专利名称：发光器件、其制备方法和使用该器件的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有机电致发光(有机EL)元件，更特别是，涉及一种具有优良 的出光效率的发光二极管，使得有机EL元件发出的光不会泄漏到有机EL元件的相邻区 域，和使用该发光二极管的显示装置。
背景技术：
有机EL元件是一种发光元件，其原理是，当被施加电场时，荧光材料通过由阳 极注入的空穴和由阴极注入的电子的结合能而发光。EASTMANKODAK公司的C.W.Tang 和 S.A.VanSlyke 在 Applied Physics Letters，Vol.51, pp.913 (1987)报道了使用层叠装置的 低电压驱动的有机EL元件之后，已经对由有机材料组成的有机EL元件进行了研究。Tang等在玻璃基底上使用三(8-羟基喹啉)铝作为发光层以及三苯基二胺衍生物 作为空穴传输层来制备有机EL元件。这种层叠类型结构的优点在于可以提高空穴注入发 光层的效率，通过阻挡从阴极注入电子可以提高由复合产生激子的效率，并且可以捕获 发光层产生的激子。对于上述有机EL元件的结构而言，由空穴传输(注入)层和可传输 空穴的发光层组成的两层类型，或者由空穴传输(注入)层、发光层和电子传输(注入) 层组成的三层类型在本领域是众所周知的。为了提高层叠类型元件中注入的电子和空穴的复合效率，对元件结构或其形成 方法进行了研究。然而，由于当载流子被复合时取决于自旋统计，所以有机EL元件中产生单重态 的几率受到限制，导致发光几率有一个上限。预计该上限的值约为25%。此外，由于 有机EL元件中发光体的折射率，入射角大于临界角的光被全反射，结果光可以不从基底 发出去。当发光体的折射率为1.6时，预计只有20%的总发射光是有效的，因而能量转 换效率不可避免地变低，即使加入单重态产生的几率，总的能量转换效率被限制为约5% (0.25x0.2 = 0.05), Tsutsui Tetsuo在“有机电致发光装置的现象和发展趋势”，Monthly Display, Vol.1, No.3, PP.11, September(1995)中对此作出了报道。在发光几率非常 有限的有机EL元件中，上述低的出光效率导致能量转换效率受到强烈且不利的影响而降 低。关于提高出光效率的技术，已提出使用发光二极管的几个建议，该发光二极管 具有与现有技术中有机EL元件的同样结构。例如日本专利公开号1988-314795公开了一 种在具有聚焦性能的基底上形成透镜以提高效率的方法，这对于有大发射区的装置来说 是有效的，不过，难以在诸如点阵显示装置(其每一象素区都是精细的)的装置中形成具 有聚焦性能的透镜。此外，日本专利公开号1987-172691公开了一种通过引入平坦层形 成反-折射层的方法，该平坦层的介质折射率介于玻璃基底和发光层之间，这提高了向前方向的出光效率，不过可能不能有效防止全反射。因此，对于具有较低折射率的有机 EL元件是无效的，但对于具有高折射率的有机EL元件是有效的。此外，日本专利公开号2000-231985公开一种用来减少与基底的有机EL元件不 相接触的平面上发生全反射的方法，是通过使用平面具有散射光功能的技术，不过其效 果并不明显，因为在有机EL元件和通常使用的玻璃基底之间的界面上的全反射光的比例 尚o此外，使用具有这种光散射功能的基底来制备其中布置有多个有机EL元件的发 光二极管时，有机EL元件发出的光到达与元件邻接的象素区，这导致光被泄漏，甚至在 不发光的象素处都可以观察到。日本专利公开号1999-8070公开了一种在基底和有机EL 元件之间形成黑掩模和光散射层的技术，以解决漏光问题。不过，一些光被黑掩模吸收，结果出光效率进一步降低。因此，用来提高使用有机EL元件的发光二极管的出光效率和防止其漏光的方法 并不是足够的，而且上述问题不可避免地必须被克服，以使有机EL元件获得实际应用。
发明内容
