專利名稱：具有促進(jìn)光提取的抗反射層的有機(jī)發(fā)光二極管和二極管面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠發(fā)射光的有機(jī)發(fā)光二極管，包括襯底；有機(jī)電致發(fā)光層，插入到下電極和部分透明的上電極之間，所述上電極包括連續(xù)的并且均勻厚度的透明導(dǎo)電子層，以及不透明電流分布金屬子層，所述金屬子層具有用于通過(guò)由所述電致發(fā)光層發(fā)射的光的窗口；以及透明電介質(zhì)抗反射層，經(jīng)由其外表面與一般是空氣的介質(zhì)接觸，并且經(jīng)由其內(nèi)表面與所述透明導(dǎo)電子層和所述不透明金屬子層接觸。
這就是稱為“頂部發(fā)射”二極管(即，在與襯底相對(duì)的一側(cè)發(fā)射的二極管)的原因。這種二極管可以具有其中上電極是負(fù)極的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或其中上電極是正極的相反結(jié)構(gòu)。
因此，該二極管的上電極至少是一個(gè)雙層，包括透明導(dǎo)電主要子層，確保進(jìn)入到所述電致發(fā)光層的電荷的均勻分布，以便在該層的厚度中產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)；以及不透明電流分布子層，例如本質(zhì)上用于增加所述上電極的導(dǎo)電性并且在所述電致發(fā)光層中發(fā)射的光可以通過(guò)其條之間的金屬柵格。
本發(fā)明還涉及這些二極管的陣列，尤其是形成照明或顯示的二極管陣列，尤其是圖像顯示器、面板。
例如在上述柵格的所述條上，所述不透明電流分布子層的環(huán)境光的反射，大大地退化了環(huán)境光中的所述二極管的發(fā)射對(duì)比度(emissioncontrast)。通過(guò)在所述二極管的整個(gè)有源表面上涂敷稱為“完整層”的均勻厚度的抗反射層，可以解決該問(wèn)題，但是該抗反射層然后有以下風(fēng)險(xiǎn)使所述上電極的總透明度退化，并且從而使所述二極管的發(fā)光效率退化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種在所述上電極的所述不同明區(qū)域中的這種層的抗反射功能和所述上電極的總光學(xué)性能之間的最優(yōu)化折衷，以便確保通過(guò)該電極提取由所述二極管發(fā)射的光方面的最佳性能。
為此目的，本發(fā)明的一個(gè)主題是能夠發(fā)光的有機(jī)發(fā)光二極管，包括襯底；能夠發(fā)光的有機(jī)電致發(fā)光層，插入到下電極和部分透明的上電極之間，設(shè)計(jì)成用于使電流通過(guò)所述有機(jī)電致發(fā)光層，并且因此在該層內(nèi)引起光的發(fā)射，所述上電極包括近似均勻厚度的至少一個(gè)透明導(dǎo)電子層和用于分布所述電流的金屬子層，該金屬子層分布成不透明區(qū)，在不透明區(qū)之間存在著該子層中的縫隙，形成作為由電致發(fā)光層發(fā)射的光的通道的縫隙；近似均勻厚度的透明電介質(zhì)抗反射層，經(jīng)由其外表面與通常為空氣的介質(zhì)接觸，并且經(jīng)由其內(nèi)表面與所述透明導(dǎo)電子層和所述不透明金屬子層接觸，其中，根據(jù)所述電流分布金屬子層的材料選擇所述電介質(zhì)抗反射層的材料和厚度，使得在與550nm接近的波長(zhǎng)λamb處正入射測(cè)量的所述不透明區(qū)的反射率小于0.1。
因此，將下電極本身插入到襯底和電致發(fā)光層之間。
優(yōu)選地，二極管還包括發(fā)射下層，設(shè)計(jì)成反射所述已發(fā)射的光，將所述層插入到所述襯底和所述有機(jī)電致發(fā)光層之間，或?qū)⑵浼傻揭r底中。
由于該反射下層，實(shí)質(zhì)上改善了由二極管發(fā)射的光的提取和二極管的發(fā)光效率。
優(yōu)選地，該反射下層由下電極形成，或作為所述下電極的集成部分，并且因此大體上是金屬性的并且是不透明的。
根據(jù)其他可能實(shí)施例將該反射下層插入到襯底和下電極之間，因此該反射下層是透明的或半透明的；將該反射下層插入到所述下電極和所述有機(jī)電致發(fā)光層之間；該反射下層是襯底的集成部分。在襯底由有源矩陣形成的情況下，反射下層可以由有源矩陣的層之一形成。
該反射下層可以由電介質(zhì)構(gòu)成，并且具有多層結(jié)構(gòu)(布拉格反射器)。
優(yōu)選地，電流分布金屬子層采取柵格的形式，所述柵格的條具有足夠大的厚度以實(shí)質(zhì)改善電流分布，同時(shí)在這些條之間留下足夠?qū)挼拇翱?，用于由電致發(fā)光層發(fā)射的光的通過(guò)。沿電流分布金屬子層的不透明區(qū)(尤其是條)的方向、由電致發(fā)光層發(fā)射的光通常反射離開二極管內(nèi)部的這些不透明區(qū)。因此，上電極是部分透明的，特別是因?yàn)殡娏鞣植冀饘僮訉拥牟煌该鲄^(qū)。
