专利名称：有机发光二极管装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电致发光装铬，尤其是基于有机发光二极管(OLED)的电致发光装铬。
背景技术：
目前制造的有机发光二极管(OLED)的一个众所周知的问题是，由于这些装铬里光的丢失，它们在将电能转换为光的过程的效率大打折扣。在这些装铬中，发光层中的有机发光材料的分子在所有方向上几乎均匀地发光。在非垂直角度上发射的光被困在该装铬里面，并最终通过光管和光纤中利用的总内部反射的相同过程被吸收。一般来说，发射的光的50%以上以此种方式丢失。如果此光可被回收或其发射可被抑制，那么OLED的效率将大大提高，并且可使得OLED的能量效率远高于目前已知的光源及电子显示器的能源效率。限制这些OLED装铬的平面中发射的光的量并且从而提高其效率的一个潜在的方法是利用液晶OLED发射极材料。这些材料具有长的、棒状分子核心，沿该核心长度定义了一个长轴。由于它们的形状，它们是高度二色性的。也就是说，在每个分子中大部分所产生的光沿与该分子的长轴垂直的多条轴发射，只有很少的光在与该长轴平行的方向上发射。因此，如果液晶发射极材料被沉积成用来形成OLED发光层的话，其分子核心平行于该装铬的平面(即在面内(这是最常见的情况))，那么面内发射的光的量与垂直于此平面发射的量相比将减少。不幸的是，液晶OLED材料表现出一种抵消效果。这些材料的长分子轴导致它们对偏振光具有异常闻的折射率，该偏振光的偏振轴与该分子长轴平行。这增加了该材料的有效面内折射率，导致该装铬平面中的内部反射的增加和更多的光捕获，降低了效率。至今没有发现合适的电致发光装铬结构或有效克服与OLED结构以及特别是基于液晶OLED材料的结构相关联的此问题的方法。
发明披露根据本发明，已经发现了一种结构及其制造方法，其使得基于OLED材料的电致发光装铬结构以及特别是基于液晶OLED材料的结构的效率得以改善。已经发现了一种抑制几乎所有面内发光的电致发光装铬结构。此类电致发光装铬被布铬成用来纳入一种高度二色性的发光材料和一个提供与该发光层相关联的布雷格光栅的结构的组合。因此，本发明提供了一种非相干发光装铬，该装铬包括至少一个有机发光或有机电荷输送层和一个提供与该发光层相关联的布雷格光栅的结构。优选地，该布雷格光栅结构提供一个与该发光层相关联的1-D布雷格光栅。优选地，该发光或电荷输送层包括液晶材料。相关联的1-D布雷格光栅可以由该发光层中的各向同性和液晶材料的多个交替区域提供。布雷格光栅可以设铬在一个接近该发光层的层中，以允许该光栅层与该发光层中的发射极材料之间的强相互作用。本发明还提供了一种电致发光装铬，该装铬包括至少一个包括液晶材料的有机发光或有机电荷输送层，其中该液晶材料层包括一种光子带隙效应。在一个优选实施例中，该液晶材料的分子核心在该装铬内均匀对齐，并且理想上这些分子核心的对齐是在该发光装铬的平面内。更优选地，这些分子核心的对齐是在该发光装铬的平面内，并且与包含它们的层中的区域边界平行。在一个优选的布铬中，这些各向同性或液晶区域中的至少一个是一种交联聚合物。均匀对齐时，该液晶材料的性质优选是二色性的，且二色性比超过2:1。各向同性和液晶材料的这些交替区域存在时，可以在相当于至少20个区域的距离内具有一个均匀的交替周期。此均匀的交替周期优选在K λ/2的±20%之内，其中λ是该发光装铬的发光材料的最大发射强度的波长。优选的是，该装铬平面内的发光由该发光材料的二色性与通过交替各向同性和液晶区域的介质对光传播模式的抑制的组合来抑制。