CN105826479B - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光元件，包括基板、依序堆迭于基板上的第一金属层和第二金属层、及位于第一和第二金属层间的有机材料层，第一金属层包括覆盖基板的表面的第一金属部和第二金属部及位于第一和第二金属部之间用以外露部分表面的开口部，其中，由有机材料层所发出的光线的峰值波长在第一范围，而第一金属部与第二金属层之间会产生第一等离子体耦合以使光线的峰值波长自第一范围位移至第二范围，且第二金属部与第二金属层之间产生第二等离子体耦合以使光线的峰值波长自第一范围位移至第三范围。

Description

发光元件
技术领域
本案涉及一种发光元件，尤指一种有机发光元件。
背景技术
一般发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)使用半导体材料，通过掺杂等方式使这些材料成为p型与n型，再将它们接合在一起形成pn接面，则电子及空穴可分别从n型及p型材料注入，而当电子与空穴相遇而结合时，会以光子的形式释放出能量。
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode；OLED)则是使用有机材料。有机发光二极管的发光过程大致如下：施加一正向偏压，使电子和空穴克服界面能障后分别由阴极与阳极注入，在电场作用下，电子与空穴相向移动并在发光层形成激子，最后电子和空穴在发光层结合，激子消失并放出光能。另外，在发光层中掺杂客体萤光/磷光发光材料能提高OLED的发光效率及使用寿命。
近几年，OLED的红、绿或蓝色发光材料的发光效率及使用寿命有明显的进步，尤其是绿色发光材料，惟蓝色发光材料则相对落后，其中蓝色磷光材料效率虽然已可做到20.4cd/A，但其寿命仅有数百小时。
因此，如何克服前述问题，例如不使用蓝色萤光/磷光客体发光材料，而发展出高效率OLED元件，为目前市场上的关键议题。
发明内容
本案提出一种发光元件，能发出白光。
本案的发光元件包括：基板，其具有一表面；第一金属层，其形成于该基板的该表面上，并包括覆盖该表面的第一金属部和第二金属部、及介于该第一金属部及第二金属部之间用以外露部分该表面的开口部；有机材料层，其形成于该第一金属部、该第二金属部、及由该开口部所外露的部分该表面上；以及第二金属层，其形成于该有机材料层上，以使该有机材料层介于该第一金属层与该第二金属层之间；其中，由该有机材料层所发出的光线的峰值波长在第一范围，该第一金属部与该第二金属层之间产生第一等离子体耦合以使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围，且该第二金属部与该第二金属层之间产生第二等离子体耦合以使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第三范围。
一种发光元件，包括：基板；第一金属层，其形成于该基板上；有机材料层，其形成于该第一金属层上以使该第一金属层介于该基板与该有机材料层之间；以及第二金属层，其形成于该有机材料层上以使该有机材料层介于该第一金属层与该第二金属层之间；其中，由该有机材料层所发出的光线的峰值波长在第一范围，且该第一金属层与该第二金属层之间产生一等离子体耦合以使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围。
一种发光元件，其包括：基板；第一金属层，其形成在该基板上；第一有机材料层，其形成于该第一金属层上以使该第一金属层介于该基板与该第一有机材料层之间；第二金属层，其形成于该第一有机材料层上使该第一有机材料层介于该第一金属层与该第二金属层之间；第二有机材料层，其形成于该第二金属层上以使该第二金属层介于该第一有机材料层与该第二有机材料层之间；第三金属层，其形成于该第二有机材料层上以使该第二有机材料层介于该第二金属层与该第三金属层之间；第三有机材料层，其形成于该第三金属层上以使该第三金属层介于该第二有机材料层与该第三有机材料层之间；以及第四金属层，其形成于该第三有机材料层上以使该第三有机材料层介于该第三金属层与该第四金属层之间；其中，由该第一有机材料层所发出的第一光线、第二有机材料层所发出的第二光线、第三有机材料层所发出的第三光线的峰值波长皆在第一范围内，该第二金属层与该第三金属层之间产生第二等离子体耦合以使该第二光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围，该第三金属层与该第四金属层之间产生第三等离子体耦合以使该第三光线的峰值波长自该第一范围位移至第三范围。
