激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列

摘要

本发明涉及一种激光色转换微透镜基板，至少包含一基板以及一微透镜阵列，其中，微透镜阵列形成于基板之上，且微透镜阵列具有数个掺杂一萤光及/或一磷光物质的微透镜，微透镜阵列可为微透镜阵列膜或由独立微透镜构成阵列。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微透镜基板及其微透镜阵列，特别是指一种激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列。

背景技术

近年来平面显示面板朝着高亮度、平面化、轻、薄以及省能源的趋势发展，有鉴于此，有机发光显示(organic light-emitting display，OLED)面板成为目前光电产业中极欲发展的方向之一。有机发光显示面板为一种利用有机官能性材料(organic functional materials)的自发光特性来达到显示效果的面板，依照有机官能性材料的分子量不同，可分为小分子有机发光显示面板(small molecule OLED panel，SM-OLED panel)与高分子有机发光显示面板(polymer light-emittingdisplay panel，PLED panel)两大类，此外，依照有机发光显示面板的驱动方式也可分为主动驱动有机发光显示面板(AM-OLED)与被动驱动有机发光显示面板(PM-OLED)。

由于有机发光显示面板利用有机官能性材料在电流灌注下产生自发光的特性，自发光的颜色就取决于有机官能性材料的能带特性，而现有有机发光显示元件中所使用的有机官能性材料非常的多，包含电洞注入层、电洞传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、电洞局限层等等，所以虽然有许多不同颜色的萤光材料与磷光材料可资利用，但实际上受限于有机发光显示元件内部各种有机官能性材料能带匹配的限制，有机发光显示元件无法轻易任意地调制、变换其颜色，往往在尝试改变有机发光显示元件的发光颜色时，由于元件内部有机官能性材料能带匹配不佳，导致发光效率下降、元件寿命降低。

在目前的有机发光元件中，萤光材料与磷光材料用于有机官能层或是做为有机官能层的掺杂物，藉以提升元件内部的发光效率。然而，虽然萤光材料与磷光材料本身具有良好的发光效率，由于在使用上还需匹配元件内部的有机官能层的能带特性，所以在实际应用上仍有诸多的限制，无法提供元件发光颜色转换的便利性。

所以现有技术中美国专利US 5,661,371发展出以外加滤光片(colorfilter)或US 5,869,929以外加色改变介质(color change medium)的技术来提供有机发光元件发光颜色转换的可能性，但是由于滤光片或色改变层本身也会吸收元件发注塑的大量辐射，所以，不管是采用外加滤光片或色改变层也都会导致有机发光元件发光效率下降。

另一方面，由于有机发光元件内部所产生的光线于传输至元件外部的过程中会损失大半部份，因而减低了发光元件的外部量子效率。

现有的解决方法是利用外加的方式，Madigan等人(Appl.Phys.Lett.76(2000)，p.1650)将凸透镜贴附在较高折射率的基板发光面上，以增加外部的量子效率。如图1所示，将直径为2mm到3mm的凸透镜41贴附于元件4的发光面上，若凸透镜41的材质与基板42相同，其元件光通量可增加0.6倍至1倍；若是使用较高折射率的凸透镜41时，其元件光通量可增加至2倍。于此是使用与折射率相符的油料(refraction index matching oil)将透镜贴附于元件4的发光面上，对于元件4的使用寿命有所限制。

但是，上述解决方法中用来增加外部量子效率的透镜直径太大、厚度太厚(数毫米)，使得整个元件的结构过大，并不符合发光元件轻、薄、短、小的趋势。又，由于使用与折射率相符的油料将透镜贴附于发光面上，容易造成透镜的剥落，所以元件的使用寿命并不长，并且还是无法满足有机发光元件在发光颜色变换上的需求。

