TWI471055B - 以具有產生指向性光之微光學元件構成的有機發光二極體 - Google Patents

Description

以具有產生指向性光之微光學元件構成的有機發光二極體

本發明係關於具有一有機發光裝置(OLED)之一發光裝置。

現今，可容易地獲得有機發光裝置用於整合於發光或顯示產品內。有機發光二極體技術尤其有利，因為其致能發光裝置之製造，其從一相對較大的表面區域照射，同時可以製造得極薄。

一有機發光二極體呈現一朗伯輻射場型，從而導致一較大光束發散度。對於顯示應用，例如當將一有機發光二極體層用作一顯示面板之一光源時，該朗伯輻射圖案係有利的。另一方面，對於照明或發信應用，例如在汽車應用中，一般需要一指向性光束。由於展度保留之定律，準直大面積光射極(例如有機發光二極體)之光存在問題。

文獻EP 1 051 582揭示一種發光裝置，其顯示一大面積光射極。為準直所產生光，提供複數個透明光指向部件。在該光指向部件上，配置複數個半導體發光裝置，例如有機發光二極體。每一半導體發光裝置將光發射到個別光指向部件，其接著係準直，以便可以產生一預定義的光束形狀。儘管此解決方式致能一發光裝置之構造從而從一大面積光射極發射指向性光，但此類具有複數個有機發光二極體之裝置的製造極為複雜且昂貴。

因此，本發明之一目的係提供一種有機發光二極體發光裝置，其致能產生一指向性光束並且其可以係有效率並且低成本地進行製造。依據本發明，藉由如請求項1之發光裝置來解決該目的。申請專利範圍之附屬項係關於本發明之較佳具體實施例。

依據本發明，至少一連續有機發光二極體層係夾在一第一與第二電極層之間，其中電極層電接觸該有機發光二極體層之個別第一與第二表面。為產生一指向性光束，提供光學準直構件，其係與該有機發光二極體層間隔至少該第二電極層。該等準直構件之各準直構件界定一接受角度，其中準直構件接受光以形成一指向性輸出光束。在本發明中，該等準直構件之各準直構件的接受角度在該有機發光二極體層上形成一接受區域，從該接受區域，該有機發光二極體層中產生的光係被準直構件接受。在本發明之背景下，術語接受角度表示藉由複數個準直構件界定之複數個角度範圍。

有利的係，該第二電極層僅在間隔區段與該有機發光二極體層電接觸，每一間隔區段皆處於個別準直構件之接受角度內。因而，僅在該等接受角度內刺激該有機發光二極體層內的光之發射。儘管本發明較有利地允許一連續有機發光二極體層之使用，但在光不能被準直構件接受並因而不會有助於形成該指向性輸出光束的有機發光二極體層之區域中不產生光。在本發明之背景下，可以在該等準直構件之各準直構件的接受角度中形成一或多個區段。

在本發明之背景下，應明白術語"有機發光二極體層"包括必要的射極層(EL)、電子傳輸層(ETL)及電洞傳輸層(HTL)以及任何其他最終必要的層，取決於所使用的有機發光二極體技術。

在有機發光二極體結構內，藉由引入該有機發光二極體層的該EL層中之電子/電洞對的復合來產生光。通常，在該有機發光二極體之表面上層狀配置合適的電極以引入該等電子/電洞對。藉由一電子/電洞對之復合而釋放的能量產生一激子(excition)，其刺激該EL層內之一分子來發射一所需波長之光子並因而產生所需彩色光。

該有機發光二極體層可以由任何可購得之有機發光二極體材料形成，包括SM－OLED(小分子有機發光二極體)及PLED(聚合物發光二極體)。

該有機發光二極體層係藉由該第一與該第二電極層而電接觸。就本發明而言，應將該有機發光二極體層之該第二表面界定為發光表面。因此，為致能該發光裝置之一充分功效，該第二電極層在所需波長範圍內至少部分透明。例如，該第二電極層可以由氧化銦錫(ITO)形成，其在可見波長範圍內係透明的。該第一電極層不需要係透明的並且可以由(例如)一金屬或一金屬合金形成。較佳的係，接觸該有機發光二極體層之該第一表面的該第一電極層之表面應在所需波長範圍內係反射性的以致能該發光裝置之一甚至更高的功效。

