TW202220205A - 用於oled顯示器像素之空間光學微分器及層構造 - Google Patents

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Abstract

本文描述的實施例係關於在有機發光二極體(OLED)顯示器像素之上或之下設置的空間光學微分器及相鄰功能層的層構造。用於電致發光(EL)元件像素的功能單元包括鄰近EL元件像素設置的空間光學微分器。空間光學微分器經構造為基於光在功能單元上的入射角來選擇性反射及透射光。針對頂部發射OLED，功能單元包括在空間光學微分器上方設置的薄膜封裝(TFE)堆疊。針對底部發射OLED，功能單元包括在平面層或隔離層的至少一者之上設置的空間光學微分器。本文亦描述了用於製造功能單元的方法。

Description

用於OLED顯示器像素之空間光學微分器及層構造
本揭示的實施例大體係關於具有改進的輸出耦合效率的電致發光(electroluminescent；EL)元件。更具體地，本文描述的實施例係關於鄰近有機發光二極體(organic light-emitting diode；OLED)顯示器像素設置的功能層的空間光學微分器及層構造。
有機發光二極體(OLED)技術已成為提供許多優點（例如，高效率、寬視角、快速回應、及潛在低成本）的重要的下一代顯示技術。此外，由於改進的效率，針對一些照明應用而言，OLED亦變得實用。儘管如此，常見的OLED仍表現出內量子效率(internal quantum efficiency；IQE)與外量子效率(external quantum efficiency；EQE)之間的顯著效率損失。
經由電極材料、載流子傳輸層（例如，電洞傳輸層(hole-transport layer；HTL)及電子傳輸層(electron-transport layer；ETL)）、發射層(emission layer；EML)、及層堆疊的某些組合，IQE位準可以達到幾乎100%。然而，常見OLED結構的EQE位準還是受到光學輸出耦合低效限制。輸出耦合效率可以遭受歸因於大量發射光由OLED顯示器像素內部的全內反射(total internal reflection；TIR)捕獲的光能損失。
常見的頂部發射的OLED結構包括基板、在基板上方的反射電極、在反射電極上方的有機層、及在有機層上方的透明或半透明頂部電極。歸因於有機層（通常n＞=1.7）及頂部電極（通常n＞=1.8）相對於空氣（n=1）的較高折射率，大量發射光由防止輸出耦合到空氣的元件空氣界面處的TIR限制。
此外，在常見的底部發射的OLED結構中，除了在OLED元件內俘獲的波導模式之外，在基板中俘獲波導光的大部分（例如，約1.5的n值）。
除了上文提及的減少輸出耦合的原因之外，在像素構造的頂部或底部上構建的相鄰功能單元的一或多層可以獨立地減少輸出耦合。在頂部發射的OLED中，相鄰的功能單元可包括薄膜封裝(thin film encapsulation；TFE)層、濾色器、光學透明的黏著劑(optically clear adhesive；OCA)、其他類似結構、或其組合。在底部發射的OLED中，相鄰的功能單元可包括在基板上形成的一或多層，例如，在薄膜電晶體(thin-film  transistor；TFT)製造中使用的平面層或隔離層、其他類似結構、或其組合。
由此，在本領域中需要用於OLED顯示器像素的改進的功能層結構。
在一或多個實施例中，提供了用於電致發光(EL)元件像素的功能單元。功能單元包括鄰近EL元件像素設置的空間光學微分器。空間光學微分器經構造為基於光在功能單元上的入射角來選擇性反射及透射光。
在一或多個實施例中，提供了一種用於製造EL元件像素的功能單元的方法。方法包括鄰近EL元件像素形成空間光學微分器的第一層，第一層具有第一折射率。方法包括在第一層上方形成空間光學微分器的第二層，第二層具有第二折射率。在第一與第二折射率之間的差係約0.2或更大。方法包括在第二層上方形成空間光學微分器的第三層，第三層具有第一折射率。方法包括在第三層上方形成空間光學微分器的第四層，第四層具有第二折射率。空間光學微分器經構造為基於光在功能單元上的入射角來選擇性反射及透射光。
在一些實施例中，提供了一種顯示結構。顯示結構包括電致發光(EL)元件像素的陣列。顯示結構包括鄰近EL元件像素的陣列設置的功能單元。功能單元包含鄰近EL元件像素設置的空間光學微分器。空間光學微分器經構造為基於光在功能單元上的入射角來選擇性反射及透射光。顯示結構包括形成驅動電路陣列的複數個薄膜電晶體，該驅動電路陣列經構造為驅動及控制EL元件像素的陣列。顯示結構包括複數個互連層，每個互連層在EL像素與複數個薄膜電晶體的相應薄膜電晶體之間電氣接觸。
本文描述的實施例係關於在有機發光二極體(OLED)顯示器像素之上或之下設置的空間光學微分器及相鄰功能層的層構造。用於電致發光(EL)元件像素的功能單元包括鄰近EL元件像素設置的空間光學微分器。空間光學微分器（亦稱為「角度選擇性光學膜」）經構造為基於光在功能單元上的入射角來選擇性反射及透射光。針對頂部發射OLED，功能單元包括在空間光學微分器上方設置的薄膜封裝(TFE)堆疊。針對底部發射OLED，功能單元包括在平面層或隔離層的至少一者之上設置的空間光學微分器。本文亦描述了用於製造功能單元的方法。
第1A圖係根據一或多個實施例的電致發光(EL)元件100的陣列10的示意性俯視圖。陣列10在基板110上形成。在一些實施例中，EL元件100係OLED顯示器像素，並且陣列10係頂部發射主動矩陣OLED顯示器（頂部發射AMOLED）結構。在一些實施例中，EL元件100的寬度104及長度106可係從約2 μm或更小直至約200 μm。在一或多個實施例中，EL元件100包括量子點發光二極體(quantum-dot light-emitting  diode；QD-LED)像素、LED像素、其他自發射元件、或其組合。為了簡明，從第1A圖中省略覆蓋陣列10的額外層。
