专利名称：具有光提取增强层的有机发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有机发光二极管(OLED)，其包括在下电极和上电极之间的至少一 个有机层，在电流通过所述电极注入经过该有机层时该有机层能够穿过这些电极之一发射 光。该OLED可穿过其发光的电极应当是半透明的，也就是要足够透明以使所发射的光从 OLED发出。
背景技术：
为了改善有机发光层发射的光穿过半透明电极的提取(extraction)，已知的技术 是，在OLED结构中，利用下电极和上电极之间的光学腔效应(optical cavity effect)，只 要这些电极至少是部分反射的如果入E是发射的波长，n。是电极之间的有机材料的光学指 数，则通过适当选择这两个电极之间的距离为约"/2 'n。，可以修正光在电极内的穿透性， 从而改善光的提取。通常，一个电极是完全反射的，由诸如Al或者Ag的金属制成；而另一 个电极是半反射的，也就是半透明的。 还是为了改善OLED的光提取，又一已知的技术是，由厚度为约AE/4 nD的高指 数电介质层覆盖半透明电极，其中nD是电介质材料的光学指数，通常大于1.8。因此该电 介质层为光提取增强层。文献EP1076368、 EP1439589、 EP1443572和US2007-159087披 露了具有这种电介质层的有机发光二极管。IBM称该层为"覆盖层(Capping layer)", Kodak称其为"吸收减少层(absorption-reduction layer) "， Novaled称其为"夕卜耦合增 强层(outcouplingenhancement layer) "， Ha皿Star禾尔其为"指数匹配层(index-matching layer)，，。 问题是该光提取增强技术只对限定范围的波长起作用，例如，当A E = 535nm时在 490nm和580nm之间(取50%的衰减点)。因此，对于具有大范围发光波长的OLED (例如大 于或者等于150nm的范围，特别地对于发白光的有机二极管)，该光提取增强技术不怎么起 作用，因为它不可能对于整个范围的波长实现与电介质层厚度有关的上述条件。因此，该光 提取增强技术难于应用到具有不同电致发光层的堆叠的OLED，这些电致发光层发射的波长 分布在大于150nm的波长范围上。不过，应当注意到，文献US2008/122348提出了由对大范 围波长有效的电介质材料制成的光透射率控制层。名为"Role of the dielectric capping layer in enhancement of light outcoupling forsemi—transparent metal—cathode organic light-emitting devices"、由GZ. Ran等人于2006年6月13日发表在Journal of Optics A:pure and applied optics, Vol. 8， pp. 733-736中的文献，披露了 "增强的外 耦合"电介质层，该电介质层对例如Alq3的宽带发射体是有效的。 上述光提取增强技术也难于应用于OLED组，例如形成显示装置像素且包括R_ 0LED、G_0LED和B_0LED的组，R_0LED、G_0LED和B_0LED分别具有约630nm、530nm和440nm 的发射波长；实际上，对于同一组的这三个不同二极管的光提取增强层，发射波长的范围太 大而没有相同的厚度，并且对于该组中的每个OLED应当分别调整光提取增强层的厚度。这 不仅增加了设备成本和周期，而且会要求用于沉积光提取增强层的遮蔽掩模，问题在于这
3种掩模通常不能具有高分辨率和大尺寸而使用；即使对应于R、G和B不同颜色的有机电致发光层堆叠在整个平面层上，这也是不可能的。
发明内容
本发明的目的是提出一种适于在大于或者等于150nm的波长范围内增强光提取的光提取增强层。根据本发明，与以前对于此光提取增强层采用约入"4，n。的厚度不同，本发明提出采用约"/8"。、约5' AM/8'n。或约9'入M/8 nD的厚度，其中"是在所述波长范围内的中心发射波长。优选地，此厚度为约5， AM/8，n。，对于该厚度获得最佳的光提取增强。优选地，所述波长范围内的中心发射波长对应于在此范围内由所发射可见光的光强度加权的平均波长，所发射的可见光包括从所有有机发光层发射的可见光。
