BRPI0809502A2 - Diodo orgânico emissor de luz (oled) com acoplamento externo melhorado - Google Patents
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Description
DIODO ORGÂNICO EMISSOR DE LUZ (OLED) COM DESACOPLAMENTO MELHORADO
Este requerimento está relacionado ao Requerimento Norte-americano n° 11/729.877, preenchido em 30 de março de 2007, intitulado OLED com Desacoplamento de Luz Melhorado e o Requerimento Norte-americano n° 12/059.783, preenchido em 31 de março de 2008, intitulado Low Index Grids - LIG (Grades de Baixo índice) para aumentar a Luz Desacoplada do OLED Superior ou Transparente.
Direitos do governo Esta invenção foi desenvolvida com apoio do Governo dos Estados Unidos sob o contrato n° DE-FG02-04ER84113 outorgado pelo Departamento de Energia. 0 governo possui determinados direitos sobre a invenção.
Contratos de pesquisa em comum A invenção reivindicada foi desenvolvida por, em nome de e/ou relacionada a uma ou mais das seguintes partes para um contrato de pesquisa de sociedade universitária conjunta: Princeton University, University of Southern Califórnia, University of Michigan e Universal Display Corporation. 0 contrato entrou em vigor antes e na data do desenvolvimento da invenção reivindicada, e a invenção foi desenvolvida como resultado de atividades empreendidas de acordo com o escopo do contrato.
Campo da invenção A presente invenção está relacionada a dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) e, mais especificamente, dispositivos orgânicos emissores de luz com material de baixo indice refrativo otimizando o desacoplamento da luz.
Antecedente da invenção Os dispositivos optoeletrônicos que fazem uso dos materiais orgânicos estão se tornado cada vez mais desejados por vários motivos. Muitos dos materiais usados para criar tais dispositivos são relativamente baratos, portanto, os dispositivos optoeletrônicos têm vantagens consideráveis no custo em relação aos dispositivos inorgânicos. Além disso, as propriedades inerentes aos materiais orgânicos, como sua flexibilidade, podem torná5 Ios bem apropriados para aplicações especificas como fabricação em um substrato flexível. Exemplos de dispositivos optoeletrônicos orgânicos incluem dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs), fototransistores orgânicos, células fotovoltaicas orgânicas e fotodetectores 10 orgânicos. Para OLEDs, os materiais orgânicos podem ter vantagens de desempenho sobre os materiais convencionais. Por exemplo, o comprimento de onda em que uma camada emissiva orgânica emite luz geralmente pode ser facilmente ajustado com dopantes apropriados.
Conforme usado aqui, o termo "orgânico" inclui
materiais poliméricos, bem como materiais orgânicos de molécula pequena que podem ser usados para fabricar dispositivos optoeletrônicos. "Molécula pequena" se refere a qualquer material orgânico que não seja um polímero e 20 "moléculas pequenas" na verdade podem ser relativamente grandes. As moléculas pequenas podem incluir unidades repetidas em algumas circunstâncias. Por exemplo, o uso de um grupo de alquil de cadeia longa, como um substituinte, nâo exclui uma molécula da classe de "molécula pequena". 25 Moléculas pequenas também podem ser incorporadas em polímeros, por exemplo, como um grupo pendente na cadeia principal de um polímero ou como parte da cadeia principal. As moléculas pequenas também podem servir como a metade do núcleo de um dendrímero, que consiste em uma série de 30 cápsulas químicas incorporadas na metade do núcleo. A metade do núcleo de um dendrímero pode ser um emissor de molécula pequena fluorescente ou fosforescente. Um dendrímero pode ser uma "molécula pequena" e acredita-se que todos os dendrímeros atualmente usados no campo de OLEDs sejam moléculas pequenas. De modo geral, uma molécula pequena possui uma fórmula química bem definida com um único peso molecular, enquanto um polímero possui uma fórmula química e um peso molecular que podem variar de 5 molécula para molécula. Conforme usado aqui, o termo "orgânico" inclui complexos de metal de hidrocarbil e ligantes de hidrocarbil substituídos por heteroátomo.
Os OLEDs fazem uso de filmes orgânicos finos que emitem luz quando tensão é aplicada no dispositivo. Os 10 OLEDs estão se tornando cada vez mais uma tecnologia interessante para uso em aplicações como monitores de tela plana, iluminação e iluminação posterior. Vários materiais OLED e configurações são descritos nas Patentes Norteamericanas n°s. 5.844.363, 6.303.238 e 5.707.745, incluídas 15 aqui integralmente para referência.
Os dispositivos de OLED geralmente (mas nem sempre) emitem a luz através de pelo menos um dos eletrodos e um ou mais eletrodos, e um ou mais eletrodos transparentes podem ser úteis em dispositivos optoeletrônicos. Por exemplo, um 20 material de eletrodo transparente como óxido de estanho e índio (ITO) pode ser usado como o eletrodo base. Um eletrodo superior transparente, como divulgado nas Patentes Norte-americanas n°s 5.703.436 e 5.707.745, incluídas aqui integralmente para referência, também pode ser usado. Para 25 um dispositivo que deve emitir a luz somente através do eletrodo inferior, o eletrodo superior não precisa ser transparente e pode consistir em uma camada de metal refletora com condutividade elétrica elevada. De maneira semelhante, para que um dispositivo emita luz apenas 30 através do eletrodo superior, o eletrodo inferior pode ser opaco e refletivo. Onde um eletrodo não precisar ser transparente, o uso de uma camada mais grossa pode fornecer melhor condutividade e o uso de um eletrodo refletivo pode aumentar a quantidade de luz emitida através de outros eletrodos, refletindo a luz de volta para o eletrodo transparente. Os dispositivos completamente transparentes também podem ser fabricados, onde os dois eletrodos são transparentes. Os OLEDs de emissão lateral também podem ser 5 fabricados, e um ou os dois eletrodos podem ser opacos ou refletivos em tais dispositivos.
Conforme usado aqui, "superior" significa mais distante do substrato, enquanto "inferior" significa mais perto do substrato. Por exemplo, para que um dispositivo 10 tenha dois eletrodos, o eletrodo inferior é o eletrodo mais próximo do substrato e geralmente é o primeiro eletrodo fabricado. O eletrodo inferior tem duas superfícies, uma superfície inferior mais próxima do substrato e uma superfície superior mais afastada do substrato. Onde uma 15 primeira camada é descrita como "disposta sobre" uma segunda camada, a primeira camada é disposta distante do substrato. Pode haver outras camadas entre a primeira e a segunda camadas, a não ser que seja especificado que a primeira camada está "em contato físico com" a segunda 20 camada. Por exemplo, um- cátodo pode ser descrito como "disposto sobre" um anodo, muito embora haja várias camadas orgânicas no meio.
Conforme usado aqui, "solução processável" significa capaz dê ser dissolvida, dispersa ou transportada em e/ou depositada de um meio líquido, na forma de solução ou de suspensão.
Conforme usado aqui, e como geralmente é compreendido por um especialista na arte, um primeiro nível de energia H0M0 ("Highest Occupied Molecular Orbital") ou LUMO 30 ("Lowest Unoccupied Molecular Orbital") será "maior que" ou "mais alto que" um segundo nível de energia HOMO ou LUMO se o primeiro nível de energia for mais próximo do nível de energia de vácuo. Visto que os potenciais de ionização (IP) são medidos como uma energia negativa relativa para um nível de vácuo, um nível de energia HOMO mais alto corresponde a um IP com um valor absoluto menor (um IP que seja menos negativo). Da mesma maneira, um nível de energia LUMO mais elevado corresponde a uma afinidade do elétron 5 (EA), com um valor absoluto menor (um EA que seja menos negativo). Em um diagrama do nível de energia convencional, com um nível de vácuo na parte superior, o nível de energia LUMO de um material é mais alto do que o nível de energia HOMO do mesmo material. Um nível de energia HOMO ou LUMO 10 "mais alto" aparece mais próximo da parte superior desse diagrama do que o nível de energia H0M0 ou LUMO "mais baixo".
Sumário da invenção Um OLED pode incluir regiões de um material com um índice refrativo menor que o do substrato ou o material emissivo orgânico, permitindo que a luz emitida em um modo de guia de onda seja extraída para o ar. Essas regiões podem ser colocadas de forma adjacentes às regiões emissivas de um OLED em uma direção paralela à dos eletrodos.' 0 substrato também pode receber uma forma não padrão para melhorar a conversão do modo de guia de onda e/ou luz do modo de vidro para o modo de ar. A eficiência de desacoplamento desse dispositivo pode ser de até três vezes a eficiência de um OLED padrão.
