TWI596816B - 發光元件 - Google Patents
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Description
本案係關於一種發光元件，詳而言之，係關於一種有機發光元件。
一般發光二極體(Light-Emitting Diode；LED)使用半導體材料，透過摻雜等方式使這些材料成為p型與n型，再將它們接合在一起形成pn接面，則電子及電洞可分別從n型及p型材料注入，而當電子與電洞相遇而結合時，會以光子的形式釋放出能量。
有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode；OLED)則是使用有機材料。有機發光二極體的發光過程大致如下：施加一正向偏壓，使電子和電洞克服界面能障後分別由陰極與陽極注入，在電場作用下，電子與電洞相向移動並在發光層形成激子，最後電子和電洞在發光層結合，激子消失並放出光能。另外，在發光層中摻雜客體螢光/磷光發光材料能提高OLED之發光效率及使用壽命。
近幾年，OLED之紅、綠或藍色發光材料的發光效率及使用壽命有明顯的進步，尤其是綠色發光材料，惟藍色發光材料則相對落後，其中藍色磷光材料效率雖然已可做
到20.4cd/A，但其壽命僅有數百小時。
因此，如何克服前述問題，例如不使用藍色螢光/磷光客體發光材料，而發展出高效率OLED元件，為目前市場上的關鍵議題。
本案提出一種發光元件，係包括：基板；第一金屬層，係形成於該基板上；第二金屬層，係形成於該第一金屬層上；以及有機材料層，係形成於該第一金屬層與該第二金屬層之間並包括電洞傳輸材料及電子傳輸材料；其中，該電洞傳輸材料與該電子傳輸材料相互作用以產生能發出峰值波長位於第一範圍的光線之激發錯合物，而該第一金屬層與該第二金屬層之間產生耦合以使該光線之峰值波長位移，且調整該第一金屬層與該第二金屬層之間的距離或該第一金屬層的厚度，俾使該光線之峰值波位移至第二範圍或第三範圍。
本案提出另一種發光元件，係包括：基板，係具有一表面；第一金屬層，係形成於該基板上並具有第一金屬部、第二金屬部及位於該第一金屬部和第二金屬部之間且外露部份該表面之開口部；第二金屬層，係形成於該第一金屬層上；以及有機材料層，係形成於該第一金屬層與該第二金屬層之間且覆蓋該第一金屬部、第二金屬部及由該開口部所外露之部分該表面，該有機材料層並包括電洞傳輸材料及電子傳輸材料；其中，該電洞傳輸材料與該電子傳輸材料相互作用而產生能發出峰值波長位於第一範圍的光線
之激發錯合物，且該第一金屬部與該第二金屬層產生第一耦合以使該光線之峰值波長自該第一範圍位移至第二範圍，該第二金屬部與該第二金屬層產生第二耦合以使該光線之峰值波長自該第一範圍位移至第三範圍。
本案提出另一種發光元件，其包括複數個像素，各該像素包括：基板，其具有一表面；第一金屬層，其形成於該基板上；第二金屬層，其形成於該第一金屬層上；以及有機材料層，其形成於該第一金屬層與該第二金屬層之間並包括電洞傳輸材料及電子傳輸材料，且該電洞傳輸材料與該電子傳輸材料相互作用以產生能發出峰值波長位於第一範圍的光線的激發錯合物，而隔著該有機材料層的該第一金屬層與該第二金屬層產生耦合使得該光線的峰值波長位移；其中，各該像素為以下其中一個：該第一金屬層完全覆蓋該表面，通過調整該第一金屬層的厚度越小或該第一金屬層與該第二金屬層間的距離越大以使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍，或者，通過調整該第一金屬層的厚度越大或該第一金屬層與該第二金屬層間的距離越小以使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍；該第一金屬層具有覆蓋該基板的部分該表面之金屬部及外露該基板的剩餘該表面之開口部，通過調整該金屬部的厚度越小或該金屬部與該第二金屬層間的距離越大以使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍，或者，通過調整該金屬部的厚度越大或該金屬部與該第二金屬層間的距離越小以使該光線的峰值波長自該第一
範圍位移至該第三範圍；該第一金屬層具有覆蓋該表面之第一金屬部和第二金屬部，通過調整該第一金屬部的厚度越小或該第一金屬部與該第二金屬層間的距離越大以使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍，通過調整該第二金屬部的厚度越大或該第二金屬部與該第二金屬層間的距離越小以使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍；以及該第一金屬層具有第一金屬部、第二金屬部及介於該第一金屬部與第二金屬部之間外露部分該表面的開口部，通過調整該第一金屬部的厚度越小或該第一金屬部與該第二金屬層間的距離越大以使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍，通過調整該第二金屬部的厚度越大或該第二金屬部與該第二金屬層間的距離越小以使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍。
100、200、300‧‧‧發光元件
201‧‧‧像素
201s‧‧‧子像素
