CN102714281A - 黑色有机发光二极管器件 - Google Patents

Abstract

为了简化有机发光二极管的结构，并且解决使用圆偏光片带来的所述器件的过程成本增大和光效率降低的问题，本发明涉及一种实现共振吸收结构的黑色有机发光二极管器件，该黑色有机发光二极管包括：玻璃衬底；形成在所述玻璃衬底上的第一金属层；形成在所述第一金属层上的第一电极；形成在所述第一电极上的有机发光层；形成在所述有机发光层上以与所述第一电极相对的第二电极；形成在所述第二电极上的第一中间层；形成在所述第一中间层上的第二金属层；以及形成在所述第二金属层上的第二中间层，其中，通过控制所述第一中间层和所述第二中间层的厚度，使得被所述第一金属层和所述第二电极反射的外部光与被所述第二金属层反射的光相消干涉。

Description

黑色有机发光二极管器件

技术领域

本发明涉及一种利用具有提高的对比度和光效率的共振吸收结构的黑色有机发光二极管器件。

背景技术

近来，显示器正在被便携式薄平板显示器替代。在平板显示器中，自发发光的有机发光二极管（OLED）显示器具有宽视角、高对比度和快响应速度，因而被视为下一代显示器，并且还具有亮度、驱动电压和响应速度优异以及色彩再现范围宽的优点。

这种平板显示器近来已经被制造为轻薄型因而便于携带并且可以在户外使用。在使用者在户外使用平板显示器观看画面时，阳光被显示器反射，不期望地降低了对比度和可视性。特别地，由于这种反射来自金属反射性膜，在有机发光显示器的情形中存在问题更加严重。

为了解决这个问题，一般在有机发光显示器的一个表面上布置圆偏光片。尽管圆偏光片具有约40%到45%的透射率因而可以有利地减少外部光的反射，但会使从所述器件内部发出的光不期望地减少。此外，一般圆偏光片由线偏光片和90°相位延迟片组成，并且具有约为0.3mm的总厚度。

在将该偏光片应用于作为最近趋势的超薄显示器的情况下会有问题，因为它会增大显示器的厚度并且也布置在该器件的外部，因而需要额外的过程，并且难以形成一体的单个器件。为此，当前正在进行替代圆偏光片的研究。

根据最近的研究（US 5049780、US 6411019），已经设计出利用光干涉滤光片代替圆偏光片来减少外部光的反射率的技术。利用金属介电薄层的光干涉滤光片通过调节介电质的厚度使得被各个金属层反射的光波在它们之间的相位被设置为180°的条件下抵消。具体地，当这种薄层布置在有机发光器件的下金属电极层上时，它们会起到降低金属电极对外部光的反射的作用。

另外，已经例示了用能够吸收光的材料涂布反射性电极（WO00/25028，Optic Express V13.p.1406（2005）,Thin Solid Films V379.p.195（2000））。在该方法中，能够吸收光的所述材料的例子可以包括石墨、黑色聚合物等。

然而，由于上述常规结构会降低位于发光层下面的金属电极的反射率，从该发光层向下发出的光未被反射，但是减弱，不期望地降低了光效率。另外，随着与发光层相邻的下金属层的反射率下降，微腔现象会不期望地降低亮度。因此不能消除降低光效率的原因，而降低光效率是圆偏光片的最大问题。

为了克服这些问题，最近的研究（US 6876018）已经提出了利用与上金属层的相消干涉来减少外部光而不减少下金属电极的反射的结构。然而，在这种情况下，为了满足在下金属电极与上金属层之间的相消干涉条件，应该调节布置在这两个金属层之间的有机层或透明电极层的厚度。当电极层和发光层的厚度以这种方式变化时，会改变发光效率和电气特性。因此，由于对电气特性的影响，上述技术难以应用到实际的设备。

发明内容

技术问题

因此，本发明考虑现有技术中存在的上述问题而提出，并且本发明的一个目的是提供一种黑色有机发光二极管器件，其中通过移除常规使用的用来吸收外部光以提高器件对比度的圆偏光片，简化了有机发光二极管的结构，并且可以解决主要由于使用圆偏光片导致的过程成本高和光效率低的问题。

