TW201517328A - 發光二極體結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種之發光二極體結構，包括基板、第一發光二極體以及第二發光二極體。第一發光二極體設置於基板上，且包括第一電極、第一發光層以及第二電極，依序堆疊於基板上。第二發光二極體設置於鄰近第一發光二極體之基板上，且包括第三電極、第二發光層以及第四電極，依序堆疊於基板上。第一發光層受光激發會產生具有第一峰值波長之第一光線，第一發光層與第二發光層受電激發分別產生具有第四峰值波長之第四光線與具有小於第一峰值波長之第二峰值波長之第二光線。

Description

發光二極體結構

本發明係關於一種發光二極體結構，尤指一種橫向混光之發光二極體結構。

發光二極體晶片係為自發光性(self emission)元件，且因具有體積小、無熱輻射、低消耗功率、壽命長以及反應時間短(fast response time)之特性，而可廣泛的應用於照明或顯示器等領域。

傳統發光二極體晶片之發光層僅能產生具有特定顏色與波長之光線。因此，若欲製作出與發光二極體晶片所產生的光線具有不同顏色之發光二極體結構，一般係於發光二極體上覆蓋螢光粉，且螢光粉可吸收發光層所產生的光線，並射出波長大於發光層所產生光線之波長之光線。藉此，發光二極體結構可透過混合發光二極體晶片所產生的光線與螢光粉所產生的光線來達到產生所欲顏色的光線。例如：利用藍光發光二極體搭配黃色螢光粉來產生白光。

然而，傳統發光二極體晶片僅能產生具有特定顏色，因此其所產生的光線的色域(color gamut)並不廣。如此一來，由發光二極體晶片所產生的光線與螢光粉所產生的光線所混合出的光線之色域亦不廣，以致於限制了發光二極體結構所產生之光線的演色性。再者，發光層所產生的光線容易受到發光二極體晶片的結構限制而會有大量的耗損。例如：當光線從發光二極體 晶片射至空氣時會因折射率的差異而產生反射，以致於發光二極體晶片可視為波導管，而將光線侷限於其中，使得光線被發光二極體晶片所吸收。或者，光線會侷限於發光二極體晶片之表面並轉換為表面電漿波，而無法射出。

有鑑於此，提升發光二極體結構所產生之光線的演色性與亮度實為業界努力之目標。

本發明之主要目的在於提供一種發光二極體結構，以提升發光二極體結構所產生之光線的演色性與亮度。

為達上述之目的，本發明提供一種橫向混光之發光二極體結構，其包括一基板、一第一發光二極體以及一第二發光二極體。第一發光二極體設置於基板上，且包括一第一電極、一第一發光層以及一第二電極，依序堆疊於基板上，其中第一發光層受光激發產生具有一第一峰值波長之一第一光線，受電激發產生具有一第四峰值波長之一第四光線。第二發光二極體設置於鄰近第一發光二極體之基板上，第二發光二極體包括一第三電極、一第二發光層以及一第四電極，依序堆疊於基板上，其中第二發光層受電激發產生具有一第二峰值波長之一第二光線，且第一峰值波長大於第二峰值波長。

本發明將可產生不同峰值波長光線之第一發光二極體與第二發光二極體設置於基板上，以橫向混合第一發光層所產生的第一光線與第四光線以及第二發光層所產生的第二光線，藉此提升發光二極體結構所產生之光線的演色性。

