CN101132662A - 包括抗反射层的发光器件 - Google Patents

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CN101132662A CNA2007101485103A CN200710148510A CN101132662A CN 101132662 A CN101132662 A CN 101132662A CN A2007101485103 A CNA2007101485103 A CN A2007101485103A CN 200710148510 A CN200710148510 A CN 200710148510A CN 101132662 A CN101132662 A CN 101132662A
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R·A·朗根斯芬
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Abstract

公开了一种用于减少发光器件牛顿环的出现的技术。发光器件包括基板内表面上的抗反射涂层。公开了一种制作发光器件的方法，以及用于减少器件中牛顿环的形成的方法。

Description

包括抗反射层的发光器件
技术领域
本发明涉及发光器件和减少牛顿环的方法，尤其涉及具有抗反射(AR)涂层以在未使用圆偏振器的情况下减小发射光和/或环境光的反射的发光器件。
背景技术
新开发的一类平板显示器技术使用夹在两个薄玻璃板之间的有机发光二极管(OLED)和薄透光电极材料。由于活性发光材料对包括水和氧气的污染物的破坏敏感，通常将器件的周边密封以保持无水和氧气的环境。可购得的密封剂系统通常不提供能在显示器寿命内保持的封闭密封，因此需要将强力干燥剂置于单元内。包含不透光干燥剂需要使从OLED发射的光通过电子驱动器和电极的矩阵，即“底部发射”，从而减弱了显示器亮度。持久密闭的密封允许该器件为“顶部发射”，即所发射的光传输通过透光覆盖基板以保持图像的亮度和清晰度。
环境照明可通过从OLED器件的内表面反射的环境光的相长/相消干涉产生可见的干涉条纹。在低折射系数介质和高折射系数介质的界面(例如空气对OLED)反射的光经历180度的相位反转。从覆盖基板的内表面反射的光与从OLED表面反射的光结合，从而在气隙(光程长度)距离为λ/2的倍数处产生干涉条纹。
较佳地，气隙大于λ/2的平行板产生均匀的相长干涉色彩。气隙厚度的变化在图案中形成与等高线类似的条纹，其中线宽和间距与斜率成反比。
为了使器件尽可能的薄，玻璃之间的间隙的目标是小于100微米，近来的目标是小于15微米。在该间隙范围内，如果间隙距离不均匀，则干涉条纹在环境照明下形成并可见。该干涉图案称为“牛顿环”或“NR”。
商业压力仍然需要生产更薄的器件。随着气隙厚度的减小，防止牛顿环变得更加困难。因此，应考虑本领域中的显著进步以获得不呈现或基本上减少牛顿环的出现的发光器件。
发明内容
本发明涉及不呈现牛顿环或者使牛顿环的出现最小化的发光显示器件，尤其涉及在发光器件覆盖基板的内表面上使用抗反射涂层以减少环境光的内部反射并减弱牛顿环的形成。
一方面，本发明提供包括能够传输光并具有第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面的覆盖基板、支承基板、和设置在覆盖基板与支承基板之间的发光层，其中发光层在覆盖基板的第一表面方向上发射光，且覆盖基板的第一表面涂有抗反射材料。
另一方面，本发明提供制作发光器件的方法，该方法包括：提供能够透光并具有第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面、且其中第一表面涂布有抗反射材料的覆盖基板、支承基板、和发光层；以及将发光层定位在覆盖基板与支承基板之间，使得发光层在覆盖基板的第一表面的方向上发射光。
又一方面，本发明提供用于减少器件中牛顿环的形成的方法，该方法包括：提供上述器件；以及将环境光接收到发光层上；从而防止内部反射的环境光的至少一部分透过覆盖基板。
