具有改進(jìn)的內(nèi)部外耦合的發(fā)光器件和提供該器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光器件領(lǐng)域，更特別地，涉及具有包括有機(jī)材料且通過在透光襯底(例如浮法玻璃)上在真空中熱蒸發(fā)而獲得的層結(jié)構(gòu)的中大面積(小分子)有機(jī)發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)有了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。OLED器件的效率和壽命已經(jīng)顯著改善，并且若干種OLED顯示器已經(jīng)被商業(yè)化。OLED具有許多用于顯示和普通照明應(yīng)用的吸引人的特征。它們具有高亮度、高效率、寬視角和快速響應(yīng)時(shí)間。此外，它們可以通過將有機(jī)材料沉積或印刷在單個(gè)襯底(例如玻璃襯底)上而制作，并且像這樣使得利用襯底的特征成為可能。
[0003]OLED是一種發(fā)光二極管，其中發(fā)射電致發(fā)光層是響應(yīng)于電流而發(fā)射光的有機(jī)化合物膜。該有機(jī)半導(dǎo)體材料層位于兩個(gè)電極之間。通常，這些電極中的至少一個(gè)是透明的。
[0004]圖1示出了由薄透明陽極10、具有光發(fā)射區(qū)(未示出)的有機(jī)疊層20、沉積在玻璃襯底50上的高度折射的中間層30和陰極層40構(gòu)成的典型常規(guī)0LED。作為在全部或部分分子上共軛(conjugat1n)造成的π電子非局部化(delocalizat1n)的結(jié)果，有機(jī)疊層20中的有機(jī)分子是導(dǎo)電的。這些材料具有范圍從絕緣體到導(dǎo)體的傳導(dǎo)水平，并且因此被認(rèn)為是有機(jī)半導(dǎo)體。有機(jī)半導(dǎo)體的最高占用和最低未占用分子軌道(HOMO和LUM0)類似于無機(jī)半導(dǎo)體的價(jià)帶和導(dǎo)帶。在操作期間，跨OLED施加電壓，使得陽極10相對(duì)于陰極40為正。結(jié)果，當(dāng)電子注入到陰極40處的LUMO中且離開陽極10處的Η0Μ0時(shí)，帶有負(fù)電荷的電子流從陰極40到陽極10流經(jīng)器件。該后一過程也可以被描述為空穴注入Η0Μ0中。靜電力將電子和空穴朝彼此吸引，并且它們復(fù)合，形成激子，一種電子和空穴的束縛態(tài)。該激發(fā)態(tài)的衰減導(dǎo)致電子能級(jí)的弛豫，伴隨有頻率在可見區(qū)中的輻射的發(fā)射。該輻射的頻率取決于材料的帶隙，這種情況下是Η0Μ0與LUMO之間的能量差。
[0005]中大面積(小分子)0LED，尤其是由有機(jī)材料組成的層結(jié)構(gòu)的制備通常通過在透光襯底(例如浮法玻璃)上在真空中熱蒸發(fā)來執(zhí)行。遺憾的是，生成的典型地大約50%的光停留在OLED疊層20中(導(dǎo)模)，大約25%停留在具有低折射率η的襯底50中，并且只有20-25%耦合到空氣中并且可以用于照明應(yīng)用。發(fā)射到空氣中的這部分光可以通過很多措施增加大約50%至大約36%，這對(duì)于OLED的高效使用仍然太低。如果在OLED下方使用具有光學(xué)上厚的高折射率層(例如η=1.8，與OLED層或者陽極層的平均折射率匹配)的普通玻璃襯底且在界面附近使用附加的外耦合結(jié)構(gòu)，則可以獲得進(jìn)一步的改進(jìn)。這樣的解決方案可以通過具有高折射率η和低折射率η的襯底部分之間的粗糙界面或結(jié)構(gòu)化表面60獲得。然而，需要附加的粗糙化步驟，例如通過研磨、噴砂且之后需要對(duì)具有低折射率η的玻璃(浮法玻璃)的相當(dāng)耗時(shí)的結(jié)構(gòu)蝕刻。
