专利名称：用于显示器应用的低功耗oled材料的制作方法
背景技术：
液晶显示器(LCD)通常在膝上型电脑、个人数字助理、蜂窝电话之类的平板显示器中使用。用LCD制成的显示器常采用冷阴极荧光灯(CCFL)或类似设备作为LCD显示器的背光光源，以便向用户提供光学图像。CCFL和类似设备均由易碎且效率相对不高的材料制成，该材料需要变换器且消耗大量功率(可达笔记本电脑系统功率的35％)。CCFL(由玻璃或其它硬性材料制成)的使用使得显示模组易碎、难于生产和维护，并使得它损坏后维修较为昂贵。这些材料的规格还导致显示器体积较大，并增加了集成这种显示器的系统的重量。由于这些显示器通常用于便携设备中，因而用户要求更为轻便和耐用的设备。
在一种降低显示器重量并增加其耐用性的举措中，一些制造商用有机发光二极管(OLED)材料作为移动设备的背光光源。OLED是薄膜材料，当受到电流激发时将发出光。由于OLED发出不同色彩的光，因而可以用它们制造显示器。因此，用OLED材料制成的显示器无需额外的背光光源，从而取消了对用易碎的玻璃制成的CCFL的需求，并消除了使显示模组变得庞大的因素。OLED通常较为轻便，并可以在电压相对较低的情况下有效率地工作，从而消耗了较少的系统功率。发光OLED材料的多功能性使一些制造商相信在不久的将来，它们将取代移动显示设备中的LCD。
尽管OLED能高效地生成光，但超过一半的光线被截留在设备内部，导致这些光对实现设备功能没有贡献。由于OLED发出的光在发射方向上不具有偏向性，也就是说，它在所有方向上均等地发光，因此一些光向前发射到观看者，一些光发射到设备的后方，并被反射到观看者或被环境吸收，还有一些光向设备侧面发出，并被构成设备的各个层截留和吸收。一般地，可能在系统内丢失高达80％的由OLED材料生成的光，这使得它们永远到达不了观看者。
因此，需要一种能避免上述问题和提高显示器(尤其是便携设备中的显示器)效率的有机发光二极管结构。本发明涉及一种通过改变与OLED材料相关的设备制造工艺来提高有机发光二极管显示器的功率效率的新方法。
图1示出了OLED结构。
图2示出了具有带凹槽衬底的OLED结构。
图3示出了与显示设备集成的0LED结构。
具体实施例方式本发明的一些实施例涉及在显示设备中使用的OLED结构和用于制造这些OLED结构的过程。该OLED结构可包含极性化合物，这些化合物具有介电各向异性，并可相对于显示单元的一个或多个衬底进行对准。当将这些极性化合物暴露在施加的电压或电场下时，这些化合物将对此作出反应，且它们的分子在相对于上述电场或电压方向的某个方位上对准。可以以某种方式校准该方位，使得从OLED材料发出的光在某个主导方向上辐射。
在整个说明书中，“一个实施例”或“某一实施例”意味着，结合该实施例所述的特定特征、结构或特性已被包括在本发明的至少一个实施例中。从而，在整个说明书各处出现的短语“在一个实施例中”或“在某一实施例中”不一定指同一个实施例。而且，可以以任何合适的方式将上述特定特征、结构或特性组合在一个或多个实施例中。
本发明的一个示范性实施例包括OLED材料，该材料包含作为它们的分子组成部分的极性官能团和实体，当暴露在电场下时，上述组成部分朝由电场决定的主导方向取向，从而使发出的光朝单个特定的方向取向。
现在参考附图，在这些图中，用相似的附图标记表示相似的元件，根据本发明的某些实施例，图1(未按比例)示出了OLED材料10的结构。在OLED材料结构10中，将阳极导电层20集成到衬底30上。在阳极涂层上堆叠空穴传输层40。在空穴传输层40上设置极性发光材料层50。在发光层50上设置电子传输层60。最后，衬底90可支持包含导电膜的阴极70。在电子传输层60上另外设置阴极70。将阳极20和阴极70连接到电源80。当电源启动时，空穴从阳极20注入空穴传输层40，并且，在发光层50中，空穴与来自阴极70的电子结合，并产生可见光。
