Внутренний световыводящий слой для органических светоизлучающих диодов

Внутренний световыводящий слой для органических светоизлучающих диодов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ЗАЯВЛЕНИЕ, КАСАЮЩЕЕСЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЛИ РАЗРАБОТКИ,

ФИНАНСИРУЕМЫХ ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА

Настоящее изобретение было создано совместно с Беттельским мемориальным институтом, Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL), правительственной научно-исследовательской лабораторией Министерства энергетики США (DOE).

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к светоизлучающим устройствам, таким как органические светоизлучающие диоды (OLED), имеющим, по меньшей мере, один световыводящий слой, и к способам их изготовления.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Светоизлучающие диоды (LED) известны и используются во многих областях применения, таких как дисплеи и индикаторы состояния. LED могут быть изготовлены из органических и/или неорганических материалов. Неорганические LED содержат неорганический светоизлучающий материал для светоизлучающего слоя, как правило, неорганический полупроводниковый материал, такой как арсенид галлия. Органические LED (OLED), как правило, содержат органический материал для светоизлучающего слоя и переноса заряда. Неорганические LED могут предоставлять яркие и долговечные точечные источники света, тогда как OLED могут предоставлять источники света с большой площадью излучающей поверхности. Оба вида твердотельных осветительных приборов обеспечивают существенную экономию энергии при эксплуатации по сравнению с традиционными лампами накаливания.

OLED в большинстве случаев содержат тонкие слои органических материалов, или полимеры, или малые молекулы, находящиеся между двумя электродами. Как правило, по меньшей мере, один из электродов является прозрачным для излучаемого света. Однако световое испускание из устройства может быть пониженным вследствие внутреннего отражения света в различных слоях OLED. Фактически свет, излучаемый типичными OLED, при отсутствии каких бы то ни было технологий вывода светового излучения, может составлять порядок примерно 10-26% общего испускаемого света. Таким образом, существует потребность в улучшении вывода светового излучения или вывода из OLED, в частности в пределах всего спектра видимого светового изучения для получения осветительных приборов с более низким энергопотреблением.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются специальный внутренний световыводящий слой или специальные внутренние световыводящие слои, расположенные между двумя соседними слоями в светоизлучающем приборе. В частности, световыводящий слой или световыводящие слои могут быть расположены между подложкой и прозрачным проводящим материалом (например, прозрачным проводящим оксидом (TCO)) светоизлучающего устройства. Этот световыводящий слой, имеющий пористую металлооксидную или металлоиднооксидную структуру, уменьшает полное внутреннее отражение, при этом поры уменьшают показатель преломления оксида металла или оксида металлоида для того, чтобы уменьшить рассогласование показателя преломления на границе раздела прозрачный проводящий оксид (TCO) - подложка (или на других границах раздела в светоизлучающем приборе), что дает увеличение количества испускаемого света, выводимого из OLED при заданном напряжении и заданной силе тока. Световыводящий слой или световыводящие слои позволяют улучшить световой выход OLED белого свечения, что не сказывается отрицательно на рабочем напряжении. Кроме того, световыводящий(ие) слой(и) способствуют улучшению рассеяния света и уменьшают или сводят к минимуму плазменное поглощение (то есть световое излучение, выводимое из устройства перед прекращением его свечения). Расчеты показывают, что внешний квантовый выход (EQE) устройства, определяемый как количество фотонов, обнаруживаемое за пределами устройства в расчете на единицу инжектированного заряда, может быть увеличен приблизительно от 20% до 70% для устройства с одной длиной волны (улучшение составляет примерно 250% или в 3,5 раза). Таким образом, обеспечивается возможность получения более высокого энергетического кпд (например, до 87 люмен на ватт (лм/Вт) в сравнении с примерно 25 лм/Вт при использовании современной технологии). В соответствии с другим вариантом уменьшить требуемую силу тока возбуждения для одинакового светового выхода можно путем увеличения яркости. Это, в свою очередь, обеспечивает увеличение срока службы, ведет к увеличению срока службы OLED вплоть до 480% (при допущении, что коэффициент ускорения равен 1,4) при такой же яркости, как и обеспечиваемая устройством без выводящей структуры со световыводящим слоем.

