本申請(qǐng)是根據(jù)35 U.S.C.§119(e)要求2014年12月17日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/092,909號(hào)、2014年11月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/078,585號(hào)和2014年7月24日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/028,509號(hào)的優(yōu)先權(quán)的非臨時(shí)申請(qǐng)，所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)有機(jī)發(fā)光裝置(OLED)的操作的方法。

背景技術(shù)：

出于若干原因，利用有機(jī)材料的光學(xué)電子裝置變得越來(lái)越受歡迎。用以制造這樣的裝置的材料中的許多材料相對(duì)便宜，因此有機(jī)光學(xué)電子裝置具有獲得相對(duì)于無(wú)機(jī)裝置的成本優(yōu)勢(shì)的潛力。另外，有機(jī)材料的固有性質(zhì)(例如其柔性和無(wú)序容限)可以使其非常適合具體應(yīng)用，例如在柔性襯底上的制造。有機(jī)光學(xué)電子裝置的實(shí)例包括OLED、有機(jī)光電晶體管、有機(jī)光伏打電池和有機(jī)光檢測(cè)器。對(duì)于OLED，有機(jī)材料可以具有相對(duì)于常規(guī)材料的性能優(yōu)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，有機(jī)發(fā)射層發(fā)射光的波長(zhǎng)通?？梢匀菀椎赜眠m當(dāng)?shù)膿诫s劑來(lái)調(diào)整。

OLED利用有機(jī)薄膜，其在電壓施加于裝置上時(shí)發(fā)射光。OLED正變?yōu)橛糜诶缙桨屣@示器、照明和背光應(yīng)用中的越來(lái)越引人注目的技術(shù)。美國(guó)專(zhuān)利第5,844,363號(hào)、第6,303,238號(hào)和第5,707,745號(hào)中描述若干OLED材料和配置，所述專(zhuān)利以全文引用的方式并入本文中。

磷光性發(fā)射分子的一個(gè)應(yīng)用是全色顯示器。用于這種顯示器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需要適于發(fā)射具體色彩(稱(chēng)為“飽和”色彩)的像素。具體地說(shuō)，這些標(biāo)準(zhǔn)需要飽和的紅色、綠色和藍(lán)色像素?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中所熟知的CIE坐標(biāo)來(lái)測(cè)量色彩。

綠色發(fā)射分子的一個(gè)實(shí)例是三(2-苯基吡啶)銥、表示為Ir(ppy)₃，其具有以下結(jié)構(gòu)：

在此圖和本文后面的圖中，將從氮到金屬(此處，Ir)的配價(jià)鍵描繪為直線。

如本文所用，術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”包括聚合材料以及小分子有機(jī)材料，其可以用以制造有機(jī)光學(xué)電子裝置。“小分子”是指不是聚合物的任何有機(jī)材料，并且“小分子”可能實(shí)際上相當(dāng)大。在一些情況下，小分子可以包括重復(fù)單元。舉例來(lái)說(shuō)，使用長(zhǎng)鏈烷基作為取代基不會(huì)將分子從“小分子”類(lèi)別中去除。小分子還可以并入到聚合物中，例如作為聚合物主鏈上的側(cè)基或作為主鏈的一部分。小分子還可以充當(dāng)樹(shù)枝狀聚合物的核心部分，所述樹(shù)枝狀聚合物由建立在核心部分上的一系列化學(xué)殼層組成。樹(shù)枝狀聚合物的核心部分可以是熒光或磷光小分子發(fā)射體。樹(shù)枝狀聚合物可以是“小分子”，并且據(jù)信當(dāng)前在OLED領(lǐng)域中使用的所有樹(shù)枝狀聚合物都是小分子。

如本文所用，“頂部”意指離襯底最遠(yuǎn)，而“底部”意指離襯底最近。在將第一層描述為“安置”在第二層“上”的情況下，第一層被安置為距襯底較遠(yuǎn)。除非規(guī)定第一層“與”第二層“接觸”，否則第一與第二層之間可以存在其它層。舉例來(lái)說(shuō)，即使陰極和陽(yáng)極之間存在各種有機(jī)層，仍可以將陰極描述為“安置在”陽(yáng)極“上”。

如本文所用，“溶液可處理”意指能夠以溶液或懸浮液的形式在液體介質(zhì)中溶解、分散或輸送和/或從液體介質(zhì)沉積。

如本文所用，并且如本領(lǐng)域技術(shù)人員一般將理解，如果第一能級(jí)較接近真空能級(jí)，那么第一“最高占用分子軌道”(HOMO)或“最低未占用分子軌道”(LUMO)能級(jí)“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能級(jí)。由于將電離電位(IP)測(cè)量為相對(duì)于真空能級(jí)的負(fù)能量，因此較高HOMO能級(jí)對(duì)應(yīng)于具有較小絕對(duì)值的IP(負(fù)得較少的IP)。類(lèi)似地，較高LUMO能級(jí)對(duì)應(yīng)于具有較小絕對(duì)值的電子親和性(EA)(負(fù)得較少的EA)。在常規(guī)能級(jí)圖上，真空能級(jí)在頂部，材料的LUMO能級(jí)高于同一材料的HOMO能級(jí)?！拜^高”HOMO或LUMO能級(jí)表現(xiàn)為比“較低”HOMO或LUMO能級(jí)靠近這個(gè)圖的頂部。

如本文所用，并且如本領(lǐng)域技術(shù)人員一般將理解，如果第一功函數(shù)具有較高絕對(duì)值，那么第一功函數(shù)“大于”或“高于”第二功函數(shù)。因?yàn)橥ǔ⒐瘮?shù)測(cè)量為相對(duì)于真空能級(jí)的負(fù)數(shù)，因此這意指“較高”功函數(shù)負(fù)得較多。在常規(guī)能級(jí)圖上，真空能級(jí)在頂部，將“較高”功函數(shù)說(shuō)明為在向下方向上距真空能級(jí)較遠(yuǎn)。因此，HOMO和LUMO能級(jí)的定義遵循與功函數(shù)不同的慣例。

如本文所用并且如OLED領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解，術(shù)語(yǔ)“發(fā)射體”、“發(fā)射材料”、“發(fā)光材料”具有同等含義并且可互換使用。這些材料應(yīng)理解為涵蓋為磷光材料、熒光材料、熱激活延遲熒光材料、化學(xué)發(fā)光材料的所有有機(jī)材料，和展現(xiàn)所有其它類(lèi)別的有機(jī)發(fā)射的有機(jī)材料。

如本文所用，術(shù)語(yǔ)“銳邊緣”是指形成于兩個(gè)表面之間的邊緣，其截面的曲率半徑在0到10nm、優(yōu)選0到5nm并且更優(yōu)選0到2nm之間。

如本文所用，術(shù)語(yǔ)OLED的“有機(jī)發(fā)射層”是指OLED中的由發(fā)光材料或發(fā)光材料和一或多種主體和/或其它材料組成的層。典型的有機(jī)發(fā)射層厚度是0.5到100nm、更優(yōu)選0.5到60nm。當(dāng)有機(jī)發(fā)射層由發(fā)光材料和一或多種主體或其它材料構(gòu)成時(shí)，發(fā)光材料以0.01到40重量％、更優(yōu)選0.1到30重量％、最優(yōu)選1到20重量％摻雜到發(fā)射層中。

如本文所用，術(shù)語(yǔ)“波長(zhǎng)尺寸的特征”是指其尺寸與OLED的有機(jī)發(fā)射層中的有機(jī)發(fā)射材料的固有發(fā)射波長(zhǎng)中的一或多者一致的特征。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“亞波長(zhǎng)尺寸的”是指其尺寸小于OLED的有機(jī)發(fā)射層中的有機(jī)發(fā)射材料的固有發(fā)射波長(zhǎng)中的任一者。固有發(fā)射波長(zhǎng)是指有機(jī)發(fā)射材料在其在自由空間中發(fā)射時(shí)將發(fā)射的波長(zhǎng)除以O(shè)LED中的有機(jī)發(fā)射層的折射率。

可以在以全文引用的方式并入本文中的美國(guó)專(zhuān)利第7,279,704號(hào)中找到關(guān)于OLED和上文所述的定義的更多細(xì)節(jié)。

最近在OLED工業(yè)中已經(jīng)認(rèn)識(shí)到將表面等離子極化激元或局域化表面等離子極化激元用于光電子裝置。然而，這些系統(tǒng)依賴(lài)于平衡增強(qiáng)發(fā)射體的輻射速率與防止非輻射能量轉(zhuǎn)移到表面等離子模式(也稱(chēng)為淬滅)之間的權(quán)衡。輻射速率增強(qiáng)和非輻射淬滅兩者都是發(fā)光材料與等離子材料之間的距離的強(qiáng)函數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)輻射速率增強(qiáng)，先前報(bào)道在發(fā)光材料與等離子材料層之間利用介電間隔層以便防止淬滅。介電間隔層的確切厚度取決于許多因素，包括：等離子材料的組成；等離子材料層的厚度；等離子材料層是否經(jīng)圖案化；等離子材料層的表面粗糙度；在等離子材料以納米粒子形式提供的情況下，納米粒子的大小和形狀；與等離子材料層接觸的介電間隔層的介電常數(shù)；和發(fā)光材料的發(fā)射波長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一實(shí)施例，公開(kāi)了一種改進(jìn)OLED的操作的方法，其中所述OLED包含包括有機(jī)發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層。所述方法包含通過(guò)提供增強(qiáng)層來(lái)最大化所述有機(jī)發(fā)射材料的激發(fā)態(tài)能量向所述增強(qiáng)層中的表面等離子極化激元的非輻射轉(zhuǎn)移，所述增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料的展現(xiàn)表面等離子共振的等離子材料、與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)閾值距離，其中所述有機(jī)發(fā)射材料歸因于所述增強(qiáng)層的存在而具有總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)，并且所述閾值距離是所述總非輻射衰減速率常數(shù)等于所述總輻射衰減速率常數(shù)之處；和通過(guò)穿過(guò)出耦層散射所述表面等離子極化激元的能量從所述增強(qiáng)層發(fā)射光到自由空間中，所述出耦層提供得接近于所述增強(qiáng)層但與所述有機(jī)發(fā)射層相對(duì)。在另一實(shí)施例中，介入層提供于所述增強(qiáng)層與所述出耦層之間。

根據(jù)另一實(shí)施例，公開(kāi)了一種增強(qiáng)的OLED。所述OLED包含：襯底；第一電極；安置在所述電極上的包含有機(jī)發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層；與所述第一電極相對(duì)安置在所述有機(jī)發(fā)射層上的增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料并且將所述發(fā)射材料的激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到表面等離子極化激元的非輻射模式的展現(xiàn)表面等離子共振的等離子材料，其中所述增強(qiáng)層提供得與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)閾值距離，其中所述有機(jī)發(fā)射材料歸因于所述增強(qiáng)層的存在而具有總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)，并且所述閾值距離是所述總非輻射衰減速率常數(shù)等于所述總輻射衰減速率常數(shù)之處；和安置在所述增強(qiáng)層上的出耦層，其中所述出耦層將所述表面等離子極化激元的能量以光子形式散射到自由空間。在其它實(shí)施例中，介入層安置在所述增強(qiáng)層與所述出耦層之間，其中所述介入層具有1-10nm之間的厚度和0.1到4.0的折射率。

根據(jù)另一實(shí)施例，一種增強(qiáng)的OLED包含：襯底，其中所述襯底可以是透明的；安置在所述襯底上的第一出耦層；安置在所述第一出耦層上的第一增強(qiáng)層；安置在所述第一增強(qiáng)層上的包含有機(jī)發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層，其中所述第一增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料并且將所述有機(jī)發(fā)射材料的激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到表面等離子極化激元的非輻射模式的展現(xiàn)表面等離子共振的第一等離子材料，其中所述第一增強(qiáng)層提供得與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)閾值距離；安置在所述有機(jī)發(fā)射層上的第二增強(qiáng)層，所述第二增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料并且將所述有機(jī)發(fā)射材料的激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到表面等離子極化激元的非輻射模式的展現(xiàn)表面等離子共振的第二等離子材料，其中所述第二增強(qiáng)層提供得與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)所述閾值距離，其中所述有機(jī)發(fā)射材料歸因于所述第一和第二增強(qiáng)層的存在而具有總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)，并且所述閾值距離是所述總非輻射衰減速率常數(shù)等于所述總輻射衰減速率常數(shù)之處；所述第二增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料并且將所述發(fā)射材料的激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到表面等離子極化激元的非輻射模式的展現(xiàn)表面等離子共振的第二等離子材料；和安置在所述第二增強(qiáng)層上的第二出耦層，其中所述第一和第二出耦層將所述表面等離子極化激元的能量以光子形式散射到自由空間。在其它實(shí)施例中，所述增強(qiáng)的OLED進(jìn)一步包含安置在所述第一出耦層與所述第一增強(qiáng)層之間在所述第一出耦層上的第一介入層；和安置在所述第二增強(qiáng)層與所述第二出耦層之間在所述第二增強(qiáng)層上的第二介入層。

所述增強(qiáng)層使其中有機(jī)熒光團(tuán)或磷光分子滯留的介質(zhì)的有效特性改性，導(dǎo)致以下中的任一者或全部：發(fā)射速率降低、發(fā)射線形狀改變、發(fā)射強(qiáng)度隨角度而變化、發(fā)射體的老化速率變化和OLED裝置的衰減效率降低。將所述增強(qiáng)層放置在陰極側(cè)、陽(yáng)極側(cè)或兩側(cè)使得OLED裝置可利用以上提及的效應(yīng)中的任一者。

