微腔oled光提取的制作方法
微腔oled光提取的制作方法
【专利说明】微腔OLED光提取
[0001 ]相夫专利申请
[0002] 本专利申请设及W引用方式并入本文的下述美国专利申请；与本专利申请提交于 同一天的"TRANSPARENT 0LED LIGHT EXTRACTION(透明0LED光提取）"（代理人案卷号 70114US002)。
【背景技术】
[0003] 有机发光二极管（0LED)装置包括电致发光有机材料的薄膜，所述薄膜夹在阴极 和阳极之间，其中该些电极中的一个或两个是透明导体。在跨所述装置来施加电压时，从各 自的电极射出电子和空穴，并且所述电子和空穴通过中间形成放射性激子而在电致发光有 机材料中复合。
[0004] 在0LED装置中，超过70 %的生成光通常由于在装置结构内的工艺而损失。光在 较高折射率的有机和氧化铜锡（IT0)层与较低折射率的基底层之间的界面处的捕集是该 种提取效率较差的一个原因。只有相对少量的发射光可作为"可用的"光穿过透明电极出 现。大部分光经受内部反射，导致光从装置的边缘发射或在装置内被捕集，并在反复穿行之 后最终因吸收到装置内而损失掉。光提取膜使用可降低在装置内的该类波导损耗的内部纳 米结构。
[0005] 有源矩阵0LED (AM0LED)显示器在显示器市场越来越突出。影响AM0LED显示器的 有效市场渗透的多个进展中的一个进展是利用强效光学微腔0LED架构来改善轴向效率并 实现100%的NTSC轴向色域。同时，强效微腔方法具有与AM0LED制造的复杂性并与AM0LED 装置的角亮度和色彩性能相关联的多个限制。众所周知，强效微腔与大多数已知的光提取 技术是不兼容的。
【发明内容】
[0006] 本公开提供一种光发射装置，包括该光发射装置的有源矩阵有机发光二极管 (AM0LED)装置，W及包括该光发射装置的图像显示装置。具体地，该光发射装置包括微腔 有机发光二极管（0LED)、光提取膜，W及设置在该微腔0LED与该光提取膜之间的高折射率 封盖层。在一个方面，本公开提供包括微腔有机发光二极管（0LED)装置的光发射装置，该 0L邸装置具有被配置成发射光的顶部金属电极；紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1.8 的折射率的封盖层；W及邻近该封盖层设置的光提取膜。
[0007] 在另一方面，本公开提供一种有源矩阵有机发光二极管（AM0LED)装置，其包括光 发射装置阵列，每个光发射装置具有微腔有机发光二极管（0LED)装置，该0LED装置具有被 配置成发射光的顶部金属电极；紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1. 8的折射率的封盖 层；W及光发射装置阵列上方设置的光提取膜，该光提取膜邻近该封盖层。
[000引在另一方面，本公开提供一种图像显示装置，该图像显示装置包括多个光发射装 置，每个光发射装置具有微腔有机发光二极管（0LED)装置，该0LED装置具有被配置成发 射光的顶部金属电极；W及紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1.8的折射率的封盖层。 该图像显示装置还包括设置在该多个光发射装置上方的光提取膜，该光提取膜与封盖层相 邻；W及能够激活每个光发射装置的电子电路。
[0009] 上述
【发明内容】
并非旨在描述本发明的每个所公开实施例或每种实施方案。W下附 图和【具体实施方式】更具体地举例说明了示例性实施例。
【附图说明】
[0010] 整个说明书参考附图，在附图中，类似的附图标号表示类似的元件，并且其中：
[0011] 图1示出光发射装置的横截面示意图；
[0012] 图2示出用于对照物和提取器层合装置的效率对亮度；
[0013] 图3示出用于对照物和提取器层合装置的效率对亮度；
[0014] 图4示出用于对照物和提取器层合装置的效率对亮度；W及
[0015] 图5示出用于对照物和提取器层合装置的效率对亮度。
[0016] 附图未必按比例绘制。附图中使用的类似标号是指类似组件。然而，应当理解，使 用标号来指代给定附图中的组件并非旨在限制在另一附图中W相同标号标记的组件。
【具体实施方式】
[0017]本公开描述一种光发射装置，该光发射装置包括微腔有机发光二极管（OLED)、 光提取膜、W及被设置在微腔OL邸与光提取膜之间的高折射率封盖层。本公开的实施 例设及光提取膜和该光提取膜用于OLED装置的使用。光提取膜的示例在美国专利申请 公布2009/0015757和2009/0015142中描述，并且也在共同未决的美国专利申请序列号 13/218610 (代理人案卷编号67921US002)中描述。
[0018] 在W下说明中参考附图，附图形成说明的一部分并且通过举例说明的方式示出。 应当理解，在不脱离本发明的范围或实质的情况下，设想并可做出其它实施例。因此，W下 的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0019] 除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语"约"来修饰的。因此，除非有相反的 说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值。根据本领域的技 术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，该些近似值可W变化。
[0020] 除非本文内容另外清楚指明，否则本说明书和所附权利要求中使用的单数形式 "一种"、"一个"、"该"、"所述"涵盖了具有多个指代物的实施例。如本说明书W及附加的权 利要求中所使用，术语"或"一般W包括"和/或"的意思使用，除非内容另外清楚指明。
[0021] 空间相关的术语包括但不限于"下面"、"上面"、"在...下面"、"在...之下"、 "在...之上"和"在顶部"，如果在本文中使用，则用于便于描述一个元件相对于另一个元 件的空间关系。此类空间相关术语涵盖除示于附图中并且描述于本文中的特定取向之外的 装置在使用或运行中的不同取向。例如，如果图中所描绘的物体翻过来或翻转过来，那么先 前描述的在其它元件之下或下面的部分就在该些其它元件之上了。
[0022] 如本文所用，例如当元件、组件或层描述为与另一元件、组件或层形成"一致界 面"，或在另一元件、组件或层"上"、"连接到"、"禪合到"或"接触"另一元件、组件或层时， 其可W直接在所述兀件、组件或层之上，直接连接到，直接禪合到，直接接触所述特定兀件、 组件或层，或者居间的元件、组件或层可能在所述特定元件、组件或层之上，或连接到、禪合 到或接触所述特定元件、组件或层。例如，当元件、部件或层被称为"直接在另一元件上"、 "直接连接到另一元件"、"直接禪接到另一元件"或"直接接触另一元件"时，则没有居间的 元件、部件或层。
[0023]OL邸外部效率是为在高分辨率显示器和照明之间范围内的所有OLED应用考虑的 参数，该是由于其影响诸如功耗、亮度和使用寿命的重要装置特性。已经展示，OL邸外部效 率可受限于OLED叠堆自身内的光损耗（例如，在高折射率有机层与氧化铜锡内的波导模 式）、在中间折射率基底内的光损耗，并由于在电极（阴极或阳极）金属表面等离子体激元 的电子空穴对的泽灭而受限制。在具有最大可能内部效率的装置中，该效率的约75-80%可 由于上述的损耗而在内部被消散。另外，在显示器应用中，超过50 %的光会被损失在圆形偏 光器中，该圆形偏光器用于改善例如有源矩阵有机发光二极管（AMOLED)环境对比度。改善 在当前AMOL邸显示器中实现的光提取的主要方法包括强效光学微腔，其启用一些（通常约 1. 5幻轴向增益和总增益，然而可引起显著亮度和色角度问题。
[0024] 倍数1. 5-2. 2X的OLED亮度增强已用例如在美国专利申请公布2009/0015757和 2009/0015142中的纳米结构化即亚微米的OLm)光提取器展示；然而，具有强效微腔性能的 用于0L邸的纳米结构化提取器先前还没有被展示。
[0025] 微腔0L邸已在例如美国专利7, 800, 295和7, 719, 499中描述；另外还在化urnal ofDisplayTechnology(显示技术期刊）第1卷第2期248-266页（2005年12月）中， 由Wu等人发表的"AdvancedOrganicLight-EmittingDevicesforEnhancingDisplay Per化rmances(用于增强显示性能的先进有机光发射装置）"中，虽然光学微腔相对很好理 解，但是仍然缺乏对微腔与用于0L邸的其他光学外禪合方法的差兼容性的理解，并缺乏可 与强效微腔协同工作的实践方法。光学建模和实验结果表明，虽然捕集光学模式分布受强 效微腔的存在的影响，但是该捕集模式的显著部分保持不被捕获；即，捕集在该微腔内。
[0026] 本公开描述光发射装置诸如基于强效微腔0L邸的AM0L邸显示器，在该强效微腔 0L邸中的层合纳米结构化光提取膜产生另外的光轴增益和集成增益。该装置还表现出改善 的角亮度和色彩。由纳米结构化膜执行的另外光提取通过在微腔0L邸装置的顶部金属电 极的顶部上采用高折射率封盖或封装叠堆被启用。
[0027] 强效光学微腔设计是用于移动应用的AM0L 邸显示器的当前工业标准，并且因此 期望用强效腔0L邸装置启用另外提取增益的层合提取器W及AM0L邸光学叠堆的设计。也 期望解决与微腔相关联的角色彩/亮度问题。
