TWI543424B - 利用梯度折射率膜於ｏｌｅｄ中控制光線之擷取及分佈 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種梯度折射率膜於電光裝置中增強光或能量傳播之用途。更特定言之，本發明係關於一種梯度折射率膜於光源(例如OLED光源)上增強光線擷取及分佈控制之用途。然而，應瞭解文中所揭示之本發明在相關的領域及其他電光裝置(包括其他類型的光源及顯示器)中具有效用及應用。
電光裝置包括藉由電場改變材料之光學特性，即藉由改變材料之電磁(光學)與電學(電子)能態之間的相互作用來操作之組件及系統。該等裝置包括(但不限於)固態光源，諸如OLED及LED。由於該裝置係在能量產生及自該裝置擷取能量之前該能量透過一或多種不同的介質以發揮其所希望之功能，例如作為照明裝置的原則上進行操作，故可能會因能量必經之不同介質之折射率錯配而有能量損失。
有機發光二極體(OLED)係已知的。如一般所瞭解，OLED裝置通常包括位於電極之間的一或多個有機發光層，例如形成於基板上之陰極及光透射陽極，該基板亦可為光透射。一旦施加電流，則電子可自陰極注入至有機層中，及電洞可自陽極注入有機層中。電子及電洞一般係通過有機層直至其在發光中心(通常為有機分子或聚合物)再結合為止，此再結合過程通常會在光譜的可見區域中產生光子發射。因此，如文中所用，術語「有機發光二極體」一般係指一種包括至少電極及一或多個活性層(包括有機材料(分子或聚合物))之裝置，該裝置可表現出電致發光之特徵。視發光層中發光中心之確切組成而定，可發射一或多種彩色帶之光。
通常，OLED層係如上所述經排列以使得有機層位於陰極與陽極層之間。隨著光之光子的產生及發射，光子會移動透過有機層。彼等移近陰極者一般包括非光透射性材料(例如金屬)，其可反射回至有機層中。然而，彼等移動透過有機層至光透射陽極及最終至基板或其他外表面層者可自OLED以光能形式發出。即使該基板係光透射性的，但由於基板材料之折射率與外部介質(通常為空氣)之折射率的差異，某些部份的光子會因全內部反射而截留在該裝置內。隨著折射率錯配在兩種介質之間或裝置各層之間，或在該裝置之最外層與外界環境之間變得更大，光的全內部反射亦會增加。因此，所截留之光子不能自該裝置逃離，及藉此使得OLED以就該裝置內所產生之光而言小於100%效率運轉，及隨後發光。
如前述可見，藉由減少光能在發射之前所通過之材料(包括外部介質(其最可能係空氣))之折射率錯配，可使光輸出達最佳。因此，希望提供一種用於減少光源之折射率錯配以使光輸出最大化之構件。此外，希望減少光源之折射率錯配以使光分佈更加優化。
在一實施例中，提供一種電光裝置，其中該裝置係一種光源，及該光源係OLED。該OLED包括至少一基板、一陰極、一陽極、位於該陰極與該陽極之間之一或多種有機發光材料、及一位於該裝置之外部發光表面上(例如該基板層上)之梯度折射率膜。可能包括或不包括於該光源結構中之其他視需要之層包括(但不限於)電子注入層、電洞注入層、電子傳輸層、電洞傳輸層、電子封阻層、電洞封阻層及激子封阻層。
在另一實施例中，提供一種電光裝置，其中該裝置係一種光源，及該光源係OLED，該OLED包括至少一梯度折射率膜層，位於該至少一梯度折射率膜層上具有至少一陽極、一陰極、及位於該陽極與該陰極之間的一或多種有機發光材料。可能包括或不包括於該光源結構中之其他視需要之層包括(但不限於)電子注入層、電洞注入層、電子傳輸層、電洞傳輸層、電子封阻層、電洞封阻層及激子封阻層。
在另一實施例中，提供一種電光裝置，其中該裝置係一種光源，及該光源包括至少一陽極、一陰極、位於該陽極與該陰極之間的一或多種有機發光材料、及位於該裝置之一或多個發光表面上之一或多種梯度折射率膜。在此實施例中，該陰極係由光透射性材料構成，及該裝置係以多方向方式發射光能。因此，該梯度折射率膜可位於該裝置之任一或多個發光表面上以改善漏光之百分比。可能包括或不包括於該光源結構中之其他視需要之層包括(但不限於)電子注入層、電洞注入層、電子傳輸層、電洞傳輸層、電子封阻層、電洞封阻層及激子封阻層。
