專利名稱：具有光提取介電層的有機(jī)雙面發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠通過兩個(gè)相對面發(fā)射光的有機(jī)發(fā)光二極管，其包括-透明或半透明襯底；-有機(jī)場致發(fā)光層，其能夠發(fā)光且沉積在所述襯底上，該層插入在下電極與上電極之間，每個(gè)電極均是透明的或半透明的。
因此，這就是所謂的頂部發(fā)射(top-emitting)和底部發(fā)射(bottom-emitting)二極管。這種二極管可以具有上電極是陰極的常規(guī)結(jié)構(gòu)或上電極是陽極的反向結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還涉及這種二極管的陣列，特別是照明板或諸如視頻圖像顯示器之類的顯示器中包含的陣列。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)US 6 762 436描述了上述類型的二極管和顯示器。
文獻(xiàn)EP 1 076 368、EP 1 439 589和EP 1 443 572描述了僅通過一面發(fā)光的二極管，其中介電層與下透明電極或上透明電極接合(見EP1 439 589中的圖4d)。該介電層(附圖標(biāo)記22，由ZnS20％ SiO2材料制成)具有減少對發(fā)射通過該介電層所接合到的透明或半透明電極的光的吸收的功能。
根據(jù)所述文獻(xiàn)，如下所述地，在折射率(index)和厚度方面，使該減少吸收的介電層適合與其接合的電極的金屬層，以提高對發(fā)射光的提取。
文獻(xiàn)EP 1 076 368指出(具體見§17)在相對較厚(20nm)的金屬層上添加介電層可以使電極的透射率加倍(從30％增加到60％)。
文獻(xiàn)EP 1 439 589中的示例和數(shù)據(jù)表同樣表明了這一點(diǎn)
-針對底部發(fā)光二極管的示例2和表2銀透明陽極；具有幾乎相同的銀厚度(17.5nm和18.5nm)，添加減少吸收的介電(ITO)層使二極管的亮度增加了6.5％；以及-針對頂部發(fā)光二極管的示例4和表4銀透明上陰極；雖然銀厚度增加了50％(20.3nm，相對于沒有介電層時(shí)的13.7nm)，但是由ZnS-20％SiO2制成的61.4nm的介電層使亮度增加了14％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高通過兩個(gè)相對面發(fā)光的有機(jī)二極管的發(fā)光效率。根據(jù)本發(fā)明，介電層與每個(gè)電極接合，包括有電極及其介電層的每個(gè)堆疊(stack)適配為獲得最大反射率而不再是最少吸收，同時(shí)保持充分透明的電極，以限制吸收損耗。由于這種高反射率，二極管能夠受益于光學(xué)空腔效應(yīng)，雖然兩個(gè)電極是透明或半透明的，但是它們之間沒有吸收損耗。應(yīng)該注意，雖然文獻(xiàn)US 6 124 024中規(guī)定了與層厚度有關(guān)的多個(gè)條件，但是其中任何位置都沒有公開與電極的固有透明性相結(jié)合的最大反射率。應(yīng)該注意，文獻(xiàn)US 5 652 067中的確教導(dǎo)了在襯底與下電極之間插入下介電層，但是該層對于紫外線輻射是透明的，而對于二極管發(fā)射的光不透明，該層的厚度也并不適配為與下電極相結(jié)合而獲得最大反射率。
更確切地，本發(fā)明的主題是一種有機(jī)發(fā)光二極管，其能夠通過兩個(gè)相對面發(fā)光，并包括-透明或半透明襯底；-有機(jī)場致發(fā)光層，能夠發(fā)光并沉積在所述襯底上，所述層插入在下電極與上電極之間，每個(gè)電極是透明或半透明的；以及-插入在所述襯底與所述下電極之間的下介電層、以及覆蓋所述上電極的上介電層。