[002引在一个具体实施例中，本公开提供具有集成光提取膜（提取器）的AM0L邸显示 器，由于其实施了全部下述设计参数，从而显示出改善的光外禪合（效率）和改善的广角亮 度W及色彩性能；(a)光提取膜（提取器），其具有用高折射率材料回填并被层合到AMOLED 显示器上的重复亚微米结构；(b)被用于提取器层合的光学禪合材料，其具有高折射率、透 光性、进入像素化背板中的良好程度的适形能力并对OLED的短期和长期稳定性具有小影 响或没有影响；W及（C)具有高折射率（n> 1.8,或n> 1. 9,或n> 2. 0)封盖层或薄膜封 装构造的顶部发射强效微腔0LED，其启用在强效腔装置内的波导或捕集光学模式与提取结 构之间的光学通信。
[0029]图1示出根据本公开的一个方面的光发射装置100的横截面示意图。光发射装置 100包括邻近封盖层122设置的光提取膜110。封盖层122紧邻微腔OLED装置120的顶部 金属电极124设置。在一个具体实施例中，如本领域中的技术人员已知的，光发射装置100 可W是AM0L邸装置的新型部分，或是包括驱动电子装置的图像显示装置的部件。光提取膜 110可包括基本上透明的基底112 (柔性或刚性）、包括纳米结构115的纳米结构化层114、 W及可在纳米结构115上方形成基本大体平的表面117的回填层116。回填层116包括具 有比纳米结构化层114的折射率更大的折射率。术语"大致平的表面"意指回填层使下面 层平整，但在所述大致平的表面中也可存在轻微的表面变化。当回填层的平坦表面紧贴微 腔0L邸装置120的光输出表面放置时，该纳米结构至少部分地增强微腔0L邸装置120的 光输出。回填平坦表面117可紧贴0LED光输出表面放置或通过在该平坦表面与光输出表 面之间的另一层来放置。
[0030] 微腔0L邸装置120包括微腔0L邸并且可进一步被设置在背板130上，该微腔0L邸 具有底部电极128、电致发光有机材料层126、W及顶部金属电极124。顶部金属电极124可 W是与底部电极128相比被大体制成更薄金属层的阴极，使得在电致发光材料层126中产 生的光可离开微腔0L邸装置120。在一些情况下，顶部金属电极可W是包括金属的部分透 明电极，该金属具有小于约30nm的厚度。微腔0LED装置120还包括紧邻顶部金属电极124 设置的封盖层122。已发现当封盖层122具有足够高的折射率，该折射率大体至少大于电致 发光有机材料层126时，从微腔0L邸装置120提取的光的效率可通过光提取膜110而得到 改善。
[0031] 该封盖层可具有大于约1.8,或大于约1.9,或大于约2.0或W上的折射率。如本 文所用，折射率是指具有550nm波长的光的折射率，除非另外指明。在一个具体实施例中， 封盖层包括氧化钢（M〇03)、砸化锋狂nSe)、氮化娃（Si化）、氧化铜锡（IT0)、或它们的组合。 在一个具体实施例中，包括砸化锋的封盖层可W是优选的。在一些情况下，该封盖层具有在 约60nm和400nm之间的厚度。如果需要，该封盖层厚度可W被优化W最有效地将0LED叠 堆内的波导损耗模式禪合到提取器。该封盖层不仅具有上述光学功能，而且在一些情况下， 还可针对提取膜部件，例如用于将提取膜施加到0L邸装置上的光学禪合层/粘合剂，来对 0L邸有机材料提供另外保护。因此，期望封盖层展现一些程度的对于0L邸光提取膜的部件 的阻隔性。
[0032] 光提取膜110通常被制成为施加于微腔0L邸装置120的独立膜。例如，光学禪合 层118可被用于将光提取膜110光学禪合到微腔0LED装置120的光输出表面。光学禪合 层118可被施加于光提取膜110、微腔0L邸装置120或它们两者，并且其可W用粘合剂来 实施，W促进光提取膜110被施加到微腔0L邸装置120。作为独立光学禪合层118的替代 形式，回填层116可包含折射率粘合剂，使得回填层116的光学和平整化功能W及粘合剂光 学禪合层118的粘附功能由同一层执行。光学禪合层和使用该光学禪合层将光提取膜层合 到0LED装置的工艺的示例在例如2011年3月17日提交的题为"0LED Li曲t Extraction Films化ving Nanoparticles and Periodic Struc1:ures(具有纳米颗粒和周期性结构的 OLED光提取膜）"的美国专利申请序列号13/050324中描述。
[0033] 用于光提取膜110的纳米结构115可W是粒状纳米结构、非粒状纳米结构、或它们 的组合。在一些情况下，非粒状纳米结构可包括具有工程化的纳米级图案的工程化纳米结 构。纳米结构115可与基底整体形成或在被施加于基底的层中形成。例如，通过将低折射率 材料施加到所述基底并且随后图案化所述材料，可在所述基底上形成所述纳米结构。在一 些情况下，纳米结构可W被压印到基本上透明的基底112的表面中。工程化的纳米结构是 小于1微米的结构，其具有至少一个维度例如宽度。工程化的纳米结构并非是单独的颗粒， 而是可由形成工程化的纳米结构的纳米颗粒构成，其中所述纳米颗粒显著小于该工程化结 构的总尺寸。
[0034] 用于光提取膜110的工程化的纳米结构可W是一维（1D)的，意指其仅在一个维度 上是周期性的，即，最近的相邻结构沿着表面在一个方向上等同地间隔开，但沿着正交方向 并非如此。就1D周期性纳米结构而言，相邻周期性结构之间的间距小于1微米。例如，一 维结构包括连续的或伸长的棱柱或脊，或者线性光栅。在一些情况下，纳米结构化层114可 包括具有可变间距的纳米结构115。在一个具体实施例中，纳米结构化层114可包括具有约 400nm、约500nm、约600nm或它们的组合的间距的纳米结构。
[0035] 用于光提取膜110的工程化的纳米结构还可W是二维（2D)的，意指其在两个维 度上是周期性的，也就是说，最近的相邻特征部沿着表面在两个不同方向上等同地间隔 开。工程化的纳米结构的示例可参见例如2011年8月26日提交的美国专利申请序列号 13/218, 610 (代理人案卷编号67921US002)。就2D纳米结构而言，在两个方向的间距小于1 微米。注意，在所述两个不同方向上的间距可W是不同的。例如，二维结构包括小透镜、锥 体、梯形柱、圆形柱或方形柱，或光子晶体结构。二维结构的其他示例包括弯曲侧面的锥结 构，如美国专利申请公开2010/0128351中所描述。
[0036] 用于基底、纳米结构和光提取膜110的回填层的材料在上述指出的已公布专利申 请中提供。例如，可用玻璃、PET、聚酷亚胺、TAC、PC、聚氨醋、PVC或柔性玻璃来实施所述基 底。在上文指出的所公布专利申请中还提供了用于制作光提取膜110的工艺。任选地，可 用阻隔膜实施所述基底，W保护采用所述光提取膜的装置免受湿气或氧气影响。在美国专 利申请公开2007/0020451和美国专利7, 468, 211中公开阻隔膜的示例。
[0037] 连例
[003引除非另外指出，否则所述实例中的所有份数、百分比、比率等均为按重量计。除非 另外指出，否则所使用的溶剂和其他试剂购自威斯康星州密尔沃基的西格玛奥尔德里奇化 学公司（Sigma-AldrichChemicalCompany) 0
[0039] 材料
[0040]
[004。制各例
[0042] D510稳定的50nmTIO^纳义颗粒分前体的制各。
[0043] 使用锐削工艺在存在S0LPLUS D510和1-甲氧基-2-丙醇的情况下制备具有约 52%wt的Ti〇2的TiO2纳米颗粒分散体。根据TiO2的重量，W 25%wt的量添加S0LPLUS D510。将混合物利用DIS阳RMAT揽拌器（佛罗里达州庞帕诺比奇任ompano Beach, FL)的 Paul N. Gar化er Company, Inc.)来预混合10分钟，并且随后按下述条件来使用肥TZSCH MiniCer锐削机（宾夕法巧亚州埃克斯顿市的耐驰普雷米尔技术有限责任公司（肥TZSCH Premier Technologies，LLC.，Exton，PA)) ;4300巧m，0.2mm YTZ研磨介质，W及250ml/min 的流速。在1小时的研磨之后，获得1-甲氧基-2-丙醇中的Ti〇2分散体，呈白色糊状。使 用Malvern Instruments ZETASIZER Nano ZS(马萨诸塞州威斯特伯鲁的马尔文仪器有限 公司（Malvern Instruments Inc, Wes忧orou曲，MA))将粒度确定为50nm(Z-平均大小）。
[0044] 高析射率回填溶液化I-B巧的制各
[0045] 将20g的D510稳定的50nm Ti〇2溶液和2. 6g的SR833S W及0.〇6g的IRGACURE 184W及25. 6g的1-甲氧基-2-丙醇W及38. 4g的2-了酬在一起揽拌W形成均一化的高 折射率回填溶液。
[OOW具有400nm间距的纳义结构化摇 取器的制推。
[0047] 400nm"银齿"光栅片通过首先制作多尖金刚石工具来制成，如美国专利7, 140, 812 所述（利用人工合成单晶金刚石，日本钻石住友株式会社（SumitomoDiamond,Japan))。
[0048] 然后使用金刚石工具W制作微复制铜漉，然后使用微复制铜漉W利用可聚合树脂 W连续诱铸并固化工艺在PET膜上制作400mm1D结构，其中通过将0. 5%的（2, 4, 6S甲基 苯甲酯）二苯基氧化麟混合到ra〇TOMER6210和SR238的75:25共混物中来制作可聚合树 脂。
