TW420966B - EL light emitting device - Google Patents

Description

五、發明說明（1) [發明領域] 本發明係有關於一種電致發光裴置，更詳而言之，係 有關於一種低電功率消耗的電致發光裝置。 [發明背景] 電致發光（EL)是因施加電壓两自磷出先來，而一 般可應用電致發光於燈及顯示器上。應用在顯示器時，電 致發光裝置包含二個電極以及被安置於此二個電極（其中 至少一個為透明）之間的磷光層。電致發光裝置當施加電 壓時’其將隨著電流的通過而發光，在娘用y交流電時，碟 光層發^Aj!光，所發射光的強庠、高疮一船 使用的電壓和電流的頻率而定。 ----—_' ——、 薄膜電發光TFEL裝置在1950年代發展，磷層包夾於一 對電極之間且用絕緣/介以與至少一電極來分離，最 平常使用的磷材料是包括錳（Μη)做為活假體（參雜劑）的硫 化鋅（ZnS)，而包令铎之薇js鋅（ZnSMn)在，激梦後可發出 黃光，而可發出其他顏色的磷亦已開發。反射金屬典型地 諸如銘極，而使用相當薄的透光層的氳& (I TOUiL當成前電^極。加電場於二個電極之間以產生一電 場於位於二個電極間的磷層，而此薄膜裝置是在相卷 電壓即200-450V峰對峰值下操作。而事實上，此相 電屋會程過磷廣介質1潰電壓而造成導雷，&以將f闲 任一侧的薄膜介電層以限制或防止電極之間的雷 介質及磷層的厚度及品質製造上必需j格控制以防止=， 潰。大電場钓施—加會造成電極之間的一電氣崩潰而導致装置

420966 五、發明說明（2) 的障’所以要求電極自磷層以絕緣/介電層來隔開，而 典型的絕緣/介電層是是由銘，纪，碎，氮化碎或其他介 質材料所構成並附在麟層的任一侧。 TFEL裝置需要具有較高曼立及控低工作1：壓，而為 達到此目的’必需具有介質強度在驅動裝置所需要的電場 強度之上的介電質。而TFEL中，將透明電極材料（典型的 是氧化銦錫（ΙΤ0)) ’在沉積EL疊片的其他層之前，先沉積 在透明顯示塑膠（基體）上。發光疊片各層具有不[Sjyj介電 常數’跨猃位差係柩备層屋跨 在毛屋質_常-數-成例，常利用具有 高介_ j常數i厚itjfHj具冬名 層。 電致發光裝置是均勻的平面光源，可做為液晶顯示器 (LCD)的背光源，基於目前筆記型電騰之H寸.曼鼻的考 量，在液晶氩示器等向厚度薄、尺寸大及節省能源的需求 下’電致發ϋ-夏^必肖耗，方能滿足液i 顯示器大尺t的昔光源需：求。故如何降低液晶顯示器的電 功率消耗以及增強激發的背光源亮度，將是必須解決的問 題。 在習知技術中，電致發光裝置多數以磷光物質層的组 成結構為主，亦即磷光物基為一組 合物。例如，專利公告編號207, 597之一種含水的電發光 裝置。而在此電發光裝置中，包括一磷光體/結合劑之組 合物層和一介於二電極之間的介電/結合劑層’其中’該

