CN104659267B - 增强oled装置的光提取和寿命的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增加OLED装置的光提取和寿命的结构。本发明提供一种装置，其具有高折射率层。所述装置包括有机发光装置、空气界面、第一平面化层和第一阻挡层。所述第一平面化层安置在所述空气界面与所述有机发光装置之间并且折射率是至少1.6。所述第一阻挡层安置在所述第一平面化层与所述有机发射装置之间并且折射率是至少1.6。

Description

增强OLED装置的光提取和寿命的结构
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、普林斯顿大学、南加州大学和环宇显示器公司(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
本申请涉及用于OLED光装置的高折射率层。
背景技术
出于若干原因，利用有机材料的光学电子装置变得越来越受欢迎。用以制造这样的装置的材料中的许多材料相对便宜，因此有机光学电子装置具有获得相对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。有机光学电子装置的实例包括有机发光装置(OLED)、有机光电晶体管、有机光伏打电池和有机光检测器。对于OLED，有机材料可以具有相对于常规材料的性能优点。举例来说，有机发射层发射光的波长通常可以容易地用适当的掺杂剂来调整。
OLED利用有机薄膜，其在电压施加于装置上时发射光。OLED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号和第5,707,745号中描述若干OLED材料和配置，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
磷光性发射分子的一个应用是全色显示器。用于这种显示器的行业标准需要适于发射具体色彩(称为“饱和”色彩)的像素。具体地说，这些标准需要饱和的红色、绿色和蓝色像素。可以使用本领域中所熟知的CIE坐标来测量色彩。
绿色发射分子的一个实例是三(2-苯基吡啶)铱、表示为Ir(ppy)3，其具有以下结构：
在此图和本文后面的图中，将从氮到金属(此处，Ir)的配价键描绘为直线。
如本文所用，术语“有机”包括聚合材料以及小分子有机材料，其可以用以制造有机光学电子装置。“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聚合物的核心部分，所述树枝状聚合物由建立在核心部分上的一系列化学壳层组成。树枝状聚合物的核心部分可以是荧光或磷光小分子发射体。树枝状聚合物可以是“小分子”，并且据信当前在OLED领域中使用的所有树枝状聚合物都是小分子。
如本文所用，“顶部”意指离衬底最远，而“底部”意指离衬底最近。在将第一层描述为“安置”在第二层“上”的情况下，第一层被安置为距衬底较远。除非规定第一层“与”第二层“接触”，否则第一与第二层之间可以存在其它层。举例来说，即使阴极和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”。
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。
当据信配位体直接促成发射材料的光敏性质时，配位体可以称为“光敏性的”。当据信配位体并不促成发射材料的光敏性质时，配位体可以称为“辅助性的”，但辅助性的配位体可以改变光敏性的配位体的性质。
如本文所用，并且如本领域技术人员一般将理解，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”(LUMO)能级“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO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(负得较少的IP)。类似地，较高LUMO能级对应于具有较小绝对值的电子亲和性(EA)(负得较少的EA)。在常规能级图上，真空能级在顶部，材料的LUMO能级高于同一材料的HOMO能级。“较高”HOMO或LUMO能级表现为比“较低”HOMO或LUMO能级靠近这个图的顶部。
如本文所用，并且如本领域技术人员一般将理解，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，因此这意指“较高”功函数负得较多。在常规能级图上，真空能级在顶部，将“较高”功函数说明为在向下方向上距真空能级较远。因此，HOMO和LUMO能级的定义遵循与功函数不同的惯例。
可以在以全文引用的方式并入本文中的美国专利第7,279,704号中找到关于OLED和上文所述的定义的更多细节。