[0006]然后，在執(zhí)行了粗糙化和蝕刻步驟之后，接著是在結(jié)構(gòu)化表面上沉積平滑層(例如，具有高折射率的中間層30)的步驟，其中中間層30具有比襯底50的折射率更大的折射率。中間層30可以通過使用例如化學(xué)氣相沉積(CVD)而沉積，其中結(jié)構(gòu)化表面60的凹槽填充有具有比襯底的折射率更大的折射率的材料。例如，該材料可以是S1xNy或者氮化硅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種具有改進(jìn)的外耦合結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光器件以及一種用于制造這樣的器件的方法，其無需附加的粗糙化步驟。
[0008]該目的是通過如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的器件以及通過如權(quán)利要求9要求保護(hù)的方法來實(shí)現(xiàn)的。
[0009]相應(yīng)地，所提出的發(fā)光器件包括具有平坦表面的玻璃襯底、沉積在平坦表面上的高折射率層以及具有沉積在高折射率層上的透明電極層的發(fā)光層結(jié)構(gòu)，其中在高折射率層的頂表面上提供凸起，這些凸起由于玻璃襯底平坦表面上的層生長(zhǎng)的局部擾動(dòng)的原因而由光學(xué)上厚的高折射率層的柱錐狀生長(zhǎng)造成。因此，平坦表面可能具有亞微米范圍的小的局部擾動(dòng)或缺陷，平均距離在I至若干微米范圍內(nèi)，對(duì)于后續(xù)層生長(zhǎng)的擾動(dòng)由該尺寸的顆粒提供并且小于1/2單層覆蓋度，或者由通過其他方法(例如通過例如光刻對(duì)表面的預(yù)結(jié)構(gòu)化)產(chǎn)生的小針提供。
[0010]所提出的發(fā)光器件可以通過以下方式制造:對(duì)玻璃襯底預(yù)處理以便引起玻璃襯底平坦表面上的層生長(zhǎng)的局部擾動(dòng)，在平坦表面上沉積高折射率層，使得由于局部擾動(dòng)而引起的高折射率層的柱錐狀生長(zhǎng)在沉積的層的頂表面上生成凸起，并且在高折射率層的頂表面上沉積發(fā)光層結(jié)構(gòu)的透明電極層。凸起因此上覆有發(fā)光器件層并且通過后續(xù)的反射引起足夠的散射。該工藝的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在沉積之前，無需通過例如對(duì)襯底(例如低η玻璃(浮法玻璃))研磨、噴砂并且然后持久的結(jié)構(gòu)蝕刻進(jìn)行的附加粗糙化步驟。
[0011]依照第一方面，玻璃襯底的平坦表面可以包括超細(xì)顆粒。這些超細(xì)或者亞微米顆粒提供了用于光學(xué)上厚的高折射率層的柱錐狀生長(zhǎng)的種子點(diǎn)。
[0012]依照可以與上面的第一方面組合的第二方面，玻璃襯底的平坦表面可以包括玻璃襯底的表面化學(xué)成分的局部變化。這些局部變化也可以充當(dāng)用于光學(xué)上厚的高折射率層的柱錐狀生長(zhǎng)的種子點(diǎn)或區(qū)域。在第二方面的一種更特定的示例性實(shí)現(xiàn)方式中，玻璃襯底的表面化學(xué)成分可以包括帶有具有不同氧化態(tài)的元素的材料，其通過提供局部更高的粘附系數(shù)以及因而高折射率層的更強(qiáng)勁生長(zhǎng)而修改初始生長(zhǎng)抑制。
[0013]依照可以與上面的第一或第二方面組合的第三方面，可以將平坦表面暴露于飽和蝕刻流體，并且然后可以移除該蝕刻流體以便沉積由具有高粘附系數(shù)的納米尺寸展度的玻璃組分區(qū)域組成的超細(xì)顆粒。蝕刻流體可以典型地包含氟化氫(HF)，并且可以通過蝕刻另一個(gè)犧牲襯底(例如玻璃板)而用超細(xì)顆粒飽和。通過暴露和移除蝕刻流體，沉積由具有高粘附系數(shù)的納米尺寸展度的襯底區(qū)域組成的超細(xì)顆粒。這些小的超細(xì)顆粒可能對(duì)于光散射是低效的，但是通過不同的粘附系數(shù)引起局部不同的生長(zhǎng)，具有有利的柱錐狀生長(zhǎng)，導(dǎo)致在沉積的層的頂表面上的0.5-4 μ m，優(yōu)選地1-2 μ m的截面尺度范圍的凸起。作為替換方案，蝕刻流體可以通過將種子顆粒引入到蝕刻溶液中而飽和。
