CN1498046A - 具有增强的光提取效率的有机发光器件 - Google Patents

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Abstract

一种提高光提取的OLED器件，包括：透明衬底；位于透明衬底的第一表面上的光散射层；位于光散射层上的透明第一电极层；位于透明第一电极层上的有机EL元件，该元件含有一个或多个有机层，但至少含有一个其中产生光的发光层；和位于有机EL元件上的透明第二电极层。

Description

具有增强的光提取效率的有机发光器件
技术领域
本发明涉及具有增强的光提取(extraction)效率且适用作光源和显示器的有机发光二极管(OLED)。
背景技术
有机发光器件(OLED)一般有两种形式，已知的如共同转让的US-A-4,476,292所公开的小分子器件和US-A-5,247,190所公开的聚合OLED器件。每种类型的OLED器件可依次含有阳极、有机EL元件和阴极。位于阳极和阴极之间的有机EL元件一般包括有机空穴传输层(HTL)、发射层(EL)和有机电子传输层(ETL)。空穴和电子在EL层复合并发光。Tang等人(Appl.Phys.Lett.，51，913(1987)，Journal of Applied Physics，65，3610(1989)和被共同转让的US-A-4,476,292)报道了使用这种层状结构的高效OLEDs。自此，已经公开了大量具有交替层结构的含有聚合材料的OLEDs，并且器件的性能已被提高。
当从阴极和阳极分别注入的电子和空穴穿过电子传输层和空穴传输层并且在发射层中复合时，在OLED中产生光。许多因素决定这种光产生过程的效率。例如，阳极和阴极材料的选择可以决定电子和空穴注入器件中的效率；ETL和HTL的选择可以决定电子和空穴在器件中传输的效率，而EL的选择可以决定电子和空穴复合并导致发光的效率，等等。然而已经发现，限制OLED器件效率的关键因素之一是对于在OLED器件之外由电子一空穴复合所产生的光子的获得效率很低。由于使用的有机材料具有高光学指数，因此复合过程产生的大部分光子实际上因为整个内部反射被捕获到器件中。这些被捕获的光子不再脱离OLED器件，也不会对这些器件的光输出作贡献。
典型的OLED器件使用玻璃衬底、如铟-锡-氧化物的透明导电阳极(ITO)、层叠的有机层和反射阳极层。自器件产生的光透过玻璃衬底发射出来。这是通常所指的底部发射器件。另外，器件可以包括衬底、反射阳极、层叠的有机层和顶部透明的电极层。自器件产生的光透过顶部透明电极发射出来。这是通常所指的顶部发射器件。在这些典型的器件中，ITO层、有机层和玻璃的指数分别约为2.0、1.7和1.5。据估计所产生的光的接近60％被ITO/有机EL元件中的内部反射捕获，20％在玻璃衬底中被捕获，而实际上产生的光仅有大约20％可以从器件中射出而实施有用的功能。
Madigan等人(Appl.Phys.Lett.，Vol 76，No.13，1650页，2000)报导了使用带有显微透镜的高指数衬底来提高光提取效率。Benjamin等人(Adv.Mater.2001，13，No.2，2001)，Lupton等(Appl.Phys.Lett，Vol 77，No.21，3340页，2000)报导了使用波纹状衬底以改善光提取效率。Garbuzov等(OpticsLetters，Vol.22，No.6，396页，1997)报导了使用具有特定形状的微结构的衬底来提高光的提取。Gifford等(Appl.Phys.Lett.，Vol 80，No.20，3679页，2002)报导使用具有周期结构和不透明的金属层的衬底以通过表面等离子交叉耦合(cross coupling)提高光耦合。然而所有这些方法都遇到的普遍问题是：大大提高了器件构造的复杂性，同时所产生的光输出具有角度和波长的高度依赖性，这对于许多实际应用是不适合的。
Chou(国际公开号WO 02/37580 A1)和Liu等人(US 2001/0026124 A1)教导应用体积或表面散射层以改善光的提取。散射层紧挨着有机层或在玻璃衬底的外表面上涂敷，并具有与这些层相匹配的光学指数。OLED器件发射出的高于临界角的光可以透入散射层然后从器件散射出来，在其它情况下，这些光线会被捕获。OLED器件的效率从而得到改善，但仍有缺陷。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有改进的光提取效率的OLED器件。
本发明的另一个目的是提供一种具有改进的光提取效率的顶部发射OLED器件。
本发明的再一个目的是提供一种具有改进的光提取效率的底部发射OLED器件。
本发明的另一个目的是提供一种在柔性支架上具有改进的光提取效率的OLED器件。
本发明的另一个目的是提供一种与主动阵列显示结构兼容的OLED器件。
本发明的另一个目的是提供一种与被动阵列显示结构兼容的OLED器件。
这些目的在增强光提取的OLED器件中得以实现，该器件包括：
(a)透明衬底；
(b)位于透明衬底的第一表面上的光散射层；
(c)位于光散射层上的透明的第一电极层；
(d)位于透明的第一电极层上的有机EL元件(element)，该元件含有一个或多个有机层，但至少含有一个其中产生光的发光层；和
(e)位于有机EL元件上的透明的第二电极层。
这些目的还通过提供一种OLED器件得以实现，该器件具有将光线从器件中散射出来的手段，并且具有使器件中的光线吸收减到最少的手段。散射光的手段包括在器件的结构中的关键位置应用光散射层。使器件中的光线吸收减到最少的手段(means)包括应用两个基本上透明的电极或者应用一个透明电极和一个选自Ag、Ag基合金和铝的高反射电极。当使用两个透明电极时，器件可以包括外部反射器或内部反射器。如果使用内部反射器，特别是如果反射层不选自Ag、Ag基合金和铝，则优选低指数的隔离层与这种反射层结合使用。
