TW202213838A - 具有改善的光學輸出耦合效率的有機電致發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示案的實施例一般相關於電致發光裝置(例如，有機發光二極體)和包含電致發光裝置的顯示器。在一實施例中，提供了一種電致發光裝置，包含：一像素定義層；一有機發光單元，該有機發光單元設置於該像素定義層的至少一部分上；及一填充層，該填充層設置於該有機發光單元的至少一部分上，其中該像素定義層的折射率小於該填充層的折射率，且其中該像素定義層的折射率小於該有機發光單元的一個或更多個層的折射率。在另一實施例中，提供了一種顯示裝置，包含：一基板；一薄膜電晶體，在該基板上形成該薄膜電晶體；一內部連接，該內部連接電性耦合至該薄膜電晶體；及一電致發光裝置，該電致發光裝置電性耦合至該內部連接。

Description

具有改善的光學輸出耦合效率的有機電致發光裝置
本揭示案的實施例一般相關於電致發光裝置和包含電致發光裝置的顯示器。更特定地，本文描述的實施例相關於有機發光二極體結構及其應用。
有機發光二極體(OLED)是一種電致發光裝置，當受到電流驅動時發射光。由於它們輕的重量、柔韌性、寬視角和快速響應時間，OLED在顯示技術中變得越來越重要。在典型的OLED結構中，內部量子效率(IQE)和外部量子效率(EQE)之間存在明顯的效率損失。這樣，由於OLED和功能層中的光學參數不匹配，大量的發射光被捕獲於OLED顯示器內部，且發射光沿著水平方向(在與基板平行的方向上)逸出。例如，即使IQE為100%，現有裝置配置僅達到小於約25%的EQE。除了光能損失外，洩漏的光可被提取進入相鄰像素的空氣，從而減低了顯示的清晰度和對比度。
儘管改善EQE的結構(例如微透鏡、表面紋理、散射、嵌入式低折射率網格、嵌入式光柵/波紋、嵌入式光子晶體、和高折射率基板)可提供EQE的增強，該等結構在許多態樣中存在問題。例如，該等結構可能與特定OLED結構不可相容，可能降低顯示解析度和圖像品質，可能需要困難且昂貴的製造，可能依賴於波長，及/或僅適用於底部發光的OLED。此外，使用該等結構可能會導致串擾或圖像模糊，從而降低其顯示解析度和圖像品質。
需要克服常規OLED結構和裝置的一個或更多個缺陷的新的和改善的OLED結構裝置。
本揭示案的實施例一般相關於電致發光裝置和包含電致發光裝置的顯示器。更特定地，本文描述的實施例相關於有機發光二極體結構及其應用。
在一實施例中，提供了一種電致發光裝置，包含：一像素定義層；一有機發光單元，該有機發光單元設置於該像素定義層的至少一部分上，該有機發光單元包括一個或更多個層；及一填充層，該填充層設置於該有機發光單元的至少一部分上。該像素定義層的一折射率小於該填充層的一折射率且小於該有機發光單元的該一個或更多個層的一折射率。
在另一實施例中，提供了一種電致發光裝置，包含：一像素定義層，該像素定義層設置於一底部電極的至少一部分上；一有機發光單元，該有機發光單元設置於該像素定義層的至少一部分上；一頂部電極，該頂部電極設置於該有機發光單元的至少一部分上；該有機發光單元包括一個或更多個層；及一填充層，該填充層設置於該頂部電極的至少一部分上。該像素定義層的一折射率小於該填充層的一折射率且小於該有機發光單元的該一個或更多個層的一折射率。該填充層的該折射率大於或等於該有機發光單元的該一個或更多個層的該折射率。該頂部電極包括一透明傳導氧化物材料、一半透明傳導氧化物材料、一金屬、一金屬合金、或上述之一組合。
在另一實施例中，提供了一種顯示裝置，包含：一基板；一薄膜電晶體，在該基板上形成該薄膜電晶體；一內部連接，該內部連接電性耦合至該薄膜電晶體；及一電致發光裝置，該電致發光裝置電性耦合至該內部連接。該電致發光裝置包含：一像素定義層；一有機發光單元，該有機發光單元設置於該像素定義層的至少一部分上，該有機發光單元包括一個或更多個層；及一填充層，該填充層設置於該有機發光單元的至少一部分上。該像素定義層的一折射率小於該填充層的一折射率且小於該有機發光單元的該一個或更多個層的一折射率。
本揭示案的實施例一般相關於電致發光裝置和包含電致發光裝置的顯示器。更特定地，本文描述的實施例相關於有機發光二極體結構及其應用。本文揭露了具有改善的光提取效率和改善的外部量子效率(EQE)的OLED結構。簡而言之，新的和改善的OLED結構具有像素定義層(PDL)、填充材料、有機發光單元、及在頂部發光配置中包含透明傳導氧化物材料、半透明傳導氧化物材料、金屬、金屬合金或上述組合的頂部電極(例如，陰極)。PDL是具有比填充材料和有機發光單元的一個或更多個層都低的折射率的材料(例如，有機材料)。本文所述的OLED裝置的反射機制至少基於全內部反射(TIR)效應。如下文中更詳細地描述的，在OLED堆疊中(例如，填充材料、有機發光單元、和頂部電極)使用具有比其上方的材料更低的折射率的PDL材料會加劇並增加反射來自PDL-有機發光單元界面的波導光朝向提取表面/界面。 PDL與PDL上方的層(例如，有機發光單元、填充層、和頂部電極)之間的高折射率對比度導致入射光的全內部反射，從而允許入射光反射回去朝向提取方向進入有機發光單元。藉由加入額外材料(例如層/結構)而設置在PDL的至少一部分上(具有比OLED堆疊更高的折射率)，可進一步加強該高折射率對比度。替代地，設置在PDL的至少一部分上的額外材料(例如層/結構)具有比PDL的折射率低的折射率。當例如難以獲得低折射率的PDL材料時，可使用該實施例。
