TW201340310A

TW201340310A - 光電裝置

Info

Publication number: TW201340310A
Application number: TW102109372A
Authority: TW
Inventors: 亞聶弗萊斯納; 蘇拉瑪麥利克; 柯林貝克; 朱利安卡特; 勞倫士斯古利恩; 傑瑞米布洛格斯
Original assignee: 劍橋顯示科技有限公司
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-10-01
Also published as: DE112013001490T5; US20150041787A1; WO2013136039A1; GB201204670D0; JP2015511771A; TWI594411B; US9461262B2; CN104205392A; JP6363959B2; CN104205392B

Abstract

本發明大體上係關於一種光電裝置及一種製造此一裝置之方法，且更特定言之係關於一種包括一陽極層、設置於該陽極層上方之一半導電層及設置於該半導電層上方之一陰極層之光電裝置，該陽極層包括連接在一起且由其等之間之間隙彼此間隔分開之複數個導電軌道，該裝置進一步包括設置於該陽極層與該半導電層之間且跨該等間隙延伸之一第一電洞注入層及一或多個進一步電洞注入層，其中該第一電洞注入層具有一導電率大於該一或多個進一步電洞注入層之導電率。

Description

光電裝置

本發明大體上係關於一種光電裝置及一種製造此一裝置之方法。更明確言之，該裝置之實施例可(例如)係電致發光，諸如併入於照明塊、照明面板、顯示器背光中之一有機發光二極體(OLED)，或可係光伏打。

有機發光二極體(OLED)用於照明係尤其有用的，因為可相對簡單地且以低成本製造OLED以覆蓋多種基板上之一大面積。如所要，其等亦可係明亮且可係彩色(紅色、綠色或藍色)或白色。可使用聚合物或小分子製造OLED：WO 90/13148、WO 95/06400及WO 99/48160中描述基於聚合物之OLED之實例；US 4,539,507中描述基於所謂小分子之裝置之實例。本說明書中對有機LED之提及包含有機金屬LED。

為幫助理解本發明之實施例，描述一OLED裝置之一例示性結構係有益的。因此，參考圖1a，此展示通過包括一透明基板12之一OLED 10之一部分之一垂直截面，其中在該透明基板12上沈積金屬(例如，銅)軌道14以提供一第一電極連接(在所圖解說明實例中為一陽極連接)。在陽極電極軌道上方沈積一電洞注入層(HIL)16((例如)諸如PEDOT：PSS(摻雜聚苯乙烯磺酸鹽之聚乙烯二氧噻吩))之一導電透明聚合物)。其後接著(例如)包括基於PPV(聚(對苯乙烯))材料之一發光聚合物(LEP)堆疊18。電洞注入層有助於將LEP堆疊之電洞能階匹配至陽極金屬之此等電洞能階。其後接著(例如)包括用於LED堆疊及陰極電極能階匹配之低功函數金屬(諸如，鈣或鋇)或包括諸如氟化鋰之一電子注入層之一陰極堆疊20，在該陰極堆疊20上方沈積一反射背電極(例如鋁或銀)。

圖1a之OLED實例係一「底部發射」裝置，其中光通過由(例如)玻璃或塑膠製成之透明基板發射。然而，亦可製造一「頂部發射」裝置，其中該裝置之上電極係實質上透明(例如由氧化銦錫(ITO)或陰極金屬之一薄層(假定小於100 nm厚)製造)。

現參考圖1b，此展示通過基板12朝向LEP堆疊18觀看圖1a之OLED裝置10(即，通過該裝置之「底部」觀察該裝置之發光面)之一視圖。此視圖展示將陽極電極軌道14(在此實例中)組態為六角格子或網格以便避免遮蔽太多藉由LEP堆疊18發射之光。將(陽極)電極軌道14連接至一固體金屬匯電條30，該固體金屬匯電條30實質上完全圍繞裝置之周長而蔓延，視需要有一或多個開口32，可藉由一電導體將該一或多個開口32橋接以促進至裝置之陰極堆疊之一連接。

圖1c展示包括具有如圖1a及/或圖1b中所展示之一結構之複數個OLED 10之一照明面板100。

將金屬軌道(諸如陽極軌道14)設置於諸如圖1a至圖1c之此等OLED之OLED中以增加一電極之導電率且使電流能夠(較佳更均勻)分佈於一較寬闊區域上方。因此，金屬軌道14較佳具有足夠覆蓋範圍及電導以提供允許OLED裝置之亮度之所要量及均勻性之電荷流之一速率及分佈。可跨一大面積OLED照明面板之橫向範圍以幾十微米至幾公分之間隔放置金屬軌道。然而，在一非平面表面頂部上沈積作用OLED層可導致該等層厚度及/或輪廓變動，即非平面表面區域。此等變動可(例如)導致歸因於裝置中之電短路(例如在軌道與發光層之間或在發光層中之較高電流密度之局部區域(「熱點」))的亮度不均勻、裝置不穩定及/或裝置故障。金屬軌道之邊緣可引起此等厚度及/或輪廓變動。

因此，包括OLED之發光面板中之金屬軌道在處理發光及相關聯(例如，電荷注入)層之前較佳經平坦化。可(例如)藉由在金屬軌道上方沈積光阻劑或其他(通常電絕緣)平坦化材料而提供金屬軌道之填入平坦化。

