TWI704053B

TWI704053B - 電致發光纖維

Info

Publication number: TWI704053B
Application number: TW107144385A
Authority: TW
Inventors: 薛羽利; 吳政樑; 曾勝茂
Original assignee: 財團法人紡織產業綜合研究所
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-09-11
Also published as: TW202021808A

Abstract

一種電致發光纖維，包括線狀中心電極、介電層、電致發光層及透明導電層。介電層包覆線狀中心電極。電致發光層包覆介電層，且電致發光層包括3重量份至7重量份的含銅硫化鋅發光粉、0.05重量份至0.8重量份的金屬氧化物、0.1重量份至0.7重量份的胺醇類化合物、0.095重量份至0.24重量份的鹼金屬碳酸鹽、以及2.0重量份至2.5重量份的PU樹脂。金屬氧化物包括氧化鋅、二氧化鈦、鈦酸鋇、二氧化錳或其組合。透明導電層包覆電致發光層。

Description

電致發光纖維

本發明是有關於一種電致發光纖維，且特別是關於一種包括電致發光層的電致發光纖維。

電致發光(electroluminescence,EL)光源已廣泛的運用在各種顯示照明裝置中。在現有的電致發光元件中，通常需施加高電壓才可達到高發光亮度。然而，使用高電壓的電致發光元件存在疑慮與危險。

此外，為了提高亮度或出光率，現有的線型電致發光元件會在中心電極外多鍍一或多層功能層，例如，強反光層、內電子發射層或外電子發射層等等。但此方法使製造程序複雜化，導致成本及線體直徑增加，因而降低了線型電致發光元件的使用範圍。因此，需要一種新穎的電致發光元件以解決上述問題。

本揭示內容提供一種電致發光纖維，包括線狀中心電極、介電層、電致發光層及透明導電層。介電層包覆線狀中心電極。電致發光層包覆介電層，且電致發光層包括 3重量份至7重量份的含銅硫化鋅發光粉、0.05重量份至0.8重量份的金屬氧化物、0.1重量份至0.7重量份的胺醇類化合物、0.095重量份至0.24重量份的鹼金屬碳酸鹽、以及2.0重量份至2.5重量份的PU樹脂。金屬氧化物包括氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO₂)、鈦酸鋇(BaTiO₃)、二氧化錳(MnO₂)或其組合。透明導電層包覆電致發光層。

在一些實施方式中，電致發光層的厚度介於25微米至40微米的範圍內。

在一些實施方式中，電致發光纖維的線徑介於300微米至700微米的範圍內。

在一些實施方式中，介電層的厚度介於20微米至50微米的範圍內。

在一些實施方式中，電致發光纖維更包括保護層包覆所述透明導電層，其中所述保護層包括聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或聚醋酸乙烯酯(PVAC)。

在一些實施方式中，透明導電層包括多條奈米銀線，且每條奈米銀線的線直徑寬為50奈米至100奈米，線長為5微米至50微米。

在一些實施方式中，金屬氧化物為0.1重量份至0.8重量份的氧化鋅(ZnO)。

在一些實施方式中，金屬氧化物為0.05重量份至0.3重量份的二氧化鈦(TiO₂)。

在一些實施方式中，金屬氧化物為0.24重量份至0.75重量份的鈦酸鋇(BaTiO₃)。

在一些實施方式中，金屬氧化物為0.05重量份至0.10重量份的二氧化錳(MnO₂)。

100‧‧‧電致發光纖維

110‧‧‧線狀中心電極

120‧‧‧介電層

130‧‧‧電致發光層

140‧‧‧透明導電層

150‧‧‧保護層

200‧‧‧薄膜電致發光裝置

210‧‧‧導電層

220‧‧‧介電層

230‧‧‧電致發光層

240‧‧‧透明導電層

250、260‧‧‧導線

D1‧‧‧線徑

T1、T2‧‧‧厚度

當讀到隨附的圖式時，從以下詳細的敘述可充分瞭解本揭露的各方面。值得注意的是，根據工業上的標準實務，各種特徵不是按比例繪製。事實上，為了清楚的討論，各種特徵的尺寸可任意增加或減少。

