CN105185924A - 一种高光效oled显示单元 - Google Patents

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Abstract

一种高光效OLED显示单元，其为二维多层结构经三维空间扩展形成的立体层状结构，所述二维多层结构包括自下而上顺序排列的反射阴极(1)、有机发光层(2)、ITO透明阳极(3)、聚光层(4)和玻璃基板(5)，所述聚光层(4)使用具有较大折射率的透明材质；聚光层(4)的上边沿形成出光界面(S)，聚光层(4)的侧边自下而上外倾，即侧边各点切线相对上边沿形成的朝向内侧的倾角α为锐角。聚光层(4)使得其中更多光线以相对出光界面更接近90°的角度入射到上层的玻璃基板(5)，使大部分光线可以穿透上层耦合入空气。本发明相比其它改善出光效率的OLED器件，更有效的提高了光线利用效率，且实现方式简单便捷，加工难度较低。

Description

一种高光效OLED显示单元
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是一种设置了聚光结构层的高光效OLED显示发光单元。
背景技术
有机发光二极管（OrganicLight-EmittingDiode，OLED）具备自发光能力，因此无需背光源，同时具有对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造简单等优异特性，被认为是下一代的平面显示器新兴技术。
OLED发光单元的基本结构如图1所示，从下到上分别是反射阴极、有机发光层、ITO透明阳极和玻璃基板。由于OLED为多层结构，其中有机发光层的折射率一般在1.6以上（根据材料不同折射率有所变化），ITO的折射率一般为1.8左右，玻璃的折射率为1.5，而空气的折射率为1.0；有机发光层发射的光线进入ITO层，当ITO层中的光线入射到玻璃基板时，由于ITO的折射率高于玻璃的折射率，具有较大入射角的光线A和A′会在ITO/玻璃界面上发生全反射而无法进入玻璃基板，被全反射的光线要么最终被吸收要么从衬底的边缘辐射出，这部分的损耗可达50%；同样的，当透射入玻璃基板的光线入射到玻璃/空气界面时，由于玻璃的折射率大于空气的折射率，也容易发生全反射，如图1中光线B和B′这部分的损耗大概为30%。最终只有那些与出射界面角度较大的光线，如图中光线C和C′才能传播到空气中，如果不对器件做任何处理，当有机物的折射率值为1.70时，则小分子和聚合物的输出耦合效率分别为17%和26%，出光效率的不足在很大程度上限制了OLED的应用。
目前有多种方式来减少玻璃/空气界面的全反射效应，例如增加玻璃基底的粗糙度、涂布微球粒和覆盖散射介质等，其基本原理都是利用光线的散射来提高出光效率，这些方法在提高出光效率方面还是存在一定局限性，其出光效率大约只能提升10%。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种增加聚光层的高光效OLED显示单元，可更大幅度提升OLED的出光效率。
本发明的技术方案为：
一种高光效OLED显示单元，所述显示单元为二维多层结构经三维空间扩展形成的立体层状结构，所述二维多层结构的形状为立体的显示单元在特定方向二维平面的投影；所述二维多层结构包括自下而上顺序排列的反射阴极、有机发光层、ITO透明阳极和玻璃基板；在所述二维多层结构中的ITO透明阳极和玻璃基板之间插入贴紧上、下层的聚光层，所述聚光层使用透明材质，其上边沿形成出光界面，聚光层的侧边自下而上外倾，即所述侧边各点切线相对上边沿的朝向内侧的倾角α为锐角。二维多层结构中聚光层的侧边在扩展为立体结构时形成聚光层的侧壁，该侧壁可对来自聚光层内部的部分光线形成全反射，从而对光线产生会聚作用，并使反射后的光线与出光界面夹角更趋近于90°。
优选的，所述聚光层材质为玻璃或有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA），在实际应用中，聚光层也可以选择其它透明物质，且折射率越大越好，当聚光层的折射率越大，光线入射到侧壁所能发生全反射的角度也越大，因此被反射的光线也越多，光线的利用效率也越高。
优选的，在显示单元的二维多层结构中，所述聚光层厚度为200nm以上，所述倾角α为10°至80°。当聚光层厚度越厚时，由于光线入射到侧壁的几率越大，所以被反射的光线也就越多，光线的利用效率也越高；聚光层折射率越大，相同入射方向的光线发生全反射所需的侧边倾角α可以越大，但太大或太小的倾角α会使反射光线的方向造成较大偏离，影响出光，因此选择聚光层侧边的倾角α应综合考虑聚光层的折射率与反射光方向控制需要。
进一步优选的，在显示单元的二维多层结构中，所述聚光层为梯形，即聚光层侧边为外倾的直边，当扩展为立体结构时所述直边构成平面，该平面对来自聚光层内的光线形成平面反射镜。
另一进一步优选的，在显示单元的二维多层结构中，所述聚光层的侧边为相对聚光层内侧呈凹形的曲线，当扩展为立体结构时所述侧边构成凹面，对来自聚光层内的光线形成凹面镜。
优选的，所述聚光层的形状使用灰度掩膜法进行加工制作。
