CN1805161B - 具有光学谐振层的发光装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种发光装置，该发光装置具有简单的结构并且能够以简单的过程来制造，其具有增强的光耦合效率和亮度，并且能够减小光学谐振对发射光谱和视角带来的负面影响。该发光装置包括基底；形成在该基底上的发光二极管；和形成在该发光二极管外的光学谐振层，其诱导从发光二极管发出的光谐振。

Description

具有光学谐振层的发光装置
本申请要求于2004年11月10日提交的韩国专利申请No.10-2004-0091490的优先权和相关权益，在这里包含其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种发光装置，更具体地涉及一种具有可增加光耦合效率的光学谐振层的发光装置。
背景技术
可将发光装置，尤其平板显示器例如液晶显示器(LCD)和电致发光(EL)装置的发光效率分为内效率和外效率。内效率取决于有机发光材料的光电转换效率。外效率，也称作光耦合效率，取决于组成有机发光二极管(OLED)的各层的折射率。由于OLED具有比其它显示器，例如阴极射线管(CRT)或等离子显示板(PDP)更低的光耦合效率，因此必须改进它们的显示特性，例如亮度，寿命等等。
为什么OLED具有比其它显示器低的光耦合效率的主要原因是，当光从OLED的有机层中以比临界角大的角度射出时，在如ITO电极层的高折射率层和如基板的低折射率层之间的界面处发生全内反射，由此阻挡了光从OLED射出来。这样，由于界面处的全内反射，使得来自有机发光层的光大约只有1/4可以出射到OLED外。
日本的待审专利公开号No.(昭)63-172691描述了一种用于防止光耦合效率减少的OLED。该OLED包含能够收集光的衬底，例如投影透镜。然而，由于像素对于有机层的发射来说相当小，因此这样的投影透镜不容易形成在衬底上。
日本待审专利公开号No.(昭和)62-172691描述了一种OLED，其中第一电介质层位于透明电极层和发光层之间，第二电介质层形成于该透明电极层上，该第二电介质层具有对应于第一电介质层的折射率和透明电极层的折射率的大约平均值的折射率。
日本待审专利公开号No.(平)1-220394描述了一种OLED，该OLED的底部电极，绝缘层，发光层和顶部电极都形成在衬底上，且用于反射光的反射镜形成于发光层的侧壁上。
然而，由于该发光层非常薄，因此很难在侧壁上安装该反射镜并因此安装该反射镜增加了生产的成本。
为了克服这些问题，日本待审专利公开号No.(平)11-283751描述了一种具有一种有机层或者多种有机层的有机发光装置，所述一种有机层或者多种有机层位于阳极和阴极之间并具有衍射栅格和作为结构元件的波带片。由于通过在彼此具有不同折射率的层之间的界面附近形成衍射栅格来获得散射光，所以从有机层发出的光能够被提取。但是，衍射栅格层的制造过程复杂而且由于该衍射栅格层的表面是曲面，因此很难对该衍射层上所形成的薄层构图，且还需要为填充表面的弯曲部分进行个别的平面化处理。
日本待审专利公开号(平)8-250786，8-213174和10-177896描述了使用光学微腔概念的OLED。
该OLED具有位于玻璃衬底和ITO电极之间的多层半透明反射镜且该半透镜反射镜与用作反射层的金属阴极连接在一起，以起到光学共振器的作用。该半透明反射镜由具有高折射率的TiO2层和具有低折射率的SiO2层依次构成的多层形成。反射率可以通过改变该多层中层的数量来控制并由此产生了光学空腔。当构成该半透明反射镜的层数增加时，反射性能得以改善。然而，为了控制具有特殊波长的光的反射率，必须精确选择所要设置的层的数量和厚度。由此，使得OLED的生产过程复杂化。OLED具有高亮度和高色纯度，但是视角小且频谱窄。
在彩色显示器中，层的厚度以及腔的深度等必须根据红、绿、蓝色而变化。因此，使得制造过程复杂而且成本高。
发明内容
本发明提供一种发光装置，该装置具有简单的结构并且能够以简单的过程来制造，其具有增强的光耦合效率和亮度，并且能够降低光学谐振对视角和发射光谱的负面影响。
下面将详细地描述本发明的其它特征，且部分特征将从描述中显而易见或者通过实践本发明而了解。
本发明公开了一种发光装置，包含：基底，设置在该基底上的发光二极管，与发光二极管分离并诱导发射自发光二极管的光谐振的光学谐振层，以及设置在光学谐振层和发光二极管之间的中间层。
本发明还公开了一种发光装置，包括基底，设置在该基底上的发光二极管，设置在该发光二极管和基底之间并诱导发射自发光二极管的光谐振的光学谐振层，以及设置在光学谐振层和发光二极管之间的中间层。
本发明还公开了一种发光装置，包括：基底，设置在该基底上的发光二极管，设置在该发光二极管上并诱导发射自发光二极管的光谐振的光学谐振层，以及设置在光学谐振层和发光二极管之间的中间层。
应该理解的是，前面的大体描述和下面的详细描述都是示范性和解释性的，且意在对本发明所要求保护的内容提供进一步地解释。
附图说明
所包含的附图用以对本发明提供进一步理解，并结合于此组成本说明书的一部分来解释本发明的实施例，并结合说明书来解释本发明的基本原理。
图1示出了根据本发明一个实施例的底部发光型有机发光装置的示意性横截面图；
图2示出了根据本发明另一实施例的底部发光型有机发光装置的示意性横截面图；
