專利名稱：用于方向性有機(jī)發(fā)光二極管的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
改善發(fā)光二極管(LED)的提取效率增加了LED的總效率。提高LED方向性使得LED對(duì)某些應(yīng)用例如投影機(jī)更具有吸引力。J.K.Hwang等人在Phy s.Rev.B 60，pp.4688，1999中、Y.Xu等人在J.Op t.Soc.Am.B 16，465(1999)中、以及R.K.Lee等人在J.Opt.Soc.Am.B171438，(1999)中已經(jīng)檢驗(yàn)了GaAs和GaN LED的幾種不同結(jié)構(gòu)。
P.A.Hobson等人在Advanced Materials，14，19，2002中討論了有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)領(lǐng)域中的改善的提取效率，其被引入作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，通過提供使用兩個(gè)金屬電極將有機(jī)層夾在中間的OLED，可以改善有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的總輻射功率、提取效率和方向性，一個(gè)金屬電極用作陽極并且另一個(gè)金屬電極用作陰極。光通過兩個(gè)金屬電極中已被適當(dāng)穿孔的其中一個(gè)耦合輸出，以提供高方向性。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明被構(gòu)圖的電極。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的總輻射功率與a/λ的關(guān)系曲線。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提取率與a/λ的關(guān)系曲線。
圖5a示出根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)水平偶極子的輻射圖案。
圖5b示出現(xiàn)有技術(shù)的單個(gè)水平偶極子的輻射圖案，其中光不通過高電導(dǎo)率金屬電極耦合輸出。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的總輻射功率與a/λ的關(guān)系曲線。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的總輻射功率與a/λ的關(guān)系曲線。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提取率與a/λ的關(guān)系曲線。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的總輻射功率與a/λ的關(guān)系曲線。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提取率與a/λ的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1用截面圖示出根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)。金屬電極110和120由具有高電導(dǎo)率的金屬制成。注意，金屬電極110或者120可以是陰極電極，而剩下的金屬電極是陽極電極。起陰極作用的金屬電極一般具有低的功函數(shù)，以給電子注入提供低的能量勢壘，而起陽極作用的金屬電極一般具有高的功函數(shù)，以給空穴注入提供低的能量勢壘。
金屬電極110和120將有機(jī)層115、116和114夾在中間。有機(jī)層115、116和114一般可以具有約1.75的平均折射率，并且可以是小分子或聚合物基。如果金屬電極120是陽極電極，則層115一般是例如由二胺制成的薄空穴傳輸層(HTL)，而層116一般是與作為陰極電極的金屬電極110相鄰的有機(jī)電子傳輸層(ETL)。如果金屬電極120是陰極電極，則層115一般是有機(jī)電子傳輸層(ETL)，而層116一般是例如由二胺制成的薄空穴傳輸層(HTL)。層114是發(fā)射層。根據(jù)本發(fā)明，金屬電極120是利用形成諸如圖2中用頂視圖示出的三角形柵格225的柵格的孔125來構(gòu)圖的表面。該表面還可以用例如形成蜂窩狀或準(zhǔn)周期柵格的孔125來構(gòu)圖。注意，孔125可以填充有空氣、SiO2、SiNx或其它合適的光學(xué)透明介電材料。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的多種方法都可以用來形成孔125。根據(jù)本發(fā)明，孔的截面例如可以為圓形、橢圓形、圓形、橢圓形、三角形或六邊形。根據(jù)本發(fā)明也可以使用其它多邊形截面。