CN1242135A

CN1242135A - 具有反光结构的发光装置

Info

Publication number: CN1242135A
Application number: CN 97180957
Authority: CN
Inventors: 弗拉蒂莫·布罗维克; 斯蒂芬·R·弗里斯特; 保罗·伯罗斯; 德米特里·Z·加布佐夫
Original assignee: Princeton University
Current assignee: Princeton University
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 2000-01-19

Abstract

发光装置包括基片(1100)、位于基片中或位于基片上的反光结构(1110)、和位于反光结构(110)中或反光结构上的有机发光器件(1000)。本发明的发光装置使波导最小,由此提高了效率、亮度和分辨率。

Description

具有反光结构的发光装置

本发明的领域

本发明涉及有机发光器件(OLED)，特别涉及设计得使效率最大化和使由于波导引起的损耗最小的发光装置。

本发明的背景

电子显示器已经用在诸如电视、计算机终端、无线电通讯设备和许多其它领域的器件中了。在目前常用的电子显示器类型中，平板显示技术是最受关注的，并且在这个领域中正在继续研制。对于任何显示技术要求的因素包括提供高分辨率、在良好光级别的全色显示和在竞争价格上的能力。

使用在被电流激活时发光的薄膜材料的有机发光器件(OLED)越来越成为平板显示技术的流行形式了。目前，最流行的有机发射结构称为双异质结构(DH)OLED，示于图1A中。在这种器件中，玻璃基片层10被涂以氧化铟锡(ITO)薄层11。然后，在ITO层11上淀积薄(100-500埃)有机空穴传输层(HTL)12。在HTL12表面上淀积薄(一般50-500埃)发射层(EL)13。EL13为从100-500埃厚的电子传输层14(ETL)注入的电子与来自HTL12的空穴提供复位。现有技术ETL、EL和HTL材料的例子在美国专利号5294870中公开了，在这里引证供参考。

通常，EL13重掺杂荧光染料以调整颜色并提高OLED的电发光效率。图1A所示的器件是通过淀积金属接触15、16和上电极17完成的。接触15和16一般是用铟或Ti/Pt/Au制备的。电极17通常是双层结构，其由直接与有机ETL14接触的诸如Mg/Ag17’的合金和Mg/Ag上的诸如金(Au)或银(Ag)的厚的、高功函数金属层17”构成。厚金属17”是不透光的。当适当的偏置电压施加于上电极17和接触15和16之间时，从发射层13通过玻璃基片10发光。图1A的LED器件一般具有0.05％-2％的发光外部量子效率，这取决于发射的颜色和器件结构。

另一种公知的有机发射结构称为单异质结构(SH)OLED，如图1B所示。这个结构与DH结构之间的区别在于多功能层13’用作EL和ETL。图1B的器件的一个限制是多功能层13’必须具有良好的电子传输能力。否则，就应该包括分开的EL和ETL层，如图1A所示的器件。

又一公知的LED器件示于图1C中，表示单层(聚合物)OLED的典型剖面图。如图所示，该器件包括被涂敷薄ITO层3的玻璃基片2。例如旋涂聚合物的薄有机层5形成在ITO层3上，并提供前述器件的HTL、ETL和EL层的所有功能。在有机层5上形成金属电极层6。该金属典型为Mg、Ca或其它常规使用的低功函数金属。

采用有机化合物用于发光象素的多色电发光图象显示器件的例子在美国专利号5294870中公开了。这个专利公开了含有用于发射蓝光的有机介质的多个发光象素。荧光介质置于蓝色OLED和在象素的某一部分的基片之间。荧光介质吸收由蓝色OLED发射的光并且在相同象素的不同区域发射红和绿光。这种显示器的一个缺点是，通过玻璃基片从一个象素到邻近象素的光的波导(waveguiding)可能导致模糊、渗色、图象分辨率降低和波导光的损耗。对于图1A所示的器件，这个问题示意地示于图1D中，并且还在D.Z.Garbuzovet al“Photoluminescene Efficiency and Absorption of AluminumTri-Quinolate(Alq₃)Thin Filmas，”249Chemical Physics Letters433(1996)中介绍过，在这里引证供参考。这个器件中的另外一个问题是用作透明导电层的ITO是高损耗材料，因此使波导光被ITO层吸收。这个器件和其它现有技术器件中的另外一个的问题是LED互连线作为围绕单独的象素的黑线可以被观察者看见，所以增加了显示器的粒度和限制了分辨率。

本发明的概述

本发明包括单色和多色发光装置，其利用反光结构用于增加效率和降低由于没有用的光发射引起的波导的损耗。本发明的每个实施例包括基片、位于基片中或基片上的反光结构、和位于反光结构中或反光结构上的OLED。反光结构的特征在于顶部和底部，其中顶部比底部窄，使从OLED发射的光直接射向底部。

在一个方案中，本发明的发光装置包括多个象素，每个象素具有至少一个角壁台面形的反光结构。用在本发明中的台面是截头棱锥形，每个台面具有比其底部窄的顶部，从而光经过其侧壁反射并处于从其顶部到其底部的方向中。

在另一方案中，本发明的发光装置构形成集中光发射。这样的装置各包括透明的基片、基片上的反光层、反光层上的波导层形式的反光结构、和波导层上的至少一个OLED。反光层中具有至少一个开口。从OLED发射的光被反光结构侧壁和反光层反射，从而光被导向通过反光层中的开口，用于通过基片发射。

在第一个实施例中，本发明的发光装置包括多个象素，每个象素包括在透明基片上排列成三个台面的发光器件，其中所述台面的第一个用作蓝光发射器，所述三个台面的第二个用作绿光发射器，所述三个台面的第三个用作红光发射器。在本例中，每个台面的底部直接与基片相邻，从而每个台面发射的光都射向基片。

