ОРГАНИЧЕСКИЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД С ИСПУСКАЮЩИМ СВЕТ ЭЛЕКТРОДОМ
ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE WITH LIGHT EXTRACTING ELECTRODE

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Для данной заявки испрашивается приоритет по предварительной патентной заявке США 61/920792, поданной 26 декабря 2013 г., содержание которой во всей его полноте включено здесь посредством ссылки.
Уведомление о государственной поддержке
Данное изобретение было выполнено при государственной поддержке согласно контракту № DE-EE-0003209, заключенному с Министерством энергетики. Правительство Соединенных Штатов может обладать определенными правами на это изобретение.
Уровень техники
Область техники
Настоящее изобретение в общем смысле относится к органическим светоизлучающим диодам (OLED) и, более конкретно, к органическому светоизлучающему диоду, имеющему проводящий электрод с улучшенными светоизлучающими свойствами.
Технические аспекты
Органический светоизлучающий диод (OLED) представляет собой устройство, имеющее эмиссионный слой, который в ответ на приложение электрического тока испускает электромагнитное излучение, такое как видимый свет. Эмиссионный слой располагается между двумя электродами (анодом и катодом). Когда между анодом и катодом (то есть через эмиссионный слой) пропускается электрический ток, эмиссионный слой испускает электромагнитную энергию. OLED применяются в многочисленных приложениях, таких как телевизионные экраны, компьютерные мониторы, мобильные телефоны, карманные персональные компьютеры (PDA), часы, осветительные приборы и различные другие электронные устройства.
OLED предоставляют многочисленные преимущества перед стандартными неорганическими устройствами, такими как жидкие кристаллы, используемые для дисплеев, и лампы накаливания или компактные люминесцентные лампы (CLF), а также в других связанных с освещением применениях. Например, OLED функционируют без необходимости в задней подсветке. При слабой окружающей освещенности, например, в темной комнате экран из OLED может достигать более высокой контрастности, чем стандартные жидкокристаллические дисплеи. OLED также тоньше, легче и более гибкие, чем жидкокристаллические дисплеи. OLED требуют меньшего количества энергии для работы и могут обеспечивать экономию затрат по сравнению с лампами накаливания или компактными люминесцентными лампами.
Однако одним недостатком устройств с OLED является то, что значительное количество электромагнитной энергии, генерируемой эмиссионным слоем, не испускается из устройства OLED. Значительная доля произведенной энергии электромагнитного поля захватывается внутри устройства OLED из-за «оптического волноводного эффекта», вызываемого отражением электромагнитного излучения на границах раздела различных слоев устройства OLED. В типичном осветительном устройстве OLED из-за этого оптического волноводного эффекта около 80% испускаемого из эмиссионного слоя видимого света захватываются в устройстве OLED. Таким образом, на самом деле устройством OLED испускаются только около 20% производимого эмиссионным слоем света.
Было бы предпочтительно предоставить устройство OLED, из которого по сравнению со стандартными устройствами OLED испускалось бы больше электромагнитного излучения, генерируемого эмиссионным слоем данного устройства OLED. Например, было бы предпочтительным предложение способа ослабления оптического волноводного эффекта по меньшей мере в одном слое устройства OLED с тем, чтобы увеличить испускание OLED. Также было бы предпочтительным обеспечение способа изготовления устройства OLED, обладающего сниженным оптическим волноводным эффектом для содействия увеличенному электромагнитному излучению от устройства OLED.
Сущность изобретения
Объекты изобретения описываются следующими пронумерованными пунктами:
Пункт 1. Органический светоизлучающий диод содержит подложку, первый электрод, эмиссионно-активный пакет и второй электрод. По меньшей мере один из первого электрода и второго электрода представляет собой светоиспускающий электрод, содержащий металлический слой. Данный металлический слой содержит светорассеивающие элементы на и/или в металлическом слое.
Пункт 2. Органический светоизлучающий диод по пункту 1, в котором рассеивающие свет элементы выбираются из группы, состоящей из выступов, дендритов, трещин, пустот, участков с плотностью, отличающейся от плотности металлического слоя, и участков с химической композицией, отличающейся от композиции металлического слоя.
Пункт 3. Органический светоизлучающий диод по п.п. 1 или 2, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы.
Пункт 4. Органический светоизлучающий диод по любому из п.п. 1-3, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы, имеющие высоту в диапазоне от 5 нм до 100 нм, такую как от 10 нм до 80 нм, такую как от 20 нм до 60 нм, такую как от 30 нм до 60 нм, такую как от 30 нм до 50 нм.
Пункт 5. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-4, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы и в котором по меньшей мере некоторые из таких выступов имеют минимальную высоту 5 нм, такую как 10 нм, такую как 15 нм, такую как 20 нм, такую как 25 нм, такую как 30 нм, такую как 35 нм, такую как 40 нм, такую как 50 нм.
Пункт 6. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-5, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы и в котором по меньшей мере некоторые из таких выступов имеют максимальную высоту 100 нм, такую как 90 нм, такую как 80 нм, такую как 70 нм, такую как 60 нм, такую как 55 нм, такую как 50 нм, такую как 45 нм, такую как 40 нм.
Пункт 7. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-6, в котором по меньшей мере некоторые из светорассеивающих элементов являются имеющими форму дендритов.
Пункт 8. Органический светоизлучающий диод по п. 7, в котором по меньшей мере некоторые из имеющих форму дендритов светорассеивающих элементов имеют диаметр в диапазоне от 10 микрон до 50 микрон, такой как от 10 микрон до 40 микрон, такой как от 20 микрон до 40 микрон, такой как от 30 микрон до 40 микрон.
Пункт 9. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-8, в котором металлический слой содержит по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из платины, иридия, осмия, палладия, алюминия, золота, меди, серебра и их смесей и/или сплавов.
Пункт 10. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-9, в котором металлический слой содержит металлическое серебро.
Пункт 11. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-10, в котором светоиспускающий электрод представляет собой многослойную структуру, содержащую металлический слой со светорассеивающими элементами.
Пункт 12. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-11, в котором светоиспускающий электрод является анодом.
Пункт 13. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-12, в котором второй электрод является прозрачным.
Пункт 14. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-13, в котором второй электрод располагается ближе к подложке, чем первый электрод.
Пункт 15. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-14, включающий подслой, расположенный между металлическим слоем и подложкой.
Пункт 16. Органический светоизлучающий диод по п. 15, в котором подслой содержит один или несколько металлических оксидных материалов, выбранных из группы, состоящей из оксидов кремния, титана, алюминия, циркония, фосфора, гафния, ниобия, цинка, висмута, свинца, индия, олова, их сплавов и смесей.
Пункт 17. Органический светоизлучающий диод по пунктам 15 или 16, в котором подслой выбирается из группы, состоящей из однородного слоя, градиентного слоя и многослойной структуры.
Пункт 18. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 15-17, в котором подслой содержит по меньшей мере одно из слоя оксида цинка и слоя станната цинка.
Пункт 19. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 15-18, в котором подслой содержит слой из оксида цинка поверх слоя из станната цинка.
Пункт 20. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-19, включающий поверх металлического слоя слой праймера.
Пункт 21. Органический светоизлучающий диод по п.20, в котором слой праймера содержит материал, выбранный из группы, состоящей из титана, кремния, диоксида кремния, нитрида кремния, оксинитрида кремния, хромоникелевых сплавов, циркония, алюминия, сплавов кремния и алюминия, сплавов, содержащих кобальт и хром, и их смесей.
Пункт 22. Органический светоизлучающий диод по п.п. 20 или 21, в котором слой праймера содержит титан.
Пункт 23. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-22, включающий верхний слой, располагающийся поверх металлического слоя.
Пункт 24. Органический светоизлучающий диод по п. 23, в котором верхний слой содержит по меньшей мере один оксидный материал, выбранный из группы, состоящей из оксидов цинка, олова, циркония, алюминия, кремния, индия и их смесей.
Пункт 25. Органический светоизлучающий диод по п.п. 23 или 24, в котором верхний слой содержит станнат цинка.
Пункт 26. Органический светоизлучающий диод по п.п. 23 или 24, в котором верхний слой содержит смесь диоксида кремния и оксида алюминия.