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的總輻射功率(TRP)，其中該TRP是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的TRP除以在不具有金屬電極的無限長均勻有機(jī)材料中的偶極子的TRP的比率。使用一般用于建模OLED的有限差分時(shí)域(FDTD)方法來計(jì)算該TRP，參見例如J.K.Hwang等人的Physical Review B，60，4688，1999或H.Y.Ryu等人的Journal of theOptical Society of Korea，6，59，2002，其被引入作為參考。為了計(jì)算，發(fā)射層114近似為平面，其具有在平面內(nèi)隨機(jī)取向的2000個(gè)平面偶極子。這些平面偶極子以不同的相位激發(fā)以便降低任何的位置和取向共振。為了計(jì)算，假設(shè)金屬電極110和120是沒有損耗的理想導(dǎo)體。在該實(shí)施例中，晶格常數(shù)取為a，有機(jī)層115、114和116的總厚度t取為約0.8125a，孔125的半徑取為約0.36a，以及偶極子的平面與電極110分開約0.5a的距離td。
圖3中的曲線310示出在a/λ為0.326處TRP增強(qiáng)了幾乎8倍，其中λ是自由空間波長。OLED的內(nèi)量子效率被改善。當(dāng)偶極子的平面位于電極110和120的一半長度時(shí)，由于金屬電極110和120起鏡面的作用，因此獲得TRP的最大值。電極110起基本理想的鏡面的作用，而由于存在孔125，電極120起有缺陷的鏡面的作用。電場最大值一般位于或接近于金屬電極110和120的中點(diǎn)。
圖4中的曲線410示出輻射到具有30度半角的錐體內(nèi)的功率與根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的總輻射功率的比率。該比率的最大值出現(xiàn)在約0.313的a/λ處為53％，并且對(duì)于更高的a/λ比率迅速下降。由于當(dāng)邊界條件要求波函數(shù)在金屬電極110和120上為零時(shí)，可以存在于具有總厚度t的有機(jī)層114、115和116中的兩個(gè)金屬電極110和120之間的最低階模式是λn/2波長模式，因此a/λ的值并非不可預(yù)料的。λn是有機(jī)層中的光學(xué)波長。因此，λn/2＝λ/2n＝t，其中n是有機(jī)層114、115和116的平均折射率。令t＝αa，其中a是晶格常數(shù)，那么給出a/λ＝1/2nα＝0.35，其約為圖3和4的結(jié)果。
圖5a示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在a/λ約為0.313處激發(fā)的單個(gè)水平偶極子的輻射圖案510。在距正向90度方向約正負(fù)17度的范圍內(nèi)，輻射圖案510有高度的方向性，并且輻射功率下降了一半。對(duì)該專利申請(qǐng)來說，術(shù)語“有高度的方向性”指的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其中功率的至少40％輻射到具有約30度半角的錐體內(nèi)。圖5b示出在a/λ約為0.313處激發(fā)的單個(gè)水平偶極子的輻射圖案530，其中光不通過高電導(dǎo)率金屬電極耦合輸出。光被輻射到具有約60度半角的錐體內(nèi)。
圖6示出相對(duì)于層115、114和116的組合厚度，對(duì)于偶極子的平面與金屬電極110分開各種td/a值，作為a/λ的函數(shù)的總輻射功率。金屬電極120中的孔125的半徑是r～0.36a，其中a是晶格常數(shù)?？傒椛涔β实那€610、620、630和640分別與0.5、0.25、0.688和0.125的td/a對(duì)應(yīng)。對(duì)于曲線610、620、630和640，最大的TRP在a/λ約為0.313處。對(duì)于0.375、0.438和0.5的td/a值，TRP的差小于約5％，并且對(duì)于這三個(gè)值TRP約為8.3。因此，如上所述，發(fā)射層114一般置于金屬電極110和120之間的一半長度處。
圖7示出對(duì)于在具有其它參數(shù)如圖3所示的金屬電極120中填充了空氣的孔125的三角形柵格，作為a/λ的函數(shù)的TRP。對(duì)于曲線710、720、730和740，孔125的半徑分別為0.24a、0.3a、0.36a和0.42a。隨著孔125的半徑增加，可以看出TRP的峰值移向更低的a/λ值。圖8示出對(duì)于圖7的結(jié)構(gòu)具有30度半角的錐體中的提取率。曲線810、820、830和840分別對(duì)應(yīng)于0.24a、0.3a、0.36a和0.42a的孔125的半徑。