一些常規的OLED結構藉由採用反射金屬表面來解決波導損耗機制，該反射金屬表面作用如同鏡子，以傾斜或水平地反射最初不能從OLED提取出的運輸光。與該等常規OLED結構相反，本文所述的OLED結構採用低折射率PDL而不使用額外的反射鏡。消除反射鏡的使用可藉由在OLED製造期間移除沉積和圖案化操作以製造反射鏡來簡化製造。此外，即使沒有反射鏡，本文所述的OLED結構具有EQE增強。據此，本文所述的OLED結構和裝置減輕了光洩漏和效率損失。相對於常規的OLED裝置和結構，本文描述的OLED裝置和結構可允許更好的效能而沒有額外的結構，且可適用於所有OLED結構(例如，頂部發光OLED和底部發光OLED)。
另外，一些常規的OLED結構使用光子晶體來改善光提取。然而，光子晶體的特性可能與波長高度相關。據此，針對紅、綠、和藍子像素需要三種光子晶體。本文所述的OLED結構沒有這種限制。此外，一些用於改善光提取的方法僅適用於底部發光OLED。相反地，本文描述的OLED結構適用於頂部和底部發光OLED結構兩者。
OLED是具有有機層堆疊的兩終端薄膜結構，該有機層堆疊包含夾在兩個電極之間的發光有機層。電極中的至少一者是透明或半透明的，允許發射的光通過。在典型的OLED結構中，內部量子效率(IQE)和外部量子效率(EQE)之間存在明顯的效率損失。這樣，大量的發射光被捕獲在OLED顯示器內部。由於在例如OLED和功能層中的光學參數的不匹配，發射光也可沿著水平方向(在與基板平行的方向上)逸出。例如，即使IQE為100%，現有裝置配置僅達到小於約25%的EQE。除了光能損失外，洩漏的光可被提取進入相鄰像素的空氣，從而減低了顯示的清晰度和對比度。
常規OLED裝置中光損失的根本原因是以下事實：光是在高折射率材料中產生的，且必須被傳輸到具有低折射率(n=1)的空氣。如果入射角大於臨界角，光會經歷全內部反射，並可從裝置邊緣逸出及/或轉化為熱。光損失造成較低效率，且較低效率意味著裝置更難被驅動以獲得相同的亮度。結果，減低了裝置的使用壽命及/或可靠性。由於大的折射率不匹配和常規OLED結構中的界面數量，光學輸出耦合效率沒有最大化。下面在常規OLED結構中進一步說明了光損耗，根據相對於基板的光發射方向，將該等結構分類為底部發光OLED或頂部發光OLED。
圖1展示了常規的底部發光OLED結構100。底部發光OLED發光穿過透明或半透明基板105。常規的底部發光OLED結構100通常由堆疊在頂部反射電極130和透明或半透明電極110之間的單個或多個有機材料層120組成。用於電極、載流子運輸層(例如，電洞運輸層(HTL)、電子運輸層(ETL))、和發光層(EML)的材料組合可提供接近100%的IQE。在常規的底部發光OLED結構100中，各種材料的折射率造成具有較大角度的內部產生的光的大部分藉由在電極-基板界面處的全內部反射而被限制在裝置中而不進入基板以用於輸出耦合進入空氣。針對進入透明或半透明基板105的光，由於透明基板的折射率(n)比空氣的折射率高(例如，玻璃基板的n約為1.5)，再次地，具有較大角度的光的大部分藉由在基板-空氣界面處的全內部反射而被限制在基板中而不會輸出耦合進入空氣。這樣，在常規的底部發光OLED結構100中，光學輸出耦合效率通常被限制為僅20-25%。
圖2展示了常規的頂部發光OLED結構200。頂部發光OLED發射與基板方向相反的方向。頂部發光OLED結構200包含基板205(例如玻璃或塑膠)、底部反射電極210、有機層220、及透明(或半透明)電極230(例如氧化銦錫(ITO)、金屬合金(例如，Mg:Ag)、或薄金屬，如圖2中所展示)。在一些情況下，可進一步使用透明鈍化層或蓋層來覆蓋透明(或半透明)電極230。由於有機層(通常n≥1.7)、透明電極(通常n≥1.8)及/或透明鈍化層或蓋層的折射率比空氣的折射率高，內部產生的光的大部分被裝置-空氣界面處的全內部反射限制在裝置中且不能輸出耦合至空氣，如圖2中所展示。因此，在典型的頂部發光OLED結構中，光學輸出耦合效率通常也受到限制。因此，為了達到高效節能的OLED顯示器，應藉由將原本捕獲的OLED光進行輸出耦合來提高光學輸出耦合效率。據此，且在一些實施例中，在下文中參考圖3至圖5描述的OLED結構與常規OLED結構相比具有改善的光學輸出耦合效率。
本文描述的實施例也克服了常規OLED結構和裝置的EQE挑戰和其他挑戰。本文所述的OLED結構和裝置可在PDL和PDL上方的層(例如，有機發光單元、填充層、和頂部電極)之間包含高折射率對比度。該高對比度導致入射光的全內部反射(對比度越高，TIR的臨界角越小)，從而允許入射光朝著提取方向反射回到有機發光單元中。在一些實施例中，OLED結構包含低折射率PDL(例如，n為約1.6或更小)、具有大於PDL的折射率的折射率的有機發光單元、及具有大於或等於有機發光單元的層的折射率的折射率的填充層。