附圖說(shuō)明

圖1展示了有機(jī)發(fā)光裝置。

圖2展示了不具有單獨(dú)電子輸送層的倒轉(zhuǎn)的有機(jī)發(fā)光裝置。

圖3展示了歸因于表面等離子極化激元(SPP)模式的輻射衰減速率常數(shù)和歸因于SPP模式的非輻射衰減速率常數(shù)作為發(fā)光材料距金屬膜的距離的函數(shù)的定性曲線圖。還繪制了系統(tǒng)的總輻射比非輻射速率常數(shù)的比率作為發(fā)光材料距金屬膜的距離的函數(shù)，其受歸因于SPP模式的速率常數(shù)控制。

圖4A展示了量子產(chǎn)率作為發(fā)光材料距金屬增強(qiáng)膜的距離的函數(shù)的曲線圖，確定了兩個(gè)閾值距離。

圖4B展示了對(duì)于非輻射OLED當(dāng)不存在出耦層時(shí)，OLED的溫度作為光學(xué)發(fā)射體距金屬增強(qiáng)膜的距離的函數(shù)的示意性繪圖，在曲線圖上確定了閾值距離2。

圖5是由三個(gè)單位單元組成的增強(qiáng)層的一實(shí)例的示意性說(shuō)明。

圖6是構(gòu)成增強(qiáng)層的單位單元的一實(shí)例設(shè)計(jì)的示意性說(shuō)明。如所展示，單位單元的每個(gè)子組件層可以由不同材料構(gòu)成。

圖7是一實(shí)例增強(qiáng)層設(shè)計(jì)的示意性說(shuō)明。

圖8A-8C展示了具有增強(qiáng)層的OLED裝置的實(shí)例的示意性說(shuō)明。OLED裝置提供了個(gè)別陽(yáng)極和陰極接觸層。OLED可以是頂部或底部發(fā)射的。

圖9A-9E展示了具有增強(qiáng)層的OLED裝置的實(shí)例的示意性說(shuō)明。增強(qiáng)層充當(dāng)OLED裝置的接觸。OLED可以是頂部或底部發(fā)射的。

圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的增強(qiáng)層OLED裝置結(jié)構(gòu)的一實(shí)例的示意性說(shuō)明。

圖11是根據(jù)另一實(shí)施例的增強(qiáng)層OLED裝置結(jié)構(gòu)的一實(shí)例的示意性說(shuō)明。

圖12是展示光學(xué)發(fā)射體的速率常數(shù)的增強(qiáng)因子作為發(fā)射體的峰值波長(zhǎng)和總OLED厚度的函數(shù)的曲線圖。

圖13A是2D圖案化增強(qiáng)層的自上而下視圖。

圖13B是3D圖案化增強(qiáng)層的自上而下視圖。

圖14A展示了圖7中展示的優(yōu)選結(jié)構(gòu)的發(fā)射速率常數(shù)相較于波長(zhǎng)的光學(xué)模型化數(shù)據(jù)，展現(xiàn)發(fā)射速率常數(shù)的預(yù)測(cè)寬帶增加。

圖14B展示了結(jié)構(gòu)內(nèi)的綠色發(fā)射體的發(fā)射強(qiáng)度相較于波長(zhǎng)的光學(xué)模型化數(shù)據(jù)，展現(xiàn)歸因于珀塞爾效應(yīng)(Purcell effect)的窄發(fā)射。

圖14C展示了在各種空穴輸送層厚度下發(fā)射的出耦分?jǐn)?shù)相較于波長(zhǎng)的光學(xué)模型化數(shù)據(jù)。

圖15展示了在各種空穴輸送層厚度下由圖7中展示的優(yōu)選結(jié)構(gòu)以實(shí)驗(yàn)方式實(shí)現(xiàn)的發(fā)射。

除了圖3、4A、4B、12、14A-C和15中展示的曲線圖以外，所有的圖都示意性地說(shuō)明并且并不打算展示實(shí)際尺寸或比例。除了本文中提及以及圖中展示的各種OLED實(shí)例中說(shuō)明的特定功能層之外，根據(jù)本發(fā)明的OLED還可以包括通常可見(jiàn)于OLED中的其它功能層中的任一者。

具體實(shí)施方式

一般來(lái)說(shuō)，OLED包含安置在陽(yáng)極與陰極之間并且電連接到陽(yáng)極和陰極的至少一個(gè)有機(jī)層。當(dāng)施加電流時(shí)，陽(yáng)極注入空穴并且陰極注入電子到有機(jī)層中。所注入的空穴和電子各自朝帶相反電荷的電極遷移。當(dāng)電子和空穴局限于同一分子上時(shí)，形成“激子”，其為具有激發(fā)能量狀態(tài)的局部化電子-空穴對(duì)。當(dāng)激子經(jīng)由光電發(fā)射機(jī)制弛豫時(shí)，發(fā)射光。在一些情況下，激子可以局限于激元或激態(tài)復(fù)合物上。非輻射機(jī)制(例如熱弛豫)也可能發(fā)生，但通常被視為不合需要的。

最初的OLED使用從單態(tài)發(fā)射光(“熒光”)的發(fā)射分子，如例如美國(guó)專(zhuān)利第4,769,292號(hào)中所公開(kāi)，所述專(zhuān)利以全文引用的方式并入。熒光發(fā)射通常在小于10納秒的時(shí)間范圍中發(fā)生。

最近，已經(jīng)論證了具有從三重態(tài)發(fā)射光(“磷光”)的發(fā)射材料的OLED。巴爾多(Baldo)等人的“從有機(jī)電致發(fā)光裝置的高效磷光發(fā)射(Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices)”，自然(Nature)，第395卷，第151-154頁(yè)，1998；(“巴爾多-I”)和巴爾多等人的“基于電致磷光的非常高效綠色有機(jī)發(fā)光裝置(Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence)”，應(yīng)用物理學(xué)報(bào)(Appl.Phys.Lett.)，第75卷，第3期，第4-6頁(yè)(1999)(“巴爾多-II”)，其以全文引用的方式并入。以引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利第7,279,704號(hào)第5-6列中更詳細(xì)地描述磷光。

圖1展示了有機(jī)發(fā)光裝置100。圖不一定按比例繪制。裝置100可以包括襯底110、陽(yáng)極115、空穴注入層120、空穴輸送層125、電子阻擋層130、發(fā)射層135、空穴阻擋層140、電子輸送層145、電子注入層150、保護(hù)層155、陰極160和屏障層170。陰極160是具有第一導(dǎo)電層162和第二導(dǎo)電層164的復(fù)合陰極。裝置100可以通過(guò)依序沉積所描述的層來(lái)制造。在以引用的方式并入的US 7,279,704的第6-10列中更詳細(xì)地描述這些各種層以及實(shí)例材料的性質(zhì)和功能。

這些層中的每一者有更多實(shí)例。舉例來(lái)說(shuō)，以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利第5,844,363號(hào)中公開(kāi)柔性并且透明的襯底-陽(yáng)極組合。經(jīng)p摻雜的空穴輸送層的實(shí)例是以50:1的摩爾比率摻雜有F₄-TCNQ的m-MTDATA，如以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)案第2003/0230980號(hào)中所公開(kāi)。以全文引用的方式并入的頒予湯普森(Thompson)等人的美國(guó)專(zhuān)利第6,303,238號(hào)中公開(kāi)發(fā)射材料和主體材料的實(shí)例。經(jīng)n摻雜的電子輸送層的實(shí)例是以1:1的摩爾比率摻雜有Li的BPhen，如以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)案第2003/0230980號(hào)中所公開(kāi)。以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利第5,703,436號(hào)和第5,707,745號(hào)公開(kāi)了陰極的實(shí)例，其包括具有例如Mg:Ag等金屬薄層與上覆的透明、導(dǎo)電、經(jīng)濺鍍沉積的ITO層的復(fù)合陰極。以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利第6,097,147號(hào)和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)案第2003/0230980號(hào)中更詳細(xì)地描述阻擋層的原理和使用。以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)案第2004/0174116號(hào)中提供注入層的實(shí)例。可以在以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)案第2004/0174116號(hào)中找到保護(hù)層的描述。

圖2展示了倒轉(zhuǎn)的OLED 200。所述裝置包括襯底210、陰極215、發(fā)射層220、空穴輸送層225和陽(yáng)極230。裝置200可以通過(guò)依序沉積所描述的層來(lái)制造。因?yàn)樽畛Ｒ?jiàn)OLED配置具有安置在陽(yáng)極上的陰極，并且裝置200具有安置在陽(yáng)極230下的陰極215，所以裝置200可以稱(chēng)為“倒轉(zhuǎn)”O(jiān)LED。在裝置200的對(duì)應(yīng)層中，可以使用與關(guān)于裝置100所描述的材料類(lèi)似的材料。圖2提供了可以如何從裝置100的結(jié)構(gòu)省略一些層的一個(gè)實(shí)例。

圖1和2中所說(shuō)明的簡(jiǎn)單分層結(jié)構(gòu)是作為非限制實(shí)例而提供，并且應(yīng)理解，可以結(jié)合各種各樣的其它結(jié)構(gòu)使用本發(fā)明的實(shí)施例。所描述的具體材料和結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是示范性的，并且可以使用其它材料和結(jié)構(gòu)。可以基于設(shè)計(jì)、性能和成本因素，通過(guò)以不同方式組合所描述的各個(gè)層來(lái)實(shí)現(xiàn)功能性O(shè)LED，或可以完全省略若干層。還可以包括未具體描述的其它層?？梢允褂貌煌诰唧w描述的材料的材料。盡管本文所提供的實(shí)例中的許多實(shí)例將各種層描述為包含單一材料，但應(yīng)理解，可以使用材料的組合(例如主體與摻雜劑的混合物)或更一般來(lái)說(shuō)，混合物。并且，所述層可以具有各種子層。本文中給予各個(gè)層的名稱(chēng)不意欲具有嚴(yán)格限制性。舉例來(lái)說(shuō)，在裝置200中，空穴輸送層225輸送空穴并且將空穴注入到發(fā)射層220中，并且可以被描述為空穴輸送層或空穴注入層。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將OLED描述為具有安置在陰極與陽(yáng)極之間的“有機(jī)層”。此有機(jī)層可以包含單個(gè)層，或可以進(jìn)一步包含如例如關(guān)于圖1和2所描述的不同有機(jī)材料的多個(gè)層。

還可以使用未具體描述的結(jié)構(gòu)和材料，例如包含聚合材料的OLED(PLED)，例如以全文引用的方式并入的頒予弗蘭德(Friend)等人的美國(guó)專(zhuān)利第5,247,190號(hào)中所公開(kāi)。作為另一實(shí)例，可以使用具有單個(gè)有機(jī)層的OLED。OLED可以堆疊，例如如以全文引用的方式并入的頒予福利斯特(Forrest)等人的第5,707,745號(hào)中所描述。OLED結(jié)構(gòu)可以脫離圖1和2中所說(shuō)明的簡(jiǎn)單分層結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，襯底可以包括有角度的反射表面以改進(jìn)出耦(out-coupling)，例如如頒予福利斯特等人的美國(guó)專(zhuān)利第6,091,195號(hào)中所述的臺(tái)式結(jié)構(gòu)，和/或如頒予布利維克(Bulovic)等人的美國(guó)專(zhuān)利第5,834,893號(hào)中所述的凹點(diǎn)結(jié)構(gòu)，所述專(zhuān)利以全文引用的方式并入。