Пункт 27. Органический светоизлучающий диод по п.п. 23 или 24, в котором верхний слой содержит проводящий слой, выбранный из группы, состоящей из оксида олова-индия, оксида алюминия-цинка и оксида цинка-индия.
Пункт 28. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-27, в котором первый электрод является катодом, выбранным из группы, состоящей из бария, кальция и магния.
Пункт 29. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-28, в котором первый электрод является непрозрачным и/или отражающим.
Пункт 30. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-29, в котором подложка содержит стекло.
Пункт 31. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-30, в котором светоиспускающий электрод имеет поверхностное сопротивление в диапазоне от 1  (Ом на квадрат) до 20 , такое как от 1  до 15 , такое как от 1  до 10 , такое как от 1  до 8 , такое как от 2  до 8 , такое как от 4  до 8 .
Пункт 32. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-31, в котором светоиспускающий электрод имеет пропускание видимого света в диапазоне от 50% до 97%, такое как от 70% до 95%, такое как от 75% до 95%, такое как от 80% до 95%, такое как от 85% до 95%, такое как от 88% до 95%, такое как от 90% до 95%.
Пункт 33. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-32, в котором светоиспускающий электрод имеет степень мутности в диапазоне от 0,5% до 10%, такую как от 1% до 10%, такую как от 1% до 8%.
Пункт 34. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-33, в котором светоиспускающий электрод имеет среднеквадратичное значение шероховатости поверхности в диапазоне от 5 нм до 60 нм, такое как от 25 нм до 60 нм, такое как от 40 нм до 60 нм, такое как от 50 нм до 60 нм.
Пункт 35. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-34, в котором подложка содержит стекло, в котором первый электрод является катодом, в котором светоиспускающий электрод является анодом, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы, продолжающиеся от первой поверхности подложки, и в котором по меньшей мере некоторые из выступов имеют высоту в диапазоне от 20 нм до 60 нм.
Пункт 36. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-35, в котором подложка содержит стекло, в котором первый электрод является катодом, в котором первый электрод является непрозрачным и/или отражающим, в котором светоиспускающий электрод является анодом, в котором анод располагается ближе к подложке, чем первый электрод, в котором металлический слой содержит металлическое серебро, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы, продолжающиеся от первой поверхности подложки, и в котором по меньшей мере некоторые из выступов имеют высоту в диапазоне от 20 нм до 60 нм.
Пункт 37. Органический светоизлучающий диод по п.п. 35 или 36, включающий подслой, расположенный между металлическим слоем и подложкой, в котором нижний слой содержит слой оксида цинка поверх слоя станната цинка.
Пункт 38. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 35-37, включающий слой праймера поверх металлического слоя, и в котором слой праймера содержит титан.
Пункт 39. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 35-38, включающий верхний слой поверх металлического слоя, в котором верхний слой выбирается из группы, состоящей из станната цинка, смеси диоксида кремния и оксида алюминия, оксида олова-индия, оксида цинка-алюминия и оксида цинка-индия.
Пункт 40. Способ изготовления органического светоизлучающего диода, содержащий обеспечение первого электрода, эмиссионно-активного пакета и второго электрода поверх подложки. По меньшей мере один из первого и второго электродов является светоиспускающим электродом, содержащим металлический слой. Данный металлический слой содержит светорассеивающие элементы на и/или в металлическом слое.
Пункт 41. Способ по п. 40, в котором светорассеивающие элементы выбираются из группы, состоящей из выступов, дендритов, трещин, пустот, участков с плотностью, отличающейся от плотности металлического слоя, и участков с химической композицией, отличающейся от композиции металлического слоя.
Пункт 42. Способ по п.п. 40 или 41, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы.
Пункт 43. Способ по любому из пунктов 40-42, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы, имеющие высоту в диапазоне от 5 нм до 100 нм, такую как от 10 нм до 80 нм, такую как от 20 нм до 60 нм, такую как от 30 нм до 60 нм, такую как от 30 нм до 50 нм.
Пункт 44. Способ по любому из пунктов 40-43, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы и в котором по меньшей мере некоторые из таких выступов имеют минимальную высоту 5 нм, такую как 10 нм, такую как 15 нм, такую как 20 нм, такую как 25 нм, такую как 30 нм, такую как 35 нм, такую как 40 нм, такую как 50 нм.
Пункт 45. Способ по любому из пунктов 40-44, в котором по меньшей мере некоторые из выступов имеют максимальную высоту 100 нм, такую как 90 нм, такую как 80 нм, такую как 70 нм, такую как 60 нм, такую как 55 нм, такую как 50 нм, такую как 45 нм, такую как 40 нм.
Пункт 46. Способ по любому из пунктов 40-45, в котором по меньшей мере некоторые из светорассеивающих элементов являются имеющими форму дендритов.
Пункт 47. Способ по п. 46, в котором по меньшей мере некоторые из имеющих форму дендритов светорассеивающих элементов имеют диаметр в диапазоне от 10 микрон до 50 микрон, такой как от 10 микрон до 40 микрон, такой как от 20 микрон до 40 микрон, такой как от 30 микрон до 40 микрон.
Пункт 48. Способ по любому из пунктов 40-47, в котором светоиспускающий электрод является анодом.
Пункт 49. Способ по любому из пунктов 40-48, в котором светорассеивающие элементы обеспечиваются по меньшей мере одним способом, выбранным из экспонирования металлического слоя в кислороде, нагревания металлического слоя, подвергания металлического слоя действию лазера, подвергания металлического слоя обработке кислородной плазмой и легирования металлического слоя.
Пункт 50. Способ по любому из пунктов 40-49, включающий экспонирование металлического слоя в кислороде в течение времени в диапазоне от 1 минуты до 20 минут, такого как от 1 минуты до десяти минут, такого как от 1 минуты до 5 минут, такого как от 3 минут до 5 минут, такого как от 3 минут до 4,5 минут.
Пункт 51. Способ по любому из пунктов 40-50, включающий нагревание металлического слоя до температуры в диапазоне от 400°С до 1000°С, такой как от 500°С до 900°С, такой как от 600°С до 800°С, такой как от 700°С до 800°С, такой как от 700°С до 750°С.
Пункт 52. Способ по любому из пунктов 40-51, включающий легирование металлического слоя допантом, выбранным из группы, состоящей из меди, алюминия и цинка.
Пункт 53. Способ по любому из пунктов 40-52, включающий размещение второго электрода ближе к подложке, чем первого электрода.
Пункт 54. Способ по любому из пунктов 40-53, включающий обеспечение подслоя между металлическим слоем и подложкой.
Пункт 55. Способ по п. 54, в котором подслой содержит по меньшей мере одно из слоя оксида цинка и слоя станната цинка.
Пункт 56. Способ по любому из пунктов 40-55, включающий обеспечение слоя праймера поверх металлического слоя.
Пункт 57. Способ по п. 56, в котором слой праймера содержит титан.
Пункт 58. Способ по любому из пунктов 40-57, включающий обеспечение верхнего слоя поверх металлического слоя.
Пункт 59. Способ по п. 58, в котором верхний слой выбирается из группы, состоящей из станната цинка, смеси диоксида кремния и оксида алюминия, оксида олова-индия, оксида цинка-алюминия, оксида цинка-индия и их смесей.
Пункт 60. Способ по любому из пунктов 40-59, в котором металлический слой содержит серебро.
Пункт 61. Светоиспускающий электрод, содержащий металлический слой, при том, что данный металлический слой содержит светорассеивающие элементы на и/или в металлическом слое.
Пункт 62. Светоиспускающий электрод по п. 61, в котором светорассеивающие элементы выбираются из группы, состоящей из выступов, дендритов, трещин, пустот, участков с плотностью, отличающейся от плотности металлического слоя, и участков с химической композицией, отличающейся от композиции металлического слоя.
Пункт 63. Светоиспускающий электрод по п.п. 61 или 62, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы.
Пункт 64. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-63, в котором светорассеивающие элементы содержит выступы, имеющие высоту в диапазоне от 10 нм до 80 нм, такую как от 20 нм до 60 нм, такую как от 30 нм до 60 нм, такую как от 30 нм до 50 нм.
Пункт 65. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-64, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы и в котором по меньшей мере некоторые из таких выступов имеют минимальную высоту 5 нм, такую как 10 нм, такую как 15 нм, такую как 20 нм, такую как 25 нм, такую как 30 нм, такую как 35 нм, такую как 40 нм, такую как 50 нм.