2‧‧‧基板
21‧‧‧表面
3、3’、3”‧‧‧第一金屬層
30‧‧‧週期性結構
31‧‧‧第一金屬部
32‧‧‧第二金屬部
33‧‧‧開口部
41、43‧‧‧載子注入/傳輸層
42‧‧‧有機材料層
421‧‧‧電洞傳輸層
422‧‧‧電子傳輸層
5‧‧‧第二金屬層
6‧‧‧陰極
7‧‧‧陽極
8‧‧‧薄膜電晶體
D1‧‧‧距離(厚度)
D1-g、D1-r、D1-b‧‧‧距離
D2、D3、D2-r、D2-b‧‧‧厚度
W‧‧‧尺寸
Λ‧‧‧週期
第1A及第1B圖係本案之發光元件之一實施例之示意圖；第2A至第2C圖係本案之發光元件之另一實施例之示意圖；第3A至第3C圖係本案之發光元件之又一實施例之示意圖；第4A及4B圖係第1A圖之發光元件之紅移和藍移示意圖；第5A及5B圖係第1B圖之發光元件之紅移和藍移示
意圖；第6圖係本案之發光元件所包括之週期性結構之示意圖；第7A及7B圖係本案之發光元件之週期性結構與適用波長之關係曲線圖；以及第8A及8B圖係本案之發光元件之應用實施例之示意圖。
以下藉由特定的實施例說明本案之實施方式，熟習此項技藝之人士可由本文所揭示之內容輕易地瞭解本案之其他優點及功效。本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等均僅用於配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，非用於限定本案可實施之限定條件，故任何修飾、改變或調整，在不影響本案所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本案所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
請參閱第1A及1B圖，本案之發光元件100包括依序堆疊之基板2、第一金屬層3、載子注入/傳輸層41、有機材料層42、載子注入/傳輸層43及第二金屬層5。
基板2之材料可為玻璃、塑膠或導電金屬氧化物，例如氧化銦錫(indium tin oxide；ITO)或氧化銦鋅(indium zinc oxide；IZO)，當基板2為ITO或IZO時可作為陽極使用。
於本實施例中，第一金屬層3形成於基板2上以完全地覆蓋基板2，在此所謂「完全地」係指沒有外露基板2的表面。第一金屬層3之材料可為金屬(如鋁或其合金、銀
或其合金、金或其合金)，例如Al/LiF、Ag/Al/Ag、Ag/Ge/Ag，或奈米金屬氧化物，例如BCP/V2O5、MoO3、ZnS/Ag/ZnO/Ag、ZnPc/C60，另可包括奈米金屬線。第一金屬層亦可作為電極，例如陽極或陰極。此外，如第1A及1B圖所示，第一金屬層3具有厚度D2，約5nm-20nm。
載子注入/傳輸層41形成於第一金屬層3上。當基板2或第一金屬層3作為陽極而第二金屬層5作為陰極時，載子注入/傳輸層41係為電洞注入/傳輸層；反之，當基板2或第一金屬層3作為陰極而第二金屬層5作為陽極時，載子注入/傳輸層41係為電子注入/傳輸層。
有機材料層42形成於載子注入/傳輸層41上，並包括電洞傳輸材料及電子傳輸材料。如第1A圖所示，有機材料層42為混合有電洞傳輸材料及電子傳輸材料之混合層；如第1B圖所示，有機材料層42包括由電洞傳輸材料所構成之電洞傳輸層421及接觸並設置於電洞傳輸層421上由電子傳輸材料所構成之電子傳輸層422。當載子注入/傳輸層41為電洞注入/傳輸層時，電洞傳輸層421鄰近該電洞注入/傳輸層，也可視為鄰近第一金屬層3，而電子傳輸層422鄰近作為電子注入/傳輸層之載子注入/傳輸層43，也可視為鄰近第二金屬層5。
於本實施例中，電洞傳輸材料例如1,3-雙(氮-咔唑基)苯基(1,3-bis(N-carbazolyl)benzene；mCP)、4,49,40-三(氮-咔唑基)三苯胺(4,49,40-tri(N-carbazolyl)triphenylamine；TCTA)、9,9-二[4-(二-對甲苯基)氨基苯基]氟
(9,9-di[4-(di-p-tolyl)aminophenyl]fluorine；DTAF)、1,1-雙[(二-4-甲苯基氨基)苯基]環己烷(1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane；TAPC)、或N，N'-二苯基-N，N-二-[4-(N，N’二苯基-氨基)苯基]聯苯胺(N,N’-diphenyl-N,N’-di-[4-(N,Ndiphenyl-amino)phenyl]benzidine；NPNPB)，其結構分別如式(1)~(5)所示。
電子傳輸材料例如PO-T2T或4,6-双(3,5-二(3-吡啶)基
苯基)-2-甲基嘧啶(4,6-Bis(3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl)-2-MethylpyriMidine；B3PYMPM)，其結構分別如式(6)~(7)所示。
需說明的是，電洞傳輸材料會與電子傳輸材料相互作用產生激發錯合物(exciplex)，以PO-T2T材料為電子傳輸材料搭配不同的電洞傳輸材料可產生能發出不同光色之激發錯合物。例如，PO-T2T/mCP可發出藍光(其峰值波長約在380nm-495nm)、PO-T2T/TCTA可發出綠光(其峰值波長約在495nm-570nm)、PO-T2T/DTAF可發出黃光(其峰值波長約在570nm~590nm)、PO-T2T/TAPC可發出橘光(其峰值波長約在590nm~620nm)、PO-T2T/NPNPB可發出紅光(其峰值波長約在570nm-750nm)。
