CN1316641C - 自发光设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种使用有机EL材料的自发光设备的取光效率的改进方法。在EL层(102)夹置于透明电极(103)和不透明电极(101)之间的自发光设备中，使EL层(102)的膜厚和透明电极(103)的膜厚等于不产生导入光的膜厚，和在透明电极(103)与覆盖材料(105)之间的空间中填充惰性气体。

Description

自发光设备
技术领域
本发明涉及包括EL元件的自发光设备，该EL元件形成在衬底上并包括不透明的电极(阴极)、透明电极(阳极)和夹置于它们之间的有机发光材料(以下称为有机EL材料)。具体地说，本发明涉及从EL元件取光的效率的提高。
背景技术
近年来，使用作为元件的有机EL材料的EL显示设备不断发展。这是流行的利用光发射的驱动型自发光设备，所述光发射是因施加电压而从两个电极表面注入有机薄膜的电子和空穴的复合引起的。发射的光被取出为面光(sheet luminescent)。可是，将具有大折射率的固态薄膜中产生的光提取到发光元件外部的取光效率非常低，一般为20％或以下。
如图2所示，从具有大折射率(n＝n1)的“a”层202中的光源A输出到具有小折射率(n＝n2)的“b”层201和203的光中，以大于辐射角θ0的角度(θ1和θ2)进入的光被全反射并且被导入大折射率的“a”层中。这样，该被导入的光被称为导入(guided)光。导入光的一部分被吸收消失，而其余部分被传送到“a”层202中并泄漏到边缘表面。因此，仅仅一部分外光可被取出作为面光。
发明内容
鉴于上述问题提出了本发明，因此本发明的目的是提高发光元件特别是EL元件的取光效率。并且，本发明的另一个目的是提供具有高发光效率的自发光设备。
在本发明的自发光设备的结构中，如图1所示，形成包含于EL元件中的各EL层102和透明电极103，使其具有不产生导入光的厚度，和在透明电极与覆盖材料105之间(由参考标号104表示的区域)填充惰性气体。应指出，在整个说明书中参考标号104表示的区域被称为“气体空间”。
在该整个说明书中，EL元件是包括不透明电极构成的阴极、透明电极构成的阳极和夹在它们之间的EL层的元件。在本发明中，阴极是不透明电极(光屏蔽电极)和阳极是透明电极。并且，应该指出，在整个说明书中称进行载体注入、输运和复合的层为EL层。
并且，不产生导入光的膜厚被称为由d≤λ/(4n)导出的膜厚(d)，其中该膜的折射率是n和在EL元件中产生的光的波长为λ。例如，如果在EL元件中产生的光的波长为560nm和膜的折射率为nx，那么d≤(140/nx)。因此，在其膜厚薄于膜厚(d)的膜中不存在导入光。应该指出，当构成EL层和透明电极的这两个膜的折射率为nx时，将总膜厚设置为(140/nx)或以下是适当的。
下面，将说明其中惰性气体填充在透明电极与覆盖材料之间的空间的结构。通常已知光按顺序穿过气体空间、固态层并再次通过气体空间时，可有效地取出光。因此，形成这样的结构，使在EL元件中产生的光在透过透明电极之后按顺序穿过气体空间、固态层和气体空间，从而可提高取光效率。在本发明中，EL元件的结构是在透明电极与覆盖材料之间夹置惰性气体的结构，并且通过形成上述结构，可有效地取出光。
当使用具有图1所示结构的EL元件时，期望在仅包括发光层的EL层102与透明电极103之间或在仅由发光层构成的EL层102与不透明电极之间提供缓冲层。应该指出，缓冲层表示促进载流子(电子或空穴)注入和迁移的层。换言之，电子注入层、空穴注入层、电子迁移层或空穴迁移层可用作缓冲层。在本说明书中，在提供缓冲层的情况下，缓冲层都包含于EL层中。
提供缓冲层改善了发光层与电极之间的界面状态，由此可改善发光层中所产生的光的取光效率。在具有本发明图1结构的EL层中提供缓冲层的情况下，可进一步增强发光效率。并且，通过在发光层与透明电极之间形成夹置的缓冲层，可解决在其上形成透明电极期间损害发光层的问题。
因此，在本发明中，形成EL层102的各层的膜厚和在EL元件中所包括的透明电极的膜厚是不产生导入光的膜厚，并且在透明电极与覆盖材料105之间的空间中有惰性气体，由此可大大提高取光效率。此外，通过在EL元件内叠置于发光层上的电极与发光层之间提供缓冲层，形成由发光层和缓冲层构成的EL层，可进一步提高取光效率。
根据本发明，提供了一种自发光设备，包括：在衬底上的不透明电极；在所述不透明电极上的EL层；在所述EL层上的透明电极；在所述透明电极上的覆盖材料；和在所述透明电极与所述覆盖材料之间的空间中填充的惰性气体，其中所述EL层和所述透明电极中的每一个都具有使按照产生于所述EL层的光的波长的导入光不出现的膜厚(d)，其中产生于所述EL层的光被发射到所述覆盖材料侧。
附图说明
图1是展示本发明自发光设备结构的图；
图2是表示产生导入光的状态的图；
图3是展示本发明自发光设备结构的图；
图4是展示本发明自发光设备结构的图；和
图5是展示本发明自发光设备结构的图。
具体实施方式
如图1所示，本发明中，EL元件具有这样的结构，形成所包含的EL层102和透明电极103，使其分别具有不产生导入光的膜厚，在透明电极103和覆盖材料105之间夹置并形成气体空间104。对于具体实例，EL层102的膜厚设定为30nm，透明电极103的膜厚设定为100nm。
基于聚合体的有机EL材料或基于单体的有机EL材料被用作EL层102。基于聚合体的有机EL材料在溶剂中以聚合体状态溶解，然后涂敷，或以单体状态在溶剂中溶解，然后在涂敷之后聚合。
应指出，气体空间104指填充有惰性气体(典型地为氩气、氮气、氖气和氪气)的空间。覆盖材料105指透明部件，具体地说，可使用玻璃、石英、塑料等。
此外，为了改善透明电极和仅包括发光层的EL层的界面状态，如图3所示，该结构具有在发光层303和透明电极306之间夹置的缓冲层304和在发光层303和不透明电极301之间夹置的缓冲层302，从而形成包括发光层303和缓冲层302和304的EL层305。
[实施例1]
图4是展示本发明有源矩阵型自发光设备的剖面结构图。图4中，参考标号401表示衬底，402表示TFT。应指出，已知的TFT被用作TFT 402。并且，参考标号403表示铝(AL)作为其主要成份的电极，聚对乙烯撑(PPV)用作EL层404。参考标号405表示ITO制备的透明电极，氩气填充在用406表示的气体空间中。此外，用玻璃作为覆盖材料407，和在气体空间406中利用间隔器(spacer)408进行固定。
[实施例2]
图5是展示本发明无源矩阵型自发光设备的剖面结构图。图5中，参考标号501表示衬底，502表示EL层。PPV用于EL层。参考标号503表示条形设置的多个不透明电极(阴极)，和按条形设置多个透明电极(阳极)504，使透明电极504与多个不透明电极503正交。
此外，在多个不透明电极503与多个透明电极504之间夹置形成EL层502。这里，在多个透明电极504上配置由玻璃构成的覆盖材料506，但其间夹置间隔器507。从而在覆盖材料506与多个电极504之间形成气体空间505。在实施例2中，氮气填充在气体空间505中。应指出，实施例2的结构可通过与实施例1的结构自由组合来实施。
[实施例3]
如图3中所示，EL层305包括发光层303、作为缓冲层的电子注入层302和空穴注入层304。基于聚合物的材料用于构成EL层305的层。例如，聚对乙烯撑可用于发光层303，钛菁铜(phthalocyanine)或PEDOT用于缓冲层(空穴注入层)304，和氟化锂或锂用于缓冲层(电子注入层)302。
应指出，在形成EL层305中，期望形成该层的工艺处理气氛是其湿度尽量小的干式气氛并在惰性气体中。这里所述的惰性气体是例如氮气或氩气之类的气体。由于EL层容易因潮湿或氧而劣化，因而需要在形成该层时尽可能地消除这些因素。此外，对所有象素可共同地配置这些构成EL层305的层，并由此可利用旋涂法或印刷法形成它们。
作为缓冲层的电子注入层302起从阴极301注入电子到发光层303的作用，和空穴注入层304起从透明电极(阳极)306注入空穴到发光层303的作用。此外，提供空穴注入层304，期望在形成电极期间可防止发光层303被损伤。应指出，实施例3的结构可通过与实施例1或2的自由组合来实施。
[实施例4]
在制造EL元件中，三(8-羟基喹啉醇化物)铝络合物(Alq3)用作发光层，当使用镁和银(MgAg)作为阴极时，Alq3和乙酰乙酸钠络合物的蒸发的络合物可用作发光层与阴极之间夹置的缓冲层。应指出，实施例4的结构可通过与实施例1到3的任何结构的自由组合来实施。
[实施例5]
其中有机EL材料用作阴极与阳极之间夹置的发光层的自发光设备具有极好的亮度以及低功耗，因此可用作液晶显示设备的背光等。关于阴极、阳极以及发光层，可分别形成在衬底的整个表面上，只要在阴极和阳极彼此不直接接触的区域中形成阴极和阳极即可。并且，例如PPV和PVK(polyvinyl carabazole)之类的材料可用作有机EL材料。本发明可用作移动电话、个人计算机(PC)的监视器等显示部分中采用的液晶显示的背光。应指出，实施例5的结构可通过与实施例1到4的任何结构的自由组合来实施。

