專利名稱：黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用具有提高的對(duì)比度和光效率的共振吸收結(jié)構(gòu)的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件。
背景技術(shù)：
近來(lái)，顯示器正在被便攜式薄平板顯示器替代。在平板顯示器中，自發(fā)發(fā)光的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器具有寬視角、高對(duì)比度和快響應(yīng)速度，因而被視為下一 代顯示器，并且還具有亮度、驅(qū)動(dòng)電壓和響應(yīng)速度優(yōu)異以及色彩再現(xiàn)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。這種平板顯示器近來(lái)已經(jīng)被制造為輕薄型因而便于攜帶并且可以在戶外使用。在使用者在戶外使用平板顯示器觀看畫(huà)面時(shí)，陽(yáng)光被顯示器反射，不期望地降低了對(duì)比度和可視性。特別地，由于這種反射來(lái)自金屬反射性膜，在有機(jī)發(fā)光顯示器的情形中存在問(wèn)題更加嚴(yán)重。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一般在有機(jī)發(fā)光顯示器的一個(gè)表面上布置圓偏光片。盡管圓偏光片具有約40%到45%的透射率因而可以有利地減少外部光的反射，但會(huì)使從所述器件內(nèi)部發(fā)出的光不期望地減少。此外，一般圓偏光片由線偏光片和90°相位延遲片組成，并且具有約為O. 3mm的總厚度。在將該偏光片應(yīng)用于作為最近趨勢(shì)的超薄顯示器的情況下會(huì)有問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)增大顯示器的厚度并且也布置在該器件的外部，因而需要額外的過(guò)程，并且難以形成一體的單個(gè)器件。為此，當(dāng)前正在進(jìn)行替代圓偏光片的研究。根據(jù)最近的研究(US 5049780、US 6411019)，已經(jīng)設(shè)計(jì)出利用光干涉濾光片代替圓偏光片來(lái)減少外部光的反射率的技術(shù)。利用金屬介電薄層的光干涉濾光片通過(guò)調(diào)節(jié)介電質(zhì)的厚度使得被各個(gè)金屬層反射的光波在它們之間的相位被設(shè)置為180°的條件下抵消。具體地，當(dāng)這種薄層布置在有機(jī)發(fā)光器件的下金屬電極層上時(shí)，它們會(huì)起到降低金屬電極對(duì)外部光的反射的作用。另外，已經(jīng)例示了用能夠吸收光的材料涂布反射性電極(W000/25028，OpticExpress V13. p. 1406 (2005)，Thin Solid Films V379. p. 195 (2000))。在該方法中，能夠吸收光的所述材料的例子可以包括石墨、黑色聚合物等。然而，由于上述常規(guī)結(jié)構(gòu)會(huì)降低位于發(fā)光層下面的金屬電極的反射率，從該發(fā)光層向下發(fā)出的光未被反射，但是減弱，不期望地降低了光效率。另外，隨著與發(fā)光層相鄰的下金屬層的反射率下降，微腔現(xiàn)象會(huì)不期望地降低亮度。因此不能消除降低光效率的原因，而降低光效率是圓偏光片的最大問(wèn)題。為了克服這些問(wèn)題，最近的研究(US 6876018)已經(jīng)提出了利用與上金屬層的相消干涉來(lái)減少外部光而不減少下金屬電極的反射的結(jié)構(gòu)。然而，在這種情況下，為了滿足在下金屬電極與上金屬層之間的相消干涉條件，應(yīng)該調(diào)節(jié)布置在這兩個(gè)金屬層之間的有機(jī)層或透明電極層的厚度。當(dāng)電極層和發(fā)光層的厚度以這種方式變化時(shí)，會(huì)改變發(fā)光效率和電氣特性。因此，由于對(duì)電氣特性的影響，上述技術(shù)難以應(yīng)用到實(shí)際的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題因此，本發(fā)明考慮現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題而提出，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中通過(guò)移除常規(guī)使用的用來(lái)吸收外部光以提高器件對(duì)比度的圓偏光片，簡(jiǎn)化了有機(jī)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，并且可以解決主要由于使用圓偏光片導(dǎo)致的過(guò)程成本高和光效率低的問(wèn)題。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其由于毗鄰發(fā)光層放置的下金屬層的反射不會(huì)減少，因此不影響發(fā)光效率，并且在所述器件的外部額外地插入金屬介電薄層，而無(wú)需調(diào)節(jié)有機(jī)層和透明電極層的厚度，并且控制金屬介電薄層以形成共振吸收結(jié)構(gòu)，從而在不影響所述器件的電氣特性的情況下可以減少外部光的反射，并且可