本发明的另一个目的是提供一种黑色有机发光二极管器件，其由于毗邻发光层放置的下金属层的反射不会减少，因此不影响发光效率，并且在所述器件的外部额外地插入金属介电薄层，而无需调节有机层和透明电极层的厚度，并且控制金属介电薄层以形成共振吸收结构，从而在不影响所述器件的电气特性的情况下可以减少外部光的反射，并且可以提高光效率。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的一个方面是提供一种黑色有机发光二极管器件，包括：玻璃衬底；形成在所述玻璃衬底上的第一金属层；形成在所述第一金属层上的第一电极；形成在所述第一电极上的有机发光层；形成在所述有机发光层上以与所述第一电极相对的第二电极；形成在所述第二电极上的第一中间层；形成在所述第一中间层上的第二金属层；以及形成在所述第二金属层上的第二中间层，其中，调节所述第一中间层的厚度和所述第二中间层的厚度，使得被所述第一金属层和所述第二电极反射的外部光与被所述第二金属层反射的光相消干涉。

在该方面中，被所述第一金属层和所述第二电极反射的所述外部光中未与被所述第二金属层反射的光发生相消干涉的部分可以被所述第二金属层吸收。

在该方面中，所述第一金属层可以增大所述第一电极的电阻，并且所述第一金属层的材料可以是选自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

在该方面中，所述第二金属层可以设置为薄金属层的形式，并且所述第二金属层的材料可以是选自由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

在该方面中，所述第一电极可以是透射电极并且可以形成阳极，所述第一电极的材料可以包含诸如ITO（氧化铟锡）或IZO（氧化铟锌）的透明导电氧化物。然而，可以使用涂有薄金属的半透射电极来替代所述透射电极。

在该方面中，所述第二电极可以是半透明金属层并且可以形成阴极，所述第二电极的材料可以是选自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

在该方面中，所述第一中间层可以是将被所述第二电极反射的光与被所述第二金属层反射的光之间的相对相位调节到120°到240°的介电层，并且所述第一中间层的材料可以是选自由SiO_x(x≥1)、SiN_x(x≥1)、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂和In₂O₃所构成的组中的任意一种。

同样，将被所述第二电极反射的光与被所述第二金属层反射的光之间的相对相位限制为约120°到240°范围的原因是，即使所述相对相位不是恰好180°，通过实验也可以看出，相消干涉在所述相对相位接近180°的约120°到240°范围可以发生，并且优选地这种相消干涉在所述相对相位约150°到210°范围可以有效地发生，更优选地所述相对相位为180°。

所述第二中间层可以是在被所述第一中间层调节的相对相位偏离180°的情况下进行补偿的介电层，并且所述第二中间层的材料可以是选自由SiO_x(x≥1)、SiN_x(x≥1)、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂和In₂O₃所构成的组中的任意一种。

本发明的另一个方面是提供一种黑色有机发光二极管器件，包括：玻璃衬底；形成在所述玻璃衬底上的第一金属层；形成在所述第一金属层上的第一电极；形成在所述第一电极上的有机发光层；形成在所述有机发光层上以与所述第一电极相对的第二电极；以及形成在所述第二电极上的多个金属介电薄层，其中，所述金属介电薄层包括介电层和半透射金属层，并且使得被所述第一金属层和所述第二电极反射的外部光发生相消干涉。

在该方面中，被所述第一金属层和所述第二电极反射的所述外部光中未通过所述金属介电薄层发生相消干涉的部分可以被所述半透射金属层吸收。

在该方面中，所述第一金属层可以增大所述第一电极的电阻，并且所述第一金属层的材料可以是选自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

在该方面中，所述第一电极可以是透射电极并且可以形成阳极，所述第一电极的材料可以包含诸如ITO（氧化铟锡）或IZO（氧化铟锌）的透明导电氧化物。然而，可以使用涂有薄金属的半透射电极来替代所述透射电极。

所述第二电极可以是半透射金属层并且可以形成阴极，所述第二电极的材料可以是选自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

所述金属介电薄层可以包括所述介电层和所述半透射金属层，并且所述介电层的材料可以是选自由SiOx(x≥1)、SiN_x(x≥1)、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂和In₂O₃所构成的组中的任意一种，所述半透射金属层的材料可以是选自由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