在第二个实施例中，本发明的发光装置包括多个象素，每个象素包括排列成三个倒置角壁台面的发光器件，其中所述三个倒置台面的第一个用作蓝光发射器，所述三个倒置台面的第二个用作绿光发射器，所述三个倒置台面的第三个用作红光发射器。在本例中，台面称为“倒置”是因为每个台面的顶部直接与基片相邻，从而每个台面发射的光远离基片射出。倒置台面位于基片上或基片内。

在第三个实施例中，本发明的发光装置包括多个象素，每个象素包括排列成一个台面或倒置台面的发光器件，借助于蓝、绿和红色OLED的堆叠结构，该台面用作蓝、绿或红光发射器，可以是单独的或结合在一起的。

在第四实施例中，本发明的发光装置包括透明基片、基片上的反光层、反光层上的波导层形式的反光结构、和本发明波导层上的至少一个OLED。波导层具有上表面、底表面和至少三个侧面，侧面之一相对于基片成小于90°的角度，其余侧面垂直于基片。从OLED发射的光被反光层和波导层的侧面反射。因此发射的光集中通过反光层中的开口射出，用于通过基片发射。

在第五实施例中，第四实施例的波导层具有相对于基片成小于90°的角度的至少两个侧面，并且其它侧面垂直于基片。反光层具有多个开口，这些开口位于相对于基片成小于90°角度的波导层的侧面下面。这样，从OLED发射的光被反光层和波导层的侧面反射。因此发射的光被集中并通过反光层中的开口射出，用于通过基片发射，并会聚到公共焦点。

附图简述

图1A是现有技术的典型有机双异质结构发光器件(OLED)的剖面图。

图1B是现有技术的典型有机单异质结构发光器件(LED)的剖面图。

图1C是根据现有技术的公知单层聚合物LED结构的剖面图。

图1D表示常规结构LED结构中的波导问题。

图2A、2B和2C是根据本发明的实施例利用蓝色有机发光器件(OLED)和红和绿色降频转换磷光体层的集成三色象素的剖面图。

图2D表示根据本发明的实施例以台面象素构形的蓝、绿和红色OLED的堆叠排列。

图3表示本发明的一个实施例的顶视图。

图4A-4D表示制备图2A所示的本发明的第一实施例的方法。

图5A-5E表示制备图2B所示本发明的第二实施例的方法。

图6A-6D表示制备图2D所示本发明的第三实施例的方法。

图7A和7B分别是本发明的实施例的剖面图和顶视图。

图7C是图7A所示器件的倒置型的剖面图。

图8A和8B分别是本发明的实施例的剖面图和顶视图。

图9示意性地表示θ＞θ_C，其中θ_C为用于内部反射的临界角。

图10A-10C表示可以用在本发明中的一些OLED的改型。

图11A-11B以曲线形式分别表示发光器件长度相对与发射光的强度和器件效率的效果。

详细说明

本发明的第一实施例示于图2A中。在本例中，由于作为台面结构形式的反光结构的准直效应而使波导被减少了并且辐射输出增加了。此调轴是通过从台面结构角壁的总反射或通过从淀积在角壁上的金属的镜面反射实现的。

图2A所示的器件包括在公共基片37上具有三个台面堆叠结构的象素，其中堆叠结构包括分别用21和22表示的蓝色OLED层20和红和/或绿色降频转换磷光体，这取决于特定堆叠结构。基片37一般是用透明材料制备的，诸如玻璃、石英、蓝宝石或塑料。OLED层是DH或SH结构的，或者是单层聚合物基OLED，如本领域公知的。

器件24是包括蓝色OLED 20的蓝光发射器，蓝色OLED 20水平延伸以便还形成器件27和28的顶部。器件27是包括蓝色OLED20和在堆叠结构底部的绿色降频转换磷光体22的绿光发射器，磷光体22将来自OLED20的蓝光转换成绿光。第三器件28包括设置在蓝色OLED20和绿色降频转换磷光体22之间的红色降频转换磷光体21，磷光体21将来自OLED 20的蓝光转换成红光。在这种情况下，红光不被吸收地穿过绿色磷光体22，其对红光是透明的。为了容易制造，绿色降频转换磷光体22留在器件28中。或者，第三器件28包括蓝色OLED 20和在堆叠结构底部的红色降频转换磷光体21，红色磷光体将来自OLED 20的蓝光转换成红光而不穿过绿色降频转换磷光体层。在第三器件28的另一种设置中，一层绿色降频转换磷光体设置在蓝色OLED 20和红色降频转换磷光体21之间。在这种配置中，绿色降频转换磷光体22将来自OLED 20的蓝光转换成绿光，并且红色降频转换磷光体21将绿光转换成红光。但是这种配置一般不是最好的，因为器件效率随着降频转换级数的增加而趋于降低。尽管图2A所示实施例采用了降频转换磷光体层，但三器件24、27和28也可以采用蓝、绿和红色OLEDs而不使用降频转换磷光体层。

器件24、27和28的任何台面壁可以以任何锐角构形，以便最小化或防止波导，但相对于基片成约35°-45°是最好的。使形成器件24、27和28最底部的准直介质层19形成角度，使得通常被波导导入横向象素形成渗色和分辨率与亮度损失的光通过台面侧壁和可选的反射器47的反射射出基片37。这个反射表示为从介质层19通过基片37发出并形成增大光束R的光束R₂。

