專利名稱：包括電介質(zhì)覆蓋層的有機(jī)發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供有機(jī)發(fā)光器件、其制造方法，以及包括多個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的陣列。
背景技術(shù)：
在最近幾年中，移動(dòng)信息和電信設(shè)備如筆記本電腦和個(gè)人數(shù)字助理經(jīng)歷了快速發(fā)展。相應(yīng)的設(shè)備變得越來越輕和越來越高效。當(dāng)前平板顯示器對(duì)于這種設(shè)備變得越來越普遍?，F(xiàn)在，所謂的液晶顯示器(LCD)被用作平板顯示器，雖然LCD具有某些缺點(diǎn)，比如需要背光以及有限的視角。
除了液晶之外，有機(jī)發(fā)光二極管，即所謂的有機(jī)LED或OLED也可以用于平板顯示器。這種有機(jī)LED具有更高的發(fā)光效率以及增加的視角。有機(jī)LED的基本特征是特殊有機(jī)材料的電致發(fā)光。特殊有機(jī)材料在一級(jí)近似上確定相應(yīng)的有機(jī)LED所發(fā)出的光的顏色即波長(zhǎng)。
圖1顯示已知的有機(jī)LED 100的示意圖。普通的有機(jī)LED 100包括通常由玻璃或類似的透明材料制成的襯底101。陽極層102在襯底101上形成。優(yōu)選地，陽極層102由具有相對(duì)高的功函數(shù)的材料制成，并且對(duì)于可見光基本是透明的。因此，陽極層102的典型材料是氧化銦錫(ITO)。電致發(fā)光材料層103在陽極層102上形成，其用作有機(jī)LED 100的發(fā)光層103。形成發(fā)光層103的普通材料是聚合物比如聚(對(duì)苯撐乙烯)(PPV)以及分子比如三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)。在分子的情況中，發(fā)光層103典型地包括幾個(gè)分子層。由具有較低功函數(shù)的材料比如鋁(Al)、鈣(Ca)或鎂(Mg)制成的陰極層104在發(fā)光層103上形成。陰極層104和陽極層102在操作上連接到電源105。
電致發(fā)光以及有機(jī)LED的基本原理如下。陽極層102和陰極層104將電荷載流子即電子和空穴注入到發(fā)光層103即激活層。在發(fā)光層103中電荷載流子被傳輸，并且具有相反電荷的電荷載流子形成所謂的激子即激發(fā)態(tài)。激子通過產(chǎn)生光而輻射地衰變到基態(tài)。然后所產(chǎn)生的光由有機(jī)LED發(fā)射透過由透明材料比如ITO制成的陽極層102。所產(chǎn)生的光的顏色依賴于用于有機(jī)層103的材料。
此外，所謂的多層有機(jī)LED是已知的。多層有機(jī)LED包括多個(gè)陰極層和/或多個(gè)有機(jī)層和/或多個(gè)陽極層。通過使用多個(gè)有機(jī)層，與包括單個(gè)有機(jī)層的有機(jī)LED相比可以增加有機(jī)LED的效率。在該多個(gè)有機(jī)層的兩個(gè)有機(jī)層之間的邊界面可以用作減少至少一種電荷載流子類型(電子或空穴)的流過二極管的電流的阻擋層。因此，該至少一種電荷載流子類型在邊界面處積聚，因此電子和空穴的再結(jié)合可能性增加，導(dǎo)致有機(jī)LED的更高效率。
在應(yīng)用物理快報(bào)第78卷第4期(2001年1月22日)第544-546頁L.S.Hung等人的“超薄LiF/Al雙層在有機(jī)表面發(fā)光二極管中的應(yīng)用”中，公開一種有機(jī)LED，其中將所產(chǎn)生的光發(fā)射透過有機(jī)LED的陰極而不是將光發(fā)射透過陽極。這種有機(jī)LED的示意說明在圖2中顯示。氧化銦錫(ITO)層201被提供作為有機(jī)LED 200的襯底。α-萘基苯基聯(lián)苯胺(NPB)層202在ITO襯底201上形成，以用作空穴傳輸層。在ITO襯底201下面形成反射銀鏡209。Alq3層203在空穴傳輸層202上形成，以用作電子-傳輸/發(fā)射層。此外，陰極204在Alq3層203上形成。
陰極204由多個(gè)陰極層形成為所謂的多層陰極結(jié)構(gòu)，其在光學(xué)上是透射性的，并且作為有機(jī)LED的電子注入接觸是高效的。多層陰極結(jié)構(gòu)包括氟化鋰(LiF)的超薄層205、作為電子注入接觸的Al層206，以及用于薄層電阻減小的銀層207。此外，用于增強(qiáng)光透射的透明電介質(zhì)層208在多層陰極結(jié)構(gòu)上形成。該透明電介質(zhì)層208用于增加光發(fā)射透過陰極204即多層陰極結(jié)構(gòu)的效率。
在該有機(jī)LED中，所產(chǎn)生的光被發(fā)射透過陰極204。這種有機(jī)LED也稱作頂發(fā)射有機(jī)LED。頂發(fā)射是可能的，因?yàn)殛帢O204包括LiF/Al雙層。LiF層205的合理厚度給出為大約0.3nm，并且Al層206的合理厚度為0.1nm～1.0nm。對(duì)于電介質(zhì)層208，可以使用所謂的覆蓋層Alq3或MgO。