衬底30和90可由任何能支持导电涂层形式的阳极20和阴极70的任何材料制成，并且，这些衬底或是柔软的，或者不能弯曲。上述材料的例子包括但不限于塑料、玻璃、石英、塑料膜、金属、陶瓷、聚合物，等等。柔软塑料膜和塑料的非限制性实例包括由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、多芳基化合物、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、三乙酸纤维素(TAC)和乙酸-丙酸纤维素制成的膜或薄层。此外，衬底材料30是透明的或透光的，使得由OLED材料产生的光可以通过上述设备和成为可见光。
通过可选地用透明导电涂层材料来涂覆衬底，可以形成阳极导电层20。例如(但不限于)，透明导电涂层材料包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)和其它锡氧化物(例如但不限于掺杂铝或铟的氧化锌、镁铟氧化物、镍钨氧化物)、金属氮化物(例如但不限于氮化镓)、金属硒化物(例如但不限于硒化锌)、金属硫化物(例如但不限于硫化锌)。
阳极导电层20之上是空穴传输材料40。空穴传输材料可包括胺(例如但不限于芳香叔胺)。在一种形式中，芳香叔胺可以是芳基化合物，例如但不限于单芳基胺、双芳基胺、三芳基胺或聚芳基胺。此外，聚合的空穴传输材料包括聚N-乙烯基咔唑(PVK)、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺和共聚物，如聚二氧乙基噻吩/聚对苯乙烯磺酸(也称为PEDOT/PSS)。
在空穴传输层40上形成了极性发光层50，该层包括极性荧光材料和/或磷光材料，其中，因为电子-空穴对在该区域中复合的缘故，在上述材料中产生了电致发光。极性发光层50可以由单一材料或掺杂了一种或多种客体化合物的宿主材料组成，其中，光发射主要源于掺杂剂，并可以为任意色彩。在一个示范性实例中，发光层发出白色光。如下所述，极性发光层50中的宿主材料可以是电子传输材料，或者，可以是空穴传输材料(如上所述)，或是另一种材料或支持电子-空穴复合的材料的组合。可以从高荧光染料中选择掺杂物，但磷光化合物(如过渡金属络合物)也很有用。苯基吡啶的铱络合物和它的衍生物是非常有用的发光掺杂物。极性发光层50可包含染料或香豆素，或本质上也为聚合材料。聚合材料(如聚芴和聚芳撑乙烯(如聚对苯撑乙烯(PPV))同样可用作宿主材料。在分子的层级上，可以将小分子掺杂剂散布到聚合的宿主材料中，或可以通过将辅助成分共聚合到宿主聚合物中来加入上述掺杂剂。可以在本文中使用本领域技术人员知晓的任何极性发光掺杂剂。
在极性发光层50上形成了电子传输层60。电子传输材料可以是本领域技术人员已知的任何用于此目的的材料。这类化合物有助于注入和传输电子，表现出了更高的性能，并容易制成薄膜形式。例如(但不限于)螯合金属的8-羟基喹啉类化合物，包括8-羟基喹啉本身的螯合物(通常也称为8-羟基喹啉)。
最终，在电子传输层60上设置阴极70，且阴极70由衬底90支持。该阴极可以由透明的或透光的、不透明的或反射的材料制成，并可以包括几乎任何导电材料。合适的阴极材料具有良好的膜形成特性，以确保与其之下的有机层进行良好的接触，它在低电压时促进了电子的注入，并具有很好的稳定性。使用的阴极材料通常包括逸出功较低的金属(＜4.0 eV)或金属合金。