所述金属介电薄层可以包括所述介电层和所述半透射金属层，并且所述介电层的材料可以是选自由SiOx(x≥1)、SiN_x(x≥1)、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、和In₂O₃所构成的组中的任意一种，所述半透射金属层的材料可以是选自由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au和Cu所构成的组中的任意一种。

本发明的又一个方面是提供一种所述黑色有机发光二极管器件的制造方法，该黑色有机发光二极管器件包括玻璃衬底、形成在所述玻璃衬底上的第一金属层、形成在所述第一金属层上的第一电极、形成在所述第一电极上的有机发光层和形成在所述有机发光层上以与所述第一电极相对的第二电极，所述方法包括：在所述第二电极上形成多个金属介电薄层，使得被所述第一金属层和所述第二电极反射的外部光相消干涉。

有益效果

根据本发明，黑色有机发光二极管器件可以在不使用圆偏光片的情况下减少外部光的反射，因而无需额外的过程，减小所述器件的厚度并且实现器件的一体化。

另外，根据本发明，可以解决由于圆偏光片导致的光损耗的问题，从而有效地提高光效率。与具有圆偏光片的常规有机发光器件相比，在无需改变内部金属的反射率或发光层和电极的厚度的情况下，可以减少外部光的反射，因此对所述器件的电气特性或发光效率没有影响。

另外，与受到底部发射结构限制的常规技术相比，本发明可以有效地应用于顶部发射结构。

附图说明

图1是示出根据常规的顶部发光的有机发光二极管的示意图；

图2是示出常规的顶部发光的有机发光二极管器件的外部光反射率的曲线图；

图3是示出用于减小外部光反射的圆偏光片的示意图；

图4是示出具有圆偏光片或不具有圆偏光片的顶部发光OLED的照片；

图5是示出根据本发明的黑色有机发光二极管器件的视图；

图6是示出厚度为10nm的任意金属的吸光率的曲线图；

图7是示出不具有相位补偿层的金属介电薄层结构的视图，图8是示出图7的结构中不同波长的反射系数的幅度和相位差的曲线图，图9是示出具有相位补偿层的金属介电薄层结构的视图，图10是图9的结构中不同波长的反射系数的幅度和相位差的曲线图，图11是示出根据是否存在相位补偿层而得到的反射率的曲线图，以及图12是根据相位补偿层和相位匹配层的材料种类而得到的反射率的曲线图；

图13是示出具有多个金属介电薄层的黑色有机发光二极管器件的视图；

图14和图15是示出实例1的结果的曲线图，其中图14是示出根据相位匹配层的厚度变化（Cr的厚度设置为8nm，相位补偿层SiO₂的厚度设置为80nm）而得到的外部光反射率的曲线图，图15是示出根据相位补偿层的厚度变化（Cr的厚度设置为8nm，相位匹配层的厚度设置为60nm）而得到的外部光反射率的曲线图；

图16和图17是示出实例1的结果的曲线图，其中图16是示出根据Cr的厚度变化（相位匹配层的厚度设置为60nm，相位补偿层的厚度设置为80nm）而得到的外部光反射率的曲线图，图17是示出根据Cr的厚度变化（加括号的数字表示相对于具有圆偏光片的常规有机发光二极管器件的效率比（亮度比））而得到的光强度变化的曲线图；

图18和图19是示出实例2的结果的曲线图，其中图18是示出根据Mg:Ag电极的厚度（相位匹配层的厚度为60nm，相位补偿层的厚度为80nm，Cr的厚度为6nm）而得到的外部光反射率的曲线图，图19是示出根据Mg:Ag电极的厚度而得到的光强度变化的曲线图；

图20和图21是示出实例3的结果的曲线图，其中图20是示出根据相位匹配层的厚度（Cr的厚度为10nm，相位补偿层的厚度为60nm）而得到的顶部发光的发光器件的外部光反射率的曲线图，图21是示出根据相位匹配层的厚度而得到的所述器件的光强度变化的曲线图；

