电光切换元件和显示器件

电光切换元件和显示器件

发明领域

本发明涉及一种包含至少一个光源和光转换层的电光切换元件，和涉及该电光切 换元件在光学器件中的用途。本发明进一步涉及一种包含该电光切换元件的光学器件。

背景技术

来自包含至少一个光源和光转换层的电光切换元件的光的光学性质用于各种光 学应用，尤其用于光学器件。

例如，如描述于WO 2013/183751 A、JP 2014-52606 A、JP 3820633 B、JP 3298263 B、EP 01403355 A、JP H04-12323 A、EP 02056158 A、WO 2010/143461 A、JP 2007-178902 A、JP 2003-233070 A中。

专利文献

1.WO 2013/183751 A

2.JP 2014-52606 A

3.JP 3820633 B

4.JP 3298263 B

5.EP 01403355 A

6.JP H04-12323 A

7.EP 02056158 A

8.WO 2010/143461 A

9.JP 2007-178902 A

10.JP 2003-233070A

非专利文献

发明概述

然而，本发明人最近发现，仍存在一个或多个重大问题需要改良，如以下所列举。

1.需要具有简单器件配置和从该器件展示更好的发光的彩纯度的电光切换元 件。

2.需要具有较高外部耦合效率的电光切换元件。

3.需要在入射光下展示元件的较少移(color shift)和/或更好的亮度对比的 电光切换元件。

本发明人的目的是解决所有前述问题。

出乎意料地，本发明人已发现一种新颖电光切换元件(100)同时解决问题1和2，该 电光切换元件(100)包含至少一个光源(110)和光转换层(120)，其中该光转换层(120)包含 可将来自该光源(110)的光的光波长转换成较长光波长的光转换材料(130)和可吸收可见 光的着剂(140)，其中该着剂(140)选自染料、颜料和这些中任意的组合，其中该电光切 换元件(100)包含多个光散射粒子(150)。

本发明的其他优势将由以下详细描述变得显而易见。

在另一方面中，本发明涉及该电光切换元件(100)在光学器件中的用途。

在另一方面中，本发明进一步涉及一种光学器件(210)，其包括该电光切换元件 (100)，该电光切换元件包含至少一个光源(110)和光转换层(120)，其中该光转换层(120) 包含可将来自该光源(110)的光的光波长转换成较长光波长的光转换材料(130)和可吸收 可见光的着剂(140)，其中该着剂(140)选自染料、颜料和这些中任意的组合，其中该电 光切换元件(100)包含多个光散射粒子(150)。

附图说明

图1：展示电光切换元件(100)的示意性截面图。

图2：展示本发明的电光切换元件的另一实施方案的示意性截面图。

图3：展示本发明的电光切换元件的另一实施方案的示意性截面图。

图4：展示本发明的电光切换元件的光转换层的一部分的另一实施方案的示意性 截面图。

图5：展示本发明的电光切换元件的另一实施方案的示意性截面图。

图6：展示本发明的电光切换元件的另一实施方案的示意性截面图。

图7：展示本发明的电光切换元件的另一实施方案的示意性截面图。

图8：展示本发明的电光切换元件的另一实施方案的示意性截面图。

图9：展示本发明的电光切换元件的另一实施方案的示意性截面图。

图10：展示工作实施例6中测量构造的示意图。

图1中参考符号的列表

100.电光切换元件

110.光源

120.光转换层

130.光转换材料

140.着剂

150.多个光散射粒子

160.光调制器(任选的)

170.光散射层

图2中参考符号的列表

200.电光切换元件

210.光源

211.蓝光源

212.导光板

220.光转换层

221.黑矩阵(black matrix)

230.光转换材料

240.着剂

250.多个光散射粒子

260.光调制器

261.偏振器

262.透明基板

263.液晶层

270.光散射层

图3中参考符号的列表

300.电光切换元件

310.光源

320.光转换层

330.光转换材料

340.着剂

350.多个光散射粒子

360.光调制器(任选的)

370.光散射层

图4中参考符号的列表

420.光转换层

430.光转换材料

440.着剂

图5中参考符号的列表

500.电光切换元件

510.光源

511.蓝光源

512.导光板

520.光转换层

521.黑矩阵

530.光转换材料

540.着剂

550.多个光散射粒子

560.光调制器(任选的)

561.偏振器

562.透明基板

563.液晶层

570.光散射层

580.具有倾斜结构的层

图6中参考符号的列表

600.电光切换元件

610.蓝光源(可切换)

620.光转换层

630.光转换材料

640.着剂

650.多个光散射粒子

670.光散射层

图7中参考符号的列表

700.电光切换元件

710.光源

720.光转换层

721.黑矩阵

730.光转换材料

740.着剂

750.多个光散射粒子

761.透明电极

762.LC层(掺杂有二性染料)

763.透明像素电极

764.透明基板

770.光散射层

图8中参考符号的列表

800.电光切换元件

810.光源

820.光转换层

830.光转换材料

840.着剂

850.多个光散射粒子

861.透明基板

862.透明电极

863.LC层(掺杂有二性染料)

864.透明像素电极

865.TFT(薄膜晶体管)

图9中参考符号的列表

900.电光切换元件

910.光源

911.蓝光源

912.导光板

920.光转换层

921.黑矩阵

930.光转换材料

940.着剂

950.多个光散射粒子

960.光调制器

961.透明基板

962.TFT(薄膜晶体管)

963.MEMS(微机电系统)快门(shutter)

图10中参考符号的列表

10.电光切换元件

101.亮度计CS-1000A(Konica Minolta Holdings Inc.)

