有机电致发光元件

摘要

一种有机电致发光元件，其包括基板、金属电极层、有机发光层、透明电极层、钝化层以及透镜。其中，金属电极层设置于基板上，而有机发光层设置于金属电极层上。透明电极层设置于有机发光层上，钝化层设置于透明电极层上，而透镜设置于钝化层上。此外，透镜具有相对的顶面与底面以及连接于顶面与底面之间的多个带状表面，其构成不连续表面。这些带状表面为倾斜表面，且较接近底面的带状表面与底面之间的夹角较大。

权利要求

1.一种有机电致发光元件，其特征是包括：

基板；

金属电极层，设置于该基板上；

有机发光层，设置于该金属电极层上；

透明电极层，设置于该有机发光层上；

钝化层，设置于该透明电极层上；以及

透镜，设置于该钝化层上，该透镜具有相对的顶面与底面以及连接该顶面与该底面之间的多个带状表面，而上述这些带状表面构成不连续表面，其中上述这些带状表面为倾斜表面，且较接近该底面的带状表面与该底面之间的夹角较大，其中，该有机发光层的轮廓是边长为2w的正方形，该透镜与空气之间的全反射角θ0＝sin-1(1/n)，其中该钝化层与透镜的折射率皆为n，根据tanθ0＝(a+w)/H，H为该透镜与该钝化层两者的厚度，算出a＝Htanθ0-w，该顶面的最大宽度为2a，该带状表面与该顶面之间的最大夹角θab＝tan-1[H/(w-a)]+θ0-90°，该带状表面的最高点与最低点之间的最短距离的最大值b＝[H-tanθb(a+w)]/sinθab+tanθbcosθab，而θb＝90°-θ0-θab，如此一来，该有机发光层所发出的光线入射该透镜的顶面及各带状表面上各点的入射角皆小于或等于全反射角θ0。

2.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征是该有机发光层与该透明电极层的接合面的轮廓为矩形，且该透镜的该顶面及该底面的轮廓为圆形，而各该带状表面平行该底面的截面的轮廓为圆形。

3.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征是该有机发光层与该透明电极层的接合面的轮廓为矩形，且该透镜的该顶面及该底面的轮廓为矩形，而各该带状表面平行该底面的截面的轮廓为矩形。

4.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征是该透镜的材质为透明材质。

5.根据权利要求4所述的有机电致发光元件，其特征是该透明材质为聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)。

6.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征是还包括空穴传输层，设置于该金属电极层与该有机发光层之间。

7.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征是还包括电子传输层，设置于该透明电极层与该有机发光层之间。

8.一种有机电致发光元件，其特征是包括：

基板；

透明电极层，设置于该基板的第一表面上；

有机发光层，设置于该透明电极层上；

金属电极层，设置于该有机发光层上；以及

透镜，设置于该基板的第二表面上，且该第二表面与该第一表面相对，该透镜具有相对的顶面与底面以及连接该顶面与该底面之间的多个带状表面，而上述这些带状表面构成不连续表面，其中上述这些带状表面为倾斜表面，且较接近该底面的带状表面与该底面之间的夹角较大，其中，该有机发光层的轮廓是边长为2w的正方形，该透镜与空气之间的全反射角θ0＝sin-1(1/n)，其中该钝化层与透镜的折射率皆为n，根据tanθ0＝(a+w)/H，H为该透镜与该钝化层两者的厚度，算出a＝Htanθ0-w，该顶面的最大宽度为2a，该带状表面与该顶面之间的最大夹角θab＝tan-1[H/(w-a)]+θ0-90°，该带状表面的最高点与最低点之间的最短距离的最大值b＝[H-tanθb(a+w)]/sinθab+tanθbcosθab，而θb＝90°-θ0-θab，如此一来，该有机发光层所发出的光线入射该透镜的顶面及各带状表面上各点的入射角皆小于或等于全反射角θ0。

9.根据权利要求8所述的有机电致发光元件，其特征是该有机发光层与该透明电极层的接合面的轮廓为矩形，且该透镜的该顶面及该底面的轮廓为圆形，而各该带状表面平行该底面的截面的轮廓为圆形。