图22和图23是示出实例4的结果的曲线图，其中图22是示出根据Ti的厚度（相位匹配层的厚度和相位补偿层的厚度为80nm）而得到的所述器件的外部光反射率的曲线图，图23是示出根据Ti的厚度而得到的所述器件的光强度变化的曲线图；

图24和图25是示出实例5的结果的曲线图，其中图24是示出根据Ti的厚度（相位匹配层SiN_x的厚度为50nm，相位补偿层SiO₂的厚度为70nm）而得到的所述器件的外部光反射率的曲线图，图25是示出根据Ti的厚度而得到的所述器件的光强度变化的曲线图；以及

图26和图27是示出实例6的结果的曲线图，其中图26是示出根据Mg:Ag厚度（相位匹配层SiN_x的厚度为50nm，相位补偿层SiO₂的厚度为70nm，第二金属层Ti的厚度为11nm）而得到的所述器件的外部光反射率的曲线图，图27是示出根据Mg:Ag厚度而得到的所述器件的光强度变化的曲线图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。在全部附图中尽可能使用相同附图标记表示相同或相似的部件。在下面的描述中，应当注意，当涉及到本发明的结构或功能的详细描述会使本发明的主旨模糊时，将省略这些描述。

图1是示出根据常规的顶部发光的有机发光二极管的示意图。

如图1所示，常规的有机发光二极管包括顺序向上布置的玻璃衬底（玻璃）、反射层（Ag）、透明电极层（ITO）、有机层、金属电极层（Mg:Ag）和包覆层（或保护层）。如图1所示，外部光从金属电极层（Mg:Ag）和反射层（Ag）被反射，从而造成所述器件的对比度降低。

图2是示出常规的顶部发光的有机发光二极管器件的外部光反射率的曲线图，并且描绘了具有图1的常规顶部发光结构的有机发光二极管器件的外部光反射率。在这种情况下，光反射率为约45%。

通常，显示设备的对比度由下面的等式1定义。

等式1

$\mathrm{CR}=\frac{L_{\mathrm{on}}+R_D{L}_{\mathrm{ambient}}}{L_{\mathrm{off}}+R_D{L}_{\mathrm{ambient}}}$

这里，L_on和L_off分别是打开和关闭OLED器件时的亮度值。L_ambient是外部光的亮度。R_D是由下面的等式2定义的显示器的光反射率，其中光反射率是显示设备在可见光范围内的平均反射率。

等式2

$R_D=\frac{{\∫}_{\mathrm{\λ}1}^{\mathrm{\λ}2}V\left(\mathrm{\λ}\right)\·R\left(\mathrm{\λ}\right)\·S\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{\mathrm{\λ}1}^{\mathrm{\λ}2}V\left(\mathrm{\λ}\right)\·S\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

这里，V是亮度的曲线函数，S是标准光源D65的光谱，R是根据显示器的光谱而得到的外部光反射率。因此，图2的常规OLED器件的外部光的光反射率为约45%。

为了减小这种外部光反射，常规有机发光器件包括如图3所示的圆偏光片，从而防止外部光的反射和增大对比度。

图3所示的圆偏光片包括主要由线偏光片和四分之一波片组成的多个光学薄层。

图4示出具有圆偏光片或不具有圆偏光片的顶部发光OLED。

左边照片是不具有圆偏光片的OLED器件，右边照片是具有圆偏光片的OLED器件。当OLED被配置为不使用圆偏光片时，在存在诸如外部阳光的强外部光时，难以使用OLED。

在包括线偏光片的圆偏光片中，线偏光片一般具有约40%到45%的透射率，因而透过圆偏光片的光可以减少约50%或更多。因此，当使用圆偏光片时，可以减少外部光的反射，但是从所述器件内部发出的光不期望地被吸收并且减少。因此，OLED器件的光效率降低。

另外，一般的圆偏光片的总厚度约为0.3mm。当该圆偏光片被应用于超薄显示器时，会增大显示器的厚度，并且该圆偏光片被布置在所述器件的外部，因而需要额外的过程，难以形成一体的单个器件。为此，已经进行了许多尝试来移除圆偏光片和减少OLED的外部光的反射，以提高对比度。