发明内容
提供一种装置，其包括有机发光装置、空气界面、第一阻挡层和第二阻挡层。所述有机发光装置包括第一电极、第二电极和发光层。所述发光层安置在所述第一与第二电极之间。第一平面化层安置在所述空气界面与所述有机发光装置之间。所述第一平面化层的折射率是至少1.6。所述第一阻挡层安置在所述第一平面化层与所述有机发光装置之间。所述第一阻挡层的折射率是至少1.6。
在一些实施例中，所述装置包括具有第一表面和第二表面的衬底。在一些实施例中，所述第一平面化层安置在所述衬底的所述第一表面上。在一些实施例中，所述第一阻挡层安置在所述第一平面化层上。在一些实施例中，所述有机发光装置安置在所述第一阻挡层上。
在一些实施例中，所述第一平面化层的折射率是至少1.7。在一些实施例中，所述第一阻挡层的折射率是至少1.7。
在一些实施例中，所述第一平面化层与所述衬底物理接触。在一些实施例中，所述第一阻挡层与所述第一平面化层物理接触。
在一些实施例中，所述装置包括安置在所述有机发光装置与所述空气界面之间的光提取层。在一些实施例中，所述光提取层安置在所述衬底的所述第一表面与所述有机发光装置之间。在一些实施例中，所述光提取层安置在所述衬底的所述第一表面与所述第一平面化层之间。在一些实施例中，所述光提取层安置在所述衬底的所述第二表面上。在一些实施例中，所述第一平面化层与所述光提取层物理接触。在一些实施例中，所述光提取层与所述衬底物理接触。
在一些实施例中，所述光提取层包括具有表面形状特征的表面。在一些实施例中，所述表面形状特征包括以下中的至少一者：微凹槽、微透镜和衍射光栅。
在一些实施例中，所述装置包括安置在所述第一平面化层与所述空气界面之间的至少一个层。在一些实施例中，安置在所述第一平面化层与所述空气界面之间的所述至少一个层的折射率不大于所述第一平面化层的折射率。
在一些实施例中，所述有机发光装置与所述空气界面之间的每个界面由第一层和第二层界定，所述第一层比所述第二层更靠近所述有机发光装置。在一些实施例中，所述第二层的折射率不大于所述第一层的折射率。在一些实施例中，所述第二层的折射率大于所述第一层的折射率不超过0.05。在一些实施例中，所述第二层的折射率大于所述第一层的折射率不超过0.1。
在一些实施例中，安置在所述有机发光装置与所述空气界面之间的每个层的折射率是至少1.6。在一些实施例中，安置在所述有机发光装置与所述空气界面之间的每个层的折射率是至少1.7。
在一些实施例中，所述衬底的所述第二表面具有多个表面形状特征。在一些实施例中，所述表面形状特征是微透镜。
在一些实施例中，所述第一平面化层和所述第一阻挡层的折射率高于所述衬底的折射率。
在一些实施例中，第二平面化层安置在所述第一阻挡层上并且在所述第一阻挡层与所述有机发光装置中间。在一些实施例中，第二阻挡层安置在所述第二平面化层上并且在所述第二平面化层与所述有机发光装置中间。
在一些实施例中，所述衬底由柔性材料制成。在一些实施例中，所述柔性材料选自包括以下的群组：聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、高折射率聚合材料、金属箔、薄柔性玻璃有机-无机复合材料。
在一些实施例中，所述第一阻挡层的厚度是约5到1000nm。
在一些实施例中，所述第一平面化层选自包括以下的群组：高折射率聚合材料、具有分散高折射率纳米粒子的复合材料、可溶液处理的无机材料。
在一些实施例中，所述装置包括安置在所述有机发光装置上并且在所述第一平面化层与所述空气界面之间的光提取层。
在一些实施例中，所述第一平面化层的折射率小于所述第一阻挡层的折射率并且大于所述衬底的折射率。
附图说明
并入本文中并且形成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并且与所述描述一起进一步用以解释本发明的原理并且使相关领域的技术人员能够进行和使用本发明。
图1展示有机发光装置。
图2展示不具有单独电子输送层的倒转的有机发光装置。
图3展示根据一个实施例的示范性装置。
图4展示根据一个实施例的示范性装置。
图5展示根据一个实施例的示范性装置。
图6A和6B展示根据一个实施例的示范性装置。
图7A和7B展示根据一个实施例的示范性装置。
图8展示根据一个实施例的示范性装置。
图9A和9B展示根据一个实施例的用以使光的出耦效率模型化的单元。
图10展示平面化层的基于图9A和9B中的单元模型化的出耦效率百分比(ξ)相较于折射率(np)的图。
具体实施方式
一般来说，OLED包含安置在阳极与阴极之间并且电连接到阳极和阴极的至少一个有机层。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迁移。当电子和空穴局限于同一分子上时，形成“激子”，其为具有激发能量状态的局部化电子-空穴对。当激子经由光电发射机制弛豫时，发射光。在一些情况下，激子可以局限于激元或激态复合物上。非辐射机制(例如热弛豫)也可能发生，但通常被视为不合需要的。