除非另外規(guī)定，否則可以通過(guò)任何合適方法來(lái)沉積各種實(shí)施例的層中的任一者。對(duì)于有機(jī)層，優(yōu)選方法包括熱蒸發(fā)、噴墨(例如以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利第6,013,982號(hào)和第6,087,196號(hào)中所述)、有機(jī)氣相沉積(OVPD)(例如以全文引用的方式并入的頒予福利斯特等人的美國(guó)專(zhuān)利第6,337,102號(hào)中所述)和通過(guò)有機(jī)蒸氣噴射印刷(OVJP)的沉積(例如以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利第7,431,968號(hào)中所述)。其它合適沉積方法包括旋涂和其它基于溶液的工藝?；谌芤旱墓に噧?yōu)選在氮或惰性氣氛中進(jìn)行。對(duì)于其它層，優(yōu)選方法包括熱蒸發(fā)。優(yōu)選的圖案化方法包括通過(guò)掩模的沉積、冷焊(例如以全文引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利第6,294,398號(hào)和第6,468,819號(hào)中所述)和與例如噴墨和OVJD等沉積方法中的一些方法相關(guān)聯(lián)的圖案化。還可以使用其它方法?？梢愿倪M(jìn)待沉積的材料，以使其與具體沉積方法相容。舉例來(lái)說(shuō)，可以在小分子中使用具支鏈或無(wú)支鏈并且優(yōu)選含有至少3個(gè)碳的例如烷基和芳基等取代基，來(lái)增強(qiáng)其經(jīng)受溶液處理的能力。可以使用具有20個(gè)或更多個(gè)碳的取代基，并且3-20個(gè)碳是優(yōu)選范圍。具有不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的材料可以比具有對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的材料具有更好的溶液可處理性，因?yàn)椴粚?duì)稱(chēng)材料可以具有更低的再結(jié)晶傾向性。可以使用樹(shù)枝狀聚合物取代基來(lái)增強(qiáng)小分子經(jīng)受溶液處理的能力。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的裝置可以進(jìn)一步任選地包含屏障層。屏障層的一個(gè)用途是保護(hù)電極和有機(jī)層免于因暴露于環(huán)境中的有害物質(zhì)(包括水分、蒸氣和/或氣體等)而受損。屏障層可以沉積在襯底、電極上，沉積在襯底、電極下或沉積在襯底、電極旁，或沉積在裝置的任何其它部分(包括邊緣)上。屏障層可以包含單個(gè)層或多個(gè)層。屏障層可以通過(guò)各種已知的化學(xué)氣相沉積技術(shù)形成，并且可以包括具有單一相的組合物以及具有多個(gè)相的組合物。任何合適材料或材料組合都可以用于屏障層。屏障層可以并入有無(wú)機(jī)化合物或有機(jī)化合物或兩者。優(yōu)選的屏障層包含聚合材料與非聚合材料的混合物，如以全文引用的方式并入本文中的美國(guó)專(zhuān)利第7,968,146號(hào)、PCT專(zhuān)利申請(qǐng)案第PCT/US2007/023098號(hào)和第PCT/US2009/042829號(hào)中所述。為了被視為“混合物”，構(gòu)成屏障層的前述聚合材料和非聚合材料應(yīng)在相同反應(yīng)條件下和/或在同時(shí)沉積。聚合材料對(duì)非聚合材料的重量比率可以在95:5到5:95的范圍內(nèi)。聚合材料和非聚合材料可以由同一前體材料產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)例中，聚合材料與非聚合材料的混合物基本上由聚合硅和無(wú)機(jī)硅組成。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而制造的裝置可以并入到各種各樣的電子組件模塊(或單元)中，所述電子組件模塊可以并入到多種電子產(chǎn)品或中間組件中。此類(lèi)電子產(chǎn)品或中間組件的實(shí)例包括可以為終端用戶(hù)產(chǎn)品制造商所利用的顯示屏、照明裝置(如離散光源裝置或照明面板)等。此類(lèi)電子組件模塊可以任選地包括驅(qū)動(dòng)電子裝置和/或電源。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而制造的裝置可以并入到各種各樣的消費(fèi)型產(chǎn)品中，所述消費(fèi)型產(chǎn)品具有一或多種電子組件模塊(或單元)并入于其中。此類(lèi)消費(fèi)型產(chǎn)品將包括含一或多個(gè)光源和/或某種類(lèi)型的視覺(jué)顯示器中的一或多者的任何種類(lèi)的產(chǎn)品。此類(lèi)消費(fèi)型產(chǎn)品的一些實(shí)例包括平板顯示器、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、醫(yī)療監(jiān)視器、電視機(jī)、告示牌、用于內(nèi)部或外部照明和/或發(fā)信號(hào)的燈、平視顯示器、全透明或部分透明的顯示器、柔性顯示器、激光印刷機(jī)、電話、手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、平板手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、膝上型計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝錄像機(jī)、取景器、微型顯示器、3-D顯示器、交通工具、大面積墻壁、劇院或體育館屏幕，或指示牌?？梢允褂酶鞣N控制機(jī)制來(lái)控制根據(jù)本發(fā)明而制造的裝置，包括無(wú)源矩陣和有源矩陣。意欲將所述裝置中的許多裝置用于對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)舒適的溫度范圍中，例如18攝氏度到30攝氏度，并且更優(yōu)選在室溫下(20-25攝氏度)，但可以在此溫度范圍外(例如-40攝氏度到+80攝氏度)使用。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，不同于常規(guī)傳授內(nèi)容，其力圖防止或抑制激子能量轉(zhuǎn)移到金屬電極中的表面等離子極化激元(“SPP”)的非輻射模式，因?yàn)樗瞿芰康湫偷貢?huì)損耗，所公開(kāi)的方法有意使盡可能多的能量處于非輻射模式中，并且然后使用出耦層將所述能量以光形式提取到自由空間。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開(kāi)了一種改進(jìn)OLED的操作的方法，其中所述OLED包含包括有機(jī)發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層。所述方法包含通過(guò)安放增強(qiáng)層來(lái)最大化所述有機(jī)發(fā)射材料的激發(fā)態(tài)能量向所述增強(qiáng)層中的表面等離子極化激元的非輻射轉(zhuǎn)移，所述增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料的展現(xiàn)表面等離子共振的等離子材料、與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)閾值距離，其中所述有機(jī)發(fā)射材料歸因于所述增強(qiáng)層的存在而具有總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)，并且所述閾值距離是所述總非輻射衰減速率常數(shù)等于所述總輻射衰減速率常數(shù)之處；和通過(guò)穿過(guò)出耦層散射所述表面等離子極化激元的能量從所述增強(qiáng)層發(fā)射光到自由空間中，所述出耦層提供得與所述增強(qiáng)層相鄰。預(yù)期發(fā)射材料距增強(qiáng)層越近，OLED性能將越大。在一些實(shí)施例中，介入層提供于所述增強(qiáng)層與所述出耦層之間，以便調(diào)節(jié)通過(guò)所述出耦層出耦到自由空間的光的波長(zhǎng)。

在發(fā)射體的激子能量全部捕獲于SPP的非輻射模式中之后，通過(guò)穿過(guò)出耦層散射SPP的能量，能量以光形式從增強(qiáng)層發(fā)射到自由空間中。

增強(qiáng)層可以由等離子材料、光學(xué)活性超材料或雙曲線超材料組成。如本文所用，等離子材料是在電磁光譜的可見(jiàn)或紫外區(qū)中介電常數(shù)的實(shí)數(shù)部分越過(guò)零的材料。一般來(lái)說(shuō)，超材料是由不同材料構(gòu)成的介質(zhì)，其中介質(zhì)作為整體與其材料組成部分的總和不同地起作用。具體來(lái)說(shuō)，我們將光學(xué)活性超材料定義為具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率兩者的材料。

另一方面，雙曲線超材料是介電常數(shù)或磁導(dǎo)率對(duì)于不同空間方向具有不同正負(fù)號(hào)的各向異性介質(zhì)。光學(xué)活性超材料和雙曲線超材料嚴(yán)格地區(qū)別于許多其它光子結(jié)構(gòu)，例如分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector，“DBR”)，因?yàn)榻橘|(zhì)在傳播的方向上對(duì)于光的波長(zhǎng)的長(zhǎng)度尺度應(yīng)呈現(xiàn)均勻。使用本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的術(shù)語(yǔ)：超材料在傳播的方向上的介電常數(shù)可以用有效介質(zhì)近似描述。等離子材料和超材料提供了可以以多種方式增強(qiáng)OLED性能的控制光傳播的方法。

在一些實(shí)施例中，增強(qiáng)層以上文所提及的材料的膜層形式提供。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，增強(qiáng)層以至少一組由周期性地、準(zhǔn)周期性地或隨機(jī)地布置的波長(zhǎng)尺寸的特征或者周期性地、準(zhǔn)周期性地或隨機(jī)地布置的亞波長(zhǎng)尺寸的特征形成的光柵形式提供。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述波長(zhǎng)尺寸的特征和所述亞波長(zhǎng)尺寸的特征具有銳邊緣。

光柵是指任何規(guī)則地間隔的基本上相同的平行細(xì)長(zhǎng)元件集。光柵通常由單組細(xì)長(zhǎng)元件組成，但可以由兩組組成，在所述情況下第二組通常相對(duì)于第一組以不同角度定向。舉例來(lái)說(shuō)，第二組可以與第一組正交定向。增強(qiáng)層的光柵實(shí)施例將在下文更詳細(xì)地描述。

OLED發(fā)射體的增加的發(fā)射速率常數(shù)強(qiáng)烈取決于發(fā)射體距增強(qiáng)層的距離。在發(fā)射體比閾值距離更接近后，實(shí)現(xiàn)更好性能需要將發(fā)光材料移動(dòng)得更接近增強(qiáng)層。為了實(shí)現(xiàn)更好的OLED性能，優(yōu)選的從增強(qiáng)層到含有發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層(“EML”)的距離不大于100nm、更優(yōu)選不大于60nm、并且最優(yōu)選不大于25nm。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在一些情況下，出于可制造性原因，可能需要使增強(qiáng)層與EML之間的距離是5-100nm、更優(yōu)選5-60nm、并且最優(yōu)選5-25nm。實(shí)現(xiàn)EML與增強(qiáng)層之間的此期望距離可能需要在EML與增強(qiáng)層之間提供各種功能OLED層中的一或多者，以便EML與增強(qiáng)層不直接接觸。此類(lèi)功能OLED層為本領(lǐng)域中所熟知。舉例來(lái)說(shuō)，可以在增強(qiáng)層與發(fā)射材料層之間包括空穴注入層以降低OLED的操作電壓。圖10和11展示了展示可以任選地提供于EML與增強(qiáng)層之間的各種功能OLED層的OLED裝置架構(gòu)。在此實(shí)施例中最小閾值距離期望是5nm，因?yàn)楸景l(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其大約是各種材料形成工作功能OLED層所需的最小厚度。

理解使用SPP的非輻射模式和將EML與增強(qiáng)層之間的距離控制得不大于閾值距離的優(yōu)勢(shì)從發(fā)光材料的衰減速率常數(shù)開(kāi)始。對(duì)于任何光發(fā)射體，光子的量子產(chǎn)率(QY)可以表示為輻射和非輻射衰減速率常數(shù)的比率并且明確定義為每激發(fā)態(tài)發(fā)射的光子的數(shù)目：

其中是所有輻射過(guò)程的總和，并且是所有非輻射過(guò)程的總和。對(duì)于自由空間中的孤立發(fā)射體，我們可以將分子輻射和非輻射衰減速率常數(shù)定義為k⁰_輻射和k⁰_非輻射。對(duì)于孤立分子，量子產(chǎn)率(QY°)是：

然而，在光電子裝置(例如OLED)中，存在多個(gè)其它過(guò)程影響總輻射和非輻射衰減速率常數(shù)。其中一些是向等離子材料(例如金屬)中的表面等離子的輻射和非輻射衰減模式的能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)發(fā)光材料在等離子材料附近時(shí)，這些模式變得重要。這導(dǎo)致在等離子材料存在下總輻射衰減速率常數(shù)和總非輻射衰減速率常數(shù)兩者的值增加。在量子產(chǎn)率中，可以具體地對(duì)這些其它過(guò)程作出解釋?zhuān)?/p>

其中和子分別是光發(fā)射體當(dāng)與SPP相互作用時(shí)的輻射和非輻射衰減速率常數(shù)。

和作為光發(fā)射體距增強(qiáng)層(例如金屬膜)的距離的函數(shù)的定性曲線圖展示于圖3中。對(duì)于接近增強(qiáng)層的距離，將受項(xiàng)控制，并且將受子項(xiàng)控制。因此，圖3還描述了總輻射和非輻射衰減速率。這展示于圖3的右軸上，其是總輻射衰減速率常數(shù)比總非輻射衰減速率的比率。如圖3的左軸上所展示，兩種基于等離子的衰減速率常數(shù)對(duì)發(fā)射體距金屬層的距離具有不同功能相依性(在此情況下，對(duì)于非輻射速率是1/r^6，并且對(duì)于輻射速率是1/r^3)。對(duì)距增強(qiáng)層的距離的不同相依性產(chǎn)生了一系列距離，在所述距離上輻射衰減速率常數(shù)歸因于與表面等離子的相互作用而是最大速率常數(shù)。對(duì)于此特定范圍內(nèi)的距離，光子產(chǎn)率相較于不具有增強(qiáng)層的孤立分子的光子產(chǎn)率增加，增加QY。這說(shuō)明于曲線圖圖4A中，其中量子產(chǎn)率作為發(fā)光材料距金屬膜的距離的函數(shù)繪制。在非輻射衰減速率常數(shù)的值變得接近輻射衰減速率后，QY開(kāi)始下降，在某一特定距離處產(chǎn)生QY峰值。

對(duì)于一對(duì)既定發(fā)光材料和增強(qiáng)層，存在總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)。隨著發(fā)光材料層變得更接近增強(qiáng)層，非輻射衰減速率常數(shù)比輻射衰減速率常數(shù)更快速地增長(zhǎng)。在某一距離處，發(fā)光材料在增強(qiáng)層存在下的總非輻射衰減速率常數(shù)等于發(fā)光材料在增強(qiáng)層存在下的總輻射衰減速率常數(shù)。這在本文中將稱(chēng)為閾值距離1。閾值距離1是以下陳述成立時(shí)發(fā)光層距增強(qiáng)層的距離：

對(duì)于比閾值距離1更接近增強(qiáng)層的距離，總非輻射衰減速率大于輻射衰減速率，并且量子產(chǎn)率小于0.5或50％。對(duì)于這些距離，隨著非輻射衰減速率常數(shù)超出輻射衰減速率常數(shù)，能量離開(kāi)光發(fā)射體的速率有甚至更大的增速。小于或等于閾值距離1的增強(qiáng)層到發(fā)射體距離滿(mǎn)足以下條件：

對(duì)于大于閾值距離1的距離，總輻射衰減速率常數(shù)大于總非輻射衰減速率常數(shù)，然而，發(fā)光材料的量子產(chǎn)率相較于不存在增強(qiáng)層時(shí)的情況降低。因此，光發(fā)射體仍被淬滅，這是典型光電子裝置中所要避免但對(duì)于本發(fā)明的操作必需的一個(gè)過(guò)程。

淬滅開(kāi)始時(shí)發(fā)射體距增強(qiáng)層的距離在本文中定義為閾值距離2。在此距離處，光發(fā)射體在增強(qiáng)層存在與不存在下的QY相同。當(dāng)光發(fā)射體移動(dòng)得更接近增強(qiáng)層時(shí)，QY下降。閾值距離2是以下陳述成立時(shí)發(fā)光層距增強(qiáng)層的距離：