图3示出了根据本发明又一实施例的顶部发光型有机发光装置的示意性横截面图；
图4示出了根据本发明再一实施例的顶部发光型有机发光装置的示意性横截面图；
图5示出了图1中所示有机发光装置，其中有机谐振层对于每个红色、绿色、蓝色的像素具有不同的厚度；
图6示出了图2中所示有机发光装置，其中有机谐振层对于每个红色、绿色、蓝色的像素具有不同的厚度；
图7示出了根据本发明又一实施例的底部发光型无源矩阵(PM)有机发光装置的横截面示意图；
图8示出了根据本发明又一实施例的底部发光型无源矩阵(PM)有机发光装置的横截面示意图；
图9示出了根据本发明又一实施例的底部发光型有源矩阵(AM)有机发光装置的横截面示意图；
图10示出了根据本发明又一实施例的底部发光型有源矩阵(AM)有机发光装置的横截面示意图；
图11示出了根据本发明又一实施例的顶部发光型有源矩阵(AM)有机发光装置的横截面示意图；
图12示出了第一层厚相对于从实例1中所获得的有机发光装置的效率增长率的图表；
图13示出了第二层厚度相对于从实例2中所获得的有机发光装置的效率增长率的图表；以及
图14示出了第二层厚度相对于从实例3中所获得的有机发光装置的效率增长率的图表。
具体实施方式
下面将参照附图更全面的描述本发明，其中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以体现为多种形式且不应局限为这里所列出的实施例。当然，提供这些实施例是为了使所公开的内容更全面，并更完全地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。在这些附图中，为了清晰，各个层和区域的尺寸和相对尺寸被放大了。
应该理解的是，当称一种元件例如层，薄膜，区域或基底位于另一个元件“上”时，该元件可以直接位于另一个元件上或者其间还存在插入元件。相反，当称一种元件“直接位于”另一元件“上”时，其间就不存在插入元件。
图1示出根据本发明一个实施例的有机发光装置的横截面示意图。
参照图1，该有机发光装置包括由透明材料构成的基底1，形成在该基底1上的光学谐振层2，形成在该光学谐振层2上的中间层3，形成在中间层3上的发光二极管4。密封发光二极管4以防止该发光二极管4受到外界影响的密封部件(没有示出)，例如玻璃，薄层，或者金属盖还可以形成在发光二极管4上。以下，在本发明随后的实施例中，将解释有机发光装置的示意性结构，其中省略了密封部件。
基底1由包括SiO2作为主要成分的透明玻璃制成。该有机发光装置还可以包括透明基底1上的缓冲层(没有示出)以使得该基底1表面平滑且防止杂质元素的渗入。该缓冲层由SiO2和/或SiNx等制成。基底1可以由透明塑料制成，但是并不限制于上述提到的材料。
发光二极管4包括第一电极层41和第二电极层43，该两个电极彼此相对设置，发光层42设置在第一电极层41和第二电极层43之间。
第一电极层41由透明导电材料制成，例如氧化铟锡(ITO)，氧化铟锌(IZO)，In2O3和ZnO并具有使用光刻方法形成的预定图案。该第一电极层41在无源矩阵型(PM)有机发光装置的情况中以预定距离彼此间隔的条形形状构图或者在有源矩阵(AM)型有机发光装置中以与像素相对应的形式构图。该有源矩阵(AM)型装置还包括薄膜晶体管层(TFT)，其在第一电极层41下的基底1上具有至少一个TFT且该第一电极层41电连接于TFT层。关于PM和AM型装置的典型实施例将在后面详细描述。
该第一电极层41与外端子连接(没有示出)并且起到阳极的作用。
第二电极层43形成于第一电极层41上。该第二电极层43可以是反射电极且由例如铝，银或者钙制成。第二电极层43连接于第二外电极端子(没有示出)并起到阴极的作用。
第二电极层43在PM型装置中以垂直于第一电极层41图形的条形形式形成或者在AM型装置中以与像素对应的形式形成。在AM型装置中，该第二电极层43以覆盖全部区域(其中形成图像)的方式形成。下面将详细地描述针对PM和AM型装置的典型实施例。
通过电驱动第一电极层41和第二电极层43来使位于第一电极层41和第二电极层43之间的发光层42发光。根据发光层42的类型可以将发光装置分为有机发光装置或者无机发光装置。
在有机发光装置中，该发光层42可以由小分子的有机材料或聚合物材料来制成。
当该发光层42是由小分子有机材料制成的小分子有机层时，该发光层42可以具有这样的结构，其中空穴传输层和空穴注入层在第一电极41的方向上层叠在有机发光层上(EML)上，且电子传输层和电子注入层在第二电极层43的方向上层叠在EML上。除了空穴传输层、空穴注入层、电子传输层和电子注入层，也可以层叠其它层。
可以使用的小分子有机材料的实例包括但是不限制于铜酞菁(CuPc)，N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-二苯基-联苯胺(NPB)，和三-8-羟基喹啉铝(Alq3)。
当该发光层42是由聚合物材料制成的聚合物有机层时，该发光层42可以具有这样的结构，其中只有空穴传输层在第一电极41的方向上层叠在EML上。可以利用聚-(2，4)-乙烯基-二羟基噻吩(PEDOT)或聚苯胺(PANI)等使用例如喷墨印刷或者旋涂来在第一电极层41上形成聚合物空穴传输层。高分子量有机材料的实例包括，但是不限制为，聚对苯基乙烯(PPV)，可溶性的PPV，氰基-PPV和聚芴。可以使用常规的方法例如喷墨印刷，旋涂或者使用激光器的热转印方法来形成彩色图案。