最初的OLED使用从单态发射光(“荧光”)的发射分子，如例如美国专利第4,769,292号中所公开，所述专利以全文引用的方式并入。荧光发射通常在小于10纳秒的时间范围中发生。
最近，已经论证了具有从三重态发射光(“磷光”)的发射材料的OLED。巴尔多(Baldo)等人的“从有机电致发光装置的高效磷光发射(Highly EfficientPhosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices)”，自然(Nature)，第395卷，第151-154页，1998；(“巴尔多-I”)和巴尔多等人的“基于电致磷光的非常高效绿色有机发光装置(Very high-efficiency green organic light-emittingdevices based on electrophosphorescence)”，应用物理学报(Appl.Phys.Lett.)，第75卷，第3期，第4-6页(1999)(“巴尔多-II”)，其以全文引用的方式并入。以引用的方式并入的美国专利第7,279,704号第5-6列中更详细地描述磷光。
图1展示了有机发光装置100。图不一定按比例绘制。装置100可以包括衬底110、阳极115、空穴注入层120、空穴输送层125、电子阻挡层130、发射层135、空穴阻挡层140、电子输送层145、电子注入层150、保护层155、阴极160和阻挡层170。阴极160是具有第一导电层162和第二导电层164的复合阴极。装置100可以通过依序沉积所描述的层来制造。在以引用的方式并入的US 7,279,704的第6-10列中更详细地描述这些各种层的性质和功能以及实例材料。
这些层中的每一者有更多实例。举例来说，以全文引用的方式并入的美国专利第5,844,363号中公开柔性并且透明的衬底-阳极组合。经p掺杂的空穴输送层的实例是以50∶1的摩尔比率掺杂有F4-TCNQ的m-MTDATA，如以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2003/0230980号中所公开。以全文引用的方式并入的颁予汤普森(Thompson)等人的美国专利第6,303,238号中公开发射材料和主体材料的实例。经n掺杂的电子输送层的实例是以1∶1的摩尔比率掺杂有Li的BPhen，如以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2003/0230980号中所公开。以全文引用的方式并入的美国专利第5,703,436号和第5,707,745号公开了阴极的实例，其包括具有例如Mg∶Ag等金属薄层与上覆的透明、导电、经溅镀沉积的ITO层的复合阴极。以全文引用的方式并入的美国专利第6,097,147号和美国专利申请公开案第2003/0230980号中更详细地描述阻挡层的原理和使用。以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2004/0174116号中提供注入层的实例。可以在以全文引用的方式并入的美国专利申请公开案第2004/0174116号中找到保护层的描述。
图2展示了倒转的OLED 200。所述装置包括衬底210、阴极215、发射层220、空穴输送层225和阳极230。装置200可以通过依序沉积所描述的层来制造。因为最常见OLED配置具有安置在阳极上的阴极，并且装置200具有安置在阳极230下的阴极215，所以装置200可以称为“倒转”OLED。在装置200的对应层中，可以使用与关于装置100所描述的材料类似的材料。图2提供了可以如何从装置100的结构省略一些层的一个实例。
图1和2中所说明的简单分层结构是作为非限制实例而提供，并且应理解，可以结合各种各样的其它结构使用本发明的实施例。所描述的具体材料和结构本质上是示范性的，并且可以使用其它材料和结构。可以基于设计、性能和成本因素，通过以不同方式组合所描述的各个层来实现功能性OLED，或可以完全省略若干层。还可以包括未具体描述的其它层。可以使用不同于具体描述的材料的材料。尽管本文所提供的实例中的许多实例将各种层描述为包含单一材料，但应理解，可以使用材料的组合(例如主体与掺杂剂的混合物)或更一般来说，混合物。并且，所述层可以具有各种子层。本文中给予各个层的名称不意欲具有严格限制性。举例来说，在装置200中，空穴输送层225输送空穴并且将空穴注入到发射层220中，并且可以被描述为空穴输送层或空穴注入层。在一个实施例中，可以将OLED描述为具有安置在阴极与阳极之间的“有机层”。此有机层可以包含单个层，或可以进一步包含如例如关于图1和2所描述的不同有机材料的多个层。