QY⁰＝QY (6)，

其中QY⁰是發(fā)光材料固有量子產(chǎn)率，并且QY是在增強(qiáng)層情況下的量子產(chǎn)率。當(dāng)考慮歸因于增強(qiáng)層的等離子材料的輻射和非輻射衰減速率常數(shù)時(shí)，這產(chǎn)生了以下表達(dá)式：

求解我們獲得了閾值距離2處關(guān)于衰減速率常數(shù)的以下表達(dá)式：

在概念上，閾值距離2更容易從量子產(chǎn)率的值等于發(fā)光材料在無(wú)增強(qiáng)層的情況下的量子產(chǎn)率的值來(lái)理解。參看圖4A。

不論考慮閾值距離1還是閾值距離2，閾值距離的物理值取決于多種因素，包括表面等離子極化激元的頻率、發(fā)光材料的振子強(qiáng)度和發(fā)光材料層的介電常數(shù)。因此，通過(guò)選擇一組適合的材料用于有機(jī)發(fā)光材料和增強(qiáng)層的等離子材料，可以調(diào)節(jié)閾值距離。

非輻射能量轉(zhuǎn)移OLED的可測(cè)量參數(shù)

非輻射能量轉(zhuǎn)移OLED可能因發(fā)光材料的量子產(chǎn)率的測(cè)量值而區(qū)別于其它等離子OLED。將制造以變化的增強(qiáng)層到發(fā)射體距離具有增強(qiáng)層但不具有電極的多個(gè)OLED或裝置，和一個(gè)根本不具有增強(qiáng)層的樣品。對(duì)于每個(gè)樣品，測(cè)量量子產(chǎn)率，其定義為吸收每個(gè)光子發(fā)射的光子的數(shù)目。閾值距離1是總輻射衰減速率常數(shù)等于總非輻射衰減速率常數(shù)時(shí)的距離，在此距離處光致發(fā)光量子產(chǎn)率將是無(wú)增強(qiáng)層的情況下的50％。在閾值距離2處，量子產(chǎn)率將與無(wú)增強(qiáng)層的情況下的值相同，參看圖4A。SPP耦合增加輻射還是非輻射速率的另一量度是測(cè)量OLED的溫度。因?yàn)榧ぷ拥姆禽椛浯銣绠a(chǎn)生熱量而非光子，所以O(shè)LED將變熱。當(dāng)不存在出耦層時(shí)，OLED中產(chǎn)生的熱量將與非輻射重組激子的產(chǎn)率成比例：

隨著光發(fā)射體與金屬膜之間的距離變化，OLED的總熱傳導(dǎo)將基本上保持恒定，然而，熱產(chǎn)率將極大地變化。

圖4B示意性地說(shuō)明了在固定操作電流密度下，OLED的穩(wěn)態(tài)溫度隨光發(fā)射體與金屬膜層之間的距離變化。對(duì)于發(fā)射層距金屬表面的大距離，不存在輻射或非輻射衰減速率常數(shù)的增強(qiáng)。OLED的溫度僅取決于總操作電流密度和發(fā)光材料的效率。隨著使發(fā)射體更接近金屬膜層，輻射衰減速率常數(shù)增加并且光子產(chǎn)率增加，減少OLED中產(chǎn)生的熱量并且降低OLED的穩(wěn)態(tài)溫度。對(duì)于短于閾值距離2的距離，光發(fā)射體上的激子隨著熱量增加和OLED的標(biāo)準(zhǔn)化溫度升高而被淬滅。

可能存在其它實(shí)驗(yàn)，但本發(fā)明人在此提出了兩個(gè)溫度相關(guān)的實(shí)驗(yàn)作為實(shí)例，其可以經(jīng)執(zhí)行以確定光發(fā)射體是否安放得距增強(qiáng)層不大于閾值距離2以便非輻射表面等離子速率常數(shù)大到足以誘發(fā)淬滅。當(dāng)非輻射衰減速率常數(shù)誘發(fā)淬滅時(shí)，OLED將比輻射衰減速率常數(shù)增加量子產(chǎn)率時(shí)更加變熱。在第一實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)多個(gè)OLED，在變化的金屬膜到發(fā)射體距離下測(cè)量OLED的操作溫度。對(duì)于在固定電流密度下操作的每個(gè)裝置，測(cè)量OLED的溫度。隨著金屬膜到發(fā)射體距離變得短于閾值距離2，OLED將更加變熱。在第二實(shí)驗(yàn)中，可以構(gòu)建對(duì)照OLED，其中金屬膜經(jīng)不具有強(qiáng)表面等離子共振的透明導(dǎo)電氧化物置換。一種此類(lèi)材料是ITO。可以測(cè)量和比較具有ITO層的對(duì)照裝置相對(duì)于具有金屬膜的另一裝置的溫度。如果具有金屬膜的OLED的溫度高于具有ITO的對(duì)照裝置，那么非輻射速率是顯著的并且金屬膜與發(fā)射體之間的距離不大于閾值距離2。

為了在距有機(jī)發(fā)射層不大于任一閾值距離的距離處提供增強(qiáng)層，多種其它OLED功能層之一可以提供于增強(qiáng)層與有機(jī)層之間的空間中。此類(lèi)OLED功能層為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。此類(lèi)OLED功能層的一些實(shí)例例如說(shuō)明于圖10和11中。

OLED性能的增強(qiáng)歸因于發(fā)光材料的激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到增強(qiáng)層而出現(xiàn)。OLED熒光團(tuán)或磷光分子與增強(qiáng)層的增強(qiáng)的偶極矩耦合導(dǎo)致(1)發(fā)射體的發(fā)射速率常數(shù)增加和(2)從分子轉(zhuǎn)移到增強(qiáng)層的能量增加。

現(xiàn)象(1)是增強(qiáng)層的獨(dú)特光學(xué)特性的結(jié)果。增強(qiáng)層修改發(fā)射體所經(jīng)歷的模式，增加某一光譜范圍內(nèi)的態(tài)密度。增加的態(tài)密度增加發(fā)射體的輻射和非輻射衰減速率常數(shù)。如果態(tài)密度的增加不是寬帶，那么增加的態(tài)密度改變發(fā)射體的發(fā)射光譜。這些效應(yīng)稱(chēng)為珀塞爾效應(yīng)。

雙曲線超材料和等離子材料充分適合于增強(qiáng)OLED中的珀塞爾效應(yīng)，因?yàn)槠渚哂袑拵Ч庾討B(tài)。這與DBR或微腔形成對(duì)比，在其中光子態(tài)密度的增加在窄光譜窗內(nèi)出現(xiàn)。雙曲線超材料已經(jīng)用以增加量子點(diǎn)和激光染料的發(fā)射速率常數(shù)和發(fā)射強(qiáng)度。

盡管雙曲線超材料和等離子材料固有地是寬帶，但可以通過(guò)圖案化使其窄或共振。圖案化可以側(cè)向或垂直地進(jìn)行。圖案化在下文更詳細(xì)地論述。

因此，現(xiàn)象(1)是發(fā)射體可以通過(guò)將增強(qiáng)層引入到OLED中而取樣的光子態(tài)增加的結(jié)果?，F(xiàn)象(1)然后導(dǎo)致OLED性能的變化。增加的輻射衰減速率常數(shù)導(dǎo)致在既定電流密度下，相對(duì)于不具有增強(qiáng)層的裝置，OLED裝置的發(fā)射層內(nèi)的激子密度更低。這減少依賴(lài)于高亮度下的兩粒子碰撞(例如三重態(tài)三重態(tài)消滅和三重態(tài)-電荷消滅)的損耗機(jī)制，因此改進(jìn)高亮度下的OLED性能。在既定操作電流密度下，發(fā)射體的發(fā)射速率常數(shù)的增加還將減少發(fā)射體在激發(fā)態(tài)中耗費(fèi)的平均時(shí)間，減少OLED中儲(chǔ)存的總能量。預(yù)期這將導(dǎo)致分子老化成非發(fā)光物質(zhì)的速率降低，導(dǎo)致OLED裝置的壽命較長(zhǎng)。

歸因于增強(qiáng)層的珀塞爾效應(yīng)與光學(xué)微腔之間存在相當(dāng)大的差異。首先是層厚度(物理或光學(xué))非常不同。

增強(qiáng)層效應(yīng)不取決于空腔的總厚度，僅取決于從發(fā)射體到增強(qiáng)層的距離。另外，不存在如微腔中出現(xiàn)的增強(qiáng)的性能的節(jié)點(diǎn)，其取決于所發(fā)射的光子與部分反射鏡面的相長(zhǎng)和干涉。代替地，隨著發(fā)光材料移動(dòng)得距增強(qiáng)層更遠(yuǎn)，性能的增強(qiáng)有所減少。增強(qiáng)層不需要是鏡面或鏡樣或甚至部分反射的。最終，增強(qiáng)層的厚度不需要大約是光的波長(zhǎng)來(lái)使OLED發(fā)射體的特性改性，如在分布布拉格反射器的情況下一樣。

現(xiàn)象(2)導(dǎo)致發(fā)射分子向增強(qiáng)層的總能量耗散更大。這減少了發(fā)射損耗到襯底模式和接觸層。假定光從增強(qiáng)層耦合到自由空間，現(xiàn)象(2)導(dǎo)致每電子發(fā)射的光子的數(shù)目更大。這兩種結(jié)果獨(dú)立地或級(jí)聯(lián)地起作用以增強(qiáng)OLED性能。

優(yōu)選地，增強(qiáng)層對(duì)于光的波長(zhǎng)應(yīng)呈現(xiàn)均勻，與先前用于OLED中的典型DBR和微腔裝置形成對(duì)比。如上文所提及，增強(qiáng)層可以例如由金屬膜、光學(xué)活性超材料和雙曲線超材料中的一或多者或其任何組合形成。

如上文所提及，在一些實(shí)施例中，增強(qiáng)層可以是單層金屬膜、光學(xué)活性超材料和雙曲線超材料。

額外性能增強(qiáng)可以在增強(qiáng)層經(jīng)圖案化時(shí)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，此類(lèi)圖案化增強(qiáng)層是至少一組由周期性地、準(zhǔn)周期性地或隨機(jī)地布置的波長(zhǎng)尺寸的特征或者周期性地、準(zhǔn)周期性地或隨機(jī)地布置的亞波長(zhǎng)尺寸的特征形成的光柵。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述波長(zhǎng)尺寸的特征和所述亞波長(zhǎng)尺寸的特征可以具有銳邊緣。

使增強(qiáng)層圖案化可以以多種方式增強(qiáng)裝置性能。首先，用具有銳邊緣的波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征使增強(qiáng)層圖案化將產(chǎn)生將更高效地耦合到發(fā)射物質(zhì)的水平定向的分子偶極的邊緣場(chǎng)。這將增加發(fā)光材料的非輻射衰減速率常數(shù)，可能增加發(fā)射體的耐久性和出耦到空氣的光的總量。

當(dāng)用周期性波長(zhǎng)尺寸的特征使增強(qiáng)層圖案化時(shí)，第二性能增強(qiáng)出現(xiàn)，這產(chǎn)生共振等離子模式。隨著圖案化的周期性增加，表面等離子模式的帶寬可能減小。高周期性結(jié)構(gòu)(例如用周期性孔陣列圖案化的等離子材料)產(chǎn)生共振等離子模式，其可以具有增加的品質(zhì)因數(shù)、更窄的光譜寬度或更低的損耗。表面等離子模式的減小的帶寬使得表面等離子可選擇性耦合到特定波長(zhǎng)的發(fā)射，同時(shí)可能保持其它波長(zhǎng)的發(fā)射體不變化。選擇性耦合可以適用于具有多個(gè)發(fā)射體的裝置結(jié)構(gòu)，例如白色OLED和堆疊OLED。在增強(qiáng)層上使用隨機(jī)或準(zhǔn)周期性波長(zhǎng)尺寸的圖案可以用于在多波長(zhǎng)發(fā)射體或?qū)拵Оl(fā)射體的情形下增加響應(yīng)帶寬。

最終，使增強(qiáng)層圖案化可以促進(jìn)表面等離子的非輻射模式出耦到空氣。這可以通過(guò)歸因于圖案化將表面等離子的非輻射模式的能量直接散射到空氣或通過(guò)增加表面等離子的非輻射模式與出耦層之間的耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，使增強(qiáng)層圖案化可以經(jīng)配置以針對(duì)發(fā)射層的發(fā)射光譜中的所有波長(zhǎng)，使表面等離子的非輻射模式的能量出耦到空氣。在其它實(shí)施例中，使增強(qiáng)層圖案化可以經(jīng)配置以靶向從發(fā)射層發(fā)射的波長(zhǎng)的光譜內(nèi)的一個(gè)波長(zhǎng)或一子組波長(zhǎng)。對(duì)于本文中所公開(kāi)的出耦層也是如此。

圖案化增強(qiáng)層可以以多種方式制造。最精密的方法包括：光刻、壓印光刻或電子束光刻。準(zhǔn)周期性可以通過(guò)在自組裝層上沉積增強(qiáng)層或用自組裝層模制增強(qiáng)層而實(shí)現(xiàn)。準(zhǔn)周期性或隨機(jī)圖案化可以通過(guò)使OLED裝置的襯底粗糙化以增添增強(qiáng)層的紋理來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方法中的任一者都可以用以使固體金屬膜圖案化以獲得光學(xué)活性超材料增強(qiáng)層。增強(qiáng)層可以在自身在襯底上時(shí)圖案化，OLED直接沉積在圖案化增強(qiáng)層的頂部上；或增強(qiáng)層可以在替代性襯底上圖案化，并且然后放置在OLED裝置上。放置方法包括沖壓、晶片粘合、濕式轉(zhuǎn)移和超聲波粘合。

