CN101960919A

CN101960919A - 具有光散射层的隐藏的有机光电器件

Info

Publication number: CN101960919A
Application number: CN2009801066906A
Authority: CN
Inventors: C·塔纳斯; H·利夫卡; M·I·波波维西; H·格赖纳
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2011-01-26
Also published as: US20100326519A1; US20140054573A1; EP2248391B1; JP2011513907A; ATE535028T1; ES2377598T3; CN103824960A; TW200945645A; EP2248391A1; JP5791904B2; US9040970B2; US8552446B2; RU2010139474A; WO2009107043A1; RU2480967C2

Abstract

一种光电器件(100)，包括：至少一个光电有源区(101)，所述光电有源区至少包括有机光电材料(104)夹在其间的后电极(102)和前电极(103)，所述后电极(102)是反射的；以及设置在所述前电极(103)之前的覆盖层(105)。覆盖层(105)包括具有第一材料的光散射颗粒(110)的材料，所述光散射颗粒散布在至少部分地水解的二氧化硅溶胶的透明基质(111)中。由于覆盖层的高度散射特性，该器件在不处于其工作状态下时基本上隐蔽在覆盖层之后。

Description

具有光散射层的隐藏的有机光电器件

技术领域

本发明涉及一种光电器件，该光电器件包括：至少一个光电有源区，所述光电有源区至少包括有机光电材料夹在其间的后电极和前电极，所述后电极是反射的；以及设置在所述前电极之前的覆盖层。

背景技术

OLED(有机发光二极管)和OPV(有机光生伏打)技术正作为不同类型的照明/再充电用途的替代方案而出现。OLED和OPV统称为有机光电器件。通常，有机光电器件包括有机光电材料夹在其间的两个电极。

在OLED中，光电材料是电致发光材料。当使电流在这些电极之间流动时，有机电致发光材料发射光。

在OPV器件中，光电材料是有机光生伏打材料，其收集光子并且将它们转化成正电荷和负电荷以便在电极之间产生电压。

由于有机光电器件的柔性特性，它们可以有利地用于柔性应用，即其中器件在正常操作期间可以弯曲的应用，或者用在弯曲表面上，从而例如在OLED的情况下提供弯曲的显示器件或照明系统。

在这个方面，至少当前技术的缺点在于，将光电材料夹在中间的阳极电极和阴极电极之一是高度反射的，以便获得高的光利用。因此，器件具有镜状外观，这在一些应用中是不希望的。例如，OLED在关断状态下的外观是重要的，并且已经提出了不同的解决方案以改善它。

Duggal等人的US 6501218描述了一种利用OLED技术的用于室外标志的器件结构。在这里，被图案化成诸如字符或数字的标志的OLED与光发射OLED区域上的高度散射非吸收涂层以及非发射区域上的高吸收涂层相结合。得益于形成标志(字符、数字)的高度散射材料和形成标志轮廓的高吸收涂层的结合，结果是在低环境光水平条件下可借助于OLED光看到的标志。

US 6501218公开了在OLED顶部上使用散射搪瓷涂层。然而，需要将搪瓷喷涂到塑料膜或载玻片上，然后将其转移到OLED器件。存在对于可以在无需中间涂敷步骤的情况下直接应用到OLED表面的涂层的需要。

US 6501218的搪瓷涂层具有以下另外的缺点：当搪瓷涂层已经喷涂于其上的衬底受应力或被弯曲时，该搪瓷涂层将破裂或剥落。

此外，在获得包含用于装饰和提供信息的目的的发光图案的大表面方面引起很大关注，并且在许多情况下，如果这些图案仅仅在OLED表面发射光时可见，那么这将是所希望的。

此外，引起关注的是提供这样的OPV器件，可以使得该OPV器件对用户不可见，例如以便不干扰被提供有来自OPV的电压的器件的视觉外观。

发明内容

本发明的目的是至少部分地消除现有技术的至少一些问题，并且提供改进的有机光电器件，该器件基本上对观看者隐蔽，除非它处于其工作状态下。

因此，在第一方面中，本发明提供了一种光电器件，该光电器件包括：至少一个光电有源区，所述光电有源区至少包括有机光电材料夹在其间的后电极和前电极，所述后电极是反射的；以及设置在所述前电极之前的覆盖层。所述覆盖层包括包含第一材料的光散射颗粒的材料，所述光散射颗粒散布在至少部分地水解的二氧化硅溶胶的透明基质中。

