1. 5衬底上的半球面微透镜六边形装填阵列。 将IEL模拟为与阳极折射率匹配（情况1)，或η = 2. 0 (情况2)。将EEL模型化为特征在 于高纵横比立方体形轮廓透镜的六边形阵列（情况3)。这些透镜具有h/r = 2的纵横比， 其中h是高度并且r是半径。发现与立方体形透镜一起使用高折射率衬底（n = 1. 7)(情 况4)可以将出耦从48. 9%改进到54. 2%。如先前所描述，立方体形或其它微透镜还可以 以较大与较小透镜的棋盘形布置图案，或以任何其它合适的紧密装填布置经装填来增加由 透镜覆盖的衬底表面区域部分。轴向对称立方体形透镜轮廓的实例在图19中示出，并且棋 盘形布置装填图案的实例在图20中提供。发现所述配置就低折射率衬底而言不改进出耦 (情况5)，但其在高折射率衬底的情况下提供改进（情况6)。因此，可以通过使用在情况6 中说明的所选出耦特征来使OLED的出耦效率从25% (对于标准OLED为典型的）增加到 54. 4%。在图18中说明的六个情况的经计算出耦效率在图21中示出，并且图22提供照明 设备图，其示出由每一情况产生的光的分布。
[0104] 图24A和24B进一步示出伯曼方法，其用于对于如本文中所公开的外部提取层模 型化从微透镜阵列与空气界面的反射。图24A示出与玻璃衬底逆向生长的用于0LED的薄 膜堆叠。这一膜包括氧化铟锡（ΙΤ0)阳极、0LED的发射层（EM)以及铝（A1)阴极。图24A 还示出入射、反射以及透射光线。图24B示出随入射角变化的从图24A的分层结构反射的 光部分。未被反射的光通常由于在铝阴极处的吸收而损失。被0LED结构反射的光具有通 过微透镜阵列出耦到空气中的第二次机会。因此，高度反射0LED结构通常可以改进出耦效 率。
[0105] 使用多长度规模型以估计各种微透镜结构可以出耦到空气中的光量。伯曼方法首 先用于处理0LED结构中的薄膜光学效应，并且确定进入衬底的光的角分布。在求出到衬底 中的光的分布时，来自发射层的向前与向后传播的光两者都被考虑。假定由0LED产生的光 具有随机偏振。伯曼方法的结果被用于使用蒙特-卡洛射线跟踪算法来产生通过衬底传播 的射线的角分布。在所研究的特定微透镜阵列结构的重复单元下方的随机点处引入射线。 图25A和25B中示出所述重复单元的实例，其形成射线轨迹模拟的域。图25A示出垂直于 衬底平面的视图。将微透镜图案分成周期性重复单元（例如阴影区），并且将单个单元选为 模拟的域。图25B示出所述单元中的微透镜的表面形状。在这种情况下，所述单元含有两 种不同尺寸微透镜的图案。光线与微透镜阵列的弯曲表面之间的相互作用是由菲涅耳方程 式支配。透射和反射系数被计算为σ和π偏振情况的平均值，其仅取决于入射光线关于 与表面（射线与其相交）相切的平面的法线的角度。允许模型中的光线在离开模拟之前在 透镜表面之间反射高达30次。还考虑了在未能于其第一次穿过衬底时出耦到空气中之后， 反射一次离开0LED结构的射线。跟踪通过模拟微透镜阵列的射线的实例在图12中示出。 模拟结果是通过积分由衬底（包括弯曲微透镜与在其之间的平坦区域）发射到空气中的光 强度，并且将那一值与在发射层引入的光进行比较来表现。
[0106] 伯曼方法还用于计算不在其第一次穿过时离开衬底（由于反射离开微透镜）的光 线反射离开0LED层的方向和强度。结构具有在0. 8与0. 9之间（取决于入射角）的反射 率。模型化结构和随入射角变化的0LED结构的反射率在图24Α和24Β中给出。未被反射 的光通常由于在铝阴极处的吸收而损失。被0LED结构反射的光具有通过微透镜阵列出耦 到空气中的第二次机会。因此，高度反射0LED结构改进出耦效率。