以提高光效率。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，包括玻璃襯底；形成在所述玻璃襯底上的第一金屬層；形成在所述第一金屬層上的第一電極；形成在所述第一電極上的有機(jī)發(fā)光層；形成在所述有機(jī)發(fā)光層上以與所述第一電極相對(duì)的第二電極；形成在所述第二電極上的第一中間層；形成在所述第一中間層上的第二金屬層；以及形成在所述第二金屬層上的第二中間層，其中，調(diào)節(jié)所述第一中間層的厚度和所述第二中間層的厚度，使得被所述第一金屬層和所述第二電極反射的外部光與被所述第二金屬層反射的光相消干涉。在該方面中，被所述第一金屬層和所述第二電極反射的所述外部光中未與被所述第二金屬層反射的光發(fā)生相消干涉的部分可以被所述第二金屬層吸收。在該方面中，所述第一金屬層可以增大所述第一電極的電阻，并且所述第一金屬層的材料可以是選自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所構(gòu)成的組中的任意一種，或其合金。在該方面中，所述第二金屬層可以設(shè)置為薄金屬層的形式，并且所述第二金屬層的材料可以是選自由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所構(gòu)成的組中的任
意一種，或其合金。在該方面中，所述第一電極可以是透射電極并且可以形成陽(yáng)極，所述第一電極的材料可以包含諸如ITO (氧化銦錫)或IZO (氧化銦鋅)的透明導(dǎo)電氧化物。然而，可以使用涂有薄金屬的半透射電極來(lái)替代所述透射電極。在該方面中，所述第二電極可以是半透明金屬層并且可以形成陰極，所述第二電極的材料可以是選自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所構(gòu)成的組中的任意一種，或其合金。在該方面中，所述第一中間層可以是將被所述第二電極反射的光與被所述第二金屬層反射的光之間的相對(duì)相位調(diào)節(jié)到120°到240°的介電層，并且所述第一中間層的材料可以是選自由 SiOx (X 彡 I)、SiNx (X 彡 I)、MgF2' CaF2' Al2O3' SnO2, ITO、IZO、ZnO, Ta2O5'Nb205、HfO2> TiO2和In2O3所構(gòu)成的組中的任意一種。 同樣，將被所述第二電極反射的光與被所述第二金屬層反射的光之間的相對(duì)相位限制為約120°到240°范圍的原因是，即使所述相對(duì)相位不是恰好180°，通過(guò)實(shí)驗(yàn)也可以看出，相消干涉在所述相對(duì)相位接近180°的約120°到240°范圍可以發(fā)生，并且優(yōu)選地這種相消干涉在所述相對(duì)相位約150°到210°范圍可以有效地發(fā)生，更優(yōu)選地所述相對(duì)相位為180°。所述第二中間層可以是在被所述第一中間層調(diào)節(jié)的相對(duì)相位偏離180°的情況下進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕殡妼?，并且所述第二中間層的材料可以是選自由SiOxU彡I)、SiNxU彡I)、MgF2' CaF2' Al2O3' SnO2, ITO、IZO、Zn。、Ta2O5' Nb2O5' HfO2, TiO2 和 In2O3 所構(gòu)成的組中的任意一種。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，包括玻璃襯底；形成在所述玻璃襯底上的第一金屬層；形成在所述第一金屬層上的第一電極；形成在所述第一電極上的有機(jī)發(fā)光層；形成在所述有機(jī)發(fā)光層上以與所述第一電極相對(duì)的第二電極；以 及形成在所述第二電極上的多個(gè)金屬介電薄層，其中，所述金屬介電薄層包括介電層和半透射金屬層，并且使得被所述第一金屬層和所述第二電極反射的外部光發(fā)生相消干涉。在該方面中，被所述第一金屬層和所述第二電極反射的所述外部光中未通過(guò)所述金屬介電薄層發(fā)生相消干涉的部分可以被所述半透射金屬層吸收。在該方面中，所述第一金屬層可以增大所述第一電極的電阻，并且所述第一金屬層的材料可以是選自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所構(gòu)成的組中的任意一種，或其合金。在該方面中，所述第一電極可以是透射電極并且可以形成陽(yáng)極，所述第一電極的材料可以包含諸如ITO (氧化銦錫)或IZO (氧化銦鋅)的透明導(dǎo)電氧化物。然而，可以使用涂有薄金屬的半透射電極來(lái)替代所述透射電極。所述第二電極可以是半透射金屬層并且可以形成陰極，所述第二電極的材料可以是選自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所構(gòu)成的組中的任意一種，或其合金。所述金屬介電薄層可以包括所述介電層和所述半透射金屬層，并且所述介電層的材料可以是選自由 SiOx (X 彡 I) ,SiNx (x 彡 I)、MgF2、CaF2、Al2O3'Sn02、ITO、IZO、ZnO、Ta2O5'Nb2O5、HfO2JiOdP In2O3所構(gòu)成的組中的任意一種，所述半透射金屬層的材料可以是選自由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所構(gòu)成的組中的任意一種，或其合金。所述金屬介電薄層可以包括所述介電層和所述半透射金屬層，并且所述介電層的材料可以是選自由 SiOx(X 彡 I) ,SiNx(x 彡 I)、MgF2、CaF2、Al203、Sn02、ITO、ΙΖ0、Ζη0、和 In2O3所構(gòu)成的組中的任意一種，所述半透射金屬層的材料可以是選自由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au和Cu所構(gòu)成的組中的任意一種。