还可以使用未具体描述的结构和材料，例如包含聚合材料的OLED(PLED)，例如以全文引用的方式并入的颁予弗兰德(Friend)等人的美国专利第5,247,190号中所公开。作为另一实例，可以使用具有单个有机层的OLED。OLED可以堆叠，例如如以全文引用的方式并入的颁予福利斯特(Forrest)等人的第5,707,745号中所描述。OLED结构可以脱离图1和2中所说明的简单分层结构。举例来说，衬底可以包括有角度的反射表面以改进出耦(out-coupling)，例如如颁予福利斯特等人的美国专利第6,091,195号中所述的台式结构，和/或如颁予布利维克(Bulovic)等人的美国专利第5,834,893号中所述的凹点结构，所述专利以全文引用的方式并入。
除非另外规定，否则可以通过任何合适方法来沉积各种实施例的层中的任一者。对于有机层，优选方法包括热蒸发、喷墨(例如以全文引用的方式并入的美国专利第6,013,982号和第6,087,196号中所述)、有机气相沉积(OVPD)(例如以全文引用的方式并入的颁予福利斯特等人的美国专利第6,337,102号中所述)和通过有机蒸气喷射印刷(OVJP)的沉积(例如以全文引用的方式并入的美国专利第7,431,968号中所述)。其它合适沉积方法包括旋涂和其它基于溶液的工艺。基于溶液的工艺优选在氮或惰性气氛中进行。对于其它层，优选方法包括热蒸发。优选的图案化方法包括通过掩模的沉积、冷焊(例如以全文引用的方式并入的美国专利第6,294,398号和第6,468,819号中所述)和与例如喷墨和OVJD等沉积方法中的一些方法相关联的图案化。还可以使用其它方法。可以修改待沉积的材料，以使其与具体沉积方法相容。举例来说，可以在小分子中使用具支链或无支链并且优选含有至少3个碳的例如烷基和芳基等取代基，来增强其经受溶液处理的能力。可以使用具有20个或更多个碳的取代基，并且3-20个碳是优选范围。具有不对称结构的材料可以比具有对称结构的材料具有更好的溶液可处理性，因为不对称材料可以具有更低的再结晶倾向性。可以使用树枝状聚合物取代基来增强小分子经受溶液处理的能力。
根据本发明实施例制造的装置可以进一步任选地包含阻挡层。阻挡层的一个用途是保护电极和有机层免于因暴露于环境中的有害物质(包括水分、蒸气和/或气体等)而受损。阻挡层可以沉积在衬底、电极上，沉积在衬底、电极下或沉积在衬底、电极旁，或沉积在装置的任何其它部分(包括边缘)上。阻挡层可以包含单个层或多个层。阻挡层可以通过各种已知的化学气相沉积技术形成，并且可以包括具有单一相的组合物以及具有多个相的组合物。任何合适材料或材料组合都可以用于阻挡层。阻挡层可以并入有无机化合物或有机化合物或两者。优选的阻挡层包含聚合材料与非聚合材料的混合物，如以全文引用的方式并入本文中的美国专利第7,968,146号、PCT专利申请第PCT/US2007/023098号和第PCT/US2009/042829号中所述。为了被视为“混合物”，构成阻挡层的前述聚合材料和非聚合材料应在相同反应条件下和/或在同时沉积。聚合材料对非聚合材料的重量比率可以在95∶5到5∶95的范围内。聚合材料和非聚合材料可以由同一前体材料产生。在一个实例中，聚合材料与非聚合材料的混合物基本上由聚合硅和无机硅组成。
根据本文中描述的实施例而制造的装置可以并入到各种各样的消费型产品中，包括平板显示器、计算机监视器、医疗监视器、电视机、告示牌、用于内部或外部照明和/或发信号的灯、平视显示器、全透明显示器、柔性显示器、激光印刷机、电话、手机、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、数码相机、摄录像机、取景器、微显示器、3-D显示器、运载工具、大面积墙壁、剧院或体育馆屏幕，或指示牌。可以使用各种控制机制来控制根据本发明而制造的装置，包括无源矩阵和有源矩阵。意欲将所述装置中的许多装置用于对人类来说舒适的温度范围中，例如18摄氏度到30摄氏度，并且更优选在室温下(20-25摄氏度)，但可以在此温度范围外(例如-40摄氏度到+80摄氏度)使用。
本文所述的材料和结构可以应用于不同于OLED的装置中。举例来说，例如有机太阳能电池和有机光检测器等其它光电子装置可以使用所述材料和结构。更一般来说，例如有机晶体管等有机装置可以使用所述材料和结构。
术语卤基、卤素、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳烷基、杂环基、芳基、芳族基和杂芳基在本领域中已知，并且定义于以引用的方式并入本文中的US 7,279,704第31-32栏中。
在本申请中，我们公开一种位于OLED与光提取结构之间的光学路径中以增加装置的光提取和寿命的结构。所述结构包括至少高折射率(＞1.6)平面化层和高折射率(＞1.6)阻挡层。所述结构位于OLED装置与光提取结构之间的光学路径中并且高折射率阻挡层比高折射率平面化层更靠近OLED装置。