[0049] HI-BF溶液使用漉到漉涂覆工艺被涂覆在400nm间距1D结构化膜上，该漉到漉涂 覆工艺具有4. 5米/分钟（15英尺/分钟）的幅材速度和5. 1毫升/分钟的分散递送速 度。将该涂层在室温下在空气中进行干燥，接下来在82°C(180了）下进一步干燥，并且随 后使用化sionUV-Systems公司的装配有H灯泡的Li曲t-Hammer6UV(马里兰州盖瑟斯堡 市（Gaithersburg,Mairland))处理器进行固化，该处理器在氮气环境下W75%的灯功率 和4. 5米/分钟（15英尺/分钟）的线速度工作。
[00加]连例1巧2 Pi及比较例C1[005。装晉制推
[0化2]顶部发射（TC)OL邸测试试样块W约10^6托的基础压力在真空系统中使用标准热 沉积来构建。具有lOnmIT0的Ag基底用0. 5ym厚的光致抗蚀剂涂层和图案化的lOOnm Ag/lOnmIT0涂层来制成，W在正方形布置中产生四个5X5mm的像素。应用像素限定层 (PDL)W将正方形尺寸减小到4X4mm并提供清晰限定的像素边缘。下列层状结构被构建： [005引具有lOnmIT0 和PDL/155nmHIL/lOnmmL/AOnm绿色EML/35nmEH/ 阴极/CPL 的Ag基底
[0化4]其中HIL、HTL、EML和rni分别是空穴注入层、空穴传送层、发射层和电子传送层。 阴极是经由阴影掩膜被图案化W与基底层平行的InmLiF/2nmAl/20nmAg叠堆。对于实例 1，60皿厚的化Se被用作封盖层，而对于实例2,400皿厚的化Se被用作封盖层。用于比较 例C1的封盖层（CPL)是400nm厚的Mo化。Mo化在已公布文献中引用的折射率的典型值在 1. 7-1. 9的范围内。在比较例C1中的Mo〇3被沉积在W室温保持的基底上，W600皿的波长 测量，其产生约1. 71的折射率，如C6rdenas等人在2005年5月的化inSolidFilms(固 体薄膜）第 4了8 卷第 期HG-lSl页"OpticalcharacterizationofMoOsthinfilms producedbycontinuouswaveCOglaser-assistedevaporation(通过连续波CO]激光器 协助蒸发而制备的Mo化薄膜的光学最优化）"所发表。化Se在已公布文献中引用的折射率 的典型值在2. 4-2.6的范围内。
[0055] 下列装置制造并在封装之前，如在"F油ricationofnanostruc1:uredfilmwith 400nmpitch(具有400nm间距的纳米结构化膜的制造）"下所描述的W高折射率回填的 400nm间距1D对称提取器使用光学禪合层被施加于每个测试试样块的四个像素中的两个 像素上，其中该光学禪合层如同在美国临时专利申请61/604169中的实例7所述进行制备， 然而不同的是在合成聚合物-II时，使用2.Og而不是3. 7g的3-琉丙基S甲氧基硅烷。光 学禪合层具有约1. 7的折射率。提取器层合在惰性气体（馬）环境下进行，并且接着在玻璃 封盖下保护，其中该玻璃封盖通过将化gaseXN贴516Z-B1UV可固化环氧树脂围绕该封盖的 周边施加并W16焦耳/平方厘米的UV-A光源固化400秒来附接。
[0化6] 制成装置的电学和光学性能使用一组标准0L邸测量技术来评估，该技术包 括使用PR650相机（加利福利亚州查茨沃思的照片研究公司（PhotoResearch,Inc.， 化atsworth，CA))和Keithl巧2400数字源表（俄亥俄州克利夫兰的吉时利仪器公司 化eithleyInstrumemts，Inc.，Cleveland, 0H))的亮度-电流-电压测量，使用AUTR0NIC 锥光镜（德国卡尔斯鲁厄的AUTRONIC-MELCHERS公司（AUTRONIC-MELCHERSGmbH, Karlsruhe,Germany))的角亮度和电致发光光谱测量，W及使用PR650相机的测角测量。没 有纳米结构的像素作为对照物被测试。
[0化7] 图2和图3示出用于具有两种类型的封盖层的对照物和提取器层合装置的效率对 亮度。在图2中，不具有提取的比较例Cl对照物的性能被标记为"A",而具有提取的性能被 标记为"B"。包括具有Mo〇3封盖层的层合纳米结构化提取器的比较例C1比不具有提取器 产生更低的效率。
[0化引在图3中，实例1即不具有提取器的具有400皿化Se封盖层的装置的性能被标记 为"A"(对照物），并且具有提取器的装置的性能被标记为"B"。另外，如图3所示，实例2 即不具有提取器的具有60皿化Se封盖层的装置的性能被标记为"C"(对照物），并且具有 提取器的装置的性能被标记为"D"。具有层合纳米结构提取器，与不具有提取器的对照样品 相比，具有至少2. 4的折射率的化Se封盖层产生约1. 2-1. 3X的轴向增益。锥光图像确认 化Se封端装置在具有纳米结构化提取器时显示轴向和集成增益，而具有纳米结构化提取器 的Mo03装置被观测到有损耗。
[005引连例3
[0060] 具有可变封盖层（CPL)厚度的装置根据"装置制造"中的上述步骤来构建。所产生 的C化厚度值是60皿、100皿、200皿和400皿。图4不出用于具有100皿和200皿厚化Se (PL的对照物和提取器层合装置的效率对亮度。在图4中，不具有提取器的lOOnm化SeCPL 的对照物被标记为"A";具有400皿提取器的100皿化Se(PL被标记为"B";不具有提取器 的200皿化Se(PL对照物被标记为"C";并且具有400皿提取器的200皿化Se(PL被标 记为叩"。
[0061] 对照物装置的轴向效率在一些程度上依赖于化Se封盖层的厚度，但是对于每个 被测试厚度，层合提取器通常产生在约1. 2-1. 3X范围内的增益，如图4所示。相似地，与对 照样品相比，具有各种化Se(PL厚度和纳米结构化提取器的装置的锥光分析呈现出强效轴 向增益（1. 2-1. 3幻、强效集成增益（最高至1. 4-1.6幻W及更宽的亮度角分布。
[0062]连例 4
[0063] 具有各种腔体长度的装置根据在"装置制造"中的上述步骤来构建。腔体长度通 过改变电子传送层巧化）的厚度来控制。所产生的6化厚度值分别是25nm、35nm和45nm， 该分别对应215nm、225nm和235nm的腔体长度值。
[0064] 图5示出用于具有25nm、35nm和45nm厚6化的对照物和提取器层合装置的效率对 亮度。在图5中，没有提取器的25皿￡化对照物被标记为"A";具有提取器的25皿￡化对 照物被标记为"B";没有提取器的35皿￡化对照物被标记为"C";具有提取器的35皿￡化 对照物被标记为"D";没有提取器的45皿ET对照物被标记为"E";并且具有提取器的45皿 E化对照物被标记为"F"。即使对照物性能随着各种腔体长度结构大幅改变，仍然在横跨装 置厚度的整个范围观测到强效光学增益。该种趋势在其他制备的腔体长度/装置厚度值延 续。锥光分析确认，提取增益和改善的亮度均匀度跨被测试腔体长度值的整个范围用层合 装置来实现。
[0065] W下为本发明各个实施例的列表。
[0066] 项目1是一种光发射装置，包括：具有被配置成发射光的顶部金属电极的微腔有 机发光二极管（0LED)装置；紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1.8的折射率的封盖层； W及邻近封盖层设置的光提取膜。
[0067] 项目2是项目1的光发射装置，其中封盖层具有大于1.9的折射率。
[0068] 项目3是项目1或项目2的光发射装置，其中封盖层具有大于2. 0的折射率。
[0069] 项目4是项目1到项目3的光发射装置，其中光提取膜包括一层纳米结构化及在 纳米结构上方且与封盖层相邻地设置的回填层，该回填层具有比纳米结构的折射率更大的 折射率。
[0070] 项目5是项目4的光发射装置，其中回填层包括用于将光提取膜粘结到封盖层的 粘合剂。
[0071] 项目6是项目1到项目5的光发射装置，还包括紧邻封盖层设置的粘合剂光学禪 合层。
[0072] 项目7是项目4到项目6的光发射装置，其中光提取膜还包括与一层纳米结构相 邻设置的基底，该基底对于由微腔OL邸装置发射的光是基本上透明的。
[0073] 项目8是项目4到项目7的光发射装置，其中一层纳米结构被压印到基底的表面 中，该基底对于由微腔OL邸装置发射的光是基本上透明的。
[0074] 项目9是 项目4到项目8的光发射装置，其中一层纳米结构包括粒状纳米结构、非 粒状纳米结构、或它们的组合。
[0075] 项目10是项目9的光发射装置，其中非粒状纳米结构包括工程化的纳米级图案。
[0076] 项目11是项目4到项目10的光发射装置，其中回填层包括非散射纳米颗粒填充 的聚合物。
[0077] 项目12是项目1到项目11的光发射装置，其中顶部金属电极是包括具有小于约 30nm厚度的金属的部分地透明的电极。
[007引项目13是项目1到项目12的光发射装置，其中封盖层包括砸化锋、氮化娃、氧化 铜锡、或它们的组合。
[0079] 项目14是项目1到项目13的光发射装置，其中封盖层包括在约60nm和400nm之 间的厚度。
[0080] 项目15是项目1到项目14的光发射装置，其中光提取膜包括具有可变间距的纳 米结构。
[OOW] 项目16是项目1到项目15的光发射装置，其中光提取膜包括具有约400nm、约 500nm、约600nm或它们的组合的间距的纳米结构。
