具有改進(jìn)的光提取的有機(jī)發(fā)光裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種有機(jī)發(fā)光裝置(OLED)，其包括：透明襯底；第一透明電極層，其布置在所述襯底上；一個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層，其布置在所述第一電極層上；第二電極層，其布置在所述一個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層上；以及包括低折射率材料的離散的隨機(jī)分布的納米尺寸疇的不連續(xù)層，其布置在所述第一電極層和所述一個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層之間。離散的隨機(jī)分布的納米尺寸疇的不連續(xù)層提高OLED的光提取效率。
【專利說(shuō)明】具有改進(jìn)的光提取的有機(jī)發(fā)光裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、制作OLED的方法以及包括這種OLED的照明器(Iuminaire)和顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)為薄膜裝置，其中通過(guò)在有機(jī)膜上應(yīng)用電壓而產(chǎn)生光。特別地，OLED越來(lái)越多地用于諸如廣告信息和指示標(biāo)志的標(biāo)記照明，但是它們?cè)谄桨屣@示、照亮和裝飾性照明中的使用也是非常有前景的。
[0003]通常，OLED包括布置在透明襯底上的層堆疊，該層堆疊包括夾置在兩個(gè)電極之間的有機(jī)層以及可選地ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)電荷注入或電荷輸運(yùn)層。
[0004]對(duì)于OLED的商業(yè)化，裝置效率是重要的參數(shù)?？傃b置效率由內(nèi)量子效率和外量子效率(光耦出)確定。近年來(lái)，已經(jīng)提出許多技術(shù)以改進(jìn)內(nèi)量子效率，所述技術(shù)包括例如摻雜輸運(yùn)層以提高電荷復(fù)合，以及使用通過(guò)其可以實(shí)現(xiàn)幾乎100%內(nèi)量子效率的三重態(tài)發(fā)光體。同樣已經(jīng)提出許多技術(shù)從而改進(jìn)外量子效率，所述技術(shù)包括基于減小的三重態(tài)-三重態(tài)退火的、用以減小三重態(tài)發(fā)光體的外量子效率衰減的獨(dú)特堆疊設(shè)計(jì)，以及通過(guò)選擇具有各折射率和厚度的各種層從而減小所發(fā)射光在層界面處的反射并且因而減小由于全內(nèi)反射而被捕獲在有機(jī)層、電極層和/或襯底層中的大量的光。然而，仍然多達(dá)60%的所產(chǎn)生的光依然被捕獲在有機(jī)層中，并且大約20%依然被捕獲在玻璃襯底中。
[0005]為了提高被捕獲在有機(jī)層和/或陽(yáng)極ITO層中的光(也稱為處干“波導(dǎo)模式”中的光)的耦出，US2010/018899 (Forrest等人)提議使用嵌在有機(jī)材料中的低折射率格柵。這種裝置的耦出效率可以高達(dá)標(biāo)準(zhǔn)OLED的效率的2至3倍。
[0006]然而，已有裝置的問(wèn)題在于，仍然相當(dāng)大部分的光由于在層界面處的全內(nèi)反射而依然被捕獲在有機(jī)層或玻璃襯底中，或者被吸收。因此還存在對(duì)OLED中的外量子效率進(jìn)行改進(jìn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服此問(wèn)題，并且提供ー種具有提高的從有機(jī)層、(多個(gè))電極層和/或襯底的光提取的OLED。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這個(gè)以及其它目的是通過(guò)ー種有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)實(shí)現(xiàn)，該OLED包括:
透明襯底；
第一透明電極層，其布置在所述襯底上；
一個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層，其布置在所述第一電極層上；
第二電極層，其布置在所述ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層上；以及包括低折射率材料的離散的隨機(jī)分布的納米尺寸疇(domain)的不連續(xù)層，其布置在所述第一電極層和所述ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層之間。[0009]特別是通過(guò)增強(qiáng)否則由于在層界面處的全內(nèi)反射而將被捕獲在有機(jī)層和/或電極層中的光的提取，根據(jù)本發(fā)明的OLED提供了提聞的光提取效率，并且因而提供了提聞的整體效率。另外，納米尺寸疇的隨機(jī)分布具有的優(yōu)點(diǎn)在于，它避免了由于具有在適用波長(zhǎng)范圍內(nèi)的尺度的規(guī)則結(jié)構(gòu)引起的所發(fā)射的光的衍射圖案。因此，獲得更均勻的光輸出。