10.根据权利要求8所述的有机电致发光元件，其特征是该有机发光层与该透明电极层的接合面的轮廓为矩形，且该透镜的该顶面及该底面的轮廓为矩形，而各该带状表面平行该底面的截面的轮廓为矩形。

11.根据权利要求8所述的有机电致发光元件，其特征是该透镜的材质为透明材质。

12.根据权利要求11所述的有机电致发光元件，其特征是该透明材质为聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。

13.根据权利要求8所述的有机电致发光元件，其特征是还包括空穴传输层，设置于该透明电极层与该有机发光层之间。

14.根据权利要求8所述的有机电致发光元件，其特征是还包括电子传输层，设置于该金属电极层与该有机发光层之间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光元件(luminescence device)，且特别涉及一种有机电致发光元件(organic electroluminescence device)。

背景技术

有机电致发光元件是一种利用有机功能性材料(organic functionalmaterial)的自发光特性来达到显示效果的元件，其中依照有机功能性材料的分子量分为小分子有机电致发光元件(Small Molecule OELD，SM-OELD)与高分子电致发光元件(Polymer Electro-Luminescent Device，PELD)两大类。两者的发光结构皆是由一对电极以及有机功能性材料层所构成。当施加直流电压时，空穴从阳极(anode)注入有机功能性材料层，而电子从阴极(cathode)注入有机功能性材料层，因为外加电场所造成的电位差，使得空穴与电子两种载流子(carrier)在有机功能性材料层中移动并产生辐射性复合(radiative recombination)。部分由电子空穴再结合所放出的能量会将有机功能性材料分子激发形成单一激态分子。当单一激态分子释放能量回到基态时，其中一定比例的能量会以光子的方式放出而发光，此即为有机电致发光元件的发光原理。
图1为一种公知的有机电致发光元件的剖面示意图。请参照图1，公知的有机电致发光元件100由下基板110、金属阳极120、有机发光层130、透明阴极140以及上基板150所组成。其中，金属阳极120设置于下基板110上，而有机发光层130设置于金属阳极120上，且透明阴极140设置于上基板150与有机发光层130之间。当施加偏压跨过金属阳极120与透明阴极140时，电子会由透明阴极140传输至有机发光层130。另一方面，空穴会由金属阳极120传输至有机发光130。此时，电子与空穴会在有机发光层130中发生再结合(recombination)现象，进而产生激子以达到发光的效果。
承上所述，虽然由有机发光层130所发出的光线132是朝向四面八方射出，但朝下方散射的光线132会被金属阳极120反射，故公知的有机电致发光元件100为顶部发光型有机电致发光元件。然而，由于上基板150的折射率比空气的折射率高，当光线132从上基板150射向空气时，若入射角大于全反射角，则光线132会产生全反射并在上基板150中产生波导现象。因此，有机发光层130所发出的光线132中会有部分光线132无法自上基板150射出，因而影响有机电致发光元件100的发光效率。