[0082] 项目17是一种有源矩阵有机发光二极管（AM0LED)装置，包括；光发射装置阵 列，每个光发射装置包括；具有被配置成发射光的顶部金属电极的微腔有机发光二极管 (0LED)装置；紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1.8的折射率的封盖层；W及在光发射 装置阵列上方设置的光提取膜，该光提取膜与封盖层相邻。
[0083] 项目18是项目17的光发射装置，其中封盖层具有大于1.9的折射率。
[0084] 项目19是项目17或项目18的光发射装置，其中封盖层具有大于2.0的折射率。
[0085] 项目20是项目17到项目19的AM0LED装置，其中光提取膜包括对于由微腔0L邸 装置发射的光是基本上透明的基底、被施加在基底的一层纳米结构、W及在纳米结构上方 且与封盖层相邻设置的回填层，该回填层具有比纳米结构的折射率更大的折射率。
[0086] 项目21是项目20的AM0L邸装置，其中回填层包括用于将光提取膜粘结到封盖层 的粘合剂。
[0087] 项目22是项目17到项目21的AM0LED装置，还包括紧邻封盖层设置的粘合剂光 学禪合层。
[008引项目23是项目17到项目22的AMOLED装置，其中封盖层包括砸化锋、氮化娃、氧 化铜锡、或它们的组合。
[0089] 项目24是一种图像显示装置，包括：多个光发射装置，每个光发射装置包括；具有 被配置成发射光的顶部金属电极的微腔有机发光二极管（0LED)装置；紧邻该顶部金属电 极设置的具有大于1.8的折射率的封盖层；在多个光发射装置上方设置的光提取膜，该光 提取膜与封盖层相邻；W及能够激活每个光发射装置的电子电路。
[0090] 项目25是项目24的光发射装置，其中封盖层具有大于1. 9的折射率。
[0091] 项目26是项目24或项目25的光发射装置，其中封盖层具有大于2.0的折射率。
[0092] 项目27是项目24到项目26的图像显示装置，其中多个光发射装置包括有源矩阵 有机发光二极管（AMOLED)装置。
[0093] 除非另外指明，否则在说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字应当被理解为由术语"约"来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说 明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，根据本领域内的技术人员利用本文所 公开的教导内容寻求获得的所需特性，该些近似值可W变化。
[0094] 本文中引用的所有参考文献和出版物均明确地W全文引用方式并入本发明中，但 其可能与本发明直接冲突的部分除外。尽管本文中已示出和描述了具体实施例，但本领域 的普通技术人员应该明白，在不脱离本发明的范围的情况下，大量的替代形式和/或同等 实施方式可W替代所示出和描述的特定实施例。本专利申请旨在覆盖本文论述的具体实施 例的任何改动和变化。因此，预期本发明应仅由权利要求书和其等同形式限制。
【主权项】
1. 一种光发射装置，包括： 微腔有机发光二极管（OLED)装置，其具有被配置成发射光的顶部金属电极； 紧邻所述顶部金属电极设置的封盖层，其具有大于1. 8的折射率；以及 光提取膜，其邻近所述封盖层设置。2. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于1. 9的折射率。3. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于2. 0的折射率。4. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述光提取膜包括一层纳米结构和在所述 纳米结构上方且邻近所述封盖层设置的回填层，所述回填层具有比所述纳米结构的折射率 更大的折射率。5. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述回填层包括用于将所述光提取膜粘结 到所述封盖层的粘合剂。6. 根据权利要求1所述的光发射装置，还包括紧邻所述封盖层设置的粘合剂光学耦合 层。7. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述光提取膜还包括与所述一层纳米结构 相邻设置的基底，所述基底对于由所述微腔OLED装置发射的光是基本上透明的。8. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述一层纳米结构被压印到基底的表面 中，所述基底对于由所述微腔OLED装置发射的光是基本上透明的。9. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述一层纳米结构包括粒状纳米结构、非 粒状纳米结构、或它们的组合。10. 根据权利要求9所述的光发射装置，其中所述非粒状纳米结构包括工程化的纳米 级图案。11. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述回填层包括非散射纳米颗粒填充的 聚合物。12. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述顶部金属电极是包括具有小于约 30nm的厚度的金属的部分地透明的电极。13. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述封盖层包括硒化锌、氮化硅、氧化铟 锡、或它们的组合。14. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述封盖层包括在约60nm和400nm之间 的厚度。15. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述光提取膜包括具有可变间距的纳米 结构。16. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述光提取膜包括具有约400nm、约 500nm、约600nm或它们的组合的间距的纳米结构。17. -种有源矩阵有机发光二极管（AMOLED)装置，包括： 光发射装置阵列，每个光发射装置包括： 微腔有机发光二极管（OLED)装置，其具有被配置成发射光的顶部金属电极； 紧邻所述顶部金属电极设置的封盖层，其具有大于1. 8的折射率；以及 在所述光发射装置阵列上方设置的光提取膜，所述光提取膜邻近所述封盖层。18. 根据权利要求17所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于1. 9的折射率。19. 根据权利要求17所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于2.O的折射率。20. 根据权利要求17所述的AMOLED装置，其中所述光提取膜包括对于由所述微腔 OLED装置发射的光是基本上透明的基底，被施加在所述基底的一层纳米结构，以及在所述 纳米结构上方且邻近所述封盖层设置的回填层，所述回填层具有比所述纳米结构的折射率 更大的折射率。21. 根据权利要求20所述的AMOLED装置，其中所述回填层包括用于将所述光提取膜粘 结到所述封盖层的粘合剂。22. 根据权利要求17所述的AMOLED装置，还包括紧邻所述封盖层设置的粘合剂光学耦 合层。23. 根据权利要求17所述的AMOLED装置，其中所述封盖层包括硒化锌、氮化硅、氧化铟 锡、或它们的组合。24. -种图像显示装置，包括： 多个光发射装置，每个光发射装置包括： 微腔有机发光二极管（OLED)装置，其具有被配置成发射光的顶部金属电极； 紧邻所述顶部金属电极设置的封盖层，其具有大于1. 8的折射率； 在所述多个光发射装置上方设置的光提取膜，所述光提取膜与所述封盖层相邻；以及 能够激活每个所述光发射装置的电子电路。25. 根据权利要求24所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于1. 9的折射率。26. 根据权利要求24所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于2. 0的折射率。27. 根据权利要求24所述的图像显示装置，其中所述多个光发射装置包括有源矩阵有 机发光二极管（AMOLED)装置。
【专利摘要】本公开提供光发射装置、包括该光发射装置的有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)装置，以及包括该光发射装置的图像显示装置。具体地，该光发射装置包括微腔有机发光二极管(OLED)(120)、光提取膜(110)以及被设置在该微腔OLED与该光提取膜之间的高折射率封盖层(122)。
【IPC分类】H01L27/32, H01L51/52
【公开号】CN104904031
【申请号】CN201380044463
【发明人】谢尔盖·拉曼斯基, S·T·李, 乔纳森·A·阿尼姆-阿多, 吉代沃·阿雷费, 基思·L·贝尔曼, 詹姆斯·M·纳尔逊, 维维安·W·琼斯, 威廉·A·托尔伯特
【申请人】3M创新有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年8月9日
