TWI386106B - 電激發光元件 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種電激發光元件。
電激發光(Electroluminescence,EL)係由於施加電場致使螢光粉層(phosphor layer)受激發而發出光。電激發光元件已應用在照明裝置及顯示器上。第一圖係傳統電激發光元件的截面示意圖，其包括一底部基板100、一第一電極層101位於該底部基板100上方、一螢光粉層102位於該第一電極層101上方及一第二電極層103位於該螢光粉層102上方。一交流電源係連接至該第一電極層101及該第二電極層103，以驅動該電激發光元件。在該電激發光元件發射黃光的情況下，係藉由電子束蒸氣沈積方法、濺鍍方法、網印印刷方法、旋轉塗佈或噴墨印刷等方法形成摻雜錳(發光中心)的硫化鋅(母體材料)燒結顆粒(ZnS：Mn sintered pellets)於該第一電極層101上方，以形成該螢光粉層102。該螢光粉層102亦可包含摻雜三氟化鋱(TbF3
)或磷化鋱(TbP)的硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TbF3
sintered pellets或ZnS：Tbp sintered pellets)，而發出綠光，或者可包含摻雜三氟化銩(TmF3
)的硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TmF3
sintered pellets)，而發出藍光。在照明應用上，該第一電極層101及該第二電極層103係分別為一連續平面層，以使位於該第一電極層101及該第二電極層103之間的整個該螢光粉層102受到電場作用。在顯示器應用上，該第一電極層101及該第二電極層103係經圖案蝕刻形成複數條電極列(未於圖中示出)，而該等電極列的每一
重疊部分構成一像素單元。當電場作用在該電激發光元件之際，該第一電極層101的電子經由電場加速射入該螢光粉層102，而該螢光粉層102的發光中心外層電子受到加速的一次電子撞擊後，產生電子遷移現象，提升至母體傳導帶形成自由電子；同時發光中心離子化，前述自由電子與離子化的發光中心再次結合，兩者能階間的能量差以光放射的形式釋出。
傳統的電激發光元件仍然存在諸多問題，例如高驅動電壓及低發光亮度。電激發光元件的技術研究及改良持續廣泛進行著，以期提高發光品質。
本發明提供的一種電激發光元件包括一第一電極層、一螢光粉層、一具永久累積電荷層及一第二電極層。
該螢光粉層係位於該第一電極層上方，該具永久累積電荷層係位於該螢光粉層上方，及該第二電極層係位於該具永久累積電荷層上方。
本發明提供的另一種電激發光元件，係包括一第一電極層、一螢光粉層、一第二電極層及一具永久累積電荷層。該螢光粉層係位於該第一電極層上方，該第二電極層係位於該螢光粉層上方，及該具永久累積電荷層係位於該第二電極層上方。
本發明提供一種電激發光元件，係藉由加入一具永久累積電荷層於元件結構中，以增加對元件內部螢光粉層的激發能量，進而可降低元件驅動電壓
本發明提供一種電激發光元件，係包括一基底、一下電極層位於該基底上方、一螢光粉層位於該下電極層上方、一上電極層位於該螢光粉層上方，及一具永久累積電荷層係介於該螢光粉層與該下電極層之間，或者介於該螢光粉層與該上電極層之間。該具永久累積電荷層亦可位於該下電極層下方或該上電極層上方。本發明電激發光元件亦可包含一具永久累積電荷層位於該下電極層附近及另一具永久累積電荷層位於該上電極層附近。
本發明前述基底可以是不透光或具透光性。該下電極層可以是由具導電性透光材料或者導電性反光材料所形成，係視前述基底而定。當前述基底為不透光時，該下電極層較佳係由反光材料形成。當前述基底為具透光性時，其可供做一發光面，並且該下電極層係由透光材料形成。
本發明電激發光元件藉由以下具體實施例配合所附圖式予以詳細說明如下。