第1圖為根據本發明之一實施方式繪示的電致發光纖維的立體分解示意圖。

第2圖為根據本發明之一實施方式繪示的電致發光纖維的剖面示意圖。

第3圖為根據本發明之一實施方式繪示的薄膜電致發光裝置的立體分解示意圖。

第4~6圖分別顯示本發明之一實施方式的電致發光層的能量散射光譜(EDS)。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。並且為求清楚說明，元件之大小或厚度可能誇大顯示，並未依照原尺寸作圖。此外，為簡化圖示起見，一些習知慣用的結構與元件在圖示中將以簡單示意的方式繪示之。

在本文中使用空間相對用語，例如「下方」、「之下」、「上方」、「之上」等，這是為了便於敘述一元件或特徵與另一元件或特徵之間的相對關係，如圖中所繪示。這些空間上的相對用語的真實意義包含其他的方位。例如，當圖示上下翻轉180度時，一元件與另一元件之間的關係，可能從「下方」、「之下」變成「上方」、「之上」。此外，本文中所使用的空間上的相對敘述也應作同樣的解釋。

第1圖為根據本發明之各種實施方式繪示的電致發光纖維100的立體分解示意圖。請參照第1圖，電致發光纖維100包括線狀中心電極110、介電層120、電致發光層130及透明導電層140。在各種實施方式中，線狀中心電極110包括導電材料，例如一或多條銅金屬絲，但不限於此。

如第1圖所示，介電層120包覆線狀中心電極110。在一些實施方式中，介電層120包括介電材料。在一些實施例中，介電層120是由包括PU樹脂、水及鈦酸鋇的介電層配方乾燥而形成，其中PU樹脂/水/鈦酸鋇的重量比約為12/4/15，但不限於此。在一些實施例中，介電層的密度為約4.68至5.47g/mL。

電致發光層130包覆介電層120。電致發光層130包括3重量份至7重量份的含銅硫化鋅發光粉、0.05重量份至0.8重量份的金屬氧化物、0.1重量份至0.7重量份的胺醇類化合物、0.095重量份至0.24重量份的鹼金屬碳酸鹽以及2.0重量份至2.5重量份的PU樹脂。在一些實施例中，含銅硫化鋅發光粉：金屬氧化物：胺醇類化合物：鹼金屬碳酸鹽：PU樹脂的固含量重量比為5：(0.05-0.08)：(0.1-0.7)：(0.095-0.24)：(2.0-2.5)。在一實施例中，含銅硫化鋅發光粉、金屬氧化物、胺醇類化合物、鹼金屬碳酸鹽、PU樹脂佔電致發光層130的重量百分比分別為59.6%、5.9%、5.9%、1.2%、27.4%。在一些實施例中，電致發光層130的密度例如是約2.97-3.38g/mL。

在一些實施方式中，電致發光層130是由電致發光塗料乾燥而形成。在一些實施方式中，將含銅硫化鋅發光粉、金屬氧化物及胺醇類化合物震盪混和，之後，再將上述混合物與鹼金屬碳酸鹽水溶液及PU樹脂混拌，以形成電致發光塗料。