儘管本文描述的實施例是針對頂部發光OLED而展示，可考慮底部發光OLED。包含層之間的高折射率對比度的類似原理可應用於底部發光OLED佈置。
圖3A根據本揭示案的至少一個實施例展示了範例OLED結構300的橫截面。範例OLED結構300是頂部發光OLED。範例OLED結構300包含基板302。基板302可為任何合適的材料，例如玻璃(剛性或柔性)、塑膠、金屬箔(例如Al箔或Cu箔)、聚合物(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、和聚醯亞胺(PI))，或上述之組合。底部電極304(例如，陽極)，例如反射電極，設置在基板302的至少一部分上。底部電極304可為具有良好傳導性和高反射率的高度透明(或半透明)材料的組合。當底部電極作為陽極時，底部電極304可擁有較高的功函以減輕從底部電極304進入OLED堆疊的電洞注射層的電洞注射。針對底部電極304的材料的非限制性範例包含一個或更多個氧化物、一個或更多個金屬、一個或更多個金屬合金、或上述之組合，例如Ag、Al、Mo、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、摻氟氧化錫(FTO)、摻雜氧化鋅、或上述之組合。在一些範例中，可使用包括ITO/Ag/ITO的底部電極304。在至少一個實施例中，底部電極304可為與一個或更多個傳導材料組合的分佈式布拉格反射器(DBR)。DBR包括高折射率材料和低折射率材料的堆疊。在合適的設計中，即使由兩個或更多個透明介電材料製造時，DBR也可為高度反射性。DBR可為非導電的。當使用非導電的DBR時，DBR可與上述某些傳導性材料組合以形成底部電極。
OLED結構進一步包含PDL 306，PDL 306設置在基板的至少一部分上及/或設置在底部電極304的至少一部分上。PDL 306是定義OLED結構的像素區域的一個或更多個層的材料。PDL 306提供隔離，使得每個像素可分別開啟。也使用PDL 306以定義OLED發光區域及/或用於平坦化傳入基板的形貌。在製造期間，可在底部電極304的頂部上毯式塗覆PDL 306，且隨後的光刻處理可在PDL 306中造成開口，從而提供OLED發光區域。PDL 306也可毯式塗覆在基板302上。
在一些實施例中，PDL 306包含具有高電阻及/或電絕緣的一個或更多個材料。可在PDL 306中使用的材料的非限制性範例包含可整合進OLED製造中的任何合適的材料，例如聚合物、光阻、樹脂、丙烯酸、介電材料或上述之組合。一個合適的材料包含氟化樹脂。在一些實施例中，PDL 306在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下具有約1.6或更低的折射率，例如從約1.0至約1.4或例如從約1.1至約1.3(例如，UV、近紅外光、和可見光，例如約380 nm至約780 nm)。在至少一個實施例中，PDL 306在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下具有n 1至n 2或從n 1至n 2的範圍的折射率(n)，其中只要n 2大於n 1，n 1和n 2之每一者各自為約1.0、約1.1、約1.2、約1.3、約1.4、約1.5、或約1.6。在一些實施例中，PDL 306層的折射率可小於電致發光區域的折射率。
範例OLED結構300進一步包含有機發光單元308。有機發光單元308具有第一表面(例如，底部表面)、相對於第一表面以一角度安置的第二表面、和平行於或實質平行於第一表面的第三表面(例如，頂部表面)。可在有機發光單元308中使用的材料的非限制性範例包含可整合進OLED製造中的任何合適的材料，例如有機材料。有機發光單元308包含一個或更多個層。
在一些實施例中，有機發光單元308的一個或更多個層在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下具有約1.3或更大的折射率，例如從約1.3到約2.4，例如從約1.5到約2.2，例如從約1.6至約1.9，或從約1.8至約2.0(例如，UV、近紅外光、和可見光，例如約380 nm至約780 nm)。在至少一個實施例中，有機發光單元308在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下具有n 3至n 4或從n 3至n 4的範圍的折射率，其中只要n 4大於n 3，n 3和n 4之每一者各自為約1.3、約1.4、約1.5、約1.6、約1.7、約1.8、約1.9、約2.0、約2.1、約2.2、約2.3、或約2.4。