本发明的其它方面将部分地在以下的详细描述、附图和权利要求书中阐述并且部分地从该详细描述导出，或者可通过对以下所述的本发明多个方面进行实施而获知。以下所述的优点可通过所附权利要求书具体指出的元件和组合来实现并获得。应该理解，以上概括描述和以下详细描述仅仅是示例性和说明性的，而非对公开发明的限制。
附图说明
引入并组成本说明书一部分的附图示出本发明的某些方面并与说明书一起用于说明而非限制本发明的原理。
图1是根据本发明一方面的示出具有抗反射涂层的发光器件的示意图。
图2是根据本发明一方面的单层氟化镁抗反射涂层的反射率与波长的曲线图。
图3是根据本发明一方面的3和12层抗反射涂层对于0度入射角的反射率与波长的曲线图。
图4是根据本发明一方面的3和12层抗反射涂层对于30度入射角的反射率与波长的曲线图。
图5是根据本发明一方面的3和12层抗反射涂层对于45度入射角的反射率与波长的曲线图。
图6是根据本发明一方面的3和12层抗反射涂层对于60度入射角的反射率与波长的曲线图。
图7是根据本发明一方面的含有氧化铌和二氧化硅的多层抗反射涂层的曲线图。
具体实施方式
本发明可通过参考以下详细描述、示例和权利要求书及其先前和以下描述而变得更容易理解。然而，在本文的制品和/或方法被公开和描述之前，应该理解本发明不局限于公开的具体制品和/或方法，除非另外如此指定，否则可以理所当然地更改。也应该理解，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的而不旨在限制。
提供本发明的以下描述，通过其当前已知的实施方式作为本发明示教的开始。为此，相关领域的技术人员将意识到并理解：在仍然获得本发明有益结果的同时可对本文所述的本发明各个方面进行许多变化。同样显而易见的是本发明的期望益处的一部分可通过选择本发明特性中的一部分而不使用其它特性来获得。因此，本领域技术人员会意识到对本发明进行的许多更改和调整是可能的、在某些情况下甚至是合乎需要的，并且构成本发明的一部分。因此，提供以下描述作为本发明原理的说明而非对其进行限制。
在本说明书和所附权利要求书中，对定义成具有以下含义的许多术语进行引用：
如本文所用地，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确指示。因此，例如对一种“抗反射材料”进行的引用包括具有两种或多种的这种抗反射材料的方面，除非上下文另有明确指示。
范围在本文中可表述为从“约”一个特定值和/或至“约”另一特定值。当表述这种范围时，另一方面包括从该一个特定值起和/或到另一特定值为止。类似地，当值通过使用先行词“约”被表述为近似值时，应该理解，特定值形成另一方面。还应该理解，各个范围的端点在与另一端点相关、以及与另一端点无关的两种情况下都很重要。
如本文所用地，除非具体指定相反情况，成分的“wt.％”或“重量百分比”或“百分比重量”是指该成分的重量与包含该成分的合成物总重的比值，由百分比表示。
“可任选的”或“可任选地”表示随后描述的事件或情形可发生或可不发生，以及该描述包括其中事件或情形发生的情况和其中它不发生的情况。
“折射”是指从一种介质传播到密度不同的另一种介质的光线的方向的改变。
“折射系数”是指真空中的光速与所述物质或成分中的光速的比值，且可随光的波长变化。
“入射角”是指在入射光线与表面法线之间测量的角，且包括法线两侧的角。
“表面法线”或“法线”表示与基板平面垂直。
如本文所用地，除非具体指定相反情况，涂层的“光学厚度”是该涂层的物理厚度与该涂层的折射系数的乘积。
现在参照附图，图1是根据本发明一方面的具有抗反射涂层40的发光器件10的示意图。应该理解，该示意图旨在示出本发明的一个方面，而不旨在限制或排除其它方面。也应该注意，该示意图并非按比例绘制且可能存在几何变体。
如以上简单介绍地，本发明提供具有涂敷于覆盖基板30的内(第一)表面34的抗反射材料40、气隙50、诸如OLED的发光膜60、和支承基板70的发光器件10。本发明的抗反射材料40旨在减少环境光20的内部反射，由此减小相位变化的反射与从发光膜60的表面反射的光的复合。