在无机发光装置中，该发光层42可以由碱土钾硫化物制成，例如，ZnS，SrS，CaS，CaCa2S4，SrCa2S4，BaAl2S4和发射中心元素，例如过渡金属或者碱土金属，例如，Mn，Ce，Tb，Eu，Tm，Er，Pr，Pb，且绝缘层位于发光层42和第一电极层41之间以及发光层42和第二电极层43之间。
在图1所示的实施例中，从发光二极管4的发光层42发出的光沿图1中示出的箭头指示的方向朝向基底1射出。
在图1所示的实施例中，诱导从发光二极管4发出的光谐振的光学谐振层2位于基板1和发光二极管4之间。中间层3如所示插入在光学谐振层2和发光二极管4之间。然而，本发明包括其中中间层3没有插入在光学谐振层2和发光二极管4之间的实施例情况。
该光学谐振层2包括第一层21和第二层22，在远离发光二极管4的方向上依次层叠。
第二层22具有比第一层21更高的折射率。该第二层22的折射率比第一层21的折射率高大约0.2或更多。
第一层21具有大约1.0到1.6的折射率。该第一层21可由纳米多孔硅石(NPS)，硅氧烷，氟化镁(MgF2)，氟化钙(CaF2)，硅石气凝胶，氧化硅(SiO2)或所销售的商标为TEFLON
Figure S05123018420051226D000071
的合成树脂含氟聚合物制成。
该NPS具有多个小孔可以吸收潮气和氧气且同时保持其透明。由于吸收的潮气会不利地影响有机发光装置的寿命，因此该NPS层可以是疏水的。
可以使用各种方法来制造NPS层。下面描述一种方法。
首先，通过混合0.3g的表面活性剂和0.6g的溶剂来获得第一混合物。该表面活性剂是聚合物且溶剂是丙醇与丁醇以1∶2比例混合的混合物。第二混合物是通过混合5g的四-乙基-邻-硅酸盐(TEOS)，10.65g的溶剂和1.85g的HCl来获得的。
搅拌第二混合物大约一个小时并将2.1g的第二混合物与第一混合物混合来获得第三混合物。然后，将第三混合物涂敷在基底上。涂敷可以通过，例如旋涂，喷涂或者粘辊涂敷来进行。旋涂以2000转数/分(rpm)进行大约30秒。然后，将该涂敷后的基底在室温下老化大约24小时或者在40℃和50℃之间老化大约5个小时。为了形成小孔来吸收潮气，将所老化的基底放在烤炉中在400℃烘烤大约2小时，由此烧制该聚合物。所获得的NPS层具有大约100nm到400nm的厚度。上述过程可以重复以形成具有理想厚度的薄层。公开了上述材料的量以表示材料的比例以及可以按比例调整以制造理想量的NPS层。
在另一种方法中，将氨(NH4OH)添加到30g的水中以使该水碱性化，在该碱性化的水中添加10g四乙基-邻-硅酸盐(TEOS)。加热该最终混合物大约三个小时或者更久同时搅拌使其水解以及缩聚。然后将酸例如有机酸或者无机酸添加到该最终溶液中。
为了增加其稳定性，将30％按重量计算的13.2g的水溶性丙烯酸树脂添加到该最终混合物中并搅拌，由此获得均匀的溶液。
将该均匀溶液涂敷在基底上并以180转数/分进行粘锟涂敷120秒，然后，将涂敷完的基底在烘箱中干燥大约2分钟以除去涂敷残留的溶液。可重复上述过程以增加所获得层的厚度。
将最终产物在500℃加热大约30分钟以除去聚合物、有机材料并且固化该硅石。公开了上述材料的量以表示材料的比例并可以按比例调整以制造理想量的NPS层。
所获得的NPS层包括多个小孔。这些小孔大体上具有大约1nm到50nm的大小。可以通过调整第一混合物中所使用的聚合物的大小来控制这些小孔的尺寸。小孔的密度可以是大约80％。可以使用例如上述的旋涂、喷涂或者粘辊涂敷来形成该NPS层。
第二层22具有大约1.6到2.3的折射率。该第二层22可以由例如氮化硅(Si3N4)，氧化钛(TiO2)，二氧化铪(HfO2)，氧化铌(Nb2O5)，氧化钽(Ta2O5)，氧化锑(Sb2O3)，合成聚合物或者苯并环丁烯(BCB)制成。
中间层3可以由其折射率在第一层21的折射率和第二层22的折射率之间的材料制成。该中间层3可具有大约1.3到2.3的折射率。该中间层3可以由氧化硅(SiO2)，BCB，氮化硅(Si3N4)或者所销售的商标为ORMOCER
Figure S05123018420051226D000081
的混合无机-有机聚合物制成。制造中间层3所使用的材料可以是比制造第一层21的材料密度更大的材料。尽管图中所示的和这里所描述的所有实施例都包括中间层，但是该中间层是可选择的层，并且本发明的任一实施例都可以不具有该层。
光学谐振层2诱导发射自发光层42的光学谐振。参照图1，该光学谐振在第二电极层43的底面和界面之间产生，该界面在由低折射率材料制成的第一层21和由高折射率材料制成的第二层22之间，且进一步该光学谐振在第二电极层43的底面和界面之间，而该界面在第二层22和基底1之间。
由于光学谐振，从发光二极管4的发光层42发出的光可以轻易地提取到显示器外，由此增加了发光效率。光学谐振在发光二极管4外产生，并通过调节谐振表面的反射率来控制视角。
参照图1，谐振厚度可以由t1和t2来表示，其可以从下面的等式中获得：
t1＝(nλ)/2，
t2＝(2n+1)λ/4，
其中
t1是从第二电极层43的底面到第一层21和第二层22之间界面的距离；