圖9示出金屬電極120中填充了空氣的孔125的正方形柵格的TRP。對(duì)于曲線910，孔125是半徑r約為0.4a的圓，而對(duì)于曲線920，孔125是邊長約為0.5a的正方形孔125。圖10示出對(duì)于圖9的正方形柵格結(jié)構(gòu)具有30度半角的錐體中的提取率。曲線1010對(duì)應(yīng)于半徑r約為0.4a的圓形孔125，而曲線1020對(duì)應(yīng)于邊長約為0.5a的正方形孔。如曲線1010所示的具有圓形孔125的正方形柵格的提取率分別可比于對(duì)于曲線830和840的具有r/a～0.36和0.42的圓形孔125的三角形柵格的提取率。曲線830、840和1010的峰值相對(duì)寬，提高了可制造性，這一般是重要的考慮因素。如曲線1020所示的具有正方形孔125的正方形柵格的提取率可比于如圖8中的曲線820所示的具有r/a～0.3的圓形孔的三角形柵格的提取率。曲線1020和820都示出相對(duì)窄的峰值，由于所要求的制造公差更加嚴(yán)格，因此這一般會(huì)使制造變得更加困難。圖9中采用正方形孔125的曲線920的TRP大約為10，其比圖7中所示的曲線710、720、730和740所代表結(jié)構(gòu)的TRP改善了大約15％或更多。
雖然已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯然的是，按照前面的描述多種替換、修改、和變型將顯而易見。因此，本發(fā)明旨在包含所有其它這些落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的替換、修改、和變型。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)發(fā)光二極管，包括多個(gè)有機(jī)層；和將所述多個(gè)有機(jī)層夾在中間的第一和第二高導(dǎo)電金屬電極，所述第二高導(dǎo)電電極包括適當(dāng)構(gòu)圖的表面，其包括穿透所述第二高導(dǎo)電電極的孔的柵格，使得所述有機(jī)發(fā)光二極管可操作用于以高度方向性的輻射圖案發(fā)射光。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中所述孔的柵格是三角形的孔的柵格。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中所述孔的柵格是正方形的孔的柵格。
4.權(quán)利要求1的裝置，其中所述孔的柵格的孔具有正方形截面。
5.權(quán)利要求1的裝置，其中所述孔的柵格的孔具有圓形截面。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中所述孔的柵格的孔填充有選自SiO2、SiNx和空氣中的材料。
7.權(quán)利要求1的裝置，其中所述第二高導(dǎo)電電極是陰極電極。
8.權(quán)利要求1的裝置，其中所述多個(gè)有機(jī)層其中之一是發(fā)射層。
9.權(quán)利要求1的裝置，其中所述多個(gè)有機(jī)層其中之一包括二胺。
10.權(quán)利要求1的裝置，其中所述多個(gè)有機(jī)層是聚合物基。
11.一種用于有機(jī)發(fā)光二極管的方法，包括提供多個(gè)有機(jī)層；以及提供將所述多個(gè)有機(jī)層夾在中間的第一和第二高導(dǎo)電金屬電極，所述第二高導(dǎo)電電極包括適當(dāng)構(gòu)圖的表面，其包括穿透所述第二高導(dǎo)電電極的孔的柵格，使得所述有機(jī)發(fā)光二極管可操作用于以高度方向性的輻射圖案發(fā)射光。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述孔的柵格是三角形的孔的柵格。
13.權(quán)利要求11的方法，其中所述孔的柵格是正方形的孔的柵格。
14.權(quán)利要求11的方法，其中所述孔的柵格的孔具有正方形截面。
15.權(quán)利要求11的方法，其中所述孔的柵格的孔具有圓形截面。
16.權(quán)利要求11的方法，其中所述孔的柵格的孔填充有選自SiO2、SiNx和空氣中的材料。
17.權(quán)利要求11的方法，其中所述第二高導(dǎo)電電極是陰極電極。
18.權(quán)利要求11的方法，其中所述多個(gè)有機(jī)層其中之一是發(fā)射層。
19.權(quán)利要求11的方法，其中所述多個(gè)有機(jī)層其中之一包括二胺。
20.權(quán)利要求11的方法，其中所述多個(gè)有機(jī)層是聚合物基。
全文摘要
有機(jī)發(fā)光二極管的方向性通過引入帶圖案的金屬電極作為陽極或者作為陰極得到改善。
文檔編號(hào)H01L51/40GK1866569SQ20061007354
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者M·M·西加拉斯 申請(qǐng)人:阿瓦戈科技Ecbu Ip(新加坡)股份有限公司