CN1725521A - 光电子器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电子器件及其制造方法。光电子器件包括用于发光的光电子部件(12，14，16)、光发射表面(22)及光发射表面(22)上的盖层(18)。盖层(18)包括具有第一折射系数的第一材料及具有第二折射系数的第二材料的混合物。

Description

光电子器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光电子器件，并特别涉及一种包括用于改善输出耦合(out-coupling)和发射特性的光学微调的盖层的光电子器件。
本发明对于顶发射器件及有机光发射器件尤其有益。
背景技术
在过去的几年里，有机光发射材料越来越多地用于光电子器件，并特别是用于显示装置。最初应用是用于移动电话及其它移动设备的小型显示装置，未来的应用包括计算机显示器和电视机。这些显示装置包括光发射表面，来自有机材料的光经过该表面发射出来。光发射表面由电介质盖层(cappinglayer)覆盖。电介质盖层对于改善输出耦合及发射特性的光学微调非常重要，特别是在顶发射器件即不经过底部基板发射的器件中。
为了来自光电子器件的光的改善的输出耦合，通过盖层的存在可以抑制发射表面的光反射。这是一个有关光路长度的问题，其依赖于盖层的厚度和折射系数并依赖于邻近材料的折射系数。对于彩色显示器，输出耦合是一个更复杂的话题。盖层的最佳厚度随着所需的发射光的波长而变化。
发射特性的光学微调主要是指光谱特性及发射的立体角的微调。对于上述问题的常规解决方案是宽带隙(wide-band-gap)、高折射系数材料制成的盖层。然而，这些材料通常与有机光发射器件本身不相容。很多高系数材料是倾向于与用于OLED的低功函数阴极材料发生化学反应的氧化物。另外，用于高折射系数材料的大多数沉积方法很昂贵并常常与OLED的制备不相容。
发明内容
本发明的目的是提供一种盖层、一种具有盖层的其光学特性容易调整的光电子器件、及用于制造所述光电子器件和用于限定盖层的折射系数的方法。
根据本发明，提供了一种光电子器件，包括：用于发射光的光电子部件；光发射表面；以及所述光发射表面上的盖层。所述盖层包括具有第一折射系数的第一材料及具有第二折射系数的第二材料的混合物。
根据本发明的另一方面，提供了一种设置在电极上的盖层。所述盖层包括具有第一折射系数的第一材料及具有第二折射系数的第二材料的混合物。所述盖层的折射系数取决于第一和第二材料的体积比。
根据本发明的又一方面，提供了一种包括具有如上所述的盖层的光电子器件的显示装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造光电子器件的方法。该方法包括步骤：(i)形成用于产生预定波长光子的光电子部件；(ii)在所述光电子部件上形成光发射表面；以及(iii)在所述光发射表面上形成盖层，其中所述盖层包括具有第一折射系数的第一材料与具有第二折射系数的第二材料的混合物。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于限定光电子器件的盖层的折射系数的方法。此方法包括步骤：(a)提供具有第一折射系数的第一材料及具有第二折射系数的第二材料；(b)确定所述第一材料与所述第二材料的体积比，使得具有所述确定的体积比的所述第一材料与所述第二材料的混合物具有预定折射系数；以及(c)由所述第一材料和所述第二材料的所述确定的体积比的混合物形成所述盖层。
根据一优选实施例，混合物包括所述第二材料的颗粒，所述颗粒优选地小于所述光电子部件所能发射的光的波长。第二材料的第二折射系数优选地高于所述第一折射系数。第一材料可以是干燥剂、聚合物、液晶系、蜡等，而第二材料优选地是氧化钛。混合物可以包括具有第三折射系数的第三材料的颗粒，其中该第三材料的颗粒优选地小于该光子的波长。混合物及混合物的折射系数在盖层内变化是有益的。