102.National PRF-100W光源

110.450nm LED光源

120.光转换层

130.光转换材料

140.着剂

150.多个光散射粒子

170.光散射层

发明详述

在通用方面中，电光切换元件(100)，其包含至少一个光源(110)和光转换层 (120)，其中该光转换层(120)包含可将来自光源(110)的光的光波长转换成较长光波长的 光转换材料(130)和可吸收可见光的着剂(140)，其中该着剂(140)选自染料、颜料和这 些中任意的组合，其中该电光切换元件(100)包含多个光散射粒子(150)。

根据本发明，在电光切换元件中光源(100)的类型不受特定限制。

优选地，可使用UV或蓝单光源。

更优选地，光源发射峰值波长在蓝光区中的光，诸如可使用蓝LED、CCFL、EL、 OLED或这些中任意的组合。

在本发明的优选实施方案中，光源(110)可另外包含导光板以增加来自光源(110) 的光均一性。

出于本发明的目的，术语“蓝”意指在380nm与515nm之间的光波长。

优选地，其在430nm与490nm之间。更优选地，其在450nm与470nm之间。

根据本发明，术语“层”包括“片”状结构。

根据本发明，光转换层(120)可由至少光转换材料(130)、着剂(140)和基质材料 制备。

可按需要使用优选用于光学膜的任何类型的公开已知透明基质材料作为基质材 料，因为基质材料在制造光转换层(120)中更好地具有良好的可加工性，且具有长期耐久 性。

在本发明的优选实施方案中，可使用光可固化聚合物和/或光敏聚合物。例如，用 于LCD彩滤光器的丙烯酸酯树脂、任何光可固化聚硅氧烷、广泛用作光可固化聚合物的聚 肉桂酸乙烯酯或这些中任意的组合。

根据本发明，可使用吸收可见光/UV光且发射波长比所吸收光长的可见光的任何 材料作为光转换材料(130)。

优选地，光转换层(120)的光转换材料(130)可选自以下：有机染料(诸如有机发光 和/或有机磷光材料)、无机磷光体(phosphor)材料、量子尺寸无机半导体材料(诸如量子点 材料、量子棒材料)和这些中任意的组合。

因此，根据本发明，在一些实施方案中，光转换层(120)的光转换材料(130)选自以 下：有机荧光材料、有机磷光材料、磷光体材料、量子尺寸无机半导体材料和这些中任意的 组合。

根据本发明，术语“量子尺寸”意指在无配体或另一表面改性的情况下无机半导体 材料自身的尺寸，其可展示量子尺寸效应。

可按需要使用任何类型的荧光染料和/或磷光染料作为有机染料。诸如用于有机 发光二极管的市售激光染料和/或发光染料。例如，来自Indeco Corporation的激光染料、 来自American Dye Sources的染料。

在本发明的优选实施方案中，作为用于发射蓝用途的有机染料，可使用来自 Indeco Corporation的激光染料，诸如香豆素(Coumarin)460、香豆素480、香豆素481、香豆 素485、香豆素487、香豆素490、LD 489、LD 490、香豆素500、香豆素503、香豆素504、香豆素 504T、香豆素515；市售发光染料，诸如苝、9-氨基-吖啶、12(9-蒽酰氧基(anthroyoxy))硬脂 酸、4-苯基螺[呋喃-2(3H),1’-呋嗒南(futalan)]-3,3’-二酮、N-(7-二甲基氨基-4-甲基香 豆素基(coumarynyl))顺丁烯二酰亚胺；来自American Dye Sources的染料，诸如 ADS135BE、ADS040BE、ADS256FS、ADS086BE、ADS084BE；或这些中任意的组合。

优选可使用来自Indeco Corporation的激光染料作为用于发射绿用途的有机 染料，诸如香豆素522/522B、香豆素525或这些中任意的组合。

优选可以此方式使用来自Indeco Corporation的激光染料作为用于红发射用 途的有机染料，诸如DCM、Fluorol 555、若丹明560高氯酸盐、若丹明560氯化物、LDS 698；来 自American Dye Source Inc.的染料，诸如ADS055RE、ADS061RE、ADS068RE、ADS069RE、 ADS076RE或这些中任意的组合。