一方面，顶部发射光的强度在使用抗反射涂层时被保持。另一方面，发射图像的清晰度在使用抗反射涂层时被保持。
一方面，抗反射涂层适于熔接密封工艺，并与发光器件合成物的材料相容。另一方面，抗反射涂层与玻璃粉浆料(frit paste)相容，并适于烧结并密封玻璃料的工艺。再一方面，抗反射涂层可购得，并且可以制造并以成本有效方式涂敷到大尺度的覆盖基板材料上。
另一方面，抗反射涂层可施加到覆盖基板的外(第二)表面32和内表面34。
另一方面，本发明还提供包括在覆盖基板的第一表面上的多层抗反射涂层的发光器件。
因此，一方面，本发明的抗反射涂层消除了对顶部发射式发光显示器件的观看者可见的干涉条纹。另一方面，本发明的抗反射涂层减少了环境光从覆盖基板内表面的反射，从而减少对顶部发射的发光器件的观看者可见的牛顿环的出现或强度。
一方面，器件呈现环境光从覆盖基板内表面的反射率小于百分之一是合乎需要的。较佳地，该器件呈现环境光从覆盖基板内表面的反射率比百分之一小得多，例如反射率从0至约0.2％。一方面，环境光的反射率可从460nm至640nm进行测量。另一方面，环境光的反射率可在546nm处测量，此处是荧光照明谱的峰和牛顿环出现的一般成因。另一方面，环境光的反射率可在575nm处测量。再一方面，覆盖基板密封的密闭性和机械强度不受本发明的抗反射涂层影响。
一方面，消除或减小入射角为从0至约30度(较佳地至45度)时牛顿环的出现是合乎需要的。消除入射角为45度时的牛顿环通常对给定器件提供90度的可用视角，例如表面法线两侧的45度，并且对诸如手机、数码相机、手持式电子和音频设备的许多产品是可以接受的。一方面，460nm至640nm范围内的环境光从覆盖基板内表面的反射在从0至约30度入射角观看时小于百分之一。另一方面，546nm和575nm的环境光从覆盖基板内表面的反射在从0至约45度入射角观看时小于百分之一。
本发明的发光器件可以是通常用作电子显示器的任何器件，诸如有机发光二极管器件。一方面，发光器件是顶部发射器件，其中所发射的光传输通过透光覆盖基板。
再一方面，发光器件的覆盖基板包括玻璃材料。该玻璃材料可以是适于在显示器件中使用的任何玻璃，诸如二氧化硅、硼硅酸盐、碱石灰、光学冕玻璃(opticalcrown)、眼镜冕玻璃(spectacle crown)、燧石玻璃。另一方面，覆盖基板是Eagle2000TM玻璃。再一方面，覆盖基板包括塑料材料。
抗反射材料
任何抗反射涂层都可用于本发明，只要该涂层材料与器件的构建材料相容即可。较佳地，抗反射涂层材料是无机、无孔、并且不蓄水的。如上所述，潮湿对某些显示技术是有害的，例如有机发光二极管，并且有机或多孔涂层材料可减弱这种器件的密闭密封。
一方面，抗反射涂层可以是单层的诸如氟化镁的低折射系数材料，或者是多层设计的诸如氧化铌、二氧化硅或其混合的高折射系数和低折射系数材料。另一方面，抗反射涂层可以是多层设计。再一方面，这种多层设计包括例如至少一层氟化镁和至少一层在可见光谱中透光的金属氧化物，诸如二氧化钛、氧化钽(tantala)、氧化铝、氧化铈、氧化锆、二氧化铪、氧化钇、一氧化硅、氧化锡、氧化钪、或呈现抗反射涂层的适当折射系数、透光率、和物理性质的其它材料。常规抗反射涂层材料可购得，且本领域技术人员可容易地选择适当的抗反射涂层材料和设计以用于减少环境光从器件外表面的反射。本发明将抗反射涂层技术应用于覆盖基板的内表面以减少环境光的内部反射，从而减少牛顿环的出现。
抗反射涂层的涂敷
抗反射涂层通常使用电子枪或电阻加热熔化沉积材料而从物理蒸汽真空沉积。该沉积膜可在使用氩离子和/或氧离子沉积的过程中或在等离子体环境中被轰击以产生致密、理想配比的膜。或者，致密膜可在真空环境中被溅射。一种这样的技术是DC溅射，其中靶材料由DC等离子体轰击以将原子和分子从靶移出并以视线方式穿过真空到达要涂布的基板。多层材料可以使用连续工艺设备制作。抗反射涂层以及在诸如透镜的制品上沉积的方法在玻璃行业中是公知的。如上所述，本发明将抗反射涂层涂敷在发光器件覆盖基板的内表面上以减少牛顿环的出现。本领域技术人员可很容易地选择适当材料或材料的混合物，并将所述材料沉积在用于发光器件的覆盖基板上。