第1B圖係根據一或多個實施例的第1A圖的EL元件100的陣列10的示意性側視圖。此處，EL元件100（以虛線圖示）係頂部發射的並且輸出耦合光108從其頂部109離開EL元件100。功能單元200在陣列10上方設置。
第1C圖係沿著第1A圖的剖面線1-1截取的EL元件100C的示意性側面剖視圖，其中EL元件100C具有分級反射堤部分134及圖案化的填料180a。第1D圖係沿著第1A圖的剖面線1-1截取的另一EL元件100D的示意性側面剖視圖，其中EL元件100D具有分級反射堤部分134及未圖案化的填料180b。
EL元件100大體包括基板110、像素界定層(pixel definition layer；PDL) 120、底部反射電極層130、介電層140、有機層150（其中有機層150係包括複數個有機層的多層堆疊）、頂部電極170、及填料180a、b。在一些實施例中，基板110可由矽、玻璃、石英、塑膠、或金屬箔材料中的一或多者形成。在一些實施例中，基板110可包括複數個元件層（例如，緩衝層、層間介電層、絕緣層、主動層、及電極層）。此處，薄膜電晶體(TFT) 112在基板110上形成。在一些實施例中，TFT 112的陣列可形成TFT驅動電路陣列，該TFT驅動電路陣列經構造為驅動及控制EL元件100的陣列10。然而，控制電路不特別地限於所示出的實施例。在一些其他實施例中，控制電路包括互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)電晶體。在一些實施例中，EL元件100的陣列10可係用於顯示器的OLED像素陣列。此處，互連層114係在TFT 112與底部反射電極層130之間電氣接觸。EL元件100經由底部反射電極層130電氣接觸互連層114。在一些實施例中，EL元件100包括在基板110上方形成的平面化層（未圖示）。
PDL 120在基板110上方設置。在一些實施例中，PDL 120的底表面122接觸基板110、互連層114、或兩者。PDL 120具有背對基板110的頂表面124。EL元件100的發射區域102藉由PDL 120中的開口形成，該等開口從頂表面124延伸穿過到PDL 120的底表面122。PDL 120具有互連頂表面124及底表面122的分級側壁126（亦即，分級堤）。在本文中，將分級定義為簡單或複合彎曲。在一些實施例中，分級側壁126可具有任何非線性輪廓。在一些實施例中，PDL 120可由任何適宜的感光性有機或含聚合物材料形成的光阻劑。在一些其他實施例中，PDL 120可由SiO 2、SiN x、SiON、SiCON、SiCN、Al 2O 3、TiO 2、Ta 2O 5、HfO 2、ZrO 2、或另一種介電材料形成。
底部反射電極層130（例如，在標準頂部發射OLED構造中的陽極）包括在互連層114上方設置的平面電極部分132及在PDL 120的分級側壁126上方設置的分級反射部分134。此處，分級部分134連接到平面部分132的相對橫向端部132a。在一些實施例中，底部反射電極層130可與互連層114及分級側壁126保形。在一些實施例中，底部反射電極層130可延伸到PDL 120的頂表面124。在一些實施例中，底部反射電極層130可係單層。在一些其他實施例中，底部反射電極層130可係多層堆疊。在一些實施例中，底部反射電極層130可包括透明的導電氧化物層及金屬反射膜。在一些實施例中，透明的導電氧化物層可包括下列的一或多者：氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦(In 2O 3)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鎵鋅(GZO)、其組合、及其多層堆疊。在一些實施例中，金屬反射膜可包括下列的一或多者：鋁(Al)、銀(Ag)、鎂(Mg)、鉑(Pt)、鉛(Pd)、金(Au)、鎳(Ni)、釹(Nd)、銥(Ir)、鉻(Cr)、Al:Ag合金、其其他合金、其他適宜金屬及其合金、其組合、及其多層堆疊。在一些其他實施例中，底部反射電極層130可包括透明的導電氧化物層及分散式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector；DBR)，包括形成反射多層的交替堆疊的高折射率及低折射率材料層。在又一些實施例中，透明的導電氧化物可與下列的一或多者結合：金屬、透明的導電金屬氧化物、透明介電質、散射反射器、DBR、其他適宜材料層、其組合、及其多層堆疊。
在一些實施例中，底部反射電極層130可直接接觸互連層114及PDL 120。此處，平面電極部分132及分級反射部分134由相同材料形成。在一些其他實施例中，互連層114形成底部反射電極層130的平面電極部分132。在此種實施例中，平面電極部分132及分級反射部分134可由不同材料形成。例如，平面電極部分132可係ITO/Ag/ITO的多層堆疊，並且分級反射部分134可係散射反射器、DBR、或金屬合金。
具有分級堤結構的底部反射電極層130的一個優點係與具有恆定斜面的類似的筆直堤結構相比，分級部分134的彎曲斜面較易於製造。在一些態樣中，底部反射電極層130的分級斜面類似於在不同位置處具有不同斜面的筆直堤結構的組成。在彼方面，分級堤結構的另一優點係不同堤角的重定向效應的平均化，產生更均勻的發射圖案。分級堤結構的另一優點係相對於筆直堤結構，分級斜面產生更接近朗伯(Lambertian)分佈的角強度。
