CN101814560A - 一种光电器件用光学介质、发光器件和太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种光电器件用的光学介质及应用该介质的发光器件和太阳能电池，目的是解决现有技术发光器件存在的光释放率低的问题及增强太阳能电池的聚光作用，光学介质具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐渐减小，第二表面设置有散射结构，光线从其中一个表面入射至少有部分光线可经另一个表面释出，散射结构为下述五者之一：为覆盖在第二表面的微透镜构成的微透层；或覆盖在第二表面的微球粒构成的微球层；或涂布在第二表面而由微粒和粘合剂构成的散射层；或是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或第二表面上的纹理结构。应用上述光学介质的发光器件和太阳能电池是以上述光学介质为衬底。

Description

一种光电器件用光学介质、发光器件和太阳能电池

技术领域

本发明属于一种光电领域，主要涉及一种光学介质，以及该介质的发光器件和太阳能电池。

背景技术

有机电致发光器件是因为近年的平板显示器和平面照明光源的需求的提高而备受瞩目的元件。Tang和Vanslyke提出元件由形成于玻璃基板上的阳极，空穴传输层，电子传输发光层和阴极构成(Appl.Phys.lett.，51，913，1987)。此外，已知的有机薄膜代替玻璃基板实现轻量化柔性的元件，以及采用前述元件的用透明性材料做阴极，再在其上设置透明性薄膜，从阴极侧发光的顶发光方式的元件等。有机电致发光器件与以往广泛使用的平板显示元件相比具有一定的优点。即有机电致发光是自发光元件，耗电量较小，能够形成极薄的元件。

为解决有机电致发光器件在低电压下具有高亮度这一问题(因为为是器件高亮度一般要求提高器件的驱动电压，提高驱动电压会减少器件的寿命)，一方面是着力于有机电致发光器件的发光材料的改良。即为了施加低的电压得到高的亮度，开发了内部能量效率较高的的发光层材料。

另一方面，Thompson等认为表示有机电致发光器件的发光效率的外部效率用内部效率和光释放率的乘积表示(Optics letters22，6396，1997)，除了内部效率的提高外，光释放率也应提高。

光释放率是指对应于发光元件从元件的透明基板正面被释放入大气中的比例。即发光层中的光线被释放入大气中，必须通过数个折射率不同的介质的界面，但根据斯涅尔定律(折射定律)，在各界面其临界角以上角度的入射光线被界面全反射，导入层中而消失，或从侧面被释放，从元件正面释放的光线就少了。

按照前述Thompson等人的理论，有机电致发光器件光释放率约为17.5，发光层中发出的光约有18％释放到元件外，剩余的约82％被封入元件中而消失或从元件侧面释放。

因此，提高释放率是一个很重要的课题，以往进行了各种尝试。揭示了在透明发光层和透明电极之间形成晶粒边界、使可见光散射的技术(日本专利特公平3-18320号公报)，做为透明电极使用表面粗糙化的玻璃基板，使发出的光散射的技术(日本专利特开昭61-156691号公报)，在电极和有机层的界面附近设置散射区域的技术(日本专利特开平09-129375号公报)，但是这些尝试都可能使所有元件各层的薄膜厚度不均一，导致绝缘层破坏及元件发光的不均一性，所以从元件的量产性考虑，不一定满足要求，因此，有机电致发光器件光释放率低这一问题依然未得到有效解决。

中国专利CN1816917A关于LED的出光(释光)，其使用的利用减反射层的发光器件能使发光器件的光多透过一些到基板(玻璃、塑料)中，但由于这部分多透过的光相对于基板和空气的界面，其入射角已经很大，因此，在空气和基板界面仍然会被全反射入玻璃中，致使发光器件正面出光率没有显著的提高。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的光释放率低的问题，提供一种光电器件用的光学元件，可以使发光器件在低电压下获得更大的光释放率从而增强出光效果。

本发明的另一目的是提供应用上述光学介质的发光器件。

本发明还有一个目的是提供应用上述发光器件的太阳能电池，以增强太阳能电池的聚光作用，提高能效。

本发明的各目的分别通过下述技术方案来实现：

光电器件用光学介质，具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐渐减小，第二表面设置有散射结构，光线从其中一个表面入射至少有部分光线可经另一个表面释出。