在通篇專利說明書中，可利用具有文中所提供之定義之某些術語及詞語。彼等未經定義之術語或詞語應理解為具有熟悉本發明相關技術領域者所知曉之最廣意義。可使用近似語言來修飾任何數量性表示，其可在不導致相關的基本功能發生變化的情況下變化。因此，由諸如「約」及「實質上」之術語修飾之值在某些情況下可不限於所指定之精確值。用於連接數量之修飾語「約」係包含所述值及具有上下文所指定之意義，例如包括與特定量之測量相關之誤差程度。此外，「視需要」或「視需要地」意指所述材料、事件或情況可能存在或出現，或者不存在或不出現，及該闡述包括事件或材料出現/存在之情況亦及事件或材料不出現/不存在之情況。除非上下文另外清楚地指出，否則單數形式，諸如「一」、「一個」及「該」包括複數個涉及物。文中所揭示之所有範圍係包含所述端點值及可獨立地組合。最終，如文中所用，詞語「適用於」、「經組態」及類似詞語係指經尺寸化、安置或製造以形成指定結構或達成特定結果之元件。
因此，現參考文中所述之不同實施例，經電光裝置及特定言之經光源發射出之光能可藉由控制該裝置的最外表面與外部介質之間的折射率錯配及使其最小化而最優化之。如文中所用，術語「電光裝置」可用來意指任何發射能量之裝置，其包括(但不限於)光源，諸如OLED、LED、其他光源及類似物。對於本揭示案之目的，本發明將特定參照OLED裝置進行闡述。然而，熟悉相關技術領域者可容易地明瞭操作原則及其對其他電光裝置之應用。
大部份(若非所有)光透射性材料之一特徵係折射率。因此，彼等存在於裝置中之材料可為透明及/或表現光透射性及/或可以該材料之特定折射率值為特徵。「折射率」如文中所用係指隨著光透射過一介質光速降低之量度。透明光學介質之折射率係光透過該介質之速率v相對於光透過真空之速率降低之倍數：
其中n係該材料之折射率，c係真空中之光速，及v係該材料中之光速。假定光波呈直線穿過一介質，則折射率可自材料之相對電容率ε及相對滲透率μ來計算：n 2=εμ。
通常，透射可見光譜之光之玻璃及聚合物之折射率值係在1.2至3.0內變化。此外，材料之折射率通常會隨著透射光之波長的減短而增加，但此變化極小。因此，基於本揭示案之目的，折射率係近似值。
如先前文中所論述，在OLED結構的情況下，呈光子或光射線形式之光能係在有機層中產生及隨後透射過有機層並藉由非透射性陰極層反射回該裝置中或在透射過陽極及任何基板或可能存在之其他介入層(假定該等物係由光透射性材料所構成)之後自該裝置發射出。然而，應瞭解某些陰極材料可為光透射性，及在某些實施例中，光可自陰極層及自裝置以多方向方式射出。不論裝置具有多少個光透射性表面，光能在自裝置射出之前幾乎一直折射。術語「折射」如文中所用係指光波方向之變化，其係隨著該波遇到新的或不同的介質而出現。此方向之變化係由波速變化所引起。該方向變化係直接與光波所遇到之兩種或更多種不同材料的折射率差異或折射率錯配直接相關。
如文中所用，術語「光透射」係指材料或裝置，其藉由該材料或裝置所產生之光能之實質部份可通過該材料或裝置，及可以光之形式發射，然而所產生能量之某些部份可能被散射、吸收或反射回至該材料或裝置中。光透射性材料/裝置包括彼等認為係半透明、透明、不透明或任何其他狀態者，只要某些光能可通過及發出即可。
由於光波或射線係在文中所述類型的分層裝置內產生，因此其可以所謂入射角之角度接觸該裝置內既定層或介質。假定該等層或介質係排列於該裝置之內以使得光波所遇到之各連續層之折射率小於已所發出光波者之折射率，則該光一般係以類似於但大於光波的入射角之角度自法線轉向，及入射角增加或變大。入射角增加係由於兩種介質的折射率差異或錯配，從而引起折射光波表現出比入射角更大的角度。此發射的光線係經折射或自法線轉至90°之情況係稱為臨界角，此係可導致光波或光線漏出該介質或發出之最大可能入射角。超出此點，則光表現有所不同。當此出現及超出兩種介質之臨界角時，出現稱為「全內部反射」或TIR之現象。此意指光線不再射出較高折射率介質及藉由較低折射率介質折射，相反地，其在內部被反射回該裝置內。經歷TIR之光線一旦被反射，則其再次受到反射、折射及吸收之標準定律影響。提及TIR僅在光線自具有較高折射率之材料透射至具有較低折射率之材料時出現。
