CN103779510B - 制造用于有机发光二极管的光提取基板的方法 - Google Patents

制造用于有机发光二极管的光提取基板的方法 Download PDF

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Abstract

一种制造用于有机发光二极管(OLED)的光提取基板的方法，用所述方法可以人工控制从所述OLED发出的光的散射分布。所述方法包括通过将无机氧化物在基底基板上至少两次沉积来形成光提取层的步骤，从而控制在所述光提取层的表面上形成的纹理的结构。

Description

制造用于有机发光二极管的光提取基板的方法
相关申请的交叉引用
本发明涉及制造用于有机发光二极管(OLED)的光提取基板的方法，且更具体地涉及制造用于OLED的光提取基板的方法，由此可以人工控制从OLED发出的光的散射分布。
技术领域
本发明涉及一种氧化锌（ZnO）前驱体和利用该前驱体沉积ZnO类薄膜的方法，更具体地，本发明涉及一种ZnO前驱体和利用该前驱体沉积ZnO类薄膜的方法，使用该ZnO前驱体可以沉积高质量和高纯度的ZnO类薄膜。
背景技术
通常，有机发光二极管(OLED)包括阳极、发光层和阴极。当在阳极与阴极之间施加电压时，空穴被从阳极注入到空穴注入层中，然后从空穴注入层通过空穴传输层迁移至有机发光层，且电子被从阴极注入到电子注入层中，然后从电子注入层通过电子传输层迁移至发光层。被注入到发光层中的空穴和电子在发光层中彼此重新组合，从而产生激子。当该激子从激发态跃迁至基态时，发出光。
根据驱动以矩阵形状排布的N*M数目的像素的机制，包括OLED的有机发光显示器被分为无源矩阵型和有源矩阵型。
在有源矩阵型中，限定发光区的像素电极和向像素电极施加电流或电压的单位像素驱动电路被置于单位像素区域中。单位像素驱动电路具有至少两个薄膜晶体管(TFT)和一个电容器。由于该构造，单位像素驱动电路可提供恒定电流，与像素的数目无关，从而实现均匀亮度。有源矩阵型有机发光显示器功耗小，从而可有利地用于高清晰度显示器和大显示器。
然而，在使用OLED的平面光源装置的情况下，由于发出的光被OLED的内部或界面反射或吸收而不是向外离开，薄膜层叠结构造成由发光层生成的光至少损失一半。因此，必须施加额外的电流以产生所需的亮度水平。在此情况下，功耗增加，从而减少装置的寿命。
为了克服这一问题，需要用于提取光以使其向外离开的技术，否则所述光将会在OLED之内或在OLED的界面处损失掉。该技术被称为光提取技术。使用光提取技术克服问题的方案是除去防止在OLED内部或在OLED的界面损失的光向前运行或阻碍光的行进的任何因素。通常用于该目的的方法包括外部光提取技术和内部光提取技术。外部光提取技术通过在基板的最外表面上形成凹部和凸部或用与基板具有不同折射率的层涂覆所述基板来减少在基板和空气之间的界面处的全内反射。内部光提取技术通过在基板和透明的电极之间表面上形成凹部和凸部或用与基板具有不同折射率的层涂覆基板来减少波导效应，所述波导效应中中光沿着具有不同的厚度和折射率的层之间的界面行进而非向前运行。
其中，由于光的散射分布和色坐标可根据凹部和凸部的形状和尺寸而变化，使用凹凸结构的外部光提取技术需要根据OLED的用途来控制凹部和凸部的形状和尺寸。然而，在诸如使用外部光提取技术的微透镜阵列的聚合物片材类型的情况下，由于耐热性问题，在制造OLED之后将聚合物片材与玻璃基板结合，并且聚合物片材昂贵，因此难以将聚合物片材与玻璃基板整合。相反，在用无机材料涂覆基板的情况下，难以控制凹部和凸部的形状。特别地，在相关领域中通过光刻法形成光提取层，所述光提取层引起复杂的问题，如由于使用昂贵的设备而增加的成本、复杂的工艺和由所述工艺产生的有害物质。