由于散射颗粒的原因，覆盖层具有高度散射特性。因此，它具有高隐藏能力，使得设置在覆盖层之外的结构不可见。然而，光可以穿过该层。

至少部分地水解的二氧化硅溶胶对于在应力下的破裂具有强的抵抗性，并且因而在所述光电器件很可能经受应力时可以被有利地使用。

至少部分地水解的溶胶可以通过使预水解的二氧化硅溶胶干燥来方便地获得，所述干燥可以在室温下进行。该覆盖层材料可以在无需溶剂和/或高温的情况下获得，溶剂和/或高温否则会对OLED功能具有不利的影响。此外，它基本上是非吸收的，并且散射颗粒的包含使得覆盖层高度散射。

在本发明的实施例中，光电材料可以是电致发光材料。

如果光电材料是电致发光材料，那么本发明的光电器件是OLED(有机发光二极管)器件。OLED发射光，所述光通过覆盖层进入周围环境中。

OLED发射的光由覆盖层接收，并且该光的一部分(T)透射通过覆盖层。光的另一部分(1-T)往回朝向OLED反射。该光的该部分(R(1-T))在OLED的反射电极中反射之后再次由覆盖层接收，其中R是反射电极的反射率。该二次光的一部分T(1-T)R透射通过覆盖层，而另一部分T(1-T)²R往回朝向OLED反射。这种情况继续下去，直到没有剩余的光透射通过覆盖层。结果，由OLED发射且透射通过覆盖层的光的部分显著高于根据覆盖层的透射率而预期的部分。因此，在工作时，OLED发射的光通过覆盖层是清晰可见的。然而，在非工作状态下，OLED结构通过覆盖层将基本上是不可见的。

在本发明的其它实施例中，有机光电材料可以是有机光生伏打材料。

如果光电材料是有机光生伏打材料，则本发明的器件是能够将光转化成电压的OPV(有机光生伏打器件)。

依照本发明将OPV设置在覆盖层之后使得OPV的结构对观看者不可见，以便它们可以隐藏在其中需要这种OPV的不同器件中。OPV对于漫射光工作良好，因而覆盖层的散射特性不妨碍OPV的功能。

应当指出的是，依照本发明的器件可以包括有机电致发光材料和有机光生伏打材料这两者，例如该器件的一个区域充当基于有机的发光器件，该器件的另一区域充当基于有机的太阳能电池。

在本发明的实施例中，所述覆盖层叠加在所述至少一个光电有源区上并且至少覆盖所述至少一个光电有源区的整个表面。

利用覆盖层覆盖整个光电表面隐藏了所述光电器件，即使得它对于观看者基本上不可见。在OLED器件中，它可以保持隐蔽，直到器件处于其工作状态。

在本发明的实施例中，所述器件可以包括至少第一和第二光电有源区，所述光电有源区并排设置并且相互分隔开以便在其间形成间隙区，其中所述覆盖层叠加在所述第一和第二光电有源区上并且至少覆盖所述第一和第二光电有源区和所述间隙区的组合表面。

利用同一个覆盖层覆盖两个或更多OLED以及这些OLED之间的间隙提供了一种光模式，其可以在覆盖层表面上显示，即使发光器件如上面所讨论的被隐蔽，直到处于其工作状态。在光生伏打器件的情况下，覆盖层的表面将不显露设置在其后的多个器件的存在。

在本发明的实施例中，所述透明基质是二氧化硅溶胶凝胶。

溶胶凝胶可以通过进一步使部分地水解的二氧化硅溶胶干燥来获得。这可以在室温下或者至少在不损坏光电部件的温度下并且也在不使用诸如溶剂之类的对光电部件有害的化合物的情况下进行。二氧化硅溶胶凝胶还是玻璃状材料，其对于例如刮擦的机械影响具有良好的抵抗性。

在本发明的实施例中，所述覆盖层可以具有从50％到95％的范围内的反射率。

优选地，覆盖层的反射率处于所述范围内以便维持隐藏(一个或多个)光电器件的结构的能力与发射足够的光的能力之间的折衷。在OLED器件的情况下，OLED在非工作状态下隐藏，而覆盖层允许(一个或多个)OLED发射的光穿过。

在本发明的实施例中，所述第一材料的所述颗粒的折射率高于透明基质的折射率。

通过将高折射率颗粒散布在低折射率材料中，获得良好的散射效应。

在本发明的实施例中，所述第一材料的所述颗粒按重量计算占所述覆盖层材料的大约10％到大约80％，优选地按重量计算占15％到70％。

光散射颗粒以上面的浓度包含在覆盖层中以便赋予覆盖层良好的散射效应。

在第二方面中，本发明涉及包括本发明第一方面的器件的装置，该器件设置在至少部分地包围所述器件的侧向边缘的框架中，其中所述覆盖层覆盖所述至少一个器件以及所述框架的至少一部分。

