TWI613849B - 發光裝置 - Google Patents

Abstract

一種發光裝置，包括一第一電極、一第二電極、一有機層以及一導電層。有機層配置於第一電極與第二電極之間。導電層配置於有機層與第一電極之間。在一可見光波長下，導電層的折射率小於有機層的折射率，以使有機層所發出的一光線由第一電極輻射的能量小於由第二電極輻射的能量。

Description

發光裝置

本發明是有關於一種發光裝置，且特別是有關於一種具有較佳出光效率的發光裝置。

一般來說，上發光型的有機發光二極體主要是由金屬陽極、透明陰極以及位於金屬陽極與透明陰極之間的有機發光層所構成。當對金屬陽極與透明陰極施加電壓時，電子和電洞會在有機發光層有機層內結合而產生激子(exciton)，使得有機發光層依照其材料的特性而產生不同顏色的放光機制，因而達到發光顯示的效果。

常見的有機發光二極體的模態可分為以下三種：（1）輻射模式（radiation mode），即將自有機發光層發出的光中出射至外部的光，以外耦合（out-coupling）到空氣以作為有用的出光（2）光波導模式（waveguided mode），即在有機發光層、金屬陽極及透明陰極之間導波而封入金屬陽極及透明陰極之間的光（3）表面電漿偏極子模式（Surface Plasmon Polariton mode，SPP mode），即激子與金屬陽極介面的電偶震盪所形成的光能量損耗，亦即被金屬吸收的光。習知的上發光型的有機發光二極體，其輻射模式（radiation mode）約為30%-40%，而其表面電漿偏極子模式（SPP mode）約為40%-50%。也就是說，習知的上發光型的有機發光二極體其出光效率低於表面電漿偏極子所造成的光能量損失，意即習知的上發光型的有機發光二極體的出光效率不高。

本發明提供一種發光裝置，其具有較佳的出光效率。

本發明的發光裝置，其包括一第一電極、一第二電極、一有機層以及一導電層。有機層配置於第一電極與第二電極之間。導電層配置於有機層與第一電極之間，其中在一可見光波長下，導電層的折射率小於有機層的折射率，以使有機層所發出的一光線由第一電極輻射的能量小於由第二電極輻射的能量。

在本發明的一實施例中，上述的發光裝置更包括一基板，第一電極、第二電極、有機層以及導電層配置於基板上。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極、導電層、有機層以及第二電極依序堆疊於基板上。

在本發明的一實施例中，上述的第二電極、有機層、導電層以及第一電極依序堆疊於基板上。

在本發明的一實施例中，上述的基板包括一承載基板或一主動元件陣列基板。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極的材料包括金屬、透明導電材料或上述材料的組合。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極在可見光波長下的折射率介於0.1至5.0之間。

在本發明的一實施例中，上述的第二電極的材料包括金屬、透明導電材料或上述材料的組合。

在本發明的一實施例中，上述的第二電極在可見光波長下的折射率介於0.1至5.0之間。

在本發明的一實施例中，上述的有機層在可見光波長下的折射率介於1.2至2.5之間。

在本發明的一實施例中，上述的導電層的厚度介於30奈米至200奈米之間。

在本發明的一實施例中，上述的導電層在可見光波長下的折射率介於1.1至1.7之間。

在本發明的一實施例中，上述的導電層的材料包括透明導電有機化合物、透明導電無機化合物或上述材料的組合。

在本發明的一實施例中，上述的發光裝置更包括一緩衝層，配置於第一電極與導電層之間。

在本發明的一實施例中，上述的發光裝置更包括一覆蓋層，第二電極配置於覆蓋層與有機層之間。

基於上述，由於本發明的發光裝置設置有導電層，其中在可見光波長下，導電層的折射率小於有機層的折射率，以使有機層所發出的光線由第一電極輻射的能量小於由第二電極輻射的能量。因此，本發明的發光裝置可藉由導電層的設置來減少激子與電極之介面處所造成的光能量損耗，進而可提高發光裝置的出光效率。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。請參考圖1，本實施例的發光裝置100a包括一第一電極110a、一第二電極120a、一有機層130a以及一導電層140a。有機層130a配置於第一電極110a與第二電極120a之間。導電層140a配置於有機層130a與第一電極110a之間，其中在一可見光波長下，導電層140a的折射率小於有機層130a的折射率，以使有機層130a所發出的一光線L由第一電極110a輻射能量小於由第二電極120a輻射能量。