Для дальнейшего улучшения светового выхода светоизлучающего устройства показатель преломления и/или рассеяния света пористой металлооксидной структуры можно подстроить с использованием одного или нескольких разных параметров, включая: (i) изменение размера пор, плотности пор или ориентации или структуры пор; (ii) структурное легирование; (iii) добавление изоляционного, проводящего или полупроводникового компонента; (iv) заполнение пор, например, материалами с низким показателем преломления; vi) изменение толщины или количества слоев, показателя преломления составляющих слоев, включающих в себя световыводящий слой, и их комбинацию, но не ограничиваясь этим. Кроме того, показатель преломления и/или рассеяния света может быть подстроен посредством выбора подходящей подложки и/или условий отжига в процессе синтеза световыводящего(их) слоя(ев) в газовой фазе по золь-гель или аэрогель технологии. В отличие от известных на момент создания изобретения устройств и способов вывода светового излучения, которые способны лишь обеспечить улучшение светового выхода при определенных ограниченных длинах волн или цветах в оптической области спектра, настоящее изобретение предполагает возможность подстройки таким образом, что обеспечивается улучшение светового выхода в пределах всей оптической области спектра (например, примерно от 400 нм до 800 нм или во всем белом оптическом спектре). В дополнение к этому, может быть обеспечено улучшение рассеяния света и может быть получен необходимый показатель преломления для световыводящего(их) слоя(ев).

Согласно одному аспекту настоящего изобретения светоизлучающее устройство, которое улучшает световой выход органических светоизлучающих диодов (OLED) белого свечения, например, содержит, по меньшей мере, один световыводящий слой на основе пористого оксида металла или оксида металлоида, расположенный в светоизлучающем устройстве между двумя соседними слоями. В примерном варианте осуществления по меньшей мере один световыводящий слой пористого оксида металла или металлоида, такой как слой мезопористого диоксида титана, заключен в светоизлучающем устройстве между подложкой и слоем прозрачного проводящего материала.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения способ формирования светоизлучающего устройства включает формирование, по меньшей мере, одного световыводящего слоя, содержащего пористый оксид металла или металлоида на подложке, например, с использованием химического парофазного осаждения (APCVD) при атмосферном давлении, и вслед за этим формирование прозрачного проводящего материала на световыводящем(их) слое(ях). Для изготовления светоизлучающего устройства, такого как OLED, могут быть также применены другие подходящие слои, известные в области техники, к которой относится изобретение.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения способ формирования световыводящего слоя в светоизлучающем устройстве заключается в том, что изменяют, по меньшей мере, один из таких показателей как размер пор и плотность пор пористого оксида металла или металлоида для получения по меньшей мере одного показателя преломления и рассеяние света для по меньшей мере одного световыводящего слоя, содержащего пористый оксид металла или металлоида, при этом световыводящий(ие) слой(и) располагают между подложкой и прозрачным проводящим оксидом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения понятна из следующего ниже подробного описания изобретения, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:

на фиг. 1 изображено светоизлучающее устройство согласно известному уровню техники;

на фиг. 2 изображено светоизлучающее устройство, содержащее световыводящий слой согласно одному аспекту настоящего изобретения;

на фиг. 3 изображена подложка для светоизлучающего устройства, содержащего световыводящий слой с плавно изменяющимся показателем преломления согласно другому аспекту настоящего изобретения;

на фиг. 4 изображены типичные слои в OLED и содержащие также световыводящий слой согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5 изображен вариант осуществления подложки для светоизлучающего устройства, содержащей более чем один световыводящий слой, каждый из которых отличается от других слоев по размеру пор и плотности пор, что дает разные показатели преломления;

на фиг. 6 предоставлены примеры нормированного рассеяния света для угла падения 90 градусов, демонстрирующие 2D и 3D изображения для (a) только стеклянной подложки; (b) прозрачного проводящего материала на стеклянной подложке; (c) внутреннего световыводящего слоя; и (d) двух внутренних световыводящих слоев;