根据本发明，也可使用用于有机发光二极管(下文“OLED”)研发的染料作为有机染 料。

可使用诸如日本专利JP 2795932 B中所述的染料、S.A.Swanson等人的论文、JP 2004-263179 A、JP 2006-269819 A和/或JP 2008-091282 A中所述的染料。

根据本发明，在一些实施方案中，一种或多种红有机染料连同可将UV光和/或蓝 光转换成绿光的一种或多种发射绿光染料可用于红发射用途，如JP 2003-264081 A中所 述。

优选地，有机染料的表面可通过一种或多种表面活性剂或分散剂改性以促进有机 染料的分散。例如，通过用烷基链改性有机染料的表面，使其可溶于有机溶剂。

至于无机磷光体，可按需要使用任何类型的市售无机磷光体。

对于蓝无机磷光体，优选可使用如日本专利申请公开号JP2002-062530 A中所 述的Cu活化的硫化锌磷光体、如JP 2006-299207 A中所述的Eu活化的卤化磷酸盐磷光体 和/或Eu活化的铝酸盐磷光体或这些中任意的组合。

对于绿无机磷光体，优选可使用如JP 2006-299207 A中所述的Ce或Tb活化的稀 土元素硼酸盐磷光体、JP 2007-262417 A中所述的β-赛隆(sialon)绿磷光体和这些中任 意的组合。

对于红无机磷光体，优选可使用Eu活化的硫化镧磷光体、Eu活化的硫化钇磷光 体(JP 2006-299207 A中所述的)、JP 2007-063365 A中所述的黄磷光体(其由作为发射 点的BaS和Cu²⁺组成)、JP 2007-063366 A中所述的红磷光体(其由Ba₂ZnS₃和Mn²⁺组成)、JP 3503139 B中所述的Ce活化的石榴石磷光体、JP 2005-048105 A中所述的红磷光体、JP 2006-257353 A中所述的Caα-赛隆红磷光体或这些中任意的组合。

优选地，无机磷光体的表面可通过一种或多种表面活性剂或分散剂改性，以促进 无机磷光体的分散。

通常，量子尺寸无机半导体材料(诸如量子点材料和/或量子棒材料)由于量子尺 寸效应而可发射极其鲜艳(sharp vivid)的彩光。

关于量子点，可按需要优选地使用可公开获得(例如购自Sigma-Aldrich)的量子 点(下文称“q点”)。

在不希望受理论束缚的情况下，据信来自具有细长形状的光转换材料的偶极矩的 发光可导致比来自q点、有机荧光材料和/或有机磷光材料、磷光体材料的球形发光高的外 耦合(out coupling)效率。

换言之，据信具有细长形状的光转换材料(诸如q棒、细长形状的有机染料)的长轴 平均可具有较高机率平行于基板表面配向，且其偶极矩平均也可具有较高机率平行于基板 表面配向。

因此，在一些实施方案中，光转换材料(130)可选自具有细长形状的量子棒材料或 有机染料，以获得更好的外部耦合效应。

根据本发明，为了实现器件的极其鲜艳的彩和更好的外部耦合效应，量子棒材 料是更优选的。

在本发明的优选实施方案中，量子棒材料可选自以下：II-VI、III-V或IV-VI半导 体和这些中任意的组合。

更优选地，量子棒材料可选自以下：Cds、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、GaAs、 GaP、GaAs、GaSb、HgS、HgSe、HgSe、HgTe、InAs、InP、InSb、AlAs、AlP、AlSb、Cu₂S、Cu₂Se、 CuInS2、CuInSe₂、Cu₂(ZnSn)S₄、Cu₂(InGa)S₄、TiO₂合金和这些中任意的组合。

例如，出于红发射用途，CdSe棒、在CdS棒中的CdSe点、在CdS棒中的ZnSe点、 CdSe/ZnS棒、InP棒、CdSe/CdS棒、ZnSe/CdS棒或这些中任意的组合。出于绿发射用途，诸 如CdSe棒、CdSe/ZnS棒或这些中任意的组合，和出于蓝发射用途，诸如ZnSe、ZnS、ZnSe/ ZnS核壳棒或这些中任意的组合。

量子棒材料的实例已描述于例如国际专利申请公开号WO2010/095140A中。

在本发明的优选实施方案中，量子棒材料的整体结构的长度为8nm至500nm。更优 选地，10nm至160nm。所述量子棒材料的总直径在1nm至20nm范围内。更特别地，其为1nm至 10nm。