100、200、300、400、500、600、700、800‧‧‧發光二極體結構

102‧‧‧基板

104‧‧‧第一發光二極體

106‧‧‧第二發光二極體

108‧‧‧第一電極

110‧‧‧第一發光層

112‧‧‧第二電極

114‧‧‧第三電極

116‧‧‧第二發光層

118‧‧‧第四電極

120‧‧‧電洞傳輸層

122‧‧‧電洞注入層

124‧‧‧電子傳輸層

126‧‧‧電子注入層

202、602‧‧‧緩衝層

302、702‧‧‧散射粒子

502、802‧‧‧光轉換層

L1‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

L3‧‧‧第三光線

L4‧‧‧第四光線

第1圖繪示本發明第一實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。

第2圖繪示本發明第二實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。

第3圖繪示本發明第三實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。

第4圖繪示本發明第四實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。

第5圖繪示本發明第五實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。

第6圖繪示本發明第六實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。

第7圖繪示本發明第七實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。

第8圖繪示本發明第八實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容。

請參考第1圖，第1圖繪示本發明第一實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。如第1圖所示，本實施例之發光二極體結構100包括基板102、第一發光二極體104以及第二發光二極體106。第一發光二極體104與第二發光二極體106設置於基板102上，且第二發光二極體106鄰近第一發光二極體104設置。基板102可包括玻璃基板、塑膠基板或矽晶圓，但不限於此。第一發光二極體104包括第一電極108、第一發光層110以及第二電極112，依序堆疊於基板102上。並且，第二發光二極體106包括第三電極114、第二發光層116以及第四電極118，依序堆疊於基板102上。於本實施例中，第一發光二極體104與第二發光二極體106可分別選擇性地另包括電洞傳輸層120、電洞注入層122、電子傳輸層124以及電子注入層126。舉例來說，當第一電極108與第三電極114分別為第一發光二極體104與第二發光二極體106之陽極時，電洞注入層122與電洞傳輸層120可依序堆疊 於第一電極108上以及堆疊於第三電極114上，且電子傳輸層124與電子注入層126依序堆疊於第一發光層110上以及第二發光層116上。藉此，電子與電洞可透過電洞傳輸層120、電洞注入層122、電子傳輸層124以及電子注入層126進入第一發光層110與第二發光層116中，進而提升第一發光層110與第二發光層116產生光線的亮度。於本發明之變化實施例中，第一電極與第二電極亦可分別為第一發光二極體之陰極與陽極，且第三電極與第四電極並不限分別為第二發光二極體之陰極與陽極。並且，電洞注入層、電洞傳輸層、電子注入層以及電子傳輸層之位置可隨著第一發光二極體與第二發光二極體之陽極與陰極的位置來做相對應調整已為習知該項技藝者所熟知，因此在此不再贅述。或者，第一發光二極體與第二發光二極體亦可分別僅設置有電洞注入層、電洞傳輸層、電子注入層以及電子傳輸層之其中至少一者。此外，本發明之第一發光二極體與第二發光二極體之數量並不限於第1圖所示，而可分別為至少一個。

於本實施例中，第一發光層110不僅可受光激發而產生具有一第 一峰值波長之第一光線L1，還可受到電激發而產生具有一第四峰值波長之第四光線L4。其中，第一峰值波長可接近第四峰值波長，使得第一光線L1與第四光線L4的顏色約略相同，但本發明並不限於此。舉例來說，當激發光，例如：藍光，照射第一發光層110時，第一發光層110可吸收激發光，並產生峰值波長大於激發光之峰值波長的第一光線L1，例如：黃光。當第一電極108與第二電極112之間提供一電壓差時，第一電極108與第二電極112可分別注入電洞與電子，並於第一發光層110中結合，進而產生具有第四光線L4，例如：黃光。於本實施例中，第一發光層110可包括有機發光材料，例如：共軛高分子(PPV)或8-羥基喹啉鋁(Alq₃)或無機發光材料，例如：鎵、砷、磷或鋁。第一電極108可包括不透明導電材料，例如：具有一定厚度之金屬，且較佳包括高反射特性之導電材料，用以反射光線。第二電極112可 包括透明導電材料，例如：氧化銦錫、氧化銦鋅或厚度可薄到透光之金屬。因此，第一發光層110所產生之第一光線L1與第四光線L4並不會穿透第一電極108，而是從第二電極112射出。由此可知，第一發光二極體104為頂部發光之發光二極體。

