CN102754236A

CN102754236A - 用于照明的微腔oled

Info

Publication number: CN102754236A
Application number: CN2011800088125A
Authority: CN
Inventors: F·索
Original assignee: University of Florida Research Foundation Inc
Current assignee: University of Florida Research Foundation Inc
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-10-24
Also published as: WO2011106306A3; AU2011221235A1; BR112012021196A2; WO2011106306A2; KR20120130205A; US20130328029A1; SG183276A1; RU2012140460A; US20120305902A1; JP2013520784A; AU2011221235B2; CA2790696A1; EP2539950A2; US8946689B2; MX2012009729A

Abstract

提供了关于具有微腔的有机发光二极管（OLED）的多种方法和系统。在一个实施方案中，白光光源包括被配置为发射蓝光的窄光谱的第一微腔有机发光二极管（OLED）、被配置为发射绿光的窄光谱的第二微腔OLED、以及被配置为发射红光的窄光谱的第三微腔OLED。在另一个实施方案中，光源包括被布置在玻璃衬底上的多个OLED。OLED中的每个被配置为发射在预定的光谱中的实质上正交于玻璃衬底的光。OLED中的每个包括半反射镜；以及发射层，其中每个OLED中的发射层分别对应于OLED发射的光的颜色。

Description

用于照明的微腔OLED

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年2月23日提交的具有序号61/307,191的名称为“用于照明的微腔OLED（MICROCAVITY OLEDS FOR LIGHTING）”的共同待审的美国临时申请的优先权，其整体由此通过引用并入。

背景

宽频带光源可以被用于提供具有相像于天然日光的光谱的良好品质的照明。不提供在整个可见光光谱上的光的光源可以使物体的颜色表现为阴暗的或甚至使物体表现为另一种颜色。例如，发射有限量的红光的商用荧光灯可以使物体表现为暗红色或甚至棕色。

附图简述

本公开的许多方面可以参照以下的附图被更好地理解。附图中的部件不一定是按比例的，代替地，重点在于清楚地图示本公开的原理。此外，在附图中，相似的参考数字指代所有几个图中的相应的部分。

图1是图示了发射的光经过根据本公开的多种实施方案的发射白光的OLED的多个层传输的非限制性的实施例的图形表示。

图2是图示了根据本公开的多种实施方案的图1的发射白光的OLED的多个层的多种模式的图形表示。

图3和图4是根据本公开的多种实施方案的微腔有机发光二极管（OLED）的实施例的图形表示。

图5和图6是根据本公开的多种实施方案的图3和图4的微腔OLED的半反射镜的实施例的图形表示。

图7和图8是图示了图3和图4的微腔OLED的光强度和缺少根据本公开的多种实施方案的微腔的OLED的光强度的非限制性的实施例的图形表示。

图9是包括多个根据本公开的多种实施方案的图3和图4的微腔OLED的发射白光的光源的实施例的图形表示。

图10是图示了根据本公开的多种实施方案的图9的发射白光的光源的光强度的非限制性的实施例的图形表示。

图11是图示了根据本公开的多种实施方案的图3和图4的微腔OLED的制造流程图。

详细描述

本文公开了包括一个或多个具有微腔的有机发光二极管（OLED）的光源以及制造其的方法的多种实施方案。现在将详细地参照附图中图示的实施方案的描述，其中相似的参考数字指示所有几个图中的相似部分。

微腔OLED发射实质上正交于OLED衬底的光。OLED的微腔允许OLED高效并且产生高强度的光，因为由OLED发射的光从OLED导向出来，代替允许所发射的光被束缚在OLED内。此外，本申请描述包括多个微腔OLED的白光光源。在某些实施方案中，白光光源包括发射高强度的窄光谱中的红光的微腔OLED、发射高强度的窄光谱中的绿光的微腔OLED以及发射高强度的窄光谱中的蓝光的微腔OLED。因为每个微腔OLED高强度地发射窄光谱中的特定颜色，所以当白光光源照亮物体时，被物体反射的可见的颜色可以是明亮与暖和的，这是由于被白光光源发射的光的强度以及频带的选择。

多种光源是可用的，包括使用白炽灯泡和/或荧光灯泡的灯具。灯具有时在商业、工业或办公室的装置中使用，并且经常以光板的形式。灯具可能由于较差的光提取而损失它们发射的光的40%-50%。此外，即使光源例如现有技术的LED具有100lm/W（流明每瓦）的发光效能，灯具的效能可以低至40lm/W。