一种发光元件，包括多个像素，各该像素包括：基板，其具有一表面；第一金属层，其形成于该基板的该表面上；有机材料层，其形成于该第一金属层上以使该第一金属层介于该基板与该有机材料层之间；以及第二金属层，其形成于该有机材料层上以使该有机材料层介于该第一金属层与该第二金属层之间；其中，由各该像素的有机材料层所发出的光线的峰值波长在第一范围，而隔着该有机材料层的该第一金属层与该第二金属层产生等离子体耦合使得该光线的峰值波长位移，其中，各该像素为以下其中一个：该第一金属层完全覆盖该表面，通过调整该第一金属层的厚度越小或该第一金属层与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，或者通过调整该第一金属层的厚度越大或该第一金属层与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围；该第一金属层具有覆盖部分该表面的金属部及外露剩余该表面的开口部，通过调整该金属部的厚度越小或该金属部与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，或者通过调整该金属部的厚度越大或该金属部与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围；该第一金属层具有覆盖该表面的第一金属部和第二金属部，通过调整该第一金属部的厚度越小或该第一金属部与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，通过调整该第二金属部的厚度越大或该第二金属部与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围；以及该第一金属层具有第一金属部、第二金属部及形成于该第一金属部与第二金属部之间外露部分该表面的开口部，通过调整该第一金属部的厚度越小或该第一金属部与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，通过调整该第二金属部的厚度越大或该第二金属部与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围。
附图说明
图1至图3为本案的发光元件的第一实施例的不同实施例的示意图；
图4为本案的发光元件的第二实施例的示意图；
图5为本案的发光元件的第三实施例的示意图；
图6为本案的发光元件的第四实施例的示意图；
图7为本案的发光元件的一实验曲线图；
图8为本案的发光元件的另一实验曲线图；
图9为本案的发光元件所包括的周期性结构的示意图；
图10A及图10B为本案的周期性结构与适用波长的关系曲线图；以及
图11A及图11B为本案的发光元件的应用实施例的示意图。
其中，附图标记：
100、200、300、400 发光元件
201 像素
201s 子像素
10 像素
2 基板
21 表面
3、3b、3c、61 第一金属层
30 周期性结构
31、32 金属部
33 开口部
4 有机材料层
4a 第一有机材料层
4b 第二有机材料层
4c 第三有机材料层
41 空穴注入/传输层
42 发光层
43 电子传输/注入层
5、62 第二金属层
63 第三金属层
64 第四金属层
6 阴极
7 阳极
8 薄膜晶体管
D1-g 距离(厚度)
D2、D2-g、D2-r、D2-b 厚度
D1、D1-r、D1-b 距离
W 尺寸
Λ 周期。
具体实施方式
以下藉由特定的实施例说明本案的实施方式，熟习此项技艺的人士可由本文所揭示的内容轻易地了解本案的其他优点及功效。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本案可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本案所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本案所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
请参阅图1至图3，分别绘示本案的发光元件的第一实施例的三种实施态样的示意图。本案的发光元件100包括依序堆迭的基板2、第一金属层3、有机材料层4及第二金属层5。
基板2具有一表面21。本实施例的基板2的材料可为玻璃、塑胶或导电金属氧化物，例如氧化铟锡(indium tin oxide；ITO)或氧化铟锌(indium zinc oxide；IZO)，当基板2为ITO或IZO时可作为阳极使用。
第一金属层3可为图案化金属层或网格状金属层，包括覆盖于表面21的金属部31、32、及介于金属部31与32之间用以外露部分表面21的开口部33。本实施例的第一金属层3的材料可为金属(如铝或其合金、银或其合金、金或其合金)，例如Al/LiF、Ag/Al/Ag、Ag/Ge/Ag，或纳米金属氧化物，例如BCP/V2O5、MoO3、ZnS/Ag/ZnO/Ag、ZnPc/C60，另可包括纳米金属线。第一金属层3也可作为电极，例如阳极或阴极。于本实施例中，第一金属层3的厚度约在5nm-20nm之间，也就是，金属部31的厚度D2-r、金属部32的厚度D2-b约在5nm-20nm之间。
