彩色電致發光顯示器的製作方法

2023-09-17 09:51:40

專利名稱：彩色電致發光顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種彩色電致發光顯示器。更特定地，本發明涉及一種彩色電致發光 顯示器，其中直接電致發光發射產生藍光，而由藍光吸收啟動的光致發光發射產生至少一 種其他色彩。
背景技術：
已經開發了厚膜電介質電致發光顯示器，並且其在例如，本申請人的美國專利 5，432，015(其整體內容在此處併入列為參考)中得到了描述。相比於薄膜電致發光(TFEL) 顯示器，這些厚膜電介質電致發光顯示器提供了針對電介質擊穿以及減小的操作電壓的較 好的耐受性。澱積在陶瓷基片上的厚膜電介質結構耐受較高的工藝溫度並且有助於磷光體 膜在較高溫度下的退火以改善其發光度。通過這些優點，以及通過近來藍光發射磷光體材 料的進展，該顯示器已獲得了所需用於實現傳統的陰極射線管(CRT)顯示器的技術性能的 發光度和色彩坐標。然而，進一步的改進是需要的，即簡化顯示器色彩平衡的調節，用以在 顯示器操作壽命中協助維持其適當的色彩平衡，以及簡化用於製造該顯示器的工藝，從而 減少成本。傳統上，在電致發光顯示器中使用鈰激活的硫化鍶磷光體材料用於藍色色彩，同 時使用錳激活的硫化鋅材料用於紅色色彩和綠色色彩。來自這些磷光體材料的光學發射 必須通過適當的色濾光器，以獲得所需的關於紅色、綠色和藍色子像素的色彩坐標，導致了 亮度和能量效率的損失。錳激活的硫化鋅磷光體具有輸入功率的高達約10流明每瓦特的 相對高的電光能量轉換效率，而鈰激活硫化鍶磷光體具有1流明每瓦特的能量轉換效率， 其對於藍光發射是相對高的。由於關於這些磷光體的光譜發射非常寬，且關於硫化鋅基磷 光體材料的光譜發射跨越了從綠色到紅色掃描色彩光譜，而關於硫化鍶基材料的光譜發射 跨越了從藍色到綠色的範圍，因此光學濾光器必須連同這些磷光體一起使用。通過控制澱 積條件和激活劑濃度，可以在某種程度上使鈰激活的硫化鍶磷光體的光譜發射朝向藍光偏 移，但是未達到消除對光學濾光器的需要的所需程度。已經開發了具有較窄的發射光譜的藍光發射磷光體材料。這些磷光體材料包括銪 激活的硫代鋁酸鋇化合物，其提供良好的藍色坐標。通過在磷光體膜的處理過程中向磷光 體中適當地添加氧，如本申請人在2003年4月17日提交的共同未決的國際專利申請PCT/ CA03/00568(其整體內容在此處併入列為參考)中公開的，進一步改善了銪激活的硫代鋁 酸鋇磷光體材料的穩定性。此改進有益於藍光磷光體壽命，其與商業需要相稱，但是其仍然 允許藍光亮度在其操作壽命中降低至其初始值的50%。在電致發光顯示器的操作壽命中 維持所需的其色彩平衡時，必須考慮此降低，其與紅光和綠色電致發光磷光體的亮度降低 相關。通常，構成顯示器子像素的紅色、綠色和藍色電致發光磷光體的亮度以不同的速率降 低，並導致了顯示器的色彩平衡隨著其老化而偏移。由驅動電路可以對該偏移進行某種程
3度上的補償。例如，如果不同色彩的亮度衰減速率是可預知的，或者如果引入了傳感器用以 在顯示器壽命中的不同點處測量子像素亮度，則可以進行對子像素的驅動電壓的調節。然 而，這些測量為顯示器的製造和操作添加了複雜性和成本。此外，顯示器中的每個紅光、綠色和藍色電致發光磷光體均將具有特定的閾值電 壓，由此每個磷光體開始發光。這些特定的閾值電壓的每一個均必須仔細地同每個獨立的 磷光體匹配，用以將顯示器的功率消耗減到最小。如果這些電壓未正確地匹配，則紅色、綠 色和藍色之間的輝度比將是不正確的。該匹配需要對顯示器中的磷光體以及相鄰電介質層 的厚度和組分進行精確控制，其在一定程度上可能危害製造產量。在本申請人的國際專利申請W0 00/70917 (其整體內容在此處併入列為參考)中 描述了形成用於定義用於彩色電致發光顯示器的獨立子像素的構圖磷光體結構的工藝。該 構圖工藝需要光刻工藝，其牽涉光致抗蝕劑澱積、曝光、對每個子像素磷光體材料的磷光體 膜蝕刻和磷光體膜剝離工藝，這牽涉許多連續的步驟並且導致了相對高的製造成本。在該 光刻工藝中使用的化學製劑須仔細地進行淨化，並且須仔細地控制它們的使用，以避免在 構圖工藝過程中損害典型地溼氣敏感的磷光體材料，其也可能增加顯示器製造的成本。彩色有機光發射二極體(0LED)顯示器是已知的，並且在下列參考文獻中得到描 述T. Shimoda et al. , Society for Information Display 99Digest, pp 376-80 ；美國專 利申請2002/0043926 ;C. Hosokawa et al. , Society for Information Display 97 Digest pp 1073-6和美國專利6，608，439。在美國專利6，608，439中描述的0LED使用半導體納米 晶體層(或多個層)產生不同的色彩。然而，0LED不能用於構建無源矩陣、具有許多擁有 適當亮度像素行的大面積顯示器。通過使用有源矩陣尋址，在一定程度上緩和了該限制，但 是所需用於有源矩陣尋址的薄膜電晶體(TFT)陣列自身是難於按比例增大的，並且對於具 有大量可尋址行的大面積顯示器而言是昂貴的。美國專利5，670，839描述了電致發光器件，其利用光致發光材料將紫外光轉換為 可見光。關於轉換紫外光的轉換效率是相對低的。此外，紫外光趨向於使顯示器劣化。因此，高度所需的是，以成本有效且操作有效的方式提供一種消除了現有技術缺 陷的彩色電致發光顯示器。發明概述根據本發明的第一方面，提供一種具有可尋址的像素的發射型顯示器，所述顯示 器包括光致發光磷光體層，所述光致發光磷光體層包括顏料粉劑，所述顏料粉劑包括有機光致發光分子的固溶體；以及基質材料，其中所述顏料粉劑散布在所述基質材料中，所述基質材料同所述顏料 粉劑化學和物理相容，由此基本上維持有機光致發光分子的光致發光效率。根據本發明的另一方面，所述顏料粉劑選自包括以下各項的組中綠色顏料、藍色 顏料、紅色顏料、黃色顏料及其混合物。根據本發明的另一方面，所述基質材料選自包括以下各項的組中環氧樹脂、聚甲 基丙烯酸甲酯和聚甲基戊二醯二亞胺。根據本發明的另一方面，所述基質材料是環氧樹脂。根據本發明的另一方面，所述基質材料是光致抗蝕劑材料。根據本發明的另一方面，所述發射型顯示器選自包括以下各項的組中厚膜電致