將電流分布金屬子層直接沉積到所述一個(gè)或多個(gè)透明或半透明導(dǎo)電子層中的透明導(dǎo)電子層上。其上直接沉積了電流分布子層的透明導(dǎo)電子層通常是基于諸如ITO(氧化銦錫)之類的半導(dǎo)體氧化物。可以將諸如銀之類的金屬用于該透明導(dǎo)電子層，在這種情況下其厚度非常小以便實(shí)質(zhì)上是透明的或至少是半透明的。還可以使用一個(gè)位于另一個(gè)上面的兩個(gè)透明導(dǎo)電子層，即基于銀的子層、然后是基于ITO的子層。所述至少一個(gè)透明或半透明的導(dǎo)電子層覆蓋二極管的整個(gè)有源區(qū)，并且通常不具有孔洞。其厚度在二極管的整個(gè)有源區(qū)上通常是恒定的。
由電致發(fā)光層反射的光經(jīng)由在電流分布金屬子層的不透明區(qū)之間形成的窗口或孔洞通過(guò)上電極。在這些不透明區(qū)的位置處，例如在上述柵格的條的位置處，優(yōu)選地，該金屬子層的表面導(dǎo)電率至少大于至少一個(gè)下面透明導(dǎo)電子層的表面導(dǎo)電率的10倍，以便確保對(duì)在上電極中流過(guò)的電流有效地進(jìn)行分布。
將透明電介質(zhì)抗反射層直接沉積到上述電流分布金屬子層上。因此，一方面，其經(jīng)由其內(nèi)表面與不透明區(qū)位置處的電流分布金屬子層接觸，并且另一方面，通過(guò)分布子層中的窗口與該透明導(dǎo)電子層接觸。根據(jù)本發(fā)明，由于用該抗反射層包覆不透明區(qū)，這些不透明區(qū)的位置處的環(huán)境光的反射率小于0.1。更精確地，在與550nm接近的波長(zhǎng)λamb處正入射測(cè)量該反射率?？紤]人眼的光譜靈敏度，所述波長(zhǎng)λamb與環(huán)境光中的最大發(fā)射度(emittance)的近似波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。
因此根據(jù)本發(fā)明，作為第一功能，透明電介質(zhì)層對(duì)于不透明電流分布導(dǎo)電子層提供對(duì)環(huán)境光的最優(yōu)化抗反射效果。因此改善了二極管在環(huán)境光中的發(fā)射對(duì)比度。
優(yōu)選地，如果n1是波長(zhǎng)λamb處所述介質(zhì)的光學(xué)指數(shù)(optical index)，對(duì)于所述電流分布金屬子層的指數(shù) 的材料，選擇所述電介質(zhì)抗反射層的在波長(zhǎng)λamb處測(cè)量的光學(xué)指數(shù)n2(λamb)的材料和厚度d2，指數(shù) 在相同的波長(zhǎng)λamb處測(cè)量，并且按照以下方式由其自變量n3及其相位Φ來(lái)限定n~3=n3eiΦ]]>以便近似滿足方程n2(λamb)=-(n1cos(φ)-n3+n3sin2(φ))n3n1(n1sin2(φ)+n3cos(φ)-n1)-(n1sin2(φ)+n3cos(φ)-n1)]]>由于材料的選擇，尤其由于抗反射層和電流分布層材料的選擇，獲得了上電極的不透明區(qū)上的環(huán)境光的較低或非常低的反射率，從而可觀地改善了二極管在環(huán)境光中的發(fā)射對(duì)比度。
另外，為了補(bǔ)充抗反射功能，優(yōu)選地，選擇所述電介質(zhì)抗反射層的在與550nm接近的波長(zhǎng)λamb處測(cè)量的指數(shù)n2(λamb)的材料和厚度d2，以便近似滿足方程d2=λamb4n2(λamb)(p-φ2-3π)]]>其中，p是任意偶數(shù)整數(shù)，并且Φ2-3是在電介質(zhì)抗反射層和電流分布金屬子層之間的界面處反射之后的波長(zhǎng)λamb的光線的相移。
給出d2值的方程這里表示電介質(zhì)抗反射層之內(nèi)的環(huán)境光的相消干涉(destructive interference)。由于抗反射層的該厚度，然后獲得了上電極上環(huán)境光的較低或非常低的反射率，從而進(jìn)一步地改善了環(huán)境光中二極管的發(fā)射對(duì)比度。
優(yōu)選地，所述電介質(zhì)抗反射層的材料和所述電流分布金屬子層的材料分別是
氮化硅和鉭的任意一種；或氧化鈦和來(lái)自鎳、鉻、鈦和釩的金屬；或硒化鋅和來(lái)自鎳、鉻、鈦和釩的金屬。
電介質(zhì)抗反射層和至少一個(gè)透明導(dǎo)電子層組成半反射上層，設(shè)計(jì)成部分地反射由電致發(fā)光層發(fā)射的所述光。按此方式組成的反射下層和該半反射上層限定了光學(xué)腔(optical cayity)。根據(jù)透明導(dǎo)電子層的材料和厚度選擇所述電介質(zhì)抗反射層的材料和厚度，使得半反射上層部分地反射已發(fā)射的光。
因此，二極管包括半反射上層，設(shè)計(jì)成部分地反射所述已發(fā)射光，并且至少被部分地集成到上部電極中。根據(jù)本發(fā)明，屬于該半反射上層的透明電介質(zhì)層因此提供最優(yōu)化效果作為第二功能，從而其最優(yōu)化該半反射上層的半反射特征。因此，近似均勻厚度的、并且因此有利地?zé)o需掩模進(jìn)行沉積的相同透明電介質(zhì)層既作為抗反射層也作為改善光學(xué)腔的側(cè)壁之一的反射率的層。
上電極還可以包括電荷注入子層，插入到有機(jī)電致發(fā)光層和透明導(dǎo)電子層之間，還可以形成半反射上層的一部分。