根据本发明制造的器件特别适用作光源，这种光源可以代替灯泡。根据本发明制造的器件也适用作显示器件。
附图说明
图1描绘了一个普通的现有技术的OLED的横剖面示意图；
图2描绘了另一个现有技术的OLED器件横剖面示意图，其中光散射层用来改善光的提取效率；
图3描绘了本发明的一个具有光散射层和高反射率阳极的OLED器件的横剖面示意图；
图4描绘了本发明的透明电极和能使光线从器件的顶部和底部发射出的光散射层的OLED器件的横剖面示意图；
图5描绘了本发明的另一个透明电极和能使光线从器件的顶部和底部发射出的光散射层的OLED器件的横剖面示意图；
图6描绘了本发明的能够使光线从器件的顶部和底部发射出的在固定装置中的OLED器件，该固定装置包括外部光线反射器；
图7说明本发明的照明器件，其在挠性性聚合物薄片衬底上含有OLED器件，其插入白炽灯灯泡形状的密封的外壳中；
图8描绘本发明的一个底部发射OLED器件的横剖面示意图，该器件具有透明电极、光散射层、反射层和低指数隔离层，其中光散射层在衬底和底部的透明电极层之间；
图9描绘本发明的另一个底部发射OLED器件的横剖面示意图，该器件具有透明电极、光散射层、反射层和低指数隔离层，其中光散射层在低指数隔离层和顶部的透明电极层之间；
图10描绘本发明的一个顶部发射OLED器件的横剖面示意图，该器件具有透明电极、光散射层、反射层和低指数隔离层，其中光散射层在顶部的透明电极层之上；和
图11描绘本发明的另一个顶部发射OLED器件的横剖面示意图，该器件具有透明电极、光散射层、反射层和低指数隔离层，其中光散射层在底部透明电极层和衬底之间。
具体实施方式
图1是典型的普通OLED器件101的横剖面示意图，器件101包括衬底10、阳极层14、有机EL元件30和阴极层22。有机EL元件30可以含有一个至多个亚层，包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层。最一般地，衬底10和阳极层14都是透明的，阴极层22是反射的，而自器件产生的光穿过阳极层14和衬底10发射出来。这通常被称为底部发射OLED器件。OLED器件也可以是顶部发射的。在顶部发射OLED器件中，阳极层制作成反射的而阴极层制作成透明的，并且产生的光穿过阴极层发射出来。在下面基于底部发射装置的讨论也适用于顶部发射装置。另外，上述讨论的层的顺序可以是相反的：阴极层22可以沉积在衬底10上而阳极层14可以位于有机EL元件30上。
典型地，有机EL元件30和透明阳极层14用高光学指数的材料制造，衬底10由较低指数但仍然大大高于空气光学指数的材料制造。自有机EL元件30产生的光线沿各个方向发射。从有机EL元件30放出的光线的部分1与平面法线的夹角小，在这里称为小角度光线1，其可以穿过阳极层14和衬底10发射出来而对外部使用是有用的。自有机EL元件30放出的光线的部分2稍微比部分1的角度大，可以穿过阳极层14发射出来，但在衬底10/空气分界面超过了临界角被反射回来。因此在这里称为衬底型光线2的部分2在OLED器件101中被捕获，而不能用于有用的应用中。类似地，自有机EL元件30放出的光线的部分3的角度更大，被在有机EL元件30和阳极14中的内部反射捕获。在这里称为有机型光线(organicmode light)3的部分3也不能用于有用的应用中。因为仅仅小角光线1对应用是有用的，因此OLED器件101的光提取效率是有限的。
图2是一种现有技术的OLED器件102的横剖面示意图，该器件通过在透明衬底10和有机EL元件30之间插入光散射层12的设计来改进光线的提取效率。OLED器件102包括透明衬底10、光散射层12、透明阳极层14、有机EI元件30和反射阴极层22。当光线通过光散射层12时，一部分光线沿各个方向散射。这样当衬底型光线2或有机光线3穿过光散射层12时，一部分可以从OLED器件102散射出来而不再被捕获。其余部分仍然被捕获并且在反射阴极22和有机EL元件30/衬底10分界面或衬底10/空气分界面之间来回反射。每次通过光散射层12，有一部分从OLED器件102散射出来。由此改进了光提取效率。
然而在实际的器件中，每次光线被反射阴极22反射时还会有部分被吸收。这是因为一般用于OLED器件作为反射阴极的层，例如镁银合金或CuPc/Al(Li)(J.Appl.Phys.，V86，No.8，4610页，1999)通常具有有限的反射率，是部分吸收的。因为被捕获的衬底型光线2和有机型光线3在完全从OLED器件102中散射出来前必须多次通过光散射层12，所以它们被反射阴极层22重复吸收而很快地衰减。另外，光散射层12也可以引起一些小角光线1改变方向而被捕获到OLED器件102中。捕获组分的小角光线1也由于反射阴极22的部分吸收而衰减。如果反射阴极22有显著的吸收，则光线的耦合效率的净增益是十分小的，甚至是负的。
本发明通过提供一种具有将光线从器件散射出来的手段和具有减少光在器件中吸收的手段的OLED器件以改进光线耦合效率。通过引入减少OLED器件内部光吸收的手段，器件中捕获光线的衰减可以减小而光线耦合效率可以改进。散射光线的手段包括在器件结构内部关键位置使用光散射层。减少器件内部光吸收的手段包括使用两个基本上透明的电极或者使用一个透明电极和一个选自银、银基合金和铝的高度反射电极。当使用两个透明电极时，器件还可以包括反射器。反射层可以加入到OLED器件的结构中以起到内部反射器的作用。另外，可以使用OLED器件外的反射器设备。如果使用内部反射器，特别如果反射层并非选自银、银基合金和铝，则优选用低指数隔离层与这种反射层结合使用，以通过这种内部反射层来减小捕获层的吸收。