在构建在玻璃衬底上的典型OLED装置中，存在三种类型的折射率：1)高折射率(1.7-2.0)，其包括有机材料和例如ITO的透明导电氧化物；2)低折射率(约1.5)，典型玻璃属于此类别中；和3)折射率是约1.0的空气。每当光从高折射率材料(n高)行进到较低折射率材料(n低)时，如果符合以下条件，那么可以发生全内反射(TIR)：
θinc＞＝θc＝sin-1(n低/n高)，
其中θinc和θc分别是入射角和临界角。这部分光陷留在较高折射率材料中，并且形成波导光。因为在OLED装置中存在两个所述界面，所以存在两种类型的波导光：有机/阳极(或仅有机)模式和衬底模式。因为波导光不发射到空气中，所以这部分光损失，导致OLED装置的效率较低。
近年来，已经开发各种技术来提取波导光。为了提取有机模式波导光，可以将内部光提取层(IEL)放置在OLED与衬底之间。一般来说，可以使用两种类型的结构：1)散射层；和2)表面形状特征。表面形状特征的两个实例是微米大小的微凹槽和衍射光栅。当表面形状特征大小大于光的波长时，光传播可以因折射而被破坏。当特征大小与光的波长相当时，发生衍射，这还可以改变光传播方向。散射层是具有基质材料的复合结构，粒子(即微米粒子或纳米粒子)分散在基质内。当散射层安置在另一层上时，基质材料的折射率一般来说将约等于那个层的折射率。粒子的折射率将高于或低于基质材料。穿过基质材料的光将因粒子而偏转，由此导致光散射。这种光散射减少在光离开散射层时发生的全内反射的量并且因此提高出耦效率。光提取层还可以包括表面形状特征与用于散射光的散射粒子的组合。
消除或减少有机波导的另一光提取技术是增加衬底材料的折射率。当衬底的折射率与有机材料相同时，可以消除TIR效应。在此情况下，光提取可以通过在高折射率衬底-空气界面处引入外部光提取层(EEL)来实现。此方法的挑战在于高折射率衬底材料的选择非常受限。具有高折射率的玻璃难以制造并且是昂贵的。高折射率玻璃也可以用以制造柔性OLED装置。另一方面，具有较高折射率的聚合物膜是可用的。举例来说，PET和PEN膜的折射率分别是约1.6和1.7。
紧挨着OLED引入额外IEL材料产生新的问题。这些IEL结构典型地含有至少一种聚合材料并且有时在工艺期间必须使用溶剂。陷留于聚合材料内部的水分、溶剂或其它化学品可能会随时间释放并且可能会使OLED装置降级。在高折射率塑料衬底方法中，需要穿透阻挡层来保护OLED不受通过塑料衬底释放或透射的水分或气体之害。然而，大多数穿透阻挡结构含有至少一个具有低折射率的组件。当位于光学路径中时，其将减少或消除提取有机模式波导光的效应。
平面化层和阻挡层的折射率应该是至少1.6。甚至更高折射率(例如＞1.7)是更优选的。优选的是，平面化层和阻挡层的折射率高于衬底材料。当衬底、高折射率平面化层、高折射率阻挡层和有机发光材料的折射率类似时，可以实现最佳光提取。
阻挡材料可以是氧化物、氮化物或其它无机或复合材料。高折射率阻挡材料的一些实例包括SiN(在550nm下n约2.02)、Al2O3(在550nm下n约1.77)、ZnO(在550nm下n约2.02)、ZrO2(在550nm下n约2.22)。阻挡层可以通过PECVD、CVD、溅镀、ALD或其它薄膜沉积技术来沉积。膜厚度可以在几纳米到几微米范围内。优选地，阻挡层可以是约5nm到1000nm。
高折射率平面化材料的一实例是布鲁尔科技公司(Brewer Science)的OptiNDEXTM高折射率涂层材料。高折射率平面化材料的其它实例包括高折射率聚合物材料、具有分散高折射率纳米粒子的复合材料和可溶液处理的无机材料。高折射率平面化层可以通过旋涂、狭缝式涂布或其它涂布技术来沉积。涂层的厚度取决于待平面化的表面特征。典型厚度可以在几百纳米到几微米范围内。
整体平面化和阻挡性能可以通过重复新颖结构来增强。举例来说，当使用大表面形貌特征时，可以使用高折射率平面化层的更多涂层。更多阻挡层可以改进整体阻挡性能。
具有高折射率阻挡层和高折射率平面化层的高折射率结构的实施例可以用于任何类型的OLED，包括底部发射、顶部发射或透明装置。高折射率结构优选地位于光透射电极与光提取结构之间的光学路径中。
如本文所用，术语“空气界面”意指空气接触装置的最外表面的边界，光通过所述边界传递到查看器。举例来说，在典型底部发射装置中，光发射通过衬底并且不通过距衬底最远的电极。在此情况下，空气界面是空气与衬底之间的界面。“空气界面”可以是衬底的表面，或沉积在衬底上与OLED所沉积相反侧上的一或多个层的最外表面。