該有機(jī)LED的一個(gè)缺點(diǎn)在于，必須針對(duì)有機(jī)LED的顏色，即特定有機(jī)LED所發(fā)射的光的波長(zhǎng)，來調(diào)整折射性的電介質(zhì)層208的厚度。也就是，發(fā)射不同顏色的每個(gè)有機(jī)LED必須具有不同的折射層208的厚度，以便增加有機(jī)LED的效率。因此，當(dāng)制造包含發(fā)射不同顏色的有機(jī)LED的平板顯示器時(shí)，每種顏色的有機(jī)LED的折射電介質(zhì)層208的厚度是不同的。為了示意地說明該缺點(diǎn)，將圖2分成了三個(gè)部分2a、2b、2c。左邊的一個(gè)，稱作圖2a，其描繪用于發(fā)射相對(duì)短波長(zhǎng)的光例如藍(lán)光的有機(jī)LED，并且具有相對(duì)薄的折射電介質(zhì)層208。中間的一個(gè)，稱作圖2b，其描繪用于發(fā)射中等波長(zhǎng)的光例如綠光或黃光的有機(jī)LED，并且具有比圖2a中所示的折射電介質(zhì)層208厚的折射電介質(zhì)層208。右邊的一個(gè)，稱作圖2c，其描繪用于發(fā)射相對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光例如紅光的有機(jī)LED，并且具有比圖2a和2b中所示的那些厚的折射電介質(zhì)層208。隨著波長(zhǎng)增加，需要在折射電介質(zhì)層208中更長(zhǎng)的光程長(zhǎng)度，以便實(shí)現(xiàn)折射電介質(zhì)層208的目的，也就是增加有機(jī)LED的光輸出。此外，有機(jī)LED的α-萘基苯基聯(lián)苯胺(NPB)層202和Alq3層203的厚度也必須調(diào)整。
因此，在具有多個(gè)紅、綠和藍(lán)像素的，其中每個(gè)像素用單個(gè)有機(jī)LED來實(shí)現(xiàn)的顯示器中，對(duì)應(yīng)每種顏色具有不同的層厚度的折射電介質(zhì)層208必須沉積在有機(jī)LED上。這導(dǎo)致包括多個(gè)有機(jī)LED的顯示器的復(fù)雜且難以處理的制造方法，也就是對(duì)于折射電介質(zhì)層208的每個(gè)厚度，單獨(dú)的工藝步驟是必需的。
這種有機(jī)LED的又一個(gè)缺點(diǎn)在于，雖然折射電介質(zhì)層208增強(qiáng)了光輸出即發(fā)光強(qiáng)度，但是有機(jī)LED的對(duì)比率仍然是相對(duì)低的。
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)有機(jī)LED和包括多個(gè)有機(jī)LED的顯示器的至少一些缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種有機(jī)發(fā)光器件，其包括多層結(jié)構(gòu)，具有第一電極、第二電極、布置在第一電極和第二電極之間的至少一個(gè)有機(jī)材料層，以及布置在第二電極上的電介質(zhì)覆蓋層。覆蓋層選擇為具有這樣的效果，即外部光的反射率降低，同時(shí)在該至少一個(gè)有機(jī)材料層中產(chǎn)生的光透過覆蓋層的向外耦合增加。優(yōu)選地，可以選擇這樣的材料，其允許選擇其厚度，在該厚度下反射率降低到局部最小值，并且在相同厚度下所產(chǎn)生的光的向外耦合，也稱作亮度，也處于或接近局部最小值。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供了一種制造有機(jī)發(fā)光器件的方法，該器件具有第一電極、第二電極、布置在第一電極和第二電極之間的至少一個(gè)有機(jī)材料層，以及布置在與第一電極相對(duì)的第二電極的一側(cè)上的，包括與第二電極相對(duì)的用于發(fā)射在該至少一個(gè)有機(jī)材料層中產(chǎn)生的光的外表面的覆蓋層。該方法包括步驟提供第一電極，在第一電極上形成至少一個(gè)有機(jī)層，在該至少一個(gè)有機(jī)層上形成第二電極，以及在第二電極上形成覆蓋層。通過覆蓋層，降低了外部光的反射率，并且增加了覆蓋層的在該至少一個(gè)有機(jī)材料層中產(chǎn)生的光的向外耦合。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供了多個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的陣列。每個(gè)有機(jī)發(fā)光器件包括多層結(jié)構(gòu)，具有第一電極、第二電極、布置在第一電極和第二電極之間的至少一個(gè)有機(jī)材料層，以及布置在與第一電極相對(duì)的第二電極上的電介質(zhì)覆蓋層，其中覆蓋層包括與第二電極相對(duì)的用于發(fā)射在該至少一個(gè)有機(jī)材料層中產(chǎn)生的光的外表面。每個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的覆蓋層實(shí)現(xiàn)了降低外部光的反射率，同時(shí)增加在該至少一個(gè)有機(jī)材料層中產(chǎn)生的光透過覆蓋層的向外耦合。該多個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的至少一個(gè)有機(jī)發(fā)光器件發(fā)出與該多個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的另一個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的光的顏色不同顏色的光。此外，該多個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的每個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的覆蓋層具有基本上相等的厚度。優(yōu)選地，調(diào)整該厚度，使得對(duì)于第一電極和第二電極的選定的一組材料，降低外部光的反射率，同時(shí)增加在該至少一個(gè)有機(jī)材料層中產(chǎn)生的光透過覆蓋層的向外耦合。
本發(fā)明的獨(dú)特特征在于，有機(jī)發(fā)光器件(OLED)的覆蓋層可以表現(xiàn)出跨越整個(gè)覆蓋層的相同厚度，同時(shí)降低整個(gè)OLED即整個(gè)OLED堆疊的反射率，并且增加發(fā)亮強(qiáng)度即發(fā)光強(qiáng)度。發(fā)明者驚訝地發(fā)現(xiàn)同時(shí)改善反射率和亮度是可能的，因此導(dǎo)致具有更高發(fā)光強(qiáng)度和效率的以及更高對(duì)比率的有機(jī)發(fā)光器件(LED)。