Um OLED pode ser fabricado depositando-se um primeiro
eletrodo sobre um substrato; depositando-se uma grade de um material de baixo índice possuindo um índice refrativo de 1,0 a 1,5 sobre o primeiro eletrodo; depositando-se um material emissivo orgânico sobre a grade de modo que o 30 material emissivo orgânico esteja em contato direto com a grade ou com o primeiro eletrodo; e depositando-se um segundo eletrodo sobre o material emissivo orgânico.
Breve descrição dos desenhos A figura 1 mostra um dispositivo orgânico emissor de luz com transporte de elétron separado, transporte de buraco e camadas emissivas, bem como outras camadas.
A figura 2 mostra o dispositivo orgânico emissor de luz invertido que não possui uma camada de transporte de elétron separado.
A figura 3 mostra um dispositivo orgânico emissor de luz com regiões de um material transparente com um baixo indice refrativo.
A figura 3B mostra uma parte de um dispositivo em que
o limite entre as regiões adjacentes é quase perpendicular.
A figura 3C mostra uma parte de um dispositivo em que o limite entre as regiões adjacentes é aproximado.
A figura 3 mostra um dispositivo orgânico emissor de luz com regiões de um material transparente com um baixo índice refrativo.
As figuras 4A e 4B mostram visões superiores de configurações de exemplo de uma região de baixo índice.
A figura 5A mostra valores simulados para a quantidade de luz convertida no· modo de ar e no modo de vidro para um dispositivo com uma região de baixo índice.
A figura 5B mostra emissão simulada para um dispositivo com uma grade hexagonal de um material de baixo índice com um índice refrativo de 1,03.
A figura 6A mostra um dispositivo·'.·com uma lâmina de
microlente.
A figura 6B mostra um dispositivo com uma camada de baixo índice fina disposta entre o substrato e um eletrodo.
A figura 7 mostra a proporção de luz emitida por um dispositivo com microlente, possuindo uma grade hexagonal de material de baixo índice para um intervalo de índices refrativos.
A figura 8 mostra a proporção de luz emitida por um OLED convencional, um OLED com microlente ideal e um OLED com microlente ideal e uma grade hexagonal de material de baixo índice com um índice refrativo de 1,29.
A figura 9 mostra a luz emitida por um OLED convencional e um OLED com uma grade hexagonal de um material de baixo índice possuindo um índice refrativo de 1,2 e uma camada inserida de Teflon AF possuindo um índice refrativo de 1,29.
A figura 10 mostra a emissão de um dispositivo possuindo a mesma estrutura que a figura 9, mas com o material de baixo índice possuindo um índice refrativo de 1,29.
A figura 11, mostra a distribuição angular de luz em um substrato de vidro sem uma camada de índice inferior.
A figura 12, mostra a distribuição angular de luz em um substrato de vidro com uma camada de índice inferior.
A figura 13 mostra a proporção de luz emitida como uma função do ângulo de emissão para várias estruturas de dispositivo.
A figura 14 mostra a proporção da luz no modo de ar e modo de vidro em dispositivos", com várias espessuras de eletrodo.
A figura 15 mostra a- proporção de luz em vários modos para dispositivo possuindo regiões de baixo índice de largura variável.
A figura 16 mostra a proporção de luz em vários modos
para um dispositivo com regiões orgânicas de 4 μιη a 10 μπ\.
A figura 17 mostra a proporção de luz em vários modos para dispositivo possuindo regiões de baixo índice com índices e geometrias refrativas variáveis.
A figura 18 mostra um dispositivo orgânico emissor de
luz de emissão transparente ou superior com várias regiões de um material transparente com um baixo índice refrativo. As figuras 19A-19C mostram um OLED de emissão transparente ou superior com um LIG incorporado na camada orgânica.
As figuras 20A-20C mostram valores simulados para o aperfeiçoamento na eficiência de desacoplamento de um OLED de emissão transparente ou superior com um LIG retangular.
A figura 21 mostra um OLED de emissão transparente ou superior possuindo uma lâmina de microlente.
Descrição detalhada Em geral, um OLED consiste em pelo menos uma camada
orgânica disposta entre e eletricamente conectada a um anodo e a um cátodo. Quando uma corrente é aplicada, o anodo injeta buracos, e o cátodo injeta elétrons na(s) camada(s) orgânica(s). Os buracos e os elétrons injetados 15 migram em direção oposta ao elétrodo carregado. Quando um elétron e um buraco estão localizados na mesma molécula, é formado um "éxciton", que é um par elétron-buraco localizado que contém um estado de energia excitado. A luz é emitida quando o éxciton relaxa por meio de um mecanismo 20 fotoemissor. Em alguns casos, o éxciton pode estar localizado em um excímero ou em um exciplexo. Mecanismos não-radiativos, como de relaxação. térmica, também podem ocorrer, mas geralmente são considerados indesejáveis.
A figura 1 mostra um dispositivo orgânico emissor de 25 luz 100. As figuras não estão necessariamente desenhadas em escala. 0 dispositivo 100 pode incluir um substrato 110, um anodo 115, uma camada de injeção de buraco 120, uma camada transportadora de buraco 125, uma camada de bloqueio de elétrons 130, uma camada emissora 135, uma camada de 30 bloqueio de buraco 140, uma camada transportadora de elétrons 145, uma camada de injeção de elétrons 150, uma camada protetora 155 e um cátodo 160. O cátodo 160 é um cátodo composto que tem uma primeira camada condutora 162 e uma segunda camada condutora 164. O dispositivo 100 pode ser fabricado depositando-se as camadas descritas, em ordem.
0 substrato 110 pode ser qualquer substrato adequado que forneça propriedades estruturais desejadas. 0 substrato 110 pode ser flexível ou rígido. O substrato 110 pode ser transparente, translúcido ou opaco. Plástico e vidro são exemplos de materiais de substrato rígidos preferenciais. Lâminas de plástico e metal são exemplos de materiais de substrato rígidos flexíveis, o substrato 110 pode ser um material semicondutor para facilitar a fabricação do circuito. Por exemplo, o substrato 110 pode ser um wafer de silício sobre o qual os circuitos são fabricados, capaz de controlar OLEDs subsequentemente depositados no substrato. Outros substratos podem ser usados. 0 material e a espessura do substrato 110 podem ser escolhidos para obter propriedades estruturais e óticas desejadas.
0 anodo 115 pode ser qualquer anodo adequado suficientemente condutivo para transportar buracos até as camadas orgânicas. 0 material de anodo 115 possui 20 preferencialmente uma função de trabalho superior a cerca de 4 eV (um "material de função de trabalho elevada") . Os materiais de anodo preferenciais incluem óxidos de metal como óxido de estanho e índio (ITO) e óxído de zinco e índio (IZO), óxido de zinco e alumínio (AlZnO) e metais. O 25 anodo 115 (e o substrato 110) podem ser suficientemente transparentes para criar um dispositivo emissor inferior. Uma combinação de substrato e anodo transparente preferencial é o ITO (anodo) comercialmente disponível depositado sobre o vidro ou plástico (substrato). Uma 30 combinação de substrato-anodo flexível e transparente é divulgada nas Patentes Norte-americanas n°s. 5.844.363 e 6.602.540 B2, incluídas aqui para referência integralmente.
0 anodo 115 pode ser opaco e/ou refletivo. Um anodo refletivo 115 pode ser preferencial para alguns dispositivos emissores superiores para aumentar a quantidade de luz emitida da parte superior do dispositivo.
0 material e a espessura do anodo 115 podem ser escolhidos para obter propriedades condutivas e óticas desejadas. No 5 caso em que o anodo 115 for transparente, poderá haver uma faixa de espessura para um material em particular que seja espessa o suficiente para fornecer a condutividade desejada e fina o suficiente para fornecer o grau de transparência desejado. Outros materiais e estruturas de anodo podem ser 10 usados.
A camada transparente do buraco 125 pode incluir um material capaz de transportar buracos. A camada de transporte de buraco 130 pode ser intrínseca (não dopada) ou dopada. A dopagem pode ser usada para aperfeiçoar a 15 condutividade. α-NPD e TPD são exemplos de camadas de transporte de buraco intrínseca. Um exemplo de uma camada
1 de transporte de buraco dopada p é a m-MTDATA dopada com F4-TCNQ a uma proporção molar de 50:1, conforme divulgado na publicação de requerimento de patente norte-americana n° 20 2003-0230980 de Forrest e outros, incluída aqui integralmente para referência. Outras camadas de transporte de buraco podem ser usadas.’