有机材料层4形成于金属部31、32、及由开口部33外露的部分表面21上。本实施例并不限有机材料层4的材料，通常为萤光或磷光，例如绿色萤光Alq3材料。于本实施例中，当基板2或第一金属层3其中一者作为阳极而第二金属层5作为阴极时，有机材料层4可包括自阳极依序堆迭至阴极的空穴注入/传输层(hole injection layer；HIL/hole transportlayer；HTL)41、发光层(light emitting layer)42、及电子传输/注入层(electrontransport layer；ETL/electron injection layer；EIL)43；当第二金属层5作为阳极时，基板2或第一金属层3则作为阴极，有机材料层4中的堆迭顺序也颠倒。于本实施例中，有机材料层4的厚度，也就是第一金属层3与第二金属层5之间的距离，也就是金属部31与第二金属层5间的距离D1-r、金属部32与第二金属层3间的距离D1-b、及对应于开口部33的有机材料层4的厚度D1-g分别约在75nm-150nm之间。
第二金属层5形成于有机材料层4之上，以使有机材料层4介于第一金属层3与第二金属层5之间。本实施例的第二金属层5的材料可为金属(如铝或其合金、银或其合金、金或其合金)，例如Al/LiF、Ag/Al/Ag、Ag/Ge/Ag，或纳米金属氧化物，例如BCP/V2O5、MoO3、ZnS/Ag/ZnO/Ag、ZnPc/C60，通常作为阴极使用。于本实施例中，第二金属层5的厚度约在20nm以上。
当一电压跨接在第二金属层5与第一金属层3或基板2其中一者时，空穴和电子分别自阳极和阴极至发光层42时，空穴和电子结合以使有机材料层4发出光线，该光线的峰值波长(peak wavelength)在第一范围。此外，隔着有机材料层4的金属部31与第二金属层5之间产生第一耦合，也就是等离子体耦合(plasmon coupling)效应，使得该光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围。此外，隔着有机材料层4的金属部32与第二金属层5之间产生第二等离子体耦合，使得光线的峰值波长自该第一范围位移至第三范围。
需说明的是，有机材料层4所发出的光线为均向(isotropic)，当第二金属层5有反射效果时，峰值波长在第一范围的光线可自开口部33穿出以离开该发光元件100，峰值波长在第二范围的光线可穿过金属部31以离开发光元件100，峰值波长在第三范围的光线可穿过金属部32以离开发光元件100；当第二金属层5为透明时，前述峰值波长在第一范围、第二范围及第三范围的光线也可穿过第二金属层5以离开发光元件100。
另外，调整金属部31的厚度D2-r、第二金属层5的厚度、或金属部31与第二金属层5之间的距离D1-r可改变该第二范围的数值。调整金属部32的厚度D2-b、第二金属层5的厚度、或金属部32与第二金属层5之间的距离D1-b可改变该第三范围的数值。
如图1所示，金属部31的厚度D2-r与金属部32的厚度D2-b不相同，而金属部31与第二金属层5间的距离D1-r、金属部32与第二金属层5间的距离D1-b以及对应于开口部33的基板2与第二金属层5间的距离D1-g相同，也就是，有机材料层4整体厚度相同，第二金属层5整体厚度相同。如图2和图3所示，金属部31的厚度D2-r与金属部32的厚度D2-b相同，而金属部31与第二金属层5之间的距离D1-r以及金属部32与第二金属层5之间的距离D1-b不相同；其中，图2主要以发光层42来调整金属部31与第二金属层5之间的距离D1-r以及金属部32与第二金属层5之间的距离D1-b，而空穴注入/传输层41厚度整体相同，电子传输/注入层43厚度整体相同，第二金属层5厚度整体相同；另其中，图3主要以空穴注入/传输层41调整金属部31与第二金属层5之间的距离D1-r以及金属部32与第二金属层5之间的距离D1-b，而发光层42整体厚度相同，电子传输/注入层43，第二金属层5厚度整体相同。另外，也可以电子传输/注入层43调整金属部31与第二金属层5之间的距离D1-r以及金属部32与第二金属层5之间的距离D1-b。
例如，有机材料层4所发出的光线的峰值波长在495nm-570nm，金属部31的厚度D2-r约5nm-20nm且其与第二金属层5之间的距离D1-r约75nm-150nm，则金属部31与第二金属层5之间会产生第一等离子体耦合以使该光线的峰值波长位移至570nm-750nm(红光波段)，而金属部32的厚度D2-b约5nm-20nm且其与第二金属层5之间的距离D1-b约75nm-150nm，其中金属部32的厚度D2-b大于金属部31的厚度D2-r或者金属部32与第二金属层5之间的距离D1-b小于金属部31与第二金属层5之间的距离D1-r，则金属部32与第二金属层5之间能产生第二等离子体耦合使得该光线的峰值波长位移至380nm-495nm(蓝光波段)。又例如，有机材料层4所发出的光线的峰值波长在570nm-750nm，金属部31的厚度D2-r约5nm-20nm且其与第二金属层5之间的距离D1-r约150nm-1000nm，则金属部31与第二金属层5之间会产生第一等离子体耦合以使该光线的峰值波长位移至小于1240nm，而金属部32的厚度D2-b约5nm-20nm且其与第二金属层5之间的距离D1-b约30nm-75nm，则金属部32与第二金属层5之间能产生第二等离子体耦合使得该光线的峰值波长位移至大于305nm。藉此，发光组件300可发出三种不同波段的光线，例如红光、绿光和蓝光，以混合成白光，另藉由调整金属部31和32覆盖基板2表面21的面积及开口部33外露表面的面积，能改变绿光、红光和蓝光的比例。
接着请参阅图4，其绘示本案的发光元件的第二实施例的示意图。相较于第一实施例，于本实施例的发光元件200与第一实施例的差异仅在于第一金属层3b。