4發光顯示器、有機光發射二極體顯示器、液晶顯示器和等離子體顯示器。根據本發明的另一方面，提供一種用於吸收由發射型顯示器中的一個或多個像素 發射的藍光的方法，所述方法包括提供與所述一個或多個像素相關聯的至少一個光致發光 磷光體層，使得由所述像素髮射的藍光基本上由相關聯的光致發光磷光體層吸收，由此引 起所述光致發光磷光體層發射除藍光以外的彩色光，其中，所述光致發光磷光體層包括顏料粉劑，所述顏料粉劑包括有機光致發光分子的固溶體；以及基質材料，其中所述顏料粉劑散布在所述基質材料中，所述基質材料同所述顏料 粉劑化學和物理相容，由此基本上維持有機光致發光分子的光致發光效率。通過下面的詳細描述，本發明的其他特徵和優點將變得顯而易見。然而，應當理 解，指出了本發明的實施例的詳細描述和特定示例僅是作為說明而給出的，通過詳細描述， 對於本領域的技術人員而言，在本發明的精神和範圍內的多種變化和修改將變得顯而易 見。附圖簡述現將通過參考附圖更加全面地描述本發明的優選實施例

圖1是本發明的實施例的厚膜電介質電致發光顯示器的平面視圖。發明詳述本發明涉及電致發光顯示器，或者涉及併入了產生藍光的直接電致發光發射和由 藍光吸收而啟動的光致發光發射的器件，而該光致發光發射產生至少一種其他色彩。在本發明的實施例中的是一種用於電致發光顯示器的像素子結構。該像素子結構 包括至少一個光致發光磷光體層和至少兩個子像素，且每個子像素髮射藍光。每個光致發 光磷光體層與各自的一個子像素相關聯，使得由每個各自的一個子像素髮射的藍光基本上 由相關聯的光致發光磷光體層吸收，由此引起該光致發光磷光體層發射除藍光以外的彩色 光。優選的是，電致發光磷光體層是藍光發射電致發光磷光體層，其與至少兩個觀察側電極 和至少一個光致發光磷光體層相關聯。每個光致發光磷光體層與各自的一個觀察側電極相 關聯，使得由電致發光磷光體層發射的藍光基本上由相關聯的光致發光磷光體層吸收，由 此弓I起該光致發光磷光體層發射除藍光以外的彩色光。由像素子結構的(多個)光致發光磷光體層發射的彩色光具有長於藍光波長的波 長分布，其優選的是紅色和綠色。然後，該像素子結構併入到厚膜電介質電致發光顯示器。 具體地，該厚膜電介質電致發光顯示器具有許多像素。每個像素包括該像素子結構。優選地，像素子結構是兩個或者三個發射藍光的子像素的組。由於子像素是相同 的，因此子像素的閾值電壓(其是子像素開始發光的電壓)將是相等的。通過測量相對於 增加的粘附電壓的子像素亮度以確定開始出現亮度的電壓，由此可以確定該閾值電壓。對 於全彩色ac厚膜電介質電致發光顯示器而言，可以存在用於紅光、綠光和藍光發射的三個 子像素，其中每個子像素具有發射藍光的藍光發射電致發光磷光體，並且其中紅色和綠色 子像素具有疊置的光致發光磷光體層，其在由藍光發射電致發光磷光體發射的光激發時發 射紅光和綠光。對於更加簡單的彩色ac厚膜電介質電致發光顯示器而言，可以存在兩個子像素， 其中每個子像素具有發射藍光的藍光發射電致發光磷光體，並且其中一個子像素具有疊置 的光致發光磷光體層，其在由藍光發射電致發光磷光體發射的光激發時發射波長比藍光更長的彩色光。通過改變電致發光磷光體的藍光發射強度，可以控制該光致發光磷光體層的 強度。參考附圖，即圖1，其中根據本發明的優選實施例，說明了併入有像素子結構20的 電致發光器件10。電致發光器件10具有基片12，其上安置了行電極14，其後是厚膜電介 質層16和薄膜電介質層18。像素子結構20位於薄膜電介質層18上。該像素子結構包括 藍光發射電致發光磷光體層22，其包括銪激活的硫代鋁酸鋇。使用如本申請人在2003年4 月17日提交的共同未決的國際專利申請PCT/CA03/00568(其整體內容在此處併入列為參 考)中所描述的工藝，澱積電致發光磷光體層22。像素子結構22進一步包括位於其上面 的三個子像素列24、26和28。每個子像素列24、26和28均具有位於電致發光磷光體層22 上的薄膜電介質層30，並且每個均具有位於每個薄膜電介質層30上的觀察側電極32。薄膜電介質層30和觀察側電極32的配置被稱為是構圖的。每個薄膜電介質層30 可以包括相同的或者不同的材料。每個觀察側電極32可以包括相同的或者不同的材料。像 素子結構20進一步包括光致發光磷光體層。在該實施例中，該光致發光磷光體層是光致 發光紅光發射染料層34，其澱積在透明蓋板36的下側上並且同子像素列24對準；以及，光 致發光綠光發射染料層38，其澱積在透明蓋板36的下側上，並且同子像素列26對準。連續的薄膜電介質層還可以澱積在電致發光磷光體層22上，而不是具有三個獨 立的薄膜電介質層30，如圖1中所示。因此，在此特定的實施例中，該薄膜電介質層未進行 構圖。染料層34和38可以澱積在透明蓋板36的下側上，或者可替換地，染料層34和38 可以澱積在蓋板36的頂部。當澱積在蓋板36的頂部時，通過使用光學透明鈍化層的塗層， 可以保護染料層34和38以抵禦環境大氣。