A camada emissiva 135 pode incluir um material orgânico capaz de emitir luz quando uma corrente passa 25 entre o anodo 115 e o cátodo 160. Preferencialmente, a camada de emissão 135 contém um material emissor fosforescente, embora os materiais emissores fluorescentes também possam ser usados. Os materiais fosforescentes são preferidos por causa das eficiências luminescentes mais 30 altas com tais materiais. A camada de emissão 135 também pode consistir em um material hospedeiro capaz de transportar elétrons e/ou buracos, dopados com um material emissor que pode aprisionar elétrons, buracos e/ou éxcitons, de modo que os éxcitons relaxem a partir do material emissor por meio de um mecanismo fotoemissor. A camada emissora 135 pode consistir em um material único que combina propriedades de transporte e de emissão. Se o material emissor for um dopante ou um constituinte 5 principal, a camada emissora 135 poderá consistir em outros materiais, como dopantes que ajustam a emissão do material emissor. A camada emissora 135 pode incluir vários materiais emissores capazes de, em combinação, emitir um espectro de luz desejado. Exemplos de materiais emissivos 10 fosforescentes incluem Ir(ppy)3. Exemplos de materiais emissivos fluorescentes incluem DCM e DMQA. Exemplos de materiais hospedeiros incluem Alq3, CBP e mCP. Exemplos de materiais emissivos e hospedeiros são divulgados na Patente Norte-americana n° 6,303,238 de Thompson, e outros, 15 incluída aqui integralmente para referência. Os materiais emissivos podem ser incluídos na camada emissiva 135 de várias maneiras. Por exemplo, uma molécula pequena emissiva pode ser incorporada a um polímero. Isso pode ser realizado de várias maneiras: dopando a molécula pequena no polímero 20 como uma espécie separada e distinta; ou incorporando a molécula pequena na cadeia principal do polímero para formar um copolímero; ou ligando a molécula pequena como um grupo pendente no polímero. Outros materiais e estruturas da camada emissiva podem ser usados. Por exemplo, um 25 material emissivo de molécula pode estar presente como o núcleo -de um dendrímero.
A camada transparente do buraco 14 5 pode incluir um material capaz de transportar elétrons. A camada de transporte de elétron 145 pode ser intrínseca (não dopada) 30 ou dopada. A dopagem pode ser usada para aperfeiçoar a condutividade. Alq3 é um exemplo de uma camada de transporte de elétron intrínseca. Um exemplo de uma camada de transporte de elétron dopada n é a BPhen dopada com Li em uma proporção molar de 1:1, conforme divulgado na publicação de requerimento de patente norte-americana n° 2003-02309890 de Forrest, e outros, incluída aqui integralmente para referência. Outras camadas de transporte de elétron podem ser usadas.
O cátodo 160 pode ser qualquer material ou combinação
adequada de materiais conhecidos na arte, de modo que o cátodo 160 seja capaz de conduzir elétrons e injetá-los nas camadas orgânicas do dispositivo 100. O cátodo 160 pode ser transparente ou opaco e pode ser refletivo. Metais e óxidos 10 de metal são exemplos de materiais de cátodo adequados. 0 cátodo 160 pode ser uma única camada ou ter uma estrutura composta. A figura 1 mostra um cátodo composto 160 com uma camada de metal fina 162 e uma camada de óxido de metal condutivo mais grossa 164. Em um cátodo composto, os 15 materiais preferenciais para a camada mais grossa 164 incluem ITO, IZO e outros materiais conhecidos na arte. As patentes norte-americanas 5.703.436, 5.707.745, 6.548.956 B2 e 6.576.134 B2, incluídas aqui integralmente para referência, divulgam exemplos de cátodos que incluem 20 cátodos composto com uma camada fina de metal como Mg: Ag com uma camada de ITO transparente sobreposta, condutiva eletricamente depositada por pulverização. A parte do cátodo 160 que está em contato com a camada orgânica subjacente, se ela for uma única camada do cátodo 160, a 25 camada de metal fina 162 de um cátodo composto, ou alguma outra parte, é preferencialmente constituída de um material que possua uma função de trabalho menor que cerca de 4 eV (um "material de função de trabalho baixa"). Outros materiais e estruturas de cátodo podem ser usados.
As camadas de bloqueio podem ser usadas para reduzir o
número de portadores de carga (elétrons ou buracos) e/ou éxcitons que deixam a camada emissora. Uma camada de bloqueio de elétron 130 pode ser disposta entre a camada emissiva 135 e a camada de transporte de buraco 125, para bloquear elétrons e impedir que eles saiam da camada emissiva 135 na direção da camada de transporte do buraco 125. De modo semelhante, uma camada de bloqueio de buraco 140 pode ser disposta entre a camada emissiva 135 e a 5 camada de transporte de elétron 145 para bloquear os buracos e impedir que saiam da camada emissiva 135 na direção da camada de transporte de elétron 145. As camadas de bloqueio também podem ser usadas para bloquear éxcitons contra a difusão da camada emissiva. A teoria e o uso de 10 camadas de bloqueio são descritos em mais detalhes na patente norte-americana n° 6.097.147 e na publicação do requerimento de patente norte-americana N0 2003-02309890 de Forrest, e outros, incluídas aqui integralmente para referência.
Conforme usado aqui e como pode ser compreendido por
um especialista na arte, o termo "camada de bloqueio" significa que a camada fornece uma barreira que inibe significativamente o transporte de portadores de carga e/ou éxcitons pelo dispositivo, sem necessariamente sugerir que 20 a camada bloqueia completamente os portadores de carga e/ou éxcitons. A presença de uma camada de bloqueio desse tipo em um dispositivo pode resultar em eficiências. consideravelmente mais elevadas, quando comparado a um dispositivo semelhante sem uma camada de bloqueio. Além 25 disso, uma camada de bloqueio pode ser usada para confinar a emissão em uma região desejada de um OLED.
Em geral, as camadas de injeção consistem em um material que pode melhorar a injeção de portadores de carga de uma camada, como um eletrodo ou uma camada orgânica, em 30 uma camada orgânica adjacente. As camadas de injeção também podem desempenhar uma função de transporte de carga. No dispositivo 100, a camada de injeção do buraco 120 pode ser qualquer camada que aprimore a injeção de buracos do anodo 115 na camada de transporte de buraco 125. O CuPc é um exemplo de um material que pode ser usado como uma camada de injeção de buraco de um anodo ITO 115 e outros anodos. No dispositivo 100, a camada de injeção de elétron 150 pode ser qualquer camada que aprimore a injeção de elétrons na camada de transporte de elétrons 14 5. LiF/Al é um exemplo de um material que pode ser usado como uma camada de injeção de elétron na camada de transporte de elétron de uma camada adjacente. Outros materiais ou combinações de materiais podem ser usados para as camadas de injeção. Dependendo da configuração de um dispositivo em particular, as camadas de injeção podem ser dispostas em locais diferentes dos mostrados no dispositivo 100. Mais exemplos de camadas de injeção são fornecidos no requerimento de patente norte-americana com número de série 09/931.948 de Lu, e outros, incorporado aqui integralmente para referência. Uma camada de injeção de buraco pode consistir em um material depositado da solução, como um polímero que passou por "spin-coating", por ex. , PED0T:PSS, ou pode ser um material de molécula pequena depositado, por ex. , CuPc ou MTDATA.
Uma camada de injeção de buraco (HIL) pode planarizar ou molhar a superfície do anodo para fornecer injeção de buraco eficiente proveniente do anodo e para o material de injeção de buraco. Uma camada de injeção de buraco também 25 pode ter um componente portador de carga contendo níveis de energia HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) que se igualam favoravelmente, conforme definido por suas energias potenciais de ionizaçâo (IP) relativa descrito aqui, com a camada de anodo adjacente em um lado do HIL e a camada de 30 transporte no lado oposto do HIL. 0 "componente portador de carga" é o material responsável pelo nível de energia HOMO que realmente transporta os buracos. Esse componente pode ser o material de base do HIL ou pode ser um dopante. 0 uso do HIL dopado, permite que o dopante seja selecionado por suas propriedades elétricas, e o hospedeiro seja selecionado pelas propriedades morfológicas como molhadura, flexibilidade, dureza etc. As propriedades preferidas para o material HIL são aquelas em que os buracos podem ser 5 injetados de modo eficiente do anodo para o material HIL. Em particular, o componente portador de carga do HIL tem, preferencialmente, um IP não superior a 0,7 ev maior do que o IP do material anodo. Mais preferencialmente, o componente portador de carga tem um IP não superior a 10 aproximadamente 0,5 eV maior do que o material anodo. Considerações semelhantes se aplicam a qualquer camada em que os buracos forem injetados. Os materiais HIL são ainda distinguidos dos materiais de transporte de buracos convencionais por serem geralmente usados na camada de 15 transporte de buraco de um OLED em que esses materiais HIL podem ter uma condutividade de buraco que seja consideravelmente menor do que a condutividade do buraco dos materiais de transporte de buraco convencionais. A espessura do HIL da presente invenção pode ser grossa o 20 suficiente para ajudar a planarizar ou molhar a superfície da camada de anodo. Por exemplo, uma espessura de HIL de um aproximadamente 10 nm pode ser aceitável para uma superfície de anodo muito lisa. Contudo, visto que as .superfícies do anodo tendem a ser muito ásperas, uma 25 espessura para o HIL de até 50 nm pode ser desejada em alguns casos.