可选反射器47是由例如诸如铝、银、Mg/Al或其它合适的材料构成。除了作为反射器之外，反射器47还可以通过延伸反射器47与金属层26连接而用作互连，如图3所示。使用反射器47作为互连的一个显著优点是这种互连位于相邻台面之间，因而它们不会被观察者看见。因此所得到的显示器没有相邻象素之间的黑线，不象在常规显示器件中常看到的那样。

为简单起见，本发明中使用的OLED器件作为单层示于附图中。但是，正如本领域中公知的和这里所述的那样，如果OLED不是单层聚合物，这些层实际上包括多个子层，这些子层的排列取决于器件是否是DH或SH结构。

例如，如果本发明中使用DH OLED，OLED器件20将由真空淀积或生长或者由其它方法淀积在ITO层表面上的HTL构成。顶部ETL和HTL将EL夹在中间。HTL、ETL、ITO和有机EL层的每个因为它们的成分和极小的厚度而是透明的。每个HTL可以是50-1000埃厚；每个EL可以是50-500埃厚；每个ETL可以是50-1000埃厚；ITO层可以是1000-4000埃厚。对于最佳性能和低电压操作来说，每个有机层最好保持上述范围的底端。每个器件24、27和28(不包括ITO/金属层)最好接近于500埃厚。合适的有机ETL、EL和HTL材料的例子可以在美国专利号5294870中发现。

形成在ETL顶部的是低功函数(最好＜4eV)金属层26M。对于金属层26M，合适的材料包括Mg、Mg/Ag、和Li/Al。淀积在金属层26M顶部的是适合于形成电接触的另一导电层26I。例如，导电层26I可以是由ITO、Al、Ag或Au。为方便起见，金属层26M和26I的双层结构称为金属层26。端子26T形成在金属层26上，用于与之电连接，并且可以由In、Pt、Au、Ag及其组合的材料构成，或者由本领域中公知的合适材料构成。

如果SH OLED结构用于提供器件24、27和28，而不是DH OLED器件，ETL和EL层是由单个多功能层诸如层13’提供，如前面对于图1B的SH所述那样。层13’是醌醇盐铝(Al-quinolate)或可以实现层13’的多功能目的的其它公知材料。但是，DH OLED叠层比SH OLED叠层的优越之处在于DH OLED叠层一般可以获得更高的效率。

控制每个器件24、27和28中穿过OLED的电压以随时对特定象素提供所希望的最终发射颜色和亮度。显然，器件24发射蓝光，器件27发射绿光，器件28发射红光。而且，器件24、27和28的不同组合可以被激活以使各象素选择获得所希望颜色的光，这部分地取决于每个器件24、27和28中的电流幅度。

器件24、27和28可以分别被电池32、31和30正向偏置。在图2A中，电流从每个电池32、31和30的正端通过每个相应器件的层流入其相关器件的阴极端子26T，并且从形成在导电层35上的阳极端子35T到每个电池32、31和30的负端。结果，光从每个器件24、27和28中的OLED层发射。绝缘层25防止阴极和阳极层短路。当象素集成为显示器时，例如，阳极和阴极端子在显示器的边缘引出。

每个器件24、27和28可选地包括接触35和层21、22以及19之间的低损耗、高折射率材料的层36，诸如TiO₂层。当接触35是由高损耗材料的ITO构成时，层36特别优选，使来自蓝色OLED层20的光可以容易地波导进接触35中并被接触35吸收。对于TiO₂和ITO的折射率最好分别为约2.6和2.2。因此层36基本上消除了波导和ITO中的吸收，从蓝色OLED层20发射的光通过层36传输或在层36内波导并被台面侧壁和反射器47反射。在器件24、27和28中可以任选地包括类似层作为中间层，以增强性能，诸如空穴注入增强层。

在本发明的第二实施例中，图2A的器件以反向或倒置方式构形，用于提供从堆叠结构顶部发射光而不是从底部发光。根据本发明的第二实施例，如图2B所示(不是按比例给出的)，“倒置”角壁台面结构的准直操作抑制了沿着该结构层的波导。在本例中，该台面被称为“倒置”是因为每个台面的顶部直接与基片相邻，使被每个台面发射的光远离基片射出。没有图2B的倒置台面结构，沿着该结构层的波导可能引起从邻近象素发射的光在一个象素中的降频转换层的意外光泵，一种称为“串话”或渗色的现象。

在图2B所示的实施例中，一层介质材料诸如SiOx、SiNx、聚酰亚胺等淀积在基片51上并腐蚀以形成凹槽确定结构50，在结构50之间留有平底凹槽。通过淀积构成这些器件的层，凹槽确定结构50容许形成器件24’、27’和28’的倒置台面结构。

器件24’、27’和28’的每个倒置台面包括反射金属接触层56、绝缘层53、蓝色OLED层20、介质层55、和红或绿色磷光体21和22，分别用于倒置台面器件28’和27’。或者，倒置台面器件28’具有位于i)蓝色OLED层20和红色磷光体21之间；或ii)红色磷光体21上的一层绿色磷光体。金属接触层56可以由铝、银、Mg/Al等构成。除了作为反射器之外，金属接触层56最好用作互连。使用金属接触层56作为互连的一个显著优点是它位于器件24’、27’和28’底部并且不会被观察者看见。因此所得到的显示器没有位于邻近象素之间的黑线，不象在常规显示器件中常见到的那样。

每个倒置台面还包括透明接触区52，该透明接触区52具有薄(约50-200埃)低功函数金属层52A和较厚(约500-4000埃)的ITO涂层52B。与第一实施例相比，电池30、31和32的极性反过来。结果，当施加用于发射光的正向偏置时，流过器件24’、27’和28’的电流相对于图2A的实施例是反向的。