第一金属层3b形成于基板2上而未包括开口部，基板2和第一金属层3b的材料与第一实施例相同。第一金属层3b可厚度一致地完全覆盖基板2的表面。
由有机材料层4所发出的光线的峰值波长在第一范围，第一金属层3b与第二金属层5之间产生一等离子体耦合以使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围。有机材料层4还包括自作为阳极的基板2至作为阴极的第二金属层5依序堆迭的空穴注入/传输层41、发光层42和电子传输/注入层43。
例如，该第一范围(约495nm-570nm)，于第一金属层3b的厚度D2在5nm-20nm，第二金属层5的厚度D3在20nm以上，且第一金属层3b与第二金属层5间的距离D1在75nm-150nm时，该第二范围可在红光波段(约570nm-750nm)。又例如，该第一范围在570nm-750nm，第一金属层3b的厚度D2约5nm-20nm且其与第二金属层5之间的距离D1约150nm-1000nm，则第二范围在大于该第一范围且小于1240nm。
以下进一步以表1-11说明各层的厚度与有机材料层所发出的光线的峰值波长的关系，其中，第一金属层与第二金属层之间的距离以D1表示(亦即，金属部31与第二金属层5之间的距离D1-r，金属部32与第二金属层5之间的距离D1-b的概称)，第一金属层的厚度以D2表示(也就是，金属部31的厚度D2-r以及金属部32的厚度D2-b的概称)，第二金属层的厚度以D3表示。
需说明的是，于下表1-4中，所使用的有机材料层为绿色萤光Alq3材料，而所使用的第一金属层与第二金属层的材料依序为Al/Al、Ag/Ag、Au/Au、Ag/Ag。
表1
表2
表3
有机材料层所发出的光线的峰值波长约为530nm。由表1可知，第一金属层与第二金属层间的距离D1越大，第一金属层的厚度D2越小，光线的峰值波长越往红光波段偏移以使光线成为红光，此现象称为红移(red shift)。第一金属层与第二金属层间的距离D1越小，第一金属层的厚度D2越大，光线的峰值波长越往蓝光波段偏移以使光线成为蓝光，此现象称为蓝移(blue shift)，则发光元件可发出由绿光、红光和蓝光构成的白光。
如图7所示，有机材料层为Alq3、第一金属层/第三金属层为(Al/Al)，有机材料层所发出的光线基本涵盖可见光波段(例如380nm-750nm)，通过上述调整第一金属层的厚度D2以及第一金属层与第二金属层的距离D1，则其峰值波长可自530nm红移至605nm及蓝移至470nm。
表4
D1(nm) 70 114 126
D2(nm) 21.27 21.27 21.27
D3(nm) 217 217 217
请参阅图8，显示表4的峰值波长位移的结果。如图8所示，第一金属层与第二金属层间的距离D1越大，光线的峰值波长越往红光波段位移；第一金属层与第二金属层间的距离D1越小，光线的峰值波长越往蓝光波段位移。
下表5-8列出以红光波段(630nm)、N(折射系数)/K(消散系数(extinctioncoefficient))值设定为1.75进行第一金属层/第二金属层的不同金属的红位移模拟结果，其中所使用的第一金属层与第二金属层的材料于表5-7中分别为Al/Al、Ag/Ag、Au/Au。
表5(Al/Al)
表6(Ag/Ag)
表7(Au/Au)
表8
D1(nm) 波长(nm)
200 500
500 850
1000 1240
由表5-8可知，第一金属层的厚度D2可在5nm-20nm之间调整，第一金属层与第二金属层之间的距离D1也可在150nm-500nm之间调整，甚至1000nm时，该光线可自红光波段(570nm-750nm)位移至近红外波段(约小于1240nm)。尤其从表8可知，当第一金属层与第二金属层间的距离D1为200、500或1000nm时，发光元件可发出500nm、850nm或1240nm的光线。
下表9-11列出，有机材料层所发出的光线的峰值波长约在570nm-750nm之间，而所使用的第一金属层与第二金属层的材料分别为Al/Al、Ag/Ag、Au/Au。
表9
表10
表11
由表9-11可知，第一金属层的厚度D2可在5nm-20nm之间调整，第一金属层与第二金属层之间的距离D1也可在30nm-75nm之间调整，该光线可自红光波段(570nm-750nm)位移至近紫外波段(约大于305nm)。
请参阅图5，其为绘示本案的发光元件的第三实施例。于本实施例中，发光元件300包括依序堆迭的基板2、第一金属层61、第一有机材料层4a、第二金属层62、第二有机材料层4b、第三金属层63、第三有机材料层4c、及第四金属层64。
基板2的尺寸及材料与第一实施例中的基板2相同。第一金属层61、第二金属层62、第三金属层63与第一实施例中的第一金属层3的尺寸及材料相同，例如在5nm-20nm，可由金属(Al/LiF、Ag/Al/Ag、Ag/Ge/Ag)或纳米金属氧化物(BCP/V2O5、MoO3、ZnS/Ag/ZnO/Ag、ZnPc/C60)所构成。第四金属层64与第一实施例中的第二金属层5的尺寸及材料相同以作为阴极，基板2或第一金属层61其中一者可作为阳极。第一有机材料层4a、第二有机材料层4b及第三有机材料层4c与第一实施例中的有机材料层4相同，例如绿色萤光Alq3材料。