具有不同折射率之兩種介質間之界限的臨界角可利用斯涅爾定律(Snell's Law)測定：
其中1及2分別對應於第一及第二介質，及因此α1對應於入射角及α2對應於折射角及n係該材料之折射率。與全內部反射相反，產生折射光線之最大可能入射角係稱為臨界角。臨界角係相對於表面之法線所量得並令大於臨界角之任何入射光線經歷全內部反射。在臨界角的情況下，折射角α2係90°，及因此sin α2等於1。入射角係臨界角，因此
其中θc係臨界角，n2係具有較低折射率值之材料之折射率，及n1係具有較高折射率值之材料之折射率。因此，若已知兩種介質之折射率，則可容易地計算出θc。
為闡釋以上所述，假定(例如)光線自具有較高折射率(n=1.5)之介質透射至具有較低折射率(n=1.0)之介質。另外假定在較高折射率介質中之入射角為30°(α1)。利用此等值，現在可使用斯涅爾定律(Snell's Law)測定光線在其進入具有較低折射率之介質中時的折射角度：1.5 sin 30°=1.0 sin α2使得α2=49°。因此，如上所述，入射角隨著光線透射入較低折射率之介質而變大。對於以下情況可再次利用斯涅爾定律計算出變大的入射角：該等介質之折射率保持不變，1.5及1.0，但第一種介質(具有較高折射率)中之入射角現在係35°。則在較低折射率介質中變大的入射角經計算為：1.5 sin 35°=1.0 sin α2使得α2=59°。
若再次假定介質保持不變，但穿過第一介質之入射角為41.8°，則在較低折射率材料中之折射角經計算為90°，因此41.8°代表臨界角。因此，具有大於41.8°的入射角及穿過具有所述折射率錯配，即1.5及1.0之介質之任何光線將經歷全內部反射。對於折射率錯配更小，例如1.5及1.4之情況，則臨界角經計算為69°。因此，大部份在0°與69°之間的入射光線會折射及透射，然而具有更大入射角之入射光線會經歷TIR。
此外，參照文中所述之不同實施例，經電光裝置發出之能量，及特定言之經光源發出之光能可藉由控制該裝置之最外表面與外部介質之外表面之間的折射率錯配及使其最小化而最優化。在之前有關TIR之論述的教示下，可瞭解到藉由使光能在發射出去之前必經之層之折射率的差異最小，TIR會減少及該裝置可更加有效地運行，即，反射回該裝置中之光能更少及發出的光能更多。在一實施例中，此係藉由將梯度折射率膜，即GRIN膜，置於該裝置之最外發光表面上達到。
如上所述，適用於梯度折射率膜之電光裝置包括光源，諸如OLED、LED及其他光源。在一實施例中，提供一種電光裝置，其中該裝置係一種光源，及該光源係OLED。該OLED包括至少一基板、一陰極、一陽極、位於該陰極與該陽極之間之一或多種有機發光材料、及一位於該裝置之外部發光表面上(例如基板層上)之梯度折射率膜。可能包括或不包括於光源結構中之其他視需要之層包括(但不限於)電子注入層、電洞注入層、電子傳輸層、電洞傳輸層、電子封阻層、電洞封阻層、及激子封阻層。
在另一實施例中，提供一種電光裝置，其中該裝置係一種光源，及該光源係一種OLED，其包括至少一梯度折射率膜層，位於該至少一梯度折射率膜層上具有至少一陽極、一陰極、及位於陽極與陰極之間之一或多種有機發光材料。可能包括或不包括於光源結構中之其他視需要之層包括(但不限於)電子注入層、電洞注入層、電子傳輸層、電洞傳輸層、電子封阻層、電洞封阻層、及激子封阻層。
