用于有机发光装置的增强光出耦的组合内部与外部提取层和用于制造所述提取层的方法
【专利说明】用于有机发光装置的増强光出耦的组合内部与外部提取层 和用于制造所述提取层的方法
[0001] 所要求的本发明是由达成联合大学公司研究协议的以下各方中的一或多者，以以 下各方中的一或多者的名义和/或结合以下各方中的一或多者而作出：密歇根大学董事会 (Regents of the University of Michigan)、普林斯顿大学（Princeton University)、南 加州大学（The University of Southern California)以及环宇显不器公司（Universal Display Corporation)。所述协议在作出所要求的本发明的日期当天和之前就生效，并且 所要求的本发明是因在所述协议的范围内进行的活动而作出。
技术领域
[0002] 本发明涉及有机发光装置（0LED)，并且更确切地说涉及具有多个或组合提取层以 用于光出耦的0LED。
【背景技术】
[0003] 出于多种原因，利用有机材料的光电装置变得越来越受欢迎。用于制造这样的装 置的许多材料相对便宜，因此有机光电装置具有优于无机装置的成本优势的潜力。另外，有 机材料的固有性质（例如其柔性）可以使其非常适合具体应用，例如在柔性衬底上的制造。 有机光电装置的实例包括有机发光装置（0LED)、有机光电晶体、有机光伏打电池以及有机 光电检测器。对于0LED，有机材料可以具有优于常规材料的性能优势。举例来说，有机发射 层发光的波长通常可以容易地用适当的掺杂剂调节。
[0004] 0LED利用有机薄膜，其在电压施加于装置上时发光。0LED正变为用于例如平 板显示器、照明和背光应用中的越来越引人注目的技术。美国专利第5, 844, 363号、第 6, 303, 238号以及第5, 707, 745号中描述若干0LED材料和配置，所述专利以全文引用的方 式并入本文中。
[0005] 磷光发射分子的一个应用是全色显示器。针对所述显示器的行业标准需要适合于 发射具体色彩（称为"饱和"色彩）的像素。确切地说，这些标准需要饱和的红色、绿色以 及蓝色像素。可以使用所属领域中熟知的CIE坐标来测量色彩。
[0006] 绿色发射分子的一个实例是三（2-苯基吡啶）铱，其表示为Ir(ppy)3，其具有以下 结构：
[0008] 在此图和本文后面的图中，我们将从氮到金属（在这里是Ir)的配价键描绘为直 线。
[0009] 如本文所用，术语"有机"包括可以用于制造有机光电装置的聚合材料和小分子有 机材料。"小分子"是指不是聚合物的任何有机材料，并且"小分子"可能实际上相当大。在 一些情况下，小分子可以包括重复单元。举例来说，使用长链烷基作为取代基不会将分子从 "小分子"类别中去除。小分子还可以并入到聚合物中，例如作为聚合物主链上的侧基或作 为主链的一部分。小分子还可以充当树枝状的核心部分，所述树枝状由一系列建立在核心 部分上的化学壳组成。树枝状的核心部分可以是荧光或磷光小分子发射体。树枝状可以是 "小分子"，并且据信目前用于0LED领域中的所有树枝状都是小分子。
[0010] 如本文所用，"顶部"意指离衬底最远，而"底部"意指最靠近衬底。在将第一层描 述为"安置"在第二层"上"的情况下，第一层被安置地距衬底较远。除非规定第一层"与" 第二层"接触"，否则第一层与第二层之间可以存在其它层。举例来说，即使阴极与阳极之间 存在各种有机层，仍可以将阴极描述为"安置在"阳极"上"。
[0011] 如本文所用，"溶液可处理"意指能够以溶液或悬浮液的形式在液体介质中溶解、 分散或输送和/或从液体介质沉积。
[0012] 当据信配体直接有助于发射材料的光敏性质时，配体可以被称为"光敏性的"。当 据信配体不有助于发射材料的光敏性质时，配体可以被称为"辅助性的"，但辅助性配体可 以改变光敏性配体的性质。
[0013] 如本文所用，并且如所属领域的技术人员通常将理解，如果第一能级较接近真空 能级，那么第一"最高占用分子轨道"（HOMO)或"最低未占用分子轨道"（LUM0)能级"大于" 或"高于"第二HOMO或LUM0能级。由于将电离电位（IP)测量为相对于真空能级的负能量， 因此较高HOMO能级对应于具有较小绝对值的IP (较不负的IP)。类似地，较高LUM0能级对 应于具有较小绝对值的电子亲和性（EA)(较不负的EA)。在顶部是真空能级的常规能级图 上，材料的LUM0能级高于同一材料的Η0Μ0能级。A "较高"Η0Μ0或LUM0能级表现为比"较 低" Η0Μ0或LUM0能级更靠近所述图的顶部。
[0014] 如本文所用，并且如所属领域的技术人员通常将理解，如果第一功函数具有较高 绝对值，那么第一功函数"大于"或"高于"第二功函数。因为通常将功函数测量为相对于 真空能级的负数，所以这意指"较高"功函数是更负的（more negative)。在顶部是真空能 级的常规能级图上，将"较高"功函数说明为在向下方向上距真空能级较远。因此，Η0Μ0和 LUM0能级的定义遵循与功函数不同的惯例。
[0015] 关于0LED和上文所描述的定义的更多细节可以在美国专利第7, 279, 704号中找 到，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
【发明内容】