介電層140包括在底部反射電極層130的分級部分134上方設置的分級部分144。此處，介電層140終止於底部反射電極層130的平面部分132，而不在平面部分132上方延伸。在一些其他實施例中，介電層140可重疊平面部分132的相對的橫向端部132a，而不在整個平面部分132上方延伸。在一些實施例中，介電層140可橫向延伸超出底部反射電極層130的分級部分134到PDL 120的頂表面124。在一些實施例中，介電層140可直接接觸底部反射電極層130及/或PDL 120。在一些實施例中，介電層140可與底部反射電極層130及/或PDL 120保形。在一些實施例中，介電層140可包括任何適宜的低介電常數介電材料。在一些實施例中，介電層140可由SiO 2、SiN x、SiON、SiCON、SiCN、Al 2O 3、TiO 2、Ta 2O 5、HfO 2、ZrO 2、或另一種介電材料形成。
有機層150包括在底部反射電極層130的平面部分132上方設置的平面部分152及在介電層140的分級部分144上方設置的分級部分154。此處，分級部分154連接到平面部分152的橫向端部。在一些實施例中，有機層150可直接接觸底部反射電極層130及介電層140。在一些實施例中，有機層150可與底部反射電極層130及介電層140保形。在一些實施例中，有機層150可橫向延伸超出底部反射電極層130，可在PDL 120的頂表面124上方延伸，或兩者。此處，有機層150包括複數個有機層，亦即電洞注入層(hole injection layer；HIL) 156、電洞傳輸層(HTL) 158、發射層(EML) 160、電子傳輸層(ETL) 162、及電子注入層(electron injection  layer；EIL) 164。然而，有機層150不具體地限於所示出的實施例。例如，在另一實施例中，一或多個層可從有機層150中省略。在又一實施例中，一或多個額外層可添加到有機層150。在又一實施例中，有機層150可倒置，使得複數個層顛倒。
頂部電極170（例如，在標準頂部發射OLED構造中的陰極）包括在有機層150的平面部分152上方設置的平面部分172及在有機層150的分級部分154上方設置的分級部分174。此處，分級部分174連接到平面部分172的相對的橫向端部。在一些實施例中，頂部電極170可直接接觸有機層150。在一些實施例中，頂部電極170可與有機層150保形。在一些實施例中，頂部電極170可橫向延伸超出有機層150，可接觸介電層140，及/或可在PDL 120的頂表面124上方延伸。在一些實施例中，頂部電極170可係單層。在一些其他實施例中，頂部電極170可係多層堆疊。在一些實施例中，頂部電極170可由下列的一或多者形成：Al、Ag、Mg、Pt、Pd、Au、Ni、Nd、Ir、Cr、Li、LiF、Al:Ag合金、Mg:Ag合金、其其他合金、其他適宜金屬及其合金、ITO、IZO、ZnO、In 2O 3、IGO、AZO、GZO、其組合、及其多層堆疊。在一些實施例中，頂部電極170可包括由下列的一或多者形成的下層：HATCN、LiF、其組合、或其多層堆疊。在一些實施例中，頂部電極170可具有以下厚度：從約5 nm至約120 nm，諸如從約5 nm至約50 nm，諸如從約10 nm至約30 nm，諸如約20 nm，替代地從約50 nm至約120 nm，諸如從約80 nm至約120 nm，諸如從約90 nm至約110 nm，諸如約100 nm。
填料180a、b在頂部電極170上方設置。在一些實施例中，填料180a、b可直接接觸頂部電極170。如第1C圖中示出，圖案化填料180a，使得填料180a在發射區域102中設置而不從其中形成EL元件100的開口並且在鄰近PDL 120的頂表面124上方延伸。換言之，填料180a經選擇性沉積、選擇性蝕刻或兩者，以將填料180a僅限制到在PDL 120中形成之大致上凹入的開口、由底表面122界定的凹入開口及分級側壁126。此處，填料180a的暴露表面182a係平面的。然而，填料180a、b未具體地限於所示出的實施例。例如，在一些其他實施例中，填料180a可彎曲。當比較具有圖案化填料的ITO頂部電極與具有圖案化填料的Mg:Ag合金頂部電極時，η ext已經顯示具有約30%的所得改進。然而，當比較具有未圖案化的填料的ITO頂部電極與具有未圖案化的填料的Mg:Ag合金頂部電極時，η ext僅顯示約5%的所得改進。因此，對於具有圖案化填料的EL元件100C有更顯著的效率改進。
在另一實施例中，例如，第1D圖中示出，未圖案化填料180b，使得填料180b在發射區域102外部的PDL 120的頂表面124上方延伸。在此種實施例中，填料180b可橫向延伸超出頂部電極170，可接觸介電層140，或兩者。未圖案化的填料180b的一個實例係在未圖案化的情況下，填料180b較易於製造，並且因此較不昂貴。另一方面，圖案化填料180a的一個優點係與EL元件100D相比，改進來自EL元件100C的外部光學輸出耦合效率。這可能至少部分歸因於在厚度減小的圖案化的填料180a中降低的橫向波導光洩漏。
在一些實施例中，填料180a、b可包括一或多種高折射率材料（亦即，n≧1.8）、或具有與發射區域102類似的折射率的折射率匹配材料。在一些實施例中，填料180a、b的折射率可超過發射區域102的折射率達約0.2或更大。在一或多個實施例中，填料180a、b可係高度透明的。例如，填料180a、b可以包括一或多種金屬氧化物、金屬氮化物、Al 2O 3、SiO 2、TiO、TaO、AlN、SiN、SiO xN x、TiN、TaN、高折射率奈米粒子、其他適宜材料、及其組合。可以用於填料180a、b中的材料的非限制性實例包括可以整合到OLED製造中的任何適宜材料，諸如有機材料（例如，N,N’-雙(萘-1-基)-N,N’-雙(苯基)聯苯胺、或NPB）、無機材料、樹脂、或其組合。填料180a、b可以包括複合物，諸如膠態混合物，其中膠體係高折射率無機材料，諸如TiO 2。
功能單元200在EL元件100C上方設置。功能單元200包括在EL元件100C上方設置的一或多個材料層。在一或多個實施例中，功能單元200包括薄膜封裝(TFE)層的堆疊。在一些實施例中，功能單元200包括在EL元件100C與TFE堆疊之間設置的介電層。在一些其他實施例中，當省略介電層時，功能單元200包括在介電層之上、在介電層之下、或在TFE堆疊與EL元件100C之間設置的空間光學微分器，例如，分散式布拉格反射器(DBR)。功能單元200的各種不同實施例及態樣在下文更詳細描述。