根據(jù)本發(fā)明的OLED陣列的優(yōu)點(diǎn)在于，每個(gè)OLED的覆蓋層的厚度可以選擇為基本上是相同的，而不管每個(gè)單個(gè)OLED所發(fā)射的光的顏色。因此，OLED陣列例如顯示器的制造方法可以簡(jiǎn)化。此外，可以用這種方式制造陣列，使得發(fā)光表面即由覆蓋層的外表面形成的表面基本上是平坦表面。例如，發(fā)光表面可以形成為平面，或者在下面的OLED層已經(jīng)是彎曲的情況下形成為曲面。
在本上下文中，從第二電極和覆蓋層之間的邊界面到覆蓋層的外表面而測(cè)量覆蓋層的厚度。此外，表達(dá)“反射率”應(yīng)當(dāng)理解為整個(gè)OLED器件的反射率，即反射光的強(qiáng)度和入射光的強(qiáng)度的比值。特別地，通過降低整個(gè)OLED器件的反射率，降低外部光即外部源例如太陽或辦公室中的人造光源的入射光的反射?？梢酝ㄟ^將覆蓋層的厚度調(diào)節(jié)到某個(gè)厚度，使得從一個(gè)邊界面例如OLED的覆蓋層的外表面反射的入射光以及從另一個(gè)邊界面例如與第一電極層相鄰的有機(jī)層與OLED的第一電極之間的邊界面反射的另一個(gè)入射光之間發(fā)生相消性干涉，來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
此外，在附加權(quán)利要求書中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)發(fā)光器件而描述實(shí)施方案，而且實(shí)施方案涉及根據(jù)本發(fā)明的方法并且涉及包括多個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的陣列。
第一電極可以包括多個(gè)子層。
在一種實(shí)施方案中，第一電極包括反射層。優(yōu)選地，將反射層布置在第一電極上并與該至少一個(gè)有機(jī)材料層相對(duì)，也就是將第一電極布置在反射層和該至少一個(gè)有機(jī)材料層之間。
優(yōu)選地，反射層可以包括電介質(zhì)層。在另一種實(shí)施方案中，反射層包括金屬層，特別地是鋁層或銀層。
反射層提供可以增加有機(jī)發(fā)光器件的效率的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗a(chǎn)生的光從反射層向第二電極的方向反射。特別地，鋁是用作OLED的反射層的合適材料，因?yàn)樗軌蛉菀椎匾云胀ǖ募庸げ襟E處理，并且是低成本材料。此外，鋁容易被處理而表現(xiàn)出高反射率，因此如果以例如在此引用作為參考的WO 03/055275中所描述的某種方式處理表面，則適合于提供同時(shí)可以用作OLED的電極的反射層。通過使用反射層，與發(fā)射透過透明第一電極的OLED，即所謂的透過襯底發(fā)射的OLED相比，頂發(fā)射OLED的效率可以增加到更高的值。
優(yōu)選地，第一電極包括氧化銦錫。氧化銦錫(ITO)是用作OLED的第一電極的合適材料，因?yàn)镮TO是透明的并且表現(xiàn)出相對(duì)高的功函數(shù)。
在又另一種實(shí)施方案中，有機(jī)發(fā)光器件包括布置在第一電極和第二電極之間的多個(gè)有機(jī)材料層。通過使用多個(gè)有機(jī)材料層，還可以進(jìn)一步增加OLED的效率。多個(gè)有機(jī)材料層的兩個(gè)有機(jī)材料層之間的邊界面可以擔(dān)當(dāng)防止至少一種電荷載流子類型(電子或空穴)的電流流過OLED的阻擋。因此，該至少一種電荷載流子類型在邊界面積聚，因此電子和空穴的再結(jié)合概率增加，這導(dǎo)致OLED的更高效率。
在又另一種實(shí)施方案中，第二電極包括多個(gè)第二電極子層。優(yōu)選地，第二電極包括LiF層，和/或Al層，和/或Li2O層，和/或CsF層，和/或苯甲酸鋰層，和/或丙酮酸鋰，和/或鈣層，和/或鎂層，和/或鈦層，和/或銀層。所有這些材料都是適合于作為第二電極材料的材料，并且提供相對(duì)低的功函數(shù)。特別地，包括LiF層和/或Al層的第二電極是高效的，因?yàn)樗峁┫鄬?duì)低的功函數(shù)。同時(shí)，具有薄的LiF/Al層的第二電極適合于將由OLED產(chǎn)生的光從那里發(fā)射透過。LiF層的適當(dāng)厚度處于0.3nm的范圍內(nèi)，而Al層的適當(dāng)厚度為0.1nm～1.0nm。
優(yōu)選地，調(diào)節(jié)覆蓋層的厚度，以減小不同光波長(zhǎng)的外部光源的反射率。通過調(diào)節(jié)覆蓋層的厚度使得它改善不同光波長(zhǎng)的器件性能，以容易的方式制造包括發(fā)射不同光顏色的OLED的顯示器是可能的。因?yàn)楦采w層的厚度對(duì)于不同光顏色例如紅、綠和藍(lán)優(yōu)選地基本上是相同的。
此外，如果對(duì)于不同的顏色使用具有不同厚度的電子和/或空穴傳輸層，那么也可以調(diào)節(jié)覆蓋層的厚度，以補(bǔ)償電子和/或空穴傳輸層的厚度上的這些差異，提供OLED陣列的平滑表面?？梢酝ㄟ^對(duì)于不同波長(zhǎng)選擇具有合適折射率的材料使得可以獲得OLED的平滑或平坦的表面來實(shí)現(xiàn)該調(diào)節(jié)。也就是，選擇不同顏色的覆蓋層的材料和/或材料的折射率，使得不同顏色的光程長(zhǎng)度的差異與不同顏色的電子和/或空穴傳輸層的厚度上的差異是相同的。光程長(zhǎng)度是這樣的，使得減小OLED的幾種顏色的反射率，優(yōu)選地整個(gè)OLED即整個(gè)OLED堆疊的反射率，并且增加發(fā)亮強(qiáng)度即發(fā)光強(qiáng)度。