在又另一實施例中，提供一種電光裝置，其中該裝置係一種光源，及該光源包括至少一陽極、一陰極、位於該陽極與陰極之間之一或多種有機發光材料、及位於該裝置之一或多個發光表面上之一或多種梯度折射率膜。在此實施例中，該陰極係由光透射性材料構成，及該裝置係以多方向方式發射光能。因此，梯度折射率膜可位於該裝置之任何一個或多個發光表面上以改善漏光百分比。可能包括或不包括於光源結構中之其他視需要之層包括(但不限於)電子注入層、電洞注入層、電子傳輸層、電洞傳輸層、電子封阻層、電洞封阻層、及激子封阻層。
根據某些實施例之OLED光源中之陰極層可包括任何已知可用於光源結構中之材料及其並不一定係本發明之限制性態樣。例如，陰極一般包括具有低工作函數之材料，以使得相對較小的電壓引起電子發射。通常所用之材料包括金屬，諸如金、鎵、銦、錳、鈣、鉀、鈉、鑭、鈰、錫、鉛、鋁、銀、鎂、鋰、鍶、鋇、鋅、鋯、釤、銪及其任意二者或更多者之混合物或合金。此等材料一般係非透射性及因此折射率對自該裝置擷取光線並不是重要的設計考量。較佳的陰極層材料包括合金，諸如Al-Mg、Al-Li、In-Mg、及Al-Ca；單一金屬，諸如Al。亦可使用分層結構，諸如具有約1至約10 nm之厚度的金屬薄層，諸如Ca；或藉由更厚的另一種金屬(諸如Al或Ag)層覆蓋之非金屬薄層，諸如LiF。該陰極層之厚度通常係約75 nm至約150 nm。
在某些實施例中，該裝置係一種利用半透明陰極之透明OLED(TOLED)。此類型的裝置可使光自該裝置之一個以上的表面漏出，或以多方向方式發光。該等裝置可由(例如)極薄的銀層或厚度小且導電及半透明之其他材料之陰極構成。通常，TOLED中陰極層之厚度係約10 nm至約100 nm。
一般而言，對於大部份OLED組態，包括TOLED組態，陰極沈積係裝置製造之最後步驟，繼而添加封裝該裝置之保護罩。因此，此等裝置一般在陰極之最外表面與外界環境之間包括至少一層中間層(封裝層)，及可受益於用於減少此等層彼此之間及/或與外界環境之任何折射率錯配之構件之存在。
根據某些實施例之OLED光源中之陽極層一般係由相較於陰極之材料具有高工作函數值之材料構成。已知用於光源裝置之陽極層中之材料一般係光透射性的。適宜的材料包括(但不限於)透明導電氧化物類，諸如氧化錫、氧化銦、氧化鋅、鎘錫氧化物、銦錫氧化物(ITO)、經鋁摻雜之氧化鋅(AZO)、經氟摻雜之氧化錫(FTO)、經銦摻雜之氧化鋅、鎂銦氧化物及鎳鎢氧化物；金屬類，諸如金、鋁、及鎳；導電聚合物類，諸如聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT:PSS)；及其任意二者或更多著之混合物及組合物或合金。在某些實施例中，該陽極係光透射性的，及藉此用於構成OLED裝置之此層之材料具有特徵折射率。
該OLED裝置進一步包括位於陰極與陽極層之間之有機層。該有機層包括一或多層或材料，其中一者具有傳輸電洞之能力及其另一者具有傳輸電子之能力。此外，該有機層係用作電致發光中心。當施加電壓時，電子流自陰極流經該裝置至陽極。陽極對應於電流將正電荷或電洞注入電洞傳輸層中，同時陰極將負電荷或電子注入電子傳輸層中。靜電力將電子及電洞結合至一起及其在發光中心附近結合，從而引起能級下降及發出光譜中紅外、紫外或可見光波長之輻射。因此選擇有機層以在所希望之波長範圍中電致發光。該有機層材料可為聚合物、共聚物、聚合物之混合物、或具有不飽和鍵之較低分子量有機分子。該材料具有非定域π電子系統，其提供聚合物鏈或有機分子支撐具有高遷移率之正及負電荷載體之能力。適合聚合物包括：聚(n-乙烯基咔唑)；聚(烷基茀)，諸如聚(9,9-二己基茀)、聚(二辛基茀)、或聚(9,9-雙(3,6-二氧雜庚基)-茀-2,7-二基)；聚(對伸苯基)及其衍生物；及此等聚合物或基於此等聚合物之共聚物之混合物。其他適宜的聚合物包括彼等含於聚矽烷類中者，諸如聚(二-正丁基矽烷)、聚(甲基苯基矽烷)、聚(二-正戊基矽烷)、聚(二-正己基矽烷)、及聚(雙(對丁基苯基)矽烷)。