如上文所描述之一OLED裝置之陽極電極可包括在基板上用於電流分佈之ITO層。此ITO層通常具有(例如)20至50 Ohms/sq之一片電阻。使用ITO作為陽極材料可因此有利於提供一導電陽極。然而，此ITO層之片電阻可能未必足夠低以提供一OLED裝置之亮度之所要量及/或均勻性。此外，ITO材料及其沈積程序之成本相對高且此成本關於諸如(例如)大面積照明面板(其可包括複數個OLED)之產品可係顯著的。此外，ITO層具有通常為~1.7至1.9之一折射係數，該折射係數顯著高於OLED製造中採用之習知玻璃或塑膠基板之折射係數(~1.5)。歸因於波導模式中截獲之光，基板與ITO層之間之折射係數之此失配可引起光學損耗。

類似考量適用於其他光電裝置，例如，光伏打(PV)裝置或其他電致發光裝置。

因此，仍需要提供一種尤其可相對簡單地及/或以低成本製造及/或具有改良效能(較佳不包括ITO)之光電裝置。更明確言之，光電裝置領域持續需要(例如)更高效率(光至電能轉換或反之亦然)、改良光輸出或吸收之均勻性及/或跨裝置之能轉換、改良可靠性及/或壽命(例如，減小或消除電短路之發生)、更低成本等。例如，關於具有相對大尺寸之裝置(例如，一OLED照明面板)存在此一需求。對於理解本發明之使用，請參考以下揭示： - Large Area ITO-free Flexible White OLEDs with Orgacon PEDOT：PSS and Printed Metal Shunting Lines，Harkema等，國際光學工程學會(SPIE)會議記錄，2009年第7415卷，74150T；- 2008年10月30日Comedd-Opening之簡報，「Organic Lighting and Organic Solar Cells」，Prof.Dr. Karl Leo，Fraunhofer IPMS，可從以下網頁取得：http：//www.ipms.fraunhofer.de/common/comedd/presentation/leo.pdf；- Osram產品說明單「ORBEOS^TM for OLED Lighting」，日期為2009年11月18日，至少自2010年5月18日起可從以下網頁取得：http：//www.osram-os.com/osram_os/EN/Products/Product_Promotions/OLED_Lighting/Technical_Information/index.html；- 國際專利申請公開案WO2004/068389，Conductive Inkjet Technology Ltd.等，發明人Hudd等，2004年8月12日發表；- 韓國公開案KR2008004919，2008年05月14日發表，Samsum Electronics Co Ltd.；- 日本公開案JP2007242829，2007年09月20日發表，Rohm Co Ltd.；- 日本公開案JP5094880，1993年04月16日發表，NEC Corp.；- 美國專利申請公開案US2007/0126348，2007年6月7日發表，Iou及CN1832647，AU Optronics Corp.；- 韓國公開案KR20040040242，2004年05月12日發表，LG Philips LCD Co Ltd.；- 國際專利申請公開案WO00/36662，2000年6月22日發表，Cambridge Display Technology Ltd.；- Low-cost,large area production of flexible OLEDs a step closer，2009年4月7日新聞發佈，Agfa Materials and Holst Centre；及- Highly-efficient OLEDs on ITO-free polymeric substrates，Fehse等，國際光學工程學會會議記錄，2006年第6192卷，61921Z。

針對有關OLED之一般背景資訊，「Organic Light-Emitting Materials and Devices」(由Zhigang Li及Hong Meng編輯，2007年由CRC出版社(Taylor and Francis)出版(ISBN 1-57444-574-X))書中(尤其在關於聚合物材料及裝置之第2章及第8章中)描述裝置結構及製作OLED裝置之方法之資訊。

根據本發明之一第一態樣，提供一種光電裝置，其包括：一陽極層、設置於該陽極層上方之一半導電層及設置於該半導電層上方之一陰極層，該陽極層包括連接在一起且由其等之間之間隙彼此間隔分開之複數個導電軌道，該裝置進一步包括設置於該陽極層與該半導電層之間且跨該等間隙延伸之一第一電洞注入層及一或多個進一步電洞注入層，其中該第一電洞注入層具有一導電率大於該一或多個進一步電洞注入層之導電率。

一般而言，當鄰近於一陽極材料(例如，ITO或金屬(例如，銅、金、銀、鋁等))時，一電洞注入層(HIL)組合物係適合的，其降低該陽極材料與設置於該陽極材料上方之一半導電層(例如，一發光聚合物或一光吸收聚合物)之間之電洞轉移之一能障。即，對於一OLED，HIL組合物針對自陽極材料至半導電層中之電洞注入提供一立梯型能障。當一HIL組合物之功函數匹配於(即，實質上類似於)陽極材料之功函數時，該HIL組合物亦係適合的。因此，在一實施例中，其中HIL之至少一者包括一有機材料(例如，未摻雜聚合物)，可藉由使用具有一大功函數(其與HIL之HOMO能階更密切對準)之陽極材料而達成降低能障。然而，在另一實施例中，其中鄰近於陽極材料之HIL之至少一者包括一高導電率材料(如經摻雜之聚合物所會有之情況)，在挑選HIL材料時可無需考慮其功函數。因此，在一實施例中，較佳至少最接近於陽極層之HIL降低或匹配自該陽極層(例如，軌道)之電洞注入之能障，同時若其他HIL與該陽極層接觸，則該等其他HIL將較佳適合於提供此一經降低或經匹配能障。較佳地，其他HIL具有實質上對準(或超出)最接近於陽極層之HIL之HOMO能階之HOMO能階。當組合地考量時，與省略一HIL之一配置相比，該複數個HIL可因此一起改良自陽極層朝向半導電層之電洞注入效率。至少最接近於陽極層之HIL(例如，第一HIL)之組合物及一或多個進一步HIL之各者可包括一p型摻雜材料。