第一有机材料层4a所发出的第一光线、第二有机材料层4b所发出的第二光线、第三有机材料层4c所发出的第三光线的峰值波长皆在第一范围，第一金属层61与第二金属层62用以使该第一光线产生增益，第二金属层62与第三金属层63之间产生第二等离子体耦合以使该第二光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围，第三金属层63与第四金属层64之间产生第三等离子体耦合以使该第三光线的峰值波长自该第一范围位移至第三范围。此外，调整第一金属层61的厚度D2-g、该第二金属层62的厚度D2-r、或第一金属层61与该第二金属层62间的距离D1-g以改变该第一光线的增益。调整第二金属层62的厚度D2-r、第三金属层63的厚度D2-b、或第二金属层62与第三金属层63间的距离D1-r以改变该第二范围的数值。调整第三金属层63的厚度D2-b、第四金属层64的厚度、或第三金属层63与第四金属层64间的距离D1-b以改变该第三范围的数值。
例如，该第一、第二、第三光线的峰值波长在495nm-570nm，其中该第二光线的波段可涵盖495nm-750nm、该第三光线的波段可涵盖380nm-570nm，则经厚度D2-r、D2-b皆在5nm-20nm且距离D1-r在75nm-150nm的第二金属层62与第三金属层63的第二等离子体耦合之后，该第二光线的峰值波长位移至570nm-750nm，另经距离D1-b在75nm-150nm且小于距离D1-r的第三金属层63与第四金属层64的第三等离子体耦合之后，该第三光线的峰值波长位移至380nm-495nm。又例如，该第一、第二、第三光线的峰值波长在570nm-750nm，其中该第二光线的波段可涵盖570nm-1240nm、该第三光线的波段可涵盖305nm-750nm，则经厚度D2-r、D2-b皆在5nm-20nm且距离D1-r在150nm-1000nm的第二金属层62与第三金属层63的第二等离子体耦合之后，该第二光线的峰值波长位移至小于1240nm，另经距离D1-b在30nm-75nm且小于距离D1-r的第三金属层63与第四金属层64的第三等离子体耦合之后，该第三光线的峰值波长位移至大于305nm。据此，发光组件300可产生绿、红、和蓝三种波段的光，并发出由该三种波段的光所构成的白光。
请参阅图6，其绘示本案的发光元件的第四实施例，本案的发光元件400包括多个像素10，各像素10包括依序堆迭的基板2、第一金属层3c、有机材料层4和第二金属层5，有机材料层4可发出峰值波长位于第一范围的光线。于各像素10中，基板2、有机材料层4和第二金属层5和第一实施例所示者相同，而第一金属层3c可为以下其中一种：厚度一致地完全覆盖基板2的表面(如图6中自左边算来第二或六个像素)，通过调整第一金属层3c的厚度越小或第一金属层3c与第二金属层5间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围，或者，通过调整第一金属层3c的厚度越大或第一金属层3c与第二金属层5间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第三范围；第一金属层3c具有覆盖基板2的部分该表面的金属部及外露基板2的剩余该表面的开口部(如图6中自左边算来第三个像素)，通过调整该金属部的厚度越小或该金属部与第二金属层5间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，或者，通过调整该金属部的厚度越大或该金属部与第二金属层5间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围；第一金属层3c具有第一金属部和第二金属部，通过调整该第一金属部的厚度越小或该第一金属部与第二金属层5间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，通过调整该第二金属部的厚度越大或该第二金属部与第二金属层5间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围；第一金属层3c具有第一金属部、第二金属部及形成于该第一金属部与第二金属部之间外露基板2的部分该表面的开口部(如图6中自左边算来第一或五个像素)，通过调整该第一金属部的厚度越小或该第一金属部与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，通过调整该第二金属部的厚度越大或该第二金属部与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围；以及第一金属层3c的厚度为零(如图6中自左边算来第四个像素)时将维持原本波长无位移。
于本实施例中，第一范围可在绿光波段(约495nm-570nm)，而第二范围可在红光波段(约570nm-750nm)、蓝光波段(380nm-495nm)，或由红光、绿光和蓝光所构成的白光。因此，各个像素10可发出各种颜色的光，故本案的发光元件400可显示出全彩灰阶图像。另外，于本实施例中，将有机材料层4沉积或涂布于第一金属层3c上时，有机材料层4或可随着第一金属层3c的图案而呈现不平坦表面，类似图1所示。
