CN103370640B - 制造具有基于相干电磁辐射散斑石版印刷术的表面纳－微织构的用于发光装置的改进的光学层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于制造具有能够在提取效率方面实现提高的内部光源的发光装置的便宜、快速、受控、可重现和多价的方法。本发明提出了一种用于制造用于发光装置的光学层的方法，该发光装置具有内部光源和将内部光源与外部光漫射介质分开的光学层，其中该方法包括使用相干电磁辐射散斑石版印刷术，诸如激光散斑石版印刷术，以在光学层的至少一个表面上制作纳/微织构。

Description

制造具有基于相干电磁辐射散斑石版印刷术的表面纳－微织构的用于发光装置的改进的光学层的方法

本发明涉及一种用于制造光学层的方法，该光学层改善了具有内部光源的发光装置中的输出耦合(outcouple)效率且克服了全内反射现象(TIR)，该光学层将内部光源与外部光漫射介质分开。本发明还涉及一种用于制造具有改进的光学层的发光装置的方法。本发明还涉及一种具有改进的光学层的发光装置。

发光装置可为发光二极管(LED)，且更具体而言，为有机LED(OLED)，但不限于这些装置。

在具有高于出射介质(通常是空气)的折射率的发光介质中生成的光线会受到TIR的作用。因此，处于TIR情况中的光线将被捕获并引导到材料中。将不允许从发光装置中提取这些光线。由于光是在没有任何优选方向的情况下生成的，所以这些捕获效应影响发光装置的输出耦合效率。

涉及此类现象的典型装置例如为LED或OLED，以及可看作为具有高于出射介质的折射率的内部源的所有源。内部源是嵌入在一种材料中的光源，光生成在该材料中，该材料具有高于1的折射率，如空气或真空。内部源的其它示例可为玻璃层，在该玻璃层中包括由外部源(激光、弧光灯、电场等)激励的荧光成分或发磷光的成分(染料、金属和/或半导体纳米粒子等)。分子点/量子点由外部源激励且通过沿任意方向发出光子来去能。由于这种非优选的方向，许多光子处于全内反射的情况中。它们在发光层、基底和覆盖/或封装层中被捕获及引导。

OLED装置是基于在两个电极之间的发光有机层的光产生系统，其中两个电极中的至少一个透明。光子在这些发光有机层中以任意的方向形成，即，没有任何优选的发射方向。由于传统的OLED几何形状，源被认为是平面的、内部的以及朗伯源。因此，这样的内部源相当不同于点源和外部源，例如，像常见的白炽灯或荧光灯管。

光漫射的外部介质，如空气或真空，具有低于光源的折射率。由于发光介质的折射率高于出射介质，故光线会受到TIR的作用，这涉及到沿光的出射方向的许多光学损失。然后，捕获的光被再吸收到装置中且可转变成可影响装置性能和寿命的热。

捕获的能量的量高度依赖于在限定发光装置和出射介质的叠层(stack)技术中所涉及的折射率的值。实际上，具有包括0°(垂直于叠层与出射介质之间的界面)与临界角θc之间的入射角的光线被透射到出射介质。具有高于临界角的入射角的光线被捕获，即，不会被透射到出射介质。

在OLED装置中，光主要在透明基底或覆盖物(依赖于OLED的构造：底部发光或顶部发光)和电致发光层中被捕获。

作为示例，对于平面和朗伯源，具有1.7的折射率的光子形成介质与空气之间的界面引发16.7％的总体透射。

以基于菲涅耳反射定律和斯涅耳定律的简单分析模型评估在透明基底或覆盖物或发光层中所捕获能量的量。用于底部发光装置的计算构造的图片呈现在图1上。通过包括在发光层中的半球H上发射的光线来执行计算。作为第一途径，发光层被认为是半无限介质。

通过以下关系式给出界面的积分标准化透射：

$T=\frac{{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}-f\left(\mathrm{\θ}\right)T\left(\mathrm{\θ}\right)sin\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}d\mathrm{\φ}}{{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}d\mathrm{\φ}}$

其中T(θ)为由菲涅耳反射定律规定的界面的透射函数，而f(θ)为标准化层的发射函数。在本例中，介质对应于各向同性且半无限的介质。因此，从半球的所有方向出现的光线量是恒定的，且f(θ)＝1。

图2示出了在玻璃-空气界面的情况下的TIR现象。透射率表现出临界角，称为截止角。

如可看出的那样，对于确定的入射角范围(10°至40°)，P偏振光比非偏振光更好地透射到外部介质。这对S偏振光是相反的。但图2也示出对于S偏振光、P偏振光和非偏振光而言，截止角相同。因此，该角代表了内部折射率与外部折射率的比率。