на фиг. 7 показаны изотермы адсорбции N2 и распределение диаметров пор (встроенные области) для пористых металлических оксидных материалов, подвергнутых обжигу при (a) 350°C, (b) 400°C и (c) 450°C соответственно;

на фиг. 8 показаны (a) показатели преломления (мезопористые пленки TiO₂ на кремниевых подложках) и (b) размеры пор (мезопористый материал матрицы TiO₂) для TiO₂-F127 (☐), TiO₂-P123 (Ο) и TiO₂-2×P123 (Δ), которые нанесены на график в функции температуры отжига материала;

на фиг. 9 показан вариант осуществления изобретения, содержащий два световыводящих слоя, содержащих TiO₂ между стеклянным слоем и слоем легированного оксида (DZO) цинка; и

на фиг. 10 показан другой вариант осуществления изобретения, содержащий два световыводящих слоя, содержащих TiO₂ на стеклянном слое.

Позиции соотнесены со следующими элементами на фигурах:

100: светоизлучающее устройство;

102: подложка;

103: световыводящий(ие) слой(и);

104: прозрачный проводящий материал, прозрачный проводящий оксид (TCO), анод или электрод;

106: блок OLED;

106a: слой инжекции отверстий;

106b: слой переноса отверстий;

106c: эмиттерный слой или органический слой;

106d: электронный транспортный слой; и

108: катод или электрод.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К аспектам настоящего изобретения относятся световыводящий(ие) слой(и) из пористого оксида металла или металлоида, используемый(ые) в светоизлучающих устройствах, регулировка свойств световыводящего(их) слоя(ев), обеспечивающая получение требуемого показателя преломления и/или рассеяния света, и способы изготовления устройств. Несмотря на то что светоизлучающее устройство может быть представлен светоизлучающим устройством на OLED, фотогальванических элементах или любыми другими подходящими устройствами, основное применение для световыводящего слоя - это источник света на OLED.

В данном описании изобретения термин “световыводящий слой” или LEL подразумевает слой (например, тонкую пленку, наружный слой, покрывающий слой или покрытие), который способствует выводу или увеличению вывода света, излучаемого светоизлучающим устройством, таким как OLED. Светоизлучающий слой или светоизлучающие слои могут улучшать рассеяние света (например, изменение направления движения фотона или субатомной частицы в результате соударения или взаимодействия), обеспечивая эффективное увеличение угла выхода светового потока из устройства OLED, в результате чего сводится к минимуму плазмонное поглощение (например, вывод светового излучения до его гашения внутри устройства) за счет уменьшения числа отражений, необходимого для вывода светового излучения из устройства. Толщина световыводящего(их) слоя(ев) не особенно ограничена и может быть представлена любой подходящей толщиной, полезной для специалиста в данной области техники.

В данном описании изобретения термин “прозрачный проводящий материал” (“TCM”) или “прозрачный проводящий оксид” (“TCO”) подразумевает прозрачный электрод (как правило, анод) в светоизлучающих устройствах и хорошо известен специалисту в данной области техники. Прозрачные проводящие материалы или TCO проявляют комбинацию удельной электропроводности и оптической прозрачности (например, пропускают более 85% излучения в оптической области спектра). Прозрачные проводящие материалы в большинстве случаев представлены в виде слоя, покрытия или пленки и могут быть заменены прозрачными проводящими пленками (TCF). Прозрачным проводящим материалом может быть любой подходящий материал, включая легированные или нелегированные оксиды металлов, но не ограничиваясь ими. Предпочтительно прозрачный проводящий материал представляет собой TCO, такой как легированный оксид металла, включая, например, легированный оксид цинка или оксид индия и олова (ITO). В одном варианте осуществления изобретения прозрачный проводящий оксид действует как покрывающий слой, нанесенный сверху световыводящего слоя (например, подслоя). Хотя прозрачный проводящий оксид и описан здесь подробно, предполагается, что можно выбрать и использовать в светоизлучающих устройствах любой подходящий электрод, например, из прозрачных проводящих полимеров или других прозрачных проводящих материалов.