第二圖係根據本發明第一具體實施例的電激發光元件的截面示意圖。在第一具體實施例中，一第一電極層201係藉由濺鍍或電子束蒸氣沈積、網印印刷、旋轉塗佈或噴墨印刷等方式形成於一底部基板200上。該第一電極層201係為反光材料，例如金、銀或鋁等。一螢光粉層202係藉由電子束蒸氣沈積方法、濺鍍方法、網印印刷方法、旋轉塗佈或噴墨印刷等方法形成於該第一電極層201上方。該螢光粉層202可包含摻雜錳(發光中心)的硫化鋅(母體中心)燒結顆粒(ZnS：Mn sintered pellets)。該螢光粉層202亦可包含摻雜三氟化鋱(TbF3
)或磷化鋱(TbP)的硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TbF3
sintered pellets或ZnS：TbP sintered pellets)，而發出綠光，或者可包含摻雜三氟化銩(TmF3
)的
硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TmF3
sintered pellets)，而發出藍光。一具永久累積電荷層203係形成於該螢光粉層202上方。該具永久累積電荷層203可以是一帶電荷的駐極體層(electret layer)。一具透光性第二電極層204例如氧化銦錫(ITO)層或氧化銦鋅(IZO)層係形成於該具永久累積電荷層203上方。該電激發光元件的電源係一直流電源。第二圖所示的電激發光元件可視為具有一對電極板的電容器。儲存在該電容器的能量係可根據公式E＝1/2 VQ計算得到，其中Q為電極板上的累積電荷，而V為該對電極板之間的電壓差，當V或Q任一者增加時，儲存的能量即增加。在第一具體實施例中，該具永久累積電荷層203係加入該電激發光元件中以在該元件內部誘導產生一電場，以致於可降低激發該元件發光的一外加電場大小。換句話說，外加的驅動電壓可被降低。本發明第一具體實施例的該電激發光元件所需要的驅動電壓係低於傳統的電激發光元件的驅動電壓。即使本發明的驅動電壓保持相同於傳統的驅動電壓，該螢光粉層202的激發能量係藉由加入該具永久累積電荷層203而增加。該螢光粉層202的發光效率因而被提高而致提高該電激發光元件的發光亮度。在元件操作期間，該第一電極層201的電子經由電場加速射入該螢光粉層202，而該螢光粉層202的發光中心外層電子受到加速的一次電子撞擊後，產生電子遷移現象，提升至母體傳導帶形成自由電子；同時發光中心離子化，前述自由電子與離子化的發光中心再次結合，兩者能階間的能量差以光放射的形式釋出。
另外，該具永久累積電荷層203及該具透光性第二電極層204的位置可以彼此互換(未於圖中例示說明)。也就
是說，該具透光性第二電極層204可以形成在該螢光粉層202上方，或該具永久累積電荷層203係位於該具透光性第二電極層204上方。
當該電激發光元件使用在一顯示面板時，該第一電極層201及該第二電極層204係經由光蝕刻(photo－etching)方式蝕刻以形成適當的電極圖案，而該第一電極層201及該第二電極層204之電極圖案的每一重疊部份構成一像素單元。
另一方面，在本發明第一具體實施例中，該電激發光元件的電源可以是一交流電源。在此情況下，第二圖中該具永久累積電荷層203的累積電荷則不受限於正電荷或負電荷。換句話說，該具永久累積電荷層可以是一帶正電荷或負電荷的駐極體層。至於該第一電極層201及該第二電極層204的電性極性則隨著施加於其上的交流電極性改變。
第三圖係根據本發明第二具體實施例的一電激發光元件的截面示意圖，其中一第一電極層301係藉由濺鍍、電子束蒸氣沈積、網印印刷、旋轉塗佈或噴墨印刷等方式形成在一底部基板300上方，該第一電極層301係一反光材料，例如金、銀或鋁等。一具永久累積電荷層302係形成於該第一電極層301上方。該具永久累積電荷層302可以是一帶電荷的駐極體層。一螢光粉層303係藉由電子束蒸氣沈積方式、濺鍍方式、網印印刷方法、旋轉塗佈或噴墨印刷等方法形成在該具永久累積電荷層302上方。該螢光粉層303可包含摻雜錳(發光中心)的硫化鋅(母體中心)燒結顆粒(ZnS：Mn sintered pellets)。該螢光粉層303亦可包含摻雜三氟化鋱(TbF3
)或磷化鋱(TbP)的硫化鋅(ZnS)燒結顆
粒(ZnS：TbF3
sintered pellets或ZnS：TbP sintered pellets)，而發出綠光，或者可包含摻雜三氟化銩(TmF3
)的硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TmF3