优选地，量子尺寸无机半导体材料，诸如量子棒和/或量子点包含表面配体。

量子棒和/或量子点材料的表面可外涂(over coat)有一种或多种类型的表面配 体。

在不希望受理论束缚的情况下，据信该表面配体可导致量子尺寸无机半导体材料 在溶剂中更易于分散。

常用表面配体包括膦和膦氧化物，诸如三辛基氧化膦(TOPO)、三辛基膦(TOP)和三 丁基膦(TBP)；膦酸，诸如十二烷基膦酸(DDPA)、十三烷基膦酸(TDPA)、十八烷基膦酸(ODPA) 和己基膦酸(HPA)；胺，诸如十二烷基胺(DDA)、十四烷基胺(TDA)、十六烷基胺(HDA)和十八 烷基胺(ODA)；硫醇，诸如十六烷硫醇和己烷硫醇；巯基羧酸，诸如巯基丙酸和巯基十一酸； 和这些中任意的组合。

表面配体的实例已描述于例如国际专利申请公开号WO2012/059931A中。

根据本发明，作为可吸收可见光的着剂(140)可选自染料、颜料和这些中任意的 组合。优选地，用于LCD彩滤光器的任何类型的公开已知染料和颜料可以此方式使用。例 如，如“Technologies on LCD Color Filter and Chemicals”CMC Publishing P.53 (1998)”中所示，偶氮-螯合物颜料、稠合偶氮颜料、喹吖啶酮颜料、异吲哚啉酮颜料、苝颜 料、紫环酮(perinone)颜料、不可溶偶氮颜料、酞菁颜料、二噁嗪颜料、蒽醌颜料、硫堇 (thioin)颜料或这些中任意的组合。

根据本发明，着剂(140)的一个主要要求为吸收来自光源(110)的激发光，该光 激发光转换层中的光转换材料(130)，以改良来自光转换层的光的彩纯度。因此，若光转 换层具有绿子像素，则用于LCD彩滤光器的市售黄颜料也可用于该绿子像素。

根据本发明，按需要优选可使用任何类型的公开已知的光散射粒子作为光散射粒 子(150)，其具有与包括所述光散射粒子的层的基质材料不同的折射率且可产生Mie散射效 应。

例如，优选可使用无机氧化物的小粒子，诸如SiO₂、SnO₂、CuO、CoO、Al₂O₃TiO₂、 Fe₂O₃、Y₂O₃、ZnO、MgO；有机粒子，诸如聚合聚苯乙烯、聚合PMMA；或这些中任意的组合。

优选地，光散射粒子(150)的平均粒径可在350nm至5μm范围内。

在不希望受理论束缚的情况下，据信即使在光散射粒子与层基质之间的折射率差 异小至0.1，大于350nm平均粒径也可导致较强前向散射，其由随后Mie散射导致。

另一方面，为了通过使用光散射粒子(150)获得更好的层形成性质，最大平均粒径 优选为5μm或更小。更优选地，500nm至2μm。

在本发明的一些实施方案中，优选地，电光切换元件(100)进一步包含光调制器 (160)。

在本发明的优选实施方案中，光调制器(160)可选自以下：液晶元件、微机电系统 (本文中其后为“MEMS”)、电湿润元件和电泳元件。

在光调制器(160)为液晶元件的情况下，任何类型的液晶元件可以此方式使用。

例如，常用于LCD的扭转向列模式、垂直配向模式、IPS模式、客体主体模式液晶元 件为优选的。

另外，根据本发明，正常黑TN模式液晶元件也适用为光调制器(160)。

通常，在不希望受理论束缚的情况下，据称正常黑TN模式可获得较高对比度，但 制造方法由于各彩像素中的不同盒厚(cell gap)是复杂的以保持良好的白平衡。

根据本发明，不需要改变在各像素下正常黑TN模式LC元件的盒厚。

因为，根据本发明，单一彩激发光源可优选与彩转换层(120)组合使用。诸如， 作为单一彩激发光源，如第15页中所述的UV LED、蓝LED。

在那样的情况下，光源发射具有一个峰值波长范围的光，且来自光源(110)的激发 光的强度可通过在各像素下具有相同盒厚的正常黑TN模式LC层控制，接着激发光进入至 光转换层(120)中，并且转换成较长波长。