所述散射结构为覆盖在第二表面的微透镜构成的微透层。

所述微透镜的直径小于10μm。

所述散射结构为覆盖在第二表面的微球粒构成的微球层，微球粒的直径小于10μm。

所述散射结构为涂布在第二表面而由微粒和粘合剂构成的散射层，微粒的直径小于10μm；或粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或第二表面上的纹理结构。

所述第一表面的折射率和与其接触的发光层的折射率相等；第二表面的折射率和与其接触的空气界面的折射率相等。

光电器件用光学介质，具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面之间有中间界面，第一表面到中间界面的折射率逐渐减小，中间界面到第二表面具有相同的折射率，第二表面设置有散射结构，光线从第一表面、第二表面中的一个表面入射至少有部分光线可另一个表面释出。

所述散射结构为下述五者之一：

所述散射结构为覆盖在第二表面的微透镜构成的微透层；或

所述散射结构为覆盖在第二表面的微球粒构成的微球层；或

所述散射结构为涂布在第二表面而由微粒和粘合剂构成的散射层；或

所述散射结构即是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或

所述散射结构为第二表面上的纹理结构。

光电器件用光学介质，具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面之间至少有一中间界面，第一表面到中间界面的折射率逐渐减小，中间界面到第二表面折射率逐渐减小，各中间界面两侧的折射率相等，并且第二表面设置有散射结构。

所述散射结构为下述五者之一：

所述散射结构为覆盖在第二表面的微透镜构成的微透层；或

所述散射结构为覆盖在第二表面的微球粒构成的微球层；或

所述散射结构为涂布在第二表面而由微粒和粘合剂构成的散射层；或

所述散射结构即是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或

所述散射结构为第二表面上的纹理结构。

一种发光器件，包括衬底及与其一面接触的二极管区域，所述衬底具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐渐减小，第二表面设置有散射结构，光线从其中一个表面入射至少有部分光线可经另一个表面释出，二极管区域与第一表面接触，且二极管区域能够响应施加于其上的电压而发光。

一种发光器件，包括衬底及与其一面接触的二极管区域，衬底由至少两层变折射率介质叠合而成，其外侧两个表面分别为第一表面和第二表面，各层位于第一表面和第二表面之间的表面为中间界面，第一表面到中间界面的折射率逐渐减小，中间界面到第二表面折射率逐渐减小，并且第二表面设置有散射结构，光线从第一表面、第二表面中的一个表面入射至少有部分光线可经其中另一个表面释出；各中间界面两侧的折射率相等；二极管区域位于衬底第一表面处，且能够响应施加其上的电压而发光。

一种有机太阳能电池，包括：

衬底，具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐渐减小，第二表面设置有散射结构，光线从其中一个表面入射至少有部分光线可经另一个表面释出；

二极管区域，与第一表面接触，且二极管区域能够响应施加于其上的光线而产生电势或电流。

本发明的光学介质采用上述结构，在第一表面与第二表面之间具有渐变的折射率且逐渐减小，本发明的表述可以看出，其中一个表面是该光学元件的元件侧，另一个表面是其空气侧，即发光器件的光线可以经由其中一个表面从另一个表面释出，也就是说，通过这种渐变的折射率结构，可以减少光线经过第一表面、第二表面处所形成的界面时的全反射数量，从而提高光释放率；另外，第二表面处所设置的散射结构，可以使得从变折射率介质中出来的大角度的光线能被散射出介质和空气的界面而进入空气中，进一步提高介质与空气界面的光释放率。

可见，本发明结构上采用在光路上渐变的折射率和介质与空气界面的散射结构相结合，可以大幅提高光释放率，而不用提高发光器件的电压即可得到需要的出光效果，而且结构简单易行。

本发明中的光学介质可以适用于LED和OLED等电致发光元件中作为衬底，并且当应用于太阳能电池的时候，光线如果从具有散射结构的表面入射而进入上述光学介质制成的衬底，根据光路可反向，则可以增加进入衬底的光线，并且可以使光线的入射角逐渐减小，对光线有会聚作用，因此，此衬底也适用于有机太阳能电池(OSC)的衬底，也可以做无机太阳能的封装材料，从而提高太阳能电池的能效。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例4的结构示意图；