为此目的，本发明的主题是由至少一个有机发光二极管组成的组，其中该组的每个二极管包括在下电极和上电极限定的间隔中的至少一个有机发光层，其适合于穿过所述电极中半透明的一个发射可见光，其中所发射的可见光的光强度分布在波长大于或者等于150nm的范围上，该所发射的可见光包括所述组的二极管的所有有机发光层发射的可见光，其中加权平均波长入m定义为对应于在此范围内由所述光强度加权的平均波长，其中所述组包括由电介质材料制成的光提取增强层，该光提取增强层设置在该组的每个二极管的所述间隔之外，并与该组的每个二极管的半透明的电极直接相邻，并且其中如果nD是所述电介质材料的光学指数，则所述光提取增强层的厚度等于5 AM/8 n。，容限(margin)为±10%。 为了评估加权平均波长入m，要考虑由所有有机发光层发射的光，无论它们属于同一二极管还是不同的二极管。加权平均波长入m通常对应于所述波长范围的大致中心。
当光提取增强层如上所述与二极管的半透明电极"直接相邻"时，它在该电极的整个表面上直接接触该电极，该二极管通过该电极发射光。 本发明的主题也是一种有机发光二极管，该有机发光二极管包括在下电极和上电极限定的间隔中的至少一个有机发光层，该至少一个有机发光层适于穿过所述电极中半透明的一个发射可见光，所述发射的可见光具有在大于或等于150nm的波长范围内延伸的波长分布；由电介质材料制成的光提取增强层，该光提取增强层设置在电极之间的所述间隔之外，并与半透明的电极直接相邻，其中如果riD是所述电介质材料在所述波长范围内的平均光学指数并且A m是所述波长范围的中心，则所述光提取增强层的厚度等于5 AM/8 n。，容限为±10%。 优选地，所述波长范围的中心对应于在此范围内由所发射可见光的光强度加权的平均波长，所发射可见光包括从该二极管的所有有机发光层发射的可见光。
图1示出了根据本发明的一个二极管的组的示例，其中该二极管在这里为顶发射型(top-emitting)，并且包括玻璃基板1 ;不透明且反射的下电极2，由具有约100nm的厚度的银制成；一组堆叠的有机层3，具有约105nm的厚度；半透明且半反射的上电极4，由具有约20nm的厚度的银制成；以及光提取增强层5，在上电极的整个表面上与上电极接触并由电介质材料制成。堆叠有机层的组以已知的方式调整，以使得当电流通过电极注入经过这些有机层时，白色可见光由该组堆叠的有机层发射，该白色可见光分布在从465nm延伸到605nm的波长范围中，也就是从蓝色到红色。该波长范围的加权平均波长入 为约535nm。
4
图2示出了当光提取增强层5的厚度变化时图1的二极管每安培坎德拉(cd/A)的发光效率，该厚度表示为AM/8 *nD的倍数，其中n。是用于光提取增强层的电介质材料的平均光学指数。更精确地，图2的纵轴表示对于给定二极管的在465nm到605nm范围内发现的最低效率(cd/A)。该图示出了效率的三个最大值，第一最大值对应于AM/8 nD的最优厚度，优选第二最大值对应于5 A M/8 nD的最优厚度，第三最大值对应于9 A M/8 nD的最优厚度。如果应用到电介质材料如Te02(具有平均光学指数n。 = 2. 3)，则最优厚度分别为29nm、优选地145nm和262nm。最后一个厚度(262nm)实际上太高，并且优选地将被避免。 通过与图2相同的图像，图3示出了图l的曲线随平均光学指数nD的不同数值(从1.9到2.3)的变化。由图3的不同曲线可以推断，当n。从1.9变化到2.3时，最佳的优选厚度5 X M/8 nD从-5 %略微变化到+2.5%。
已经证明，如上所述的相同规则适于底发射二极管。 优选地，由至少一个有机发光二极管组成的组包括多个堆叠的有机发光层，每个都适于发射可见光，并且所述波长范围包括能够被每个堆叠的有机发光层发射的可见光的波长。 类似地，本发明的主题是由并排设置的多个相邻的有机发光二极管组成的组，每个有机发光二极管包括在由下电极和上电极限定的间隔中的至少一个有机发光层，该至少一个有机发光层适于穿过所述电极中半透明的一个发射可见光，其中该组的所有有机发光二极管发射的可见光分布在大于或等于150nm的波长范围内，其中它包括由电介质材料制成的光提取增强层，该光提取增强层设置在该组的每个二极管的所述间隔之外，该光提取增强层与该组的每个二极管的半透明的电极重叠并直接接触，并且其中如果nD是所述电介质材料的光学指数，并且入M是所述波长范围的中心，则所述光提取增强层的厚度等于5 AM/8"n。，容限为±10%。该组的相邻二极管共享同一个光提取增强层，该光提取增强层有效增强该组的每个二极管的光提取。 光提取增强层与该组的有机发光二极管的下电极或上电极中的每个重叠并直接接触，该光提取增强层与所有的这些下电极或者上电极直接相邻。该组的有机发光二极管彼此并排设置，使得它们共享同一个光提取增强层。 优选地，所述波长范围的中心对应于在此范围内由所发射的可见光的光强度的加权平均波长，所发射的可见光包括从该组的不同二极管的所有有机发光层发射的可见光。