本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供一種所述黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的制造方法，該黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件包括玻璃襯底、形成在所述玻璃襯底上的第一金屬層、形成在所述第一金屬層上的第一電極、形成在所述第一電極上的有機(jī)發(fā)光層和形成在所述有機(jī)發(fā)光層上以與所述第一電極相對(duì)的第二電極，所述方法包括在所述第二電極上形成多個(gè)金屬介電薄層，使得被所述第一金屬層和所述第二電極反射的外部光相消干涉。有益效果根據(jù)本發(fā)明，黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件可以在不使用圓偏光片的情況下減少外部光的反射，因而無(wú)需額外的過(guò)程，減小所述器件的厚度并且實(shí)現(xiàn)器件的一體化。另外，根據(jù)本發(fā)明，可以解決由于圓偏光片導(dǎo)致的光損耗的問(wèn)題，從而有效地提高光效率。與具有圓偏光片的常規(guī)有機(jī)發(fā)光器件相比，在無(wú)需改變內(nèi)部金屬的反射率或發(fā)光層和電極的厚度的情況下，可以減少外部光的反射，因此對(duì)所述器件的電氣特性或發(fā)光效率沒(méi)有影響。另外，與受到底部發(fā)射結(jié)構(gòu)限制的常規(guī)技術(shù)相比，本發(fā)明可以有效地應(yīng)用于頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)。


圖I是示出根據(jù)常規(guī)的頂部發(fā)光的有機(jī)發(fā)光二極管的示意圖；圖2是示出常規(guī)的頂部發(fā)光的有機(jī)發(fā)光二極管器件的外部光反射率的曲線圖；圖3是示出用于減小外部光反射的圓偏光片的示意圖；圖4是示出具有圓偏光片或不具有圓偏光片的頂部發(fā)光OLED的照片；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的視圖；圖6是示出厚度為IOnm的任意金屬的吸光率的曲線圖；圖7是示出不具有相位補(bǔ)償層的金屬介電薄層結(jié)構(gòu)的視圖，圖8是示出圖7的結(jié)構(gòu)中不同波長(zhǎng)的反射系數(shù)的幅度和相位差的曲線圖，圖9是示出具有相位補(bǔ)償層的金屬介電薄層結(jié)構(gòu)的視圖，圖10是圖9的結(jié)構(gòu)中不同波長(zhǎng)的反射系數(shù)的幅度和相位差的曲線圖，圖11是示出根據(jù)是否存在相位補(bǔ)償層而得到的反射率的曲線圖，以及圖12是根據(jù)相位補(bǔ)償層和相位匹配層的材料種類而得到的反射率的曲線圖；圖13是示出具有多個(gè)金屬介電薄層的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的視圖；圖14和圖15是示出實(shí)例I的結(jié)果的曲線圖，其中圖14是示出根據(jù)相位匹配層的厚度變化(Cr的厚度設(shè)置為8nm，相位補(bǔ)償層SiO2的厚度設(shè)置為80nm)而得到的外部光反射率的曲線圖，圖15是示出根據(jù)相位補(bǔ)償層的厚度變化(Cr的厚度設(shè)置為8nm，相位匹配層的厚度設(shè)置為60nm)而得到的外部光反射率的曲線圖；圖16和圖17是示出實(shí)例I的結(jié)果的曲線圖，其中圖16是示出根據(jù)Cr的厚度變化(相位匹配層的厚度設(shè)置為60nm，相位補(bǔ)償層的厚度設(shè)置為80nm)而得到的外部光反射率的曲線圖，圖17是示出根據(jù)Cr的厚度變化(加括號(hào)的數(shù)字表示相對(duì)于具有圓偏光片的常規(guī)有機(jī)發(fā)光二極管器件的效率比(亮度比))而得到的光強(qiáng)度變化的曲線圖；圖18和圖19是示出實(shí)例2的結(jié)果的曲線圖，其中圖18是示出根據(jù)Mg:Ag電極的厚度(相位匹配層的厚度為60nm,相位補(bǔ)償層的厚度為80nm,Cr的厚度為6nm)而得到的外部光反射率的曲線圖，圖19是示出根據(jù)Mg:Ag電極的厚度而得到的光強(qiáng)度變化的曲線圖；圖20和圖21是示出實(shí)例3的結(jié)果的曲線圖，其中圖20是示出根據(jù)相位匹配層的厚度(Cr的厚度為10nm，相位補(bǔ)償層的厚度為60nm)而得到的頂部發(fā)光的發(fā)光器件的外部光反射率的曲線圖，圖21是示出根據(jù)相位匹配層的厚度而得到的所述器件的光強(qiáng)度變化的曲線圖；圖22和圖23是示出實(shí)例4的結(jié)果的曲線圖，其中圖22是示出根據(jù)Ti的厚度(相位匹配層的厚度和相位補(bǔ)償層的厚度為80nm)而得到的所述器件的外部光反射率的曲線圖，圖23是示出根據(jù)Ti的厚度而得到的所述器件的光強(qiáng)度變化的曲線圖24和圖25是示出實(shí)例5的結(jié)果的曲線圖，其中圖24是示出根據(jù)Ti的厚度(相位匹配層SiNx的厚度為50nm,相位補(bǔ)償層SiO2的厚度為70nm)而得到的所述器件的外部光反射率的曲線圖，圖25是示出根據(jù)Ti的厚度而得到的所述器件的光強(qiáng)度變化的曲線圖；以及圖26和圖27是示出實(shí)例6的結(jié)果的曲線圖，其中圖26是示出根據(jù)Mg:Ag厚度(相位匹配層SiNx的厚度為50nm，相位補(bǔ)償層SiO2的厚度為70nm，第二金屬層Ti的厚度為Ilnm)而得到的所述器件的外部光反射率的曲線圖，圖27是示出根據(jù)Mg:Ag厚度而得到的所述器件的光強(qiáng)度變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在全部附圖中盡可能使用相同附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。