图中标号：1是散射结构，2是光学介质，3是透明电极，4是有机层，5是电极。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

实施例1：

光学介质2具有第一表面和第二表面，第一表面为元件侧与发光器件接触接收光线，第二表面为空气侧，与外界空气接触以释出光线。

第一表面到第二表面的折射率逐渐减小，第二表面设置有散射结构1，光线从第一表面入射至少有部分光线可经第二表面释出，即光学介质2对于光辐射至少是部分透明的。

本实施例中，散射结构1为覆盖在第二表面的微球粒构成的微球层，微球粒的直径小于10μm，在工程实际上，也可以是约等于10μm。

微球粒的直径在小于1um时则主要是散射作用，直径约10um则主要是使几何光学的光线更有利于进入空气中。

本实施例中，光学介质2可以是石英玻璃、钠钙玻璃或有机薄膜(塑料薄膜，可用柔性有机电致发光器件)。

本实施例的光学介质可以由以下几种方法制成：热蒸发、电子束蒸发、溅射、旋涂、溶胶凝胶旋涂、电镀、自由化学气相沉积(CVD)和等离子体化学气相沉积(PECVD)和(反应)离子交换法中的一种或几种制成。其中，离子交换法适用于使用玻璃中的阳离子和溶液中的阳离子交换，从而改变玻璃折射率分布，可以制作大面积的变折射率层，但只有玻璃一侧与溶液接触，才能使折射率满足本发明的渐变需要。

本实施例中，第一表面的折射率和与其接触的发光层的折射率相等；第二表面的折射率和与其接触的空气界面的折射率相等，在工程实际上，第一表面、第二表面的折射率越接近发光层、空气界面的折射率，则光释放率越高，则本发明的效果越好，因而，如果因工程实际的限制而不能使上述折射率完全相等，则近似相等也是本发明所公开的技术方案。

应用上述光学介质的发光器件如图1所示，光学介质2的第一表面下依次层压有透明电极3、有机层4和电极5。

本实施例的发光器件中，光学介质2为衬底，透明电极3、有机层4和电极5构成二极管区域。

实施例2：

如图2所示，本实施例为一种发光器件，其结构与实施例1存在如下区别：散射结构为覆盖在第二表面的微透镜构成的微透层，微透镜的直径小于10μm，在工程实际上，也可以是约等于10μm。

微透镜的直径在小于1um时则主要是散射作用，直径约10um则主要是透镜的类球面使的在几何光学的角度更利于光线进入空气中。

其它结构与实施例1相同。

实施例3：

如图3所示，本实施例为一种发光器件，其结构与实施例1存在如下区别：散射结构为涂布在第二表面而由微粒和粘合剂构成的散射层，微粒的直径小于1μm或等于10μm，微粒的尺寸选择理由如实施例1。在微粒完全陷入粘合剂中的情况下，为了避免影响散射效果，可选用折射率不同的微粒和粘合剂来构成散射层。

其它结构与实施例1相同。

实施例4：

如图4所示，本实施例的发光器件的结构与实施例1存在如下区别：散射结构为粗糙度比第一表面更大的第二表面本身或是在第二表面上设置的纹理结构。

实施例5：

本实施例为一种发光器件，其基本结构如实施例1或实施例2或实施例3或实施例4中的一种，其中不同之处是光学介质2为至少两层渐变折射率层构成，即其外侧的第一表面和第二表面之间有至少一处中间界面，第一表面到中间界面的折射率逐渐减小，中间界面到第二表面具有相同的折射率。

对于两层以上的渐变折射率层构成的光学介质2，各中间界面两侧的折射率可以相等，在工程实际上，越接近于相等效果越好。

实施例6：

本实施例的有机太阳能电池包括衬底和位于衬底第一表面的有机太阳能区域，该衬底为上述各实施例中的光学介质2中的一种，有机太阳能区域可以是二极管，该区域与第一表面接触，且能够响应施加于其上的光线而产生电势或电流。