Пункт 66. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-65, в котором светорассеивающие элементы содержат выступы и в котором по меньшей мере некоторые из таких выступов имеют максимальную высоту 100 нм, такую как 90 нм, такую как 80 нм, такую как 70 нм, такую как 60 нм, такую как 55 нм, такую как 50 нм, такую как 45 нм, такую как 40 нм.
Пункт 67. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-66, в котором по меньшей мере некоторые из светорассеивающих элементов являются имеющими форму дендритов.
Пункт 68. Светоиспускающий электрод по п. 67, в котором по меньшей мере некоторые из имеющих форму дендритов светорассеивающих элементов имеют диаметр в диапазоне от 10 микрон до 50 микрон, такой как от 10 микрон до 40 микрон, такой как от 20 микрон до 40 микрон, такой как от 30 микрон до 40 микрон.
Пункт 69. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-67, в котором металлический слой содержит по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из платины, иридия, осмия, палладия, алюминия, золота, меди, серебра и их смесей и/или сплавов.
Пункт 70. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-69, в котором металлический слой содержит металлическое серебро.
Пункт 71. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-70, в котором светоиспускающий электрод представляет собой многослойную структуру, содержащую металлический слой со светорассеивающими элементами.
Пункт 72. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-71, включающий подслой, содержащий один или несколько металлических оксидных материалов, выбранных из группы, состоящей из оксидов кремния, титана, алюминия, циркония, фосфора, гафния, ниобия, цинка, висмута, свинца, индия, олова, их сплавов и смесей.
Пункт 73. Светоиспускающий электрод по п. 72, в котором подслой содержит по меньшей мере одно из слоя оксида цинка и слоя станната цинка.
Пункт 74. Светоиспускающий электрод по п.п. 72 или 73, в котором подслой содержит слой из оксида цинка поверх слоя из станната цинка.
Пункт 75. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-74, включающий слой праймера поверх металлического слоя, в котором слой праймера содержит материал, выбранный из группы, состоящей из титана, кремния, диоксида кремния, нитрида кремния, оксинитрида кремния, хромоникелевых сплавов, циркония, алюминия, сплавов кремния и алюминия, сплавов, содержащих кобальт и хром, и их смесей.
Пункт 76. Светоиспускающий электрод по п. 75, в котором слой праймера содержит титан.
Пункт 77. Светоиспускающий электрод по любому из пунктов 61-76, включающий верхний слой, располагающийся поверх металлического слоя.
Пункт 78. Светоиспускающий электрод по п. 77, в котором верхний слой содержит по меньшей мере один оксидный материал, выбранный из группы, состоящей из оксидов цинка, олова, циркония, алюминия, кремния, индия и их смесей.
Пункт 79. Светоиспускающий электрод по п.п. 77 или 78, в котором верхний слой содержит станнат цинка.
Пункт 80. Светоиспускающий электрод по п.п. 77 или 78, в котором верхний слой содержит смесь диоксида кремния и оксида алюминия.
Пункт 81. Светоиспускающий электрод по п.п. 77 или 78, в котором верхний слой содержит проводящий слой, выбранный из группы, состоящей из оксида олова-индия, оксида алюминия-цинка и оксида цинка-индия.
Пункт 82. Применение органического светоизлучающего диода по любому из пунктов 1-39 в устройстве отображения, в частности, устройстве отображения, выбранном из группы, состоящей из компьютерного монитора, экрана компьютера, мобильного телефона, телевизионного экрана, карманного персонального компьютера, часов и осветительного устройства.
Пункт 83. Применение светоиспускающего электрода по любому из пунктов 61-81 в устройстве OLED.
Пункт 84. Применение светоиспускающего электрода по любому из пунктов 61-81 в устройстве отображения, в частности, устройстве отображения, выбранном из группы, состоящей из компьютерного монитора, экрана компьютера, мобильного телефона, телевизионного экрана, карманного персонального компьютера, часов и осветительного устройства.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет вид сбоку в сечении устройства OLED изобретения, включающего светорассеивающий электрод изобретения.
Фиг. 2 является видом сбоку в сечении представленного на Фиг. 1 устройства OLED, включающего необязательные дополнительные слои.
Фиг. 3 показывает микрофотографию образца 1с (из Примера 1) после нагревания.
Фиг. 4 показывает полученную с помощью атомно-силового микроскопа трехмерную микрофотографию (50 микрон на 50 микрон) образца 1с с Фиг. 3.
Фиг. 5 представляет микрофотографию образца 1с с Фиг. 3 по истечении трех месяцев.
Фиг. 6 отображает полученную с помощью атомно-силового микроскопа двухмерную микрофотографию (50 микрон на 50 микрон) образца 1с с Фиг. 5.
Фиг. 7 показывает микрофотографию образца 7с (из Примера 2) после нагревания.
Фиг. 8 отображает полученную с помощью атомно-силового микроскопа двухмерную микрофотографию (50 микрон на 50 микрон) образца 7с с Фиг. 7.
Фиг. 9 представляет полученную с помощью атомно-силового микроскопа трехмерную микрофотографию (50 микрон на 50 микрон) образца 7с с Фиг. 7.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Для целей настоящего изобретения относящиеся к пространству или направлению термины, такие как «левый», «правый», «внутренний», «внешний», «выше», «ниже» и т.п. соотносятся с изобретением так, как это представлено на чертежах. Следует понимать, что в изобретении могут допускаться различные альтернативные ориентационные положения и, соответственно, такие термины нельзя рассматривать в качестве ограничивающих. Все применяемые в описании и формуле изобретения числа во всех возможных случаях должны восприниматься как изменяемые с помощью понятия «около». Все раскрываемые здесь диапазоны должны восприниматься как вмещающие начальные и конечные величины диапазона и все и любые относимые к нему поддиапазоны. Представляемые здесь диапазоны определяют средние значения по указанному диапазону. Все упоминаемые здесь документы должны рассматриваться как «включенные посредством ссылки» во всей их полноте.
Термин «пленка» относится к участку покрытия, имеющему желательную или выбранную композицию. «Слой» содержит одну или несколько «пленок». «Покрытие» или «пакет» содержат один или несколько «слоев». Термин «органический материал» включает полимеры, а также органические материалы с небольшими молекулами, такие, как используемые для изготовления органических оптико-электронных устройств. Термин «поверх» означает «на или сверху». Термины «полимер» или «полимерный» включают олигомеры, гомополимеры, сополимеры и терполимеры. Термин «видимый свет» обозначает электромагнитную энергию, имеющую длину волны в диапазоне от 380 нм до 780 нм. Термин «инфракрасное излучение» обозначает электромагнитную энергию, имеющую длину волны в диапазоне более 780 нм и до 100000 нм. Термин «ультрафиолетовое излучение» обозначает электромагнитную энергию, имеющую длину волны в диапазоне от 100 нм до менее 380 нм.
В контексте следующего обсуждения изобретение будет рассматриваться в отношении излучающего вниз (bottom-emitting) устройства OLED. Однако следует понимать, что данное изобретение применением с излучающими вниз устройствами OLED не ограничивается, но может быть осуществлено с устройствами OLED, излучающими вверх, а также с устройствами из других областей, например, в солнечных элементах, таких как фотогальванические тонкопленочные солнечные элементы.
Изобретение содержит, состоит или состоит по существу из следующих объектов изобретения в любой их комбинации. Различные объекты изобретения иллюстрируются здесь чертежами на отдельных фигурах. Однако следует понимать, что это делается лишь для простоты иллюстрирования и обсуждения. При практическом использовании изобретения один или несколько объектов изобретения, показанных на одном чертеже, могут быть объединены с одним или несколькими объектами изобретения, показанными на одном или нескольких других чертежах.
Основное OLED-устройство 10 (OLED), объединяющее признаки изобретения, показано на Фиг. 1. OLED-устройство 10 включает первый электрод (например, верхний электрод) 12, активный пакет 14, включающий электролюминесцентный эмиссионный слой 16, второй электрод (например, нижний электрод) 18 и подложку 20. Подложка 20 имеет первую поверхность 22 (например, верхнюю поверхность) и вторую поверхность 24 (например, нижнюю поверхность). Эмиссионный слой 16 может включать электролюминесцентный эмиссионный органический материал.