有機發光單元308設置在PDL 306的至少一部分上。有機發光單元308也設置在底部電極304的至少一部分上。範例OLED結構300進一步包含設置在有機發光單元308的至少一部分上的頂部電極310(例如，陰極)。在一些實施例中，頂部電極310具有適當的傳導性和透明度。用於頂部電極310的材料的非限制性範例可包含一個或更多個金屬、一個或更多個金屬合金、一個或更多個氧化物、一個或更多個透明或半透明材料、或上述之組合。例如，可使用透明傳導性氧化物(例如，氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO))、Ag、Al、Mo、摻氟氧化錫(FTO)、摻雜氧化鋅、或上述之組合。
範例OLED結構300進一步包含設置在頂部電極310的至少一部分上的填充層312。填充層312可為光指數匹配層。亦即，填充層312可具有大於或等於有機發光單元308的層的折射率的折射率。填充層312也可具有大於PDL 306的折射率。填充層312可避免全內部反射並將光提取出OLED。這樣，填充層312可作為光運輸或波導媒體，以將光引導進入反射界面或提取出。在一些實施例中，填充層312包含在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍中擁有低至零的吸收率(例如，消光係數k＜0.1，例如k〜0)的一個或更多個材料。可在填充層312中使用的材料的非限制性範例包含可整合進OLED製造中的任何合適的材料，例如有機材料、無機材料、樹脂、或上述之組合。填充層312可包含複合物，例如膠體混合物，其中膠體是高折射率的無機材料，例如TiO 2。在一些實施例中，填充層312在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下具有約1.6或更大的折射率，例如從約1.8到約2.4，例如從約1.8到約1.9，例如從約1.9至約2.0，或從約2.0至約2.2(例如，UV、近紅外光、和可見光，例如約380 nm至約780 nm)。在至少一個實施例中，填充層312在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下具有n 5至n 6或從n 5至n 6的範圍的折射率，其中只要n 6大於n 5，n 5和n 6之每一者各自為約1.6、約1.7、約1.8、約1.9、約2.0、約2.1、約2.2、約2.3、約2.4、或約2.5。
通常，可按以下方式製造範例OLED結構300。底部電極304可藉由例如光刻來沉積在基板上。在有源矩陣顯示器中，存在導線連接以通過通孔將OLED底部電極連接到薄膜電晶體(TFT)。在形成底部電極304之後，接著可沉積PDL 306。針對光阻型PDL，可將PDL毯式塗覆在底部電極上，接著藉由光刻來圖案化。在藉由光刻形成PDL開口之後，可依次沉積有機層。通常，可藉由熱蒸發在真空下沉積有機層。另外，可在圖案化或沒有圖案化的情況下將有機層以及頂部電極310沉積在像素上，使得有機層和頂部電極310延伸直至堤上邊緣。
圖3B根據本揭示案的至少一個實施例展示具有各種角度、寬度(W 1)、和高度(H)的範例OLED結構300。如圖3B中所展示，W 1是像素開口，是未被PDL覆蓋的底部電極304的寬度，且H是從填充層312的上邊緣延伸到底部電極304的頂部邊緣的高度。
在一些實施例中，PDL的角度(Θ B)是PDL與底部電極304的相交角，是從約40°至約70°，例如從約45°至約65°，例如從約50°至約55°。在至少一個實施例中，PDL的角度為Θ B1至Θ B2或從Θ B1至Θ B2的範圍，其中只要Θ B2大於Θ B1，Θ B1至Θ B2之每一者各自為約40°，約41°，約42°，約43°，約44°，約45°，約46°，約47°，約48°，約49°，約50°，約51°，約52°，約53°，約54°，約55°，約56°，約57°，約58°，約59°，約60°，約61°，約62°，約63°，約64°，約65°，約66°，約67°，約68°，約69°或約70°。
在至少一個實施例中，H/W 1比為從約0.01至約5，例如從約0.1至約4，例如從約0.25至約1。
在至少一個實施例中，填充層312在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下具有n 5至n 6或從n 5至n 6的範圍的折射率，其中只要n 6大於n 5，n 5和n 6之每一者各自為約1.6、約1.7、約1.8、約1.9、約2.0、約2.1、約2.2、約2.3、約2.4、或約2.5。