图3是本发明的一种OLED器件103的示意图。与图2所示的现有技术OLED器件102相似，OLED器件103包括透明衬底10、透明衬底10上的光散射层12、光散射层12上的透明阳极层14、透明阳极层14上的有机EL元件30和有机EL元件30上的反射阴极层22。然而与现有技术不同，本发明用于反射阴极层22的材料只限于高反射率的银、银基合金和铝。在可见光区域，只有银、银合金和铝具有足够高的反射率以使反射阴极层的多重吸收不会造成显著的损失。其中优选银和银含量大于90％的银合金，因为其具有较高的反射率。这里银含量是基于原子百分率的。通过使用高度反射的材料，阴极层22的光吸收减小。在OLED器件103中捕获的光线可以沿着OLED层传播并且多次通过光散射层12，在光线衰减损失许多之前从OLED器件103中有效地散射出来。因此OLED器件103的光提取效率得到了改进。
然而，银、银基合金和铝阳极不能提供足够的电子注入到某些电子传输层中。在这种情况下，有机EL元件30优选同时含有电子注入层。有时这种金属材料直接接触有机EL元件30可能造成器件的不稳定性。在这种情况下，可能需要在阴极层22和有机EL元件30之间有夹层叠层。这种夹层叠层可以含有一层或多层，其结合使用可以防止或减小由于使用金属阴极而造成的OLED器件的退化(degradation)。无机透明导电层例如ITO、ZnS、ZTO、IZO、Sb2O3等等可用于夹层叠层。有机材料，例如包括铜酞菁的含有酞菁金属也可以使用。可以选择夹层的厚度来减少反射阴极层22的吸收。
图3描绘了一种底部发射OLED器件。本发明也可以应用于顶部发射装置。在顶部发射装置中，阴极层22是透明的而阳极层14具有高反射率。反射阳极层14的材料选自银、银基合金和铝。特别是优选银和银多于90％的银基合金，因为其具有较高的反射率。通过使用高度反射的材料，阳极层14的光吸收减小。在OLED器件103中捕获的光线可以沿着OLED层传播并且多次通过光散射层12，在光线衰减损失许多之前从OLED器件103中有效地散射出来。因此OLED器件103的光提取效率得到了改进。
然而这种高反射率的材料不能提供足够的空穴注入到有机EL元件30中的一些空穴传输层中。有机EL元件30优选同时含有空穴注入层。有时这种金属材料直接接触有机EL元件30可能造成器件的不稳定性。在这种情况下，可能需要在阳极层14和有机EL元件30之间有夹层叠层。这种夹层叠层可以含有一层或多层，其结合使用具有保护特性，可以防止或减小由于使用金属阴极而造成的OLED器件的退化。无机透明导电层例如ITO、ZnS、ZTO、IZO、Sb2O3等等可用于夹层。有机材料，例如包括铜酞菁的含有酞菁金属也可以使用。可以选择夹层的厚度以减少反射阳极层14的吸收。
回到图3，阳极层14和阴极层22都是从外部电源(未显示)将电传导到OLED器件103的导电层。阳极层14和阴极层22的薄片电阻率优选小于100欧姆/平方。有机EL元件30可以含有若干层，包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层。有时，这些层的某些层可以合并。例如，单一的某一层既可以作为发光层，又可以作为电子传输层。在另外的情况下，某些层可以被除去。例如，适当地选择阳极层可以不再需要单独的空穴注入层，而适当地选择阴极层可以不再需要单独的电子注入层。后面会对这些层详细说明。在本申请中，有机EL元件30可以指任何可能的组合。
图4是本发明的另一个OLED器件104的示意图。OLED器件104包括衬底10、衬底10上的透明阳极层14、阳极层14上的有机EL元件30、有机EL元件30上的透明阴极层22和有机EL元件30上的光散射层12。因为OLED器件104具有的两个电极层都是透明的，所以在OLED结构中几乎没有光吸收。被捕获的衬底型光线2和有机型光线3在第一次通过光散射层12时没有散射出来，现在可以多次通过光散射层12，最后从OLED器件104中散射出来而不会被透明阴极层22衰减。因此OLED器件104的提取效率得到改进，超过了现有技术的OLED器件102。除了上述讨论到的层，OLED器件104可以有其它的层。例如，它可以在散射层12上包括透明的保护层。它还可以在透明阴极层22和光散射层12之间有附加的透明层。只要附加的透明层的光学指数高于或等于有机EL元件30的光学指数，对OLED器件104的性能没有显著的影响。
图5描绘本发明的另一个OLED器件105。OLED器件105包括衬底10、位于衬底10的第一表面上的光散射层12、位于光散射层12上的阳极层14、位于阳极层14上的有机EL元件30和位于有机EL元件30上的透明阴极层22。OLED器件105在增强光提取效率方面与器件104相似，OLED器件105还有额外的优势：光散射层12可以在有机层沉积之前制备，这在某些情况下简化了器件的生产。与OLED器件104相似，OLED器件105除了图5所示的层外，在结构中还可以有附加的透明层。
因为两个电极都是透明的，所以自OLED器件104和105产生的光从器件的两面射出。对于许多应用，需要控制大部分产生的光从OLED器件的一面射出。这可以使用外部光反射器完成。
图6说明本发明的一个照明装置106，该装置在带有外部光反射器40的固定装置物中含有OLED器件104或105。自OLED器件104或105沿向下的方向发射的光保持向下的方向。自OLED器件104或105沿向上的方向发射的光被外部的光反射器40重定向到向下的方向。
