[发明专利]用于OLED器件的内部的光提取层

说明书

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是与巴特尔纪念研究所（Battelle Memorial Institute）、太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory(PNNL)）、美国能源部（DOE）的政府研究实验室联合开发的。

发明领域

本发明涉及具有至少一个光提取层的发光器件，如有机发光二极管（OLED），并且涉及其制造方法。

发明背景

发光二极管（LED）是已知的并且用于许多应用中，如用于显示器和状态指示器中。LED可以由有机和/或无机材料形成。无机LED包括用于发光层的一种无机发光材料，典型地是一种无机半导体材料，如砷化镓。有机LED（OLED）典型地包括一种用于该发光层和电荷输送的有机材料。无机LED可以提供明亮且持久的点光源，而OLED可以提供大面积的面发光源。两种形式的固态发光代表了相对于传统自热技术的显著的工作能量节省。

OLED总体上包括夹在一对电极之间的多个薄的有机层（聚合物亦或小分子）。典型地，这些电极中至少一个对所发射的光是透明的。然而，由于光在OLED的不同层中的内部反射，器件的光发射可能减小。实际上，从典型的OLED发出的光在缺乏任何光提取技术的情况下可以是在总的发出光的约10%-26%的量级上。因此，对于改进或OLED器件的光提取或者输出存在一种需要，尤其是在总的可见光范围上，以便提供更能量有效的照明。

发明概述

本发明提供了一种或多种特定的内部光提取层，这种或这些光提取层被定位在该发光器件内两个相邻的层之间。具体地说，这个或这些光提取层可以被定位在该发光器件的基片与透明导电材料（例如，透明导电氧化物（TCO））之间。具有一个多孔的金属或类金属的氧化物结构的这个光提取层减少了总的内部反射，其中这些孔降低了该金属氧化物或类金属氧化物的折光率，从而减少了在透明导电氧化物（TCO）-基底界面（或者其他在该发光器件内的界面）处的折光率失配，导致了更多的发射的光在一个给定的电压和电流下被从该OLED器件中提取出来。这个或这些光提取层可以改进白色OLED的光输出，而不影响其工作电压。另外，这个或这些光提取层可以改进光散射并且减少或最小化等离子的吸收（即，光在它猝灭之前被从该装置中提取出）。计算的结果表明了一个器件的外量子效率（EQE）（定义为在该器件的外部检测到的每单位注入的电荷的光子的数目）对于一个单波长器件可以从约20%增加到70%，（改进为约250%或3.5X）。因此，与使用当前技术约25lm/W相比，可以获得一个更高功率效率（例如，每瓦特高达87流明（lm/W）。可替代地，所增加的亮度可以用于减少用于同一光输出所要求的驱动电流。这进而改进了寿命，从而导致了在与没有光提取层外偶联（outcoupling）结构的一种装置的同一亮度下OLED寿命（假定加速因子是1.4）的高达480%的增加。

为了进一步改进发光器件的光输出，该多孔的金属氧化物结构的折光率和/或光散射可以使用一个或几个不同的参数进行调谐，这个或这几个不同的参数包括但不限于：(i)改变孔尺寸、孔密度、或者孔取向或结构；(ii)组成的掺杂；(iii)添加一种绝缘的、导电的、或半导电的组分；(iv)填充这些孔，例如，使用低折光率的材料；vi)改变多个层的厚度或数目，包括该光提取层的组成层的折光率；或它们的多种组合。此外，折光率和/或光散射可以在这个或这些光提取层的溶胶凝胶或气凝胶/气相合成的过程中通过选择一种适当的模板和/或退火条件来调谐。不像先前的光提取装置和技术，它们可以在可见光谱内仅展示某些限制的波长或颜色下改进的光的输出，本发明可以被调谐为在整个可见的光谱上改进光输出（例如，约400nm到800nm或者整个白光光谱）。另外，可以改进光散射，并且可以获得针对这个或这些光提取层的一种所希望的折光率。

根据本发明的一个方面，改进了白色有机发光二极管（OLED）的光输出的一个发光器件，例如，包括被定位在一个发光器件内的两个相邻层之间的至少一个多孔的金属或类金属的氧化物光提取层。在一个示例性实施方案中，该至少一个多孔的金属或类金属的氧化物光提取层，如一种介孔的二氧化钛，被夹入在该发光器件的基片与该透明导电材料层之间。

根据本发明的另一个实施方案，一种用于形成发光器件的方法包括：例如使用常压化学气相沉积（APCVD）在一个基片上形成至少一个光提取层，该光提取层包括一种多孔的金属或者类金属的氧化物；并且随后在这个或这些光提取层上形成一个透明导电材料。在本领域内已知的其他适合层还可以被用来形成该发光器件，如一种OLED。