因此本发明的目的是，通过防止发光二极管的漏光和提高使用有机EL元件的出 光效率，从而提供高性能的发光二极管和显示装置。根据本发明的权利要求1，提供一种发光二极管，至少包括在可透射光的基底上 的高折射率层；和由介于透明的第一电极和第二电极之间的一层有机薄膜层或多层有机 薄膜层形成的有机电致发光(EL)元件，其中，高折射率层的折射率为1.65或更高，而且 高折射率层和可透射光的基底之间界面的中心线平均粗糙度为0.01 u m-0.6 u m。根据本发明的权利要求2，提供一种发光二极管，至少包括在可透射光的基 底上的高折射率层；和由介于透明的第一电极和第二电极之间的一层有机薄膜层或 多层有机薄膜层形成的有机电致发光(EL)元件，其中，高折射率层的折射率高于发 光层的折射率，而且高折射率层和可透射光的基底之间界面的中心线平均粗糙度为 0.01 u m-0.6 u m。根据如权利要求1所要求的权利要求3，可透射光的基底和高折射率层之间界面 的展开面积比为1.02或更高。根据如权利要求2所要求的权利要求4，可透射光的基底和高折射率层之间界面 的展开面积比为1.02或更高。根据如权利要求1或3所要求的权利要求5，由Si3N4形成高折射率层。根据如权利要求2或4所要求的权利要求6，由Si3N4形成高折射率层。根据如权利要求1、3和5任何之一所要求的权利要求7，由多层可透射光层形成 可透射光的基底，并且与高折射率层接触的可透射光层的折射率低于其余的可透射光层 的折射率。根据如权利要求2、4和6任何之一所要求的权利要求8，由多层可透射光层形成 可透射光的基底，并且与高折射率层接触的可透射光层的折射率低于其余的可透射光层 的折射率。根据如权利要求7所要求的权利要求9，与高折射率层接触的可透射光层是由多孔硅形成的。根据如权利要求8所要求的权利要求10，与高折射率层接触的可透射光层是由 多孔硅形成的。根据如权利要求1、3、5、7和9任何之一所要求的权利要求11，高折射率层和 可透射光的基底之间界面是通过相对于可透射光的基底的背溅射法而形成的。根据如权利要求2、4、6、8和10任何之一所要求的权利要求12，高折射率层和 可透射光的基底之间界面是通过相对于可透射光的基底的背溅射法而形成的。根据如权利要求1、3、5、7和9任何之一所要求的权利要求13，高折射率层和 可透射光的基底之间的界面被形成，使得其成为在可透射光的基底上有覆盖率为1或更 少的薄膜层，然后蚀刻具有薄膜层的基底。根据如权利要求2、4、6、8和10任何之一所要求的权利要求14，高折射率层和 可透射光的基底之间的界面被形成，使得其成为在可透射光的基底上有覆盖率为1或更 少的薄膜层，然后蚀刻具有薄膜层的基底。根据如权利要求1、3、5、7、9、11和13任何之一所要求的权利要求15，高折 射率层的厚度为0.4 u m-2 u m。根据如权利要求2、4、6、8、10、12和14任何之一所要求的权利要求16，高折 射率层的厚度为0.4 u m-2 u m。根据如权利要求1、3、5、7、9、11、13和15任何之一所要求的权利要求17，
提供一种其中布置有多层发光二极管的显示装置。根据如权利要求2、4、6、8、10、12、14和16任何之一所要求的权利要求18，
提供一种其中布置有多层发光二极管的显示装置。
通过参考附图详细描述的优选实施方案，本发明的以上及其他特征和优点对于 本领域的普通技术人员来说将是更明显的，其中图1是本发明的发光二极管的横剖面图；图2是用于本发明的有机EL元件的横剖面图；图3是用于本发明的有机EL元件的横剖面图；图4是用于本发明的有机EL元件的横剖面图；图5是用于本发明的有机EL元件的横剖面图；和图6是用于本发明的有机EL元件的横剖面图。此外，标记1表示可透射光的基底。标记2表示第一电极。标记3表示空穴传 输层。标记4表示发光层。标记5表示电子传输层。标记6表示第二电极。标记7表 示有机薄膜层(例如空穴传输层3、发光层4、电子传输层5)。标记8表示高折射率层。 标记9表示低折射率的可透射光的层。
具体实施例方式以下参考表示本发明优选实施方案的附图更全面地描述本发明。然而本发明可 以以不同的方式实施，而不应被解释是为是对这里提出的实施方案的限制。