為致能一定義之輸出光束的形成，在該有機發光二極體層的第二表面(即該發光表面)之側上配置複數個光學準直構件，其係與該有機發光二極體層間隔至少該第二電極層。該複數個光學準直構件準直藉由該有機發光二極體層發射之光。依據特定應用，準直構件可以係形成以僅在垂直於發光系統之光軸的一軸上準直光或較佳的係在各垂直於該光軸的兩個軸上準直光。就本發明而言，將該光軸界定為垂直於該有機發光二極體層之第二表面並處於其中心。

準直構件可以由任何合適的材料形成，較佳的係玻璃或聚合物材料，取決於所需輸出光束形狀並因而取決於折射率的必要差異。自然，應選擇準直構件之材料以免引入所需波長範圍之相應損失。較佳的係，可以藉由複數個透鏡或微透鏡或當使用一聚合物材料時藉由透鏡或微透鏡之箔來形成光學準直構件。一聚合物箔之使用尤其較佳，因為可以一具有成本效益的射出成型製程來有利地形成此一聚合物箔。例如，準直構件可以係圓柱透鏡、球形透鏡或CPC準直器(複合拋物面壓縮器)。

其進一步可能包括簡單成形元件，其例如藉由使用一材料來準直入射光，在該材料中依據所需輸出光束形狀來改變折射率。例如，此類元件可以係圓柱梯度折射率透鏡。根據應用，準直構件可以包含另外準直器、透鏡、透鏡群組、透鏡陣列或其任一組合。

該複數個準直構件之光學特性可以彼此完全相同，以便形成具有一無限焦點之一準直的輸出光束。若必要，該複數個準直構件之各準直構件還可以呈現個別光學特性以獲得一特定成形的輸出光束。此處，每一準直構件形成決定輸出光束之特定形狀的一總體"虛擬透鏡"之一部分。通常使用一有限元方法來設計藉由複數個單一準直元件形成之此類"虛擬透鏡"。

在一簡單範例中，可以形成一光束中的最外部之準直構件以於一界定之焦點將光指向該光軸，而形成內部準直構件以沿該發光裝置之光軸來指向光，從而導致於界定之焦點的一窄光束。

可以直接在該第二電極層上或較佳的係在沿該發光裝置之光軸的一界定之接近範圍內形成光學準直構件。在第二情況下，可以使用具有界定之折射率的一材料來填充第二電極層與準直構件之間的間隙，例如折射率匹配流體或簡單地使用空氣填充。在汽車應用中，在該第二電極層的一界定之接近範圍內配置準直構件尤其有利，其中準直構件可以係與汽車燈之頂部蓋整體形成並因而減低汽車燈之總體成本。

該複數個光學準直構件之各光學準直構件接受僅在一界定之接受角度內入射至準直構件的光，即在該有機發光二極體層之表面上的一界定之接受區域內。依據本發明，該第二電極層呈現間隔區段，以便該第二電極層僅在該等光學準直構件之各光學準直構件的接受角度內與該有機發光二極體電接觸而在該等接受角度之間不電接觸。

因而，僅在該等準直構件之各準直構件的接受角度內產生光，因為由於該第二電極層之形成所致，僅在該等接受角度內將電荷載子引入該有機發光二極體層。因此，依據本發明之發光裝置極為節省能量，因為僅在確保準直構件之一接受的區域中產生光子。產生於接受角度之外的任何光子不會被準直構件接受並因此直接造成發光裝置之損失。因此，在依據本發明之一裝置中，僅在需要之處產生光，而不需要有機發光二極體層之複雜構成或多個有機發光二極體之製造。

由於準直構件之透鏡轉換所致，該等區段之尺寸的改變會導致輸出光束的數值孔徑的改變。因而，可以藉由改變該等區段之尺寸來控制輸出光束之形狀，而準直構件之光學特性係保持恆定。自然，根據應用，可以獨立或相同地選擇該第二電極層的每一區段之尺寸。