[0107] 射线跟踪模拟表明，与球面微透镜相比，就抛物线形和立方体形微透镜来说可以 获得显著更有效的出耦。当H/R=l时，球面微透镜展现最佳出耦。对于H/R〈l，由抛物线 形或立方体形微透镜阵列的出耦与球面微透镜相比较差。然而，对于H/R>1，与在H/R= 1 时对于球面阵列所获得的出耦相比，对于抛物线形和立方体形阵列可以获得改进的出耦， 如图26A和26B中示出，其示出六边形紧密装填微透镜阵列的积分光提取。图26A中的光提 取是以产生于0LED发射层中被出耦到空气中的光的百分比形式呈现。图26A示出从η = 1. 5的衬底和微透镜阵列的光提取。图26Β中的光提取被归一化到在折射率η = 1. 5的平 面衬底上的OLED的情况。图26B示出η = 1. 7情况的光提取。对于匹配方程式10. 1 (方 形）、10. 2 (菱形）以及10. 3 (三角形）（如上文所描述）的透镜轮廓，随H/R变化绘制光提 取。H/R>1的球面透镜的情况是使用在圆柱形底座上的半球阵列来模型化。对于各种曲率 测试高达10的H/R比率。在H/R = 2时实现抛物线形和立方体形阵列的最佳出耦。在H/R =2时，对于折射率η = 1. 5的立方体形微透镜的六边形组合实现优于普通玻璃阵列166% 的强化。
[0108] 微透镜的装填可以通过将两种不同尺寸的透镜并入到如先前所描述的阵列中来 改进。较小微透镜的尺寸是较大微透镜的〇. 6376倍。这一改进的装填增加微透镜阵列的填 充因数，从而导致出耦的总体改进。图27Α到D示出包含两种不同尺寸透镜的最佳装填微 透镜阵列的积分光提取。图27Α和27C分别示出对于η = 1. 5和η = 1. 7,以产生于0LED 发射层中被出耦到空气中的光的百分比形式呈现的光提取。图27Β和27D分别示出对于 η = 1. 5和η = 1. 7,经归一化到在平面衬底上的0LED的情况的光提取。对于匹配方程式 10. 1 (方形）、10. 2 (菱形）以及10. 3 (三角形）（如上文所论述）的透镜轮廓，随H/R变化 绘制光提取。如所示出，在H/R = 2时，对于折射率η = 1. 5的立方体形两种尺寸阵列微透 镜实现优于普通玻璃阵列177%的强化。使用具有超过2种不同尺寸的微透镜可以进一步 改进微透镜的填充因数，并且因此改进光提取。
[0109] 发现可以通过使用高折射率衬底以避免在装置与衬底之间的光损失来进一步增 强出耦。模拟指示，与η = 1.5的平面衬底相比较，对于折射率η = 1.7的衬底，可以通过 H/R = 2的立方体形透镜来实现171 %的出耦效率改进。微透镜有助于减轻在衬底/空气 界面处的出耦损失以允许实现出耦的净改进。如果应用新颖的两种透镜尺寸装填结构，那 么对于折射率η = 1. 7的衬底，可以通过H/R = 3的立方体形透镜实现187%的出親改进。
[0110] 应理解，本文所描述的各种实施例仅作为实例，并且不打算限制本发明的范围。举 例来说，本文所描述的材料和结构中的多数可以在不偏离本发明的精神的情况下用其它材 料和结构取代。如所要求的本发明因此可以包括本文所描述的具体实例和优选实施例的变 化，如所属领域的技术人员将显而易见。应理解，关于本发明为何起作用的各种理论不打算 为限制性的。
【主权项】
1. 一种有机发光装置，其包含： 衬底； 具有第一折射率的透明第一电极，其邻近于所述衬底安置； 第二电极； 安置在所述透明第一电极与所述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 安置在所述衬底与所述透明第一电极之间的内部提取层，其包含： 第一材料，其具有比所述第二折射率大至少0.01的折射率，以及 非平面界面，其在所述第一材料与邻近于所述第一材料的材料之间。2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述内部提取层进一步包含第二材料，其具有不 同于所述第一材料的所述折射率的第三折射率。3. 根据权利要求2所述的装置，其中所述第一材料具有不低于1. 7的折射率。4. 根据权利要求2所述的装置，其中所述第一材料具有不低于1. 