另外，第二發光層116可受電激發而產生具有一第二峰值波長之第二光線L2，且第一峰值波長大於第二峰值波長。舉例來說，當第三電極114與第四電極118之間提供另一電壓差時，第三電極114與第四電極118可分別注入電洞與電子，並於第二發光層116中結合，進而產生具有第二光線L2，例如：藍光。並且，於本實施例中，第二發光層116可包括有機發光材料，例如：共軛高分子(PPV)或8-羥基喹啉鋁(Alq₃)或無機發光材料，例如：鎵、砷、磷或鋁。第三電極可包括不透明導電材料，例如：具有一定厚度之金屬，且較佳包括高反射特性之導電材料，用以反射第二光線L2。第四電極118可包括透明導電材料，例如：氧化銦錫、氧化銦鋅或厚度可薄到透光之金屬。因此，第二發光層116所產生之第二光線L2並不會穿透第三電極114，而從第四電極118射出。由此可知，第二發光二極體106亦為頂部發光之發光二極體，使得本實施例之發光二極體結構100為頂部發光結構。於本發明之變化實施例中，第一電極與第三電極可分別包括透明導電材料，且第二電極與第四電極包括不透明導電材料。藉此，發光二極體結構為底部發光結構。

值得一提的是，由於第一峰值波長大於第二峰值波長，因此第一電極108與第二電極112之間的間距係設計為大於第三電極114與第四電極118之間的間距。也就是說，第一發光二極體104的厚度大於第二發光二極體106的厚度。藉此，位於第三電極114與第四電極118之間的第二發光層116可於平行於基板102之方向上位於第一電極108與第二電極112之間，且第二發光層116所產生的第二光線L2可橫向射入第一電極108與第二電極 112之間，而被第一發光層110所吸收，使得第一發光層110可產生第一光線L1。因此，當第一發光二極體104與第二發光二極體106同時受到電流驅動時，第一發光層110不僅可透過電激發產生第四光線L4，還可透過第二光線L2的激發而產生第一光線L1。藉此，本實施例之發光二極體結構100所產生的光線不僅橫向混合第四峰值波長之第四光線L4以及第二峰值波長之第二光線L2，還可混合有第一峰值波長之第一光線L1，進而可提升發光二極體結構100所產生之光線的演色性與顏色變化彈性。舉例來說，第一發光層110受到電激發會產生第四峰值波長之黃光，且第二發光層116受到電激發會產生第二峰值波長之藍光。並且，第一發光層110還可透過第二峰值波長的藍光的激發而產生第一峰值波長之黃光，因此發光二極體結構100可為白光發光二極體結構，且發光二極體結構100所射出之白光可混合有第一峰值波長之黃光、第四峰值波長之黃光以及第二峰值波長之藍光。相較於僅混合有第四峰值波長之黃光與第二峰值波長之藍光，本實施例之發光二極體結構100所產生之白光具有較廣的演色性與顏色變化彈性。於本發明之變化實施例中，發光二極體結構亦可為其他顏色之發光二極體結構。

需注意的是，激發光可包括具有一個以上波長的光。類似地，由 激發光所激發的第一光線亦可包括具有一個以上波長的光。例如：黃光或藍光可對應構成一光譜帶的複數個波長。因此，術語「光譜帶」代表至少一個波長以及潛在許多波長的一能帶，且術語「峰值波長」代表光譜帶之峰值強度的波長。

本發明之發光二極體結構並不以上述實施例為限。下文將繼續揭 示本發明之其它實施例或變化型，然為了簡化說明並突顯各實施例或變化型之間的差異，下文中使用相同標號標注相同元件，並不再對重覆部分作贅述。

請參考第2圖，第2圖繪示本發明第二實施例之橫向混光之發光 二極體結構之剖面示意圖。如第2圖所示，相較於第一實施例，本實施例之發光二極體結構200之第二發光二極體106另包括一緩衝層202，設置於第三電極114與基板102之間。於本實施例中，緩衝層202可具有一厚度，大於0奈米且小於200奈米，但不限於此。並且，第二發光層116可透過緩衝層202的厚度而可於平行於基板102之一方向上與第一發光層110至少部分重疊。如此一來，第二發光層116所產生之部分第二光線L2可直接射入第一發光層110中，而被第一發光層110吸收，以降低第二光線L2被電洞注入層122與電洞傳輸層120吸收的數量，並可提高第一光線L1的亮度。