如果光源发射的光的频带越宽，那么光源发射的光越相像于日光。在照明中使用的品质因数是显色指数（CRI）。CRI是光源再现多种物体的颜色的能力与天然光源例如太阳相比的定量测量。覆盖整个可见光谱的宽频带光源具有大于90的CRI。相反地，发射少量的红光的商用荧光灯管具有低至50的CRI。因为红光的这种缺失，当被商用荧光灯管照亮时红色物体表现为暗红色或甚至棕色。发射白光的OLED可用于照明，因为有机材料具有宽的发射光谱。在单个OLED面板中组合红色、绿色和蓝色发射器获得具有高于80的CRI的OLED，具体值取决于发射光谱。

某些高效率的发射白光的OLED具有高至100lm/W的效能。然而，这需要外来的光提取方法，这对于制造是不切实际的。图1是发射的光102经过发射白光的OLED 100的多个层传输的非限制性的实施例的图。如可以在图1中看到的，因为从发射白光的OLED 100发射的光由于在有机层104、氧化铟锡（ITO）层106和/或玻璃衬底108的折射和反射而被阻止，所以仅发射的光102的一小部分被提取到空气110中。还图示了有机层104、ITO层106和玻璃衬底108的折射率的实施例。

图2是发射白光的OLED 100的多个层的多种模式的图。如可以在图2中看到的，薄膜引导模式202（即图1的有机层104和/或ITO层106的模式）捕获发射的光102的约40%-50%，衬底模式204（即图1的玻璃衬底108的模式）捕获发射的光102的约20%-30%，并且发射的光102的仅约20%-30%到达空气模式206。虽然玻璃衬底模式204可以使用透镜阵列或光子晶体被消除，但是薄膜引导模式202非常难以消除，因为有机层/ITO层104/106在OLED 100内部并且从外部不可到达。

图3是微腔OLED 300的非限制性的实施方案的图。微腔OLED 300包括玻璃衬底302和形成在玻璃衬底302上的半反射镜304。在某些实施方案中，半反射镜304是薄的银层（例如约10-20nm厚），并且在其他的实施方案中，半反射镜304是包括二氧化硅（SiO₂）和二氧化钛（TiO₂）的堆叠的四分之一波长多层膜，其将在下文更详细地讨论。此外，ITO层306在半反射镜304上形成。在某些实施方案中，ITO层306约100nm厚。

空穴传输层308形成在ITO层306上。在某些实施方案中，空穴传输层308包括1,1-双[(二-4-甲苯基氨基)苯基]环己烷（TAPC）层，1,1-双[(二-4-甲苯基氨基)苯基]环己烷（TAPC）层可以约50nm厚。发射层310形成在空穴传输层308上。包含在发射层310中的材料决定微腔OLED 300发射的光的颜色（或光谱频率）。例如，对于发射在例如约585nm至约675nm的范围内的红光的微腔OLED 300来说，发射层310可以包含掺杂有三(2-苯基异喹啉)铱（“Ir(pig)₃”）的3,5'-N,N'-二咔唑-苯（“mCP”）。相似地，对于发射在例如约525nm至约655nm的范围内的绿光的微腔OLED 300来说，发射层310可以包含掺杂有面式-三(2-苯基吡啶)铱(III)（“Ir(ppy)₃”）的mCP。相似地，对于发射在例如约435nm至约540nm的范围内的蓝光的微腔OLED 300来说，发射层310可以包含3,5'-N,N'-二咔唑-苯（mCP）:双[(4,6-二-氟苯基)-吡啶-N,C2']吡啶甲酸铱(III)（“FIrpic”）。

电子传输层312在发射层310上形成。电子传输层312可以包括2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP）层和/或三[3-(3-吡啶基)-均三甲苯基]硼烷（“3TPYMB”）层。此外，阴极314在电子传输层312上形成。阴极314包括金属层。例如，阴极314可以包含碳酸铯（CsCO₃）（约1nm厚）和铝（Al）（约100nm厚）或氟化锂（LiF）（约1nm厚）和Al（约100nm厚）。

图4是发射蓝光的微腔OLED 300的另一个非限制性的实施方案的图。在图4示出的实施方案中，阴极314包括约100nm厚的铝（Al）层414a以及约1nm厚的LiF层414b。LiF层414b沉积在包括约40nm厚的BCP层412的电子传输层312上。BCP层412沉积在包括约20nm厚的mCP:Firpic层410的发射层310上。此外，发射层310沉积在包括约50nm厚的TAPC层408a的空穴传输层308上。此外，发射层310包括约25nm厚并且形成在约50nm厚的ITO层306上的PEDOT:PSS层408b。