在下面的描述中，應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)涉及到本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功 能的詳細(xì)描述會(huì)使本發(fā)明的主旨模糊時(shí)，將省略這些描述。圖I是示出根據(jù)常規(guī)的頂部發(fā)光的有機(jī)發(fā)光二極管的示意圖。如圖I所示，常規(guī)的有機(jī)發(fā)光二極管包括順序向上布置的玻璃襯底(玻璃)、反射層(八8)、透明電極層(11'0)、有機(jī)層、金屬電極層(1%:八8)和包覆層(或保護(hù)層)。如圖I所示，外部光從金屬電極層(Mg: Ag)和反射層(Ag)被反射，從而造成所述器件的對(duì)比度降低。圖2是示出常規(guī)的頂部發(fā)光的有機(jī)發(fā)光二極管器件的外部光反射率的曲線圖，并且描繪了具有圖I的常規(guī)頂部發(fā)光結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光二極管器件的外部光反射率。在這種情況下，光反射率為約45%。通常，顯示設(shè)備的對(duì)比度由下面的等式I定義。等式I
I I 7) I
「I r^jy ^-jOnD^ambiemCR=-
ljOff 卞 ixDi^amhiem這里，Lon和Ltjff分別是打開(kāi)和關(guān)閉OLED器件時(shí)的亮度值。Lambimt是外部光的亮度。Rd是由下面的等式2定義的顯示器的光反射率，其中光反射率是顯示設(shè)備在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的平均反射率。等式2
\' V {λ)· R{/C)-S {Z)dλRd-
Jai這里，V是亮度的曲線函數(shù)，S是標(biāo)準(zhǔn)光源D65的光譜，R是根據(jù)顯示器的光譜而得到的外部光反射率。因此，圖2的常規(guī)OLED器件的外部光的光反射率為約45%。為了減小這種外部光反射，常規(guī)有機(jī)發(fā)光器件包括如圖3所示的圓偏光片，從而防止外部光的反射和增大對(duì)比度。圖3所示的圓偏光片包括主要由線偏光片和四分之一波片組成的多個(gè)光學(xué)薄層。圖4示出具有圓偏光片或不具有圓偏光片的頂部發(fā)光0LED。左邊照片是不具有圓偏光片的OLED器件，右邊照片是具有圓偏光片的OLED器件。當(dāng)OLED被配置為不使用圓偏光片時(shí)，在存在諸如外部陽(yáng)光的強(qiáng)外部光時(shí)，難以使用0LED。
在包括線偏光片的圓偏光片中，線偏光片一般具有約40%到45%的透射率，因而透過(guò)圓偏光片的光可以減少約50%或更多。因此，當(dāng)使用圓偏光片時(shí)，可以減少外部光的反射，但是從所述器件內(nèi)部發(fā)出的光不期望地被吸收并且減少。因此，OLED器件的光效率降低。另外，一般的圓偏光片的總厚度約為O. 3_。當(dāng)該圓偏光片被應(yīng)用于超薄顯不器時(shí)，會(huì)增大顯示器的厚度，并且該圓偏光片被布置在所述器件的外部，因而需要額外的過(guò)程，難以形成一體的單個(gè)器件。為此，已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試來(lái)移除圓偏光片和減少OLED的外部光的反射，以提高對(duì)比度。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的新型黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的示意圖，其中即使不使用圓偏光片也可以減少外部光的反射。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件包括順序向上布置的玻璃襯 底10、第一金屬層20、第一電極30、有機(jī)發(fā)光層40、第二電極50、第一中間層60、第二金屬層70和第二中間層80，其中調(diào)節(jié)第一中間層60和第二中間層80的厚度，由此從第一金屬層20和第二電極50反射的光與從第二金屬層70反射的光相消干涉,未相消干涉的光被第二金屬層70吸收。因此，該器件被構(gòu)造為利用共振吸收結(jié)構(gòu)吸收外部光。第一金屬層20是高反射層，優(yōu)選為Ag層，其提高作為透明陽(yáng)極(ΙΤ0)的第一電極30的電阻，并且第一金屬層20的材料可以是選自由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所構(gòu)成的組中的任意一種,或其合金。有機(jī)發(fā)光層40(有機(jī)層)形成在第一電極30上,第二電極50形成在有機(jī)發(fā)光層40上以便與第一電極30相對(duì)。同樣，第二電極50優(yōu)選為用作陰極的半透明金屬層(Mg:Ag)。第二電極50 的材料可以是選自由 Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe 和Pt所構(gòu)成的組中的任意一種，或其合金。同時(shí)，一般頂部發(fā)光的OLED被配置為使得從有機(jī)層發(fā)出的光透過(guò)半透明Mg:Ag層，因而發(fā)射到外部，并且保護(hù)層形成在該半透明Mg:Ag層上，以保護(hù)電極和有機(jī)層。