[0010]在本發(fā)明各實(shí)施例中，低折射率材料可以具有小于1.8，諸如在1.0至1.8并且優(yōu)選地1.0至1.4的范圍內(nèi)的折射率。這是足夠低的以確保良好的光提取。
[0011]在本發(fā)明各實(shí)施例中，離散的隨機(jī)分布的疇的平均寬度可以在I至500nm的范圍內(nèi)，例如大約為lOOnm。兩個(gè)相鄰疇之間的平均距離可以為I Pm或更小。在本發(fā)明各實(shí)施例中，離散的隨機(jī)分布的疇可以是類似柱(pillar)的結(jié)構(gòu)，典型地具有基本上圓形周緣。
[0012]如上所述，包括低折射率材料的離散的隨機(jī)分布的疇的不連續(xù)層典型地提高從電極層和/或有機(jī)層到所述襯底中的光提取，其中光可以從所述襯底隨后離開該裝置。
[0013]在本發(fā)明各實(shí)施例中，可以在襯底層上，典型地在其背向其余裝置層的側(cè)面上提供另一光耦出結(jié)構(gòu)。
[0014]在本發(fā)明各實(shí)施例中，第一電極層可以是透明陽(yáng)極層。根據(jù)其它實(shí)施例，第一電極層可以是透明陰極層。另外，在本發(fā)明的再另外實(shí)施例中，第二電極也可以是透明的，因而形成透明OLED。
[0015]在第二方面，本發(fā)明提供ー種照明器，其包括如此處描述的0LED。由于OLED提供發(fā)光表面，并且可以是非常薄以及甚至柔性的OLED基照明器并且尤其適合于裝飾性內(nèi)部照明。
[0016]在另一方面，本發(fā)明提供一種顯示裝置，其包括如此處描述的0LED。典型地，顯示裝置包括多個(gè)OLED。OLED顯示面板由于它們不需要背光而可以制成非常薄，并且可以提供高對(duì)比度圖像。
[0017]在又一方面，本發(fā)明提供ー種制作有機(jī)發(fā)光二極管的方法，包括下述步驟:
提供襯底；
在所述襯底上沉積第一電極層；
在所述第一電極層上沉積隨機(jī)圖案的低折射率材料的離散疇以形成不連續(xù)層；
在所述不連續(xù)層上沉積ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層；以及 在所述ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層上沉積第二電極層。
[0018]特別地，沉積低折射率材料的離散疇以形成不連續(xù)層的步驟可以通過(guò)下述執(zhí)行:形成所述低折射率材料的連續(xù)層；將圖案壓印在低折射率材料的所述層中；以及移除過(guò)量低折射率材料以形成包括離散疇的不連續(xù)層。
[0019]注意，本發(fā)明涉及各權(quán)利要求中列出的各特征的所有可能組合。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]參考示出了本發(fā)明(多個(gè))實(shí)施例的附圖，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它方面。
[0021]圖1示出根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的裝置的透視局部放大圖。
[0022]圖2示出圖1的裝置的截面?zhèn)纫晥D。
[0023]圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝置的一部分的掃描電子顯微鏡圖像。[0024]圖4為示出與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比的，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝置的強(qiáng)度分布的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，布置在OLED的陽(yáng)極和有機(jī)層之間的、包括低折射率材料的離散疇或柱的不連續(xù)層顯著地提高從(多個(gè))有機(jī)層和/或陽(yáng)極的光提取。
[0026]在此上下文中，“低折射率材料”是指折射率(相對(duì)于可見光)比有機(jī)層和相鄰電極層的折射率低的材料。OLED的有機(jī)層通常具有在1.75-1.85的范圍內(nèi)的折射率nOTg，并且ITO電極典型地具有大約1.9的折射率nITC。襯底可具有大約1.5的折射率(玻璃襯底的典型折射率)。形成離散疇的低折射率材料可具有低于1.5，典型地在1.0至大約1.4，例如1.0至小于1.4的范圍內(nèi)的折射率。
[0027]由于在與更低折射率的相鄰層的界面處的全內(nèi)反射而被約束到(多個(gè))有機(jī)層和第一電極層的光可以稱為處于“波導(dǎo)模式”或“有機(jī)模式”中的光(不過(guò)它也可以進(jìn)入無(wú)機(jī)電極層)。相比之下，被約束到玻璃襯底層的光可以稱為處于“玻璃模式”中的光，并且最終從裝置耦出的光可以稱為處于“空氣模式”。