由於這允許自該染料發射的光直接從染料層34 和38透射到空氣或者具有接近均勻的光學折射率的介質，而非通過透明蓋板36，因此這是 有利的。通過由透明蓋板相比於空氣的較高光學折射率而引起的多次內反射，這防止了光 在透明蓋板36中透射。整體效果是，改善了顯示器的亮度，改善了顯示器的對比度和將從 一個子像素到相鄰子像素的色彩擴散減到最小。光學透明鈍化層是已知的。可替換地，光致發光紅光發射染料層34可以直接安置在列24的觀察側電極32 上，而光致發光綠光發射染料層38可以直接安置在列26的觀察側電極32上。優選的是， 在該實施例中，觀察側電極32由惰性材料製成，以防止染料層34和38同觀察側電極32的 任何潛在的反應。惰性材料的光學透明阻擋層可以置於觀察側電極32同澱積的染料層34 和38之間，以防止染料層34和38同觀察側電極32的任何潛在的反應。光學透明阻擋層 是已知的。在另一實施例中，薄的薄的光學透明片安置在子像素上。光致發光紅光發射染料 層34和光致發光綠光發射染料層38以適當的圖形澱積在薄的光學透明片的與面對子像素 的側相對的側面上。透明蓋板36置於該光學透明片上，其上面澱積了染料層34和38，由此 在該光學透明片和透明蓋板36之間存在氣隙。這有助於防止亮度、對比度損失並有助於防 止由於光沿該薄的光學透明片透射引起色彩擴散。其還允許同下面的子像素結構製作相分 立地製作構圖光致發光磷光體層，這樣，由於光致發光磷光體構圖工藝中的誤差不會導致 子像素結構剩餘部分的損失，該子像素剩餘部分具有顯著高於構圖光致發光磷光體層的價 值，因此提高了製造產量。可用於該薄的光學透明片的材料的某些示例可以是任何惰性的且不可形變的透明塑料，諸如Mylar 。在其他的實施例中，光致發光磷光體層(即，光致發光紅光發射染料層34和光致 發光綠光發射染料層38)在至少一個表面上(優選地是在兩個表面上)具有反射層。該反 射層能夠反射最初未由光致發光磷光體層吸收的任何藍光，由此藍光基本上由該光致發光 磷光體層吸收。換言之，該反射層能夠內反射藍色的激發光而不會內反射來自光致發光層 的發射光。同時，在染料層34和38的與觀察側電極相對的表面上的藍光反射層不應反射產 生其他色彩的較長波長的光。位於染料層另一表面上的反射層優選地反射任何波長的光。 此外，該反射層可以包括光學幹涉濾光器。在另一實施例中，光致發光磷光體層(即，光致發光紅光發射染料層34和光致發 光綠光發射染料層38)在該光致發光磷光體層的與觀察側電極相對的表面上具有至少一 個光學濾光器。該光學濾光器基本上抑制該光致發光磷光體層吸收環境光(即，來自外部 光源的光)，特別是藍色的環境光。同時，光致發光層表面上的濾光器不應吸收由光致發光 磷光體層發射的光。通常，對於上文所述的實施例，如本領域的技術人員所將理解的，可以使用多種基 片。優選地，該基片是剛性耐火片。適當的剛性耐火片的材料的示例包括，但不限於，諸如 氧化鋁的陶瓷、金屬陶瓷合成物、玻璃陶瓷材料和高溫玻璃材料。行電極可以是為本領域技術人員所知的任何適當的導電膜。優選地，行電極包括 金或者銀合金。厚電介質膜被設計用於在顯示器操作於所需用於產生顯示器亮度的電壓時提供 針對電介質擊穿的高的耐受性。典型地，該厚電介質膜包括燒結鈣鈦礦、壓電或者鐵電材 料，諸如鈦酸鈮酸鎂鉛(PMN-PT)，其具有數千的介電常數以及大於約10微米的厚度以防止 電介質擊穿。此處描述的厚電介質發光顯示器還可以包括高介電常數的平滑層，其由鈦酸 鋯酸鉛例示並使用溶膠_凝膠或者金屬有機澱積方法粘附，並且一個或者多個薄膜電介質 層置於其上。在本申請人的美國專利5，432，015和在2001年12月21日提交的共同未決的美 國專利申請60/341，790 (其整體內容在此處併入列為參考)中描述了用於本發明中的適當 的基片、行電極和厚電介質層的另外的示例。此處使用的薄電介質層可以包括鈦酸鋇、氧化鋁、氧氮化矽、鉭酸鋇、氧化鉭等等。此處使用的電致發光磷光體層包括任何藍光發射電致發光磷光體材料。優選地， 使用發射具有可接受的CIE坐標(諸如x小於約0. 2而y小於約0. 15)和適當高的發光度 的藍光的材料。該藍光發射電致發光磷光體材料可以包括藍光發射稀土激活的鹼土硫化 物。該藍光發射稀土激活的鹼土硫化物可以選自包括以下各項的組稀土激活的鹼土硫代 鋁酸鹽、稀土激活的鹼土氧硫代鋁酸鹽、稀土激活的鹼土硫代鎵酸鹽、稀土激活的鹼土氧硫 代鎵酸鹽、稀土激活的鹼土硫代銦酸鹽、稀土激活的鹼土氧硫代銦酸鹽以及它們的混合物。 優選地，藍光發射電致發光磷光體材料是銪激活的硫代鋁酸鋇(BaAl2S4:Eu)。電致發光磷光體層優選地是連續的而非構圖的。由電致發光磷光體層發射的藍光 可能沒有由顯示器或者器件完全地發射和/或轉換。某些光可能發射進入電致發光磷光體 層下面的顯示器部分中。連續的電致發光磷光體層通過允許光沿該層傳播使其可由顯示器 發射或轉換，可以防止發射光漏出進入電致發光磷光體層下面的顯示器部分中。