圖4根據本揭示案的至少一個實施例展示範例有機發光單元308的橫截面。有機發光單元308可設置在底部電極304的至少一部分上。上面參考圖3A提供了底部電極的非限制性描述。當底部電極是陽極時，底部電極304帶正電以將電洞(例如，缺乏電子)注射進入有機發光單元，例如，有機發光單元308。有機發光單元308包括複數個有機層，包含設置在底部電極304的至少一部分上的電洞注射層(HIL)405(未展示)、設置在HIL 405的至少一部分上的電洞運輸層(HTL)410、設置在HTL 410的至少一部分上的發光層(EML)415、設置在EML 415的至少一部分上的電子運輸層(ETL)420、及設置在ETL 420的至少一部分上的電子注射層(EIL)425。HIL 405緩解了從底部電極304注射電洞進入有機發光單元308。HTL 410支援跨HTL 410的電洞運輸，使得電洞可到達EML 415。HTL 410可為擁有良好電洞行動性的有機材料。在頂部發光OLED中，可調整有機發光單元308的各種有機層的厚度以滿足空穴的參數。可調整HTL 410的厚度以便調整有機發光單元308的總厚度。EML 415是電能被轉換成光的地方。ETL 420支援跨ETL 420的電子運輸，使得電子可到達EML 415。當頂部電極為陰極時，EIL 425緩解了從頂部電極310注射電子進入有機發光單元308。
在一些實施例中，有機發光單元308進一步包含電洞阻擋層及/或電子阻擋層。在該等實施例中，電洞阻擋層可設置於EML 415和ETL 420之間；電子阻擋層可設置於HTL 410和EML 415之間；及/或電子阻擋層可設置於HIL 405和EML 415之間。
在一些實施例中，可在PDL 306的至少一部分上設置額外結構(例如，一個或更多個高折射率層)，以進一步加強與PDL的折射率對比。然後，有機發光單元308設置在額外結構上。額外的高折射率層可具有大於其下方的層的折射率的折射率，從而加強了PDL 306和額外結構之間的折射率的差異，導致更大的TIR效果。可使用該額外結構於以下應用中：例如，用於填充層312和有機發光單元308的材料受限及/或高折射率的填充層312可能不適用於高體積沉積。然後，在這種情況下，可使用PDL 306上的額外結構來增加折射率對比度。
本文描述的實施例通常也相關於顯示裝置，例如AMOLED裝置。在包括多個顯示元件的AMOLED顯示器中，由圖案化的底部電極的陣列來定義OLED像素，每一者與像素驅動器連接，該像素驅動器通常包含一個或更多個薄膜電晶體(TFT)、金屬佈線、和電容器。用於OLED裝置的範例像素驅動器可包含與掃描線連接的開關電晶體、資料線、與OLED射極連接的電流調節電晶體(有時稱為功率TFT)、及與電流調節器的閘極和開關電晶體的汲極連接的儲存電容器。可採用更複雜的像素驅動電路來改善顯示均勻性和操作穩定性。結果，像素驅動器可與像素區域內部的發光元件競爭，而底部發光顯示器可限於某些像素間距尺寸。
圖5根據本揭示案的至少一個實施例展示AMOLED結構500的範例像素的橫截面。AMOLED結構可利用上述具有高的光輸出耦合效率的OLED結構(例如，範例OLED結構300)。AMOLED結構500至少具有增強的發光效率。
AMOLED結構500的範例像素包含基板502。薄膜電晶體(TFT)510(例如，TFT驅動電路陣列)設置於基板502的至少一部分上及/或在基板502的至少一部分上形成。內部連接505設置於TFT 510和OLED 515的至少一部分之間，使得TFT 510可驅動和控制OLED 515。內部連接505藉由底部電極304電性耦合到有機發光單元308，且內部連接505電性耦合到TFT 510。通常，可藉由首先執行幾次光刻操作以產生TFT來形成AMOLED結構500。在形成TFT 510之後，可在TFT 510頂部上產生平面層，使得可將底部電極304沉積在平面層上。接下來，可如上述藉由例如在高度真空中的熱蒸發或藉由例如噴墨印刷的其他方法以在底部電極304上形成OLED 515。AMOLED結構500可在適用時包含額外元件，例如背面板(TFT陣列)、前面板(發光結構)、薄膜封裝(TFE)、和偏振器。AMOLED可額外具有掃描線和資料線。掃描線操作以開啟像素，而資料線操作以寫入數值以發射光。 範例
以下範例是針對本揭示案的一個或更多個實施例的說明性但非限制性範例。 範例 1
圖6A展示了S偏振光(R S)和P偏振光(R P)的範例PDL側壁反射率與變化的波長和入射角(AOI)的關係。針對該等範例，填充物和PDL的折射率分別為約1.81和約1.52。填充物和像素上方的層是空氣，具有1.0的折射率。觀察到截止線在約55度到約60度的AOI之間，這是由於填充物(較高)和像素PDL(較低)的折射率差異而導致的全內部反射的臨界角。該範例說明，可藉由增加PDL和填充物的折射率之間的差異來增強TIR。圖6B展示了指示具有不同折射率的各種填充物的PDL側壁的反射率的範例。當使用具有較高折射率值的填充物(因此與PDL具有較大折射率差異)時，截止線會移動到較小的AOI。 範例 2
為了避免光穿透進入PDL的損失，可將像素結構設計為藉助全內部反射現象使光在側面反射，從而增加光提取效率。除了填充物和PDL之間的折射率差異之外，像素的各種結構參數(例如，PDL的堤角(θ B)和像素的高寬比)可影響提取。如圖7中所展示，當從有機發光單元發射光時，入射光的初始發射角θ 1(與底部電極304的法線有關的發射角)與PDL的堤角θ B之間的關係可分為兩個組。H和W 1如上述。θ 1是初始發射角，θ 2是填充物/PDL界面的入射角，且θ 3是藉由PDL界面重新定向後至填充物上界面的入射角。