如上所述，衬底90可以由任何能支持阴极导电涂层70的材料组成，它或者是柔软的，或者是不可弯曲的。这类衬底的实例包括但不限于塑料、玻璃、石英、塑料膜、金属、陶瓷、聚合物，等等。柔软塑料膜和塑料的非限制性实例包括由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、多芳基化合物、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、三乙酸纤维素(TAC)和乙酸-丙酸纤维素制成的膜或薄层。此外，衬底材料90可以是透明的或透光的、不透明的、反射性的或以上形式的变体。
当将电势(即电压)从电源80施加到上述设备时，将电子从发光层50注入电子传输层60，然后，这些电子与电子传输层内的空穴复合，并形成光发射。阴极70将产生的光反射回有机层。通过使用本领域技术人员公知的多色OLED面板，形成了利用场序制彩色技术的包含部分或全部色彩的白光或图像。
本发明的示范性的OLED材料包括极性发光层材料。通过将极性发光层材料暴露在电场或施加的电压下，可以使极性发光层发生极化(即在电场的方向上排列成行)。这样的极化使极性材料朝某一方位取向，并将该发光层发出的光引向相同的方向，从而对发出的光进行了优化，并减少了与光散射和沟道效应相关的问题。材料的极性源于有机发光材料本身(掺杂剂宿主材料(dopant host)或掺杂剂)。可用作发光材料、掺杂剂宿主材料或掺杂剂的化合物包括以上所述的那些材料和本领域技术人员已知的那些材料。有机发光材料的非限制性实例包括胺(包括芳香叔胺，也包括芳基胺(例如但不限于单芳基胺、双芳基胺、三芳基胺或聚芳胺聚酰亚胺)以及聚噻吩(包括但不限于聚N-乙烯基咔唑(PVK)、聚吡咯、聚苯胺)和共聚物(如聚二氧乙基噻吩/聚对苯乙烯磺酸(也称为PEDOT/PSS))和其他上面提及的胺。
图2(未按比例)中示出了本发明的另一个示范性实施例。在OLED结构10中，可以将阳极导电层20集成到具有不规则的非平滑表面35的衬底30上(也称为对准层)。对准层35可以为随后的各层提供不规则的非平滑表面。在阳极涂层20和对准层35上设置空穴传输层4。在空穴传输层40上设置极性发光材料层50。在发光层50上设置电子传输层60。最后，在电子传输层60上设置包含导电膜的、可由衬底90支持的阴极。对准层35的上述不规则非平滑表面可以执行上述淀积过程，并存在于OLED结构的所有层之内。例如，发光层50可填充对准层35的部分不规则表面。在一个实施例中，极性发光化合物可以用一部分延伸到对准层的表面以下的分子和一部分延伸到对准层的表面以上的分子来填充对准层。阳极20和阴极70可连接到生成施加电压的电源80。当电源启动时，将会把空穴从阳极20注入空穴传输层40，然后，在发光层50中，空穴与来自阴极70的电子复合，并产生了可见光。由于发光层的分子有极性，因此施加电压导致这些分子的偶极子朝相同的方向排列，例如，上述分子的所有正极性端均锚定(anchor)到对准层的表面上，且这些分子的所有负极性端均指向离开对准层表面的方向，或者，在固化过程中，反之亦然。
一旦将化学材料设置到对准层35或衬底30上，这些化学材料便会经历固化过程。在固化工程中，将电压同时施加到OLED材料，这便对准了OLED材料中的所有层中的极性发光化合物。在固化周期中，电压促进了材料内部的发光层的偶极子对准。
用于使发光偶极子取向的施加电压通常小于约7伏。在一个实施例中，该电压处于1伏至约7伏之间。在另一个实施例中，该电压处于3伏至约5伏之间。
可通过业内已知的任何技术来在衬底30上形成对准层35的不规则的非平滑表面。一个形成对准层35的不规则的非平滑表面的非限制性实例包括摩擦工艺或摩擦转移。摩擦转移包括通过在衬底上按压由对准材料制成的固体结构(例如但不限于片、条、块、杆、棒，等等)，在足够将该对准材料薄层转移到衬底的压力作用下，在选定的方向上，越过上述结构来拉所述固体对准材料。该摩擦转移的上述选定方向为随后各层的对准提供了定位方向。可选地，可以对衬底进行加热，以优化对准层的初始行为。