第1E圖係沿著第1A圖的剖面線1-1截取的EL元件100E的示意性側面剖視圖，其中EL元件100E具有筆直反射堤部分136及圖案化的填料180a。除了下文另外描述者，EL元件100E類似於EL元件100C。
此處，PDL 120具有互連頂表面124及底表面122的筆直側壁128（亦即，筆直堤）。在本文中，筆直定義為實質上線性。此處，底部反射電極層130包括在互連層114上方設置的平面電極部分132及在PDL 120的筆直側壁128上方設置的筆直反射堤部分136。此處，介電層140包括在底部反射電極層130的筆直反射堤部分136上方設置的筆直堤部分146。此處，有機層150包括在底部反射電極層130的平面部分132上方設置的平面部分152及在介電層140的筆直堤部分146上方設置的筆直堤部分156。此處，頂部電極170包括在有機層150的平面部分152上方設置的平面部分172及在有機層150的筆直堤部分156上方設置的筆直堤部分176。
第1F圖係沿著第1A圖的剖面線1-1截取的另一EL元件100F的示意性側面剖視圖，其中EL元件100F具有無填料180a、b的筆直反射堤部分136。除了下文另外描述者，EL元件100F類似於EL元件100E。此處，省略填料180a、b，使得頂部電極170與空氣界接。
第1G圖係沿著第1A圖的剖面線1-1截取的另一EL元件100G的示意性側面剖視圖，其中分級反射堤部分134及介電層140從EL元件100G中省略。除了下文另外描述者，EL元件100G類似於EL元件100C。此處，底部反射電極層130包括在基板110上設置、耦接到互連層114、及在PDL 120下面的平面電極部分132。此處，有機層150包括在底部反射電極層130的平面部分132上方設置的平面部分152及在PDL 120的分級側壁126上方設置的分級堤部分154。
在一些實施例中，在從電致發光區域（例如，UV、近紅外、及可見，諸如約380 nm至約780 nm）發射的光的波長或波長範圍下，PDL 120具有約1.6或更小的折射率，諸如從約1.0至約1.4，諸如從約1.1至約1.3。在至少一個實施例中，在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下，PDL 120具有係n 1至n 2或從n 1至n 2變化的折射率(n)，其中n 1及n 2中的每一者獨立地係約1.0、約1.1、約1.2、約1.3、約1.4、約1.5、或約1.6，只要n 2＞n 1即可。在一些實施例中，在從電致發光區域（例如，UV、近紅外、及可見，諸如約380 nm至約780 nm）發射的光的波長或波長範圍下，填料180a具有約1.6或更大的折射率，諸如從約1.8至約2.4，諸如從約1.8至約1.9，從約1.9至約2.0，或從約2.0至約2.2。在至少一個實施例中，在從電致發光區域發射的光的波長或波長範圍下，填料180a具有係n 5至n 6或從n 5至n 6變化的折射率，其中n 5及n 6中的每一者獨立地係約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，只要n 6＞n 5即可。在一些實施例中，其中PDL 120的折射率小於填料180a的折射率，從較高到較低折射率行進的光可以經歷全內反射。在某些臨界角下，此效應可以在不使用底部反射電極層130的分級反射堤部分134的情況下產生反射界面。
第1H圖係沿著第1A圖的剖面線1-1截取的另一EL元件100H的示意性側面剖視圖，其中筆直反射堤部分136及介電層140從EL元件100H中省略。除了下文另外描述者，EL元件100H類似於EL元件100G。此處，PDL 120具有互連頂表面124及底表面122的筆直側壁128（亦即，筆直堤）。此處，有機層150包括在底部反射電極層130的平面部分132上方設置的平面部分152及在PDL 120的筆直側壁128上方設置的筆直堤部分156。此處，頂部電極170包括在有機層150的平面部分152上方設置的平面部分172及在有機層150的筆直堤部分156上方設置的筆直堤部分176。
第2A圖係頂部發射EL元件的發射區域102A的示意圖。發射區域102A包括基板110、底部反射電極層130、有機層150（其中有機層150係包括複數個有機層的多層堆疊）、頂部電極170、及填料180。功能單元200在發射區域102A中在填料180的頂部及上方設置。發射的光108穿過功能單元200的頂表面204離開發射區域102A。第2B圖係底部發射EL元件的發射區域102B的示意圖。發射區域102B包括半透明基板190、功能單元200、透明的底部電極192、有機層194、及反射頂部電極196。功能單元200在半透明基板190與透明的底部電極192之間設置。在底部發射EL元件中，功能單元200包括在基板190上形成的一或多層，包括平面層、隔離層、其他層、或其組合。發射的光108穿過面向基板190的功能單元200的底表面206離開發射區域102B。
第3A圖係在TFE堆疊220下面包括介電層210的功能單元200A的示意性側面剖視圖。功能單元200在EL元件像素202上方設置。在介電層210下面的EL元件像素202可以對應於EL元件100C-100H、其態樣、或其組合而不作限制。
介電層210在填料180a、b上設置。在一些實施例中，介電層210由SiO 2、另一種介電材料、或其組合形成。在一些實施例中，介電層210的厚度係從約20 nm至約2 μm，諸如從約0.2 μm至約2 μm，諸如從約0.2 μm至約1 μm，諸如從約0.4 μm至約0.6 μm，諸如約0.5 μm。在一些實施例中，介電層210具有約1.8或更小的折射率，諸如從約1.3至約1.7，諸如從約1.4至約1.6，諸如約1.5。