图5是示出根据本发明的新型黑色有机发光二极管器件的示意图，其中即使不使用圆偏光片也可以减少外部光的反射。

如图5所示，根据本发明的黑色有机发光二极管器件包括顺序向上布置的玻璃衬底10、第一金属层20、第一电极30、有机发光层40、第二电极50、第一中间层60、第二金属层70和第二中间层80，其中调节第一中间层60和第二中间层80的厚度，由此从第一金属层20和第二电极50反射的光与从第二金属层70反射的光相消干涉，未相消干涉的光被第二金属层70吸收。因此，该器件被构造为利用共振吸收结构吸收外部光。

第一金属层20是高反射层，优选为Ag层，其提高作为透明阳极（ITO）的第一电极30的电阻，并且第一金属层20的材料可以是选自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

有机发光层40（有机层）形成在第一电极30上，第二电极50形成在有机发光层40上以便与第一电极30相对。同样，第二电极50优选为用作阴极的半透明金属层（Mg:Ag）。

第二电极50的材料可以是选自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

同时，一般顶部发光的OLED被配置为使得从有机层发出的光透过半透明Mg:Ag层，因而发射到外部，并且保护层形成在该半透明Mg:Ag层上，以保护电极和有机层。保护层一般由有机层组成，并且保护层的结构与一般的顶部发光OLED的结构相对应。

在本发明中，被视为保护层的第一中间层60用作相位匹配层，作为吸收性金属薄层的第二金属层70形成在第一中间层60上，第二中间层80（作为用来补偿相位的介电层）形成在第二金属层70上，并且用作相位补偿层。

因此，调节用作相位匹配层的第一中间层60的厚度和用作相位补偿层的第二中间层80的厚度，使得从金属层（在本发明中为第二电极50和第一金属层20）反射的外部光（其中，外部光的反射主要发生在一般的顶部发光OLED中）与从额外设置的第二金属层70反射的光相消干涉。

同样，第二金属层70（顶部金属薄层）的材料可以是选自由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所构成的组中的任意一种，或其合金。

相位匹配层和相位补偿层的光学厚度被设计为接近1/4波长，尽管它随着基于金属种类的光学常数的分布而变化。

同样，从金属层反射的光波导致相消干涉，因而有效地减少外部光的反射。因此，即使不用添加圆偏光片，本发明也可以有利地减少外部光的反射。

在一般的顶部发光OLED器件中，发生外部光反射最多的层是相当于上电极层的Mg:Ag层，大约60%或更多的外部光被该层反射。然后，次多的光被最下面的Ag层反射，剩余的光被各个界面反射。因此，利用光学相消干涉和金属层的光吸收性，可以减少在整个可见光范围内的外部光的反射。光学相消干涉是指当从界面反射的光波之间形成约180°的相位并且具有相同的反射振幅时，它们彼此抵消。

然而，难以在整个波长范围内满足光学相消干涉，并且部分光偏离相消干涉条件，因而不完全抵消。应该利用光吸收性材料吸收这样的光，这样被视为非常适合的。由于金属是光吸收性材料，当光透过金属时，部分光可以被吸收。具体地，当使用金属层时，部分反射光可以进行相消干涉，同样利用透过金属层时发生的吸收，由于相消干涉而未完全抵消的部分外部光可以被抵消。

同时，在“Journal of Korean Physical Society V.55p.501”中充分地描述了利用金属介电薄层来减少外部光反射的原理。根据该文献，图5中所示的本发明的黑色有机发光二极管器件的第二金属层70优选由高吸收性金属形成。如上所述，通过调节用作相位匹配层的第一中间层60和用作相位补偿层的第二中间层80的厚度，难以满足从第二电极50反射的光与从第二金属层70反射的光在整个波长范围内的相消干涉条件。另外，在光从位于第二电极50下面的第一金属层20反射的情况下，难以调节位于第二电极50与第一金属层20之间的有机发光层40的厚度，更难以利用相消干涉抵消光。

因此，第二金属层70更优选由能吸收大量光同时满足相消干涉条件的金属制成。特别有用的是折射率和吸收系数为约2到4的金属。

图6是示出厚度为10nm的任意金属的吸光率的曲线图。如图6所示，第二金属层70适合用Cr、Mo、Ti、Co、Ni、W等制成。在使用这种金属的情况下，由于反射引起的相消干涉和高吸收率，金属层可以有效地吸收整个可见光波长范围内的光，由此减少外部光的反射。