以下表格示出了折射率过渡的不同情况。然后，未透射的光子在层中被引导。这些被层再吸收且可升高温度，这是主要的缺点。

N1(源介质)	N2(出射介质)	临界角	透射率(％)
				1.5	1	41.8°	22.3
1.6	1	38.7°	19.5
				1.7	1	36.03°	16.7
1.6	1.5	69.6°	63.3
				1.7	1.5	61.9°	50.6
1.7	1.6	70.3	64.3

在内平面源的背景下且在玻璃与空气之间的界面的简单情况下，如表格上所呈现的那样，在玻璃材料内部所捕获到的能量的量非常巨大。玻璃材料(n＝1.5)中生成的光仅有22.3％可透射到外部空气。因此，TIR效应相当显著。这些结果同样示出了以充分的光管理来从LED中重获能量存在巨大潜力。

已经提出了用以改善输出耦合效率和克服TIR现象的各种解决方案。

这些解决方案可归纳成三个主要的主题：

1)几何学解决方案：

·Hanke等人：US5973336A

·D.Pelka：EP1157420

·SalamHassanPaddy：US6346771

2)微技术解决方案

·Kyong等人：EP1855327A2

·Heremans:EP0977280A3,EP0977280A2,EP0977277A1

·Erchak：WO200696767

·BabaToshihiKo：US2008/0173887

·J.Magno：WO03/101157

3)指数匹配

·ChangMyungWhun:US20070194341

·SuJung-Chieh:US20070029560

这些文献中所述的解决方案并未充分提高输出耦合效率而且执行起来困难和/或昂贵。

文献WO95/03935涉及用于外部光源均匀化的工艺。在外部源的情况下，光在源的内部并未被捕获。由于光总是在空气中，故该文献不涉及全内反射(TIR)现象的问题。

文献JP2009105229涉及均匀化和使由LED发射的光成形的方法。在该文献中，LED限定为"具有强方向性的点源"。因此，不存在TIR问题。

本发明的目标在于提供用于制造发光装置的便宜、快速、受控、可再现和多价的方法，该发光装置具有能够实现在提取效率方面提高的内部光源。

本发明提出使用相干电磁辐射散斑石版印刷术(具体是激光散斑石版印刷术)来改善用于在具有内部光源的发光装置中使用的光学层的输出耦合效率。

本发明涉及用于制造用于具有内部光源和将该内部光源与外部光漫射介质分开的光学层的发光装置的方法，其特征在于，该方法包括使用相干电磁辐射散斑石版印刷术(如激光散斑石版印刷术)来制作光学层的至少一个表面上的纳/微织构(texturation)。

根据其它实施例：

·该方法包括以下步骤：

a)提供像感光树脂(photoresin)的敏感材料，其选择成在待使用的相干电磁辐射源的波长范围内具有线性灵敏度；

b)将由相干电磁辐射散斑生成的强度图案记录到敏感材料上；

c)通过纳米压印技术将纳/微织构复制到光学层的至少一个表面上；

·步骤b)可包括以下步骤：

b1)提供作为相干电磁辐射源的激光，和作为敏感材料的光敏材料，激光束扩展器和光漫射器，该激光具有在光敏材料灵敏度范围内的波长；

b2)将光敏材料布置在以图案的预计散斑颗粒平均大小的函数的形式所确定的光漫射器的距离(d)处；

b3)沿光漫射器方向启动激光穿过激光束扩展器，以扩展激光束，且然后使扩展的激光束漫射，由此生成激光散斑；

b4)通过激光散斑暴露光敏材料，以便在光敏材料中生成光敏化部分；

b5)除去光敏化部分以显露出还未暴露于激光散斑的一部分光敏材料上的纳/微织构；

·光漫射器可包括可调整的光学孔径部件，且在步骤b2)中，光漫射器的距离(d)和可调整的光学孔径部件的光学孔径两者均以预计散斑颗粒平均大小的函数的形式确定；

·在步骤b4)中，被照射的光敏材料可浸入在溶剂中，该溶剂从光敏材料中线性地除去光敏化部分；

·步骤c)可包括以下步骤：

c1)将未暴露于相干电磁辐射散斑的敏感材料的部分用作纳/微织构原版；

c2)通过以诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)凝胶的可凝固材料涂布纳/微织构原版来制备纳/微织构模具；