TFE堆疊220包括聚合物及介電材料的交替層。此處，TFE堆疊220包括在介電層210上設置的第一介電層222a。在第一介電層222a之上，TFE堆疊220相繼包括第一聚合物層224a、第二介電層222b、第二聚合物層224b、及第三介電層222c。然而，TFE堆疊220不特別地限於所示出的實施例。在一些其他實施例中，TFE堆疊220僅包括第一介電層222a、第一聚合物層224a、及第二介電層222b。
在一些實施例中，TFE堆疊220的介電層222a-c由SiN x、其他介電材料、或其組合形成。此處，TFE堆疊220的介電層222a-c由相同材料形成。在一些其他實施例中，TFE堆疊220的介電層222a-c的一或多個由不同材料形成。在一些實施例中，例如，使用化學氣相沉積，TFE堆疊220的介電層222a-c的厚度係從約0.5 μm至約2 μm，諸如從約0.8 μm至約1 μm，諸如約0.9 μm。在一些其他實施例中，例如，使用原子層沉積，TFE堆疊220的介電層222a-c的厚度係約500 nm或更小，諸如從約10 nm至約50 nm。此處，TFE堆疊220的介電層222a-c具有相同厚度。在一些其他實施例中，TFE堆疊220的介電層222a-c的一或多個具有不同厚度。在一些實施例中，TFE堆疊220的介電層222a-c具有從約1.7至約2的折射率，諸如從約1.8至約1.9，諸如約1.85。此處，TFE堆疊220的介電層222a-c具有相同的折射率。在一些其他實施例中，TFE堆疊220的介電層222a-c的一或多個具有不同的折射率。在一些實施例中，TFE堆疊220的介電層222a-c的折射率大於介電層210的折射率。
在一些實施例中，TFE堆疊220的聚合物層224a-b由一或多種有機材料、丙烯酸材料、其他聚合物材料、或其組合形成。此處，TFE堆疊220的聚合物層224a-b由相同材料形成。在一些其他實施例中，TFE堆疊220的聚合物層224a-b的一或多個由不同材料形成。在一些實施例中，TFE堆疊220的聚合物層224a-b的厚度係從約1 μm至約15 μm，諸如從約5 μm至約10 μm，諸如約8 μm。此處，TFE堆疊220的聚合物層224a-b具有相同厚度。在一些其他實施例中，TFE堆疊220的聚合物層224a-b的一或多個具有不同厚度。在一些實施例中，TFE堆疊220的聚合物層224a-b具有約1.8或更小的折射率，諸如從約1.3至約1.7，諸如從約1.4至約1.6，諸如約1.5。此處，TFE堆疊220的聚合物層224a-b具有相同的折射率。在一些其他實施例中，TFE堆疊220的聚合物層224a-b的一或多個具有不同的折射率。在一些實施例中，TFE堆疊220的聚合物層224a-b的折射率係約等於介電層210的折射率。
在TFE堆疊220下面包括介電層210的功能單元200A的一個優點係改進輸出耦合效率。特定而言，在包括介電層210的情況下，與不具有介電層210的相同功能單元相比，在介電層210與EL元件像素202（例如，其填料180a、b）之間的界面212定位得更靠近EL元件像素202的3D像素構造。具有較靠近3D像素構造定位的界面212（例如，全內反射(TIR)界面）改進了輸出耦合。在沒有介電層210的情況下，大量光反射在第一介電層222a與第一聚合物層224a之間的界面226處發生，這是歸因於在層222a、224a之間的折射率差異。在沒有介電層210的情況下，輸出耦合效率的大量損失在界面226處發生，例如，約14%的效率損失。然而，添加介電層210減少在界面226處的輸出耦合效率損失，例如，減小至小於5%的效率損失。在界面226處的此效率改進總體上導致來自功能單元2A的改進的輸出耦合效率。
光從EL元件像素202的輸出耦合係至少部分取決於光入射在功能單元200A上的角度，其中角度相對於Z軸量測。在一些實施例中，具有θ c1或更小的入射角的光（例如，低角度光）直接提取，具有θ c2或更大的入射角的光（例如，高角度光）限制於EL元件像素202（例如，其填料180a、b）並且藉由EL元件像素202的3D像素構造提取，並且具有在θ c1與θ c2之間的入射角的光（例如，中間角度光）例如藉由在功能單元200A中被俘獲而損失。此處，θ c1係在填料180a、b與空氣之間的模擬臨界角並且θ c2係在界面212處的模擬臨界角。在一些實施例中，角θ c1係從約25°至約40°，諸如從約30°至約35°，諸如約35°，並且角θ c2係從約50°至約60°，諸如約55°。參見第3A圖的右側，闡明光提取的角度依賴性的示例性資料藉由強度相對於角度（以度計）的曲線示出。此處，在θ c1與θ c2之間的中間角度光損失相對於低角度及高角度光損失大得多。
在一些實施例中，介電層210替代第一介電層222a並且提供其關於折射率及厚度效應的相同功能。在一或多個實施例中，介電層210提供類似於第一介電層222a的封裝性質。
第3B圖係在介電層210與TFE堆疊220之間包括空間光學微分器230的功能單元200B的示意性側面剖視圖。EL元件像素202可以對應於EL元件100C-100H、其態樣、或其組合而不作限制。介電層210及TFE堆疊220可以對應於功能單元200A、其態樣、或其組合而不作限制。此處，空間光學微分器230在介電層210上方並且在TFE堆疊220下面設置。第3C圖係在EL元件像素202與介電層210之間包括空間光學微分器230的功能單元200C的示意性側面剖視圖。EL元件像素202可以對應於EL元件100C-100H、其態樣、或其組合而不作限制。介電層210及TFE堆疊220可以對應於功能單元200A、其態樣、或其組合而不作限制。此處，空間光學微分器230在EL元件像素202（例如，其填料180a、b）上方並且在介電層210下面設置。