下面将描述用作相位匹配层的第一中间层60和用作相位补偿层的第二中间层80的作用和材料。

第一中间层60用于将从顶部发光OLED的第二电极50（阴极）反射的光与从第二金属层70反射的光之间的相对相位调节为约180°，用作相位匹配层的第一中间层60的材料优选为选自由SiO_x(x≥1)、SiN_x(x≥1)、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂和In₂O₃所构成的组中的任意一种。

另一方面，仅仅利用如上所述的相位匹配层（第一中间层60）难以将反射光在整个可见光波长范围内的相位差保持在180°。因此，额外地插入相位补偿层（第二中间层80），以便基于外部光的波长与180°补偿相位偏离的量。

图7到图12示出相位补偿层的作用。图7示出包括相位匹配层和两个金属层而不具有额外相位补偿层的黑色金属介电薄层结构。在这种情况下，如图8所示，由于没有设置相位补偿层，在整个可见光的波长范围内，从上部金属层和下部金属层反射的两个光波的相位差不是保持在180°。相反，如图9所示，在包括相位补偿层的黑色膜的情况下，在整个可见光的波长范围内，相位差保持在180°（图10）。因此，当比较这两种情况的反射率值时，设置有相位补偿层的情况显示出在整个可见光的波长范围内具有低的反射率（图11）。

另外，下面将描述适于作为相位匹配层的第一中间层60和作为相位补偿层的第二中间层80的介电特性。在大多数电介质中，折射率的减小与波长的增大成正比，这种现象对保持整个波长范围内的相消干扰有负面影响。

因此，折射率随着波长改变而改变得少（即，光学常数的分布小）的电介质是有用的。此外，由于入射介质为空气（n=1），因此，与使用具有高折射率的介电材料相比，具有低折射率的介电材料更适合用于相位补偿层。

考虑到以上因素，用作相位补偿层的第二中间层80的材料优选为选自由SiOx(x≥1)、SiN_x(x≥1)、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂和In₂O₃所构成的组中的任意一种。

图12是示出利用不同介电材料的黑色膜的反射率的曲线图。

在本发明中，包括单个相位匹配层（第一中间层60）、单个吸收性金属层（第二金属层70）和相位补偿层（第二中间层80）的金属介电薄层结构被实际用来代替圆偏光片。更具体地，即使在使用多个金属介电薄层时，它们也可以像在圆偏光片中一样用于减少外部光的反射。因此，圆偏光片的结构可以用本发明的多个金属介电薄层来替代。图13示出包括多个金属介电薄层的OLED。

下面描述根据本发明的黑色有机发光二极管器件的多个实例。

实例1

Cr用作第二金属层70，SiO₂同时用作相位匹配层（第一中间层60）和相位补偿层（第二中间层80）。在本发明中，采用适于薄层结构的反射和透射的转移矩阵类型。这种转移矩阵类型适用于由Macelod在“Thin-Film OpticalFilter,3^rded.”中充分描述的许多光学涂层和滤光器设计。

图9示出根据相位匹配层（第一中间层60）和相位补偿层（第二中间层80）的厚度变化而得到的外部光反射率。图14示出根据相位匹配层（第一中间层60）的厚度而得到的外部光反射率的变化。在附图中，加括号的数字表示光反射率的值，当SiO₂为60nm时得到最小的反射率。图15示出根据相位补偿层（第二中间层80）的厚度而得到的反射率。图16示出根据Cr的厚度变化而得到的外部光反射率，图17示出根据Cr的厚度变化而得到的强度，其中加括号的值表示相对于具有偏光片的常规OLED的亮度比。因此，当Cr的厚度为6nm时，效率比常规OLED提高约3%。在该结构中，当相位补偿层（第二中间层80）的厚度为80nm、Cr的厚度为6nm且相位匹配层（第一中间层60）的厚度为60nm时，外部光的反射率为约2.9%，并且效率比具有偏光片的常规OLED提高约3%。以下的所有实例都是在有机发光层40和第一电极（ITO）30的厚度与常规OLED中的有机发光层和第一电极的厚度相同的条件下进行的。另外，第二电极50的厚度设置为18nm，与常规OLED中的第二电极厚度相同。在实例2和实例6中，分析根据第二电极50的厚度变化而得到的结果。