图5是图3和图4中图示的微腔OLED 300的实施方案的半反射镜304的非限制性的实施例的图。半反射镜304的所图示的实施例是包括形成在二氧化钛（TiO₂）层504b上的二氧化硅（SiO₂）层504a的四分之一波长多层膜。SiO₂层504a和TiO₂层504b的厚度每个相应于光的四分之一波长。据此，半反射镜304的层504a和504b的厚度取决于微腔OLED 300发射的光的波长。在一个实现中，二氧化硅层504a约79nm厚并且二氧化钛层504b约48nm厚。半反射镜304形成在可以约1mm厚的玻璃衬底302上。在某些实施方案中，半反射镜304具有约一英寸的宽度。在某些实施方案中，半反射镜304的面积是约一英寸乘约一英寸。此外，在某些实施方案中，半反射镜304在475nm具有实质上等于0.39的反射率（R）。半反射镜304的反射率可以在约40%至约70%之间变化，并且反射光谱较宽。

图6是图3和图4中图示的微腔OLED 300的实施方案的半反射镜304的另一个非限制性的实施例的图。图6中图示的半反射镜304的实施例相似于图5中图示的半反射镜304的实施例，除了图6中图示的半反射镜304包括两组二氧化硅和二氧化钛层（504a/504b和604a/604b），代替如图5中图示的一组（504a/504b）。在一个实现中，二氧化硅层504a和604a约79nm厚并且二氧化钛层504b和604b约48nm厚。在其他的实现中，二氧化硅层504a和604a和/或二氧化钛层504b和604b可以具有不同的厚度。此外，在其他的实施方案中，半反射镜304可以包括三组或更多组二氧化硅和二氧化钛层。在某些实施方案中，例如在图6中图示的实施方案，半反射镜304在475nm具有实质上等于0.70的R。图5和图6中图示的半反射镜304中的每个包括具有低折射率的材料（例如SiO₂）与具有高折射率的材料（例如TiO₂）交替的层。

返回参照图3，现在将描述微腔OLED 300的操作。微腔OLED 300的阴极314充当反射镜并且半反射镜304充当半反射镜，从而形成在阴极314和半反射镜304之间的微腔320。微腔320具有低透射率以及高反射率的性质。换句话说，半反射镜304是部分透射并且部分透明的层。当光子在微腔320内部产生时，它们被镜子从微腔320的两个侧反射并且从由半反射镜304提供的半反射镜透射出来。必然地，从半反射镜304经过玻璃衬底302透射的光316在实质上正交于玻璃衬底302的方向传输，代替在所有的方向传输。因为微腔320将发射的光定向在特定的方向，所以大量的由微腔OLED 300发射的光也从微腔OLED 300透射出来并且不被束缚在微腔OLED 300内。

因为上文讨论的微腔效果，所以微腔OLED 320与缺少微腔320的OLED相比具有非常不同的发射特性。缺少微腔320的OLED是在所有的方向发射光的朗伯光源。朗伯光源是对于照明来说非期望的，因为大量的发射光被浪费（例如不直接地照亮待被照亮的物体或区域）。在另一个方面，微腔OLED 300是取决于微腔320的反射性质的定向发射器。因此，微腔OLED 300的效率可以是缺少微腔320的OLED的效率的约三至四倍。

图7是图3中图示的微腔OLED 300的实施方案的发射光谱以及缺少微腔320的OLED的实施方案的发射光谱的图。具体地，图7是微腔OLED320与缺少微腔320的发射绿光的OLED的EL强度相对于波长的图。微腔OLED 320的亮度是约385尼特，发射绿光的OLED的亮度是约108尼特，如可以在图7中看到的。

图8是图7的微腔OLED 300的实施方案与缺少微腔320的OLED的光的强度相对于光的角度的极坐标图。如可以在图8中看到的，缺少微腔320的OLED（被标记为“无腔”810）具有比微腔OLED 300（被标记为“有腔”820）低的强度，并且光从光源主要以-30度至+30度之间的角度发射。将图7和图8共同地考虑，可以看到，对于微腔OLED 300来说，发射光的光谱和发射角度二者都较窄。