【公告号】US20150228929, WO2014031360A1
【专利说明】微腔OLED光提取
[0001 ]相夫专利申请
[0002] 本专利申请设及W引用方式并入本文的下述美国专利申请；与本专利申请提交于 同一天的"TRANSPARENT 0LED LIGHT EXTRACTION(透明0LED光提取）"（代理人案卷号 70114US002)。
【背景技术】
[0003] 有机发光二极管（0LED)装置包括电致发光有机材料的薄膜，所述薄膜夹在阴极 和阳极之间，其中该些电极中的一个或两个是透明导体。在跨所述装置来施加电压时，从各 自的电极射出电子和空穴，并且所述电子和空穴通过中间形成放射性激子而在电致发光有 机材料中复合。
[0004] 在0LED装置中，超过70 %的生成光通常由于在装置结构内的工艺而损失。光在 较高折射率的有机和氧化铜锡（IT0)层与较低折射率的基底层之间的界面处的捕集是该 种提取效率较差的一个原因。只有相对少量的发射光可作为"可用的"光穿过透明电极出 现。大部分光经受内部反射，导致光从装置的边缘发射或在装置内被捕集，并在反复穿行之 后最终因吸收到装置内而损失掉。光提取膜使用可降低在装置内的该类波导损耗的内部纳 米结构。
[0005] 有源矩阵0LED (AM0LED)显示器在显示器市场越来越突出。影响AM0LED显示器的 有效市场渗透的多个进展中的一个进展是利用强效光学微腔0LED架构来改善轴向效率并 实现100%的NTSC轴向色域。同时，强效微腔方法具有与AM0LED制造的复杂性并与AM0LED 装置的角亮度和色彩性能相关联的多个限制。众所周知，强效微腔与大多数已知的光提取 技术是不兼容的。
【发明内容】
[0006] 本公开提供一种光发射装置，包括该光发射装置的有源矩阵有机发光二极管 (AM0LED)装置，W及包括该光发射装置的图像显示装置。具体地，该光发射装置包括微腔 有机发光二极管（0LED)、光提取膜，W及设置在该微腔0LED与该光提取膜之间的高折射率 封盖层。在一个方面，本公开提供包括微腔有机发光二极管（0LED)装置的光发射装置，该 0L邸装置具有被配置成发射光的顶部金属电极；紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1.8 的折射率的封盖层；W及邻近该封盖层设置的光提取膜。
[0007] 在另一方面，本公开提供一种有源矩阵有机发光二极管（AM0LED)装置，其包括光 发射装置阵列，每个光发射装置具有微腔有机发光二极管（0LED)装置，该0LED装置具有被 配置成发射光的顶部金属电极；紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1. 8的折射率的封盖 层；W及光发射装置阵列上方设置的光提取膜，该光提取膜邻近该封盖层。
[000引在另一方面，本公开提供一种图像显示装置，该图像显示装置包括多个光发射装 置，每个光发射装置具有微腔有机发光二极管（0LED)装置，该0LED装置具有被配置成发 射光的顶部金属电极；W及紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1.8的折射率的封盖层。 该图像显示装置还包括设置在该多个光发射装置上方的光提取膜，该光提取膜与封盖层相 邻；W及能够激活每个光发射装置的电子电路。
[0009] 上述
【发明内容】
并非旨在描述本发明的每个所公开实施例或每种实施方案。W下附 图和【具体实施方式】更具体地举例说明了示例性实施例。
【附图说明】
[0010] 整个说明书参考附图，在附图中，类似的附图标号表示类似的元件，并且其中：
[0011] 图1示出光发射装置的横截面示意图；
[0012] 图2示出用于对照物和提取器层合装置的效率对亮度；
[0013] 图3示出用于对照物和提取器层合装置的效率对亮度；
[0014] 图4示出用于对照物和提取器层合装置的效率对亮度；W及
[0015] 图5示出用于对照物和提取器层合装置的效率对亮度。
[0016] 附图未必按比例绘制。附图中使用的类似标号是指类似组件。然而，应当理解，使 用标号来指代给定附图中的组件并非旨在限制在另一附图中W相同标号标记的组件。
【具体实施方式】
[0017]本公开描述一种光发射装置，该光发射装置包括微腔有机发光二极管（OLED)、 光提取膜、W及被设置在微腔OL邸与光提取膜之间的高折射率封盖层。本公开的实施 例设及光提取膜和该光提取膜用于OLED装置的使用。光提取膜的示例在美国专利申请 公布2009/0015757和2009/0015142中描述，并且也在共同未决的美国专利申请序列号 13/218610 (代理人案卷编号67921US002)中描述。
[0018] 在W下说明中参考附图，附图形成说明的一部分并且通过举例说明的方式示出。 应当理解，在不脱离本发明的范围或实质的情况下，设想并可做出其它实施例。因此，W下 的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0019] 除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语"约"来修饰的。因此，除非有相反的 说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值。根据本领域的技 术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，该些近似值可W变化。
[0020] 除非本文内容另外清楚指明，否则本说明书和所附权利要求中使用的单数形式 "一种"、"一个"、"该"、"所述"涵盖了具有多个指代物的实施例。如本说明书W及附加的权 利要求中所使用，术语"或"一般W包括"和/或"的意思使用，除非内容另外清楚指明。
[0021] 空间相关的术语包括但不限于"下面"、"上面"、"在...下面"、"在...之下"、 "在...之上"和"在顶部"，如果在本文中使用，则用于便于描述一个元件相对于另一个元 件的空间关系。此类空间相关术语涵盖除示于附图中并且描述于本文中的特定取向之外的 装置在使用或运行中的不同取向。例如，如果图中所描绘的物体翻过来或翻转过来，那么先 前描述的在其它元件之下或下面的部分就在该些其它元件之上了。
[0022] 如本文所用，例如当元件、组件或层描述为与另一元件、组件或层形成"一致界 面"，或在另一元件、组件或层"上"、"连接到"、"禪合到"或"接触"另一元件、组件或层时， 其可W直接在所述兀件、组件或层之上，直接连接到，直接禪合到，直接接触所述特定兀件、 组件或层，或者居间的元件、组件或层可能在所述特定元件、组件或层之上，或连接到、禪合 到或接触所述特定元件、组件或层。例如，当元件、部件或层被称为"直接在另一元件上"、 "直接连接到另一元件"、"直接禪接到另一元件"或"直接接触另一元件"时，则没有居间的 元件、部件或层。
[0023]OL邸外部效率是为在高分辨率显示器和照明之间范围内的所有OLED应用考虑的 参数，该是由于其影响诸如功耗、亮度和使用寿命的重要装置特性。已经展示，OL邸外部效 率可受限于OLED叠堆自身内的光损耗（例如，在高折射率有机层与氧化铜锡内的波导模 式）、在中间折射率基底内的光损耗，并由于在电极（阴极或阳极）金属表面等离子体激元 的电子空穴对的泽灭而受限制。在具有最大可能内部效率的装置中，该效率的约75-80%可 由于上述的损耗而在内部被消散。另外，在显示器应用中，超过50 %的光会被损失在圆形偏 光器中，该圆形偏光器用于改善例如有源矩阵有机发光二极管（AMOLED)环境对比度。改善 在当前AMOL邸显示器中实现的光提取的主要方法包括强效光学微腔，其启用一些（通常约 1. 5幻轴向增益和总增益，然而可引起显著亮度和色角度问题。
[0024] 倍数1. 5-2. 2X的OLED亮度增强已用例如在美国专利申请公布2009/0015757和 2009/0015142中的纳米结构化即亚微米的OLm)光提取器展示；然而，具有强效微腔性能的 用于0L邸的纳米结构化提取器先前还没有被展示。
[0025] 微腔0L邸已在例如美国专利7, 800, 295和7, 719, 499中描述；另外还在化urnal ofDisplayTechnology(显示技术期刊）第1卷第2期248-266页（2005年12月）中， 由Wu等人发表的"AdvancedOrganicLight-EmittingDevicesforEnhancingDisplay Per化rmances(用于增强显示性能的先进有机光发射装置）"中，虽然光学微腔相对很好理 解，但是仍然缺乏对微腔与用于0L邸的其他光学外禪合方法的差兼容性的理解，并缺乏可 与强效微腔协同工作的实践方法。光学建模和实验结果表明，虽然捕集光学模式分布受强 效微腔的存在的影响，但是该捕集模式的显著部分保持不被捕获；即，捕集在该微腔内。
[0026] 本公开描述光发射装置诸如基于强效微腔0L邸的AM0L邸显示器，在该强效微腔 0L邸中的层合纳米结构化光提取膜产生另外的光轴增益和集成增益。该装置还表现出改善 的角亮度和色彩。由纳米结构化膜执行的另外光提取通过在微腔0L邸装置的顶部金属电 极的顶部上采用高折射率封盖或封装叠堆被启用。
