发光器件的制作方法

文档序号:8042414阅读:229来源:国知局
专利名称:发光器件的制作方法
技术领域
本发明涉及发光器件,并且尤其涉及采用有机电致发光元件的发光器件。
背景技术
文件1(JP 2004-119286)公开一种发光器件。该发光器件包括玻璃衬底、ITO透明电极(阳极)、配置来借助于EL发光的发光层、背电极(阴极),以及衍射光学元件。为了改善衍射光学元件的光提取效率,衍射光学元件在其表面上提供有突起或凹槽,用于防止从发光层发射的光的全反射。为了抑制由衍射光学元件引起的干涉图案,发光器件被配置来发射具有离散光谱的白光。文件1中,发射自发光层的白光在进入ITO透明电极、玻璃电极,以及衍射光学元件时,分别被ITO透明电极、玻璃电极,以及衍射光学元件偏折。因此,文件1的发光器件存在色差的缺陷。

发明内容
鉴于以上不足,本发明的目的在于提出一种能够减小色差并且改善光输出的发光器件。依照本发明的发光器件包括配置为发射不同波长的光线的有机电致发光元件,以及位于从有机电致发光元件发射的光线的光路中的衍射光学元件。衍射光学元件被设计为具有不同的光栅图案,所述光栅图案衍射从有机电致发光元件发射的光线,以减小色差。在一个优选实施方案中,有机电致发光元件包括阳极层、阴极层、发光层和衬底。 发光层置于阳极层和阴极层之间。发光层配置为分别发射不同波长的光线。衬底具有第一表面和第二表面。衬底位于从发光层分别发射的光线的光路中。衬底具有针对从发光层分别发射的光线的透明性。阳极层、阴极层、多个发光层堆叠在第一表面上。至少一种光栅图案由第二表面限定,所述第二表面具有周期性排列在其上的凹槽。或者,在一个优选的方面,有机电致发光元件包括阳极层、阴极层、发光层和衬底。 发光层置于阳极层和阴极层之间。发光层配置为分别发射不同波长的光线。衬底位于从发光层分别发射的光线的光路中。衬底具有针对分别发射自发光层的光线的透明性。至少一种光栅图案由以预定间隔形成在所述衬底内并且具有与衬底不同的折射率的区域所限定。


图1是图示第一实施方案的发光器件的示意性横截面图;图2是图示用于设计衍射光学元件的方法的说明图;图3是图示第一实施方案的第一改进方案的发光器件的主要部分的示意性横截面图;图4是图示用于制造第一改进方案的发光器件的方法的图;图5是图示第一实施方案的第二改进方案的发光器件的主要部分的示意性横截面图6是图示第二实施方案的发光器件的示意性横截面图;图7图示用于制造上述发光器件的方法的图;以及图8是图示第二实施方案的改进方案的发光器件的示意性横截面图。
具体实施例方式(第一实施方案)本实施方案的发光器件10,如图1中所示,包括有机电致发光元件(后文称作“有机EL元件” )20,以及衍射光学元件30。有机EL元件20包括阳极层21、阴极层22,以及设置于阳极层21和阴极层22之间的有机发光层23。有机EL元件20还包括空穴注入层24、空穴传输层25以及电子传输层26。有机EL元件20还包括衬底27。衬底27用于例如形成阳极层21、阴极层22以及发光层23。本实施方案中,阳极层21、阴极层22、有机发光层23、空穴注入层24、空穴传输层25以及电子传输层26堆叠在衬底27的第一表面(图1中的下表面)上。衍射光学元件30位于从有机EL元件20发射的光线的光路中。衍射光学元件30 放置于光发射表面侧(图1中的上表面侧)。光发射表面是有机EL元件的表面,光线通过该表面被发射。衍射光学元件30起到无色差聚光透镜(消色差透镜)的功能。有机发光层23包括两个发光层230。靠近衬底27 (图1中上侧)的发光层 230(231)配置为发射黄色光线。远离衬底27 (图1中下侧)的发光层230 (232)配置为发射蓝色光线。两层发光层231和232配置为发射具有不同波长(主发射波长)的光线。后文中,如果需要的话,将发光层231称作黄光发射层,并将发光层232称作蓝光发射层。衍射光学元件30包括形成在衬底27的第二表面(图1中的上表面)上的透明构件32。本实施方案中,衍射光学元件30由衬底27和透明构件32限定,以包括多个不同的光栅图案(衍射光学部分)31 (311、312),所述光栅图案被设计来衍射分别发射自发光层的光线,用于减小色差。本发明中,术语“不同的光栅图案”意指“具有相对于相同波长的入射光线具有不同于彼此的衍射角的光栅图案”。本实施方案中,光栅图案311由形成在衬底27的第二表面中的锯齿表面限定。光栅图案312由形成在透明构件32远离衬底27的表面(图1中的上表面)中的波状表面限定。