c3)执行共形凝固，且在共形凝固之后，通过将其从纳/微织构原版剥离来除去凝固的材料，以获得纳/微织构模具；

c4)以可UV固化的树脂涂布待用作光学层的基底的第一表面；

c5)将纳/微织构模具放置成与基底的涂布的第一表面接触，模具的纳/微织构面对第一表面，使得纳/微织构浸在可UV固化的树脂中；

c6)以UV光照射可UV固化的液态光聚树脂，由此通过光致聚合作用引发所述光聚树脂的硬化，以在基底上生成模具的阳性复制品；

c7)使该阳性复制品与模具分离，以获得在光学层的一个表面上具有纳/微织构的光学层；

·步骤c)还可包括以下步骤：

c8)以可UV固化的树脂涂布与第一纳/微织构表面相对的基底的第二表面；

c9)重复步骤c5)至步骤c7)，以获得在光学层的两个表面上具有纳/微织构的光学层。

本发明还涉及用于测试由根据本发明的制造方法制造的光学层的方法，用于测试的该方法包括以下步骤：

α)提供能够生成激光束的发光装置，具有光入口和光出口的集成球，具有平坦面和半球形面的半球形透镜，光探测器，由光探测器探测的光信号提取的记录器，以及具有带由激光散斑石版印刷术制作的纳/微织构的至少一个表面的光学层；

β)面对光入口放置光学层，且半球形透镜的平坦面与光学层相接触；

γ)面对光出口放置光探测器；

δ)启动发光装置来生成激光束且移动发光装置，使得激光束被以法向入射导向半球形透镜的半球形面并穿过该透镜，且以在发光装置移动时变化的入射角与光学层相交；

ε)记录由光探测器探测到的光信号提取。

光入口和光出口可布置成在彼此之间具有90°角。

本发明还涉及具有内部光源的发光装置和将内部源与外部介质分开的光学层，该光学层易于通过根据本发明的制造方法获得，其中该光学层包括具有基于相干电磁辐射散斑石版印刷术(具体是激光散斑石版印刷术)的纳/微织构的至少一个表面。

根据其它实施例：

·纳/微织构可包括具有遵循示出一个峰的统计分布的高度的凸起；

·光学层可包括至少一个具有纳/微织构，分别具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内、优选为在2到4的范围内、更优选为4的表面，该纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内、优选为在200nm到5μm的范围内、更优选为大约500nm的凸起，该纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内、优选为在200nm到5μm的范围内、更优选为大约500nm的凸起之间的距离。

还描述了表征由根据本发明的制造方法制造的光学层的方法。该方法包括如下步骤：

·执行扫描电子显微镜摄影，以获得散斑颗粒模式；

·执行对散斑颗粒图案的傅里叶变换示出对应于与颗粒直径/大小相关联的空间频率的峰。

所包括的用以提供对本发明的进一步理解以及用以与说明书一起示意性地说明本发明的实施例(一个或多个)的附图用于阐释本发明的原理。在附图中：

图1为示出用于底部发光装置的计算构造的理论图片的透视图；

图2为绘出取决于图1中半球体的折射率的增加的偏振光和非偏振光的透射率演进的图表；

图3为绘出感光树脂的灵敏度曲线(曲线从Shypley 系列光阻材料数据表中摘录)示例的图表；

图4为示出用于执行根据本发明的制造方法的装置的实施例的示意性视图；

图5和图6为用电子显微镜获取的影像，分别绘出了包括记录到其表面上的由激光散斑石版印刷术获得的散斑颗粒大小形状的光学层的表面的剖切视图和顶视图；

图7为示出用于测试根据本发明制造的光学层的效率的装置的截面视图；

图8为绘出与没有表面织构的玻璃支承件相比的根据本发明制造的三个光学层的取决于入射角θ的提取效率变化的图表；

图9为示出具有包括基于激光散斑石版印刷术的纳/微织构的光学层的底部发射构造的有机发光装置的实施例的截面视图；

图10为示出具有包括基于激光散斑石版印刷术的纳/微织构的光学层的顶部发射构造的有机发光装置的实施例的截面视图。

根据本发明的方法针对制造用于在具有内部光源的发光装置中使用的光学层。作为示例：该光源可为自发光源，诸如由与光子发射反应的化学产品构成的源。该产品可储存在单独的容器中，其中，为了允许该产品进行反应需要破坏该容器。