C:\Program Files\Patent\15788. ptd 第 6 頁 420966 五、發明說明（3) 結合劑包含至少Ιρρπι的水，而在該組合物層中，有封膠於 三氧化二鋁内的磷光體粒子並且其被混合於主要成份為水 的結合劑中。在此電發光裝置1f*，探討不同聚合物當成結 合劑之情況，使電發光裝置不易因濕氣而受損，並使磷光 艘不易與水份發生反應，讓难光體不易失去其發光之能 力，而將磷光體粒子封膠於三氧化二鋁之内，並被混合於 主要成份為水的結合射中。在磷光層中，將發光务兔填粒 子加以封膠之方式_，鬓發光廣的發光效果。在專 利公告編號2 044 2 3之白色發光螢光體，此白色發光螢光體 中包括一黃色發光螢光體以及一藍色發光螢光體，而此二 者之間的重量組合比例範圍乃為黃色發光螢光體佔3d%至 70%、藍色發光螢光體佔70¾至30¾，以不同_比例七ϋ發 光量色發光螢支白光體之發光 性質。於專利公告編號M6380之電致發光元件，其特1係 在發光體的配合比為82. 0%至85. 5¾且添加1.9%以下範爵的 黃色’綠色，橘色之任一的螢光顏料者。可適用之範圍為 在有限電池能量之下，能得以充分發光亮度之電致發光元 件者’適用於小面積之電致發光元件，兩匕用添加不同顏^息 的_螢光劑於發光層中，而得以#電辞筅元件提高發光亮 度。而在專利公告編號3打63>乏電致發光裝置中，則將穩_ 定劑加入發光層中’目的在於穩定劑能夠有效抵益大氣氧 化、化—卜線-其中穩艾的加入章為 穩定劑所加入的薄，而發卷層的厚度 亦小於介電鬣—層的t度。對於厚模介質面言，如專利公告 第7頁 C:\Program Files\Patent\l5788. ptd 420966 五、發明說明（4) 編號3 2&815之具厚模介質之電發光鮝片，乃是由介電質的 介電常數與磷層的介電常數之比值約大於50 : 1之介電質 層所構成，而此介電質層之厚度與磷層的厚度比值在20 : 1至50 的範園内，且此介電層是由鈣鈦礦結晶棟造的鐵 電陶瓷材料形成，其中之介電層厚度遠大於磷光光層的厚 度。針對電發光裝置的絕緣/介電質層來防止跨過磷層的 放電，用絕缘/介來防層^_作H屋,其 介質崩潰電壓而造成導電，以防止因大OL的^加_而造成 之間的雷氣崩潰亘導〇 以上所討論的習知技術％是利1添加物的方式或以添 加_穩„^_11的方式」發光i的發光紙」立性，以及 增加九缝過座見患发_靈卫.防上因大 策I的施“加而電極之間的電氣堪潰。而發光層的厚度 均小於或遠小於介電層的厚度，而未科甩增加發来眉厚、麼 .的方式來援^討如何溘少電致發糸装置 的電容悻’而降低了所消耗的電功率，因而提高了電致發 光裝Ϊ的使用壽命，並提高了發光能办。 由於電致發光裝置與冷陰極射線管（CCFL)比較，可知 電致發光裝置所消耗的電功率較高且激發的亮度較低，因 此在筆記型電腦以及LCD螢幕的背光源完全是CCFIj的應 用’原因乃是因為習知的電致發光裝置的消耗功率高以及 低背光源特性所致。 為了解決上述習知電致發光裝置所產生的問題，以及 對於電致發光裝置應用於大尺寸液晶顯示器背光源的可行

C:\ProgramFiles\patent\15788.ptd 第 8 頁 420966 五、發明說明（5) 性，我們採用以^篮_篮_致發光裝置故ϋ電容隹以及降低消 耗的電功率的方式，而來拐度， 從、改。在此我們探討結構磷光 層的厚度以及介質厚度介質介電常數，以及磷光層與介電 質層之總厚度對此電致發光裝置的電容性的影響並既ϋ 性_^L改豐了消耗之電功$」_利J ,電容 值作為厚度與電功率的參t _而得从』厚度一酌方 式，以降低電容進電，而_由於電 功率的降低，而從高電芗發光裝置的亮；f ί传得 電致發成^為筆記型_電腦以反LCD顯示幕的背光源。 [發明概述與目的] 本發明之主要目的在於提供一種低電功率消耗的電致 發光裝置，而使此低電_功_東遽耗的電致發光裝置可冬為筆 記型_f腦以及LCD顯示幕的背光源。 本發明之另一目的在於提供一種低電功率消耗的電致 發光裝置，此低I功U耗的電故發光U_具有低電名性_ 以承低電功率消耗之特性。 本發明之再一目的在於提供一種低電功率消耗的電致 發光裝置，利用降低此電致發光裝置之總電容值而得以降 低電功率的消耗。 本發明之又一目的在於提供一種低電功率消耗的電致 發光裝置，利用保持磷光層之電場強到足以產生發光，但 提高磷光層厚度與介電層厚度之比值以及實質降低介電層 之厚度，而得以在保持磷層中電場強到足以發光的情況之