图3展示示范性装置300。装置300包括内部光提取层320。内部光提取层320构建在衬底310的顶部上。衬底310包括第一表面312和第二表面314。高折射率结构330，包括高折射率平面化层332和高折射率阻挡层334，位于内部光提取层320的顶部上。OLED 340，包括光透射第一电极342、有机材料层344和第二电极346，构建在高折射率结构330上。有机材料层344可以包括多个层，例如空穴/电子注入层、空穴/电子输送层、发射层和阻挡层。有机材料层344中产生的光将通过光透射第一电极342、高折射率结构330和衬底310并且然后在位于第二表面314上的空气界面350处进入空气中。在一些实施例中，如图8中所示，外部光提取层(EEL)324可以在空气界面350处安置在第二表面314上。
图4展示示范性装置400。在图4中，内部光提取层320包括表面形状特征322。表面形状特征322可以包括(但不限于)微凹槽、微透镜或衍射光栅。高折射率平面化层332使内部光提取层320的表面平面化，并且高折射率阻挡层334保护OLED 340不受从高折射率阻挡层334发射的任何水分或气体(包括蒸气)之害。
在优选配置中，提供一种高折射率结构，其包括交替平面化和阻挡层。每个阻挡层与底层平面化层物理接触，并且除第一层外的每个平面化层与底层阻挡层物理接触。这种结构对于其防湿性质是优选的。但，可以使用其它配置。
图5展示示范性装置500的配置。装置500包括具有高折射率、例如约1.7与2.0之间的折射率的衬底310。在此情况下，高折射率结构330沉积在衬底310的第一表面312上。高折射率平面化层332用以在高折射率衬底(例如塑料衬底)上产生光滑表面。大多数塑料膜的表面品质对于OLED制造来说不够好。表面突起可能容易导致OLED装置短路。高折射率平面化层332解决此问题。高折射率阻挡层334用以保护OLED340不受从高折射率平面化层332发射的水分和气体(例如O2或蒸气)之害。装置500上的衬底310还包括安置在第二表面314上的表面形状特征316，以便改进光在空气界面350处从衬底向空气中的透射，即改进出耦效率。表面形状特征316减少在空气界面350处可能发生的全内反射的量并且由此提高出耦效率。
出耦效率还可以通过减少发光装置内的各层之间的折射率变化(Δn)来改进。当光穿过装置中的界面时，一些光可以被反射。存在不同类型的反射。一种是“全内反射”。全内反射可以就“临界角”来说进行描述。以小于临界角的与法线所成角碰撞界面的光将通过界面，而以大于临界角的与法线所成角碰撞界面的光将被反射。在涉及具有不同折射率的多个层时，一般来说仅起始材料的折射率和最末材料的折射率与决定多少光逸入最末材料中有关。另一类型的反射是菲涅耳(Fresnel)反射。即使对于以小于临界角的与法线所成角碰撞界面的光，也发生菲涅耳反射。实际上，对于从法线方向碰撞界面的光，发生菲涅耳反射。法线入射光的界面处菲涅耳反射的量级是(n1-n2)2/(n1+n2)2。当从高折射率材料移动到低折射率材料时，总菲涅耳反射可以通过与折射率的单一大逐步下降相对使用多个小逐步下降而减少。
出耦效率由于当来自OLED 340的光从具有高折射率的第一层移动到相对于第一层具有较低反射率的第二层时发生的全内反射和菲涅耳反射而降低。此反射在第一与第二层的界面处发生，其中折射率存在离散变化(Δn)。折射率变化(Δn)越大，界面处发生的反射的量越大。并且菲涅耳反射的总量对于折射率的多个小逐步下降比对于单一大逐步下降更少，即使在两种情况下折射率总变化相同。因此，优选的是当从OLED 340朝着空气界面350移动时，使折射率缓慢逐步下降，即减小各层之间的Δn。
图6A和6B展示示范性装置600，其包括至少一个任选的额外层336以使折射率逐步下降。装置600包括安置在衬底310上的内部光提取层320。衬底310下方是空气界面350。装置600中的高折射率结构330包括高折射率平面化层332和高折射率阻挡层334以及至少一个额外层336。额外层336可以包括(但不限于)阻挡层、平面化层、光提取层或偏光层。OLED340安置在高折射率结构330上。应了解，可以存在任何数目的额外层336。举例来说，图6B展示装置600，其具有两个额外层336，第一额外层337和第二额外层338。
任选地提供额外层336以通过减少位于OLED 340与空气界面350之间的界面处的总菲涅耳反射而提高装置600的出耦效率。举例来说，如果内部光提取层320的折射率比平面化层332更低，那么将在内部光提取层320与平面化层332之间的界面处发生一些反射。额外层336可以通过使折射率从平面化层332到内部光提取层320缓慢逐步下降来减少反射的量。换句话说，额外层336可以减小位于OLED 340与空气界面350之间的任何两个层之间的界面处的最大Δn。
参考图6A和6B并且仅作为实例，如果不提供额外层336，那么在折射率等于1.7的平面化层332与折射率等于1.55(Δn＝0.15)的内部光提取层320之间的界面处可能发生大量菲涅耳反射。具有较小折射率变化的额外层336的使用可以帮助减低此效应。举例来说，图6B中的第一额外层337和第二额外层338的折射率可以分别是1.65和1.6。在此情况下，最大Δn是0.05。因此，改进平面化层332与内部光提取层320之间的出耦效率，因为光必须通过的最大Δn从0.15减小到0.05。