В данном описании изобретения термин “пористый” относится к любому пористому материалу с преобладающим распределением пор в диапазонах мезопористости, макропористости или микропористости. Термин “мезопористый” может относиться к пористому материалу с преобладающим распределением пор в диапазоне примерно от 2 нм до 50 нм. Материалы с преобладающим распределением пор в области длин волн менее примерно 2 нм могут считаться микропористыми, нанопористыми или имеющими нанопоры. Материалы с преобладающим распределением пор в области длин волн свыше примерно 50 нм могут считаться макропористыми. Диаметры пор, объем адсорбции пор и площадь поверхности могут быть определены специалистом в данной области техники с использованием адсорбции Брунауэра-Эммета-Тейлора (BET) из изотерм адсорбции N₂ при -169°C при помощи автоматизированной газопоглотительной системы.

В данном описании изобретения термин “плотность” может быть применимым как к плотности данного материала, так и к плотности пор в материале. Специалисту в данной области техники будет понятно, что плотность материала может быть определена как его масса на единицу объема. Плотность материала должна быть пропорциональна данному показателю преломления. Поэтому материал с более высокой степенью уплотнения или уплотненный (например, с более высокой плотностью) обеспечивает более высокий показатель преломления. Плотность пор, с другой стороны, может иметь отношение, например, к концентрации пор в материале. Плотность пор обратно пропорциональна данному показателю преломления, зависящему от содержимого пор. Например, в случае, если поры заполнены воздухом, более высокая плотность пор будет обеспечивать более низкий показатель преломления.

В пористых материалах, предлагаемых согласно настоящему изобретению, преобладающее распределение пор может быть заключено в диапазоне от примерно 1 нм до примерно 500 нм. Размер пор, например, может быть меньше примерно 400 нм (например, в пределах 50-400 нм, что включает макропористое распределение), меньше примерно 50 нм (например, в пределах 20-50 нм, что включает мезопористое распределение), меньше примерно 20 нм (например, в пределах 5-20 нм) или меньше примерно 10 нм (например, в пределах 5-8 нм). В одном варианте осуществления изобретения в пористых материалах, предлагаемых согласно настоящему изобретению, преобладающее распределение пор может быть заключено в диапазоне мезопористости (например, от примерно 2 нм до примерно 50 нм). Хотя размеры пор могут иметь совершенно неупорядоченный характер, возможно также, что пористая структура может иметь конкретное распределение, такое как многомодальное (например, бимодальное) распределение. Например, пористая структура может заключать в себе оформленную структуру как из нанопор, так и из мезопор или нанопор и макропор. В одном варианте осуществления изобретения световыводящий слой может содержать поры в диапазоне от примерно 2-10 нм, что позволяет обеспечить необходимую регулировку показателя преломления и/или обеспечить необходимое рассеяние света.

Пористая структура, предлагаемая в соответствии с настоящим изобретением, может заключать в себе или структуру с открытыми ячейками, или структуру с закрытыми ячейками, или обе эти структуры. К тому же поры могут быть любых подходящих формы или размера, как например, сферическими, цилиндрическими, щелевидными и т.д. Например, если структура с открытыми ячейками, то поры могут образовывать каналы или проходы, соединяющие поры. Пористая структура может иметь любую подходящую пористость, плотность или любой подходящий объем открытых и/или закрытых ячеек. Кроме того, поры могут быть ориентированы в любой подходящей конфигурации, например неупорядоченной, упорядоченной, плоскостной и т.д.

В данном описании изобретения и в формуле изобретения термины "содержащий" и "включающий" являются инклюзивными или не носящими ограничительный характер и не исключают наличие дополнительных неупомянутых элементов, составляющих элементов или операций способа. Таким образом, термины "содержащий" и "включающий" охватывают термины "состоящий по существу из" и "состоящий из", носящие более ограничительный характер. Следует добавить, что все приведенные здесь значения предполагают до включительно и включая указанные предельные значения.

Для целей сопоставления с вариантами осуществления настоящего изобретения на фиг. 1 изображено светоизлучающее устройство согласно известному уровню техники. Светоизлучающее устройство содержит блок 106 OLED (содержащий, по меньшей мере, эмиттерный или органический слой, описываемый здесь более детально), поддерживаемый прозрачной подложкой 102. Устройство также содержит электроды 104 и 108, между которыми расположен блок 106 OLED. Электрод 104 желательно прозрачный (упоминается здесь как прозрачный электрод или прозрачный проводящий оксид 104) и расположен между подложкой 102 и блоком 106 OLED.