内部源也可能需要部件以便被启动。例如，这些启动部件可为电气部件，诸如电极(例如在LED或OLED中)。

光学层提供成将内部光源和光在其中不得不漫射的外部介质分开。

本发明提出使用相干电磁辐射散斑石版印刷术(具体是激光散斑石版印刷术)来产生具有受控参数的任意表面以提高OLED输出耦合。

散斑石版印刷术还可为微波激射器石版印刷术、雷达石版印刷术等。

散斑现象是由相干电磁辐射(例如由激光器提供的光)与漫射表面的组合引起的。散斑现象是在关注的屏幕(敏感材料、CCD相机、眼睛等)上进行的统计干涉。散斑在空间中形成任意图案，其在时间上是固定的但从点到点则非常地波动。

相干电磁辐射与漫射器之间的这种相互作用导致具有大小和形状取决于相干电磁辐射的波长以及取决于漫射器的"散斑颗粒"的形成。

实际上，散斑由在空间中随机分布的"光能颗粒"构成：颗粒沿X轴线和Y轴线随机分布，且可沿Z轴线堆积。然而，这些颗粒的平均大小由光学系统的艾里函数(airyfunction)给定。通过光学设置(相干电磁辐射漫射器30的孔径、漫射器与敏感材料之间的距离)的特征参数可调整和可控制该大小。散斑颗粒的形状和大小不是随机分布的。

激光散斑颗粒大体上是特征在于平均直径和光强度轮廓的椭圆体。散斑颗粒强度遵循对应于负指数概率分布的统计定律。散斑颗粒的平均大小通过以下关系式给出：

$\mathrm{\Δ}d=\frac{\mathrm{\λ}z\mathrm{\π}}{D}$

其中λ为波长，z为漫射器与感光材料之间的距离，而D为孔径大小。

实际上，在截面中，散斑颗粒呈现出特定的强度轮廓(例如高斯，sin²，洛伦兹，等及其组合)：颗粒的核心具有比颗粒的周围表面更强的能量。强度轮廓取决于源(例如，激光束为高斯源)且取决于漫射器。

由于平均散斑颗粒大小在给定的情形中可通过实验设置的参数确定，故散斑可被看作为准周期系统而不是看作为周期系统。换言之，在散斑的情况下，仅纳/微织构的空间分布是随机的。大小不是随机分布的。

相反，在周期系统的情况下，纳/微织构的空间分布和大小是随机的。

其次，这些散斑颗粒随机地分布在敏感材料(诸如感光树脂)的表面上，该敏感材料将颗粒的能量转换成在光学层的至少一个表面上构成纳/微织构的高度轮廓。因此，该表面由具有特定起伏形状轮廓的凸起构成。然后将这些凸起随机地分布在遵循散斑颗粒分布的关注表面上。

以光学参数的函数的形式，结果为任意形状，该形状可被同化成具有与波纹表面类似的输出耦合性质，但具有更容易且更便宜的制造方法。发明人已经确定该任意形状表面展示了光提取增强性质。

更确切地说，根据本发明的方法包括以下一般步骤：

a)提供像感光树脂的敏感材料，其选择成具有在待使用的相干电磁辐射源(诸如激光)的波长范围内的线性灵敏度；

b)将由相干电磁辐射散斑生成的强度图案记录到敏感材料(例如，光敏材料)上；

c)通过纳米压印技术将纳/微织构复制到光学层的至少一个表面上。

感光树脂的灵敏度为固有参数。灵敏度给出沉积到感光树脂上的光能用量到显影之后的高度内的转换。典型灵敏度曲线的特征在于三个区：没有任何效应(没有高度转换)的第一区、是沉积的光用量的函数且为线性的第二区以及特征在于饱和效应的第三区。

图3的图表给出了感光树脂的示例的灵敏度曲线(或对比曲线)。该曲线由感光树脂的制造商给出(曲线从Shypley系列光阻材料数据表中摘录)。

图4中示出了用于执行根据本发明的制造方法的装置的实施例。

该装置100沿光发射方向F1依次包括(步骤b1))作为相干电磁辐射源的激光10。该激光具有在光敏材料灵敏度范围内的波长、激光束扩展器20和光漫射器30。光敏材料200面对光漫射器(考虑方向F1)布置在光漫射器的距离(d)处，以便接收激光散斑。距离(d)以图案的预计散斑颗粒平均大小的函数形式确定。

有利的是，光漫射器30包括可调整的光学孔径部件31。因此，在步骤b2)中，可调整的光学孔径部件31的距离(d)和光学孔径(D)两者被以预计散斑颗粒大小(或平均直径)的函数的形式确定。