此外，参阅图9，发光元件100中的金属部31和32可构成多个周期性结构30以使峰值波长在不同范围的光线产生增益。如图9所示，周期性结构30的尺寸W在40nm-437nm之间、周期Λ在50nm-965nm之间。也就是说，金属部31和32的各自的宽度皆为周期性结构30的宽度W，而自金属部31的尾端至金属部32的尾端为周期性结构30的周期Λ。需说明的是，虽然图式中显示该周期性结构的外型为方波，惟本案并不限制它的形状。藉此，经由等离子体耦合效应所产生的红移或蓝移后的光线或未位移的原始光线(第一范围)，可通过该周期性结构30而产生增益。
表12-14分别为Al、Ag及Au的周期性结构的周期Λ、尺寸W和适用波长的关系。
表12
波长(nm) 340 400 450 500 550 600 650 700 750 800
周期(nm) 348 435 507 579 646 714 778 845 910 965
尺寸(nm) 170 208 237 268 298 327 345 383 411 437
表13
波长(nm) 380 400 450 500 550 600 650 700 750 800
周期(nm) 50 171 300 392 466 534 596 657 716 773
尺寸(nm) 40 124 189 229 267 300 334 365 398 429
表14
波长(nm) 510 525 550 600 650 700 750 800
周期(nm) 62 223 462 462 545 615 680 738
尺寸(nm) 45 157 209 260 299 326 356 382
参阅表12-14及图10A及图10B，其中，图10A及图10B中所示的曲线由上至下分别代表Al、Ag和Au，以材料为Al及波长550nm(绿光)为例，当该周期性结构的周期Λ为646nm且尺寸W为298nm时，会使峰值波长位于550nm的光线产生增益。以材料为Ag及波长450nm(蓝光)为例，当该周期性结构的周期Λ为300nm且尺寸W为189nm时，会使峰值波长位于450nm的光线产生增益。以材料为Au及波长650nm(红光)为例，当该周期性结构的周期Λ为545nm且尺寸W为299nm时，会使峰值波长位于650nm的光线产生增益，而由表14可看出，Au较适用于长波长的增益。因此，通过调整周期性结构的周期Λ和尺寸W能使峰值波长位于某波段的光线产生增益。
此外，本案的发光元件可应用于主动矩阵有机发光二极管(Active-matrixorganic light-emitting diode；AMOLED)显示器或被动矩阵有机发光二极管(Passive-matrix organic light-emitting diode；PMOLED)显示器。参阅图11A，发光元件100在图11A的显示器中作为一个像素201，像素201还包括R、G、B三个子像素201s，每个子像素201s皆由薄膜晶体管(TFT)8来致动发光，使得像素201能发出红、绿、蓝光，且利用TFT做电流控制调整R、G、B三个子像素201s的发光比例更能调整各像素201的发光颜色，使得AMOLED显示器能呈现动态彩色灰阶图像。另参阅图11B，与图11A的差异在于致动发光方式，被动矩阵有机发光二极管显示器是利用阴极6和阳极7来致动发光，其余特征和图11A相同。
综上所述，本案的发光元件，通过调整第一金属层的厚度、或其与第二金属层间的距离、甚或调整第二金属层的厚度，可将由有机材料层所发出的光线的峰值波长自第一范围位移至第二范围或第三范围(红移或蓝移)，以使发光元件能发出白光。
上述实施例仅例示性说明本案的功效，而非用于限制本案，任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本案的精神及范畴下，对上述该些实施例进行修饰与改变。此外，在上述该些实施例中的结构的数目仅为例示性说明，亦非用于限制本案。因此本案的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (23)

1.一种发光元件，其特征为，该发光元件包括：
基板，其具有一表面；
第一金属层，其形成于该基板的该表面上，并包括覆盖该表面的第一金属部和第二金属部以及形成于该第一金属部和该第二金属部之间用以外露部分该表面的开口部；
有机材料层，其形成于该第一金属部、该第二金属部、及由该开口部所外露的部分该表面上；以及
第二金属层，其形成于该有机材料层上，以使该有机材料层介于该第一金属层与该第二金属层之间，
其中，由该有机材料层所发出的光线的峰值波长在第一范围，该第一金属部与该第二金属层之间产生第一等离子体耦合以使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围，且该第二金属部与该第二金属层之间产生第二等离子体耦合以使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第三范围。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，不同的该第一金属部的厚度、不同的该第二金属层的厚度、或不同的该第一金属部与该第二金属层之间的距离，能使该光线的峰值波长位移至该第二范围中不同的数值，且不同的该第二金属部的厚度、不同的该第二金属层的厚度、或不同的该第二金属部与该第二金属层之间的距离，能使该光线的峰值波长位移至该第三范围中不同的数值。