C:\Program Files\Patent\l5788. ptd 第 Θ 頁 420966

下，得以降低施於二電極板之間的電壓， 之電功率。 而得以降低消耗 發光ίί明於提供一種低電功率消耗的電致 發光裝置乂增加磷光層I介電^的總n之方式’來降 # t & # m 麟直遗消 耗的電功率得>以減少。 ， 本發明之又一目的在於提供一種低電功率消耗的電致 發光裝置，在磷光層及介電層的總厚度相同之情況下以 增加^光層厚度並減少介電層厚度之方式」i隆低電致發 光裝I、的f多隹，而使舞作電致發光裝置時所消耗的電功 率得以減少。 本發明之又一目的在於提供一種低電功率消耗的電致 發光裝置’在磷光層之厚度固定之情況下，以增加總厚度 之方式’來降低電致發光裝置的電容值，而使操作電致發 光裝置時所消耗的電功率得以減少。 根據以上所述之目的，本發明提供了一種新穎之低電 功率消耗的電致發光裝置，此低電功率消耗的電致發光裝 置^括二JlJL極、一後電極、介於前後電極間之磷光層以 — — .·._· 及介電層。經^由調彆磷光層厚度與介電層厚度，使得磷光 屢^電層之厚i，或磷光層厚度^介電質層 t厚-务丧餐耳·^二，並_可使在層 中ϋ場以使磷光層產生發先之笔力的強度下， 加於此電致發光裝置的電1。在使電致發光裝置 電容值減少以及消耗的電功率降低之目的下’教瑞先層的

C:\Program Files\Patent\l5788. ptd 第10頁 420966 五、發明說明α) 厚度、介電質厚度、介電質之介電常數以及磷光層與介電 質層之總厚度來加以討論。由於電致發光裝置的總厚氧與 電容值成線性反班例，且電容值與電激發光時消耗的電功 率成線性正比例，故在此低電功率消耗的電致發光裝置 中，討論遽^層厚度與介電層厚度以降低i電|發先^置 的農容值_，並當電1盤^降^德，使得電致在操 作狀羞ji — ’可以減低其所消耗的電功色功率的 得以而^ASWWk發光i置的_查^>，使得電致發 光裝置成_%__筆記型電_^以立lcd m申幕的背％源。 [圖示簡述] 、-· 為讓本發明之上述和其它乱的，特徵，優點能更明顯 易懂，將舉較佳實施例’並配合所附圖示，詳細說明本發 明之實施例，所附圖式之内容簡述如下： 第1圖為一側視剖面圖，其中顯示應用本發明之低電 功率消耗的電致發光裝置的基本組成結構； 第2圖為一關係圖’用以顯示應用本發明之低電功率 消耗的電致發光裝置總厚度與單位面積電容值之對應關 係； 第3圖為一關係圖，用以顯示應甩本發明之低電功率 消耗的電致發光裝置單位面積電容值與單位面積電功率之 對應關係。 [實施例詳細說明] 請參閱第1圖’其中顯示應用本發明之低電功率消耗 的電致發光裝置的基本組成結構，此低電功率消耗的電致

C:\ProgramFiles\Patent\15788.ptd 第 11 頁 420966 修正 號 88109346 毒· 發光裝置包括 光層以及介電 極，在此透明 磷光物質層及 填光層2 a是以 在磷光層之上 層2b利用具有 .數。反射金 透光層氧化 在使用交 強度或亮度 "此電致發光裝 g为光。而在此處 I ^此發光電致裝 g因變熱而將導 4能。於前後二