В контексте следующего обсуждения OLED 10 будет описан как излучающий вниз OLED. Первый электрод 12 будет считаться «катодом», а второй электрод 18 будет считаться «анодом». Однако это делается лишь для простоты описания изобретения и не должно рассматриваться в качестве ограничения. Положение электродов может быть обратным, например, как для излучающего вверх OLED. Общая структура и функционирование стандартного устройства OLED отлично известны среднему специалисту в данной области и поэтому не будут подробно описываться.
При практическом использовании изобретения и как описывается ниже, по меньшей мере один из первого и второго электродов 12, 18 является светоиспускающим электродом 26, охватывающим один или несколько объектов изобретения. Светоиспускающий электрод 26 может быть единственным металлическим слоем 28, включающим один или несколько испускающих свет элементов 29, более подробно описываемых ниже. Светоиспускающий электрод 26 также может быть многослойной структурой, включающей по меньшей мере один металлический слой 28 и один или несколько дополнительных слоев, что более подробно описывается ниже.
В следующем далее обсуждении светоиспускающий электрод 26 будет описан в отношении второго электрода 18 (например, анода). Для простоты обсуждения светоиспускающий электрод 26 (например, анод) будет здесь именоваться «электродом» (или «анодом») независимо от того, представлен ли светоиспускающий электрод 26 единственным металлическим слоем 28 или многослойной структурой, которая включает металлический слой 28, а также один или несколько необязательных дополнительных слоев, которые присутствуют для реализации иных помимо переноса электронов функций. Как первый, так и второй электроды 12, 18 в OLED могут быть прозрачными, или же один электрод может быть прозрачным, а второй электрод может быть непрозрачным (например, отражающим). Для излучающих вниз OLED второй электрод 18 (ближайший к подложке 20) предпочтительно является прозрачным для генерируемого электромагнитного излучения.
В данном контексте под «прозрачным» подразумевается имеющий пропускание электромагнитного излучения с одной или несколькими желательными длинами волн (например, пропускание видимого света с длиной волны 550 нанометров (нм)) по меньшей мере 50%, такое как по меньшей мере 60%, такое как по меньшей мере 70%, такое как по меньшей мере 80%, такое как по меньшей мере 90%, такое как по меньшей мере 95%. Под непрозрачным в данном контексте подразумевается имеющий пропускание электромагнитного излучения с одной или несколькими желательными длинами волн (такое как видимый свет с длиной волны 550 нм) менее 50%, такое как менее 40%, такое как менее 30%, такое как менее 20%, такое как менее 10%, такое как менее 5%, такое как равное 0%. В данном контексте под «отражающим» подразумевается, что по меньшей мере часть электромагнитной энергии, генерируемой активным пакетом 14, отражается электродом.
Примеры подходящих материалов для катода (например, первого электрода 12 в иллюстрируемом примере) включают металлы, такие как барий, кальций и магний. Катод в типичном случае имеет низкую работу выхода электрона. Для тех OLED, у которых излучение света происходит только или в основном с нижней части устройства 10 (через сторону подложки устройства 10), непрозрачным и/или отражающим может быть первый электрод 12. Например, первый электрод 12 может быть отражающим или по меньшей мере частично отражающим по меньшей мере части света, генерируемого активным пакетом 14. Первый электрод 12 может отражать по меньшей мере 20% электромагнитной энергии с длиной волны 550 нм, например, по меньшей мере 30%, например, по меньшей мере 40%, например, по меньшей мере 50%, например, по меньшей мере 60%, например, по меньшей мере 70%, например, по меньшей мере 80%, например, по меньшей мере 90%. Первый электрод 12 может быть относительно толстым отражающим металлическим слоем, имеющим высокую электропроводность. В качестве варианта, если желательно, чтобы свет испускался из верхней части устройства 10, первый электрод 12 может быть прозрачным.
3
Активный слой 14 может включать любой стандартный эмиссионный слой 16. Примеры материалов, подходящих для эмиссионного слоя 16, включают небольшие молекулы, такие как металлорганические хелаты (например, Alq), флуоресцентные и фосфоресцирующие красители и конъюгированные дендримеры. Кроме того, примеры подходящих материалов включают трифениламин, перилен, рубрен и хинакридон. В качестве варианта, также могут использоваться электролюминесцентные полимерные материалы. Примеры проводящих полимеров включают поли(п-фениленвинилен) и полифлуорен. Также могут применяться фосфоресцирующие материалы. Примеры таких материалов включают полимеры, такие как поли(N-винилкарбазол), в которые в качестве допанта добавляется металлоорганический комплекс, такой как комплексное соединение иридия.
Для излучающих вниз OLED подложка 20 предпочтительно является прозрачной. Примеры подходящих для подложки 20 материалов включают стекло, такое как стандартное известково-натриевое стекло, например, флоат-стекло. Для таких применений, как освещение, подложка 20 предпочтительно имеет высокое пропускание видимого света на опорной длине волны 550 нанометров (нм) при опорной величине толщины в 3,2 мм. Под «высоким пропусканием видимого света» подразумевается пропускание видимого света (при опорной длине волны в 550 нм и опорной толщине в 3,2 мм) по меньшей мере в 85%, такое как по меньшей мере 87%, такое как по меньшей мере 90%, такое как по меньшей мере 91%, такое как по меньшей мере 92%, такое как по меньшей мере 93%, такое как по меньшей мере 95%.
Примеры типов стекла, которое может применяться для данного изобретения, включают Starphire, Solarphire, Solarphire PV и стекло CLEAR™, все коммерчески доступны в PPG Industries, Inc, Питтсбург, Пенсильвания.
Подложка 20 может иметь любую желательную толщину, такую как в диапазоне от 0,5 мм до 10 мм, такую как от 1 мм до 10 мм, такую как от 1 мм до 4 мм, такую как от 2 мм до 3,2 мм.
Как показано на Фиг. 1, светоиспускающий электрод 26 может представлять собой или может включать металлический слой 28, содержащий светорассеивающие элементы 29, которые увеличивают мутность (то есть рассеяние света) светоиспускающего электрода 26.
Примеры материалов, подходящих для металлического слоя 28, включают металлическую платину, иридий, осмий, палладий, алюминий, золото, медь, серебро и/или их смеси, и/или сплавы. В одном предпочтительном объекте металлический слой 28 является или включает металлическое серебро.
Светорассеивающие элементы 29 размещаются в металлическом слое 28 и/или на поверхности металлического слоя 28. Светорассеивающие элементы 29 представляют собой часть металлического слоя 28 и включаются в металлический слой 28. Светорассеивающие элементы 29 не являются частью отдельного покрытия или слоя, осажденного на металлическом слое 28.
Примеры светорассеивающих элементов 29 включают дефекты и/или дендриты. Под «дендритом» или «имеющим форму дендрита» подразумевается разветвление, древовидный элемент в или на металлическом слое 28. Например, дендрит может быть кристаллом или кристаллической массой. Под «дефектом» подразумевается пятно, и/или участок, и/или область в и/или на металлическом слое 28, которые рассеивают электромагнитное излучение. Примеры дефектов включают выступы, продолжающиеся от поверхности металлического слоя, трещины или пустоты, образованные в и/или на металлическом слое 28, участки различной плотности в и/или на металлическом слое 28 и участки с различной химической композицией в и/или на металлическом слое 28. Присутствие светорассеивающих элементов 29 рассеивает электромагнитную энергию и помогает ослабить описанный выше волноводный эффект.
Например, дендриты могут иметь диаметр в диапазоне от 10 микрон до 50 микрон, такой как от 10 микрон до 40 микрон, такой как от 20 микрон до 40 микрон, такой как от 30 микрон до 40 микрон. Например, дендриты могут иметь средний диаметр в диапазоне от 30 микрон до 35 микрон.
Например, дендриты и/или дефекты могут содержать выступы, продолжающиеся вверх от поверхности, например, верхней поверхности 22 металлического слоя 28. Например, по меньшей мере некоторые из выступов могут иметь высоту (относительно поверхности металлического слоя 28) в диапазоне от 10 нм до 80 нм, такую как от 20 нм до 60 нм, такую как от 30 нм до 60 нм, такую как от 30 нм до 50 нм. Например, по меньшей мере некоторые из выступов могут иметь высоту в диапазоне от 30 нм до 50 нм.