載子注入/傳輸層43形成於有機材料層42上。當基板2或第一金屬層3作為陽極而第二金屬層5作為陰極時，載子注入/傳輸層43係為電子注入/傳輸層；反之，當基板2或第一金屬層3作為陰極而第二金屬層5作為陽極時，
載子注入/傳輸層43係為電洞注入/傳輸層。另外，如第1A及1B圖所示，載子注入/傳輸層41、有機材料層42及載子注入/傳輸層43之堆疊具有厚度D1，約75nm-130nm，而調整載子注入/傳輸層41、有機材料層42及載子注入/傳輸層43任一層之厚度可改變第一金屬層3與第二金屬層5間之距離D1。
第二金屬層5形成於載子注入/傳輸層43上，以使有機材料層42介於第一金屬層3與第二金屬層5之間，則使第一金屬層3與第二金屬層5之間距離有D1。第二金屬層5之材料可為金屬(如鋁或其合金、銀或其合金、金或其合金)，例如Al/LiF、Ag/Al/Ag、Ag/Ge/Ag，或奈米金屬氧化物，例如BCP/V2O5、MoO3、ZnS/Ag/ZnO/Ag、ZnPc/C60，通常作為陰極使用。另外，如第1A及1B圖所示，第二金屬層5具有厚度D3，約20nm以上。
當施加一電壓跨接在第二金屬層5與第一金屬層3或基板2之間時，有機材料層42中之電洞傳輸材料與電子傳輸材料會相互作用以產生能發出光線之激發錯合物，此時透過第一金屬層3與第二金屬層5之間的耦合，即電漿耦合(plasmon coupling)效應，能使該激發錯合物所發出之光線的峰值波長位移，例如往波長較長的方向位移(稱紅移，red shift)或往波長較短的方向位移(藍移，blue shift)。因此，調整第一金屬層3與第二金屬層5之間的距離D1或第一金屬層3的厚度D2能使有機材料層42所發出之光線的峰值波長紅移或藍移至不同的波段，例如，自綠光波段(其
峰值波長約在495nm-570nm)紅移至紅光波段(其峰值波長約在570nm-750nm)，或自紅光波段(其峰值波長約在570nm-750nm)紅移至近紅外光波段(其峰值波長約小於1240nm)；或者，由綠光波段藍移至藍光波段(其峰值波長約在380nm-495nm)。
接著參閱第2A至2C圖，本實施例之發光元件200與第1A至1B圖所示之發光元件100的差異僅在於，第一金屬層3’包括覆蓋於基板2的表面之第一金屬部31及第二金屬部32。當然，有機材料層42亦如第1A或1B圖所示包括電洞傳輸材料與電子傳輸材料。
第一金屬部31之厚度D2-r在5nm-20nm之間調整且第一金屬部31與第二金屬層5間之距離D1-r在75nm-130nm之間調整以使有機材料層42所發出之光線之峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍(亦即，紅移至較長的峰值波長)；第二金屬部32之厚度D2-b在5nm-20nm之間調整且第二金屬部32與第二金屬層5間之距離D1-b在75nm-130nm之間調整以使有機材料層42所發出之光線之峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍(亦即，藍移至較短的峰值波長)，且其中，第二金屬部32之厚度D2-b大於第一金屬部31之厚度D2-r或第二金屬部32與第二金屬層5間的距離D1-b小於第一金屬部31與第二金屬層5間的距離D1-r。藉此，發光元件200可同時發出兩種不同波段之光線。或者，亦可將第一金屬部31和第二金屬部32其中一者替換成開口部(未予以圖式)，則發光元件200可發出原本該激發錯
合物所產生的光線以及紅移或藍移之後的光線。
另外，調整第一金屬部31之厚度D2-r或第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r可改變該第二範圍的數值。調整第二金屬部32之厚度D2-b或第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b可改變該第三範圍的數值。如第2A圖所示，第一金屬部31之厚度D2-r與第二金屬部32之厚度D2-b不相同，而第一金屬部31與第二金屬層5間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二金屬層5間的距離D1-b相同，亦即，載子注入/傳輸層41、有機材料層42及載子注入/傳輸層43之堆疊整體厚度相同，第二金屬層5整體厚度D3相同。如第2B和2C圖所示，第一金屬部31之厚度D2-r與第二金屬部32之厚度D2-b相同，而第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b不相同；其中，第2B圖主要以有機材料層42來調整第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b，而載子注入/傳輸層41厚度整體相同，載子注入/傳輸層43厚度整體相同，第二金屬層5厚度D3整體相同；另其中，第2C圖主要以載子注入/傳輸層41調整第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b，而有機材料層42整體厚度相同，載子注入/傳輸層43，第二金屬層5厚度D3整體相同。又，亦可以載子注入/傳輸層43調整第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二
