CN1711651A - 具有抗反射层的有机电致发光光源 - Google Patents

具有抗反射层的有机电致发光光源 Download PDF

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Abstract

有机电致发光光源，具有一个正面面板1，一个正面电极部件8，3，一个对面电极部件5，一个在正面电极部件和对面电极部件之间的有机电致发光部件6，7以及一个由含有中孔的有机聚合物材料制成的抗反射层2。

Description

具有抗反射层的有机电致发光光源
本发明涉及一种有机电致发光光源，尤其涉及用于灯光指示，照明光源，固体图像放大器或图像显示屏的一种有机电致发光二极管。该种有机电致发光光源包括一个透明的正面面板，一个正面电极部件(构件)，一个对面电极部件，一个在正面电极部件和对面电极部件之间的有机电致发光部件(构件)和一个由具有许多孔的材料构成的抗反射层。
电致发光光源的特征在于，当施加电压有电流流过时它发射光。此时演变下列发光过程：当电子注入一p掺杂半导体时，如果电子与空穴有释放光的复合，则可以产生光。相反，当空穴注入n掺杂半导体材料时，如果空穴与电子有发射光的复合，则可以产生光。
按现有技术LED通常是无机半导体二极管，也就是说，为制造二极管采用无机半导体如掺杂的硫化锌、硅、锗或III-V半导体，例如具有适当掺杂的InP、GaAs、GaAlAs、GaP或GaN。在这类材料基础上可以制造点状显示元件。但是不可能制成大面积的装置。
近几年来，人们从事于发光源的开发，其发光材料不是无机半导体而是有机电致发光材料。
由有机材料构成的具有发光层的电致发光光源，在某些特性方面明显优于无机材料构成的光源。一个优点是容易加工成形和良好的弹性，它使得譬如在照明、灯光指示和图像显示屏方面的新型应用成为可能。这些发光层可以容易地制成大面积、平面以及很薄的层，此外材料的投入也很少。它的特征也在于用小的控制电压的同时也有显著高的亮度。
电致发光光源的发光效率由所有产生光过程的量子效率决定。此时内量子效率来自在光发射时复合的注入载流子的百分比。外量子效率由内量子效率乘以实际上从半导体中出来光的百分比求出。
与常规通过气体放电或等离子体放电激发的光源中产生光的过程相反，在电致发光光源中真正的光产生过程几乎是无损耗的。
但是在电致发光光源内量子效率很高的同时，在外量子效率方面却有一系列损耗因素。
损耗因素之一是低光耦合输出，是通过电致发光光源复杂的具有不同折射系数的多层的结构导致的。
如果光从具有较高折射系数的层以入射角R投射到具有不同折射系数(n2＞n1)的两个层间的界面上，则产生反射光和折射光。在不利的条件下不出现折射光而仅出现反射光。
实际上在有机电致发光光源中，材料的不同光折射系数导致在光源的有源层中产生的光，在射出时，由于有机电致发光材料的高折射系数而被全反射，并且仅有百分之几输出耦合到具有较低折射系数的外部，典型是空气的空间。从而在预先规定的为产生光而流过电致光源的电流的情况下，光源的亮度受到限制。
为了改善光的输出耦合，已知在电致发光光源的层结构中插入若干具有较低折射系数的层。
例如从EP1153739已知一种电致发光的光学构件，其基片包含一个功能层、一个气凝胶层和一个在功能层和气凝胶层之间的中间层。气凝胶可以是具有折射系数在1.008和1.3之间的硅胶。
存在的问题是硅胶对液体和气体有很强的吸收能力。这种气凝胶层中的水和蒸汽的可穿透性导致电致发光光学构件的质量和寿命降低了。
本发明的任务是，提供一种用于不同材料体系的适于批量生产的电致发光光源，它能够尽可能多地耦合输出所产生的光，并且能够稳定地防止环境影响。
根据本发明，此任务是通过具有一个正面面板、一个正面电极部件、一个对面电极部件、一个在正面电极部件和对面电极部件之间的有机电致发光部件、以及在正面面板和正面电极部件之间的一个由含有中孔的有机聚合材料制成的抗反射层的一种有机电致发光光源来解决。
中孔的大小在50至100nm范围内。这种孔的大小保证，在正面电极部件和抗反射层之间的界面处存在的易消失光波能够有效地耦合进入该抗反射层，该光波源自电致发光部件中所浮获得光子。
中孔抗反射层具有低的有效折射系数，以致也有利地改善了光从中孔抗反射层进入相邻正面面板的输出耦合。