图7作图说明本发明的另一个照明装置107。这里OLED器件107a的制造使用可弯曲的聚合物薄片作为衬底10。阳极层14、有机EL元件30、阴极层22和光散射层12以和图4或图5中相同的方式位于衬底10上。将照明装置107包覆之后，如果需要将聚合物薄片按尺寸切割，卷起来，并且插入到密封的外壳中。图7显示白炽灯灯泡形状的外壳42以使照明装置107可以适合于现有的使用白炽灯灯泡的照明器具。还可以使用其它的形状的外壳。使用挠性聚合物薄片进行生产可能会显著地减少生产成本，但是水和氧气对聚合物薄片的强渗透性迄今为止妨碍了聚合物对于OLED器件的成功应用。根据本发明，带有挠性支架的照明装置处于密封的外壳中，其中还可以含有干燥材料。对于衬底的水和氧气渗透性的要求降低，聚合物衬底的使用变得更实际。
图8描绘本发明的另一个OLED器件108。OLED器件108是底部发射器件，该器件包括衬底10、衬底10上的光散射层12、光散射层12上的透明阳极层14、透明阳极层14上的有机EL元件30、有机元件30上的透明阴极层22、透明阴极层22上的低指数隔离层24和低指数隔离层24上的反射层26。低指数隔离层24是光学指数显著低于有机EL元件30的透明层。光线从有机EL元件30射出并且以大于临界角的角度到达透明阴极层22/低指数隔离层24的分界面，被全部内部反射并且看不到反射层26。这部分光线在OLED器件108中捕获而在几次通过光散射层12后穿过衬底10最后从OLED器件108中散射出来。自有机EL元件30发射的小角度光线1可以穿过低指数隔离层24传播，并且被反射层26反射穿过衬底10从OLED器件108中反射出来。因为只被反射层26反射一次，所以即使反射层26仅是部分反射，吸收损失也是少量的。与图2中的现有技术器件102相比较，OLED器件108通过多次反射使吸收损失显著降低并且仍然具有内置反射器来控制全部光线从OLED器件的一个方向发射的好处。
图9描绘本发明的另一个OLD器件109。OLED器件109是底部发射器件，该器件包括衬底10、衬底10上的透明阳极层14、透明阳极层14上的有机EL元件30、有机EL元件30上的透明阴极层22、透明阴极层22上的光散射层12、光散射层12上的低指数隔离层24和低指数隔离层24上的反射层26。与OLED器件108相似，低指数隔离层24防止大角度光线到达反射层26，从而降低后者的吸收损失。同时，小角度光线1可以到达反射层26并且穿过衬底10反射出OLED器件109。
图10描绘本发明的另一个OLED器件110。OLED器件110是顶部发射器件，该器件包括衬底10、衬底10上的反射层26、反射层26上的低指数隔离层24、低指数隔离层24上的透明阳极层14、透明阳极层14上的有机EL元件30、有机EL元件30上的透明阴极层22、透明阴极层22上的光散射层12。低指数隔离层24是光学指数显著低于有机EL元件30的透明层。光线从有机EL元件30射出并且以大于临界角的角度到达透明阳极层14/低指数隔离层24的分界面，则全部内部反射并且看不到反射层26。这部分光线在OLED器件110中被捕获而在几次通过光散射层12后最终从OLED器件110中散射出来。自有机EL元件30发射的小角度光线1可以穿过低指数隔离层24传播，并且被反射层26反射穿过光散射层12从OLED器件反射出来。因为被反射层26反射只有一次，所以即使反射层26仅是部分反射，吸收损失也是少量的。与图2中的现有技术器件102相比较，OLED器件110使由于多次反射造成的吸收损失显著降低并且仍然具有嵌入反射器来控制全部光线从OLED器件的一个方向发射的好处。
图11描绘本发明的另一个顶部发射的OLED器件111。OLED器件111包括衬底10、反射层26、低指数隔离层24、光散射层12、透明阳极层14、有机EL元件30和透明阴极层22。
说明书公开的焦点在于比较靠近衬底的第一电极层是阳极层14，很容易理解该结构可以是相反的，使紧挨着衬底10的第一电极层是阴极层22，而排列在有机EL元件30上的第二电极层是阳极层14。
在该结构还可以包括其它的功能层，例如电子注入层、空穴注入层、电子传输层、空穴传输层、OLED器件上附加的保护层等等。这些层更加详细的说明如下。
衬底
本发明的OLED器件典型地位于支撑的衬底上，其中阴极或者阳极与该衬底接触。为了方便，和衬底接触的电极称为底电极。通常，底电极是阳极，但是本发明不限于那种构造。根据预定的光发射的方向，衬底可以是透射光的或者是不透明的。透光性对于透过衬底观察EL发光是合乎需要的。透明玻璃或塑料一般用于这种情况。对于一些应用可以透过顶部电极观察EL发射，底部支撑物透光的性质是不重要的，因此可以是透射光的、吸收光的或者反射光的。在这种情况下使用的衬底包括但不限于，玻璃、塑料、半导体材料、硅、陶瓷和电路板材料。当然在这种器件构造中，必须提供透光的顶部电极。
阳极层
阳极层是一层或许多层的，其具有足够的导电性以便从外部电源将工作电流传送到OLED器件。阳极层的薄片电阻率应该为每平方100欧姆或更小。本发明的阳极层应该既是高反射的又是对有用的发射基本上透明的。高度反射的阳极材料可以的选自银、银基合金或铝。这些材料比大多数其它材料具有更高的反射率，这使这些材料与散射层用于本发明能降低吸收损失。这些材料中，优选纯银和含银超过90％的银基合金，因为其具有特别高的反射率。对于透明阳极，使用的材料的光吸收越少，OLED器件效率越高。一般原则是光学指数的虚数(imaginary)部分，k，优选小于0.02。可用于本发明的普通透明阳极材料有铟-锡氧化物(ITO)、铟-锌氧化物(IZO)、锌-锡氧化物(ZTO)和氧化锡，但其它可以工作的金属氧化物包括但不限于，掺杂铝或铟的氧化锌、镁-铟氧化物和镍-钨氧化物。除了这些氧化物，金属氮化物例如氮化镓，和金属硒化物例如硒化锌，和金属硫化物例如硫化锌都可以用作阳极。还可以使用金属薄层例如金、银或铜和高指数透明材料例如ZnS、TiO2、ITO等等的夹层。当使用了恰当的材料和厚度，总的光吸收可以小于5％。典型的阳极材料的功函数为4.1eV或更大。然而如果有单独起作用的空穴注射层，则阳极的功函数就不那么严格要求了，几乎可以取任何值。需要的阳极材料一般通过合适的方法沉积，例如蒸气、溅射、化学气相沉积或电化学方法。可以使用众所周知的光刻工艺或通过在制备过程中使用荫罩的方法使阳极形成图案。