[0027] 强效光学微腔设计是用于移动应用的AM0L 邸显示器的当前工业标准，并且因此 期望用强效腔0L邸装置启用另外提取增益的层合提取器W及AM0L邸光学叠堆的设计。也 期望解决与微腔相关联的角色彩/亮度问题。
[002引在一个具体实施例中，本公开提供具有集成光提取膜（提取器）的AM0L邸显示 器，由于其实施了全部下述设计参数，从而显示出改善的光外禪合（效率）和改善的广角亮 度W及色彩性能；(a)光提取膜（提取器），其具有用高折射率材料回填并被层合到AMOLED 显示器上的重复亚微米结构；(b)被用于提取器层合的光学禪合材料，其具有高折射率、透 光性、进入像素化背板中的良好程度的适形能力并对OLED的短期和长期稳定性具有小影 响或没有影响；W及（C)具有高折射率（n> 1.8,或n> 1. 9,或n> 2. 0)封盖层或薄膜封 装构造的顶部发射强效微腔0LED，其启用在强效腔装置内的波导或捕集光学模式与提取结 构之间的光学通信。
[0029]图1示出根据本公开的一个方面的光发射装置100的横截面示意图。光发射装置 100包括邻近封盖层122设置的光提取膜110。封盖层122紧邻微腔OLED装置120的顶部 金属电极124设置。在一个具体实施例中，如本领域中的技术人员已知的，光发射装置100 可W是AM0L邸装置的新型部分，或是包括驱动电子装置的图像显示装置的部件。光提取膜 110可包括基本上透明的基底112 (柔性或刚性）、包括纳米结构115的纳米结构化层114、 W及可在纳米结构115上方形成基本大体平的表面117的回填层116。回填层116包括具 有比纳米结构化层114的折射率更大的折射率。术语"大致平的表面"意指回填层使下面 层平整，但在所述大致平的表面中也可存在轻微的表面变化。当回填层的平坦表面紧贴微 腔0L邸装置120的光输出表面放置时，该纳米结构至少部分地增强微腔0L邸装置120的 光输出。回填平坦表面117可紧贴0LED光输出表面放置或通过在该平坦表面与光输出表 面之间的另一层来放置。
[0030] 微腔0L邸装置120包括微腔0L邸并且可进一步被设置在背板130上，该微腔0L邸 具有底部电极128、电致发光有机材料层126、W及顶部金属电极124。顶部金属电极124可 W是与底部电极128相比被大体制成更薄金属层的阴极，使得在电致发光材料层126中产 生的光可离开微腔0L邸装置120。在一些情况下，顶部金属电极可W是包括金属的部分透 明电极，该金属具有小于约30nm的厚度。微腔0LED装置120还包括紧邻顶部金属电极124 设置的封盖层122。已发现当封盖层122具有足够高的折射率，该折射率大体至少大于电致 发光有机材料层126时，从微腔0L邸装置120提取的光的效率可通过光提取膜110而得到 改善。
[0031] 该封盖层可具有大于约1.8,或大于约1.9,或大于约2.0或W上的折射率。如本 文所用，折射率是指具有550nm波长的光的折射率，除非另外指明。在一个具体实施例中， 封盖层包括氧化钢（M〇03)、砸化锋狂nSe)、氮化娃（Si化）、氧化铜锡（IT0)、或它们的组合。 在一个具体实施例中，包括砸化锋的封盖层可W是优选的。在一些情况下，该封盖层具有在 约60nm和400nm之间的厚度。如果需要，该封盖层厚度可W被优化W最有效地将0LED叠 堆内的波导损耗模式禪合到提取器。该封盖层不仅具有上述光学功能，而且在一些情况下， 还可针对提取膜部件，例如用于将提取膜施加到0L邸装置上的光学禪合层/粘合剂，来对 0L邸有机材料提供另外保护。因此，期望封盖层展现一些程度的对于0L邸光提取膜的部件 的阻隔性。
[0032] 光提取膜110通常被制成为施加于微腔0L邸装置120的独立膜。例如，光学禪合 层118可被用于将光提取膜110光学禪合到微腔0LED装置120的光输出表面。光学禪合 层118可被施加于光提取膜110、微腔0L邸装置120或它们两者，并且其可W用粘合剂来 实施，W促进光提取膜110被施加到微腔0L邸装置120。作为独立光学禪合层118的替代 形式，回填层116可包含折射率粘合剂，使得回填层116的光学和平整化功能W及粘合剂光 学禪合层118的粘附功能由同一层执行。光学禪合层和使用该光学禪合层将光提取膜层合 到0LED装置的工艺的示例在例如2011年3月17日提交的题为"0LED Li曲t Extraction Films化ving Nanoparticles and Periodic Struc1:ures(具有纳米颗粒和周期性结构的 OLED光提取膜）"的美国专利申请序列号13/050324中描述。
[0033] 用于光提取膜110的纳米结构115可W是粒状纳米结构、非粒状纳米结构、或它们 的组合。在一些情况下，非粒状纳米结构可包括具有工程化的纳米级图案的工程化纳米结 构。纳米结构115可与基底整体形成或在被施加于基底的层中形成。例如，通过将低折射率 材料施加到所述基底并且随后图案化所述材料，可在所述基底上形成所述纳米结构。在一 些情况下，纳米结构可W被压印到基本上透明的基底112的表面中。工程化的纳米结构是 小于1微米的结构，其具有至少一个维度例如宽度。工程化的纳米结构并非是单独的颗粒， 而是可由形成工程化的纳米结构的纳米颗粒构成，其中所述纳米颗粒显著小于该工程化结 构的总尺寸。
[0034] 用于光提取膜110的工程化的纳米结构可W是一维（1D)的，意指其仅在一个维度 上是周期性的，即，最近的相邻结构沿着表面在一个方向上等同地间隔开，但沿着正交方向 并非如此。就1D周期性纳米结构而言，相邻周期性结构之间的间距小于1微米。例如，一 维结构包括连续的或伸长的棱柱或脊，或者线性光栅。在一些情况下，纳米结构化层114可 包括具有可变间距的纳米结构115。在一个具体实施例中，纳米结构化层114可包括具有约 400nm、约500nm、约600nm或它们的组合的间距的纳米结构。
[0035] 用于光提取膜110的工程化的纳米结构还可W是二维（2D)的，意指其在两个维 度上是周期性的，也就是说，最近的相邻特征部沿着表面在两个不同方向上等同地间隔 开。工程化的纳米结构的示例可参见例如2011年8月26日提交的美国专利申请序列号 13/218, 610 (代理人案卷编号67921US002)。就2D纳米结构而言，在两个方向的间距小于1 微米。注意，在所述两个不同方向上的间距可W是不同的。例如，二维结构包括小透镜、锥 体、梯形柱、圆形柱或方形柱，或光子晶体结构。二维结构的其他示例包括弯曲侧面的锥结 构，如美国专利申请公开2010/0128351中所描述。
[0036] 用于基底、纳米结构和光提取膜110的回填层的材料在上述指出的已公布专利申 请中提供。例如，可用玻璃、PET、聚酷亚胺、TAC、PC、聚氨醋、PVC或柔性玻璃来实施所述基 底。在上文指出的所公布专利申请中还提供了用于制作光提取膜110的工艺。任选地，可 用阻隔膜实施所述基底，W保护采用所述光提取膜的装置免受湿气或氧气影响。在美国专 利申请公开2007/0020451和美国专利7, 468, 211中公开阻隔膜的示例。
[0037] 连例
[003引除非另外指出，否则所述实例中的所有份数、百分比、比率等均为按重量计。除非 另外指出，否则所使用的溶剂和其他试剂购自威斯康星州密尔沃基的西格玛奥尔德里奇化 学公司（Sigma-AldrichChemicalCompany) 0
[0039] 材料
[0040]
[004。制各例
[0042] D510稳定的50nmTIO^纳义颗粒分前体的制各。
[0043] 使用锐削工艺在存在S0LPLUS D510和1-甲氧基-2-丙醇的情况下制备具有约 52%wt的Ti〇2的TiO2纳米颗粒分散体。根据TiO2的重量，W 25%wt的量添加S0LPLUS D510。将混合物利用DIS阳RMAT揽拌器（佛罗里达州庞帕诺比奇任ompano Beach, FL)的 Paul N. Gar化er Company, Inc.)来预混合10分钟，并且随后按下述条件来使用肥TZSCH MiniCer锐削机（宾夕法巧亚州埃克斯顿市的耐驰普雷米尔技术有限责任公司（肥TZSCH Premier Technologies，LLC.，Exton，PA)) ;4300巧m，0.2mm YTZ研磨介质，W及250ml/min 的流速。在1小时的研磨之后，获得1-甲氧基-2-丙醇中的Ti〇2分散体，呈白色糊状。使 用Malvern Instruments ZETASIZER Nano ZS(马萨诸塞州威斯特伯鲁的马尔文仪器有限 公司（Malvern Instruments Inc, Wes忧orou曲，MA))将粒度确定为50nm(Z-平均大小）。
[0044] 高析射率回填溶液化I-B巧的制各
[0045] 将20g的D510稳定的50nm Ti〇2溶液和2. 6g的SR833S W及0.〇6g的IRGACURE 184W及25. 6g的1-甲氧基-2-丙醇W及38. 4g的2-了酬在一起揽拌W形成均一化的高 折射率回填溶液。
[OOW具有400nm间距的纳义结构化摇 取器的制推。
[0047] 400nm"银齿"光栅片通过首先制作多尖金刚石工具来制成，如美国专利7, 140, 812 所述（利用人工合成单晶金刚石，日本钻石住友株式会社（SumitomoDiamond,Japan))。
[0048] 然后使用金刚石工具W制作微复制铜漉，然后使用微复制铜漉W利用可聚合树脂 W连续诱铸并固化工艺在PET膜上制作400mm1D结构，其中通过将0. 5%的（2, 4, 6S甲基 苯甲酯）二苯基氧化麟混合到ra〇TOMER6210和SR238的75:25共混物中来制作可聚合树 脂。