對於許多應用，例如汽車發信應用，需要一不對稱光束形狀。因此，較佳的係該等區段之縱橫比係不對稱的。

當提供不對稱形成之區段時，將準直構件特別形成為所需輸出光束形狀係多餘的，其甚至更節省成本。當如以上所說明不對稱地形成區段時，可以使用標準旋轉對稱透鏡。如前所述，由於透鏡轉換所致，輸出光束形狀之數值孔徑將顯示與該等區段之縱橫比相同之對稱。例如，若該等區段呈現2：1之縱橫比，則在垂直於該光軸的兩個軸中的所得光束寬度亦會係2°：1°。

為進一步使輸出光束成形，可以透過該有機發光二極體層之延伸來改變該等區段之各區段的尺寸。例如，關於輸出光束的最外部區段可以顯示比內部區段小的尺寸。在此情況下，在光束之最外部區域中強度係減低，其在範例性的汽車應用中可以係所需的。

依據本發明之一較佳具體實施例，該第二電極層在該等區段之間係不連續的，以便在此等間隔中無電荷載子係引入該有機發光二極體層。可以藉由印刷技術或藉由透過一個別遮罩沈積來形成此一構成的電極層。可以藉由電線使用一接合或焊接製程來接觸該第二電極層的如此形成之單一電極。

在本發明之另一較佳具體實施例中，該第二電極層在至少複數個區段上係連續的並藉由該等區段之間的一絕緣層來電絕緣。此較佳具體實施例致能該第二電極層之一極為節省成本的製造，因為不需要該電極之一構成。可以藉由此項技術中已知的任何技術來形成該絕緣層。例如，該絕緣層可以係標準印刷電路板已知的一絕緣漆，其係印刷、油漆或噴灑在該有機發光二極體層或該第二電極層上。此外，可以使用由標準半導體已知的任何絕緣層，只要可以充分地禁止該等區段之間的區域中的電荷載子之引入。尤其較佳的係該第二電極層在所有區段上皆係連續的，其允許一甚至更節省成本的製造。

參考圖1，由一堆疊之有機發光二極體2與一準直透鏡陣列3來形成一發光裝置1。該透鏡陣列3由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)形成，其在可見光波長範圍內係透明的。該透鏡陣列3之每一單一透鏡呈現一接受角度，如圖1中之虛線所示。

從該透鏡陣列3間隔開，在一界定之接近範圍內配置一有機發光二極體堆疊2。該有機發光二極體堆疊2包含至少一有機發光二極體層4與一第一連續電極層5，其係配置於該有機發光二極體層4之背側上。在該有機發光二極體層4之前側上提供一第二電極層6。

該第二電極層6係連續的，但僅在區段6a內與該有機發光二極體層4接觸，該區段6a處於該透鏡陣列3之各透鏡的接受角度內。在該等區段之間，存在一隔離層9。由於此隔離層9所致，僅在該等接受角度內刺激該有機發光二極體層4中的光之產生。可以由一金屬(例如鋁)來製造該第一電極層5，而該第二電極層6係一ITO電極(氧化銦錫)，其在可見光波長範圍內係透明的。儘管未顯示，該有機發光二極體堆疊2中可以存在其他的層，此處為清楚起見未顯示。

在本具體實施例中，該透鏡陣列之每一透鏡呈現2.2 mm之一曲率半徑7。該有機發光二極體堆疊2與該透鏡陣列3之間的距離係2.3 mm。該區段6a之長度沿所示延伸方向8為0.2 mm。由該透鏡陣列3於與該有機發光二極體堆疊2相反之側輸出光。

依據圖2的本發明之一第二具體實施例中顯示一第二範例性有機發光二極體堆疊22之一詳細視圖。圖2顯示通過該有機發光二極體堆疊22之一斷面圖，其中藉由所示箭頭描述所發射光之方向。提供一玻璃基板23來以機械方式支撐該有機發光二極體堆疊22。一透明第二電極層係形成為一ITO電極24並在此具體實施例中係不連續地配置於該玻璃基板23上，以便僅在該等個別透鏡之接受角度內在該有機發光二極體堆疊22中產生光。將該ITO電極24電連接至一合適的電源。藉由該第一電極層來提供該電源之一另外連接，該第一電極層係藉由一鋁電極33而形成。下表詳細說明該有機發光二極體堆疊22之完整配置：

