CN1875501A - 具有应变消除层、减反射层和阻挡层的有机发光的器件/二极管结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机发光的器件/二极管结构，该结构包括至少一个基本挠性的基片；至少一层位于所述基片和所述有机发光的器件/二极管结构之间的阻挡层；以及至少一层位于所述有机发光的器件/二极管结构和显示器表面之间的减反射(AR)层。该阻挡层可包括多达10个层叠体，其中各层叠体包括一介电层和一吸光层。可在所述阻挡层上设置另一个挠性基片。
Description
背景
有机发光的器件/二极管(OLED)是经常由电致发光聚合物和小分子结构制成的发光器件。这种器件作为显示器和其他用途中常规光源的代替光源，已经获得了广泛的重视。具体来说，OLED基显示器可用来代替液晶(LC)显示器，这是由于LC材料和结构的制造在形式上往往更为复杂，应用中的所受的限制更大。
有益的是，OLED基显示器不像LC显示器那样需要光源(背光)。同样的，OLED是本身具有的光源，因此比相应的LC器件更为紧凑。另外，OLED基显示器在很广泛的条件下保持可视性。另外，OLED基显示器不像LC显示器那样依赖于固定的单元间隙，其单元间隙是可调的。
尽管OLED至少能够为用于显示器和其它用途的光源提供上述优点，但是迄今为止仍然有一些问题和限制减少了它们的普遍应用。OLED材料和器件的一个缺点是它们对环境污染很敏感。具体来说，使OLED显示器暴露于水蒸气或氧气时，OLED的有机材料和结构部分会受到损害。对于前者，暴露于水蒸气和氧气会降低有机电致发光材料本身的发光能力。对于后者，例如OLED显示器中通常使用的金属阴极暴露于这些污染物，随着时间的推移会产生“黑点”区，降低OLED器件的使用寿命。因此，宜对OLED显示器及其组件和材料进行保护，使其不至于与水蒸气和氧气之类的环境污染物接触。
为了尽量减少环境污染，已知的OLED显示器通常在刚性厚玻璃基片上制造，并具有在边缘密封的玻璃罩或金属罩。然而，经常需要在重量轻的挠性基片上提供OLED。例如，在此方法中宜使用薄的塑料(例如聚合物)基片。不幸的是水蒸气和氧气易渗透过聚碳酸酯之类的塑料基片，这是无法接收的。已知的湿气和氧气阻挡层经常很脆，因此不能用作挠性基片。最后，已经考虑使用很厚的聚合物介电材料层作为阻挡层。然而，这样使用的已知厚层材料会使所需的平面屏幕产生弯曲。因此，这些材料也不适合用于挠性基片OLED显示器。
除了已知结构上述的缺点外，OLED显示器在某些照明条件下可见度的问题也使得已知的OLED结构不适于许多用途。例如，在日光下和其他环境照明亮度很高的情况下，环境光线可能会使得显示器上显示的内容无法辨认。这种情况通常称为“模糊”，限制了OLED在某些显示器用途(例如手提装置)中的应用。
因此需要至少能够克服上述缺点的显示器结构。
简述
根据一示例性实施方式，OLED结构包括基本挠性的基片，至少一层位于所述基片和OLED结构之间的阻挡层，以及至少一层位于所述OLED结构和显示器表面之间的减反射层。
附图简述
结合附图阅读以下详述可充分地理解这些示例性的实施方式。需要强调的是，各种结构不一定是按比例绘制的。为了讨论清楚，尺寸可任意增大或缩小。
图1是根据一实施方式的OLED结构的部分分解图。
图2a是根据一实施方式的阻挡层/减反射涂层/后反射(rear reflection)结构的截面图。
图2b是根据一实施方式的阻挡层/减反射涂层/后反射结构的截面图。
图3是根据一实施方式，在基片前侧(观察侧)的减反射涂层结构的截面图。
图4是根据一实施方式的三层减反射层叠中，反射率与波长的关系图。
图5是根据一实施方式的三层减反射层叠中，反射率与波长的关系图。
详述
在以下详述中，出于说明但非限制的目的，通过实施方式揭示具体细节，以便详尽地了解本发明。然而，本领域普通技术人员应很清楚地了解，也可通过不同于本文所述具体细节的其他实施方式来实现本发明的优点。另外，略去了对众所周知的器件、方法和材料的说明，以免混淆本发明的说明书。