Во время работы светоизлучающего устройства генерируется свет, который излучается изотропно из блока 106 OLED (содержащего, например, органический слой) по направлению к подложке 102. Как правило, подложка 102 имеет первый показатель (n1) преломления, тогда как TCO 104 имеет второй показатель (n2) преломления, отличающийся, как правило, от n1. Например, значение n1 обычно заключено в пределах от примерно 1,45 до примерно 1,55 и значение n2 обычно заключено в пределах от примерно 1,80 до примерно 2,00. Специалисту в данной области техники известно, что из-за возможного различия в значениях показателей преломления n1 и n2 часть света, излучаемого блоком 106 OLED, может отражаться назад в TCO 104, а не передаваться в подложку 102.

Свет, который не отражен границей раздела между TCO 104 и подложкой 102, передается через подложку 102 и выводится наружу из светоизлучающего устройства (см. стрелки на фиг. 1, отображающие пропущенный свет и отраженный свет). Однако, как видно из фиг. 1, часть или большая доля света отражается обратно в устройство. Таким образом, пригодный к использованию свет, излучаемый с поверхности подложки, может составлять лишь приблизительно 20% всего излучаемого света. Потери пригодного к использованию света могут быть связаны с рядом факторов, включая, например, полное внутреннее отражение на границах раздела различающихся показателей преломления; потери на отражающем электроде из-за абсорбции поляритоном поверхностного плазмона и удерживание света (волноводное распространение) внутри подложки. Таким образом, основная часть генерируемого устройством света никогда не выходит из устройства.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается, по меньшей мере, один световыводящий слой, который выводит этот удерживаемый свет, обеспечивая улучшение полного светового выхода устройства. В частности, внутренний(ие) световыводящий слой(и) содержит(ат) пористый оксид металла или металлоида, который предусмотрен между двумя соседними слоями в устройстве (см. стрелки на фиг. 2, отображающие пропускаемый свет и вновь сконцентрированный свет, который выходит из устройства). Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг. 2, светоизлучающее устройство 100 содержит подложку 102; прозрачный проводящий оксид 104 и по меньшей мере один световыводящий слой 103, содержащий пористый оксид металла или металлоида, при этом светоизлучающий(ие) слой(и) 103 расположен(ы) между подложкой 102 и прозрачным проводящим оксидом 104.

Световыводящий слой на основе пористого оксида металла или металлоида является внутренним световыводящим слоем, потому что он расположен внутри между границей раздела двух слоев светоизлучающего устройства. В примерном варианте осуществления по меньшей мере один световыводящий слой расположен или размещен между границей раздела TCO и подложкой. Однако предполагается, что на других границах раздела в светоизлучающем устройстве могут быть также размещены такие же или другие внутренние световыводящие слои (например, такие же или другие материалы и/или такие же или другие поры). Возможно также расположение на наружной поверхности подложки (то есть расположение не между двумя слоями) наружного световыводящего слоя или наружных световыводящих слоев.

По меньшей мере один световыводящий слой содержит пористый оксид металла или металлоида. Оксидом металла или металлоида, составляющим световыводящий(ие) слой(и) может быть любой подходящий оксид металла или металлоида (такой как оксид переходного металла), известный специалисту в данной области техники. Например, к числу подходящих оксидов металлов или металлоидов относится любой оксид металла или металлоида, который может быть получен при помощи золь-гель или аэрогель технологии. Подходящий оксид металла или металлоида может быть также выбран на базе материала подложки, материала TCO, материала(ов) блока OLED и органического слоя, но не ограничиваясь этим, необходимого диапазона длин волн для излучаемого света, основных параметров устройства, таких как КПД или световой выход, и/или исходя из желательной стоимости. Например, световыводящий(ие) слой(и) может(гут) содержать один или более оксидов таких металлов или металлоидов, как титан, кремний, олово, германий, алюминий, цирконий, цинк, индий, кадмий, гафний, вольфрам, ванадий, хром, молибден, иридий, никель, лантан, ниобий, кальций, стронций и тантал. Могут также использоваться смешанные оксиды металлов или металлоидов, содержащие два или более разных металлов. В примерном варианте осуществления оксид металла или металлоида содержит диоксид титана (например, TiO₂), диоксид кремния (например, SiO₂), оксид цинка (например, ZnO), оксида алюминия, оксид циркония, оксид лантана, оксид ниобия, оксид вольфрама, оксид олова, оксид индия, оксид индия и олова (ITO), оксид стронция, оксид ванадия, оксид молибдена, оксид кальция и титана или смесей двух или более таких материалов. В другом варианте осуществления световыводящий(ие) слой(и) содержит(ат) диоксид титана.