抗反射层的折射系数和厚度
抗反射涂层的性能，即减小或消除特定波长或波长范围下的反射取决于抗反射涂层的厚度和涂层材料的折射系数两者。一方面，抗反射涂层的厚度的范围为从大于0至约200nm，例如1、2、10、50、100、150、或200nm。
对于单层的抗反射涂层，定义为物理厚度乘以折射系数的抗反射涂层光学厚度较佳地约等于期望反射减小的光之波长的四分之一。通常，期望反射减小的波长在入射到器件上的环境光的光谱中是峰。应该注意，抗反射涂层的厚度不需要与该值精确匹配，但是抗反射涂层的性能随着厚度从该期望值偏离而减弱。目标厚度也较佳地在标称物理厚度的5％内。该范围内的变化对涂层的性能影响很小并且在制造设定中很容易达到。
一方面，抗反射涂层减小荧光的反射率。在许多显示器件上，由于来自普通荧光背景照明的、诸如546nm和577/579nm的汞发射峰与人眼敏感的峰重合，因此来自荧光照明的反射比来自自然照明或白炽光照明的反射问题更大。因此，对于约560nm的目标波长，单层抗反射涂层的较佳光学厚度约为140nm(560÷4)。
单层抗反射涂层的折射系数也能影响涂层减少或消除牛顿环出现的能力。抗反射涂层较佳地具有约等于覆盖基板折射系数平方根的折射系数。如果具有目标折射系数的涂布材料不可用，则具有接近或基本相似折射系数的其它涂布材料可作为替代。因此，对于折射系数为例如约1.5的硼硅酸盐玻璃基板，单层涂布材料的目标折射系数约为1.23。适当的材料是例如在560nm下折射系数约为1.38的氟化镁。因此，对于较佳光学厚度为140nm且折射系数为1.38的单层涂层，氟化镁涂层的较佳物理厚度约为101nm(140÷1.38)，公差约为±5nm。
由于折射系数的变化，例如塑料、燧石玻璃、或Eagle2000TM的具体构建材料会需要不同折射系数的抗反射涂层以充分减少环境光的反射率，并因此减少牛顿环的出现。与如上所述的抗反射涂层厚度一样，应该注意，抗反射涂层材料不必呈现与覆盖基板折射系数平方根精确相等的折射系数。取决于覆盖基板的特性和组成以及发光材料与覆盖基板的平面性、和覆盖基板与发光材料之间的气隙的均匀性，从较佳值偏离仍能造成牛顿环的减少或消除。一方面，抗反射涂层的折射系数等于覆盖基板折射系数的平方根。另一方面，抗反射涂层的折射系数约等于覆盖基板的折射系数的平方根，使得环境可见光的反射小于百分之一。
如以下示例所述，单层抗反射涂层可减少在入射视角的受限范围(例如最高达约30度)内的环境光反射率。较佳地通过使用一层以上的抗反射涂层将该观看范围拓展到至少约45度。一方面，本发明包括具有至少2层抗反射涂层的器件。在其它方面中，本发明包括具有至少3层、至少4层、至少5层或至少10层的抗反射涂层的器件。在另外的方面中，本发明包括具有2、3、4、5、10或12层的抗反射涂层的器件。
取决于具体可用涂层材料的实际设计和折射系数，多层抗反射涂层可具有不同的设计厚度。多层涂层的层厚的偏差也可取决于具体设计，但是通常在现代制造技术的公差之内。
对于两层抗反射涂层，总的光学膜厚较佳地为半波长，每层为四分之一波长光学厚度。在这种涂层系统中，当最靠近基板的层的折射系数等于第二层折射系数与基板折射系数平方根的乘积时，反射率得到减小或消除。对于硼硅酸盐基板上的两层涂层，例如其中第二层(不是最靠近基板的层)是氟化镁，则最靠近基板的层的较佳折射系数约为1.68(1.38x√1.5)。用于这种示例的适当材料是折射系数约为1.63的氧化铝。使用上述理论，氧化铝和氟化镁层的较佳物理厚度分别约为86nm(140÷1.63)和101nm(140÷1.38)。
常规的三层抗反射涂层具有：四分之一波长光学厚度的第一层、半波长光学厚度的第二层、和四分之一波长光学厚度的第三层，从而复合涂层是全波长光学厚度。对于三层以上的抗反射涂层，对于单个层的光学厚度和折射系数而言不存在较佳的理论关系，但是涂层系统可通过指定期望折射系数、选择期望涂层材料、以及计算各层的较佳光学厚度进行建模并开发。对于具有三个或以上层的涂层系统，有可能只使用两种抗反射材料就获得期望结果。抗反射涂层材料以及单层或多层抗反射涂层系统的设计和建模对抗反射涂层领域中的技术人员是公知的，并且能很容易地为本文中的本发明选择适当的抗反射涂层系统。