具有小於約5000的分子量及具有大量芳族單元之適合有機材料包括1,3,5-叁(n-(4-二苯基胺基苯基)苯基胺基)苯、及其他該等聚合物。適宜的較低分子量有機分子包括苯基蒽、四芳基乙烯、香豆素、紅螢烯、四苯基丁二烯、蒽、苝、蔻及其衍生物。適宜的低分子量金屬有機錯合物包括乙醯丙酮鋁、乙醯丙酮鎵、及乙醯丙酮銦、鋁-(吡啶甲基甲基酮)-雙(2,6-二(第三丁基)苯氧化物)或鈧-(4-甲氧基吡啶甲基甲基酮)-雙(乙醯丙酮化物)。已知前述材料可以特殊材料在特徵波長發光。因此，基於待發射之所希望之波長範圍(其決定所發射光線之顏色)利用此等及其他聚合物。可用於幫助電子之注入及傳輸之此等及其他有機層係闡述於共同讓與人之USPN 6,891,330中，該案之全文係以引用的方式併入本文中。
圖1係技術中已知的OLED100之基本結構圖。OLED100包括陰極層102、至少一種有機層104、陽極層106、及基板層108。雖然此圖1係以一層闡述各組件，但此僅用於代表性目的，及各組件可在不偏離本發明之整體意圖及目的下如技術中已知般經另外組態。此外，其它層可如文中所論述而存在，例如，除其他的之外，有機層104可包括其他層，例如幫助傳輸及注入電子至發光中心之層。
基於以上有關折射率及參照圖1之描述，可瞭解到隨著光能自有機層104(亦稱為發光中心)發出，其必須在自OLED以光線形式輸出之前先透過陽極層106及基板層108，該光線可視其發光中心及其帶隙而定為可見、IR或紫外光譜中之任何部份。
通常用於陰極層中之材料係非光透射性材料。例如，通常用於陰極層中之金屬可吸收及/或反射藉由有機層發出之光能，但一般不能有效地透光。在標準OLED組態(其中光係自該裝置之一個平面發出)中，希望其具有高反射性陰極以使得大部份光自該裝置中承載陽極之部份或側面發出。不像陰極層，陽極層，包括位於其上之任何視需要之層一般係由具有小於約2.5的量級之折射率之光透射性材料所構成，然而亦可使用其他材料。該陽極材料必須亦可有效的轉移電子或電流。大部份已知陽極層材料可表現至
少約1.5的折射率值。
在本發明之一實施例中，如圖2中所述，其中同樣數字指示層或部份與圖1中一致，藉由在OLED 200之基板層108之外表面210上提供其他層或膜，可使與外界環境相鄰之層之折射率值減少並因此光輸出增加。「外表面」係定義為與圍繞OLED之環境，諸如空氣(RI=1.0)接觸之表面。如上所述，其他層或膜係梯度折射率膜或GRIN膜212。如已所述般，膜的折射率隨著自其第一表面(表面214(如圖3中所示)，其係與基板層108之外表面210接觸)穿過該膜至GRIN膜(其係與圍繞OLED之環境接觸)之第二表面216(亦顯示於圖3中)而變小。此外，GRIN層之第一表面表現小於或至多等於基板層108之外表面210之折射率。
因此，圖2中提供根據本揭示案之一實施例之OLED圖，其中OLED 200已將GRIN膜212沈積至OLED 200之外表面210上。當然，可將其他層沈積至表面210上，隨後將GRIN膜212沈積於裝置200之最外表面210上。例如，可將折射率匹配黏著劑層218沈積於鄰近表面210上。
例如，GRIN膜212係一種具有至少兩層具有不同折射率之材料之複合或多層結構，藉此總體上提供該膜梯度折射率。此較佳係參照圖3，其僅係GRIN膜層212之圖，顯示該膜係多層膜或複合膜。現，建構GRIN膜212使沿箭頭a的方向自該GRIN膜之第一表面214穿過第二表面216之各連續層具有比先一材料或層更低的折射率。第一表面214係直接與OLED 200之基板層108之外表面210相鄰放置之