在本发明的一些实施方案中，优选地，电光切换元件(100)包含光散射层(170)，其 包括多个光散射粒子(150)。

在本发明的优选实施方案中，光散射层(170)可放置于光源(110)与光转换层 (120)之间，以减小由环境光散射导致的器件的眩光状态。

因此，在本发明的一些实施方案中，光源(110)、光散射层(170)和光转换层(120) 以此顺序放置。

优选地，多个光散射粒子(150)可仅位于光散射层(170)中和/或位于放置于光转 换层(120)的光源侧的一个或多个其他层中。

在不希望受理论束缚的情况下，认为这样的实施方案在入射光下可引起元件的较 少移和/或更好的亮度对比(contrast)。

优选地，如图1中所示，光散射层(170)直接放置至光转换层(120)的光源侧的表面 上。

在本发明的一些实施方案中，任选地，如图3、图8中所示，光转换层(120)包含多个 光散射粒子(150)。

优选地，从光源(110)观察，在光调制器(160)放置于光转换层(120)后方的情况 下，多个光散射粒子(150)可位于光转换层(120)中。

在本发明的一些实施方案中，光调制器(160)放置于光转换层(120)的光提取侧。

在本发明的一些实施方案中，光调制器(160)放置于光源(110)与光转换层(120) 之间。

根据本发明，在一些实施方案中，任选地，光转换层(120)的光提取侧的表面经结 构化以提高器件(100)的外部耦合效率。

在不希望受理论束缚的情况下，据信如图4中所示的倾斜结构可增加离开光转换 层的光的量。这些结构可通过熟知技术，例如使用纳米印刷技术制造。

根据本发明，在一些实施方案中，光转换层(120)的面向光源(110)的另一表面可 具有倾斜结构。在不希望受理论束缚的情况下，据信倾斜结构可通过全反射防止光损失。

一般而言，倾斜结构可针对多个子像素重叠。因此，倾斜结构甚至适用于小尺寸 像素。

在一些实施方案中，任选地，电光切换元件(100)进一步包含层(180)，其光提取侧 的表面是结构化的。

优选地，如图5中所示，层(180)具有一个或多个倾斜结构。

在本发明的一些实施方案中，任选地，光源(110)为可切换的。

根据本发明，术语“可切换”意指光可选择性地开启或关闭。

在本发明的优选实施方案中，可切换光源可选自以下：有源矩阵OLED、无源矩阵 OLED、有源矩阵EL、无源矩阵EL、多个LED和这些中任意的组合。

在本发明的一些实施方案中，光转换层(120)的光转换材料(130)选自以下：有机 荧光材料、有机磷光材料、磷光体材料、量子点材料、量子棒材料或这些中任意的组合。

在本发明的一些实施方案中，任选地，电光切换元件(100)进一步包含放置于光源 (110)与光转换层(120)之间的选择性光反射层(190)。

根据本发明，术语“光反射”意指反射在操作偏振光发射器件期间所用波长或波长 范围下的至少约60％入射光。优选地，其超过70％，更优选地，超过75％，最优选地，其超过 80％。

根据本发明，选择性光反射层(190)可使来自光源(110)的峰值光波长穿过，且可 反射来自光转换层(120)的经转换光。

用于选择性光反射层的材料不受特定限制。按需要优选可使用用于选择性光反射 层的熟知材料。

根据本发明，选择性光反射层可为单层或多层。

在优选实施方案中，选择性光反射层选自以下：Al层、Al+MgF₂堆叠(stacked)层、 Al+SiO堆叠层、Al+介电多层、Au层、介电多层、Cr+Au堆叠层；其中选择性光反射层更优选为 Al层、Al+MgF₂堆叠层、Al+SiO堆叠层、胆甾醇液晶层、堆叠胆甾醇液晶层。

胆甾醇液晶层的实例已描述于例如国际专利申请公开号WO2013/156112A、WO 2011/107215A中。

一般而言，制备选择性光反射层的方法可按需要改变，并且选自熟知技术。

在一些实施方案中，选择性光反射层(除胆甾醇液晶层之外)可利用基于气相的涂 布方法(诸如溅镀、化学气相沉积、气相沉积、闪蒸)或基于液体的涂布方法制备。

在胆甾醇液晶层的情况下，可利用例如WO 2013/156112A或WO2011/107215A中所 描述的方法制备。

在本发明的一些实施方案中，优选地，光转换层(120)包含第一和第二子区域 (200)，其中当通过光源照射时，至少第一子区域发射的光的峰值波长比第二子区域 长。

在本发明的优选实施方案中，电光切换元件(100)的光源(110)为蓝光源，诸如 蓝LED，且光转换层(120)包含绿子区域和红子区域。

在本发明的优选实施方案中，光转换层(120)包含红子区域、绿子区域和 蓝子区域。

更优选地，如图1至图3、图5至图9中所述，光转换层(120)主要由红子区域、绿 子区域和蓝子区域组成。

甚至更优选地，在使用诸如蓝LED的发射蓝光光源的情况下，蓝子区域可在 无蓝光转换材料(130)的情况下制备。

在那样的情况下，蓝子区域也可在无蓝着剂(140)和蓝光转换材料(130) 的情况下制备。

在本发明的一些实施方案中，任选地，偏振光发射器件(100)进一步包含黑矩阵 (下文“BM”)。

在优选实施方案中，如图1中所述，BM放置于子区域之间。换言之，本发明的子 区域可通过一个或多个BM标记出。

用于BM的材料不受特定限制。按需要优选可使用熟知材料，尤其用于彩过滤器 的熟知BM材料。诸如黑染料分散的聚合物组合物，如JP 2008-260927A、WO 2013/031753A 中所述。

