CN102290532A - 具有高光取出率的有机电致发光元件及其最适化方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有高光取出率的有机电致发光元件及其最适化方法，该发光元件包括：基材、透明电极、有机发光结构、反射层以及光学结构层。其中透明电极位于基材上；有机发光结构位于透明电极上；反射层位于有机发光结构之上；光学结构层位于基材相对于透明电极的一侧，具有雾度Haze、反射率R以及全光穿透率T，且反射率和全光穿透率二者之合，与雾度及反射率三者的乘积(Haze×R×(R+T))实质介于20％至35％之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光元件，且尤其涉及一种具有高光取出率的有机电致发光元件及其光取出率的最适化方法。
背景技术
有机电致发光元件，例如有机发光二极管(organic light emitting diode；OLED)元件，具有高亮度、屏幕反应速度快、轻薄短小、全彩、无视角差、不需背光以及节省灯源及耗电量，因而已成为新一代显示器的主要光源。
典型的有机电致发光元件，包含透明基板、透明的阳极、空穴注入层、具电子传输功能的发光层及金属阴极。当施以一顺向偏压电压时，空穴由阳极注入，而电子由阴极注入，由于外加电场所造成的电位差，使电子及空穴在薄膜中移动，进而在发光层中产生覆合。部分由电子空穴结合所释放的能量，将发光层的发光分子激发而成为激发态，当发光分子由激发态衰变至基态时，其中一定比例的能量以光子的形式放出，所放出的光为有机电致发光。
然而，因有机电致发光元件内部全反射的因素，使得发光层所发出的光线，除了部分穿过透明的阳极向外出射外，大部分(约80％)的光线都被元件内部所吸收，进而造成外部光子效率(external quantum efficiency)变差，光取出率无法提升等问题。
发明内容
本发明的目的是在提供一种具有高光取出率的有机电致发光元件及其光取出率最适化方法，以解决现有的有机电致发光元件的外部光子效率不佳以及光取出率低落的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种具有高光取出率的有机电致发光元件，包括：基材、透明电极、有机发光结构、反射层以及光学结构层。其中透明电极位于基材上；有机发光结构位于透明电极上；反射层位于有机发光结构之上；光学结构层位于基材相对于透明电极的一侧，具有雾度(Haze)、反射率(R)以及全光穿透率(T)，且反射率和全光穿透率二者之合，与雾度及反射率三者的乘积(Haze×R×(R+T))实质介于20％至35％之间。
在本发明的一实施例中，雾度是：全光穿透率与偏离法线0°到5°的部分光穿透率(T0)二者之差，除以全光穿透率所得的商((T-T0)/T)。
在本发明的一实施例中，雾度实质大于65％，且反射率实质大于5％。
在本发明的一实施例中，光学结构层包括：一基底材料(matrix)层，以及分散于基底材料层中的多个粒子，且这些粒子的平均粒径实质介于0.1μm到1μm之间。
在本发明的一实施例中，这些粒子的材料，选自于二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y2O3)、铽钇铝石榴石(Yttrium Aluminium Garnet；YAG；Y3Al5O12)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、碳酸钙(CaCO3)、硫酸钡(BaSO4)、二氧化锆(ZrO2)以及上述任意组合所组成的一族群。
在本发明的一实施例中，这些粒子的重量百分浓度实质介于1至10之间；且基底材料层的厚度实质介于0.1mm至1cm之间。
本发明提供一种有机电致发光元件光取出率的最适化方法，包括下述步骤：首先提供一个有机电致发光元件，包括：基材、透明电极、有机发光结构、反射层以及光学结构层。其中透明电极位于基材上；有机发光结构位于透明电极上；反射层位于有机发光结构之上。之后，于基材相对于透明电极的一侧，形成光学结构层，使其具有雾度(Haze)、反射率(R)以及全光穿透率(T)，且反射率和全光穿透率二者之合，与雾度及反射率三者的乘积(Haze×R×(R+T))实质介于20％至35％之间。
在本发明的一实施例中，形成光学结构层的步骤，包括下述步骤：先提供基底材料；再将平均粒径实质介于0.1μm到1μm的多个粒子分散于基底材料中；之后，将含有这些粒子的基底材料，涂布于基材相对于透明电极的一侧。
在本发明的一实施例中，构成这些粒子的材料，是选自于二氧化钛、氧化锌、氧化钇、铽钇铝石榴石、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、二氧化锆以及上述任意组合所组成的一族群。
在本发明的一实施例中，形成光学结构层的步骤，更包括调整粒子的浓度以及基底材料的涂布厚度，借以使雾度实质大于65％，且使反射率实质大于5％。
根据上述实施例，本发明是将含有多个纳米粒子的光学结构层，结合于有机电致发光元件上。通过调整光学结构层中纳米粒子的浓度以及光学结构层的厚度，使光学结构层的雾度、全光穿透率及反射率达到一特定数值，藉以提高有机电致发光元件的外部光子效率及光取出率，解决现有有机电致发光元件，严重的光线吸收问题，达成上述发明目的。