[0049] HI-BF溶液使用漉到漉涂覆工艺被涂覆在400nm间距1D结构化膜上，该漉到漉涂 覆工艺具有4. 5米/分钟（15英尺/分钟）的幅材速度和5. 1毫升/分钟的分散递送速 度。将该涂层在室温下在空气中进行干燥，接下来在82°C(180了）下进一步干燥，并且随 后使用化sionUV-Systems公司的装配有H灯泡的Li曲t-Hammer6UV(马里兰州盖瑟斯堡 市（Gaithersburg,Mairland))处理器进行固化，该处理器在氮气环境下W75%的灯功率 和4. 5米/分钟（15英尺/分钟）的线速度工作。
[00加]连例1巧2 Pi及比较例C1[005。装晉制推
[0化2]顶部发射（TC)OL邸测试试样块W约10^6托的基础压力在真空系统中使用标准热 沉积来构建。具有lOnmIT0的Ag基底用0. 5ym厚的光致抗蚀剂涂层和图案化的lOOnm Ag/lOnmIT0涂层来制成，W在正方形布置中产生四个5X5mm的像素。应用像素限定层 (PDL)W将正方形尺寸减小到4X4mm并提供清晰限定的像素边缘。下列层状结构被构建： [005引具有lOnmIT0 和PDL/155nmHIL/lOnmmL/AOnm绿色EML/35nmEH/ 阴极/CPL 的Ag基底
[0化4]其中HIL、HTL、EML和rni分别是空穴注入层、空穴传送层、发射层和电子传送层。 阴极是经由阴影掩膜被图案化W与基底层平行的InmLiF/2nmAl/20nmAg叠堆。对于实例 1，60皿厚的化Se被用作封盖层，而对于实例2,400皿厚的化Se被用作封盖层。用于比较 例C1的封盖层（CPL)是400nm厚的Mo化。Mo化在已公布文献中引用的折射率的典型值在 1. 7-1. 9的范围内。在比较例C1中的Mo〇3被沉积在W室温保持的基底上，W600皿的波长 测量，其产生约1. 71的折射率，如C6rdenas等人在2005年5月的化inSolidFilms(固 体薄膜）第 4了8 卷第 期HG-lSl页"OpticalcharacterizationofMoOsthinfilms producedbycontinuouswaveCOglaser-assistedevaporation(通过连续波CO]激光器 协助蒸发而制备的Mo化薄膜的光学最优化）"所发表。化Se在已公布文献中引用的折射率 的典型值在2. 4-2.6的范围内。
[0055] 下列装置制造并在封装之前，如在"F油ricationofnanostruc1:uredfilmwith 400nmpitch(具有400nm间距的纳米结构化膜的制造）"下所描述的W高折射率回填的 400nm间距1D对称提取器使用光学禪合层被施加于每个测试试样块的四个像素中的两个 像素上，其中该光学禪合层如同在美国临时专利申请61/604169中的实例7所述进行制备， 然而不同的是在合成聚合物-II时，使用2.Og而不是3. 7g的3-琉丙基S甲氧基硅烷。光 学禪合层具有约1. 7的折射率。提取器层合在惰性气体（馬）环境下进行，并且接着在玻璃 封盖下保护，其中该玻璃封盖通过将化gaseXN贴516Z-B1UV可固化环氧树脂围绕该封盖的 周边施加并W16焦耳/平方厘米的UV-A光源固化400秒来附接。
[0化6] 制成装置的电学和光学性能使用一组标准0L邸测量技术来评估，该技术包 括使用PR650相机（加利福利亚州查茨沃思的照片研究公司（PhotoResearch,Inc.， 化atsworth，CA))和Keithl巧2400数字源表（俄亥俄州克利夫兰的吉时利仪器公司 化eithleyInstrumemts，Inc.，Cleveland, 0H))的亮度-电流-电压测量，使用AUTR0NIC 锥光镜（德国卡尔斯鲁厄的AUTRONIC-MELCHERS公司（AUTRONIC-MELCHERSGmbH, Karlsruhe,Germany))的角亮度和电致发光光谱测量，W及使用PR650相机的测角测量。没 有纳米结构的像素作为对照物被测试。
[0化7] 图2和图3示出用于具有两种类型的封盖层的对照物和提取器层合装置的效率对 亮度。在图2中，不具有提取的比较例Cl对照物的性能被标记为"A",而具有提取的性能被 标记为"B"。包括具有Mo〇3封盖层的层合纳米结构化提取器的比较例C1比不具有提取器 产生更低的效率。
[0化引在图3中，实例1即不具有提取器的具有400皿化Se封盖层的装置的性能被标记 为"A"(对照物），并且具有提取器的装置的性能被标记为"B"。另外，如图3所示，实例2 即不具有提取器的具有60皿化Se封盖层的装置的性能被标记为"C"(对照物），并且具有 提取器的装置的性能被标记为"D"。具有层合纳米结构提取器，与不具有提取器的对照样品 相比，具有至少2. 4的折射率的化Se封盖层产生约1. 2-1. 3X的轴向增益。锥光图像确认 化Se封端装置在具有纳米结构化提取器时显示轴向和集成增益，而具有纳米结构化提取器 的Mo03装置被观测到有损耗。
[005引连例3
[0060] 具有可变封盖层（CPL)厚度的装置根据"装置制造"中的上述步骤来构建。所产生 的C化厚度值是60皿、100皿、200皿和400皿。图4不出用于具有100皿和200皿厚化Se (PL的对照物和提取器层合装置的效率对亮度。在图4中，不具有提取器的lOOnm化SeCPL 的对照物被标记为"A";具有400皿提取器的100皿化Se(PL被标记为"B";不具有提取器 的200皿化Se(PL对照物被标记为"C";并且具有400皿提取器的200皿化Se(PL被标 记为叩"。
[0061] 对照物装置的轴向效率在一些程度上依赖于化Se封盖层的厚度，但是对于每个 被测试厚度，层合提取器通常产生在约1. 2-1. 3X范围内的增益，如图4所示。相似地，与对 照样品相比，具有各种化Se(PL厚度和纳米结构化提取器的装置的锥光分析呈现出强效轴 向增益（1. 2-1. 3幻、强效集成增益（最高至1. 4-1.6幻W及更宽的亮度角分布。
[0062]连例 4
[0063] 具有各种腔体长度的装置根据在"装置制造"中的上述步骤来构建。腔体长度通 过改变电子传送层巧化）的厚度来控制。所产生的6化厚度值分别是25nm、35nm和45nm， 该分别对应215nm、225nm和235nm的腔体长度值。
[0064] 图5示出用于具有25nm、35nm和45nm厚6化的对照物和提取器层合装置的效率对 亮度。在图5中，没有提取器的25皿￡化对照物被标记为"A";具有提取器的25皿￡化对 照物被标记为"B";没有提取器的35皿￡化对照物被标记为"C";具有提取器的35皿￡化 对照物被标记为"D";没有提取器的45皿ET对照物被标记为"E";并且具有提取器的45皿 E化对照物被标记为"F"。即使对照物性能随着各种腔体长度结构大幅改变，仍然在横跨装 置厚度的整个范围观测到强效光学增益。该种趋势在其他制备的腔体长度/装置厚度值延 续。锥光分析确认，提取增益和改善的亮度均匀度跨被测试腔体长度值的整个范围用层合 装置来实现。
[0065] W下为本发明各个实施例的列表。
[0066] 项目1是一种光发射装置，包括：具有被配置成发射光的顶部金属电极的微腔有 机发光二极管（0LED)装置；紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1.8的折射率的封盖层； W及邻近封盖层设置的光提取膜。
[0067] 项目2是项目1的光发射装置，其中封盖层具有大于1.9的折射率。
[0068] 项目3是项目1或项目2的光发射装置，其中封盖层具有大于2. 0的折射率。
[0069] 项目4是项目1到项目3的光发射装置，其中光提取膜包括一层纳米结构化及在 纳米结构上方且与封盖层相邻地设置的回填层，该回填层具有比纳米结构的折射率更大的 折射率。
[0070] 项目5是项目4的光发射装置，其中回填层包括用于将光提取膜粘结到封盖层的 粘合剂。
[0071] 项目6是项目1到项目5的光发射装置，还包括紧邻封盖层设置的粘合剂光学禪 合层。
[0072] 项目7是项目4到项目6的光发射装置，其中光提取膜还包括与一层纳米结构相 邻设置的基底，该基底对于由微腔OL邸装置发射的光是基本上透明的。
[0073] 项目8是项目4到项目7的光发射装置，其中一层纳米结构被压印到基底的表面 中，该基底对于由微腔OL邸装置发射的光是基本上透明的。
[0074] 项目9是 项目4到项目8的光发射装置，其中一层纳米结构包括粒状纳米结构、非 粒状纳米结构、或它们的组合。
[0075] 项目10是项目9的光发射装置，其中非粒状纳米结构包括工程化的纳米级图案。
[0076] 项目11是项目4到项目10的光发射装置，其中回填层包括非散射纳米颗粒填充 的聚合物。
[0077] 项目12是项目1到项目11的光发射装置，其中顶部金属电极是包括具有小于约 30nm厚度的金属的部分地透明的电极。
[007引项目13是项目1到项目12的光发射装置，其中封盖层包括砸化锋、氮化娃、氧化 铜锡、或它们的组合。
[0079] 项目14是项目1到项目13的光发射装置，其中封盖层包括在约60nm和400nm之 间的厚度。
[0080] 项目15是项目1到项目14的光发射装置，其中光提取膜包括具有可变间距的纳 米结构。
[OOW] 项目16是项目1到项目15的光发射装置，其中光提取膜包括具有约400nm、约 500nm、约600nm或它们的组合的间距的纳米结构。