[0016] 根据本发明的一个方面，有机发光装置包括衬底；具有第一折射率的透明第一电 极，其邻近于衬底安置；第二电极；安置在透明第一电极与第二电极之间的有机发射层，所 述有机发射层具有第二折射率；以及安置在衬底与透明第一电极之间的内部提取层。内部 提取层可以包括具有比第二折射率大至少0. 01的折射率的第一材料，和在第一材料与邻 近于第一材料的材料之间的非平面界面。内部提取层可以包括第二材料，其具有不同于第 一材料的折射率的第三折射率。第一材料可以具有例如不低于1. 7、不低于1. 9等的折射 率。非平面界面可以是例如在第一材料与第二材料之间的界面。内部提取层还可以包括 在第一材料与衬底之间的第二非平面界面。非平面界面可以是在第一材料与衬底之间的界 面，并且可以包括一或多种表面形状图案，例如凹槽、锥形特征以及棱柱形特征。第一材料 的折射率可以比第一折射率高至少0. 01。外部提取层可以邻近于衬底安置，其中衬底安置 在内部提取层与外部提取层之间。衬底和外部提取层可以由相同的一或多种材料制成或包 括相同的一或多种材料。衬底可以具有不低于1.65的折射率。外部提取层可以具有在衬 底折射率的0.01内的折射率。外部提取层还可以包括非平面表面，其可以包括例如一或多 种表面形状图案，例如凹槽、半球面特征以及轴向对称立方体形轮廓特征。内部提取层可以 具有至少lym的最小厚度。外部提取层还可以包括一或多个微透镜。每一微透镜都可以 由表面界定，在所述表面上，每一点都具有与出耦层与有机发光装置的界面形成不超过90 度内角的切面。每一微透镜还可以具有透镜高度Η和最大底部测量值2R，并且H/R大于1。 或者或另外，每一微透镜或微透镜层都可以具有由r的连续函数所界定的厚度轮廓，其中r 为距离以微透镜的底部为中心并且垂直于出耦层与有机发光装置的界面的微透镜轴的距 离，并且其中r小于或等于R。微透镜可以紧密地装填和/或以重复图案布置，并且具有不 同底部测量值的微透镜可以用于实现对装置的更完整覆盖。
[0017] 在本发明的一个方面中，制造0LED的方法包括在衬底的第一表面上形成内部提 取层图案，其中所述衬底包括具有第一折射率的材料；相对于第一表面在衬底的第二表面 上形成外部提取层图案；在衬底的第一表面的内部提取层图案上沉积内部提取层，其中所 述内部提取层包括具有比第一折射率大至少0.01的折射率的材料；以及在内部提取层上 制造0LED。
【附图说明】
[0018] 图1不出一种有机发光装置。
[0019] 图2示出不具有独立电子输送层的倒置式有机发光装置。
[0020] 图3示出不具有出耦强化特征的常规底部发射0LED。
[0021] 图4示出通过常规0LED的每一层出耦的光部分。
[0022] 图5示出如本文中所公开的通过微透镜阵列外部提取层的典型光路径的实例。
[0023] 图6示出如本文中所公开的底部发射0LED的示意性图示，所述底部发射0LED并 有内部和外部提取层。
[0024] 图7A示出如本文中所公开的并有提取层的0LED的示意性图示。
[0025] 图7B示出如本文中所公开的内部提取层的示意性图示。
[0026] 图8示出如本文中所公开的实例微透镜。
[0027] 图9A到C示出如本文中所公开的实例微透镜阵列。
[0028] 图10A示出如本文中所公开的实例六边形紧密装填微透镜阵列。
[0029] 图10B示出如本文中所公开的微透镜的径向截面。
[0030] 图11A示出如本文中所公开的并有两种不同尺寸的微透镜的实例微透镜阵列。
[0031] 图11B示出图11A中示出的每一尺寸的微透镜的径向截面。
[0032] 图12示出如本文中所公开的从微透镜阵列传播的射线的实例。
[0033] 图13示出如本文中所公开的在具有内部提取层的0LED的层中的发光强度的归一 化极坐标分布。
[0034] 图14示出如本文中所公开的具有三角形凹槽特征的实例提取层的表面形状。
[0035] 图15示出如本文中所公开的随特征纵横比变化的从内部提取层出耦到衬底的光 部分。
[0036] 图16示出如本文中所公开的由提取层结构出耦到衬底的光的强度极坐标图。
[0037] 图17示出如本文中所公开的锥形提取层的表面形状。
[0038] 图18示出如本文中所公开的特征在于提取层组合的0LED的示意图。
[0039] 图19示出如本文中所公开的立方体形非球面微透镜的实例轮廓。
[0040] 图20示出如本文中所公开的并有两种不同尺寸的微透镜的提取层装填图案的实 例。
[0041] 图21示出具有如图18中示出的结构的装置的计算出耦效率。
[0042] 图22示出由具有图18中示出的结构的装置所产生的发射强度极坐标图。
[0043] 图23示出如本文中所公开的用于制造装置的实例卷到卷方法。
[0044] 图24A和24B示出如本文中所公开的使用伯曼方法（Berrman' s method)将从微 透镜阵列到空中接口的反射处理到0LED结构上。
[0045] 图25A和25B示出如本文中所公开的射线跟踪模型在上面模拟从微透镜结构的出 耦的域的实例。
[0046] 图26A和26B示出如本文中所公开的六边形紧密装填微透镜阵列的积分光提取。
[0047] 图27A到27D示出如本文中所公开的具有两种不同尺寸的微透镜以实现各种折射 率的最佳装填微透镜阵列的积分光提取。
【具体实施方式】
[0048] -般来说，0LED包含至少一个有机层，其安置在阳极与阴极之间并且与阳极和阴 极电连接。当施加电流时，阳极注入空穴并且阴极注入电子到有机层中。所注入的空穴和 电子各自朝带相反电荷的电极迀移。当电子和空穴定位在同一分子上时，形成"激子"，其为 具有激发能态的