附图说明
图1是根据本发明的一较佳实施例所绘示的一种有机电致发光元件的结构剖面示意图。
图2是根据图1所绘示的入射光通过光学结构层的光径示意图。
图3是根据本发明的较佳实施例所绘示的一种最适化有机电致发光元件的光取出率的方法流程图。
其中，附图标记：
100：有机发光二极管元件 101：基材
102：透明电极 103：有机发光结构
104：反射层 105：光学结构层
105a：基底材料层 105b：纳米粒子
Haze：雾度 I：入射光
R：反射率 S：法线
T：全光穿透率 T0：部分光穿透率
S31：提供一个包含有基材、透明电极、有机发光结构以及反射层的有机电致发光元件。
S32：提供基底材料
S33：将多个纳米粒子分散于基底材料中，并调整纳米粒子的浓度
S34：将含有纳米粒子的基底材料涂布于基材相对于透明电极的一侧，并控制基底材料的涂布厚度
S35：硬化基底材料
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
本发明的目的就是在提供一种具有高光取出率的有机电致发光元件及其光取出率的最适化方法，以解决现有的有机电致发光元件的外部光子效率不佳以及光取出率低落的问题。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个有机发光二极管元件(但不以此为限)作为较佳实施例，并配合所附图式，其详细说明如下：
请参照图1，图1是根据本发明的一较佳实施例所绘示的一种有机发光二极管元件100的结构剖面示意图。
有机发光二极管元件100，包括：基材101、透明电极102、有机发光结构103、反射层104以及光学结构层105。其中，基材101为一透光材质，较佳的材料可以是玻璃、半导体材质(例如硅)、塑化材料或其它类似材质。在本实例之中基材101是一种玻璃基板。透明电极102位于基材101上，较佳可以是氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)玻璃所构成的透明阳极层。
有机发光结构103则位于透明电极102上。在本发明的一些实施例中，有机发光结构103较佳为一有机发光二极管结构，其至少包含有(但不以此为限)空穴传输层(Hole Transporting Layer，HTL)、有机发光层(Organic EmittingLayer，EL)、电子传输层(Electron Transporting Layer，ETL)、以及电子注入层(Electron Injection Layer，EIL)。由于有机发光二极管结构已为本领域技术人员所现有，因此形成该结构的相关材质与方法并不在此赘述。
反射层104位于有机发光结构103之上。在本发明的实施例之中，反射层104可以是一种金属阴极层，或是一种镀覆于一氧化铟锡层的金属层，用来作为有机发光二极管元件100的阴极。
光学结构层105位于基材101相对于透明电极102的一侧。在本发明的实施例中，光学结构层105是一种复合材料层，包含由塑化聚合物、玻璃等高分子材料或其它类似材料所组成的基底材料层105a，以及多个分散于基底材料层105a中的纳米粒子105b。
构成这些纳米粒子105b的材料包含，二氧化钛、氧化锌、氧化钇、铽钇铝石榴石、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、二氧化锆或上述材料的任意组合。在本发明的一些实施例中，这些纳米粒子105b的平均粒径实质介于0.1μm到1μm之间。
通过调整光学结构层105中纳米粒子105b的浓度以及基底材料层105a的厚度，可以使光学结构层105的雾度(Haze)、全光穿透率T及反射率R达到一特定数值。在本发明的一些实施例中，这些纳米粒子105b的重量百分浓度，较佳实质介于1至10之间；而基底材料层105a的厚度实质介于0.1mm至1cm之间。
通过调整光学结构层105中纳米粒子105b的浓度以及基底材料层105a的厚度，可以使光学结构层105的反射率和全光穿透率二者之合，与雾度及反射率三者的乘积(Haze×R×(R+T))实质介于20％至35％之间。较佳使雾度实质大于65％，且使反射率实质大于5％。
值得注意的是，目前国际间对于雾度定义存在有多种不同的规范，各个规范的量测架构与方法各有不同，以下将采用数学公式，并配合图2来对光学结构层105的雾度进行定义：
请参照图2，图2是根据图1的入射光通过光学结构层105的光径示意图。其中I代表入射光(incident light)；R代表入射光的反射率；T代表全光穿透率；T0代表偏离法线S±5°角的部分光穿透率。雾度可由下述数学公式表示之：
雾度(Haze)＝[T-T0]/T。
若将此一光学结构层105贴附于基材101相对于透明电极102的一侧，可以使由有机发光结构103所出射，并穿过透明电极102的光线，产生均匀的散射效果，借此提升有机发光二极管元件100的外部光子效率及光取出率。在本发明的一些实施例中，将采用光学结构层105的有机发光二极管元件100，与未采用光学结构层105的现有有机电致发光元件作比较。可发现，使用光学结构层105至少可以使有机电致发光元件提升5％到55％的外部光子效率及光取出率。