图2B所示的实施例一般可以达到比图2A所示实施例更高的分辨率。这是因为图2A所示实施例可能由于发光区和基片表面之间相对大的距离而导致从每个器件24、27和28发射相对较宽的光束。相反，从图2B的每个倒置台面结构发射的光束不会穿过准直介质层或基片材料。结果，与从图2A所示的每个台面器件发射的光束相比，从图2B的倒置台面24’、27’和28’发射相对较窄的光束。

除了倒置台面是借助于腐蚀的介质层形成以形成凹槽确定结构50的图2B所示的构形之外，倒置台面可以通过在构图的基片60上形成器件24’、27’和28’来制造，如图2C所示。构图的基片60中具有凹槽，每个凹槽具有基本上平底表面和倾斜的侧壁。每个侧壁是倾斜的，以便与底表面成钝角，其中最好约为135°-145°。凹槽的深度可以相对较浅，在1000-3000埃的数量级，是所要求的宽度。例如，构图的基片60是由其中具有通过标准定向腐蚀工艺形成的凹槽的Si构成。除了图2B和2C所示的具有直的、斜的侧壁的凹槽结构之外，还可以是其它截面结构。例如，可以考虑设计成具有半圆形或相似的截面。另外，本发明任何实施例的台面或倒置台面从顶部看可以排列成任何形状，诸如正方形、三角形、圆形和六边形。

在图2A、2B或2C所示的任何实施例中，最好没有相对于OLED的发射层和磷光体层并且在OLED的发射层和磷光体层之间的较小的折射率的材料，以致于由OLED发射的所有光子基本上都被磷光体吸收。结果蓝色辐射传输到红和绿色磷光体的效率提高了。

当用在多色应用中时，用在本发明的显示器中的每个象素同时或单独地发射红、绿和蓝光。或者，当用在单色应用中时，每个象素都发射一种颜色。

下面介绍对于图2A所示的本发明实施例在公共基片37上制备多色LED的方法。该方法示意性地示于图4A-4D中，但不是按比例给出的。下面的步骤可以用于获得多色有机器件阵列：

1)在基片37上淀积5-10μm的透明介质层19。介质层19最好具有小于或等于基片37的折射率。例如层19可以是SiOx或Teflon。

2)淀积绿色磷光体层22。

3)淀积薄的、腐蚀停止介质层23，诸如SiOx。

4)淀积红色磷光体层21。这个步骤之后的器件示于图4A中。

5)通过反应离子或湿法化学腐蚀进行光刻构图以形成二维台面结构，如图4B所示。

6)通过适当的化学或反应离子腐蚀进行构图和腐蚀每三个之中的一个台面去掉所述红色磷光体21。

7)通过适当的化学或反应离子腐蚀进行构图和腐蚀每三个之中的第二个台面去掉所述绿色磷光体22。

8)淀积透明导电材料诸如ITO，从而在所述台面的顶部形成正方形接触35。

9)淀积金属(未示出)并对ITO构图成条状接触以形成条状接触金属列。这种构图可以用障板、剥离或例如Al的氯化物反应离子腐蚀来实现。

10)淀积绝缘介质层25，诸如SiNx。这个步骤之后的器件示于图4C中。

11)通过反应离子或湿法腐蚀在绝缘介质层中腐蚀窗口，从而获得用于蓝色OLED 20的接触。

12)在整个结构上淀积蓝色OLED层20。层20可以是SH或DH结构，如前面所述的。

13)在整个结构上淀积金属26M和26I，并构图每个台面侧壁上的行金属条状接触和金属反射器47，如图4D所示。

虽然上述方法可以用于制备图2A所示实施例，但也可以是其它步骤。例如，代替淀积和腐蚀层19以形成用于每个器件24、27和28的台面基底，而可以直接腐蚀基片37用于同样的目的，这样就不需要层19了。作为另一例子，磷光体和OLED层可以通过在预腐蚀层19或预腐蚀基片37上校准障板来淀积。

下面介绍对于图2B所示实施例在公共基片51上制备倒置多色LED的方法。这个方法同样可以用于形成图2C所示实施例，除了使用构图的基片60代替其上具有凹槽确定结构50的平坦基片51之外。该方法示意性地示于图5A-5E中，但不是按比例给出的。下面的步骤可以用于实现图2B所示的实施例：