实例2

当Cr用作第二金属层70并且SiO₂用作相位匹配层（第一中间层60）和相位补偿层（第二中间层80）时，分析根据使用Mg:Ag的第二电极50的厚度变化而得到的结果。

图18和图19是示出根据第二电极50的厚度变化而得到的外部光反射率和效率的曲线图。在实例1中，第二电极50的厚度为18nm，与常规OLED中的第二电极厚度相同。同样，外部光的反射率为约2.9%，并且效率比具有偏光片的常规OLED提高约3%。

然而，随着作为第二电极50的Mg:Ag的厚度减小，效率得到提高并且外部光反射率增大。在约16nm处，外部光反射率为约3.7%，并且效率提高约26%。

可以看出，在不影响电气特性的范围内调节Mg:Ag电极的厚度，从而可以控制外部光反射的效率。

实例3

Cr用作第二金属层70，SiN_x用作相位补偿层（第二中间层80）和相位匹配层（第一中间层60）。

图20和图21是示出当由SiN_x制成的相位补偿层（第二中间层80）的厚度为60nm并且Cr的厚度为10nm时，外部光反射率和效率的曲线图。例如，当相位匹配层（第一中间层60）的厚度为50nm时，外部光反射率为约4.8%，并且效率提高约2%。

实例4

Ti用作第二金属层70，SiO₂用作相位匹配层（第一中间层60）和相位补偿层（第二中间层80）。

图22和图23是示出当相位匹配层（第一中间层60）和相位补偿层（第二中间层80）由SiO₂制成且厚度为80nm时，根据作为第二金属电极层70的Ti的厚度而得到的外部光反射率和强度的曲线图。

当Ti的厚度为10nm时，外部光反射率为约4.2%，并且光效率比具有圆偏光片的常规OLED提高约28%。Ti比Cr的吸光率低，因此表现出更高的效率。

实例5

Ti用作第二金属层70、SiN_x用作相位匹配层（第一中间层60）且SiO2用作相位补偿层（第二中间层80）。

图24和图25是示出当相位补偿层（第二中间层80）由SiO₂制成且厚度为70nm且相位匹配层（第一中间层60）由SiN_x制成且厚度为50nm时，根据作为第二金属电极层70的Ti的厚度变化而得到的外部光的反射效率的曲线图。当Ti的厚度为11nm时，外部光反射率为约4.1%，并且光效率比普通OLED提高约42%。实例5的情形表现出最高的性能。

实例6

当Ti用作第二金属层70、SiO₂用作相位补偿层（第二中间层80）且SiN_x用作相位匹配层（第一中间层60）时，在实例5中表现出根据第二电极50（半透射金属阴极（Mg:Ag））的厚度而得到的最高的性能。在这种情况下，研究根据第二电极50的厚度而得到的所述变化。通常，半透射金属阴极是OLED器件的电子注入源，因而可以显著地影响取决于其电气特性、透射率和反射率的光学特性。因此，测量根据厚度的典型变化而得到的特性。同样，Ti的厚度为11nm、相位补偿层（第二中间层80）由SiO₂制成且厚度为70nm、并且相位匹配层（第一中间层60）由SiN_x制成且厚度为50nm。

图26示出根据第二电极50的厚度而得到的外部光反射率的曲线图，图27是示出根据第二电极50的厚度而得到的效率的曲线图。当由Mg:Ag制成的第二电极50的厚度为18nm时，外部光反射率为约4.1%，并且效率提高约42%，这都被认为是优异的。

尽管为了举例的目的已经公开了本发明的关于黑色有机发光二极管器件的优选实施例，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (17)