有利地，複數個HIL可允許一光學共振腔經最佳化用於一電致發光裝置中之增強光外部耦合及/或更均勻發光。類似地，複數個HIL可有利地允許一光學共振腔經最佳化用於一光伏打裝置中之增強光內部耦合及/或更均勻光吸收。

可進一步提供一光電裝置，其中半導電層係電致發光且該裝置係一發光裝置。舉例而言，該裝置可係在(較佳金屬)陽極軌道之頂部上包括一雙(或更多)HIL結構之一OLED裝置，該HIL結構較佳用於一無ITO OLED裝置。在一實施例中，第一HIL可經最佳化用於陽極軌道之間之高橫向傳導且其他(若干)(視需要更厚)HIL較佳經最佳化用於LEP之發光之電洞供應，明確言之用於驅動該LEP期間之更穩定電洞供應、對短路的電回應及/或用於增強光外部耦合之光性質。較高導電率HIL之存在較佳實現用於具有陽極軌道之一OLED裝置之一較大孔徑比。任一或兩個(或更多)HIL可進一步改良塗佈品質(因此有利地減小短路之可能性及/或實現更高裝置良率)。亦可在HIL之間沈積一中間層以防止互混，但較佳與HIL材料具有一低相互作用。

可進一步提供一光電裝置，其中半導電層係光導電且該裝置係光伏打(PV)裝置。舉例而言，該裝置可係在(較佳金屬)軌道之頂部上包括一雙(或更多)HIL結構之一PV裝置，該HIL結構較佳用於一無ITO PV裝置。在一實施例中，第一HIL可經最佳化用於軌道之間之高橫向傳導及其他(若干)(視需要較厚)HIL較佳經最佳化用於關於PV裝置之光吸收之電洞傳遞、用於對短路的電回應及/或增強光耦合至PV層中之光學性質。較高導電率HIL之存在較佳實現用於具有軌道之一PV裝置之一較大孔徑比。任一或兩個(或更多)HIL可進一步改良塗佈品質(因此有利地減小短路之可能性及/或實現更高裝置良率)。亦可在HIL之間沈積一中間層以防止互混，但較佳與HIL材料具有一低相互作用。

可進一步提供一光電裝置，其中一或多個進一步HIL在一預定波長範圍中具有小於第一HIL之消光係數之一消光係數k。可將此一消光係數視為複折射係數之虛數部分且指示光傳播通過一HIL時之吸收損耗量。因此，具有較高導電率之HIL歸因於較高自由載子密度可固有地具有較大光吸收，即，較小透射。較佳地，一或多個進一步HIL具有小於0.03及/或更佳小於0.01之一消光係數k。

可進一步提供一光電裝置，其中半導電層包括一有機半導體。此一光電裝置可係(例如)如上文中所描述之一OLED裝置。

可進一步提供一光電裝置，其藉由一電絕緣透光基板承載。舉例而言，此一基板可包括玻璃或塑膠。陽極可與該基板直接接觸。此一陽極可包括金屬軌道或ITO層，然而，在實施例中較佳不存在此ITO層。

可進一步提供一光電裝置，其中將第一HIL設置於陽極層與一或多個進一步HIL之間。因此，一較低導電率HIL更接近於半導電層。此可藉由在半導電(例如，發光)層中之較高導電率之局部區域提供較高電阻而有利地減輕存在於半導電層內之間隙(例如，針孔)之效應。因此，可增強裝置可靠性及/或良率。亦可提供一光電裝置，其中將一或多個進一步HIL設置於陽極層與第一HIL之間。

可進一步提供一光電裝置，其中第一HIL鄰近基板且具有大於或等於或實質上匹配於該基板之折射係數之一折射係數。較高導電率HIL可因此在不顯著減少裝置光耦合之情況下增加陽極之軌道之間之傳導。

可進一步提供一光電裝置，其中一或多個進一步HIL具有大於或等於或實質上匹配於基板之折射係數之一折射係數。較佳地，HIL之各者(且更較佳地，裝置之全部層)係實質上係數匹配於基板以增強光耦合且因此增強裝置之光電效率。

可進一步提供一光電裝置，其中包括一電洞傳遞材料之一進一步層設置於HIL與半導電層之間。可將此一層稱作為一電洞傳遞層(HTL)。HTL可具有比電子遷移率高之電洞遷移率以在裝置之操作期間增加至半導電層之電洞供應(較佳以改良半導電層中之電子與電洞之平衡)，因此有利地改良裝置之光電效率。電洞傳遞材料可係未摻雜的。