使增強(qiáng)層圖案化以產(chǎn)生共振等離子效應(yīng)可以通過(guò)二維(2D)或三維(3D)圖案化實(shí)現(xiàn)。周期性地圖案化的增強(qiáng)層也可以稱(chēng)為光柵。在2D光柵中，形成光柵的結(jié)構(gòu)特征(即波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征)布置成周期性圖案，其在增強(qiáng)層的平面上沿著一個(gè)方向(即，如圖13A中標(biāo)記的x方向或y方向)是均勻的。圖13A和13B的自上向下視圖說(shuō)明了實(shí)例。在3D光柵中，增強(qiáng)層由兩組光柵形成，其中每一組光柵以不同方向定向。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，兩組光柵中的結(jié)構(gòu)特征與彼此正交定向。構(gòu)成3D光柵的兩組光柵中的光柵中的每一者中由波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征形成的周期性圖案在增強(qiáng)層的平面上沿著一個(gè)方向可以是均勻或不均勻的。維度分?jǐn)?shù)(mension)，即在增強(qiáng)層的平面上在x方向和y方向上。在圖13A和13B中，暗區(qū)域和白色區(qū)域說(shuō)明了兩種不同的形成增強(qiáng)層的材料。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，任一材料(即，圖中的暗區(qū)域或白色區(qū)域)可以視為形成光柵的波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征。在其它實(shí)施例中，在增強(qiáng)層包含多個(gè)層的堆疊(例如如結(jié)合圖5和6所描述的單位單元)時(shí)，堆疊中的一或多個(gè)層可以是2D或3D圖案化光柵層。

如上文所規(guī)定使增強(qiáng)層側(cè)向圖案化還可以用以調(diào)節(jié)增強(qiáng)層等離子模式的光譜寬度、頻率和損耗。窄等離子增強(qiáng)使得可對(duì)發(fā)射體進(jìn)行色彩調(diào)節(jié)。損耗較少的增強(qiáng)層增加了OLED裝置的效率。增強(qiáng)層中的共振等離子模式可以增加發(fā)射體的發(fā)射速率常數(shù)的增強(qiáng)。

增強(qiáng)層可以以至少一組光柵的形式形成。在一個(gè)層具有一個(gè)光柵圖案的2D圖案化光柵實(shí)施例中，光柵可以具有周期性圖案，其中波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征沿著一個(gè)方向均勻地布置。波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征可以經(jīng)布置得具有100-2000nm節(jié)距與10-90％占空比、并且更優(yōu)選20-1000nm與30-70％占空比。在增強(qiáng)層中圖案可以由線或孔構(gòu)成。然而，圖案不需要是對(duì)稱(chēng)的。其可以在1微米的距離內(nèi)局部圖案化，并且然后持續(xù)若干微米不經(jīng)圖案化，隨后再次重復(fù)所述圖案化。

在3D圖案化光柵實(shí)施例中，增強(qiáng)層由兩組光柵形成，其中在每一組光柵中，波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征沿著一個(gè)方向不均勻地布置得具有100-2000nm節(jié)距與10-90％占空比，其中每一組光柵以不同方向定向。兩組光柵可以與彼此正交定向。波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征可以經(jīng)布置得在x方向和y方向上具有100-2000nm節(jié)距與10-90％占空比。優(yōu)選地，波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征可以經(jīng)布置得在x和y方向兩者上具有20-1000nm節(jié)距與30-70％占空比。對(duì)于3D圖案化，也不存在對(duì)稱(chēng)性需求。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，不論增強(qiáng)層以膜層還是至少一組光柵形式提供，增強(qiáng)層都可以以垂直堆疊的重復(fù)單位單元形式形成。堆疊中的所有單位單元可以相同，或堆疊中的單位單元中的每一者可以具有不同材料組成。優(yōu)選地，增強(qiáng)層可以具有至多10個(gè)單位單元并且更優(yōu)選至多5個(gè)單位單元。在具有一個(gè)單位單元的一實(shí)施例中，此類(lèi)單位單元可以是單層等離子材料，不論其是固體膜層還是光柵層。應(yīng)注意，這與DBR不同之處在于，增強(qiáng)層中的更多單位單元未必體現(xiàn)出更大性能。

在具有多層單位單元的實(shí)施例中，單位單元可以具有子組件，如圖5中所示。圖5提供了由三個(gè)單位單元310、320和330組成的增強(qiáng)層300，其中每個(gè)單位單元具有兩個(gè)子組件層S1和S2。

在一些實(shí)施例中，每個(gè)子組件層可以進(jìn)一步由多個(gè)材料層形成。此類(lèi)架構(gòu)的實(shí)例展示于圖6中。在單位單元310中，第一子組件S1是金屬層311，并且第二子組件S2是介電層312。在單位單元320中，第一子組件S1包含第一金屬層321和第二金屬層322，并且第二子組件S2是介電層323。在單位單元330中，第一子組件S1是金屬層331，并且第二子組件S2包含第一介電層332和第二介電層333。在單位單元340中，第一子組件S1包含第一金屬層341和第二金屬層342。第二子組件S2包含第一介電層343和第二介電層344。等離子材料可以是選自由Ag、Au、Al、Pt組成的群組的金屬和這些材料的任何組合的合金。等離子材料還可以是導(dǎo)電經(jīng)摻雜氧化物(實(shí)例包括In-Ga-ZnO和In-Sn氧化物)或經(jīng)摻雜氮化物。等離子材料最優(yōu)選是Ag。

在一些實(shí)施例中，增強(qiáng)層在400-750nm的波長(zhǎng)光譜的某一部分內(nèi)具有大于1的折射率虛分量。

增強(qiáng)層可以通過(guò)多種加工技術(shù)沉積，所述技術(shù)包括電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、原子層沉積、濺鍍和各種化學(xué)氣相沉積技術(shù)。介電層可以包括有機(jī)小分子、聚合物、寬帶隙氧化物(SiO₂、TiO₂、Al₂O₃等)、絕緣氮化物和未經(jīng)摻雜半導(dǎo)體(例如Si和Ge)。這些材料的折射率的實(shí)數(shù)部分可以跨越1.3到4.1。虛分量在400到750nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)可以小于1。介電層可以通過(guò)熱蒸發(fā)、噴墨印刷、有機(jī)蒸氣噴射印刷、旋涂、刀片刮抹、朗繆爾-布洛杰特(Langmuir-Blodgett)技術(shù)、脈沖激光沉積、濺鍍和各種化學(xué)氣相沉積方法(包括原子層沉積)沉積。光學(xué)活性超材料還可以通過(guò)固體金屬膜中的圖案化溝槽制得。膜將通過(guò)上文列舉的方法中的任一者沉積。

參考圖7中展示的一實(shí)例，在一些實(shí)施例中，增強(qiáng)層是包含等離子材料膜410和粘著材料膜412的堆疊400。等離子材料是選自由Ag、Au、Al、Pt組成的群組的金屬和這些材料的任何組合的合金。粘著材料選自由Ni、Ti、Cr、Au、Ge、Si組成的群組和這些材料的任何組合的合金。粘著材料優(yōu)選是Ni、Ti或Ge，并且更優(yōu)選是Ge。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，等離子材料是Ag，并且粘著材料是Ge。

優(yōu)選地，等離子材料層具有0.2到50nm的厚度，并且粘著材料層具有0.1到10nm的厚度。更優(yōu)選地，粘著材料層具有0.2到5nm的厚度。等離子材料的更優(yōu)選厚度取決于確切OLED結(jié)構(gòu)，但典型地在5到30nm范圍內(nèi)。當(dāng)使用此優(yōu)選結(jié)構(gòu)時(shí)，增強(qiáng)層在2μm×2μm面積上測(cè)量的RMS表面粗糙度應(yīng)在0到5nm之間；更優(yōu)選在0與2nm之間。Ag層的電阻率應(yīng)落在0.1到100歐姆/平方、更優(yōu)選0.5到20歐姆/平方之間。優(yōu)選的結(jié)構(gòu)在400到800nm的波長(zhǎng)范圍之間的透明度落在40到100％之間、更優(yōu)選60到95％之間。

增強(qiáng)層可以以不同方式并入到OLED中。圖8A-8C和圖9展現(xiàn)了具有增強(qiáng)層的頂部和底部發(fā)射OLED的實(shí)例。OLED的發(fā)射可以是單色、多色或白色。圖8A-8C展示了根據(jù)本發(fā)明的OLED的一些實(shí)例，其中除了增強(qiáng)層之外，還提供陽(yáng)極和陰極接觸層兩者。圖8A展示了頂部發(fā)射OLED 410的一實(shí)例，其以位置次序包含襯底411、第一電極412(在此情況下是陽(yáng)極)、有機(jī)EML層413、第二電極414(在此情況下是陰極)、增強(qiáng)層415、介入層416和出耦層417。圖8B展示了底部發(fā)射OLED 420的一實(shí)例，其以位置次序包含透明襯底421、出耦層422、介入層423、增強(qiáng)層424、陽(yáng)極425、有機(jī)EML層426和陰極427。圖8C展示了雙向發(fā)射OLED 430，其以位置次序包含透明襯底431、出耦層432、介入層433、第一增強(qiáng)層434、陽(yáng)極435、有機(jī)EML層436、陰極437、第二增強(qiáng)層438、第二介入層439A和第二出耦層439B。

如本文所公開(kāi)，在根據(jù)本發(fā)明的OLED的一些實(shí)施例中，OLED可以經(jīng)配置以使得增強(qiáng)層也是接觸層。圖9A-9E說(shuō)明了此類(lèi)實(shí)例。圖9A展示了底部發(fā)射OLED 510，其以位置次序包含透明襯底511、出耦層512、介入層513、增強(qiáng)層514、一或多個(gè)任選的功能層515、有機(jī)EML 516和陰極517。在OLED 510中，增強(qiáng)層514用作陽(yáng)極接觸層。圖9B展示了頂部發(fā)射OLED 520，其以位置次序包含襯底521、陽(yáng)極522、有機(jī)EML 523、一或多個(gè)任選的功能層524、增強(qiáng)層525、介入層526和出耦層527。在OLED 520中，增強(qiáng)層525用作陰極接觸層。圖9C展示了雙向發(fā)射OLED 530，其以位置次序包含透明襯底531、第一出耦層532、第一介入層533、第一增強(qiáng)層534、陽(yáng)極535、有機(jī)EML 536、一或多個(gè)任選的功能層537、第二增強(qiáng)層538、第二介入層539A和第二出耦層539B。在OLED 530中，第二增強(qiáng)層538用作陰極接觸層。圖9D展示了雙向發(fā)射OLED 540，其以位置次序包含透明襯底541、第一出耦層542、第一介入層543、第一增強(qiáng)層544、一或多個(gè)任選的功能層545、有機(jī)EML 546、陰極547、第二增強(qiáng)層548、第二介入層549A和第二出耦層549B。在OLED 540中，第一增強(qiáng)層544用作陽(yáng)極接觸層。圖9E展示了另一雙向發(fā)射OLED 550，其以位置次序包含透明襯底551、第一出耦層552、第一介入層553、第一增強(qiáng)層554、第一組一或多個(gè)任選的功能層555、有機(jī)EML 556、第二組一或多個(gè)任選的功能層557、第二增強(qiáng)層558、第二介入層559A和第二出耦層559B。在OLED 540中，第一增強(qiáng)層554和第二增強(qiáng)層558分別用作陽(yáng)極接觸層和陰極接觸層。

在圖9A-9E的OLED實(shí)例中，安放于增強(qiáng)層與有機(jī)EML層之間的各個(gè)組的一或多個(gè)任選的功能層515、524、537、545、555、557以及接觸層535和547經(jīng)配置以具有適當(dāng)厚度以滿(mǎn)足相應(yīng)增強(qiáng)層與對(duì)應(yīng)的有機(jī)EML層相距不超過(guò)閾值距離的需求。

圖8A、8B和9A-9E說(shuō)明了包括介入層的裝置的實(shí)施例。然而，如通篇所論述，不具有介入層的實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

OLED的接觸材料通常經(jīng)選擇以使得費(fèi)米能級(jí)(Fermi level)將電荷注入到裝置中，而增強(qiáng)層的金屬層針對(duì)其光學(xué)特性進(jìn)行選擇。然而，使用空穴和電子注入層可以促進(jìn)電荷注入，使得增強(qiáng)層充當(dāng)OLED的接觸層。因此，使用增強(qiáng)層作為接觸不是所述層的需求，而是降低制造復(fù)雜性的機(jī)會(huì)。

如果增強(qiáng)層不用作接觸，那么OLED接觸層是典型地由透明導(dǎo)電氧化物(TCO)或金屬膜構(gòu)成的導(dǎo)電介質(zhì)。當(dāng)TCO不在增強(qiáng)層與之間時(shí)，典型TCO厚度在50到200nm范圍內(nèi)，更優(yōu)選厚度在80到150nm之間。當(dāng)TCO在增強(qiáng)層與EML之間時(shí)，總厚度必須小于閾值厚度。金屬接觸層當(dāng)不在增強(qiáng)層與EML之間時(shí)的厚度典型地在7到300nm之間變化。

如果增強(qiáng)層經(jīng)選擇作為接觸，那么其可以以?xún)煞N不同方式實(shí)施：整個(gè)結(jié)構(gòu)或子組件是接觸。如果部分導(dǎo)電的介電材料被包括為子組件層(鑒于其滿(mǎn)足了光學(xué)需求)，那么整個(gè)增強(qiáng)層是導(dǎo)電的并且充當(dāng)接觸。相比之下，增強(qiáng)層可以包括可以是接觸的金屬層子組件。這包括在增強(qiáng)層內(nèi)使用第一金屬層或在增強(qiáng)層中使用最后金屬層，取決于確切OLED架構(gòu)(頂部或底部發(fā)射)。圖9A-9E突顯了各種裝置架構(gòu)，其展現(xiàn)了當(dāng)增強(qiáng)層用作OLED接觸中的至少一者時(shí)增強(qiáng)層在OLED裝置內(nèi)的放置。

