刘红君 陈晨曦 张羿 楼均辉
(上海广电电子股份有限公司 平板显示技术研究开发中心 上海 200081)
THE APPLICATION OF CBB TECHNOLOGY
IN FLAT PANEL DISPLAYS FIELD
Liu Hongjun , Chen chenxi, Zhang Yi, Lou Junhui
(Flat Panel Display R&D Centre , SVA Electron Co., Ltd, Shanghai, 200081, China)
摘 要:
本文就电致发光(EL)显示器中实现彩色的光致转换材料(CCM)进行了一些测试、分析和讲解。“蓝源成彩”是一种利用背景蓝光,经色彩转换膜获得红、绿两基色,进而再与背景蓝光构成实现彩色显示的三基色技术,文中采用了丝网印刷、紫外光固化方式制备了用于主动发光型的电致发光显示器的色彩转换膜,并研究了荧光颜料含量,色彩转换膜印刷厚度,背景蓝光亮度对转换光纯度及色彩转换效率的影响,经过实验得到了最佳的转换效率的配方,并与白光加过滤片实现彩色的方法和红、绿、蓝直接合成彩色的方法进行了比较。
关键词:
电致发光显示器(ELD),光致转换材料(CCM),丝网印刷,紫外光固化,转换效率
1、绪论
我们都知道市面上流行的平板显示器,其实现彩色的方法多种多样,例如传统的CRT 显示器是利用了电子轰击彩色荧光粉发红、绿、蓝三色光来实现彩色。而目前占主导市场的液晶显示器之所以能实现彩色,主要借助于彩色滤光片(Color Filter),将白背光源过滤出红、绿、蓝三基色来实现彩色。所以对于彩色液晶显示器来说,彩色滤色膜是非常重要的材料。而文中介绍的EL 显示器,因为其发光原理为主动发光型,所以其实现彩色的方法不局限于利用滤色膜技术,或者直接沉积红、绿、蓝三基色技术,因为EL 发蓝光的效率、亮度较高,所以可以利用一种CBB(Color By Blue)技术,通过基底蓝光激发CCM(Color Change Materials)材料,来实现红绿蓝三基色的彩色显示。
虽然EL显示器为主动发光型器件,可以直接制备发红、绿、蓝三基色的发光材料来实现彩色,但由于目前三基色的寿命、激发率以及衰减度相差较大,造成了彩色显示器的偏色[1-2]。为此我们开发一种色彩转换方法CBB(Color By Blue)技术,以解决直接实现彩色中出现的这些问题,如图1 所示。而相对于LCD中利用CF实现彩色的技术来说,CBB方法光损耗小,光利用率更高。CBB技术是以蓝色作为基底光源,经过色彩转换膜转变成红光和绿光。在制作工艺上来说,也相较LCD中的CF制作工艺简化。CBB技术要求色彩转换材料不仅具有良好的光转换特性和稳定性,而且具有良好的色彩饱和度和色彩转换效率。一般色彩转换材料可分为无机和有机两大类,经研究发现,有机转换材料比无机转换材料具有更高的色彩转换效率,而且颜色更亮,更鲜艳[6]。本文中研究的CCM材料为有机材料,将其分散于紫外光固化树脂中,采用丝网印刷工艺制备到ITO玻璃上,然后,经紫外光照射固化后成形。
2、EL 显示器中CCM 膜的制备及实验分析
本文介绍的CCM 浆料由预聚物、活性单体、有机荧光颜料、光引发剂、分散剂、消泡剂、流平剂、附着力增进剂等组成。起光转换作用的主要成份为有机荧光颜料,是一种在有机荧光染料外包覆热固性树脂的微球,其平均粒径要求在10μm 以下。将这些助剂及光转换颜料按不同比例进行混合,然后利用分散仪器将其搅拌、分散均匀,再利用丝网印刷法将其制备到玻璃基板表面,随后经紫外光固化定形,即得到色彩转换膜。
2.1 荧光颜料不同含量对光转换效率的影响
利用光谱分析仪,得到基底蓝光的CIE坐标和亮度L1(cd/m2),然后,通过蓝光激发CCM膜转换出相应的红光和绿光,并分别测试其CIE坐标和亮度L2(cd/m2)。分析了不同颜料含量对色彩转换效率的影响,如图2 和 图3所示。由图可以看出,随着荧光颜料含量的增加,转换光纯度不断增强,其转换效率先增加,而后减小。当颜料Green含量为37%时,其色彩转换效率最大为200%,转换后的光波长为516 nm, 色坐标为=0.27,Y=0.63,颜料Orange Red含量为43%时,其色彩转换效率最大为99%,转换后的光波长为610 nm,色坐标为X=0.60,Y=0.32。其CIE色坐标如图4所示;测试的蓝、绿、红三基色的光谱显色效果如图5、6和7所示。