詳細來說，本實施例的發光裝置100a還包括一基板150a，其中第一電極110a、第二電極120a、有機層130a以及導電層140a配置於基板150a上。更具體來說，如圖1所示，第一電極110a、導電層140a、有機層130a以及第二電極120a依序堆疊於基板150a上。此處，基板150a可例如是一承載基板或一主動元件陣列基板，於此並不加以限制。

在材料的選擇上，第一電極110a與第二電極120a的材料可例如是金屬、透明導電材料或上述材料的組合。第一電極110a與第二電極120a的折射率可例如是介於0.1至5.0之間。此處，第一電極110a的材料是以金屬作為舉例說明，而第二電極120a的材料則是以金屬與透明導電材料的組合作為舉例說明。因此，本實施例的第一電極110a可視為一種反射金屬層，而第二電極120a可視為一種半穿透半反射導電層。此外，導電層140a的材料例如是透明導電化合物，如透明導電有機化合物、透明導電無機化合物或上述材料的組合，其可透過化學氣相沉積、物理沉積、熱蒸鍍法、網印法、塗佈法、印刷法、濺鍍法或電鍍法等方式來形成，其中亦可採用斜向成膜使結構混入空氣或以氣體取代液體在凝膠中的位置（即氣凝膠）來降低導電層140a的折射率。

本實施例的有機層130a至少包括一有機發光層。為了進一步提升發光裝置100a的發光效率，於未繪示的實施例中有機層更可包括電子傳輸層與電洞傳輸層，其中電子傳輸層由電子傳輸材料所構成，例如是配置於有機層130a與第二電極120a之間，而電洞傳輸層由電洞傳輸材料所構成，例如是配置於有機層130a與第一電極110a之間。此外，有機層還可進一步包括電洞注入層，其中電洞注入層由電洞注入材料所構成，例如是配置於第一電極110a與電洞傳輸層之間。在另一未繪示的實施例中，有機層還可進一步配置電子注入層於第二電極120a與電子傳輸層之間。然而，值得一提的是，電洞注入層、電洞傳輸層、電子傳輸層以及電子注入層的配置是可選的，其亦可不存在於發光裝置100a中。

再者，在折射率與厚度的選擇上，本實施例的第一電極110a的折射率例如是介於0.1至5.0之間。在可見光波長下，有機層130a的折射率例如是介於1.2至2.5之間。在可見光波長下，導電層140a的折射率例如是介於1.1至1.7之間。此處，導電層140a的厚度T2例如是介於30奈米至200奈米之間。

此外，本實施例的發光裝置100a在模擬後，其輻射模式（radiation mode）約為40%，而光波導模式（waveguided mode）為30%，且表面電漿偏極子模式（SPP mode）為30%。也就是說，本實施例的輻射模式（radiation mode）大於表面電漿偏極子模式（SPP mode），意即本實施例的發光裝置100a的出光效率高於表面電漿偏極子所造成的光能量損失。換言之，本實施例的發光裝置100a可具有較佳的出光效率。

