CN103809229B - 光取出组件及发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光取出组件，包括：一光扩散层，此光扩散层包括：一树脂；一具有单一折射率的第一粒子；以及一具有两种折射率的第二粒子，其中第二粒子为一中空粒子、或一核-壳(core-shell)粒子，其中核-壳(core-shell)粒子之核的折射率与壳的折射率不同。本发明亦提供一种发光装置，包括一对电极，系由一阳极及一阴极所组成；一有机发光单元，位于该对电极之间，其中有机发光单元包括一发光层；以及一光取出组件，位于发光装置之一出光面上。

Description

光取出组件及发光装置
技术领域
本发明系有关于光取出组件，且特别是有关于一种具有扩散粒子的光取出组件以及含有此光取出组件的发光装置。
现有技术
一般有机发光二极管(organiclight-emittingdiode;OLED)发光组件多由玻璃作为基板，铟锡氧化物(Indiumtinoxide;ITO)作为导电电极，搭配上有机发光层。不论有机发光二极管(OLED)的组件型态是上发光型(top-emitting)或下发光型(bottom-emitting)，由于组件中所使用的材料折射率差异太大，在界面上会因为折射率的差异，导致反射产生。反射的产生在有机发光二极管(OLED)中，会导致整体出光效率低落，根据研究指出，在一般的有机发光二极管(OLED)组件中，将近70%～80%的光是因为界面反射导致光损失而无法导出组件外部。由于有机发光二极管(OLED)组件内部使用的材料折射率差异太大，若要有效的提升整体出光效率，可由有机发光二极管(OLED)内部组件的材料挑选或是结构来得到。但随着材料或结构的变动，伴随着制程上的改变，对于有机发光二极管(OLED)组件的开发上有更大的挑战。
目前一般在有机发光二极管(OLED)组件表面多由实心的有机粒子或是由无机高折射率粒子作为外部光取出扩散层，也是利用光线散射的原理达到扩散的效果。但目前所能达到的光取出效果有限。
过去研究曾以微镜(microlens)或实心无机粒子扩散膜层作为光取出膜，或以微粒、超微粒子、及树脂材料组成扩散层结构，由于微粒外面包围着浓度较高的折射率差异较大的超微粒子，因此具有良好的取光效率，但其降色偏效果却有限。另外，在透明树脂基材上先涂布一层扩散层(粒径为0.2～1微米之高折射率粒子)，再涂上另一层光线聚光层(粒子折射率为1.5～1.4、粒径为3～10微米)，将此两层涂布作为取光层，虽可达到低色偏之效果，但其制程较复杂。已知以中空粒子形成扩散层结构，可明显降低色偏，然而其中心视角取光效果虽然良好，但取光效果却随视角增加而下降，整体取光效果较差。
因此，需要针对有机发光二极管(OLED)发光组件之光取出效率提出改良的方法。
发明内容
根据一实施例，本发明提供一光取出组件，包括：一光扩散层，此光扩散层包括：一树脂；一具有单一折射率的第一粒子；以及一具有两种折射率的第二粒子，其中第二粒子为一中空粒子、或一核-壳(core-shell)粒子，其中核-壳(core-shell)粒子之核的折射率与壳的折射率不同。
根据另一实施例，本发明提供一种发光装置，包括：一对电极，系由一阳极及一阴极所组成；一有机发光单元，位于该对电极之间，其中有机发光单元包括一发光层；以及如上述之一光取出组件，位于发光装置之一出光面上。
为让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1为根据本发明实施例之光取出组件结构。
图2为根据本发明实施例之发光装置，包括一光取出组件之剖面示意图。
图3A为根据本发明之中空自制压克力粒子P50之剖面示意图。
图3B为根据本发明之中空自制压克力粒子P50之粒径分布。
图4为根据本发明之实施例，光扩散层材料以实心粒子SBX6搭配中空粒子P50之系统中，不同粒子组成之光取出组件在不同视角之辉度变化。
图5为根据本发明之实施例，光扩散层材料以实心粒子SBX17搭配中空粒子P50之系统中，不同粒子组成之光取出组件在不同视角之辉度变化。