根据一优选实施例，也被称为光子产生部件的光电子部件包括：阳极、阴极和阳极与阴极之间的光发射材料。光发射材料优选地是有机材料或有机材料的堆叠。优选地，光发射表面是阳极或阴极的表面。特别地，光发射表面是阴极表面，阴极材料包括低功函数材料并且第二材料是氧化物或硫化物。优选地，盖层由透明材料覆盖或封装。
优选地，盖层在将混合物喷射到光发射表面上的步骤中形成。可选择地，第一材料在原料沉积于光发射表面上期间，在化学反应中由所述原料形成。
本发明的基本思想是提供具有盖层的光电子部件，该盖层由具有第一折射系数和第二折射系数的两种材料的混合物制成。直接影响输出耦合和发射的光学微调的该盖层的光学特性可以容易地通过两种材料的体积比调整。以颗粒形式提供第二材料特别有益，该颗粒小于光电子部件发射的光的波长。该颗粒的第二材料可以是包含氧的高折射系数材料。第二材料在沉积之前和沉积期间处于固态并嵌在第一材料中，所以不发生化学反应。因此，光发射表面可以包括低功函数材料而不会变差。
附图说明
本发明的这些及其它目的和特征将从下面结合附图的描述中变得清楚，附图中：
图1是根据本发明的光电子器件的示意性截面图；
图2是根据本发明一实施例的方法的示意性流程图；
图3是根据本发明另一实施例的方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1是穿过光电子器件的垂直截面的示意图。光电子器件包括TFT层10，该层包括半导体层中的薄膜晶体管(TFT)。在TFT层上，设置包括阳极12、光发射材料层14、及阴极16的光电子部件。阴极16的上表面是由阳极12、光发射材料层14、及阴极16组成的叠层的光发射表面22。在阴极16之上设置有盖层18。封装层20设置在叠层之上。
通过在阴极16与阳极12之间施加预定电压，光发射材料层14受激而发射光。所发射的光的颜色或光谱取决于光发射材料、其光学厚度及电极12、16的复折射系数(complex refractive index)。在本实施例中，光发射材料是具有电致发光特性的有机材料。
在横向方向上，阳极12(和/或阴极16)细分成二维矩形像素矩阵。通过结合在TFT层10中的电子装置对于每个像素单独控制通过阳极12和阴极16施加到光发射材料层14的电压。
阴极16包括例如Ca或Mg的低功函数材料。由于低功函数，低电压足以将电子从阴极16注入到光发射材料层14中。阴极层16被涂覆得尽可能薄，从而对于从光发射材料层14发射出的光透明。
盖层18包括具有第一折射系数的第一材料与具有第二折射系数的第二材料的混合物。该混合物具有根据第一和第二材料的体积比及折射系数的中间折射系数。因此，混合物的折射系数是可调的并能够被调整到应用所需。特别地，调整盖层18的折射系数，使得由于内反射(internal reflection)的损失通过光干涉而被最小化。这意味着从光发射材料层14发射出的光没有被反射，而是完全透射过盖层18。考虑到其它层，特别是阴极16和封装层20，它们的折射系数和厚度，则盖层18的优选折射系数通常在大约2与大约3之间的范围。
如果显示器或显示装置在邻近像素中包括发射不同波长光的不同光发射材料，则情况变得更加复杂。这种显示器或显示装置通常包括多样的光电子器件。为了简化这种显示装置的制造，应该使用一个横向均匀的盖层18。为获得高输出耦合效率，盖层18的折射系数应该与波长成正比。然而，大多数材料显示出正常色散(normal dispersion)，即折射系数随波长增加而下降。如将从后面的段落中变得更清楚那样，本发明使得具有异常色散(abnormal dispersion)的盖层容易制备。
盖层18可以包括两种或更多种材料的混合物，每种材料具有不同的光学特性。盖层18的优选或近似优选的特性通过选择混合物的材料的合适体积比实现。通过体积比设定的其它光学特性为光谱特性和发射的立体角(solidangle)。