t2是从第二电极层43的底面到第二层22和基底1之间界面的距离；
n是正整数；且
λ是从发光层42发出的光的波长。
可以通过调节第一层21和中间层3中的至少一层的厚度来控制t1，且可以通过调节第二层22的厚度来控制t2。
在本发明的实施例中，中间层3起到钝化层的作用，其插入在光学谐振层2和发光二极管4之间且避免基底1中的氧气和潮气渗入到发光二极管4中或者起到平面化光学谐振层2表面的作用。除了这些功能，该中间层3还具有其它功能。例如，由于中间层3和具有低折射率的第一层21之间的界面处的全反射，会发生光学谐振。
参照图2中所示的实施例，光学谐振层2可以只包括第一层21。组成第一层21的材料与上面描述的相同。
在图2所示的实施例中光学谐振在第二电极层43的底面和第一层21与基底1之间的界面之间发生，其中所述第二电极层的底面是第二电极43和发光层42之间的反射界面。
谐振厚度由t3来表示。t3可以从下面的等式中获得：
t3＝(nλ)/2，
其中
t3是从第二电极层43的底面到第一层21的底面之间的距离；
n是正整数；且
λ是从发光层42发出的光的波长。
可以通过调节第一层21和中间层3中的至少一层的厚度来控制t3。
在图1和2所示的实施例中，对底部发光型有机发光装置进行了说明，其中光是沿朝向基底1的方向发射，但是本发明并不局限于此。
图3示出了根据本发明另一实施例的顶部发光型有机发光装置的示意性横截面图。
参照图3，光学谐振层2如图1所示的包括第一层21和第二层22。与图1所说明的实施例不同，发光二极管4是形成在基底1上，中间层3是形成在发光二极管4上，且该第一层21和第二层22依次形成在中间层3上。
发光二极管4的第一电极41包括第一反射电极411和第一透明电极412。第一反射电极411由Ag，Mg，Al，Pt，Pd，Au，Ni，Nd，Ir，Cr或它们的任一化合物制成。第一透明电极412由具有高功函数的材料制成，例如ITO，IZO，ZnO，In2O3。
第二电极层43可以是透明电极以及可以包括具有低功函数的第二金属电极431和形成在该第二金属电极431上的第二透明电极432。第二金属电极431可由Li，Ca，LiF/Ca，LiF/Al，Al，Mg或其任何的化合物制成。第二透明电极432可以由ITO，IZO，ZnO，In2O3制成。
由此，在第一反射电极411的顶面和界面之间产生光学谐振，该界面是第一层21和第二层22之间的界面，且进一步在第一反射电极411的顶面和第二层22的顶面之间产生光学谐振。
参照图3，谐振厚度可以由t4和t5来表示，t4和t5可以从下面的等式中获得：
t4＝(nλ)/2，
t5＝(2n+1)λ/4，
其中
t4是从第一反射电极411的顶面到第一层21和第二层22之间界面的距离；
t5是从第一反射电极411的顶面到第二层22顶面的距离；
n是正整数；且
λ是从发光层42发出的光的波长。
可以通过调节第一层21和中间层3中的至少一层的厚度来控制t4，且可以通过调节第二层22的厚度来控制t5。
图4示出了根据本发明另一实施例的顶部发光型有机发光装置的横截面示意图。
参照图4，光学谐振层2只包括如图2的第一层21。除了光学谐振层2以外的其它组成元件与图3中实施例的相同，对该部分的详细描述不再重复。
在图4所示的实施例中，在第一反射电极411的顶面和第一层21的顶面之间发生光学谐振。
谐振厚度可以由t6来表示，t6可以从下面的等式中获得：
t6＝(nλ)/2，
其中
t6是从第一反射电极层411的顶面到第一层21顶面的距离；
n是正整数；且
λ是从发光层42发出的光的波长。
可以通过调节第一层21和中间层3中的至少一层的厚度来控制t6。
图5示出了图1中所示的有机发光装置，其中发光层42包括红色发光层421，绿色发光层422和蓝色发光层423，由此形成红色像素(R)，绿色像素(G)，和蓝色像素(B)。
由于每个R，G，B像素的发光区域都具有不同的发射光谱和波长，因此能够相应地选择可使每个像素的效率最大化的谐振厚度。因此，为了最大化所有R，G，B像素的发光效率，必须根据像素的颜色将第一层21和第二层22形成为具有不同的厚度，这样就形成了能够为每个像素提供最大化发光效率的谐振厚度。
为了完成上述目的，利用例如，等离子增强化学气相沉积(PECVD)来将由Si3N4制成的第二层22形成在基底1上并且使用光致抗蚀剂作为蚀刻掩模利用常规的干蚀刻来在第二层22上形成阶梯差，由此使第二层22对应于每个R，G，B像素具有不同的厚度。然后，通过在该第二层22上旋转涂敷第一层21来平面化该表面，由此获得图5中所示的结构。
图6示出了图2中所示的有机发光装置，其中发光层42包括红色发光层421，绿色发光层422，和蓝色发光层423，由此形成红色像素(R)，绿色像素(G)，和蓝色像素(B)。
由于R，G，B像素的每个发光区域都具有不同的发射光谱和波长，因此能够相应地选择可使每个像素的效率最大化的谐振厚度。因此，为了最大化所有R，G，B像素的发光效率，必须根据像素的颜色将第一层21形成为具有不同的厚度，这样就形成了能够为每个像素提供最大化发光效率的谐振厚度。
为了完成上述目的，将第一层21形成在基底1上并在第一层21上形成阶梯差，由此使第一层21对应于每个R，G，B像素具有不同的厚度。然后，通过形成中间层3平面化该表面。