如果上電極是負(fù)極，可以選擇諸如鈣之類的具有較低功函數(shù)的金屬作為所述上電極；還可以使用LiF+Al類型的混合物。如果上電極是正極，可以選擇諸如銀或金之類的具有較高功函數(shù)的金屬作為所述上電極。
上電極可以包括第二半透明導(dǎo)電子層，當(dāng)將其插入到有機(jī)電致發(fā)光層和另一個(gè)透明導(dǎo)電子層之間時(shí)，尤其可以作為擴(kuò)散阻擋層。因此，該第二半透明導(dǎo)電子層還可以意欲防止上電極的成分?jǐn)U散到有機(jī)電致發(fā)光層中，以便防止其退化。優(yōu)選地，將銀用于該子層。
因?yàn)榉瓷湎聦雍桶敕瓷渖蠈佣x了用于由有機(jī)電致發(fā)光層發(fā)射的光的光學(xué)腔，優(yōu)選地，定義了該腔的這些層之間的距離d6適合于在該腔之內(nèi)獲得所發(fā)射光的相長(zhǎng)干涉(constructive interference)。有利地，該相長(zhǎng)干涉促進(jìn)了通過(guò)上電極的已發(fā)射光的提取，從而改善了二極管的發(fā)光效率。
優(yōu)選地，所述距離d6近似滿足以下方程
d6=λ2n6(q-φtot2π)]]>其中，q是任意整數(shù)；其中，λ是與所發(fā)射光的最大發(fā)射度接近的波長(zhǎng)，以及n6是該波長(zhǎng)λ處的有機(jī)電致發(fā)光層的平均指數(shù)。
其中，Φtot是從反射下層和半反射上層反射離開之后，所發(fā)射光線的總相移。
優(yōu)選地，至于半反射上層，組合選擇所述電介質(zhì)抗反射層在波長(zhǎng)λ處測(cè)量的指數(shù)n2和厚度d2、透明導(dǎo)電第一子層在波長(zhǎng)λ處測(cè)量的指數(shù)n4和厚度d4、以及適當(dāng)?shù)那闆r下透明導(dǎo)電第二子層在波長(zhǎng)λ處測(cè)量的指數(shù)n5和厚度d5，使得正入射時(shí)在該波長(zhǎng)λ處測(cè)量的所述多層和子層的迭層的反射率最大。有利地，這導(dǎo)致在該迭層的透明度和反射率之間的最佳折衷，這兩個(gè)因素有助于二極管的最佳發(fā)光效率。
根據(jù)涉及半反射上層的另一個(gè)實(shí)施例，該層可以具有如文獻(xiàn)US2003/184982中所述的多層電介質(zhì)結(jié)構(gòu)(布拉格反射器)，將其沉積在上電極上。該多層結(jié)構(gòu)可以用于包封二極管，如文獻(xiàn)WO 03/052842所述。
因此，通過(guò)增加光學(xué)腔效應(yīng)，進(jìn)一步地增加了該腔中的相長(zhǎng)干涉，從而改善了已發(fā)射光的提取和二極管的發(fā)光效率。
實(shí)際上，已經(jīng)根據(jù)導(dǎo)電性和透明度標(biāo)準(zhǔn)選擇了透明導(dǎo)電子層的材料，并且已經(jīng)根據(jù)操縱電荷注入的性能標(biāo)準(zhǔn)和阻擋擴(kuò)散到有機(jī)電致發(fā)光層中選擇了半反射上層，確定透明導(dǎo)電子層的厚度，以便獲得電致發(fā)光有機(jī)層中發(fā)射的光正入射時(shí)離開與半反射上層之間的界面的最大反射率。
優(yōu)選地，所述反射下層位于所述下電極和所述有機(jī)電致發(fā)光層之間的界面處，并且所述半反射上層位于所述上電極和所述有機(jī)電致發(fā)光層之間的界面處。
在這種情況下，每一個(gè)電極均具有反射功能。
那么，距離d6與電極之間的有機(jī)電致發(fā)光層的厚度相對(duì)應(yīng)，并且給出d6近似值的以上方程表示由下電極和上電極限制的光學(xué)腔中發(fā)射的光的相長(zhǎng)干涉。
優(yōu)選地，將有機(jī)電致發(fā)光層與反射下層分離的距離適合于獲得所述已發(fā)射的光和反射離開被該反射下層的光之間的相長(zhǎng)干涉。
優(yōu)選地，所述有機(jī)電致發(fā)光層包括發(fā)射有機(jī)子層和插入到所述反射下層和所述發(fā)射子層之間的至少一個(gè)非發(fā)射下有機(jī)子層，并且非發(fā)射下有機(jī)子層的厚度適合于使得所述反射下層的所述發(fā)射有機(jī)子層的中心分離的距離z近似滿足以下方程z=λ2n6(r-φinf2π)]]>其中，r是任意整數(shù)；其中，λ是與已發(fā)射光的最大發(fā)射度接近的所述波長(zhǎng)，以及n6是該波長(zhǎng)處的有機(jī)電致發(fā)光層的平均指數(shù)；以及其中，Φinf是從反射下層反射離開之后的已發(fā)射光線的相移。
發(fā)射有機(jī)子層的中心與該子層中與該子層的下表面和上表面大致等距的水平相對(duì)應(yīng)。
大體上，將非發(fā)射下有機(jī)子層設(shè)計(jì)成注入和/或輸送第一類型的載流子。優(yōu)選地，電致發(fā)光有機(jī)層還包括插入到上電極和所述發(fā)射子層之間的至少一個(gè)非發(fā)射上有機(jī)子層，并且優(yōu)選地，設(shè)計(jì)成注入和/或輸送第二類型的載流子。載流子類型與電子或空穴相對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明的目的還在于一種根據(jù)本發(fā)明的包括多個(gè)二極管的圖像顯示器或照明面板，其特征在于這些二極管由同一個(gè)襯底支撐。