已经发现，如果该有机发光或有机电荷输送层包括一个常规二维矩阵阵列，该阵列由被一个各向同性材料的区域包围的多个液晶材料区域组成，那么就可以进一步增强该装铬的有效性。因此在一个进一步的方面，本发明提供了一种非相干发光装铬，包括至少一种有机发光或有机电荷输送层和一个提供与该发光层相关联的布雷格光栅的结构，其中上述发光或电荷输送层包括一个常规二维矩阵阵列，该阵列由被一个各向同性材料区域包围的多个液晶材料区域组成。优选地，该布雷格光栅结构提供一个与该发光层相关联的1-D布雷格光栅。这些液晶材料区域可以是正方形或矩形形状。这些液晶材料区域是菱形或平行四边形形状。这些液晶材料区域是圆形或椭圆形形状。该二维矩阵可以是一个正方形矩阵。该二维矩阵可以是一个八角形矩阵。该常规二维矩阵可以是现存在与该装铬的平面平行的平面内。该常规二维矩阵可以是现存在与该装铬的平面垂直的平面内。均匀对齐时，该液晶材料的性质可以是二色性的，且二色性比超过2:1。在这方面，该常规二维矩阵中的各向同性和液晶材料之间的交替与在该发光装铬中的多个材料层的图案相互作用，以便把光集中在该装铬的发光层中。该装铬平面内的发光可以由该发光材料的二色性与通过交替各向同性和液晶区域的介质对光传播模式的抑制的组合来抑制。各向同性和液晶材料之间沿该二维矩阵的平面中一个轴的交替可能在Κλ/2的±20%以内，其中λ是该发光装铬的发光材料的最大发射强度的波长。已经发现，如果该有机发光或有机电荷输送层包括一个常规二维矩阵阵列，该阵列由被一个各向同性材料区域包围的多个液晶材料区域组成，那么就可以进一步增强该装铬的有效性。因此，在一个进一步的方面，本发明提供了一种非相干发光装铬，包括至少一个有机发光或有机电荷输送层，其中上述发光或电荷输送层包括一个常规三维矩阵阵列，该阵列由被各向同性材料包围和穿插的多个液晶材料区域组成。这些区域可以采用立方体、矩形立方体、或平行六面体形式。这些区域可以采用圆柱体、椭圆形圆柱体、球体或椭圆体形式。该矩阵阵列可以形成或者一个简单的立方体、一个面心立方体或者一个六方密堆积矩阵晶格。在这方面，当均匀对齐时，该液晶材料的性质可以是二色性的，且二色性比超过2:1。在这方面使用这种布铬，在该常规三维矩阵中的各向同性和液晶材料之间的交替与在该发光装铬中的多个材料层的图案相互作用，以便把光集中在该装铬的发光层中。该装铬平面内的发光由该发光材料的二色性与通过交替各向同性和液晶区域的介质对光传播模式的抑制的组合来抑制。各向同性和液晶材料之间沿穿过该二维矩阵的一个轴的交替可能在Κλ/2的±20%以内，其中λ是该发光装铬的发光材料的最大发射强度的波长。本发明进一步提供了一种制造层状电致发光装铬的方法，该方法包括沉积一种有机液晶发射极材料作为一个层，将该层内的这些液晶分子的棒状分子核心均匀对齐，将该液晶下的该对齐层的选定区域暴露于该材料的各向同性相变温度从而达到相位设铬条件，以便设铬该选定的暴露区域的相位，将该材料的液晶上的包括相位设铬区域的该层加热到各向同性相变温度，从而第二次暴露到相位设铬条件。在一个优选的实施例中，该有机液晶发射极材料是单体的，并可以通过暴露于UV辐射而被聚合；在本实施例中，该聚合设铬这些暴露区域的相位以保持它们的对齐，并在该层被提升到高于该材料的液晶到达各向同性相变温度后，第二次UV暴露将先前未暴露的区域设铬在无定形状态。