在又另一種實(shí)施方案中，覆蓋層包括多個(gè)覆蓋子層。優(yōu)選地，每個(gè)覆蓋子層的折射率是不同的。各個(gè)覆蓋子層的折射率可以相對(duì)于各個(gè)覆蓋子層離第一電極的距離而單調(diào)地增加或減小。子層的折射率的單調(diào)增加或單調(diào)減小以描述方式在覆蓋層的厚度上提供覆蓋層的折射率的梯度。
根據(jù)一種實(shí)施方案，覆蓋層包括具有反常色散的材料。通過將具有反常色散的材料用于覆蓋層，獲得適合于不同光波長(zhǎng)的覆蓋層是可能的，雖然發(fā)射不同顏色的光的OLED的覆蓋層具有相同的厚度。這是可能的，因?yàn)榫哂蟹闯Ｉ⒌牟牧想S增加的光波長(zhǎng)具有增加的折射率的事實(shí)。因此，對(duì)于覆蓋層的使用是至關(guān)重要的光程長(zhǎng)度隨波長(zhǎng)而增加。因此，隨波長(zhǎng)的折射率的增加與光程長(zhǎng)度的增加可以彼此匹配。因此，可以獲得覆蓋層的厚度對(duì)于所有覆蓋層是相同的，而不管相應(yīng)OLED例如發(fā)射紅、綠或藍(lán)光的OLED所發(fā)射的光的顏色。
覆蓋層的材料可以是PbSe，和/或PbS，和/或ZnSe，和/或ZnS，和/或PbTe。所有這些材料是這樣的材料，其在普通OLED涉及的波長(zhǎng)區(qū)間即可見光的區(qū)間尤其是大約400nm～700nm的全部或部分上表現(xiàn)出反常色散。用于覆蓋層的合適材料具有1.6～4，優(yōu)選地2～3的折射率。覆蓋層的材料的色散最優(yōu)選地處于這樣的范圍，使得折射率對(duì)于400nm波長(zhǎng)的光大約是2.3，并且對(duì)于700nm波長(zhǎng)的光大約是2.7。但是，具有類似于1.6～2.2的更低折射率或類似2.8～4的更高折射率的材料與沒有覆蓋層的OLED相比已提供改善。因此，使用這些材料，可以用容易的方式獲得依靠覆蓋層的關(guān)于降低覆蓋層的外表面的反射率以及關(guān)于增加覆蓋層的透射率的改善。
在另一種實(shí)施方案中，覆蓋層包括鐵電材料和/或液晶材料。鐵電材料以及液晶材料表現(xiàn)出控制材料的折射率的可能性。因此，可以控制折射率以及結(jié)合折射率控制光程長(zhǎng)度。因此，可以調(diào)節(jié)折射率以及計(jì)算對(duì)于選定的一組第一電極例如陽極和第二電極例如陰極材料的用于減小外部光的反射率的，同時(shí)增加所產(chǎn)生的光透過覆蓋層的向外耦合的覆蓋層的厚度?？梢钥刂畦F電材料和液晶材料，以用作具有反常色散的材料，尤其是用作具有可控色散的材料。
可以將覆蓋層布置在第三電極和第四電極之間。通過將包括鐵電材料或液晶材料的覆蓋層布置在兩個(gè)電極之間，提供了控制覆蓋層的折射率的有效方式。這些材料根據(jù)它們所遭受的電場(chǎng)的強(qiáng)度而改變它們的折射率。因此，通過將覆蓋層布置在第三和第四電極之間以及改變由這些電極提供的電場(chǎng)，可以模擬覆蓋層的反常色散，單獨(dú)地設(shè)置每種顏色的折射率。例如，液晶材料MBBA(p-甲氧基-亞卞基-p’-丁基苯胺)和BMAOB(p-丁基-p’-甲氧基-偶氮苯酚)分別將它們的折射率從1.5改變成1.8以及從1.6改變成2.0。在液晶材料作為覆蓋層的情況中，優(yōu)選地以這種方式例如用類金剛石碳處理第三電極，使得液晶材料與液晶材料層所在的層的取向一致。根據(jù)本發(fā)明，第一電極或第二電極也可以用作第三電極。
概括地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過提供在OLED的一個(gè)電極層上形成的電介質(zhì)覆蓋層，增加了頂反射有機(jī)發(fā)光器件(OLED)例如有機(jī)發(fā)光二極管或當(dāng)電流流過器件時(shí)發(fā)光的任意器件的發(fā)光強(qiáng)度尤其是對(duì)比率?？梢赃x擇表現(xiàn)出該特性的合適材料用于提供該有利的功能。在更優(yōu)選的方式中，可以選擇這樣的材料，在覆蓋層厚度的預(yù)先確定范圍內(nèi)，優(yōu)選地在0～50nm，其發(fā)光隨覆蓋層厚度的增加而增加。在甚至更優(yōu)選的方式中，可以選擇這樣的材料，在預(yù)先確定的厚度范圍內(nèi)，其反射率隨覆蓋層厚度的增加而降低，并且更優(yōu)選地在相同的厚度范圍內(nèi)可用于發(fā)光增加。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以選擇覆蓋層的厚度，在該厚度上發(fā)光顯示至少局部最大值，并且在該厚度上反射率顯示或相當(dāng)接近于至少局部最小值。相當(dāng)接近在這里可以解釋為處于離下一個(gè)最小值10nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地離最小值甚至低于5nm的距離。可以依賴于OLED將光發(fā)射透過哪個(gè)電極的選擇，在OLED陽極或陰極上形成電介質(zhì)覆蓋層?？梢哉{(diào)節(jié)覆蓋層的厚度，以便在物理上可能的范圍內(nèi)將外部光的反射以及所產(chǎn)生的光透過覆蓋層的外部耦合改善到期望的值。特別地，可以用這樣的方式確定厚度，使得厚度對(duì)于OLED所發(fā)射的不同光波長(zhǎng)是相等的。
特別地，通過調(diào)整覆蓋層的表面的反射率，降低了外部源的入射光的反射，從而改善了OLED的對(duì)比率。可以通過將覆蓋層的厚度調(diào)節(jié)到某個(gè)厚度，使得從一個(gè)邊界面例如OLED的覆蓋層的外表面反射的入射光以及從另一個(gè)邊界面例如第一有機(jī)層與OLED的第一電極例如陽極之間的邊界面反射的另一個(gè)入射光之間發(fā)生相消性干涉，來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