BM的制造方法不受特定限制，熟知技术可用于此方法。诸如，直接丝网印刷、光刻、 伴随掩模的气相沉积。

在另一方面中，本发明涉及该电光切换元件(100)在光学器件中的用途。

在另一方面中，本发明进一步涉及一种光学器件(210)，其包括电光切换元件 (100)，该电光切换元件包含至少一个光源(110)和光转换层(120)，其中该光转换层(120) 包含可将来自该光源(110)的光的光波长转换成较长光波长的光转换材料(130)和可吸收 可见光的着剂(140)，该着剂选自染料、颜料和这些中任意的组合，其中该电光切换元 件(100)包含多个光散射粒子(150)。

在本发明的优选实施方案中，光学器件(210)可选自以下：液晶显示器、OLED、MEMS 显示器、电湿润显示器和电泳显示器。

更优选地，光学器件(210)可为液晶显示器。诸如扭转向列型液晶显示器、垂直配 向模式液晶显示器、IPS模式液晶显示器、客体主体模式液晶显示器或正常黑TN模式液晶 显示器。

光学器件的实例已描述于例如WO 2010/095140 A2和WO 2012/059931 A1中。

参考以下实施例更详细地描述本发明，该实施例仅为说明性的，且不限制本发明 的范围。

实施例

实施例1：在本发明中，如图2中所示，光散射层可分别堆在彩转换层上。

光散射层对所有元件的像素可为常见的。且因此，其可用在制造中不导致光刻制 程增加的一个膜的薄片制造。在此实施例中，光散射层直接接触彩转换层，并且面向背光 源。

如图3中所述，光散射粒子也可位于彩转换层中和/或另一层中。

蓝LED优选可用作光源(211)、(310)。

实施例2：图4展示具有倾斜结构以增加元件的外部耦合效率的彩转换层的一个 实施例。

在不希望受理论束缚的情况下，据信在彩转换层中的这样的倾斜结构或弯曲结 构可增加出自彩转换层的光的量。

且倾斜结构和弯曲结构可利用熟知技术，诸如纳米印刷技术制造。

这样的倾斜结构或弯曲结构也可在任何其他层(诸如光散射层)的表面上制造。

实施例3：图7展示本发明的一个实施例。

在此实施例中，客体主体模式液晶(762)与蓝光源一起使用，且因此可省去两个 偏振器。

实施例4：图8展示本发明的另一实施例。

在此实施例中，具有多个光散射粒子的光转换层作为绝缘层制造。

实施例5：图9展示本发明的另一实施例。

在此实施例中，优选使用MEMS快门。

光转换层可作为MEMS快门系统的绝缘层而非当前实施例而制造，且多个光散射粒 子也可并入光转换层中。

除非另有说明，否则本说明书中所公开的每一特征均可由起到相同、等效或类似 目的的替代性特征替代。因此，除非另有说明，否则所公开的每一特征仅为上位系列的等效 或类似特征的一个实例。

术语定义

根据本发明，术语“透明”意指至少约60％的入射光在偏振光发射器件中所用厚度 下和在偏振光发射器件操作期间所用波长或波长范围下透射。优选地，其超过70％，更优选 地，超过75％，最优选地，其超过80％。

术语“荧光”定义为已吸收光或其他电磁辐射的物质发射光的物理过程。其是冷光 的形式。在多数情形下，所发射光具有比所吸收辐射更长的波长，并因此更低的能量。

术语“半导体”意指在室温下导电率程度介于导体(诸如铜)与绝缘体(诸如玻璃) 之间的材料。

术语“无机”意指不含碳原子的任何材料或含以离子地键合至其他原子的碳原子 的任何化合物，诸如一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、、氰酸盐、碳化物和硫氰酸盐。

术语“发射”意指由原子和分子中的电子跃迁发射电磁波。

以下实施方案1至7提供本发明的电光切换元件的描述以及其制造之详细描述。

工作实施例

工作实施例1：电光切换元件的制造

将1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)和0.26g绿颜料(Heliogen Green K9360)和0.066g香豆素6(Sigma-Aldrich)分散于甲苯(2g)中，并在90℃下在空气条件中搅 拌5分钟。

通过声波处理在丙酮中清洁玻璃基板。

接着使用刮刀技术将所得溶液涂布至经清洁的玻璃基板上。将所得基板在100℃ 下在空气条件下加热3分钟以蒸发溶剂，制得10μm厚的光转换层。

在加热之后，使膜在氮气流动条件下曝露于254nm UV光(2.3mW/cm²)3分钟。

接着，将绿彩转换层用甲苯冲洗一分钟，并在100℃下加热3分钟。

最后，获得制造至基板上的绿彩转换层。

将0.5g聚肉桂酸乙烯酯(购自Sigma-Aldrich)和0.005g氧化钛粉末(95％金红石， 在1微米细粉末下；购自Koujundo Chemical Laboratory Co.Ltd.)分散于甲苯(4g)中，并 在90℃下在空气条件中搅拌5分钟。