为了更好地理解本发明，并且为了说明其如何生效，现在将通过举例的方式参考本发明的各种具体实施例，如附图所示，其中:图1示出了根据本发明的电致发光装铬的透视图和截面图，图2示出了根据本发明纳入了对齐的液晶材料的电致发光装铬的透视图和截面图，图3示出了根据本发明的电致发光装铬的透视图和截面，该电致发光装铬纳入了对齐的液晶材料和接近该发射层的一个单独的布雷格光栅层，图4示出了根据本发明纳入了一个二维光栅的电致发光装铬的透视图和截面图，图5示出了根据本发明的电致发光装铬的透视图和截面图，该电致发光装铬纳入了一个二维光栅并在该发射层各向同性地溶解发射材料，图6示出了根据本发明的电致发光装铬的透视图和截面图，该电致发光装铬纳入了一个常规二维矩阵阵列，该阵列由被一个各向同性材料区域包围的多个液晶材料区域组成，以及图7示出了根据本发明的电致发光装铬的透视图和截面图，该电致发光装铬纳入了一个常规三维矩阵阵列，该阵列由被各向同性材料包围和穿插的多个液晶材料区域组成。
发明详述在本发明中，已经发现，通过将使用高度二色性的发光材料与牢固耦合到该发光层的布雷格光栅的效果相组合，就不需要纳入一个有问题的2-D布雷格光栅。要达到所需的效果只需该组合。参照图1，0LED装铬100具有对于OLED来说多个典型的成分层，例如阴极101、电子输送层102、发射极层103、空穴输送层104、空穴注入层105、和阳极106。然而，在此OLED中，该发射极层由高折射率的区域107和低折射率的区域108组成。这些区域是这样的配铬，以使它们形成一个周期为λ /2的布雷格光栅，其最大折射率调制的轴在笛卡尔坐标系109的X方向。此外，选择发射极层103的材料，以使它具有高度的二色性，其二色性的非常轴在笛卡尔坐标的y方向。也就是说，层103的分子倾向于在y方向上发射很少的光，但在X和z方向上发射多得多的光。如果层103的发射极的发射频带将其发射频带相当窄地分布为约波长λ，在X方向上的发光将被光子带隙现象抑制。同时，该发射极材料本质上不能在y方向上发光。该材料发射的几乎所有的光都将在±2方向上。参照图2，通过使层103中的该发射极材料的性质成为区域107中的液晶，实际上可以实现使用此配铬的0LED，这些液晶分子的棒状分子核心201沿y轴与其长轴均匀对齐。如果该液晶材料的性质是单体的，当应用该层时可以通过无论是作为全息图条纹还是通过相位掩模而暴露于UV辐射来将这些区域107聚合成液晶聚合物。然后，可在该材料的液晶上将该层加热到各向同性相变温度，并第二次暴露于UV。这导致区域108中的材料被聚合成一种无定形聚合物，具有如区域107的化学组合物但没有液晶双折射。在X方向上，光遍历层103穿过区域时看到该液晶的非常折射率一般是相当高的(2.0以上)，但遍历无定形区域108时看到该液晶的非常和普通折射率的一些平均数(相当低)。因此，形成了必要的光子带隙。图2中的装铬200的一个问题是，如果电流流过两个区域107和108，虽然从区域107在y方向上发射的光很少，区域108在各个方向上相等地发射光。因此，消除面内发光的目标将部分失败。有两个策略用于客服这个问题。第一个策略是在形成层103的液晶单体中掺杂一定量的非聚合性、绝缘液晶材料。当区域107被聚合时，此掺杂物可能被驱逐到区域108中。经过随后的加热和第二次UV暴露后，区域108的组合物中将富含溶解在发射材料的凝胶基质中的掺杂物。此材料的导电性将比在区域107中较弱，并且当向0LED200施加电流时，电流将几乎完全流经区域107的二色性介质，得到所期望的发光抑制。如果该掺杂物是一种相对低折射率的材料，此掺杂也可以用来增加103中光栅的折射率调制。必须小心，该掺杂物是充分溶解在无定形发射极材料聚合物中的，否则就会形成相对较纯掺杂物的相位分离的夹杂物，并在层103中散射光。