sintered pellets)，而發出藍光。一具透光性第二電極層304例如氧化銦錫(ITO)層或氧化銦鋅(IZO)層係形成於該螢光粉層303上方。在元件操作期間，該第一電極層301的電子經由電場加速射入該螢光粉層303，而該螢光粉層303的發光中心外層電子受到加速的一次電子撞擊後，產生電子遷移現象，提升至母體傳導帶形成自由電子；同時發光中心離子化，前述自由電子與離子化的發光中心再次結合，兩者能階間的能量差以光放射的形式釋出。第三圖中所示該電激發光元件的電源係一直流電源，但亦可以一交流電源取代。當該電激發光元件的電源為交流電源時，則該具永久累積電荷層302的累積電荷則不受限於正電荷或負電荷。換句話說，該具永久累積電荷層可以是一帶正電荷或負電荷的駐極體層。至於該第一電極層301及該第二電極層304的電性極性則隨著施加於其上的交流電極性改變。
另外，該具永久累積電荷層302與該第一電極層301的位置可以彼此互換(未示於圖中)。換言之，該具永久累積電荷層302可以形成在該底部基板300上方，而該第一電極層301形成在該具永久累積電荷層302上方。同樣地，當該電激發光元件的電源為一交流電源時，該具永久累積正電荷層或負電荷層可以形成於該底部基板300與該第一電極層301之間(未示於圖中)。至於該第一電極層301及該第二電極層304的電性極性則隨著施加於其上的交流電極性改變。
另外，一介電層可加入位於該螢光粉層與該第二電極
層及該第一電極層任一者之間，或者位於該螢光粉層與該第二電極層之間及位於該螢光粉層與該第一電極層之間。
第四圖係根據本發明第三具體實施例的電激發光元件的截面示意圖，其中一第一電極層401係經由濺鍍、電子束蒸氣沈積、網印印刷、旋轉塗佈或噴墨印刷等方式形成在一底部基板400上方。該第一電極層401係一反光材料，例如金、銀或鋁等。一第一介電層402係以濺鍍或電子束蒸氣沈積方式形成在該第一電極層401上方。較佳地，該第一介電層402具有高介電常數，以降低元件驅動電壓。該第一介電層402的材料可以是BaTiO3
、SrTiO3
、PbTiO3
或PbNbO3
等介電材料。一螢光粉層403係藉由電子束蒸氣沈積方式、濺鍍方式、網印印刷方法、旋轉塗佈或噴墨印刷等方法形成在該第一介電層402上方。該螢光粉層403可包含摻雜錳(發光中心)的硫化鋅(母體中心)燒結顆粒(ZnS：Mn sintered pellets)。該螢光粉層403亦可包含摻雜三氟化鋱(TbF3
)或磷化鋱(TbP)的硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TbF3
sintered pellets或ZnS：TbP sintered pellets)，而發出綠光，或者可包含摻雜三氟化銩(TmF3
)的硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TmF3
sintered pellets)，而發出藍光。一第二介電層404其材質係相似於該第一介電層402，係形成於該螢光粉層403上方。一具永久累積電荷層405係形成於該第二介電層404上方。該具永久累積電荷層405係具有透光性並且可以是一駐極體層。一具透光性第二電極層406例如是氧化銦錫(ITO)層或氧化銦鋅(IZO)層係形成於該具永久累積電荷層405上方。在元件操作期間，該第一介電層402與該螢光粉層403之介面的電子係經由電場加速射入該螢光粉層403，而該螢光粉層403的發光中心外層電
子受到加速的一次電子撞擊後，產生電子遷移現象，提升至母體傳導帶形成自由電子；同時發光中心離子化，前述自由電子與離子化的發光中心再次結合，兩者能階間的能量差以光放射的形式釋出。該第二介電層404係做為一保護層，防止來自該第一介電層402與該螢光粉層403介面的電子被吸引至該具永久累積電荷層405。該電激發光元件的電源係為一直流電源。同上述，該電激發光元件的電源亦可以是一交流電源。在此情況下，該具永久累積電荷層405的累積電荷則不受限於是正電荷或負電荷。該具永久累積電荷層405可以一具永久累積負電荷層例如帶負電荷的駐極體層(未示於圖中)代替，而該第一電極層401及該第二電極層406的電性極性則隨著施加於其上的交流電極性改變。