光散射层
用于本发明的光散射层可以由嵌入基质(matrix)中的散射中心组成，或包括在表面上的网纹或微观结构。在具有嵌入基质的散射中心情况下，为了光线有效地进入散射层，基质的光学指数必须与有机EL元件30可比或大于有机EL元件30的光学指数，优选地不小于后者的0.9。因为在OLED器件中用作有机EL元件30的普通有机材料具有相对较高的光学指数，≥1.7，所以基质的指数必须约1.55或更大。然而，如果有机EL元件30的指数较小，则基质的指数可以相应地较小。光散射层的基质可以是聚合物，由溶液，由熔体或者其它合适的方式涂敷成为一薄层。还可以是单体，涂敷之后通过紫外光，热量或者其它合适的方法聚合成为厚膜。普通的涂敷技术，例如旋涂、刮涂、筛网印刷等等，都可以被适当地选择。另外，根据散射层在OLED器件结构中的预定位置，散射层可以是层叠到顶部电极层表面或者衬底上的单独的元件。散射中心的指数必须显著地不同于基质的指数，优选与发光层的指数值相差大于5％。散射中心可以是颗粒，颗粒材料的实例有TiO2、Sb2O3、CaO、In2O3等，或者可以是砂眼或气泡。颗粒的尺寸必须与散射光的波长相当，范围可以从几十纳米到几微米。散射层的厚度可以从小于一微米到几个微米。厚度和基质中的颗粒的装填需要优化，以从OLED器件实现最优的光提取。在散射层在表面上具有网纹(texture)或微观结构情况下，网纹或微观结构可以是微透镜，或者可以是与要散射的波长相当的深度和长度的周期结构或不规则结构。这些表面特征可以在涂敷散射层同时制作，也可以涂敷散射层之后压纹。有表面散射特征的散射层还可以单独地制做，然后层压到OLED器件上。
低指数隔离层
低指数隔离层通过利用对全内反射和光捕获产生作用来降低反射层造成的光吸收。它位于反射层和OLED器件中的其余层之间。有机EL元件可以包括几个层，但通常所有这些层都具有比较高的反射光学指数。最通用的材料的指数大约1.7或更高，因此隔离层需要的指数约为1.55或更低。低指数隔离层可以是聚合物层，优选光敏聚合物层。低指数隔离层还可以是无机层，包括但不限于MgF2、NaF、KF、Bi2S3、Na5Al3F14。
空穴注入层(HIL)
在阳极和空穴传输层之间提供空穴注入层经常是有益的。空穴注入材料用来改进后续的有机层的成膜性质，并且有助于将空穴注入到空穴传输层。用于空穴注入层的合适材料包括但不限于，如被共同转让的US-A4,720,432描述的卟啉化合物和如被共同转让的US-A-6,208,075描述的等离子体沉积的碳氟聚合物。据报道在有机EL器件中很有用的备选的空穴注入材料在EP 0 891 121 A1中和EP 1 029 909 A1中有描述。
空穴传输层(HTL)
空穴传输层含有至少一种空穴传输化合物，例如芳族叔胺，其中后者应理解为含有至少一个仅与碳原子连接的三价氮原子且上述碳原子中至少一个是芳环一员的化合物。在一种方式中，芳族叔胺可以是芳基胺，例如单芳基胺、二芳基胺、三芳基胺或聚合的芳基胺。单体的三芳基胺在Klupfel等人的US-A-3,180,730中有说明。Brantley等人的共同转让的US-A-3,567,450和US-A-3,658,520中公开了其它合适的三芳基胺，这些胺被一个或多个乙烯基取代和/或含有至少一个含活泼氢的基团。
更优选的一类芳族叔胺是如共同转让的US-A-4,720,432和US-A-5,061,569所述的含有至少两个芳族叔胺的物质。空穴传输层可以由一种芳族叔胺化合物或多种芳族叔胺化合物的混合物形成。
举例说明可以使用的芳族叔胺如下：
1，1-双(4-二-对-甲苯基氨基苯基)环己烷
1，1-双(4-二-对-甲苯基氨基苯基)-4-苯基环己烷
4，4′-双(二苯氨基)四联苯
双(4-二甲基氨基-2-甲基苯基)甲苯
N，N，N-三(对甲苯基)胺
4-(二-对-甲苯基氨基)-4′-[4(二-对-甲苯基氨基)-苯乙烯基]-茋
N，N，N′，N′-四-对-甲苯基-4，4′-二氨基联苯
N，N，N′，N′-四苯基-4，4′-二氨基联苯
N，N，N′，N′-四-1-萘基-4，4′-二氨基联苯
N，N，N′，N′-四-2-萘基-4，4′-二氨基联苯
N-苯基咔唑
4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]联苯
4，4″-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]对-三联苯
4，4′-双[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]联苯
1，5-双[N-1-萘基)-N-苯基氨基]萘
4，4′-双[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]联苯
4，4″-双[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]-对-三联苯