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藍光發射電致發光磷光體材料的CIE坐標可以通過使用其上面的光學濾光器進 行優化。觀察側電極是透明導電層，典型地是諸如氧化銦錫(IT0)或者摻雜氧化鋅的氧化 物。此處使用的光致發光磷光體層包括可以在由藍光激發時發射具有所需CIE坐標 和亮度的彩色光的任何磷光體材料。該光致發光磷光體層可以包括至少一種染料、至少一 種光致發光粉劑或者其混合物。該染料優選地是有機染料，諸如紅光發射染料、黃光發射染料和綠光發射染料。適 當的紅光發射染料的示例是ADS -100RE(AmericanDye Source Inc.，Canada)。適當的綠光 發射染料的示例是ADS -085GE (American Dye Source Inc.，Canada)。此外，染料可以選 自用於可調染料雷射器的染料，其可以充分地由藍光激發。有用的光發射染料可以包括，但 不限於，Lumogen F Red 300 (紅光發射體)、Lumogen Red 300 Nanocolorant (紅光發射 體)和 Lumogen F Yellow 083 (黃光發射體)(BASF Aktiengessellschaft of Germany) 和ADS 100RE (紅光發射體)(American Dye Source Inc.，Canada)。有用的綠光發射染 料可以包括，但不限於 ADS 085GE (American Dye Source Inc.，Canada)。某些適當的光致發光粉劑是無機光致發光粉劑，其可以是晶體或者無定形粉劑。 無機光致發光粉劑的特定示例包括稀土激活的鹼土硫代鋁酸鹽、稀土激活的鹼土硫代鎵 酸鹽和稀土激活的鹼土硫代銦酸鹽、稀土激活的鹼土硫化物、釔鋁石榴石、以及稀土激活的 鹼土矽酸鹽，稀土激活的鹼土鍺酸鹽、稀土激活的鹼土鋁酸鹽和稀土激活的鹼土硼酸鹽。無機光致發光粉劑包括無機半導體材料，特別是無機半導體納米晶體材料，諸如 在美國專利6，608，439(其在此處併入列為參考)中所描述的材料。適當的無機半導體 納米晶粒可以具有約10至約200埃的尺寸範圍，其覆蓋了通過可見光譜的光轉換。該 半導體納米晶體可以選自具有半導體化合物CdS、CdSe、CdTe及其混合物的組中。在 C. B. Murray、D. J. Norris 禾口 M. G. Bawendi 的文獻"Synthesis andcharacterization of nearly monodisperse CdE (E = S,Se,Te)semiconductornanocrystallites," J. Am. Chem. Soc. 115(1993)8706-8715(其在此處併入列為參考)中描述了自鎘族合成納米晶體以及其 屬性。在美國專利5，559，057和美國專利5，525，377 (其也在此處併入列為參考)中公開 了製作半導體納米晶體的方法。光致發光磷光體層中的納米晶體的含量是足夠的，使得該 層基本上吸收由電致發光磷光體層發射的藍光。光致發光磷光體層可以是具有帶隙的絕緣材料，該帶隙具有小於所發射的藍光的 光子能量的能量(即，該帶隙具有等於比藍發射光的波長更長的光子能量的能量)。該絕緣 材料也可以包括染料。典型地，當光致發光磷光體層是染料或者光致發光粉劑時，該光致發光磷光體層 比電致發光磷光體層厚很多。典型地，該染料不具有類似於電致發光磷光體層的真空澱積 薄膜的形式。該染料或者光致發光粉劑散布在基質材料中，諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、 環氧(樹脂)(印oxy)或者聚甲基戊二醯二亞胺(聚甲基戊二醯二亞胺)。光致發光磷光體層典型地是足夠厚的，用以吸收所有發射的藍光，同時足夠薄，用 以允許發射轉換的藍光。該厚度取決於光致發光磷光體在藍光頻率處和在發射光頻率處的 光吸收長度。光致發光磷光體層的優選厚度是約1至約10微米。
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關於有機染料的藍光激發的轉換效率是非常高的，典型地是約80%。在另一實施 例中，由具有銪激活的硫代鋁酸鋇磷光體層的150cd/m2亮度的厚膜電介質電致發光顯示 器，可以構建具有80%藍光轉換的全彩色顯示器，其具有適合於電視應用的1 3.8 1.8 的藍綠紅比例。在本發明的另一實施例中的是，一種新穎的光致發光磷光體材料以及製造該材料 的方法。該光致發光磷光體材料可以用於任何類型的其中所需的是將藍光轉換為較長波長 光的顯示器。這樣，該光致發光磷光體材料可以併入到任何能夠利用色彩轉換材料的發射 型顯示器中，諸如但不限於，0LED、液晶顯示器、等離子體顯示器和厚膜電介質電致發光顯不器。該光致發光磷光體材料包括顏料粉劑，其包括有機光致發光分子的固溶體。該顏 料粉劑散布在基質材料中。該基質材料同該顏料粉劑化學和物理相容，由此基本上維持有 機光致發光分子的光致發光效率。此特定類型的光致發光磷光體材料可以用於多種類型的 發射型顯示器中。該磷光體材料克服了將有機光致發光分子溶解在單一材料中的困難。例 如，顏料粉劑的有機光致發光分子趨向於結成分子團，特別是在增加有機光致發光分子的 濃度時，由此基本上使有機光致發光分子的光致發光效率劣化。本發明的光致發光磷光體 材料通過使顏料粉劑散布在基質中，使該分子聚團減到最小，其因此有助於光致發光磷光 體中的平均有機光致發光分子濃度的增加，由此增加了光致發光效率，並且有助於具有較 高亮度的發射型顯示器的製造。為了製造該光致發光磷光體材料，一種方法包括，混合顏料粉劑和基質材料以提 供顏料粉劑在基質材料中的均勻散布。該均勻散布可以印刷或者塗覆在諸如光學透明基片 的基片上以形成光致發光磷光體層。顏料粉劑的某些示例包括，但不限於，綠色顏料RadiantTMMC-CH5860、綠色顏料 Radiant MP-CH5510、藍色顏料 Radiant MP-BL5529、紅色顏料 Radiant MC-RD5515、紅色 顏料Radiant MC-0R5864和黃色顏料Radiant MC-0Y5862及其混合物。所有的顏料粉劑 —自 Magruder Color Company。