主要组件符号说明
100~光取出组件；
110~光扩散层；
112~树脂；
114~第一粒子；
116~第二粒子；
118~上表面；
120~基材；
130~黏着层；
200~发光装置；
202~基底；
204~下电极；
206~有机发光单元；
208~上电极。
具体实施方式
本发明提供一种适用于发光装置之光取出组件，当光线进入此光扩散层，可因为光线碰撞所造成散射的现象，改变光源的行进角度，藉此提升光源的出光效率。以简单与低成本的方法来提升发光装置之光取出效率，例如：有机发光二极管(OLED)。
本发明同时使用具有单一折射率与具有两种折射率的微粒作为光扩散层的扩散材料，搭配上树脂做成光扩散层，除了树脂与粒子本身的折射率差异可造成光散射外，粒子本身材料与所含孔洞的折射率差异、或粒子本身不同材料间折射率的差异也可造成光散射。当光线经过粒子内部，经由多次进入不同折射率之介质所造成的光散射现象，除了可以大幅提高有机发光二极管(OLED)组件的出光效率外，因为光线散射效果更加显著，同时也可降低甚至消除有机发光二极管(OLED)大角度的色偏现象。
图1为根据本发明一实施例之光取出组件100，其包括一光扩散层110，此光扩散层110包括：一树脂112，一具有单一折射率的第一粒子114，以及一具有两种折射率的第二粒子116，分散在树脂112中。第一粒子114为一实心粒子，而第二粒子116可为一中空粒子，其内部折射率为1(空气)、外壳折射率大于1，或者，第二粒子116也可为一核-壳(core-shell)粒子，其中核-壳(core-shell)粒子之核的折射率与壳的折射率不同。此外，第二粒子116更可包括一单空心粒子、一多空心粒子、或一具有两种以上折射率的粒子。为达成良好的光散射现象，第一粒子114之折射率与树脂112的折射率不同，第二粒子116(中空粒子或核-壳(core-shell)粒子)之壳的折射率与树脂112的折射率不同。
前述之中空粒子可利用例如表面活性剂反胶束消肿法(surfactantreversemicellesswellingmethod)形成。将不同的高分子单体(如压克力单体)、乳化剂(如Tween80与span80)、及起始剂(如芐基过氧化物(benzylperoxide))均匀搅拌后，加入含有分散剂及乳化剂的水溶液系统中，在约70～80℃进行反应约20小时以形成中空粒子。
前述之核-壳(core-shell)粒子可例如为一核的折射率大于壳的折射率之粒子。举例来说，可使用文献AdvancedFunctionalMaterialsVolume15,Issue3的两步骤微乳液聚合法形成此种核的折射率大于壳的折射率之粒子。此种粒子的核及壳之材料可依粒子折射率差异所需分别例如为聚吡咯(polypyrrole(PPy))、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)等。
或者，核-壳(core-shell)粒子可例如为一核的折射率小于壳的折射率之粒子。举例来说，可使用文献Colloid&PolymerScienceVolume277,Number12(1999),1142-1151、文献Colloid&PolymerScienceVolume277,Number9(1999),875-880、或文献JOURNALOFMATERIALSSCIENCEVolume37(2002),2317-2321的分散聚合法、种子分散聚合法、或机械融合系统形成此种核的折射率小于壳的折射率之粒子。此种粒子的核及壳之材料可依折射率差异所需分别例如为硅胶(silica)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化铝(Al2O3)等。