由于本发明，光提取增强层适于在大于或者等于150nm的波长范围内增强光的提取。 优选地，该有机发光二极管或者由相邻的有机发光二极管组成的组发射白光。
优选地，该有机发光二极管或者由相邻的有机发光二极管组成的组用于发光应用或者显示应用。 优选地，所述电介质材料选自由Zr02、 LiNb03、 SiO、 Sn02、 PbF2和Sb203组成的组。该组的电介质材料的光学指数约为2。 优选地，所述电介质材料选自由ZnSe、ZnS、SnS、Te02和Ti02组成的组。该组的电介质材料的光学指数大于或者等于2. 3。 优选地，电极之间的所述间隔是光学腔。当下电极和上电极之间的间隔是光学腔时，它通常意味着-这些电极之一为反射的，优选由金属制成，并且另一个电极为部分反射的；
-这两个电极之间的距离是AE/2 "n。的倍数，可以用光在电极内的穿透性修正，
其中入e是包括在所述间隔中的至少一个有机发光层发射的可见光的波长，n。是该间隔中 材料的光学指数。 本发明的主题也是发光或者显示面板，其包括根据本发明的多个有机发光二极管 或者由有机发光二极管组成的组。
通过阅读下面的由非限制性示例给出并参照附图的说明书，本发明将被更清楚地 理解，附图中 图1示出了根据本发明实施例的有机发光二极管； 图2和图3示出了当光提取增强层5的厚度变化时图1的二极管的发光效率(cd/ A)。图3上的不同曲线对应于不同的电介质材料和不同的上电极材料。
具体实施例方式
下面的示例1对本发明进行了说明。示出参考示例1以与现有技术进行对比。相 同的附图标记将用于提供相同功能的层。
参考示例1 :根据现有技术的白色底发射有机二极管 从朝日玻璃(Asahi Glass)接收的玻璃基板1 (0. 7mm玻璃/155nm抛光的 IT0/230nm Cr)首先在去离子水中清洗，然后通过光刻图案化(NMP条)；在这些步骤之后， 有源区域是未被覆盖的(free) 3mm的ITO盘，形成用作阳极的下电极2 ;在无源区域上，ITO 被290nm的绝缘树脂(来自Tokyo OhkaKogyo的TELR-P003)覆盖。 然后，树脂在20(TC下烘焙30分钟而硬化，用去离子水清洗基板，并在20(TC干燥 5分钟，然后，在进入真空沉积设备(S皿icel Plus设备，基础压力70iiPa)前，置于180°C 的真空中20分钟。然后，ITO在氧气下经受等离子体处理3分钟。 然后沉积一组堆叠的有机层3。第一有机层是以0. 3nm/s沉积的35nm的掺杂空穴 输运层(掺有2XF4-TCNQ的螺(spiro)化合物)，接着是10nmNPB的电子阻挡层，以0. lnm/ s沉积。然后，沉积具有38nm的厚度的发光层(依次为蓝色、绿色和红色的主体(host) +掺 杂剂(dopant)，来自Idemitsu和Covion)。然后，以0. 15nm/s沉积2nm BPhen的空穴阻挡 层，接着是25nm的电子输运层(用专利掺杂剂TND1的掺杂的BPhen(l. 8% ))。获得的该 组堆叠有机层3适于发射白色的可见光，该白色可见光分布在465nm延伸到605nm的波长 范围内。 最后，120nm的铝层沉积为用作阴极的上电极4(以0. 15nm/s)。 具有用于吸气剂(getter)的凹槽的玻璃盖片(glass cover)装设在手套箱
(glove box) (N2气氛)中，以获得参考示例1的二极管。 然后，该参考二极管通过将其经受DC电流而进行评估。获得了下面的结果 100cd/m2下的6. 2cd/A，61m/W，3. 3%的量子效率。
示例1 :根据本发明的白色底发射有机二极管