基質材料可以是任何與顏料粉劑化學和物理相容的材料，由此基本上維持有機 光致發光分子的光致發光效率。該基質材料可以是環氧(樹脂)，諸如可UV成像的樹脂 Luxul -1010(80-B)o其他材料可以包括上文提及的那些材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)或者聚甲基戊二醯二亞胺。所需的是，使用可以使用光刻方法進行構圖的基質材料 (例如，該基質材料是光致抗蝕劑材料，其可以通過構圖掩模曝光，由此溶解掉不需要的基 質材料部分以形成所需的像素圖形)。基質材料中的顏料粉劑的含量是足夠的，使得光致發光磷光體材料基本上吸收所 發射的藍光。例如，基質材料中的顏料粉劑的含量是足夠的，使得光致發光磷光體材料基本 上吸收由電致發光磷光體層發射的藍光。上文的公開內容一般性地描述了本發明。通過參考下面的特定示例，可以獲得更 加完整的理解。這些示例是唯一針對說明的目的而進行描述的，並且目的不在於限制本發 明的範圍。由於環境所致或者為便利起見，考慮了形式的變化以及等效物的替換。儘管此 處使用了特定的術語，但是該術語目的在於描述性方面，而非用於限制的目的。示例
示例 1在5釐米(長度)X 5釐米(寬度)X 1毫米(厚)的氧化鋁基片上製作具有銪激 活的硫代鋁酸鋇磷光體膜的藍光發射電致發光像素，該基片是使用如本申請人在2003年4 月17日提交的共同未決的國際專利申請PCT/CA03/00568(其整體內容在此處併入列為參 考)中描述的方法製作的。通過重複交變極性的32微秒寬的方波脈衝和給出了 240個光 脈衝每秒的120Hz的頻率操作該像素。該脈衝的幅度以10伏特為增量遞增到高達260伏 特。作為電壓的函數的亮度指出了高於閾值電壓的60伏特處的亮度是100至150坎德拉 每平方米。示例 2綠光發射光致發光染料ADS_085(iETM(AmericanDye Source Inc.，Canada)的溶液 注入到置於示例1的像素上的平底玻璃容器中。該染料溶液被觀察到明亮地發出綠光。示例 3紅光發射光致發光染料ADS-100RE (AmericanDye Source Inc.，Canada)的溶液 澱積在玻璃基片上，並且被允許進行乾燥。其被安置為使得染料層面對示例1的像素，並且 使用示例1中描述的程序對其進行測試。觀察到該染料明亮地發出紅光，同時未有藍色激 發光穿過該染料。示例 4與示例1相似的藍光發射電致發光像素被絲網印刷有擴散在一種可熱固化的環 氧(樹脂)Epo-Tek 302 (Epoxy Technology Inc. MA, U. S. A.)中的、銪激活的硫代鎵酸鍶 粉劑(SrGa2S4:Eu)(獲得自 PhosphorTechnology Ltd of Nazeing, Essex, U. K.)、20 至 30 微米厚的層。該粉劑以約1 1的重量比例同該環氧(樹脂)混合。相同基片上的第二像 素未進行塗覆。當未塗覆的像素在示例1中說明的驅動條件下進行操作時，其具有110坎德拉每 平方米的亮度以及x = 0. 135和y = 0. 116的CIE色彩坐標。已塗覆的像素具有約200坎 德拉每平方米的亮度以及對應於綠光的x = 0. 26和y = 0. 61的CIE色彩坐標。示例 5在公共基片上製作與示例1相似的藍光發射電致發光像素。該像素之一被絲網 印刷有以約1 1的重量比例散布在環氧(樹脂)Epo-Tek302TM中的鈰激活的釔鋁石榴石 (YAG)粉劑(獲得自 LeuchtstoffwerkGmbH of Heidelberg，Germany 的編號 GP-47 的產品) 的20至30微米厚的層。未塗覆的像素在與示例1相同的操作條件下，具有240坎德拉每平方米的藍光亮 度，且具有x = 0. 134和y = 0. 12的CIE色彩坐標。相比之下，已塗覆的像素具有600坎 德拉每平方米的黃光亮度且具有x = 0. 41和y = 0. 51的CIE色彩坐標。示例 6在公共基片上製作了與示例1相似的藍光發射電致發光像素。該像素之一被絲 網印刷有以約1 1的重量比例散布在環氧(樹脂)Epo-Tek302TM中的銪激活的硫化鍶 (Phosphor Technology Ltd of Nazeing, Essex, U. K.)的 20 至 30 微米厚的層。未塗覆的像素具有131坎德拉每平方米的藍光亮度以及x = 0. 135和y = 0. 11 的CIE色彩坐標，而已塗覆的像素具有84坎德拉每平方米的亮度且具有x = 0. 61和y =
100. 36的CIE色彩坐標。粘附較厚的塗層，其是第一塗層厚度的兩倍，不會導致色彩坐標的任 何變化，但是導致亮度下降至具有較薄塗層的像素亮度的一半，這表明即使通過較薄的塗 層也能夠完全吸收藍光發射。示例 7在公共基片上製作了兩個像素，一個未進行塗覆，而另一個塗覆有散布在Epo-Tek 302 中的銪激活的硫化鈣(Phosphor TechnologyLtd)的20至30微米厚的層，並且對其進 行測試。對於該塗層，藍光未被完全吸收，如470納米波長的藍光發射峰值所指出的。當未 塗覆的像素在與示例1相同的條件下進行操作時，其具有121cd/m2的亮度以及x = 0. 135 和y = 0. 14的CIE色彩坐標。已塗覆的像素具有61cd/m2的亮度水平以及x = 0. 53和y =0. 31的CIE色彩坐標。低的x =色彩坐標是由於藍光發射未被完全吸收這一事實，並且 結果，自該像素髮出了藍光和紅光的混合光的發射。示例 8在公共基片上製作了兩個像素，一個未進行塗覆，而另一個與示例7相似地進行 塗覆，但是塗覆有含有銪激活硫化鈣膜的更厚的50微米的塗層，並且對其進行測試。