1.一种黑色有机发光二极管器件，包括：

玻璃衬底；

形成在所述玻璃衬底上的第一金属层；

形成在所述第一金属层上的第一电极；

形成在所述第一电极上的有机发光层；

形成在所述有机发光层上以与所述第一电极相对的第二电极；

形成在所述第二电极上的第一中间层；

形成在所述第一中间层上的第二金属层；以及

形成在所述第二金属层上的第二中间层，

其中，调节所述第一中间层的厚度和所述第二中间层的厚度，使得被所述第一金属层和所述第二电极反射的外部光与被所述第二金属层反射的光相消干涉。

2.根据权利要求1所述的黑色有机发光二极管器件，其中，被所述第一金属层和所述第二电极反射的所述外部光中未与被所述第二金属层反射的光发生相消干涉的部分被所述第二金属层吸收。

3.根据权利要求2所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第一金属层增大所述第一电极的电阻，并且所述第一金属层的材料是从由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所构成的组中选择的任意一种，或其合金。

4.根据权利要求2所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第二金属层设置为薄金属层的形式，并且所述第二金属层的材料是从由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所构成的组中选择的任意一种，或其合金。

5.根据权利要求2所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第一电极是透明阳极并且包含透明导电氧化物（ITO或IZO）或者半透射金属。

6.根据权利要求2所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第二电极是半透明金属层并且形成阴极，所述第二电极的材料是从由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt构成的组中选择的任意一种，或其合金。

7.根据权利要求2所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第一中间层是能够将被所述第二电极反射的光与被所述第二金属层反射的光之间的相对相位调节到120°到240°的介电层，并且所述第一中间层的材料是从由SiO_x、SiN_x、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂和In₂O₃所构成的组中选择的任意一种，其中x≥1。

8.根据权利要求7所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第一中间层是能够将被所述第二电极反射的光与被所述第二金属层反射的光之间的相对相位调节到150°到210°的介电层。

9.根据权利要求8所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第一中间层是能够将被所述第二电极反射的光与被所述第二金属层反射的光之间的相对相位调节到180°的介电层。

10.根据权利要求2所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第二中间层是在被所述第一中间层调节的相对相位偏离180°的情况下进行补偿的介电层，并且所述第二中间层的材料是从由SiO_x、SiN_x、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂和In₂O₃所构成的组中选择的任意一种，其中x≥1。

11.一种黑色有机发光二极管器件，包括：

玻璃衬底；

形成在所述玻璃衬底上的第一金属层；

形成在所述第一金属层上的第一电极；

形成在所述第一电极上的有机发光层；

形成在所述有机发光层上以与所述第一电极相对的第二电极；以及

形成在所述第二电极上的多个金属介电薄层，

其中，所述金属介电薄层包括介电层和半透射金属层，并且使得被所述第一金属层和所述第二电极反射的外部光发生相消干涉。

12.根据权利要求11所述的黑色有机发光二极管器件，其中，被所述第一金属层和所述第二电极反射的所述外部光中未通过所述金属介电薄层发生相消干涉的部分被所述半透射金属层吸收。

13.根据权利要求12所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第一金属层增大所述第一电极的电阻，并且所述第一金属层的材料是从由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所构成的组中选择的任意一种，或其合金。

14.根据权利要求12所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第一电极是透明阳极并且包含透明导电氧化物（ITO或IZO）或者半透射金属。

15.根据权利要求12所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述第二电极是半透射金属层并且形成阴极，所述第二电极的材料是从由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所构成的组中选择的任意一种，或其合金。

16.根据权利要求12所述的黑色有机发光二极管器件，其中，所述金属介电薄层包括所述介电层和所述半透射金属层，并且所述介电层的材料是从由SiO_x、SiN_x、MgF₂、CaF₂、Al₂O₃、SnO₂、ITO、IZO、ZnO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂和In₂O₃所构成的组中选择的任意一种，其中x≥1，所述半透射金属层的材料是从由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所构成的组中选择的任意一种或其合金。

17.一种黑色有机发光二极管器件的制造方法，该黑色有机发光二极管器件包括玻璃衬底、形成在所述玻璃衬底上的第一金属层、形成在所述第一金属层上的第一电极、形成在所述第一电极上的有机发光层和形成在所述有机发光层上以与所述第一电极相对的第二电极，所述方法包括：

在所述第二电极上形成多个金属介电薄层，使得被所述第一金属层和所述第二电极反射的外部光相消干涉。

Images