金屬層5之間的距離D1-b。
接著參閱第3A至3C圖，本實施例之發光元件300與第1A至1B圖所示之發光元件100的差異僅在於，第一金屬層3”可為圖案化金屬層或網格狀金屬層，其包括覆蓋於基板2的表面21之第一金屬部31、第二金屬部32及位於第一金屬部31與第二金屬部32之間外露部分表面21之開口部33。當然，有機材料層42亦如第1A或1B圖所示包括電洞傳輸材料與電子傳輸材料。
於發光元件300中，有機材料層42中的電洞傳輸材料與電子傳輸材料相互作用以產生能發出光線之激發錯合物，而該光線的峰值波長(peak wavelength)在第一範圍。此外，第一金屬部31與第二金屬層5之間產生第一耦合，亦即電漿耦合(plasmon coupling)效應，使得該光線的峰值波長自該第一範圍位移至第二範圍(例如紅移至較長的峰值波長)。再者，第二金屬部32與第二金屬層5之間產生第二耦合，使得光線的峰值波長自該第一範圍位移至第三範圍(例如藍移至較短的峰值波長)。
需說明的是，該光線為均向的(isotropic)，當第二金屬層5有反射效果時，峰值波長在第一範圍之光線可自開口部33穿出以離開該發光元件300，峰值波長在第二範圍之光線可穿過第一金屬部31以離開發光元件300，峰值波長在第三範圍之光線可穿過第二金屬部32以離開發光元件300；當第二金屬層5為透明時，前述峰值波長在第一範圍、第二範圍及第三範圍之光線亦可穿過第二金屬層5以
離開發光元件300。藉此，發光元件300可發出三種不同波段的光線，例如紅光、綠光和藍光，且紅光、綠光和藍光可混合成白光。
另外，本實施例之第一金屬部31之厚度D2-r及第二金屬部32之厚度D2-b約5nm-20nm；第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r及第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b約75nm-130nm；第二金屬層5之厚度D3約20nm以上。調整第一金屬部31之厚度D2-r或第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r可改變該第二範圍的數值。調整第二金屬部32之厚度D2-b或第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b可改變該第三範圍的數值。如第3A圖所示，第一金屬部31之厚度D2-r與第二金屬部32之厚度D2-b不相同，而第一金屬部31與第二金屬層5間的距離D1-r、第二金屬部32與第二金屬層5間的距離D1-b以及對應於開口部33之基板2與第二金屬層5間的距離D1-g相同，亦即，載子注入/傳輸層41、有機材料層42及載子注入/傳輸層43之堆疊整體厚度相同，第二金屬層5整體厚度D3相同。如第3B和3C圖所示，第一金屬部31之厚度D2-r與第二金屬部32之厚度D2-b相同，而第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b不相同；其中，第3B圖主要以有機材料層42來調整第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b，而載子注入/傳輸層41厚度整體相同，載子注入/傳
輸層43厚度整體相同，第二金屬層5厚度D3整體相同；另其中，第3C圖主要以載子注入/傳輸層41調整第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b，而有機材料層42整體厚度相同，載子注入/傳輸層43，第二金屬層5厚度D3整體相同。又，亦可以載子注入/傳輸層43調整第一金屬部31與第二金屬層5之間的距離D1-r以及第二金屬部32與第二金屬層5之間的距離D1-b。
上述利用第1A-1B圖、第2A-2C圖及第3A-3C圖說明本案之發光元件的結構，其包括依序堆疊之基板2、第一金屬層3(或3’或3”)、載子注入/傳輸層41、具有電洞傳輸材料及電子傳輸材料之有機材料層42、載子注入/傳輸層43及第二金屬層3，而不包括先前技術所述之發光層，其中，第一金屬層3(或3’或3”)可為以下其中一個：厚度一致地完全覆蓋基板2之表面，如第1A-1B圖所示，所構成之發光元件100可發出一種波段的光線；包括至少二個厚度不同或與第二金屬層間的距離不同之金屬部31和32且該些金屬部31和32之間並無間隔，如第2A-2C圖所示，所構成之發光元件200可發出兩種波段的光線；以及包括至少二個金屬部31和32及介於該金屬部之間外露部分基板2的表面之開口部33，如第3A-3C圖所示，所構成之發光元件300可發出三種波段的光線。
以下進一步以表1-表9說明各層的厚度與激發錯合物所發出之光線的峰值波長之關係。