利用相同的覆盖材料覆盖所述(一个或多个)光电器件及其周围的框架这两者使得有效地隐藏光电器件成为可能，因为从框架到OLED的转变在(OLED的)非工作状态下将不容易通过仅仅视觉检查而从外部检测到。

在第三方面中。本发明涉及一种用于制造依照本发明的光电器件的方法，该方法包括步骤：提供光电器件；向可选地预水解的二氧化硅溶胶提供散布于其中的所述第一材料的颗粒；将所述二氧化硅溶胶层设置在所述光电器件的所述前电极之前；以及使所述层干燥。

应当进一步指出的是，本发明涉及所附权利要求的所有可能的组合。

附图说明

现在，将参照示出本发明当前优选实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其它方面。

图1以截面图示意性地示出了本发明的发光器件。

图2a以平面视图示意性地示出了关断状态下本发明的基于OLED的装置。

图2b以平面视图示意性地示出了接通状态下图2a的装置。

具体实施方式

本发明涉及包括电极对的有机光电器件，所述电极对即有机光电材料夹在其间的后电极和前电极，后电极是反射的，而覆盖层设置在前电极之前。

图1中示意性地示出了依照本发明的发光器件100，即其中有机光电材料是电致发光材料的有机光电器件，并且该发光器件包括两个OLED有源区101和101’。每个OLED有源区101、101’包括有机电致发光材料104，该材料设置在(即，夹在)后电极102与前电极103之间。OLED有源区101被定义为其中电致发光材料104夹在两个电极102、103之间的区域。相邻OLED有源区101、101’之间的区域在下文中表示为间隙区106。

当在本文中使用时，就覆盖层设置在前电极之前的语境而言，措辞“设置在……之前”表示覆盖层设置在器件的前电极与器件的外部环境之间。对于OLED器件而言，这意味着覆盖层接收OLED发射的光并且将其传递到环境中。对于OPV器件而言，这意味着环境光在其穿过前电极并且到达光生伏打层之前穿过覆盖层。

在图1的实施例中，前电极103是透明的，从而它代表OLED器件的发光(前)侧，而后电极102是反射的。

适合于电极的材料以及有机电致发光或有机光生伏打材料对于本领域技术人员应当是已知的，并且在此将不详细讨论。但是，典型地，透射前电极可以由诸如ITO(氧化铟锡)之类的透明导电材料制成，并且反射后电极可以由诸如金属或涂敷了金属的材料之类的反射导电材料制成。

有机光电材料可以是聚合物材料或者具有小的有机分子的材料，如本领域中所公知的。

如本领域中所已知的，光电器件常规上还可以包括附加层，例如阻挡层、用于均匀电流分布的金属分流器、缓冲层和衬底。然而，为了简单起见，省略了对这样的层的描述，因为它们的位置和用途对于本领域技术人员而言是熟知的。诸如发光器件100之类的光电器件典型地还包括本领域中常规的驱动电子部件(未示出)。

覆盖层105设置在OLED有源区101、101’之上、前电极103之前，并且也覆盖位于这些有源区之间的间隙区106。

覆盖层105设置在衬底107上，该衬底位于前电极与覆盖层105之间。该衬底可以例如由玻璃或塑料形成，并且可以例如包括保护有源层不受水和/或氧气影响的缓冲层。

覆盖层包括其中散布散射颗粒110的至少部分地水解的二氧化硅(silica)溶胶凝胶的基本上非吸收基质111。

典型地，基质111是二氧化硅溶胶凝胶，其具有是透明、坚硬、防刮和玻璃状的材料的优点。

散射颗粒110典型地由具有比周围基质111的折射率更高的折射率的材料形成。例如，散射颗粒的折射率优选地为至少2.0。周围基质典型地具有大约1.3至1.6的折射率。