本发明的发明人认真研究了在使用有机EL元件的发光二极管中出现的上述问 题，并发现漏光可以被抑制以提高出光效率，这是通过在可透射光的基底上形成高折 射率层，使得其折射率高于有机EL元件发光层的折射率，或者折射率的值高于1.65， 形成有机EL元件，高折射率层和可透射光的基底之间界面的中心线平均粗糙度为 0.01 u m-0.6 u m。此外，他们发现，通过使高折射率层的厚度为Odiimlym，并且界面的展开 面积比为1.02或更高，漏光可以被进一步抑制，以得到出光效率提高的发光二极管。在此情况下，展开面积比是指由S2/S1得到的值，其中S1表示可透射光的基底 上粗糙部分被投射到可透射光的基底上的面积，S2表示可透射光的基底上粗糙部分的表 面积。此外，他们发现，通过用多层可透射光的层形成可透射光的基底，和使与高折 射率层接触的可透射光的层的折射率小于其余可透射光的层的折射率，漏光可以被进一 步抑制，以得到出光效率提高的发光二极管。图1和图2是本发明发光二极管的横剖面图。常规的有机EL元件中，由于在有 机EL元件和基底之间以及基底和空气之间两个界面的损失，发光层发出的光只有约20% 被有效发出。可以在第一透明电极和可透射光的基底之间形成折射率高于1.65或折射率 高于发光层折射率的高折射率层，这降低了由于有机EL元件中的捕获而造成光损失的比 例，而且向高折射率层发出更多的光，不过，由于在高折射率层和可透射光的基底之间 以及可透射光的基底和空气之间界面损失的光比例增加，所以总出光效率没有改变。可使高折射率层和可透射光的基底之间的界面粗糙化，使光从界面的几个方向 发出和反射，这可以降低未从高折射率层向可透射光的基底发出的光的比例，然而，由 于可透射光的基底和空气之间界面的光损失比例增加，这种各向同性的散射仍不但导致 降低的出光率而且导致向相邻象素的漏光。在此情况下，当使高折射率层和可透射光的基底之间界面粗糙化，以使中心线 平均粗糙度为O.Oliim到0.6iim时，从高折射率层向可透射光的基底引入的光中，在可 透射光的基底的基底平面法线方向传播的光的比例增加。向可透射光的基底法线方向传 播的光成分在可透射光的基底和空气之间界面上不被反射，而是进入空气中，这样可降 低在高折射率层和可透射光的基底之间界面上损失的光，并可提高出光率。此外，当在 可透射光的基底法线方向传播的光成分增加时，则降低了在平行于可透射光的基底平面 方向传播的光成分的比例，其增加相邻象素之间的漏光。当可透射光的基底和有机EL元件之间未形成高折射率层时，在有机EL元件中 被捕获的光的比例明显高，结果提高的出光率仍是相同的。此外，借助于可透射光的基 底和高折射率层之间界面的为1.02或更高的展开面积比，进一步提高了在基底平面的法 线方向传播的光的比例，这更有效地抑制了漏光。此外，当形成厚度为OdiimHiim的高折射率层时，平行于基底平面方向散 射的光可以被抑制在高折射率层内，漏光被有效抑制。而且，当可透射光的基底是由多 层层叠的可透射光层组成，并且与高折射率层接触的可透射光层的折射率小于其余可透 射光层的折射率时，高折射率层和可透射光的基底之间界面的光损失被进一步减少，在 基底平面的法线方向传播光的比例进一步增加，导致更高的出光率。
可通过任何技术使高折射率层和可透射光的基底之间的界面粗糙化，例如，背 溅射法，或者一种用来形成覆盖率为1或更少的薄膜层，并使用同样的掩模进行蚀刻的 方法，根据可透射光的基底的不同可使用这些方法，由此在诸如CVD或真空沉积Si3N4 层的真空工艺过程中形成高折射率层，并且在连续的真空工艺中形成这样的界面，从而 低成本地得到该结构。当使用溅射和真空沉积法形成有机EL元件时，可通过连续真空工艺(从可透射 光的基底到发光二极管)制备该元件，这进一步增加了简化真空工艺的效果。换言之，本发明涉及如下所述(1)-(10)的发光二极管。(1) 一种发光二极管，至少包括在可透射光的基底上的高折射率层；和由介 于在高折射率层上形成的透明的第一电极和第二电极之间的一层有机薄膜层或多层有机 薄膜层形成的有机电致发光(EL)元件，其中，高折射率层的折射率为1.65或更高，高折 射率层和可透射光的基底之间界面的中心线平均粗糙度为0.01 u m-0.6 u m。