本发明抗反射层满足了对足够高的光透明度的要求、对防止大气中起物理和化学作用成分(Atmosphaerilien)的长期稳定性的要求以及对抗温度变化的要求。
按本发明的一个优选实施结构，在抗反射层内中孔是密闭空隙并且均匀分散。
按本发明的另一实施结构，抗反射层的有机聚合材料是一种疏水聚合物。
由疏水有机聚合物制成并具有密闭空隙的孔的抗反射层能防止在有机电致发光光源中吸收氧和水。从而它防止有机半导体层及由非贵金属组成的电极的氧化，该氧化可导致有机电致发光光源寿命下降。
在本发明范围内，所述孔也可以包括巨孔。
抗反射层中的孔优选借助成孔剂(Porogen)制造。
进一步优选有机电致发光光源的光发射面基本是二维发射面。
下面本发明借助一个附图进一步说明。
图1示出按本发明的一种有机电致发光光源的示意结构。
按本发明的一种有机电致发光光源一般是如下构成的：核心部分是在作为正面电极部件的正电极和作为对面电极部件的负电极之间的一种有机电致发光部件，其中一个或两个电极部件可以是透明的和/或分段的。
有机电致发光光源配置了一个正面面板并且大多数情况下也配置了一个背面面板。
按照本发明在正面电极部件和正面面板之间，安置了一种由含有中孔的多孔有机聚合材料构成的抗反射层。
这种结构展示出最基本的情况，并可用另一些层进行补充，例如有机电致发光部件可以分成为具有不同功能的各个层，如空穴注入层、空穴输运层、光发射层、电子输运层以及电子注入层。
例如在电致发光层和正电极之间可以安置一个或多个电子注入层和/或电子输运层。同样可以在电致发光层和负电极之间安置一个或多个空穴注入层和/或空穴输运层。
一种完整的有机电致发光光源，此外还可以包括电接触、覆盖和包封。
典型地，这种类型的光源，包括上下和部分相邻覆盖的各个层的层组合。对于该结构可以考虑所有对专业人员熟习的层结构和用于这些层的材料。
这种层组合从正面面板开始可以由玻璃、石英、陶瓷、合成树脂或一种透明柔软的塑料薄膜构成。
制造正面面板的优选材料是玻璃和塑料。
玻璃的突出优点在于，在化学上包括光化学上是惰性的、光学均匀的、温度稳定的、机械牢固的以及此外还具有坚硬的表面。不过玻璃具有较高的密度且性脆，从而很容易破碎。塑料，例如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙酯和聚四氟乙烯(Polytretrafluoroethylene)具有较小的密度、具有弹性且不易破碎。
负电极提供电子与从正电极来的空穴在有机电致发光层中结合成电子空穴对，并在复合时发射出光子。
至少电极部件之一应读是透明的或至少半透明的。通常正电极是正面电极并且是采用非化学配比的或掺杂的氧化锡，例如ITO，或具有高逸出功的金属，例如金或银制造。这些电极材料可容易地制成透明层。尤其ITO，基于其具有良好的导电性和透明性的事实，特别适用。
同样可以由一种导电的聚苯胺(Polyanilin)或聚3，4乙烯二氧噻吩(Poly-3，4-ethylen dioxythiophen)单独或与一个ITO层一起构成一个层，用做透明的正电极。
将电子注入有机电致发光层的负电极，应具有低的逸出功。适宜用做负电极的材料，例如有铟、铝、钙、钡或镁。当负电极是用反应活性的(reaktiv)钡制造时，建议将这个电极层进一步用环氧树脂或惰性金属制成的保护层覆盖。这些层的优点是，不具备金属层那样强的反射。
已经证实，化学性质与低聚亚苯基(Oligophenylen)或聚亚苯基(Polyphenylen)相似的聚(对-亚苯基)-类型(Poly(para-phenylen)-Typ)(LPPP)的芳族共轭导电聚合物，特别适合作为用于有机电致发光光源中有机电致发光部件。LPPP具有共轭双键的一个连续链。尤其适用的例如是可溶性聚乙基苯亚乙烯(Polyphenylenethylenvinylene)和可溶性聚噻吩(Polythiophene)，尤其是在苯基环(Phenylring)上2和5位置进一步用烷基或烷氧基原子基团(Alkyl-或Alkoxy-Reste)所取代的聚苯亚乙烯(Polyphenylvinylene)。这类导电聚合物可容易加工并得到无定形结构层。