Uma camada protetora pode ser usada para proteger as camadas subjacentes durante os processos de fabricação subseqüentes. Por exemplo, os processos usados para 30 fabricar eletrodos superiores de metal ou de óxido de metal podem danificar as camadas orgânicas, e uma camada protetora pode ser usada para reduzir ou eliminar esse tipo de dano. No dispositivo 100, a camada protetora 155 pode reduzir o dano às camadas orgânicas subjacentes durante a fabricação do cátodo 160. Preferencialmente, uma camada de proteção tem uma mobilidade portadora elevada para o tipo de portador que ela transporta (elétrons no dispositivo 100) , como o que não aumenta significativamente a tensão operacional do dispositivo 100. CuPc, BCP e vários ftalocianinas de metal são exemplos de materiais que podem ser usados nas camadas protetoras. Outros materiais ou combinações de materiais podem ser usados. A espessura da camada protetora 155 é preferencialmente grossa o suficiente para que haja pouco ou nenhum dano às camadas subjacentes em razão dos processos de fabricação que correm após a camada protetora orgânica 160 ser depositada, embora não seja tão grossa para aumentar significativamente a tensão operacional do dispositivo 100. A camada protetora 155 pode ser dopada para aumentar essa condutividade. Por exemplo, uma camada protetora de CuPc ou BCP 160 pode ser dopada com Li. Uma descrição mais detalhada das camadas protetoras pode ser encontrada no requerimento de patente norte-americano de número de série 09/931.948 de Lu, e outros, incluída aqu-i integralmente para referência.
A figura 2 mostra um OLED 200 invertido. O dispositivo inclui um substrato 210, um cátodo 215, uma camada emissiva 220, uma camada de transporte de buraco 225 e um anodo 230. 0 'dispositivo 200 pode ser fabricado depositando-se as 25 camadas descritas na ordem. Como a configuração do OLED mais comum possui um cátodo disposto sobre o anodo, e o dispositivo 200 possui cátodo 215 disposto sobre o anodo 230, o dispositivo 200 pode ser referido como um OLED "invertido". Materiais semelhantes aos descritos em relação 30 ao dispositivo 100 podem ser usados nas camadas correspondentes do dispositivo 200. A figura 2 fornece um exemplo de como algumas camadas podem ser omitidas da estrutura do dispositivo 100. A estrutura em camada simples ilustrada nas figuras 1 e 2 é fornecida por meio de um exemplo sem limitação e é compreendido que as representações da invenção podem ser usadas na conexão com uma ampla variedade de outras 5 estruturas. Os materiais e as estruturas específicas descritos aqui são apenas exemplos, e outros materiais e estruturas podem ser usados. Os OLEDs funcionais podem ser obtidos pela combinação de várias camadas descritas de diferentes maneiras, ou as camadas podem ser omitidas 10 completamente, com base no projeto, no desempenho e nos fatores de custo. Outras camadas não especificamente descritas também podem ser incluídas. Outros materiais, além daqueles especificamente descritos, podem ser usados. Embora muitos dos exemplos fornecidos aqui descrevam várias 15 camadas que compõem um único material, é compreendido que combinações de materiais, como uma mistura de hospedeiro e dopante ou, de modo geral, uma mistura, podem ser usadas. Além disso, as camadas podem ter várias subcamadas. Os nomes dados a várias camadas citados aqui não devem ser 20 estritamente limitadores. Por -exemplo, no dispositivo 200, a camada de transporte de buraco 225 transporta buracos e os injeta na camada emissiva 220 e pode ser descrito como uma camada de transporte de buraco ou uma camada de injeção de buraco. Em uma representação, um OLED pode ser descrito 25 como possuindo uma "camada orgânica" disposta entre um cátodo e um anodo. Essa camada orgânica pode consistir em uma única camada, ou pode ainda consistir em várias camadas de diferentes materiais orgânicos, conforme descrito, por exemplo, em relação às figuras 1 e 2.
As estruturas e os materiais não descritos
especificamente também podem ser usados, como OLEDs que consistem em materiais poliméricos (PLEDs), conforme divulgado na Patente Norte-americana N°. 5.247.190, Friend, e outros, incluída aqui integralmente para referência. Por meio de exemplo adicional, os OLEDs que têm uma única camada orgânica podem ser usados. Os OLEDs podem ser empilhados, por exemplo, conforme descrito na Patente Norte-americana N°. 5.707.745 de Forrest, e outros, incluida aqui integralmente para referência. A estrutura do OLED pode afastar-se da estrutura em camadas simples ilustrada nas figuras 1 e 2. Por exemplo, o substrato pode incluir uma superfície refletiva angulada para aprimorar o desacoplamento, como uma estrutura em forma de mesa, conforme descrito na Patente Norte-americana n° 6.091.195 de Forrest, e outros, e/ou uma estrutura em forma de poço, conforme descrito na Patente Norte-americana N°. 5.834.893 de Bulovic, e outros, incluídas aqui integralmente para referência.
Exceto se especificado ao contrário, qualquer uma das camadas das várias representações pode ser depositada por qualquer método. Para as camadas orgânicas, métodos preferenciais incluem evaporação térmica, jato de tinta, conforme descritos nas patentes n°s. 6.013.982 e 6.087.196, que estão incluídas integralmente .para referência, deposição orgânica em fase vapor (OVPD), conforme descrito na patente norte-americana n° 6.337.102 de Forrest, e outros, incluída para referência integralmente e deposição por impressão a jato em vapor orgânico (OVJP), conforme descrito no requerimento de patente norte-americano n° 10/233.470, incluída aqui para referência integralmente. Outros métodos de deposição adequados incluem "spin coating" e outros processos baseados em solução. Os processos baseados em solução são preferencialmente executados em nitrogênio ou em uma atmosfera inerte. Para as outras camadas, os métodos preferidos incluem evaporação térmica. Os métodos de exemplo preferenciais incluem deposição através de uma máscara, soldagem a frio conforme descrito nas patentes norte-americanas 6.294.398 e 6.468.819, incluídas aqui integralmente para referência e modelo associado a alguns dos métodos de deposição como jato de tinta e OVJP. Outros métodos também podem ser usados. Os materiais a serem depositados podem ser 5 modificados para torná-los compatíveis com um método de deposição específico. Por exemplo, substituintes como grupos de alquil e de aril, ramificados ou não ramificados e que contêm preferencialmente pelo menos três carbonos, podem ser usados em moléculas pequenas para aperfeiçoar sua 10 capacidade de passar pelo processo de solução. Os substituintes que contém 20 carbonos ou mais podem ser usados e 3-20 carbonos é uma faixa preferencial. Os materiais com estruturas assimétricas podem ter processo de solução melhor do que aqueles que têm estruturas 15 simétricas, pois os materiais assimétricos podem ter uma tendência menor a recristalizar. Os substituintes de dendrímero podem ser usados para aperfeiçoar a capacidade de moléculas pequenas passarem pelo processamento da solução.
Os dispositivos fabricados de acordo com as
representações da invenção podem ser incorporados em uma ampla variedade de'produtos de consumo, incluindo monitores de tela plana, monitores de computador, televisores, outdoors, luzes para iluminação interior, ou exterior e/ou sinalização, viseiras, monitores · '■ completamente
transparentes, monitores flexíveis, impressoras a laser, telefones, telefones celulares, PDAs (Personal Digital Assistants), computadores laptop, câmeras digitais, filmadoras, visores, micromonitores, veículos, grandes 30 paredes, tela de cinema ou de estádio ou um sinal. Vários mecanismos de controle podem ser usados para controlar dispositivos fabricados de acordo com a presente invenção, incluindo matriz passiva e matriz ativa. Muitos dos dispositivos são indicados para uso . em temperatura confortável para os seres humanos, como 18°C a 30°C e mais preferencialmente em temperatura ambiente (20°C a 25°C).