已塗 覆的像素不透射藍光，但是降低了紅光發射。對於未塗覆的像素，當在與示例1的像素相同 的條件下進行操作時，藍光亮度為約188cd/m2且具有x = 0. 135和y = 0. 12的CIE色彩坐 標。已塗覆的像素具有66cd/m2的亮度水平以及x = 0. 66和y = 0. 31的CIE色彩坐標。示例 9公共基片上的兩個像素，一個未進行塗覆，而另一個塗覆有通過在像素上旋塗 溶液而製備的紅光發射發光膜的5至7微米厚的塗層，該溶液是通過在100克PMMA溶 液(Nano-950PMMA A-9 , MicroChem Inc.，MA, U. S. A.)中溶解約 0. 5 克的 Lumogen red R300 (BASF Aktiengessellschaft of Germany)而製備的。所需的厚度將通過連續的旋塗 和乾燥步驟而獲得。未塗覆像素的藍光亮度為160坎德拉每平方米且具有x = 0. 135和y = 0. 112的 CIE色彩坐標。來自已塗覆像素的紅光發射是110坎德拉每平方米且具有x = 0. 27和y = 0. 15的CIE坐標。關於已塗覆像素的色彩坐標不對應於紅光，這是因為藍光發射的主要部 分被透射通過紅光發射發光膜。示例 10公共基片上的兩個像素，一個未進行塗覆，而另一個塗覆通過在像素上旋塗溶 液而製備的黃光發射發光膜的有15微米厚的塗層，該溶液是通過在100克PMMA溶液 (Nano-950PMMA A-9 , MicroChemlnc.，MA, U. S. A.)中溶解約 0. 4 克的 Lumogen Yellow 083 (BASF)而製備的。未塗覆像素的藍光亮度為147坎德拉每平方米且具有x = 0. 135和y = 0. 13的 CIE坐標，而已塗覆像素的亮度是450坎德拉每平方米且具有x = 0. 42和y = 0. 56的CIE 坐標以提供黃光發射。示例 11本示例證明了，相比於使用單一的紅光發射層，多個轉換層改善了從藍光到紅光 的整體光轉換。如示例10，製備兩個像素，不同的是使用示例9中描述的方法由5微米厚的 紅光發射層覆蓋黃光發射層。
11
未塗覆像素的藍光亮度為147坎德拉每平方米且具有x = 0. 135和y = 0. 13的 CIE坐標，而具有雙塗層的像素的紅光亮度是83坎德拉每平方米且具有x = 0. 63和y = 0. 32的CIE坐標，提供了飽和的紅色色彩。這樣，黃光發射層和紅光發射層的組合完全吸收 了來自下面的轉換層的藍光和黃光，用以給出唯一來自紅光發射層的發射。示例 12本示例證明了，通過優化層厚度和層中的Lumogen 的濃度，可以改善與示例11相 似的器件的光轉換效率。如示例11，製備了兩個像素，不同的是PMMA中的黃色Lumogen 的 濃度減小約二分之一，而黃色Lumogen 層的厚度增加到20微米。層澱積工藝的不同之處 在於，兩個含有Lumogen 的層是連續澱積的，並且然後通過加熱到160°C維持45分鐘而一 起固化，而非使該層單獨固化。未塗覆像素的藍光亮度為89坎德拉每平方米，而已塗覆像素的亮度是70坎德拉 每平方米且具有x = 066和y = 0. 31的CIE坐標。因此，相比於示例11的0. 56 1的紅 光亮度對藍光亮度的比，關於本示例的比是0.89 1。儘管在此示例中，該改善的比部分可 歸因於稍短的波長處的發射的較大比重，該較短波長用於增加亮度對輻照度的比，但是此 改善主要是由於藍光轉換為紅光的效率的增加。示彳列13本示例證明了，通過黃色和紅色Lumogen 染料在單一層中的均質共同摻雜，可以 實現光轉換效率的改善，用以簡化像素設計和減小轉換層的整體厚度。對於本示例，兩個基 片(其每個均具有位於相同基片上的未塗覆像素和已塗覆像素)塗覆有通過在像素上旋塗 溶液而澱積的單一的五微米厚的層，該溶液是通過在100克PMMA中溶解0. 25至0. 8克的 紅色Lumogen 和0. 5至1. 8克的黃色Lumogen 而得到的。對於第一已塗覆像素，溶解在100克PMMA中的黃色Lumogen 染料的重量是1. 0 克，而紅色Lumogen 染料的重量是0. 50克，用以給出約2 1的黃色對紅色Lumogen 染 料的重量比。未塗覆像素具有294坎德拉每平方米的亮度，而已塗覆像素具有173坎德拉 每平方米的亮度且具有x = 0. 63和y = 0. 32的CIE坐標，提供了 0. 59的紅光對藍光的亮 貞t匕。對於第二已塗覆像素，所溶解的黃色Lumogen 染料的重量是1. 10克，而所溶解的 紅色Lumogen 染料的重量是0. 40克，用以給出約2. 7 1的黃色對紅色Lumogen 染料的 較高的比。未塗覆像素具有253坎德拉每平方米的亮度，而已塗覆像素具有161坎德拉每 平方米的亮度且具有x = 0. 68和y = 0. 32的CIE坐標，提供了 0. 64 1的紅光對藍光的 比。示例 14本示例證明了，轉換效率取決於其中溶解了 Lumogen 的基質材料。如示例12，在 共同基片上構建了兩個像素。對於本示例，在PMMA基質中具有黃色Lumogen 染料的層厚 度為15微米。為了形成包含紅色Lumogen 染料的層，約0. 1克的紅色Lumogen 溶解在10 毫升的取代了 PMMA的Nano PMGI-SF-19聚甲基戊二醯二亞胺中，其獲得自MicroChem of Newton, MA, U. S. A.，並且由該溶液在黃色層的頂部形成包含紅色Lumogen 染料的10微米 的層。未塗覆像素具有230坎德拉每平方米的亮度，而已塗覆像素具有193坎德拉每平