在一些實施方式中，含銅硫化鋅發光粉可以是用摻雜銅的方式形成的硫化鋅發光粉，例如ZnS：Cu，且含銅硫化鋅發光粉的粒徑尺寸例如是20μm至30μm。

在一些實施方式中，金屬氧化物包括氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO₂)、鈦酸鋇(BaTiO₃)、二氧化錳(MnO₂)或其組合。上述金屬氧化物的導帶能量略低於硫化鋅發光粉，例如，硫化鋅發光粉導帶為-3.2eV、氧化鋅為-4.5eV、二氧化鈦為-4.2eV、鈦酸鋇為-4.2eV、二氧化錳為-6.5eV。因此，使用金屬氧化物混摻含銅硫化鋅發光粉，可以提供階梯式電荷注入方式，使能隙降低並同時提高此電致發光層130的電容值，從而提升電致發光層130的發光強度。金屬氧化物可以直接與含銅硫化鋅發光粉混摻，而不須經過退火、燒結等製程，因此可簡化製作工序及節省成本，同時提升亮度。第4~6圖分別顯示本發明之一實施方式的電致發光層的能量散射光譜(EDS)，其中第4圖為摻雜鈦酸鋇的電致發光層，第5圖為摻雜二氧化錳的電致發光層，第6圖為摻雜二氧化鈦的電致發光層。由第4~6圖可知，金屬氧化物是直接混摻於電致發光層中而沒有經過退火或燒結等高溫製程，因此電致發光層中的金屬氧化物可保有其原來的氧化態。

在一些實施方式中，金屬氧化物為0.1重量份至0.8重量份的氧化鋅(ZnO)，例如0.1、0.5或0.8重量份。在一些實施方式中，金屬氧化物為0.05重量份至0.3重量份的二氧化鈦(TiO₂)，例如0.05、0.1、0.15、0.2或0.3重量份。在一些實施方式中，金屬氧化物為0.24重量份至0.75重量份的鈦酸鋇(BaTiO₃)，例如0.24、0.57或0.75重量份。在一些實施方式中，金屬氧化物為0.05重量份至0.10重量份的二氧化錳(MnO₂)，例如0.05、0.08或0.1重量份，其中二氧化錳可以是α-MnO₂或β-MnO₂。

在一些實施方式中，胺醇類化合物可包括乙二醇或二乙醇胺。胺醇類化合物可做為表面修飾劑，幫助含銅硫化鋅發光粉分散在PU樹脂中。胺醇類化合物也可以在含銅硫化鋅發光粉表面形成偶極(interfacial dipole)，從而降低電荷由PU樹脂注入含銅硫化鋅發光粉的障礙。

在一些實施方式中，鹼金屬碳酸鹽可包括碳酸鉀或碳酸銫。鹼金屬碳酸鹽可以極化PU樹脂，促使離子空間電場(ionic space charge field)產生，提升電致發光層130的電容值，進而提升發光強度。

請繼續參照第1圖。透明導電層140包覆電致發光層130。在一些實施方式中，透明導電層140包括多條奈米銀線，且每一奈米銀線的線直徑寬為50奈米至100奈米，例如50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100奈米，線長為5微米至50微米，例如5、10、15、20、25、30、35、40、45或50微米。

在一些實施方式中，電致發光纖維100更包括保護層150包覆透明導電層140。在一些實施例中，保護層150包括聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或聚醋酸乙烯酯(PVAC)，但不限於此。保護層150可以是透明保護層，以保護透明導電層140，避免在使用過程中造成透明導電層140損傷。然而，本發明不限於此，在其他實施方式中，保護層150也可以被省略。在一些實施方式中，電致發光纖維100具有可撓性。電致發光纖維100的可撓性質可以藉由在樹脂材料中添加交聯劑來調整。具有可撓性的電致發光纖維100可以應用於各種不同型態的電致發光物件，例如導線、布料、廣告箱背光板等。

在一些實施方式中，電致發光纖維100的製造方法可包括以濕式或乾式塗佈方式依序形成介電層120、電致發光層130及透明導電層140，再以拉線捲取方式將上述膜層配置於線狀中心電極110上。

第2圖為根據本發明之各種實施方式繪示的電致發光纖維100的剖面示意圖。請參照第2圖。在各種實施方式中，電致發光纖維100的線徑D1介於300微米至700微米的範圍內，例如300、350、400、450、500、550、600、650或700微米。在一些實施方式中，介電層120的厚度T1介於20微米至50微米的範圍內，例如20、25、30、35、40、45或50微米。在一些實施方式中，電致發光層130的厚度T2介於25微米至40微米的範圍內，例如25、30、35或40微米。