優(yōu)選地，覆蓋層由表現(xiàn)出反常色散的電介質(zhì)材料制成，使得通過覆蓋層的光程長(zhǎng)度隨透射光的波長(zhǎng)增加而增加。盡管常規(guī)電介質(zhì)材料顯示正常色散，但是某些電介質(zhì)材料例如窄帶隙半導(dǎo)體比如PbTe、PbSe、某些玻璃或液體，或PbS，或ZnS，或ZnSn，或它們的組合顯示反常色散，因此使這些材料具有資格作為適合于被選擇用于覆蓋層的材料。通過使用反常色散材料，光程長(zhǎng)度在給定的覆蓋層厚度上隨波長(zhǎng)的增加而增加，盡管顯示正常色散的常規(guī)電介質(zhì)材料表現(xiàn)出光程長(zhǎng)度隨波長(zhǎng)的增加而降低。
覆蓋層的材料的折射率優(yōu)選地對(duì)于400nm的波長(zhǎng)大約是2.3，并且對(duì)于700nm的波長(zhǎng)大約是2.7。但是，具有1.6～2.2的更低折射率或者大于2.7的更高折射率的材料與沒有覆蓋層的OLED相比已提供改善。因此，通過將顯示反常色散的電介質(zhì)材料用于覆蓋層，提供了一種簡(jiǎn)單方式以允許使用布置在發(fā)射不同顏色光的OLED的陰極上的覆蓋層的相同厚度。這導(dǎo)致對(duì)于不同OLED即發(fā)射不同顏色光的OLED的陣列的具有較少制圖工作的簡(jiǎn)化制造方法的優(yōu)點(diǎn)。
可選地或另外地，覆蓋層可以包括具有可以通過外部電場(chǎng)設(shè)置的折射率的鐵電材料或液晶材料。因此，如果將包括這些材料的覆蓋層夾在兩個(gè)電極之間，那么可以單獨(dú)地設(shè)置每種顏色即發(fā)射一種顏色光的每個(gè)OLED的折射率。
本發(fā)明描述制造對(duì)于所有顏色具有統(tǒng)一的覆蓋層厚度的器件的方法并且甚至提供具有電可調(diào)節(jié)光學(xué)特征的OLED的方法。本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)在于，可以這樣調(diào)整覆蓋層，使得除了獲得改善的光輸出之外，還獲得反射率的降低，從而實(shí)現(xiàn)更高的對(duì)比率。
此外，除了調(diào)節(jié)覆蓋層的厚度之外，例如通過降低反射率同時(shí)增加層的向外耦合效率即增加OLED的光輸出，可以調(diào)節(jié)OLED的所有層的厚度，以優(yōu)化OLED。也可以針對(duì)視角即用戶觀看OLED的角度來調(diào)節(jié)向外耦合效率。通過使用在OLED的不同層之間的不同邊界反射的光線之間的相消性干涉的效果，可以獲得通過厚度的調(diào)節(jié)的反射率的降低。通過選擇具有預(yù)先確定折射率和吸收系數(shù)的電極金屬，可以精細(xì)地調(diào)節(jié)干涉。為了相消性干涉，使用處于干涉的光線之間的λ/2的相對(duì)相移，即波長(zhǎng)的一半或半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。如果所有振幅都匹配，則發(fā)生完全湮滅。
可以通過單層或通過多層結(jié)構(gòu)即所謂的堆疊來形成OLED的陽極和/或陰極和/或有機(jī)層。此外，可以在OLED的一側(cè)上形成反射層，以增加OLED的效率。反射層可以包括金屬材料或電介質(zhì)材料。


在下面參考在附圖中表示的實(shí)施方案來說明本發(fā)明，其中圖1顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的普通有機(jī)發(fā)光二極管的示意圖；圖2顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)成有機(jī)發(fā)光二極管的發(fā)射不同波長(zhǎng)光的三個(gè)子像素的示意圖；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的，構(gòu)成有機(jī)發(fā)光器件的陣列的示意圖；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案的有機(jī)發(fā)光器件的示意圖；以及圖5顯示關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的OLED的仿真的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
圖3a-c顯示構(gòu)成有機(jī)發(fā)光器件(OLED)的三個(gè)子像素的陣列的示意圖。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，有機(jī)發(fā)光器件是有機(jī)發(fā)光二極管。陣列300的每個(gè)OLED包括襯底309。在所示的實(shí)施方案中，襯底309是在其上形成氧化銦錫(ITO)層301的玻璃襯底。在玻璃襯底309下面，即與ITO層301相對(duì)，形成鏡層310。ITO層301用作有機(jī)發(fā)光二極管的第一電極例如陽極，并且連接到在圖3中沒有顯示的電源。形成鏡層310以增OLED的效率?？梢岳缤ㄟ^銀層或電介質(zhì)材料來形成這種鏡層310。
可選地，可以用鋁層來形成陽極301。在該情況中，可以通過處理陽極301的鋁層，使得陽極301的鋁具有反射能力并自己擔(dān)當(dāng)鏡層，來形成鏡層310。如果用電介質(zhì)反射材料來形成鏡層310，那么鏡層310不用作電極，使得在電介質(zhì)鏡層310的情況中布置單獨(dú)的電極層。