Os materiais e as estruturas descritos aqui podem ter aplicações em outros dispositivos além dos OLEDs Por 5 exemplo, outros dispositivos optoeletrônicos como células solares orgânicas e fotodetectores orgânicos podem empregar materiais e estruturas. De modo geral, os dispositivos orgânicos, como transistores orgânicos, podem empregar materiais e estruturas.
Em muitos casos, uma grande parte de luz que se
original em uma camada emissiva em um OLED não escapa do dispositivo devido à reflexão interna na interface de ar, emissão de borda, dissipação nas . camadas emissivas ou outras camadas, efeitos de guia de onda na camada emissiva 15 ou outras camadas do dispositivo (ou seja, camadas de transporte, camadas de injeção, etc.) e outros efeitos. A luz gerada e/ou emitida por um OLED pode ser descrita como em vários modos, como "modo de ar" (a luz será emitida a partir de uma superfície de visualização do dispositivo, 20 como através do substrato) ou "modo de guia de onda" (a luz é aprisionada no dispositivo em razão dos efeitos da guia de onda). Modos específicos·podem ser descritos em relação à camada ou camadas em que a luz está aprisionada, como "modo orgânico" (a luz é aprisionada em uma ou mais camadas 25 orgânicas), "modo de eletrodo" (aprisionada em um eletrodo) e "modo de substrato" ou "modo de vidro" (aprisionada no substrato). Em um OLED comum, até 50-60% da luz gerada pela camada emissiva pode ser aprisionada em um modo de guia de onda e, portanto, pode ocorrer falha ao sair do 30 dispositivo. Além disso, até 20-30% da luz emitida pelo material emissivo em um OLED comum pode permanecer em um modo de vidro. Portanto, a eficiência de desacoplamento de um OLED comum pode ser baixa cerca de 20%. Para melhorar a eficiência de desacoplamento de um OLED, as regiões de um material transparente com um baixo índice refrativo podem ser colocadas adjacentes às regiões que contêm um material emissivo, em uma direção paralela a 5 um dos eletrodos de OLED. Essas regiões podem fazer com que a luz emitida pelo material emissivo insira um modo de vidro ou modo de ar, aumentando a proporção de luz emitida que saia do dispositivo.
Acredita-se que as eficiências de quantidade externa 10 dos OLEDs de emissão superior e transparentes possam ser aperfeiçoadas em 2 a 3 vezes, incorporando períodos de material de baixo índice nestes dispositivos sem distorcer os espectros de visualização. É compreendido que um OLED de emissão transparente se refere a um OLED com eletrodos 15 superiores e inferiores consideravelmente transparentes. Também é compreendido que um OLED de emissão superior se refere a um OLED indicado para emissão luz somente através do eletrodo superior (transparente).
A figura 3A mostra uma visão lateral esquemática de um 20 dispositivo de exemplo 300 com regiões de baixo índice 310. 0 dispositivo inclui um substrato 304, eletrodos 301 e 303 e uma camada 302 que possui regiões de um ou mais materiais emissivos 305 e regiões de um material de baixo índice ■transparente 310. 0 dispositivo mostrado na figura 3A 25 também pode incluir várias outras camadas e estruturas descritas aqui.
O material de baixo índice consxste preferencialmente em um material que possui um índice refrativo menor que o índice refrativo do substrato e, mais preferencialmente, 30 que seja 0,15 a 0,4 inferior ao índice refrativo do substrato, pois isso pode aumentar a quantidade de luz do modo de guia de onda convertida no modo de ar e/ou modo de vidro. Pode ser preferencial, no material de baixo índice, a existência de um índice refrativo de 1,0 a 1,3 e, mais preferencialmente, 1,0 a 1,05. Com frequência, o material de baixo índice terá um índice refrativo inferior ao dos materiais orgânicos usados no dispositivo, visto que os materiais orgânicos usados nos OLEDs geralmente possuem 5 índice refrativo de cerca de 1,5-1,7. Vários materiais de baixo índice podem ser usados para a região de baixo índice, como Teflon, aerogéis, filmes graduados de SÍO2 e TÍO2, e camadas de nanorods de SiO2. Vários aerogéis são conhecidos na arte, como sílica, carbono, alumina e outros 10 aerogéis. Por exemplo, um aerogel de sílica pode ser fabricado com a mistura de um álcool líquido com um precursor de alcóxido de silício para formar um dióxido de silício sol-gel. 0 álcool é removido do gel e substituído por um gás que usa várias técnicas conhecidas na arte. Um 15 aerogel preparado que usa um método sol-gel pode ser preferencial em algumas configurações, visto que o índice refrativo pode ser controlado alterando-se proporções das soluções iniciais. Também é preferencial que o material de baixo índice seja transparente. Conforme usado aqui, um 20 material será "transparente" se, na escala e dimensão descritas para as camadas e regiões de baixo índice, a perda ótica total de luz que passa através da camada ou região de baixo índice em uma direção aproximadamente paralela aos eletrodos for menor de cerca de 50%. 0 25 material de baixo índice também pode ser um material não emissivo.
Para fins ilustrativos, a figura 3A mostra raios de exemplo 320, 330, 340 para indicar vários resultados possíveis quando a luz é emitida por material emissivo no 30 OLED. Embora alguma luz 330 produzida pelo material emissivo possa sair diretamente do dispositivo, a luz 320 produzida em um modo de guia de onda geralmente não sai da camada emissiva. No exemplo de ótica com base em raio mostrado na figura A, essa luz 320 pode ser exibida em um percurso dentro da camada emissiva em um ângulo suficientemente amplo em relação ao eletrodo normal que nunca será incidente sobre a interface da camada emissiva. De modo semelhante, a luz do modo de guia de onda 34 0 pode ser modelada como um raio que seja incidente sobre a interface de camada emissiva, mas um ângulo Θ alto o suficiente para passar pela reflexão total interna. Essa luz normalmente não é emitida da parte superior nem inferior do dispositivo 300, mas pode ser emitida de uma superfície lateral. Entretanto, as regiões de baixo índice próximas às regiões emissivas podem permitir wur a luz que normalmente não seria emitida pelo dispositivo, ou que só seria emitida de um lado do dispositivo, saia através de uma superfície de visualização do dispositivo. Conforme mostrado na figura 3A, a luz que entra nas regiões de baixo índice é refratada, permitindo que ela saia do dispositivo diretamente (320) ou após a reflexão de um eletrodo (340). Ou seja, a luz que passa através das regiões de baixo índice pode ser convertida do modo de guia de onda para o modo de ar, o que permite que seja emitida do dispositivo.
Embora a figura 3A mostre os limites entre as regiões de índice inferior 310 e as 'regiões orgânicas adjacentes 305 como interfaces planas perpendiculares aos eletrodos e substratos, este pode não ser sempre o caso. Por exemplo, 25 vários métodos de depósito podem ser usados para as regiões ■de baixo índice e/ou regiões orgânicas que resultam em limites aproximados, ou limites que não sejam perpendiculares ao substrato. A figura 3B mostra um exemplo de parte de um dispositivo em que o limite entre uma região 30 de baixo índice 310 e uma região orgânica adjacente 305 não é precisamente perpendicular aos eletrodos 301, 303. Embora uma configuração específica seja ilustrada, será compreendido que as regiões podem ter várias seções cruzadas diferentes das mostradas. De modo geral, é preferível que o limite entre as regiões adjacentes 305, 310 seja aproximadamente perpendicular a um eletrodo do dispositivo. Conforme usado aqui, o limite entre duas regiões adjacentes será "aproximadamente perpendicular" a 5 uma superfície se o ângulo entre o limite e um plano normal da superfície for de 20° ou menos. Portanto, na figura 3B, o limite entre as regiões 305 e 310 é aproximadamente perpendicular ao eletrodo 303 quando o ângulo ilustrado 350 é de 20° ou menos. O limite entre regiões adjacentes também 10 pode ser aproximado, conforme ilustrado na figura 3C. Nessa configuração, as regiões serão "aproximadamente perpendiculares" a uma superfície se o ângulo entre um plano de melhor ajuste 355 e um plano normal da superfície do dispositivo for de 20° ou menos. Portanto, o limite 15 entre as regiões 305, 310 mostradas na figura 3C é aproximadamente perpendicular ao eletrodo 303 quando o ângulo entre o plano de melhor ajuste 355 e um plano normal do eletrodo 303 é de 20° ou menos. Embora os desenhos descritos aqui não sejam desenhados em escala, os recursos 20 ilustrados nas figuras 3B-3C podem ser ampliados para ilustração.