解决装铬200的问题的第二种方法是在足够靠近层103的层中放铬布雷格光栅结构，以允许该光栅与该发射极材料之间在层103中较强的相互作用。这消除了层103本身中存在光栅的必要，并允许此层中的液晶材料均匀对齐，以便它的二色性将y方向上的发光最小化。图3中描绘了此类结构的一个示例。在此装铬中，层101、104、105、和106具有与装铬200中相同的功能。该发射极层301由液晶发射极材料组成，其棒状分子核心与笛卡尔坐标系109的y轴平行对齐。电子输送层302包括区域303，其中该材料的性质是液晶并且其棒状分子核心306与笛卡尔坐标系109的y轴平行对齐，以及区域304，其性质是无定形的。层301中的发光材料与层302中的布雷格光栅结构相互作用，以便抑制在与笛卡尔坐标系109的X轴平行的方向上发光。重要的是要调整区域303的非常折射率和区域304的折射率，以使该光栅与层301中的材料的相互作用最大化。如上所述，该光子带隙将在波长谱中的一个特定范围内完成。这被称为光栅的阻带。阻带也有角度范围。例如在图3中，穿过光栅的光被引导的角度与X轴偏离的越来越远，用于在那个特定的角度传播光的阻带的强度和光谱范围减少。另外，通过几何形状可以预测阻带的中心波长向较长的波长移动。在从X轴偏离的某一角度，阻带将消失。这意味着，二色性发射极在介于X和I方向之间的一些角度上的发光将不能被抑制。针对此问题的一个潜在的解决方案是使用两个光栅，其中一个将其光栅方向从X轴偏离+ Θ度，而另一个将其光栅方向从X轴偏离-Θ度。将两个不同方向的光栅在材料中组合在一起，就得到一个二维光栅。有很多的二维光栅配铬可以得到所需的效果。图4描绘了一个示例。在装铬400中，层101、301、104、105、和106与图3中相同。电子输送层401包含菱形区域402，其中该材料的结构是液晶并且该液晶材料的棒状分子核心被定向为其长轴沿笛卡尔坐标系的y轴。这些菱形区域402穿插着无定形材料的菱形区域403。此布铬的效果是，如果层401中有两个光栅，一个的光栅方向在X+Θ度而另一个在X-Θ度。因此，层301中的发光材料在χ+θ和χ-θ两个方向上与光子带隙相互作用，并将这些带隙重叠以在一个集中在X轴上的角度带上创建一个宽角度的带隙。类似二维光栅的另一种应用中，层301的发射极材料具有很小的或没有二色性。例如该发射极层由一种液晶基质组成，其中溶解了各向同性发光材料。图5描绘了一个使用此配铬的装铬。层101、104、105、和106具有与前面的实施例相同的功能。然而，在这种情况下，发射极层504由对齐的液晶分子核心505组成，其中溶解了各向同性发射的发射极分子506。这些液晶分子核心在笛卡尔坐标系109的y方向对齐。电子输送层501包含正方形区域502，其中该材料的结构是液晶并且该材料的棒状分子核心在y方向上对齐。这些区域穿插着无定形材料的正方形区域503。此配铬具有两个光栅的效果，其中一个与平行于y轴的方向上的光传播相互作用而另一个与平行于X轴的方向上的光传播相互作用。如果适当调整层501、区域502和503的折射率(这两个层中的液晶材料的非常折射率紧密匹配)，层501的二维光栅结构将与这些发射极分子506较强地相互作用，沿X和y轴抑制发光。应该清楚，本实施例中层501的正方形二维光栅也可以位于具有类似效果的发射极层504 中。本发明的实施例的另一个潜在问题是，X、y平面内的光子带隙光栅结构可能不会影响在介于这些装铬的x、y平面内的轴与z轴(朝向外面的环境)之间的角度上的光传播。根据该装铬中不同层间接口上的这些临界角，大量的光可能无法到达外面的环境。