对准层的厚度使得它足以为随后的各层提供对准。这个厚度可以足够薄，以使得该层不完全绝缘。本发明的对准层的示范性厚度为0.1至20微米。本发明的一个实施例提供了厚度介于1到10微米之间的对准层，而另一个实施例提供了厚度介于5至7微米之间的对准层。
极性发光材料的厚度介于100埃至2000埃之间。在本发明的一个实施例中，极性发光层的厚度介于300至2000埃之间。在另一个实施例中，极性发光层的厚度介于800至2000埃之间。
在室温或更高的温度下，可以将极性发光化合物50设置到(示出层20与40的拓扑结构的)对准层35的不规则非平滑表面或衬底30的表面，以增强发光化合物层的均匀性。
本发明的其它实施例包括一种用于准备在显示设备中使用的OLED材料的过程。图2示出了一个示范性过程，该过程包括用导电层20和/或空穴传输层40涂覆衬底30，以形成带涂层衬底；摩擦该带涂层衬底，以形成对准层的凹槽或其他不规则表面；将极性发光化合物50设置到该带涂层衬底的不规则表面，并用该化合物来填充通过摩擦形成的凹槽或不规则结构；然后固化带涂层衬底，同时将其暴露在电场下。
本发明的另一个示范性实施例包括用导电层20和/或空穴传输层40涂覆衬底30，以形成带涂层衬底；将极性发光化合物50设置到带涂层衬底的表面；然后固化带涂层衬底，同时将其暴露在电场下。
本发明的另一个示范性实施例包括集成到显示设备的OLED材料。图3(未按比例)示出了该示范性实施例。当将电压从电源80施加到OLED结构时，OLED结构10发出的光300沿所施加电压的方向向显示器100传输。因为能将更多的由OLED结构10发出的光传送至用户，因此显示器100能以比业界当前已知的显示器功率更低的功率工作。
显示设备可包括光分配设备，如透镜、偏振器或光学观察元件。在集成本发明的OLED材料的情况下，显示器100可以是任何将来自OLED的光发送到观看者的元件。显示器100也包括其它元件，例如但不限于处理器、内存、电源或其它外围设备，其中，这些设备以独立或组合的方式给出。
本领域技术人员应当理解，也可以使用其它光分配设备，例如但不限于光波导、棱镜、透镜、菲涅耳透镜、漫射体、干涉仪，或任何其它可以将白光均匀地和高效地分配到显示设备上的光学器件。而且，可以将其他光学元件(例如但不限于偏振器、折射元件、衍射元件、带通滤波器，等等)方便地设置在OLED结构10的外部或该结构附近。通过将多个OLED面板用作光源，可进一步减小OLED结构10的尺寸，并可最小化所需的电功率。通过使用多色OLED面板，可以形成具有利用场序制彩色技术的部分或全部色彩的白光或图像。可选地，可以让光通过光分配设备，后者将光进行散射，以均匀地照射显示设备100。
本领域技术人员将进一步理解，可选地，可以将本发明的OLED结构10和其他OLED结构一起设置在显示设备10中。可以以随机的方式或按某种模式来设置OLED结构10，或者，可以以堆叠或串联的方式来设置这些结构，或是将它们设置为彼此邻接。OLED结构的设置取决于若干因素，这些因素包括(但不仅限于)显示器的大小、显示器的照明要求、色彩，等等。此外，业内技术人员将理解，OLED材料可以呈(例如但不限于)带状、膜状和块状，等等。
可通过OLED结构10的结构自身来操纵从本发明的OLED结构10发出的光，且该结构可发出白光或彩光。可以将发出彩光的OLED与发出白光的OLED进行组合，然后，将这两者集成到显示设备10中。
在本发明的实施例中，通过调节施加到OLED结构10的电流和驱动电压，可以改变发送到显示设备100的光的亮度和色彩的亮度。可以向堆叠中的各个层或串联的各个OLED结构10施加成比例的电流变化，以便以可选的方式改变观看者感知的色彩。
将来自OLED结构10的光在显示设备100上显示所需的电压可小于约15伏。在本发明的一个实施例中，显示来自OLED结构10的光所需的电压介于约1伏至约12伏之间。通过改变施加到OLED结构10的电压，可以改变所显示的来自OLED结构10的光的亮度。