同时图6B展示两个额外层336。应了解，可以提供任何数目的额外层以使位于OLED340与空气界面350之间的任何界面之间的Δn逐步下降。举例来说，可以提供折射率分别等于1.67、1.64、1.61和1.58的四个额外层336。在此情况下，每个界面处的最大Δn等于0.03。此外，应了解，可以如图3中所示不提供额外层。
图7A和7B展示示范性装置700，其包括至少一个任选的额外层336。装置700包括安置在衬底310的顶部上的OLED 340上的高折射率结构330。类似于图6A，高折射率结构330可以包括至少一个额外层336。额外层336可以包括(但不限于)阻挡层、平面化层、光提取层或偏光层。应了解，可以存在任何数目的额外层336。举例来说，图7B展示装置700，其具有两个额外层336，第一额外层337和第二额外层338。
参考图7A和7B并且仅作为实例，如果不提供额外层336并且如果平面化层332的折射率等于1.6，那么平面化层332与折射率是1的空气之间的Δn将是0.6。任选地提供额外层以减小装置700与空气界面350之间的Δn。举例来说，如图7B中所示，可以提供第一额外层337和第二额外层338。在此实例中，第一额外层337的折射率可以等于1.5并且第二额外层338的折射率可以等于1.4。此在空气界面350处产生0.4而非0.6的最大Δn，由此提高装置700的出耦效率。
同时图7B展示两个额外层336。应了解，可以提供任何数目的额外层以使位于OLED340与空气界面350之间的任何界面之间的Δn逐步下降。举例来说，可以提供折射率等于1.55、1.5、1.45和1.4的四个额外层336。在此情况下，最大Δn也等于0.4，但额外层之间的界面处的Δn从0.1减小到0.05，由此提高出耦效率。此外，应了解，可以不提供额外层。
优选地，定位得距OLED 340更远的第二层的折射率决不大于定位得更靠近OLED340的第一层的折射率。换句话说，优选的是，当从OLED 340移动到空气界面350时，折射率始终降低。当光穿过界面并且从较高折射率材料移动到较低折射率材料时，一些光可以被反射。因为来自OLED的光最终从OLED的典型地折射率是约1.6到1.7的有机材料通过到折射率是约1的空气，所以光需要穿过其中折射率降低的界面。
当光从较低折射率材料穿过界面到较高折射率材料时，不存在全内反射。但当光处于较高折射率材料中时，将光提取到折射率是1的空气中的难度更大。光在到达空气之前遨行所需要的折射率总降低增加，这增加了非所要反射的机会。
但存在可能需要提供具有胜过第二层不合需要地具有比第一层更高的折射率(即在光朝着空气界面移动时第一层与第二层之间的界面处的折射率增加)的其它性质的第二层的情况。第二层可以具有优越的结构性质或防湿性性质或可以是便宜并且容易制造的。优选地，折射率的任何增加都是小的。优选地，此增加不大于0.1，最优选地，此增加不大于0.05。
图8展示示范性装置800，其包括外部光提取层324。装置800包括衬底310、高折射率结构330和OLED 340。外部光提取层324安置在衬底310的第二表面314上衬底310与空气界面350之间。虽然未在图8中展示，应了解，装置800可以如上文参考图6A-B和7A-B所述包括任何数目的额外层336。
模型化：
图9A和9B使平面化层332的折射率对于类似于图5的结构的效应模型化。此效应通过光线追迹模型来评估。此模型仅考虑模型化组件的几何形状、折射率和反射率。不存在波长依赖性效应，例如薄膜干涉。将具有表面形状特征316、含有折射率匹配微透镜318的六角形阵列的衬底310使用矩形棱柱单元900模型化以表示表面区域的反射对称单元。单元900以展开图展示于图9B中。单元900从OLED 340延伸到衬底310的具有折射率匹配微透镜318的顶部。垂直壁915反射性极佳并且充当对称性边界条件。单元900由折射率是n＝1.7的100单位厚衬底310组成。其顶部是集中在相对拐角910处的两个折射率匹配的50单位高半球形微透镜318的四分之一区段。假定微透镜318周围的空间填充有空气，n＝1.0。单元900的透明顶部边界920在其顶点处与拐角910处的两个微透镜相交。阻挡层334和平面化层332安置在衬底310的第一表面312上。平面化层332具有可变折射率np。阻挡层334的折射率是1.9。平面化层332和阻挡层334都是5单位厚的。
光沿着阻挡层334与OLED 340之间的相交平面进入模型化结构。产生光线，位置经随机选择以代表空间均一光源，轨迹经选择以代表朗伯(Lambertian)光强度分布。模拟一万个光线。OLED 340的发光表面也充当入射光的80％反射镜面以模拟金属阴极的作用。使用来自拉姆达研究(Lambda Research)(利特顿(Littleton)，马萨诸塞州(MA))的3.3进行模拟。
