專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致發(fā)光元件，例如有機(jī)或者無(wú)機(jī)EL(電致發(fā)光)元件和LED(發(fā)光二極管)。
背景技術(shù)：
電致發(fā)光元件，例如有機(jī)EL元件和LED，具有其中在基板上層壓電極層、發(fā)光層等的結(jié)構(gòu)。通常，發(fā)光層中發(fā)射出的光通過(guò)透明電極輸出。此時(shí)，由于每層材料的折射率影響， 以等于或者大于臨界角的角度進(jìn)入層間界面的光發(fā)生全內(nèi)反射，且被俘獲在元件內(nèi)部而不被輸出。因?yàn)檫@個(gè)原因，有效率地輸出發(fā)射光是困難的。在通常被用作透明電極的ITO的情況下，其折射率導(dǎo)致輸出效率大約為20%。因而，提高電致發(fā)光元件的光輸出效率是要解決的一個(gè)主要問(wèn)題。
針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，正在考慮用于有效地引起全內(nèi)反射光被輸出的技術(shù)。例如，提出了通過(guò)在發(fā)生光的全內(nèi)反射的層間界面設(shè)置衍射光柵從而提高光輸出效率的技術(shù)。在這種技術(shù)中，衍射光柵改變了以大于或者等于臨界角的角度進(jìn)入界面的光的光路。因此，光的入射角變得小于或者等于臨界角，從而光能夠被輸出。
日本未審查專利公布2006-221976和2006-236748公開了在發(fā)生全內(nèi)反射的界面設(shè)置衍射光柵的有機(jī)電致發(fā)光器件。這些有機(jī)電致發(fā)光器件通過(guò)改變衍射光柵的間距和圖案而由衍射光柵減小對(duì)于光輸出的視角依賴性(這是要解決的一個(gè)問(wèn)題)，實(shí)現(xiàn)了光輸出效率的提高。
然而，在日本未審查專利公布2006-221976和2006-236748公開的，利用衍射光柵改變?nèi)瓷涔獾墓饴芬暂敵龉獾挠袡C(jī)電致發(fā)光器件中，亮度提高1. 2至1. 7倍，這是不足的。另外，主要使用蝕刻等形成衍射光柵。因此，在從基板相反側(cè)輸出光的結(jié)構(gòu)(頂部發(fā)光型)中，存在的可能性是在形成衍射光柵時(shí)，電極層和發(fā)光層受損。
本發(fā)明是考慮到上述情況而研發(fā)的。本發(fā)明的目的是，提供一種發(fā)光元件，所述發(fā)光元件通過(guò)透明電極輸出發(fā)射光，具有高效率的光輸出，能夠在不損害電極層或者發(fā)光層的情況下制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)光元件包括 基板； 一對(duì)電極，所述一對(duì)電極形成于所述基板的表面上；以及 發(fā)光層，所述發(fā)光層被夾在所述一對(duì)電極之間； 所述一對(duì)電極中的至少一個(gè)是透光性電極，光通過(guò)在所述一對(duì)電極之間施加電壓而從所述發(fā)光層發(fā)射，并且所述光從所述發(fā)光元件的表面朝向所述透光性電極那側(cè)輸出； 其特征在于所述發(fā)光元件還包括 光散射層，所述光散射層被設(shè)置在所述透光性電極的表面上，用于散射該表面產(chǎn)生的瞬逝光； 所述光散射層具有第一散射部和第二散射部，所述第一散射部具有凹凸結(jié)構(gòu)和比所述發(fā)光層的折射率更低的折射率，所述第二散射部至少填充所述第一散射部的所述凹凸結(jié)構(gòu)中的凹部的底部，并具有與所述第一散射部的折射率不同的折射率；并且 在所述凹部的底部和所述透光性電極的所述表面之間的距離小于或等于所述瞬逝光的穿透深度。
在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“透光性電極”是指透射由發(fā)光層發(fā)射的70%以上的波長(zhǎng)的光的電極。
術(shù)語(yǔ)“凹凸結(jié)構(gòu)”是指一種具有能夠散射或者衍射通過(guò)由發(fā)光層發(fā)射出的光的全內(nèi)反射所產(chǎn)生的瞬逝光的尺寸的凹凸結(jié)構(gòu)。
術(shù)語(yǔ)“發(fā)光層的折射率”是指在發(fā)光層由多層組成的情況下最靠近光散射層的層的折射率。
短語(yǔ)“小于或者等于瞬逝光的穿透深度”是指0的距離。即，所提及的該短語(yǔ)包括了凹部是孔穴的情況。
所述第二散射部可以由填充部和薄膜層構(gòu)成，所述填充部填充所述凹部，所述薄膜層形成于所述填充部和所述凹凸結(jié)構(gòu)中的凸部上。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的發(fā)光元件還包括 保護(hù)層，所述保護(hù)層被設(shè)置在所述光散射層的朝向所述透光性電極的那側(cè)的相反側(cè)的光散射層表面上。
優(yōu)選的是，所述第一散射部的折射率和所述保護(hù)層的折射率近似相同。優(yōu)選的是， 所述第二散射部由金屬形成，或者由電介質(zhì)形成，所述電介質(zhì)的折射率高于所述第一散射部的折射率。