发明内容

本发明的目的就是提供一种顶部发光型的有机电致发光元件，其具有较高的发光效率。
本发明的另一目的是提供一种底部发光型的有机电致发光元件，其具有较高的发光效率。
本发明提出一种有机电致发光元件，其包括基板、金属电极层、有机发光层、透明电极层、钝化层以及透镜。其中，金属电极层设置于基板上，而有机发光层设置于金属电极层上，且有机发光层适于发出光线。透明电极层设置于有机发光层上，钝化层设置于透明电极层上，而透镜设置于钝化层上。此外，透镜具有相对的顶面与底面以及连接于顶面与底面之间的多个带状表面，其构成不连续表面。这些带状表面为倾斜表面，且较接近底面的带状表面与底面之间的夹角较大。其中，有机发光层的轮廓是边长为2w的正方形，透镜与空气之间的全反射角θ0＝sin-1(1/n)，其中n为钝化层与透镜的折射率，根据tanθ0＝(a+w)/H，H为透镜与钝化层的厚度，算出a＝Htanθ0-w，顶面的最大宽度为2a，带状表面与顶面之间的最大夹角θab＝tan-1[H/(w-a)]+θ0-90°，带状表面的最高点与最低点之间的最短距离的最大值b＝[H-tanθb(a+w)]/sinθab+tanθbcosθab，而θb＝90°-θ0-θab，如此一来，有机发光层所发出的光线入射透镜的顶面及各带状表面上各点的入射角皆小于或等于全反射角θ0。
上述有机电致发光元件中，有机发光层与透明电极层的接合面的轮廓例如是矩形，且透镜的顶面及底面的轮廓例如是圆形，而各带状表面平行底面的截面的轮廓例如是圆形。
上述有机电致发光元件中，有机发光层与透明电极层的接合面的轮廓例如是矩形，且透镜的顶面及底面的轮廓例如是矩形，而各带状表面平行底面的截面的轮廓例如是矩形。
上述有机电致发光元件中，透镜的材质例如是透明材质。此外，透明材质例如是聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)。
上述有机电致发光元件例如还包括空穴传输层，设置于金属电极层与有机发光层之间。
上述有机电致发光元件例如还包括电子传输层，设置于透明电极层与有机发光层之间。
本发明另提出一种有机电致发光元件，其包括基板、透明电极层、有机发光层、金属电极层以及透镜。其中，透明电极层设置于基板的第一表面上，有机发光层设置于透明电极层上，且有机发光层适于发出光线。金属电极层设置于有机发光层上，而透镜设置于基板的第二表面上，且第二表面与第一表面相对。此外，透镜具有相对的顶面与底面以及连接于顶面与底面之间的多个带状表面。这些带状表面构成不连续表面，且这些带状表面为倾斜表面，且较接近该底面的带状表面与该底面之间的夹角较大。其中，有机发光层的轮廓是边长为2w的正方形，透镜与空气之间的全反射角θ0＝sin-1(1/n)，其中n为钝化层与透镜的折射率，根据tanθ0＝(a+w)/H，H为透镜与钝化层的厚度，算出a＝Htanθ0-w，顶面的最大宽度为2a，带状表面与顶面之间的最大夹角θab＝tan-1[H/(w-a)]+θ0-90°，带状表面的最高点与最低点之间的最短距离的最大值b＝[H-tanθb(a+w)]/sinθab+tanθbcosθab，而θb＝90°-θ0-θab，如此一来，有机发光层所发出的光线入射透镜的顶面及各带状表面上各点的入射角皆小于或等于全反射角θ0。
上述有机电致发光元件中，有机发光层与透明电极层的接合面的轮廓例如是矩形，且透镜的顶面及底面的轮廓例如是圆形，而各带状表面平行底面的截面的轮廓例如是圆形。
上述有机电致发光元件中，有机发光层与透明电极层的接合面的轮廓例如是矩形，且透镜的顶面及底面的轮廓例如是矩形，而各带状表面平行底面的截面的轮廓例如是矩形。
上述有机电致发光元件中，透镜的材质例如是透明材质。此外，透明材质例如是聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
上述有机电致发光元件例如还包括空穴传输层，设置于透明电极层与有机发光层之间。
上述有机电致发光元件例如还包括电子传输层，设置于该金属电极层与该有机发光层之间。
本发明的有机电致发光元件中，由于有机发光层所发出的光线中，大部分的光线入射透镜的顶面与带状表面时皆不会产生全反射，亦即大部分的光线都可顺利从透镜的顶面与带状表面射出，因此本发明的有机电致发光元件具有较高的发光效率。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为一种公知的有机电致发光元件的剖面示意图。
图2为本发明第一实施例的有机电致发光元件的剖面示意图。
图3为本发明第一实施例的透镜的俯视图。
图4A至图4C为如何决定图2所示的透镜外形的示意图。
图5为本发明第一实施例的另一种有机电致发光元件的剖面示意图。
图6为本发明第二实施例的有机电致发光元件的剖面示意图。
主要元件标记说明
50：轴线
100、200、200a、200b：有机电致发光元件
110：下基板
120：金属阳极
130、230：有机发光层
132、232：光线
140：透明阴极
150：上基板
210：基板
220、220a：金属电极层
240、240a：透明电极层
250：钝化层
260：透镜
262：顶面
264：底面
265、266、267：带状表面
A、B、C、D、E：点
θ0、θab、θa、θb、θb′：角度
a、b、w：长度
H：厚度