首先，以表1和表2說明不包括第一金屬層(即其厚度D2為0nm)之比較例與包括第一金屬層之實驗例之間的差異。需說明的是，於比較例1-4中，第二金屬層的材料為鋁；於實驗例1-4中，第一金屬層和第二金屬層的材料皆為鋁；於比較例1-2及實驗例1-2中，有機材料層為一層1：1的TAPC和B3PYMPM之混合層；於比較例3-4及實驗例3-4中，有機材料層包括平行堆疊之一層TAPC和一層B3PYMPM。另外，表1-表9係以D1表示第一金屬層和第二金屬層彼此的距離，亦可代表D1-r、D1-b；以D2表示第一金屬層的厚度，亦可代表D2-r、D2-b。
根據表1及參閱第4A和4B圖發現，比較例1與實驗例1相比，當距離D1為100nm且第一金屬層厚度D2為0nm時，該光線的峰值波長為520nm，如第4A圖之實線曲線所示；當第一金屬層厚度D2為15nm時，該光線的峰值波長則藍移至497nm，如第4A圖之點線曲線所示。比較例2與實驗例2相比，當距離D1為130nm且第一金屬層厚度
D2為0nm時，該光線的峰值波長為517nm，如第4B圖之實線曲線所示；當第一金屬層厚度D2為15nm時，該光線的峰值波長則紅移至572nm，如第4B圖之點線曲線所示。
根據表2及參閱第5A和5B圖發現，比較例3與實驗例3相比，當距離D1為90nm且第一金屬層厚度D2為0nm時，該光線的峰值波長為492nm，如第5A圖之實線曲線所示；當第一金屬層厚度D2為15nm時，該光線的峰值波長則藍移至460nm，如第5A圖之點線曲線所示。比較例4與實驗例4相比，當距離D1為130nm且第一金屬層厚度D2為0nm時，該光線的峰值波長為506nm，如第5B圖之實線曲線所示；當第一金屬層厚度D2為15nm時，該光線的峰值波長則紅移至569nm，如第5B圖之點線曲線所示。
因此，表1-2及第4A-5B圖顯示，第一金屬層與第二金屬層間之距離D1越大，光線的峰值波長越往紅光波段位移；第一金屬層與第二金屬層間之距離D1越小，光線的峰值波長越往藍光波段位移。據此，本案之第一金屬層與第二金屬層之間的耦合效應，能使由激發錯合物發出的光線
之峰值波長產生位移，若該光線之峰值波長落在第一範圍(例如綠光波段，約495nm-570nm)且該光線涵蓋了可見光範圍，則該耦合效應可使該光線的峰值波長紅移至第二範圍(例如紅光波段，約570nm-750nm)或藍移至第三範圍(例如藍光波段，約380nm-495nm)。
接著以表3-9說明調整第一金屬層的厚度D2以及第一金屬層與第二金屬層之距離D1(亦即載子注入/傳輸層、有機材料層及載子注入/傳輸層之堆疊厚度)與光線的峰值波長的關係。需說明的是，於表3-5中，所使用之電子傳輸材料與電洞傳輸材料分別為PO-T2T和TCTA，激發錯合物所發出之光線約為530nm，而所使用之第一金屬層與第二金屬層之材料於表3-5中分別為Al/Al、Ag/Ag、Au/Au。而於表6-9中，激發錯合物所發出之光線約為630nm，例如使用PO-T2T和NPNPB分別作為電子傳輸材料與電洞傳輸材料，而所使用之第一金屬層與第二金屬層之材料於表6-8中分別為Al/Al、Ag/Ag、Au/Au，表6-8列出以紅光波段(630nm)、N(折射係數)/K(消散係數(extinction coefficient))值設定為1.75進行之紅位移模擬結果。
由表3~5可知，第一金屬層之厚度D2可在5nm~20nm之間調整，第一金屬層與第二金屬層之間的距離D1可在75nm-130nm之間調整。第一金屬層與第二金屬層間之距離D1越大，且第一金屬層之厚度D2越小，光線的峰值波長越往紅光波段偏移以使光線成為紅光；第一金屬層與第二金屬層間之距離D1越小，且第一金屬層之厚度D2越大，光線的峰值波長越往藍光波段偏移以使光線成為藍光。因此，藉由調整第一金屬層、第二金屬層及兩者間距離能使本案之發光元件發出由綠光、紅光和藍光構成之白光。另外，藉由調整金屬部覆蓋基板表面之面積及開口部外露表面之面積能改變綠光、紅光和藍光的比例。
由表6~9可知，第一金屬層與第二金屬層之間的距離D1亦可在150nm-500nm之間調整，甚至1000nm時，該光線可自紅光波段位移至近紅外波段(約小於1240nm)。尤其從由表9可知，當第一金屬層與第二金屬層間之距離D1為200、500或1000nm時，發光元件可發出峰值波長位於500nm、850nm或1240nm之光線。
再者，請參閱第6圖，發光元件300中的金屬部31和
32可構成複數個週期性結構30以使峰值波長在不同範圍之光線產生增益。如第6圖所示，週期性結構30的尺寸W在40nm-437nm之間、週期Λ在50nm-965nm之間。也就是說，金屬部31和32之各自的寬度皆為週期性結構30之寬度W，而自金屬部31的尾端至金屬部32的尾端為週期性結構30之週期Λ。需說明的是，雖然圖式中顯示該週期性結構的外型為方波，惟本案並不限制它的形狀。藉此，激發錯合物所產生之光線、或者經由電漿耦合效應所產生之紅移或藍移後的光線，可透過週期性結構30而產生增益。
表10-12分別為Al、Ag及Au的週期性結構的週期Λ、尺寸W和適用波長之關係。
參閱表10-12及第7A及7B圖，其中，第7A及7B圖中所示之曲線由上至下分別代表Al、Ag和Au，以材料為Al及波長550nm(綠光)為例，當該週期性結構30之週期Λ為646nm且尺寸W為298nm時，會使峰值波長位於550nm的光線產生增益。以材料為Ag及波長450nm(藍光)為例，當該週期性結構30之週期Λ為300nm且尺寸W為189nm