優(yōu)選地，上電極為多個(gè)這些二極管所共用。該電極的透明導(dǎo)電子層在面板的整個(gè)有源區(qū)上延伸。
優(yōu)選地，共用上電極的不透明導(dǎo)電子層形成了該電極上的電流分布柵格。
總結(jié)以上主要特征，本發(fā)明的目的在于有機(jī)發(fā)光二極管和包括這些二極管的陣列的面板。該二極管包括插入到下電極和部分透明且半反射的上電極之間的有機(jī)電致發(fā)光層，所述有機(jī)電致發(fā)光層本身包括透明導(dǎo)電子層和電流分布金屬子層，例如不透明柵格。將電介質(zhì)抗反射層沉積到柵格上以改善環(huán)境光中的發(fā)射對(duì)比度，根據(jù)有利實(shí)施例將其設(shè)計(jì)成使上電極的半反射性能最優(yōu)化，從而通過(guò)光學(xué)腔效應(yīng)改善已發(fā)射光的提取。


根據(jù)閱讀作為非限制性示例并且參考附圖給出的以下描述，將更加清楚地理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的整個(gè)二極管的示意性剖面圖；圖2是在下電極和上電極之間的、根據(jù)圖1的二極管的有機(jī)子層迭層的詳細(xì)橫截面；圖3示出了金屬的最小反射率作為覆蓋這種金屬以便提供抗反射功能的電介質(zhì)層材料的“理論”指數(shù)的函數(shù)的變化，其中，每一條曲線示出了針對(duì)不同金屬(即，Ta、Cr、Ti、Ni和V)的變化；圖4示出了在根據(jù)第一實(shí)施例的二極管中、包括15nm鈣子層、d4厚的ITO子層和27nm的氧化鈦電介質(zhì)層的迭層反射率作為用作上層或子層的ITO層的厚度d4(以nm為單位)的函數(shù)的變化，其中每一條曲線示出了針對(duì)不同波長(zhǎng)(即，針對(duì)曲線R為636nm、針對(duì)曲線G為516nm、以及針對(duì)曲線B為452nm)的這種變化；圖5示出了根據(jù)第一實(shí)施例的二極管的光強(qiáng)(任意單位)作為該二極管的有機(jī)層的厚度d6(以nm為單位)的函數(shù)的變化，其中，每一條曲線示出了針對(duì)不同發(fā)射顏色(即，針對(duì)曲線R為紅色、針對(duì)曲線G為綠色、以及針對(duì)曲線B為藍(lán)色)的這種變化；圖6示出了在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的二極管中、包括15nm鈣子層、d4厚的氧化鈦?zhàn)訉雍?7nm的電介質(zhì)層的迭層反射率作為用作上層或子層的氧化鈦?zhàn)訉拥暮穸萪4(以nm為單位)的函數(shù)的變化，其中每一條曲線示出了針對(duì)不同波長(zhǎng)(即，針對(duì)曲線R為636nm、針對(duì)曲線G為516nm、以及針對(duì)曲線B為452nm)的這種變化；以及圖7示出了根據(jù)第二實(shí)施例的二極管的光強(qiáng)(任意單位)作為該二極管的有機(jī)層的厚度d6(以nm為單位)的函數(shù)的變化，其中，每一條曲線示出了針對(duì)不同發(fā)射顏色(即，針對(duì)曲線R為紅色、針對(duì)曲線G為綠色、以及針對(duì)曲線B為藍(lán)色)的這種變化。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將具體地參考圖1和圖2，利用幾個(gè)非限制性示例描述根據(jù)本發(fā)明的二極管或二極管陣列的第一實(shí)施例，及其制造中的一些步驟。
制作開始于襯底8，例如玻璃板或包括二極管驅(qū)動(dòng)器的有源矩陣。該襯底配置有意欲用作負(fù)極的反射金屬下電極7或所述電極的陣列，每一個(gè)下電極均與襯底上的驅(qū)動(dòng)器的輸出相連。這里，一個(gè)或更多下電極的下層由鋁或鉻組成。其厚度為約0.1微米。
按照本身已知的方式沉積到一個(gè)或更多反射電極7的該下層上的是有機(jī)電致發(fā)光層6，該有機(jī)電致發(fā)光層由以下迭層構(gòu)成的，如圖2所示銫摻雜的4，7-聯(lián)苯-1，10-菲咯啉(BPhen)子層62，用于注入和輸送電子，具有厚度d62，這將隨后詳細(xì)說(shuō)明；具有d63＝10nm厚度的未摻雜4，7-聯(lián)苯-1，10-菲咯啉(BPhen)子層63，用于阻擋空穴；d61＝20nm的發(fā)射子層61，設(shè)計(jì)成當(dāng)電流通過(guò)其時(shí)發(fā)射光，例如紅光、綠光、藍(lán)光或白光，來(lái)自該子層的發(fā)射度對(duì)于波長(zhǎng)λ具有最大值；具有d64＝10nm厚度的2，2’，7，7’-四(N，N-二苯胺)-9，9’-螺環(huán)雙芴(Spiro-TAD)(2，2’，7，7’tetrakis(N，N diphenylamino)9，9’spiro-bifluorene)子層64，用于阻擋電子；以及具有將隨后詳細(xì)說(shuō)明的厚度d65的2，2’，7，7′-四(N，N’-二-m-甲基苯基氨)-9，9’-螺環(huán)雙芴(Spiro m-TTb)(2，2’，7，7’-tetrakis-(N，N’-di-m-methylphenylamino)-9，9’-spirobifluorene(Spiro m-TTB))，摻雜有諸如F4-TCNQ(四氟四氰代醌二甲烷)(tetrafluorotetracyanoquinodimethane)之類的p型摻雜劑，用于注入和輸送空穴。