一前電極、一後電極、介於前後電極間之磷 層。前電極可為一透明的氧化銦錫（I TO)電 的氧化銦錫（IT0)電極及背面電極之間，有 高介電黏合劑的磷光層2 a和介電質層2b，此 網版印刷經乾燥後形成，而介電質層2b則是 由鈦酸鋇或鈦酸錕以網版印刷而成。介電質 高介電質常數，而磷光層2a則具有較低介電 屬，例如銘、銀，可用做後電極，而相當薄 銦錫（1T0)可做為前電極。 流電時，磷光層被激發而產生光，所發射光 一般都依所使用的電壓和電流的頻率而定， 置當施加電壓時，其將隨著電流的通過而發 之磷光物質層及高介電黏合劑的磷光層2a在 置發光工作期間，具有長期的穩定性，不會 致結構發生改變而使得功能降低亦或失去功 個電極之間，加一電場於磷光層2a，而此磷 光層2a在電致發光裝置工作時並不會因施加於此磷光層2a 間之電場而導致崩溃。在此以鈦酸鋇或鈦酸鋰來當成介電 質層2b以隔開磷光層2a與背面電極。經由調整磷光層2丑厚 度與介電層2b厚度而保持磷光層23之電場強到足以產生發 光’但由於提高磷光層2a厚度與介電層2b厚度之比值以及 實質降低介電層2b之厚度，而得以在保持磷光層2 &中電場 強到足以發光的情況之下，可降低此電致發光裝置的電容 值。由於電致發光裝置的總厚度與電容值成線性反比例，

C:\Program Files\patent\15788.ptc 第12頁 2000.09.30.012

420966 號 88109346_y f 年 π 月 2 日 ---------" 五、發明說明（9) > . i γ 你丨，故在， 且電容值與電激發光時消耗的電功率成線性正比例 此電致發光裝置中，透過增加由磷光層2&與介電層2b^ = 成之總厚度’而可降低此電致發光裝置的電容值’並S .、 容值呈降低後’使得電致發光裝置在操作狀態時 了 *广 低其所消耗的電功率。 第2圖為一關係圖，用以顯示應用本發明之低電功率 消耗的電致發光裝置總厚度與單位面積電容值之對應關 係。如圖中所示’線A之磷光層2a厚度為53//m’而線B之 磷光層2a厚度為81私m時，當由磷光層2a與介電質廣所 組成之總厚度增加時’電致發光裝置的電容值亦隨之下 降，即總厚度越厚時，電容值會越低’而總厚度與電容值 呈線性反比例。 在相同的總厚度的情況下’可知線B(磷光層2a厚度 為81μ«0之電容值小於線以磷光層2a厚度為53jtzm)之電容 值，亦即，於碟光層2a與介電質層2b所組成之總厚度相同 時，當磷光層2a的厚度增加，將使電容值降低。即磷光層 2a降低電容值的效果’較介電質層降低電容值的效果為 佳。 由於0( ε fl/d)A 平面電容值 當e 〇與A固定時， C 〇〇 (K/d)即電容值與厚度呈反比例 其中C:電容 Capacitor (/iF) ε。：介電常數 Dielectric constant A :面積 Area (cm2) HHii mm C:\Program Files\patent\15788.ptc 第13頁 2000.09.30.013 420966 ~~ ~ — 五、發明說明（ίο) d :厚度 T h i c k n e s s (从 ffl) K :常數 Constant 在此由於電容值與總厚度成反比’故在增加厚度的情 況下將得以減少電容值。 而C之電容值為由磷光層2a所組成的電容C1與由介電 質層2b所组成的電容C2所串聯而成’故 C=1/((1/C1)+(1/C2))，

