TW201935726A - 光取出裝置 - Google Patents

Abstract

習知用的微透鏡陣列雖能夠提升OLED的光取出效率，但卻無法同時改善OLED因視角所導致的色偏現象。因此，本發明之主要目的在於提出一種光取出裝置，其主要由一基板與一光取出層所構成的一光取出裝置。特別地，該光取出層具有呈現不規則形狀的複數個微結構，且每一個微結構皆具有範圍介於5μm 至30μm之間的一特徵尺寸。另一方面，實驗數據證實，隨著該複數個微結構之平均特徵尺寸的下降，該複數個微結構之一擴散角係對應地增加，同時該發光元件的電流效率亦跟著提升。並且，實驗數據同時證實，本發明之光取出裝置的確具備改善發光元件的色偏現象之功能。

Description

光取出裝置

本發明係關於光學膜的技術領域，尤指應用於發光元件的一種光取出裝置。

有機發光二極體(Organic Light Emitting Device, OLED)最初係由柯達公司所提出。Tang與VanSlyke利用真空蒸鍍之方式分別將電洞傳輸材料與電子傳輸材料，例如Alq3，鍍覆於ITO玻璃之上，其後再蒸鍍一層金屬電極，如此，即完成具有自發光性、高亮度、高速反應、重量輕、厚度薄、低耗電、廣視角、可撓性、以及可全彩化之有機發光二極體(OLED)之製作。

請參閱圖1，係顯示習知的有機發光二極體元件的側面剖視圖。如圖1所示，習知的有機發光二極體元件1’係於結構上包括：一玻璃基板11’、一陽極電極12’、一主動層13’、以及一陰極電極14’。須特別說明的是，由於有機發光二極體元件1’係透過該玻璃基板11’出光，因此圖1顯示玻璃基板11’位於有機發光二極體元件1’之頂部。然而，於製作所述有機發光二極體元件1’之時，玻璃基板11’則是位於有機發光二極體元件1’之底部。

文獻一的研究指出，習用的有機發光二極體元件1’的出光受到了許多限制。於此，文獻一指的是：Hong et.al, “Review Paper: Recent Developments in Light Extraction Technologies of Organic Light Emitting Diodes”, Electronic Materials Letters, Vol. 7, No. 2 (2001), pp. 77-91。圖1的第一光路(light path)A’為主動層13’所發出的光的出光路徑，帶有約18%的出光效率(out-coupling efficiency, η_out )。另外，如圖1的第二光路B’所示，由於主動層13’(n_ORGANIC = 1.6-1.8)、陽極電極12’(n_ITO = 1.8)、玻璃基板11’(n_GLASS = 1.5)、與空氣(n_AIR = 1)的折射率皆不相同，膜層間的折射率差異導致光在元件內部做全反射，是以此波導模態(Waveguide mode)嚴重限制了光的導出並導致有機發光二極體元件1’之外部量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)的低下。另一方面，如圖1的第三光路C’所示，不同的基板材質也會衍生不同程度的基板模態(Substrate mode)來限制光的導出。另外，光入射主動層13’與金屬電極之間的介面之時會引發表面電漿共振模態(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)，此表面電漿共振模態與電極層金屬的吸收效應同為光取出的限制因素。

美國專利公開號US2014/131675 A1 揭示了應用於例如LED或OLED之發光元件之上的一種光取出元件，該光取出元件係包括由樹酯製成的一基層以及摻雜於該基層之中的複數個散射粒子。然而，該光取出元件需採用濕式塗佈方式製作，製程誤差經常導致基層厚度不一的現象。另一方面，美國專利號US 8,373,341揭示一種具有微透鏡陣列的有機發光二極體。根據其揭示內容可以得知，微透鏡陣列內的每一個微透鏡皆具有一曲率半徑/基板厚度比(R/T ratio)，且所述R/T比係介於1.4至4.9之間。然而，即使此微透鏡陣列有助於提升有機發光二極體的光取出效率(light outcoupling efficiency)，但仍無法顯著改善有機發光二極體因視角(Viewing angle)所導致的色偏現象。

由上述說明，吾人可以得知，如何設計開發出能夠提升有機發光二極體的光取出效率並同時改善其色偏現象的一種光取出元件已成為最重要的研究課題。有鑑於此，本發明之創作人係極力加以研究發明，而終於研發完成本發明之一種光取出裝置。