表面(其可為陽極層106或基板層108，或位於其上之任何其他層)，及第二表面216係GRIN層之表面(其係與周圍環境接觸或暴露於周圍環境中)。與以上描述一致，多層GRIN膜中之第一層係與陽極或基板或位於其上之任何其他層相鄰放置，其具有不大於陽極、基板或其他可能介入層之的折射率之既定折射率值。自第一GRIN膜層212a向外發展且在圖3中表示為η(其中η可為一或多層)之多層GRIN膜之各連續層表現出小於或等於，但不大於直接位於其前之膜層之折射率。GRIN膜可以此方式提供梯度折射率，藉此使OLED之最外表面與外界環境之間的折射率差異最小。隨著折射率之間的錯配減少，自裝置發射之光增加。就圖2而言，可見自OLED 200之有機層104發射之光係以箭頭a之方向透過GRIN膜212。隨著折射率減少，反射回至該裝置中之光更少並因此所產生光之發射百分比越大，即光輸出增加。
圖4闡述OLED 300係在無利用基板層下直接建構於GRIN膜層212上之實施例。因此，此裝置包括GRIN膜層212，其具有透明陽極層106，繼而有機層104及陰極層102位於其上。
因此，在一實施例中，提供一種OLED裝置，其中該裝置包括位於該裝置之發光表面上之GRIN膜層以使得隨著光線自OLED發射時，其遇到及透過GRIN膜，該GRIN膜具有兩層或更多層，表現為折射率值減少，以使得可提供整體梯度折射率減少之裝置，藉此可使更大百分比之所產生之光被發射，從而增強光源輸出之效率。該GRIN膜亦可稱為「外部耦合膜」，其意指該膜可有助於擷取以波導模式截留於該裝置內之光線的光子，藉此增加該裝置之整體光輸出。
在另一實施例中，提供一種OLED裝置，其中該裝置具有一個以上的發光表面，及GRIN膜層係位於該裝置之各發光表面或一個以上的發光表面上，以使得隨著光線自OLED發出，其遇到及透過GRIN膜，該GRIN膜具有兩層或更多層，表現為折射率值減少，以使得可提供整體梯度折射率減少之裝置，藉此使更大百分比之所產生之光被發射，並增強光源輸出之效率。
在前述實施例之任一者中，可建構包括OLED及梯度折射率膜之光源，使得OLED之各層係位於玻璃或聚合物基板上，其中個別GRIN膜係以折射率匹配黏著劑施加至基板的外表面上。
在另一實施例中，上述GRIN膜可用於增強光源之光輸出分佈。就此而言，亦如文中所揭示，光源，例如根據前述揭示案所構成之OLED，可包括GRIN膜。為更加集中自該裝置所發射之光能，利用GRIN膜以藉由使所發射光之聚焦最佳化而進一步增強裝置性能，該GRIN膜可藉由使該裝置之不同層彼此之間，及該裝置與周圍環境(諸如空氣)的折射率錯配最低而用於使性能最佳。此可藉由使GRIN膜彎曲，及利用該彎曲之凸性質使光線以更加定向的方式或以更加集中之光束來發射而完成。
本發明現以以下實例來闡述，其僅用於幫助讀者理解本發明之各種不同參數及特徵。該等實例並不以任何方式限制本揭示案之範疇，其係符合隨附申請專利範圍之所有範圍及其所有排列及變體。沈積技術係熟悉此項技術者已知的，及已知其可視所用確切材料以及裝置之使用目的而變化。因此，雖然文中並未提供明確沈積細節，但應瞭解可施用標準沈積實務及技術。
實例1. 在此實例1中，提供一種可施用至光源之梯度折射率膜設計。該梯度折射率膜係藉由將兩塑料膜以壓敏性黏著劑層壓至一起而產生。GRIN膜之一層包含Zeonor環烯烴塑料，其具有約1.53的RI及0.0015英吋的厚度。接下來，將0.001英吋厚的丙烯酸系光學黏著劑層層壓至該環烯烴層。此丙烯酸系材料表現出小於前一層之約1.47的RI。最終，將0.001英吋厚的氟化乙烯丙烯(FEP)層層壓至該丙烯酸系黏著劑之另一面。該FEP層表現出約1.34的RI。總所得結構係：FEP(RI=1.34)/丙烯酸系黏著劑(RI=1.47)/Zeonor環烯烴(RI=1.53)。如可見，GRIN膜之不同層自1.34轉變至1.53之折射率提供RI梯度。