可以在ITO層301上形成OLED的激活部分即OLED的有機(jī)部分。在圖3中所示的OLED中，激活部分包括兩個(gè)子層。第一子層302形成為空穴傳輸層302。可以用α-萘基苯基聯(lián)苯胺(NPB)或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他等價(jià)材料制成空穴傳輸層302。第二子層303形成為電子傳輸層并且可以用三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)來制成?？蛇x地，激活部分可以包括例如由Alq3制成的單個(gè)發(fā)射層。第一子層302以及第二子層303的優(yōu)選厚度每個(gè)大約為60nm。可以用表現(xiàn)出電致發(fā)光的有機(jī)材料，例如聚合物，比如聚(對(duì)苯撐乙烯)(PPV)來制成OLED的有機(jī)部分。
包括多個(gè)子層302、303的激活部分可以用來增加OLED的效率。激活部分的兩個(gè)子層302、303之間的邊界面可以擔(dān)當(dāng)減少或阻礙至少一種電荷載流子類型(電子或空穴)流過OLED的阻擋者。因此，該至少一種電荷載流子類型在邊界面處積聚，因此增加了電子和空穴的再結(jié)合概率，這導(dǎo)致OLED的更高效率。
在激活部分上形成多層結(jié)構(gòu)即所謂的堆疊。多層結(jié)構(gòu)用作OLED的第二電極例如陰極。因此，圖3a-c中所示的示意OLED包括多層陰極結(jié)構(gòu)，即包括多個(gè)層的陰極。多層陰極結(jié)構(gòu)的第一層305是氟化鋰(LiF)層305。LiF層305的優(yōu)選厚度是大約0.3nm。在激活部分302、303上形成多層陰極結(jié)構(gòu)的第一層305。在第一層305上形成多層陰極結(jié)構(gòu)的第二層306。第二層306由鋁(A1)制成，并具有0.1nm～0.6nm的優(yōu)選厚度。在圖3a-c中所示的實(shí)施方案中，多層陰極結(jié)構(gòu)也包括第三層307。第三層307由銀制成，并具有大約20nm的優(yōu)選厚度。銀層307的目的是減小陰極的電阻。
陰極不局限于多層陰極結(jié)構(gòu)，而是也可以由單個(gè)層制成。包括鋁或鈣或鎂或鎂銀合金的材料可以用于這種單層陰極。典型地，如果鈣或鎂層的厚度與鋁層的厚度相同，則具有鈣或鎂陰極的OLED提供在可見光譜例如大約550nm波長(zhǎng)上的比具有由鋁制成的陰極的OLED所提供的亮度高大約30％的亮度。
在陰極堆疊上，即在圖3中的陰極堆疊的第三電極307上形成覆蓋層308。覆蓋層308在該例子中由在可見光即400nm～700nm波長(zhǎng)的光的范圍內(nèi)表現(xiàn)出反常色散的電介質(zhì)材料制成。反常色散是這種類型的色散，其中折射率n隨角頻率ω增加而降低，也就是折射率n隨波長(zhǎng)λ增加而增加。覆蓋層308的合適材料是硒化鉛(PbSe)或硫化鉛(PbS)或硒化鋅(ZnSe)或硫化鋅(ZnS)或碲化鉛(PbTe)。顯示反常色散的材料的使用提供對(duì)于發(fā)射不同顏色的OLED使用相同厚度的覆蓋層308的可能性。
選擇覆蓋層308以具有降低外部光的反射同時(shí)增加OLED所產(chǎn)生的光透過覆蓋層308的向外耦合的效果。這是選擇材料和厚度的問題，如在這里更詳細(xì)地描述的。
雖然在圖3a-c中，對(duì)于不同的顏色，空穴傳輸層302和電子傳輸層303顯示為具有相同的厚度，但是電子和/或空穴傳輸層303、302也可以對(duì)于不同的顏色具有不同的厚度。在該情況中，還可以調(diào)節(jié)覆蓋層308的厚度，以補(bǔ)償電子和/或空穴傳輸層302、303的厚度上的這些差異，提供平滑或平坦的表面?？梢酝ㄟ^選擇對(duì)于不同的波長(zhǎng)具有合適的折射率的材料來實(shí)施該調(diào)節(jié)。也就是，選擇對(duì)于不同顏色的覆蓋層308的材料和/或材料的折射率，使得對(duì)于不同顏色的光程長(zhǎng)度上的差異與對(duì)于不同顏色的電子和/或空穴傳輸層的厚度上的差異是相同的。選擇光程長(zhǎng)度，使得降低整個(gè)OLED即整個(gè)OLED堆疊的反射率，并增加發(fā)光強(qiáng)度。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案的OLED 400的示意圖。在圖4的實(shí)施方案中，OLED 400包括含有銀的鏡層401。使用鏡層401通過將光反射回來而增加OLED的光輸出。在鏡層401上形成由氧化銦錫制成的電極層402。ITO層402用作OLED 400的第一電極例如陽極，并連接到圖4中沒有顯示的電源。可選地，可以由鋁制成陽極402，并且如果陽極402的鋁被處理，使得陽極402具有反射能力，則可以省略鏡層401。
在陽極402上形成OLED的激活部分403，即有機(jī)部分。在圖4中所示意顯示的OLED中，用作OLED的發(fā)射層的激活部分可以由Alq3制成。發(fā)射層403的優(yōu)選厚度大約是120nm。可選地，激活部分403可以形成為包括多個(gè)子層的多層，以增加OLED的效率，如結(jié)合圖3所描述的。
在激活部分403上形成第二電極層404。第二電極層404用作OLED的第二電極404例如陰極。在圖4中所示的示意OLED中，陰極404由鋁制成?？蛇x地，陰極404可以形成為多層陰極結(jié)構(gòu)，如結(jié)合圖3所描述的。
在陰極404上形成第三電極405。第三電極405用來控制由鐵電材料或液晶材料制成的并在第三電極405上形成的覆蓋層406的折射率。
在覆蓋層406上形成第四電極407。第三電極405和第四電極407用于控制覆蓋層406的折射率。
如已經(jīng)提到的，鐵電材料以及液晶材料表現(xiàn)出控制它們的折射率的可能性。因此，可以控制由這種材料形成的覆蓋層406的折射率，以及結(jié)合折射率控制光程長(zhǎng)度。因此，可以調(diào)節(jié)折射率以及計(jì)算使得整個(gè)OLED堆疊的反射率降低并且透過覆蓋層406的向外耦合增加的覆蓋層406的厚度。以描述的方式，可以說鐵電材料和液晶材料可以被控制，以用作具有反常色散的材料，尤其是用作具有可控色散的材料。