具体实施方式

第一实施例
图2为本发明第一实施例的有机电致发光元件的剖面示意图。请参照图2，本实施例的有机电致发光元件200包括基板210、金属电极层220、有机发光层230、透明电极层240、钝化层250以及透镜260。其中，金属电极层220设置于基板210上，而有机发光层230设置于金属电极层220上，且有机发光层230适于发出光线232。透明电极层240设置于有机发光层230上，钝化层250设置于透明电极层240上，而透镜260设置于钝化层250上。此外，透镜260具有相对的顶面262与底面264以及连接于顶面262与底面264之间的多个带状表面(如带状表面265、266、267)，其构成不连续表面。这些带状表面265、266、267为倾斜表面，且较接近底面264的带状表面与底面264之间的夹角较大。换言之，带状表面267与底面264之间的夹角大于带状表面266与底面264之间的夹角，而带状表面266与底面264之间的夹角大于带状表面265与底面264之间的夹角。
上述有机电致发光元件200中，基板210的材质例如是玻璃，透明电极层240的材质例如是铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)或其它透明导电材质。此外，透镜260的材质例如是透明材质，如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯等。钝化层250材质例如是选用高透光性的材质。另外，金属电极层220例如是阳极，而透明电极层240例如是阴极。
在本实施例中，当施加偏压跨过金属电极层220与透明电极层240时，电子会由透明电极层240传输至有机发光层230。另一方面，空穴会由金属电极层220传输至有机发光层230。此时，电子与空穴会在有机发光层230中发生再结合现象，进而产生激子以达到发光的效果。此外，虽然有机发光层230所发出的光线232是朝向四面八方射出，但朝下方散射的光线232会被金属电极层220反射，故本实施例的有机电致发光元件200为顶部发光型有机电致发光元件。
图3为本发明第一实施例的透镜的俯视图。请参照图2与图3，在本实施例中，透镜260的顶面262及底面264的轮廓以及各带状表面265、266、267平行底面246的截面的轮廓可为圆形或是和有机发光层230与透明电极层240的接合面的轮廓相似。举例来说，当有机发光层230与透明电极层240的接合面的轮廓为矩形时，透镜260的顶面262及底面264以及各带状表面265、266、267平行底面264的截面的轮廓例如是矩形(如图3所示)。此外，透镜260的底面264的轮廓大小例如是与有机发光层230与透明电极层240的接合面的轮廓大小相同。另外，图2所示的透镜260是沿着图3的I-I’线的截面，此截面是垂直透镜260的底面264且通过矩形中心并与矩形的一对边平行的截面。
以下将介绍透镜260的外形的设计原理。请参照图4A至图4C，其表示如何决定图2所示的透镜外形的示意图。在本实施例中，决定透镜260的外形的步骤例如是先算出顶面262的宽度，接着再计算出各带状表面265的倾斜程度以及各带状表面265自最高点至最低点的最短距离。其中，由于有机发光层230、金属电极层220及透明电极层240的厚度远小于钝化层250的厚度，在计算时并不考虑光线232于有机发光层230与透明电极层240之间的折射。此外，为了方便说明，在本实施例中假设钝化层250与透镜260的折射率相同，且假设有机发光层230紧邻于钝化层250下方，而此有机发光层230的轮廓是边长为2w的正方形。
以下将说明如何定出透镜260的顶面262的最大宽度。请参照图4A，其中轴线50为通过有机发光层230中心的轴线。根据司乃耳定律(Snell’sLaw)可算出透镜260与空气之间的全反射角θ0＝sin-1(1/n)，其中n为钝化层250与透镜260的折射率。接着，找出自有机发光层230的点A处发出的光线232入射顶面262的入射角等于全反射角θ0的位置(即点D处)。之后，根据tanθ0＝(a+w)/H(H为透镜260与钝化层250的厚度)算出a＝Htanθ0-w，并计算出顶面262的最大宽度2a的值。换言之，顶面262的宽度可小于或等于2a，如此可使有机发光层230发出的光线232入射顶面262的入射角小于或等于全反射角，以减少光线232产生全反射的机率。