4，4′-双[N-(2-菲基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(8-荧蒽基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(2-并四苯基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(2-苝基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(1-六苯并苯基(coronenyl))-N-苯基氨基]联苯
2，6-双(二-对-甲苯基氨基)萘
2，6-双[二-(1-萘基)氨基]萘
2，6-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]萘
N N，N′，N′-四(2-萘基)-4，4″-二氨基-对-三联苯
4，4′-双{N-苯基-N-[4-(1-萘基)-苯基]氨基}联苯
4，4′-双[N-苯基-N-(2-芘基)氨基]联苯
2，6-双[N，N-二(2-萘基)氨基]芴
1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘
另一类有益的空穴传输材料包括如EP 1 009 041所述的多环芳香族化合物。另外，可以使用聚合的空穴传输材料例如聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)，聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺，和共聚物例如聚(3，4-亚乙二氧基噻吩酯)/聚(4-苯乙烯磺酸酯)，也称作PEDOT/PSS。
发光层(LEL)
如共同转让的US-A-4,769,292和US-A-5,935,721中更充分描述的，有机EL元件30的发光层(LEL)含有发光的或发荧光的材料，材料中电子空穴对在这个区域中复合产生电致发光。发光层可以含单一材料，但更一般的是由主体材料掺杂一种或多种客体化合物组成，其中发射光主要来自掺杂剂并且可以发射任何颜色的光。发光层中的主体材料可以为下文定义的电子传输材料，如上定义的空穴传输材料，或支持空穴电子复合的其它材料或材料的组合。掺杂物通常选自高荧光染料，但也可以使用磷光性的化合物，例如WO 98/55561、WO00/18851、WO 00/57676和WO 00/70655描述的过渡金属配合物。典型地，掺杂物以0.01到10％(重量)的量涂到主体材料中。聚合材料如聚芴和聚乙烯基亚芳基(例如聚(对-亚苯基乙烯基)，PPV)也可以用作主体材料。在这种情况下，小分子掺杂物成分子分散进入到聚合主体中，或者掺杂物可以通过共聚少量组分到主体聚合物中加入。
对于选择作为掺杂物的染料，一个重要的关系是带隙势的比较，带隙势定义为分子的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道之间的能量差。为了有效地将能量从主体转移到掺杂物分子，一个必要条件是掺杂物的带隙小于主体材料的带隙。
已知的可以使用的主体分子和发射分子包括但不限于，共同转让的US-A-4,768,292；US-A-5,141,671；US-A-5,150,006；US-A-5,151,629；US-A-5,405,709；US-A-5,484,922；US-A-5,593,788；US-A-5,645,948；US-A-5,683,823；US-A-5,755,999；US-A-5,928,802；US-A-5,935,720；US-A-5,935,721；和US-A-6,020,078中公开的分子。
8-羟基喹啉(喔星)的金属配合物以及类似的衍生物组成一种能够保证电发光的有用的主体化合物。举例说明有用的螯合喔星类(oxinoid)化合物如下：
CO-1：三喔星合铝[别名：三(8-喹啉醇合)铝(III)]
CO-2：双喔星合镁[别名：双(8-喹啉醇合)镁(II)]
CO-3：双[苯并{f}-8-喹啉醇合]锌(II)
CO-4：双(2-甲基-8-喹啉醇合)铝(III)-μ-氧代-双(2-甲基-8-喹啉醇合)铝(III)
CO-5：三喔星合铟[别名：三(8-羟基喹啉醇合)铟]
CO-6：三(5-甲基喔星)合铝[别名：三(5-甲基-8-羟基喹啉醇合)铝(III)]
CO-7：喔星合锂[别名：(8-羟基喹啉醇合)锂(I)]
CO-8：喔星合镓[别名：三(8-羟基喹啉醇合)镓(III)]
CO-9：喔星合锆[别名：四(8-羟基喹啉醇合)锆(IV)]
其它类有用的主体材料包括但不限于：蒽的衍生物，如9，10-二-(2-萘基)蒽及其衍生物，如US-A-5,121,029中描述的二苯乙烯基亚芳基衍生物，和吲哚衍生物，例如2，2′，2″-(1，3，5-亚苯基)三[1-苯基-1H-苯并咪唑]。
有用的发荧光的掺杂物包括但不限于，蒽微生物、并四苯、呫吨、苝、红荧烯、香豆素、若丹明、喹吖啶酮，二氰基亚甲基吡喃化合物，噻喃化合物，聚甲炔化合物，鎓(pyrilium)和噻喃鎓(thiapyrilium)化合物，芴衍生物，periflanthene衍生物和喹诺酮(carbostyryl)化合物。
电子传输层(ETL)
优选的用于形成本发明的有机EL元件电子传输层的薄膜形成材料是金属螯合的喔星类(oxinoid)化合物，包括喔星本身(通常也称作8-羟基喹啉或者8-喹啉醇)的螯合物。这样的化合物有助于电子的注入和传输，显示出高性能，并且容易以薄膜的形式制作。喔星类化合物的实例前面已列举。
其它的电子传输材料包括如共同转让的US-A-4,356,429中公开的各种丁二烯衍生物和如共同转让的US-A-4,539,507中描述的各种杂环的荧光增白剂。吲哚类和三嗪类也是有用的电子传输材料。