請參考第3圖，第3圖繪示本發明第三實施例之橫向混光之發光 二極體結構之剖面示意圖。如第3圖所示，相較於第二實施例，本實施例之發光二極體結構300之第二發光二極體106另包括複數個散射粒子302以及一反射層304，其中散射粒子302散佈於緩衝層202內，且反射層304設置於緩衝層202與基板102之間。於本實施例中，第三電極114係包括透明導電材料，因此第二發光層116所產生向下射出的第二光線L2可透過散射粒子302散射而改變行進方向，使得部分第二光線L2不會受到折射率的差異影響而被侷限於發光二極體結構300內。值得注意的是，第一發光層110所產生的第一光線L1與第四光線L4亦可橫向射入緩衝層202內，並透過散射粒子302的散射而射出。如此一來，本實施例之發光二極體結構300不僅可降低第一光線L1與第四光線L4被侷限於發光二極體結構300內的數量，還可透過散射粒子302將第二光線L2與第四光線L4以及第一光線L1混合，以避免混光不完全的情況發生。

請參考第4圖，第4圖繪示本發明第四實施例之橫向混光之發光 二極體結構之剖面示意圖。如第4圖所示，相較於第三實施例，本實施例之 發光二極體結構400之第二發光二極體106係為底部發光之發光二極體，且未包括反射層。換句話說，本實施例之第二電極112與第四電極118包括不透明導電材料，且第一電極108與第三電極114係包括透明導電材料。因此，第一發光層110所產生的第一光線L1與第四光線L4會受到第二電極112的阻擋，而僅朝基板102方向射出。並且，第二發光層116所產生的第二光線L2會受到第四電極118的阻擋，且本實施例之第二發光二極體106並未包括反射層，因此第二光線L2可僅朝基板102方向射出。藉此，本實施例之發光二極體結構400係為底部發光結構。

請參考第5圖，第5圖繪示本發明第五實施例之橫向混光之發光 二極體結構之剖面示意圖。如第5圖所示，相較於第一實施例，本實施例之發光二極體結構500之第一發光二極體104另包括一光轉換層502，覆蓋於第二電極112上，且光轉換層502受光激發可產生具有第三峰值波長之第三光線L3。舉例來說，當激發光，例如：藍光、黃光或綠光，照射光轉換層502時，光轉換層502可吸收激發光，並產生第三峰值波長大於激發光之峰值波長的第三光線L3，例如：綠光、黃光或紅光。值得注意的是，由於從第一發光層110所產生的部分第一光線L1與部分第四光線L4會於第二電極112內轉換為表面電漿波，因此本實施例之光轉換層502因設置於第二電極112上而可吸收轉換為表面電漿波之第一光線L1與第四光線L4，並射出第三光線L3。如此一來，本實施例之發光二極體結構500可有效降低侷限於第二電極112內之第一光線L1與第四光線L4的數量，以增加發光亮度。再者，本實施例之第三峰值波長可大於或等於第一峰值波長，但本發明不限於此。舉例來說，當第一發光層110所產生之第一光線L1與第四光線L4為黃光，且第二發光層116所產生之第二光線L2為藍光，光轉換層502所產生之第三光線L3可為紅光。亦即，光轉換層502可吸收黃光與藍光，以產生紅光。或者，當第一發光層110所產生之第一光線L1與第四光線L4為黃光，且第二發光 層116所產生之第二光線L2為藍光，光轉換層502所產生之第三光線L3可為黃光。亦即，光轉換層502可吸收藍光，以產生黃光。由上述可知，本實施例之發光二極體結構500可混合第一峰值波長之第一光線L1、第四峰值波長之第四光線L4、第二峰值波長之第二光線L2以及第三峰值波長之第三光線L3，因此可有效地提升發光二極體結構500所產生之光線的演色性與顏色變化彈性。此外，本實施例之光轉換層502所吸收表面電漿波的數量可透過改變第二電極112以及第二電極112下方的電子注入層126與電子傳輸層124的厚度來調整。