通过声波处理在丙酮中清洁玻璃基板。

接着使用旋涂技术(1,000r.p.m.持续30秒)将所得溶液涂布至经清洁的玻璃基板 上，并且使基板在100℃下在空气条件中加热。

在加热之后，使基板在氮气流动条件下曝露于254nm UV光(2.3mW/cm²)3分钟。

接着，将光散射层用甲苯冲洗一分钟，并在100℃下加热3分钟。

最后，获得制造至玻璃基板上的2μm厚光散射层。

接着，制造至基板上的绿彩转换层和制造至玻璃基板上的光散射层彼此直接 面对，且使用折射率为1.53的折射率匹配油接触。

制造作为光调制器的厚度为4μm的扭转向列型液晶(TN-LC)盒。

使用液晶(折射率各向异性；△n 0.1262，介电各向异性；△ε4.5，来自Merck KGaA)。

两个偏振器放置至两个TN-LC盒的基板上，使得透射轴与TN-CL盒的各侧的摩擦方 向一致。接着，制造一个正常白类型TN-LC盒。

接着，TN-LC盒面向光散射层的玻璃基板，并接触玻璃基板。

最后，制造电光切换元件1。

在此工作实施例中，使用制造至基板上的绿彩转换层和制造至玻璃基板上的 光散射层。替代地，绿彩转换层和/或光散射层可用熟知技术从基板剥掉，且其可用于 本发明。

工作实施例2：电光切换元件的制造

将1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)和0.02g红颜料二酮-吡咯并-吡咯 (Irgaphor红(red)B CF)以及0.2g红量子棒(来自Qlight Nanotech，发光的峰值波长； 631nm)分散于甲苯(2g)中，并在90℃下在空气条件中搅拌5分钟。

各量子棒的直径和长度使用TEM(透射电子显微镜；TEM)测量，分别为6nm和27nm。

通过声波处理在丙酮中清洁玻璃基板。

接着所得溶液使用刮刀技术涂布至经清洁的玻璃基板上，以制造厚度为10μm的光 转换层。所得基板在100℃下在空气条件下加热3分钟以蒸发溶剂。

在加热之后，基板在氮气流动条件下曝露于254nm UV光(2.3mW/cm²)3分钟。

接着，红彩转换层用甲苯冲洗一分钟，并在100℃下加热3分钟。

最后，获得制造至基板上的红彩转换层。

光散射层和作为光调制器的TN-LC盒以与工作实施例1中所述的相同方式制造。

光转换层、光散射层和TN-LC盒接着彼此直接面对，且以与工作实施例1中所述的 相同方式接触。

最后，制造电光切换元件3。

工作实施例3：电光切换元件的制造

电光切换元件3以与工作实施例1中所述的相同方式制造，除了光散射层放置至 彩转换层的相对侧上。

换言之，电光切换元件2包含玻璃基板/光散射层/玻璃基板/光转换层/TN-LC盒 (以此顺序)。

工作实施例4：电光切换元件的制造

将1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)、0.26g绿颜料(Heliogen Green K9360)、0.066g香豆素6(Sigma-Aldrich)和0.01g氧化钛粉末(95％金红石，在1微米细粉末 下；购自Koujundo Chemical Laboratory Co.Ltd.)分散于甲苯(2g)中，并在90℃下在空气 条件中搅拌5分钟。

通过声波处理在丙酮中清洁玻璃基板。

接着所得溶液使用刮刀技术涂布至经清洁的玻璃基板上，以制造10μm厚的光转换 层。所得基板在100℃下在空气条件下加热3分钟以蒸发溶剂。

在加热之后，将膜在氮气流动条件下曝露于254nm UV光(2.3mW/cm²)3分钟。

接着，将绿彩转换层用甲苯冲洗一分钟，并在100℃下加热3分钟。

最后，获得制造至基板上的绿彩转换层。

将厚度为4μm的扭转向列型液晶(TN-LC)盒以与工作实施例1中所述的相同方式制 造。

接着，将TN-CL盒面向光转换层，并与光转换层接触。

最后，制造电光切换元件4。

工作实施例5：评估工作实施例1至4中制造的电光切换元件

将405nm LED光源经由漫射板放置于正常白TN-LC盒下。将来自彩转换层与表 面成垂直方向的光使用亮度计CS-1000 A(Konica Minolta Holdings Inc.)测量。

当驱动电压施加于TN-CN盒时，来自光转换层的所发射光的强度减弱。其清楚地指 示TN-LC盒作为光调制器工作。所得结果展示于表1-1至1-4中。

表1-1；工作实施例1

表1-2；工作实施例2

表1-3；工作实施例3

表1-4；工作实施例4

工作实施例6：元件的制造及其测量

将1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)和0.26g绿颜料(Heliogen Green K9360)和0.066g香豆素6(Sigma-Aldrich)分散于甲苯(2g)中，并在90℃下在空气条件中搅 拌5分钟。