在有些情况下，发光层和电子传输层可任选重叠一起成为保证发光和电子传输作用的一个单层。在小分子OLED体系和聚合OLED体系中，层都可以重叠(collapsed)。例如，在聚合物体系中，普遍使用如PEDOT-PSS的空穴传输层与如PPV的聚合发光层。在这种体系中，PPV起支持发光和电子传输的作用。
电子注入层
可以使用的电子注入层包括US-A-5,608,287；US-A-5,776,622；US-A-5,776,623；US-A-6,137,223；US-A-6,140,763说明书中报导的电子注入层，这里引入作为参考。
阴极
阴极层是一层或许多层的，其具有足够的导电性以便从外部电源将工作电流传送到OLED器件。阴极层的薄片电阻率应该为每平方100欧姆或更小。本发明的阴极层对于所研究的发射应该是高反射的或者是基本上透明的。高度反射的阴极材料可以的选自银、银基合金或铝。这些材料比大多数其它材料具有更高的反射率，这使这些材料与散射层用于本发明能降低吸收损失。这些材料中，优选纯银和含银超过90％的银基合金，因为其具有特别高的反射率。对于透明阴极，使用的材料的光吸收越少，OLED器件效率越高。一般原则是光学指数的虚数部分，k，优选小于0.02。可用于本发明的普通透明阴极材料有铟-锡氧化物(ITO)、铟-锌氧化物(IZO)、锌-锡氧化物(ZTO)和氧化锡，但其它可以工作的金属氧化物包括但不限于，掺杂铝或铟的氧化锌、镁-铟氧化物和镍-钨氧化物。除了这些氧化物，金属氮化物例如氮化镓，和金属硒化物例如硒化锌，和金属硫化物例如硫化锌都可以用作阴极。还可以使用金属薄层例如金、银或铜和高指数透明材料例如ZnS、TiO2、ITO等等的夹层。当使用了恰当的材料和厚度时，总的光吸收可以小于5％。典型的阴极材料的功函数为4.1eV或更小。然而如果有单独的起作用的空穴注入层，则阳极的功函数就不那么严格要求了，几乎可以取任何值。光学透明的阴极已经在US-A-4,885,211；US-A-5,247,190，JP 3,234,963；US-A-5,703,436；US-A-5,608,287；US-A-5,837,391；US-A-5,677,572；US-A-5,776,622；US-A-5,776,623；US-A-5,714,838；US-A-5,969,474；US-A-5,739,545；US-A-5,981,306；US-A-6,137,223；US-A-6,140,763；US-A-6,172,459，EP 1 076 368，和US-A-6,278,236中有更详细地描述。阴极材料典型沉积方法是通过蒸气、溅射、化学气相沉积或电化学方法。必要时，形成图案可以通过许多众所周知的方法，包括但不限于，通过掩模沉积、如共同转让的US-A-5,276,380和EP 0 732 868中描述的整体荫罩、激光烧蚀和选择性化学气相沉积。
有机层沉积
上述的有机材料适于通过汽相方法如升华作用适当沉积，但能够从液体中沉积，例如从含有任选粘合剂的溶剂中沉积以改善薄膜形成。如果材料是聚合物，溶剂沉积是优选的但其它方法也可以使用，如喷射或自施主薄片的热转移。要通过升华作用沉积的材料可以从升华器“舟”中汽化，升华器“舟”经常由钽材料组成，例如如共同转让的US-A-6,237,529中描述的，或者首先将材料涂到施主薄片上，然后在密闭器中升华到衬底上。含有材料混合物的层可以分别利用单独的升华器舟，或者材料进行预混合然后用单个船或施主薄片进行涂层。形成图案的沉积可以使用荫罩板、整体荫罩板(共同转让的US-A-5,294,870)，限定空间的自施主薄片的热染料转印(共同转让的US-A-5,851,709和US-A-6,066,357)以及喷墨方法(共同转让的US-A-6,066,357)。
密封
大多数OLED装置对湿气或氧气敏感或对两者都敏感，因此它们通常是密封在惰性气氛如氮气或氩气中，与干燥剂如氧化铝、铝钒土、硫酸钙、粘土、硅胶、沸石、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、硫酸盐或金属卤化物和高氯酸盐放一起。密封和干燥的方法包括但不限于，在共同转让的US-A-6,226,890中描述的方法。而且，封闭层如SiOx、聚四氟乙烯，和交替的无机物/聚合物层对于密封是全部已知的。
机械保护
OLED器件是易受机械损伤而损坏的薄膜器件，需要在操作和使用过程中进行保护。密封的方法常常也提供了机械保护。有时候玻璃、塑料或其它材料的固定板用粘合剂粘在OLED器件的有效面。在其它情况下保护层沉积在OLED器件的上表面。固定板或沉积保护层参考本申请中的任选的保护层28。特别对于顶部发射装置，固定板需要对于发射光是透明的而且成为OLED器件光学结构的一部分。
光学最佳条件选配
如果需要，为了提高本发明的OLED装置的性能，OLED装置使用许多个使用各种众所周知的光学作用的OLED器件。这包括选择最优化层厚度以得到最大光输出，提供介质反射镜结构，用吸收光的电极代替反射电极，在显示器上提供防眩或抗反射的涂层，在显示器上提供偏光化介质，或在显示器上提供彩色的、非彩色的(neutral)密度或色彩的校正滤光片。过滤器、偏光镜和防眩或抗反射涂层可以特定的设置在外罩上或作为外罩的一部分。
下文包含了本发明的其它特征。
OLED器件，其中光散射颗粒的光学指数不同于基质。
OLED器件，其中隔离层是光敏聚合物。
OLED器件，其中隔离层是一种含有MgF2、NaF、KF、Bi2S3或Na5Al3F14的无机介电层。
OLED器件，其中反射层位于光散射层之上。
OLED器件，其中光学指数低于发光层的低指数隔离层位于光散射层和反射层之间。