可進一步提供一光電裝置，其中第一HIL及/或一或多個進一步HIL經p型摻雜。HIL之摻雜濃度可經選擇以改良上述半導電層之電洞能階至陽極之電洞能階之對準以較佳改良自該陽極之電洞注入之效率，因此改良陽極與半導電層之間之電洞轉移，且以提供第一HIL之更高導電率。較佳地，第一HIL具有大於1 S/cm之一導電率，較佳大於2 S/cm，更佳大於5 S/cm或10 S/cm。在一實施例中，第一HIL之導電率可比第二HIL之導電率大(例如)2倍、10倍或100倍。

可進一步提供一光電裝置，其中第一HIL及/或一或多個進一步HIL可包括導電聚合物。較佳地，任一或多個HIL可包括基於PEDOT之組合物。更詳細言之，任一或多個HIL之聚合物可係選自由下列組成之群組：PEDOT：PSS、聚(乙炔)、聚(吡咯)、聚(噻吩)、聚(苯胺)、聚茀、聚(3-烷基噻吩)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚四硫富瓦烯、聚萘、聚對苯、聚(對苯硫醚)或聚(對苯乙烯)。

可進一步提供一光電裝置，其中第一HIL及一或多個進一步HIL之至少一者經調適以提供下伏形貌之平坦化。舉例而言，最接近於軌道之HIL可在該等軌道上方提供一保形塗佈，同時離該等軌道較遠的該HIL提供一實質上平面表面，或第一HIL與一或多個進一步HIL兩者可在該等軌道上方提供實質上平面表面。因此，有利地，可不需用於軌道之填入平坦化之一電阻層(例如，光阻)以改良(例如)裝置之亮度之均勻性。在此點上，應注意，第一HIL可比第二HIL更接近於軌道，或反之亦然。

根據本發明之一第二態樣，提供一種製造一光電裝置之方法，該方法包括：在一基板上設置一陽極層，該陽極層包括連接在一起且由其等之間之間隙彼此間隔分開之複數個導電軌道；在陽極層上方且跨該等間隙延伸而自一第一溶液沈積一第一電洞注入層且自一或多個進一步溶液沈積一或多個進一步電洞注入層；在第一電洞注入層及一或多個進一步電洞注入層上方沈積一半導電層；及在半導電層上方沈積一陰極層，特徵在於第一電洞注入層具有一導電率大於一或多個進一步電洞注入層之導電率。

可進一步提供一方法，其中第一溶液及一或多個進一步溶液之一者具有大於該第一溶液及該一或多個進一步溶液之另一者之一黏度。

可進一步提供一方法，其中第一電洞注入層及一或多個進一步電洞注入層之一者包括一可交聯聚合物，在沈積第一電洞注入層及一或多個進一步電洞注入層之另一者之前交聯可交聯聚合物。舉例而言，第一HIL可包括一可交聯聚合物，可在沈積一進一步HIL之前交聯該可交聯聚合物。

可進一步提供一方法，其中用於第一溶液之溶劑與用於一或多個進一步溶液中之溶劑不同，且用於一或多個進一步溶液中之該等溶劑經選擇使得其等在沈積期間不溶解第一HIL至一明顯程度。

隨附申請專利範圍附屬項中定義較佳實施例。

可以任何排列組合上文具有或不具有如申請專利範圍附屬項中定義之較佳實施例之任一或多個選用特徵之態樣。

10‧‧‧有機發光二極體(OLED)/有機發光二極體(OLED)裝置

12‧‧‧透明基板/基板

14‧‧‧金屬軌道/陽極電極軌道/陽極軌道

16‧‧‧電洞注入層(HIL)

18‧‧‧發光聚合物(LEP)堆疊

20‧‧‧陰極堆疊

21‧‧‧陽極層

23‧‧‧第一電洞注入層(HIL)/層

24‧‧‧第二電洞注入層(HIL)/層

25‧‧‧半導電層/發光聚合物(LEP)層

26‧‧‧陰極層/陰極

27‧‧‧基板

28‧‧‧光電裝置/裝置

30‧‧‧固體金屬匯電條

32‧‧‧開口

100‧‧‧照明面板

211‧‧‧間隙

212‧‧‧金屬軌道

為更佳理解本發明且展示如何實現本發明，現將經由實例對附圖作出參考，其中：圖1a展示通過一OLED裝置10之一部分之一垂直截面；圖1b展示通過基板朝向LEP堆疊觀看圖1a之一OLED裝置10(即通過該裝置之「底部」觀察該裝置之發光面)之一視圖；圖1c展示包括具有如圖1a及/或圖1b中所展示之一結構之複數個OLED 10之一照明面板100。

圖2展示根據一實施例之一光電裝置。

圖3展示根據一實施例製造一光電裝置之一方法之一流程圖。

圖4a展示自包括150 nm高導電率(約400 S/cm)hc-HIL之一無ITO實施例之亮度量測；圖4b展示自包括50 nm高導電率(約400 S/cm)hc-HIL及針對至裝置中之良好電洞注入而設計之50 nm(比hc-HIL之電阻率高之)標準s-HIL之亮度量測；圖5展示圖4a及圖4b之OLED之反射率相對於波長之量測，其中自上至下參考650 nm處之曲線之相對位置，(若干)HIL包括：(i)150 nm hc-HIL(下曲線)；及(ii)50 nm hc-HIL與50 nm s-HIL(上曲線)。