在本文所述的实施方式中，将详细地描述OLED的结构。然而，应当注意这仅仅是说明性的实施。也即是说，本发明也可适用于会产生上述类似问题的其他技术。例如，很明显，包括其他种类光源的光子元件和显示器的实施方式也包括在本发明范围之内。这包括但不限于集成电路和半导体结构。最后，应当注意这些实施方式可用于各种用途中。这些用途包括但不限于手提装置和计算机显示器。
图1显示根据一实施方式的OLED结构100的部分分解图。该OLED结构100包括可有益地透过可见光的基片101。例如，所选用作基片的材料能使基片具有所需的强度，以及观察表面106的耐划痕性能。所述基片10是例如塑料之类的聚合物材料，或者合适的玻璃层，或者是玻璃、聚合物和其它材料的组合。在基片201为聚合物的实施方式中，所述聚合物可以是聚碳酸酯，聚烯烃，聚醚砜(PES)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚酰亚胺等。在一实施方式中，所述聚合物层的厚度约为50-105微米。另外，所述基片可包括纳米复合膜，该复合膜提供位于提供挠性的合适材料之上的隔离水蒸气和氧气的阻挡层。另外，这些材料层可以以各种不同的组合使用。不论是何种组成，基片101优选为挠性的，使得OLED可具有挠性。
优选的是，基片101提供了可在其上设置OLED器件的基底，所述基片101是挠性的。所述基片本身也可以是阻挡层，用来阻挡污染物，例如水蒸气、或氧气或这二者，防止这些污染物到达包括OLED的层102。或者可以在基片101上设置阻挡污染物的另外的一层或多层。在图1的实施方式中，减反射(AR)层107起着阻挡污染物的阻挡层的作用。继续阅读本说明书可以更清楚地看出，在层102上设置了层105，保护着层102，使其免受污染。定量地讲，阻挡层可有效地阻挡水蒸气和氧气，使得该阻挡层的水蒸气渗透性约小于10-6克/平方米/天，氧气渗透性约小于10-5立方厘米/平方米/天。
层102是说明性的包括本发明OLED的多层结构。例如，层102是由电子输送层(ETL)/发光层(EL)/空穴输送层构成的三层层叠体。这些层在图2中未显示，它们通过热蒸发或旋涂沉积，形成OLED结构100的OLED层。层102可以是Burrows等人在″Prospects and applications for organic light-emitting devices″.Current Opinion inSolid State and Materials Science 1997中所述的类型。该文献的内容通过参考结合在本文中。在层102的任一侧设置阳极线103和阴极线104，为OLED提供必需的电压来产生光。这些阳极线和阴极线通常是金属，它们通过标准技术沉积。
阴极线104例如由用于电子注入的低逸出功金属构成。例如，阴极线可以是Ca，Li，Mg或Mg/Ag，Al/Li之类的合金，或者是多层材料，例如LiF/Al，Li2O/Al，CaF/Al结构。阳极线103必须对可见光有足够的透射率。在此实施方式中使用氧化铟锡(ITO)，其表面进行了改性使其具有高逸出功，从而达到所述足够的可见透光性。为此，ITO是涂敷在基片101上的透明导电层。ITO还可通过HTL向EL层注入空穴。这种表面处理可提高逸出功，使得对空穴注入有较低的势垒。
不难理解，封装对OLED基器件的寿命很重要，对于挠性基片上的OLED基器件更是如此。在本文所述的此实施方式中，层105由以交替或层状结构设置的多层薄金属层和透明介电层构成。所述金属层各自的厚度约为1-100纳米，所述透明介电层各自的厚度约为10-300纳米。为了通过抑制环境光线的反射适当地形成黑色背景，以及提供合适的污染物阻挡层，可使用1-10层的层叠体形成105，其中每层层叠体是指一层介电层和一层吸收金属层。