为突破元件内部的萤光材料以及磷光材料与有机官能层能带匹配的限制，并且同时为变换元件的发光颜色以及增加整体的外部量子效率，本发明将提供一种可以解决此项课题的「激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列」。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列，以使萤光材料及/或磷光材料能够突破有机官能层能带的限制，方便地产生颜色转换的效果，且同时可以提升外部量子效率与元件寿命，大大地提升现有不同颜色萤光材料与磷光材料的运用价值。

为达上述目的，依本发明的一种激光色转换微透镜基板，至少包含一基板以及一微透镜阵列，其中，微透镜阵列形成于基板之上，且微透镜阵列具有数个掺杂一萤光及/或一磷光物质的微透镜。

为达上述目的，依本发明的一种激光色转换微透镜阵列，具有至少一掺杂一萤光及/或一磷光物质的微透镜。

为达上述目的，依本发明的一种用于激光色转换微透镜阵列的磷光物质，具有至少一掺杂一磷光物质的微透镜，磷光物质选自下式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)及式(VI)结构的至少其中之一，

A(I)                         A(II)                         A(III)                         A(IV)

A(V)                                            A(VI)

其中，M₁为铱(Iridium)金属、铑(Rhodium)金属、钌(Ruthenium)金属或是锇(Osmium)金属，M₂为铂(Platinum)金属或是钯(Palladium)金属，M₃为铂金属或是钯金属，M₄为铕(Europium)金属，L_A为L_A1、L_A2、L_A3、L_A4、L_A5、L_A6、L_A7、L_A8、L_A9、L_A10、L_A11、L_A12、L_A13、L_A14或L_A15，L_B为L_B1、L_B2、L_B3、L_B4、L_B5、L_B6或L_B7，R₁、R₂、R₃与R₄为各别独立的氢原子、卤素原子、烷基、烷氧基、芳香基(arylgroup)、推电子基(electron donating group)或是拉电子基(electronwithdrawing group)，R₅、R₈、R₁₁与R₁₄为各别独立的氢原子、烷基、噻吩(thienyl)或芳香基，R₆、R₇、R₉、R₁₀、R₁₂、R₁₃、R₁₅与R₁₆为各别独立的氢原子、卤素原子、烷基、烷氧基、噻吩、芳香基、推电子基或是拉电子基，R₁₇、R₁₈与R₁₉为各别独立的氢原子、卤素原子、烷基、烷氧基、噻吩、芳香基、推电子基或是拉电子基，R₂₀与R₂₁为各别独立的烷基、芳香基、噻吩或卤烷基

本发明激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列，其中微透镜阵列可为微透镜阵列膜或由独立微透镜构成阵列。

承上所述，本发明的激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列是将萤光材料及/或磷光材料掺杂于微透镜之中。与现有技术相比，本发明的掺杂萤光及/或磷光物质的微透镜能够将发光区或背光源所发射的短波长光转换成各色单色光、混色光或是宽频频谱白光；同时，萤光及/或磷光物质的微透镜亦可改善发光区或背光源所发射的白光纯度，提供一均匀且宽的光辐射频谱，进而避免形成特定方位指向的频谱。同时，微小粒子的萤光及/或磷光粉体的散射效应亦能提高光通量的均匀效果。并且，萤光及/或磷光材料能够借助吸收发光区或背光源的入射光进而激发产生新的光谱，更提高入射光的发光效率。另外，本发明借助微透镜高折射的特性增加发光区或背光源光线的穿透效率，可弥补光被滤光膜吸收所造成发光效率的衰减。再者，激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列亦同时具有保护与防水的整合性功效，当其使用于平面显示装置或光源(尤其是有机发光装置)时，能够增长装置的使用寿命。又，本发明可搭配滤光膜加以纯化各颜色光的纯度或是滤出所需颜色的光线，而能够应用于不同颜色或是全彩显示装置上。另外，微透镜可以喷墨工艺形成，不仅步骤简单、操作方便，且生产成本亦不高，对于实际商品化极为适合。