实施例7：

本实施例为一种LED发光器件，以光学介质为衬底，该光学介质具有第一表面和第二表面，第一表面为元件侧与二极管区域接触以接收光线，第二表面为空气侧，与外界空气接触以释出光线。

上述二极管区域能够响应施加于其上的电压而发光。

Claims (13)

1.光电器件用光学介质，具有第一表面和第二表面，其特征在于，第一表面到第二表面的折射率逐渐减小，第二表面设置有散射结构，光线从其中一个表面入射至少有部分光线可经另一个表面释出。

2.如权利要求1所述光电器件用光学介质，其特征在于，所述散射结构为覆盖在第二表面的微透镜构成的微透层。

3.如权利要求2所述光电器件用光学介质，其特征在于，所述微透镜的直径小于10μm。

4.如权利要求1所述光电器件用光学介质，其特征在于，所述散射结构为覆盖在第二表面的微球粒构成的微球层，微球粒的直径小于10μm。

5.如权利要求1所述光电器件用光学介质，其特征在于，所述散射结构为

涂布在第二表面而由微粒和粘合剂构成的散射层，微粒的直径小于10μm；或

粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或

第二表面上的纹理结构。

6.如权利要求1所述光电器件用光学介质，其特征在于，所述第一表面的折射率和与其接触的光电器件表面的折射率相等；第二表面的折射率和与其接触的空气界面的折射率相等。

7.光电器件用光学介质，具有第一表面和第二表面，其特征在于，所述第一表面和第二表面之间有中间界面，第一表面到中间界面的折射率逐渐减小，中间界面到第二表面具有相同的折射率，第二表面设置有散射结构，光线从第一表面、第二表面中的一个表面入射至少有部分光线可经另一个表面释出。

8.如权利要求7所述光电器件用光学介质，其特征在于，所述散射结构为下述五者之一：

所述散射结构为覆盖在第二表面的微透镜构成的微透层；或

所述散射结构为覆盖在第二表面的微球粒构成的微球层；或

所述散射结构为涂布在第二表面而由微粒和粘合剂构成的散射层；或

所述散射结构即是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或

所述散射结构为第二表面上的纹理结构。

9.光电器件用光学介质，具有第一表面和第二表面，其特征在于，所述第一表面和第二表面之间至少有一中间界面，第一表面到中间界面的折射率逐渐减小，中间界面到第二表面折射率逐渐减小，各中间界面两侧的折射率相等，并且第二表面设置有散射结构。

10.如权利要求9所述光电器件用光学介质，其特征在于，所述散射结构为下述五者之一：

所述散射结构为覆盖在第二表面的微透镜构成的微透层；或

所述散射结构为覆盖在第二表面的微球粒构成的微球层；或

所述散射结构为涂布在第二表面而由微粒和粘合剂构成的散射层；或

所述散射结构即是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或

所述散射结构为第二表面上的纹理结构。

11.一种发光器件，包括衬底及与其一面接触的二极管区域，其特征在于，所述衬底具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐渐减小，第二表面设置有散射结构，光线从其中一个表面入射至少有部分光线可经另一个表面释出，二极管区域与第一表面接触，且二极管区域能够响应施加于其上的电压而发光。

12.一种发光器件，包括衬底及与其一面接触的二极管区域，其特征在于，衬底由至少两层变折射率介质叠合而成，其外侧两个表面分别为第一表面和第二表面，各层位于第一表面和第二表面之间的表面为中间界面，第一表面到中间界面的折射率逐渐减小，中间界面到第二表面折射率逐渐减小，并且第二表面设置有散射结构，光线从第一表面入射至少有部分光线可经第二表面释出；各中间界面两侧的折射率相等；二极管区域位于衬底第一表面处，且能够响应施加其上的电压而发光。

13.一种有机太阳能电池，其特征在于，包括：

衬底，具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐渐减小，第二表面设置有散射结构，光线从其中一个表面入射至少有部分光线可经另一个表面释出；

二极管区域，与第一表面接触，且二极管区域能够响应施加于其上的光线而产生电势或电流。

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