光敏材料200优选为涂布在诸如玻璃层的基底201上，以便更加容易的操纵。

根据本发明的方法还包括以下步骤：

b3)沿光漫射器30的方向启动激光10穿过激光束扩展器20，以扩展激光束，且然后使所扩展的激光束漫射，以此生成激光散斑。

b4)通过激光散斑暴露光敏材料200，以便在光敏材料中生成光敏化部分；强度调制转移到材料且转换成表面起伏轮廓。

b5)除去光敏化部分，以显露出未暴露于激光散斑的在一部分光敏材料上的纳/微织构。为了此目标，将被照射的光敏材料200浸入溶剂中，该溶剂从光敏材料中线性地除去光敏化部分。

该操作被称作"原版生成"。

因此，激光散斑被记录于涂布在玻璃基底201上的光敏材料200上。

图5和图6中示出了此类记录的结果。

光学参数选择为具有直径大约为600nm、带有在4与5之间的纵横比的散斑颗粒大小。该大小选择为在可见波长的尺寸范围内。纵横比限定为长度(Z方向)与散斑颗粒(X-Y平面)之间的距离之间的比率。

在步骤b)之后，然后通过纳米压印技术将模具复制到光学层上。

该步骤c)有利地包括以下步骤：

c1)使用未暴露于激光散斑的光敏材料的部分且将纳/微织构的表面呈现为纳/微织构原版；

c2)通过以如聚二甲基硅氧烷(PDMS)凝胶的可凝固材料涂布纳/微织构原版来制备纳/微织构模具；

c3)执行共形凝固，且在共形凝固之后，通过将其从纳/微织构原版剥离来除去已凝固材料，从而获得反转的纳/微织构模具；

c4)以可UV固化的树脂涂布将被用作光学层的发光基底/覆盖物的第一表面；

c5)将纳/微织构模具放置成与发光基底/覆盖物的涂布的第一表面接触，模具的纳/微织构面对第一表面，使得模具的纳/微织构的表面被浸入在可UV固化的树脂中；

c6)以UV光来照射可UV固化的液态光聚树脂，由此通过光致聚合作用引发所述光聚树脂的硬化，以在基底上生成模具的阳性复制品；

c7)使模具与该阳性复制品分开，以获得在光学层450的一个表面上具有纳/微织构的光学层(参看图9)。

在一些构造中，可能需要的是，制造具有两个纳/微织构表面(例如，用于顶部发射构造的OLED；见关于图10的描述)的光学层。

为了该目标，根据本发明的方法还包括以下步骤：

c8)以可UV固化的树脂涂布与第一纳/微织构的表面相对的基底/覆盖物的第二表面；

c9)重复步骤c5)至步骤c7)，以获得在光学层550的两个表面上具有纳/微织构的光学层(参看图10)。

由于通过随机的曝光量可获得图案化的模具，且不需要为了获得规则的图案化织构而复杂地制造掩模，因此根据本发明的方法便宜、快速且易于控制。根据本发明的图案可很如实地以任何比例(从纳米到几毫米)复制。其不需要掩膜的完美对准来在光学层的一个面上生成织构。此外，由于其不需要掩膜的完美重新对准的复杂步骤来在光学层的两个表面上制作织构，故该方法是非常多价的。

根据本发明的光学层的表面(一个或多个)可限定为如下。由于散斑颗粒具有特定分段式强度轮廓(如高斯，sin²，洛伦兹，等及其组合)，故表面的纳/微织构由具有特定起伏形状轮廓(如高斯，sin²，洛伦兹，等及其组合)的凸起构成。

根据本发明的表面的特征在于，纳/微织构包括随机地分布在表面上的凸起，该凸起具有遵循示出一个峰的统计分布的大小/直径。

该大小/直径的统计分布传统上可通过表面的图像分析来获得。如傅里叶变换的空间频率分析或颗粒/气孔分析是用来表征表面的补充方法。

凸起的大小遵循示出一个峰的统计分布的事实直接且毫无疑义地源于使用根据本发明的相干电磁辐射散斑石版印刷术。如果纳/微织构由完全随机的系统制造(这意味着没有散斑石版印刷术)，则通过傅里叶变换进行空间频率分析引起负指数分布。在散斑的情况下，空间频率分析呈现出在对应于散斑颗粒大小的频率处的峰的所增加的负指数分布。

重要的是，确认根据本发明制造的光学层是否在提取效率方面能够实现提高。以下方法可用作质量控制方法，以检查是否需要重新设定用于执行根据本发明的制造方法的装置的不同参数。