A(s) região(ões) de baixo índice pode(em) se estender parcialmente entre os eletrodos e/ou outras camadas, conforme mostrado na figura 3D. Por exemplo, um material de 25 baixo índice 310 pode ser depositado em um eletrodo 303. 0 material-' de baixo índice pode ser depositado em vários padrões, grades e outras estruturas, conforme descrito anteriormente. Um ou mais materiais orgânicos podem ser depositados sobre o eletrodo 303 e as regiões de baixo 30 índice 310, resultando em uma camada orgânica com uma superfície irregular. Um eletrodo 301 ou outra camada pode ser depositada sobre a camada orgânica 305, de modo que a superfície resultante também seja irregular, ou o eletrodo 301 ou outras camadas possam ser depositadas para criar uma superfície lisa. Uma camada lisa 360 ou outra camada também pode ser depositada para criar uma superfície uniforme.
A região de baixo índice pode ser organizada em várias configurações no dispositivo. É recomendado que o material de baixo índice seja organizado em uma grade. Conforme usado aqui, uma "grade" se refere a um padrão de repetição do material. As figuras 4A-4B mostram disposições de exemplo do material e regiões de baixo índice para uso em um dispositivo. A figura 4A mostra uma visão superior do material de baixo índice 410 disposto em uma grade hexagonal. A figura 4B mostra uma visão superior do material de baixo índice 410 disposto em uma grade retangular. As estruturas mostradas nas figuras 4A-4B podem ser colocadas em um OLED em um plano paralelo a um ou ambos os eletrodos. Esse dispositivo pode ter uma seção cruzada equivalente ao dispositivo ilustrado na figura 3A. As regiões emissivas 420 podem incluir material emissivo, alterar materiais de transporte e/ou bloqueio e outras estruturas e camadas descritas aqui. Embora possa ser preferencial para cada parte repetida da grade ter aproximadamente as mesmas dimensões, as partes da grade podem ter dimensões variáveis. Para um padrão regular, ou seja, um em que as regiões de material emissivo sejam cercadas por regiões de baixo índice, cada uma tendo a mesma dimensão, a grade pode ser caracterizada por uma largura 421. Por exemplo, uma grade retangular comum possui regiões emissivas que são quadradas quando vistas de cima. Outros tipos de grade, como triangular ou octogonal, também podem ser usados, bem como vários outros padrões e estruturas.
Em alguns casos, a forma específica da grade pode ser selecionada com base em qualidades desejadas do dispositivo resultante. Por exemplo, a figura 5A mostra valores simulados da quantidade de luz convertida no modo de ar e modo de vidro para um dispositivo com material de baixo indice disposto nas grades exibidas nas figuras 4A e 4B para um intervalo de índices refrativos. Os dados são simulados para um dispositivo que tenha regiões emissivas 5 orgânicas de cerca de 5 pm de largura, regiões de baixo índice de cerca de 0,8 μπ\ de largura e um eletrodo ITO superior de 100 nm de espessura. É mostrada uma quantidade de luz convertida no final no modo de ar em um dispositivo com uma grade quadrada (espalhamento vertical) e uma grade 10 hexagonal (sólida) e no modo de vidro em um dispositivo com uma grade quadrada (espalhamento horizontal) e uma grade hexagonal (espalhamento diagonal). Os níveis se aproximam desses para um OLED convencional, ou seja, um sem regiões de baixo índice, quando a região de baixo índice é modelada 15 com um índice refrativo em torno de 1,7-1,8 (510). Isso é esperado, visto que os materiais orgânicos geralmente usados nos OLEDS podem ter índices refrativos de cerca de 1,7-1,8.
A figura 5B mostra emissão simulada para um dispositivo com uma grade hexagonal de um material de baixo índice com um índice refrativo de 1,03. A largura das regiões emissivas é de 5 pm, a largura das regiões de baixo índice é de 0,8 ym, e o eletrodo é uma camada de ITO de 100 nm. Quando as regiões de baixo índice são usadas (espalhamento horizontal), a eficiência de desacoplamento do dispositivo pode aumentar para 0,44, conforme mostrado. Um OLED com microlente ideal disposta na superfície de visualização (espalhamento cruzado) geralmente possui uma eficiência de desacoplamento de cerca de 0,32, enquanto o valor medido para esse dispositivo geralmente é de cerca de 0,26. Para um OLED convencional (sem espalhamento), a eficiência de desacoplamento do dispositivo modelado é de cerca de 0,17. Conforme mostrado na figura 5A, à medida que o índice refrativo da região de baixo índice aumenta, mais luz é convertida no modo de vidro, e menos luz é convertida no modo de ar. Em alguns casos, pode ser útil alterar a interface substrato-ar para que não fique paralela ao plano da camada orgânica, fazendo com mais luz seja convertida do modo de vidro para o modo de ar. Portanto, a região de baixo índice pode ter um efeito sinérgico com configurações que aperfeiçoam a conversão do modo de vidro para o modo de ar. Especificamente, a região de baixo índice pode converter luz de um modo orgânico para um modo de vidro, e a luz do modo de vidro pode ser convertida no modo de ar em razão da configuração ou composição do substrato. Por exemplo, uma lâmina de microlente 610, conforme mostrada na figura 6A, pode ser disposta de forma adjacente ao substrato, ou o substrato pode incluir uma microlente ou lâmina de microlente. Outras configurações podem ser usadas, como lentes de vidro hemisféricas em escala de centímetro ou um substrato que tenha superfície rugosa na interface substrato-ar. 0 substrato também pode incluir diferentes materiais, como materiais que possuem diferentes índices de refraçâo; isso também pode aumentar a quantidade de luz do modo de vidro convertido para o modo de ar. Conforme mostrado na figura 6B, uma camada fina 620 do .25 material de baixo índice como aerogel ou Teflon também pode ser disposta entre o substrato 304 e o. eletrodo 303. Esta camada também pode dirigir mais luz do modo de vidro para um modo de eletrodo ou orgânico, em que ela entrará em uma região de baixo índice e se tornará a luz do modo de vidro. As figuras 7 e 8 exibem a proporção calculada de luz
emitida por um dispositivo com a mesma estrutura básica que o dispositivo da figura 5B como uma função do ângulo de visualização. A figura 7 mostra a proporção de luz emitida por um dispositivo com microlente, com uma grade hexagonal de material de baixo indice com um índice refrativo de 1,03 (espalhamento cruzado), 1,2 (sem espalhamento) e 1,29 (sólido). Conforme ilustrada, a eficiência de desacoplamento do dispositivo pode ser de 0,60. A figura 8 mostra a proporção de luz emitida por um OLED convencional, um OLED (sem espalhamento), um OLED com microlente ideal (espalhamento cruzado) e um OLED com microlente e uma grade hexagonal de um material de baixo índice com um índice refrativo de 1,29 (sólido).
As figuras 9 e 10 mostram a proporção calculada de luz emitida como função do ângulo de emissão. 0 dispositivo possui a mesma estrutura que a descrita anteriormente, bem como uma camada fina de um material de baixo índice inserido entre o eletrodo do ITO e o material emissivo e regiões de baixo índice que separam regiões adjacentes de material emissivo. A figura 9 mostra a luz emitida por um OLED convencional (sem espalhamento) e um OLED com uma grade hexagonal de um material de baixo índice possuindo um índice refrativo de 1,2 e uma camada inserida de Teflon AF possuindo um índice refrativo de 1,29 (espalhamento cruzado). A figura 10 mostra a emissão de um dispositivo possuindo a mesma estrutura que a figura 9, mas com o material de baixo índice possuindo um índice refrativo de
1,'29. A eficiência de desacoplamento dos dispositivos mostrados nas figuras 9 e 10 pode ser de 0,32 (para um índice refrativo de 1,29 de material de baixo índice) a
0,34 (índice refrativo de 1,2).
A camada fina do material de baixo índice pode servir para alterar a distribuição angular de luz no substrato, reduzindo-se a quantidade de luz que passa pela reflexão interna total na interface substrato-ar. As figuras 11 e 12 mostram a distribuição angular de luz no substrato de vidro sem a camada de baixo índice e com a camada de baixo índice de um material que possui um índice refrativo de 1,29, respectivamente. As distribuições são mostradas para um OLED convencional (1110, 1120) e OLEDs com uma camada de baixo índice com índices refrativos de 1,03 (1120, 1220), 1,02 (1130, 1230) e 1,3 (1130, 1230).