本發(fā)明的發(fā)光元件還可以包括 半透/半反性金屬膜，所述半透/半反性金屬膜被設(shè)置在所述透光性電極和所述光散射層之間。
本發(fā)明的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)可以被應(yīng)用于發(fā)光層是包含有機(jī)化合物層的有機(jī)電致發(fā)光元件的情況，以及發(fā)光層是包含無(wú)機(jī)化合物層的無(wú)機(jī)電致發(fā)光元件的情況。
如上所述，本發(fā)明的目的是提供一種具有高光輸出效率的發(fā)光元件。這里，術(shù)語(yǔ) “光輸出效率”是指從元件中輸出的光相對(duì)于發(fā)光層發(fā)射出的光的總強(qiáng)度的比例。能夠輸出的光是指發(fā)光元件內(nèi)發(fā)射出的所有光，包括由發(fā)光層發(fā)射出的光和由發(fā)光層發(fā)射的光和元件內(nèi)的物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的光(例如散射光和衍射光)。
本發(fā)明的發(fā)光元件配備有光散射層，該光散射層被設(shè)置在透光性電極朝向光透射輸出的那側(cè)的表面上。通過(guò)利用在瞬逝光穿透深度的范圍內(nèi)的凹凸結(jié)構(gòu)和折射率差，光散射層散射在透光性電極層表面產(chǎn)生的瞬逝光。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，在透光性電極表面全反射且被俘獲在元件內(nèi)部的光的瞬逝光可以被有效率地輸出至光散射層中，進(jìn)而以散射光的形式被輸出。因此，可以有效地提高光輸出效率。
此外，本發(fā)明的發(fā)光元件能夠在不直接加工透光性電極層的情況下被制造出來(lái)。 因此，即便為從基板相反側(cè)輸出光的結(jié)構(gòu)形式，該發(fā)光元件也能夠在不損害電極層或發(fā)光層的情況下被制造。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的有機(jī)電致發(fā)光元件的局部示意性剖面視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施方案的有機(jī)電致發(fā)光元件的局部示意性剖面視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)備選實(shí)施方案的有機(jī)電致發(fā)光元件的局部示意性剖面視圖。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式 [有機(jī)EL元件(發(fā)光元件)] 在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的發(fā)光元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的有機(jī)電致發(fā)光元件1(在下文中，稱為“有機(jī)EL元件”)的局部示意性剖面視圖。因本實(shí)施方案的發(fā)光元件是一種散射在光的全內(nèi)反射界面泄漏的瞬逝光的發(fā)光元件，故在圖1中瞬逝光被強(qiáng)調(diào)。
本發(fā)明中的有機(jī)EL元件1配備有基板10、陽(yáng)極21、發(fā)光層30和透光性陰極22。 陽(yáng)極21、發(fā)光層30和透光性陰極22按照以上順序形成在基板10上。有機(jī)EL元件1是一種頂部發(fā)光型發(fā)光元件，它在電極之間施加電壓時(shí)使發(fā)光層30發(fā)光，且從朝向陰極22 —側(cè)的表面Is輸出光。散射在透光性陰極22表面產(chǎn)生的瞬逝光的光散射層40被設(shè)置在透光性陰極22表面之上。
光散射層40由以下部分構(gòu)成第一散射部41，它具有由開口朝向光散射層40表面的凹部41a形成的凹凸結(jié)構(gòu)；以及第二散射部42，它至少填充第一散射部41的凹凸結(jié)構(gòu)的凹部41a底部且具有與第一散射部41的折射率不同的折射率。
在有機(jī)EL元件1中，以小于臨界角θ c的入射角θ進(jìn)入陰極22和光散射層40 之間的界面的光(在圖1中為L(zhǎng)2)可以通過(guò)射向表面Is而被輸出。然而，以等于或者大于臨界角θ c的入射角θ進(jìn)入界面的光L1在界面發(fā)生全內(nèi)反射，且以全反射光Lr的形式被俘獲在元件內(nèi)。
光散射層40以通過(guò)凹部41a和至少填充凹部41a底部的第二散射部42的散射或者衍射的散射光Ls或者衍射光Ls的形式輸出光L1的瞬逝光Le，所述光L1由發(fā)光層30發(fā)射，以大于或等于臨界角θ c的角θ進(jìn)入與陰極22的界面。因而，凹部41a的底部與陰極 22表面之間的距離D小于或者等于瞬逝光Le的穿透深度d。