Световыводящий(ие) слой(и) может(гут) быть отрегулирован(ы) таким образом, чтобы обеспечить показатель преломления и рассеяние света с использованием одного или нескольких разных параметров, включая, в частности, (i) изменение размера пор, пористости, плотности пор или ориентации или структуры пор; (ii) структурное легирование, (iii) введение в качестве добавки изолирующего, проводящего или полупроводникового компонента, (iv) заполнение пор, например, материалами с низким или высоким показателем преломления vi) изменение толщины или количества слоев, или их комбинация.

Например, световыводящий(ие) слой(и) может(гут) быть отрегулирован(ы) посредством введения структурной легирующей добавки и/или введением в качестве добавки изолирующего, проводящего или полупроводникового неорганического или органического компонента для оптимизации химических или физических свойств. В одном варианте осуществления настоящего изобретения пористый оксид металла или металлоида содержит легирующую добавку. Специалистом в данной области техники может быть выбрана любая подходящая легирующая добавка для оксида металла или металлоида. Например, легирующая добавка может содержать, в частности, Al, B, Tl, In, Ga, Ce, Co, Fe, Mn, N, Nd, Pd, Pt, S, V, W, Eu, Cr, Tb, Er, Pr и их комбинации. В другом варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один световыводящий слой содержит такой подходящий полупроводниковый материал, как, например, германий ли кремний. Количественное содержание легирующей добавки и/или изолирующего, проводящего или полупроводникового компонента может быть установлено таким, как требуется, специалистом в данной области техники.

Световыводящий слой может представлять собой монослой или может быть образован из одного или более подслоев (многослойная структура) или их градиента. Например, для того, чтобы получить по меньшей мере один световыводящий слой, целый ряд оксидов металлов или металлоидов или их комбинаций может быть образован в виде целого ряда подслоев. В одном варианте осуществления световыводящий слой содержит два слоя (например, двойной слой). Световыводящие слои могут быть одинаковыми или могут различаться. Подслои могут отличаться в отношении материала, размера пор, пористости, ориентации пор, степени легирования, показателя преломления или другого изменяемого параметра. Таким образом, световыводящий слой может содержать более чем один слой на основе пористых оксидов металлов или металлоидов.

На фиг. 5 показан один вариант осуществления светоизлучающего устройства, имеющего более чем один световыводящий слой, а именно два световыводящих слоя, при этом каждый из этих слоев отличается от другого размером пор и плотностью пор, в результате чего показатели преломления различаются. Например, показатель преломления первого световыводящего слоя 103 равен примерно 1,8. Показатель преломления второго световыводящего слоя 103 равен примерно 1,59. Таким образом, показатель преломления световыводящих слоев 103 приблизительно согласован с показателями преломления соответственно слоя 104 TCO и слоя 102 стеклянной подложки, и может быть также достигнута, например, оптимизация рассеяния света.