图2色彩转换膜厚度为20 um时,颜料Green不同的含量对CIE(X,Y)和色彩转换效率的影响
图3色彩转换膜厚度为20 um 时,颜料Orange Red 不同含量对CIE(X, Y)和色彩转换效率的影响
图 5 基底蓝光的光谱示意图
当荧光颜料含量减少时,由于基底蓝光没有被充分利用,残余的光透过色彩转换膜后,导致转换后的红光和绿光色彩不纯,无法实现显示器中所要求的三基色;而当荧光颜料浓度过大时,就会发生荧光颜料浓度淬灭,这是由于荧光颜料浓度过大,所吸收的激发态能量于相同类型的荧光颜料之间反复运动,导致发射光无法发射,从而引起了荧光淬灭[8]。所以通过实验找到合适的配比是实现CBB技术的关键。
2.2 CCM 膜厚对光转换效率的影响
本文中CCM 材料是通过印刷方法制备到基板上,通过改变不同的工艺条件得到不同的膜厚,并对不同膜厚与色彩转换效率之间的影响进行了分析,如图8 和图9 所示。由图可以看出,当膜厚较薄时,会有部分基底蓝光透过CCM 膜而影响转换光的色纯,随着色彩转换膜厚度的增加,转换光纯度也不断增强,但是,所对应的色彩转换效率却不断的下降。这说明厚度超过一定程度,只会单纯地阻止了蓝光的透过,并没有促进红光或绿光的转换,反而损失了入射光效率,从而降低了色彩转换膜的转换效率。经过实验摸索,得到色彩转换膜的厚度在20 um 左右时,转换效率较高。
图8 颜料Orange Red 含量为40%时,色彩转换膜厚度对CIE(X,Y)和转换效率E 的影响
图9颜料Green 含量为33%时,色彩转换膜厚度对CIE(X,Y)和转换效率E 的影响
2.3 基底蓝光的亮度对色彩转换效率的影响
我们分析了当基底蓝光的亮度变化时,对光转换效率的影响。结果见表1 和表2。
由表1和表2可以看出,随着激发蓝光亮度的增加,所转换的绿光和红光的亮度也相应的增加,但是,转换效率变化不大。由此可得,激光光源的亮度对转换效率影响不大。
3 分析、讨论
从以上分析可知,不同的颜料含量、不同的膜厚等,对于CCM材料实现光转换功能时的转换效率都有一定的影响,对于本实验中用的绿光色彩转换膜,当颜料含量为37%时,色彩转换效率最大为200%,所对应的波长为516nm,色坐标为(0.27,0.63);对于红色色彩转换膜,当颜料Orange Red含量为43%时,色彩转换效率最大为99%,所对应的波长610nm,色坐标(0.60,0.32);随着色彩转换膜的厚度增加到一定程度时,其转换后的光色纯度不断增大,但色彩转换效率会随之下降,本实验中得到的最佳膜厚为20μm;又通过改变基底蓝色的亮度分析了对转换光的影响,得到转换光的亮度随着激发光的光强呈正性变化,但转换效率基本不变。综合以上可知,通过调整CCM材料的配比和制备工艺,可以得到EL显示器所要求的能保证一定纯和亮度的三基色。
4 综述
目前各类平板显示器对色彩的要求越来越高,而且各类显示技术相互竞争又非常激烈,降低成本的压力越来越大,对于液晶显示器来说,占成本很大比例的CF膜,在降低成本,提高性能等方面的压力也随之增大。市场上各类企业也都在材料、生产工艺等方面做了大量改进工作,以提高彩膜性能,降低成本。
本文研究的CBB彩色化技术,与液晶中CF技术相比,虽然两种显示器的发光机理不同,但就其实现彩色的技术上,工序简单、成本较低。液晶显示器中的CF膜的制备需要红、绿、蓝三道光刻工序成形,而CCM只需要红和绿两道工序;从实现彩色看,CCM利用了光转换材料,其祝贺效率可以达到100%以上,而CF是利用了颜料的过滤性能,从背光源的白光中过滤出红、绿、蓝三基色,其效率低于1,入射光利用低,损耗大。而与直接沉积红、绿、蓝三基色实现彩色的方式比较,又避免了由于三基色的寿命、发光效率以及衰减度相差较大,造成的彩色显示器偏色的问题。虽然此项技术还不能再显示行业中得到广泛应用,但也为实现平板彩色化技术提供了一种供选择的方法。
参考文献
[1]张福俊,徐征.无机薄膜电致发光的研究现状及面临挑战[J].光子技术.2005(1):10-13.
[2]张福俊,徐征,王丽伟,姜薇薇,刘玲.无机电致发光的进展及机理分析[J].光电子技术与信息.2006,19(3):1-4
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