尽管这些图中没有示出这些实施例，但是仍可以将分别在图6和5中示出的第一层21和第二层22对于每种像素所具有的不同厚度应用到例如图3和4中所示的顶部发光型发光装置中。
图7和图8示出了根据本发明又一实施例的底部发光型无源矩阵(PM)有机发光装置的横截面示意图。
参照图7，光学谐振层2包括第一层21和第二层22，从发光二极管4发出的光沿着朝向基底1的方向发射。光学谐振层2位于基底1和发光二极管4之间。中间层3位于光学谐振层2和发光二极管4之间。
第一电极层41以条形方式在中间层3上设置，而内部绝缘层44形成在第一电极层41上，由此该内部绝缘层44将第一电极层41分割为栅格(lattice)的形式。隔板45垂直第一电极层41形成并可构图发光层42和第二电极层43。由于隔板45，发光层42和第二电极层43可以垂直第一电极层41构图。
如图7中所示的，光学谐振层2对于每个像素具有相同的厚度。然而，如图8中所示，该光学谐振层2对于每个像素R，G，B具有不同的厚度。可以针对每个像素来选择并制造厚度以实现如上面图5中所描述的发光效率的最大化，这里将不在描述。
图9和10示出了根据本发明又一实施例的底部发光型有源矩阵(AM)有机发光装置的横截面示意图。
如图9中所示，光沿着基底1的方向发射，该基底对于每个像素具有至少一个薄膜晶体管(TFT)。
特别是，缓冲层11形成在基底1上，TFT和电容器Cst形成在该缓冲层11上。
具有预定图案的有源半导体层12形成在缓冲层11上。由SiO2或者SiNx制成的栅绝缘层13形成在有源层12上，栅电极14形成在栅绝缘层13的一部分上。栅电极14与施加TFT开/关信号到该栅电极14上的栅线相连接(没有示出)。中间绝缘层15形成在栅电极14上，并且分别形成源/漏电极16以通过接触孔与有源层12的源/漏区域相接触。电容器Cst的一个电极17a与栅电极14同时形成，电容器Cst的另一个电极17b与源/漏电极16同时形成。可以以多种方式改进该TFT和电容器Cst的结构。
可通过在TFT和电容器Cst上覆盖钝化层来保护它们。如图9所示，光学谐振层2的第二层22就起钝化层的作用。特别地，该由Si3N4制成的第二层22可通过使用PECVD方法来形成。
第一层21形成在第二层22上。该第一层21由上述低折射率材料中具有高透射率的材料制成。然后，形成中间层3以覆盖该第一层21。
起到阳极作用的第一电极层41形成在中间层3上，然后形成由有机材料制成的像素限定层46来覆盖该第一电极层41。然后，在该像素限定层46上形成开孔，在由该开孔限定的区域中形成发光二极管4的发光层42。接下来，形成第二电极层43来覆盖这些像素。
在所述的AM型发光装置中，通过在TFT上形成光学谐振层2和中间层3就能够获得本发明上述的效果。
可以以多种方式来改进该AM型发光装置的结构。例如，如图10所示，作为钝化层18，可以使用低折射率的含甲基的硅酸盐(MSQ)层来代替图9中所示的第二层22。在这种情况中，可以使用第二层22和第一层21来覆盖该钝化层18，并且中间层3可以依次地形成在第一层21上。其它组成元件与图9描述相同。
图11示出了根据本发明又一实施例的顶部发光型AM有机发光装置的横截面示意图。
如图11所示，光从远离基底1的方向射出。TFT和电容器Cst的结构与图10中所示的和上面所描述的相同。
钝化层18形成在TFT和电容器上以平面化表面。钝化层18具有由无机、有机材料或者它们的组合制成的单层或多层结构。
反射型的、具有预定图案的第一电极层41形成在钝化层18上，像素限定层46形成在钝化层18上以覆盖第一电极层41的边缘。
然后，通过像素限定层46的开口形成发光层42，并且形成第二电极层43以覆盖发光层42和像素限定层46。该第二电极层43可以是如上述的透明电极，且可以包括具有低功函数的第二金属电极431和形成在第二金属电极431上的第二透明电极432。
中间层3和光学谐振层2依次形成在第二电极层43上。
在这种结构中，中间层3和光学谐振层2对于发光装置4也起到钝化层的作用。
在根据图7到图11中所示的实施例的PM和AM型装置中，光学谐振层2包括第一层21和第二层22，但是本发明并不局限于这些结构。其中光学谐振层2只包括第一层21的结构也包含在本发明的范围内。
在图9到11所示的实施例中，只示出了单独的像素。如图1所示其中光学谐振层2和中间层3中至少一个对于每个像素具有不同厚度的结构也可以应用于彩色显示器中，其中该显示器中的每个像素具有不同的颜色。
以下，参照下面的实例将更加详细地描述本发明。
实例1
制备具有4个发光区域的测试单元来用于评估，其中每个发光区域具有2mm×3mm的大小。首先，清洁玻璃基底，将具有10nm或更小的孔尺寸的NPS涂敷在该玻璃基底上。
然后，将涂敷后的基底放在烘烤箱中400℃热处理1小时，由此形成第一层21。所获得的第一层21具有1.2的折射率，第一层21针对四个区域的厚度分别为0，100，230和300nm。然后，使用溅射法将由SiO2制成的中间层3沉积到20nm厚。该中间层3具有1.45的折射率。当使用多孔材料作为第一层21的材料时，该多孔材料通常吸收来自空气中的潮气，这些潮气会影响有机发光装置的寿命。因此，在沉积SiO2之前，将基底在沉积室内150℃烘烤10分钟以彻底地除去从第一层21吸收的潮气。中间层3由沉积的SiO2构成以起到防止潮气渗入到该多孔材料中的钝化层的作用。形成该中间层3以后，使用溅射法将由ITO制成的第一电极层41形成为80nm厚。接下来，使用常规的像素构图处理和聚酰亚胺来形成发光区域，然后使用沉积器将作为OLED组成元件的有机发光层42(由绿色荧光发光有机材料制成)沉积到发光区域且，将作为金属阴极的第二电极层43形成在发光层42上。然后，使用玻璃基底将最终结构的表面密封以获得测试单元元件。所获得的测试单元具有与图2所示的实施例相似的结构。