為了形成這里作為正極的電極層11，沉積以下物質(zhì)第二半透明導(dǎo)電子層5，由約為d5＝15nm厚的銀組成。有利地，該子層提供對(duì)來(lái)自上層原子的擴(kuò)散的阻擋層，保護(hù)有機(jī)電致發(fā)光層6免于退化的風(fēng)險(xiǎn)；第一半透明導(dǎo)電子層4，是“完整”層，即沒(méi)有在其中故意形成任何孔洞，該層由具有d4厚度的混合氧化銦錫(ITO)組成，將隨后詳細(xì)說(shuō)明；以及不透明電流分布金屬子層3，由平行的金屬條的陣列組成，在平行的金屬條之間留下較大的孔或窗口用于通過(guò)由電致發(fā)光層6發(fā)射的光，這里，每一個(gè)條具有等于或大于100nm的厚度d3。依賴于所選擇的金屬來(lái)確定厚度d3，以獲得比ITO層4高至少10倍的表面導(dǎo)電率，以便確保對(duì)在電極中流過(guò)的電流有效地進(jìn)行分布。條的金屬材料具有在近似與眼睛的最大光譜靈敏度相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λamb(即，約550nm)處測(cè)量的指數(shù) 接下來(lái)，將在波長(zhǎng)λamb處測(cè)量的指數(shù)n2(λamb)的透明電介質(zhì)層沉積在上電極層11上。該層是連續(xù)的，具有均勻的厚度d2，并且除了作為缺陷的結(jié)果可能出現(xiàn)的孔洞之外不包含孔洞。該層被設(shè)計(jì)成提供抗反射功能，因此，該層經(jīng)由其內(nèi)表面與電流分布金屬子層3的不透明條或區(qū)接觸，并且通過(guò)位于金屬子層3的條之間的窗口與透明導(dǎo)電子層4接觸。
第一透明導(dǎo)電子層4和電介質(zhì)抗反射層2的材料的性質(zhì)適合于保護(hù)其下方的有機(jī)層6不受由來(lái)自環(huán)境空氣的氧和/或水汽引起的退化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，該子層4和/或該層2這里還具有包封二極管的功能。
然后，透明電介質(zhì)層2經(jīng)由其外表面與在波長(zhǎng)λamb處測(cè)量的指數(shù)n1的介質(zhì)1接觸，這里該材料是空氣。根據(jù)第一替代實(shí)施例(不再詳細(xì)描述)，將二極管包封在用氣體或流體填充的密封封裝中，因此限定了介質(zhì)1。根據(jù)第二非限制性替代實(shí)施例，將附加的包封層添加到透明電介質(zhì)層2的頂部上，那么介質(zhì)1與該包封層的材料相對(duì)應(yīng)。
因此，在襯底8上包括下層7的至少一個(gè)電極、有機(jī)電致發(fā)光層6、上電極層11和抗反射層2的迭層形成根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有機(jī)發(fā)光二極管或二極管陣列，現(xiàn)在將詳細(xì)說(shuō)明其特定的參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)不透明金屬子層3的指數(shù) 的材料，選擇電介質(zhì)層2的指數(shù)n2(λamb)的材料和厚度d2，使得正入射時(shí)在λamb(約550nm)處測(cè)量的不透明金屬子層3的條的反射率小于0.1。那么，電介質(zhì)層2相對(duì)于這里形成透明上電極中的不透明區(qū)的條具有抗反射功能。環(huán)境光的實(shí)質(zhì)部分不再反射離開二極管的上電極的不透明區(qū)，從而顯著地改善了環(huán)境光中二極管的發(fā)射對(duì)比度性能。
現(xiàn)在將描述進(jìn)行這種選擇的第一種方式，但是不是限制性的。
圖3示出了針對(duì)能夠形成電流分布子層3的柵格的一組金屬(即，Ta、Cr、Ti、Ni和V)，金屬在波長(zhǎng)λamb處最小反射率作為覆蓋該金屬以便提供抗反射功能的電介質(zhì)層的材料的指數(shù)n2(λamb)的函數(shù)的變化已經(jīng)表示出電介質(zhì)SiO2、SiN和TiO2的指數(shù)值n2(λamb)。
根據(jù)本發(fā)明的選擇在于選擇金屬/電介質(zhì)對(duì)，從而對(duì)于與所述電介質(zhì)之一的指數(shù)的值n2接近的值n2°，獲得最小反射率。因此對(duì)于氧化鈦，將使用鉻、鈦、鎳或釩。在這些金屬中，因?yàn)殂t被廣泛地用在微電子中，鉻是優(yōu)選的；對(duì)于氮化硅，將使用鉭。
根據(jù)這種方法，至少對(duì)于以上所列金屬，避免了使用二氧化硅(silica)作為電介質(zhì)抗反射層。
現(xiàn)在將描述進(jìn)行這種選擇的第二種方式，但是不是限制性的。