В соответствии с другим вариантом, рассеяние света может быть оптимизировано путем уплотнения световыводящих слоев 103 на границах раздела между слоями и/или границах раздела между световыводящими слоями 103 и слоем 104 TCO и/или слоем 102 стеклянной подложки. Уплотнение может быть осуществлено путем пропитки исходного слоя с последующей кристаллизацией или спеканием пористого материала, что является известным специалисту в данной области техники. Плотность пористого слоя согласуется с показателем преломления так, что увеличение плотности ведет к получению более высокого показателя преломления. При наличии трех или более областей, различающихся величиной показателя преломления, например, в конфигурациях со ступенчатым переходом от высокого показателя преломления к низкому и от низкого к высокому можно получить в результате полосовой фильтр, что является известным специалисту в данной области техники. Вообще эти полосовые фильтры отрицательно влияют на определенные области спектра видимого света. Толщина слоев с разными показателями преломления определяет длину волны, которая пропускается через фильтр. Однако полученные результаты показывают, что в оптических спектрах эта система имеет улучшение. Присутствие ряда полосовых фильтров из-за ряда переходов от слоя большой толщины к слою малой толщины и от слоя малой толщины к слою большой толщины в пределах горизонтальных дальностей порядка величины длины волны света предполагает наличие ряда длин волн полосовых фильтров, охватывающих весь оптический режим.

В одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один световыводящий слой уплотнен в зоне, примыкающей к границе раздела с другим слоем. Другими словами, плотность этой зоны световыводящего слоя более высокая, что также обеспечивает получение более высокого показателя преломления в этой части световыводящего слоя. Например, показатель преломления уплотненной зоны выше, чем показатель преломления остальной части по меньшей мере одного световыводящего слоя, который имеет более низкий показатель преломления. Уплотнение может иметь место в области границы раздела, проходящей между двумя световыводящими слоями. Уплотнение может также иметь место в области границы раздела между световыводящим слоем и подложкой. Полосы уплотнения могут обеспечивать высокий/низкий/высокий показатель преломления (например, полосовой фильтр). Например, в случае наличия двух световыводящих слоев, первый световыводящий слой может быть уплотнен вблизи подложки, и второй световыводящий слой может быть уплотнен вблизи первого световыводящего слоя. Этим обеспечивается получение высокого показателя преломления вблизи подложки, низкого показателя преломления в остальной части первого световыводящего слоя, высокого показателя преломления на границе раздела между первым и вторым световыводящими слоями и низкий показатель преломления в остальной части второго световыводящего слоя.

На фиг. 9 показан вариант осуществления изобретения, содержащий два световыводящих слоя с имеющимися в них уплотненными зонами. Два световыводящих слоя содержат TiO₂ между стеклянным слоем и слоем легированного оксида цинка (DZO). TiO₂ (F127) обозначает мезопористый TiO₂, полученный из вещества Pluronic® F127 для сборки на блоксополимерный шаблон, и TiO₂ (P123) означает мезопористый TiO₂, полученный из вещества Pluronic® P123 для сборки на блоксополимерный шаблон. На фиг. 9 можно наблюдать уплотнение (более темную область) на границе раздела между световыводящими слоями TiO₂ (F127) и TiO₂ (P123). Можно также наблюдать уплотнение (более темную область) на границе раздела между TiO₂ (P123) и стеклянной подложкой. Специалисту в области электронной микроскопии понятно, что более темная область соответствует более высокой плотности материала по сравнению с более светлой областью в электронном микроснимке. На фиг. 9 толщина более плотной области варьируется в диапазоне 20-50 нм в пределах расстояния порядка 200-500 нм, что согласуется с варьированием толщины, необходимой для оптического фильтра, и расстояние согласуется с линзой. На протяжении всей пленки также наблюдаются вертикальные штрихи, которые вместе могут действовать как макросъемочная линза, что очевидно для специалиста в данной области техники.

На фиг. 10 показан вариант осуществления изобретения, содержащий два световыводящих слоя, содержащих TiO₂ на стеклянном слое, при наличии лишь небольшой зоны уплотнения между световыводящими слоями TiO₂ (F127) и TiO₂ (P123) и отсутствии или наличии небольшого уплотнения между TiO₂ (P123) и стеклянной подложкой. Этот тип устройства может включать градиент, например, как показано на фиг. 3. Кроме того, для дальнейшего вывода светового потока из устройства может быть также предусмотрено наличие наружного световыводящего слоя.

Хотя особых ограничений на толщину световыводящего слоя нет, общая толщина световыводящего слоя(ев) может находиться в диапазоне примерно 50-1000 нм. При необходимости толщину можно изменять для регулировки свойств (например, показателя преломления) световыводящего(их) слоя(ев).