第3圖為根據本發明之另一實施方式繪示的薄膜電致發光裝置200的立體分解示意圖。請參照第3圖，薄膜電致發光裝置200包括導電層210、介電層220、電致發光層230及透明導電層240。

在一些實施方式中，導電層210可以是銀膠導電層，且導電層210的厚度可以介於20微米至30微米的範圍內，例如20、25或30微米。

介電層220位於導電層210與電致發光層230之間並將其分隔。在一些實施方式中，介電層220及電致發光層230的材料可以分別與前述電致發光纖維100的介電層120及電致發光層130相同或相似，故不再贅述。在一些實施方式中，介電層220的厚度介於35微米至45微米的範圍內，例如35、40或45微米。在一些實施方式中，電致發光層230的厚度介於25微米至50微米的範圍內，例如25、30、 35、40、45或50微米。

在一些實施方式中，透明導電層240的材料可以與電致發光纖維100的透明導電層140相同或相似，例如包括氧化銦錫(ITO)導電玻璃，但不限於此。在一些實施例中，透明導電層240例如是透光度約89%的氧化銦錫(ITO)導電玻璃。

如第3圖所示，導電層210及透明導電層240可以在薄膜電致發光裝置200中作為電極，並分別藉由導線250及260與外部電源(未示出)連接。

在一些實施方式中，以濕式刮棒塗佈的方式，在透明導電層240上依序配置電致發光層230、介電層220及導電層210，以形成薄膜電致發光裝置200。

以下的實施例係用以詳述本發明之特定態樣，並使本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以實施本發明。然而，以下的實施例不應該用來限制本發明。

實驗例1：電致發光纖維的亮度測試

在本實驗例中，實施例一及比較例一的電致發光纖維的製造方法請參照前述電致發光纖維100的製作方法，故不再贅述。實施例一及比較例一的差異在於，兩者具有不同的電致發光層，其電致發光層中各成分固含量請參以下表一。在本實驗例中，線狀中心電極為線徑為160微米、長度為10公分的銅金屬線；介電層為重量比12/4/15之PU樹脂/水/鈦酸鋇組成之配方乾燥而形成，其厚度及密度分別為40微米及4.68g/mL；以及，透明導電層為重量比2/3之 PU樹脂/銀膠組成的配方乾燥而形成，其厚度及密度為23微米及6.69g/mL。

以絕對亮度計(型號：BM-7A，購自拓普康公司(TOPCON Co.))，以160伏特、11kHz的交流電對實施例一及比較例一的電致發光纖維進行亮度測試的結果請參以下表一。實施例一及比較例一之差異在於：實施例一的電致發光層包含氧化鋅。由表一可知，相較於比較例一，實施例一藉由使用氧化鋅混摻含銅硫化鋅發光粉的電致發光層，可使電致發光纖維的亮度增加約34.9%。

實驗例2：氧化鋅混摻濃度與薄膜電致發光裝置亮度比較

在本實驗例中，比較例二、三及實施例二~四的薄膜電致發光裝置製造方法請參照前述薄膜電致發光裝置200的製作方法，故不再贅述。

在本實驗例中，比較例二、三及實施例二~四的電致發光層分別混摻不同重量份的氧化鋅，其電致發光層中各成分固含量請參以下表二。此外，在本實驗例中，使用表面電阻7Ω/sq的ITO玻璃基板作為透明導電層，其中比較例二、實施例二的薄膜電致發光裝置的尺寸為1.5cm×2.5cm，比較例三及實施例三、四的薄膜電致發光裝置的尺寸為0.7cm×2.0cm。使用重量比為4/4/15的PU樹脂/水/鈦酸鋇組成的配方乾燥而形成厚度為40微米的介電層，以及使用厚度為23微米的銀膠層。

以亮度計(型號：TES-137，購自泰仕電子工業股份有限公司)，以160伏特、11kHz交流電對比較例二、三及實施例二~四的薄膜電致發光裝置進行亮度測試，並比較亮度變化，結果請參以下表二。