换言之,衍射光学元件30被设计为具有衍射分别发射自发光层230的光线(黄色光线和蓝色光线)的多种光栅图案31,用于减小色差(特别是轴向色差),即与分别发射自多个发光层230的光线的焦距一致。亦即,光栅图案311具有关于分别发射自发光层230的光线(黄色光线和蓝色光线)而不同于光栅图案312的衍射角的衍射角。由此,来自发光层230的光线(黄色光线和蓝色光线)分别由光栅图案311和312以不同的衍射角衍射, 以使光线的焦距彼此一致。衬底27具有足够的强度用于支持层21至26。此外,取决于制备(沉积)层21至 26的方法,衬底27有必要具有耐热性。本实施方案中,衬底27被放置在有机发光层23的光发射表面(图1中的上表面)上。简言之,衬底27位于分别发射自发光层230的光线的光路中。衬底27由透明材料制成,以使发射自有机发光层23的光线能够穿过衬底27。优选地,衬底27由具有关于发射自有机发光层23的光线的高光学透过率的材料制成。例如, 衬底27的材料选自玻璃材料(例如,硼硅酸盐冕光学玻璃)和透明塑料材料。阳极层21优选配置为将空穴高效注入到有机发光层23中。本实施方案中,阳极层 21被设置在有机发光层23的光发射表面(图1中的上表面)上。简言之,阳极层21位于分别发射自发光层230的光线的光路中。因此,为了使发射自有机发光层23的光线能够穿过阳极层21,阳极层21由具有关于发射自有机发光层23的光线的高光学透过率的材料制成。本实施方案中,有机EL元件20是白光源。阳极层21的材料优选为氧化铟锡(ΙΤ0)。例如,阳极层21的材料选自镍、金、银、钼、钯、其合金,以及透明导电膜(例如,氧化铟锌(IZO) 和氧化锑锡)。阴极层22优选配置为将用于与空穴复合的电子高效注入到有机发光层23中。本实施方案中,阴极层22由反射发射自有机发光层23的光线的材料制成,使得光线仅经由有机发光层的表面(图1中的上表面)被发射。本实施方案中,有机EL元件20是白光源。因此,阴极层22的材料优选选自铝以及银镁合金,这样的材料具有针对可见光的高反射率。 例如,阴极层22由诸如镁、镁铟合金、镁铝合金,以及铝锂合金制成。有机发光层23被限定为包括具有不同主发射波长的多个发光层230的层压膜。 在图1所示的情形中,有机发光层23包括两个发光层231和232。分别发射自两个发光层 231和232的光线的颜色是互补色。简言之,有机EL元件20配置为发射白光。本实施方案中,发光层231配置为发射黄色光线。发光层231是由掺杂有并四苯衍生物的三苯基二胺衍生物制成的层。发光层232配置为发射蓝色光线。发光层232是由掺杂有二萘嵌苯的双 (2-甲基-8-羟基喹啉-4-苯基苯酚)铝(BAlq3)制成的层。图5示出本实施方案的改进方案的发光器件10。发光器件10中,有机发光层23 可以包括三个发光层230(232、233以及234)。发光层233被配置为发射红色光线。发光层 233是由掺杂有[2-[2-[4-( 二甲基氨基)苯基]乙炔基]-6-甲基-4H-亚基]-丙烷丙二腈(DCM染料)的三(8-羟基喹啉)铝(后文称作“Alq3”)制成的层。发光层234被配置为发射绿色光线。发光层(绿光发射层)234是由Alq3制成的层。当具有不同主波长的两层或更多层发光层230被堆叠时,发射具有相对较长波长的光的发光层230优选地比发射具有相对较短波长的光的发光层230更接近光发射表面。 按此方式,可改善光提取效率。在图1中所示的情形中,黄光发射层231比蓝光发射层232 更接近光发射表面。在图5中示出的情形中,红光发射层233比绿光发射层234更接近光发射表面,并且绿光发射层234比蓝光发射层233更接近光发射表面。空穴注入层24被配置为减小空穴注入的能垒。空穴注入层24由例如聚噻吩衍生物制成。空穴传输层25被配置为具有合适的电离电势,并增强空穴迁移率,以将空穴有效地传输到有机发光层23,以降低有机EL元件20的驱动电压。此外,空穴传输层25被配置为具有低电子亲合力,以防止过量的电子从有机发光层23泄露。空穴传输层25的材料可以选自双[N- (1-萘基)-N-苯基]联苯胺(α -NDP)和N,N- 二苯基-N,N-双(3-甲基苯基)1,1'-联苯-4,4-二胺(TPD)。电子传输层26被配置为将电子有效传输到有机发光层23,并且防止空穴从有机发光层23流入电子传输层26中。例如,电子传输层26由氟化锂(LiF)制成。