時，會使峰值波長位於450nm的光線產生增益。以材料為Au及波長650nm(紅光)為例，當該週期性結構30之週期Λ為545nm且尺寸W為299nm時，會使峰值波長位於650nm的光線產生增益，而由表12可看出，Au較適用於長波長的增益。因此，透過調整週期性結構30之週期Λ及尺寸W能使得峰值波長位於某波段的光線產生增益。
再者，上述發光元件300可應用於主動矩陣有機發光二極體(Active-matrix organic light-emitting diode；AMOLED)顯示器或被動矩陣有機發光二極體(Passive-matrix organic light-emitting diode；PMOLED)顯示器。參閱第8A圖，發光元件300在第8A圖之顯示器中作為一個像素201，像素201還包括R、G、B三個子像素201s，每個子像素201s皆由薄膜電晶體(TFT)8來致動發光，使得像素201能發出紅、綠、藍光，且利用TFT做電流控制調整R、G、B三個子像素201s的發光比例更能調整各像素201的發光顏色，使得AMOLED顯示器能呈現動態彩色灰階圖像。另參閱第8B圖，與第8A圖之差異在於致動發光方式，被動矩陣有機發光二極體顯示器是利用陰極6和陽極7來致動發光，其餘特徵和第8A圖相同。另外，於其他實施例中，本案之發光元件皆可作為顯示器的其中一個像素，換言之，每個像素可包括基板、依序堆疊於該基板上之第一金屬層、有機材料層和第二金屬層，其中該第一金屬層可為以下其中一種：第一金屬層之厚度為零，則該像素會發出有機材料層所產生之光線；第一金屬層之厚度一致地完全覆蓋該
基板的表面，則該像素可發出一種波段的光線，即紅移或藍移之後的光線；第一金屬層包括覆蓋該基板之部分該表面之金屬部及外露該基板之剩餘該表面之開口部，則該像素可發出兩種波段的光線，即有機材料層所產生之光線以及紅移或藍移之後的光線；第一金屬層包括至少二個覆蓋該基板之該表面之金屬部，則該像素可發出兩種波段的光線，即紅移及藍移之後的光線；以及第一金屬層包括至少二個覆蓋該基板之該表面之金屬部以及位於該兩個金屬部間外露該基板的部分該表面之開口部，則該像素可發出三種波段的光線，即有機材料層所產生之光線、紅移及藍移之後的光線。
綜上所述，本案之發光元件不包括發光層，僅由有機材料層中電洞傳輸材料和電子傳輸材料相互作用以產生能發出光線之激發錯合物，藉此降低製作成本及工序，另藉由有機材料層上下側之第一和第二金屬層發生耦合效應，能令激發錯合物的光線之峰值波長紅移或藍移，俾產生不使用藍色螢光/磷光客體發光材料而發出藍光的發光元件、不使用紅色螢光/磷光客體發光材料而發出紅光的發光元件、或不使用紅色或藍色螢光/磷光客體發光材料而發出白光的發光元件。
上述實施例僅例示性說明本案之功效，而非用於限制本案，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本案之精神及範疇下對上述該些實施態樣進行修飾與改變。因此本案之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
100‧‧‧發光元件
2‧‧‧基板
3‧‧‧第一金屬層
41、43‧‧‧載子注入/傳輸層
42‧‧‧有機材料層
5‧‧‧第二金屬層
D1‧‧‧距離(厚度)
D2、D3‧‧‧厚度
Claims (27)
- 一種發光元件，係包括：基板；第一金屬層，係形成於該基板上；第二金屬層，係形成於該第一金屬層上；以及有機材料層，係形成於該第一金屬層與該第二金屬層之間並包括電洞傳輸材料及電子傳輸材料，其中，該電洞傳輸材料與該電子傳輸材料相互作用以產生能發出峰值波長位於第一範圍的光線之激發錯合物，而該第一金屬層與該第二金屬層之間產生耦合以使該光線之峰值波長位移，且調整該第一金屬層與該第二金屬層間之距離或該第一金屬層之厚度，能使該光線之峰值波長位移至第二範圍或第三範圍，其中，該第一範圍係在376nm-708nm，而該第二範圍係在570nm-750nm，該第三範圍係在380nm-495nm；或者其中，該第一範圍係在570nm-750nm，而該第二範圍係大於該第一範圍且小於1240nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該基板係具有一表面，且該第一金屬層形成於該基板上以完全覆蓋該基板之該表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，當該第一範圍係在376nm-708nm，該第二範圍係在570nm-750nm，該第三範圍係在380nm-495nm時，該第一金屬層之厚度在5nm-20nm，該第一金屬層與該第二 