在一或多個實施例中，空間光學微分器230係分散式布拉格反射器(DBR)、光子晶體、元表面（例如，具有高品質磁共振模式的介電元表面，其經由光柵耦合與經典的有界表面波雜化）、實現波長或入射角依賴的選擇性透射及反射的其他材料或結構、類似的材料或結構、或其組合。在一些實施例中，空間光學微分器230基於光在功能單元200A上的入射角來選擇性反射及/或透射光。換言之，空間光學微分器230基於入射角來過濾光。空間光學微分器230反射具有在θ c1與θ c2之間的入射角的光（例如，中間角度光），使得所反射的光限制於EL元件像素202（例如，其填料180a、b），並且藉由EL元件像素202的3D像素構造提取。類似於不具有空間光學微分器230的EL元件像素202，空間光學微分器230發射具有θ c1或更小的入射角的光（例如，低角度光）。同樣，類似於不具有空間光學微分器230的EL元件像素202，空間光學微分器230反射具有θ c2或更大的入射角的光（例如，高角度光），使得所反射光限制於EL元件像素202（例如，其填料180a、b）並且藉由EL元件像素202的3D像素構造提取。在一些實施例中，空間光學微分器230包括兩對或多對交替的高折射率層及低折射率層，諸如2至8對交替的高折射率-低折射率層。在一些實施例中，輸出耦合效率藉由具有較高數量的高折射率-低折射率對來改進。在一些實施例中，輸出耦合效率藉由具有在高折射率與低折射率層之間的折射率的相對較大的差異來改進。在一些實施例中，輸出耦合效率至少部分取決於空間光學微分器230的每層的厚度。
在一些實施例中，空間光學微分器230替代介電層210、第一介電層222a、或兩者。在一或多個實施例中，關於折射率及厚度效應，空間光學微分器230提供與介電層210、第一介電層222a、或兩者相同的功能。在一或多個實施例中，空間光學微分器230提供類似於介電層210、第一介電層222a、或兩者的封裝性質。在一些實施例中，介電層210或空間光學微分器230中的任一者可以在TFE堆疊220的層之間或者在TFE堆疊220之上或之下定位而不作限制。
第3D圖係具有2對高折射率-低折射率層的空間光學微分器230D的示意性側面剖視圖。此處，空間光學微分器230D包括第一低折射率層232a、其上方的第一高折射率層234a、其上方的第二低折射率層232b、及其上方的第二高折射率層234b。空間光學微分器230D開始於與第一高折射率層234a相比更靠近EL元件像素202定位的第一低折射率層232a。然而，空間光學微分器230D不特別限於所示出的實施例。在一些其他實施例中，層次序相反，使得第一高折射率層234a最靠近EL元件像素202定位。
第3E圖係具有3對高折射率-低折射率層的空間光學微分器230E的示意性側面剖視圖。空間光學微分器230E進一步包括第三低折射率層232c及其上方的第三高折射率層234c。
第3F圖係具有4對高折射率-低折射率層的空間光學微分器230F的示意性側面剖視圖。空間光學微分器230F進一步包括第四低折射率層232d及其上方的第四高折射率層234d。
在一些實施例中，空間光學微分器230使用可以與製造TFE堆疊220整合的介電或無機製程形成。在一些實施例中，低折射率層232由SiO 2、其他介電材料、其他無機材料、其他類似材料、或其組合形成。在一或多個實施例中，低折射率層232具有約1.8或更小的折射率，諸如約1.6或更小，諸如從約1至約1.6，諸如從約1.4至約1.5，諸如約1.48。在一或多個實施例中，低折射率層232的厚度係約50 nm或更大，諸如從約50 nm至約500 nm，諸如從約50 nm至約250 nm，諸如從約50 nm至約150 nm，諸如從約90 nm至約150 nm，諸如從約100 nm至約125 nm。
在一些實施例中，高折射率層234由SiN X、TiO 2、其他介電材料、其他有機材料、其他類似材料、或其組合形成。在一或多個實施例中，高折射率層234具有約1.8或更大的折射率，諸如從約1.8至約2.5，諸如從約2至約2.45，諸如約2，或者約2.45。高折射率層234的折射率大於低折射率層232的折射率。在一些實施例中，低折射率及高折射率層232、234的折射率的差係約0.2或更大，諸如約0.3或更大,，諸如約0.4或更大,，諸如約0.5或更大,，諸如約0.75或更大,，諸如約1或更大，或者從約0.2至約2，諸如約0.5至約1。在一或多個實施例中，高折射率層234的厚度係約50 nm或更大，諸如從約50 nm至約500 nm，諸如從約50 nm至約250 nm，諸如從約50 nm至約150 nm，諸如從約70 nm至約120 nm，諸如從約70 nm至約120 nm，諸如從約80 nm至約100 nm。在使用介電製程的實施例中，空間光學微分器230的每個層使用電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition；PECVD)、其他類似沉積技術、或其組合形成。
在一些其他實施例中，空間光學微分器230使用可以與製造EL元件像素202整合的有機製程形成。在一些實施例中，低折射率層232由LiF、其他類似材料、或其組合形成。在一或多個實施例中，低折射率層232具有約1.8或更小的折射率，諸如約1.6或更小，諸如從約1至約1.6，諸如從約1.3至約1.4，諸如約1.37。在一些實施例中，高折射率層234由NPB、其他有機材料、其他類似材料、或其組合形成。在一或多個實施例中，高折射率層234具有約1.8或更大的折射率，諸如從約1.8至約2.5，諸如從約1.8至約2，諸如約1.83。在使用有機製程的一些實施例中，省略介電層210。在使用有機製程的實施例中，空間光學微分器230的每個層使用高真空熱沉積、其他適宜沉積技術、或其組合形成。在使用有機製程的一些實施例中，第一介電層222a的厚度係從約100 nm至約200 nm，諸如約130 nm。使用較薄的第一介電層222a更靠近底部反射電極層130移動反射界面226，從而導致相對於具有約900 nm的厚度的較厚的第一介電層222a改進的輸出耦合效率，例如，改進達約5%或更大。