1)在基片51上淀积介质涂层50，它可以是金属箔、塑料层或其它合适的基片材料。层50应该适合于选择腐蚀，例如可以是SiOx、SiNx、聚酰亚胺或Teflon。

2)腐蚀介质涂层以留下区域50，从而在其间形成平底凹槽。

3)在整个结构上淀积金属56并且金属构图以形成台面反射器和行金属条状接触。

4)淀积绝缘层53，诸如SiO₂。这个步骤之后的器件示于图5A中。

5)在所述涂层中开窗口，用于蓝色OLED 20接触。

6)在整个结构上淀积蓝色OLED层20。层20可以是SH或DH结构，如前面对于图2A所述的，但是是倒置层叠的。

7)淀积透明ITO接触52。

8)构图所述透明ITO 52，用于制备列条状接触。

9)淀积介质材料层55，诸如SiOx。这个步骤之后的器件示于图5B中。

10)淀积红色磷光体层21，所得到的结构如图5C所示。

11)构图和腐蚀以从三个台面中的两个去掉所述红色磷光体21。

12)淀积绿色磷光体层22，所得到的结构示于图5D中。

13)构图和腐蚀以从三个台面中的另两个去掉所述绿色磷光体，所得到的结构示于图5E中。

虽然图2A、2B和2C表示多色显示器，但这些图中的台面和倒置台面构形可以适用于单色显示器，其中每个象素包括只能发射一种颜色的一个台面或倒置台面结构。

在本发明第三实施例中，蓝、绿和红色OLED排列成堆叠结构100，如图2D所示。这种堆叠排列在1994年12月13日申请的美国申请08/354674中和在1995年12月6日申请的PCT国际申请公报WO 96/19792中介绍过，在这里引证这些公开供参考。本发明采用这种堆叠排列与台面结构相结合，从而使波导最小和效率最大，如前面所述的。在图2D所示实施例中，蓝色20、绿色110和红色111OLED一个叠在另一个上，每个OLED被透明导电层26彼此分离，从而使每个器件接收单独的偏置电压以通过堆叠结构发光。每个OLED 20、110和111可以是SH或DH型，如前面所述的。如图2D所示，OLED 20、110和111的堆叠排列置于导电层112、介质层19和透明基片37上。

每个导电层26包括低功函数(最好＜4eV)金属层26M，诸如Mg、Mg/Ag、和Li/Al，和适合于形成电接触的另外的导电层26I。当然，OLED 20、110和111之间、基片37和OLED 20之间的所有导电层必须基本上是透明的。但是位于堆叠结构顶部的OLED 111上的导电层26不必是透明的，最好是反射的。端子26T形成在金属层26上用于与之电连接，并且可以由In、Pt、Au、Ag及其混合物构成，或者是由本领域中公知的合适材料构成。

堆叠结构100任选地包括位于导电层112和介质层19之间的低损耗、高折射率介质材料层36，诸如TiO₂。当导电层112是由ITO制成时层36特别优选的，其中ITO是高损耗材料，以致于来自OLED层20、110和111的光可以容易地被波导进入导电层112并被导电层112吸收。层36基本上消除了ITO中的波导和吸收，现在从OLED’s 20、110和111发射的光可以基本上通过层36传输。而且，层36可以具有斜的侧壁以向基片37反射任何波导光。

堆叠OLED象素100的制备可以通过例如障板或干法腐蚀来实现。例如，堆叠OLED象素100用下面的步骤制备，如示意表示的图6A-6D。

1)在透明基片37上淀积5-10μm的透明介质层19。介质层19应该具有小于或等于基片37的折射率。层19可以是例如SiOx或Teflon。

2)淀积一层透明导电材料112，诸如ITO。这个步骤之后的器件示于图6A中。

3)腐蚀以形成台面结构，如图6B所示。

4)淀积蓝色OLED层20。层20可以是SH或DH结构，如前面所述的。

5)淀积导电层26M和26I。

6)淀积绿色OLED层110。层110可以是SH或DH结构，如前面所述的。

7)淀积导电层26M和26I。

8)淀积红色OLED层111。层111可以是SH或DH结构，如前面所述的。

9)淀积导电层26M和26I。这个步骤之后的器件示于图6C中。

10)在台面侧壁上淀积反射器47和在层26I的每个上淀积端子26T。最后结构示于图6D中。

虽然图2D表示采用堆叠的OLED构形与台面结构相结合，但本发明也可以考虑采用在倒置台面结构内部的堆叠OLED。这种倒置结构是通过例如在其上具有腐蚀的介质层的基片上或在其中具有腐蚀的凹槽的基片上淀积必需的OLED和导电层形成的，如前面分别关于图2B和2C所示实施例所述的。为实现倒置台面、堆叠OLED器件，前面关于图2D所示实施例所述的叠层顺序应该反过来。

为最大化效率和高亮度应用，本发明的另外的实施例设计成使光集中。这种发光装置各包括透明基片、基片上的反光层、反射层上的波导层形式的反光结构、和波导层上的至少一个OLED，每个OLED用于发射预定颜色的光。反光层中具有至少一个开口。从OLED发射的光被波导层侧壁和反光层反射，并通过反光层中的开口射出，用于通过基片发射。这样，由相对大长度的OLED产生的光被集中到相对小的区域。结果得到高亮度、高分辨率的发光器件。

本发明的第四实施例示于图7A和7B中，图7A和7B分别是侧视图和顶视图。发光器件1110包括基片1100、反光层1110、波导层1120和OLED层1130。反光层1110中具有至少一个开口1150以容许从OLED层1130反射的光通过。在本例中，波导层1120具有上表面、底表面和至少三个侧面。波导层1120的侧面2160之一相对于基片1100形成小于90°的角度，最好约为45°。波导层1120的其余侧面基本上垂直于基片1100。反射器1140任选地位于侧面2160上，并且最好在波导层1120的其余侧面上。

在图7A和7B所示的实施例中，从OLED层1130发射的光被波导进入波导层1120内部，在那里光被反光层1110和波导层1120的侧面反射，从而通过开口1150射出。结果得到穿过开口1150和基片1100的集中的光束，如图7A所示。

虽然图7A和7B所示的实施例展示了通过基片1100的直射光，但本发明也包括“倒置”结构，如图7C所示的那样。在这种结构中，器件排列在其中具有凹槽的构图基片上，使光在远离基片的方向射出。如果这种器件中的基片不是反射的，则应该在OLED1130和基片1100之间形成一层反射材料2170。构图基片中的凹槽的深度可以相对较浅，在1000-3000埃的数量级，正如所希望的宽度。例如，构图基片1100是由其中具有通过标准定向腐蚀工艺形成的凹槽的Si构成。