圖6展示自包括(1)170 nm高導電率hc-HIL、(2)120 nm高導電率 hc-HIL與50 nm標準s-HIL及(3)170 nm標準s-HIL之ITO實施例之壽命量測(經正規化之相對亮度相對於時間)及在OLED裝置之驅動期間之對應電壓上升。

圖7展示自包括(1)300 nm高導電率hc-HIL及(2)150 nm高導電率hc-HIL與150 nm標準s-HIL之一無ITO實施例之壽命量測(經正規化之相對亮度相對於時間)及在OLED裝置之驅動期間之對應電壓上升。

大體上將實施例描述為光電裝置或製造此等裝置之方法。僅經由實例，以下大部分指電致發光裝置，明確言之指有機發光二極體(OLED)裝置，諸如離散OLED、OLED照明塊或OLED照明面板。然而，熟習此項技術者將明白下文關於此等裝置描述之特徵類似地適用於光伏打裝置實施例。

圖2展示一光電裝置28，較佳一底部發射電致發光裝置，該裝置包括：具有金屬(例如，包括視需要經噴墨印刷、網版印刷、電鍍或無電電鍍或蒸鍍的銅、金、銀、鋁等)軌道212及間隙211之陽極層21；包括一第一HIL 23及一第二HIL 24之複數個電洞注入層(HIL)；一半導電層25，例如，發光聚合物(LEP)；一陰極層26及一基板(例如，玻璃)27。HIL 23、24之任一者具有比另一者高之一導電率。

半導電層25可包括(例如)在裝置28係一OLED裝置之情況中諸如一發光聚合物層之一電致發光層。在裝置係一光伏打(PV)裝置之情況下，半導電層25包括一光導電層，例如可包括一光吸收聚合物層。在任一情況中，可存在一個以上半導電層(未展示)，例如在一PV裝置中將一異質接面設置於n型與p型摻雜半導電層之間。

此外或替代地，可存在一或多個其他層及/或特徵，例如，一匯電條(例如，銅)，其實質上完全圍繞裝置之周長而蔓延，視需要具有一或多個開口，該一或多個開口可藉由一電導體橋接以促進至陽極或陰極層之連接。一電荷傳遞層可存在於第一HIL 23及/或第二HIL 24與半導電層25之間(在此情況中，一HTL：電洞傳遞層或一IL：中間層)及/或存在於陰極層26與半導電層25之間(在此情況中，一ETL：電子傳遞層或一EIL：電子注入層)以平衡至半導電層之電子或電洞之供應。此外，任何實施例中可存在兩個或兩個以上HIL，例如，除層23及層24外之一或多個HIL。

當施覆於一大面積上方或陽極軌道之間之間隙上方時，複數個(2)HIL可更有利於(例如)改良亮度之均勻性。舉例而言，一OLED照明塊可具有(例如)至多~10 cm(較佳~1 cm至~5 cm)數量級之至少一尺寸(例如，直徑或邊緣長度)。此外，一OLED照明面板可具有(例如)至多~100 cm(較佳~5 cm至~20 cm)數量級之此(若干)尺寸。此一照明塊或照明面板可係平坦或彎曲及/或呈任何所要形狀(較佳矩形)，此一面板(例如)具有如圖1c中所展示之一平面圖。通常，使用聚合物製造本文中描述之OLED裝置實施例。然而，替代實施例可係小分子OLED裝置。

圖3展示用於製造一光電裝置之一方法。因此，圖3之經沈積之層(陽極、第一HIL、第二HIL、半導電層、陰極)較佳分別對應於圖2之該等層(21、23、24、25、26)。步驟3a包括在一基板上設置一經圖案化之陽極，例如包括一基板(例如，玻璃)上之(較佳金屬)軌道之一陽極。步驟3b包括在經圖案化之陽極上方(例如)藉由旋轉塗佈自一第一溶液沈積一第一HIL。步驟3c包括(例如)在硬化(例如，藉由烘烤)第一HIL之後在該第一HIL上方自一第二溶液沈積(例如藉由旋轉塗佈)一第二HIL。步驟3d包括在第二HIL上方沈積一半導電層(例如，一發光聚合物或一光吸收聚合物)。步驟3e包括在半導電層上方沈積一陰極。第一HIL具有大於第二HIL之一導電率，或反之亦然。可存在若干進一步中間處理步驟，例如用於額外層之沈積。

進一步參考圖2，第一HIL 23及第二HIL 24係沈積於陽極軌道上方(較佳直接與該等軌道接觸)且在LEP層25下方。HIL 23、24之各者較佳包括一導電有機(例如聚合物)層(此整個說明書之導電與電傳導相關)。可根據一(若干)所要導電率p型摻雜第一HIL及/或第二HIL(例如，當任一者或兩者包括一聚合物時)。第一HIL 23較佳具有比第二HIL 24高之導電率且可實際上形成陽極之部分(例如，在將其直接放置於軌道上或至少放置於第二HIL 24與該等軌道之間之情況下)。然而，裝置內之第一HIL 23及第二HIL 24在位置順序上係可互換的。在一替代實施例中，可將一奈米線網路沈積為具有較高導電率之HIL或除第一HIL 23及第二HIL 24外之一進一步HIL。

裝置28可進一步包括一電洞傳遞層(HTL)，該電洞傳遞層(HTL)係定位於(例如)HIL 23、24與半導電層(例如，LEP)25之間。HTL可具有比電子遷移率高之電洞遷移率。在HTL之外或替代於HTL，裝置可包括一電子傳遞層(ETL)，該電子傳遞層(ETL)係定位於半導電層25與陰極26之間。ETL可具有比電洞遷移率高之電子遷移率。