请参照图4B，在定出顶面262的宽度后，接着要定出带状表面265与顶面262之间的最大夹角θab。定义的方法是考虑从有机发光层230的点B发出的光线232，并逐渐增加带状表面265与顶面262之间的夹角，直到光线232入射带状表面265的点D的入射角等于全反射角θ0，此时带状表面265与顶面262之间的夹角即为最大夹角θab，其中θab＝tan-1[H/(w-a)]+θ0-90°。
请参照图4C，在定出带状表面265与顶面262之间的最大夹角θab之后要定出带状表面265的最高点与最低点之间的最短距离的最大值，亦即定出最大长度b的值。定义的方法是考虑从有机发光层230的点A发出的光线232入射带状表面265的入射角等于全反射角θ0的位置(即点E处)。其中，b＝[H-tanθb(a+w)]/sinθab+tanθbcosθab，而θb＝90°-θ0-θab。
然后，重复图4B与图4C中所述的方法依次定出带状表面266、267的外形，以得到如图2所示的透镜260的形状。由于图2所示的透镜260的截面中，自有机发光层230所发出的光线232入射透镜260的顶面262及各带状表面265、266、267上各点的入射角皆小于或等于全反射角θ0，使得光线232可顺利自透镜260射出。因此，本实施例的有机电致发光结构200具有较高的发光效率。
值得一提的是，当透镜260的折射率与钝化层250的折射率不同时，则需考虑光线232于透镜260与钝化层250之间的折射。此外，当欲将透镜260的顶面262及底面264的轮廓以及各带状表面265、266、267平行底面246的截面的轮廓设计成圆形时，亦可利用上述方法设计出透镜的形状。
图5为本发明第一实施例的另一种有机电致发光元件的剖面示意图。请参照图5，本实施例的有机电致发光元件200a与图2所示的有机电致发光元件200相似，不同处在于有机电致发光元件200a还包括空穴传输层270与电子传输层280。其中，空穴传输层270设置于金属电极层220与有机发光层230之间，而电子传输层280设置于透明电极层240与有机发光层230之间。值得注意的是，在有机电致发光元件200a亦可省略空穴传输层270或电子传输层280。
第二实施例
图6为本发明第二实施例的有机电致发光元件的剖面示意图。请参照图6，有别于第一实施例的有机电致发光元件200、200a，本实施例的有机电致发光元件200b为底部发光型有机电致发光元件，其包括基板210、透明电极层240a、有机发光层230、金属电极层220a以及透镜260。其中，透明电极层240a设置于基板210的第一表面212上，有机发光层230设置于透明电极层240a上，且有机发光层230适于发出光线232。金属电极层220a设置于有机发光层230上，而透镜260设置于基板210的第二表面214上，且第二表面214与第一表面212相对。此外，由于透镜260的外形与第一实施例所述相似，故在此将不再重述。
上述有机电致发光元件200b中，透明电极层240a例如是阳极，而金属电极层220a例如是阴极。由于有机发光层230所发出的光线232中，朝上方散射的光线232会被金属电极层220a反射，故本实施例的有机电致发光元件200b为底部发光型有机电致发光元件。此外，本实施例的透镜260的材质、基板210的材质以及透明电极层240a的材质与第一实施例中所述相似，请参照前述说明。
与第一实施例相似，当有机发光层230与透明电极层240a的接合面的轮廓为矩形时，在垂直透镜260的底面264且通过矩形中心并与矩形的一对边平行的截面中，自有机发光层230发出的光线232入射顶面262及各带状表面265、266、267的入射角例如小于或等于透镜260与空气之间的全反射角。如此，有机发光层230所发出的光线232中，大部分的光线232都可顺利自透镜260各带状表面265、266、267射出，所以有机电致发光元件200b亦具有较高的发光效率。
在本实施例中，亦可于透明电极层240a与有机发光层230之间设置空穴传输层(未标示)或是于金属电极层220a与有机发光层230之间设置电子传输层(未标示)。
综上所述，在本发明的有机电致发光元件中，由于有机发光层所发出的光线中，大部分的光线入射透镜的顶面与带状表面的入射角小于透镜与空气之间的全反射角，亦即大部分的光线都可通过透镜的顶面与带状表面射出，因此本发明的有机电致发光元件具有较高的发光效率。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。