[0082] 项目17是一种有源矩阵有机发光二极管（AM0LED)装置，包括；光发射装置阵 列，每个光发射装置包括；具有被配置成发射光的顶部金属电极的微腔有机发光二极管 (0LED)装置；紧邻该顶部金属电极设置的具有大于1.8的折射率的封盖层；W及在光发射 装置阵列上方设置的光提取膜，该光提取膜与封盖层相邻。
[0083] 项目18是项目17的光发射装置，其中封盖层具有大于1.9的折射率。
[0084] 项目19是项目17或项目18的光发射装置，其中封盖层具有大于2.0的折射率。
[0085] 项目20是项目17到项目19的AM0LED装置，其中光提取膜包括对于由微腔0L邸 装置发射的光是基本上透明的基底、被施加在基底的一层纳米结构、W及在纳米结构上方 且与封盖层相邻设置的回填层，该回填层具有比纳米结构的折射率更大的折射率。
[0086] 项目21是项目20的AM0L邸装置，其中回填层包括用于将光提取膜粘结到封盖层 的粘合剂。
[0087] 项目22是项目17到项目21的AM0LED装置，还包括紧邻封盖层设置的粘合剂光 学禪合层。
[008引项目23是项目17到项目22的AMOLED装置，其中封盖层包括砸化锋、氮化娃、氧 化铜锡、或它们的组合。
[0089] 项目24是一种图像显示装置，包括：多个光发射装置，每个光发射装置包括；具有 被配置成发射光的顶部金属电极的微腔有机发光二极管（0LED)装置；紧邻该顶部金属电 极设置的具有大于1.8的折射率的封盖层；在多个光发射装置上方设置的光提取膜，该光 提取膜与封盖层相邻；W及能够激活每个光发射装置的电子电路。
[0090] 项目25是项目24的光发射装置，其中封盖层具有大于1. 9的折射率。
[0091] 项目26是项目24或项目25的光发射装置，其中封盖层具有大于2.0的折射率。
[0092] 项目27是项目24到项目26的图像显示装置，其中多个光发射装置包括有源矩阵 有机发光二极管（AMOLED)装置。
[0093] 除非另外指明，否则在说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字应当被理解为由术语"约"来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说 明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，根据本领域内的技术人员利用本文所 公开的教导内容寻求获得的所需特性，该些近似值可W变化。
[0094] 本文中引用的所有参考文献和出版物均明确地W全文引用方式并入本发明中，但 其可能与本发明直接冲突的部分除外。尽管本文中已示出和描述了具体实施例，但本领域 的普通技术人员应该明白，在不脱离本发明的范围的情况下，大量的替代形式和/或同等 实施方式可W替代所示出和描述的特定实施例。本专利申请旨在覆盖本文论述的具体实施 例的任何改动和变化。因此，预期本发明应仅由权利要求书和其等同形式限制。
【主权项】
1. 一种光发射装置，包括： 微腔有机发光二极管（OLED)装置，其具有被配置成发射光的顶部金属电极； 紧邻所述顶部金属电极设置的封盖层，其具有大于1. 8的折射率；以及 光提取膜，其邻近所述封盖层设置。2. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于1. 9的折射率。3. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于2. 0的折射率。4. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述光提取膜包括一层纳米结构和在所述 纳米结构上方且邻近所述封盖层设置的回填层，所述回填层具有比所述纳米结构的折射率 更大的折射率。5. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述回填层包括用于将所述光提取膜粘结 到所述封盖层的粘合剂。6. 根据权利要求1所述的光发射装置，还包括紧邻所述封盖层设置的粘合剂光学耦合 层。7. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述光提取膜还包括与所述一层纳米结构 相邻设置的基底，所述基底对于由所述微腔OLED装置发射的光是基本上透明的。8. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述一层纳米结构被压印到基底的表面 中，所述基底对于由所述微腔OLED装置发射的光是基本上透明的。9. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述一层纳米结构包括粒状纳米结构、非 粒状纳米结构、或它们的组合。10. 根据权利要求9所述的光发射装置，其中所述非粒状纳米结构包括工程化的纳米 级图案。11. 根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述回填层包括非散射纳米颗粒填充的 聚合物。12. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述顶部金属电极是包括具有小于约 30nm的厚度的金属的部分地透明的电极。13. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述封盖层包括硒化锌、氮化硅、氧化铟 锡、或它们的组合。14. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述封盖层包括在约60nm和400nm之间 的厚度。15. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述光提取膜包括具有可变间距的纳米 结构。16. 根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述光提取膜包括具有约400nm、约 500nm、约600nm或它们的组合的间距的纳米结构。17. -种有源矩阵有机发光二极管（AMOLED)装置，包括： 光发射装置阵列，每个光发射装置包括： 微腔有机发光二极管（OLED)装置，其具有被配置成发射光的顶部金属电极； 紧邻所述顶部金属电极设置的封盖层，其具有大于1. 8的折射率；以及 在所述光发射装置阵列上方设置的光提取膜，所述光提取膜邻近所述封盖层。18. 根据权利要求17所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于1. 9的折射率。19. 根据权利要求17所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于2.O的折射率。20. 根据权利要求17所述的AMOLED装置，其中所述光提取膜包括对于由所述微腔 OLED装置发射的光是基本上透明的基底，被施加在所述基底的一层纳米结构，以及在所述 纳米结构上方且邻近所述封盖层设置的回填层，所述回填层具有比所述纳米结构的折射率 更大的折射率。21. 根据权利要求20所述的AMOLED装置，其中所述回填层包括用于将所述光提取膜粘 结到所述封盖层的粘合剂。22. 根据权利要求17所述的AMOLED装置，还包括紧邻所述封盖层设置的粘合剂光学耦 合层。23. 根据权利要求17所述的AMOLED装置，其中所述封盖层包括硒化锌、氮化硅、氧化铟 锡、或它们的组合。24. -种图像显示装置，包括： 多个光发射装置，每个光发射装置包括： 微腔有机发光二极管（OLED)装置，其具有被配置成发射光的顶部金属电极； 紧邻所述顶部金属电极设置的封盖层，其具有大于1. 8的折射率； 在所述多个光发射装置上方设置的光提取膜，所述光提取膜与所述封盖层相邻；以及 能够激活每个所述光发射装置的电子电路。25. 根据权利要求24所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于1. 9的折射率。26. 根据权利要求24所述的光发射装置，其中所述封盖层具有大于2. 0的折射率。27. 根据权利要求24所述的图像显示装置，其中所述多个光发射装置包括有源矩阵有 机发光二极管（AMOLED)装置。
【专利摘要】本公开提供光发射装置、包括该光发射装置的有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)装置，以及包括该光发射装置的图像显示装置。具体地，该光发射装置包括微腔有机发光二极管(OLED)(120)、光提取膜(110)以及被设置在该微腔OLED与该光提取膜之间的高折射率封盖层(122)。
【IPC分类】H01L27/32, H01L51/52
【公开号】CN104904031
【申请号】CN201380044463
【发明人】谢尔盖·拉曼斯基, S·T·李, 乔纳森·A·阿尼姆-阿多, 吉代沃·阿雷费, 基思·L·贝尔曼, 詹姆斯·M·纳尔逊, 维维安·W·琼斯, 威廉·A·托尔伯特
【申请人】3M创新有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年8月9日
【公告号】US20150228929, WO2014031360A1
最新回复(0)