本发明创造的技术方案在OLED显示单元的ITO透明阳极和玻璃基板之间设置聚光层，使得更多聚光层中的光线透过聚光层后以相对出光界面更接近90°的角度入射到上层的玻璃基板，这样使大部分光线可以穿透上层进入空气中，从而光线的利用率得到提高。
本发明相比其它改善出光效率的OLED器件，更有效的提高了光线利用效率，且实现方式简单便捷，加工难度较低。
附图说明
图1为现有技术OLED发光单元的基本结构示意图；
图2为实施例1的OLED显示单元二维多层结构示意图；
图3为实施例2的OLED显示单元二维多层结构示意图。
其中：
1：反射阴极；2：有机发光层；3：ITO透明阳极；4：聚光层；5：玻璃基板；S：出光界面；
A、A′、B、B′、C、C′、L1、L1′、L2、L2′、L3、L3′：光线。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。
实施例1
如图2所示是本实施例显示单元的二维多层结构，该二维多层结构自下而上各层依次为反射阴极1、有机发光层2、ITO透明阳极3、聚光层4和玻璃基板5，其中聚光层4形状为梯形，聚光层4使用玻璃材质。
图2中的光线L1和L1′与出光界面S接近垂直，直接透过聚光层4和玻璃基板5进入空气；光线L2和L2′以一定角度从聚光层底面出射，入射到玻璃/空气界面时因发生全反射而不能耦合到空气中，而光线L3和L3′虽然分别与光线L2和L2′具有相近的出射角度，但其出射位置更靠近聚光层边缘，从而得以入射至聚光层侧边形成的侧壁上，当该入射光线在聚光层的侧壁的入射角度满足玻璃/空气界面的全反射条件时，光线L3和L3′分别在各自入射的侧壁发生全反射，此时反射光线相对出光界面接近90°出射，其在玻璃/空气界面的入射角足够小，光线不会发生全反射。因此，利用聚光层4外倾的侧边，使原本无法正面耦合入空气中的光线L3和L3′成功耦合进入空气，实现了更多光线有效利用。
本实施例中，玻璃材质聚光层的折射率为1.50，聚光层4梯形侧边与上边的内角α为60°，厚度大于200nm。当聚光层4内入射侧壁的光线与下边沿的交角β大于12°时就会发生全反射，且被侧壁全反射后的光线与形成出光界面S的上边沿之间的交角为60°-90°。由于反射光线与出光界面S之间的夹角增大，即入射角变小，因此光线在上层的玻璃基板与空气的界面发生全内反射的几率变小，光线的利用效率得到提高。
一般的，为提高光线的利用效率，可增加聚光层厚度，使光线入射到侧壁的几率增大，被反射的光线也变多；也可进一步增加聚光层折射率，使光线入射到侧壁所能反生全反射的角度范围扩大。聚光层的形状可以使用灰度掩膜法来进行制作，灰阶掩膜法是根据微结构所需要的形状，对掩膜进行灰度编码，形成相应的光强透过率函数，用灰阶掩膜板调制基片上不同位置光刻胶的曝光量，在不同曝光量的情况下显影后光刻胶水被溶解的厚度不同，从而形成各种不同的浮雕图形；最后通过刻蚀，得到想要的聚光层形状。
实施例2
如图3所示，与实施例1的区别主要在于二维多层结构中聚光层4的形状和材质，本实施例中聚光层4使用有机玻璃材质，其侧边为曲线，为使反射光线具有聚集效果，使所述侧边向聚光层4外侧凸出，即相对聚光层4内侧呈凹形，所述凹形侧边各点切线相对上边沿形成的内侧的倾角α为10°-80°；所述侧边随着二维多层结构在三维方向延伸形成凹面状侧壁，该侧壁对来自聚光层4内部的光线为凹面镜，如图3所示的入射光线L3和L3′在凹面上的入射角大于临界角，在凹面上发生全内反射，反射光线与出光界面S交角接近90°，该反射光线进入上层玻璃基板5后能顺利的耦合至空气中，光线的利用效率得到提高。
应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种高光效OLED显示单元，所述显示单元为二维多层结构经三维空间扩展形成的立体层状结构，各层结构所述二维多层结构包括自下而上顺序排列的反射阴极(1)、有机发光层(2)、ITO透明阳极(3)和玻璃基板(5)，其特征在于：
在所述二维多层结构中的ITO透明阳极(3)和玻璃基板(5)之间插入贴紧上、下层的聚光层(4)，所述聚光层(4)使用透明材质，聚光层(4)的上边沿形成出光界面(S)，聚光层(4)的侧边自下而上外倾，即侧边各点切线相对上边沿的朝向内侧的倾角α为锐角。
2.根据权利要求1所述的高光效OLED显示单元，其特征在于：所述聚光层(4)材质为玻璃或有机玻璃。
3.根据权利要求1所述的高光效OLED显示单元，其特征在于：在显示单元的二维多层结构中，聚光层(4)厚度为200nm以上，所述倾角α为10°至80°。
4.根据权利要求3所述的高光效OLED显示单元，其特征在于：在显示单元的二维多层结构中，所述聚光层(4)为梯形。
5.根据权利要求3所述的高光效OLED显示单元，其特征在于：在显示单元的二维多层结构中，所述聚光层(4)的侧边为相对聚光层(4)内侧呈凹形的曲线。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高光效OLED显示单元，其特征在于：所述聚光层(4)的形状使用灰度掩膜法进行加工制作。
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