3.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，该光线的波长涵盖可见光波段，该第一范围在495nm-570nm，该第二范围在570nm-750nm，该第三范围在380nm-495nm，该第一金属部的厚度在5nm-20nm且该第一金属部与该第二金属层之间的距离在75nm-150nm，该第二金属部的厚度在5nm-20nm且该第二金属部与该第二金属层之间的距离在75nm-150nm，其中该第二金属部的厚度大于该第一金属部的厚度或该第二金属部与该第二金属层之间的距离小于该第一金属部与该第二金属层之间的距离。
4.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，该光线的波长涵盖紫外光至红外光波段，该第一范围在570nm-750nm，该第二范围大于该第一范围且小于1240nm，该第三范围小于该第一范围且大于305nm，该第一金属部和第二金属部的厚度在5nm-20nm，该第一金属部与该第二金属层之间的距离在150nm-1000nm，该第二金属部与该第二金属层之间的距离在30nm-75nm。
5.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，该基板的材料为玻璃、塑胶或导电金属氧化物。
6.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，该基板或该第一金属层作为阳极，该第二金属层作为阴极，且该有机材料层包括自该阳极依序堆迭至该阴极的空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层及电子注入层。
7.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，该第一金属层及该第二金属层由金属或纳米金属氧化物所构成。
8.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，该第一金属层为图案化金属层或网格状金属层。
9.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，该第一范围为绿光波段，该第二范围为红光波段，该第三范围为蓝光波段，供该发光元件发出由绿光、红光及蓝光所组成的白光，并藉由调整该第一金属部覆盖该表面的面积、该第二金属部覆盖该表面的面积、及该开口部所外露该表面的面积，能改变该绿光、该红光及该蓝光的比例。
10.如权利要求1所述的发光元件，其特征为，该第一金属部及该第二金属部构成多个周期性结构，以使峰值波长在该第一范围、第二范围或该第三范围的光线产生增益，该周期性结构的尺寸介于40nm-437nm且周期介于50nm-965nm。
11.一种发光元件，其特征为，该发光元件包括：
基板；
第一金属层，其形成于该基板上；
有机材料层，其形成于该第一金属层上以使该第一金属层介于该基板与该有机材料层之间；以及
第二金属层，其形成于该有机材料层上以使该有机材料层介于该第一金属层与该第二金属层之间，
其中，该第一金属层的厚度在5nm-20nm，且该第一金属层与该第二金属层间的距离在75nm-150nm，由该有机材料层所发出的光线的峰值波长在第一范围，且该第一金属层与该第二金属层之间产生一等离子体耦合以使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围。
12.如权利要求11所述的发光元件，其特征为，不同的该第一金属层的厚度、不同的该第二金属层的厚度、或不同的该第一金属层与该第二金属层间的距离，能使该光线的峰值波长位移至该第二范围中不同的数值。
13.如权利要求11所述的发光元件，其特征为，该第一范围在495nm-570nm，而该第二范围在570nm-750nm，该第一金属层的厚度在5nm-20nm，且该第一金属层与该第二金属层间的距离在75nm-150nm。
14.如权利要求11所述的发光元件，其特征为，该第一范围在570nm-750nm，而该第二范围大于该第一范围且小于1240nm，该第一金属层的厚度在5nm-20nm，且该第一金属层与该第二金属层间的距离在150nm-1000nm。
15.一种发光元件，其特征为，该发光元件包括：
基板；
第一金属层，其形成在该基板上；
第一有机材料层，其形成于该第一金属层上以使该第一金属层介于该基板与该第一有机材料层之间；
第二金属层，其形成于该第一有机材料层上使该第一有机材料层介于该第一金属层与该第二金属层之间；
第二有机材料层，其形成于该第二金属层上以使该第二金属层介于该第一有机材料层与该第二有机材料层之间；
第三金属层，其形成于该第二有机材料层上以使该第二有机材料层介于该第二金属层与该第三金属层之间；