在本實(shí)施方案中，即使設(shè)置單個(gè)的凹部41a，瞬逝光Le的一部分也能夠被輸出，從而，可以獲得光輸出效率的有效提高。然而，優(yōu)選設(shè)置多個(gè)凹部41a。凹部41a的大小以及相鄰凹部41a之間的距離受到特殊的限制，只要它們是能夠散射或衍射瞬逝光Le的大小和距離即可。引起散射和衍射的凹凸結(jié)構(gòu)根據(jù)發(fā)光層30所發(fā)射的光的波長(zhǎng)λ而不同。因此， 凹凸結(jié)構(gòu)可以根據(jù)發(fā)光層30所發(fā)射的光的波長(zhǎng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。
衍射發(fā)生在設(shè)置多個(gè)凹部41a而凹部41a規(guī)則排列的情況下。為了使衍射發(fā)生， 凹部4化的間距必須大于λ/η ，其中nl是第一散射部41的折射率。在輸出特定波長(zhǎng)的光的情況下，衍射是有效的。然而，在白光元件中只提高具有特定波長(zhǎng)的光的輸出效率的情況下，在發(fā)光元件中產(chǎn)生視角依賴性。據(jù)此，除在輸出特定波長(zhǎng)光的情況以外，優(yōu)選凹部41a 的排列是任意的。在白光光源或者寬帶光源(broad light source)的時(shí)候，相鄰凹部41a 之間的距離優(yōu)選在50nm至2000nm的范圍之內(nèi)被任意設(shè)定。
對(duì)第一散射部41的材料沒(méi)有特殊的限制，只要它具有比發(fā)光層30的折射率更低的折射率，且能夠透過(guò)其上表面使發(fā)光層30發(fā)射出的光被輸出即可。然而，從光輸出效率的角度看，優(yōu)選的是第一散射部41具有高透射率。此外，從使制造凹部41a的過(guò)程容易的角度看，優(yōu)選的是第一散射部41的材料是透光的抗蝕劑材料。對(duì)于透光的抗蝕劑材料沒(méi)有特殊的限制，只要它具有有利的圖案化性能即可，且可以使用任何已知的透光抗蝕劑材料。 然而，在形成第一散射部41后進(jìn)行高溫成膜處理的情況下，優(yōu)選的是使用具有高的耐熱性的透光抗蝕劑材料，例如聚酰亞胺。
對(duì)凹部41a的形成方法沒(méi)有特殊的限制。在第一散射部41的材料是上述抗蝕劑的情況下，凹部41a可以簡(jiǎn)單通過(guò)例如納米印刻或光刻的轉(zhuǎn)印技術(shù)形成。備選地，在第一散射部41的材料是例如玻璃的無(wú)機(jī)材料的情況下，凹部41a可以通過(guò)使用光刻的化學(xué)蝕刻、 使用激光束的物理蝕刻、機(jī)械加工等形成。
本實(shí)施方案的有機(jī)EL元件1不是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有機(jī)EL元件，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，發(fā)生全內(nèi)反射而導(dǎo)致光損失的陰極22表面被直接加工，以使全內(nèi)反射光Lr的一部分被輸出。相反，有機(jī)EL元件1具有被設(shè)置在陰極22表面上的光散射層40使得在陰極22表面產(chǎn)生的瞬逝光Le被輸出的結(jié)構(gòu)。因此，不需要對(duì)陰極本身進(jìn)行加工，且可以形成光輸出結(jié)構(gòu)而不會(huì)在加工過(guò)程中損害陰極或者陰極下的發(fā)光層。
瞬逝光Le的穿透深度d通常通過(guò)以下公式(1)表示 d = λ/4 π (nh2 ‘ sin2 θ -Πι2) 5 其中θ > θ c ; θ c = SirT1 (ni/nh) ;nh是高折射率層的折射率；巧是低折射率層的折射率；θ是進(jìn)入高折射率層和低折射率層之間界面的光的入射角；λ是光的波長(zhǎng)。
在本實(shí)施方案中，高折射率層是陰極22，低折射率層是第一散射部41。據(jù)此，這些層的折射率和發(fā)光層30所發(fā)射的光的波長(zhǎng)可以被代入公式(1)。穿透深度d隨著入射角θ 變大而變小。因此，可以隨著陰極22表面與凹部41a底部之間的距離D變短而輸出具有更大范圍的入射角的光的瞬逝光Le。凹部41a的底部可以和陰極22表面接觸(D = O)。然而，存在的可能性是在制造凹部41a的過(guò)程中損害陰極22，這會(huì)對(duì)元件性質(zhì)帶來(lái)不利的影響。優(yōu)選的是，在制造中不會(huì)損害陰極22的范圍之內(nèi)，使距離D盡可能小。
第二散射部42可以由電介質(zhì)材料或者金屬材料形成，只要其折射率不同于第一散射部41的折射率即可。
在第二散射部42由電介質(zhì)材料形成的情況下，優(yōu)選的是第二散射部42的折射率 高于第一散射部41的折射率ηι。這種材料的實(shí)例是包含氧化硅的材料。
在第二散射部42包含金屬材料的情況下，可以使用所需的金屬材料。在如圖1所示第二散射部42由彼此離散地設(shè)置在各個(gè)凹部41a中的多個(gè)金屬體組成的情況下，發(fā)射出的光可在金屬體中誘導(dǎo)局域等離激元，而局域等離激元的電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)可以放大輸出光的強(qiáng)度。據(jù)此，優(yōu)選的是采用相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)有效誘導(dǎo)局域等離激元的金屬材料作為第二散射部42的材料。