在一些實施例中，相對於不具有空間光學微分器230的相同功能單元200，空間光學微分器230改進輸出耦合效率達約10%或更大。使用本文描述的功能單元200A-C的一個優點係來自EL元件像素202的改進的輸出耦合效率。繼而，較高效率改進了元件的壽命，從而在較低功率下提供相同亮度、及較長的行動裝置的一次充電使用。 示例分散式布拉格反射器 (DBR) 結構
如上文描述，本文揭示的空間光學微分器230可以DBR結構的形式實施。DBR結構可在正交入射時在大約目標波長(λ T)提供幾乎100%的反射率，並且可形成幾乎完美的反射帶。相比之下，遠離反射帶，DBR對的反射率可能極低（例如，幾乎為零）。在一些實例中，DBR結構可具有在約600 nm至約1,100 nm的範圍內的λ T，諸如600 nm、700 nm、800 nm、900 nm、1,000 nm、或1,100 nm。在表1中詳述針對具有上文列出的各種不同λ T的DBR結構的參數。在此實例中，DBR結構可包括2至4對高折射率及低折射率材料層。在此實例中，每對中的高折射率材料係NPB（在520 nm下n NPB~1.84），並且每對中的低折射率材料係LiF（在520 nm處n LiF~1.37）。在此實例中，第一TFE層對應於第3B圖至第3C圖所示的TFE堆疊220的第一介電層222a。在此實例中，第一TFE層可係DBR結構的部分。由此，第一TFE層的厚度根據λ T調節。如表1所示，在DBR結構中的每層的厚度取決於所選的λ T。 表1
λ t(nm) NPB厚度(nm) LiF厚度(nm) 第一TFE層厚度(nm)
600 82 110 79
700 95 128 92
800 109 146 105
900 123 165 118
1,000 136 183 131
1,100 150 201 144
第4圖係示出用於製造EL元件像素202的功能單元200的方法300的圖，其中介電層210在EL元件像素202與空間光學微分器230之間形成。參見第3B圖及第3D圖，於操作302，介電層210在EL元件像素202（例如，其填料180a、b）上方形成。於操作304，第一低折射率層232a在介電層210上方形成。於操作306，第一高折射率層234a在第一低折射率層232a上方形成。於操作308，第二低折射率層232b在第一高折射率層234a上方形成。於操作310，第二高折射率層234b在第二低折射率層232b上方形成。於操作312，形成一或多個額外對的低折射率及高折射率層。於操作314，TFE堆疊220形成在空間光學微分器230上方。
第5圖係示出用於製造EL元件像素202的另一功能單元200的方法400的圖，其中介電層210在空間光學微分器230與TFE堆疊220之間形成。參見第3C圖及第3D圖，於操作402，第一低折射率層232a在EL元件像素202（例如，其填料180a、b）上方形成。於操作404，第一高折射率層234a在第一低折射率層232a上方形成。於操作406，第二低折射率層232b在第一高折射率層234a上方形成。於操作408，第二高折射率層234b在第二低折射率層232b上方形成。於操作410，形成一或多個額外對的低折射率及高折射率層。於操作412，介電層210形成在空間光學微分器230上方。於操作414，TFE堆疊220形成在介電層210上方。
在一些實施例中，高折射率及低折射率層的定向相反。在一或多個實施例中，形成空間光學微分器230的層及形成TFE堆疊220使用相同製程，使得形成空間光學微分器230的製程與形成TFE堆疊220的製程整合。在一或多個實施例中，形成空間光學微分器230的層包括使用介電製程。在一或多個實施例中，介電製程包括PECVD。在一或多個其他實施例中，形成空間光學微分器的層包括使用有機製程。在一些實施例中，有機製程與製造EL元件像素202整合。在一或多個實施例中，有機製程包括高真空熱沉積。在一或多個實施例中，從方法300、400中省略形成介電層210。
儘管上述內容涉及本揭示的實例，但本揭示的其他及進一步實例可在不脫離其基本範疇的情況下設計，並且其範疇由以下申請專利範圍決定。
1-1:剖面線 10:陣列 100,100C~100H:電致發光(EL)元件 102,102A,102B:發射區域 104:寬度 106:長度 108:輸出耦合光 109:頂部 110:基板 112:薄膜電晶體(TFT) 114:互連層 120:PDL 122:底表面 124:頂表面 126:分級側壁 130:底部反射電極層 132:平面電極部分 132a:橫向端部 134:分級反射部分 140:介電層 144:分級部分 146:筆直堤部分 150:有機層 152:平面部分 154:分級部分 156:電洞注入層(HIL) 158:電洞傳輸層(HTL) 160:發射層(EML) 162:電子傳輸層(ETL) 164:電子注入層(EIL) 170:頂部電極 172:平面部分 174:分級部分 176:筆直堤部分 180a,180b:填料 182a:暴露表面 190:半透明基板 192:透明的底部電極 194:有機層 196:反射頂部電極 200:功能單元 200A,200B,200C:功能單元 202:EL元件像素 204:頂表面 206:底表面 210:介電層 212:界面 220:TFE堆疊 222a:第一介電層 222b:第二介電層 222c:第三介電層 224a:第一聚合物層 224b:第二聚合物層 226:界面 230,230D,230E,230F:空間光學微分器 232a:第一低折射率層 232b:第二低折射率層 232c:第三低折射率層 232d:第四低折射率層 234a:第一高折射率層 234b:第二高折射率層 234c:第三高折射率層 234d:第四高折射率層 300:方法 302~314:操作 400:方法 402~414:操作 θ c1,θ c2:入射角