附图说明

图1为现有的增加外部量子效率的有机发光显示面板的一示意图；

图2为本发明第一实施例中的激光色转换微透镜基板的一示意图；

图3为本发明第二实施例中的激光色转换微透镜基板的一示意图；

图4A、图4B以及图4C为第二实施例的微透镜的一组示意图；

图5为本发明第二实施例中的激光色转换微透镜基板的另一示意图；

图6为本发明第三实施例中的激光色转换微透镜膜的一示意图。

图中符号说明

1      激光色转换微透镜基板

11     基板

12     微透镜阵列膜

121    微透镜

13     滤光膜

131    红色滤光膜

132    绿色滤光膜

133    蓝色滤光膜

2      激光色转换微透镜基板

21     基板

22     微透镜阵列

221    微透镜

23     滤光膜

231    红色滤光膜

232    绿色滤光膜

233    蓝色滤光膜

24     介质层

3      激光色转换微透镜膜

31     微透镜

32     滤光膜

4      元件

41     凸透镜

42     基板

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依据本发明较佳实施例的激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列。

第一实施例

如图2所示，依据本发明第一实施例的激光色转换微透镜基板1包含一基板11以及一微透镜阵列膜12，其中，微透镜阵列膜12形成于基板11之上，且微透镜阵列膜12具有数个掺杂一萤光及/或一磷光物质的微透镜121。

于本实施例中，基板11可以是柔性(fexible)基板或是刚性(rigid)基板。另外，基板11亦可以是塑料(plastic)基板或是玻璃基板等等。其中，柔性基板与塑料基板可为聚碳酸酯(polycarbonate，PC)基板、聚酯(polyester，PET)基板、环烯共聚物(cyclic olefincopolymer，COC)基板或金属铬合物基材-环烯共聚物(metallocene-based cyclic olefin copolymer，mCOC)基板。

再请参照图2，微透镜阵列膜12形成于基板11之上，且微透镜阵列膜12具有数个掺杂萤光及/或磷光物质的微透镜121。于此，微透镜阵列膜12以注塑成型法或热压成型法制成。另外，本实施例中的微透镜121具有曲度的表面。

当激光色转换微透镜基板1用于显示装置时，微透镜121的功能在于促进发光区或背光源入射光的外部量子效率。因为在有机发光显示装置中，有机发光区所发射的光线容易于面板中形成全反射，造成面板波导的现象，所以，本实施例中的微透镜121即是将入射角大于临界角的光线聚焦再传出面板外部，故可大幅提升有机发光显示装置的外部量子效率。

于本实施例中，微透镜121将萤光及/或磷光物质掺杂在透明介质中，其中，透明介质选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、四氟乙烯树脂(tetrafluoroethylene resin)、硅树脂(silicon resin)、二氧化硅(SiO₂)至少其中之一。另外，本实施例的透明介质可以是光固物质(radiation-cured material)或热固物质(thermal-cured material)，此光固物质可利用照射紫外光加以固化，热固物质可利用加热加以固化。又，本实施例的透明介质具有高折射率，用以增加外部量子效率。

再者，本实施例的透明介质具有黏性及/或防水性，同时具有保护与防水的整合性功效，当激光色转换微透镜基板1使用于有机发光装置时，能够增长装置的使用寿命。

另外，微透镜121掺杂一萤光及/或一磷光物质，其中萤光物质可以是红色萤光粉体、绿色萤光粉体、蓝色萤光粉体、至少两种的互补色混合的萤光粉体或是不同颜色混合的萤光粉体。

于此，萤光物质可为任何的现有萤光材料(可参考美国专利US5,869,929、US 3,172,862、US 5,935,720)，萤光物质包含一种以上的有机染料或是一种以上的无机颜料。在此，红色萤光粉体可以是偶氮染料(有机染料)或是Y₂O₂S:Eu³⁺，Bi³⁺(无机颜料)；绿色萤光粉体可以是铜钛青染料(CuPc，有机染料)或是SrGa₂O₄:Eu²⁺以及YBO₃:Ce³⁺，Tb³⁺(无机颜料)；蓝色萤光粉体可以是花青染料(Cyanine dye，有机染料)或是SrGa₂S₄:Eu²⁺(无机颜料)等等。于本实施例中，萤光物质可为奈米级粉体。