Pode ser útil o uso da lâmina de microlente mostrada
na figura 6A e a camada de baixo índice ilustrada na figura 6B no mesmo dispositivo. A eficiência do desacoplamento para esse dispositivo pode ser de até 0,59. A figura 13 mostra a proporção de luz emitida como uma função do ângulo 10 de emissão para várias estruturas de dispositivo. São mostrados os valores de um OLED convencional (sem espalhamento) , um OLED com microlente ideal (espalhamento cruzado), um OLED com regiões de baixo índice com um índice refrativo de 1,29, uma camada de baixo índice e uma lâmina 15 de microlente (espalhamento diagonal cruzado) e um OLED com uma lâmina de microlente e regiões de baixo índice com uma região de material de baixo índice possuindo um índice refrativo de 1,29 (sólido).
A figura 18 mostra um dispositivo de exemplo que 20 possui regiões de baixo índice 1810. 0 dispositivo inclui um substrato 1804, eletrodos 1801 e 1803 e uma camada 1802 que possui regiões de um ou mais materiais emissivos 1805 e regiões de um material de baixo índice 1810. O dispositivo mostrado na-.figura 18 também pode incluir várias outras 25 camadas e estruturas descritas aqui.
0 material de baixo índice contém preferencialmente um material que possui um índice refrativo inferior ao índice refrativo do material emissivo, pois isso pode aumentar a quantidade luz do modo de guia de onda convertida no modo 30 de ar e/ou modo de vidro. Pode ser preferencial, no material de baixo índice, a existência de um índice refrativo de 1,0 a 3,0 e, mais preferencialmente, 1,0 a 1,50. Vários materiais de baixo índice podem ser usados para a região de baixo índice, como as descritas acima. As figuras 19A-19C mostram um dispositivo de exemplo com uma grade de baixo índice (LIG) incorporada na camada orgânica. 0 período da grade (o espaçamento entre as regiões de baixo índice) pode ser de micrômetros e maior 5 que o comprimento de onda da luz emitida. Acredita-se que esta periodicidade permita uma grande proporção de luz em um modo de guia de onda para de entrar na região de baixo índice, que redireciona a luz na direção do substrato normal do qual ela escapa do dispositivo. Acredita-se 10 também que como a periodicidade do LIG (cerca de 5-20 ym) é de magnitude maior que o comprimento de onda da luz emitida, o efeito de aperfeiçoamento é independente do comprimento de onda. Isso pode ser útil para TOLEDs de emissão branca, que podem ser caracterizados por um amplo 15 espectro, pois não há distorção considerável do espectro de emissão da luz extraída. A periodicidade do LIG também é maior que uma magnitude menor que um pixel de TOLED (que é de cerca de 195 a 380 μπι) e, portanto, pode não afetar o alinhamento entre o padrão do LIG e os pixels de TOLED.
Além disso, acredita-se que .a incorporação de um LIG
em um TOLED também elimina efeitos de rugosidade encontrados em alguns dispositivos, como os relatados em Cui e outros, "Optimization of Light Extraction from OLEDs", Optics Express Vol. 15, n° 8 (16 de abril de 2007). Para fins ilustrativos.·, a figura 18 mostra raios de
exemplo 1820, 1825, 1830 e 1835 para indicar vários resultados possíveis quando a luz é emitida por material emissivo no TOLED. A luz 1830 produzida em um modo de guia de onda geralmente não consegue sair da camada emissiva. No 30 exemplo de ótica com base em raio mostrado na figura 18, essa luz 1830 pode ser exibida em um percurso dentro da camada emissiva em um ângulo suficientemente amplo em relação ao eletrodo normal que nunca será incidente sobre a interface da camada emissiva. De modo semelhante, a luz do modo de guia de onda 1835 pode ser modelada como um raio que seja incidente sobre a interface de camada emissiva, mas um ângulo Θ alto o suficiente para passar pela reflexão total interna. Essa luz normalmente não é emitida da parte 5 superior nem inferior do dispositivo 1800, mas pode ser emitida de uma superfície lateral. Entretanto, as regiões de baixo índice próximas às regiões emissivas podem permitir wur a luz que normalmente não seria emitida pelo dispositivo, ou que só seria emitida de um lado do 10 dispositivo, saia através de uma superfície de visualização do dispositivo. Conforme mostrado na fiqura 18, a luz que entra nas regiões de baixo índice é refratada na direção do substrato normal, permitindo que ela saia do dispositivo diretamente (1830) ou após a reflexão de um eletrodo 15 (1835). Ou seja, a luz que passa através das regiões de baixo índice pode ser convertida do modo de guia de onda para o modo de ar, o que permite que seja emitida do dispositivo. Além disso, o LIG não afeta a luz que sai diretamente emitida da parte superior do dispositivo (1820) 20 ou da parte inferior (1825) para dispositivos transparentes.
O material de baixo índice 1810 pode ser depositado em um eletrodo 1801. 0 material de baixo índice pode ser depositado em vários padrões, grades e outras estruturas, 25 conforme descrito anteriormente, "üm ou mais materiais orgânicos 1805 podem ser depositados sobre o eletrodo 1803 e as regiões de baixo índice 1810, resultando em uma camada orgânica com uma superfície irregular. Um eletrodo 1803 ou outra camada pode ser depositado sobre a camada orgânica 30 1805, de modo que a superfície resultante também seja irreqular, ou o eletrodo 1803 ou outras camadas possam ser depositadas para criar uma superfície lisa.
Embora a figura 18 mostre os limites entre as regiões de índice inferior 1810 e as regiões orgânicas adjacentes 1805 como interfaces planas perpendiculares aos eletrodos e substratos, este pode não ser sempre o caso, conforme ilustrado, por exemplo, nas figuras 3B e 3C.
As figuras 19A-19C mostram um dispositivo 1900 de TOLED de exemplo com um LIG 1910 incorporado na camada orgânica. O dispositivo inclui um substrato de vidro 1901, eletrodo ITO 1902, cátodo 1904 e uma camada 1903 que possui regiões de uma ou mais camadas orgânicas 1905 e LIG 1910. A figura 19B mostra o dispositivo 1900 com um LIG 1910 disposto em uma grade retangular orientada em um plano paralelo aos eletrodos 1902 e 1904. A figura 19A mostra a vista superior do dispositivo 1900. A figura 19C mostra uma vista inclinada e uma seção cruzada (vista lateral) desse dispositivo. A camada orgânica 1905 pode incluir material emissivo, alterar materiais de transporte e/ou bloqueio e outras estruturas e camadas descritas aqui. Embora possa ser preferencial para cada parte repetida do LIG 1910 ter aproximadamente as mesmas dimensões, as partes da grade podem ter dimensões variáveis. Por exemplo, uma grade retangular comum possui regiões emissivas que são quadradas quando vistas de cima. Outros tipos de grade, como triangular ou octogonal, também podem ser usados, bem como vários outros padrões e estruturas.
As figuras 20A-20C mostram emissões simuladas para um 25 dispositivo com uma grade retangular de um·· ■ material de baixo índice com um índice refrativo de 1,03. A espessura das regiões de baixo índice é de 100 nm, as camadas orgânicas são de 100 nm e um eletrodo ITO inferior é de 120 nm. A figura 20C mostra que o aperfeiçoamento é otimizado 30 quando a espessura do LIG é igual à espessura das camadas orgânicas. A proporção do aperfeiçoamento pode diminuir à medida que a espessura do LIG diminui.
A figura 20A mostra que a proporção de aperfeiçoamento aumenta à medida que a largura da região orgânica (IVorg) diminui, pois mais luz no modo de guia de onda é desacoplada ao entrar no LIG antes da absorção nas camadas orgânicas e de ITO. A figura 20A também mostra que a proporção de aperfeiçoamento aumenta à medida que a largura do LIG aumenta (Wlig) , visto que mais luz pode ser extraída do modo de guia de onda sem entrar novamente nas camadas orgânicas.
Por motivos práticos, a largura da camada orgânica nessas emissões simuladas não podem ser muito pequenas para assegurar que a área de emissão efetiva seja suficiente para o dispositivo atingir o brilho desejado. Nas figuras 20A-20C, a largura do LIG é de 1 ym e das camadas orgânicas é de 6 ym, fornecendo uma área de iluminação efetiva de mais de 70%. A figura 20B mostra que a eficiência de desacoplamento de um OLED de emissão superior aumenta com a diminuição do índice do LIG. À medida que o índice refrativo do LIG aumenta, mais luz é convertida no modo de vidro e menos é convertida no modo de ar.
A figura 21 mostra um dispositivo de exemplo que possui uma lâmina de microlente 610 e-disposta adjacente ao substrato, ou o substrato pode incluir uma microlente ou lâmina de microlente. A figura 20B mostra o aperfeiçoamento simulado da luz como uma função do índice de refração para um OLED de emissão superior com um LIG (barras brancas) e com um LIG e uma microlente (barras sombreadas) -A eficiência de desacoplamento desses dispositivos pode ser aperfeiçoada por um fator de cerca de 2-3.