9的折射率。5. 根据权利要求2所述的装置，其中所述非平面界面为在所述第一材料与所述第二材 料之间的界面。6. 根据权利要求5所述的装置，其中所述内部提取层进一步包含在所述第一材料与所 述衬底之间的第二非平面界面。7. 根据权利要求1所述的装置，其中所述非平面界面为在所述第一材料与所述衬底之 间的界面。8. 根据权利要求7所述的装置，其中所述非平面界面包含选自由以下各者组成的群组 的形貌图案：凹槽、锥形特征以及棱柱形特征。9. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料的所述折射率比所述第一折射率高 至少0. 01。10. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料的所述折射率比所述第一折射率 高至少0. 01。11. 根据权利要求1所述的装置，其进一步包含邻近于所述衬底安置的外部提取层，其 中所述衬底安置在所述内部提取层与所述外部提取层之间。12. 根据权利要求11所述的装置，其中所述衬底包含第一材料，并且所述外部提取层 包含所述第一材料。13. 根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底具有不低于1. 65的折射率。14. 根据权利要求1所述的装置，其中所述外部提取层具有在所述衬底的所述折射率 0.01内的折射率。15. 根据权利要求1所述的装置，其中所述非平面界面包含选自由以下各者组成的群 组的形貌图案：凹槽、锥形特征以及棱柱形特征。16. 根据权利要求1所述的装置，其中所述外部提取层包含非平面表面。17. 根据权利要求16所述的装置，其中所述非平面表面包含选自由以下各者组成的群 组的形貌图案：凹槽、半球面特征以及轴向对称立方体形轮廓特征。18. 根据权利要求1所述的装置，其中所述内部提取层具有至少1μπι的最小厚度。19. 根据权利要求1所述的装置，其中所述外部提取层包含多个微透镜。20. 根据权利要求19所述的装置，其中对于所述多个微透镜的每一微透镜，在所述微 透镜表面上的每一点都具有与出耦层与所述有机发光装置的界面形成不超过90度内角的 切面；并且其中所述多个微透镜的每一微透镜都具有透镜高度Η和最大底部测量值2R，并 且H/R大于1。21. 根据权利要求19所述的装置，其中所述多个微透镜的每一微透镜都具有由r的连 续函数所界定的厚度轮廓，其中r为距以所述微透镜的所述底部为中心并且垂直于所述出 耦层与所述有机发光装置的界面的所述微透镜的轴的距离，并且其中r小于或等于R。22. 根据权利要求19所述的装置，其中所述多个微透镜紧密地装填。23. 根据权利要求19所述的装置，其中所述多个微透镜的至少一个微透镜具有底部测 量值2?并且所述多个微透镜的至少一个微透镜具有底部测量值2R2，并且其中&不同于 R2〇24. 根据权利要求23所述的装置，其中所述多个微透镜以重复图案布置。
【专利摘要】本申请涉及用于OLED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。提供包括内部提取层的OLED结构。所述内部提取层包括具有高于装置中的透明电极的折射率的材料，和安置在所述材料与衬底之间的非平面界面。还提供了包括具有非平面表面的外部提取层的装置，所述外部提取层在与内部提取层结合使用时提供由所述装置产生的极大改进的光出耦。
【IPC分类】H01L51/52
【公开号】CN105261711
【申请号】CN201510398380
【发明人】崔月, 杨登科, 格雷戈里·麦格劳, 瑞青·马, 茱莉亚·J·布朗
【申请人】肯特州立大学, 环球展览公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月8日
【公告号】EP2966704A1, US20160013449