第一粒子114及第二粒子116的材质可各自独立地包括：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、硅氧树脂、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、或前述之组合。第一粒子114及第二粒子116之粒径分布可各介0.01微米～150微米，例如：0.01微米～60微米、或0.01微米～100微米。应注意的是，虽然图中所示的第一粒子114及第二粒子116为球状，但本发明不以此为限，第一粒子114及第二粒子116可各自独立地为球状、半球状、棒状、镜状(lens)、不规则状、或前述之组合，只要其具有前述的折射率，即可达到提升光散射的效果。
树脂112可包括热可塑性树脂材料、热硬化树脂材料、光硬化性树脂材料、或是前述之组合。第一粒子114及第二粒子116粒子总和与树脂112的重量比例各介于1/10～10/1，较佳各介于1/6～6/1。树脂112覆盖第一粒子114及第二粒子116，并且形成一不规则状之上表面118，以提升光取出效率。在另一实施例中，树脂112也可形成一平坦的上表面118。
图1中之光扩散层110更包括一添加剂，可包括至少一非离子型分散剂像是Tween-20、Tween-60、Tween-80等，至少一界面活性剂像是氟素表面活性剂(FC4432)、FC430等，或前述之组合，用以调整光扩散层110材料之均匀度、分散度等。此添加剂对第一粒子114及第二粒子116之添加比例较佳为0.005～15wt%，以第一粒子114及第二粒子116的总重为基准。
图1中之光取出组件100可更包括一基材120，此基材120可包括像是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneTerephthalate;PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(POLYETHYLENENAPHTHALATE;PEN)等，其中光扩散层110位于基材120上。光取出组件100可更包括一黏着层130，此黏着层130与光扩散层110位于基材120之相反面，用以将光取出组件100贴覆于有机发光二极管装置之出光面上。黏着层130可包括像是含聚丙烯成分之透明胶材、热硬化胶材、或紫外光硬化胶材。
图2为根据本发明实施例之一发光装置200之剖面示意图。此发光装置200包括一基底202，基底202上依序形成有一下电极204、一有机发光单元206、及一上电极208。本发明前述之光取出组件100藉由一黏着层130设置于发光装置200之一出光面上。应注意的是，虽然图2是以一下发光型(bottom-emitting)的发光装置200为例进行说明，但发光装置200更可为一上发光型(top-emitting)发光装置，此时于上电极208上依序可形成有基底202、黏着层130、及光取出组件100；或者，发光装置200也可为一双面发光型(double-emitting)发光装置，此时在发光装置200之两个出光面上各依序可形成有基底202、黏着层130、及光取出组件100。基底202可例如为玻璃、塑料基板、或半导体基板等透明基材。下电极204及上电极208之材质可例如为锂、镁、钙、铝、银、铟、金、钨、镍、铂、铜、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)、氧化锌(ZnO)、或前述之组合。此外，下电极204及上电极208之中至少有一者需具有透光的性质。有机发光单元206位于电极对之间，至少包括一发光层。有机发光单元206可更包含习知的一电洞注入层、一电洞传输层、一电子传输层、一电子注入层、或其它膜层，上述各膜层之配置如此技艺众所周知，故不在此赘述。
本发明实施例可在不改变有机发光二极管(OLED)制程的情况下，藉由在有机发光二极管(OLED)组件表面加上一层结构层来降低界面的反射率，以提升光取出效率，同时达到降低色偏的效果。
【制备例―中空粒子】