金屬層間之距離係在75nm-130nm，當該第一金屬層之厚度越小或該第一金屬層與該第二金屬層間之距離越大，該光線之峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍；當該第一金屬層之厚度越大或該第一金屬層與該第二金屬層間之距離越小，該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，當該第一範圍係在570nm-750nm，該第二範圍係大於該第一範圍且小於1240nm時，該第一金屬層之厚度係在5nm-20nm，該第一金屬層與該第二金屬層間之距離係在150nm-1000nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，當該第一範圍係在376nm-708nm，該第二範圍係在570nm-750nm，該第三範圍係在380nm-495nm時，且該第一金屬層包括第一金屬部及第二金屬部，該第一金屬部之厚度在5nm-20nm之間調整且該第一金屬部與該第二金屬層間之距離在75nm-130nm之間調整，能使該光線之峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍；該第二金屬部之厚度在5nm-20nm之間調整且該第二金屬部與該第二金屬層間之距離在75nm-130nm之間調整，能使該光線之峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍，且該第二金屬部之厚度大於該第一金屬部之厚度或該第二金屬部與該第二金屬層間的距離小於該第一金屬部與該第二金屬層間的距離。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該基板之材料為玻璃、塑膠或導電金屬氧化物。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光元件，其中，調整該有機材料層之厚度能調整該第一金屬部與該第二金屬層間之距離及該第二金屬部與該第二金屬層間之距離。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該有機材料層係包括由該電洞傳輸材料及該電子傳輸材料混合構成之混合層。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該有機材料層係包括由該電洞傳輸材料所構成之電洞傳輸層以及接觸並設置於該電洞傳輸層上且由該電子傳輸材料所構成之電子傳輸層。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光元件，其中，該基板或該第一金屬層係作為陽極，該第二金屬層係作為陰極；該電洞傳輸層鄰近該第一金屬層，且該電子傳輸層鄰近該第二金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該基板或該第一金屬層係作為陽極，且該第二金屬層係作為陰極；該第一金屬層與該有機材料層之間形成有電洞注入層，且該第二金屬層與該有機材料層之間形成有電子注入層。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中，該第一金屬層及該第二金屬層係由金屬或奈米金屬氧化物 所構成。
- 一種發光元件，係包括：基板，係具有一表面；第一金屬層，係形成於該基板上並具有第一金屬部、第二金屬部及位於該第一金屬部和第二金屬部之間且外露部份該表面之開口部；第二金屬層，係形成於該第一金屬層上；以及有機材料層，係形成於該第一金屬層與該第二金屬層之間且覆蓋該第一金屬部、第二金屬部及由該開口部所外露之部分該表面，該有機材料層並包括電洞傳輸材料及電子傳輸材料，其中，該電洞傳輸材料與該電子傳輸材料相互作用而產生能發出峰值波長位於第一範圍的光線之激發錯合物，且該第一金屬部與該第二金屬層產生第一耦合以使該光線之峰值波長自該第一範圍位移至第二範圍，該第二金屬部與該第二金屬層產生第二耦合以使該光線之峰值波長自該第一範圍位移至第三範圍。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中，該第一範圍係在376nm-708nm，該第二範圍係在570nm-750nm，該第三範圍係在380nm-495nm，該第一金屬部之厚度在5nm-20nm之間調整且該第一金屬部與該第二金屬層間之距離在75nm-130nm之間調整，能使該光線之峰值波長自該第一範圍位移至第二範圍；該第二金屬部之厚度在5nm-20nm之間調整且該第二金屬 部與該第二金屬層間之距離在75nm-130nm之間調整，能使該光線之峰值波長自該第一範圍位移至第三範圍，且該第二金屬部之厚度大於該第一金屬部之厚度或該第二金屬部與該第二金屬層間的距離小於該第一金屬部與該第二金屬層間的距離。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中，該第一範圍為綠光波段，該第二範圍為紅光波段，該第三範圍為藍光波段，俾在該發光元件發出由綠光、紅光及藍光所組成之白光時，藉由調整該第一金屬部覆蓋該表面之面積、該第二金屬部覆蓋該表面之面積、及該開口部外露該部分的表面之面積能改變該綠光、該紅光及該藍光的比例。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中，該基板之材料為玻璃、塑膠或導電金屬氧化物。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中，該有機材料層係包括由該電洞傳輸材料及該電子傳輸材料混合構成之混合層。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中，該有機材料層係包括由該電洞傳輸材料所構成之電洞傳輸層以及接觸並設置於該電洞傳輸層上且由該電子傳輸材料所構成之電子傳輸層。