另外，通过调整光学结构层105中纳米粒子105b的浓度以及基底材料层105a的厚度，可以使有机发光二极管元件100的外部光子效率及光取出率达到最佳化。请参照图3，图3是根据本发明的较佳实施例所绘示的一种最适化有机电致发光元件的光取出率的方法流程图。
有机电致发光元件光取出率的最适化包括下述步骤：
如步骤S31所绘示：首先提供一个包含有基材101、透明电极102、有机发光结构103以及反射层104的有机发光二极管元件100(未包含光学结构层105)。其中，透明电极102位于基材101上；有机发光结构103位于透明电极102上；反射层104位于有机发光结构103之上。
接着，于基材101相对于透明电极102的一侧，形成光学结构层105。在本发明的较佳实施例中，光学结构层105的形成方式，包括先提供基底材料(如步骤S32所绘示)；再将平均粒径实质介于0.1μm到1μm的多个纳米粒子105b分散于基底材料中，并调整纳米粒子105b的浓度(如步骤S33所绘示)；之后，将含有这些纳米粒子105b的基底材料，涂布于基材101相对于透明电极102的一侧，并控制基底材料的涂布厚度(如步骤S34所绘示)。
最后硬化基底材料(如步骤S35所绘示)，而形成具有雾度(Haze)、反射率(R)以及全光穿透率(T)，且反射率和全光穿透率二者之合，与雾度及反射率三者的乘积(Haze×R×(R+T))实质介于20％至35％之间的基底材料层105a。
在本发明的一较佳实施例中，雾度较佳控制在实质大于65％的范围，而反射率R较佳则是控制在实质大于5％的范围。而构成这些纳米粒子105b的材料，选自于二氧化钛、氧化锌、氧化钇、铽钇铝石榴石、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、二氧化锆以及上述任意组合所组成的一族群。
根据上述实施例，本发明是将含有多个纳米粒子的光学结构层，结合于有机电致发光元件上。通过调整光学结构层中纳米粒子的浓度以及光学结构层的厚度，使光学结构层的雾度、全光穿透率及反射率达到一特定数值，借以提高有机电致发光元件的外部光子效率及光取出率，解决现有有机电致发光元件，严重的光线吸收问题，达成上述发明目的。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有高光取出率的有机电致发光元件，其特征在于，包括：
一基材；
一透明电极，位于该基材上；
一有机发光结构，位于该透明电极上；
一反射层，位于该有机发光结构之上；以及
一光学结构层，位于该基材相对于该透明电极的一侧，具有一雾度Haze、一反射率R以及一全光穿透率T，且该反射率和该全光穿透率二者之合，与该雾度及该反射率三者的乘积(Haze×R×(R+T))实质介于20％至35％之间。
2.根据权利要求1所述的具有高光取出率的有机电致发光元件，其特征在于，该雾度为：该全光穿透率与偏离一法线0°到5°的一部分光穿透率T0二者之差，除以该全光穿透率所得的商((T-T0)/T)。
3.根据权利要求2所述的具有高光取出率的有机电致发光元件，其特征在于，该雾度大于65％，且该反射率大于5％。
4.根据权利要求1所述的具有高光取出率的有机电致发光元件，其特征在于，该光学结构层包括：
一基底材料层；以及
多个粒子，分散于该基底材料层中，且该些粒子具有实质介于0.1μm到1μm的一平均粒径。
5.根据权利要求4所述的具有高光取出率的有机电致发光元件，其特征在于，该些粒子的材料，选自于二氧化钛、氧化锌、氧化钇、铽钇铝石榴石、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、二氧化锆以及上述任意组合所组成的一族群。
6.根据权利要求5所述的具有高光取出率的有机电致发光元件，其特征在于，该些粒子具有介于1至10之间的一重量百分浓度；且该基底材料层具有介于0.1mm至1cm的一厚度。
7.一种有机电致发光元件光取出率的最适化方法，其特征在于，包括：
提供一机电致发光元件，包括：
一基材；
一透明电极，位于该基材上；
一有机发光结构，位于该透明电极上；以及
一反射层，位于该有机发光结构之上；以及
形成一光学结构层，于该基材相对于该透明电极的一侧，使其具有一雾度Haze、一反射率R以及一全光穿透率T，且该反射率和该全光穿透率二者之合，与该雾度及该反射率三者的乘积(Haze×R×(R+T))实质介于20％至35％之间。
8.根据权利要求7所述的有机电致发光元件光取出率的最适化方法，其特征在于，形成该光学结构层的步骤，包括：
提供一基底材料；
将平均粒径介于0.1μm到1μm的多个粒子分散于该基底材料中；以及
涂布该含有该些粒子的该基底材料，于该基材相对于该透明电极的一侧。
9.根据权利要求8所述的有机电致发光元件光取出率的最适化方法，其特征在于，构成该些粒子的材料，选自于二氧化钛、氧化锌、氧化钇、铽钇铝石榴石、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、二氧化锆以及上述任意组合所组成的一族群。
10.根据权利要求9所述的有机电致发光元件光取出率的最适化方法，其特征在于，形成该光学结构层的步骤，更包括调整该些粒子的一浓度以及该基底材料的一涂布厚度，借以使该雾度大于65％，且使该反射率大于5％。
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