包括光提取亞結(jié)構(gòu)的oled以及包括它的顯示設(shè)備的制造方法
【專利說明】包括光提取亞結(jié)構(gòu)的OLED以及包括它的顯示設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C. § 119要求2012年10月1日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列第 61/708, 196號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過參考將其完整地結(jié)合于此。
[0003] 領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及有機(jī)發(fā)光二極管（0LED)包括它的顯示設(shè)備。例如，設(shè)想的顯示設(shè)備 包括，但不限于：光源、圖像顯示器、視覺指示器或利用一個(gè)或多個(gè)光源來滿足它的功能的 任何其它設(shè)備。
[0005] 背景
[0006] 有機(jī)發(fā)光二極管（0LED)通常對(duì)于顯示器應(yīng)用而言是吸引人的。已提出 了多種0LED構(gòu)造來增加操作效率和提高0LED的其它性能參數(shù)，包括，但不限于： 美國專利號(hào)7, 834, 539, 7, 824, 541，和7, 432, 649以及公開的美國預(yù)授權(quán)公開號(hào) 2012/0155093, 2012/0112225,和 2007/0252155 所述的那些。在LED和特別是 0LED領(lǐng)域 的持續(xù)挑戰(zhàn)是優(yōu)化從設(shè)備的光提取。本發(fā)明的技術(shù)引入一種通過新穎的光提取系統(tǒng)來增強(qiáng) 0LED性能的方式。
[0007] 簡(jiǎn)述
[0008] 發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，雖然可在0LED設(shè)備中有效地產(chǎn)生光，但許多產(chǎn)生的光仍然被卡在 設(shè)備中。實(shí)際上，在許多設(shè)備中，只有約25%的產(chǎn)生的光逃逸到環(huán)境，留下約45%卡在設(shè)備 的有機(jī)材料中，以及約30%卡在設(shè)備的玻璃層中。根據(jù)本發(fā)明的主題，提供了光提取亞結(jié) 構(gòu)，其增強(qiáng)從0LED設(shè)備的有機(jī)材料的光提取，并降低在設(shè)備的玻璃層中的截留。建議的亞 結(jié)構(gòu)可包括化學(xué)強(qiáng)化的玻璃，例如諸如離子交換的玻璃。此外，建議的亞結(jié)構(gòu)的玻璃可使用 例如熔化下拉法大量制造。
[0009] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，提供有機(jī)發(fā)光二極管，其包括光提取亞結(jié)構(gòu)和偶極 超結(jié)構(gòu)。所述光提取亞結(jié)構(gòu)包括玻璃基片，分布在玻璃基片的波導(dǎo)表面上的多個(gè)離散的光 提取波導(dǎo)元件，以及分布在離散的光提取波導(dǎo)元件上和玻璃基片的波導(dǎo)表面上的驅(qū)光矩 陣。離散的光提取波導(dǎo)元件在波導(dǎo)元件終止點(diǎn)之間延伸。驅(qū)光矩陣在不同厚度分布，以增 加光提取亞結(jié)構(gòu)的接合偶極超結(jié)構(gòu)的側(cè)面的平坦度，以及在離散的光提取波導(dǎo)元件的波導(dǎo) 元件終止點(diǎn)處提供驅(qū)光位點(diǎn)。構(gòu)造超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)和光提取亞結(jié)構(gòu)，從而操作時(shí)，源自偶極超結(jié) 構(gòu)的有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體材料的光與光提取亞結(jié)構(gòu)的離散的波導(dǎo)元件耦合，作為各自的耦合模 式，其由近似耦合長度（L。）表征，該耦合長度定義為待耦合的光模式從超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)到光提 取亞結(jié)構(gòu)的一個(gè)離散的波導(dǎo)元件所需的傳播距離。離散的光提取波導(dǎo)元件或者至少它們中 的大多數(shù)具有長度LT，為約L5Lc。
[0010] 在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，提供了有機(jī)發(fā)光二極管，其中大多數(shù)離散的光提 取波導(dǎo)元件沿著由超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)限定的光傳播方向在波導(dǎo)元件終止點(diǎn)之間延伸小于約20微 米。驅(qū)光矩陣的折射率n(P)至少比超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的有效折射率n## (〇)和離散的光提取 波導(dǎo)元件的有效折射率n## (WG)小約0.2。此外，超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)(〇)和離散的光提取 波導(dǎo)元件n## (wg)各自的有效折射率相差約0.2或更小。此外，超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的厚度x(0) 以及離散的光提取波導(dǎo)元件和驅(qū)光矩陣的總厚度x(WG+P)相差小于約1. 5微米，以及將超 結(jié)構(gòu)波導(dǎo)與離散的光提取波導(dǎo)元件分離小于約1. 5微米。
【附圖說明】
[0011] 當(dāng)結(jié)合以下附圖閱讀下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的詳細(xì)描述時(shí)，可對(duì)其形成最 好的理解，附圖中相同的結(jié)構(gòu)用相同的附圖標(biāo)記表示。