图9是包括多个微腔OLED 300a、300b、300c的发射白光的光源900的非限制性的实施方案的图。微腔OLED 300a、300b、300c是磷光性的OLED，其可以是非常高效的。例如，发射绿光的微腔OLED 300b的发光效率可以高至300lm/W，而不具有微腔的发射绿光的OLED可以具有仅100lm/W的发光效率。此外，发射蓝光的微腔OLED 300a和发射红光的微腔OLED 300c的效率每个可以超过60lm/W。据此，包括多个微腔OLED300a、300b、300c的发射白光的光源900可以实现约150-200lm/W的总效率。这种效率可以比在发光体中使用的LED的效率大3到4倍。

从红光、绿光和蓝光微腔OLED 300a、300b、300c产生的白光具有相似于图10中示出的光谱的发射光谱。如可以在图10中看到的，蓝光316a（图9）可以包括对应于实质上在约435nm至约540nm的范围内的波长的强度1010，绿光316b（图9）可以包括对应于实质上在约525nm至约655nm的范围内的波长的强度1020，并且红光316c（图9）可以包括对应于实质上在约585nm至约675nm的范围内的波长的强度1030。相似地，如还可以在图10中看到的，蓝光可以包括对应于实质上在约450nm至约480nm的范围内的波长的峰值强度，绿光可以包括对应于实质上在约530nm至约575nm的范围内的波长的峰值强度，并且红光可以包括对应于实质上在约620nm至约650nm的范围内的波长的峰值强度。据此，发射白光的光源900发射的白光不包括针对所有波长的相同强度，而是发射光谱包括针对某些颜色的包括峰值强度的窄光谱。当光源900照亮物体时，从物体反射的颜色表现为饱和的，因为被微腔OLED 300a、300b、300c发射的光的三个窄的发射频带在饱和的RGB颜色达到峰值。当发射白光的光源900的实施方案照亮物体时，物体的颜色表现为更暖和、更明亮以及更鲜明，这是由于发射白光的光源900发射并且被物体反射的光的预定的频带引起的。例如，当红色物体被发射白光的光源900照亮时，其具有更多的消防红颜色，当该物体被白炽光源照亮时，其具有砖红色或酒红色。此外，不需要外部的发光体，因为发射白光的光源900发射的光是高度定向的。

然后参照图11，示出了图示制造微腔OLED 300的方法的实施例的流程图1100（图3）。从块1102开始，提供玻璃衬底302（图3）。在块1104中，半反射镜304（图3）沉积在玻璃衬底302上。在半反射镜304包括SiO₂层和TiO₂层的堆叠的情况下（图5和图6），每个SiO₂层和TiO₂层可以通过溅射被沉积。在半反射镜304包括薄的银层的情况下，银可以通过真空蒸发被沉积。在某些实施方案中，银层约10-20nm厚。

然后，在块1106中，ITO层306（图3）通过溅射被沉积。在某些实施方案中，ITO层306约100nm厚。然后在块1108中，空穴传输层308（图3）被沉积。可以使用真空蒸发将空穴传输层308沉积在ITO层306上。然后，在块1110中，发射层310（图3）被沉积在空穴传输层308上。可以使用真空蒸发来沉积发射层310。此外，在块1112中，电子传输层312（图3）被沉积在发射层310上。可以使用真空蒸发来沉积电子传输层312。在发射层310被沉积之后，在块1114中，阴极314（图3）被形成。在某些实现中，可以通过将碳酸铯（CsCO₃）（约1nm厚）、铝（约100nm厚）和/或氟化锂（LiF）（约1nm厚）的层沉积在电子传输层312上来形成阴极314。

参照图9，制造发射白光的光源900的方法包括制造多个微腔OLED300a、300b、300c。多个微腔OLED 300a、300b、300c可以制造在公共衬底302上，如图9中图示的。此外，该方法包括上文关于制造微腔OLED 300描述的步骤，除了对应于蓝光、绿光和红光的三个不同的发射层310a、310b和310c为了每个微腔OLED 300a、300b、300c被沉积之外。例如，在块1102中可以提供公共衬底302。然后多个微腔OLED 300a、300b、300c中的每个可以如关于块1104至1114描述的步骤被制造。多个微腔OLED300a、300b、300c可以被并行地或连贯地制造在公共衬底302上。虽然图9描绘了三个微腔OLED 300a、300b、300c，但是发射白光的光源900的其他的实施方案可以包括微腔OLED的其他的倍数、组合和/或配置。

应当强调，上文描述的本公开的实施方案仅是为了清楚理解本公开内容的原理而提出的实现的可能的实施例。可以对上文描述的实施方案作出许多变化和修改，而不实质上偏离本公开内容的精神和原理。所有这样的修改和变化意图包括在本公开内容的范围内并且被以下的权利要求保护。