因此，在與場致發(fā)光層相對的一側(cè)，上介電層覆蓋上電極，從而可以用作與空氣或另一種環(huán)境介質(zhì)的界面，在這種情況下，該上介電層還優(yōu)選地用作封裝和保護(hù)層，保護(hù)有機(jī)層，防止其受到來自空氣的氧氣或水蒸氣的腐蝕。下和上介電層均不是文獻(xiàn)EP 1 406 474中所述的散射層，而是針對發(fā)射光的固有透射率優(yōu)選地為85％或更高的透明層。
當(dāng)電流通過場致發(fā)光層在下電極與上電極之間流動(dòng)時(shí)，場致發(fā)光層發(fā)射光。
優(yōu)選地，下電極和上電極的材料均具有大于1.6的折射率。
優(yōu)選地，下電極包括與上介電層接觸的下導(dǎo)電層，上電極包括與上介電層接觸的上導(dǎo)電層。
優(yōu)選地，適配所述上介電層的材料和厚度d2以及所述上導(dǎo)電層的材料和厚度d3，以使在該堆疊上估計(jì)的對所述發(fā)射光的反射率近似為最大值。
優(yōu)選地，適配所述下介電層的材料和厚度d6以及所述下導(dǎo)電層的材料和厚度d5，以使在該堆疊上估計(jì)的對所述發(fā)射光的反射率近似為最大值。
所述堆疊的反射率包括這些固有透明或半透明層之間的干涉效應(yīng)，適配所述干涉效應(yīng)，以獲得高反射率。由于透明性，所以吸收損耗非常小，由于通過干涉效應(yīng)獲得的高反射率，優(yōu)化了電極之間的光學(xué)空腔，并改善了光提取。
例如，因?yàn)橄潞?或上導(dǎo)電層的材料和厚度(d5和/或d3)是固定的，特別是基于低電阻率標(biāo)準(zhǔn)而固定的，所以給出了發(fā)射光在該堆疊上的反射率作為對應(yīng)下或上介電層的厚度(d6和/或d2)的函數(shù)而變化的曲線示出了最小值和最大值，這反映了界面處的干涉現(xiàn)象。根據(jù)本發(fā)明，選擇與該曲線的最大值相對于的介電層厚度(d6和/或d2)。
通過以這種方式優(yōu)化兩個(gè)堆疊，在兩個(gè)電極之間獲得光學(xué)空腔，這對于光提取是最優(yōu)的。
優(yōu)選地-從所述下導(dǎo)電層發(fā)射的所述光的固有透射率等于或大于85％，對于ITO層，這與極限厚度150nm相對應(yīng)；以及-從所述上導(dǎo)電層發(fā)射的所述光的固有透射率等于或大于85％，對于ITO層，這與極限厚度150nm相對應(yīng)。
術(shù)語“固有透射率”應(yīng)該理解為與干涉效應(yīng)無關(guān)地估計(jì)的層本身或相鄰層的透射率。
總之，根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)發(fā)光二極管包括-有機(jī)場致發(fā)光層，能夠發(fā)光，所述層插入在透明或半透明的下電極與透明或半透明的上電極之間；以及-介電層，與每個(gè)電極相接觸地放置在與所述有機(jī)場致發(fā)光層相對的一側(cè)，并適配為與所述電極相結(jié)合時(shí)獲得所述發(fā)射光的最大反射率。
優(yōu)選地，上導(dǎo)電層的材料與下導(dǎo)電層的材料相同。
根據(jù)另一實(shí)施例，所述有機(jī)場致發(fā)光層優(yōu)選地包括發(fā)射性有機(jī)子層(sublayer)和至少一個(gè)非發(fā)射性上有機(jī)子層，所述非發(fā)射性上有機(jī)子層插入在上電極和所述發(fā)射性子層之間，并且其厚度適配為使所述發(fā)射性有機(jī)子層厚度的中間與所述上電極之間的分隔距離Zup近似滿足以下方程zup=λ2n4(r-φup2π)]]>-其中r是任意整數(shù)；-其中λ是接近發(fā)射光的最大發(fā)射度的波長，n4是在該波長上有機(jī)場致發(fā)光層的平均折射率；以及-其中φup是經(jīng)過上電極反射之后發(fā)射光光線的相移。