在一简单例子中，盖层18中包括的混合物由两种成分构成。一种成分例如是聚合物、液晶系或蜡、或任一个的复合物(composite)。第二材料是高折射系数材料，例如氧化钛、硫化锌、或者铅、锌或钛的任何其它氧化物、硫化物或硒化物。第二材料提供具有正常或异常色散的折射系数。通过更多(第三、第四种等)均具有不同的正常或异常色散的成分，引入附加的自由度。
优选地，盖层18中的混合物中包括的材料中的一种是液体干燥剂系(liquid desiccant system)。这种情况下，改善的输出耦合结合有增强的稳定性。
另外，优选地，第二材料是高折射系数材料并且包含纳米颗粒或由其构成。换言之，盖层18包括第一材料及第二材料的颗粒的混合物。该颗粒小于或显著小于透射过盖层18的光的波长。由于颗粒或微粒显著小于波长，光的散射可以忽略。因此，颗粒的尺寸在约100nm或更小。
可选择地，可有益地应用由其尺寸可比于波长的颗粒散射的光。颗粒具有合适的尺寸、形状和浓度时，可以提供盖层18中的一种光子学晶体结构(photonic crystal structure)。通过在第一材料中第二材料的颗粒的二维或三维周期性排列处发生的衍射，显示装置的视角特性可以调整成适于该装置的应用。这种阵列的形成通过颗粒的尺寸、形状和浓度及两种材料的其它特性，并通过盖层18形成期间的条件来控制。
如果盖层18由若干层构成，其中每层的光学特性被调整为适于整个盖层18的优化光学特性，则可以实现盖层18的光学特性的进一步改善，其具有适于装置的特定应用的透明度，光谱特性和视角。
由于相同的原因或者为了类似的结果及改进，在单层盖层18内或在多层盖层18的一层内，折射系数可以连续渐次变化。
第一材料与第二材料的颗粒的混合物提供了另外的优点。特别地，第二材料与阴极16之间的化学反应的可能性或风险降低了。这是因为第二材料以固态提供，并且第二材料的颗粒嵌在第一材料中。由于这两个原因，第二材料与阴极16之间的化学反应不发生或至少具有非常低的速率。因此，第二材料可以甚至包含例如氧，尽管阴极由易于氧化的低功函数材料例如Ca或Mg制成。换言之，根据本发明，盖层包括提供便于盖层18的沉积的化学或其它特性的第一成分、以及确保优选光学特性的第二或第三或更多的成分。
盖层18由封装层20覆盖，保护光发射器件免于环境影响例如湿气或反应性气氛。可选择地，封装层20还覆盖盖层18、阴极16、光发射材料层14、阳极12和/或TFT层10的边缘或侧面。封装层20不或者不显著影响装置的光学特性。特别地，其厚度通常为10μm至50μm之间或者更厚。因此，没有干涉现象发生。另外，可以在盖层18与封装层20之间设置间隙。如果间隙与透射的光的波长相比较厚，则其光学影响是极小的。对于上述的显示装置，特别是对于上述盖层18，可以实现50％及更多的输出耦合。
图2是用于制造如上所述的光电子器件的方法的示意性流程图。在第一步40中，形成用于产生预定波长光子的光电子部件。参照图1所示实施例，这一步包括在TFT层10上沉积阳极12、光发射材料层14及阴极16。
在光电子部件上形成光发射表面的第二步42为单独的一步，或者可选择地，在用于形成光电子部件的步骤40期间进行。特别地，光发射表面是阴极16或其表面22。
最后，在第三步44中，在光发射表面22上形成盖层18。根据一实施例，材料被喷射在光发射表面22上，以形成盖层18。该材料可以从一个喷射源一起喷射、从不同喷射源同时喷射、或者交替喷射，其中混合物通过扩散、自组织或自组装产生。
作为一种选择，盖层18的材料或材料中的至少一种在化学气相沉积工艺或类似工艺中反应性地沉积，其中在原料沉积于光发射表面上期间，第一材料(或第二材料)由该原料在化学反应中形成。另外，盖层18可以由旋涂或任何其它常规方法形成。