請參考第6圖，第6圖繪示本發明第六實施例之橫向混光之發光 二極體結構之剖面示意圖。如第6圖所示，相較於第五實施例，本實施例之發光二極體結構600之第二發光二極體106另包括一緩衝層602，設置於第三電極114與基板102之間。於本實施例中，緩衝層602可具有一厚度，大於0奈米且小於200奈米，但不限於此。並且，第二發光層116可透過緩衝層602的厚度而可於平行於基板102之方向上與光轉換層502至少部分重疊。如此一來，第二發光層116所產生之部分第二光線L2可直接射入光轉換層502中，而被光轉換層502吸收，使得光轉換層502不僅可吸收來自第一光線L1或第四光線L4在第二電極112附近轉換為表面電漿波之分量，還可吸收第二光線L2，來產生第三光線L3。因此，本實施例之發光二極體結構600可透過第二光線L2照射光轉換層502來提高光轉換層502所產生之第三光線L3的強度。如此一來，本實施例之發光二極體結構600可透過改變第一發光二極體104與第二發光二極體106的電壓差異來調整第四光線L4、第二光線L2與第三光線L3的強度，或者可透過改變光轉換層502的材料，以變化光轉換發光波長。另外，第二光線L2會透過多重反射激發第一發光層110，使第一發光層110仍可產生少量第一光線L1。如此一來，本實施例之發光二極體結構600可透過混合第一光線L1、第二光線L2、第三光線L3以及第四 光線L4，並調整其強度，來改變所射出光線的顏色，使得本實施例之發光二極體結構600所產生之光線的演色性與顏色變化彈性可被提升。

請參考第7圖，第7圖繪示本發明第七實施例之橫向混光之發光 二極體結構之剖面示意圖。如第7圖所示，相較於第六實施例，本實施例之發光二極體結構700之第二發光二極體106另包括複數個散射粒子702以及一反射層704，其中散射粒子702散佈於緩衝層602內，且反射層704設置於緩衝層602與基板102之間。於本實施例中，第三電極114係包括透明導電材料，因此第二發光層116所產生向下射出的第二光線L2可透過散射粒子散射而改變行進方向，使得部分第二光線L2不會受到折射率的差異影響而被侷限於發光二極體結構700內。值得注意的是，第一發光層110所產生的第四光線L4亦可透過散射粒子702的散射而射出。如此一來，本實施例之發光二極體結構700可有效降低侷限於發光二極體結構700內之第四光線L4的數量，因此其發光亮度可大幅地增加。

請參考第8圖，第8圖繪示本發明第八實施例之橫向混光之發光二極體結構之剖面示意圖。如第8圖所示，相較於第一實施例，本實施例之發光二極體結構800係為底部發光結構，且其第一發光二極體104另包括一光轉換層802，設置於第一電極108與基板102之間，且光轉換層802受光激發可產生具有第三峰值波長之第三光線L3。第三峰值波長可大於第四峰值波長或大於第二峰值波長。並且，本實施例之第一電極108與第三電極114包括透明導電材料，且第二電極112與第四電極118包括不透明導電材料。因此，第一發光層110所產生的第一光線L1與第四光線L4會受到第二電極112的阻擋，且第二發光層116所產生的第二光線L2會受到第四電極118的阻擋，而僅朝基板102方向射出。於本實施例中，光轉換層802可吸收於第一電極108內轉換為表面電漿波之第一光線L1與第四光線L4，還可吸收第 二光線L2，來產生第三光線L3。此外，本實施例之光轉換層802所吸收表面電漿波的數量可透過改變第一電極108以及第一電極108上方的電洞傳輸層120與電洞注入層122的厚度來調整。

於本發明的其他實施例中，第一發光二極體及/或第二發光二極體 可選擇性地另包括覆蓋層或光轉換層，覆蓋於第二電極及/或第四電極上，以提升出光量與演色性，但不限於此。或者，第一發光二極體及/或第二發光二極體可選擇性地另包括緩衝層，設置於第一電極及/或第三電極與基板之間，但不限於此。另外，第一發光二極體及/或第二發光二極體亦可選擇性地另包括散射層，設置於其出光面的電極上。也就是說，當第二電極包括透明導電材料時，散射層係設置於第二電極上，且以此類推，以提升出光量。但本發明不以此為限。