路徑1滿足等式θ 1+θ B≤90°，其中光首先入射到填充物和上方層之間的水平界面(例如，空氣，稱為上填充物界面)。路徑2是θ 1+θ B＞90°的光，且該光首先入射到填充物和PDL之間的傾斜界面(以下稱為填充物/PDL界面)。為了簡化討論，不包含處理之間從路徑1到路徑2的轉換。
如圖7中所展示，可按以下方式分析路徑1和路徑2的光：路徑1是首先入射到上填充物界面上的光。由於底部電極應平行於上填充物界面，光在上填充物界面處具有與初始發射角θ 1相同的入射角。假設上界面擁有由填充物和填充物上方的材料的折射率差異產生的全內部反射的臨界角θ c,filler。針對小於θ c,filler的入射角θ 1，可直接在外部耦合光。針對路徑1的其餘部分，光在界面處經歷全內部反射且反射回到填充物/PDL界面。幾何關係可定義光在填充物/PDL界面處的入射角θ 2。假設填充物/PDL界面擁有由填充物和PDL的折射率差異產生的全內部反射的臨界角θ c,PDL。如果θ 2小於θ c,PDL，大部分光將穿透進入PDL並成為穿透進入PDL的光的損失。如果θ 2大於或等於θ c,PDL，則光在填充物/PDL界面處形成全內部反射，且光被反射到上填充物界面。幾何關係定義光從填充物/PDL界面反射後在上填充物界面的入射角θ 3。然後，如果θ 3小於臨界角θ c,filler，光可平緩地從填充物提取出，這被視為成功的光發射/提取。如果θ 3大於或等於θ c,filler，由於全內部反射，光仍被捕獲在像素結構中，這被認為是光的潛在損失。
路徑2是首先入射到填充物/PDL界面上的光。如果θ 2小於θ c,PDL，大部分的光進入像素定義層，被視為穿透進入PDL的光的損失。如果θ 2大於或等於θ c,PDL，光形成全內部反射，並被引導至上填充物界面。如果重新定向的光在上填充物界面處擁有小於θ c,filler的θ 3，光會平緩地耦合出填充物。如果θ 3大於或等於θ c,filler，光仍被捕獲在像素結構中且被視為是光的潛在損失。 範例 3
圖8A是展示範例OLED裝置的發光強度與初始發射角(θ 1)的關係的圖表。S是S偏振光，P是P偏振光，且S+P是總發射。S+P總發射在約0°和約63°的初始發射角處具有明顯的峰值。初始發射角為0°的光不會經歷全內部反射，且可直接從填充物/像素提取出。針對初始發射角約為63°(θ 1)處的強度峰值，表1中列出了光在填充物/PDL界面(θ 2)處和上PDL界面(θ 3)處的入射角(正值和負值代表方向)。根據入射角θ 2和θ 3的值，可決定光是否在界面處經歷全內部反射。 表 1
  路徑1 路徑2
θ B 10˚ 20˚ 30˚ 40˚ 50˚ 60˚ 70˚
θ 1 63˚ 63˚ 63˚ 63˚ 63˚ 63˚ 63˚
θ 2 53˚ 43˚ 87˚ 77˚ 67˚ 57˚ 47˚
θ 3 -43˚ -23˚ 57˚ 37˚ 17˚ -3˚ -23˚
為了避免能量損失且使光在填充物/PDL界面處經歷全內部反射，θ 2大於或等於θ c,PDL，約為57°(假設個別地，填充物擁有1.81的折射率，且PDL擁有1.52的折射率)。根據表1，堤角小於60°的PDL可滿足目標。然而，在填充物/PDL界面處反射之後，為了避免上填充物界面處的全內部反射以便可將光從填充物/像素提取出，上填充物界面處的入射角θ 3應小於θ c,filler，約為34°(假設個別地，填充物上方的層是折射率1.0的空氣，且填充物擁有1.81的折射率)。據此，表1展示了當θ B落入約50°及約60°之間時可調諧光提取。圖8B總結光提取效率(η ext，以百分比表示)與不同堤角和不同填充物折射率的關係。針對從約40°至約70°的堤角(例如從約50°至約60°)，觀察到較高的光提取效率。 範例 4
進一步地，可藉由模擬來決定像素的尺寸參數(例如像素的高度和寬度)對光提取效率的影響。路徑1與路徑2的比率與像素結構的高度和寬度以及像素結構的高度與寬度的比率高度相關。圖9A和表2展示了在模擬中使用的某些參數，且模擬結果在圖9B和圖9C中展示。針對圖9A中標示的參數，H是像素高度。它是從填充物的上邊緣到底部電極層的距離。W 1是像素開口的寬度，由與底部電極層接觸的下PDL邊緣之間的距離來定義。W 2是PDL傾斜表面的水平距離。可根據從接觸底部電極層的下PDL邊緣到PDL變為平坦的PDL上邊緣的水平距離來決定。也可根據高度H和堤角θ B來計算W 2(W 2=H/tan(θ B))。n filler和n PDL是填充材料和PDL的折射率。 表 2
W 1(μm) W 2(μm) H (μm) θ B( 度 ) n PDL n filler
3 H/tan(60°) 可變 60 1.52 1.81
4
5
6
如圖9B中所展示，在不同像素寬度的情況下，隨著像素結構的高度增加(具有固定的θ B=60°)，改善了光提取效率。另外，在較小的像素寬度下觀察到較高的光輸出耦合效率。據此，當整個高寬比(H/W 1)增加時，改善了光提取效率。