本发明的第五实施例示于图8A和8B中。发光器件1010包括基片1100、反光层1110、波导层1120和OLED层1130。波导层1120的侧面2160的至少两个侧面相对于基片成小于90°的角度，最好约为30°，其余侧面垂直于基片。反光层1110中具有位于相对于基片成小于90°的角度的波导层1120的侧面下面的开口。如图8A所示，从OLED层1130反射的光被波导进入波导层1120内部，在那里光被反光层1110和波导层1120的侧面反射，从而通过开口1150射出。发光器件1010可选地包括反射器1140以帮助从OLED层1130发射的光反射。从器件1010的开口1150射出的光会聚在某焦点1200。

基片1100一般是用透明材料诸如玻璃、石英、蓝宝石或塑料制成。反射器1140例如是金属镜面或多层介质堆叠结构，后者是最佳的。如果使用金属镜面，反射器1140是由任何合适的金属或合金制成，最好是铝、银、镁-铝合金及其组合。如果使用多层介质堆叠结构，反射器1140是由具有不同折射率的任何成对的介质材料制成，诸如TiO₂和SiO₂，如本领域公知的材料。反光层1110最好由高反射多层介质堆叠结构制成。

是否需要反射器1140取决于用于波导层1120的材料，这种材料是任何合适的透明介质材料，诸如SiO₂、聚酰亚胺或TEFLON。非强制性地，照射到波导层1120的角壁上的光完全被反射，结果得到总的内部反射。但是如果由于用于波导层1120的材料而不能实现总的内部反射，则就需要反射器1140。例如，用于波导层的材料和围绕波导层的材料(或环境物质)将具有分别为n₁和n₂的折射率特性。图9中所示的并定义为产生总内部反射的最小角的临界角θ_C与n₁和n₂有关，其关系为sin(θ_C)＝n₁/n₂，其中n₁＜n₂。因此看到在波导层1120的折射率n₂增加时，对于小于n₂的常数n₁，θ_C减小。因而，当波导层1120的折射率大于围绕材料(或环境物质)的折射率时，θ_C最小，从而内部反射可能增加。在这种情况下，可以不需要反射器1140。相反，当n₂与n₁相同时，θ_C最大，从而内部反射可能降低，因此反射器1140是必需的。

虽然反射器1140以平的和直的部件示于附图中，但它们可以是不同的形状。例如，反射器1140可以是弯曲的或抛物面形的，从而具有对照射光束的聚焦效果。

为了使内部损耗最小，最好波导层1120应具有比导电层1500高的折射率。此外，波导层1120的折射率应该高于基片的折射率，以便避免光从波导层1120通过反光层1110泄露并进入基片1100。而且，本发明的发光器件可以任选地包括在导电层1500之下的低损耗、高折射率介质材料的层1170，诸如TiO₂。在导电层1500是由高损耗材料ITO制成以致于它能吸收从OLED层1130反射的光时，特别优选层1170。对于TiO₂和ITO的折射率分别约为2.6和2.2。因此层1170基本上消除了ITO中的波导和吸收。虽然层1170的折射率比层1500的大，但它应小于波导层1120的折射率，从而发射的光可以容易地穿过层1170到层1120。在减少内部损耗的另外的尝试中，低损耗、高折射率介质材料任选地位于开口1150处以作为抗反射涂层，从而有助于光从波导层1120传输进入基片1100。层1190还可以位于基片1100下面，如图7A和8A所示。例如层1190是TEFLON。

在本发明的任何实施例中，OLED层113可以是单或双异质结构的OLED，如本领域中公知的。为简单起见，本发明中使用的OLED以单层示于附图中，但如果OLED不是单层聚合物，如本领域中公知的，则每个OLED实际上包括多个子层。此外，还具有OLED层113的操作需要的多个电极层，如图10A-10C所示。

如图10A所示，低功函数(最好＜4eV)金属层1510形成在OLED层1130的顶部。用于金属层1510的合适材料包括Mg、Mg/Ag和Li/Al。金属层1510用作用于OLED层1130的接触材料和作为用于反射照射光束的反射材料。在金属层1510顶部淀积适合于形成电接触的另一导电层1520。导电层1520例如由ITO、Al、Ag或Au制成。当在导电层150和导电层1520之间施加电压时，从OLED1130发射光，由此从OLED层1130的EL发射。可选地包括磷光体层1160，用于从OLED发射层发射的光光能降频转换至所希望的颜色。图10A所示的实施例将产生单色光发射。

或者，为便于多色应用，OLED层1130包括蓝色OLED1600、绿色OLED1610和红色OLED1620，如图10B所示。每个蓝色、绿色和红色OLED分别对于蓝、绿和红光而可以单独配置。

或者，蓝、绿和红色OLED排列成堆叠结构，如图10C所示。这种堆叠排列在于1994年12月13日申请的美国申请08/354674和于1995年12月6日申请的PCT国际申请公报WO96/19792中介绍了，在这里引证供参考。在图10C所示的实施例中，蓝色1600、绿色1610和红色1620OLED一个堆叠在另一个之上，每个OLED被层1510和1520彼此分开，使每个器件接收分开的偏置电压以通过此堆叠结构发光。在本例中，位于OLED材料(例如层1600和1610之间和层1610和1620之间)之间的金属层1520足够薄，从而是透明的，作为器件中的最上层导电层的红色OLED1620顶部的金属层1520足够厚，从而反射照射的光。每个OLED1600、1610和1620可以是SH或DH型，如前面所述。如图10C所示，OLED1600、1610和1620的堆叠排列位于导电层1500之上。