較佳地，第一HIL 23及/或第二HIL 24與基板27為係數匹配，即，具有實質上(實質上確切包含此整個說明書)與基板相同之折射係數。舉例而言，第一HIL及/或第二HIL可包括與在一可見波長處具有(例如)~1.5之一折射係數之一玻璃基板為係數匹配之一聚合物(諸如，基於PEDOT(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)組合物(例如，PEDOT：PSS-聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸鹽))。因此，第一HIL及/或第二HIL之折射係數較佳在1.49至1.6之一範圍內，更佳至少接近於1.5。第一HIL及/或第二HIL之消光係數k在一預定可見波長(可見波長涵蓋380 nm至750 nm之範圍)處較佳實質上為零，例如，小於或等於約0.1，更佳小於或等於約0.01，又更佳小於或等於0.001，例如，0.0001。關於具有此基於PEDOT組合物之(若干)HIL之導電率，吾人指明， PEDOT層可具有(例如)~0.001至1000 S/cm之導電率，且此可藉由摻雜而改變。較佳地，具有較大導電率之HIL(例如，圖2中之HIL 23)具有大於1 S/cm之一導電率。

更多導電HIL(在此實施例中，HIL 23)之導電率較佳至少為橫向導電率，橫向位於平行於軌道之平面之一平面中(此大體上與基板之上表面平行；一非平面裝置中「平行」例如在一彎曲裝置之背景中可意謂經輪廓化以匹配軌道之一平面(即，實質上與軌道保持等距))。因此，可將陽極視為至少包括具有較大導電率之HIL，在一實施例中，其可因此有利地允許自陽極省略ITO層。例如，若至少具有較大導電率之HIL仍具有足夠透明度及適於光外部耦合且適於最小化歸因於波導模式中截獲之光之光損耗之一折射係數，則在一實施例中，與具有包括ITO之一陽極之一裝置相比，可減小光損耗。

第一HIL 23及/或第二HIL 24之組合物可經選擇以減小電短路之發生。舉例而言，若LEP厚度不均勻(例如，在某些區域中太薄)使得自LEP上方至/自HIL(例如，至/自陰極26)之電荷流可繞道LEP，則可藉由在LEP與較高導電率第一HIL之間設置相對低導電率第二HIL而減小此電荷流。此可有利地減小原本將導致較短裝置/面板壽命之熱點之發生。在此一實施例中，第二HIL可有利地包括高電阻PEDOT或其他聚合物組合物。

較佳地，具有較大導電率之HIL(在此實施例中，HIL 23)之橫向導電率大於1 S/cm，更佳大於10 S/cm，且又更佳大於100 S/cm。然而，一高導電HIL(例如，具有~10³ S/cm以上之導電率，儘管小於金屬之一典型導電率(例如，至多~10⁷ S/cm~))可吸收比所要更多之光且因此較佳將中間導電率之一HIL提供為與金屬軌道組合之第一HIL 23以允許足夠高電荷電流流至半導電層25。因此，如上文所論述，儘管在一實施例中具有較高導電率之第一HIL 23可實際上替換ITO層，然陽極仍較佳留存金屬軌道212。通常，第一HIL 23之導電率越高，可需要更少軌道且因此歸因於軌道之光損耗更低。一實施例中，第一HIL之最佳橫向導電率可取決於軌道之特定電導。一聚合物HIL之導電率可藉由(例如)p型摻雜劑之一摻雜濃度而判定。

軌道較佳具有足夠覆蓋範圍及厚度以提供通過複數個HIL且因此至半導電層25之電荷流之一足夠速率，以允許所要亮度。電荷之速率亦將取決於LEP及特定OLED裝置結構之效率。軌道可包括跨基板之軌道之一精細柵格或格子(其中需要光內部耦合(即，透明度))及/或不同軌道間隔(其中針對裝置或照明面板邊緣處之一電接觸區域(例如，包括一匯電條)將軌道最佳化)(相對於超出此一電接觸區域之間隔)。軌道之實際厚度可取決於軌道之組合物，例如，經網版印刷之銀膏可具有相對低導電率且因此需要比(例如)經蒸鍍之金屬軌道大之一厚度。

材料在軌道上方之一最小厚度可較佳以跨半導電層25(可將其視為光學作用層)提供一所要亮度(或一PV裝置中之吸收)之均勻性。如上文所指示，因為具有較高導電率之一聚合物通常亦為一較強光吸收體，所以單純藉由增加一裝置中之一單個聚合物HIL之厚度而達成此最小厚度可危及裝置之光學效能。然而，在本實施例中，第一HIL 23及第二HIL 24可一起提供足夠厚度。因此，可將該實施例視為與軌道之填入平坦化相關。舉例而言，此等HIL之任一者可在軌道上方提供一保形層(即，大體上遵循軌道之形貌，但平滑化銳利邊緣)，而另一HIL可在起伏保形層上方提供一平坦表面。以下表1展示由一Zygo光學干涉儀針對一65 nm(第一)高導電率hc-HIL(其經旋轉塗佈於無ITO軌道上方)及一75 nm(第二)標準s-HIL(其經旋旋轉塗佈於hc-HIL上方)量測之階梯高度厚度。如可見，標準s-HIL之應用導致軌道形貌之平坦化增加。