A quantidade de luz convertida, por fim, no modo de ar e emitida do dispositivo pode ser ainda afetada alterandose outros recursos estruturais do dispositivo, como a espessura do eletrodo, a largura das regiões de baixo índice, e/ou a largura das regiões eraissivas. As figuras 14-17 mostram resultados simulados para variações em vários parâmetros de dispositivo. A menos que seja indicado de outra forma, cada dispositivo foi modelado com regiões de baixo índice 0,8 ym de largura em uma grade periódica ID, regiões emissivas orgânicas de 4 ym de largura, um eletrodo de ITO de 100 nm de espessura e um índice refrativo de 5 material de baixo índice de 1,03. A figura 14 mostra a proporção da luz no modo de ar (quadrados) e modo de vidro (círculos) como uma função da espessura de ITO, para espessuras entre no intervalo de 70 a 150 nm. A figura 15 mostra a proporção de luz em cada modo para regiões de 10 baixo índice de largura variável, de 500 a 1200 nm. A figura 16 mostra a proporção de luz em vários modos para um dispositivo com regiões orgânicas de 4 ym a 10 ym. A figura 17 mostra a proporção de luz em cada modo para índices refrativos de material de baixo índice de 1 a 1,75 para 15 grades quadradas e hexagonais. Os valores são mostrados para o modo de ar de uma grade periódica ID ideal 1710, uma grade guadrada 1710 e uma grade hexagonal 1730 e para o modo de vidro de uma grade periódica ID ideal 1740, uma grade quadrada 1750 e uma grade hexagonal 1760. Os valores 20 indicados pela marcação oval pontilhada são iguais aos do OLED convencional. Para as estruturas mostradas nas figuras 14-17, um OLED ■ convencional geralmente demonstra proporções de luz de cerca de 0,17 no modo de ar e 0,26 no modo de vidro.
É compreendido que várias representações descritas
aqui se destinam apenas ao exemplo e não limitam o escopo da invenção. Por exemplo, muitos dos materiais e estruturas descritos podem ser substituídos por outros materiais e estruturas sem se desviar do princípio da invenção. É 30 compreendido que várias teorias que explicam como invenção funciona não devem ser restritivas. Por exemplo, teorias relacionadas à transferência de carga não devem ser restritivas.
Definições de material: Conforme usadas neste documento, as abreviações de referem a materiais como segue: CBP: 4,4'-N,N-dicarbazole-bifenil m-MTDATA 4,4',4"-tris(3- metilfenilfenliamino)trifenilamina Alq3: 8-tris-hidroxiquinolina alumínio Bphen: 4,7-difenil-l ,10-fenantrolina F4-TCNQ : tetrafluoro-tetraciano-quinodimetano Ir(pp y)3: tris(2-fenilpiridina)-irídio BCP : 2,9-dimetil-4,7-difenil- 1 , 10-fenantrolina CuPc: ftalocianina de cobre. ITO: óxido de estanho e índio NPD: N,N'-difenil-N-N'-di(1-naftil)-benzidina TPD: N,N’-difeniI-N-N’-di(3-toli)-benzidina mCP: 1 ,3-N,N-dicarbazole-benzeno DCM: 4-(dicianoetileno)-6-(4-dimetilaminostiril2-metil)-4H -pirano DMQA: N,N'-dimetilquinacridona PEDOT:PSS: uma dispersão aquosa de poli(3,4- etilenodioxitiofeno) com polistirenesulfonato (PSS) Embora a presente invenção seja descrita neste documento em relação '· a exemplos particulares e representações preferenciais, é compreendido que a presente invenção não está restrita a esses exemplos e 25 representações. A presente invenção, conforme reivindicada, inclui variações dos exemplos em particular e das representações preferenciais descritas neste documento, conforme ficará aparente para uma pessoa especialista na arte.
Claims (16)
1. Um dispositivo caracterizado por: um substrato; um primeiro eletrodo disposto sobre o substrato; uma camada orgânica disposta sobre primeiro eletrodo; a camada orgânica caracterizada por: uma primeira região caracterizada por um material emissivo orgânico; e uma segunda região caracterizada por períodos de um material de baixo índice transparente incorporado na camada orgânica, em que o material de baixo índice possui um índice refrativo inferior ao índice refrativo do material emissivo orgânico; e um segundo eletrodo disposto sobre camada orgânica; em que os períodos do material de baixo índice transparente incorporado na camada orgânica oferecem eficiência de desacoplamento sobre um amplo espectro sem nenhuma distorção do espectro de emissão da luz extraída; e em que pelo menos um entre o primeiro e o segundo eletrodos é um eletrodo transparente.
2. 0 dispositivo da reivindicação 1, caracterizado pelo dispositivo ser um OLED de transmissão superior.
3. 0 dispositivo da reivindicação 1, caracterizado pelo material de baixo índice possuir índice refrativo de 1,0 a . 1,5.
4.. 0 dispositivo da reivindicação 1, caracterizado pelo material de baixo índice formar uma grade orientada em um plano paralelo ao primeiro eletrodo e ao segundo eletrodo.
5. 0 dispositivo da reivindicação 4, caracterizado pela grade ser preparada com uma periodicidade e magnitude maiores que o comprimento de onda da luz extraída.
6. 0 dispositivo da reivindicação 1, caracterizado por lâminas de microlentes dispostas entre o substrato, de modo que um Iado convexo da lamina de microlentes esteja voltado para a diregao oposta do substrato.
7. 〇 dispositivo da reivindicagao 1, caracterizado pelo material de baixo indice ser selecionado do grupo que7 consiste em aerogel, Teflon, um filme graduado de SiO2, um filme graduado de TiO2 e camadas de nanorods (objetos em escala nano) de SiO2.
8. Um dispositivo caracterizado por: um substrato; um primeiro eletrodo disposto sobre 〇 substrato; uma primeira camada disposta sobre o primeiro eletrodo, a camada consiste em: uma primeira regiao caracterizada por um material emissivo organico; e uma segunda regiao que consiste em um material de baixo indice com um indice refrativo menor que 〇 indice refrativo do material emissivo organico; em que a segunda regiao e disposta de maneira adjacente a primeira; e um segundo eletrodo e. disposto sobre a primeira camada; em que pelo menos um entre 〇 primeiro e o segundo eletrodos e um eletrodo transparente; e .. .. em que a Iuz emitida pelo material emissivo organico e um modo de guia de onda redirecionado pela segunda regiao para uma diregao que pode escapar do dispositivo.atraves do eletrodo transparente.
9. 〇 dispositivo da reivindicagao 8, caracterizado pelo dispositivo ser um OLED de transmissao superior.
10. 〇 dispositivo da reivindicagao 9, caracterizado pelo material de baixo indice possuir indice refrativo de 1,0 a 3,0.
11. 0 dispositivo da reivindicagao 10, caracterizado pelo material de baixo indice possuir indice refrativo de 1,0 a 1,5.
12.O dispositivo da reivindicação 8, caracterizado pelo material de baixo índice formar uma grade orientada em um plano paralelo ao primeiro eletrodo e ao segundo eletrodo.
13.O dispositivo da reivindicação 12, caracterizado pela grade ser preparada com uma periodicidade maior que o comprimento de onda da luz.
14.O dispositivo da reivindicação 8, caracterizado por lâminas de microlentes dispostas entre o substrato, de modo que um lado convexo da lâmina de microlentes esteja voltado para a direção oposta do substrato.
15.O dispositivo da reivindicação 8, caracterizado pelo material de baixo índice ser selecionado do grupo que consiste em aerogel, Teflon, um filme graduado de SiO2, um filme graduado de TiO2 e camadas de nanorods (objetos em escala nano) de SiO2-
16.Um método de fabricação de um dispositivo de emissão de luz que consiste em: depositar um primeiro eletrodo sobre um substrato; depositar uma grade de um material de baixo índice com um índice refrativo de 1,0 a 1,5 sobre o primeiro eletrodo; depósito de um material emissivo orgânico sobre a grade de modo que o material emissivo orgânico entre -em contato direto com a grade ou com o primeiro eletrodo; e depósito de um segundo eletrodo sóbre o material emissivo orgânico; em que pelo menos um entre o primeiro e o segundo eletrodos seja um eletrodo transparente; e em que a grade do material de baixo índice redirecione a luz emitida pelo material emissivo orgânico de um modo de guia de onda para uma direção que pode escapar do dispositivo através do eletrodo transparente.
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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2008
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| B09B | Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette] | ||
| B12B | Appeal against refusal [chapter 12.2 patent gazette] |