图12示出了第一层厚度相对于从实例1中所获得的有机发光装置的效率增长率的图表。
在图12中，圆点表示使用实例1中所制备的单元中的四个发光区域所确定的值。曲线和方形数据点表示模拟的结果，其反映了如图2中所示的对于给定的谐振厚度t3获得的发光效率的等式。
图12中第一层21厚度为0nm的数据点I对应于没有第一层21或中间层3的常规结构(比较实例(I))。通过只改变第一层21的厚度可获得该模拟的结果，但是不改变厚度为20nm的中间层3的厚度。由此，所计算出的效率超过了比较实例(I)效率的120％，其中该实例中即没有第一层21也没有中间层3。
测量该装置的前面亮度同时以30mA/cm2的恒定电流密度驱动该装置并评估发光效率。结果，根据本发明的一个实施例在该装置的(II)，(III)和(IV)结构中，在实例1的情况下效率增长到其最大值的1.75倍，并还确定了结构(II)，(III)和(IV)可增长有机发光装置的效率。
实例2
在该实例中，制造发光装置，其中光学谐振层2包括第一层21，第二层22，并且其基本机构与图1中实施例所说明的相同。
在所述结构中，除了在形成第一层21之前使用PECVD在基底1上形成由Si3N4制成的第二层22以外，其它以与实例1中相同的方式制备测试单元。所形成的第二层22具有2.0的折射率。
图13示出了实例2中所获得的有机发光装置的效率比与第二层厚度相比较的图表。三条曲线表示当第一电极层41，中间层3和第一层21的厚度分别为140nm，20nm和340nm并且第二层22的厚度可从100nm变化到400nm时效率比的模拟结果。
实例3
获得与如实例2所制备的装置具有相似结构的发光装置。然而，在实例3中，第一电极层41，中间层3和第一层21的厚度分别为160nm，20nm和300nm，并且第二层的厚度从100nm变化到400nm。图14中所示的三条曲线表示相对于第二层厚度的效率比的模拟结果。
在实例2中，如图13所说明的，在红色(R)，蓝色(B)像素中效率大大增长。在实例3中，如图14所说明的，在第二层22的所有厚度处R和B像素中的效率增长，对于模拟厚度的大部分处G像素中的效率增长。
对实例2(图13)中获得的第二层22具有260nm厚度的装置以及对用作比较实例(I)(图12)的装置的色彩坐标进行了估算，结果在表 1中示出。
表1
实例2(x，y)的色彩坐标     比较实例(I)(x，y)的色彩坐标
红色     0.665，0.334     0.647，0.352
蓝色     0.173，0.300     0.172，0.278
绿色     0.316，0.635     0.297，0.652
从表1中可以确定实例2和比较实例(I)的色彩坐标之间没有大的不同。
如上所述，本发明并不局限于有机和无机发光装置，也可以应用到使用LCD或电子发射设备例如发光二极管的其它平板显示器中。
根据本发明，该发光装置具有下述优点。
第一，通过形成具有简单结构的光学谐振层可以放大从发光二极管发出的光，由此增加了光的耦合效率。
第二，可以以更简单的形式制造谐振结构并更加简化整个制造过程。
第三，在没有增加视角损失的情况下由于光学谐振效应，能够增加亮度。
第四，能够增加发光效率。
在不脱离本发明的精髓和范围的情况下，可以对本发明进行多种改进和变化，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明意在囊括所附权利要求范围内的对本发明进行的改进和变化以及它们的等同物。

Claims (60)

1.一种发光装置，包括：
基底；
设置在该基底上的发光二极管；
与该发光二极管隔开并使得从该发光二极管发射的光产生光谐振的光学谐振层；和
设置在该光学谐振层和该发光二极管之间并具有平面化上表面的中间层；
其中，该光学谐振层包括第一层和第二层，该第一层设置在该第二层和该发光二极管之间，而该第二层具有比该第一层更高的折射率；
该第二层具有比该第一层高0.2或更多的折射率；
该第一层具有范围在1到1.6之间的折射率；
该第二层具有范围在1.6到2.3的折射率；
该中间层具有范围在1.3到2.3的折射率。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一层包括纳米多孔硅石、硅氧烷、氟化镁、氟化钙、聚四氟乙烯、硅石气凝胶或者氧化硅。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第二层包括氮化硅、氧化钛、二氧化铪、氧化铌、氧化钽、氧化锑、合成聚合物或者苯并环丁烯。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中，该中间层由比该第一层密度更大的材料构成。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中，该中间层包括改性陶瓷、氧化硅、苯并环丁烯或者氮化硅。