保護(hù)層一般由有機(jī)層組成，并且保護(hù)層的結(jié)構(gòu)與一般的頂部發(fā)光OLED的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。在本發(fā)明中，被視為保護(hù)層的第一中間層60用作相位匹配層，作為吸收性金屬薄層的第二金屬層70形成在第一中間層60上，第二中間層80 (作為用來(lái)補(bǔ)償相位的介電層)形成在第二金屬層70上，并且用作相位補(bǔ)償層。因此，調(diào)節(jié)用作相位匹配層的第一中間層60的厚度和用作相位補(bǔ)償層的第二中間層80的厚度,使得從金屬層(在本發(fā)明中為第二電極50和第一金屬層20)反射的外部光(其中，外部光的反射主要發(fā)生在一般的頂部發(fā)光OLED中)與從額外設(shè)置的第二金屬層70反射的光相消干涉。同樣，第二金屬層70 (頂部金屬薄層)的材料可以是選自由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所構(gòu)成的組中的任意一種,或其合金。相位匹配層和相位補(bǔ)償層的光學(xué)厚度被設(shè)計(jì)為接近1/4波長(zhǎng)，盡管它隨著基于金屬種類的光學(xué)常數(shù)的分布而變化。同樣，從金屬層反射的光波導(dǎo)致相消干涉，因而有效地減少外部光的反射。因此，即使不用添加圓偏光片，本發(fā)明也可以有利地減少外部光的反射。在一般的頂部發(fā)光OLED器件中，發(fā)生外部光反射最多的層是相當(dāng)于上電極層的Mg:Ag層，大約60%或更多的外部光被該層反射。然后，次多的光被最下面的Ag層反射，剩余的光被各個(gè)界面反射。因此，利用光學(xué)相消干涉和金屬層的光吸收性，可以減少在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的外部光的反射。光學(xué)相消干涉是指當(dāng)從界面反射的光波之間形成約180°的相位并且具有相同的反射振幅時(shí)，它們彼此抵消。然而，難以在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)滿足光學(xué)相消干涉，并且部分光偏離相消干涉條件，因而不完全抵消。應(yīng)該利用光吸收性材料吸收這樣的光，這樣被視為非常適合的。由于金屬是光吸收性材料，當(dāng)光透過(guò)金屬時(shí)，部分光可以被吸收。具體地，當(dāng)使用金屬層時(shí)，部分反射光可以進(jìn)行相消干涉，同樣利用透過(guò)金屬層時(shí)發(fā)生的吸收，由于相消干涉而未完全抵消的部分外部光可以被抵消。同時(shí)，在“Journalof Korean Physical Society V. 55p. 501”中充分地描述了利用金屬介電薄層來(lái)減少外部光反射的原理。根據(jù)該文獻(xiàn)，圖5中所示的本發(fā)明的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的第二金屬層70優(yōu)選由高吸收性金屬形成。如上所述，通過(guò)調(diào)節(jié)用作相位匹配層的第一中間層60和用作相位補(bǔ)償層的第二中間層80的厚度，難以滿足從第二電極50反射的光與從第二金屬層70反射的光在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的相消干涉條件。另外，在光從 位于第二電極50下面的第一金屬層20反射的情況下,難以調(diào)節(jié)位于第二電極50與第一金屬層20之間的有機(jī)發(fā)光層40的厚度，更難以利用相消干涉抵消光。因此，第二金屬層70更優(yōu)選由能吸收大量光同時(shí)滿足相消干涉條件的金屬制成。特別有用的是折射率和吸收系數(shù)為約2到4的金屬。圖6是示出厚度為IOnm的任意金屬的吸光率的曲線圖。如圖6所示，第二金屬層70適合用Cr、Mo、Ti、Co、Ni、W等制成。在使用這種金屬的情況下，由于反射引起的相消干涉和高吸收率，金屬層可以有效地吸收整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，由此減少外部光的反射。下面將描述用作相位匹配層的第一中間層60和用作相位補(bǔ)償層的第二中間層80的作用和材料。第一中間層60用于將從頂部發(fā)光OLED的第二電極50 (陰極)反射的光與從第二金屬層70反射的光之間的相對(duì)相位調(diào)節(jié)為約180°，用作相位匹配層的第一中間層60的材料優(yōu)選為選自由 SiOx (X 彡 I)、SiNx (X 彡 l)、MgF2、CaF2、Al203、Sn02、IT0、IZ0、Zn0、Ta205、Nb205、HfO2> TiO2和In2O3所構(gòu)成的組中的任意一種。另一方面，僅僅利用如上所述的相位匹配層(第一中間層60)難以將反射光在整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的相位差保持在180°。因此，額外地插入相位補(bǔ)償層(第二中間層80)，以便基于外部光的波長(zhǎng)與180°補(bǔ)償相位偏離的量。圖7到圖12示出相位補(bǔ)償層的作用。圖7示出包括相位匹配層和兩個(gè)金屬層而不具有額外相位補(bǔ)償層的黑色金屬介電薄層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，如圖8所示，由于沒(méi)有設(shè)置相位補(bǔ)償層，在整個(gè)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，從上部金屬層和下部金屬層反射的兩個(gè)光波的相位差不是保持在180°。