該方程表述了發(fā)射光與從上電極反射的光之間的相長干涉。
優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)施例，有機(jī)場致發(fā)光層包括發(fā)射性有機(jī)子層和至少一個(gè)非發(fā)射性下有機(jī)子層，所述非發(fā)射性下有機(jī)子層插入在下電極和所述發(fā)射性子層之間，并且其厚度適配為使所述發(fā)射性有機(jī)子層厚度的中間與所述下電極之間的分隔距離Zlow近似滿足以下方程Zlow=λ2n4(q-φlow2π)]]>-其中q是任意整數(shù)；-其中λ是接近發(fā)射光的最大發(fā)射度的波長，n4是在該波長上有機(jī)場致發(fā)光層的平均折射率；以及-其中φlow是經(jīng)過下電極反射之后發(fā)射光光線的相移。
該方程表述了發(fā)射光與從下電極反射的光之間的相長干涉。
一般而言，非發(fā)射性下有機(jī)子層適配用于注入或傳輸?shù)谝活愝d流子，非發(fā)射性上有機(jī)子層適配用于注入或傳輸?shù)诙愝d流子，載流子類型分別與電子和空穴相對應(yīng)。
優(yōu)選地，所述上介電層的材料與所述下介電層的材料相同。
優(yōu)選地，適配所述有機(jī)場致發(fā)光層的厚度d4，以獲得下電極與上電極之間發(fā)射光的相長干涉。
該相長干涉有利地提高了通過兩個(gè)電極的發(fā)射光的提取，從而改善了二極管的發(fā)光效率。
本發(fā)明的另一主題是圖像顯示器或照明板，其包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的二極管，其特征在于這些二極管由相同襯底支持。
優(yōu)選地，所述多個(gè)二極管形成二維二極管陣列，其對角線比40cm短。因?yàn)轱@示器的尺寸較小，所以在該顯示器的整個(gè)寬度和整個(gè)高度上獲得了良好的顯示均勻性。
優(yōu)選地，對于所述多個(gè)二極管，所述上電極是公共的。


通過閱讀如下描述，借助非限制性示例并參照附圖，將更加清楚地理解本發(fā)明，附圖中-圖1是包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的二極管的組件的示意剖面圖；以及-圖2描繪了在根據(jù)圖1所示實(shí)施例的包括每個(gè)電極及其介電層的堆疊中，光發(fā)射率作為該介電層厚度(以nm為單位)的函數(shù)而發(fā)生的變化。
具體實(shí)施例方式
以下采用一些非限制性變體及其制造過程中的一些步驟，并參照圖1，描述根據(jù)本發(fā)明的二極管或二極管陣列的一個(gè)實(shí)施例。
制造過程開始于用于襯底7，例如包括二極管驅(qū)動(dòng)電路的透明玻璃板或透明或半透明的有源矩陣。文獻(xiàn)US 2004-155846描述了現(xiàn)有技術(shù)中透明有源矩陣的示例。該透明或半透明襯底具有旨在用作陰極的透明或半透明下電極或下電極陣列，在適當(dāng)情況下，每個(gè)電極與襯底上的控制電路的輸出相連。這里，下電極由導(dǎo)電下層5形成，導(dǎo)電下層5由厚度為d5＝150nm的ITO(氧化銦錫)制成。在沉積該ITO層之前，沉積由硒化鋅(ZnSe)制成的介電層6，如下確定所述層的厚度d5。
由于下導(dǎo)電層5的ITO的厚度較小，這里是150nm，所以對于發(fā)射光，下電極的透射率等于或大于85％。該ITO透射率數(shù)據(jù)是從現(xiàn)有技術(shù)中獲得的數(shù)據(jù)，例如在2003年7月發(fā)表的David Vaufrey所著的論文中，并在法國里昂的Electronics，Optoelectronics and MicrosystemsLaboratory of the Ecole Centrale得到證明。在IDMC 2005(年鑒711到713頁)中發(fā)表的Ping-Wei Tzeng等所著的題為“The improvement ofITO film with high work function on OLED applications”的文章中也已論述了與ITO有關(guān)的透射率數(shù)據(jù)。