在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識(shí)中，事實(shí)是指數(shù)n2°(λamb)抗反射層的電介質(zhì)必須滿足以下方程n2(λamb)=-(n1cos(φ)-n3+n3sin2(φ))n3n1(n1sin2(φ)+n3cos(φ)-n1)-(n1sin2(φ)+n3cos(φ)-n1)]]>以下表1給出了各種金屬(即，Cr、Ta、Ti、Ni、V和Co)在λamb處的復(fù)指數(shù)

和λamb處的指數(shù)n2°，這些指數(shù)是根據(jù)該方程(其中n1＝1)計(jì)算的。在表的右手部分是某些電介質(zhì)(即SiO2、SiN和TiO2)的實(shí)際指數(shù)值。
表1

根據(jù)本發(fā)明的選擇在于選擇金屬/電介質(zhì)對(duì)，從而n2°和n2的相應(yīng)值彼此盡可能接近。因此對(duì)于氧化鈦，將使用鉻、鈦、鈷和釩。在這些金屬中，因?yàn)殂t被廣泛地用在微電子中，鉻將是優(yōu)選的；對(duì)于氮化硅，將使用鉭。
根據(jù)這種方法，至少對(duì)于以上所列金屬，避免了使用二氧化硅作為電介質(zhì)抗反射層。
對(duì)于其余描述，將使用Cr-TiO2對(duì)。
已經(jīng)選擇了形成由窗口穿透的不透明導(dǎo)電子層3的柵格的材料(鉻)和電介質(zhì)抗反射層2的材料(氧化鈦)，具體地，其仍然保持確定該電介質(zhì)層的理想厚度d2。
優(yōu)選地，如果Φ2-3是在電介質(zhì)層2和金屬子層3的條之間的界面處反射之后的波長(zhǎng)λamb的光線的相移，選擇厚度d2以便近似滿足以下方程d6=λ2n6(q-φtot2π)]]>其中，p是任意偶數(shù)整數(shù)，并且λamb是與環(huán)境光的最大發(fā)射度接近的波長(zhǎng)(通常在55Onm附近)。因此給出了值d2的方程表示出電流分布金屬層3的不透明區(qū)以上的電介質(zhì)抗反射層之內(nèi)的環(huán)境光的相消干涉。
如表1所示，因此，結(jié)果是d2＝27nm(針對(duì)p＝0)。該表還表示將使用其他金屬上的氧化鈦獲得值d2(總是針對(duì)p＝0)。d2的變化范圍反映具體針對(duì)每一種金屬的Φ2-3值。
在根據(jù)本發(fā)明的二極管中，在上電極的不透明區(qū)之間(即，柵格的條之間)，有機(jī)層6包覆有包括三個(gè)子層的迭層，所述三個(gè)子層形成半反射上層，即由銀組成的d5＝15nm厚的第二半透明導(dǎo)電子層5，條之間由ITO組成的d4厚的第一半透明導(dǎo)電子層4和d3＞100nm厚的電流分布金屬層3，由氧化鈦組成的d2＝27nm厚的電介質(zhì)層2。根據(jù)本發(fā)明的有利變體，選擇上電極的透明導(dǎo)電子層4的厚度d4，以便對(duì)于由電致發(fā)光層發(fā)射的光獲得三個(gè)子層的這種迭層的近似最大的反射率。這里在預(yù)定的波長(zhǎng)λ處測(cè)量該反射率，對(duì)于所述波長(zhǎng)λ，發(fā)射子層61的發(fā)射度具有最大值。因此，電介質(zhì)層2提供兩種功能，即上述的環(huán)境光抗反射功能和改善半反射上層對(duì)于由電致發(fā)光層發(fā)射的光的反射率性能的功能。
此外，在電流分布金屬層3的條的位置處，即有利地提供了對(duì)由電致發(fā)光層發(fā)射的光的反射功能的條的下表面，可以看出電流分布金屬層3也提供兩種功能，即對(duì)電流進(jìn)行分布的功能和對(duì)由電致發(fā)光層發(fā)射的光進(jìn)行反射的功能。
因此，結(jié)合電介質(zhì)層2，上電極形成半反射表面，將已發(fā)射的光反射回二極管的內(nèi)部。因此，在反射下電極和半反射上電極之間獲得的是在電致發(fā)光層中的波長(zhǎng)λ處對(duì)發(fā)射的光的光學(xué)腔。
由于利用如上所述獲得的電介質(zhì)層2的上電極的最大反射率，提高了該光學(xué)腔的效果，從而改善了所發(fā)射的光的提取和二極管的發(fā)光效率。
現(xiàn)在將按照非限制性方式描述用于選擇ITO導(dǎo)電第一子層4的厚度d4的方法。圖4示出了作為該厚度d4的函數(shù)，上述迭層的反射率的變化。該圖包括三條曲線針對(duì)紅光波長(zhǎng)的第一條R，可以用于紅光發(fā)光二極管；針對(duì)綠光波長(zhǎng)的第二條R，可以用于綠光發(fā)光二極管；以及針對(duì)綠光波長(zhǎng)的最后一條B，可以用于藍(lán)光發(fā)光二極管。根據(jù)該圖選擇與最大反射率相對(duì)應(yīng)的d4值。以下的表2表示因此選擇的d4值對(duì)于紅光60nm，對(duì)于綠光40nm，以及對(duì)于藍(lán)光30nm。
現(xiàn)在將建立限定有機(jī)電致發(fā)光層的總厚度d6和發(fā)射有機(jī)子層61的中心與反射下電極7近似分開的距離z的方程，可以使得在兩個(gè)電極之間獲得的光學(xué)腔效果可估計(jì)地改善由二極管發(fā)射的光的提取效率。
首先，近似地選擇d6使得d6=λ2n6(q-φtot2π)]]>其中，q是任意整數(shù)；其中，λ再次近似是二極管的最大發(fā)射波長(zhǎng)；n6是該波長(zhǎng)處的有機(jī)電致發(fā)光層6的平均指數(shù)；以及其中，Φtot是反射離開反射下電極7和離開包括所述三個(gè)上層或子層5、4、2的上述迭層的之后所發(fā)射光線的總相移。