阳极层21、有机发光层23以及阴极层22通过例如使用真空沉积方法形成。此外, 空穴注入层24、空穴传输层25以及电子传输层26不是必须要形成的。衍射光学元件(DOE) 30包括设置在有机EL元件20的光发射侧上的两种光栅图案 (衍射光学部分)31 (311和312)。光栅图案311和312被形成为预定的形状,以减小发射自有机发光层23的不同主波长的光线之间的色差。由此,衍射光学元件30基于光的波特性减小了色差(光的波长相关性)。衍射光学元件30由玻璃材料制成,并且玻璃材料的代表性例子为合成硅玻璃(针对波长为约550nm的光具有1. 46的折射率η)和硼硅酸盐冕光学玻璃(针对波长为约550nm 的光具有1. 52的折射率η)。衍射光学元件30的材料根据光栅图案31的构造而选自各种材料。在图1中示出的发光器件10中,衍射光学元件30由衬底27和透明构件32限定。透明构件32是玻璃膜,所述玻璃膜由例如,选自合成硅玻璃和硼硅酸盐冕光学玻璃的一种制成。光栅图案311以不同于光栅图案312的衍射角来衍射分别发射自发光层231和 232的光线。因此,发射自发光层231和232的每种光线的空间相分布变为均一(分别关于发射自发光层231和232的光线的焦距彼此一致)。由此,色差可以被减小。图5中示出的发光器件10具有三种具有不同波长的光线。该情形中,衍射光学元件30需要三种光栅图案(第一光栅图案311、第二光栅图案312,以及第三光栅图案313)。 图5中示出的发光器件10中,衍射光学元件30由衬底27、透明构件32以及透明构件33限定。透明构件32和33的每一种均为玻璃膜,所述玻璃膜由例如选自合成硅玻璃和硼硅酸盐冕光学玻璃的一种制成。衍射光学元件30根据具有不同波长的三种光线而包括三种光栅图案,由此减小色差。理论上,当分别来自发光层232、233和234的光线沿相同方向发射时,不发生色不勻。 衍射光学元件30的构造在参考文件1 (Yoel Arieli等,“Design of diffractive optical elements for multiple wavelengths (不同波长的衍射光学元件的设计)”,APPLIED OPTICS/37 卷,26 号 /1998 年 9 月 10 日,6174-6177 页)中有公开。如图2所示,参考文件1公开了包括两个衍射光学元件(第一衍射光学元件41和第二衍射光学元件42)的情形。图2图示每个衍射光学元件41和42的一个像素。第一衍射光学元件41在面对第二衍射光学元件42的表面中提供有凹入部分43。第二衍射光学元件42在面对第一衍射光学元件41的表面中提供有凹入部分44。该情形中,第一衍射光学元件41具有针对主波长λ i的光的折射率Ii1 ( λ J,以及针对主波长λ 2的光的折射率ηι ( λ 2)。第二衍射光学元件42具有针对主波长λ工的光的折射率Ii2U1),以及针对主波长λ2的光的折射率η2(λ2)。第一衍射光学元件41和第二衍射光学元件42之间存在介质,并所述介质具有针对主波长λ工的光的折射率ng( λ J,以及针对主波长入2的光的折射率1!8(入2)。下文中,φι表示由主波长A1的光通过第一衍射光学元件41、介质45以及第二衍射光学元件42的传播引起的相延迟,并且Ψ2表示由主波长λ 2的光通过第一衍射光学元件41、介质45以及第二衍射光学元件42的传播引起的相延迟,并且Hi1和m2表示任意整数,并且Cl1表示凹入部分43的深度,并且d2表示凹入部分44 的深度。当凹入部分43的深度Cl1满足下式(1)并且凹入部分44的深度d2满足下式(2)时,色差可以被减小。[式1]
Γ 、 .. .^{φ^+πι^λπ) Γ .jTm2In) ^vn - - (Λ) - ns (Λ)] 0 ^ d =_Ze_2£Γ____⑴
1 [ Ing (Λ2)]~ [ηχ (Λ2) - ng (λ2)] [η2[式2]
Γ /1 N / ι M Λ ( ^Ι + mIΓ /1 Λ / 1、1 义2 (於2 + W2 2ττ)
_7]J2=---^---2£Γ----⑵