在圖2中，附圖標(biāo)記為“d6”的曲線示出了層5和6的堆疊的反射率作為層6的厚度d6(以nm為單位)而發(fā)生的變化，該曲線用于選擇與該曲線的最大值近似對應(yīng)的值d6＝50nm。在與沉積用以形成二極管的有機(jī)場致發(fā)光層的最大發(fā)射度近似對應(yīng)的550nm的波長上測量這些層的堆疊的反射率。
在ITO層5上采用原來已知的方式沉積有機(jī)場致發(fā)光層4，有機(jī)場致發(fā)光層4由以下堆疊形成-摻雜銫的4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BPhen)的子層12，用于注入和傳輸電子；-大約為4，7-二苯基-1，10-菲咯啉((BPhen)的子層13，厚度大約為10nm，用于阻擋空穴；-發(fā)射性子層11，厚度為20nm，適配為在電流流經(jīng)它時(shí)發(fā)射綠光，對于波長λ＝550nm，該子層的發(fā)射度是最大值；-2，2’，7，7’-四(N，N-二苯基氨基)-9，9’螺二芴(Spiro-TAD)的子層14，厚度大約為10nm，用于阻擋電子；以及-摻雜F4-TCNQ的2，2’，7，7’-四(N，N-二-間甲基苯基氨基)-9，9’螺二芴(Spiro m-TTB)的子層15，用于注入和傳輸空穴。
接著，在由此獲得的有機(jī)場致發(fā)光層上沉積ITO的導(dǎo)電上層3，厚度也為d5＝150nm，用于形成二極管的上電極。由于上導(dǎo)電層3的ITO的厚度較小，這里是150nm，所以對于發(fā)射光，上電極的透射率等于或大于85％。
接著，沉積硒化鋅(ZnSe)的上介電層2，如下確定其厚度d2。硒化鋅的折射率為2.6，從而實(shí)質(zhì)上是大于1.6的。
在圖2中，附圖標(biāo)記為“d2”的曲線示出了層3和2的堆疊的反射率作為層2的厚度d2(以nm為單位)而發(fā)生的變化，該曲線用于選擇與該曲線的最大值近似對應(yīng)的值d2＝50nm。在與沉積用以形成二極管的有機(jī)場致發(fā)光層的最大發(fā)射度近似對應(yīng)的550nm的波長上估計(jì)這些層的堆疊的反射率。
因此，在襯底7上由下介電層6、下導(dǎo)電層5、有機(jī)場致發(fā)光層4、上導(dǎo)電層3和上介電層2形成的堆疊形成了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有機(jī)場致發(fā)光二極管或二極管陣列。在二極管陣列的情況下，上導(dǎo)電層3和上介電層2優(yōu)選地覆蓋所有二極管。因此，對于所有二極管，上電極是公共的，這使制造更加方便。
因?yàn)橐环矫鎸?和6的堆疊以及另一方面層3和2的堆疊均調(diào)整以獲得二極管所發(fā)射的光的最大反射，所以，在遵守特定幾何標(biāo)準(zhǔn)的情況下，位于二極管的下電極與上電極之間的空間形成光學(xué)空腔，并提供了能夠最優(yōu)地改善發(fā)射光的提取的技術(shù)效果。以下將具體說明這些標(biāo)準(zhǔn)。
為了獲得和優(yōu)化該空腔效應(yīng)，將建立方程，這些方程定義了發(fā)射性有機(jī)子層11厚度的中間與下導(dǎo)電層5之間的大致分隔距離Zlow、以及該發(fā)射性有機(jī)子層厚度的中間與上導(dǎo)電層3之間的大致分隔距離Zup。將根據(jù)這些方程推導(dǎo)有機(jī)場致發(fā)光層4的總厚度d4。