綜上所述，本發明將可產生不同峰值波長光線之第一發光二極體 與第二發光二極體設置於基板上，以橫向混合第一發光層所產生的第一光線與第四光線以及第二發光層所產生的第二光線。並且，本發明利用緩衝層將第二發光層與第一發光層設置於約略位於同一平面上，使得發光二極體結構所射出光線的演色性可被提升。另外，本發明於緩衝層內加入散射粒子更可降低第一光線與第四光線被侷限於第一發光二極體內的數量。再者，本發明於第一發光二極體之出光面設置光轉換層可降低第一光線與第四光線侷限於第一電極或第二電極之數量並提升光線的演色性。藉此，本發明之發光二極體結構所產生的光線亮度可有效地增加。但不僅於此，第二發光二極體之出光面也可設置光轉換層或覆蓋層，如此亦可提升出光量與演色性。另外第一或第二發光二極體的電極外亦可設置散射層以提升出光量。

100‧‧‧發光二極體結構

102‧‧‧基板

104‧‧‧第一發光二極體

106‧‧‧第二發光二極體

108‧‧‧第一電極

110‧‧‧第一發光層

112‧‧‧第二電極

114‧‧‧第三電極

116‧‧‧第二發光層

118‧‧‧第四電極

120‧‧‧電洞傳輸層

122‧‧‧電洞注入層

124‧‧‧電子傳輸層

126‧‧‧電子注入層

L1‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

L4‧‧‧第四光線

Claims (16)

1. 一種發光二極體結構，包括：一基板；一第一發光二極體，設置於該基板上，且包括一第一電極、一第一發光層以及一第二電極，依序堆疊於該基板上，其中該第一發光層受光激發產生具有一第一峰值波長之一第一光線；以及一第二發光二極體，設置於鄰近該第一發光二極體之該基板上，該第二發光二極體包括一第三電極、一第二發光層以及一第四電極，依序堆疊於該基板上，其中該第二發光層受電激發產生具有一第二峰值波長之一第二光線，且該第一峰值波長大於該第二峰值波長。
2. 如請求項1所述之發光二極體結構，其中該第二發光層於平行於該基板之一方向上位於該第一電極與該第二電極之間。
3. 如請求項2所述之發光二極體結構，其中該第二發光二極體另包括一緩衝層，設置於該第三電極與該基板之間。
4. 如請求項3所述之發光二極體結構，其中該第二發光層於該方向上與該第一發光層至少部分重疊。
5. 如請求項3所述之發光二極體結構，其中該緩衝層具有一厚度，大於0奈米且小於200奈米。
6. 如請求項3所述之發光二極體結構，其中該第二發光二極體另包括複數個散射粒子，散佈於該緩衝層內，且該第三電極包括透明導電材料。
7. 如請求項6所述之發光二極體結構，其中該第二發光二極體另包括一反射層，設置於該緩衝層與該基板之間。
8. 如請求項1所述之發光二極體結構，其中該第一電極包括不透明導電材料，且該第二電極與該第四電極包括透明導電材料。
9. 如請求項8所述之發光二極體結構，其中該第一發光二極體另包括一光轉換層，覆蓋於該第二電極上，且該光轉換層受光激發產生具有一第三峰值波長之一第三光線。
10. 如請求項9所述之發光二極體結構，其中該第三峰值波長大於該第一峰值波長。
11. 如請求項9所述之發光二極體結構，其中該第二發光二極體另包括一緩衝層，設置於該第三電極與該基板之間。
12. 如請求項11所述之發光二極體結構，其中該第二發光層於平行於該基板之一方向上與該光轉換層至少部分重疊，且該第三峰值波長大於該第二峰值波長。
13. 如請求項11所述之發光二極體結構，其中該第二發光二極體另包括複數個散射粒子，散佈於該緩衝層內，且該第三電極包括透明導電材料。
14. 如請求項13所述之發光二極體結構，其中該第二發光二極體另包括一反射層，設置於該緩衝層與該基板之間。
15. 如請求項1所述之發光二極體結構，其中該第一電極與該第三電極包括 透明導電材料，且該第二電極與該第四電極包括不透明導電材料。
16. 如請求項15所述之發光二極體結構，其中該第一發光二極體另包括一光轉換層，設置於該第一電極與該基板之間，且該光轉換層受光激發產生具有一第三峰值波長之一第三光線。