相反，如圖9所示，在包括相位補(bǔ)償層的黑色膜的情況下，在整個(gè)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，相位差保持在180° (圖10)。因此，當(dāng)比較這兩種情況的反射率值時(shí)，設(shè)置有相位補(bǔ)償層的情況顯示出在整個(gè)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有低的反射率(圖11)。另外，下面將描述適于作為相位匹配層的第一中間層60和作為相位補(bǔ)償層的第二中間層80的介電特性。在大多數(shù)電介質(zhì)中，折射率的減小與波長(zhǎng)的增大成正比，這種現(xiàn)象對(duì)保持整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的相消干擾有負(fù)面影響。因此，折射率隨著波長(zhǎng)改變而改變得少(即，光學(xué)常數(shù)的分布小)的電介質(zhì)是有用的。此外，由于入射介質(zhì)為空氣(n=l)，因此，與使用具有高折射率的介電材料相比，具有低折射率的介電材料更適合用于相位補(bǔ)償層?？紤]到以上因素，用作相位補(bǔ)償層的第二中間層80的材料優(yōu)選為選自由SiOx (X 彡 I)、SiNx (X 彡 I)、MgF2、CaF2、Al2O3'Sn02、ITO、IZO、ZnO、Ta205、Nb2O5'Hf02、TiO2 和In2O3所構(gòu)成的組中的任意一種。圖12是示出利用不同介電材料的黑色膜的反射率的曲線圖。在本發(fā)明中，包括單個(gè)相位匹配層(第一中間層60)、單個(gè)吸收性金屬層(第二金屬層70)和相位補(bǔ)償層(第二中間層80)的金屬介電薄層結(jié)構(gòu)被實(shí)際用來(lái)代替圓偏光片。更具體地，即使在使用多個(gè)金屬介電薄層時(shí)，它們也可以像在圓偏光片中一樣用于減少外部·光的反射。因此，圓偏光片的結(jié)構(gòu)可以用本發(fā)明的多個(gè)金屬介電薄層來(lái)替代。圖13示出包括多個(gè)金屬介電薄層的0LED。下面描述根據(jù)本發(fā)明的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的多個(gè)實(shí)例。實(shí)例ICr用作第二金屬層70，SiO2同時(shí)用作相位匹配層(第一中間層60)和相位補(bǔ)償層(第二中間層80)。在本發(fā)明中，采用適于薄層結(jié)構(gòu)的反射和透射的轉(zhuǎn)移矩陣類型。這種轉(zhuǎn)移矩陣類型適用于由Macelod在“ Thin-Film Optical Filter, 3rded. ”中充分描述的許多光學(xué)涂層和濾光器設(shè)計(jì)。圖9示出根據(jù)相位匹配層(第一中間層60)和相位補(bǔ)償層(第二中間層80)的厚度變化而得到的外部光反射率。圖14示出根據(jù)相位匹配層(第一中間層60)的厚度而得到的外部光反射率的變化。在附圖中，加括號(hào)的數(shù)字表示光反射率的值，當(dāng)SiO2為60nm時(shí)得到最小的反射率。圖15示出根據(jù)相位補(bǔ)償層(第二中間層80)的厚度而得到的反射率。圖16示出根據(jù)Cr的厚度變化而得到的外部光反射率，圖17示出根據(jù)Cr的厚度變化而得到的強(qiáng)度，其中加括號(hào)的值表示相對(duì)于具有偏光片的常規(guī)OLED的亮度比。因此，當(dāng)Cr的厚度為6nm時(shí)，效率比常規(guī)OLED提高約3%。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)相位補(bǔ)償層(第二中間層80)的厚度為80nm、Cr的厚度為6nm且相位匹配層(第一中間層60)的厚度為60nm時(shí),外部光的反射率為約2. 9%，并且效率比具有偏光片的常規(guī)OLED提高約3%。以下的所有實(shí)例都是在有機(jī)發(fā)光層40和第一電極(IT0)30的厚度與常規(guī)OLED中的有機(jī)發(fā)光層和第一電極的厚度相同的條件下進(jìn)行的。另外，第二電極50的厚度設(shè)置為18nm，與常規(guī)OLED中的第二電極厚度相同。在實(shí)例2和實(shí)例6中，分析根據(jù)第二電極50的厚度變化而得到的結(jié)果。實(shí)例2當(dāng)Cr用作第二金屬層70并且SiO2用作相位匹配層(第一中間層60)和相位補(bǔ)償層(第二中間層80)時(shí)，分析根據(jù)使用Mg:Ag的第二電極50的厚度變化而得到的結(jié)果。圖18和圖19是示出根據(jù)第二電極50的厚度變化而得到的外部光反射率和效率的曲線圖。在實(shí)例I中，第二電極50的厚度為18nm，與常規(guī)OLED中的第二電極厚度相同。同樣，外部光的反射率為約2. 9%，并且效率比具有偏光片的常規(guī)OLED提高約3%。然而，隨著作為第二電極50的Mg:Ag的厚度減小，效率得到提高并且外部光反射率增大。在約16nm處，外部光反射率為約3. 7%，并且效率提高約26%。