進一步在此點上，由複數個HIL(其中此等HIL之至少一者用於平坦化(如上文所描述之保形及/或提供一平坦表面))形成之多層結構之一優點在於，可在例如無用於平坦化之一絕緣層(例如，如上文所描述之光阻劑)之情況下將該結構之一HIL直接設置於軌道上。此一實施例具有比額外具有此一絕緣層之一實施例更簡單之構造且因此可相對簡單地及/或以低成本製造。

額外或替代地，多HIL結構關於裝置之壽命可係有利的。一標準OLED裝置之HIL通常對裝置壽命具有一顯著影響，一些HIL組合物比其他HIL組合物對裝置壽命更佳。舉例而言，一OLED之操作可具有電子注入HIL中之非期望副作用；此可導致HIL變得更絕緣且因此導致跨HIL之電壓上升。額外或替代地，高電流密度或「熱點」(歸因於一HIL或半導電層中之電荷流)之區域可減小裝置之壽命。在本實施例中，(例如)HIL之一者之組合物可經選擇用於較大橫向導電率，同時可將另一HIL最佳化用於電洞供應及較長裝置壽命，且任一HIL可額外設計用於改良光透射。

複數個HIL之沈積可(例如，藉由溶解)導致鄰近HIL之組合物之一些互混。舉例而言，此可係以下情況：其中第一HIL及/或第二HIL係自溶液(例如，聚合物溶劑)沈積，且進一步舉例而言係以下情況：其中沈積包括旋轉一上HIL(例如，第二HIL)之一組合物至一下HIL上。因此，HIL沈積程序較佳經調適以藉由保持HIL組合物實質上彼此分開而防止HIL組合物之互混。藉由採用HIL組合物之溶液之正交溶劑而達成防止互混(此背景中，正交性一般意謂：在沈積期間，一HIL之溶劑不可溶解一臨近HIL層中之材料)。可(例如)藉由對層之不同溶劑之一選擇而達成此正交性，例如，該等層之一者可包括一極性(例如，水性)溶劑而另一者可包括一非極性(例如，有機)溶劑。此外或替代地，可將至少下(即，第一經沈積)HIL提供為一經交聯之聚合物組合物(例如，藉由一聚合物HIL之UV照明或熱固化)使得其在一上HIL溶液之沈積期間實質上係不溶解的。此外或替代地，可將一中間層設置於鄰近HIL之間以減小互混。此一中間層可包括一電絕緣組合物及/或可足夠薄以允許層之間之電荷穿隧通過中間層。此一中間層可額外或替代地有利於對準兩個HIL之HOMO及/或LUMO能階，其中該兩個HIL各自包括聚合物。然而，即使在鄰近HIL之組合物係水溶性之情況下，例如在HIL之至少一者包括(例如)比另一HIL之組合物更不易混合之基於PEDOT之組合物之情況下，仍可限制互混。

考量上文，使用複數個HIL之優點可尤其包含：減小之成本、改良之光學效能(例如，改良之透射率允許更多光發射通過圖2之裝置28之底部)及/或改良之可靠性(例如，歸因於減小電短路之發生)。在一實施例中，此(若干)優點可連同自陽極省略ITO而產生。

總結而言，可將一實施例視為在金屬軌道之頂部上包括一雙(或更多)HIL結構之一OLED裝置，且較佳係一無ITO OLED裝置。一第一HIL較佳經最佳化用於高橫向傳導且因此可實現用於包括HIL之陽極軌道之一較大孔徑比。另一(視需要更厚)HIL較佳經最佳化用於LEP之發光之電洞供應、對短路之電回應及/或用於增強光外部耦合之光學性質，且進一步可提供改良之塗佈品質(因此有利地減小短路之可能性)。因此複數個HIL允許調諧OLED裝置之光學共振腔用於增強光外部耦合及/或更均勻光輸出(如圖4b中所展示)之靈活性。複數個HIL可較佳經選擇尤其用於改良之塗佈品質以減小短路之可能性及/或實現更高裝置良率。亦可在HIL之間沈積一薄(<20 nm)中間層以防止HIL材料之互混，但較佳與該等HIL材料具有一低相互作用。

此等OLED裝置實施例可比僅將一高導電率聚合物陽極(例如，PEDOT：PSS)與金屬軌道整合之一無ITO OLED裝置更有利於支援跨一大面積面板之橫向電流傳導。一般而言，高導電率聚合物(尤其在需要更厚層以在表面粗糙度及陽極金屬軌道之形貌上方提供足夠覆蓋範圍之條件下)固有地強烈吸收可見光譜中之光且因此限制光學外部耦合。

更有利地，一無ITO OLED裝置實施例採用適用於一大面積面板之一多個(例如，至少雙)HIL設計。該結構藉由一導電墨之直接噴墨沈積或藉由標準金屬沈積及微影蝕刻技術而併入可藉由包含無電電鍍之若干技術(藉以微影地定義一前驅體材料或藉由噴墨沈積或其他印刷技術)形成之金屬軌道。