Пористый оксид металла или металлоида может иметь любую подходящую структуру, что хорошо известно специалисту в данной области техники. Например, оксид металла или металлоида может быть кристаллическим (например, анатаз, брукит или рутил), частично кристаллическим или аморфным. В примерном варианте осуществления оксид металла или металлоида находится в высококристаллической форме.

Какие-либо особые ограничения в отношении пор в пористом оксиде металла или металлоида отсутствуют, но предпочтительно образованы для обеспечения требуемых показателя преломления и/или рассеяния света. Пористая структура включает распределение пор, размер пор, пористость, плотность, объем пор, ориентацию пор и т.д. и может быть настроена или изменена в зависимости от требуемых свойств пористых оксидов металлов или металлоидов (например, показателя преломления и рассеяния света). Например, пленки аналогичной толщины, но с более высокой плотностью пор могут иметь более низкий показатель преломления.

Пористые материалы, предлагаемые в соответствии с настоящим изобретением, могут иметь любое подходящее распределение пор. В примерном варианте осуществления преобладающее распределение пор пористых оксидов металлов находится в диапазоне примерно 2 нм-500 нм.

Таким образом, размеры пор могут быть абсолютно произвольными. Возможна также корректировка размера пор, чтобы они имели определенное распределение (например, одномодальное, бимодальное или многомодальное распределение). В примерном варианте осуществления пористая структура включает в себя оформленную структуру, имеющую как нанопоры (например, с диаметром порядка примерно 2-8 нм) и мезопоры и/или макропоры (например, с диаметром порядка 20-200 нм или, в частности, примерно 20-50 нм). Предлагаемая в соответствии с настоящим изобретением пористая структура может охватывать структуры как с открытыми ячейками, так и с закрытыми ячейками. К тому же поры могут быть любых подходящих формы или размера, как, например, сферическими, цилиндрическими, щелевидными и т.д. Кроме того, поры могут быть ориентированы в любой подходящей конфигурации, например неупорядоченной, упорядоченной, плоскостной и т.д.

Пористая структура может быть отрегулирована таким образом, чтобы сформировать по меньшей мере один световыводящий слой с одним показателем преломления или показателем преломления, который изменяется по толщине слоя(ев). Например, слой или подслои могут иметь ступенчато изменяющийся показатель преломления или градиентное изменение показателя преломления. Как показано на фиг. 3, световыводящий слой(и) 103 может(гут) быть сформирован(ы) с градиентным изменением по толщине слоя. Например, световыводящий(е) слой(и) 103 может(гут) изменяться вдоль градиента так, что показатель преломления идентичен или хорошо согласуется с показателем преломлением рядом со слоем 104 TCO и является также идентичным или хорошо согласующимся с показателем преломления рядом с подложкой 102 (например, стеклянной). Использование такого показателя преломления с градиентным изменением может обеспечить уменьшение или исключение отражающей границы раздела вследствие хорошего согласования показателей преломления смежных слоев, что препятствует внутреннему отражению света и сокращает удержание света внутри границ раздела, имеющее место в традиционных светоизлучающих структурах. Для достижения этого эффекта, например, пористый оксид металла или металлоида может содержать поры меньших размеров (например, более высокий показатель преломления, такой как примерно 1,8-2,0) рядом или вблизи TCO 104, которые плавно переходят в более крупные поры (например, с более низким показателем преломления, таким как примерно 1,5) рядом или вблизи подложки 102. В соответствии с другим вариантом или в дополнение, плотность пор может корректироваться для достижения требуемого градиента или согласования показателя преломления. В предпочтительном варианте осуществления каждый из прилегающих друг к другу подслоев структуры на основе оксида(ов) металла(ов) или металлоида(ов) будет иметь аналогичные показатели преломления во избежание наличия границы раздела между слоями с большим различием в величине показателей преломления.

Пористая структура может быть отрегулирована так, чтобы обеспечить рассеяние света. Фиг. 6 демонстрирует результаты гониометрических измерений, например нормированного рассе