Например, по меньшей мере некоторые из таких выступов могут иметь минимальную высоту 5 нм, такую как 10 нм, такую как 15 нм, такую как 20 нм, такую как 25 нм, такую как 30 нм, такую как 35 нм, такую как 40 нм, такую как 50 нм.
Например, по меньшей мере некоторые из таких выступов могут иметь максимальную высоту 100 нм, такую как 90 нм, такую как 80 нм, такую как 70 нм, такую как 60 нм, такую как 55 нм, такую как 50 нм, такую как 45 нм, такую как 40 нм.
Фиг. 2 показывает необязательные дополнительные слои, один или несколько из которых могут быть включены в светоиспускающий электрод 26. Эти необязательные дополнительные слои будут описываться как часть «электрода» даже при том, что один или несколько таких дополнительных слоев могут быть представлены для реализации иных функций помимо переноса электронов.
Светоиспускающий электрод 26 может включать дополнительный подслой 30, расположенный между металлическим слоем 28 и верхней поверхностью 22 подложки 20.
Подслой 30 может быть однородным слоем, градиентным слоем и/или может включать множество слоев или пленок. Под «однородным слоем» подразумевается слой, материалы в котором распределены по всему покрытию случайным образом. Под «градиентным слоем» подразумевается слой, имеющий два или более компонентов, с концентрацией компонентов, непрерывно (или ступенчато) изменяющейся по мере изменения расстояния от подложки.
Подслой 30 может включать один или несколько металлических оксидных материалов. Примеры оксидных материалов, подходящих для подслоя 30, включают оксиды кремния, титана, алюминия, циркония, фосфора, гафния, ниобия, цинка, висмута, свинца, индия, олова, их сплавы и смеси.
Например, подслой 30 может содержать смесь из по меньшей мере диоксида кремния и диоксида титана. Например, подслой 30 может содержать смесь диоксида кремния, диоксида титана и оксида фосфора.
Подслой 30 может иметь минимальную толщину 10 нм, такую как 15 нм, такую как 20 нм, такую как 25 нм, такую как 30 нм, такую как 35 нм, такую как 40 нм, такую как 45 нм, такую как 50 нм, такую как 55 нм, такую как 60 нм, такую как 65 нм, такую как 70 нм, такую как 80 нм, такую как 90 нм, такую как 100 нм, такую как 110 нм, такую как 115 нм.
Подслой 30 может иметь максимальную толщину 120 нм, такую как 115 нм, такую как 110 нм, такую как 105 нм, такую как 100 нм, такую как 95 нм, такую как 90 нм, такую как 85 нм, такую как 80 нм, такую как 75 нм, такую как 70 нм, такую как 65 нм, такую как 60 нм, такую как 55 нм, такую как 50 нм, такую как 45 нм, такую как 40 нм, такую как 30 нм, такую как 25 нм, такую как 20 нм.
В одном предпочтительном объекте подслой 30 имеет толщину в диапазоне от 10 нм до 120 нм, такую как от 30 нм до 80 нм, предпочтительно от 30 нм до 80 нм, более предпочтительно от 30 нм до 70 нм.
2
4
Подслой 30 может включать содержащий цинк слой, такой как включающий оксид цинка. Примеры подходящих содержащих цинк слоев включают слой оксида цинка, слой, содержащий комбинацию цинка и олова, оксидный слой цинкового сплава, оксидный слой цинково-оловянного сплава, слой станната цинка и ZnSnO. Например, содержащий цинк слой может содержать по меньшей мере одно из слоя оксида цинка и слоя станната цинка.
Содержащий цинк слой может быть осажден из цинковой мишени, включающей один или несколько других материалов для улучшения показателей пригодности мишени к распылению, таких как материалы, увеличивающие удельную электропроводность цинковой мишени. Например, цинковая мишень может включать небольшое количество (например, вплоть до 10 мас. %, такое как вплоть до 5 мас. %) материала для улучшения распыляемости. В таком случае конечный слой оксида цинка будет включать небольшую процентную долю оксида добавленного материала, например, до 10 мас. % оксида материала, например, до 5 мас. % оксида материала. Слой, осажденный из цинковой мишени, содержащей вплоть до 10 мас. % дополнительного материала для усиления распылительных свойств цинковой мишени, упоминается здесь как «слой оксида цинка» даже притом, что в нем может быть небольшое количество добавленного материала (например, оксида материала).
Примеры материалов, которые могут добавляться к цинковой мишени для улучшения распыления, включают проводящие металлы. Например, добавляемый материал может выбираться из Fe, Mn, Al, Се, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Bi, Ti, Co, Cr, Si и их комбинаций.
В одном предпочтительном объекте добавляемый материал является оловом. Небольшое количество олова в цинковой мишени (например, меньшее или равное 10 мас. %, такое как меньшее или равное 5 мас. %), как полагают, образует оксид олова в преимущественно слое оксида цинка. Как указывалось выше, такой слой будет именоваться «слоем оксида цинка».
X
1-X
2-X
Подслой 30 может включать или же может являться слоем станната цинка. Под «станнатом цинка» имеется в виду композиция с формулой ZnSnO (Формула 1), где "x" варьирует в диапазоне от более 0 до менее 1. Например, "x" может быть более 0 и может быть любым дробным или десятичным числом между более 0 и менее 1. Слой станната цинка имеет одну или несколько форм Формулы 1 в преобладающем количестве.
2
4
В одном предпочтительном объекте изобретения х=2/3. Слой станната цинка, в котором х=2/3, обычно упоминается как "ZnSnO".
2
4
Подслой 30 может быть многослойной структурой, имеющей первый слой 32, осажденный по меньшей мере поверх одного участка верхней поверхности 22 подложки 12, и второй слой 34, осажденный поверх первого слоя 32. Например, первый слой 32 может быть пленкой оксида металлического сплава, а второй слой 34 может быть слоем оксида металла или слоем смеси оксидов. Например, первый слой 32 может быть оксидом сплава цинк/олово. Под «оксидом сплава цинк/олово» имеются в виду и истинные сплавы, а также смеси оксидов. Одним подходящим материалом оксида металлического сплава является станнат цинка. В одном предпочтительном объекте станнат цинка представлен ZnSnO.
2
4
Второй слой 34 может быть слоем оксида металла, таким как слой оксида цинка (с или без оксида олова, как описано выше). В одном предпочтительном объекте первый слой 32 представлен слоем станната цинка, а второй слой 34 является слоем оксида цинка. В одном более предпочтительном объекте первый слой 32 является ZnSnO, а второй слой 34 - оксидом цинка (с вплоть до 10 мас. % оксида олова, например, вплоть до 5 мас. % оксида олова).
Первый слой 32 может иметь минимальную толщину 5 нм, такую как 10 нм, такую как 15 нм, такую как 20 нм, такую как 25 нм, такую как 30 нм, такую как 35 нм, такую как 40 нм, такую как 45 нм, такую как 50 нм, такую как 55 нм.
Первый слой 32 может иметь максимальную толщину 60 нм, такую как 55 нм, такую как 50 нм, такую как 45 нм, такую как 40 нм, такую как 35 нм, такую как 30 нм, такую как 25 нм, такую как 20 нм, такую как 15 нм, такую как 10 нм.
В одном предпочтительном объекте первый слой 32 имеет толщину в диапазоне от 5 нм до 60 нм, такую как от 5 нм до 50 нм, такую как от 7,5 нм до 35 нм, такую как от 10 нм до 25 нм, такую как от 15 нм до 25 нм, такую как от 19,5 нм до 25 нм, такую как от 20 нм до 25 нм, такую как от 20 нм до 22 нм.
Второй слой 34 может иметь минимальную толщину 5 нм, такую как 8 нм, такую как 10 нм, такую как 12 нм, такую как 14 нм, такую как 16 нм, такую как 18 нм.
Второй слой 34 может иметь максимальную толщину 20 нм, такую как 18 нм, такую как 16 нм, такую как 14 нм, такую как 12 нм, такую как 10 нм, такую как 8 нм, такую как 6 нм.