提供发明背景部分中公开的信息仅用于更好地理解发明背景，而不应被认为是承认或以任何形式建议该信息形成本领域技术人员应当已知的现有技术。
发明内容
本发明的各方面提供制造用于有机发光二极管(OLED)的光提取基板的方法，用所述方法可以人工控制从OLED发出的光的散射分布。
在本发明的方面，提供了通过APCVD制造用于OLED的光提取基板的方法。所述方法包括通过将无机氧化物在基底基板上至少沉积两次来形成光提取层的步骤，从而控制在光提取层的表面上形成的纹理的结构。
根据本发明的示例性实施方式，沉积所述无机氧化物至少两次可包括在第一沉积温度下将所述无机氧化物沉积在所述基底基板上以形成第一薄膜层；以及在第二沉积温度下将所述无机氧化物沉积在所述第一薄膜层上以形成第二薄膜层，从而形成具有双层结构的所述光提取层。
所述第一薄膜层的厚度在0.4μm至1.7μm的范围内，而所述第二薄膜层的厚度在2.1μm至2.9μm的范围内。
所述第一沉积温度可与所述第二沉积温度不同。
所述第一沉积温度和所述第二沉积温度可彼此不同并且在350℃至640℃范围内。
沉积所述无机氧化物至少两次可通过在线工艺(in-line process)来进行。
所述无机氧化物可由比所述基底基板具有更高的折射率的物质组成。
所述无机氧化物可由选自由ZnO、SnO2、SiO2、Al2O3和TiO2组成的无机物质的组的一种组成。
所述方法可进一步包括在沉积所述无机氧化物至少两次期间或之后注入掺杂剂的步骤。
根据本发明的实施方式，通过经可使具有凹凸形状的纹理在表面上自然形成的APCVD形成所述光提取层，以及进行至少两次沉积，有可能人工改变所述光提取层的凹部和凸部的尺寸、形状和分布。这因此使得有可能根据用途控制从用于照明的OLED发出的光的散射分布。
而且，由于所述纹理是通过APCVD在所述光提取层的表面上自然形成的，相关领域中用于形成光提取层的光刻法就变得没有必要。因此有可能通过减少方法步骤的数目来减少制造时间。由于所述方法所产生的有害物质减少，同样减少了处理成本。
此外，由于通过APCVD形成所述光提取层，有可能设定所述基板的玻璃的制造和所述光提取层的形成为在线或线上(on-line)形成，并且所述基板和所述光提取层彼此整合，由此可通过大量生产制造所得光提取基板。
本发明的方法和装置具有的其它特征和优点将通过附图变得明了或在附图中阐明更多细节，所述附图合并于此，在下面的发明详述中，连同附图一起用来解释本发明的特定原理。
附图说明
图1和图2是显示根据本发明的实施方式制造用于有机发光二极管的光提取基板(OLED)的方法的示意性工艺图；
图3是显示根据本发明的实施例1制造的用于OLED的光提取基板的横截面的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图4是显示从根据本发明的实施例1制造的用于OLED的光提取基板测量的光散射分布的图；
图5是显示根据本发明的实施例2制造的用于OLED的光提取基板的横截面的SEM照片；
图6是显示从根据本发明的实施例2制造的用于OLED的光提取基板测量的光散射分布的图；
图7是显示根据本发明的实施例3制造的用于OLED的光提取基板的横截面的SEM照片；
图8是显示从根据本发明的实施例3制造的用于OLED的光提取基板测量的光散射分布的图。
具体实施方式
现将详细参考根据本发明制造用于有机发光二极管(OLED)的光提取基板的方法，附图中说明了本发明的实施方式并在下面描述，从而本发明涉及的本领域普通技术人员可以容易地实践本发明。
在该文件通篇中，应当参考附图，其中在所有不同的附图中使用相同的附图标记和符号以标示相同或相似的组件。在本发明的以下描述中，当合并于此的已知功能和组件的详述使得本发明的主题不清楚时可将其忽略。