优选的是，将示例性实施方式的层叠体中金属薄层的应力类型调节成拉伸应力或压缩应力，用以补偿层叠体中介电层的应力(通常是压缩应力)。因此，压缩应力膜/拉伸应力膜将消除此应力，以免显示器发生“弯曲”。另外，所述金属膜具有延展性，用作湿气阻挡层的介电层被金属薄层分隔成几个薄层。较佳的是，该结构是挠性的，所述湿气阻挡层不会由于弯曲而破裂。
层105结构的另一有用的方面是其减反射性，以及用作OLED结构101在其中起作用的显示器装置的背面层。也即是说，所述层叠的结构只能置于显示器的背面，在观察面的阻挡层/AR层必须能透射可见光。如本文进一步详述，所述层105可以是包括四分之一波长介电层，反射层和吸光层的层叠体。
最后，应当注意，可以在层105最靠后的面上设置疏水材料层(图1中未显示)，例如合适的疏水聚合物材料层，可以在层105上或疏水层上设置背面基片(back sidesubstract)(未显示)。应当注意，与基片101不同的是，所述背面基片不需要是透明的，因此在选择时可根据其挠性和阻挡污染物的能力，而无需考虑对可见光的透射性。这些材料包括但不限于聚合物、金属、玻璃和本领域技术人员所知的其它材料。
在所述基材最靠近观察面106的面上设置AR层107。该AR层107可有效地防止入射光(例如通过“模糊”效果妨碍对包括OLED结构100的显示器所显示内容观看的环境光)在观察面106上发生反射。也即是说，要充分防止在与OLED的发射方向108相反的方向上有分量的入射光在观察面106上发生反射。本文将进一步描述，所述AR层107可以是能够对射到观察面上的入射光产生消光(cancellation)效果的多层介电层叠体。这种物理现象是众所周知的，需要仔细选择介电层叠体的厚度、折射率和层数。
除了减反射性质以外，AR层107的介电层能够作为合适的阻挡层，防止水蒸气和氧气之类的污染物穿过基片101到达层102或其它层上。这样，由介电AR层107在OLED结构的观察面106提供气密性。
在上述的和本文详细描述的实施方式中，AR层107作为照射到观察面106上的环境光的减反射层。该AR层还具有挠性，可用来阻挡氧气和水蒸气，而且还耐划伤作用。位于与观察面106相背的层102面上的层105，可以阻挡污染物，最主要是阻挡水蒸气和氧气。层105还通过减少周围或环境光的反射，为观察面106提供黑色或深色的背景。继续阅读本说明书可以更清楚地看出，层105可包括减反射介电层叠体之类的吸光层，从而在OLED结构100的后表面上提供这种所需的深色背景。可以理解，对于在明亮的环境光或背景光下工作的显示器来说，黑色背景是很重要的。如果显示器处于阳光之类的明亮背景下，眩光和表面反射会妨碍观察者观看图像。在此实施方式中，深色或黑色背景能够提供相对减小了眩光的清晰图像。
图2a显示用于根据一实施方式的OLED结构100的后层105的涂层结构200。该涂层结构200是位于OLED器件“背”面(例如与层102最接近观察面106的面相背的面)上的多层结构201。该多层结构201包括至少一层由吸光层202和透明层203构成的层叠体。所述吸光层是例如金属，所述透明层202是介电材料。在此实施方式中，可以有1层层叠体，也可多达10层层叠体。还应当注意介电层204必须位于所述多层结构201中第一层金属和OLED结构的阴极线之间。最后，可在所述多层结构和基片206的后面或背面之间设置疏水层205。该疏水层205的厚度约为10-300纳米。
应当注意，氧气对OLED器件所造成的破坏小于水蒸气的破坏作用。然而，氧气更难阻挡。具有短原子间隔/间距和较低氧原子迁移倾向的材料结构可特别有效地阻挡氧气。可使用致密、无小孔、无定形(未结晶)的结构。应当注意金属膜很容易发生结晶，介电层可形成柱状结构；但是低温沉积(例如在冷却的基片上的磁控管溅射)的薄层中，可避免发生结晶和形成柱状结构。这种氧气阻挡层可置于后基片和OLED器件层之间；例如置于疏水层205和多层结构201之间。