[0028]此處使用的“納米尺寸的”或“納米尺寸”是指具有在納米(亞微米)范圍內(nèi)的尺寸。
[0029]除非另外指出，此處使用的“層”可以指連續(xù)或不連續(xù)層?！皩印辈灰欢ㄖ竼蝹€(gè)層，而可以指多個(gè)層，特別是提到OLED的有機(jī)層時(shí)。典型地，OLED包括多個(gè)基于有機(jī)物的層，所述層至少包括發(fā)光層，但是經(jīng)常也包括一個(gè)或多個(gè)電荷注入層、(多個(gè))電荷輸運(yùn)層和/或(多個(gè))電荷阻擋層。
[0030]圖1說(shuō)明在部分放大透視圖中看到的根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的OLED。OLED 100包括半透明襯底101，透明的無(wú)機(jī)優(yōu)選地金屬的電極102(此處為形成陽(yáng)極的透明ITO層)；低折射率材料的離散的隨機(jī)或不規(guī)則分布的疇103a、103b、103c等的不連續(xù)層103 ;多個(gè)有機(jī)層104 ;以及第ニ無(wú)機(jī)電極105 (此處為形成陰極的不透明金屬電極)按此順序布置在該襯底上。
[0031]圖2說(shuō)明穿過(guò)疇103a截取的，圖1的裝置的截面?zhèn)纫晥D的一部分。從有機(jī)層104發(fā)射的光線A(所述光線否則將由于在ITO-襯底層界面處的全內(nèi)反射而被捕獲在有機(jī)層104和陽(yáng)極102中)被疇103a折射并且以更靠近層法向的角度被透射到陽(yáng)極層102中。光線A隨后被透射到襯底層101中并且從裝置耦出。也是由發(fā)光有機(jī)層104產(chǎn)生的另一光線B首先在陽(yáng)極-襯底界面處被全內(nèi)反射并且隨后被低折射率材料的疇103a折射，以更靠近層法向的角度再次進(jìn)入有機(jī)層104，并且被反射陰極105反射，使得它可以被透射穿過(guò)有機(jī)層104、低折射率疇103、電極102和襯底101。
[0032]由有機(jī)層204發(fā)射并且以靠近層法向的角度入射在有機(jī)-1TO層界面的另ー光線C不受低折射率疇103a的存在的影響。
[0033]因此，疇103a使得能夠?qū)⒎駝t將被捕獲在(多個(gè))有機(jī)層和/或第一電極層中的光(即，處于有機(jī)模式中的光)I禹出到襯底101中。
[0034]圖3示出根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的OLED的一部分的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。ITO電極層302沉積在襯底(未示出)上，并且低折射率材料的離散的不規(guī)則分布的疇303a、303b等被分布在ITO層上。整個(gè)裝置還將包括沉積在由疇303a、303b形成的不連續(xù)層上的ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)層(其形成光活性層)，以及沉積在所述(多個(gè))有機(jī)層上的第二電扱。
[0035]疇103a、103b、303a、303b等不規(guī)則分布在電極層上。例如作為沉積方法的效果，疇可以隨機(jī)分布?？梢杂杉{米壓印技術(shù)產(chǎn)生疇。例如，可以如下所述使用軟印模由溶膠凝膠產(chǎn)生納米尺寸疇。
[0036]疇103a、103b、303a、303b等具有在可見波長(zhǎng)范圍內(nèi)的低折射率，并且典型地包括具有低折射率的材料。這種材料的ー個(gè)示例是折射率為1.37的甲基三甲氧基硅烷(methyltrimetothoxysilane, MTMS)。另一個(gè)示例是摻氟的氮化娃(SiN)。優(yōu)選地,低折射率材料的折射率應(yīng)盡可能低，但是實(shí)際上在小于1.8的范圍內(nèi)的折射率是有用的并且大約
1.4或更低的折射率被認(rèn)為是非?？梢越邮艿摹?br> [0037]疇103a典型地不具有可能誘發(fā)不希望光學(xué)效應(yīng)的鋭利邊緣，并且優(yōu)選地還具有低的表面粗糙度。如上文建議，低折射率材料的疇是透明的，并且優(yōu)選地相對(duì)于適用波長(zhǎng)的光(典型地可見光)是不吸收的。再者，所使用的低折射率材料優(yōu)選地耐受通常使用的襯底清潔處理。
[0038]疇103a的高度可以在10至200nm的范圍內(nèi)，例如大約為lOOnm。疇103a、103b等的寬度或直徑可以在I至500nm，例如10至200nm的范圍內(nèi)，并且典型地大約為lOOnm。例如，圖3所示疇其中ー個(gè)的寬度為llOnm，并且圖3所示另ー個(gè)疇的寬度為102nm。疇103a、103b等彼此不等間隔地布置。典型地，兩個(gè)相鄰疇之間的平均距離大約為Ium或更小。優(yōu)選地，兩個(gè)相鄰疇之間的平均距離小于I Pm，諸如為SOOnm或更小，或者為600nm或更小。對(duì)于相鄰疇之間的更大的平均距離，耦出效果會(huì)降低。
[0039]在此上下文中，“大約”典型地是指土 10%。