在該第三具體實施例的一變化例中，該第一介電層402及該第二介電層404任一者係可從元件結構中省略(此變化例未於圖中例示說明)。在該第三具體實施例的另一變化例中，該具永久累積電荷層位於該第一電極層401與該第一介電層402之間。同前述，當該電激發光元件的電源為一交流電源時，該具永久累積電荷層的累積電荷則不受限於是正電荷或負電荷，其可以一具永久累積正電荷層代替，例如一帶正電荷的駐極體層。至於該第一電極層401及第二電極層406的電性極性則隨著施加於其上的交流電極性改變。
第五圖係根據本發明第四具體實施例的一電激發光元件的截面示意圖，其中一第一電極層501係藉由濺鍍、電子束蒸氣沈積、網印印刷、旋轉塗佈或噴墨印刷等方式形成在一底部基板500上方。該第一電極層501係一反光材
料，例如金、銀或鋁等。一具永久累積負電荷層502，例如一帶負電荷的駐極體層，係形成於該第一電極層501上方。一第一介電層503係形成於該具永久累積負電荷層502上方。較佳地，該第一介電層503具有高介電常數，以降低元件驅動電壓。該第一介電層503的材料可以是BaTiO3
、SrTiO3
、PbTiO3
或PbNbO3
等介電材料。一螢光粉層504係形成於該第一介電層503上方。該螢光粉層504可包含摻雜錳(發光中心)的硫化鋅(母體中心)燒結顆粒(ZnS：Mn sintered pellets)。該螢光粉層504亦可包含摻雜三氟化鋱(TbF3
)或磷化鋱(TbP)的硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TbF3
sintered pellets或ZnS：TbP sintered pellets)，而發出綠光，或者可包含摻雜三氟化銩(TmF3
)的硫化鋅(ZnS)燒結顆粒(ZnS：TmF3
sintered pellets)，而發出藍光。一第二介電層505其材質係相似於該第一介電層503，係形成於該螢光粉層504上方。一具永久累積正電荷層506係形成於該第二介電層505上方。該具永久累積正電荷層506可以是一帶正電荷的駐極體層。一具透光性第二電極層507例如是氧化銦錫(ITO)層或氧化銦鋅(IZO)層係形成於該具永久累積正電荷層506上方。在元件操作期間，該第一介電層503與該螢光粉層504介面的電子係經由電場加速射入該螢光粉層504，而該螢光粉層504的發光中心外層電子受到加速的一次電子撞擊後，產生電子遷移現象，提升至母體傳導帶形成自由電子；同時發光中心離子化，前述自由電子與離子化的發光中心再次結合，兩者能階間的能量差以光放射的形式釋出。該第二介電層505係做為一保護層，防止來自該第一介電層503與該螢光粉層504介面的電子被吸引至該具永久累積正電荷層506。在此一具體
實施例中，該兩層具永久累積電荷層產生的誘發電場強度是第二圖至第四圖所示電激發光元件的兩倍。第五圖所示的電激發光元件相較於第二圖至第四圖所示電激發光元件所需要的驅動電壓會較低。第五圖的該電激發光元件的電源為一直流電源，但其亦可以是一交流電源。當該電激發光元件的電源為一交流電源時，該第一電極層501及該第二電極層507的電性極性則隨著施加於其上的交流電極性改變，而該具永久累積負電荷層502及該具永久累積正電荷層506的位置可以互換(未示於圖中)。
本發明上述實施例及其變化例係可使用於顯示面板，而其中的第一電極層及第二電極層係以光蝕刻方式蝕刻成所需要的電極圖案，而前述第一電極層及第二電極層之每一重疊的部份構成一像素單元。
本發明第四具體實施例之一變化例中，第一介電層503及第二介電層505中任一者係可從元件結構中省略(未於圖式中例示說明)。
本發明係整合該具永久累積電荷層於傳統的電激發光元件中，而該具永久累積電荷層可降低該電激發光元件的驅動電壓。本發明電激發光元件的製造費用可明顯降低，且其應用範圍亦被擴大。
以上所述僅為本發明之具體實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；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，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧底部基板