(Λ ) - "g (Λ )] [ 2 (^2 ) - "g (^2 )] - ["l (^2 ) - "g (Λ )] [ 2 (Λ)-^(Λ)]参考文件1公开了设计衍射光学元件(例如,包括三个或更多个衍射光学部件的衍射光学元件,以及针对具有不同波长的三种或更多个光线的衍射光学元件)的方法。因此,衍射光学元件41的凹入部分43的深度Cl1和衍射光学元件42的凹入部分44的深度d2 可以通过使用参考文件1中公开的公式和商业上可获得的光学模拟软件来确定。例如,光学模拟软件是使用迭代傅里叶变换算法(IFTA)的电磁光学分析软件。关于一个像素的横向长度,可以考虑凹入部分43和44的横向尺寸。当Λ表示每一个像素的间距,“N”表示级 (阶梯数),λ表示光的主波长,并且Q1表示一级衍射光的衍射角时,满足Λ/Ν= Asinei 的关系。凹入部分43和44的每个的横向尺寸根据分别发射自发光层231和232的光线的主波长而确定。使用采用IFTA方法用于确定衍射光学元件的设计的软件,使得能够借助于输入阶梯数“N”、一级衍射光的衍射角G1,以及光的主波长λ,来计算Λ。更详细地,计算可以通过在确定(1)域设定、(2)参数(例如输入光源和理想输出)的确定之后,使用光学模拟软件来完成。本实施方案采用包括多个光栅图案311和312的单个衍射光学元件30,而不是多个衍射光学元件41和42。衍射光学元件30可以以与参考文件1中公开的相似的方式来设计。简言之,在(1)场设定中,确定光栅图案(第一光栅图案)311与用作光源的有机EL元件20的每个发光层230之间的距离,光栅图案(第二光栅图案)312与每个发光层230之间的距离,以及取样间隔(随Λ变化)。在(2)参数(例如输入光源和理想输出)的确定中, 适当地确定参数。用于减小色差的参数例如是分别发射自发光层230的光线的主波长、各发光层230的光强度(相)分布、各光栅图案31的尺寸(其中形成多个凹入部分的区域的尺寸)、阶梯数“N”、材料(折射率)、输出面积的大小(照射面积)、输出面积(照射面积) 的位置以及输出强度(相)分布。当在输入参数之后执行光学模拟软件时,基于ITFA方法进行优化。由此,获得有关光栅图案31的凹入部分的深度剖面图、衍射效率、照射区域的颜色分布。以上述方式设计的衍射光学元件30可以减小由在衍射光学元件30和空气层之间的界面处的全反射引起的光提取损失。因此,可改善光提取效率。光栅图案31可以具有与图3中所示的衍射光学元件41类似的构造。关于横截面视图,衍射光学元件41形成为锯齿形状。图3中所示的衍射光学元件30的横截面形状是有16级的阶梯形状。以此为例,可以改善第一级衍射效率。当每个像素的间距是Λ,并且深度是L,并且光的主波长是λ,并且衍射光学元件41的材料的折射率是nl时,通过下式 (3)来确定深度L。[式3]
权利要求
1.一种发光器件,包括有机电致发光元件,所述有机电致发光元件配置为发射不同波长的光线;以及衍射光学元件,所述衍射光学元件位于从所述有机电致发光元件发射的所述光线的光路中, 其中所述衍射光学元件设计为具有不同的光栅图案,所述光栅图案衍射对从所述有机电致发光元件发射的所述光线进行衍射以减小色差。
2.根据权利要求1所述的发光器件,其中所述有机电致发光元件包括阳极层; 阴极层;置于所述阳极层和所述阴极层之间的发光层,所述发光层配置为沿预定方向分别发射不同波长的光线;以及具有第一表面和第二表面的衬底,所述衬底位于从所述发光层分别发射的所述光线的光路中,并且所述衬底对从所述发光层分别发射的所述光线具有透明性, 所述阳极层、所述阴极层、所述多个发光层堆叠在所述第一表面上,并且所述光栅图案的至少之一由所述第二表面限定,在所述第二表面上周期性地布置有凹槽。
3.根据权利要求1所述的发光器件,其中所述有机电致发光元件包括阳极层; 阴极层;置于所述阳极层和所述阴极层之间的发光层,所述发光层配置为沿预定方向分别发射不同波长的光线;以及位于从所述发光层分别发射的所述光线的光路中的衬底,所述衬底对从所述发光层分别发射的所述光线具有透明性,并且所述光栅图案的至少之一由以预定间隔形成在所述衬底内并且具有与所述衬底的折射率不同的折射率的区域所限定。
全文摘要
一种发光器件,包括有机电致发光元件(20)和衍射光学元件(30)。所述有机电致发光元件(20)包括阳极层(21)、阴极层(22),以及置于所述阳极层(21)和所述阴极层(22)之间并且配置为发射具有不同波长的光线的多个发光层(231和232)。所述衍射光学元件(30)设置在由所述有机电致发光元件(20)发射的光线的光路中。所述衍射光学元件(30)被设计为具有不同的光栅图案(311和312),以衍射分别发射自所述发光层(231和232)的光线,用于减小色差。
文档编号H05B33/12GK102362547SQ201080013758
公开日2012年2月22日 申请日期2010年2月22日 优先权日2009年2月24日
发明者山江和幸, 田中健一郎 申请人:松下电工株式会社
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