В одном предпочтительном объекте второй слой 34 имеет толщину в диапазоне от 5 нм до 20 нм, такую как от 7,5 нм до 20 нм, такую как от 10 нм до 15 нм, такую как от 10 нм до 11 нм.
Поверх металлического слоя 28 может быть обеспечен необязательный слой 36 праймера. Слой 38 праймера может состоять из единственной пленки или же может быть многопленочным. Слой 38 праймера может включать захватывающий кислород материал, который может выступать в качестве жертвенного в ходе процесса осаждения для управления разложением или окислением металлического слоя 28 в процессе распыления или во время последующих операций нагревания. Примеры материалов, подходящих для применения в качестве слоя 38 праймера, включают титан, кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, оксинитрид кремния, хромоникелевые сплавы (такие как инконель), цирконий, алюминий, сплавы кремния и алюминия, сплавы, содержащие кобальт и хром (например, Stellite) и их смеси.
Например, слой 36 праймера может быть или может включать титан.
Слой 36 праймера может иметь толщину в диапазоне от 0,5 нм до 5 нм, например, от 0,5 нм до 3 нм, например, от 0,5 нм до 1 нм, например, от 0,5 нм до 0,6 нм.
Необязательный верхний слой 38 может обеспечиваться поверх слоя 36 праймера (в случае его наличия) или поверх металлического слоя 28 (если слой 36 праймера отсутствует). Верхний слой 38 может быть защитным слоем, предназначенным для обеспечения механической или химической устойчивости нижележащих слоев.
Верхний слой 38 может включать один или несколько оксидов металлов, оксид кремния, оксид алюминия, алюмосиликаты, нитрид кремния, карбид кремния и оксикарбид кремния. Примеры материалов, подходящих для верхнего слоя 38, включают оксиды одного или нескольких из циркония, цинка, олова, алюминия, кремния, их смеси и/или сплавы. Например, верхний слой 38 может включать цинк и олово. Например, верхний слой 38 может быть смесью оксида цинка и оксида олова и/или сплавом цинка и олова, таким как станнат цинка.
Например, верхний слой 38 может быть единственным покрывающим слоем, содержащим от 0 мас. % до 100 мас. % оксида алюминия и/или от 0 мас. % до 100 мас. % диоксида кремния и/или от 0 мас. % до 100 мас. % оксида циркония. Например, верхний слой 38 может включать диоксид кремния и оксид алюминия, содержа, например, от 1 мас. % до 99 мас. % диоксида кремния и от 99 мас. % до 1 мас. % оксида алюминия, таким как содержащий по меньшей мере 40 мас. % диоксида кремния и 60 мас. % или менее оксида алюминия, таким как содержащий по меньшей мере 70 мас. % диоксида кремния и 30 мас. % или менее оксида алюминия, таким как содержащий по меньшей мере 75 мас. % диоксида кремния, таким как содержащий по меньшей мере 80 мас. % диоксида кремния, таким как содержащий по меньшей мере 85 мас. % диоксида кремния. В одном неограничивающем объекте верхний слой 38 содержит 85 мас. % диоксида кремния и 15 мас. % оксида алюминия. В другом неограничивающем объекте верхний слой 38 содержит 40 мас. % диоксида кремния и 60 мас. % оксида алюминия. В следующем неограничивающем объекте верхний слой 38 включает смесь диоксида кремния и оксида алюминия.
Верхний слой 38 может иметь минимальную толщину 0,5 нм, такую как 0,6 нм, такую как 1 нм, такую как 2 нм, такую как 5 нм, такую как 10 нм, такую как 20 нм, такую как 30 нм, такую как 40 нм, такую как 50 нм, такую как 60 нм, такую как 70 нм, такую как 75 нм, такую как 100 нм, такую как 110 нм, такую как 120 нм, такую как 150 нм, такую как 200 нм, такую как 250 нм, такую как 300 нм, такую как 500 нм, такую как 700 нм, такую как 1000 нм, такую как 2000 нм, такую как 3000 нм.
Верхний слой 38 может иметь максимальную толщину 5000 нм, такую как 3000 нм, такую как 2000 нм, такую как 1000 нм, такую как 500 нм, такую как 300 нм, такую как 200 нм, такую как 150 нм, такую как 100 нм, такую как 90 нм, такую как 80 нм.
В одном предпочтительном объекте верхний слой 38 имеет толщину в диапазоне от 0,5 нм до 5000 нм, такую как от 0,5 нм до 3000 нм, такую как от 0,5 нм до 2000 нм, такую как от 0,5 нм до 1000 нм, такую как от 1 нм до 500 нм, такую как от 2 нм до 300 нм, такую как от 5 нм до 300 нм, например, от 50 нм до 200 нм, такую как от 50 нм до 150 нм, такую как от 50 нм до 120 нм, такую как от 60 нм до 120 нм, такую как от 70 нм до 120 нм, такую как от 70 нм до 100 нм, такую как от 70 нм до 80 нм.
В одном альтернативном объекте изобретения верхний слой 38 содержит смесь диоксида кремния/оксида алюминия, содержащую по меньшей мере 40 мас. % диоксида кремния, такую как по меньшей мере с 50 мас. % диоксида кремния, такую как по меньшей мере с 60 мас. % диоксида кремния, такую как по меньшей мере с 70 мас. % диоксида кремния, такую как по меньшей мере с 80 мас. % диоксида кремния, такую как с содержанием диоксида кремния в диапазоне от 80 мас. % до 90 мас. % и оксида алюминия от 10 мас. % до 20 мас. %, например, с 85 мас. % диоксида кремния и 15 мас. % оксида алюминия. В этом неограничивающем объекте верхний слой 38 может иметь толщину в диапазоне от более 0 нм до 2 микрон, такую как от 0,5 нм до 500 нм, такую как от 5 нм до 200 нм, такую как от 10 нм до 100 нм, такую как от 30 нм до 50 нм, такую как от 35 нм до 40 нм. В другом неограничивающем объекте верхний слой 38 может иметь толщину в диапазоне от более 0 нм до 1 микрон, такую как от 0,5 нм до 10 нм, такую как от 10 нм до 25 нм, такую как от 10 нм до 15 нм.
Необязательный подслой 30, металлический слой 28, необязательный праймер 36 и необязательный верхний слой 38 могут быть осаждены любым стандартным способом, таким как стандартный способ химического осаждения из паровой фазы (CVD) и/или физического осаждения из паровой фазы (PVD). Примеры способов CVD включают пиролиз распыляемого вещества. Примеры способов PVD включают испарение с помощью электронного пучка и вакуумное распыление (такое как осаждение методом магнетронного распыления (MSVD)). Также возможно применение и других способов нанесения покрытий, таких как осаждение с помощью золь-гель процесса. Слои могут осаждаться с помощью одинаковых или различающихся способов.
В одном дополнительном объекте верхний слой 38 может быть проводящим слоем. Примеры подходящих проводящих материалов включают проводящие оксиды, такие как проводящие оксиды металлов.
Конкретные примеры проводящих оксидов включают оксид олова-индия (ITO), оксид цинка-алюминия (AZO), или оксид цинка-индия (IZO). Электропроводящие свойства верхнего слоя 34 могут быть полезны с точки зрения снижения возбуждающего напряжения для OLED 10.
Светоиспускающий электрод 26 (или металлический слой 28) может иметь минимальное поверхностное сопротивление 1 Ом на квадрат (), такое как 2 , такое как 4 , такое как 5 , такое как 5,5 , такое как 6 , такое как 6,5 , такое как 7 , такое как 8 , такое как 9 , такое как 10 , такое как 12 , такое как 13 , такое как 15 , такое как 17 , такое как 18 , такое как 20 , такое как 25 , такое как 30 , такое как 32 , такое как 34 , такое как 36 , такое как 40 , такое как 50 , такое как 55 , такое как 60 .
Светоиспускающий электрод 26 (или металлический слой 28) может иметь максимальное поверхностное сопротивление 210 , такое как 200 , такое как 175 , такое как 150 , такое как 125 , такое как 100 , такое как 75 , такое как 50 , такое как 30 , такое как 20 , такое как 15 , такое как 13 , такое как 10 , такое как 8 .
В одном предпочтительном объекте светоиспускающий электрод 26 (или металлический слой 28) имеет поверхностное сопротивление в диапазоне от 1  до 20 , такое как от 1  до 15 , такое как от 1  до 10 , такое как от 1  до 8 , такое как от 2  до 8 , такое как 4  до 8 .