可在圖9C中進一步討論提取效率與高寬比之間的關係。在圖9C中，像素寬度固定為3μm，像素高度和堤角(θ B=50°或60°)是可變的。趨勢表明，在像素寬度固定的情況下，較高的像素高度因及較大的H/W 1比可導致更好的提取。具有擁有比填充物和有機發光單元的一個或更多個層的折射率低的折射率n的像素定義層的結構可導致提取效率的改善。可藉由適當設計像素尺寸參數(如堤角、像素寬度、像素高度、和高寬比等)來調協提取效率。
本文揭露了具有改善的光提取效率和改善的外部量子效率(EQE)的結構和裝置。該等結構和裝置克服了常規OLED結構和裝置的一個或更多個缺陷。
本文所述的所有文件均藉由引用併入本文，包含與本文不一致的範疇的任何優先權文件及/或測試程序。從前面的一般描述和特定實施例中顯而易見的是，儘管已圖示和描述了本揭示案的形式，可進行各種修改而不脫離本揭示案的精神和範圍。據此，無意於限制本揭示案。同樣，術語「包括」被認為與術語「包含」同義。同樣，每當在一複合物、一元素或一組元素前加上過渡用語「包括」時，應理解，我們也考慮在成分、元素、或多個元素前使用過渡用語「基本上由…組成」、「由…組成」、「從以下組成的群組中選擇」或「是」的相同成分或一組元素，反之亦然。
如本文所使用，術語「在…上(over)」、「在…下(under)」、「在…之間(between)」、「在…上(on)」以及其他類似術語是指一個層相對於其他層的相對位置。因此，例如，設置在另一層上或下的一個層可與另一層直接接觸，或可具有一個或更多個中間層。此外，設置在層之間的一個層可與兩個層直接接觸，或可具有一個或更多個中間層。相反，在第二層「上」的第一層與第二層接觸。術語的相對位置未將層定義或限制為層的向量空間定向。本文使用術語「耦合」以指直接連接或通過一個或更多個中間元件連接的元件。
為了本揭示案的目的，且除非另有說明，本文的詳細描述和請求項內的所有數值都藉由「約」或「大約」所指示的值來修改，並考慮到發明所屬領域具有通常知識者可能預期的實驗誤差和變化。已使用一組數字上限和一組數字下限來描述某些實施例和特徵。應理解，除非另外指出，否則考慮包含任何兩個值的組合的範圍，例如，任何較低的值與任何較高的值的組合、任何兩個較低的值的組合、及/或任何兩個較高的值的組合。某些下限、上限和範圍出現在下方的一個或更多個請求項中。
儘管前述內容針對本揭示案的範例，在不脫離本揭示案的基本範圍的情況下，可設計本揭示案的其他和進一步的範例，且本揭示案的範圍由以下請求項來決定。
100:常規的底部發光OLED結構 105:透明或半透明基板 110:透明或半透明電極 120:有機材料層 130:頂部反射電極 200:頂部發光OLED結構 205:基板 210:底部反射電極 220:有機層 230:透明(或半透明)電極 300:範例OLED結構 302:基板 304:底部電極 306:PDL 308:有機發光單元 310:頂部電極 312:填充層 405:電洞注射層(HIL) 410:電洞運輸層(HTL) 415:發光層(EML) 420:電子運輸層(ETL) 425:電子注射層(EIL) 500:AMOLED結構 502:基板 505:內部連接 510:薄膜電晶體(TFT) 515:OLED
因此，為了可詳細地理解本揭示案的上述特徵的方式，可藉由參考實施例來對本揭示案進行更詳細的描述(在上面簡要地概述)，其中一些圖示於附圖中。然而，應注意附圖僅圖示示例性實施例，因此不應視為限制其範圍，且可允許其他等效實施例。
圖1是底部發光OLED結構。
圖2是頂部發光OLED結構。
圖3A是根據本揭示案的至少一個實施例的範例OLED結構的橫截面。
圖3B是根據本揭示案的至少一個實施例的範例OLED結構的橫截面。
圖4是根據本揭示案的至少一個實施例的範例有機發光單元的橫截面。
圖5是根據本揭示案的至少一個實施例的範例有源矩陣有機發光二極體(AMOLED)結構的橫截面。
圖6A是根據本揭示案的至少一個實施例的用於S偏振光和P偏振光的範例PDL側壁反射率與變化的波長和入射角的關係。
圖6B展示根據本揭示案的至少一個實施例的範例以指示具有不同折射率的各種填充物的PDL側壁的反射率。
圖7圖示根據本揭示案的至少一個實施例的範例像素結構中的光路。
圖8A是根據本揭示案的至少一個實施例展示範例OLED裝置的發光強度與初始發射角(θ 1)的關係的圖表。
圖8B總結了根據本揭示案的至少一個實施例的範例光提取效率(η ext，以百分比表示)與不同的堤角和不同的填充物折射率的關係。
圖9A是根據本揭示案的至少一個實施例的像素尺寸的參數的範例。
圖9B是根據本揭示案的至少一個實施例的具有固定堤角θ B＝60°的範例像素結構的光提取效率與不同高度和寬度的關係的圖表。
圖9C是根據本揭示案的至少一個實施例圖示像素的範例高寬比與具有固定像素寬度W 1＝3μm的光提取效率之間的關係的圖表。
為了便於理解，盡可能地使用相同的附圖標記來標示圖式中共有的相同元件。可預期的是，一個實施例的元件和特徵可有益地併入其他實施例中，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