对于上述方法的淀积技术和材料是本领域中公知的。例如，淀积OLED层的优选方法是利用热蒸发或旋涂；淀积金属层的优选方法是利用热或电子束蒸发或溅射；淀积ITO的优选方法是利用电子束蒸发或溅射；淀积磷光体层的优选方法是热蒸发或溅射；淀积介质材料的优选方法是利用等离子体增强化学汽相淀积或电子束蒸发。

采用反光层的本发明实施例的显著优点是由相对大长度的OLED产生的光被集中到相对小的发射区域。结果得到高亮度、高分辨率的发光器件。随着本发明的每个器件的长度L的增加，器件的效率按预期地增加，直到达到某最佳长度(L_OPT)为止，其中在该最佳长度以上时器件内部损耗变得明显并因此效率降低。这种现象以曲线形式示于图11中。这样，反光层1110中具有两个开口1150并且将光束会聚到焦点1200的图8所示实施例一般是图7所示实施例亮度的两倍。因此图8所示实施例可以是图7所示实施例长度的一半，但具有相同的光强度。

从采用反光层1100的本发明的实施例获得的高亮度光发射使这种器件可用于静电复印、复制、印刷和显示应用，以及需要高亮度、单色或多色光发射的任何其它这样的应用。根据不同的应用，所示的和介绍的实施例可以使用单个或多个象素。例如，在采用本发明形成包括多个象素的平板行扫描显示器件时，这里所述的每个发光器件可以代表其单个的象素或其一部分。

可用于本发明任何实施例的蓝光发射OLED的金属二齿复合物的公式为MDL⁴ ₂，其中M选自元素周期表中的3-13族和镧系的三价金属。优选金属离子是Al⁺³、Ga⁺³、In⁺³和Sc⁺³。D是二齿配合体，诸如2-吡啶甲基酮、2-甲基喹啉酮和2-(邻-苯氧基)吡啶酮。对于L⁴的优选组包括乙酰丙酮；公式为OR³R的化合物，其中R³选自Si和C，R选自氢、取代的和未取代的烷基、芳基和杂环族；3，5-二-叔丁基苯酚；2，6-二-叔丁基苯酚；2，6-二-叔丁基甲酚；和H₂Bpz₂。通过这些例子，从铝[吡啶甲基甲基酮]双[2，6-二-叔丁基酚盐]的固态中的光致发光的测量获得的波长是420nm。用这种化合物的甲酚衍生物也测得波长为420nm。铝[吡啶甲基甲基酮]双(OsiPh₃)和钪(4-甲氧基-吡啶甲基甲基酮)双(乙酰丙酮)每个测得的波长为433nm，而铝[2-O-苯氧基吡啶]双[2，6-二-叔丁基酚盐]测量的波长为450nm。

绿色OLED发射材料的例子包括锡(iv)金属复合物，诸如分子式为SnL¹ ₂L² ₂的材料，其中L¹选自水杨基醛、水杨酸或醌醇盐(quinolates)(例如8-羟基喹啉)。L²可以是取代的和未取代的烷基、芳基和杂环族化合物。当L¹是醌醇盐和L²是苯基时，例如，锡(iv)金属复合物将具有504nm的发射波长。

红色OLED发射材料的例子包括二价金属马来腈二硫酸酯(“mnt”)复合物，诸如由C.E.Johnson等人在“LuminescentIridium(I)，Rhodium(I)，and Platinum(II)Dithiolate Complexes，”105Journal of the American Chemical Society 1795(1983)中公开的材料。例如，mnt[Pt(Pph₃)₂]具有652nm的特性发射波长。

其它的OLED材料是本领域中公知的(例如见授予Tang等人的美国专利5294870，题为“Organic Electroluminescent MulticolorImage Display Device”；Hosokawa等人的“Highly efficient blueelectroluminescence from a distyrylarylene emitting Iayer with a newdopant，”676Applied Physics Letters3853-55(1995年12月)；Adachi等人的“Blue Iight-emitting organic electroluminescent devices，”56Applied Physics Letters799-801(1990年2月)；Burrows等人的“Color-Tunable Organic Light Emitting Devices，”69 Applied PhysicsLetters2959-61(1996年11月))。在这里引证这些参考文献的整个公开供参考。诸如Hosolawa等中所述的联苯乙烯亚芳基衍生物是最佳类的化合物。

本发明中使用的红和绿色发射荧光介质是本领域公知的。示出了美国专利4769292和5294870，在这里引证供参考。这些荧光染料可以在基体聚合物诸如聚甲基丙烯酸甲酯中分解，一些合适的染料开始是为塑料激光器研制的。红色荧光染料的例子是4-氰亚甲基-4H-吡喃和4-氰亚甲基-4H-噻喃。绿色荧光染料的例子包括聚甲炔染料诸如花青染料、部花青和三、四、和多环的花青苷和部花青、噁诺醇(oxonols)、半噁诺醛(hemioxanols)、苯乙烯、异构化苯乙烯和链花青。

本发明的器件提供任何尺寸的低成本、高分辨率、高亮度、单色或多色、平板显示器。这增宽了本发明的范围，使本发明包括从小到几个毫米到大到如建筑物大小的显示器。该显示器产生的图象可以是全色的文本或图表，分辨率可以是任意的，这取决于单个LED的尺寸。因此本发明的器件适合于极宽的各种应用，例如包括电子显示器、激光器、发光器件和用于广告牌和信号的显示器件、计算机监视器、无线电通讯器件诸如电话、电视、大面积墙壁显示屏、戏院显示屏和露天大型体育运动场显示屏。发射的光在远离基片方向射出的本发明的实施例特别用于静电复印应用，如这些实施例容许配置得距离打印纸较近而不用透镜。

