具有球状图形的有机发光二极管制造技术

技术编号:3157228 阅读:224 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
提供一种提高有机发光二极管(OLED)发射强度及提高有机发光二极管在正常视角下总外部发射效率的方法。使用本发明专利技术的方法,通过将球状图形加到该装置基片后部,上述强度及效率可分别提高9.6和3.0个系数。本发明专利技术的方法捕获先前在基片内被波导损失的光,及通过选择合适的基片,捕获先前在有机层/阳极层内被波导损失的光。(*该技术在2020年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光装置领域,尤其涉及有机发光装置(OLEDs)及其发射效率。现有技术访问互联网并需要以越来越快的速度下载及浏览大量数据,以及对便携性和小台面面积的频繁要求,使得人们对显示装置的容量寄予了更多要求。对于这种要求所选择的显示装置是平板显示器,但是现今大多数平板显示器所使用的液晶显示技术(LCD)受其性能限制难以符合增加的要求。新的显示技术提供了克服LCD技术局限性的巨大前景。这种新技术基于有机发光二极管(OLEDs)的应用,该二极管使用了电致发光的薄膜材料。典型的有机发光二极管包括平板玻璃基片的叠层(tsub~1mm,nsub=1.51)、一铟锡氧化物层(ITO)(tITO~100nm,nITO~1.8)、一个或多个有机层(torg~0.1nm,norg=1.6-1.8)和一反射阴极(例如Mg∶Ag或Li∶Al),此处t代表层厚,n代表该层折射率。为简单起见,这里的讨论基于一个有机层进行,发光现象出现在该层上。但是本领域技术人员很容易理解下面的讨论和分析也能很容易地应用到更复杂的装置结构上。显示系统的一个重要性能指标是输入能量转换成发射光的效率。在有机发光二极管显示器中,确定系统效率的一个决定性因素是耦合效率(ηext),内部产生的光以该耦合效率在装置外面被耦合。为满足未来显示系统的发展要求,需要提高有机发光二极管的耦合效率。本专利技术的目的及概要因此,本专利技术的一个目的是提高有机发光二极管的耦合效率。为达此目的,本专利技术提供了一种提高有机发光二极管发射强度和在正常视角下提高用于有机发光二极管的整个外部发射效率的方法。应用本专利技术的方法,通过将球状图形应用到装置基片背部,发射强度和发射效率分别被提高了9.6和3.0个系数。本专利技术方法捕获先前在基片内被波导失去的光,及通过选择合适基片,还捕获先前在有机/阳极层内被波导所失去的光。根据本专利技术的方法,提供了一种表面构造方法,它与在典型平板玻璃基片上制造的装置相比,当使用玻璃基片时,有机发光二极管的发射效率至少增加一倍,当使用高指数塑料基片时,有机发光二极管的发射效率至少增加二倍。图2A和2B提供了根据本专利技术的使用球曲面特性以提高有机发光二极管的光发射效率的示意图;图3A显示了所测量的平板玻璃基片的远场强度分布图以及所期望的朗伯发射器曲线;图3B显示了根据本专利技术应用或不应用球曲面特性的玻璃基片装置的实验结果;图3C显示了根据本专利技术应用或不应用球曲面特性的PC基片的实验结果以及平板玻璃基片的实验结果。本专利技术的详细说明此处描述了一种新的方法以大幅度提高有机发光二极管的发射效率。在此方法中,首先提出一解析概念以提供一种有价值的使用工具,以描述本专利技术发射效率的提高并与现有技术的结果相比较。通过这种合适的解析概念,用于获得改进的有机发光二极管发射效率的本专利技术的发法被得以描述。最终,专利技术人实现了改进本专利技术发射效率的方法的多个实施例且对这些实施例进行描述。如背景部分所描述的,有机发光二极管的耦合效率(ηext)在有机发光二极管显示器发射效率的确定中是一决定性因素。通过考虑与各层相关的折射率,分析有机发光二极管中使用的分层结构型式的ηext是很简单的。作为该分析的预言,研究附图说明图1所示的平板有机发光二极管的射线图,证明了基片层(光线II)和有机/阳极层(光线III)内光截留的损失。由图中光线I所示,只有以相当小角度发射的光能够透射出。因为基片折射率小于有机层折射率(即nsubs<norg),所以可以获得由sin-1(nsubs/norg)所限定的临界角θorgc2,其中有机层中以大于θorgc2的角度发射的光在ITO和有机层中被波导。光线发射路径在图1中作为光线III被描述。同样,因为nglass<nsubs,所以也能获得由sin-1(nair/norg)所限定的临界角θorgc1,其中在有机层中以大于θorgc1的角度发射的光在基片内被波导,如图1中光线II所示。由于只有以小于θorgc2角度发射的光从装置射出,如图1中光线I所示,所有经波导保留的光实际上都损失了,表现在ηext的减少。应用射线光学,假设从点源提供放射光并在有机层内均质地发射,透射系数为T,它在θ<θorgc1时为1,相反为0,从而可以计算ηext和ηsubs,后者表示基片内被波导的发射光部分。 ηsubs=cosθorgc1-cosθorgc2(2)[参见N.C.Greenham,R.H.Friend,and D.D.C.Bradley,“共轭聚合物发光二极管的发射角关系用于效率计算的关系”,Adv.Mat.6,491(1994)]此外,同样假定条件下,外部光强分布被给出 [参见G.Gu,D.Z.Garbuzov,P.E.Burrows,S.Venkatesh,and S.R.Forrest“有机发光装置的高外部量子效率”,Opt.Lett.22,396(1997)]它类似于朗伯发射器的强度余弦曲线。(需注意上述公式及模型均忽略了已知的使模型复杂化的显微孔隙效应,但是并未改变此处描述的方法和结果的定性功效。)需注意T=1,θ<θorgc1的假定表示一种简化。特别是,它表示所期望发射强度的上限。如果使用T(θ)的表达式,该表达式通过在每个分界面上应用菲涅尔公式进行限定,可以获得发射强度的下限(忽略显微孔隙效应)。但是,该简化被认为提供了一个近似值。在T=1,θ<θorgc1情况下公式(1),(2)和公式(3)所表示因数的确定中,暗中假定以这些角度反射的所有内部光最终都发射出,而在第二种情况(下限)中假定没有一个内部反射光被重新接纳。在两种情况下所得到的Iext(θff)的结果,连同菲涅尔发射器得到的余弦结果在图3A中被标出,并同时获得在平板玻璃基片上得到的有机发光二极管的实验结果。两种折射模式(即R=1,表示所有的反射光最终都透射,R=0表示所有的反射光都损失)之间的差别很小,因而通常可有效使用任一种假定。由于在T=1假定下得到的表达式更简单,所以在本说明书下文使用T=1时的表达式。由于所期望的有机层的折射率范围在1.6和1.8之间,从公式(1)中可以看出相应的耦合效率ηext的范围在0.20和0.15之间,这证明在降低的系统效率中耦合效率的重要性--即内部产生的光的80-85%在装置中被截留。绕有机发光二极管在玻璃内蚀刻凹槽以改变基片和有机层/ITO层内截留光的方向,使外部耦合效率提高1.9±0.2个系数[参见G.Gu,等,同前]。该方法并不适用于装置层的制造,在装置层中,用于无源或有源矩阵驱动器的金属线和/或线路必须穿过深槽。该方法还有不利因素,即需要极好的蚀刻控制,和基片中的非垂直曲面,极大地加大了基片制造的复杂性。根据本专利技术的方法,对于光截留问题提供的一种解决方案是在基片背侧构图成球形,使球形的中心位于光源上。大部分光照射到空气-基片交界面上,由波导而引起的光损失急剧减小。基片的这种球状图形在图2中被示意性描述。参见附图,将球形固定到基片后部,或将基片成形为如图2A所示的球形,允许光线以更大角度从基片射出。光线射向外部的最大角度从平板装置中的θorgc1增大到本专利技术的背部构图装置中的θmax=tan- 1(ρlens/tsubs)(如图2A所示)。达到这种程度即θmax被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光装置,该装置包括:具有第一表面和第二表面的透明基片;设置在该基片第一表面上的透明导电层;设置在导电氧化层上的有机层;设置在该有机层上的顶部接点;其中,该基片第二表面上的轮廓呈现非平面形状。