[0040]利用本發(fā)明的隨機(jī)分布的疇，可以避免由規(guī)則結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的發(fā)射圖案中的衍射效果。再者，與使用諸如格柵的規(guī)則結(jié)構(gòu)獲得的耦出效率相比，使用所述疇實(shí)現(xiàn)的耦出效率可以提尚。
[0041]每Um2的疇數(shù)目(即疇密度)可以在I至100，典型地2至50，例如5至10的范圍內(nèi)。任何兩個(gè)相鄰疇之間的距離越小，疇密度越高，導(dǎo)致改進(jìn)的光提取。
[0042]在本發(fā)明各實(shí)施例中，襯底101可包括諸如微透鏡或棱鏡的光提取結(jié)構(gòu)，從而通過(guò)增大從襯底層的光提取(玻璃模式光)而進(jìn)ー步提高光耦出效率。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的OLED可以通過(guò)下述制作:在襯底上沉積第一電極層；在所述第ー電極層上沉積低折射率材料的離散疇以形成不連續(xù)層；在所述不連續(xù)層上沉積ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層；以及在所述ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層上沉積第二電極層。第一電極層、(多個(gè))有機(jī)層和第二電極的沉積可以使用已知技術(shù)進(jìn)行。各有機(jī)層典型地直接沉積在離散疇的不連續(xù)層上。
[0044]離散疇103a、103b等的不連續(xù)層103在(垂直于層平面的)豎直方向上位于第一電極層和各有機(jī)層之間。典型地，在電極層和各有機(jī)層之間不存在除了所述不連續(xù)層103之外的其它層。因而，在不存在疇103a的區(qū)域處(即在相鄰疇之間的間隙中)，第一電極層將直接接觸第一有機(jī)層，該第一有機(jī)層可以是例如電荷注入層、電荷輸運(yùn)層或電荷勢(shì)魚層。另外，在疇103a、103b等存在的區(qū)域處，第一電極層將通過(guò)所述疇與各有機(jī)層分隔。[0045]可以如下制作離散納米尺寸疇的不連續(xù)層。使用電子束寫入制成包括疇的不規(guī)則圖案的主模(master mold)。隨后使用該主模將軟和柔性材料(典型地諸如聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)的聚合物材料)形成為印摸。將(典型地為溶膠-凝膠形式的)低折射率材料的連續(xù)層應(yīng)用在ITO電極層上，并且應(yīng)用該印模以將圖案壓印在溶膠凝膠層中。接著，使用蝕刻步驟移除不希望區(qū)域中的低折射率溶膠凝膠。
[0046]根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的OLED可以用于各種照明裝置，例如用于通用照明、內(nèi)部照明和/或裝飾性照明的照明器?？商鎿Q地，根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的OLED可以用于形成顯示面板的像素。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的OLED的顯示面板可以集成在許多裝置中，特別地是諸如包括智能電話的移動(dòng)電話、手持式計(jì)算機(jī)以及游戲機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的手持裝置，但是也可以集成在諸如計(jì)算機(jī)屏幕、電視機(jī)等更大的裝置中。
[0047]示例
制作裝置堆疊，其包括沉積在玻璃襯底上的ITO陽(yáng)極(折射率nIT()為大約1.9)。在陽(yáng)極上應(yīng)用a -NPD空穴注入/輸運(yùn)層(折射率na_NPD為大約1.8)，以及折射率nAlq3為大約1.8的Alq3發(fā)光層，以及陰極層。通過(guò)在沉積各有機(jī)層之前，將包括硅基溶膠-凝膠材料的不規(guī)則分布的納米尺寸柱的納米結(jié)構(gòu)壓印在ITO上，該裝置堆疊的部分被制成測(cè)試區(qū)域。在形成納米結(jié)構(gòu)之后，按常態(tài)應(yīng)用各有機(jī)層。
[0048]裝置堆疊的不存在光提取圖案的區(qū)域(參照I)以及裝置堆疊的具有規(guī)則格柵圖案而不是納米疇的區(qū)域(參照2)被分別用作參照。
[0049]在操作期間測(cè)量垂直于發(fā)光表面(玻璃襯底)的該裝置的光強(qiáng)度。假設(shè)朗伯角光分布以用于耦出效率計(jì)算。
[0050]觀察到，與不存在低折射率材料的納米結(jié)構(gòu)的參照I相比，裝置的測(cè)試區(qū)域提供了大約2.7倍的光耦出效率的大幅改進(jìn)。從與發(fā)光表面成一角度(不垂直)看，測(cè)試區(qū)域視覺上表現(xiàn)出更高的光強(qiáng)度。
[0051]還觀察到，與具有400nm節(jié)距的規(guī)則納米結(jié)構(gòu)(而不是不規(guī)則分布的納米尺寸柱)的參照2相比，測(cè)試裝置提供了提高的光耦出效率。另外觀察到，參照裝置2導(dǎo)致?lián)p耗以及峰值光譜的偏移，但是該測(cè)試裝置不產(chǎn)生這些效應(yīng)。