为了测试由根据本发明的制造方法制造的光学层(例如，用于质量测试)，本发明提出了在图7中示出的方法，且该方法包括以下步骤：a)提供能够生成激光束301的发光装置300，具有光入口311和光出口312的集成球310，具有平坦面322和半球形面321的半球形透镜320，光探测器330(诸如光电二极管)，由光探测器330探测的光信号提取的记录器(图7中未示出)，以及具有带由激光散斑石版印刷术制造的纳/微织构的至少一个表面的光学层450(或550)。

该方法还包括如下步骤：

β)面对光入口311放置光学层450，且半球形透镜320的平坦面321与光学层450接触。因此，集成球能够收集由光学层表面漫射的光；有利的是，将油或凝胶放置在光学层与半球形透镜之间以便在特征化期间确保透镜与样本之间的良好光学连续性。因此，必须选择该油或凝胶的光学指数；

γ)面对光出口放置光探测器330；

δ)启动发光装置300以生成激光束301，且移动发光装置300，使得激光束301被以法向入射引向半球形透镜320的半球形面322并穿过透镜320，且以在发光装置移动的同时变化的入射角θ与光学层450相交。因此，激光束被引向半球形透镜，以便对各个研究的角都具有半球形透镜320的半球形面322上的法向入射；

ε)记录当入射角θ变化时由光探测器330探测到的光信号提取L。

有利的是，光入口311和光出口312布置成在彼此之间具有90°角。

该措施的原理在于定量从法向入射到90度的各个入射角θ的光学层透射。所有的这些角代表在OLED装置中生成的角。

在图8中示出了与不具有表面织构的玻璃支承件相比的根据本发明制造的三个光学层的记录信号L。

光学层之间的差异主要由原版形成过程上的不同实验记录参数造成。

在本示例中，这是如在图4上示出的漫射器与样本之间的距离"d"。最佳样本(样本2)对应于最小的散斑颗粒大小(大约600nm)而样本3对应于较高的散斑颗粒大小。样本1为中间情况。

图8的图表示出了为入射角θ的函数的界面透射率。该曲线的形状清楚地示出透射在普通平坦表面受到全内反射作用的角度区域中是被允许的。当平坦表面仅透射20％时，依靠该角度的集成改善了表面透射率。在入射半球体上的集成的结果示出在以下表格上：

样本#	集成的透射率
		1	54％
2	59％
		3	50％
单独的玻璃	22％

这些结果清楚地示出了由激光散斑石版印刷术制作的纳/微织构可在具有2和3之间的因数的全内反射的情况下改善光学层的光透射率。

根据本发明的方法制造的光学层包括具有基于激光散斑石版印刷术的纳/微织构的至少一个表面。

所获得的纳/微织构具有激光散斑状纹理。该结果为用作梯度有效折射率介质的随机子波长光栅/表面起伏。

这种改进的光学层有利地用于制造发光装置，具体但不排他地为OLED。

本发明的一个优点在于该方法可容易地与顶部发射OLED和底部发射OLED一起使用。

图9中示出了根据本发明的底部发射OLED400。

本发明涉及用于制造具有内部光源的底部发射构造的发光装置，该方法包括以下步骤：

d)提供由根据本发明的方法制作的光学层，该光学层具有带纳/微织构的一个表面和不具有纳/微织构的涂布表面；

e)将透明电极涂布在光学层的涂布表面上；

f)将内部光源涂布在透明电极上；

g)将第二电极涂布在内部光源上；

电极用于启动内部光源。

更具体而言，为了制造底部发射OLED400，提供了通过根据本发明的方法制作的光学层450。该光学层包括透明基底451(例如在玻璃中)，其中一个表面451a具有纳/微织构452而涂布表面451b未配备有纳/微织构。