示例
为了进一步说明本发明的原理，阐述以下示例以向本领域普通技术人员提供对如何制作和评估发光器件和消除牛顿环的方法的完整公开和描述。它们旨在完全是示例性的，而不旨在对发明人认为的发明范围进行限制。已经努力确保数值(例如厚度、折射系数等)的正确性；然而，应该考虑某些误差和偏差。存在可用于优化器件性能的许多变化和状况的组合，例如涂层组分、各组分的折射特性，以及可用于优化这些状况的沉积技术。将只需要合理和常规的试验来优化这些状况。
所有所述示例的发光器件都被建模以确定在诸如0、30和60度的不同入射角下环境光的反射。本文包括的所有数值都基于理论模型。这样，任何所述具体数值旨在用作近似值，并且可取决于其它器件和试验条件变化。对于所有示例，沉积涂层的方法在业界是公知的，并且本领域技术人员能够容易地选择适当的涂层沉积技术。
示例1-单层MgF2涂层
在第一示例中，单层氟化镁涂层在一片Eagle2000TM玻璃的一个表面上建模，模拟发光器件覆盖基板的内表面。本示例中Eagle2000TM玻璃在589.3nm下的折射系数为1.507，因而根据上述理论，抗反射涂层的目标折射系数为1.23且光学厚度为147nm。单层氟化镁涂层具有1.38的折射系数，因而物理厚度约为107nm。
图2示出单层氟化镁涂层在不同入射角度下的建模折射率。在546nm的波长下，当从0至30度的入射角度观看时，该折射率约为1.4％。在45度入射角下，折射率略大于百分之二，且在60度入射角下，折射率大于百分之五。
示例2-多层涂层
在第二组示例中，实施一系列模型以确定环境光对涂有多层抗反射涂层的覆盖基板的反射率。三层和十二层抗反射涂层在不同入射角度下建模。三层涂层模型表示Eagle2000TM玻璃基板上的典型抗反射涂层设计。3层中各个层的折射系数和物理厚度分别为：1.62和83nm、2.32和116nm、以及1.38和98nm。十二层涂层更复杂，需要薄得多的层，这样通过计算机进行优化以适应大量变量。
图3示出对于3层和12层抗反射涂层，在0度入射角下光的建模反射率。对于两种涂层，根据本发明，反射率在546nm处大大小于百分之一。
图4示出对于3层和12层抗反射涂层，在30度入射角下光的建模反射率。对于两种涂层，根据本发明，反射率在546nm处大大小于百分之一。与示例1的单层氟化镁涂层的约1.4％相比，3层涂层具有约0.3％的反射率。
图5示出对于3层和12层抗反射涂层，在45度入射角下光的建模反射率。对于两种涂层，根据本发明，反射率在546nm处小于百分之一。
图6示出对于3层和12层抗反射涂层，在60度入射角下光的建模反射率。对于两种涂层，反射率在约百分之三和约百分之四之间。虽然牛顿环在某些应用中可见，但是通过本示例的涂层，环境光的反射率比图2所示的单层氟化镁涂层大大减小。根据计算模型，数量大于3的多个层并非必然减少牛顿环。
示例3-四层抗反射涂层
在第三示例，四层抗反射涂层在Eagle2000TM覆盖基板上建模。该四层涂层包括12nm的氧化铌、约36nm的二氧化硅、约110nm的氧化铌、以及90nm的二氧化硅顶层。
如图7所示，最高达45度的入射角下光的建模反射率对630nm以下的可见波长小于百分之一。该模型说明该涂层合成物足以减少在高达约45度的入射角下牛顿环的出现。
在本申请中，引用了了各种出版物。这些出版物的公开通过引用整体结合于本申请中以便于更加全面地描述本文所述的化合物、合成物和方法。
也应该理解，虽然本发明针对其某些说明性、具体方面进行了细节描述，但是不应视为局限于此，因为在不背离如所附权利要求书定义的本发明的宽泛范围的情况下有可能进行许多更改。

Claims (20)

1.一种发光器件，包括：
覆盖基板，能够传输光并具有第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面；
支承基板；以及
发光层，定位在所述覆盖基板与所述支承基板之间，其中所述发光层在所述覆盖基板的所述第一表面方向上发射光，且其中所述覆盖基板的所述第一表面涂有抗反射材料。