根据本发明的实施方式制造用于OLED的光提取基板的方法通过常压化学气相沉积(APCVD)通过用无机氧化物沉积基底基板来形成由无机氧化物制成的光提取层。基底基板可由具有优良的透光率和优良的机械性质的任何材料制成。例如，基底基板可由诸如有机薄膜的热可固化或紫外(UV)可固化聚合材料，或诸如钠钙玻璃(SiO2-CaO-Na2O)或铝硅酸盐玻璃(SiO2-Al2O3-Na2O)的化学钢化玻璃制成。当OLED被用于照明时可使用钠钙玻璃，而当OLED被用于显示器时可使用铝硅酸盐玻璃。
根据本发明的实施方式，比基底基板具有更高的折射率的无机氧化物作为光提取层而被沉积。例如，选自ZnO、SnO2、SiO2、Al2O3和TiO2的一种无机氧化物可作为光提取层而被沉积。
根据本发明的实施方式，将无机氧化物沉积并分层至少两次以便人工控制在APCVD期间在光提取层的表面上自然形成的纹理的结构。
这将参考图1和图2更详细地描述。用于形成光提取层100的APCVD可通过在线工艺来进行。首先，将基底基板101装载于带型输送机10上，并使用控制器(未显示)启动输送机10从而使输送机10以一个方向传送基底基板101。在此情况下，用于APCVD的在线系统包括在输送机10的纵向上依次布置使得第一和第二喷射器20和30面对基底基板101的上表面的第一喷射器20和第二喷射器30。当在输送机10上传送的基底基板101位于第一喷射器20下时，经由控制器(未显示)操作第一喷射器20从而使它向基底基板101喷射前体气体和氧化剂气体，所述前体气体由将被沉积在基底基板101上的无机氧化物制成，由此无机氧化物作为基底基板101上的薄膜而沉积。前体气体和氧化剂气体可经由第一喷射器20的不同喷嘴而喷射，以避免气体过早混合。前体气体和氧化剂气体可通过被预加热而送入以便激活沉积化学反应。通过在作为惰性气体如氮气、氦气或氩气的载气上传送，可将前体气体和氧化剂气体送入第一喷射器20。
根据本发明的实施方式，通过在操作第一喷射器20之前加热基底基板101至特定温度来控制沉积温度。然后，经由第一喷射器20在基底基板101上沉积无机氧化物，由此在基底基板101上形成了由无机氧化物制成的第一薄膜层111，如图中所示。第一薄膜层111在其表面上具有凹部和凸部。薄膜层111表面上的凹部和凸部是在APCVD期间自然形成的。
然后，将涂覆有第一薄膜层111的基底基板101在输送机10上进一步传送并定位于第二喷射器30下。将基底基板101加热至特定温度。在此情况下，通过将加热基底基板101的温度设定为与当经由第一喷射器20沉积第一薄膜层111时加热基底基板101的温度不同，有可能形成沉积气氛。
加热基底基板10之后，经由控制器(未显示)操作第二喷射器30。具体地，通过经由第二喷射器30将前体气体和氧化剂气体喷射到第一薄膜层111上，而将第二薄膜层112沉积于第一薄膜层111上，所述前体气体是由与制成第一薄膜层111的无机氧化物相同的无机氧化物制成的。当将第二薄膜层112沉积在第一薄膜层111上时，在基底基板101上形成光提取层100。光提取层100具有第一薄膜层111和第二薄膜层112的双层结构，其中第一薄膜层111和第二薄膜层112为相同氧化物的沉积物。而且，在光提取层100的表面上形成纹理。
根据本发明的实施方式，有可能将掺杂剂注入至第一薄膜层111和第二薄膜层112中以便控制纹理的结构。这里，根据本发明的实施方式，有可能在APCVD期间与工艺气体一起供应掺杂剂或在最终形成光提取层100之后通过例如离子注入来注入掺杂剂。优选注入的掺杂剂的含量被控制为无机氧化物，例如，光提取层100的氧化锌(ZnO)的10重量%或更少。