与上述参考示例1相同的Asahi基板1经受相同的光刻步骤，除了没有沉积TELR树脂以外。在去离子水中清洗并在20(TC干燥5分钟+1801:真空20分钟后，基板1被转移到真空沉积设备，以在ITO层之上沉积银阳极。这里，ITO层不是必须的，而是因为其良好的表面光滑度而用作方便的基底(base)。 IT0在氧气下经受等离子体处理3分钟，然后不透明的银层以0. 15nm/s沉积120nm的厚度。 然后，银层经受2. 5分钟的Ar等离子体处理，并从真空沉积设备移开，返回到光刻区，用于沉积相同的树脂TELR ;下电极2的用作阳极的有源区域现在是未被覆盖的3mm的银盘；在无源区域上，银被290nm的绝缘树脂覆盖。在30分钟的烘烤后，基板再次转移到真空沉积设备。 然后，沉积一组堆叠的有机层3。沉积在银上的第一有机层为与基准示例1相同的掺杂空穴转移层，而厚度为30nm，接下来是相同的10nm NPB的电子阻挡层。然后，沉积与参考示例l完全相同的发光层(38nm的厚度)。沉积2nm BPhen的相同空穴阻挡层，伴随25nm厚的相同电子转移层。获得的该组堆叠有机层3适于发射白色可见光，该白色可见光分布在465nm延伸到605nm的波长范围内。该波长范围的中心A M为535nm。
然后，以0. lnm/s沉积15nm的银，以制成用作阳极的上电极4，接着沉积145nm的二氧化碲Te02(Sigma-Aldrich，99X级)，以制作根据本发明的光提取增强层5，其在上电极4的整个表面上接触上电极4。 Te02在465nm-605nm的范围内的平均光学指数nD在2. 3与2.4之间。因此，145nm厚度值等于5 入M/8 nD，容限为± 10% 。 上述的带有凹槽的玻璃盖片装设在手套箱(N2气氛)中，以获得示例1的二极管。
然后，该二极管通过使其经受DC电流而评估。获得下面的结果100cd/m2下的8. 4cd/A，91m/W，3. 8%的量子效率。 示例1 二极管获得的结果与参考示例1 二极管获得的结果的比较说明了本发明提供的整个发射波长范围的光提取的改善。 尽管已经参照特定示例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于该示例。因此，本领域技术人员应当理解，如权利要求所述的本发明包括来自这里描述的特定示例的变化。尽管一些具体实施例可以分别描述并要求，但是应当理解，这里描述并要求的实施例的各种特征可以结合使用。
权利要求
由至少一个有机发光二极管组成的组，其中该组的每个二极管包括，在由下电极和上电极限定的间隔中的至少一个有机发光层，该至少一个有机发光层适于穿过所述电极中的半透明的一个而发射可见光，其中发射的可见光的光强度分布在大于或等于150nm的波长范围内，该发射的可见光包括所述组的二极管的所有有机发光层发射的可见光，其中加权平均波长λM定义为对应于该范围中由所述光强度加权的平均波长，其特征在于，所述组包括由电介质材料制成的光提取增强层，该光提取增强层位于该组的每个二极管的所述间隔的外面，并与该组的每个二极管的半透明的电极直接相邻，并且其中，如果nD是所述电介质材料的光学指数，则所述光提取增强层的厚度等于5·λM/8·nD，容限为±10％。
2. 根据权利要求1所述的由至少一个有机发光二极管组成的组，其特征在于，该由至少一个有机发光二极管组成的组包括具有多个堆叠有机发光层的至少一个有机发光二极管。
3. 根据权利要求1所述的由至少一个有机发光二极管组成的组，其特征在于，所述组 包括并排设置的多个相邻的有机发光二极管。
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的由至少一个有机发光二极管组成的组，其特征在于，所述电介质材料选自由Zr02、LiNb03、SiO、Sn02、PbF2和Sb203组成的组。
5. 根据权利要求1到3中任一项所述的由至少一个有机发光二极管组成的组，其特征在于，所述电介质材料选自由ZnSe、 ZnS、 SnS、 Te02和Ti02组成的组。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的由至少一个有机发光二极管组成的组，其特征在于，电极之间的所述间隔是光学腔。
7. —种发光或者显示面板，包括根据前述权利要求中任一项所述的多个有机发光二极管。
全文摘要
本发明提供了具有光提取增强层的有机发光二极管。该有机发光二极管包括在下电极(2)和上电极(4)之间的有机发光层和由电介质材料制成的光提取增强层(5)。根据本发明，如果nD是所述电介质材料的光学指数，并且λM是所发射光的波长范围的中心，则光提取增强层(5)的厚度大约等于5·λM/8·nD。由于本发明，光提取在大于或等于150nm的波长范围内被增强。
文档编号H01L51/56GK101714614SQ200910178518
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月27日 优先权日2008年10月3日
发明者让-伊薇斯·米切利斯 申请人:汤姆森特许公司