例如，吸收层202是深色金属层，例如图1的实施方式中的层105。这些层产生了所需的深色背景，可以提高在观察表面上的对比度。另外，这些层减小了基片上的应力。如上所述，来自环境的光线(日光、灯光等)与OLED的EL层发射的光进行竞争。必须防止通过OLED结构的环境光反射回观察者眼中。所述多层结构201起到了这种作用，使OLED结构具有极好的观察对比度。
要有效地选择吸收层202来吸收可见光。适合用作吸收层204的材料包括，但不限于：Mo，Zr，Ti，Y，Ta，Ni和W之类的金属薄涂层；薄的吸收介电材料，例如金刚石状碳，SiOx，缺氧的In2O3，ITO，SnO2和类似的材料；或半导体材料，例如Si，Se，Ge，GaAs，GaN，Se，GaSe，GaTe，CdTe，TiC，TiN，ZnS，ZnO，CdSe，InP和BN。最后，应当注意，通过标准沉积技术沉积这些层，根据所选的一种或多种材料，其厚度为1.0微米至约100微米。
所述透明层203优选为厚约20-300纳米的介电层。合适的材料包括，但不限于Al2O3，AION，BaF2，BaTiO3，BeO，MgO，GdO3，Nb2O5，ThO2，CeO2，HfO2，Se2O3，SiO2，Si3N4，TiO2，Y3A15O12，ZeSiO4，Ta2O5，HfN，ZrN，SiC，Bi12SiO20。根据材料和波长，这些层的厚度为100微米至约300微米。
最后，应当注意通过控制所述多层层叠体201材料的沉积方法，该实施方式可减少基片由于膜层叠体的应力发生的弯曲。也即是说，通过控制沉积方法，例如通过溅射压力控制、沉积速率和材料选择，所产生的应力可基本为零。例如，如上所述，可对多层结构的金属(即吸光层202)进行选择，使其应力抵消介电层203的应力。在另一实施方式中，可以在聚合物的每一面上涂敷合适的无机材料(例如玻璃)以消除应力，从而防止聚合物基片弯曲。
图2b显示了图2a中涂层结构200的另一种结构。所述多层层叠体208包括厚度等于希望吸收/不希望反射到观察面的波长的十分之一的介电层。该层叠体还包括能够反射环境光的反射面210，以及深色金属，例如上述层203。所述层叠体208除了能吸光以外，还能阻挡氧气和湿气。因此，选择用于光学消光的多层层叠体的材料还可提供阻挡层，以免水蒸气和氧气到达OLED结构。
在此实施方式中，层叠体在显示器中形成OLEd结构的“深色”背景。所述多层层叠体208包括一光干涉结构，该结构可用从多层结构的不同界面上产生的沿212方向反射的来抵消从207方向进入的光。由于层叠体208结构的作用，该反射光强度相等，但是相位相反。这种光干涉结构是物理光学领域众所周知的，经常被称为介电层叠体过滤器。例如，所述多层层叠体208可以是Dobrowolski等人在美国专利第5,521,759号中所述的类型，该专利全文通过参考结合入本文中。
深色金属层211如图所示设置在所述多层层叠体的远侧。层210的厚度约为50-200微米，也可用来抑制环境光反射回OLED结构的观察面上。应当注意如果使用图2b的实施方式，则所述介电层209的厚度宜为约560纳米(人类视觉最敏感的光的波长)的四分之一。该层也可阻挡湿气。层210是吸光性很强的金属，例如钨或因科镍合金。或者可将缺氧的InSnOx或ITO用作吸光层210。应当注意，化学计量的ITO是透明的半导体，但是如果该材料中的氧空穴增加，其透光度会显著下降，导电性会显著增大。
图2a和2b所述的层可在低于100℃的温度下通过已知的电子束、溅射或网涂技术，或其组合制得。
图3显示可用来置于根据本发明一实施方式的OLED结构的前面即观察面(例如OLED结构100的观察面106)的涂层结构。例如，该涂层结构可用作图1实施方式的AR层107。例如涂层结构300可用作AR涂层107。