本领域技术人员应该理解到这里所述的和表示的本发明实施例的各种修改。这种修改应该被所附权利要求书的精神和范围覆盖。

Claims

1、一种发光装置，包括：

基片；

位于所述基片中或所述基片上的反光结构，所述反光结构的特征在于其具有顶部和底部，其中顶部比底部窄；和

位于所述反光结构中或所述反光结构上的有机发光器件；

其中所述反光结构把从所述有机发光器件发射的光导向所述反光结构的底部。

2、根据权利要求1的发光装置，其中，

所述基片是透明的；和

所述反光结构位于所述基片上，反光结构底部与所述基片直接相邻，使从所述有机发光器件发射的光导向所述基片。

3、根据权利要求2的发光装置，其中所述反光结构包括以锐角与底部相交的侧壁。

4、根据权利要求3的发光装置，还包括所述侧壁上反射器。

5、根据权利要求2的发光装置，其中所述反光结构包括多个侧壁；和

每个侧壁与底部以锐角相交。

6、根据权利要求5的发光装置，还包括位于所述多个侧壁的至少一个上的反射器。

7、根据权利要求5的发光装置，其中所述反光结构是台面结构。

8、根据权利要求7的发光装置，其中：

所述有机发光器件位于所述台面结构上；和

所述有机发光器件包括：

所述台面结构上的阳极；

所述阳极上的第一有机层，其中所述第一有机层是空穴传输层；

所述第一有机层上的第二有机层，其中所述第二有机层是发射层和电子传输层；和

所述第二有机层上的阴极。

9、根据权利要求7的发光装置，其中：

所述有机发光器件位于所述台面结构上；和

所述有机发光器件包括：

所述台面结构上的阳极；

所述第一有机层上的第二有机层，其中所述第二有机层是发射层；

所述第二有机层上的第三有机层，其中所述第三有机层是电子传输层；和

所述第三有机层上的阴极。

10、根据权利要求7的发光装置，其中所述有机发光器件位于所述台面结构上。

11、根据权利要求7的发光装置，其中所述有机发光器件位于所述台面结构内部。

12、根据权利要求1的发光装置，其中：

所述发光装置是包括多个象素的多色显示器，每个所述象素包括三个所述反光结构，第一个所述反光结构是蓝光发射器，第二个所述反光结构是绿光发射器，第三个所述反光结构是红光发射器。

13、根据权利要求12的发光装置，其中所述有机发光器件发射蓝光。

14、根据权利要求13的发光装置，其中第二个所述反光结构包括将从所述有机发光器件发射的所有蓝光基本上转换成绿光的绿色降频转换磷光体层。

15、根据权利要求13的发光装置，其中第三个所述反光结构包括将从所述有机发光器件发射的所有蓝光基本上转换成红光的红色降频转换磷光体层。

16、根据权利要求1的发光装置，还包括至少一个附加的有机发光器件。

17、根据权利要求16的发光装置，其中所述有机发光器件和所述至少一个附加有机发光器件排列成堆叠结构。

18、根据权利要求17的发光装置，其中所述有机发光器件和所述至少一个附加有机发光器件可独立寻址。

19、根据权利要求2的发光装置，其中，

所述反光结构包括至少三个侧壁；和

所述侧壁之一相对于所述基片成锐角，其余所述侧壁基本上垂直于所述基片。

20、根据权利要求19的发光装置，还包括所述基片上的反光层，所述反光层中具有至少一个开口，其中从所述有机发光器件发射的光通过所述至少一个开口导出，用于通过所述基片发射。

21、根据权利要求20的发光装置，其中所述反光层中具有一个开口，所述开口直接位于相对于所述基片成锐角的所述反光结构的所述侧壁下面。

22、根据权利要求21的发光装置，其中所述锐角约为45°。

23、根据权利要求19的发光装置，其中所述反光结构包括至少三个侧壁；和

所述至少三个侧壁的多个相对于所述基片成锐角，所述至少三个侧壁的其余侧壁基本上垂直于所述基片。

24、根据权利要求23的发光装置，其中所述反光层中具有多个开口，每个所述开口直接位于相对于所述基片成锐角的所述多个所述至少三个侧壁的每个的下面。

25、根据权利要求24的发光装置，其中通过所述多个开口发射的光会聚到公共焦点上。

26、根据权利要求1的发光装置，其中所述反光结构的顶部直接与所述基片相邻，从而使从所述有机发光器件发射的光远离所述基片导出。

27、根据权利要求26的发光装置，其中所述反光结构是所述基片上表面内的凹槽；所述反光结构的底部与所述基片的上表面齐平。

28、根据权利要求27的发光装置，其中：

所述有机发光器件位于所述凹槽内部；和

所述有机发光器件包括：

所述基片上的阴极；

所述阴极上的第一有机层，其中所述第一有机层是发射层和电子传输层；

所述第一有机层上的第二有机层，其中所述第二有机层是空穴传输层；

所述第二有机层上的阳极。

29、根据权利要求27的发光装置，其中：

所述有机发光器件位于所述凹槽内部；和

所述有机发光器件包括：

所述基片上的阴极；

所述阴极上的第一有机层，其中所述第一有机层是电子传输层；

所述第二有机层上的第三有机层，其中所述第二有机层是空穴传输层；和

所述第二有机层上的阳极。

30、根据权利要求26的发光装置，还包括所述基片上的至少一个凹槽确定结构。

31、根据权利要求30的发光装置，其中所述反光结构是由所述至少一个凹槽确定结构形成的凹槽。

32、根据权利要求27的发光装置，其中所述反光结构是具有多个侧面的倒置台面结构。

33、根据权利要求32的发光装置，其中所述反光结构的顶部与所述侧面形成约135°的角度。