另外，磷光物质可以是红色磷光粉体、绿色磷光粉体、蓝色磷光粉体、至少两种的互补色混合的磷光粉体或是不同颜色混合的磷光粉体。磷光物质可为任何的现有磷光材料(可参考美国专利US20020190250A1、WO 01/41512、WO 00/57676)。

本发明的磷光物质可选自下式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)及式(VI)结构的至少其中之一，

          A(I)                        A(II)                       A(III)                        A(IV)

           A(V)                                    A(VI)

其中，于式(I)、式(II)、式(III)与式(IV)中，M₁为铱(Iridium)金属、铑(Rhodium)金属、钌(Ruthenium)金属或是锇(Osmium)金属，M₂为铂(Platinum)金属或是钯(Palladium)金属，L_A以氮与SP²混层(hydride)的碳与金属M相连接，其中，L_A可以是L_A1、L_A2、L_A3、L_A4、L_A5、L_A6、L_A7、L_A8、L_A9、L_A10、L_A11、L_A12、L_A13、L_A14或L_A15，L_A1、L_A2、L_A3、L_A4、L_A5、L_A6、L_A7、L_A8、L_A9、L_A10、L_A11、L_A12、L_A13、L_A14或L_A15列于下方：

于此，R₁、R₂、R₃与R₄可以是各别独立的氢原子、卤素原子、烷基、烷氧基、芳香基(aryl group)、推电子基(electron donating group)或是拉电子基(electron withdrawing group)；另外，L_B为阴离子双牙配位基(anion bidentate ligands)，其中，L_B可以是L_B1、L_B2、L_B3、L_B4、L_B5、L_B6或L_B7，L_B1、L_B2、L_B3、L_B4、L_B5、L_B6或L_B7列于下方：

于式(V)中，M₃为铂金属或是钯金属，R₅、R₈、R₁₁与R₁₄可以是各别独立的氢原子、烷基、噻吩(thienyl)或芳香基，R₆、R₇、R₉、R₁₀、R₁₂、R₁₃、R₁₅与R₁₆为各别独立的氢原子、卤素原子、烷基、烷氧基、噻吩、芳香基、推电子基或是拉电子基。

于式(VI)中，M₄为铕(Europium)金属，R₁₇、R₁₈与R₁₉为各别独立的氢原子、卤素原子、烷基、烷氧基、噻吩、芳香基、推电子基或是拉电子基，R₂₀与R₂₁为各别独立的烷基、芳香基、噻吩或卤烷基。于本实施例中，磷光物质可为奈米级粉体。

因此，举例而言，依本发明第一实施例中磷光材料可以是具有下列的结构式的化合物：

再请参照图2，本实施例的微透镜阵列膜12掺杂红色、绿色与蓝色混合萤光粉体及/或红色、绿色与蓝色混合磷光粉体，于有机发光显示装置中，短波长的入射光经过掺杂有红色、绿色与蓝色混合萤光粉体及/或红色、绿色与蓝色混合磷光粉体的微透镜阵列膜12以形成白光。

另外，如图2所示，本实施例的激光色转换微透镜基板1更包含至少一滤光膜13，其形成于微透镜121之上。

本实施例中的滤光膜13包含至少一红色滤光膜131、至少一绿色滤光膜132以及至少一蓝色滤光膜133。于本实施例中，通过微透镜阵列膜12所产生的白光分别通过红色滤光膜131、绿色滤光膜132以及蓝色滤光膜133后形成高色纯度的红光、绿光以及蓝光，藉以形成全彩显示。