OLED器件，其中光散射层含有分散在基质中的光散射颗粒。
OLED器件，其中基质的光学指数不小于发光层光学指数的0.9倍。
OLED器件，其中光散射颗粒的光学指数不同于基质。
OLED器件，其中隔离层是光敏聚合物。
OLED器件，其中隔离层是一种含有MgF2、NaF、KF、Bi2S3或Na5Al3F14的无机介电层。
OLED器件，其中反射层选自银、银基合金和铝。
OLED器件，其中反射层选自银和含有多于90％银的银基合金。
OLED器件，其中低指数隔离层位于反射层和光散射层之间。
OLED器件，其中光散射层含有分散在基质中的光散射颗粒。
OLED器件，其中基质的光学指数不小于发光层光学指数的0.9倍。
OLED器件，其中光散射颗粒的光学指数不同于基质。
OLED器件，其中隔离层是光敏聚合物。
OLED器件，其中隔离层是一种含有MgF2、NaF、KF、Bi2S3或Na5Al3F14的无机介电层。
OLED器件，其中反射层选自银、银基合金和铝。
OLED器件，其中反射层选自银和含有多于90％银的银基合金。
OLED器件，其中低指数隔离层位于在反射层和透明第一电极层之间。
OLED器件，其中光散射层含有分散在基质中的光散射颗粒。
OLED器件，其中基质的光学指数不小于发光层光学指数的0.9倍。
OLED器件，其中光散射颗粒的光学指数不同于基质。
OLED器件，其中隔离层是光敏聚合物。
OLED器件，其中隔离层是一种含有MgF2、NaF、KF、Bi2S3或Na5Al3F14的无机介电层。
OLED器件，其中反射层选自银、银基合金和铝。
OLED器件，其中反射层选自银和含有多于90％银的银基合金。
OLED器件，含有与OLED器件隔开的光反射结构，光反射结构沿OLED器件的方向反射光。
OLED器件，其中透明衬底是挠性片材。
OLED器件，其中OLED器件装入有透明窗的密封外壳之中，OLED器件产生的光线通过该透明窗。
OLED器件，其中密封外壳具有白炽灯灯泡的形状。
一种增强光获得的OLED器件，含有：
(a)透明衬底；
(b)位于透明衬底第一表面上的光散射层；
(c)位于光散射层上的透明第一电极层；
(d)位于透明的第一电极层上的有机EL元件，有机EL元件含有一个或多个有机层，但至少含有一个其中产生光的发光层；和
(e)位于有机EL元件上的反射第二电极层，其中用于反射第二电极层的材料选自银、银基合金和铝。
OLED器件，其中反射的第二电极选自银和含银多于90％的银基合金。
OLED器件，其中夹层位于在有机EL元件和反射第二电极层之间以改善器件的稳定性。
OLED器件，其中夹层是无机的透明导电层。
OLED器件，其中夹层选自铟-锡氧化物、铟-锌氧化物、锌-锡氧化物和氧化锑。
OLED器件，其中夹层是含有酞菁的金属，包括铜酞菁。
一种增强光提取的OLED器件，包括：
(a)衬底；
(b)位于衬底上的反射第一电极层，其中用于反射第一电极层的材料选自银、银基合金和铝；
(c)位于反射第一电极层上的有机EL元件，该元件包括一个或多个有机层，但至少含有一个产生光的发光层；
(d)位于光有机EL元件上的透明第二电极层；和
(e)位于透明第二电极层上的光散射层；
OLED器件，其中反射第二电极选自银和含银多于90％的银基合金。
OLED器件，其中夹层位于在有机EL元件和反射的第二电极层之间以改善器件的稳定性。
OLED器件，其中夹层是无机的透明导电层。
OLED器件，其中夹层选自铟-锡氧化物、铟-锌氧化物、锌-锡氧化物和氧化锑。
OLED器件，其中夹层是含有酞菁的金属，包括铜酞菁。

Claims (10)

1、一种增强光提取的OLED器件，该器件包括：
(a)透明衬底；
(b)位于透明衬底的第一表面上的光散射层；
(c)位于光散射层上的透明第一电极层；
(d)位于透明第一电极层上的有机EL元件，该元件含有一个或多个有机层，但至少含有一个产生光的发光层；和
(e)位于有机EL元件上的透明第二电极层。
2、权利要求1的OLED器件，其中反射层位于透明第二电极层之上。
3、权利要求2的OLED器件，其中光学指数低于发光层的低指数隔离层位于透明第二电极层和反射层之间。
4、权利要求1的OLED器件，其中光散射层含有分散在基质中的光散射颗粒。
5、权利要求4的OLED器件，其中基质的光学指数不小于发光层光学指数的0.9倍。
6、权利要求2的OLED器件，其中反射层选自银、银基合金和铝。
7、权利要求2的OLED器件，其中反射层选自银和含有多于90％银的银基合金。
8、一种增强光提取的OLED器件，该器件包括：
(a)透明衬底；
(b)位于透明衬底的第一表面上的透明第一电极层；
(c)位于透明第一电极层上的有机EL元件，该元件含有一个或多个有机层，但至少含有一个产生光的发光层；
(d)位于有机EL元件上的透明第二电极层，和
(e)位于透明第二电极层上的光散射层。
9、一种增强光提取的OLED器件，该器件包括：
(a)衬底；
(b)位于衬底的第一表面上的反射层；
(c)光散射层；
(d)位于光散射层上的透明第一电极层；
(e)位于透明第一电极层上的有机EL元件，该元件含有一个或多个有机层，但至少含有一个产生光的发光层；和
(f)位于有机EL元件上的透明第二电极层。
10、一种增强光提取的OLED器件，该器件包括：
(a)衬底；
(b)位于衬底的第一表面上的反射层；
(c)位于反射层上的透明第一电极层；
(d)位于透明第一电极层上的有机EL元件，该元件含有一个或多个有机层，但至少含有一个产生光的发光层；
(e)位于有机EL元件上的透明第二电极层；和
(f)位于透明第二电极层上的光散射层。
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