101‧‧‧第一電極層
102‧‧‧螢光粉層
103‧‧‧第二電極層
200‧‧‧底部基板
201‧‧‧第一電極層
202‧‧‧螢光粉層
203‧‧‧具永久累積電荷層
204‧‧‧第二電極層
300‧‧‧底部基板
301‧‧‧第一電極層
302‧‧‧具永久累積電荷層
303‧‧‧螢光粉層
304‧‧‧第二電極層
400‧‧‧底部基板
401‧‧‧第一電極層
402‧‧‧第一介電層
403‧‧‧螢光粉層
404‧‧‧第二介電層
405‧‧‧具永久累積電荷層
406‧‧‧第二電極層
500‧‧‧底部電極
501‧‧‧第一電極層
502‧‧‧具永久累積負電荷層
503‧‧‧第一介電層
504‧‧‧螢光粉層
505‧‧‧第二介電層
506‧‧‧具永久累積正電荷層
507‧‧‧第二電極層
第一圖係一傳統電激發光元件的截面示意圖；第二圖係本發明第一具體實施例的電激發光元件的截面示意圖；第三圖係本發明第二具體實施例的電激發光元件的截面示意圖；第四圖係本發明第三具體實施例的電激發光元件的截面示意圖；及第五圖係本發明第四具體實施例的電激發光元件的截面示意圖。
200‧‧‧底部基板
201‧‧‧第一電極層
202‧‧‧螢光粉層
203‧‧‧具永久累積正電荷層
204‧‧‧第二電極層
Claims (18)
- 一種電激發光元件，其包括：一第一電極層；一螢光粉層，係位於該第一電極層上方；一駐極體層，係位於該螢光粉層上方；及一第二電極層，係位於該駐極體層上方。
- 如申請專利範圍第1項所述之電激發光元件，其中更包括一電源係為一直流電源或一交流電源。
- 如申請專利範圍第1項所述之電激發光元件，其中更包括一第一介電層係位於該第一電極層與該螢光粉層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之電激發光元件，其中更包括一第二介電層係位於該螢光粉層與該駐極體層之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之電激發光元件，其中更包括一第二介電層係位於該螢光粉層與該駐極體層之間。
- 如申請專利範圍第2項所述之電激發光元件，其中當該電激發光元件的電源為交流電源時，該駐極體層係為一帶正電荷駐極體層或一帶負電荷駐極體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之電激發光元件，其中 更包含一具永久累積電荷層介於該第一電極層與該螢光粉層之間。
- 如申請專利範圍第7項所述之電激發光元件，其中該具永久累積電荷層包含一駐極體層。
- 如申請專利範圍第7項所述之電激發光元件，其中更包含一第一介電層介於該駐極體層與該螢光粉層之間及一第二介電層介於該螢光粉層與該具永久累積電荷層之間。
- 一種電激發光元件，其包括：一第一電極層；一螢光粉層，係位於該第一電極層上方；一第二電極層，係位於該螢光粉層上方；及一駐極體層，係位於該第二電極層上方。
- 如申請專利範圍第10項所述之電激發光元件，其中該電激發光元件的電源為一直流電源或一交流電源。
- 如申請專利範圍第10項所述之電激發光元件，其中更包含一具永久累積電荷層位於該第一電極層下方。
- 如申請專利範圍第11項所述之電激發光元件，其中當該電激發光元件的電源為一交流電源時，該駐極體層係為一帶正電荷駐極體層或一帶負電荷駐極體層。
- 如申請專利範圍第10項所述之電激發光元件，其中更包含一第一介電層介於該第一電極層與該螢光粉層之間。
- 如申請專利範圍第10項所述之電激發光元件，其中更包含一第二介電層介於該第二電極層與該螢光粉層之間。
- 如申請專利範圍第14項所述之電激發光元件，其中更包含一第二介電層位於該第二電極層與該螢光粉層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之電激發光元件，其中該電激發光元件係供做一顯示面板。
- 如申請專利範圍第10項所述之電激發光元件，其中該電激發光元件係供做一顯示面板。
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