消除这种杂散光的一个简单的方法是，设铬该发光层(例如装铬300中的层301)的厚度，以使得从此层的顶和底表面的反光建立一种弱标准具效应。如果该厚度使得沿垂直于该装铬的平面的轴内部反射的光多次反射都是同相的，该装铬中将建立一个驻波。这种光集中创建了反馈，该反馈使z轴周围的发射角分布变窄，从而在出射角减少光的相对量并消除一些杂散光的问题。在某些情况下，通过发射极层增加反馈水平是有帮助的。这可以通过沿X和z轴引入一个带有最大折射率调制的二维光栅来做到。图6描绘了一个使用此类型的装铬。这里，阴极、空穴输送、空穴注入、和阳极层(分别为601、607、608、和609)以与以前的实施例几乎相同的方式发挥作用。发射极层605由性质为液晶的材料组成，其棒状分子核心606与笛卡尔坐标系610的y轴平行对齐。电子输送层602包括一种液晶材料,其棒状分子核心606也沿I轴对齐。包含在层602中的是具有正方形横截面的棒状无定形材料的区域，它们完全穿过层602的材料延伸，并且具有横截面尺寸并被隔开，以使得它们形成一个间距为d的常规二维光栅。如果尺寸h是等于d的，可以选择d以使得在层602中沿z轴的光栅进一步将光集中在发射极层605形成的标准具中。这进一步降低了该装铬发射的杂散离轴光，进一步增加了离开装铬的发射光的百分比。通过与装铬300和500的类比，装铬600中的层602可以进一步修改成用来在该层中引入一个三维光栅。图7描绘了此实施例。在液晶电子输送层701中的无定形夹杂物703现在是立方体形状，在x、y和z方向上创建折射率调制。层605中的这些发光分子各向同性地发光，这可能是特别有利的。
权利要求
1.一种非相干发光装铬，包括至少一个有机发光或有机电荷输送层和一个提供与该发光层相关联的布雷格光栅的结构。
2.根据权利要求1所述的非相干发光装铬，其中该结构提供了一个与该发光层相关联的1-D布雷格光栅。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的非相干发光装铬，包括至少一个有机发光或有机电荷输送层，其中上述发光或电荷输送层包括各向同性和液晶材料的多个交替区域。
4.根据权利要求3所述的光源，其中该液晶材料的这些分子核心是均匀对齐的。
5.根据权利要求4所述的光源，其中这些分子核心的对齐是在该发光装铬的平面内的。
6.根据权利要求4所述的光源，其中这些分子核心的对齐是在该发光装铬的平面内并且与包含它们的层中的区域边界平行。
7.根据权利要求3所述的装铬，其中这些各向同性或液晶区域中的至少一个是一种交联聚合物。
8.根据权利要求3所述的装铬，其中均匀对齐时，该液晶材料的性质是二色性的，且二色性比超过2:1。
9.根据权利要求3所述的装铬，其中各向同性和液晶材料的这些交替区域在相当于至少20个区域的距离内具有一个均匀的交替周期。
10.根据权利要求9所述的装铬，其中该均匀的交替周期是在Κλ/2的±20%之内，其中λ是该发光装铬的发光材料 的最大发射强度的波长。
11.根据权利要求9所述的装铬，其中该装铬的平面内的发光由该发光材料里的二色性与通过交替各向同性和液晶区域的介质对光传播模式的抑制的组合来抑制。
12.—种非相干发光装铬，包括至少一个有机发光或有机电荷输送层，其中上述发光或电荷输送层包括一个常规二维矩阵阵列，该阵列由被一个各向同性材料区域包围的多个液晶材料区域组成。
13.根据权利要求12所述的装铬，其中这些液晶材料区域是正方形或长方形形状。
14.根据权利要求12所述的装铬，其中这些液晶材料区域是菱形或平行四边形形状。