12方米的亮度且具有x = 0. 63和y = 0. 33的CIE坐標，給出了 0. 84 1的紅光對藍光的亮 度比。示鑼lj 15本示例證明了，通過使用紅色染料微粒，即Lumogen RedNanocolorant (BASF Aktiengessellschaft Germany)微粒替換Lumogen Red 300染料，可以實現光轉換效率 的改善。該納米著色劑染料使得能夠實現紅色染料的較高的裝填密度，且不存在由於染料 微粒的聚結而導致的轉換效率損失。為了增加轉換效率，小量的Lumogen Yellow染料添 加到塗層層中。構建兩個基片，一個具有未塗覆的像素，而另一個具有在相同基片上的已塗覆像 素。塗層是通過在像素上旋塗溶液而澱積的5-8微米厚的單一的層，該溶液是通過在20克 的 PMMA 溶液中溶解 0. 80-1. 60 克的 Lumogen Red Nanocolorant 和 0. 15 至 0. 50 克的 Lumogen Yellow F 083而得到的。通過在100克的苯甲醚中溶解15克的具有996K的平 均分子量的 PMMA (其獲得自 Sigma-Aldrich Canada Ltd. Oakville Ontario Canada)製備 了該PMMA溶液。未塗覆的像素具有133坎德拉每平方米的亮度，而已塗覆的像素具有160坎德拉 每平方米的亮度且具有x = 0. 645和y = 0. 350的CIE坐標，提供了 1. 20的紅光對藍光的 亮度比。示鑼lj 16本示例證明了，通過使用有機染料，藍光可以高效率地轉換為綠光。如示例1， 在共同基片上構建兩個像素，但是其中一個像素具有通過旋塗溶解在環氧(樹脂)中 的Pyranine染料的溶液而製備的塗層。通過在約0. 7克的環氧(樹脂)Epotek 302 的部分 B 中溶解 0. 01 和 0. 04 克的 Keystone Pyranine 10G 120 % 的染料(Keystone AnilineCorporation of Chicago，Illinois，U. S. A.)，並且然後添加相等量的環氧(樹脂) 的部分A，製備了該溶液。通過攪動數分鐘混合該溶液之後，加入數滴乙二醇，同時繼續攪 動，以使該溶液開始變濃。當該溶液的粘度增加到膏狀稠度時，其可以被絲網印刷在像素 上，以形成20至30微米厚的膜。其在室溫下固化數小時。未塗覆的藍色像素具有300坎德拉每平方米的亮度且具有x = 0. 134和y = 0. 12 的CIE坐標，而已塗覆像素具有1000坎德拉每平方米的綠光亮度且具有x = 0. 24和y = 0. 65的CIE坐標，由此提供了 3. 3 1的綠光對藍光的亮度比。示例 17本示例示出了具有高的光致發光效率的包含綠色顏料的光致發光層的效用。通過在100克的由Pesiff Corp (Toronto ON, Canada)調配和提供的整體式可UV 成像的樹脂Luxul-1010 (80-B)中散布60克的綠色顏料Radiant MC-CH5860 (其獲得自 Magruder Color Company (2800Radiant Ave, Richmond CA，USA))，製備了可絲網印刷的膏。 該膏徹底地混合以獲得顏料在樹脂中的均勻散布。與示例1相似，在公共基片上製備了兩個藍光發射像素。一個像素被絲網印刷有 10至20微米厚的上文所述的製備膏的層。第二像素未進行塗覆。所獲得的已塗覆像素的亮度同未塗覆的藍光發射像素的亮度的比是4 1。當未 塗覆像素在示例1中說明的驅動條件下進行操作時，其具有104坎德拉每平方米的亮度以及x = 0. 135和y = 0. 102的CIE色彩坐標。已塗覆像素具有明亮的綠光發射，其具有約 426坎德拉每平方米的亮度以及x = 0. 24和y = 0. 65的CIE色彩坐標。示例 18本示例示出了同樣提供綠光發射的不同顏料的效用。與示例1相似，在公共基片上製備了兩個藍光發射像素。通過在100克的整體式可UV成像的樹脂Luxul-1010(80_B)中散布50克的綠色顏 料 Radiant MP-CH5510 (其獲得自 Magruder ColorCompany (2800 Radiant Ave, Richmond CA，USA))，製備了可絲網印刷的膏。該膏徹底地混合以獲得顏料在樹脂中的均勻散布。該 像素之一被絲網印刷有10至20微米厚的製備膏的層。第二像素未進行塗覆。所獲得的已塗覆像素的亮度同未塗覆的藍光發射像素的亮度的比是3. 4 1。當 未塗覆像素在示例1中說明的驅動條件下進行操作時，其具有78坎德拉每平方米的亮度且 具有x = 0. 135和y = 0. 115的CIE色彩坐標。已塗覆像素具有明亮的綠光發射，其具有 約267坎德拉每平方米的亮度以及x = 0. 265和y = 0. 65的CIE色彩坐標。示例 19本示例示出了向光致發光層添加額外的顏料粉劑的效用，用以獲得更加飽和的綠 光發射，雖然具有較低的亮度。這示出了，通過適當的選擇包含在光致發光層中的一種或者 多種顏料，可以使亮度和色彩飽和度之間的平衡最優化。1 克的藍色顏料 Radiant MP-BL5529 (Magruder Color Company)添加到 25 克的 示例16所述的膏中。在公共基片上製作了與示例1相似的藍光發射像素。該像素之一被 絲網印刷有10至20微米厚的製備膏的層。未塗覆像素在示例1的操作條件下具有138坎德拉每平方米的藍光亮度且具有x =0. 135和y = 0. 112的CIE色彩坐標。已塗覆像素具有322坎德拉每平方米的深的綠光 亮度且具有x = 0. 