涂层结构300是一透明结构，该结构包括由位于透明层302上的阻挡层301构成的多层结构306，所述透明层302位于另一透明层303上。所述透明层302，303的材料和厚度与图2的透明层相同。透明层303位于基片304上或直接位于基片304之上。涂层结构300具有交替的一些较高折射率的层和较低折射率的层。该结构通常被称为“低-高-低”层叠体，即LHL层叠体，可特别有效地用来防止反射。应当注意只要保持LHL层叠体结构，涂层结构的层数可超过图3所示的3层。
所述基片304宜采用聚合物层，其材料例如是上述的聚合物材料。位于OLED结构观察侧(例如106)上的涂层结构300可有效地减少从观察面的反射，防止湿气渗透经过基片304到达OLED区(例如图1的层102)。然而，涂层结构所有的层都必须是透明的。良好的阻挡层经常是高折射率材料。根据一实施方式，可以使用较高折射率层的优秀的阻挡层，例如Al2O3(n＝1.65)，TiO2(n＝2.2-2.3)，Ta2O5(n＝2.1-2.2)。同样的，就应当注意，阻挡层301可以是根据疏水性质选择的聚合物材料，可位于介电层的顶部。
使用一实施方式的nL/nH/nL减反射结构，可将表面反射减少至约小于2％，甚至约0.5％。ITO是高折射率材料，但是通过改变沉积过程中的反应溅射气体或蒸发气体，可以使聚合物/塑料基片与OLED结构的折射率匹配，以改进从观察面的反射。
应当注意，可以在基片304上设置另外一些透明层303。因此，透明层303和阻挡层301包括三层减反射层，使阻挡层的折射率小于1.45。另外，无机材料多层减反射涂层通常需要具有不同折射率的透明层302，303。
根据一实施方式，使用多层减反射涂层(例如多层AR涂层306)使其具有宽的AR带，以及提供相对改进的污染物阻挡性能。对各层的选择取决于所需的折射率和所需的厚度。对于三层涂层，已知使电矢量具有相等的量和相反的符号的条件是：
y1/yo＝y2/y1＝y3/y2-ysub/y3(公式1)
式中yj(i＝0，1，2，3...)是第i层的光输入，ysub是基片的光输入，yo是周围介质的光输入。同样的，如果n基片＝1.52，一示例性实施方式的四层AR层为：MgF(n＝1.27，厚度为92.7纳米)/ZrO2(n＝2.06，厚度为131.7纳米)/MgF(厚度为30.3纳米)/ZrO2(厚度为16.5纳米)。
最后，如图所示在基片304上设置折射率匹配层305，所述层305的材料是例如图2实施方式中所述的材料。该层与层301，302和303一样，可用已知的方法制得，例如就图2实施方式中所述的方法。
优选的是，阻挡层301和透明层302，303构组成的减反射层中的一个层的折射率等于基片301折射率的平方根。例如，ITO在550纳米的折射率约为2.0。所述折射率匹配层305的折射率应约为1.81，例如Si3N4，SiON和BiO2之类的物质可用作折射率匹配层305。由于两相邻层的任何折射率突变都会造成反射，因此提供折射率匹配层是很有效的。反射会使显示器产生眩光，由于上述原因，这是有害的。
最后，应当注意也可使用纳米复合粘土用作此实施方式中的阻挡层301，以防污染物到达OLED和防止划痕。
图4显示聚合物基片上的三层AR涂层中，反射率(％)与波长(纳米)的关系。所述三层是玻璃/W(7纳米)/Al(80纳米)。可以看到在有用的波长范围内反射很小。
图5显示六层AR涂层Glass/W(6.1纳米)/SiO2(78.5纳米)/W(15.3nM)/SiO2(78.5纳米)/Al(71纳米)，反射率与波长的关系。可以看出，层叠体中层数越多，湿气阻挡性能越好。然而，背侧反射的减少主要是由最初的两或三层吸收金属层造成的。
通过对一些示例性实施方式的讨论描述了这些实施方式，本领域普通技术人员可以通过本说明书很清楚地看出对本发明的修改。这些修改和改变都包括在所附权利要求书的范围内。
Claims (22)
1.一种有机发光的器件/二极管结构，该结构包括：
至少一个基本挠性的基片；至少一层位于所述基片和所述有机发光的器件/二极管结构之间的阻挡层；以及至少一层位于所述有机发光的器件/二极管结构和显示器表面之间的减反射层。