(2) 一种发光二极管，至少包括在可透射光的基底上的高折射率层；和由介 于透明的第一电极和第二电极之间的一层有机薄膜层或多层有机薄膜层形成的有机电致 发光(EL)元件，其中，高折射率层的折射率高于发光层的折射率，高折射率层和可透射 光的基底之间界面的中心线平均粗糙度为0.01 u m-0.6 u m。(3)在(1)中描述的发光二极管，其中，可透射光的基底和高折射率层之间界面 的展开面积比为1.02或更高。(4)在(2)中描述的发光二极管，其中，可透射光的基底和高折射率层之间界面 的展开面积比为1.02或更高。(5)在⑴或(3)中描述的发光二极管，其中，由Si3N4形成高折射率层。(6)在(7)或(9)中描述的发光二极管，其中，由Si3N4形成高折射率层。(7)在(1)、(3)和(5)任何之一中描述的发光二极管，其中，由多层可透射光 层形成可透射光的基底，并且与高折射率层接触的可透射光层的折射率低于其余的可透 射光层的折射率。(8)在(2)、(4)和(6)任何之一中描述的发光二极管，其中，由多层可透射光 层形成可透射光的基底，并且与高折射率层接触的可透射光层的折射率低于其余的可透 射光层的折射率。(9)在(7)中描述的发光二极管，其中，与高折射率层接触的可透射光层是由多 孔硅形成的。(10)在(8)中描述的发光二极管，其中，与高折射率层接触的可透射光层是由 多孔硅形成的。(11)在(1)、(3)、(5)、(7)和(9)任何之一中描述的发光二极管，其中，高折 射率层和可透射光的基底之间界面是通过相对于可透射光的基底的背溅射法而形成的。(12)在⑵、(4)、(6)、(8)和(10)任何之一中描述的发光二极管，其中，高折 射率层和可透射光的基底之间界面是通过相对于可透射光的基底的背溅射法而形成的。(13)在(1)、(3)、(5)、(7)和(9)任何之一中描述的发光二极管，其中，高折 射率层和可透射光的基底之间的界面被形成，使得其成为在可透射光的基底上有覆盖率 为1或更少的薄膜层，然后蚀刻具有薄膜层的基底。
(14)在⑵、(4)、(6)、(8)和(10)任何之一中描述的发光二极管，其中，高折 射率层和可透射光的基底之间界面被形成，使得其成为在可透射光的基底上有覆盖率为1 或更少的薄膜层，然后蚀刻具有薄膜层的基底。(15)在(1)、(3)、(5)、(7)、(9)、(11)和(13)任何之一中描述的发光二极 管，其中，高折射率层的厚度为Ojymliim。(16)在(2)、(4)、(6)、(8)、(10)、(12)和(14)任何之一中描述的发光二极 管，其中，高折射率层的厚度为Ojymliim。(17)提供一种在其中布置有多层(1)、(3)、(5)、(7)、(9)、(11)、(13)和 (15)任何之一中描述的发光二极管的显示装置。(18)提供一种在其中布置有多层(2)、 (4)、(6)、(8)、(10)、(12)、(14)和(16)任何之一中描述的发光二极管的显示装置<优选实施方案>本发明有机EL元件的装置结构除了其含有一层有机层或多层有机层(在第一 电极和第二电极之间至少包括发光层)外，没有特别限定。第一和第二电极之一作为阳 极，另一个作为阴极。当第一电极是阳极且第二电极是阴极时，如图3-图6所示的有机 EL元件的实施例，可使用的结构如①阳极、发光层、阴极，②阳极、空穴传输层、发光 层、电子传输层、阴极，③空穴传输层、发光层、阴极，或④阳极、发光层、电子传输 层、阴极。此外，为了提高电荷注入性能、抑制绝缘覆盖率或提高发光效率，可以在有 机层之间和有机层电极之间插入由绝缘材料和诸如LiF、MgF、SiO、Si02、Si3N4的无机 介电材料形成的薄层、由有机层和电极材料或金属形成的复合层、或者诸如聚苯胺、聚 乙炔衍生物、聚二乙炔衍生物、聚乙烯基咔唑衍生物、聚对苯基亚乙烯基衍生物的有机 高分子薄膜层。任何典型的发光材料可用于本发明使用的发光二极管。举例来说，可使用诸如三(8-羟基喹啉)铝配合物(Alq3)[式1]、双-二苯乙烯 联苯(BDPVBi)[式 2]、1，3-双(p-t- 丁基苯基-1，3，4-oxadiazolil (氧代二氮杂 lil)苯 (OXD-7)[式3]、N，N，-双(2，5_di_t-丁基苯基)茈四羧酸二酰亚胺(BPPC)[式4]、 1，4-双(N-p-tril-N_4-(4-甲基肉桂基)苯氨基)萘[式5]的小分子发光材料，或者诸 如聚亚苯基乙烯聚合物的高分子发光材料，由下式表示[化合物1]