由於本實施例的發光裝置100a設置有導電層140a，其中在可見光波長下，導電層140a的折射率（例如是介於1.1至1.7之間）小於有機層130a的折射率（例如是介於1.7至1.9之間）。因此，有機層130a所發出的光線L在有機層130a與導電層140a的界面上容易產生界面反射，以將大部分的光線L反射至第二電極120a而出光（即圖1中的出光方向D1）。意即，有機層130a所發出的光線L由第二電極120a輻射的能量較多，且發光裝置100a可視為一種上發光型的發光裝置。另一方面，因界面反射的關係，而減少有機層130a所發出的光線L進入導電層140a中，進而可有效減少激子與第一電極110a之介面處的光能量損耗。意即，有機層130a所發出的光線L由第一電極110a輻射的能量較少。也就是說，有機層130a所發出的光線L由第一電極110a輻射的能量小於由第二電極120a輻射的能量，即本實施例的發光裝置100a的出光效率高於表面電漿偏極子所造成的光能量損失。如此一來，本實施例的發光裝置100a可具有較佳的出光效率。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。請同時參考圖1與圖2，本實施例的發光裝置100b與圖1的發光裝置100a相似，兩者的差異在於：本實施例的發光裝置100b還包括一覆蓋層160b，其中第二電極120b配置於覆蓋層160b與有機層130b之間。也就是說，第一電極110b、導電層140b、有機層130b、第二電極120b以及覆蓋層160b依序堆疊於基板150b上。此處，覆蓋層160b的材質例如是具有高折射率且利於蒸鍍的有機材料，其可有效保護第二電極120b。

圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。請同時參考圖1與圖3，本實施例的發光裝置100c與圖1的發光裝置100a相似，兩者的差異在於：本實施例的發光裝置100c還包括一緩衝層170c，其中緩衝層170c配置於第一電極110c與導電層140c之間。也就是說，第一電極110c、緩衝層170c、導電層140c、有機層130c以及第二電極120c依序堆疊於基板150c上。此處，緩衝層170c具有可克服第一電極110c的表面粗糙以平坦化、提高導電度以及幫助載子注入等功效，其中緩衝層170c的材質例如是氧化錫銦（ITO）等透明導電材料。較佳地，導電層140c的厚度T2與緩衝層170c的厚度T3須滿足以下公式：

其中，

此處，D _low為導電層140c的厚度T2，n _low為導電層140c的折射率，𝜆為採用波長(頻譜波峰)，n _i為緩衝層170c的折射率，d _i為緩衝層170c的厚度T3，n _s為發光裝置所發出的光線(例如由有機層130c發出的光線)在進入第一電極110c前與第一電極110c接觸之介質層（此處如緩衝層170c）的折射率，n _metal為第一電極110c的折射率，以及k _metal為第一電極110c的消散係數。藉由上述的公式，即可得到導電層140c的厚度T2。

值得一提的是，在沒有設置緩衝層的實施例中，上述的公式可修改成：

其中，

藉由上述的公式，也可得到導電層的厚度。

圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。請同時參考圖1與圖4，本實施例的發光裝置100d與圖1的發光裝置100a相似，兩者的差異在於：本實施例的第一電極110d與第二電極120d皆採用透明導電材料，亦即第一電極110d與第二電極120d可視為是透明電極。此處，較佳地，基板150d的材質為透光材料，如玻璃或塑膠。本實施例的有機層130d所發出的光線L可從第二電極120d（即出光方向D1）以及穿過導電層140d、第一電極110d以及基板150d而出光（即出光方向D2）。簡言之，本實施例的發光裝置100d為一雙面出光的發光裝置。此外，由於本實施例的發光裝置100d設置有導電層140d，因此有機層130d所發出的光線L由第一電極110d輻射的能量小於由第二電極120d輻射的能量。換言之，由出光方向D1的出光效率較佳於由出光方向D2的出光效率。

圖5繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。請同時參考圖1與圖5，本實施例的發光裝置100e與圖1的發光裝置100a相似，兩者的差異在於：元件的堆疊順序以及第二電極120e的材料選擇。詳細來說，本實施例的第二電極120e的材料為透明導電材料，且第二電極120e、有機層130e、導電層140e以及第一電極110e依序堆疊於基板150e上。此處，較佳地，基板150e的材質為透光材料，如玻璃或塑膠。因此，發光裝置100e是朝著基板150e的方向出光（即出光方向D2）。