這里考慮以下參數(shù)-λ，接近以上定義的發(fā)射光的最大發(fā)射度的波長；以及n4，在該波長上有機(jī)場致發(fā)光層的平均折射率；以及-φlow，經(jīng)過下電極反射之后，在該波長上發(fā)射光光線的相移；以及φup，經(jīng)過上電極反射之后，在該波長上發(fā)射光光線的相移。
對空穴注入和/或傳輸子層12的厚度進(jìn)行大致選擇，以使距離Zlow近似等于Zlow=λ2n4(q-φlow2π)]]>其中q是任意整數(shù)。該方程表述了發(fā)射光與從下電極反射的光之間的相長干涉。
對電子注入和/或傳輸子層15的厚度進(jìn)行大致選擇，以使距離Zup近似等于Zup=λ2n4(r-φup2π)]]>其中r是任意整數(shù)。該方程表述了發(fā)射光與從上電極反射的光之間的相長干涉。
在不背離本發(fā)明的前提下，可以采用圖形優(yōu)化方法來代替計(jì)算Zlow和Zup的算術(shù)方法。為了確定Zlow，采用三維圖表，該圖表示出了經(jīng)由二極管底部發(fā)射并通過下電極的、作為d4和Zlow的函數(shù)的光強(qiáng)度，該圖表可以確定Zlow＝70nm。為了確定Zup，采用三維圖表，該圖表示出了經(jīng)由二極管頂部發(fā)射并通過上電極的、作為d4和Zup的函數(shù)的光強(qiáng)度，該圖表可以確定Zup＝70nm。應(yīng)該注意，d4＝Zlow+Zup＝140nm使得可以獲得來自二極管的最強(qiáng)發(fā)射，即最大提取。
上述所有相長干涉均有利地促進(jìn)了通過二極管兩個(gè)電極的光的提取，從而改善了二極管的發(fā)光效率。
根據(jù)值Zlow和Zup，進(jìn)行如下推導(dǎo)-用于注入和傳輸電子的摻雜銫的BPhen子層12的厚度，即70nm(Zlow)-10nm(子層13的厚度)-10nm(發(fā)射性子層11的厚度的一半)＝50nm；以及-用于注入和傳輸空穴的Spiro m-TTB子層15的厚度，即70nm(Zup)-10nm(子層14的厚度)-10nm(發(fā)射性子層11的厚度的一半)＝50nm。
通過以上已描述的本發(fā)明所特有的特征的結(jié)合，獲得了展示出良好發(fā)光效率的頂部發(fā)射發(fā)光二極管或二極管陣列。
本發(fā)明也應(yīng)用于在其中通過摻雜有機(jī)層而注入電荷的有機(jī)場致發(fā)光二極管或顯示器。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，顯而易見的是在不背離所附權(quán)利要求的范圍的前提下，本發(fā)明可以應(yīng)用于其他類型的二極管、照明板或顯示器。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)發(fā)光二極管，其能夠通過兩個(gè)相對面發(fā)光，并包括-透明或半透明襯底(7)；-有機(jī)場致發(fā)光層(4)，能夠發(fā)光并沉積在所述襯底上，所述層插入在下電極與上電極之間，每個(gè)電極是透明或半透明的；以及-下介電層(6)，插入在所述襯底(7)與所述下電極之間，并與所述下電極的下導(dǎo)電層(5)接觸；以及上介電層(2)，覆蓋所述上電極，并與所述上電極的上導(dǎo)電層(3)接觸；所述二極管的特征在于-適配所述上介電層(2)的材料和厚度d2以及所述上導(dǎo)電層(3)的材料和厚度d3，以使在所述層的堆疊(3，2)上估計(jì)的所述發(fā)射光的反射率近似為最大值；以及-適配所述下介電層(6)的材料和厚度d6以及所述下導(dǎo)電層(5)的材料和厚度d5，以使在所述層的堆疊(6，5)上估計(jì)的所述發(fā)射光的反射率近似為最大值。
2.如權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于-從所述下導(dǎo)電層(6)發(fā)射的所述光的固有透射率等于或大于85％。