確定d6的近似值的方程表示在下電極7和半反射上迭層5、4、2之間的光學(xué)腔中發(fā)射的光的相長(zhǎng)干涉。
其次，近似地選擇用于注入和/或輸送空穴的子層62的厚度，使得距離z近似等于z=λ2n6(r-φinf2π)]]>其中，r是任意整數(shù)；其中，n6是波長(zhǎng)λ處的有機(jī)電致發(fā)光子層的平均指數(shù)這里n6＝1.7；以及其中，Φinf是反射離開反射下電極之后所發(fā)射的光線的相移這里Φinf＝2.6rd。
確定z的近似值的方程表示在發(fā)射子層61發(fā)射的光和在反射下電極7反射離開的光之間的相長(zhǎng)干涉。
有利地，以上兩種類型的干涉有利地合作，以便獲得非常高的光提取因子，從而改善二極管的發(fā)光效率。
用于確定在光學(xué)腔中提供相長(zhǎng)干涉的d6值的等效方法在于是從圖5的曲線之一中提取該資料，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能力內(nèi)的簡(jiǎn)單數(shù)值模型或具有各種幾何特征的二極管的幫助下，所述曲線給出作為d6值的函數(shù)(以nm為單位)，由二極管實(shí)際輸出的光強(qiáng)度的變化(已提取的光，任意單位)。選擇近似給出最大光強(qiáng)度的d6的值。在下表2中給出針對(duì)紅、綠和藍(lán)發(fā)射顏色的這些d6的值。
因?yàn)閦＝d61/2+d62+d63近似地因?yàn)閐61(＝20nm)和d63(＝10nm)是已知的，因此可以從中得出d62；以及d6＝d61+d62+d63+d64+d65＝z+d61/2+d64+d65因?yàn)閐61(＝20nm)和d64(＝10nm)是已知的，因此可以從中得出d65。
在表2中給出了針對(duì)每一種顏色紅、綠和藍(lán)獲得的全部值。
最后一欄中的縮寫“Int”表示任意單位的已提取光強(qiáng)。
由于已經(jīng)描述的本發(fā)明特有的特征的結(jié)合，獲得了表現(xiàn)出優(yōu)良的發(fā)光效率的頂發(fā)射發(fā)光二極管或發(fā)光二極管的陣列。
表2

現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例，作為上述第一實(shí)施例的變體，其中僅有的區(qū)別在于第一透明導(dǎo)電子層4由氧化鈦組成而不是ITO。
根據(jù)代替圖4的圖6并且根據(jù)代替圖5的圖7，按照與上述類似的方式獲得了在表3中給出的新結(jié)果表3

本發(fā)明還可以應(yīng)用于其中經(jīng)由摻雜有機(jī)層注入電荷的有機(jī)發(fā)光二極管或面板。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不脫離所附權(quán)利要求范圍的情況下，可以將本發(fā)明應(yīng)用于其他類型的二極管和照明面板或顯示面板。
權(quán)利要求
1.一種能夠發(fā)光的有機(jī)發(fā)光二極管，包括襯底(8)；能夠發(fā)光的有機(jī)電致發(fā)光層(6)，插入到下電極和部分透明的上電極之間，設(shè)計(jì)成使電流通過(guò)所述有機(jī)電致發(fā)光層(6)，并且因此在該層內(nèi)引起光的發(fā)射，所述上電極包括近似均勻厚度的至少一個(gè)透明或半透明導(dǎo)電子層(4、5)和用于分布電流的金屬子層(3)，該金屬子層分布成不透明區(qū)，在不透明區(qū)之間該子層中存在著形成用于通過(guò)由所述電致發(fā)光層(6)發(fā)射的光的縫隙；反射下層，設(shè)計(jì)成反射所述已發(fā)射的光，將所述反射下層插入到所述襯底和所述有機(jī)電致發(fā)光層(6)之間，或集成到所述襯底中；以及近似均勻厚度的透明電介質(zhì)抗反射層(2)，經(jīng)由其外表面與例如空氣的介質(zhì)(1)接觸，并且經(jīng)由其內(nèi)表面與所述透明導(dǎo)電子層(4)和所述不透明金屬子層(3)接觸；其特征在于根據(jù)所述電流分布金屬子層(3)的材料，選擇所述電介質(zhì)抗反射層(2)的材料和厚度，使得在與550nm接近的波長(zhǎng)λamb處在所述不透明區(qū)的位置處正入射測(cè)量的反射率小于0.1；根據(jù)至少一個(gè)透明或半透明導(dǎo)電子層(5、4)的材料和厚度，選擇所述電介質(zhì)抗反射層(2)的材料和厚度，以便構(gòu)成設(shè)計(jì)成部分地反射所述已發(fā)射光的半反射上層，如此構(gòu)成的反射下層和半反射上層因此限定了用于由有機(jī)電致發(fā)光層發(fā)射的光的光學(xué)腔，這些層之間的距離d6界定了所述腔適合于獲得該層發(fā)射的光的相長(zhǎng)干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于如果λ是與已發(fā)射光的最大發(fā)射度接近的波長(zhǎng)，組合地選擇所述電介質(zhì)抗反射層(2)在波長(zhǎng)λ處測(cè)量的指數(shù)(n2)和厚度(d2)、所述至少一個(gè)透明導(dǎo)電子層(4、5)在波長(zhǎng)λ處測(cè)量的指數(shù)(n4、n5)和厚度(d4、d5)，使得在該波長(zhǎng)λ處測(cè)量的所述多層和多個(gè)子層(5、4、2)的迭層正入射的反射率最大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二極管，其特征在于如果n1是波長(zhǎng)λamb處所述介質(zhì)(1)的光學(xué)指數(shù)，根據(jù)所述電流分布金屬子層(3)的指數(shù) 