可将本发明的OLED结构10集成到任何受益于图像显示器的系统之中。可以将OLED结构10集成到除LCD显示器或业内已知的其他显示器之外的(或取代这些LCD显示器或已知显示器的)显示器之中。包含显示设备的系统包括(但不限于)那些用于膝上型电脑、个人数字助理、蜂窝电话等的显示设备。
除显示设备100之外，系统也包括(但不仅限于)处理单元、系统内存和将包括系统内存在内的各系统器件连接到处理单元的系统总线。该系统总线可以是几种总线结构中的任何一种，包括内存总线或内存控制器、外围总线和采用任意总线架构的本地总线。例如(但不限于)，这类架构包括工业标准架构(ISA)总线、微通道架构(MCA)总线、增强型ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)本地总线和外围组件互连(PCI)总线(也称为Mezzanine总线)。
系统内存包括易失性和/或非易失性内存形式的计算机存储介质，如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。通常将包含基本程序(有助于在启动期间在系统内的各元件之间传递信息)的基本输入/输出系统存储在ROM中。RAM通常包含数据程序模块和/或可直接由处理单元访问和/或当前正由处理单元执行的计算机可执行指令。
尽管已结合示范性实施例具体示出和描述了本发明，但是，本领域技术人员将懂得，可以在形式和细节上对这些实施例进行前述的和其他的变更，而不至于背离本发明的范围和精神。因此，本发明不限于所述和所示出的精确形式，而是落在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于准备有机发光二极管(OLED)结构的过程，包括a.用导电材料涂覆衬底，以形成阳极；b.用空穴传输材料涂覆所述阳极，以形成带涂层衬底；c.向所述带涂层衬底可选地施加摩擦，以形成不规则的表面对准层；d.向所述带涂层衬底敷设极性有机化合物，并可选地允许该极性有机化合物填充(c)中形成的所述不规则的表面对准层，以形成处理过的带涂层衬底；e.固化所述处理过的带涂层衬底，同时将所述处理过的带涂层衬底暴露在电场下。
2.如权利要求1所述的过程，其中，在固化所述处理过的带涂层衬底的过程中，将所述处理过的带涂层衬底暴露在小于5伏的电场下。
3.如权利要求1所述的过程，包括a.用导电材料涂覆衬底，以形成阳极；b.用聚酰亚胺材料涂覆所述阳极，以形成带涂层衬底；c.向所述带涂层衬底施加摩擦，以形成不规则的表面对准层；d.向所述带涂层衬底表面敷设极性有机化合物，且允许该极性有机化合物填充(c)中形成的凹槽，以形成处理过的带涂层衬底；e.固化所述处理过的带涂层衬底，同时将所述处理过的带涂层衬底暴露在电场下。
4.如权利要求1或3中之一所述的过程，其中，将所述带涂层衬底暴露在电场下，使所述极性有机化合物在单一取向上对准。
5.如权利要求1或3中之一所述的过程，其中，所述电场处于约1伏与7伏之间。
6.一种包括有机发光二极管结构的装置，包括a.集成到阳极衬底并连接到电源的阳极；b.涂覆在所述阳极上的导电层；c.涂覆在所述阳极上的用于形成带涂层衬底的空穴传输材料；d.在所述带涂层衬底上形成的可选的不规则表面对准层；e.敷设到所述带涂层衬底的所述表面的极性有机化合物，该化合物可选地填充在(c)中形成的所述不规则的表面对准层，以形成处理过的带涂层衬底；f.设置在所述极性有机化合物上的电子传输层；g.设置在所述电子传输层上的并由阴极衬底支持的阴极；h.连接到所述阳极和阴极的电源，其中，当将来自所述电源的电压施加在所述阳极和阴极上时，所述极性有机化合物中的偶极子在相同方向上取向。