图3是用于限定光电子器件的盖层18的折射系数的方法的示意性流程图。在第一步50中，提供或选择或确定具有第一折射系数的第一材料及具有第二折射系数的第二材料。在第二步52中，确定第一材料与第二材料的体积比，使得第一材料和第二材料的具有确定体积比的混合物具有预定的折射系数。在第三步54中，盖层由确定体积比的第一材料和第二材料的混合物形成。
当然，本发明不局限于包括图1所示的叠层几何形状的器件。更确切地，本发明可以应用于具有电极和光发射材料的任何几何形状的光电子器件，例如，应用于具有电极和光发射材料的共面(co-planar)布置的器件。另外，盖层可以包括任何数量的材料的混合物。混合物中包括的材料越多，其光学特性越能够更好地调整以适于器件的应用所需。颗粒的优点已在以上做了描述并且对于多材料混合物也是有效的。

Claims (18)

1.一种光电子器件，包括：
用于发光的光电子部件(12，14，16)；
光发射表面(22)；以及
所述光发射表面(22)上的盖层(18)，
其中所述盖层(18)包括具有第一折射系数的第一材料及具有第二折射系数的第二材料的混合物。
2.如权利要求1的光电子器件，其中所述混合物包括所述第二材料的颗粒。
3.如权利要求2的光电子器件，其中所述第二材料的所述颗粒小于所述光电子部件(12，14，16)所能发射的光的波长。
4.如前述权利要求中的一项的光电子器件，其中所述第二折射系数高于所述第一折射系数。
5.如前述权利要求中的一项的光电子器件，其中所述第一材料包括干燥剂、聚合物、液晶系、及蜡中的一种。
6.如前述权利要求中的一项的光电子器件，其中所述第二材料具有呈异常色散的折射系数。
7.如前述权利要求中的一项的光电子器件，其中所述第二材料是铅、锌及钛的氧化物、硫化物或硒化物中的一种。
8.如前述权利要求中的一项的光电子器件，其中所述盖层(18)还包括具有第三折射系数的第三材料的颗粒。
9.如前述权利要求中的一项的光电子器件，其中所述混合物及所述混合物的折射系数在所述盖层(18)内变化。
10.如权利要求2或8的光电子器件，其中所述第二或第三材料的所述颗粒是纳米颗粒。
11.如前述权利要求中的一项的光电子器件，其中所述光发射表面(22)是阴极(16)的表面，所述阴极(16)包括低功函数材料，并且所述第二材料是氧化物。
12.如前述权利要求中的一项的光电子器件，其中所述盖层(18)由透明材料(20)覆盖。
13.一种显示装置，包括如前述权利要求中的一项的所述光电子器件。
14.一种设置在电极(12，16)上的盖层(18)，包括：
具有第一折射系数的第一材料与具有第二折射系数的第二材料的混合物。
15.一种用于制造光电子器件的方法，包括：
形成(40)用于产生预定波长的光子的光电子部件(12，14，16)；
在所述光电子部件(12，14，16)上形成(42)光发射表面(22)；以及
在所述光发射表面(22)上形成(44)盖层(18)，
其中所述盖层(18)包括具有第一折射系数的第一材料与具有第二折射系数的第二材料的混合物。
16.如权利要求15的方法，其中形成(44)所述盖层(18)的所述步骤包括将所述混合物喷射到所述光发射表面(22)上的步骤。
17.如权利要求15的方法，其中所述第一材料在原料沉积于所述光发射表面(22)上期间，由所述原料在化学反应中形成。
18.一种用于限定光电子器件的盖层(18)的折射系数的方法，包括：
提供(50)具有第一折射系数的第一材料及具有第二折射系数的第二材料；
确定(52)所述第一材料与所述第二材料的体积比，使得具有所述确定的体积比的所述第一材料与所述第二材料的混合物具有预定折射系数；以及
由所述第一材料和所述第二材料的所述确定的体积比的所述混合物形成(54)所述盖层(18)。
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