由表二可知，相較於比較例二，實施例二藉由使用氧化鋅混摻含銅硫化鋅發光粉，可使亮度增加約8.4%。相較於比較例三，實施例三、四藉由使用氧化鋅混摻含銅硫化鋅發光粉，可使亮度分別增加約47.5%及8.3%。

實驗例3：混摻二氧化鈦濃度與薄膜電致發光裝置亮度比較

在本實驗例中，比較例四及實施例五~十的薄膜電致發光裝置製造方法、材料及亮度測試方法類似於實驗例2，以下僅說明與相實驗例2相異之處。

在本實驗例中，比較例四及實施例五~十的電致發光層分別混摻不同重量份的二氧化鈦，電致發光層中各成分固含量請參以下表三。在本實驗例中，薄膜電致發光裝置的尺寸為0.7cm×2.0cm。使用PU樹脂/水/鈦酸鋇重量比為12/4/15之配方乾燥而形成厚度為40微米的介電層。

由表三可知，相較於比較例四，實施例五~九藉由使用二氧化鈦混摻含銅硫化鋅發光粉，可使亮度分別增加約24.4%、30.8%、22.3%、19.1%、13.8%。而實施例十使用濃度過高的二氧化鈦則導致亮度下降23.4%。

實驗例4：混摻鈦酸鋇濃度與薄膜電致發光裝置亮度比較

在本實驗例中，實施例十一~十四的薄膜電致發光裝置製造方法、材料及亮度測試方法類似於實驗例3，其相異之處在於，實施例十一~十四的電致發光層分別混摻不同重量份的鈦酸鋇，其電致發光層中各成分固含量請參以下表四。

由表四可知，相較於比較例四，實施例十一~十三藉由使用鈦酸鋇混摻含銅硫化鋅發光粉，可使亮度分別增加約22.3%、29.8%、19.9%。而實施例十四使用濃度過高的鈦酸鋇則導致亮度下降4.3%。

實驗例5：混摻二氧化錳濃度與薄膜電致發光裝置亮度比較

在本實驗例中，實施例十五~十七的薄膜電致發光裝置製造方法、材料及亮度測試方法類似於實驗例3，其相異之處在於，實施例十五~十七的電致發光層分別混摻不同重量份的二氧化錳，其電致發光層中各成分固含量請參以下表五。

由表五可知，相較於比較例四，實施例十五~十六藉由使用二氧化錳混摻含銅硫化鋅發光粉，可使亮度分別增加約17.0%、13.8%。而實施例十七使用濃度過高的鈦酸鋇則導致亮度下降27.7%。

實驗例6：胺醇類化合物及鹼金屬碳酸鹽種類對亮度之影響

在本實驗例中，實施例十八、十九的薄膜電致發光裝置製造方法、材料及亮度測試方法請參比較例三。實施例十八、十九與比較例三的差異在於，實施例十八的電致發光層摻雜0.5重量份的氧化鋅，並以二乙醇胺取代乙二醇；實施例十九的電致發光層摻雜0.5重量份的氧化鋅，並以碳酸銫取代碳酸鉀，電致發光層中各成分固含量請參以下表六。

由表六可知，實施例十八在摻雜氧化鋅並以二乙醇胺取代乙二醇的條件下，亮度提升38.3%。實施例十九在摻雜氧化鋅並以碳酸銫取代碳酸鉀的條件下，亮度提升16.3%。

綜上所述，本揭示內容提供一種電致發光纖維。藉由在電致發光纖維的電致發光層中摻雜金屬氧化物，例如，氧化鋅、二氧化鈦、鈦酸鋇或二氧化錳，可以提升電致發光纖維的亮度，而不需再配置額外的功能層，因此可以減少電致發光纖維的線徑，並簡化製造程序。此外，本揭示內容的電致發光纖維不須施加高電壓即具有高亮度，因此可應用於各種不同型態的電致發光物件。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。