習知技術通常以微透鏡陣列作為OLED的光取出元件。雖然習知的光取出元件能夠提升OLED的光取出效率(light outcoupling efficiency)，但卻無法同時改善OLED因視角(Viewing angle)所導致的色偏現象。因此，本發明之主要目的在於提出一種光取出裝置，其主要由一基板與一光取出層所構成的一光取出裝置。特別地，該光取出層具有呈現不規則形狀的複數個微結構，且每一個微結構皆具有範圍介於5μm 至30μm之間的一特徵尺寸。另一方面，實驗數據證實，隨著該複數個微結構之平均特徵尺寸的下降，該複數個微結構之一擴散角係對應地增加，同時該發光元件的電流效率亦跟著提升。並且，實驗數據同時證實，本發明之光取出裝置的確具備改善發光元件的色偏現象之功能。

為了達成上述本發明之主要目的，本案之發明人係提供所述光取出裝置之一實施例，係應用於一發光元件之上，並包括： 一基板，係連接至該發光元件之一出光側(light outcoupling side)； 一光取出層，係形成於該基板之上，並包括：一基層及形成於該基層之上的複數個微結構； 其中，該複數個微結構為不規則形狀，並具有範圍介於5μm範圍至30μm之間的一特徵尺寸。

於前述本發明之光取出裝置的實施例中，該複數個微結構具有一色光之半高寬(Full Width at Half Maximum, FWHM)強度的一擴散角，且該擴散角介於5^o 至80^o 之間；並且，隨著該複數個微結構之該特徵尺寸的下降，該擴散角係對應地增加。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種光取出裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

請參閱圖2，係顯示具有本發明之一種光取出裝置的發光元件之剖面圖。如圖所示，本發明之光取出裝置1係應用於一發光元件2之上，例如有機發光二極體(Organic light-emitting diode, OLED)、主動矩陣式有機發光二極體(Active-matrix organic light-emitting diode, AMOLED)、微發光二極體(Micro light-emitting diode, μMiD)、或發光二極體(Light-emitting diode, LED)。圖2所示之發光元件2即為一個有機發光二極體。

繼續地參閱圖2，並請同時參閱圖3所顯示的本發明之光取出裝置的剖面圖。根據本發明之設計，所述光取出裝置1係包括：一基板11以及一光取出層12，其中，該基板11由一光學材料製成並連接至該發光元件2之一出光側。所述光學材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)、聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, PET)、上述任兩者之組合、或上述任兩者以上之組合。並且，該光取出層12的製造材料基本上係相同於基板11，且其係形成於該基板11之上，並包括：一基層121以及形成於該基層121之上的複數個微結構122。

請再同時參閱圖4，係顯示光取出層的示意性剖面圖。於本發明中，特別地，該複數個微結構122於形狀上是不規則的，且每一個微結構122皆具有範圍介於5μm 至30μm之間的一特徵尺寸。必須特別說明的是，基於外形的不規則，所述特徵尺寸可以解讀為grain size或cell size。當然，雖然圖3與圖4顯示該複數個微結構122於形狀上是不規則的，但是於實務應用上也可以透過翻膜技術或微影蝕刻技術將其外形設計成波浪狀或鋸齒狀。

即使該複數個微結構122於形狀上是不規則的，吾人仍可透過量測設備測得相鄰微結構122之間的間距。圖5A與圖5B顯示複數個微結構的掃描式電子顯微鏡影像圖(Scanning Electron Microscope, SEM)。由圖4、圖5A與圖5B可以得知，該複數個微結構122彼此之間距D介於5μm至60μm之間。並且，該複數個微結構122之高度H係介於1 μm至25μm之間。

本發明之光取出裝置1係應用於一發光元件2之上，用以提升該發光元件2的光取出效率(light outcoupling efficiency)並可同時改善其色偏現象。為了證實本發明之光取出裝置1的確具備上述兩個應用上的優點，本案發明人完成了相關驗證實驗。驗證實驗包括7組光取出裝置1的樣品，整理於下表(1)之中。由表(1)的數據可以發現，複數個微結構122具有一色光之半高寬(Full Width at Half Maximum, FWHM)強度的一擴散角；並且，對應於不同樣品的平均特徵尺寸(5μm ~30μm)之改變，該擴散角係介於5^o 至80^o 之間。 表(1)

圖6顯示擴散角相對於電流效率相對值的資料曲線圖。須特別說明的是，圖6的數據係量測自具有不同光取出裝置1的樣品(1-7)的7組有機發光二極體。並且，綜合上表(1)與圖6的數據可以得知，隨著該複數個微結構122之平均特徵尺寸的下降，該擴散角係對應地增加，同時有機發光二極體的電流效率亦跟著提升。因此，表(1)與圖6的實驗數據係證實本發明之光取出裝置1的確具備提升發光元件2的光取出效率(light outcoupling efficiency)之效能。