适用的聚苯基乙烯的实例有聚(2-甲基-5-(n-十二烷基)-p-苯基乙烯(Poly(2-methyl-5-(n-dodecyl)-p-Phenylenvinylen)，聚(2-甲基-5-(3，5，二甲基辛基)-p-苯基乙烯(Poly(2-methyl-5-(3，5，dimethyloctyl)-p-Phenylenvinylen)，聚(2-甲基-5-(4，6，6，-三甲基庚基)-p-苯基乙烯(Poly(2-methyl-5-(4，6，6，-trimethylheptyl)-p-Phenylenvinylen)，聚(2-甲氧基-5-十二烷氧基-p-苯基乙烯(Poly(2-methoxy-5-dodecyloxy-p-Phenylenvinylen)和聚(2-甲氧基-5-(乙基己氧基)-p-苯基乙烯(Poly(2-methoxy-5-(ethylhexyloxy)-p-Phenylenvinylen)(MEH-PPV)。
含有两种不同电致发光层的构件比只含有一个唯一电致发光层的有机电致发光光源工作显优越。一层有效地输运空穴，例如PPV，一层有效地输运电子，例如恶二唑(Oxadiazol)。借此空穴和电子就更容易复合。
聚乙烯二氧基噻吩(Polyethylendioxythiophen)PEDOT和聚乙烯二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸酯(Polyethylendioxythiophen-polystyrensulforat)PEDOT-SS对于输运正电荷载流子特别有利。对于输运正电荷截流子特别有利的还有4，4′，4″-三[N-(1-naphtyl)-N-苯基-氨基]-三苯胺(4，4′，4″-Tris[N-(1-naphtyl)-N-phenyl-amino]-triphenylamin)与作为发射和电子输运材料的羟基喹啉(Hydroxychinolin)-铝-III盐Alq3一起使用。
在文献中有时人们就有关有机光致发光光学构件区分聚合物发光二极管(Polyled)和有机发光二极管(OLED)。OLED包含一个在蒸发上的低分子有机化合物基础上的有机电致发光部件。聚合物发光二极管包含一个在通过浸入、旋转涂覆或印刷覆盖上的长链有机电致发光聚合物基础上的有机电致发光部件。
按照本发明有机电致发光光源，包含一个由有机聚合材料制成的、加入优选均匀分散中孔的抗反射层。
作为本发明意义内的有机聚合材料，可以采用有机聚合物、共聚物和聚合物混合物，譬如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、乙烯基聚合物或聚苯乙烯/二乙烯基苯共聚物。也可以采用例如聚(甲)丙烯酸衍生物、聚苯乙烯衍生物、聚酯、聚酰胺或聚乙烯。
本发明意义内的有机聚合材料，尤其也可以是由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚环氧丙烷、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚丁烯和聚丙烯睛合成的疏水的和不降解的聚合物、共聚物和聚合物混合物。
这些聚合物可以例如由单体通过原子基团的、离于的或热的聚合制成。在制造聚合物的某些方法中，作为起始材料的化合物不是采用单体，而是采用低聚合或聚合化合物。因此根据本发明单体的概念也包括可聚合的，并可以用作有机材料聚合起始化合物的低聚合化合物。
该适于使用的单体对于有机聚合物领域的技术人员是熟知的。
为了降低有机聚合材料的折射系数，在材料中加入许多中孔。
多孔材料可以通过其孔的大小描述。根据IUPAC(国际纯化学和应用化学联合会)的命名法则，把具有直径＜2nm的极小孔称为微孔，而把具有直径＞50nm的极大孔称为巨孔。
具有直径介于2和50nm之间中等直径的孔称为中孔，并构成本发明的一种观点。对本发明的层，虽然有巨孔成分的多孔材料也可以是适用的，但优先采用仅含有均匀分散密闭空隙的中孔的有机疏水材料。开孔网状结构也可以是适用的。
材料内孔的数量越大，尺寸越小，折射糸数就越低，光透射性就越好。
孔的直径可以通过气体吸附和电子显微镜确定。中孔直径应该具有最小为1nm和最大为50nm的平均值，优选最小为30nm和最大为50nm。孔的大小影响覆盖层的透明度。
特别透明的覆盖层用小的中孔实现，例如这些孔具有最大为100nm直径，特别优选50nm的直径。抗反射层的折射系数通过现有孔的数量和大小确定。
按照本发明的一种实施结构，抗反射层还附加地具有巨孔，优选巨孔的数量与中孔的数量在同一数量级。
