TW200814842A - Structure OLED with micro optics for generating directed light - Google Patents

Description

200814842 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具有一有機發光裝置（OLED)之一發光裝 置。 【先前技術】 現今，可容易地獲得有機發光裝置用於整合於發光或顯 示產品内。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—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。 【發明内容】 121540.doc 200814842 裝置二:!=一目的係提供一種有機發光二極體發光 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 裝置來解決該目的。申請專利rn糟由如’求項1之發光 之較佳具體實施例。 ⑽之附屬項係關於本發明 一：=;’至少—連續有機發光二極體層係夹在-第 體層二：，：其中電極層電接觸該有機發光二極 光二準吉播弟與第—表面。為產生一指向性光束，提供 二 件，其係與該有機發光二極體層間隔至少該第 電桎層。㈣準直構件之各準直構件界定—接受角度， ，、中準直構件接文光以形成—指向性輸出光束。在本發明 :，該等準直構件之各準直構件的接受角度在該有機發光 極體層上形成_接受區域，從該接受區域，該有機發光 一極體層中產生的光係被準直構件接受。纟纟發明之背景

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，忒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—間隔區段皆處於個別準直構件之接受 角度内。因而’僅在該等接受角度内刺激該有機發光二極 體層内的光之發射。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。 121540.doc 200814842 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内，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（exciti〇n)，其刺激該EL層内之一分子來發射 所為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_0LED(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内至少部分透明。例 如’該第二電極層可以由氧化錮錫（ITO)形成，其在可見 波長範圍内係透明的。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 應在所需波長範圍内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 12l540.doc 200814842 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 Ό 〇

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#。自然：，應選擇準直構件之材料以免引入所 需^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 合物治。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）。 八進v可此包括簡單成幵4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。 7 /複數個準直構件之光學特性可以彼此完全相同，以便 升/成/、有無限焦點之—準直的輸出光束。若必要，該複 121540.doc 200814842 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 付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，而形成内部準直構 件以沿該發光裝置之光軸來指向光，從而導致於界定之隹 鲁點的一窄光束。 、 可以直接在S亥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内形成光學準直構件。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 ，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 界定之接近範圍内配置準直構件尤其有利，其中準直構件 彳以係與汽車燈之頂部蓋整體形成並因而減低汽車燈之總 w 體成本。 该稷數個光學準直構件之各光學準直構件接受僅在一界 定之接又角度内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内。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 子準直構件之各光學準直構件的接受角度内與該有機發光 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内產 121540.doc 200814842 生光，因為由於該第二電極層之形成所致，僅在該等接受 角度内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-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 121540.doc t1 200814842 出光束的最外部區段可以顯示比内部區段小的尺寸。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—構成的電極層。可以藉由電線使 用-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H佳具體實施财，㈣：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、邑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_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I可以使用由標準半導體已知的任何絕緣層，只要可以 充刀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1皆係連續❸，其允 許一甚至更節省成本的製造。 【實施方式】 參考圖1，由一堆疊之有機發光二極體2與一準直透鏡陣 來开少成一發光裝置1。該透鏡陣列3由PMMA(聚甲基丙 稀酸甲雖）形成，其在可見光波長範圍内係透明的。談透 121540.doc -12- 200814842 鏡陣列3之每"'單—透鏡呈現-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内配置一 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 f有機發光二極體層4與一第一連續電極層5，其係配置於 "亥有機發光二極體層4之背側上。在該有機發光二極體層4 之别側上提供一第二電極層6。

一該第二電極層6係連續的，但僅在區段6a内與該有機發 光二極體層4接觸，該區段6&處於該透鏡陣列3之各透鏡的 ，受角度内。在該等區段之間，存在一隔離層9。由於此 隔離層9所致，僅在該等接受角度内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IT〇電極（氧化銦錫），其 在可見光波長範圍内係透明的。儘管未顯示，該有機發光 :極體堆疊2中可以存在其他的層，此處為清楚起見未顯 /|乂 〇 在本具體實施例中，該透鏡陣列之每一透鏡呈現2.2瓜❿ 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 為〇,2 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=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 12l540.doc -13- 200814842 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内在該有 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銘電極3 3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： 參考數字 材料 厚度 23 玻璃 0.7 mm 24 ΙΤΌ電極 8 0 nm 25 PEDOT 3 0 nm 26 MTDATA 20 nm 27 螺-TAD 8 nm 28 CBP:FIrpic 1 5 nm 29 CBPrlrppy 10 nm 30 CBP:ADS076 60 nm 31 Alq 3 1 nm 32 LiF 100 nm 33 鋁（AL)電極 100 nm 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 121540.doc -14- 200814842 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 度内’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 〇·5 mm之寬度。每一區段的兩個對應邊緣 之間的長度3 7係2 mm而長度3 8係1 mm。此特定配置導致 具有一分別為2〇。/1〇。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。t如以±所制残稱地形成該 等區段35時’可以有利地使用標準旋轉對稱透鏡。 【圖式簡單說明】 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。 【主要元件符號說明】 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 121540.doc •15- 200814842 間隔區段 曲率半徑 隔離層 有機發光二極體堆疊 玻璃基板 ITO電極

PEDOT

MTDATA

6a 7 9 22 23 24 25 26 27 28 29 30

螺- TAD CBP:FIrpic CBP:Irppy CBP:ADS076 31 Alq 3

32 LiF 33 鋁電極

34 35 有機發光二極體層 分離之區段 3 6 透鏡 121540.doc -16-

Claims (1)

1. 200814842 十、申請專利範圍： 1 · 一種發光裝置，其具有 至少一連續有機發光二極體層，其具有相對的第一 與弟二表面， 一第一電極層（5)，其與該有機發光二極體層（4)之該 第一表面電接觸， 一第二電極層（6)，其與該有機發光二極體層（4)之該 第二表面電接觸，以及 複數個光學準直構件，其與該有機發光二極體層（4) 間隔至少该第二電極層（6)，每一光學準直構件界定一接 受角度，其中 該第二電極層（6)僅在間隔區段（6a)内與該有機發光二 極體層（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内。 2.如請求項1之發光裝置，其中該等區段（6a)之縱橫比係不 對稱的。 3·如前述請求項中任一項之發光裝置，其中該有機發光二 極體層（4)與該等光學準直構件在垂直於該有機發光二極 體之該表面的一方向上彼此分離。 4·如前述請求項中任一項之發光裝置，其中該等光學準直 構件係由複數個透鏡形成。 5·如前述請求項中任一項之發光裝置，其中該等光學準直 構件包含一聚合物箔。 6.如則述請求項中任一項之發光裝置，其中該第二電極層 121540.doc 200814842 (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)而與該有機發光二極體層（4)電隔 7.如請求項1至5中任一項之發光裝置，其中該第二電極層 (6)在該等區段（6a)之間不連續。 8·如前述請求項中任一項之發光裝置，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。

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