實例2. 為達測試目的，將實例1之膜施加至氣密式封裝OLED中。以光學方式將GRIN膜之Zeonor環烯烴側面以折射率匹配油耦合至OLED包裝(PET，RI~1.58)之最外表面上。在施加GRIN膜之前，利用Radiant Imaging Camera測量OLED之軸上亮度。利用軟體分析自藉由該照相機所產生之影像之數據。經測定OLED之軸上亮度為649 cd/m2。然後將如上所示構成之GRIN膜施加至相同的OLED上及在與不含GRIN膜之OLED相同的驅動電流下操作該裝置。就在此相同的驅動電流下操作之裝置而言，根據用於測量不含GRIN膜之裝置之軸上亮度之程序測定軸上亮度及發現其增加約4%至673 cd/m2。與由一角度相反，軸上亮度一般係筆直目視一物體之亮度的量度。此外，一旦施加該膜，則顏色僅有適度偏移(ACCx=0.0009，ACCy=0.0010)。許多技術中已知之膜易使光源之顏色明顯偏移。出乎意料的是，當比較為此實例2所建構有及無GRIN膜施加之裝置時，發現GRIN膜不會引起任何明顯顏色偏移。一般而言，GRIN膜會引起小於10%，較佳為實質上小於10%之顏色偏移。因此，GRIN膜可在涵蓋光源或顯示器之其他已知外部耦合膜之許多應用中提供所希望之優勢。就藉由經GRIN膜施加至發光表面上之OLED所表現之軸上亮度之增強在整體裝置發光中顯示出乎意料地之增強。
以下內容係在不受任何特定理論的限制下闡述。預期根據斯涅爾定律(Snell's Law)隨著光通過GRIN膜傳播，其會折射成更大角度，藉此潛在保持光之截留態。然而，梯度折射率膜有助於使任何兩個相鄰層之間的臨界角最小。基於此發現，可推測若出現光散射或多次反射，則實際上散射光或反射光與保持截留於層內相反將進入下一最接近的介質之可能性增加。隨著此在整個膜內出現，該膜顯示可使該裝置在漏光或擷取光中更加有效。此與利用單層材料之作用不同，其在折射率中僅提供一種變化。然而，就GRIN膜而言(其係複合或多層膜，其中光所遇到之材料之各連續層具有較低的折射率)，光會逐漸更加折射，直至其最終自該裝置發射出。以此方式，自該裝置之最終光發射會增加，從而提供最佳的光源性能。
基於前述，可進一步推測藉由微粒材料摻雜GRIN膜，光可在GRIN膜本身內散射，藉此進一步增強自該裝置之光發射。例如，以上實例1中所提及之GRIN膜可經粒度為約0.1至100微米之氧化鋁顆粒以約0.1-10%的填充重量百分比摻雜。氧化鋁之顆粒傾向於散射光，及因此經歷全內部反射之光可以新的角度散射以使其有機會射出該裝置。由於相鄰層之間的臨界角係經最小化，因此散射光子進入下一最近層之可能性增加，及可實現光發射整體增加。
產生或建構GRIN膜之方式有若干種。例如，在一實施例中，已知折射率之多重膜可利用光學黏著劑堆疊以使該等層束縛或結合在一起。此亦可用於幫助達成如實例1中所示之有效梯度RI。
在另一實施例中，具有不同RI之聚合物膜堆疊可經壓縮模製成一連續膜。所生成的膜將表現出由該聚合物膜係自最高排列至最低之順序所決定的梯度RI。
在又另一實施例中，建構方法利用有效的介質理論。此理論描述既定兩種已知折射率材料，此二者皆極薄，自此等層所形成之複合物之折射率可藉由簡單控制兩層的相對厚度來調整。進行此之兩種特定方式包括利用奈米層化聚合物共擠壓技術或利用蒸氣沈積技術。可推測隨著更多層引入GRIN膜中，該膜在使光射出該裝置變得更加有效。因此，產生GRIN膜之有效介質方法係較佳的方法，因為所產生之GRIN膜可表現更加平滑的RI梯度。
已參照較佳實施例闡述本發明。顯然，其他人在閱讀及理解前述詳細說明後將想到修飾及改變。意欲將本發明理解為涵蓋所有該等修飾及改變。
100‧‧‧OLED
102‧‧‧陰極
104‧‧‧有機層
106‧‧‧陽極
108‧‧‧基板層
200‧‧‧OLED
210‧‧‧基板之外表面
212‧‧‧GRIN膜
212a‧‧‧第一GRIN膜層
214‧‧‧第一表面
216‧‧‧第二表面
218‧‧‧折射率匹配黏著劑層
300．．．OLED
a．．．箭頭
η．．．GRIN層
圖1係技術中已知的OLED結構圖。
圖2係根據本發明之一實施例之OLED結構圖。
圖3係根據本發明之一實施例之多層GRIN膜之圖。
圖4係根據本發明之一實施例之OLED結構圖。
102．．．陰極
104．．．有機層
106．．．陽極
108．．．基板
200．．．OLED