应当注意，比率、浓度、量和其他的数值数据可以在本文中以范围的形式表达。将理解，使用这样的范围形式是为了方便和简洁，并且因此应当以灵活的方式被解释为不仅包括作为范围的极限被明确地表示的数值，而且包括所有的包含在该范围内的单个的数值或子区间，如同每个数值和子区间被明确地表示一样。为了例证，“约0.1%至约5%”的浓度范围应当被解释为不仅包括明确地表示的约0.1wt%至约5wt%的浓度，而且包括在指示范围内的单个浓度（例如1%、2%、3%和4%）和子区间（例如0.5%、1.1%、2.2%、3.3%和4.4%）。术语“约”可以包括传统的根据数值的有效值的四舍五入。此外，短语“约‘x’至‘y’”包括“约‘x’至约‘y’”。

Claims

1.一种白光光源，包括：

第一微腔有机发光二极管（OLED），其被配置为发射蓝光的窄光谱；

第二微腔OLED，其被配置为发射绿光的窄光谱，以及

第三微腔OLED，其被配置为发射红光的窄光谱。

2.根据权利要求1所述的光源，其中所述蓝光包括对应于实质上在约435nm至约540nm的范围内的波长的强度，所述绿光包括对应于实质上在约525nm至约655nm的范围内的波长的强度，并且所述红光包括对应于实质上在约585nm至约675nm的范围内的波长的强度。

3.根据权利要求2所述的光源，其中所述蓝光包括对应于实质上在约450nm至约480nm的范围内的波长的峰值强度，所述绿光包括对应于实质上在约530nm至约575nm的范围内的波长的峰值强度，并且所述红光包括对应于实质上在约620nm至约650nm的范围内的波长的峰值强度。

4.根据权利要求1所述的白光光源，其中所述第一微腔OLED、所述第二微腔OLED和所述第三微腔OLED每个被布置在公共的玻璃衬底上。

5.根据权利要求4所述的白光光源，其中发射的所述红光、所述绿光和所述蓝光实质上正交于所述公共的玻璃衬底。

6.一种光源，包括：

多个OLED，其被布置在玻璃衬底上，其中所述多个OLED中的每个被配置为发射在预定的光谱中的、实质上正交于所述玻璃衬底的光，其中所述多个OLED中的每个包括：

半反射镜；以及

发射层，其中每个OLED中的所述发射层对应于所述OLED发射的光的分别的颜色。

7.根据权利要求6所述的光源，其中所述半反射层包括四分之一波长多层膜。

8.根据权利要求6所述的光源，其中所述半反射层包括在具有高折射率的层上形成的具有低折射率的层。

9.根据权利要求6所述的光源，其中所述半反射层包括与多个二氧化钛层交替的多个二氧化硅层。

10.根据权利要求6所述的光源，其中所述半反射层包括银膜。

11.根据权利要求6所述的光源，其中所述OLED中的每个还包括：

阴极，其形成在电子传输层上，其中所述电子传输层形成在所述发射层上；

空穴传输层，其形成在氧化铟锡（ITO）层上，其中所述发射层形成在所述空穴传输层上；并且

其中所述ITO层形成在所述半反射镜上。

12.根据权利要求11所述的光源，其中所述电子传输层包含2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP）层或三[3-(3-吡啶基)-均三甲苯基]硼烷（“3TPYMB”）层。

13.根据权利要求11所述的光源，其中所述阴极包含碳酸铯（CsCO₃）和铝（Al）或者氟化锂（LiF）和Al。

14.根据权利要求11所述的光源，其中所述空穴传输层包含1,1-双[(二-4-甲苯基氨基)苯基]环己烷（TAPC）。

15.根据权利要求6所述的光源，其中包括在所述多个OLED中的第一OLED的所述发射层包含掺杂有三(2-苯基异喹啉)铱（“Ir(pig)₃”）的3,5′-N,N′-二咔唑-苯（“mCP”）。

16.根据权利要求15所述的光源，其中包括在所述多个OLED中的第二OLED的所述发射层包含掺杂有面式-三(2-苯基吡啶)铱(III)（“Ir(ppy)₃”）的mCP。

17.根据权利要求16所述的光源，其中包括在所述多个OLED中的第三OLED的所述发射层包含mCP:双[(4,6-二-氟苯基)-吡啶-N,C2']吡啶甲酸铱(III)（“FIrpic”）。

18.根据权利要求6所述的光源，其中所述OLED中的每个包括通过所述半反射镜和阴极界定的微腔。