6.如权利要求1所述的发光装置，其中：
发光二极管包括一对彼此相对的电极和设置在该对电极之间的发光层，
该对电极中的一个电极包括将反射从发光层发出的光的反射层，并且
该光学谐振层与该反射层相对，且发光层设置在该两层之间。
7.如权利要求6所述的发光装置，满足等式1：
t1＝(nλ)/2            ……(1)
其中，
t1是从该反射层的反射界面到该第一层和该第二层之间的界面的距离；
n是正整数；以及
λ从该发光层发出的光的波长。
8.如权利要求7所述的发光装置，其中，通过调节该第一层和该中间层中的至少一层的厚度来控制t1。
9.如权利要求6所述的发光装置，满足等式2：
t2＝(2n+1)λ/4            ……(2)
其中，
t2是从该反射层的反射界面到该第二层外表面的距离；
n是正整数；且
λ是从该发光层发出的光的波长。
10.如权利要求9所述的发光装置，其中，通过调节该第二层的厚度来控制t2。
11.如权利要求1所述的发光装置，其中，该基底包括至少一个与该发光二极管电连接的薄膜晶体管。
12.如权利要求1所述的发光装置，其中，该发光二极管包括分别包含红色、绿色和蓝色发光层的红色、绿色和蓝色像素，且该光学谐振层对于红色、绿色和蓝色像素中的每一种颜色具有不同的厚度。
13.如权利要求1所述的发光装置，其中，该发光二极管是有机发光二极管。
14.如权利要求1所述的发光装置，其中，该发光二极管是无机发光二极管。
15.一种发光装置，包括：
基底；
设置在该基底上的发光二极管；
与该发光二极管隔开并使得从该发光二极管发射的光产生光谐振的光学谐振层；和
设置在该光学谐振层和该发光二极管之间并具有平面化上表面的中间层，
其中，该光学谐振层包括具有折射率范围在1到1.6的第一层，并且该中间层具有范围在1.3到2.3的折射率。
16.如权利要求15所述的发光装置，其中，该第一层包括纳米多孔硅石、硅氧烷、氟化镁、氟化钙、聚四氟乙烯、硅石气凝胶或者氧化硅。
17.如权利要求15所述的发光装置，其中，该中间层包括改性陶瓷、氧化硅、苯并环丁烯或者氮化硅。
18.如权利要求15所述的发光装置，其中：
该发光二极管包括一对彼此相对的电极和设置在该对电极之间的发光层，
该对电极中的一个电极包括将反射从该发光层发出的光的反射层，并且
该光学谐振层与该反射层相对，且该发光层设置在该两层之间。
19.如权利要求18所述的发光装置，满足等式3：
t3＝(nλ)/2        ……(3)
其中，
t3是从该反射层的反射界面到该第一层外表面的距离；
n是正整数；以及
λ是从该发光层发出的光的波长。
20.如权利要求19所述的发光装置，其中，通过调节该第一层和该中间层中的至少一层的厚度来控制t3。
21.一种发光装置，包括：
基底；
设置在该基底上的发光二极管；
设置在该发光二极管和该基底之间并使得从该发光二极管发射的光产生光谐振的光学谐振层；和
设置在该光学谐振层和该发光二极管之间并具有平面化上表面的中间层，
其中，该光学谐振层包括第一层和第二层，该第一层设置在该第二层和该发光二极管之间，而该第二层具有比该第一层更高的折射率；
该第二层具有比该第一层高0.2或更多的折射率；
该第一层具有范围在1到1.6之间的折射率；
该第二层具有范围在1.6到2.3的折射率；
该中间层具有范围在1.3到2.3的折射率。
22.如权利要求21所述的发光装置，其中，该第一层包括纳米多孔硅石、硅氧烷、氟化镁、氟化钙、聚四氟乙烯、硅石气凝胶或者氧化硅。
23.如权利要求21所述的发光装置，其中，该第二层包括氮化硅、氧化钛、二氧化铪、氧化铌、氧化钽、氧化锑、合成聚合物或者苯并环丁烯。
24.如权利要求21所述的发光装置，其中，该中间层由比该第一层密度更大的材料构成。
25.如权利要求21所述的发光装置，其中，该中间层包括改性陶瓷、氧化硅、苯并环丁烯或者氮化硅。
26.如权利要求21所述的发光装置，其中：
该发光二极管包括一对彼此相对的电极和设置在该对电极之间的发光层，
该对电极中的一个电极包括将反射从该发光层发出的光的反射层，并且
该光学谐振层与该反射层相对，且该发光层设置在该两层之间。
27.如权利要求26所述的发光装置，满足等式4：
t4＝(nλ)/2            ……(4)
其中，
t4是从该反射层的反射界面到该第一层和该第二层之间的界面的距离；
n是正整数；以及
λ是从该发光层发出的光的波长。
28.如权利要求27所述的发光装置，其中，通过调节该第一层和该中间层中的至少一层的厚度来控制t4。
29.如权利要求26所述的发光装置，满足等式5：
t5＝(2n+1)λ/4……(5)
其中，
t5是从该反射层的反射界面到该第二层外表面的距离；
n是正整数；且
λ是从该发光层发出的光的波长。
30.如权利要求29所述的发光装置，其中，通过调节该第二层的厚度来控制t5。
31.如权利要求21所述的发光装置，其中，该基底包括至少一个与该发光二极管电连接的薄膜晶体管。
32.如权利要求21所述的发光装置，其中，该发光二极管包括分别包含红色、绿色和蓝色发光层的红色、绿色和蓝色像素，且该光学谐振层针对红色、绿色和蓝色像素中的每一种颜色具有不同的厚度。
33.如权利要求21所述的发光装置，其中，该发光二极管是有机发光二极管。