【技术特征摘要】
US 1999-10-29 60/162,5521.一种发光装置,该装置包括具有第一表面和第二表面的透明基片;设置在该基片第一表面上的透明导电层;设置在导电氧化层上的有机层;设置在该有机层上的顶部接点;其中,该基片第二表面上的轮廓呈现非平面形状。2.如权利要求1所述的发光装置,其特征在于上述非平面形状是球形。3.如权利要求1所述的发光装置,其特征在于通过模塑基片表面,使得第二表面的轮廓呈现非平面形状。4.如权利要求1所述的发光装置,其特征在于通过将具有非平第二表面的第二透明层的第一表面叠置到该基片的第二表面上,使得第二表面的轮廓呈现非平面形状。5.一种提高有机发光二极管(OLED)光发射率的方法,其特征在于该有机发光二极管被设置在透明基片的第一表面上,该方法包括如下步骤使该基片的第二表面呈现非平面形状。6.如权利要求5所述的用于提高有机发光二极管光发射率的方法,其特征在于所述非平面形状是球形。7.如权利要求5所述的用于提高有机发光二极管光发射率的方法,其特征在于所述第二表面的轮廓通过模塑所述基片表面以使其呈现非平面形状。8.如权利要求5所述的用于提高有机发光二极管光发射率的方法,其特征在于通过将具有非平面第二表面的第二透明层的第一表面叠置到该基片的第二表面上,使得所述第二表面轮廓呈现非平面形状。9.一种用于制造发光装置的方法,包括如下步骤提供具有第一和第二表面的透明基片;在该基片的第一表面上沉积透明导电层;在该透明导电层上沉积有机发光二极管层;使该基片的第二表面呈现非平面形状。10.如权利要求9所述的制造发光装置的方法,其特征在于该非平面形状是球形。11.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员:詹姆斯C斯蒂尔姆康纳F马迪根旻昊M陆
申请(专利权)人:普林斯顿大学理事会
类型:发明
国别省市:US[美国]

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