抗反射层可以通过在采用形成孔的试剂的情况下，形成具有规定的多孔性有机聚合物的一种方法来制造。
物理作用的起泡剂、化学作用的工作介质、膨胀剂以及成孔基元(Porogene)适于用作形成孔的试剂。
在本发明范围内，优选采用下述方法制造具有中孔的聚合材料覆盖层，聚合过程是在有聚合惰性材料存在的情况下进行，该抗聚合材料通常称为成孔基元。在聚合过程之后将成孔基元从聚合物中溶出。从而在聚合物中形成空洞。
成孔基元材料可以选自天然材料或合成材料，这些材料在聚合过程中或者保持其形状不变，或者形成一种形状稳定的独立的相态，并且随后又能被去除。例如可溶于水，或者可溶于不浸蚀聚合物的溶剂的成孔基元是适用的。
适于本发明的成孔基元可以是溶于水的盐，如氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟化钾、碘化钠、硝酸钠、硫酸钠、碘酸钠及其混合物，其它溶于水的化合物如氢氧化钠，以及各种溶于水的糖，如糖精、葡萄糖、果糖。
溶于水的成孔基元可以采用各种所希望的几何形状，例如球状、纤维状、小片状以及晶体通常规则的和不规则的形状。
成孔基元也可以是另一种有机聚合物，它与构成抗反射层的第一种有机聚合物是不相容的，并与其形成一种不相容的分散液相。
抗反射层的形态和多孔性，可以通过不相容的成孔基元与第一种有机聚合物的比例进行调控。成孔基元的高比例将导致开放的海绵状结构，中比例将导致或多或少相连接孔的网状结构。用小比例的成孔基元将得到封闭式孔的确定的孔结构。
用于制造抗反射层的涂覆溶液，通常包含有机聚合物或聚合物的原始材料以及在一种溶剂中的成孔基元。典型的涂覆溶液包含30至80体积％的成孔基元。
当采用有机不相容聚合物形式的成孔基元时，则在制造两种不相容聚合物在一种溶剂中的涂覆溶液时，成孔基元的主要部分保持分散相态，并在聚合过程开始之前与第一种聚合物形成一种分散体(Dispersion)。典型地第一聚合物包含至少50％成孔基元，使得在聚合过程之后形成开放式孔隙的孔的网状结构。
专业人员能够将不同的聚合物或单体适当地组合在一起，必要时选择一种适当的基团起始剂(Radikalstater)或触发剂，并由此组合在一起制备单体溶液。根据一般规则，聚合过程的时间和温度将按有关的单体溶液进行调整。
涂覆溶液将通过熟知的旋转涂覆法，或通过将整个样品简单浸泡涂覆在正面面板内侧。
在聚合步骤结束之后，从形成的包含有机母体聚合物和成孔基元的覆盖层中分离出成孔基元材料。该分离过程按照所选成孔基元的类型可以包括蒸发、溶剂萃取或浸析。
在用于去除清洗溶液的进一步清洗步骤之后，得到中孔有机聚合物抗反射层。
实施例：
图1所示具有由中孔有机聚合物材料构成的抗反射层的有机电致发光光源的实施结构，主要包括一正面面板1，在其上覆盖了作为正面电极的接触连接3的一个透明导电ITO层8。在ITO层上有一由PDOT制成的电致发光层7和一个由PPV制成的第二电致发光层6以及一个由铝制成的对面电极5。该结构用一个后面的背面面板4封闭。该有机电致发光光源还包括在光学透明的正面面板1和电致发光层6，7之间的中孔抗反射层2。
有机电致发光层6，7具有折射系数1.8，ITO电极层具有折射系数1.7。中孔抗反射层有几个微米的厚度和＜1.25的折射系数，正面面板的玻璃有1.46至1.5的折射系数。
即使没有进一步的描述，专业人员也可以在最广泛的范围内利用上述说明。因此本优选的实施结构和实施例应仅理解为说明，而决不应理解为以任何方式限制本公开。

Claims (6)

1.有机电致发光光源，具有一个正面面板1，一个正面电极部件8，3，一个对面电极部件5，一个在正面电极部件和对面电极部件之间的有机电致发光部件6，7以及一个由含有中孔的有机聚合物材料制成的抗反射层2。
2.根据权利要求1的有机电致发光光源，
其特征在于，
在抗反射层中的中孔是封闭空隙并且是均匀分散的。
3.根据权利要求1的有机电致发光光源，
其特征在于，
所述孔包括巨孔。
4.根据权利要求1的有机电致发光光源，
其特征在于，
有机聚合物材料是疏水的。
5.根据权利要求1的有机电致发光光源，
其特征在于，
在抗反射层中的所述孔是借助一种成孔基元制造的。
6.根据权利要求1的有机电致发光光源，
其特征在于，
光发射面主要是二维发射面。
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