Cl=( ε,/άΐ )Α ; £l :磷光層2a之介電常數 C2 = ( ε 2/ d2 )A ; ε2:介電層2b之介電常數 而:介電層2b之介電常數較:磷光層2a之介電 常數為大， 當d2降低時，C2將增加，而（1/C2)將減少，而 當d2降低而dl增加時，C1將降低，而（1/C1)將增加， 而由於ε2 :介電層2b之介電常數較ε!:磷光層2a之介電 常數為大，故 (1/C1)之增加量將大於（1/C2)之減少量，而使得 (1/C1)+(1/C2)之值，由於在增加填光層2a 厚專並減少 介電質層2b的厚度下，將使得（1/C1) + (1/C2)之值增加' 而由於此值的增加將使得 C值由於C=1/((1/C1) + (1/C2))之關係而得以降低。故 當磷光層2a與介電質層2b所組成之總厚度相同時，當磷光 層2a的厚度增加，將使電容值降低。即磷光層23降低電容 值的效果，較介f質層降低電容值的效果辱佳。 電致發光裝置總厚度可為由80ym至250#m之間，而 nHni warn C:\Prc^r£un Fi les\Patent\l5788. ptd 第 U 頁 8ftlft -2 420966 :¾ 號88109346_g /年汐月2曰 修兵_ 五、發明說明αΐ) 電容值可為1 (/zF/cin2)至 220(jaF/cm2)之間。 第3圖為一關係圖，用以顯示應用本發明之低電功率 消耗的電致發光裝置單位面積電容值與單位面積電功率之 對應關係。在此圖中，我們以輸入直流電位DCinl2v ’輸 出交流電位VQUtIM> 432V，頻率473Hz ’電致發光裝置面積 6 0 0cm2的情況下所得出之對應關係。由圖中所示可知’電 容值與電功率成線性正比例，即電容值越低則電功率亦越 低。 由於Re=( /c /fC)=K/C 當頻率固定時， 且I=V/Rc=(V/K)C (歐姆定律） 故 P=IV=(V2/I〇C (電功率） 即p 〇〇 c當電位固定時，電功率與電容值呈正比 例， 其中 Rc:容抗 Capacitive reactance (Ω) κ *-常數 Constant f :頻率 F r e q u e n c y ( Η z ) C :電容 Capacitor (uF) K :常數 Constant I:電流 Current (A) V :電位 Voltage (V) P ··電功率 Power (W) 由第3圖中可知，當減少電容值時，所對應的單位面 積消耗電功率亦隨之平穩的降低，而得以將電致發光裝置 1 ΗΒΗ — C:\ProgramRIes\patentU5788.ptc 第 15 頁 20〇〇.的.肌 4 20 96 6 -mm^AR 3f ^ w 月 2 曰 _ 修正 _ ——豈Λ_發听說初—(12 ) 所消耗的電功率得以減少，故本發明之電致發光裝置實為 一低電功率消耗的電致發光裝置。 綜合以上的實施例，我們可以得到此低電功率消耗的 電致發光裝置，可經由調整介於前後二電極間之磷光層厚 度與介電層厚度，而可得以降低電致發光裝置之電容值， 並可使在磷光層中之電場保持在足以使磷光層產生發光之 能力的強度下’由於電致發光裝置的總厚度與電容值成線 性反比例，且電容值與電激發光時消耗的電功率成線性正 比供丨’故在此低電功率消耗的電致發光裝置中，透過調整 $光層厚度與介電層厚度’而可降低此電致發光裝置的電 =值，並當電容值呈降低後，使得電致發光裝置在操作狀 ，時，可以減低其所消耗的電功率而達到節省能源的效 果°此低電功率消耗的電致發光裝置優颭有； 1，提供一種低電功率消耗的電致發光裝置，此低電功 率消耗的電致發光裝置具有低電容性以及低電功率消耗之 特性’而可成為筆記型電膜以及LCD顯示幕的背光源，而 使低電功率消耗的電致發光裝置可應用龄大尺寸液晶 器背光源； 2.提供一種低電功率消耗的電致發先裝置，利用保持 碟光層之電場強到足以產生發光，但提高磷光層厚度與介 電層厚度之比值以及實質降低介電層之厚度，而得以在保 持雖層中電場強到足以發光的情況之下，得以降低施於二 電極板之間的電壓。 ' 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限

C:\Program Files^atent\15788.ptc 第16頁 2000.09.30.016 420966 五、發明說明（13) 定本發明之範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所 完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之專利範圍内。 第17頁 C:\Prograjn Files\Patent\15788. ptd

Claims (1)