圖7顯示視角相對於輝度(Illuminance)相對值的資料曲線圖。須特別說明的是，圖7中的樣品0指的是不包含本發明之光取出裝置1的有機發光二極體。由圖7的數據可以得知，樣品0的電流效率相對值係隨著視角的上升而大幅下降。然而，相較於樣品0，具有不同光取出裝置1的樣品(2, 3, 5, 6, 7)的有機發光二極體，其在不同視角所量測到的電流效率相對值係高於樣品0。進一步地，圖8A顯示視角相對於CIE-X的資料曲線圖，且圖8B顯示視角相對於CIE-Y的資料曲線圖。圖8A的數據顯示，具有不同光取出裝置1的樣品(2, 3, 5, 6)的有機發光二極體，在不同視角所量測到的CIE-X座標之間的差值不超過0.005。同時，圖8B的數據顯示，具有不同光取出裝置1的樣品(2, 3, 5, 6)的有機發光二極體，在不同視角所量測到的CIE-Y座標之間的差值不超過0.01。因此，圖7、圖8A與圖8B的實驗數據係證實本發明之光取出裝置1的確具備改善發光元件2的色偏現象之效能。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之光取出裝置的組成與特徵；經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之優點：

(1)習知技術通常以微透鏡陣列作為OLED的光取出元件。雖然習知的光取出元件能夠提升OLED的光取出效率(light outcoupling efficiency)，但卻無法同時改善OLED因視角(Viewing angle)所導致的色偏現象。因此，本發明提出由一基板11與一光取出層12所構成的一光取出裝置1。特別地，該光取出層12具有呈現不規則形狀的複數個微結構122，且每一個微結構122皆具有範圍介於5μm 至30μm之間的一特徵尺寸。另一方面，實驗數據證實，隨著該複數個微結構122之平均特徵尺寸的下降，該複數個微結構122之該擴散角係對應地增加，同時該發光元件2的電流效率亦跟著提升。並且，實驗數據同時證實，本發明之光取出裝置1的確具備改善發光元件2的色偏現象之效能。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

＜本發明＞

1‧‧‧光取出裝置

2‧‧‧發光元件

11‧‧‧基板

12‧‧‧光取出層

121‧‧‧基層

122‧‧‧微結構

D‧‧‧間距

H‧‧‧高度

＜習知＞

1’‧‧‧有機發光二極體元件

11’‧‧‧玻璃基板

12’‧‧‧陽極電極

13’‧‧‧主動層

14’‧‧‧陰極電極

A’‧‧‧第一光路

B’‧‧‧第二光路

C’‧‧‧第三光路

圖1係顯示習知的有機發光二極體元件的側面剖視圖； 圖2係顯示具有本發明之一種光取出裝置的發光元件之剖面圖； 圖3顯示本發明之光取出裝置的剖面圖； 圖4係顯示光取出層的示意性剖面圖； 圖5A與圖5B顯示複數個微結構的掃描式電子顯微鏡影像圖(Scanning Electron Microscope, SEM)； 圖6係顯示擴散角相對於電流效率相對值的資料曲線圖； 圖7係顯示視角相對於輝度(Illuminance)相對值的資料曲線圖； 圖8A係顯示視角相對於CIE-X的資料曲線圖；以及 圖8B顯示視角相對於CIE-Y的資料曲線圖。

Claims (7)

1. 一種光取出裝置，係應用於一發光元件之上，並包括： 一基板，係連接至該發光元件之一出光側(light outcoupling side)； 一光取出層，係形成於該基板之上，並包括： 一基層及形成於該基層之上的複數個微結構； 其中，該複數個微結構為不規則形狀，並具有範圍介於5μm 至30μm之間的一特徵尺寸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光取出裝置，其中，該發光元件可為下列任一者：有機發光二極體(Organic light-emitting diode, OLED)、主動矩陣式有機發光二極體(Active-matrix organic light-emitting diode, AMOLED)、微發光二極體(Micro light-emitting diode, μLED)、或發光二極體(Light-emitting diode, LED)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光取出裝置，其中，該複數個微結構具有一色光之半高寬(Full Width at Half Maximum, FWHM)強度的一擴散角，且該擴散角介於5^o 至80^o 之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光取出裝置，其中，相鄰的兩個微結構之間具有高度差。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光取出裝置，其中，任兩個微結構之間具有一間距，且該間距係介於5μm至60μm之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光取出裝置，其中，該複數個微結構具有範圍介於1μm至25μm的一高度。
7. 如申請專利範圍第3項所述之光取出裝置，其中，隨著該複數個微結構之該特徵尺寸的下降，該擴散角係對應地增加。