根据本发明的实施方式，将第一薄膜层111沉积在基底基板101上的第一沉积工艺和将第二薄膜层112沉积在第一薄膜层111上的第二沉积工艺的工艺条件之间仅有的不同是沉积温度，即加热基底基板101所达到的温度。也就是说，当基底基板101的温度被设定为第一沉积工艺中的特定温度时，沉积第一薄膜层111使得它具有包括表面形状、尺寸、厚度、均匀度等的特定构造。第一薄膜层111的表面的凹凸结构对在第二沉积工艺期间沉积的第二薄膜层112的表面结构有影响。换句话说，第二薄膜层112的表面结构，即最终形成的光提取层100的表面纹理结构，取决于或依赖于第一薄膜层111的表面的凹凸结构。
这样，根据本发明的实施方式，为了控制光提取层100的纹理结构，通过将沉积工艺划分为第一和第二工艺，并仅控制沉积温度而未对基底基板101进行任何预处理，有可能人工控制光提取层100的表面上的纹理结构，同时实现光提取所需的涂覆厚度。
图1和图2是显示其中将图1中的基底基板和图2中的基底基板设定为不同的温度条件的工艺的示意性工艺图。在此情况下，形成第一薄膜层111使得它们具有不同的表面结构，并从而形成第二薄膜层112使得它们具有不同的表面结构。具体地，有可能通过仅调整基底基板101的温度来人工控制第一薄膜层111中颗粒的成核和生长，从而调整第一薄膜层111的表面形状、尺寸、厚度和均匀度。由于第一薄膜层111之间的不同，即使在第二沉积工艺期间图1和图2中基底基板101为相同温度，第二薄膜层112的表面上的凹部和凸部的形状、尺寸和均匀度也不同。换句话说，有可能根据第一沉积工艺中设定基底基板101的温度的度数来人工且可变地控制最终形成的光提取层100的表面上的纹理结构。因此，当将根据本发明的实施方式制造的光提取基板应用于用来照明的OLED时，有可能根据用途控制从OLED发出的光的散射分布。此外，由于根据本发明的实施方式制造用于OLED的光提取层的方法引起光提取层100的表面上的纹理结构通过APCVD自然形成，相关领域中用于形成光提取层的光刻法就变得没有必要。因此有可能通过减少方法步骤的数目来减少制造时间。由于本方法所产生的有害物质减少，同样减少了处理成本。此外，当通过APCVD形成光提取层时，有可能设定用于基底基板101的玻璃的制造和光提取层100的形成为在线形成或线上形成，并且基底基板101和光提取层100可彼此整合，从而可通过大量生产制备所得光提取基板。
实施例1
首先，将玻璃基板加热至350℃的温度，然后通过常压化学气相沉积(APCVD)将氧化锌(ZnO)薄膜沉积在玻璃基板上。然后，将玻璃基板加热至640℃的温度，然后将ZnO薄膜在线沉积于预先沉积的ZnO薄膜上，从而产生光提取基板。使用扫描电子显微镜(SEM)对所得光提取基板的形状拍照，并测量和分析光散射分布，如图3和图4中所示。
参考图3，应理解凹部和凸部是在通过APCVD沉积于下部(a)的ZnO薄膜的表面自然形成的，而沉积于上部(b)的ZnO薄膜的表面具有整体纹理结构。显然沉积于上部(b)的ZnO薄膜的晶体颗粒的生长方向取决于或依赖于下部(b)中ZnO薄膜的凹凸形状。下部的ZnO薄膜(a)的厚度被测量为0.7μm，而上部的ZnO薄膜(b)的厚度被测量为2.7μm。此外，参考图4，根据实施例1制造的光提取基板的前视图亮度(红色)被测量为比没有光提取层的基板的前视图亮度(黑色)提高43%。
实施例2
首先，将玻璃基板加热至400℃的温度，然后通过APCVD将ZnO薄膜沉积在玻璃基板上。然后，将玻璃基板加热至640℃的温度，然后将ZnO薄膜在线沉积在预先沉积的ZnO薄膜上，从而产生光提取基板。使用SEM对所得光提取基板的形状拍照，并测量和分析光散射分布，如图5和图6中所示。
参考图5，应理解凹部和凸部是在通过APCVD沉积于下部(a)的ZnO薄膜的表面上自然形成的，而沉积于上部(b)的ZnO薄膜的表面具有整体纹理结构。显然沉积于上部(b)的ZnO薄膜的晶体颗粒的生长方向取决于或依赖于下部(b)中ZnO薄膜的凹凸形状。下部的ZnO薄膜(a)的厚度被测量为0.4μm，而上部的ZnO薄膜(b)的厚度被测量为2.9μm。此外，参考图6，根据实施例2制造的光提取基板的前视图亮度(红色)被测量为比没有光提取层的基板的前视图亮度(黑色)提高49%。