当然，萤光物质及/或磷光物质亦可为其它单色萤光粉体及/或磷光粉体，以形成其它单色光显示。

第二实施例

如图3所示，依据本发明第二实施例的激光色转换微透镜基板2，至少包含一基板21以及一微透镜阵列22，其中，微透镜阵列22形成于基板21之上，且微透镜阵列22具有数个掺杂一萤光及/或一磷光物质的微透镜221。

本实施例的基板21的功能与特征皆与第一实施例的基板11相同，在此亦不再赘述。

如图3所示，除了微透镜阵列22以网版印刷法、喷墨法或半导体工艺制法制成。本实施例中的微透镜221具有曲度的表面，而其表面可为一部份球形状，如图4A所示。当然，微透镜121亦可为一部份柱形状，如图4B所示。同时，微透镜121亦可为一正多边形周围的凸曲面状，例如一正方形周围的凸曲面状，如图4C所示。第一实施例的微透镜121的形状与本实施例的微透镜221相同。另外，本实施例的微透镜阵列22的其余功能与特征皆与第一实施例的微透镜阵列膜12相同，在此亦不再赘述。

于本实施例中，微透镜阵列22的微透镜221分别掺杂有红色、绿色及蓝色的萤光粉体及/或磷光粉体，于有机发光显示装置中，有机发光区或背光源的白光入射光经过分别掺杂有红色、绿色与蓝色萤光粉体及/或红色、绿色与蓝色磷光粉体的微透镜阵列22转换成红光、绿光以及蓝光。

另外，本实施例的激光色转换微透镜基板2更包含至少一滤光膜23，其形成于微透镜221之上。

本实施例中的滤光膜23包含至少一红色滤光膜231、至少一绿色滤光膜232以及至少一蓝色滤光膜233。于本实施例中，通过微透镜阵列22所产生的红光、绿光以及蓝光分别通过红色滤光膜231、绿色滤光膜232以及蓝色滤光膜233后形成高色纯度的红光、绿光以及蓝光，藉以形成全彩显示。

另外，如图5所示，本实施例的激光色转换微透镜基板2更包含一介质层24，介质层24位于基板21与微透镜阵列22之间。

第三实施例

如图6所示，依据本发明第三实施例的激光色转换微透镜膜3，具有至少一掺杂一萤光及/或一磷光物质的微透镜31。

本实施例中的激光色转换微透镜膜3的特征与功能皆与第一实施例的微透镜阵列膜12相同，在此亦不再赘述。

再请参照图6，本实施例的激光色转换微透镜膜3更包含至少一滤光膜32，形成于微透镜31之上。于本实施例中，滤光膜32选自红色滤光膜、蓝色滤光膜及绿色滤光膜至少其中之一。

本发明的激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列将萤光材料及/或磷光材料掺杂于微透镜之中。与现有技术相比，本发明的掺杂萤光及/或磷光物质的微透镜能够将发光区或背光源所发射的短波长光转换成各色单色光、混色光或是宽频频谱白光；同时，萤光及/或磷光物质的微透镜亦可改善发光区或背光源所发射的白光纯度，提供一均匀且宽的光辐射频谱，进而避免形成特定方位指向的频谱。同时，微小粒子的萤光及/或磷光粉体的散射效应亦能提高光通量的均匀效果。并且，萤光及/或磷光材料能够借助吸收发光区或背光源的入射光进而激发产生新的光谱，更提高入射光的发光效率。另外，本发明借助微透镜高折射的特性增加发光区或背光源光线的穿透效率，可弥补光被滤光膜吸收所造成发光效率的衰减。再者，透明介质亦同时具有保护与防水的整合性功效，当激光色转换微透镜基板及其激光色转换微透镜阵列使用于平面显示装置或光源(尤其是有机发光装置)时，能够增长装置的使用寿命。又，本发明可搭配滤光膜加以纯化各颜色光的纯度或是滤出所需颜色的光线，而能够应用于不同颜色或是全彩显示装置上。另外，微透镜可以喷墨工艺形成，不仅步骤简单、操作方便，且生产成本亦不高，对于实际商品化极为适合。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求书的范围中。