散射颗粒110典型地由选自包括TiO₂锐钛矿、TiO₂金红石、ZrO₂、Ta₂O₅、ZnS、ZnSe或者其中两种或更多种的混合物的组的材料制成。

这些材料是适合于要散布在所述基质中的基本上非吸收的散射颗粒的材料的良好实例。

散射颗粒典型地按重量计算占所述覆盖层材料的大约10％到大约80％，优选地按重量计算占15％到70％。

光散射颗粒以上面给定范围内的浓度包含在覆盖层中以便在覆盖层中提供良好的散射效应。

散射颗粒110的颗粒尺寸可以被选择成匹配OLED发射的光的颜色以便获得最大的散射效应。平均颗粒尺寸应当接近用于此的发射的光的波长。因此，散射颗粒的平均颗粒尺寸范围为从100nm到1000nm，优选地从200nm到800nm(即从UV到可见光的波长范围)。

典型地选择基质中散射颗粒110的浓度以及覆盖层105的厚度以便获得这样的涂层，该涂层当OLED有源区处于非工作(关断)状态时隐蔽OLED结构，但是允许OLED有源区发射的光通过覆盖层105发出。

典型地，具有大于每次通过50％的反射率的涂层是所希望的，该反射率优选地大于75％，例如大于85％，由此获得良好的隐藏能力。

覆盖层的厚度典型地从1μm到50μm以便提供良好的隐藏特性和希望的透射率。

在理想的情况下，采用非吸收覆盖层，OLED发射的光通过覆盖层的总透射可以计算为

T_{tot} = Σ_{n = 0}^{\infty} T {((1 - T) R)}^{n}

其中T为每次通过覆盖层的透射(1-反射率)并且R为OLED有源区的反射电极的反射率。

对于作为本发明器件的代表值的20％的T值(80％的反射)和80％的R值，T_tot等于0.6。

因此，OLED有源区发射的光将通过覆盖层而清晰可见，而OLED结构在关断状态下通过覆盖层将基本上不可见。覆盖层105可以例如通过如下方式获得。

二氧化硅前体溶胶凝胶通过例如利用充当催化剂的酸在水中预水解烷氧基硅烷(alkoxysilane)溶液而获得。

将二氧化硅颗粒的悬浮液添加到预水解溶胶。然后，将散射颗粒110添加到该混合物。

得到的混合物于是可以通过本领域技术人员已知的方式(例如滚轧工作台)来均质化。结果是稳定的悬浮液。如果保持在冷冻装置中，那么该悬浮液具有至少两个月的保存期。

然后，可以借助于诸如旋涂、喷涂或者刮涂之类的任何常规使用的涂敷方法将悬浮液涂敷到OLED表面上。

涂敷层允许在室温下干燥，无需进一步的热处理就获得具有透射与隐藏特性之间的希望的折衷的硬保护覆盖层。

使用的OLED可以是均匀的瓦状物，或者可以具有图案化的图画或者其它在涂敷之前可见的创造气氛的设计。

本领域技术人员容易理解的是，如果有机电致发光材料被有机光生伏打材料代替，那么上面描述的实施例也可以应用于有机光生伏打器件(OPV)中。

典型地，OPV(也称为有机太阳能电池)用于通过将诸如阳光或室内光之类的光转换成电能而驱动某些种类的电子器件(例如OLED)。对于观看者隐蔽的本发明的OPV在许多应用中是有利的，例如希望OPV应当不干扰OPV向其提供电压的器件的视觉外观的情况。由于OPV不再可见，因而从设计的观点来看增强了该方法的可应用性。这样的应用的实例包括但不限于太阳能电池驱动的手表、PDA、移动电话等等，其中OPV充当所述太阳能电池。

对于OPV的功能，可以非常充分地散射所利用的光，因为这不大影响器件的光转换效率。因此，OPV可以像在本发明中那样有利地位于覆盖层之后。

然而，如果本发明的光电器件是OPV，那么覆盖层的透射率优选地不像上面在OLED实施例中描述的那样受限。取而代之，覆盖层典型地被选择成具有每次通过至少20％的透射率(每次通过低于80％的反射)，例如每次通过至少50％的透射率。然而，覆盖层典型地被选择成具有良好的隐藏特性，即高度散射的。

本发明的器件可以嵌入在至少部分地被表面材料框架包围的表面中，其中器件和框架材料均由相同的覆盖层材料涂敷。因此，器件的位置将对观看者隐蔽(在OLED器件的情况下，至少直到器件处于其接通状态并且发射光)。这可以根据需要用在大量的应用中，以便快速地在墙壁上呈现信息、警告标志或艺术图案。

图2a和图2b中示出了包括嵌入到普通墙壁200中的本发明的发光器件100的这种装置。在图2a中，发光器件处于关断状态，并且虚线仅仅表示发光器件100的位置。在墙壁200中切出开口以形成发光器件100设置于其中的框架。覆盖层105不仅用来涂敷发光器件100，而且用来涂敷墙壁200。