[0014]應(yīng)當(dāng)理解的是，權(quán)利要求1的器件和權(quán)利要求9的方法具有尤其是如從屬權(quán)利要求中所限定的相似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0015]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例也可以是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任意組合。
[0016]本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)以下描述的實(shí)施例將是清楚明白的，并且將參照這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。
【附圖說明】
[0017]在圖中:
圖1示出了常規(guī)OLED層結(jié)構(gòu)的示意性截面視圖；
圖2示出了依照第一實(shí)施例的具有改進(jìn)的柱錐狀生長(zhǎng)的OLED層結(jié)構(gòu)的示意性截面視圖；
圖3示出了圖示出襯底表面上的超細(xì)顆粒對(duì)沉積的層的生長(zhǎng)的影響的示例性頂視圖；
以及
圖4示出了依照第二實(shí)施例的制造工藝的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)在，基于OLED結(jié)構(gòu)描述實(shí)施例，在所述OLED結(jié)構(gòu)中為了 OLED的最佳內(nèi)部光外耦合，在具有低折射率η的玻璃襯底的經(jīng)預(yù)處理的平坦表面之上提供具有高折射率η的化學(xué)氣相沉積(CVD)層(SiN或S1N等等)。
[0019]依照各個(gè)不同的實(shí)施例，玻璃襯底的預(yù)處理通過將平坦玻璃表面暴露于飽和蝕刻流體而完成。蝕刻流體可以典型地包含HF并且可以通過蝕刻另一個(gè)犧牲玻璃襯底而飽和。通過暴露和移除蝕刻流體，沉積由例如富含Ca等的具有高粘附系數(shù)的納米尺寸展度的玻璃組分區(qū)域組成的超細(xì)顆粒。隨后，在玻璃襯底的經(jīng)預(yù)處理的表面上沉積CVD層。然后，在CVD層之上沉積陽極層，尤其是透明導(dǎo)電氧化物(TC0)，優(yōu)選地氧化銦錫或者摻雜錫的氧化銦(ΙΤ0，透明陽極層)，以及如聯(lián)系圖1所解釋的相應(yīng)的OLED結(jié)構(gòu)。ITO是一種銦(III族)氧化物(In2O3)和錫(IV族)氧化物(SnO2)的固溶體，典型地按重量具有90%的Ιη203、10%的SnO2。它在薄層中是透明的和無色的。
[0020]圖2示出了依照第一實(shí)施例的具有改進(jìn)的柱錐狀生長(zhǎng)的OLED層結(jié)構(gòu)的示意性截面視圖。玻璃襯底的表面100上的小的超細(xì)顆粒12或者其他表面缺陷由于不同粘附系數(shù)的原因而引起局部不同的生長(zhǎng)，具有優(yōu)選的柱錐狀生長(zhǎng)，導(dǎo)致在上面的陰極層40和OLED層200的最低ITO層(即透明電極層，例如陽極層1 )下方的CVD層11的頂表面上的0.5_4 μ m，優(yōu)選地1-2 μm的截面尺度的凸起14。這些凸起14上覆有LED層200并且通過若干界面處和陰極層40處的后續(xù)反射而引起充分的散射。粘附系數(shù)是表面物理學(xué)中用來描述吸附或者“粘附”到表面的吸附原子(或分子)數(shù)量與同一時(shí)間段期間撞擊到該表面上的原子總數(shù)之比的術(shù)語。有時(shí)，符號(hào)S。用來表示該系數(shù)，并且其值介于1.00 (全部撞擊原子粘附)和0.00 (沒有原子粘附)之間。該系數(shù)是表面溫度、表面覆蓋度和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以及撞擊顆粒的動(dòng)能的函數(shù)。
[0021]在圖2的第一實(shí)施例中，CVD層11是沉積在玻璃襯底的經(jīng)噴砂或研磨且經(jīng)蝕刻的表面100上的氮氧化硅(S1N)層。將S1N用于CVD層11是有利的，因?yàn)樗瑫r(shí)滿足不透濕性和光學(xué)透明性要求。通過利用作為局部擾動(dòng)的超細(xì)顆