在圖1中，第二散射部42具有以下結(jié)構(gòu)多個(gè)金屬體彼此離散地設(shè)置在各個(gè)凹部 41a。備選地，如圖2所示的有機(jī)EL元件2中，第二散射部可以由填充部420和薄膜層421 構(gòu)成，所述填充部420填充凹部41a，以及所述薄膜層421形成在填充部420以及不設(shè)置凹部41a的陰極41的表面(凸部)之上。除第二散射部42以外，圖2中的有機(jī)EL元件2的結(jié)構(gòu)和圖1中的有機(jī)EL元件1的結(jié)構(gòu)相同。
在有機(jī)EL元件2中，除參考有機(jī)EL元件1描述的光散射層40增強(qiáng)光輸出效率的有益效果之外，還可以得到以下有益的效果以全內(nèi)反射角進(jìn)入薄膜層421的光在薄膜層 421的表面上誘導(dǎo)表面等離激元，從而形成增強(qiáng)電場(chǎng)。在這種情況下，增強(qiáng)電場(chǎng)可以放大透過(guò)薄膜層421表面之上的層輸出的光的強(qiáng)度。
此外，薄膜層421在圖2中示出為具有平滑表面的層。備選地，薄膜層421可以有對(duì)應(yīng)于第一散射部凹凸部的凹凸部。在這種情況下，薄膜層421表面上的凹凸結(jié)構(gòu)進(jìn)一步散射光，進(jìn)而可以輸出更高強(qiáng)度的光。
有機(jī)EL元件1(發(fā)光元件)在陰極22朝向光輸出表面IsQs)的表面配置有光散射層40。利用存在于瞬逝光Le的穿透深度d范圍內(nèi)的凹凸結(jié)構(gòu)和折射率差，光散射層40 散射在這個(gè)表面產(chǎn)生的瞬逝光Le。通過(guò)采用這個(gè)結(jié)構(gòu)，可以有效將發(fā)光層30發(fā)出的光中的在陰極22表面全反射而被俘獲在元件內(nèi)的光的瞬逝光Le輸出至光散射層40，進(jìn)而以散射光Ls的形式輸出。因此，光的輸出效率可以被有效提高。
此外，可以在不直接加工陰極22的情況下制造有機(jī)EL元件1。因此，有機(jī)EL元件 1即使為從基板10的相反側(cè)輸出光的結(jié)構(gòu)形式，也可以在不損害陰極22或發(fā)光層30的情況下被制造。
在如圖3所示的有機(jī)EL元件3中，在陰極22和光散射層40之間設(shè)置半透/半反性金屬膜60。在這種結(jié)構(gòu)中，被金屬膜60反射的光在金屬膜60和陽(yáng)極21之間被多次反射。多次反射光在特定的波長(zhǎng)共振。
在這種結(jié)構(gòu)中，共振使得金屬膜60上的電場(chǎng)放大。增強(qiáng)的電場(chǎng)同時(shí)放大了光散射層40中產(chǎn)生的散射光Ls和透射光L2的強(qiáng)度，而可以輸出更高強(qiáng)度的光。
可以使用所需的金屬作為半透/半反性金屬膜60的材料。金屬膜60可以是實(shí)心膜，但是優(yōu)選的是膜的光透射率高，因?yàn)檫m宜的是不降低輸出光的絕對(duì)量。據(jù)此，優(yōu)選金屬膜60是通過(guò)圖案化等在其中形成有間隙的金屬膜。優(yōu)選金屬膜60使用傾斜氣相沉積法等形成。
在金屬膜60是具有能夠誘導(dǎo)表面等離激元的厚度的實(shí)心膜，或者是具有形成為使得金屬膜60的金屬部分能夠誘導(dǎo)局域等離激元的間隙的膜的情況下，如前所述，金屬膜 60之上的電場(chǎng)被等離激元增強(qiáng)。在有機(jī)EL元件3中，共振放大效應(yīng)和等離激元的電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)可以有效地放大輸出光的強(qiáng)度。
在下文中，將描述構(gòu)成有機(jī)EL元件1至3的除了光散射層40和金屬薄膜層60之外的各層。
(基板) 對(duì)基板10的材料沒(méi)有特殊的限制，但光學(xué)玻璃等是優(yōu)選的。前面描述的實(shí)施方案是從基板10的相反側(cè)表面Is輸出光的頂部發(fā)光型發(fā)光元件。然而，在從基板10 —側(cè)輸出光的底部發(fā)光型或從發(fā)光元件兩側(cè)輸出光的雙側(cè)發(fā)光型的發(fā)光元件中，優(yōu)選的是基板由不散射或者衰減發(fā)光層30所發(fā)射的光的透光材料形成。這樣材料的具體實(shí)例包括無(wú)機(jī)材料，例如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)和玻璃；聚酯，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯；有機(jī)材料，例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚丙烯酸酯、聚酰亞胺、聚環(huán)烯烴、降冰片烯樹脂、以及聚(氯三氟乙烯)。優(yōu)選的是基板的材料為對(duì)發(fā)射光具有優(yōu)良透射性能的材料。
例如，在采用玻璃作為基板材料的情況下，優(yōu)選的是使用無(wú)堿玻璃，以減少?gòu)牟Ａе邢疵摰碾x子的量。在采用鈉鈣玻璃作為基板材料的情況下，優(yōu)選的是使用其上輔有由硅形成的阻擋涂層的鈉鈣玻璃。在使用有機(jī)材料作為基板材料的情況下，優(yōu)選具有優(yōu)良的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、耐溶劑性、電氣絕緣性、以及可加工性的有機(jī)材料。