23和y = 0. 67的CIE坐標。示例 20本示例示出了用於光致發光層的紅光發射顏料粉劑的效用。通過在100克的整體式可UV成像的樹脂Luxul-1010(80_B)中散布80克的紅色顏 料 Radiant MC-0R5864 (其獲得自 Magruder ColorCompany (2800 Radiant Ave, Richmond CA, USA))，製備了可絲網印刷的膏。該膏徹底地混合以獲得顏料在樹脂中的均勻散布。與示例1相似，在公共基片上製備了兩個藍光發射像素。該像素之一被絲網印刷 有10至20微米厚的製備膏的層。相同基片上的第二像素未進行塗覆。所獲得的已塗覆像素的亮度同未塗覆的藍光發射像素的亮度的比是1.5 1。當 未塗覆像素在示例1中說明的驅動條件下進行操作時，其具有100坎德拉每平方米的亮度 以及X = 0. 134和y = 0. 110的CIE色彩坐標。已塗覆像素具有明亮的紅光發射，其具有 約148坎德拉每平方米的亮度以及x = 0. 622和y = 0. 337的CIE色彩坐標。示例 21本示例示出了向示例19的光致發光層添加黃色顏料粉劑的效用，用以獲得較高 的紅光發射對藍光發射的比。通過在100克的整體式可UV成像的樹脂Luxul-1010(80_B)中散布68克的紅色顏 料 Radiant MC-0R5864 和 2. 75 克的黃色顏料 Radiant MC-0Y5862 (其均獲得自 MagruderColor Company (2800 Radiant Ave, Richmond CA，USA))，製備了可絲網印刷的膏。該膏徹 底地混合以獲得顏料在樹脂中的均勻散布。與示例1相似，在公共基片上製備了兩個藍光發射像素。該像素之一被絲網印刷 有10至20微米厚的製備膏的層。相同基片上的第二像素未進行塗覆。所獲得的已塗覆像素的亮度同未塗覆的藍光發射像素的亮度的比是1.7 1。當 未塗覆像素在示例1中說明的驅動條件下進行操作時，其具有150坎德拉每平方米的亮度 以及x = 0. 134和y = 0. 106的CIE色彩坐標。已塗覆像素具有明亮的紅光發射，其具有 約256坎德拉每平方米的亮度以及x = 0. 63和y = 0. 34的CIE色彩坐標。示例 22本示例示出了如何通過審慎的選擇紅色和黃色顏料獲得紅光發射的CIE色彩坐 標。通過在100克的整體式可UV固化的樹脂Luxul-1010(80_B)中散布50克的紅色 顏料 Radiant MC-RD5515 和 43 克的黃色顏料 Radiant MC-0Y5862 (其均獲得自 Magruder Color Company (2800Radiant Ave, Richmond CA，USA))，製備了可絲網印刷的膏。該膏徹底 地混合以獲得顏料在樹脂中的均勻散布。與示例1相似，在公共基片上製備了兩個藍光發射像素。該像素之一被絲網印刷 有10至20微米厚的製備膏的層。相同基片上的第二像素未進行塗覆。所獲得的已塗覆像素的亮度同未塗覆的像素的亮度的比是1.6 1。當未塗覆像 素在示例1中說明的驅動條件下進行操作時，其具有64坎德拉每平方米的亮度以及x = 0. 134和y = 0. 114的CIE色彩坐標。已塗覆像素具有明亮的紅光發射，其具有約102坎德 拉每平方米的亮度以及x = 0. 61和y = 0. 35的CIE色彩坐標。
權利要求
一種具有可尋址的像素的發射型顯示器，所述顯示器包括光致發光磷光體層，所述光致發光磷光體層包括顏料粉劑，所述顏料粉劑包括有機光致發光分子的固溶體；以及基質材料，其中所述顏料粉劑散布在所述基質材料中，所述基質材料同所述顏料粉劑化學和物理相容，由此基本上維持有機光致發光分子的光致發光效率。
2.根據權利要求1所述的發射型顯示器，其中，所述顏料粉劑選自包括以下各項的組 中綠色顏料、藍色顏料、紅色顏料、黃色顏料及其混合物。
3.根據權利要求1所述的發射型顯示器，其中，所述基質材料選自包括以下各項的組 中環氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基戊二醯二亞胺。
4.根據權利要求3所述的發射型顯示器，其中，所述基質材料是環氧樹脂。
5.根據權利要求1所述的發射型顯示器，其中，所述基質材料是光致抗蝕劑材料。
6.根據權利要求1所述的發射型顯示器，其中，所述發射型顯示器選自包括以下各項 的組中厚膜電致發光顯示器、有機光發射二極體顯示器、液晶顯示器和等離子體顯示器。
7.一種用於吸收由發射型顯示器中的一個或多個像素髮射的藍光的方法，所述方法包 括提供與所述一個或多個像素相關聯的至少一個光致發光磷光體層，使得由所述像素髮射 的藍光基本上由相關聯的光致發光磷光體層吸收，由此引起所述光致發光磷光體層發射除 藍光以外的彩色光，其中，所述光致發光磷光體層包括顏料粉劑，所述顏料粉劑包括有機光致發光分子的固溶體；以及基質材料，其中所述顏料粉劑散布在所述基質材料中，所述基質材料同所述顏料粉劑 化學和物理相容，由此基本上維持有機光致發光分子的光致發光效率。
全文摘要
本發明涉及包括新穎的子像素結構的彩色電致發光顯示器及其製造方法。該子像素結構具有電致發光磷光體，其發射藍光；和光致發光磷光體，作為藍光吸收的結果，其發射至少一種其他色彩的光。本發明還涉及新穎的光致發光磷光體材料。
文檔編號H01L51/50GK101925212SQ20101024898
公開日2010年12月22日 申請日期2003年10月16日 優先權日2002年10月18日
發明者吳興煒, 阿卜杜勒·M·納庫阿 申請人:伊菲雷智慧財產權公司