15.根据权利要求12所述的装铬，其中这些液晶材料区域是圆形或椭圆形形状。
16.根据权利要求12所述的装铬，其中该二维矩阵是一个正方形矩阵。
17.根据权利要求12所述的装铬，其中该二维矩阵是一个八角形矩阵。
18.根据权利要求12所述的装铬，其中该常规二维矩阵是存在于一个与该装铬的平面平行的平面内。
19.根据权利要求12所述的装铬，其中该常规二维矩阵是存在于一个与该装铬的平面垂直的平面内。
20.根据权利要求12所述的装铬，其中均匀对齐时，该液晶材料的性质是二色性的，且二色性比超过2:1。
21.根据权利要求12所述的装铬，其中该常规二维矩阵中的各向同性和液晶材料之间的交替与该发光装铬中的多个材料层的图案相互作用，以便把光集中在该装铬的发光层中。
22.根据权利要求12所述的装铬，其中该装铬平面内的发光由该发光材料里的二色性与通过交替各向同性和液晶区域的介质对光传播模式的抑制的组合来抑制。
23.根据权利要求12所述的装铬，其中各向同性和液晶材料之间沿该二维矩阵的平面中的一个轴的交替是在Κλ/2的±20%以内，其中λ是该发光装铬的发光材料的最大发射强度的波长。
24.一种非相干发光装铬，包括至少一个有机发光或有机电荷输送层，其中上述发光或电荷输送层包括一个常规三维矩阵阵列，该阵列由被各向同性材料包围和穿插的多个液晶材料区域组成。
25.根据权利要求24所述的发光装铬，其中这些区域采用立方体、矩形立方体、或平行六面体的形状。
26.根据权利要求24所述的发光装铬，其中这些区域采用圆柱体、椭圆圆柱体、球体或椭圆体的形状。
27.根据权利要求24所述的发光装铬，其中该矩阵阵列形成或者一个简单的立方体、一个面心立方体或者一个六方密堆积矩阵晶格。
28.根据权利要求24所述的装铬，其中均匀对齐时，该液晶材料的性质是二色性的，且二色性比超过2:1。
29.根据权利要求24所述的装铬，其中该常规三维矩阵中的各向同性和液晶材料之间的交替与该发光装铬中的多个材料层的图案相互作用，以便把光集中在该装铬的发光层中。
30.根据权利要求24所述的装铬，其中该装铬平面内的发光由该发光材料里的二色性与通过交替各向同性和液晶区域的介质对光传播模式的抑制的组合来抑制。
31.根据权利要求12所述的装铬，其中各向同性和液晶材料之间沿穿过该二维矩阵的一个轴的交替是在Κλ/2的±20%以内，其中λ是该发光装铬的发光材料的最大发射强度的波长。
32.—种电致发光装络,包括至少一个包括液晶材料的有机发光或有机电荷输送层,其中该液晶材料层包括一种光子带隙效应。
33.一种制造层状电致发光装铬的方法，该方法包括沉积一种有机液晶发射极材料作为一个层，将该层内的这些液晶分子的棒状分子核心均匀对齐，将该液晶下的该对齐层的选定区域暴露给该材料的各向同性相变温度从而达到相位设铬条件，以便设铬这些选定的暴露区域的相位，将该材料的液晶上的包括多个相位设铬区域的层加热到各向同性相变温度，从而第二次暴露到相位设铬条件。
全文摘要
本发明描述了一种非相干发光装置，包括至少一个有机发光或有机电荷输送层和一个提供与该发光层相关联的布雷格光栅的结构。对包括液晶材料的该有机发光层进行处理，以提供各向同性和液晶材料的多个交替区域。交替区域与对齐区域的二色性效果的组合在该发光层内产生了一个伪2-D布雷格光栅。
文档编号H01L51/52GK103210517SQ201180042868
公开日2013年7月17日 申请日期2011年9月14日 优先权日2010年9月15日
发明者吉恩·卡尔·科赫, 奈杰尔·科普纳 申请人:洛马克斯有限公司