通過將包括鐵電材料或液晶材料的覆蓋層406布置在第三電極405和第四電極407之間，提供控制覆蓋層406的折射率的有效方式。這些材料根據(jù)當(dāng)前電場(chǎng)的強(qiáng)度改變它們的折射率。因此，通過將覆蓋層406布置在第三電極405和第四電極407之間，以及改變由這些電極405和407所提供的電場(chǎng)，可以模擬覆蓋層406的反常色散，單獨(dú)地設(shè)置每種顏色的折射率。可選地，OLED的第二電極404也可以用作第三電極405。在液晶材料作為覆蓋層406的情況中，優(yōu)選地以這種方式例如用類金剛石碳處理第三電極405，使得液晶材料對(duì)準(zhǔn)。
在圖5中顯示仿真的結(jié)果。執(zhí)行仿真，以顯示可以同時(shí)改善反射率和亮度的發(fā)明方面的可行性。在圖5中，顯示了關(guān)于白光的反射率以及紅、綠和藍(lán)光的發(fā)射光的亮度的仿真結(jié)果。此外，基于下面的OLED執(zhí)行仿真，該OLED包括玻璃襯底309、由鋁制成的具有70nm厚度的第一電極層301例如陽極層、由氟化碳(CFx)制成的具有5nm厚度的子層、由NPB制成的具有40nm～80nm厚度的用作空穴傳輸層的第一子層302，具有10nm厚度的發(fā)射層，由Alq3制成的具有40nm～70nm厚度的電子傳輸層303，以及由鋁制成的具有10nm厚度的第二電極305-307例如陰極。在陰極305-307上形成由ZnSe制成的覆蓋層308。在仿真中，在30nm～70nm以5nm為步長(zhǎng)改變覆蓋層308的厚度。此外，對(duì)于380nm～780nm的光波長(zhǎng)研究反射率和亮度，其中以20nm為步長(zhǎng)改變波長(zhǎng)。
圖5a顯示畫出綠光的向外耦合亮度以及白光的反射率對(duì)比覆蓋層308的厚度的曲線(Alq365nm，NPB55nm)。厚度在0nm～70nm之間變化。反射率顯示出從65％降低到大約45nm的覆蓋層厚度時(shí)的大約30％，然后在70nm的覆蓋層厚度時(shí)增加到50％。同時(shí)，向外耦合亮度從0nm厚的覆蓋層308時(shí)的相對(duì)值0.15增加到反射率具有其最小值時(shí)的45nm相同覆蓋層厚度時(shí)的最大值0.33。
圖5b顯示畫出藍(lán)光的反射率以及向外耦合亮度對(duì)比覆蓋層308的厚度的曲線。厚度在0nm～70nm之間變化(Alq355nm，NPB50nm)。藍(lán)光的亮度顯示出從0nm覆蓋時(shí)的0.15增加到35nm的相應(yīng)覆蓋層厚度時(shí)的最大值0.28，然后在70nm的覆蓋層厚度時(shí)稍微降低到0.16。相應(yīng)的反射率顯示出在35nm處具有最小值15％的相反行為。
圖5c顯示畫出紅光的亮度以及反射率對(duì)比覆蓋層308的厚度的曲線。厚度在0nm～70nm之間變化(Alq370nm，NPB55nm)。紅光的亮度顯示出從對(duì)應(yīng)于0nm的覆蓋層厚度的0.09增加到大約5nm的覆蓋層厚度時(shí)的最大值0.19，然后在70nm的覆蓋層厚度時(shí)降低到0.13。反射率則具有在45nm覆蓋時(shí)的最小值19％。
從圖5a、5b和5c可以看到，在白光的反射率的最小值時(shí)基本上在相同的覆蓋層下厚度獲得綠、紅和藍(lán)光的亮度的最大值是可能的。覆蓋層308的相應(yīng)厚度在35nm～45nm之間變化。因此，可以調(diào)節(jié)覆蓋層308的預(yù)先確定厚度，使得外部光源的反射率降低，而所產(chǎn)生的光透過覆蓋層308的向外耦合亮度增加。
概括地，在這里描述了制造對(duì)于所有顏色具有基本上唯一的覆蓋層厚度的改善顯示器的方法，以及提供具有電可調(diào)節(jié)光學(xué)特征的OLED的方法。本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)在于，可以這樣調(diào)整覆蓋層308，使得除了獲得改善的光輸出之外，還獲得反射率的降低，從而實(shí)現(xiàn)更高的對(duì)比率。
此外，除了調(diào)節(jié)覆蓋層308的厚度之外，例如通過降低反射率同時(shí)增加層的透射率即增加OLED的光輸出，可以調(diào)節(jié)OLED的所有層的厚度，以改善OLED。通過使用在OLED的不同層之間的不同邊界面反射的光線之間的相消性干涉的效果，可以獲得厚度的調(diào)節(jié)。為了相消性干涉，使用處于干涉的光線之間的λ/2即波長(zhǎng)的一半的相對(duì)相移。
雖然已詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)明白，在這里可以不背離在附加權(quán)利要求書中限定的發(fā)明的本質(zhì)和范圍而進(jìn)行各種改變、替代，以及變更。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)發(fā)光器件，包括多層結(jié)構(gòu)，具有第一電極(301)；第二電極(305-307)；布置在第一電極(301)和第二電極(305-307)之間的至少一個(gè)有機(jī)材料層(302，303)；以及電介質(zhì)覆蓋層(308)，布置在第二電極(305-307)上，提供外部光的反射率的降低、以及在該至少一個(gè)有機(jī)層材料層中產(chǎn)生的光透過覆蓋層(308)的向外耦合的增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)發(fā)光器件，還包括反射層(310)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的有機(jī)發