- 如申請專利範圍第18項所述之發光元件，其中，該基板或該第一金屬層係作為陽極，該第二金屬層係作為陰極；該電洞傳輸層鄰近該第一金屬層，且該電子傳 輸層鄰近該第二金屬層。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中，該基板或該第一金屬層係作為陽極，且該第二金屬層係作為陰極；該第一金屬層與該有機材料層之間形成有電洞注入層，且該第二金屬層與該有機材料層之間形成有電子注入層。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中，該第一金屬層及該第二金屬層係由金屬或奈米金屬氧化物所構成，且該第一金屬層為圖案化金屬層或網格狀金屬層。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中，該第一金屬部及該第二金屬部係構成複數個週期性結構，以使峰值波長在該第一範圍、第二範圍或該第三範圍之光線產生增益，該週期性結構的尺寸介於40nm-437nm且週期介於50nm-965nm。
- 一種發光元件，包括複數個像素，各該像素包括：基板，其具有一表面；第一金屬層，其形成於該基板上；第二金屬層，其形成於該第一金屬層上；以及有機材料層，其形成於該第一金屬層與該第二金屬層之間並包括電洞傳輸材料及電子傳輸材料，且該電洞傳輸材料與該電子傳輸材料相互作用以產生能發出峰值波長位於第一範圍的光線的激發錯合物，而隔著該有機材料層的該第一金屬層與該第二金屬層產生 耦合使得該光線的峰值波長位移，其中，各該像素為以下其中一個：該第一金屬層完全覆蓋該表面，通過調整該第一金屬層的厚度越小或該第一金屬層與該第二金屬層間的距離越大，能使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍，或者通過調整該第一金屬層的厚度越大或該第一金屬層與該第二金屬層間的距離越小，能使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍；該第一金屬層具有覆蓋部分該表面之金屬部及外露剩餘該表面之開口部，通過調整該金屬部的厚度越小或該金屬部與該第二金屬層間的距離越大，能使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍，或者通過調整該金屬部的厚度越大或該金屬部與該第二金屬層間的距離越小，能使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍；該第一金屬層具有覆蓋該表面之第一金屬部和第二金屬部，通過調整該第一金屬部的厚度越小或該第一金屬部與該第二金屬層間的距離越大，能使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍，通過調整該第二金屬部的厚度越大或該第二金屬部與該第二金屬層間的距離越小，能使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍；以及該第一金屬層具有第一金屬部、第二金屬部及形 成於該第一金屬部與第二金屬部之間外露部分該表面之開口部，通過調整該第一金屬部的厚度越小或該第一金屬部與該第二金屬層間的距離越大，能使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第二範圍，通過調整該第二金屬部的厚度越大或該第二金屬部與該第二金屬層間的距離越小，能使該光線的峰值波長自該第一範圍位移至該第三範圍，其中，該第一範圍係在376nm-708nm，而該第二範圍係在570nm-750nm，該第三範圍係在380nm-495nm；或者其中，該第一範圍係在570nm-750nm，而該第二範圍係大於該第一範圍且小於1240nm。
- 如申請專利範圍第23項所述之發光元件，其中，當該第一範圍在376nm-708nm，該第二範圍在570nm-750nm，該第三範圍在380nm-495nm時，該第一金屬層、該第一金屬部及該第二金屬部的厚度在5nm-20nm之間調整，該第一金屬層與該第二金屬層間、該第一金屬部與該第二金屬層間及該第二金屬部與該第二金屬層間的距離在75nm-130nm之間調整；當該第一範圍係在570nm-750nm，該第二範圍係大於該第一範圍且小於1240nm時，該第一金屬層、該第一金屬部及該第二金屬部的厚度在5nm-20nm之間調整，該第一金屬層與該第二金屬層間、該第一金屬部與該第二金屬層間及該第二金屬部與該第二金屬層間的距離在150nm-1000nm之間調整。
- 如申請專利範圍第23項所述之發光元件，其中，該有機材料層包括由該電洞傳輸材料及該電子傳輸材料混合構成之混合層，或者，包括由該電洞傳輸材料所構成之電洞傳輸層以及接觸並設置於該電洞傳輸層上且由該電子傳輸材料所構成之電子傳輸層。
- 如申請專利範圍第23項所述之發光元件，其中，該基板之材料為玻璃、塑膠或導電金屬氧化物。
- 如申請專利範圍第23項所述之發光元件，其中，該發光元件為被動矩陣有機發光二極體或主動矩陣有機發光二極體。
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