通过声波处理在丙酮中清洁玻璃基板。

接着所得溶液使用刮刀技术涂布至经清洁的玻璃基板上。所得基板在100℃下在 空气条件下加热3分钟以蒸发溶剂，从而制造厚度为10μm的光转换层。

在加热之后，膜在氮气流动条件下曝露于254nm UV光(2.3mW/cm²)3分钟。

接着，将绿彩转换层用甲苯冲洗一分钟，并在100℃下加热3分钟。

最后，获得制造至基板上的绿彩转换层。

将0.5g聚肉桂酸乙烯酯(购自Sigma-Aldrich)和0.005g氧化钛粉末(95％金红石， 在1微米细粉末下；购自Koujundo Chemical Laboratory Co.Ltd.)分散于甲苯(4g)中，并 在90℃下在空气条件中搅拌5分钟。

通过声波处理在丙酮中清洁玻璃基板。

接着将所得溶液使用旋涂技术(1,000r.p.m.持续30秒)涂布至经清洁的玻璃基板 上，并将基板在100℃下在空气条件中加热。

在加热之后，使基板在氮气流动条件下曝露于254nm UV光(2.3mW/cm²)3分钟。

接着，将光散射层用甲苯冲洗一分钟，并在100℃下加热3分钟。

最后，获得制造至玻璃基板上厚度为2nm的光散射层。

接着，制造至基板上的绿彩转换层和制造至玻璃基板上的光散射层彼此面 对，并使用折射率为1.53的折射率匹配油接触。

由此，制造元件6。

接着，如以下<6-1>和<6-2>中所述，元件6的光学性质(在入射光和度下的亮度 对比)使用装备有450nm LED光源作为背光源和National PRF-100W光源作为入射光源的亮 度计CS-1000A(KonicaMinolta Holdings Inc.)测量。

<6-1>

将元件6放置于450nm LED光源上方，使得元件6的光散射层面向450nm LED光源， 且绿彩转换层面向National PRF-100W光源。National PRF-100W光源以与元件6的绿 彩转换层的表面的正交轴成45°方向放置于元件6的表面上方30cm处。接着，CS-1000A 以与元件6的绿彩转换层的表面正交的方向设置。此测量的配置的示意图展示于图10 中。对于在入射光下元件的亮度对比的测量，首先将450nm LED光源以Lv＝2896.18cd/m²的 条件照射。接着关闭LED光以测量在入射光下元件的亮度对比。在测量期间，National PRF- 100W光源作为入射光源照射。

<6-2>

将元件6放置于450nm LED光源上方，使得元件6的绿彩转换层面向450nm LED 光源，且光散射层面向National PRF-100W光源。National PRF-100W光源以与元件6的光散 射层的表面的正交轴成45°方向放置于元件6的表面上方30cm处。并在以上<6-2>中提及的 相同条件中，测量元件6在入射光下的亮度对比。

表2展示所得结果。

表2

表2中的移⊿xy用以下式1计算；

⊿xy＝√((x_E-x_R)²+(y_E-y_R)²)–式1

(其中式1，符号“x_E”代表各实施例在度坐标中的x值，和“x_R”代表参照物的x值； “y_E”代表各实施例的y值，和“y_R”代表参照物的y值。)

如表2中所示，从光源观察，元件6在入射光下的亮度对比(<6-1>)(其中将元件6的 光散射层放置于绿光转换层后方)是元件6的亮度对比(<6-2>)(其中将元件6的光散射层放 置于入射光源侧中)的2.95倍。

另外，表2中清楚地展示<6-1>的移显著小于<6-2>的移。

工作实施例7：元件的制造及其测量

将1.0g聚肉桂酸乙烯酯(Sigma-Aldrich)和0.02g红颜料二酮-吡咯并-吡咯 (Irgaphor红B CF)以及0.2g红量子棒(来自QlightNanotech，发光的峰值波长；631nm) 分散于甲苯(2g)中，并在90℃下在空气条件中搅拌5分钟。

使用TEM(透射电子显微镜；TEM)测量的各量子棒的直径和长度分别为6nm和27nm。

通过声波处理在丙酮中清洁玻璃基板。接着将所得溶液使用刮刀技术涂布至经清 洁的玻璃基板上，以制造厚度为10μm的光转换层。将所得基板在100℃下在空气条件下加热 3分钟以蒸发溶剂。

在加热之后，使基板在氮气流动条件下曝露于254nm UV光(2.3mW/cm²)3分钟。

接着，将红彩转换层用甲苯冲洗一分钟，并在100℃下加热3分钟。

最后，获得制造至基板上的红彩转换层。

将光散射层以与工作实施例6中所述的相同方式制造，且所得元件7以与工作实施 例6如中所述的相同方式测量。

表3

如表3中所示，元件6在入射光下的亮度对比(<7-1>)(其中将元件7的光散射层放 置于背光源侧(经由绿彩转换层的入射光源的相对侧)中)是元件7的亮度对比(<7-2>) (其中将元件7的光散射层放置于入射光源侧中)的1.93倍。

另外，表3中清楚地展示<7-1>的移小于<7-2>的移。