OLED發(fā)射體的增加的發(fā)射速率常數(shù)強(qiáng)烈取決于發(fā)射體距增強(qiáng)層的距離。為了實(shí)現(xiàn)更好的OLED性能，優(yōu)選的從增強(qiáng)層到EML的距離不大于閾值距離并且在本文中論述的界限內(nèi)盡可能小。磷光分子的典型閾值距離小于100nm，并且更典型地小于60nm。實(shí)現(xiàn)EML到增強(qiáng)層之間的短距離可能需要通過(guò)控制可以提供于有機(jī)EML層與增強(qiáng)層之間的接觸層或其它一或多個(gè)功能層的厚度來(lái)調(diào)節(jié)OLED架構(gòu)。圖10和圖11展示了OLED裝置架構(gòu)的實(shí)例，其展示可以用以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)層與有機(jī)EML層之間的期望距離的此類(lèi)一或多個(gè)功能層中的一些。

圖10提供了底部發(fā)射OLED 600的說(shuō)明。OLED 600以位置次序包含透明玻璃襯底601、安置在襯底上的出耦層602、介入層603、增強(qiáng)層604、第一組一或多個(gè)任選的功能層605、有機(jī)EML層606、第二組一或多個(gè)任選的功能層607和陰極接觸層608。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在此實(shí)例中增強(qiáng)層604由兩個(gè)子組件層形成：粘著層604a和等離子材料膜層604b。第一組一或多個(gè)任選的功能層605可以選自保護(hù)性TCO層605a、空穴注入層605b、空穴輸送層605c和電子阻擋層605d。第二組一或多個(gè)功能層607可以選自空穴阻擋層607a、電子輸送層607b和電子注入層607c。

圖11提供了頂部發(fā)射OLED 700的說(shuō)明。OLED 700以位置次序包含襯底701、陽(yáng)極702、第一組一或多個(gè)任選的功能層703、有機(jī)EML層704、第二組一或多個(gè)任選的功能層705、增強(qiáng)層706、介入層707和出耦層708。第一組一或多個(gè)任選的功能層703可以選自空穴注入層703a、空穴輸送層703b和電子阻擋層703c。第二組一或多個(gè)任選的功能層705可以選自空穴阻擋層705a、電子輸送層705b、電子注入層705c。增強(qiáng)層706包含三個(gè)單位單元706a、706b和706c的堆疊，其中所述單位單元中的每一者由作為等離子材料膜716a的Ag和主體材料膜716b組成。此類(lèi)堆疊單位單元結(jié)構(gòu)的詳細(xì)論述在上文結(jié)合圖5和6的論述提供。

當(dāng)使用增強(qiáng)層作為OLED的接觸時(shí)，可能有益的是使用非傳統(tǒng)材料或根本不使用材料作為空穴或電子注入層，以使OLED的EML中的激發(fā)態(tài)的分子更接近增強(qiáng)層。除了先前定義的材料之外，我們定義空穴注入材料是HOMO小于或等于OLED中的摻雜劑的任何材料。這將HIL HOMO的優(yōu)選范圍設(shè)定為-8eV到-4.7eV。重要地，發(fā)射體材料自身可以充當(dāng)空穴注入層。類(lèi)似地，電子注入材料將是LUMO能級(jí)稍低于到高于OLED摻雜劑的LUMO能級(jí)的材料。EIL材料的LUMO的優(yōu)選范圍是-4eV到-1.5eV。電荷注入還可以通過(guò)摻雜劑自身作為純層或高度摻雜于主體中來(lái)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)使用增強(qiáng)層時(shí)，增強(qiáng)層與EML之間的層優(yōu)選薄于閾值距離以實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)使用增強(qiáng)層接近或作為陽(yáng)極時(shí)，HIL和HTL層應(yīng)相當(dāng)薄。改進(jìn)OLED的裝置產(chǎn)率或可制造性可能需要增加OLED的總體厚度。

理論上，OLED可以具有任意厚度。然而，對(duì)于較厚OLED，預(yù)期操作電壓將由于通過(guò)電荷輸送層輸送電荷的電阻損耗而增加。因此，單堆疊OLED的優(yōu)選OLED厚度范圍是10到500nm、更優(yōu)選20到300nm。對(duì)于具有多個(gè)EML的OLED，厚度隨EML的數(shù)目按比例調(diào)整。舉例來(lái)說(shuō)，2EML的裝置的優(yōu)選OLED厚度范圍是20到1000nm、更優(yōu)選40到600nm。

當(dāng)在OLED中使用增強(qiáng)層時(shí)，與增強(qiáng)層相對(duì)的層將對(duì)發(fā)射體的特性具有最小效應(yīng)，尤其在激子受限于EML內(nèi)時(shí)。然而，存在可能最大化以改進(jìn)增強(qiáng)層OLED的性能的次級(jí)效應(yīng)。

當(dāng)OLED的總厚度變化時(shí)，就發(fā)射分子來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)層產(chǎn)生的態(tài)密度發(fā)生變化。圖12是發(fā)射體在OLED中的發(fā)射速率常數(shù)相對(duì)于在空氣中的發(fā)射速率常數(shù)的計(jì)算增強(qiáng)作為OLED總厚度和發(fā)射體的峰值發(fā)射波長(zhǎng)的函數(shù)的曲線圖。發(fā)射速率常數(shù)是總衰減速率常數(shù)，其是非輻射和輻射衰減的總和但受這些裝置結(jié)構(gòu)的非輻射衰減控制。增強(qiáng)層到發(fā)射體距離保持恒定。約每150nm的OLED厚度存在增強(qiáng)的性能的節(jié)點(diǎn)(參看530nm的發(fā)射體峰值發(fā)射)。然而，速率常數(shù)增強(qiáng)的變化在峰值下比在谷值中高約10到30％，是小于將光發(fā)射體移動(dòng)得距金屬膜更遠(yuǎn)的變化。

增強(qiáng)層中的表面等離子的平面內(nèi)動(dòng)量取決于毗鄰增強(qiáng)層的層的折射率。在增強(qiáng)層與出耦層之間插入介入層可以調(diào)節(jié)通過(guò)固定周期性的出耦層出耦到自由空間的光的波長(zhǎng)。增強(qiáng)層與出耦層之間的材料的折射率還改變?cè)趦烧咧g流動(dòng)的能量分?jǐn)?shù)，因?yàn)槠湫薷目偰Ｊ街丿B。介入層的折射率的實(shí)數(shù)部分在1.1到4.0之間并且更優(yōu)選在1.3到2.4之間。介入層可以是介電材料、半導(dǎo)體材料、金屬或其任何組合，并且具有1-20nm之間、更優(yōu)選1-10nm之間的厚度。

使用增強(qiáng)層增加OLED的EQE的益處可以通過(guò)與出耦層組合使用增強(qiáng)層增加導(dǎo)引到自由空間中的光子的數(shù)目而最佳地實(shí)現(xiàn)。EML中的光發(fā)射體的激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)的增加歸因于激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到增強(qiáng)層的表面等離子的非輻射模式。在能量轉(zhuǎn)移到表面等離子后，表面等離子無(wú)法使所有能量耦合到自由空間。出耦層將從增強(qiáng)層去除捕獲的能量，并且使光耦合到自由空間。

實(shí)現(xiàn)具有耦合層的增強(qiáng)層可以導(dǎo)致OLED具有大于40％的EQE并且理論上具有100％的EQE。超過(guò)約43％的EQE超出了常規(guī)界限并且可以甚至用高數(shù)目的垂直定向的發(fā)射體實(shí)現(xiàn)。發(fā)光材料距增強(qiáng)層越接近，分子定向?qū)υ鰪?qiáng)層的性能的影響越小。這與典型OLED結(jié)構(gòu)形成對(duì)比。如果出耦層直接放置在襯底的頂部上而非OLED的頂部上，那么出耦層可以在OLED沉積之前在襯底上制造。這使得可對(duì)出耦層中的材料中的任一者執(zhí)行高溫工藝。這還使得可使用通常將毀壞OLED內(nèi)所含有的有機(jī)材料的光、干涉、納米壓印、電子束、離子束、聚焦離子束和其它光刻技術(shù)對(duì)出耦層進(jìn)行高分辨率圖案化。

根據(jù)一實(shí)施例，出耦層可以由絕緣材料、半導(dǎo)電材料、金屬或其任何組合組成。出耦層可以沿著平行于增強(qiáng)層的平面由兩種具有不同折射率的材料組成。優(yōu)選地，兩種材料具有不同折射率，其中折射率的實(shí)數(shù)部分的差異在0.1到3.0之間、并且更優(yōu)選0.3到3.0之間。

出耦層可以經(jīng)圖案化以增加從增強(qiáng)層的非輻射模式散射光的效率。此圖案化可以是周期性、準(zhǔn)周期性或隨機(jī)的。優(yōu)選的周期性約是光在出耦層的介質(zhì)中的波長(zhǎng)的倍數(shù)(m*λ，其中m是從1開(kāi)始的整數(shù)，并且λ是光在所述材料中的波長(zhǎng))。更優(yōu)選的周期性約是或小于光在出耦層的介質(zhì)中的波長(zhǎng)。增強(qiáng)層中光的散射可以通過(guò)布拉格或米氏散射(Mie scattering)進(jìn)行。出耦層可以由絕緣、半導(dǎo)電或金屬材料或這些類(lèi)型的材料的任何組合構(gòu)成。優(yōu)選的例子是具有折射率常數(shù)對(duì)比度的兩種材料。一些實(shí)例是透明的高折射率材料，例如TiO₂、ZrO₂、金剛石、Si₃N₄、ZnO、高折射率玻璃(其通常具有這些材料作為組分)；高折射率光吸收材料：第4和3-5族半導(dǎo)體，如Si、Ge、GaAs、GaP；和低折射率材料：SiO₂、大多數(shù)玻璃、聚合物、有機(jī)分子(約1.6-1.8)、MgF₂、LiF、空氣或真空。

高周期性結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)例是由兩種材料圖案化的線性光柵。布拉格散射歸因于x-y平面上兩種具有不同介電常數(shù)的材料的高周期性界面而出現(xiàn)。線性光柵可以在2D或3D中是周期性的。兩種材料之間的折射率的實(shí)數(shù)部分的差異應(yīng)在0.1到3之間。更優(yōu)選是0.3到3。對(duì)于2D圖案化，優(yōu)選的節(jié)距是10-6000nm與10-90％占空比、更優(yōu)選20-1000節(jié)距與30-70％占空比。對(duì)于3D圖案化，優(yōu)選的圖案是在x方向上10-6000nm節(jié)距與10-90％占空比、更優(yōu)選20-1000節(jié)距與30-70％占空比，和在y方向上10-6000nm節(jié)距與10-90％占空比、更優(yōu)選20-1000節(jié)距與30-70％占空比。線性光柵的一優(yōu)選實(shí)例是光柵材料之一是金屬時(shí)。

出耦層的周期性不僅設(shè)定了從增強(qiáng)膜散射出的光的色彩，其還設(shè)定了所述光將耦合到空氣的角度。改變出耦層的折射率或周期將改變‘角相關(guān)性’，意指OLED的強(qiáng)度作為角度的函數(shù)?？梢允褂貌煌鲴罱Y(jié)構(gòu)，取決于所期望的發(fā)射角相關(guān)性。最大化從增強(qiáng)層提取的能量的量的一些出耦結(jié)構(gòu)可能無(wú)法給出所期望的光向自由空間中的角分布。在此情況下，OLED裝置可以具有放置在像素前面以將OLED發(fā)射的角相關(guān)性修改成所期望的形狀的漫射體。還有可能調(diào)節(jié)出耦層材料和圖案化以增加導(dǎo)引到自由空間模式中的光的量。

發(fā)射的偏振可以使用出耦層調(diào)節(jié)。改變出耦層的維度和周期性可以選擇一類(lèi)優(yōu)先出耦到空氣的偏振。

可以是周期性、準(zhǔn)周期性或隨機(jī)的出耦層的一實(shí)施例是微或納米粒子于主體基質(zhì)內(nèi)的懸浮體。粒子的周期性可以隨機(jī)地在整個(gè)主體基質(zhì)中，然而，粒子的大小分布可能極為緊密(因此是高周期性的)。微或納米粒子可以是具有銳邊緣并且具有不同于主體材料的折射率的球體、桿、方塊或其它三維形狀的材料。本文中所公開(kāi)的所有高折射率材料都可以用于出耦層，包括金屬。散射粒子的主體可以是介電、金屬或半導(dǎo)電的。微或納米粒子的負(fù)荷可以跨越5到95重量％。微或納米粒子的優(yōu)選大小將具有約為或小于可見(jiàn)光在所述介質(zhì)中的波長(zhǎng)、典型地在50nm到800nm之間的至少一個(gè)維度。主體與散射介質(zhì)之間的折射率對(duì)比度對(duì)于調(diào)節(jié)散射效率是重要的。所述差異的優(yōu)選絕對(duì)值在0.1到3.0之間，更優(yōu)選是0.4到3.0。出耦的光的色彩調(diào)節(jié)通過(guò)改變散射粒子的大小和填充分?jǐn)?shù)而是可能的。出耦層的一優(yōu)選實(shí)施例是具有銳邊緣的金屬微或納米例子。