权利要求
1.一种发光二极管，包括在可透射光的基底上的高折射率层；和由介于透明的第 一电极和第二电极之间的一层有机薄膜层或多层有机薄膜层形成的有机电致发光(EL)元 件，其中，高折射率层的折射率至少为1.65，并且高折射率层和可透射光的基底之间界 面的中心线平均粗糙度为0.01 μ m-0.6 μ m。
2.—种发光二极管，包括在可透射光的基底上的高折射率层；和由介于透明的第 一电极和第二电极之间的一层有机薄膜层或多层有机薄膜层形成的有机电致发光(EL)元 件，其中，高折射率层的折射率高于发光层的折射率，并且高折射率层和可透射光的基 底之间界面的中心线平均粗糙度为0.01 μ m-0.6 μ m。
3.如权利要求1所要求的发光二极管，其中可透射光的基底和高折射率层之间界面的 展开面积比至少为1.02。
4.如权利要求2所要求的发光二极管，其中可透射光的基底和高折射率层之间界面的 展开面积比至少为1.02。
5.如权利要求1或3所要求的发光二极管，其中由Si3N4形成高折射率层。
6.如权利要求2或4所要求的发光二极管，其中由Si3N4形成高折射率层。
7.如权利要求1、3和5任何之一所要求的发光二极管，其中可透射光的基底由多层 可透射光层形成，并且与高折射率层接触的可透射光层的折射率低于其余的可透射光层 的折射率。
8.如权利要求2、4和6任何之一所要求的发光二极管，其中可透射光的基底由多层 可透射光层形成，并且与高折射率层接触的可透射光层的折射率低于其余的可透射光层 的折射率。
9.如权利要求7所要求的发光二极管，其中与高折射率层接触的可透射光层是由多孔 硅形成的。
10.如权利要求8所要求的发光二极管，其中与高折射率层接触的可透射光层是由多 孔硅形成的。
11.如权利要求1、3、5、7和9任何之一所要求的发光二极管，其中高折射率层和可 透射光的基底之间界面是通过相对于可透射光的基底的背溅射法而形成的。
12.如权利要求2、4、6、8和10任何之一所要求的发光二极管，其中高折射率层和 可透射光的基底之间界面是通过相对于可透射光的基底的背溅射法而形成的。
13.如权利要求1、3、5、7和9任何之一所要求的发光二极管，其中高折射率层和可 透射光的基底之间的界面被形成，使得其成为在可透射光的基底上有覆盖率最多为1的 薄膜层，然后蚀刻具有该薄膜层的基底。
14.如权利要求2、4、6、8和10任何之一所要求的发光二极管，其中高折射率层和 可透射光的基底之间的界面被形成，使得其成为在可透射光的基底上有覆盖率最多为1 的薄膜层，然后蚀刻具有该薄膜层的基底。
15.如权利要求1、3、5、7、9、11和13任何之一所要求的发光二极管，其中高折射 率层的厚度为0.4μιη-2μιη。
16.如权利要求2、4、6、8、10、12和14任何之一所要求的发光二极管，其中高折 射率层的厚度为0.4 μ m-2 μ m。
17.—种显示装置，其中布置多个权利要求1、3、5、7、9、11、13和15任何之一所要求的发光二极管。
18. —种显示装置，其中布置多个权利要求2、4、6、8、10、12、14和16任何之一 所要求的发光二极管被。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管及其制备方法，以及使用该发光二极管的显示装置，其中发光二极管至少包括一种载在可透射光的基底上的高折射率层；一种有机电致发光(EL)元件，是由介于在高折射率层形成的透明的第一电极和第二电极之间的一层有机薄膜层或多层有机薄膜层形成的，并且高折射率层的折射率高于发光层的折射率或者折射率为1.65或更高，而且高折射率层和可透射光的基底之间的界面被粗糙化，使得其中心线平均粗糙度为0.01μm-0.6μm，结果防止了漏光且出光效率更高。
文档编号H01L51/50GK102024913SQ20101050991
公开日2011年4月20日 申请日期2003年3月27日 优先权日2002年3月29日
发明者东口达, 小田敦, 石川仁志 申请人:三星移动显示器株式会社