2.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述抗反射材料的折射系数约等于所述覆盖基板的折射系数的平方根。
3.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述抗反射材料涂层的光学厚度约等于所发射光的波长除以四。
4.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述覆盖基板的所述第一和第二表面涂有抗反射材料。
5.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，当从0至约30度入射角观看时，460nm至640nm入射光从所述覆盖基板的第一表面的反射率小于百分之一。
6.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，当从0至约45度入射角观看时，546nm和575nm入射光从所述覆盖基板的第一表面的反射率小于百分之一。
7.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述发光层是有机发光二极管。
8.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述发光层是透过所述覆盖基板发光的顶部发光二极管。
9.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述抗反射材料是无机材料。
10.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述抗反射材料包括氟化镁、氧化铌、二氧化硅、一氧化硅、氧化钽、氧化锆、二氧化钛、氧化铝、氧化钇、二氧化铪、氧化钪、氧化锡、氧化铈或其混合物中的至少之一。
11.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述抗反射材料的涂层包括至少两层。
12.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述抗反射材料的涂层包括至少三层。
13.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述抗反射材料的涂层是四层。
14.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述覆盖基板包括玻璃。
15.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述覆盖基板包括塑料。
16.一种制作发光器件的方法，包括：
提供
(1)覆盖基板，能够传输光并具有第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面，其中所述第一表面涂有抗反射材料；
(2)支承基板；以及
(3)发光层；以及
将所述发光层定位在所述覆盖基板与所述支承基板之间，使得所述发光层在所述覆盖基板的所述第一表面方向上发射光。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述覆盖基板的所述第一和第二表面都涂有抗反射材料。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述发光材料是有机发光二极管。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述抗反射材料包括至少两层。
20.一种用于减少器件中牛顿环的形成的方法，包括：
提供如权利要求1所述的器件；以及
将环境光接收在所述发光层上；
由此防止内部反射环境光的至少一部分透过所述覆盖基板。
CNA2007101485103A 2006-08-24 2007-08-23 包括抗反射层的发光器件 Pending CN101132662A (zh)

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