圖4a顯示由其中已將ITO陽極以一厚(150 nm)高導電率HIL(PEDOT hc-HIL)替換之一OLED裝置中之金屬軌道形成之一陽極單元內之亮度。通常，發射之不均勻係歸因於HIL或LEP層或後續裝置層之塗佈厚度之變動，從而導致孔徑比之一有效減少及一較無效率裝置。然而，可藉由採用陽極單元內部之高橫向導電率之一較薄主HIL(較大孔徑比)與一第二HIL之沈積一起減輕此作用。第二HIL提供金屬軌道形貌之良好覆蓋及改良後續裝置層之表面之平坦化，從而減小短路之可能性及/或允許更均勻發射特性(圖4b)。此外，第二HIL較佳經選擇用於最佳化電洞供應，因此改良裝置壽命。第二HIL之電特性亦可經設計用於藉由限制短路可支援之電流改良對短路之回應。

在圖4a及4b中，單元尺寸係240 μm間距與10 μm軌道。圖4a中發射之不均勻大體上係歸因於陽極軌道藉由HIL、LEP層或後續裝置層之不均勻塗佈且此外可能歸因於較厚HIL區域(尤其較高導電率HIL)之吸收。

圖6顯示在具有ITO陽極(其由(1)170 nm高導電率hc-HIL、(2)120 nm高導電率hc-HIL與50 nm標準s-HIL及(3)170 nm標準s-HIL覆蓋)之一OLED裝置之壽命(即，經正規化之相對亮度相對於時間)及OLED裝置之驅動期間之對應電壓上升。針對此等量測，自1000 Cd/m²之一初始亮度驅動OLED裝置。資料展示與僅包括高導電率hc-HIL之裝置相比，雙層HIL裝置已改良壽命及電壓上升(即，已增加壽命且已減少電壓上升)。

圖7顯示在具有無ITO陽極(Au金屬軌道)(其由(1)300 nm高導電率hc-HIL及(2)150 nm高導電率hc-HIL與150 nm標準s-HIL覆蓋)之一OLED裝置之壽命(即，經正規化之相對亮度相對於時間)及OLED裝置之驅動期間之對應電壓上升。針對此等量測，自1000 Cd/m²之一初始亮度驅動OLED裝置。資料展示與僅包括高導電率hc-HIL之裝置相比，雙層HIL裝置已改良壽命及電壓上升(即，已大幅增加壽命且已大大地減少電壓上升)。

在一替代配置中，可藉由僅採用一單個較薄高導電率HIL減少裝置內之光吸收。然而，此可導致表面粗糙度及陽極金屬軌道之形貌之不良平坦化及/或不良覆蓋，從而導致短路發生增加、發射不均勻及/或就光學外部耦合而言之一非最佳共振腔。本發明之一實施例可提供相對於一標準裝置及/或相對於採用上述單個較薄高導電率HIL之此一裝置之任一或多個此等方面之改良。此外或替代地，一實施例可有利地提供無ITO裝置且實質上未使裝置效能關於任一或多個此等方面降級。

為了達成一高效率OLED裝置，歸因於基板/空氣出口介面處之全內反射通常將損耗之光較佳經由一外部散射體(例如，一光學薄膜上之微透鏡陣列)進行外部耦合。此光學外部耦合技術在以下情況中更有效率：(i)光學共振腔經調諧使得最大化基板中之光量；(ii)歸因於波導模式之損耗經消除；及/或(iii)裝置堆疊呈現高反射率(低吸收)以允許在第一趟未能離開至空氣中之光具有裝置之反射及外部耦合之多個機會，即，允許光子再循環程序之發生。

為滿足上述要求(i)至(iii)，HIL厚度、折射係數及吸收特性之設計靈活性大體上係有利的。在需要HIL厚度用於金屬軌道之良好覆蓋之情況下，運用一單個高導電率HIL裝置可能難以達成光外部耦合之有效率光子再循環之較佳反射率(~70%)。然而，在實施例中，此可藉由一較薄高導電率HIL與具有較低吸收材料及適當折射係數之一第一HIL之一組合而減輕(圖5)。

塗佈/沈積程序及HIL烘烤條件之改變可改良薄膜品質及/或介面，其繼而可改良可達成之裝置反射率及/或亮度均勻性。此等改變可包含(例如)提高主HIL之烘烤溫度以產生對第一HIL之溶劑較有恢復力之一薄膜(同時保持足夠橫向HIL導電率以限制金屬軌道內之亮度降低)。此外或替代地，可以適當的水/溶劑或固體/PSS/聚合物含量設計HIL之配方以減小第一HIL與第二HIL之間之互混。

亦可在主HIL與次HIL之間沈積經選定與鄰近HIL材料之低溶解度/相互作用之一中間層材料以防止HIL之間之互混。將中間層材料選定為薄(例如，<20 nm)以限制對光學共振腔之影響且屬於針對對短路之回應及/或有效率電荷注入選擇電特性之一材料。

在上文所描述之任一或多個實施例中，任一或多個(較佳全部)HIL(例如，圖2之第一HIL 23及/或一或多個進一步HIL 24)可包括經p型摻雜之聚合物及/或可自一溶液中沈積。較佳該等層之至少一層具有顯著橫向導電率。

毫無疑問，熟習此項技術者將想到許多其他有效替代例。將瞭解本發明並非限制於所描述之實施例且涵蓋落於隨附申請專利範圍之精神及範圍內之熟習此項技術者明白之修改。