預(yù)期各種光柵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)從分子的固有峰值的多達(dá)50nm的色移而不犧牲出耦到空氣的光的量。光柵還可以實(shí)現(xiàn)使固有分子發(fā)射光譜變窄。當(dāng)經(jīng)設(shè)計(jì)以減小FWHM時(shí)，F(xiàn)WHM將在10到50nm之間，更優(yōu)選的出耦層實(shí)現(xiàn)10到30nm的FWHM。

在一些實(shí)施例中，出耦層是至少一組由周期性地、準(zhǔn)周期性地或隨機(jī)地布置的波長(zhǎng)尺寸的特征或者周期性地、準(zhǔn)周期性地或隨機(jī)地布置的亞波長(zhǎng)尺寸的特征形成的光柵。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述波長(zhǎng)尺寸的特征和所述亞波長(zhǎng)尺寸的特征具有銳邊緣。

在一些實(shí)施例中，所述光柵是具有間隔節(jié)距的線性圖案化光柵并且由兩種交替材料形成。線性圖案可以在2D或3D中。在2D實(shí)施例中，每種光柵材料形成沿著一個(gè)方向均勻地布置得具有100-2000nm節(jié)距與10-90％占空比、并且更優(yōu)選20-1000nm節(jié)距與30-70％占空比的波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的細(xì)長(zhǎng)特征。介電材料可以用于兩種光柵材料。

對(duì)于3D線性圖案實(shí)施例，所述出耦層由兩組光柵形成，每一組光柵由兩種材料形成，其中在每一組光柵中，每種材料形成沿著一個(gè)方向不均勻地布置得具有100-2000nm節(jié)距與10-90％占空比的波長(zhǎng)尺寸的或亞波長(zhǎng)尺寸的特征，其中每一組光柵以不同方向定向。每一組光柵可以與彼此正交定向，即在x方向和y方向上。介電材料可以用于兩種光柵材料。

在一些實(shí)施例中，所述出耦層是以明確界定的間隔具有一組同心環(huán)的靶眼光柵。所述光柵的優(yōu)選節(jié)距或周期性是100-2000nm并且包含折射率在1.3與4之間的介電材料，并且其中所述光柵之間的空間填充有折射率的實(shí)數(shù)部分在0.1到4之間的任何材料。

在一些實(shí)施例中，準(zhǔn)周期性出耦層是啁啾光柵。在啁啾光柵中，周期性隨在一或兩個(gè)維度上的距離而變化。啁啾光柵出耦層的優(yōu)選結(jié)構(gòu)具有10到2000nm之間的基本周期并且每周期增加10-60％，并且其中所述出耦層包含折射率在1.3與4之間的介電材料。

在一些實(shí)施例中，所述出耦層在主體材料中包含多個(gè)粒子，其中所述多個(gè)粒子的實(shí)際尺寸小于發(fā)射到自由空間的所述光的波長(zhǎng)。優(yōu)選地，粒子的實(shí)際尺寸在50-800nm、并且更優(yōu)選200-800nm范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，所述多個(gè)粒子是具有三維形狀的非球形納米粒子，例如桿、立方體和多面體。所述多個(gè)粒子可以是介電材料、半導(dǎo)體材料或金屬。如果粒子是金屬，那么大多數(shù)介電或半導(dǎo)電材料可以用作主體材料。如果粒子是介電或半導(dǎo)電的，那么主體材料優(yōu)選是另一介電或半導(dǎo)電材料，具有較大折射率是優(yōu)選的。

在一些實(shí)施例中，所述出耦層包含圖案化金屬膜。

在一些實(shí)施例中，所述增強(qiáng)層是第二電極。

在一些實(shí)施例中，所述裝置進(jìn)一步包含安置在所述介入層與所述出耦層之間的第二電極。

所述增強(qiáng)層不需要光學(xué)干涉來(lái)最大化出耦到自由空間的光的分?jǐn)?shù)。因?yàn)樵鰪?qiáng)層的費(fèi)米能級(jí)可以獨(dú)立于接觸的費(fèi)米能級(jí)，所以O(shè)LED可以經(jīng)倒轉(zhuǎn)而無(wú)任何額外制造約束條件。對(duì)于優(yōu)選的Ge/Ag增強(qiáng)層仍是如此。如果Ge/Ag增強(qiáng)層要置換具有Al陰極的典型OLED裝置中的ITO或IZO陽(yáng)極，那么兩種接觸幾乎在相同費(fèi)米能級(jí)下。使用EIL和HIL材料能夠?qū)崿F(xiàn)高效電荷注入，以使得有機(jī)層可以在增強(qiáng)層與Al層之間倒轉(zhuǎn)。

典型OLED取決于一個(gè)反射接觸來(lái)增加耦合到自由空間的發(fā)射的量。當(dāng)增強(qiáng)層與出耦層一起使用時(shí)，偶極的所有能量都可以在OLED的背側(cè)上無(wú)鏡面的情況下耦合到前自由空間模式。這使得整個(gè)OLED可為透明的并且使得其可為1面的顯示器，不會(huì)將任何能量浪費(fèi)在朝顯示器的背側(cè)的發(fā)射上。

當(dāng)增強(qiáng)層與出耦層組合時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)可能不需要前偏振器來(lái)防止環(huán)境光反射到用戶(hù)。為了實(shí)現(xiàn)此結(jié)果，出耦層必須通過(guò)OLED傳輸入射輻射到吸收介質(zhì)，同時(shí)仍使來(lái)源于增強(qiáng)層的發(fā)射出耦。

當(dāng)增強(qiáng)層與出耦層一起使用時(shí)，激發(fā)態(tài)的所有能量都可以耦合到前自由空間模式。防止環(huán)境光反射可以以?xún)煞N各種方法進(jìn)行。第一種方法是構(gòu)建透明OLED。環(huán)境光傳輸通過(guò)OLED并且吸收于OLED的經(jīng)吸收介質(zhì)涂布的背側(cè)上。第二種方法是在‘暗陰極’上吸收光。暗陰極是高度吸收的導(dǎo)電材料。這可以以多種方式實(shí)現(xiàn)，包括使反射金屬紋理化或使用導(dǎo)電但吸收的材料(高度摻雜的半導(dǎo)體)。

具有或不具有出耦層的增強(qiáng)層可以在柔性襯底上實(shí)施。柔性襯底包括：薄玻璃、聚合物薄片、薄硅、金屬薄片和紙張。因?yàn)榈湫偷脑鰪?qiáng)層將典型地具有小于1微米的厚度、并且優(yōu)先薄于100nm，所以整個(gè)OLED將是柔性的同時(shí)仍實(shí)現(xiàn)效率和壽命的益處。

柔性襯底中的任一者上增強(qiáng)或出耦層的生長(zhǎng)在沉積之前可能需要平面化層來(lái)使襯底的粗糙度光滑?；蛘?，出耦或增強(qiáng)層可以在保形加工步驟中使用如高壓濺鍍、噴霧涂布、原子層沉積、化學(xué)氣相沉積或等離子增強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積的技術(shù)生長(zhǎng)。典型地視為非保形的技術(shù)(例如真空熱蒸發(fā))在其用于離軸光源和離軸旋轉(zhuǎn)情況時(shí)可以是足夠保形的。平面化層的rms表面粗糙度應(yīng)小于25nm、優(yōu)選小于10nm、更優(yōu)選小于5nm、最優(yōu)先小于<3nm。

增強(qiáng)層的層化結(jié)構(gòu)還可以通過(guò)充當(dāng)氧氣和水?dāng)U散屏障而有益于柔性O(shè)LED。

因?yàn)樵鰪?qiáng)層效應(yīng)強(qiáng)烈取決于發(fā)射體距增強(qiáng)層的距離，所以有可能使用增強(qiáng)層來(lái)增強(qiáng)混合發(fā)射體OLED的性能。一優(yōu)選實(shí)施例是具有發(fā)藍(lán)光材料和至少一種更低能量的發(fā)光材料的白色OLED。在優(yōu)選實(shí)施例中，增強(qiáng)層最接近發(fā)藍(lán)光材料，因?yàn)槠涫亲畈荒途玫陌l(fā)光材料。在此實(shí)施例中，增強(qiáng)層對(duì)更低能量的發(fā)射必須是至少半透明的。另外，如果使用任何出耦層，那么其對(duì)更低能量的發(fā)射必須也是透明的，或使更低能量的發(fā)射以及藍(lán)色發(fā)射從發(fā)藍(lán)光材料出耦。當(dāng)在白色OLED情況下使用增強(qiáng)層時(shí)，白色OLED可以是單EML裝置或堆疊結(jié)構(gòu)。EML中最接近增強(qiáng)層的發(fā)射體將具有增強(qiáng)的性能。在堆疊結(jié)構(gòu)中，額外EML的數(shù)目和厚度可以完全獨(dú)立于增強(qiáng)層而調(diào)節(jié)。

在具有增強(qiáng)層的OLED的一個(gè)實(shí)施例中，顯示器在無(wú)精細(xì)金屬掩蔽步驟的情況下制造。在此實(shí)施例中，每個(gè)子像素的色彩通過(guò)兩種方法之一確定。第一種方法是改變?cè)诿總€(gè)子像素下出耦層的周期性和折射率。每個(gè)子像素具有出耦層周期性，其經(jīng)調(diào)節(jié)以使光以期望頻率出耦。第二種方法是對(duì)于每個(gè)子像素保持出耦層的周期性和折射率相同，但對(duì)于每個(gè)子像素改變介入層的折射率。對(duì)于底部發(fā)射增強(qiáng)層OLED，出耦層或介入的圖案化在OLED沉積之前在襯底上完成。具有由多色彩光發(fā)射材料構(gòu)成的單一EML的白色OLED在出耦層上均勻地制造，在無(wú)精細(xì)金屬掩模的情況下獲得顯示器。此制造技術(shù)類(lèi)似于白色加彩色濾光片底部發(fā)射OLED顯示器，因?yàn)槠涫褂锰焊彩絆LED沉積。每個(gè)像素由出耦層與增強(qiáng)層的組合界定。因?yàn)槟芰繌陌l(fā)光材料轉(zhuǎn)移到增強(qiáng)層的非輻射模式，所以在還存在出耦層時(shí)才會(huì)發(fā)射光。因此，毯覆式OLED將在存在出耦層時(shí)才照亮，使得可通過(guò)毯覆式OLED沉積并且在無(wú)金屬掩模的情況下制造每英寸具有高像素值的顯示器。

還有可能設(shè)計(jì)在極低分辨率掩蔽下具有R,G,B像素或子像素的顯示器。此技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，紅色和綠色像素的驅(qū)動(dòng)電壓不由藍(lán)色發(fā)射體確定，如在無(wú)蔭蔽掩蔽的情況下一樣。在此情況下，顯示器的操作功率將降低。

增強(qiáng)層可以經(jīng)設(shè)計(jì)以在有出耦層與其結(jié)合構(gòu)建時(shí)才發(fā)射輻射。因此，不同色彩OLED的極粗糙分辨率掩蔽可以通過(guò)使出耦層以高分辨率圖案化而轉(zhuǎn)化成高分辨率像素。此高分辨率圖案化可以使用多種制造技術(shù)進(jìn)行并且不受溫度或溶劑使用限制，因?yàn)橐r底在其經(jīng)圖案化時(shí)可能沒(méi)有有機(jī)材料安置在其上。

在使出耦層精細(xì)圖案化之后，R,G,B像素的低分辨率掩?？梢杂靡灾圃霷、G和B OLED。在上面沉積有OLED材料但不具有出耦層的區(qū)域?qū)⒉话l(fā)射光，意味著顯示器將具有精細(xì)圖案化的出耦層的分辨率而非蔭蔽掩模的較低分辨率。

增強(qiáng)層與出耦層的組合的發(fā)射光譜可以經(jīng)設(shè)計(jì)以是定向的。在平視顯示器和用于虛擬現(xiàn)實(shí)的顯示器中，具有定向性發(fā)射的顯示器可能是有益的。增加的發(fā)射定向性可以用以在人相對(duì)于OLED看一個(gè)方向時(shí)，僅投影光到眼睛。在一個(gè)實(shí)施例中，具有增強(qiáng)層和出耦層的OLED裝置將用于平視顯示器或虛擬現(xiàn)實(shí)裝置。

使增強(qiáng)層與出耦層耦合可以產(chǎn)生極亮的高度定向的OLED。此類(lèi)OLED經(jīng)精心設(shè)計(jì)適用作汽車(chē)尾燈。

增強(qiáng)層增加了OLED內(nèi)的發(fā)射體的激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)。近紅外磷光體由于固有非輻射衰減速率常數(shù)遠(yuǎn)大于輻射衰減速率常數(shù)而經(jīng)歷低光致發(fā)光量子產(chǎn)率。如果增強(qiáng)層將非輻射衰減常數(shù)增加到遠(yuǎn)大于固有非輻射衰減常數(shù)的值，那么其將產(chǎn)生高效近紅外OLED。