1. 一,：) 420966 i .： ,; 1，:，88109346 名？年/〇 月么日 修正_ L—六丄紐娜麵 1. —種Ϊ電功率消耗的電致發光裝置，該低電功率消耗 的電致發光裝置至少包括： 一前透明電極： —背面電極； 一填光層，此鱗光層位於前透明電極與背面電極 之間，由磷光物質層及高介電黏合劑所組成， 一介電質層，此介電質層位於磷光層與背面電極 之間， 其中，磷光層厚度可大於介電質層厚度，由磷光 層與介電層組成總厚度。 2. 如申請專利範圍第1項之低電功率消耗的電致發光裝 置，其中之磷光層以網版印刷形成。 3. 如申請專利範圍第1項之低電功率消耗的電致發光裝 置，其中之介電質層以網版印刷形成。 4. 如申請專利範圍第1項或第2項或第3項之低電功率消耗 的電致發光裝置，其中之介質層由鈦酸鋇物或鈦酸锶 物組成。 5. 一種低電功率消耗的電致發光裝置，該低電功率消耗 的電致發光裝置至少包括： 一前透明電極： 一背面電極； 一磷光層，此磷光層位於前透明電極與背面電極 之間，由磷光物質層及高介電黏合劑所組成， 一介電質層，此介電質層位於磷光層與背面電極

   C:\ProgramFiles\patent\15788.ptc 第 1 頁 2000.09.30.018

   其中，磷光層厚度對介電質層厚度之比值在5:1至 1:10的範圍内，由磷光層與介電層組成總厚度。 6. 如申請專利範圍第5項之低電功率消耗的電致發光裝 置’其中之磷光層以網版印刷形成。 7. 如申請專利範圍第5項之低電功率消耗的電致發光裝 置’其中之介電質層以網版印刷形成。 8·如申請專利範圍第5項或第6項或第7項之低電功率消耗 的電致發光裝置，其中之介質層由鈥酸鋇物或鈦酸锶 物組成。 9. 一種低電功率消耗的電致發光裝置，該低電功率消耗 的電致發光裝置至少包括： 一前透明電極； 一背面電極； 一磷光層，此磷光層位於前透明電極與背面電極 之間，由磷光物質層及高介電黏合劑所組成， 一介電質層，此介電質層位於磷光層與背面電極 之間， 其中，由磷光層與介電層組成總厚度為從80微米 至250微米範圍内，由磷光層與介電層組成之電容值為 從 ljtiF/ciD2 至 220 /iF/cm2的範圍内。 10. 如申請專利範圍第9項之低電功率消耗的電致發光裝 置，其中之磷光層以網版印刷形成。 11. 如申請專利範圍第9項之低電功率消耗的電致發光裝

   2000.09.30,019 /20966 . > ή-Μ. 88109346 外年，p 月么日 修正_ 申請專 置’其+之介電質層以網版印刷形成。 ϋ如申請專利範圍第9項或第1〇項或第^項之低電功率消 耗的電致發光裝置，其中之介質層由鈦酸鋇物或鈦酸 銘物组成。 13‘―種低電功率消耗的電致發光裝置’該低電功率消耗 的電致發光裝置至少包括： 一前透明電極； —背面電極； 一磷光層，此磷光層位於前透明電極與背面電極 之間，由磷光物質層及高介電黏合劑所組成’ —介電質層，此介電質層位於鱗光層與背面電極 之間， 其中，磷光層厚度對介電質層厚度之比值在5:1與 1:10的範圍内，由磷光層與介電層·組成總厚度為從80 微米至250微米範圍内，由磷光層與介電層组成之電容 值為從1 Θ F/cm2至220# F/chi2的範園内。 14, 如申請專利範圍第13項之低電功率消耗的電致發光裝 置’其中之磷光層以網版印刷形成。 15. 如申請專利範圍第丨3項之低電功率消耗的電致發光裝 置’其中之介電質層以網版印刷形成。 16_如申請專利範園第13項或第14項或第15項之低電功率 消耗的電致發光裝置’其中之介質層由鈦酸鋇物或鈦 酸銘物組成。