34.如权利要求21所述的发光装置，其中，该发光二极管是无机发光二极管。
35.一种发光装置，包括：
基底；
设置在该基底上的发光二极管；
设置在该发光二极管和该基底之间并使得从该发光二极管发射的光产生光谐振的光学谐振层；和
设置在该光学谐振层和该发光二极管之间并具有平面化上表面的中间层，
其中，该光学谐振层包括具有折射率范围在1到1.6的第一层，而该中间层具有范围在1.3到2.3的折射率。
36.如权利要求35所述的发光装置，其中，该第一层包括纳米多孔硅石、硅氧烷、氟化镁、氟化钙、聚四氟乙烯，硅石气凝胶或者氧化硅。
37.如权利要求35所述的发光装置，其中，该中间层包括改性陶瓷、氧化硅、苯并环丁烯或者氮化硅。
38.如权利要求35所述的发光装置，其中：
该发光二极管包括一对彼此相对的电极和设置在该对电极之间的发光层，
该对电极中的一个电极包括将反射从该发光层发出的光的反射层，并且
该光学谐振层与该反射层相对，且该发光层设置在该两层之间。
39.如权利要求38所述的发光装置，满足等式6：
t6＝(nλ)/2……(6)
其中，
t6是从该反射层的反射界面到该第一层的外表面的距离；
n是正整数；以及
λ是从该发光层发出的光的波长。
40.如权利要求39所述的发光装置，其中，通过调节该第一层和该中间层中的至少一层的厚度来控制t6。
41.一种发光装置，包括：
基底；
设置在该基底上的发光二极管；
设置在该发光二极管上并使得从该发光二极管发射的光产生光谐振的光学谐振层；和
设置在该光学谐振层和该发光二极管之间并具有平面化上表面的中间层，
其中，该光学谐振层包括第一层和第二层，该第一层设置在该第二层和该发光二极管之间，而该第二层具有比该第一层更高的折射率；
该第二层具有比该第一层高0.2或更多的折射率；
该第一层具有范围在1到1.6之间的折射率；
该第二层具有范围在1.6到2.3的折射率；
该中间层具有范围在1.3到2.3的折射率。
42.如权利要求41所述的发光装置，其中，该第一层包括纳米多孔硅石、硅氧烷、氟化镁、氟化钙、聚四氟乙烯、硅石气凝胶或者氧化硅。
43.如权利要求41所述的发光装置，其中，该第二层包括氮化硅、氧化钛、二氧化铪、氧化铌、氧化钽、氧化锑、合成聚合物或者苯并环丁烯。
44.如权利要求41所述的发光装置，其中，该中间层由比该第一层密度更大的材料构成。
45.如权利要求41所述的发光装置，其中，该中间层包括改性陶瓷、氧化硅、苯并环丁烯或者氮化硅。
46.如权利要求41所述的发光装置，其中：
该发光二极管包括一对彼此相对的电极和设置在该对电极之间的发光层，
该对电极中的一个电极包括将反射从该发光层发出的光的反射层，并且
该光学谐振层与该反射层相对，且该发光层设置在该两层之间。
47.如权利要求46所述的发光装置，满足等式7：
t7＝(nλ)/2……(7)
其中，
t7是从该反射层的反射界面到该第一层和该第二层之间的界面的距离；
n是正整数；以及
λ是从该发光层发出的光的波长。
48.如权利要求47所述的发光装置，其中，通过调节该第一层和该中间层中的至少一层的厚度来控制t7。
49.如权利要求46所述的发光装置，满足等式8：
t8＝(2n+1)λ/4……(8)
其中，
t8是从该反射层的反射界面到该第二层底面的距离；
n是正整数；且
λ是从该发光层发出的光的波长。
50.如权利要求49所述的发光装置，其中，通过调节该第二层的厚度来控制t8。
51.如权利要求41所述的发光装置，其中，该基底包括至少一个与该发光二极管电连接的薄膜晶体管。
52.如权利要求41所述的发光装置，其中，该发光二极管包括分别包含红色、绿色和蓝色发光层的红色、绿色和蓝色像素，且该光学谐振层针对红色、绿色和蓝色像素中的每一种颜色具有不同的厚度。
53.如权利要求41所述的发光装置，其中，该发光二极管是有机发光二极管。
54.如权利要求41所述的发光装置，其中，该发光二极管是无机发光二极管。
55.一种发光装置，包括：
基底；
设置在该基底上的发光二极管；
设置在该发光二极管上并使得从该发光二极管发射的光产生光谐振的光学谐振层；和
设置在该光学谐振层和该发光二极管之间并具有平面化上表面的中间层，
其中，该光学谐振层包括具有折射率范围在1到1.6的第一层，并且该中间层具有范围在1.3到2.3的折射率。
56.如权利要求55所述的发光装置，其中，该第一层包括纳米多孔硅石、硅氧烷、氟化镁、氟化钙、聚四氟乙烯、硅石气凝胶或者氧化硅。
57.如权利要求55所述的发光装置，其中，该中间层包括改性陶瓷、氧化硅、苯并环丁烯或者氮化硅。
58.如权利要求55所述的发光装置，其中：
该发光二极管包括一对彼此相对的电极和设置在该对电极之间的发光层，
该对电极中的一个电极包括将反射从该发光层发出的光的反射层，并且
该光学谐振层与该反射层相对，且该发光层设置在该两层之间。
59.如权利要求58所述的发光装置，满足等式9：
t9＝(nλ)/2……(9)
其中，
t9是从该反射层的反射界面到该第一层外表面的距离；
n是正整数；以及
λ是从该发光层发出的光的波长。
60.如权利要求59所述的发光装置，其中，通过调节该第一层和该中间层中的至少一层的厚度来控制t9。
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