對(duì)基板10的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸沒(méi)有特殊的限制，其可以根據(jù)發(fā)光元件的使用需要和目的等適當(dāng)選擇。通常，優(yōu)選的是基板10具有平坦形狀。基板10可以具有單層結(jié)構(gòu)，或多層結(jié)構(gòu)。此外，基板10可以由一個(gè)構(gòu)件、或兩個(gè)以上的構(gòu)件形成。
可以在基板10的頂端表面或者底部表面設(shè)置透濕防止層(阻氣層)。諸如氮化硅和氧化硅這樣的無(wú)機(jī)材料可以有利地被用作透濕防止層(阻氣層)的材料。透濕防止層 (阻氣層)可以通過(guò)例如高頻濺射法形成。在使用熱塑性基板的情況下，根據(jù)需要可以設(shè)置例如硬涂層和底涂層的功能層。
(陽(yáng)極) 陽(yáng)極21可以具有任何形狀、結(jié)構(gòu)或者尺寸，只要它起著向發(fā)光層30提供空穴的電極即可，且可以根據(jù)發(fā)光元件的使用需要、目的等適當(dāng)?shù)剡x擇。
優(yōu)選陽(yáng)極材料是金屬、合金、金屬氧化物、導(dǎo)電化合物或者具有高功函的上述物質(zhì)的混合物。這些材料的具體實(shí)例包括銻或氟化物摻雜的氧化錫(ΑΤ0，F(xiàn)T0)；導(dǎo)電金屬氧化物，例如氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)；金屬，例如金、銀、鉻、 鎳；上述金屬和金屬氧化物的混合物；上述金屬和金屬氧化物的層壓體；無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料，例如碘化銅和硫化銅；有機(jī)導(dǎo)電材料，例如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯；以及上述材料和ITO的層壓體。
陽(yáng)極21可以采用通過(guò)考慮其材料的相容性而選擇的方法形成于基板10上。用于形成陽(yáng)極21的方法的實(shí)例包括濕法，如印刷法和涂敷法；物理方法，如濺射法和離子電鍍法；以及化學(xué)方法，如CVD和等離子體CVD。舉例來(lái)說(shuō)，在陽(yáng)極21的材料選用ITO的情況下， 可以通過(guò)直流濺射法、高頻濺射法、真空氣相沉積法、離子電鍍法等形成陽(yáng)極21。
在有機(jī)EL元件1至3中形成陽(yáng)極的位置不受特殊的限制，可以根據(jù)發(fā)光元件的使用需要、目的等適當(dāng)?shù)剡x擇。然而，優(yōu)選的是在基板10上形成陽(yáng)極。在基板10上形成陽(yáng)極 21的情況下，陽(yáng)極21可以在基板10的整個(gè)表面上形成，或在基板10的表面上以預(yù)定的圖案形成。
注意，在形成陽(yáng)極21時(shí)，可以通過(guò)使用光刻的化學(xué)蝕刻、使用激光束的物理蝕刻、 使用掩模的氣相沉積、使用掩模的濺射、剝離法、或者印刷法進(jìn)行陽(yáng)極21的圖案化。
陽(yáng)極21的厚度可以根據(jù)其材料適當(dāng)選擇，無(wú)法被統(tǒng)一限定。然而，一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極 21的厚度在IOnm到50 μ m的范圍之內(nèi)，并且優(yōu)選在50nm到20 μ m的范圍內(nèi)。
優(yōu)選陽(yáng)極21的電阻值是103Ω/□以下，更優(yōu)選IO2 Ω/□以下。
在上述實(shí)施方案中，在基板10和陽(yáng)極21都由透光材料形成的情況下，優(yōu)選的是在基板10和陽(yáng)極21之間設(shè)置例如金屬膜的反射膜，以實(shí)現(xiàn)光從發(fā)光元件的上表面的有效輸出ο (陰極) 本發(fā)明實(shí)施方案中的有機(jī)EL元件1至3是頂部發(fā)光型有機(jī)EL元件。因此，陰極22必須是透光的，且必須起著將電子注入有機(jī)化合物層的電極的作用。對(duì)陰極22的形狀、 結(jié)構(gòu)和尺寸沒(méi)有特殊的限制，且可以根據(jù)發(fā)光元件的使用需要、目的等，從已知的電極材料中適當(dāng)?shù)剡x擇陰極22的材料。
優(yōu)選陽(yáng)極材料是金屬、合金、金屬氧化物、導(dǎo)電化合物、或者具有低功函的上述物質(zhì)的混合物。這種材料的具體實(shí)例包括堿金屬(例如Li、Na、K、Cs)、堿土金屬(例如Mg 和Ca)、金、銀、鉛、鋁、鈉-鉀合金、鋰-鋁合金、鎂-銀合金、銦、以及例如鐿的稀土金屬。這些材料可以單獨(dú)使用，或可以從同時(shí)獲得穩(wěn)定性和電子注入性能的角度出發(fā)將兩種以上的上述材料進(jìn)行有利的組合。