以上說明之配置形成一白光有機LED。

圖3以一平面圖顯示本發明之另一具體實施例中的一範例性配置。該發光裝置係設計成用以獲得一不對稱形的輸出光束。如以上所說明，該有機發光二極體層34係藉由一不連續的第二電極層接觸，其形成分離之區段35。該等區段35處於該透鏡陣列的該等透鏡36之各透鏡的個別接受角度內，其由所示虛線描述。

使用2：1之一縱橫比來不對稱地形成該第二電極層之每一區段35。因而，輸出光束之所產生光束角度亦係2：1。在本具體實施例中，該第二電極層之每一區段35呈現一1 mm之長度與一0.5 mm之寬度。每一區段的兩個對應邊緣之間的長度37係2 mm而長度38係1 mm。此特定配置導致具有一分別為20°/10°之光束寬度的一光束，其在汽車信號應用中尤其有利。圖3所示之配置進一步呈現1/8之一填充因數，其極為節省能量。當如以上所說明不對稱地形成該等區段35時，可以有利地使用標準旋轉對稱透鏡。

1．．．發光裝置

2．．．有機發光二極體堆疊

3．．．準直透鏡陣列

4．．．有機發光二極體層

5．．．第一電極層

6．．．第二電極層

6a．．．間隔區段

7．．．曲率半徑

9．．．隔離層

22．．．有機發光二極體堆疊

23．．．玻璃基板

24．．．ITO電極

25．．．PEDOT

26．．．MTDATA

27．．．螺－TAD

28．．．CBP：FIrpic

29．．．CBP：Irppy

30．．．CBP：ADS076

31．．．Alq 3

32．．．LiF

33．．．鋁電極

34．．．有機發光二極體層

35．．．分離之區段

36．．．透鏡

以上已參考附圖詳細說明本發明，其中圖1顯示本發明之第一具體實施例的一斷面圖，圖2以一斷面圖顯示本發明之一第二具體實施例，以及圖3顯示本發明之另一具體實施例。

1．．．發光裝置

2．．．有機發光二極體堆疊

3．．．準直透鏡陣列

4．．．有機發光二極體層

5．．．第一電極層

6．．．第二電極層

6a．．．間隔區段

7．．．曲率半徑

9．．．絕緣層

Claims (8)

1. 一種發光系統，其包含：一有機發光二極體堆疊(2)，其中該有機發光二極體堆疊(2)包含：至少一連續有機發光層(4)，其具有相對的第一與第二表面，一第一電極層(5)，其與該有機發光層(4)之該第一表面電接觸，一第二電極層(6)，其與該有機發光層(4)之該第二表面電接觸，以及複數個光學準直構件，其至少由該第二電極層(6)與該有機發光層(4)間隔，每一光學準直構件界定一接受角度，該準直構件在該接受角度內接受光以形成一指向性(directed)輸出光束，其中該第二電極層(6)僅在間隔區段(6a)內與該有機發光層(4)電接觸，該等間隔區段(6a)係配置於該等準直構件之該等接受角度內，該等間隔區段相對於該指向性輸出光束具有最外部區段與內部區段，該等最外部區段之尺寸小於該等內部區段之尺寸，且其中該有機發光二極體堆疊(2)與該複數個光學準直構件在沿該有機發光二極體堆疊(2)之一光軸的一界定之接近範圍(proximity)內彼此間隔開。
2. 如請求項1之發光系統，其中該複數個光學準直構件之分離位置於該等光學準直構件與該有機發光二極體堆疊 (2)之間定義一間隙，其中該間隙係由具有一界定之折射率的一材料來填充。
3. 如請求項1之發光系統，其中該等區段(6a)之縱橫比係不對稱的。
4. 如請求項1之發光系統，其中該等光學準直構件係由複數個透鏡形成。
5. 如請求項1之發光系統，其中該等光學準直構件包含一聚合物箔。
6. 如請求項1之發光系統，其中該第二電極層(6)在至少複數個區段(6a)上係連續的並藉由該等區段(6a)之間的一隔離層(9)而與該有機發光層(4)電隔離。
7. 如請請求項1之發光系統，其中該第二電極層(6)在該等區段(6a)之間不連續。
8. 如請求項1之發光系統，其中該等準直構件本質上呈現若干旋轉對稱光學準直特性。