出耦效率对于np的依赖性绘制于图10中。图1000的竖轴展示穿过透明顶部边界920的进入衬底的光的百分比。在此实例中，最优光出耦是在np＝1.76下，其中ξ＝48.2％。一般来说，当np的值在衬底310与高折射率阻挡层334的折射率之间时，实现最佳性能。在所述情况下，平面化层332能够接受可以传播通过衬底310的来自阻挡层334的所有光线。在此情况下，由于存在平面化层332，因此没有额外光因全内反射而损失。平面化层332还充当阻挡层334与衬底310之间的边界处的菲涅耳抗反射层。其通过允许更渐进的折射率变化而减少光线的部分反射。
相对来说，如果np低于衬底310的折射率，那么可以传播通过衬底310的一些光将不能够穿过平面化层332。此光在阻挡层334与平面化层332之间的界面处因全内反射而损失。使用折射率比衬底更低的平面化层抵消高折射率衬底的优势。举例来说，np＝1.5的平面化层和折射率等于1.7的衬底并且在折射率匹配微透镜情况下的出耦效率(ξ)是37.1％。相比之下，n＝1.5的具有相同架构的衬底得到ξ＝40.3％。
通过使用经选择以利用光的波长标度效应的薄低折射率膜，可以减轻全内反射并且可以改进抗反射性性质。所述膜的厚度必须是1/4波长或更小。如果np＝1.5的涂层是80nm厚，那么其具有最佳抗反射性性质。同样，这种涂层将必须是30nm厚或更小的以透射大量的光，所述光否则将因全内反射而损失。这些膜太薄以致无法充当有效平面化层。因此，需要平面化层具有高折射率以便OLED结构可使光高效出耦。

Claims (15)

1.一种装置，其包含：
有机发光装置，其具有第一电极、第二电极和安置在所述第一与第二电极之间的发光层；
空气界面；
安置在所述空气界面与所述有机发光装置之间的第一平面化层，所述第一平面化层的折射率是至少1.6；和
安置在所述第一平面化层与所述有机发光装置之间的第一阻挡层，所述第一阻挡层的折射率是至少1.6，
其中，所述平面化层将所述装置的层的非平面表面平面化；以及
其中所述平面化层将包含形貌特征的内部光提取层的表面平面化，其中所述平面化层位于所述内部光提取层的顶部上，并且其中所述内部光提取层构建在与所述空气界面相邻的衬底的顶部上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置进一步包含：
具有第一表面和第二表面的衬底；
其中：
所述第一平面化层安置在所述衬底的所述第一表面上；
所述第一阻挡层安置在所述第一平面化层上；并且
所述有机发光装置安置在所述第一阻挡层上。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一平面化层的折射率是至少1.7。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一阻挡层的折射率是至少1.7。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一平面化层与所述衬底物理接触。
6.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一阻挡层与所述第一平面化层物理接触。
7.根据权利要求2所述的装置，其进一步包含安置在所述有机发光装置与所述空气界面之间的光提取层。
8.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含安置在所述第一平面化层与所述空气界面之间的至少一个层。
9.根据权利要求8所述的装置，其中安置在所述第一平面化层与所述空气界面之间的所述至少一个层的折射率不大于所述第一平面化层的折射率。
10.根据权利要求1所述的装置，其中对于所述有机发光装置与所述空气界面之间的每个界面，所述界面由第一层和第二层界定，所述第一层比所述第二层更靠近所述有机发光装置，并且所述第二层的折射率不大于所述第一层的折射率。
11.根据权利要求2所述的装置，其中所述衬底的所述第二表面具有多个形貌特征。
12.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一平面化层和所述第一阻挡层的折射率高于所述衬底的折射率。
13.根据权利要求2所述的装置，其进一步包含安置在所述第一阻挡层上的第二平面化层，其中所述第二平面化层安置在所述第一阻挡层与所述有机发光装置之间。
14.根据权利要求2所述的装置，其中所述衬底包含柔性材料。
15.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一平面化层的折射率小于所述第一阻挡层的折射率并且大于所述衬底的折射率。
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