Claims (6)

1.一种自发光设备，包括：
在衬底上的不透明电极；
在所述不透明电极上的EL层；
在所述EL层上的透明电极；
在所述透明电极上的覆盖材料；和
在所述透明电极与所述覆盖材料之间的空间中填充的惰性气体，
其中所述EL层和所述透明电极具有使按照产生于所述EL层的光的波长的导入光不出现的膜厚(d)，
其中产生于所述EL层的光被发射到所述覆盖材料侧，
其中当EL层产生的波长λ的光通过具有折射率为n的介质时，所述膜厚(d)等于或小于值λ/(4n)。
2.如权利要求1所述的设备，还包括：
配置在所述EL层与所述透明电极之间或所述EL层与所述不透明电极之间的缓冲层。
3.如权利要求1所述的设备，其中该自发光设备具有电连接到EL元件的薄膜晶体管，所述EL元件包括所述EL层。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述EL元件还包括配置在所述EL层与所述透明电极之间或所述EL层与所述不透明电极之间的缓冲层。
5.如权利要求1所述的设备，其中该自发光设备包括：
按条形排列的多个所述不透明电极；
按条形设置以便与多个所述不透明电极正交的多个所述透明电极；和
在多个所述不透明电极与多个所述透明电极之间配置的所述EL层。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述设备还包括配置在所述EL层与所述透明电极之间或所述EL层与所述不透明电极之间的缓冲层。
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