從電子注入性能的角度看，堿金屬和堿土金屬是有利的；而優(yōu)選的是具有鋁作為其主要組分的材料，因?yàn)樗鼈兙哂袃?yōu)良的保存穩(wěn)定性。具有鋁作為其主要組分的材料包括 鋁、含有0.01質(zhì)量％至10質(zhì)量％的堿金屬或堿土金屬的鋁合金、以及它們的混合物(例如鋰-鋁合金和鎂-鋁合金)。注意，陰極22可以使用日本未審查專利公布2 (1990) -015595 和5(1993)-121172中描述的材料。
然而，在使用上述具有低功函的材料的情況下，陰極22必須是厚度在0. Inm至 IOnm范圍之內(nèi)，優(yōu)選5nm以下的薄膜，以使陰極22起著透光性電極的作用。從透光性的角度看，如ITO和IZO的透光材料優(yōu)選的。然而，這些材料具有高的功函，且適合作為陽(yáng)極材料使用。因此，在本發(fā)明實(shí)施方案的頂部發(fā)光型發(fā)光元件中，優(yōu)選陰極22具有這樣的層壓結(jié)構(gòu)，其中包含具有低功函的材料的層和透光性電極材料層被層壓。注意，層壓包含具有低功函的材料的層和透光性電極材料層的順序可以根據(jù)需要設(shè)定。
對(duì)用于形成陰極22的方法沒(méi)有特殊的限制，且陰極22可以通過(guò)考慮其材料的相容性而選擇的已知方法形成。用于形成陰極22的方法的實(shí)例包括濕法，如印刷法和涂敷法；物理方法，如濺射法和離子電鍍法；以及化學(xué)法，如CVD和等離子體CVD。例如，在選擇金屬作為陰極22的材料的情況下，陰極22可以通過(guò)將一種或兩種以上金屬的同步或依次濺射而形成。
在有機(jī)EL元件1至3中形成陽(yáng)極的位置沒(méi)有特殊的限制。陰極22可以在發(fā)光層 30的整個(gè)表面上形成，或在發(fā)光層30的表面上以預(yù)定的圖案形成。
注意，在形成陰極22時(shí)，可以通過(guò)使用光刻的化學(xué)蝕刻、使用激光束的物理蝕刻、 使用掩模的氣相沉積、使用掩模的濺射、剝離法或印刷法進(jìn)行陰極22的圖案化。
陰極22的厚度可以根據(jù)其材料適當(dāng)選擇，無(wú)法被統(tǒng)一限定。然而，一般來(lái)說(shuō)，陰極 22的厚度在IOnm至5 μ m的范圍之內(nèi)，并且優(yōu)選在50nm到1 μ m之間。
(發(fā)光層) 發(fā)光層是這樣的層，其中當(dāng)在陽(yáng)極21和陰極22之間施加電壓時(shí)，通過(guò)流入其中的空穴和電子與其中的發(fā)光分子復(fù)合而發(fā)射光。發(fā)光層30可以具有任意結(jié)構(gòu)，只要層壓多個(gè)有機(jī)化合物層且發(fā)光層30起著有機(jī)EL元件的發(fā)光層的作用即可。對(duì)發(fā)光層30的層結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊的限制。層壓結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例是這樣的層壓結(jié)構(gòu)，其中空穴傳輸層，有機(jī)發(fā)光層， 以及電子傳輸層從陽(yáng)極一側(cè)以此順序?qū)訅骸?br> 可以在空穴傳輸層和陽(yáng)極之間設(shè)置空穴注入層。此外，可以在有機(jī)發(fā)光層和電子傳輸層之間設(shè)置電子傳輸中間層。此外，可以在有機(jī)發(fā)光層和空穴傳輸層之間設(shè)置空穴傳輸中間層。類似地，可以在陰極和電子傳輸層之間設(shè)置電子注入層。注意，每一個(gè)層可以被分為多個(gè)次級(jí)層。
構(gòu)成發(fā)光層30的各層可以通過(guò)物理方法，如氣相沉積法、濺射法、離子電鍍法，或者通過(guò)濕法，如轉(zhuǎn)印法、噴墨法、噴涂法、印刷法、以及涂敷法來(lái)形成。
<有機(jī)發(fā)光層> 有機(jī)發(fā)光層是起著以下作用的層從陽(yáng)極、空穴注入層或空穴傳輸層接受空穴，從陰極、電子注入層或電子傳輸層接受電子，以及提供空穴和電子復(fù)合而發(fā)光的位置。
有機(jī)發(fā)光層可以由一層或兩層以上組成。在有機(jī)發(fā)光層由多層組成的情況下，多層中的每一層可以發(fā)射不同顏色的光。
在上面描述的實(shí)施方案中，有機(jī)發(fā)光層可以僅由發(fā)光材料組成，或可以是由主體材料和發(fā)光摻雜劑組成的混合層。發(fā)光摻雜劑可以是熒光發(fā)射材料或者磷光發(fā)射材料，并且可以包含多種類型的材料。主體材料優(yōu)選是電荷傳輸材料?？梢允褂靡环N類型的主體材料，或可以使用兩種以上類型的主體材料。例如，可以混合電子傳輸主體材料和空穴傳輸主體材料。此外，有機(jī)發(fā)光層可以包括不具有電荷傳輸性能或發(fā)光的材料。
本發(fā)明實(shí)施方案的有機(jī)發(fā)光層可以包含兩種以上類型的發(fā)光摻雜劑，以提高色純度或者擴(kuò)大發(fā)光波長(zhǎng)范圍。發(fā)光摻雜劑優(yōu)選具有與主體材料的電離電勢(shì)差(ΔΙΡ)和電子親和勢(shì)差(Δ Ea)滿足不等式 1. 2eV > Δ Ip > 0. 2eV 和 / 或 1. 2eV > Δ Ea > 0. 2eV0 作為發(fā)光摻雜劑，可以使用磷光發(fā)射材料，或熒光發(fā)射材料。