為了能夠詳細理解本揭示的上述特徵所用方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本揭示的更特定描述，一些實施例在附圖中示出。然而，將注意，附圖僅示出示例性實施例，並且由此不被認為限制其範疇，且可允許其他等同有效的實施例。
第1A圖係根據一或多個實施例的電致發光(EL)元件的陣列的示意性俯視圖。
第1B圖係根據一或多個實施例的第1A圖的EL元件的陣列的示意性側視圖。
第1C圖至第1H圖係根據一些實施例的沿著第1A圖的剖面線1-1截取的各種不同EL元件的示意性側面剖視圖。
第2A圖係根據一或多個實施例的頂部發射EL元件的發射區域的示意圖。
第2B圖係根據一或多個實施例的底部發射EL元件的發射區域的示意圖。
第3A圖係根據一或多個實施例的功能單元的示意性側面剖視圖。
第3B圖係根據一或多個實施例的另一功能單元的示意性側面剖視圖。
第3C圖係根據一或多個實施例的又一功能單元的示意性側面剖視圖。
第3D圖至第3F圖係根據一些實施例的各種不同的空間光學微分器的示意性側面剖視圖。
第4圖係根據一或多個實施例示出用於製造EL元件的功能單元的方法的圖。
第5圖係根據一或多個實施例示出用於製造EL元件的功能單元的另一方法的圖。
為了便於理解，相同元件符號在可能的情況下已經用於標識圖中共有的相同元件。可以預期，一個實施例的元件及特徵可有利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
200A:功能單元
202:EL元件像素
210:介電層
212:界面
220:TFE堆疊
222a:第一介電層
222b:第二介電層
222c:第三介電層
224a:第一聚合物層
224b:第二聚合物層
226:界面
θc1,θc2:入射角

Claims (20)

  1. 一種用於一電致發光(EL)元件像素的功能單元，該功能單元包含： 一空間光學微分器，鄰近該EL元件像素設置，其中該空間光學微分器經構造為基於光在該功能單元上的一入射角來選擇性反射及透射光。
  2. 如請求項1所述的功能單元，進一步包含在該空間光學微分器上方設置的一薄膜封裝(TFE)堆疊。
  3. 如請求項2所述的功能單元，其中該空間光學微分器係一分散式布拉格反射器(DBR)。
  4. 如請求項3所述的功能單元，其中該BDR包含具有高折射率及低折射率的交替層，並且其中該DBR包含2至多對交替層。
  5. 如請求項4所述的功能單元，其中該高折射率超過該低折射率達約0.2或更大。
  6. 如請求項2所述的功能單元，進一步包含在該空間光學微分器與該TFE堆疊之間設置的一介電層。
  7. 如請求項2所述的功能單元，進一步包含在該EL元件像素的一填料與該光學空間微分器之間設置的一介電層。
  8. 如請求項1所述的功能單元，其中該EL元件係底部發射的，並且其中該功能單元進一步包含在該空間光學微分器下方設置的一平面層或一隔離層中的至少一者。
  9. 一種製造用於一電致發光(EL)元件像素的一功能單元的方法，該方法包含以下步驟： 鄰近該EL元件像素形成一空間光學微分器的一第一層，該第一層具有一第一折射率； 在該第一層上方形成該空間光學微分器的一第二層，該第二層具有一第二折射率，其中在該等第一及第二折射率之間的一差係約0.2或更大； 在該第二層上方形成該空間光學微分器的一第三層，該第三層具有該第一折射率；以及 在該第三層上方形成該空間光學微分器的一第四層，該第四層具有該第二折射率，其中該空間光學微分器經構造為基於光在該功能單元上的一入射角來選擇性反射及透射光。
  10. 如請求項9所述的方法，其中該EL元件係頂部發射的，進一步包含以下步驟：在該空間光學微分器上方形成一薄膜封裝(TFE)堆疊。
  11. 如請求項10所述的方法，進一步包含以下步驟：在該空間光學微分器與該TFE堆疊之間形成一介電層。
  12. 如請求項10所述的方法，進一步包含以下步驟：在該EL元件像素的一填料與該空間光學微分器的該第一層之間形成一介電層。
  13. 如請求項10所述的方法，其中形成該空間光學微分器的該等層之步驟及形成該TFE堆疊之步驟包含該相同製程。
  14. 如請求項9所述的方法，其中形成該空間光學微分器的該等層之步驟包含一介電製程，並且其中該介電製程包括電漿增強化學氣相沉積。
  15. 如請求項9所述的方法，其中形成該空間光學微分器的該等層之步驟包含一有機製程，其中該有機製程與製造該EL元件像素整合，並且其中該有機製程包括高真空熱沉積。
  16. 如請求項9所述的方法，進一步包含以下步驟：形成一或多個額外的第一及第二折射率層對。
  17. 如請求項9所述的方法，其中該EL元件係底部發射的，並且其中該空間光學微分器在該功能單元的一平面層或一隔離層中的至少一者上方形成。
  18. 一種顯示結構，包含： 電致發光(EL)元件像素的一陣列； 一功能單元，鄰近EL元件像素的該陣列設置，該功能單元包含： 一空間光學微分器，鄰近該EL元件像素設置，其中該空間光學微分器經構造為基於光在該功能單元上的一入射角來選擇性反射及透射光； 複數個薄膜電晶體，形成一驅動電路陣列，該驅動電路陣列經構造為驅動及控制EL元件像素的該陣列；以及 複數個互連層，每個互連層在一EL像素與該複數個薄膜電晶體的一相應薄膜電晶體之間電氣接觸。
  19. 如請求項18所述的顯示結構，其中該EL元件像素係頂部發射的，並且其中該功能單元進一步包含在該空間光學微分器上方設置的一薄膜封裝(TFE)堆疊。
  20. 如請求項18所述的顯示結構，其中該空間光學微分器係包含具有高折射率及低折射率的交替層的一分散式布拉格反射器(DBR)，其中該DBR包含2或多對交替層，並且其中該高折射率超過該低折射率達約0.2或更大。
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