210．．．基板之外表面
212．．．GRIN膜
214．．．第一表面
216．．．第二表面
218．．．折射率匹配黏著劑層
a．．．箭頭
Claims (17)
- 一種包括梯度折射率膜之有機發光二極體，該梯度折射率膜係位於外部發光表面上，其中該梯度折射率膜包括折射率自該膜之第一表面至該膜之第二表面減少之複合膜，其中該梯度折射率膜包括至少兩種聚合物膜材料，該至少兩種聚合物膜材料彼此間當遠離該外部發光表面，呈現折射率值的減少。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該有機發光二極體係一種光源。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該有機發光二極體係一種顯示器。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該梯度折射率膜包括至少兩種材料，各材料之折射率與該複合膜中至少一種其他材料之折射率不同，及其中該等材料係經排列於該梯度折射率膜內，以使得該等材料之折射率在第一表面上最高及在第二表面上最低，及其中該複合膜中各連續材料具有之折射率等於或小於其在該第一表面方向之緊鄰材料之折射率。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該梯度折射率膜之第二表面與外界環境之間的臨界入射角係約45°至約90°。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該梯度折射率膜內任何兩種內部材料之間的臨界入射角係約65°至約90°。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該梯度折射率膜將該有機發光二極體之色度座標(ccx及ccy)偏移不大於10%。
- 如請求項2之有機發光二極體，其中該光源之軸上亮度相較於不含該複合膜之相同光源之軸上亮度增加至少4%。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該第一表面係直接與該有機發光二極體之發光表面相鄰。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該第二表面係暴露於空氣或該梯度折射率膜外部之另一環境中。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該有機發光二極體包括至少一陰極、一或多種有機發光材料、一陽極、及一光透射基板，及該梯度折射率膜係與該基板相鄰安置。
- 如請求項11之有機發光二極體，其中該基板包括玻璃或光透射聚合物，及該梯度折射率膜係以折射率匹配黏著劑施加至該基板之外表面上。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該有機發光二極體包括位於該梯度折射率膜上之一陰極、一或多種發光材料及一陽極。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該有機發光二極體具有一個以上的發光表面，及該梯度折射率膜係位於至少一個發光表面上。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該有機發光二極體 具有一個以上的發光表面，及該梯度折射率膜係位於至少兩個發光表面上，及該至少兩個發光表面之各者上的該梯度折射率膜可相同或不同。
- 如請求項1之有機發光二極體，其中該梯度折射率膜進一步包括一種在該梯度折射率膜內散射光以增加自該有機發光二極體之發光之材料。
- 如請求項16之有機發光二極體，其中在該梯度折射率膜內散射光之該材料包括氧化鋁。
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