提供共振等離子模式的增強(qiáng)層可以支持大到足以經(jīng)歷受激發(fā)射的品質(zhì)因數(shù)。如果受激發(fā)射通過(guò)從接觸注入電荷而抽運(yùn)，那么最終結(jié)果將是使用有機(jī)半導(dǎo)體的電抽運(yùn)激光。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的方法進(jìn)一步包含在所述增強(qiáng)層與所述出耦層之間提供介入層，其中所述介入層具有小于50nm、優(yōu)選小于20nm厚的厚度，并且更優(yōu)選具有1-10nm之間的厚度。所述介入層可以是介電材料或半導(dǎo)電材料。所述介入層的折射率優(yōu)選在0.1到4.0之間。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述介入層的折射率在1.4到4.0之間。所述介入層具有實(shí)數(shù)部分是1.1到4.0、并且更優(yōu)選在1.3到2.4之間的折射率。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)了一種增強(qiáng)的OLED裝置。所述OLED包含：襯底；第一電極；安置在所述電極上的包含有機(jī)發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層；與所述第一電極相對(duì)安置在所述有機(jī)發(fā)射層上的增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料并且將所述有機(jī)發(fā)射材料的激子能量轉(zhuǎn)移到表面等離子極化激元的非輻射模式的展現(xiàn)表面等離子共振的等離子材料，其中所述增強(qiáng)層提供得與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)閾值距離，其中所述有機(jī)發(fā)射材料歸因于所述增強(qiáng)層的存在而具有總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)，并且所述閾值距離是所述總非輻射衰減速率常數(shù)等于所述總輻射衰減速率常數(shù)之處；和安置在所述增強(qiáng)層上的出耦層，其中所述出耦層將所述表面等離子極化激元的能量以光子形式散射到自由空間。在此增強(qiáng)的OLED裝置的一些實(shí)施例中，介入層進(jìn)一步安置在所述增強(qiáng)層與所述出耦層之間，其中所述介入層具有1-10nm之間的厚度和0.1到4.0的折射率。所述介入層具有如上文所述的特征。

在一些實(shí)施例中，所述襯底是透明的并且與所述增強(qiáng)層相對(duì)與所述出耦層相鄰安置(即底部發(fā)射裝置)，或所述襯底與所述有機(jī)發(fā)射層相對(duì)與所述第一電極相鄰安置(即頂部發(fā)射裝置)。

在一些實(shí)施例中，OLED裝置可以具有多于一個(gè)增強(qiáng)層。根據(jù)一些實(shí)施例，所述OLED裝置包含襯底，其中所述襯底可以是透明的；安置在所述襯底上的第一出耦層；

安置在所述第一出耦層上的第一增強(qiáng)層；

安置在所述第一增強(qiáng)層上的包含有機(jī)發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層，

其中所述第一增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料并且將所述有機(jī)發(fā)射材料的激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到表面等離子極化激元的非輻射模式的展現(xiàn)表面等離子共振的第一等離子材料，

其中所述第一增強(qiáng)層提供得與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)閾值距離；

安置在所述有機(jī)發(fā)射層上的第二增強(qiáng)層，所述第二增強(qiáng)層包含非輻射耦合到所述有機(jī)發(fā)射材料并且將所述發(fā)射材料的激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到表面等離子極化激元的非輻射模式的展現(xiàn)表面等離子共振的第二等離子材料，

其中所述第二增強(qiáng)層提供得與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)所述閾值距離，

其中所述有機(jī)發(fā)射材料歸因于所述第一和第二增強(qiáng)層的存在而具有總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)，并且所述閾值距離是所述總非輻射衰減速率常數(shù)等于所述總輻射衰減速率常數(shù)之處；和

安置在所述第二增強(qiáng)層上的第二出耦層，其中所述第一和第二出耦層將所述表面等離子極化激元的能量以光子形式散射到自由空間。在其它實(shí)施例中，此OLED裝置進(jìn)一步包含安置在所述第一出耦層與所述第一增強(qiáng)層之間的第一介入層；和安置在所述第二增強(qiáng)層與所述第二出耦層之間的第二介入層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還公開(kāi)了制造等離子OLED裝置的方法。一種制造頂部發(fā)射有機(jī)發(fā)光裝置的方法包含：提供襯底；沉積第一電極；將包含有機(jī)發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層沉積在所述第一電極上；將包含等離子材料的增強(qiáng)層沉積安置在所述有機(jī)發(fā)射層上與所述有機(jī)發(fā)射層相距不超過(guò)閾值距離，其中所述有機(jī)發(fā)射材料歸因于所述增強(qiáng)層的存在而具有總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)，并且所述閾值距離是所述總非輻射衰減速率常數(shù)等于所述總輻射衰減速率常數(shù)之處；和將出耦層沉積安置在所述增強(qiáng)層上。在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括在沉積所述出耦層之前將介入介電層沉積安置在所述增強(qiáng)層上，其中所述介入介電層具有1-10nm之間的厚度和0.1到4.0的折射率。

在另一實(shí)施例中，一種制造底部發(fā)射有機(jī)發(fā)光裝置的方法包含：提供透明襯底；將出耦層沉積安置在所述透明襯底上；將包含等離子材料的增強(qiáng)層沉積安置在所述出耦層上；將包含有機(jī)發(fā)射材料的有機(jī)發(fā)射層沉積在所述增強(qiáng)層上與所述增強(qiáng)層相距不超過(guò)閾值距離，其中所述有機(jī)發(fā)射層和所述增強(qiáng)層歸因于所述增強(qiáng)層的存在而具有總非輻射衰減速率常數(shù)和總輻射衰減速率常數(shù)，并且所述閾值距離是所述總非輻射衰減速率常數(shù)等于所述總輻射衰減速率常數(shù)之處；和將電極沉積在所述有機(jī)發(fā)射層上。在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括在沉積所述增強(qiáng)層之前將介入介電層沉積安置在所述出耦層上，其中所述介入介電層具有1-10nm之間的厚度和0.1到4.0的折射率。

光從增強(qiáng)層的出耦還通過(guò)OLED裝置的特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。使增強(qiáng)層的OLED側(cè)(有機(jī)發(fā)射體層側(cè))耦合到增強(qiáng)層的指向自由空間的一側(cè)取決于每個(gè)界面處的折射率。因?yàn)镺LED的輸送層的折射率可能變化，所以輸送層和總厚度的選擇可以調(diào)節(jié)從增強(qiáng)層出耦的光的分?jǐn)?shù)。此外，在頂部發(fā)射增強(qiáng)層OLED中，添加出耦層到增強(qiáng)層將調(diào)節(jié)所述層的出耦。出耦層的折射率優(yōu)選值是0.1到2.4，優(yōu)選厚度是5到150nm。更優(yōu)選的范圍無(wú)法在不確定發(fā)射體的發(fā)射波長(zhǎng)的情況下規(guī)定。

在圖10中，說(shuō)明了一優(yōu)選的增強(qiáng)層OLED裝置結(jié)構(gòu)。OLED可以是底部或頂部發(fā)射OLED，取決于陰極接觸的厚度。優(yōu)選的層厚度標(biāo)記于圖上。具有包括的厚度范圍的層是任選的層，不為在使用增強(qiáng)層時(shí)OLED恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)行所需，但提供于典型OLED裝置中。

圖6的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是圖11的頂部發(fā)射OLED，其具有由3個(gè)重復(fù)的單位單元706a、706b和706c構(gòu)成的增強(qiáng)層。單位單元中的每一者由5-15nm Ag作為等離子金屬層716a和5-20nm主體介電材料層716b構(gòu)成。主體介電材料在可見(jiàn)光譜內(nèi)具有跨越1.9到1.7的折射率實(shí)分量。主體介電材料可以在不改變?cè)鰪?qiáng)層的光學(xué)特性的情況下具有1.4到4.0的折射率實(shí)分量。主體介電質(zhì)的折射率虛分量在可見(jiàn)光譜內(nèi)應(yīng)小于0.2。增加折射率虛分量導(dǎo)致OLED的出耦的損耗，但維持發(fā)射速率常數(shù)的改進(jìn)。

在磷光發(fā)藍(lán)光材料的一個(gè)實(shí)施例中，增強(qiáng)層將在無(wú)出耦層的情況下使用。通過(guò)小心地控制藍(lán)色發(fā)射體距增強(qiáng)層的距離，可以平衡損失到增強(qiáng)層的非輻射模式的光子的數(shù)目，同時(shí)仍觀察到發(fā)藍(lán)光材料的耐久性的增加。這可以在無(wú)額外出耦層的情況下實(shí)現(xiàn)以從增強(qiáng)層提取能量。因此，磷光發(fā)藍(lán)光材料可以在為熒光發(fā)藍(lán)光材料的EQE的1到3倍之間的EQE下操作，同時(shí)與不具有增強(qiáng)層的磷光發(fā)藍(lán)光材料相比實(shí)現(xiàn)耐久性增加。

實(shí)驗(yàn)

我們已經(jīng)對(duì)具有增強(qiáng)層的OLED執(zhí)行了初始模擬，當(dāng)將增強(qiáng)層用于所有發(fā)光分子時(shí)其展現(xiàn)激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)的增加。在圖11的優(yōu)選結(jié)構(gòu)上進(jìn)行模擬。將模擬的增強(qiáng)層OLED與典型底部發(fā)射和頂部發(fā)射裝置相比較。對(duì)于所有模擬，將發(fā)射體的固有發(fā)射速率常數(shù)設(shè)定成1E6s-1。

使用11nm Ag\11nm主體\11nm Ag\11nm主體\11nm Ag的實(shí)例增強(qiáng)層和60nm主體的出耦層對(duì)圖6的優(yōu)選增強(qiáng)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行光學(xué)模型化，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)射體的發(fā)射速率增加到4.7E6到3.6E6 s-1，取決于總OLED厚度。相比之下，發(fā)射速率在典型頂部發(fā)射裝置中是1.37E6 s-1，并且在底部發(fā)射裝置中是1.53E6 s-1。具有增強(qiáng)層的裝置呈現(xiàn)出激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)的約3倍增加。我們注意到，對(duì)于增強(qiáng)層OLED以及對(duì)照底部和頂部發(fā)射OLED，模擬結(jié)構(gòu)的出耦超過(guò)20％。因此，當(dāng)使用增強(qiáng)層時(shí)，可以從裝置提取的光子的數(shù)目不存在預(yù)期損失。對(duì)于由典型制造材料和制造厚度構(gòu)成的增強(qiáng)層，可以觀察到發(fā)射速率常數(shù)的類(lèi)似增加。舉例來(lái)說(shuō)，使用15nm Mg:Ag 10％代替Ag對(duì)增強(qiáng)層進(jìn)行模型化產(chǎn)生與使用Ag情況下相同范圍的壽命，但出耦減少，因?yàn)镸g:Ag比Ag損耗更少。

圖14A-C展現(xiàn)了圖11中的結(jié)構(gòu)的光學(xué)模型化。發(fā)射速率相對(duì)于固有分子發(fā)射速率(1E6)的增加對(duì)于可見(jiàn)發(fā)射清楚地顯而易見(jiàn)。激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)在整個(gè)可見(jiàn)發(fā)射范圍內(nèi)廣泛增加。增強(qiáng)層OLED還展現(xiàn)出與不具有增強(qiáng)層的典型OLED的出耦相當(dāng)?shù)某鲴?，參看圖14B的曲線圖。制造圖11中的結(jié)構(gòu)，并且裝置的發(fā)射光譜展示于圖15中?？涨徽故绢?lèi)似于模型化結(jié)果的變窄發(fā)射，半高全寬是34-40nm。

概述這些觀察結(jié)果，當(dāng)使用增強(qiáng)層時(shí)，OLED發(fā)射體的發(fā)射速率常數(shù)強(qiáng)烈取決于發(fā)射體和裝置架構(gòu)。安放得距增強(qiáng)層10nm的發(fā)光材料預(yù)期具有其激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)增加是約5倍，并且比任一閾值距離更接近。典型磷光發(fā)射體具有1.25E7到2E5 1/s之間的發(fā)射速率常數(shù)，在增強(qiáng)層存在下的預(yù)期發(fā)射速率是6.25E7到1E6 1/s。對(duì)于距增強(qiáng)層5nm的發(fā)射體，預(yù)期激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)增加是約20倍。這些速率常數(shù)增強(qiáng)顯著大于使用微腔或其它典型地使用的改變OLED中的光子態(tài)密度的方法(其中速率增強(qiáng)是約1.5到2倍)時(shí)可能的速率常數(shù)增強(qiáng)。

在優(yōu)選實(shí)施例中，使用增強(qiáng)層的光學(xué)模型化預(yù)測(cè)將使平均激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)增加1.5到400倍。包括Ag和Al₂O₃薄膜的堆疊的更復(fù)雜增強(qiáng)層的理論估計(jì)值使得激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)的增加大到1000倍。改進(jìn)的發(fā)射速率常數(shù)與OLED耐久性之間的確切關(guān)系是未知的。光發(fā)射體的激發(fā)態(tài)衰減速率常數(shù)的增加意味著，發(fā)射體在激發(fā)態(tài)中耗費(fèi)更少的時(shí)間并且經(jīng)歷降低發(fā)射體性能的事件的時(shí)間更少。在不受束縛的情況下，使用增強(qiáng)層的預(yù)期OLED耐久性增加是1.5到10000倍。由于當(dāng)使用增強(qiáng)時(shí)發(fā)射體的發(fā)射線形狀可能變化，因此OLED耐久性的改進(jìn)可以在1)恒定電流老化或2)恒定發(fā)光效率老化下出現(xiàn)。明確地說(shuō)，通過(guò)增強(qiáng)層使發(fā)射線形狀變窄或增強(qiáng)非峰發(fā)射可以改變OLED的初始發(fā)光效率(歸因于人眼的靈敏度)。因此，在恒定發(fā)光效率下老化速率的直接比較可以展示與OLED在恒定電流下老化相比不同的改進(jìn)水平。

應(yīng)理解，本文所述的各種實(shí)施例僅作為實(shí)例，并且無(wú)意限制本發(fā)明的范圍。如所要求的本發(fā)明因此可以包括本文所述的具體實(shí)例和優(yōu)選實(shí)施例的變化，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白。應(yīng)理解，關(guān)于本發(fā)明為何起作用的各種理論無(wú)意為限制性的。