300:範例OLED結構
302:基板
304:底部電極
306:PDL
308:有機發光單元
310:頂部電極
312:填充層

Claims (20)

  1. 一種電致發光裝置，包括： 一像素定義層； 一有機發光單元，該有機發光單元設置於該像素定義層的至少一部分上，該有機發光單元包括一個或更多個層；及 一填充層，該填充層設置於該有機發光單元的至少一部分上，其中該像素定義層的一折射率小於該填充層的一折射率且小於該有機發光單元的該一個或更多個層的一折射率。
  2. 如請求項1所述之電致發光裝置，其中該有機發光單元具有一第一表面、以一角度相對於該第一表面安置的一第二表面、及實質平行於該第一表面的一第三表面。
  3. 如請求項1所述之電致發光裝置，進一步包括一頂部電極，該頂部電極設置於該有機發光單元的至少一部分上，該填充層設置於該頂部電極的至少一部分上。
  4. 如請求項3所述之電致發光裝置，其中該頂部電極包括一透明傳導氧化物材料、一半透明傳導氧化物材料、一金屬、一金屬合金、或上述之一組合。
  5. 如請求項1所述之電致發光裝置，進一步包括一底部電極，該像素定義層設置於該底部電極的至少一部分上。
  6. 如請求項1所述之電致發光裝置，其中該像素定義層的該折射率在由該電致發光裝置所發射的一光的一波長或波長範圍下為從約1.0至約1.6。
  7. 如請求項1所述之電致發光裝置，其中該有機發光單元的該一個或更多個層的該折射率在由該電致發光裝置所發射的一光的一波長或波長範圍下為從約1.3至約2.4。
  8. 如請求項1所述之電致發光裝置，其中該填充層的該折射率在由該電致發光裝置所發射的一光的一波長或波長範圍下大於約1.6。
  9. 如請求項1所述之電致發光裝置，其中該填充層的該折射率大於或等於該有機發光單元的該一個或更多個層的該折射率。
  10. 如請求項1所述之電致發光裝置，其中： 該像素定義層的一角度為從約40°至約70°； 一高寬比(H/W 1)大於約0.01；或 上述之一組合。
  11. 一種電致發光裝置，包括： 一像素定義層，該像素定義層設置於一底部電極的至少一部分上； 一有機發光單元，該有機發光單元設置於該像素定義層的至少一部分上，該有機發光單元包括一個或更多個層； 一頂部電極，該頂部電極設置於該有機發光單元的至少一部分上；及 一填充層，該填充層設置於該頂部電極的至少一部分上， 其中： 該像素定義層的一折射率小於該填充層的一折射率， 該像素定義層的該折射率小於該有機發光單元的該一個或更多個層的一折射率， 該填充層的該折射率大於或等於該有機發光單元的該一個或更多個層的該折射率，及 該頂部電極包括一透明傳導氧化物材料、一半透明傳導氧化物材料、一金屬、一金屬合金、或上述之一組合。
  12. 如請求項11所述之電致發光裝置，其中該有機發光單元具有一第一表面、以一角度相對於該第一表面安置的一第二表面、及實質平行於該第一表面的一第三表面。
  13. 如請求項11所述之電致發光裝置，其中該像素定義層的該折射率在由該電致發光裝置所發射的一光的一波長或波長範圍下為從約1.0至約1.6。
  14. 如請求項11所述之電致發光裝置，其中： 該有機發光單元的該一個或更多個層的該折射率在由該電致發光裝置所發射的一光的一波長或波長範圍下為從約1.3至約2.4； 該填充層的該折射率在由該電致發光裝置所發射的一光的一波長或波長範圍下大於約1.6；或 上述之一組合。
  15. 如請求項11所述之電致發光裝置，其中： 該像素定義層的一角度為從約40°至約70°； 一高寬比(H/W 1)大於約0.01；或 上述之一組合。
  16. 一種顯示裝置，包括： 一基板； 一薄膜電晶體，在該基板上形成該薄膜電晶體； 一內部連接，該內部連接電性耦合至該薄膜電晶體；及 一電致發光裝置，該電致發光裝置電性耦合至該內部連接，該電致發光裝置包括： 一像素定義層； 一有機發光單元，該有機發光單元設置於該像素定義層的至少一部分上，該有機發光單元包括一個或更多個層；及 一填充層，該填充層設置於該有機發光單元的至少一部分上，其中該像素定義層的一折射率小於該填充層的一折射率且小於該有機發光單元的該一個或更多個層的一折射率。
  17. 如請求項16所述之顯示裝置，其中該電致發光裝置進一步包括一底部電極，該底部電極電性耦合至該內部連接。
  18. 如請求項16所述之顯示裝置，其中該填充層的該折射率大於或等於該有機發光單元的一折射率。
  19. 如請求項16所述之顯示裝置，進一步包括一頂部電極，該頂部電極設置於該有機發光單元的至少一部分上，該填充層設置於該頂部電極的至少一部分上。
  20. 如請求項16所述之顯示裝置，其中該有機發光單元具有一第一表面、以一角度相對於該第一表面安置的一第二表面、及實質平行於該第一表面的一第三表面。
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