实施例3
首先，将玻璃基板加热至450℃的温度，然后通过APCVD将ZnO薄膜沉积在玻璃基板上。然后，将玻璃基板加热至640℃的温度，然后将ZnO薄膜在线沉积在预先沉积的ZnO薄膜上，从而产生光提取基板。使用SEM对所得光提取基板的形状拍照，并测量和分析光散射分布，如图7和图8中所示。
参考图7，应理解凹部和凸部是在通过APCVD沉积于下部(a)的ZnO薄膜的表面自然形成的，而沉积于上部(b)的ZnO薄膜的表面具有整体纹理结构。显然沉积于上部(b)的ZnO薄膜的晶体颗粒的生长方向取决于或依赖于下部(b)中ZnO薄膜的凹凸形状。下部的ZnO薄膜(a)的厚度被测量为1.7μm，而上部的ZnO薄膜(b)的厚度被测量为2.1μm。此外，参考图8，根据实施例3制造的光提取基板的前视图亮度(红色)被测量为比没有光提取层的基板的前视图亮度(黑色)提高49%。
参考实施例1至实施例3，可以得出结论：所有纹理结构均通过APCVD在光提取层的表面上自然形成。也可以得出结论，当ZnO薄膜最初被沉积时，由于不同的温度而赋予沉积的ZnO薄膜不同的表面结构。此外，可以得出结论：随后沉积的ZnO薄膜的表面结构取决于最初沉积的ZnO薄膜的表面结构。因此，最终形成的光提取层具有不同的纹理结构。
关于附图已经提出了上述本发明的特定示例性实施方式的描述。它们并非意图详尽或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然本领域普通技术人员可能根据上述教导作出很多修改和变更。
因此预期本发明的范围不限于上述实施方式，而是由所附的权利要求及其等效物来定义。

Claims (7)

1.一种通过常压化学气相沉积制造用于有机发光二极管的光提取基板的方法，所述方法包括通过将无机氧化物在基底基板上沉积至少两次来形成光提取层，从而控制在所述光提取层的表面上形成的纹理的结构，
其中沉积所述无机氧化物至少两次包括：
在所述基底基板上形成第一薄膜层；和
在所述第一薄膜层上形成第二薄膜层，
其中所述第一薄膜层和所述第二薄膜层分别通过在彼此不同的第一沉积温度和第二沉积温度下沉积相同的无机氧化物而形成，从而形成具有至少双层结构的所述光提取层，其中所述第二薄膜层的表面结构取决于所述第一薄膜层的表面结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一薄膜层的厚度在0.4μm至1.7μm的范围内，而所述第二薄膜层的厚度在2.1μm至2.9μm的范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一沉积温度和所述第二沉积温度在350℃至640℃的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述无机氧化物至少两次作为在线工艺而实施。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述无机氧化物包括比所述基底基板具有更高的折射率的物质。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述无机氧化物包括选自由ZnO、SnO2、SiO2、Al2O3和TiO2组成的无机物质的组中的一种。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在沉积所述无机氧化物至少两次期间或之后注入掺杂剂。
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