通常，作為磷光發(fā)射摻雜劑，使用包含過(guò)渡金屬原子或者鑭系元素原子的配合物。 對(duì)過(guò)渡金屬原子沒(méi)有特殊的限制，且實(shí)例包括釕、銠、鈀、鎢、錸、鋨、銥、金、銀、銅和鉬。優(yōu)選地，過(guò)渡金屬原子是錸、銥和鉬，更優(yōu)選是銥和鉬。
鑭系元素原子的實(shí)例包括鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和釕。其中，優(yōu)選的是釹、銪和釓。
可以使用以下文獻(xiàn)中所述的配體作為配合物的配體G. Wilkinson，“綜合配位化學(xué)(Comprehensive Coordination Chemistry)，，，Pergamon Press, 1987 ；H. Yersin 和A. Volger，“配位化合物的光化學(xué)和光物理(Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds)，，，Springer-Verlag, 1987 ；以及 A. Yamamoto, “有機(jī)金屬化 f — S；石出禾口用(Organic Metal Chemistry-Basics and Applications)，，，Shokabo，1982。
配體的具體實(shí)例包括鹵素配體(優(yōu)選的是氯配體)；芳香碳環(huán)配體(例如，環(huán)戊二烯基陰離子、苯陰離子或者萘基陰離子，其碳數(shù)是5至30，更優(yōu)選碳數(shù)是6至30，還更優(yōu)選碳數(shù)是6至20，最優(yōu)選碳數(shù)是6至12)；含氮的雜環(huán)配體(例如，苯基吡啶、苯并喹啉、羥基喹啉、聯(lián)吡啶或菲咯啉，其碳數(shù)是5至30，更優(yōu)選碳數(shù)是6至30，還更優(yōu)選碳數(shù)是6至20， 最優(yōu)選碳數(shù)是6至12) ；二酮配體(例如乙酰丙酮)；碳酸配體(例如，乙酸配體，其碳數(shù)是 2至30，更優(yōu)選碳數(shù)是2至20，還更優(yōu)選碳數(shù)是2至16)；醇鹽配體(例如，酚鹽配體，其碳數(shù)是1至30，更優(yōu)選碳數(shù)是1至20，還更優(yōu)選碳數(shù)是6至20)；甲硅烷氧基配體(例如，三甲基甲硅烷氧基配體、二甲基-叔丁基甲硅烷氧基配體(Iigandsfs)、三苯基甲硅烷氧基配體等，其碳數(shù)為3至40，更優(yōu)選碳數(shù)是3至30，還更優(yōu)碳數(shù)是3至20)；—氧化碳配體；異硝基(isonitryl)配體、氰基配體、含磷配體(例如，三苯基膦配體等，其碳數(shù)為3至40，更優(yōu)選碳數(shù)是3至30，還更優(yōu)選碳數(shù)是3至20，最優(yōu)選碳數(shù)是6至20)；硫醇鹽配體(例如，苯基硫醇鹽配體等，其碳數(shù)為1至30，更優(yōu)選碳數(shù)是1至20，還更優(yōu)碳數(shù)是6至20)；以及氧化膦配體(例如，三苯基氧化膦配體等，其碳數(shù)為3至30，更優(yōu)選碳數(shù)是8至30，還更優(yōu)選碳數(shù)是18至30)。在這些配體中，含氮的雜環(huán)配體是尤其優(yōu)選的。
配合物在其化合物中可以有一個(gè)過(guò)渡金屬原子，或可以是含有兩個(gè)以上過(guò)渡金屬原子的雙核配合物。配合物中可以包含不同種類的金屬原子。
發(fā)光摻雜劑的具體實(shí)例包括磷光發(fā)射化合物，其公開于美國(guó)專利6，303，238 和 6，097，147，國(guó)際專利公布 WO 00/57676、WO 00/70655、WO 01/08230、WO 01/39234、WO 01/41512、WO 02/02714、WO 02/15645、WO 02/44189 和 WO 05/19373，歐洲專利 1211257， 以及日本未審查專利公布 2001-247859、2002-302671、2002-117978、2003-133074、 2002-235076、2003-123982、2002-170684、2002-226495、2002-234894、2001-247859、 2001-298470、2002-173674、2002-203678、2002-203679、2004-357791、2006-256999、 2007-019462、2007-084635和2007-096259。在上面專利文件中公開的磷光發(fā)射化合物中， Ir配合物、Pt配合物、Cu配合物、Re配合物、W配合物、Rh配合物、Ru配合物、Pd配合物、 Os配合物、Eu配合物、Tb配合物、Gd配合物、Dy配合物、以及Ce配合物是優(yōu)選的。特別優(yōu)選的是Ir配合物、Pt配合物、以及Re配合物，而還更優(yōu)選包含金屬一碳鍵、金屬一氮鍵、金屬一氧鍵、以及金屬一硫鍵中的至少一種配位形式的Ir配合物、Pt配合物、以及Re配合物。 再進(jìn)一步，從發(fā)光效率、驅(qū)動(dòng)耐久性和色溫的角度看，包含具有三個(gè)或更多配位結(jié)合位點(diǎn)的多齒配體的Ir配合物、Pt配合物、以及Re配合物是特別優(yōu)選的。