[0012] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的OLED的層狀結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0013] 圖2顯示了掃描電子顯微鏡拍攝的光提取亞結(jié)構(gòu)的約30微米X20微米的表面部 分的圖像。
[0014] 圖3顯示了圖2所示的一部分表面的圖像。
[0015] 圖4顯示了設(shè)想的根據(jù)本發(fā)明的OLED的折射率分布。
[0016] 圖5顯示了在設(shè)想的根據(jù)本發(fā)明的OLED中，離散的光提取波導(dǎo)元件和超結(jié)構(gòu)波導(dǎo) 之間分離距離x影響隧穿（tunneling)振幅的方式。
[0017] 圖6顯示了根據(jù)圖1所示的方案制備的設(shè)備（圖6A)獲得的強(qiáng)度，但沒有平滑或 平坦化層。設(shè)備的左側(cè)包括在OLED上的納米顆粒，而右側(cè)則包括OLED。圖片（圖6B)顯示 了存在散射位點(diǎn)時(shí)增加的強(qiáng)度（3. 4倍）的強(qiáng)度差。
[0018] 圖7顯示了具有散射層和平坦化層的玻璃的SEM。圖7A顯示了~2微米的總厚 度，圖7B顯示了 3. 7微米的厚度。在兩個(gè)圖片中，散射層作為在下方界面處的白色顆粒出 現(xiàn)，而平坦化層是散射層上面的粗糙表面。
[0019] 具體描述
[0020] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的0LED100的層狀結(jié)構(gòu)的示意圖。所示的有機(jī) 發(fā)光二極管100包括偶極超結(jié)構(gòu)10和光提取亞結(jié)構(gòu)20。偶極超結(jié)構(gòu)10包括陽極12,陰極 14,和有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體材料16,該有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體材料16設(shè)置在陽極12和陰極14之間以 共同限定超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)15。光提取亞結(jié)構(gòu)20包括玻璃基片22,分布在玻璃基片22的波導(dǎo)表 面26上的多個(gè)離散的光提取波導(dǎo)元件（LT) 24,和分布在離散的光提取波導(dǎo)元件24和玻璃 基片22的波導(dǎo)表面26上的驅(qū)光矩陣30。0LED100還可包括包封層40。
[0021] 圖2顯示了掃描電子顯微鏡拍攝的設(shè)想的光提取亞結(jié)構(gòu)20的約30微米X20微 米的表面部分的圖像，且圖3更詳細(xì)的顯示了圖2的部分表面圖像。如圖1-3所示，離散 的光提取波導(dǎo)元件（LT) 24在波導(dǎo)元件終止點(diǎn)24A，24B之間沿著光傳播的方向延伸，其基本 上沿著Z軸運(yùn)行，如由超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)15所限定。在一些情況下，光提取波導(dǎo)元件在由Y和Z 限定的區(qū)域中占據(jù)的總空間量可為約35% -約65%，S卩，如圖2所示的表面區(qū)域包括約 35-65 %光提取波導(dǎo)元件。
[0022] 驅(qū)光矩陣30在不同厚度分布，以增加光提取亞結(jié)構(gòu)20的接合偶極超結(jié)構(gòu)的側(cè)面 25的平坦度，以及在離散的光提取波導(dǎo)元件24的波導(dǎo)元件終止點(diǎn)24A，24B處提供驅(qū)光位點(diǎn) 35,耦合的光可從這里散射到環(huán)境中。
[0023] 構(gòu)造超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)15和光提取亞結(jié)構(gòu)20,從而操作時(shí)，源自偶極超結(jié)構(gòu)10的有機(jī)發(fā) 光半導(dǎo)體材料16的光與光提取亞結(jié)構(gòu)20的離散的波導(dǎo)元件（LT) 24耦合，作為各自的耦合 模式，其由近似耦合長度（L。）表征，該耦合長度定義為待耦合的光模式從超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)15到 光提取亞結(jié)構(gòu)20的一個(gè)離散的波導(dǎo)元件24所需的傳播距離。如下文所更加詳細(xì)描述，耦 合長度由波導(dǎo)幾何、波導(dǎo)指數(shù)、波長以及耦合的波導(dǎo)模式的有效折射率之間的不匹配決定。
[0024] 在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，足以確保大多數(shù)的或基本上全部的離散的光提取波 導(dǎo)元件在波導(dǎo)元件終止點(diǎn)之間的線性長度（LT)具有等于約耦合長度-約5倍耦合長度的 長度，或者LC<LT<5LC。在其他實(shí)施方式中，足以確保大多數(shù)的或基本上全部的離散的 光提取波導(dǎo)元件在波導(dǎo)元件終止點(diǎn)24A，24B之間延伸小于約20微米。在任一情況下，如果 離散的波導(dǎo)元件24遠(yuǎn)離超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)15微米或亞微米以及如果含離散的波導(dǎo)元件24的光 提取亞結(jié)構(gòu)20具有類似于超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)15的有效折射率和尺寸，都可大大增強(qiáng)從超結(jié)構(gòu)波 導(dǎo)15的光提取。
[0025] 參考圖3,設(shè)想了離散的光提取波導(dǎo)元件可沿著垂直于光學(xué)傳播方向的維度以約 〇. 4微米與超結(jié)構(gòu)波導(dǎo)分離。在任意情況下，近似耦合長度通常是10微米或更小，以及離散 的光提取波導(dǎo)元件24在波導(dǎo)元件終止點(diǎn)24A，24B之間的長度為10微米或更小。當(dāng)離散的