第三有机材料层，其形成于该第三金属层上以使该第三金属层介于该第二有机材料层与该第三有机材料层之间；以及
第四金属层，其形成于该第三有机材料层上以使该第三有机材料层介于该第三金属层与该第四金属层之间；
其中，该第二金属层与第三金属层间的距离在75nm-150nm，该第三金属层与该第四金属层间的距离在75nm-150nm且小于该第二金属层与第三金属层间的距离，由该第一有机材料层所发出的第一光线、第二有机材料层所发出的第二光线、第三有机材料层所发出的第三光线的峰值波长皆在第一范围内，该第二金属层与该第三金属层之间产生第二等离子体耦合以使该第二光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围，且该第三金属层与该第四金属层之间产生第三等离子体耦合以使该第三光线的峰值波长自该第一范围位移至第三范围。
16.如权利要求15所述的发光元件，其特征为，该第一范围在495nm-570nm，而该第二范围在570nm-750nm，该第三范围在380nm-495nm，该第二金属层及该第三金属层的厚度皆在5nm-20nm，该第二金属层与该第三金属层间的距离在75nm-150nm，该第三金属层与该第四金属层间的距离在75nm-150nm且小于该第二金属层与该第三金属层间的距离。
17.如权利要求15所述的发光元件，其特征为，该第一范围在570nm-750nm，该第二范围大于该第一范围且小于1240nm，该第三范围小于该第一范围且大于305nm,该第二金属层及该第三金属层的厚度皆在5nm-20nm，且该第二金属层与该第三金属层间的距离在150nm-1000nm，该第三金属层与该第四金属层间的距离在30nm-75nm。
18.如权利要求15所述的发光元件，其特征为，不同的该第二金属层的厚度、不同的该第三金属层的厚度、或不同的该第二金属层与该第三金属层间的距离，能使该第二光线的峰值波长位移至改变该第二范围中不同的数值，且不同的该第三金属层的厚度、不同的该第四金属层的厚度、或不同的该第三金属层与该第四金属层间的距离，能使该第三光线的峰值波长位移至该第三范围中不同的数值。
19.如权利要求15所述的发光元件，其特征为，该基板或该第一金属层作为阳极，该第四金属层作为阴极。
20.如权利要求15所述的发光元件，其特征为，该第一金属层、该第二金属层、该第三金属层、或该第四金属层是由金属或纳米金属氧化物所构成。
21.一种发光元件，包括多个像素，其特征为，各该像素包括：
基板，其具有一表面；
第一金属层，其形成于该基板的该表面上；
有机材料层，其形成于该第一金属层上以使该第一金属层介于该基板与该有机材料层之间；以及
第二金属层，其形成于该有机材料层上以使该有机材料层介于该第一金属层与该第二金属层之间，
其中，由各该像素的有机材料层所发出的光线的峰值波长是在第一范围，而隔着该有机材料层的该第一金属层与该第二金属层产生等离子体耦合使得该光线的峰值波长位移，
其中，各该像素为以下其中一个：
该第一金属层完全覆盖该表面，通过调整该第一金属层的厚度越小或该第一金属层与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第二范围，或者通过调整该第一金属层的厚度越大或该第一金属层与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至第三范围；
该第一金属层具有覆盖部分该表面的金属部及外露剩余该表面的开口部，通过调整该金属部的厚度越小或该金属部与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，或者通过调整该金属部的厚度越大或该金属部与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围；
该第一金属层具有覆盖该表面的第一金属部和第二金属部，通过调整该第一金属部的厚度越小或该第一金属部与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，通过调整该第二金属部的厚度越大或该第二金属部与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围；以及
该第一金属层具有第一金属部、第二金属部及形成于该第一金属部与第二金属部之间外露部分该表面的开口部，通过调整该第一金属部的厚度越小或该第一金属部与该第二金属层间的距离越大，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第二范围，通过调整该第二金属部的厚度越大或该第二金属部与该第二金属层间的距离越小，能使该光线的峰值波长自该第一范围位移至该第三范围。
22.如权利要求21所述的发光元件，其特征为，该光线的波长涵盖可见光波段，该第一范围在495nm-570nm，该第二范围在570nm-750nm，而该第三范围在380nm-495nm。
23.如权利要求21所述的发光元件，其特征为，该发光元件为被动矩阵有机发光二极管或主动矩阵有机发光二极管。
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