然后，将透明电极410涂布在光学层的涂布表面451b上。该电极410可由ITO(氧化铟锡)制成。该透明电极还可以以很薄的涂布的铝或银(或薄金属)制成。

然后，将内部光源420涂布在透明电极410上。内部光源420为OLED叠层。

最后，将第二电极430涂布在内部光源420上。传统上，该电极430以反射材料制成，以提高光提取。电极用于促动内部光源。

图10中示出了根据本发明的顶部发射OLED500。

本发明涉及用于制造具有内部光源的顶部发射构造的发光装置的方法，该方法包括以下步骤：

d')提供还用作基底的第一电极；

e')将内部光源涂布在第一电极上；

f')将透明电极涂布在内部光源上，该电极用于促动内部光源；

g')将光学指数匹配层涂布在透明电极上，该光学指数匹配层具有与透明电极相同的折射率；

h')涂布由根据本发明的方法制作的光学层，该光学层在光学指数匹配层上具有带纳/微织构的两个相对的表面。

更具体而言，为了制造这种顶部发射OLED500，提供还用作基底的第一电极510。该电极510有利地以反射材料制成从而提高光提取。

内部光源520涂布在第一电极510上。内部光源520为OLED叠层。

然后，将透明电极530涂布在内部光源520上。该电极530可由ITO(氧化铟锡)制成。

然后，将光学指数匹配层540涂布在透明电极530上，该光学指数匹配层540具有取决于电极类型的折射率。如果这一个为ITO(或等同的透明传导材料)，则光学指数匹配层的指数与透明电极相比必须相同。如果该电极为Al或Ag(薄金属)，则光学指数匹配层的指数必须为OLED叠层之一。

更普遍的是，如果发光装置不是OLED，则光学指数匹配层必须优选为与内部光源相同。

最后，由根据本发明的方法制造的且具有透明基底551(例如，在玻璃中)的光学层550涂布在光学指数匹配层540上，透明基底551包括具有纳/微织构552的两个相对的表面551a和551b。

由于OLED叠层具有接近于1.7的折射率，故由于全内反射，光在具有很大的损失的情况下穿过叠层。因此，本发明提出了使OLED叠层与根据本发明的光学层550之间的折射率的连续。这被特定光学指数匹配层540实现，该特定光学指数匹配层540在没有任何方向改变和由于TIR的损失的情况下，确定光线到光学层550的路线。

因此，本发明确保了从内部光源到第一纳/微织构的表面551a的折射率的连续性。

通过激光散斑石版印刷术的在各个表面551a和551b上的纳/微织构限制TIR。

最后，根据本发明的方法允许制作具有内部光源和将内源与外部介质分开的光学层的发光装置，其中光学层包括具有基于激光散斑石版印刷术的纳/微织构的至少一个表面。

更精确地说，由根据本发明的方法制作的发光装置包括光学界面层，该光学界面层包括具有纳/微织构，分别具有长度与散斑颗粒之间距离的比率在0.5到5的范围内、优选为在2到4的范围内、更优选为4的至少一个表面，该纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内、优选为在200nm到5μm的范围内、更优选为大约500nm的凸起，该纳/微织构使具有在200nm到20μm的范围内、优选为在200nm到5μm的范围内、更优选为大约500nm的凸起之间的距离。

用以表征由根据本发明的方法制作的发光装置和/或光学层的方法可为如下：

执行SEM(扫描电子显微镜)摄影以获得散斑颗粒图案，接着是图像分析。散斑具有按照2D图像傅里叶变换的特定形状。散斑颗粒图案的傅里叶变换示出了对应于与颗粒的大小/直径相关联的空间频率的峰。由于散斑颗粒可沿z轴线堆积的事实，故该峰可能很宽。

在不离开本发明的范围的情况下可增加许多备选方案。实际上，可优化许多参数。例如，根据本发明的光提取解决方案可与光学叠层的适合指数匹配相结合。

Claims (41)

1.一种用于制造用于发光装置的光学层的方法，所述发光装置具有内部光源以及将内部光源和外部光漫射介质分开的光学层，所述内部光源具有折射率，所述内部光源嵌入在一种材料中而光生成在该材料中，且所述内部光源是平面的朗伯光源，所述外部光漫射介质具有低于所述光源的折射率，其特征在于，所述方法包括使用相干电磁辐射散斑石版印刷术在所述光学层的至少一个表面上制作纳/微织构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

a)提供敏感材料，其选择成具有在待使用的相干电磁辐射源的波长范围内的线性灵敏度；

b)将由相干电磁辐射散斑生成的强度图案记录到所述敏感材料上；

c)通过纳米压印技术将所述纳/微织构复制到所述光学层的至少一个表面上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述敏感材料为感光树脂。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b)包括以下步骤：