圖6繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。請同時參考圖5與圖6，本實施例的發光裝置100f與圖5的發光裝置100e相似，兩者的差異在於：第一電極110f的材料選擇。詳細來說，本實施例的第一電極110f的材料與第二電極120f的材料皆為透明導電材料，且第二電極120f、有機層130f、導電層140f以及第一電極110f依序堆疊於基板150f上。因此，發光裝置100f可朝著第一電極110f（即出光方向D1）與第二電極120f（即出光方向D2）出光。簡言之，本實施例的發光裝置100f為一雙面出光的發光裝置。此外，由於本實施例的發光裝置100f設置有導電層140f，因此由第一電極110f輻射的能量小於由第二電極120f輻射的能量。換言之，由出光方向D2的出光效率較佳於由出光方向D1的出光效率。

綜上所述，由於本發明的發光裝置設置有導電層，其中在可見光波長下，導電層的折射率小於有機層的折射率，以使有機層所發出的光線由第一電極輻射的能量小於由第二電極輻射的能量。因此，本發明的發光裝置可藉由導電層的設置來減少激子與電極之介面處所形成的光能量損耗，進而可提高發光裝置的出光效率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b、100c、100d、100e、100f‧‧‧發光裝置
110a、110b、110c、110d、110e、110f‧‧‧第一電極
120a、120b、120c、120d、120e、120f‧‧‧第二電極
130a、130b、130c、130d、130e、130f‧‧‧有機層
140a、140b、140c、140d、140e、140f‧‧‧導電層
150a、150b、150c、150d、150e、150f‧‧‧基板
160b‧‧‧覆蓋層
170c‧‧‧緩衝層
D1、D2‧‧‧出光方向
L‧‧‧光線
T1、T2、T3‧‧‧厚度

圖1繪示為本發明的一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。 圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。 圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。 圖4繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。 圖5繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。 圖6繪示為本發明的另一實施例的一種發光裝置的剖面示意圖。

100a‧‧‧發光裝置

110a‧‧‧第一電極

120a‧‧‧第二電極

130a‧‧‧有機層

140a‧‧‧導電層

150a‧‧‧基板

D1‧‧‧出光方向

L‧‧‧光線

T1、T2‧‧‧厚度

Claims (14)

1. 一種發光裝置，包括：一第一電極；一第二電極；一有機層，配置於該第一電極與該第二電極之間；一導電層，配置於該有機層與該第一電極之間，其中在一可見光波長下，該導電層的折射率小於該有機層的折射率，以使該有機層所發出的一光線由該第一電極輻射的能量小於由該第二電極輻射的能量；以及一緩衝層，配置於該第一電極與該導電層之間，其中該導電層的厚度與該緩衝層的厚度滿足以下公式：，其中m=0,1,2,....其中，D_low為該導電層的厚度，n_low為該導電層的折射率，λ為該可見光波長，n_i為該緩衝層的折射率，d_i為該緩衝層的厚度，n_s為該發光裝置所發出的光線在進入該第一電極前與該第一電極接觸的該緩衝層的折射率，n_metal為該第一電極的折射率，以及k_metal為該第一電極的消散係數。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，更包括： 一基板，該第一電極、該第二電極、該有機層以及該導電層配置於該基板上。
3. 如申請專利範圍第2項所述的發光裝置，其中該第一電極、該導電層、該有機層以及該第二電極依序堆疊於該基板上。
4. 如申請專利範圍第2項所述的發光裝置，其中該第二電極、該有機層、該導電層以及該第一電極依序堆疊於該基板上。
5. 如申請專利範圍第2項所述的發光裝置，其中該基板包括一承載基板或一主動元件陣列基板。
6. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該第一電極的材料包括金屬、透明導電材料或上述材料的組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該第一電極在該可見光波長下的折射率介於0.1至5.0之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該第二電極的材料包括金屬、透明導電材料或上述材料的組合。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該第二電極在該可見光波長下的折射率介於0.1至5.0之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該有機層在該可見光波長下的折射率介於1.2至2.5之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該導電層的厚度介於30奈米至2000奈米之間。
12. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該導電層在該可見光波長下的折射率介於1.1至1.7之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該導電層的材料包括透明導電有機化合物、透明導電無機化合物或上述材料的組合。
14. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，更包括：一覆蓋層，該第二電極配置於該覆蓋層與該有機層之間。