可以看出，在不影響電氣特性的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)Mg:Ag電極的厚度，從而可以控制外部光反射的效率。實(shí)例3Cr用作第二金屬層70，SiNx用作相位補(bǔ)償層(第二中間層80)和相位匹配層(第一中間層60)。圖20和圖21是示出當(dāng)由SiNx制成的相位補(bǔ)償層(第二中間層80)的厚度為60nm并且Cr的厚度為IOnm時(shí)，外部光反射率和效率的曲線圖。例如，當(dāng)相位匹配層(第一中間層60)的厚度為50nm時(shí)，外部光反射率為約4. 8%，并且效率提高約2%。實(shí)例4Ti用作第二金屬層70，SiO2用作相位匹配層(第一中間層60)和相位補(bǔ)償層(第二中間層80)。圖22和圖23是示出當(dāng)相位匹配層(第一中間層60)和相位補(bǔ)償層(第二中間層80)由SiO2制成且厚度為SOnm時(shí)，根據(jù)作為第二金屬電極層70的Ti的厚度而得到的外部光反射率和強(qiáng)度的曲線圖。當(dāng)Ti的厚度為IOnm時(shí)，外部光反射率為約4. 2%，并且光效率比具有圓偏光片的常規(guī)OLED提高約28%。Ti比Cr的吸光率低，因此表現(xiàn)出更高的效率。實(shí)例5Ti用作第二金屬層70、SiNx用作相位匹配層(第一中間層60)且Si02用作相位補(bǔ)償層(第二中間層80)。圖24和圖25是示出當(dāng)相位補(bǔ)償層(第二中間層80)由SiO2制成且厚度為70nm且相位匹配層(第一中間層60)由SiNx制成且厚度為50nm時(shí)，根據(jù)作為第二金屬電極層70的Ti的厚度變化而得到的外部光的反射效率的曲線圖。當(dāng)Ti的厚度為Ilnm時(shí)，外部光反射率為約4. 1%，并且光效率比普通OLED提高約42%。實(shí)例5的情形表現(xiàn)出最高的性能。實(shí)例6當(dāng)Ti用作第二金屬層70、Si02用作相位補(bǔ)償層(第二中間層80)且SiNx用作相位匹配層(第一中間層60)時(shí)，在實(shí)例5中表現(xiàn)出根據(jù)第二電極50 (半透射金屬陰極(Mg:Ag))的厚度而得到的最高的性能。在這種情況下，研究根據(jù)第二電極50的厚度而得到的所述變化。通常，半透射金屬陰極是OLED器件的電子注入源，因而可以顯著地影響取決于其電氣特性、透射率和反射率的光學(xué)特性。因此，測(cè)量根據(jù)厚度的典型變化而得到的特性。同樣，Ti的厚度為llnm、相位補(bǔ)償層(第二中間層80)由SiO2制成且厚度為70nm、并且相位匹配層(第一中間層60)由SiNx制成且厚度為50nm。圖26示出根據(jù)第二電極50的厚度而得到的外部光反射率的曲線圖，圖27是示出根據(jù)第二電極50的厚度而得到的效率的曲線圖。當(dāng)由Mg:Ag制成的第二電極50的厚度為18nm時(shí)，外部光反射率為約4. 1%，并且效率提高約42%，這都被認(rèn)為是優(yōu)異的。盡管為了舉例的目的已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的關(guān)于黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求中公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以進(jìn)行各種修改、添加和替換。權(quán)利要求
1.一種黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，包括 玻璃襯底； 形成在所述玻璃襯底上的第一金屬層； 形成在所述第一金屬層上的第一電極； 形成在所述第一電極上的有機(jī)發(fā)光層； 形成在所述有機(jī)發(fā)光層上以與所述第一電極相對(duì)的第二電極； 形成在所述第二電極上的第一中間層； 形成在所述第一中間層上的第二金屬層；以及 形成在所述第二金屬層上的第二中間層， 其中，調(diào)節(jié)所述第一中間層的厚度和所述第二中間層的厚度，使得被所述第一金屬層和所述第二電極反射的外部光與被所述第二金屬層反射的光相消干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，被所述第一金屬層和所述第二電極反射的所述外部光中未與被所述第二金屬層反射的光發(fā)生相消干涉的部分被所述第二金屬層吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第一金屬層增大所述第一電極的電阻，并且所述第一金屬層的材料是從由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所構(gòu)成的組中選擇的任意一種,或其合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第二金屬層設(shè)置為薄金屬層的形式，并且所述第二金屬層的材料是從由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所構(gòu)成的組中選擇的任意一種,或其合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第一電極是透明陽(yáng)極并且包含透明導(dǎo)電氧化物(ITO或IZ0)或者半透射金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第二電極是半透明金屬層并且形成陰極，所述第二電極的材料是從由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt構(gòu)成的組中選擇的任意一種,或其合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第一中間層是能夠?qū)⒈凰龅诙姌O反射的光與被所述第二金屬層反射的光之間的相對(duì)相位調(diào)節(jié)到120°到240°的介電層，并且所述第一中間層的材料是從由Si0x、SiNx、MgF2、CaF2、Al203、Sn02、IT0、IZO, ZnO, Ta2O5, Nb2O5> HfO2, TiO2和In2O3所構(gòu)成的組中選擇的任意一種，其中x彡I。