在图2b中，当发光器件100接通时，在墙壁上点亮了文本“安全出口”和指向希望的方向的箭头。这显然仅仅代表设置在周围材料的框架中的发光器件的装置的一种可能用途。

本发明中使用的基于二氧化硅溶胶凝胶的覆盖层材料不仅粘附到OLED表面，而且粘附到其它表面，这些其它表面例如但不限于玻璃、金属、陶瓷、塑料或木制表面。因此，本发明的发光器件可以设置在几乎任何材料的框架中。由于可以在柔性/可弯曲实施例中制造OLED发光器件，因而本发明的发光器件可以设置在例如柱形物等的弯曲表面中。

本领域技术人员应当认识到，其中光电器件和框架材料均由相同覆盖层材料涂敷的光电器件部分地被框架包围的这种装置也可以应用到OPV器件。

在上面描述的实施例中，覆盖层覆盖不止光电器件的有源区。然而，在本发明的其它实施例(未示出)中，覆盖层仅仅或者基本上仅仅覆盖(一个或多个)有源区，使得即使光电器件的实际层结构被覆盖层隐蔽，(一个或多个)有源区的形状或图案也清晰可见。例如，可以通过引入染料或色素使得覆盖层清晰可见。

本领域技术人员应当认识到，本发明绝不限于上面描述的优选实施例。相反地，许多修改和变型都可能处于所附权利要求的范围内。

例如，覆盖层材料可以包含色素或染料以便赋予覆盖层希望的颜色。

Claims

1.一种光电器件(100)，包括：至少一个光电有源区(101)，所述光电有源区至少包括后电极(102)和前电极(103)，在所述后电极(102)和所述前电极(103)之间夹有有机光电材料(104)，所述后电极(102)是反射的；以及设置在所述前电极(103)之前的覆盖层(105)，所述覆盖层(105)包括包含散布在透明基质(111)中的第一材料的光散射颗粒(110)的材料，所述透明基质(111)包括至少部分地水解的二氧化硅溶胶。

2.依照权利要求1的器件，其中所述光电材料(104)是电致发光材料。

3.依照权利要求1的器件，其中所述有机光电材料(104)是有机光生伏打材料。

4.依照前面的权利要求中任何一项的器件，其中所述覆盖层(105)叠加在所述至少一个光电有源区(101)上并且至少覆盖所述至少一个光电有源区(101)的整个表面。

5.依照前面的权利要求中任何一项的器件，包括至少第一和第二光电有源区(101，101’)，所述光电有源区并排设置并且相互分隔开以便在其间形成间隙区(106)，其中所述覆盖层(105)叠加在所述第一和第二光电有源区(101，101’)上并且至少覆盖所述第一和第二光电有源区(101，101’)和所述间隙区(106)的组合表面。

6.依照前面的权利要求中任何一项的器件，其中所述透明基质(111)是二氧化硅溶胶凝胶。

7.依照前面的权利要求中任何一项的器件，其中所述覆盖层(105)具有50％至95％的范围内的反射率。

8.依照前面的权利要求中任何一项的器件，其中所述第一材料的所述颗粒(110)的折射率高于所述透明基质(111)的折射率。

9.依照权利要求8的器件，其中所述第一材料的所述颗粒(110)的折射率为至少2.0。

10.依照权利要求9的器件，其中所述第一材料选自包括TiO₂锐钛矿、TiO₂金红石、ZrO₂、Ta₂O₅、ZnSe、ZnS以及其中两种或更多种的混合物的组。

11.依照权利要求6至10中任何一项的器件，其中所述颗粒(110)按重量计算占所述覆盖层材料的大约10％到大约80％。

12.依照权利要求6至11中任何一项的器件，其中所述第一材料的所述颗粒(110)的平均颗粒尺寸处于100nm至1000nm的范围内。

13.依照前面的权利要求中任何一项的器件，其中所述透明基质(111)包括彩色染料。

14.一种包括设置在框架(200)中的依照权利要求1至13中任何一项的器件(100)的装置，所述框架至少部分地包围所述器件的侧向边缘，其中所述覆盖层(105)覆盖所述至少一个发光器件(100)以及所述框架(200)的至少一部分。

15.一种用于制造依照权利要求6的器件的方法，包括步骤：

提供光电器件；

向可选地预水解的二氧化硅溶胶提供散布于其中的所述第一材料的颗粒；

将所述二氧化硅溶胶层设置在所述光电器件的所述前电极之前；以及

使所述层干燥。