2.如权利要求1所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，在所述至少一层阻挡层上设置另一基本挠性的基片。
3.如权利要求1所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，所述至少一层减反射层包括阻挡结构。
4.如权利要求1所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，所述至少一层阻挡层包括至少一个由介电层和吸光层构成的层叠体。
5.如权利要求4所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，所述至少一层阻挡层包括多达10个层叠体。
6.如权利要求1所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，各介电层分别置于所述至少一层减反射层和所述有机发光的器件/二极管结构之间，以及所述至少一层阻挡层和所述有机发光的器件/二极管结构之间。
7.如权利要求2所述的有机发光的器件/二极管结构，该结构还包括位于另外的基片和所述至少一层阻挡层之间的疏水层。
8.如权利要求2所述的有机发光的器件/二极管结构，该结构还包括位于基片和所述有机发光的器件/二极管结构之间的疏水层。
9.如权利要求4所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，所述吸光层是金属。
10.如权利要求1所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，所述至少一层阻挡层包括：厚度等于一可见光波长四分之一的介电层；光反射层；吸光层。
11.如权利要求10所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，所述吸光层是金属，所述反光层是镜子。
12.如权利要求5所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，所述介电层各自具有一定的机械应力，所述吸光层具有一定的机械应力，所述介电层的机械应力与吸光层的机械应力基本抵消。
13.如权利要求1所述的有机发光的器件/二极管结构，其特征在于，所述阻挡结构和所述至少一层阻挡层各自使水蒸气透过这些层的渗透速率约小于10-6克/平方米/天，氧气透过这些层的渗透速率约小于10-5立方厘米/平方米/天。
14.一种发光显示器器件，该器件包括：至少一个基本挠性的基片；至少一层位于所述基片和发光结构之间的阻挡层；至少一层以及位于所述发光结构和显示器表面之间的减反射层。
15.如权利要求14所述的发光显示器器件，其特征在于，所述减反射层包括阻挡结构。
16.如权利要求14所述的发光显示器器件，其特征在于，在所述至少一层阻挡层上设置另一基本挠性的基片。
17.如权利要求14所述的发光显示器器件，其特征在于，所述至少一层阻挡层包括至少一个由介电层和吸光层构成的层叠体。
18.如权利要求17所述的发光显示器器件，其特征在于，所述至少一层阻挡层包括多达10个层叠体。
19.如权利要求17所述的发光显示器器件，其特征在于，各介电层置于所述至少一层减反射层和发光结构之间，以及所述至少一层阻挡层和所述发光结构之间。
20.如权利要求15所述的发光显示器器件，该器件还包括位于另外的基片和所述至少一层阻挡层之间的疏水层。
21.如权利要求15所述的发光显示器器件，该器件还包括位于基片和所述发光结构之间的疏水层。
22.如权利要求17所述的发光显示器器件，其特征在于，所述吸光层是金属。
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