Светоиспускающий электрод 26 может иметь минимальное пропускание видимого света (на толщине 2 мм) в 50%, такое как 60%, такое как 65%, такое как 70%, такое как 75%, такое как 78%, такое как 80%, такое как 83%, такое как 85%, такое как 90%, такое как 91%, такое как 92%, такое как 93%, такое как 95%о.
Светоиспускающий электрод 26 может иметь максимальное пропускание видимого света (на толщине 2 мм) в 99%, такое как 97%, такое как 96%, такое как 95%, такое как 93%, такое как 92%, такое как 91%, такое как 90%, такое как 85%, такое как 80%о, такое как 70%, такое как 60%.
В одном предпочтительном объекте светоиспускающий электрод 26 имеет пропускание видимого света (на толщине 2 мм) в диапазоне от 50% до 97%, такое как от 70% до 95%, такое как от 75% до 95%, такое как от 80% до 95%, такое как от 85% до 95%, такое как от 88% до 95%, такое как от 90% до 95%.
Светоиспускающий электрод 26 может обладать минимальной мутностью в 0,04%, такой как 0,05%, такой как 0,07%, такой как 0,08%, такой как 0,1%, такой как 0,12%, такой как 0,15%, такой как 0,2%, такой как 0,3%, такой как 0,5%», такой как 0,8%, такой как 1%, такой как 1,5%, такой как 2%, такой как 3%, такой как 4%, такой как 5%, такой как 6%, такой как 1%, такой как 8%, такой как 9%, такой как 10%, такой как 12%, такой как 15%.
Светоиспускающий электрод 26 может иметь максимальную мутность в 20%, такую как 15%, такую как 12%, такую как 10%, такую как 9%, такую как 8%, такую как 7%, такую как 6%, такую как 5%, такую как 4%, такую как 3%, такую как 2%, такую как 1%.
В одном предпочтительном объекте светоиспускающий электрод 26 имеет мутность в диапазоне от 0,5% до 10%, такую как от 1% до 10%, такую как от 1% до 8%.
Светоиспускающий электрод 26 может иметь минимальную среднеквадратичную (RMS) шероховатость поверхности в 5 нм, такую как 6 нм, такую как 8 нм, такую как 10 нм, такую как 15 нм, такую как 20 нм, такую как 25 нм, такую как 30 нм, такую как 35 нм, такую как 40 нм, такую как 45 нм, такую как 47 нм, такую как 50 нм, такую как 52 нм, такую как 54 нм, такую как 55 нм.
Светоиспускающий электрод 26 может иметь максимальную среднеквадратичную шероховатость поверхности в 60 нм, такую как 55 нм, такую как 54 нм, такую как 50 нм, такую как 47 нм, такую как 45 нм, такую как 40 нм, такую как 35 нм, такую как 25 нм, такую как 20 нм, такую как 15 нм, такую как 10 нм.
В одном предпочтительном объекте светоиспускающий электрод 26 имеет среднеквадратичную шероховатость поверхности в диапазоне от 5 нм до 60 нм, такую как от 25 нм до 60 нм, такую как от 40 нм до 60 нм, такую как от 50 нм до 60 нм.
Светорассеивающие элементы 29 в металлическом слое 28 могут быть обеспечены несколькими способами.
Например, после того, как на подложке 20 образован металлический слой 28, такой металлический слой 28 может быть подвергнут воздействию кислорода. Многие металлы реагируют с кислородом, окисляясь с образованием дефектов в или на металле. Например, это воздействие кислорода может происходить в ходе процесса образования необязательного верхнего слоя 38 поверх металлического слоя 28 или в качестве отдельного этапа.
Например, металлический слой 28 может быть подвергнут воздействию кислорода (например, в атмосфере окружающей среды) в течение времени в диапазоне от 1 минуты до 20 минут, такого как от 1 минуты до десяти минут, такого как от 1 минуты до 5 минут, такого как от 3 минут до 5 минут, такого как от 3 минут до 4,5 минут.
Другим примером способа образования светорассеивающих элементов 29 (например, вызывающих мутность дефектов) в металлическом слое 28 является постнагрев. Под «постнагревом» подразумевается нагревание подложки 12 и металлического слоя 28 после осаждения металлического слоя 28. Постнагрев с или без воздействия кислорода проявляет тенденцию к окислению металла металлического слоя 28 с образованием дефектов в или на металлическом слое и/или к увеличению мутности металлического слоя 28.
Например, металлический слой 28 может нагреваться до температуры в диапазоне от 400°С до 1000°С, такой как от 500°С до 900°С, такой как от 600°С до 800°С, такой как от 700°С до 800°С, такой как от 700°С до 750°С.
Металлический слой 28 может нагреваться в течение времени в диапазоне от 1 минуты до 20 минут, такого как от 1 минуты до десяти минут, такого как от 1 минуты до 5 минут, такого как от 3 минут до 5 минут, такого как от 3 минут до 4,5 минут.
Нагревание может выполняться в стандартной нагревательной печи или в конвейерной печи. Например, конвейерная печь может иметь скорость конвейерной линии в диапазоне от 2,5 см/мин до 51 см/мин, такую как от 5 см/мин до 38 см/мин, такую как от 5 см/мин до 28 см/мин, такую как от 5 см/мин до 20 см/мин, такую как от 10 см/мин до 20 см/мин.
Конвейерная печь может иметь одну или множество нагревательных камер. Например, одна или несколько нагревательных камер может иметь температуру в диапазоне от 400°С до 1000°С, такую как от 500°С до 800°С, такую как от 500°С до 700°С, такую как от 500°С до 650°С, такую как от 525°С до 625°С. Нагревательные камеры могут иметь одинаковую или различные температуры.
Другой пример способа, вызывающего образование светорассеивающих элементов 29, состоит в воздействии на металлический слой 28 лучом лазера для образования в металлическом слое 28 дефектов. Например, это может выполняться до нанесения необязательного верхнего слоя 38. Дефекты могут быть трещинами или пустотами, образованными в и/или на металлическом слое 28 лазером. Дефектами могут быть также участки различной плотностью, вызванной фокусированием лазера на различные места на поверхности или внутри металлического слоя 28.
Следующий пример способа стимулирования появления этих светорассеивающих элементов 29 состоит в обработке металлического слоя 28 кислородной плазмой. Кислородная плазма вызывает образование выступов на поверхности металлического слоя 28.
Еще один пример способа вызывать образование светорассеивающих элементов 29 предполагает легирование металлического слоя 28 допантами, которые приводят к получению дефектов или иным образом увеличивают мутность металлического слоя 28. Примеры таких допантов включают медь, алюминий и цинк. Допант может реагировать или объединяться либо смешиваться с металлом металлического слоя 28 с образованием пятен или участков, имеющих плотность и/или композицию, отличающиеся от плотности или композиции остальной части металлического слоя 28.
Следует понимать, что не все необязательные, обсуждавшиеся выше слои должны быть обязательно представлены в OLED 10. Один или несколько из этих необязательных слоев могут обеспечиваться в качестве желательных, исходя из таких соображений, как стоимость, простота производства и желательное конечное применение OLED 10.
Далее со ссылкой на Фиг. 1 описывается работа устройства OLED 10.
В процессе работы прикладывается напряжение между первым электродом 12 и вторым электродом 18. Ток электронов проходит от катода (например, от первого электрода 12) к аноду (например, второму электроду 18) и, таким образом, через эмиссионный слой 16 (и, в случае их присутствия, необязательные слои). Этот электрический ток вызывает испускание эмиссионным слоем 16 электромагнитного излучения (например, свет) выбранной длины волны или диапазона длин волны в зависимости от композиции эмиссионного слоя 16. Световые волны, испускаемые эмиссионным слоем 16, проходят в металлический слой 28 второго электрода 18. В стандартном устройстве OLED большая часть электромагнитного излучения, входящего во второй электрод 18, была бы захвачена вследствие волноводного эффекта. Однако в данном изобретении по меньшей мере часть этой электромагнитной энергии рассеивается светорассеивающими элементами 29. Это рассеивание приводит к тому, что световые волны распространяются более беспорядочно и нарушают волноводный эффект, увеличивая количество электромагнитной энергии, которая проходит через металлический слой 28 в подложку 20 и затем выходит из нижней поверхности 24. Эффект рассеяния света, вызываемый светорассеивающими элементами 29 металлического слоя 28, увеличивает общее испускание света устройством OLED 10.