7.如权利要求6所述的装置，其中，用聚酰亚胺材料涂覆所述阳极，以形成带涂层衬底。
8.如权利要求6所述的装置，其中，所述阳极衬底和阴极衬底选自由玻璃、塑料、石英、塑料膜、金属、陶瓷和聚合物组成的组。
9.如权利要求6所述的装置，其中，所述导电层选自由铟锡氧化物、铟锌氧化物、掺杂铝的氧化锌、掺杂铟的氧化锌、镁铟氧化物、镍钨氧化物、氮化镓、硒化锌和硫化锌组成的组。
10.如权利要求6所述的装置，其中，所述空穴传输材料选自由单芳基胺、二芳基胺、三芳基胺、聚芳基胺、聚N-乙烯基咔唑、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺和它们的共聚物组成的组。
11.如权利要求6所述的装置，其中，所述极性有机化合物选自由荧光染料、磷光化合物、过渡金属络合物、苯基吡啶的铱络合物、香豆素、聚芴和聚芳撑乙烯组成的组。
12.如权利要求6所述的装置，其中，所述电子传输层是螯合金属的8-羟基喹啉类化合物。
13.一种系统，包括用于执行至少一组机器可读指令的中央处理单元；用于共享所述机器可读指令的存储设备；以及包含OLED结构的显示器，所述OLED结构包括至少一个包含在单个方向上取向的偶极子的极性发光层，其中，所述显示器设备用于响应所述成组的机器可读指令来显示图像。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述OLED结构包括a.集成到阳极衬底并连接到电源的阳极；b.涂覆在所述阳极上的导电层；c.涂覆在所述阳极上的用于形成带涂层衬底的空穴传输材料；d.在所述带涂层衬底上形成的可选的不规则表面对准层；e.敷设到所述带涂层衬底的所述表面的极性有机化合物，该化合物可选地填充在(c)中形成的所述不规则表面对准层，以形成处理过的带涂层衬底；f.设置在所述极性有机化合物上的电子传输层；g.设置在所述电子传输层上的并由阴极衬底支持的阴极；h.连接到所述阳极和阴极的电源，其中，当将来自所述电源的电压施加在所述阳极和阴极上时，所述极性有机化合物中的偶极子在相同方向上取向。
15.如权利要求14所述的系统，其中，用聚酰亚胺材料涂覆所述阳极，以形成带涂层衬底。
16.如权利要求14所述的系统，其中，所述阳极衬底和阴极衬底选自由玻璃、塑料、石英、塑料膜、金属、陶瓷和聚合物组成的组。
17.如权利要求14所述的系统，其中，所述导电层选自由铟锡氧化物、铟锌氧化物、掺杂铝的氧化锌、掺杂铟的氧化锌、镁铟氧化物、镍钨氧化物、氮化镓、硒化锌和硫化锌组成的组。
18.如权利要求14所述的系统，其中，所述空穴传输材料选自由单芳基胺、二芳基胺、三芳基胺、聚芳基胺、聚N-乙烯基咔唑、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺和它们的共聚物组成的组。
19.如权利要求14所述的系统，其中，所述极性有机化合物选自由荧光染料、磷光化合物、过渡金属络合物、苯基吡啶的铱络合物、香豆素、聚芴和聚芳撑乙烯组成的组。
20.如权利要求14所述的系统，其中，所述电子传输层是螯合金属的8-羟基喹啉类化合物。
全文摘要
本发明的某些实施例涉及显示设备中有用的OLED材料和用于制造这类材料的过程。OLED包括与一个或多个衬底集成的极性化合物。当将极性化合物同时固化且对其施加电压或电场时，这些极性化合物朝电压的方向取向。这种取向导致从OLED材料发出的光在一个方向上辐射。其他实施例涉及包含具有极性发光层的显示设备的系统，其中，上述极性发光层的偶极子朝单一方向取向。
文档编号H01L51/50GK1973387SQ200580021168
公开日2007年5月30日 申请日期2005年5月13日 优先权日2004年6月30日
发明者D·钟 申请人:英特尔公司