代基，且M選自Al、Zr、Ti或其組合；視情況選用之具有所述式(III)之結構的矽烷官能性發光化合物，D-L-SiX 3 (III)其中D為所述發光團，L為直接鍵或有機基團，且X為可水解取代基；及視情況選用之溶劑。
  9. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設備，其中所述第一表面經改質粒子中之所述發光團衍生自具有式(I)結構之有機發光化合物： 其中R 11至R 16各自獨立地選自由以下組成之群：H、鹵素、-CN、-CF 3、-NO 2、經取代或未經取代之C 1-C 24烷基、經取代或未經取代之C 2-C 24烯基、經取代或未經取代之 C 2-C 24炔基、經取代或未經取代之C 1-C 24烷氧基、經取代或未經取代之C 3-C 20環基或雜環基、-SO 3H、磺酸酯基、-SO 2O-、硫醚、醚、脲、-CO 2H、酯、醯胺、胺、C 6-C 20經取代或未經取代之芳族基及C 5-C 20經取代或未經取代之雜芳族基；R 11及R 12可連接在一起以與其鍵結之原子一起形成5員、6員、7員環；R 12及R 13可連接在一起以與其鍵結之原子一起形成5員、6員、7員環；R 14及R 15可連接在一起以與其鍵結之原子一起形成5員、6員、7員環；且R 15及R 16可連接在一起以與其鍵結之原子一起形成5員、6員、7員環；其中X 1為N或CR 17，其中R 17選自由以下組成之群：H、鹵素、-CN、-CF 3、經取代或未經取代之C 1-C 24烷基、經取代或未經取代之C 2-C 24烯基、經取代或未經取代之C 2-C 24炔基、經取代或未經取代之C 1-C 24烷氧基、經取代或未經取代之C 3-C 20環基或雜環基、經取代或未經取代之C 6-C 20芳族基、經取代或未經取代之C 5-C 20雜芳族基、醚、酯、羧酸、-OH、醯胺、胺及硫化物；且其中X 2及X 3各自獨立地選自由以下組成之群：鹵素、經取代或未經取代之C 1-C 24烷基、經取代或未經取代之C 2-C 24烯基、經取代或未經取代之C 2-C 24炔烴、經取代或未經取代之C 3-C 20環基或雜環基、C 6-C 20經取代或未經取代之芳族基、經取代或未經取代之C 5-C 20雜芳族基及經取代或未經取代之C 1-C 24烷氧基；且X 2及X 3可連接在一起以形成單個取代基。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的發光設備，其中所述第一表 面經改質粒子中之所述發光團衍生自具有式(II)結構之有機發光化合物： 其中R 21至R 25各自獨立地選自由以下組成之群：H、鹵素、-CN、-CF 3、-NO 2、經取代或未經取代之C 1-C 24烷基、經取代或未經取代之C 2-C 24烯基、經取代或未經取代之C 2-C 24炔基、經取代或未經取代之C 1-C 24烷氧基、經取代或未經取代之C 3-C 20環基或雜環基、-SO 3H、磺酸酯基、-SO 2O-、硫醚、醚、脲、-CO 2H、酯、醯胺、胺、經取代或未經取代之C 6-C 20芳族基及經取代或未經取代之C 5-C 20雜芳族基；且R 26及R 27各自獨立地選自由以下組成之群：經取代或未經取代之C 1-C 20烷基、經取代或未經取代之C 2-C 20烯基、經取代或未經取代之C 2-C 24炔基、經取代或未經取代之C 1-C 2烷氧基、經取代或未經取代之C 6-C 24芳基；經取代或未經取代之C 3-C 20環基或雜環基、及經取代或未經取代之C 5-C 20雜芳族基。
  11. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設備，其中所述第二表面經改質粒子中之所述發光團衍生自選自以下之有機發光化合物：苝二醯亞胺、硼-二吡咯亞甲基、二酮基吡咯并吡咯、4-二氰基亞甲基-2- 第三丁基-6-1,1,7,7-四甲基久咯雷啶基-9-烯基-4 H-哌喃、香豆素、若丹明(rhodamine)、螢光素及花青。
  12. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設 備，其中所述第一或第二表面經改質粒子中之所述溶膠-凝膠奈米粒子獨立地具有10nm至2,000nm範圍內之粒徑。
  13. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設備，其中來自所述背光單元之所述藍光之波長為430nm至500nm。
  14. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設備，其中所述色彩轉換陣列進一步包括一或多個包括一種或多於一種藍光吸收材料之藍光阻擋層，所述藍光阻擋層置放於所述紅色轉換層及/或所述綠色轉換層頂部，遠離所述背光單元。
  15. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設備，其中所述紅色轉換層進一步包括有機發紅光化合物、無機磷光體、量子點或其混合物。
  16. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的發光設備，其中所述綠色轉換層進一步包括有機發綠光化合物、無機磷光體、量子點或其混合物。
  17. 一種包括如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述的發光設備的電子裝置。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中所述電子裝置為LCD顯示器、LED顯示器或OLED顯示器。
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