Следующие примеры иллюстрируют различные объекты изобретения. При этом следует понимать, что изобретение этими конкретными объектами не ограничивается.
Примеры
2
4
В следующих примерах подложки были представлены прозрачным стеклом, коммерчески доступным в PPG Industries Ohio, Inc, имеющим толщину 2 миллиметра (мм). Показатели пропускания видимого света (Т) и показатели мутности (Haze) представлены процентными величинами и были измерены с помощью прибора для определения мутности Haze-Gard Plus, коммерчески доступного в BYK-Gardner, США. Слои покрытия были нанесены с помощью стандартного устройства для нанесения покрытий Airco MSVD, имеющего ширину мишени 5 дюймов и скорость линии 60 дюймов в минуту. "Zn90" отвечает мишени, имеющей 90 мас. % цинка и 10 мас. % олова. "Al60" обозначает мишень, имеющую 60 мас. % алюминия и 40 мас. % кремния. "SnZn" обозначает мишень, содержащую 52,4 мас. % цинка и 47,6 мас. % олова (для осаждения слоя ZnSnO). Все установки мощности устройства для нанесения покрытий представлены в киловаттах (кВт). Все величины времени представлены в минутах. Величины поверхностного сопротивления показаны в омах на квадрат (). "O/R" означает, что данная величина находилась вне диапазона измерений. Символ "-" означает, что величина не измерялась. "М" означает мегаомы. В следующих примерах параллельные образцы подложек, покрытых определенными слоями покрытий, обозначаются строчной буквой после количества покрытий. Например, образцы 1a, 1b, 1c, 1d и т.д. определяют параллельные образцы стеклянных подложек, покрытых покрытием 1. Физические свойства, такие как высота выступов, шероховатость поверхности и диаметр дендритов, определялись с помощью стандартной атомно-силовой микроскопии (AFM).
Пример 1
Этот Пример иллюстрирует структуру светорассеивающего электрода, имеющего подслой оксида цинка (с 10 мас. % оксида олова), проводящий слой из металлического серебра и верхний слой (защитный слой) из 60 мас. % оксида алюминия и 40 мас. % диоксида кремния.
Таблица 1 приводит установочные показатели мощности устройства для нанесения покрытий во время выполнения осаждения. Подложки подвергались одному проходу под каждой мишенью.
На подложках с покрытиями были проведены измерения поверхностного сопротивления перед нагреванием (преднагрев) и затем они нагревались в тупиковой сушилке при 1300°F (704°С) в течение времени, длительности периодов которого приведены в Таблице 2. После нагревания покрытые подложки оставлялись для охлаждения до комнатной температуры и затем были выполнены повторные измерения поверхностного сопротивления, пропускания и мутности (постнагрев). Полученные величины представлены в Таблице 2.
Фиг. 3 - микрофотография образца 1с (постнагрев), демонстрирующая дефекты в/на металлическом слое. Фиг. 4 является полученной с помощью атомно-силовой Микроскопии трехмерной микрофотографией (50 микрон на 50 микрон) образца 1с с Фиг. 3. Можно видеть, что металлический слой имеет дефекты (выступы или точечные дефекты), продолжающиеся вверх от поверхности металлического слоя. По меньшей мере некоторые из дефектов имеют высоту 50 нм. Для образца 1с, отображаемого на Фиг. 3 и 4, образец с преднагревом имел среднеквадратичную (RMS) шероховатость поверхности в 0,64 нм. При постнагреве образец имел RMS шероховатость 3,97 между дефектами и RMS шероховатость поверхности 47,6, включая дефекты. Параллельный образец 1с оценивался спустя три месяца. Фиг. 5 является микрофотографией параллельного образца 1с по истечении трех месяцев. Фиг. 6 отображает полученную с помощью атомно-силового микроскопа двухмерную микрофотографию (50 микрон на 50 микрон) параллельного образца 1с с Фиг. 5. Параллельный образец 1с имел среднеквадратичную (RMS) шероховатость поверхности при преднагреве в 0,69 нм и RMS шероховатость поверхности при постнагреве в 57,3 нм. По истечении трех месяцев образец 1с имел поверхностное сопротивление 80 .
Пример 2
Этот Пример иллюстрирует структуру светоиспускающего электрода, имеющего подслой оксида цинка (с 10 мас. % оксида олова), слой металлического серебра и верхний слой (проводящий слой) из оксида индия (IZO), легированного цинком.
Таблица 3 приводит установочные показатели мощности устройства для нанесения покрытий во время осаждения перечисленных мишеней. Подложки были покрыты Zn90 и Ag для одного прохода и IZO для двух проходов.
На подложках с покрытиями были проведены измерения поверхностного сопротивления перед нагреванием (преднагрев) и затем они нагревались в тупиковой сушилке при 1300°F (704°С) в течение времени, длительности периодов которого приведены в Таблице 4. После нагревания покрытые подложки оставлялись для охлаждения до комнатной температуры и затем были выполнены повторные измерения поверхностного сопротивления, пропускания и мутности (постнагрев). Полученные величины представлены в Таблице 4.
Фиг. 7 является микрофотографией образца 7с после нагревания. Фиг. 8 отображает полученную с помощью атомно-силового микроскопа двухмерную микрофотографию (50 микрон на 50 микрон) образца 7с с Фиг. 7 Фиг. 9 представляет полученную с помощью атомно-силового микроскопа трехмерную микрофотографию (50 микрон на 50 микрон) образца 7с с Фиг. 8. Дефекты имели форму дендритов с разветвлениями. Дендриты имели выступы, продолжающиеся вверх. По меньшей мере некоторые из таких выступов имели высоту 40 нм. Образец 7с имел среднеквадратичную (RMS) шероховатость поверхности при преднагреве 0,64 нм. При постнагреве образец 7с имел RMS шероховатость 3,64 между дефектами и RMS шероховатость поверхности 6,92, включая дефекты.
Пример 3
2
4
2
4
Этот Пример иллюстрирует структуру анода, имеющего подслой из станната цинка (ZnSnO), слой металлического серебра, слой титанового праймера и верхний слой (защитный слой) из станната цинка (ZnSnO).
Таблица 5 приводит установочные показатели мощности устройства для нанесения покрытий во время осаждения перечисленных мишеней. Подложки были покрыты Ag и Ti для одного прохода и станнатом цинка для четырех проходов (как для подслоя, так и для верхнего слоя).
На подложках с покрытиями были проведены измерения поверхностного сопротивления (преднагрев) и затем они нагревались в тупиковой сушилке при 1300°F (704°С) в течение времени, длительности периодов которого приведены в Таблице 6. После нагревания покрытые подложки оставлялись для охлаждения до комнатной температуры и затем были выполнены повторные измерения поверхностного сопротивления, пропускания и мутности (постнагрев). Полученные величины представлены в Таблице 6.
Пример 4
Этот Пример иллюстрирует применение для нагревания образца печи с ленточным конвейером вместо камерной печи. Параллельные из выбранных образцов покрытия нагревались в стандартной печи Lindberg, имеющей пять зон нагрева. Зона 1 имела температуру 1130°F (610°С), зона 2 имела температуру 1155°F (624°С), зона 3 имела температуру 1155°F (624°С), зона 4 имела температуру 1155°F (624°С) и зона 5 имела температуру 1000°F (538°С). Показатели стеклянных подложек с перечисленными покрытиями, полученные в режиме преднагрева, показаны в Таблице 7.
Образцы стеклянных подложек с покрытием были затем нагреты в печи Lindberg при скоростях конвейерной линии, показанных в Таблице 8. Скорость линии представлена в дюймах в минуту (сантиметры в минуту). Также в Таблице 8 представлены показатели образцов для случая преднагрева.
Среднему специалисту в данной области очевидно, что без отступления от раскрытых в предшествующем описании принципов возможно внесение в данное изобретение различных изменений. Соответственно, подробно здесь описанные предпочтительные объекты являются лишь иллюстративными и не ограничивающими объем изобретения, широта которого определяется прилагаемой формулой изобретения и всеми и любыми ее эквивалентами.