3.如權(quán)利要求2所述的二極管，其特征在于-從所述上導(dǎo)電層(3)發(fā)射的所述光的固有透射率等于或大于85％。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的二極管，其特征在于，下介電層(6)的材料和上介電層(2)的材料均具有大于1.6的折射率。
5.如權(quán)利要求4所述的二極管，其特征在于，下介電層(6)和上介電層(2)均具有等于或大于85％的發(fā)射光固有透射率。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的二極管，其特征在于，所述上導(dǎo)電層(3)的材料與所述下導(dǎo)電層(5)的材料相同。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的二極管，其特征在于，所述上介電層(2)的材料與所述下介電層(6)的材料相同。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的二極管，其特征在于，所述有機(jī)場致發(fā)光層(6)包括發(fā)射性有機(jī)子層(11)和至少一個(gè)非發(fā)射性上有機(jī)子層(14，15)，所述非發(fā)射性上有機(jī)子層(14，15)插入在上電極(3)和所述發(fā)射性子層(11)之間，并且其厚度適配為使所述發(fā)射性有機(jī)子層(11)厚度的中間與所述上電極(3)之間的分隔距離Zup近似滿足以下方程Zup=λ2n4(r-φup2π)]]>-其中r是任意整數(shù)；-其中λ是接近發(fā)射光的最大發(fā)射度的所述波長，n4是在該波長上有機(jī)場致發(fā)光層的平均折射率；以及-其中φup是經(jīng)過上電極反射之后發(fā)射光光線的相移。
9.如權(quán)利要求8所述的二極管，其特征在于，有機(jī)場致發(fā)光層(6)包括發(fā)射性有機(jī)子層(11)和至少一個(gè)非發(fā)射性下有機(jī)子層(12，13)，所述非發(fā)射性下有機(jī)子層(12，13)插入在下電極(5)和所述發(fā)射性子層(11)之間，并且其厚度適配為使所述發(fā)射性有機(jī)子層(11)厚度的中間與所述下電極(5)之間的分隔距離Zlow近似滿足以下方程Zlow=λ2n4(q-φlow2π)]]>-其中q是任意整數(shù)；-其中λ是接近發(fā)射光的最大發(fā)射度的所述波長，n4是在該波長上有機(jī)場致發(fā)光層的平均折射率；以及-其中φlow是經(jīng)過下電極反射之后發(fā)射光光線的相移。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的二極管，其特征在于，適配所述有機(jī)場致發(fā)光層(4)的厚度d4，以獲得下電極與上電極之間發(fā)射光的相長干涉。
11.一種圖像顯示器或照明板，其包括多個(gè)如前述權(quán)利要求之一所述的二極管，特征在于這些二極管由相同襯底支持。
全文摘要
一種二極管包括有機(jī)場致發(fā)光層(4)，插入在下透明電極(5)與上透明電極(3)之間；以及介電層(6，2)，與每個(gè)電極(5，3)接觸并與有機(jī)場致發(fā)光層(4)相對而放置，并適配為與所述電極(6，2)相結(jié)合時(shí)獲得發(fā)射光的最大反射率。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化了光提取以及發(fā)光效率。包括這些二極管的陣列的顯示器或照明板。
文檔編號H01L51/52GK101080827SQ200580043544
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者克里斯托夫·費(fèi)里, 埃里克·馬塞琳-迪邦 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司