[0052]本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本發(fā)明絕不限于上述的優(yōu)選實(shí)施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)有可能進(jìn)行許多調(diào)整和變動(dòng)。例如，本發(fā)明的OLED可以是頂部發(fā)射0LED，這種情況下第一電極代表陰極并且第二電極代表陽(yáng)極，而不是結(jié)合圖1和2在上文所描述的底部發(fā)射0LED?？商鎿Q地，OLED可以是透明0LED，其中兩個(gè)電極都是透明的，并且這種情況下第一電極可以代表陰極或陽(yáng)極。還設(shè)想到，第二個(gè)如此處描述的納米尺寸疇的不連續(xù)層可以布置在第二電極和各有機(jī)層之間，特別是對(duì)于透明OLED的情形。
【權(quán)利要求】
1.ー種有機(jī)發(fā)光裝置(OLED) (100)包括: 透明襯底(101)； 第一透明電極層(102)，其布置在所述襯底上； 一個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層(104)，其布置在所述第一電極層上； 第二電極層(105)，其布置在所述ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層上；以及包括低折射率材料的離散的隨機(jī)分布的納米尺寸疇(103a、103b，103c)的不連續(xù)層(103)，其布置在所述第一電極層和所述ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中所述低折射率材料具有小于1.8的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中所述低折射率材料具有在1.0至1.4的范圍內(nèi)的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中所述離散的隨機(jī)分布的疇的平均寬度是在I至500nm的范圍內(nèi)，例如大約為lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中兩個(gè)相鄰疇之間的平均距離為Iiim或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中所述離散的隨機(jī)分布的疇為類似柱的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中包括低折射率材料的離散的隨機(jī)分布的疇的所述不連續(xù)層提高從電極層和/或有機(jī)層到所述襯底中的光提取。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，還包括被提供在所述襯底層上的光耦出結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中所述第一電極層為透明陽(yáng)極層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中所述第一電極層為透明陰極層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的0LED，其中所述第二電極是透明的。
12.—種照明器，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意ー項(xiàng)的0LED。
13.一種顯示裝置，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意ー項(xiàng)的0LED。
14.ー種制作有機(jī)發(fā)光二極管的方法，包括下述步驟: 提供襯底； 在所述襯底上沉積第一電極層； 在所述第一電極層上沉積隨機(jī)圖案的低折射率材料的離散疇以形成不連續(xù)層； 在所述不連續(xù)層上沉積ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層；以及 在所述ー個(gè)或多個(gè)有機(jī)光有源層上沉積第二電極層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述沉積低折射率材料的離散疇以形成不連續(xù)層的步驟是通過(guò)下述執(zhí)行: 形成所述低折射率材料的連續(xù)層； 將圖案壓印在低折射率材料的所述層中；以及 移除過(guò)量低折射率材料以形成包括離散疇的不連續(xù)層。
【文檔編號(hào)】H01L51/52GK103597623SQ201280025226
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月25日
【發(fā)明者】J.F.斯特雷梅, M.A.維斯舒尤倫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司