通常的熒光發(fā)射摻雜劑的實(shí)例包括苯并螺唑、聚苯并咪唑、苯并噻唑、苯乙烯基苯、聚苯、二苯基丁二烯、四苯基丁二烯、萘二甲酰亞胺、香豆素、吡喃、紫環(huán)酮(perinone)、 嗯二唑、醛連氮、吡咯烷(pyralidine)、環(huán)戊二烯、雙苯乙烯基蒽、喹吖啶酮、吡咯并吡啶、 噻二唑并吡啶、環(huán)戊二烯、苯乙烯胺、芳香族二次甲基化合物、稠合多環(huán)芳香族化合物(蒽、 菲咯啉、芘、茈、紅熒烯、并五苯等)、以8-羥基喹啉金屬配合物為代表的各種金屬配合物、 吡咯甲川(pyromethane)配合物、以及稀土配合物；聚合物化合物如聚噻吩、聚苯撐以及聚苯撐乙烯撐；有機(jī)硅烷；它們的衍生物。
發(fā)光摻雜劑的具體實(shí)例在下面示出。然而，發(fā)光摻雜劑不限于這些化合物。

權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，所述發(fā)光元件包括 基板；一對(duì)電極，所述一對(duì)電極形成于所述基板的表面上；以及發(fā)光層，所述發(fā)光層被夾在所述一對(duì)電極之間；所述一對(duì)電極中的至少一個(gè)是透光性電極，光通過(guò)在所述一對(duì)電極之間施加電壓而從所述發(fā)光層發(fā)射，并且所述光從所述發(fā)光層的表面朝向所述透光性電極那側(cè)輸出；其特征在于所述發(fā)光元件還包括光散射層，所述光散射層被設(shè)置在所述透光性電極的表面上，用于散射在該表面產(chǎn)生的瞬逝光；所述光散射層具有第一散射部和第二散射部，所述第一散射部具有凹凸結(jié)構(gòu)和比所述發(fā)光層的折射率更低的折射率，所述第二散射部至少填充所述第一散射部的所述凹凸結(jié)構(gòu)中的凹部的底部，并具有與所述第一散射部的折射率不同的折射率；并且在所述凹部的底部和所述透光性電極的所述表面之間的距離小于或等于所述瞬逝光的穿透深度。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第二散射部由填充部和薄膜層構(gòu)成，所述填充部填充所述凹部，所述薄膜層形成于所述填充部和所述凹凸結(jié)構(gòu)中的凸部上。
3.如權(quán)利要求1和權(quán)利要求2中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，所述發(fā)光元件還包括保護(hù)層，所述保護(hù)層被設(shè)置在所述光散射層的朝向所述透光性電極的那側(cè)的相反側(cè)的表面上。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其中所述第一散射部的折射率和所述保護(hù)層的折射率近似相同。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于 所述第二散射部由金屬形成。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第二散射部由電介質(zhì)形成，所述電介質(zhì)的折射率高于所述第一散射部的折射率。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，所述發(fā)光元件還包括半透/半反性金屬膜，所述半透/半反性金屬膜被設(shè)置在所述透光性電極和所述光散射層之間。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于 所述發(fā)光層是有機(jī)化合物層。
9.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于 所述發(fā)光層是無(wú)機(jī)化合物層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，所述發(fā)光元件通過(guò)透明電極輸出發(fā)射光，具有高效率的光輸出，能夠在不損害電極層或者發(fā)光層的情況下制備。構(gòu)造發(fā)光元件(1)配備有形成于基板(10)表面上的陽(yáng)極(21)，透光性陰極(22)，和被夾在陽(yáng)極(21)和陰極(22)之間的發(fā)光層(30)。光從朝向透光性電極(22)一側(cè)的表面(1s)輸出，所述光通過(guò)在兩個(gè)電極之間施加電壓而由發(fā)光層(30)發(fā)射。光散射層(40)被設(shè)置在透光性電極(22)的表面(1s)上，用于散射在表面(1s)所產(chǎn)生的瞬逝光(Le)。光散射層(40)具有第一散射部(41)，其具有凹凸結(jié)構(gòu)和比發(fā)光層(30)的折射率更低的折射率；和第二散射部(42)，其至少填充第一散射部(41)的凹凸結(jié)構(gòu)中的凹部(41a)的底部，且具有與第一散射部(41)的折射率不同的折射率。凹部(41a)的底部和透光性電極(22)表面之間的距離(D)小于或者等于瞬逝光(Le)的穿透深度(d)。
文檔編號(hào)G02B5/02GK102187735SQ200980141128
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
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