以表面活性剂反胶束消肿法(surfactantreversemicellesswellingmethod)制作中空粒子。将压克力单体乙二醇二甲基丙烯酸酯(ethyleneglycoldimethacrylate;EGDMA)与甲基丙烯酸缩水甘油酯(glycidylmethacrylate;GMA)以1：1的重量比、1/8单体重的乳化剂Tween80、1/8单体重的乳化剂span80、1/10单体重的溶剂4-Methyl-2-pentanol、及4%单体重的起始剂过氧化苯(benzylperoxide)均匀混合搅拌后，加入含有1/4单体重分散剂聚乙烯醇(polyvinylalcohol;PVA)与0.4%单体重的乳化剂十二烷基硫酸钠(sodiumdodecylsulfate;SDS)及0.5%单体重的硫酸钠的水溶液系统中，于160rpm转速下通氮气一小时搅拌分散，升温至75℃，于160rpm转速下进行反应20小时，生成中空粒子。依照不同的反应搅拌速度与分散剂添加比例，可形成不同粒径大小的中空粒子，例如粒径分布约0.01～60微米之中空粒子P50、粒径分布约0.01～90微米之中空粒子P90、及粒径分布约0.01～150微米之中空粒子P150。图3A及图3B分别显示中空自制压克力粒子P50之剖面图与其粒径分布。
【实施例与比较例―光取出组件之材料配置】
将一定比例的3M氟素表面活性剂(FC4432)、甲苯(toluene)、异丙醇(IPA)分别与多种实心与含有孔洞之粒子搅拌分散后，再加入一定比例的热硬化压克力改质树脂(MCL_1-自制压克力树脂，以溶剂聚合法将重量比30%丙烯酸十二烷基酯(Laurylacrylate)单体与70%甲基丙烯酸甲酯(methylmethacrylate)单体在甲苯溶剂中90℃加热10小时进行聚合反应。)(折射率为1.48)进行搅拌。树脂/甲苯/异丙醇重量比例=4/9/2；表面活性剂(FC4432)/总粒子的重量比例=0.042；总粒子/树脂重量比例=0.83。
粒子种类：
1.实心粒子
(1)SBX6实心苯乙烯(styrene)粒子，粒径分布约2～10微米，平均粒径约为6微米，其折射率约为1.59(SEKISUICHEMICAL)。
(2)SBX17实心苯乙烯(styrene)粒子，粒径分布约8～28微米，平均粒径约为17微米，其折射率约为约为1.59(SEKISUICHEMICAL)。
2.中空粒子
(1)如制备例之中空自制压克力粒子P50，粒径分布约0.01～60微米，平均粒径约为14微米，球壳折射率约为1.49。
(2)如制备例之中空自制压克力粒子P90，粒径分布约0.01～90微米，球壳折射率约为1.49。
(3)如制备例之中空自制压克力粒子P150，粒径分布约0.01～150微米，球壳折射率约为1.49。
将此均匀分散液以湿式涂布法涂布于Toyobo膜厚188微米之聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneTerephthalate;PET)基材上，以100℃干燥数分钟去除溶剂，制成光取出组件，此光取出组件之树脂与第一粒子、第二粒子的比例与光学特性如【表一】【表二】中之比较例及实施例所示。光取出组件与有机发光二极管(OLED)装置搭配与光取出效果验证方式如下所述。
【光取出效果验证】
在各实施例中，将不同的光取出组件以山太士光学胶(OTA-050丙烯胶，厚度50微米，折射率为1.478)，贴覆于市售KonicaMinoltaUnveilsSymfosOLED发光组件之出光面，比较不同的光取出效果，并以无贴膜的纯有机发光二极管(OLED)组件作为比较例。以辉度计TopconBM-7量测并计算贴上光取出组件后之发光组件其辉度增益値与0~60°视角色度之变化。
不同光扩散层材料之粒子组成，随着粒子比例变化，整体有机发光二极管(OLED)组件表现之光学特性如【表一】与【表二】中之实施例中所示。表一与表二中，整体取光效果越大越好，色度变化Δu‘v’越小越佳。表一与表二中所提及之比较例一Konica所指的是市售KonicaMinoltaUnveilsSymfosOLED发光组件，其它所有之比较例与实施例皆是将所制作出的光取出组件贴覆于市售KonicaMinoltaUnveilsSymfosOLED发光组件之出光面上进行量测之数据。图4显示以实心粒子SBX6搭配中空粒子P50之系统中，不同粒子组成之光取出组件在不同视角之辉度变化。图5显示以实心粒子SBX17搭配中空粒子P50之系统中，不同粒子组成之光取出组件在不同视角之辉度变化。