b1)提供作为相干电磁辐射源的激光，以及作为敏感材料的光敏材料、激光束扩展器和光漫射器，所述激光具有在光敏材料灵敏度范围内的波长；

b2)在所述光漫射器的距离(d)布置所述光敏材料，所述距离(d)以所述图案的预计散斑颗粒平均大小的函数的形式确定；

b3)沿所述光漫射器的方向启动所述激光穿过所述激光束扩展器，以扩展所述激光束，且然后使所述扩展的激光束漫射，由此生成激光散斑；

b4)通过所述激光散斑暴露所述光敏材料，以便在所述光敏材料中生成光敏化部分；

b5)除去所述光敏化部分，以显露出未暴露于所述激光散斑的一部分所述光敏材料上的纳/微织构。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光漫射器包括可调整的光学孔径部件，且在步骤b2)中，所述光漫射器的距离(d)与所述可调整的光学孔径部件的光学孔径两者均以所述预计散斑颗粒平均大小的函数的形式确定。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤b4)中，将被照射的光敏材料浸入溶剂中，所述溶剂将所述光敏化部分从所述光敏材料中线性地去除。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤c)包括以下步骤：

c1)使用未暴露于所述相干电磁辐射散斑的所述敏感材料的部分作为纳/微织构原版；

c2)通过以诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)凝胶的可凝固材料涂布所述纳/微织构原版来制备微/纳织构模具；

c3)执行共形凝固，且在共形凝固之后，通过将其从所述纳/微织构原版剥离来去除所述凝固材料，以获得微/纳织构模具；

c4)以可UV固化的树脂来涂布待用作光学层的基底的第一表面；

c5)将所述微/纳织构模具放置成与所述基底的涂布的第一表面接触，所述模具的微/纳织构面对所述第一表面，使得所述微/纳织构浸入在所述可UV固化的树脂中；

c6)用UV光照射所述可UV固化的液态光聚树脂，由此通过光致聚合作用引发所述光聚树脂的硬化，以在所述基底上生成所述模具的阳性复制品；

c7)将所述阳性复制品与所述模具分离，以获得在所述光学层的一个表面上具有纳/微织构的光学层。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤c)还包括以下步骤：

c8)以可UV固化的树脂涂布与所述纳/微织构的表面相对的所述基底的第二表面；

c9)重复步骤c5)至步骤c7)，以获得在所述光学层的两个表面上具有纳/微织构的光学层。

9.根据权利要求1所述的用于制造用于发光装置的光学层的方法，其特征在于，所述使用相干电磁辐射散斑石版印刷术来在所述光学层的至少一个表面上制作纳/微织构是使用激光散斑石版印刷术来在所述光学层的至少一个表面上制作纳/微织构。

10.一种用于测试由根据权利要求1至权利要求9的任一项所述的方法制造的光学层的方法，所述方法包括以下步骤：

α)提供能够生成激光束的光装置、具有光入口和光出口的集成球、具有平坦面和半球形面的半球形透镜、光探测器、由所述光探测器探测到的光信号提取的记录器，以及具有带由激光散斑石版印刷术制作的纳/微织构的至少一个表面的光学层；

β)面对所述光入口放置所述光学层，且所述半球形透镜的平坦面与所述光学层接触；

γ)面对所述光出口放置所述光探测器;

δ)启动所述光装置以生成激光束且移动所述光装置使得所述激光束被以法向入射导向所述半球形透镜的半球形面并穿过所述透镜，且以在所述光装置移动时变化的入射角与光学层相交；

ε)记录由所述光探测器探测到的所述光信号提取。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述光入口和所述光出口布置成在彼此之间具有90°角。

12.发光装置，其具有平面、内部的朗伯内部光源以及易于通过根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法获得的光学层，所述内部光源具有某折射率，所述光学层将所述内部源和具有低于所述光源的折射率的折射率的外部光漫射介质分开，其特征在于，所述光学层包括具有基于相干电磁辐射散斑石版印刷术的纳/微织构的至少一个表面。

13.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于，所述纳/微织构包括具有遵循示出一个峰的统计分布的高度的凸起。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

15.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

16.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

17.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

18.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

19.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

20.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

21.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

22.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在0.5到5的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

23.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

24.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

25.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

26.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

27.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

28.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

29.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

30.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

31.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率在2到4的范围内的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

32.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

33.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

34.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到20μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

35.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

36.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

37.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径在200nm到5μm的范围内的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

38.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到20μm的范围内的凸起之间的距离。

39.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有在200nm到5μm的范围内的凸起之间的距离。

40.根据权利要求12或权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述光学层包括具有纳/微织构且具有长度与散斑颗粒之间的距离的比率为4的至少一个表面，所述纳/微织构具有平均大小/直径为500nm的凸起，所述纳/微织构具有500nm的凸起之间的距离。

41.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于，所述基于相干电磁辐射散斑石版印刷术是激光散斑石版印刷术。