的材料選擇所述電介質(zhì)抗反射層(2)在波長(zhǎng)λamb處測(cè)量的指數(shù)n2(λamb)的材料和厚度d2， 在相同的波長(zhǎng)λamb處測(cè)量，并且按照以下方式由其自變量n3及其相位Ф來(lái)限定n~3=n3eiφ,]]>以便近似滿足方程n2(λamb)=-(n1cos(φ)-n3+n3sin2(φ))n3n1(n1sin2(φ)+n3cos(φ)-n1).-(n1sin2(φ)+n3cos(φ)-n1)]]>
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的二極管，其特征在于選擇所述電介質(zhì)抗反射層(2)在與550nm接近的波長(zhǎng)λamb處測(cè)量的指數(shù)n2(λamb)的材料和厚度d2，以便近似滿足方程d2=λamb4n2(λamb)(p-φ2-3π)]]>其中，p是任意偶數(shù)整數(shù)，并且Ф2-3是在電介質(zhì)抗反射層(2)和電流分布金屬子層(3)之間的界面處反射之后的波長(zhǎng)λamb的光線的相移。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的二極管，其特征在于所述電介質(zhì)抗反射層(2)的材料和所述電流分布金屬子層(3)的材料分別是氮化硅和鉭的任意一種；或氧化鈦和來(lái)自鎳、鉻、鈦和釩的金屬；或硒化鋅和來(lái)自鎳、鉻、鈦和釩的金屬。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的二極管，其特征在于所述距離d6近似滿足以下方程d6=λ2n6(q-φtot2π)]]>其中，q是任意整數(shù)；其中，n6是波長(zhǎng)λ處的有機(jī)電致發(fā)光層的平均指數(shù)。其中，Фtot是在反射離開反射下層和反射離開半反射上層之后，所發(fā)射光線的總相移。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的二極管，其特征在于有機(jī)電致發(fā)光層與反射下層分離的距離適合于獲得所述已發(fā)射光和反射離開該反射下層的光之間的相長(zhǎng)干涉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二極管，其特征在于所述有機(jī)電致發(fā)光層(6)包括發(fā)射有機(jī)子層和插入到所述反射下層和所述發(fā)射子層之間的至少一個(gè)非發(fā)射下有機(jī)子層，并且非發(fā)射下有機(jī)子層的厚度適合于使得所述反射下層的所述發(fā)射有機(jī)子層的中心分離的距離z近似滿足以下方程z=λ2n6(r-φinf2π)]]>其中，r是任意整數(shù)；其中，λ是與已發(fā)射光的最大發(fā)射度接近的所述波長(zhǎng)，以及n6是該波長(zhǎng)處的有機(jī)電致發(fā)光層的平均指數(shù)；以及其中，Фinf是反射離開反射下層之后的已發(fā)射光線的相移。
9.一種圖像顯示面板或一種照明面板，包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的多個(gè)二極管，其特征在于這些二極管由同一個(gè)襯底支撐。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的面板，其特征在于所述上電極為多個(gè)所述二極管所共用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的面板，其特征在于共用上電極的所述不透明導(dǎo)電子層在該電極上形成了電流分布柵格。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二極管，包括插入到下電極和部分透明且半反射的上電極之間的有機(jī)電致發(fā)光層(6)，其本身包括透明導(dǎo)電子層(4)和電流分布金屬子層(3)，例如不透明柵格。將電介質(zhì)抗反射層(2)沉積到所述柵格上，以改善環(huán)境光中的發(fā)射對(duì)比度，根據(jù)有利實(shí)施例，所述柵格設(shè)計(jì)成最優(yōu)化上電極的半反射性質(zhì)，從而通過(guò)光學(xué)腔效果來(lái)改善已發(fā)射光的提取。
文檔編號(hào)H01L51/52GK101073166SQ200580041939
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
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