结果显示藉由使用中空粒子(P50)搭配实心粒子(SBX6或SBX17)作为光扩散层之扩散粒子，不但可以使中心或整体的取光效率比仅使用单一种粒子都来的高外，使用两种粒子相混的光扩散层还可以降低实心粒子降色偏能力不足的缺点。由实施例结果可证明使用中空粒子搭配实心粒子作为光扩散层之粒子组成，除了可提升中心与整体的光取出效率外，可同时降低有机发光二极管(OLED)组件的色偏现象。由图4及图5结果中显示纯实心粒子随着视角变大，辉度会变大；实心加上中空粒子除了可以提高整体光效率外，同时可让不同视角的辉度差异变小。
【表一】扩散粒子：实心粒子SBX6搭配中空粒子P50
【表二】扩散粒子：实心粒子SBX17搭配中空粒子P50
虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作任意之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (15)

1.一种光取出组件，包括：
一光扩散层，该光扩散层包括：
一树脂；
一具有单一折射率的第一粒子；以及
一具有两种折射率的第二粒子，其中该第二粒子为一中空粒子、或一核-壳(core-shell)粒子，其中该核-壳(core-shell)粒子之核的折射率与壳的折射率不同，其中该第一粒子及该第二粒子总和与该树脂的重量比例介于0.83～10。
2.根据权利要求1所述之光取出组件，其中该第一粒子之折射率与该树脂的折射率不同，且该第二粒子之壳的折射率与该树脂的折射率不同。
3.根据权利要求1所述之光取出组件，其中该第一粒子及该第二粒子之粒径分布各介于0.01～150微米。
4.根据权利要求1所述之光取出组件，其中该第一粒子及该第二粒子各自独立地为球状粒子、半球状粒子、棒状、镜状、不规则型粒子、或前述之组合。
5.根据权利要求1所述之光取出组件，其中该树脂包括：热可塑性树脂材料、热硬化树脂材料、光硬化性树脂材料、或前述之组合。
6.根据权利要求1所述之光取出组件，其中该第一粒子及该第二粒子的材质各自独立地包括：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、硅氧树脂、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、或前述之组合。
7.根据权利要求1所述之光取出组件，其中该树脂覆盖该第一粒子及该第二粒子，且形成一平坦的上表面。
8.根据权利要求1所述之光取出组件，其中该树脂覆盖该第一粒子及该第二粒子，且形成一不规则的上表面。
9.根据权利要求1所述之光取出组件，更包括一基材，且该光扩散层位于该基材上。
10.根据权利要求9所述之光取出组件，更包括一黏着层，且该黏着层与该光扩散层位于该基材之相反面。
11.根据权利要求10所述之光取出组件，其中该黏着层包括：含聚丙烯成分之透明胶材、热硬化胶材、或紫外光硬化胶材。
12.根据权利要求1所述之光取出组件，更包括一添加剂，该添加剂包括：至少一非离子型分散剂、至少一界面活性剂、或前述之组合。
13.根据权利要求12所述之光取出组件，其中该添加剂之添加比例为0.005～15wt％，以该第一粒子及该第二粒子的总重为基准。
14.一种发光装置，包括：
一对电极，系由一阳极及一阴极所组成；
一有机发光单元，位于该对电极之间，其中该有机发光单元包括一发光层；以及
一根据权利要求1～13中任一项所述之光取出组件，位于该发光装置之一出光面上。
15.根据权利要求14所述之发光装置，其中该有机发光单元尚包括：
一电洞注入层，位于一该阳极上方；
一电洞传输层，位于该电洞注入层上方；
一电子传输层，位于该电洞传输层上方；以及
一电子注入层，位于该电子传输层上方及一该阴极下方。
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