(fā)光器件，其中反射層(319)包括電介質(zhì)層和金屬層中的一種，優(yōu)選地鋁層和銀層中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3～8之一的有機(jī)發(fā)光器件，其中將反射層(310)布置在與該至少一個(gè)有機(jī)材料層(302，303)相對(duì)的第一電極的一側(cè)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～7之一的有機(jī)發(fā)光器件，其中第一電極(301)包括氧化銦錫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5之一的有機(jī)發(fā)光器件，其中第二電極(305-307)包括LiF層，和/或Al層，和/或Li2O層，和/或CsF層，和/或苯甲酸鋰層，和/或丙酮酸鋰，和/或鈣層，和/或鎂層，和/或鈦層，和/或銀層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6之一的有機(jī)發(fā)光器件，其中調(diào)節(jié)覆蓋層(308)的厚度，以減小來自外部光源的光的、對(duì)于所述光的不同波長(zhǎng)的折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7之一的有機(jī)發(fā)光器件，其中覆蓋層(308)包括具有不同折射率的多個(gè)覆蓋子層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的有機(jī)發(fā)光器件，其中覆蓋子層的折射率相對(duì)于每個(gè)覆蓋子層離第一電極(301)的距離單調(diào)地增加或減小。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9之一的有機(jī)發(fā)光器件，其中覆蓋層(308)包括具有反常色散的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10之一的有機(jī)發(fā)光器件，其中覆蓋層(308)包括PbSe，和/或PbS，和/或ZnSe，和/或ZeS，和/或PbTe，鐵電材料，和/或液晶材料的一種或多種。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11之一的有機(jī)發(fā)光器件，其中將覆蓋層(308)布置在第三電極(405)和第四電極(407)之間。
13.一種用于制造有機(jī)發(fā)光器件的方法，該有機(jī)發(fā)光器件具有第一電極(301)、第二電極(305-307)、布置在第一電極(301)和第二電極(305-307)之間的至少一個(gè)有機(jī)材料層(302，303)，以及布置在第二電極(305-307)上與第一電極相對(duì)的電介質(zhì)覆蓋層(308)，該覆蓋層包括與第二電極(305-307)相對(duì)的用于發(fā)射在該至少一個(gè)有機(jī)材料層(302，303)中產(chǎn)生的光的外表面，該方法包括步驟提供所述第一電極(301)；在第一電極(301)上形成所述至少一個(gè)有機(jī)層(302，303)；在該至少一個(gè)有機(jī)材料層(302，303)上形成所述第二電極(305-307)；以及在第二電極(305-307)上形成所述電介質(zhì)覆蓋層(308)，其中選擇覆蓋層(308)，以提供以下效果，即降低外部光的反射率以及增加在該至少一個(gè)有機(jī)材料層(302，303)中產(chǎn)生的光透過覆蓋層(308)的向外耦合。
14.一種具有至少兩個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的陣列，其中每個(gè)有機(jī)發(fā)光器件包括多層結(jié)構(gòu)，具有第一電極(301)；第二電極(305-307)；布置在第一電極(301)和第二電極(305-307)之間的至少一個(gè)有機(jī)材料層(302，303)；以及電介質(zhì)覆蓋層(308)，布置在第二電極(305-307)上與第一電極(301)相對(duì)，包括用于發(fā)射在該至少一個(gè)有機(jī)材料層(302，303)中產(chǎn)生的光的外表面，其中覆蓋層(308)提供外部光的降低的反射率以及在該至少一個(gè)有機(jī)層材料層(302，303)中產(chǎn)生的光透過覆蓋層(308)的增加的向外耦合，其中該至少兩個(gè)有機(jī)發(fā)光器件發(fā)射不同顏色的光，以及其中該至少兩個(gè)有機(jī)發(fā)光器件的每個(gè)的覆蓋層(308)具有基本上相同的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機(jī)發(fā)光器件，其包括多層結(jié)構(gòu)，具有第一電極、第二電極、布置在所述第一電極和所述第二電極之間的至少一個(gè)有機(jī)材料層，以及布置在所述第二電極上與所述第一電極相對(duì)的電介質(zhì)覆蓋層，其中所述覆蓋層包括與所述第二電極相對(duì)的用于發(fā)射在所述至少一個(gè)有機(jī)材料層中產(chǎn)生的光的外表面。覆蓋層具有這樣的效果，即外部光的反射率降低，同時(shí)在該至少一個(gè)有機(jī)材料層中產(chǎn)生的光透過所述覆蓋層的向外耦合增加。
文檔編號(hào)H01L51/52GK101044642SQ200580035824
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者西格弗里德·F.·卡格, 沃爾特·雷斯, ?？恕.·雷爾, 康斯坦斯·羅斯特, 中村肇 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司