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第一中間層是能夠?qū)⒈凰龅诙姌O反射的光與被所述第二金屬層反射的光之間的相對(duì)相位調(diào)節(jié)到150°到210°的介電層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第一中間層是能夠?qū)⒈凰龅诙姌O反射的光與被所述第二金屬層反射的光之間的相對(duì)相位調(diào)節(jié)到180°的介電層。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第二中間層是在被所述第一中間層調(diào)節(jié)的相對(duì)相位偏離180°的情況下進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕殡妼樱⑶宜龅诙虚g層的材料是從由 SiOx、SiNx、MgF2、CaF2、Al2O3、SnO2、ITO、IZO、ZnO、Ta2O5、Nb2O5、HfO2、TiO2 和In2O3所構(gòu)成的組中選擇的任意一種，其中X彡I。
11.一種黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，包括 玻璃襯底； 形成在所述玻璃襯底上的第一金屬層； 形成在所述第一金屬層上的第一電極； 形成在所述第一電極上的有機(jī)發(fā)光層； 形成在所述有機(jī)發(fā)光層上以與所述第一電極相對(duì)的第二電極；以及 形成在所述第二電極上的多個(gè)金屬介電薄層， 其中，所述金屬介電薄層包括介電層和半透射金屬層，并且使得被所述第一金屬層和所述第二電極反射的外部光發(fā)生相消干涉。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，被所述第一金屬層和所述第二電極反射的所述外部光中未通過(guò)所述金屬介電薄層發(fā)生相消干涉的部分被所述半透射金屬層吸收。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第一金屬層增大所述第一電極的電阻，并且所述第一金屬層的材料是從由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所構(gòu)成的組中選擇的任意一種,或其合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第一電極是透明陽(yáng)極并且包含透明導(dǎo)電氧化物(ITO或IZ0)或者半透射金屬。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述第二電極是半透射金屬層并且形成陰極，所述第二電極的材料是從由Ag、Al、Mg、Cr、Ti、Ni、W、Au、Ta、Cu、Co、Fe、Mo和Pt所構(gòu)成的組中選擇的任意一種,或其合金。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，其中，所述金屬介電薄層包括所述介電層和所述半透射金屬層，并且所述介電層的材料是從由SiOx、SiNx, MgF2, CaF2,A1203、SnO2, ITO、IZO、ZnO, Ta2O5, Nb2O5, HfO2, TiO2 和 In2O3 所構(gòu)成的組中選擇的任意一種，其中X彡1，所述半透射金屬層的材料是從由Cr、Ti、Mo、Co、Ni、W、Al、Ag、Au、Cu、Fe、Mg和Pt所構(gòu)成的組中選擇的任意一種或其合金。
17.—種黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件的制造方法，該黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件包括玻璃襯底、形成在所述玻璃襯底上的第一金屬層、形成在所述第一金屬層上的第一電極、形成在所述第一電極上的有機(jī)發(fā)光層和形成在所述有機(jī)發(fā)光層上以與所述第一電極相對(duì)的第二電極，所述方法包括 在所述第二電極上形成多個(gè)金屬介電薄層，使得被所述第一金屬層和所述第二電極反射的外部光相消干涉。
全文摘要
為了簡(jiǎn)化有機(jī)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，并且解決使用圓偏光片帶來(lái)的所述器件的過(guò)程成本增大和光效率降低的問(wèn)題，本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)共振吸收結(jié)構(gòu)的黑色有機(jī)發(fā)光二極管器件，該黑色有機(jī)發(fā)光二極管包括玻璃襯底；形成在所述玻璃襯底上的第一金屬層；形成在所述第一金屬層上的第一電極；形成在所述第一電極上的有機(jī)發(fā)光層；形成在所述有機(jī)發(fā)光層上以與所述第一電極相對(duì)的第二電極；形成在所述第二電極上的第一中間層；形成在所述第一中間層上的第二金屬層；以及形成在所述第二金屬層上的第二中間層，其中，通過(guò)控制所述第一中間層和所述第二中間層的厚度，使得被所述第一金屬層和所述第二電極反射的外部光與被所述第二金屬層反射的光相消干涉。
文檔編號(hào)H05B33/24GK102714281SQ201080060749
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者曺尚煥, 李用熙, 都永洛 申請(qǐng)人:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院