CN105810840A - 一种有机电致发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种有机电致发光器件，包括基板、设置在基板上的有机电致发光单元，所述有机电致发光单元包括依次堆叠设置的第一电极层、有机功能层和第二电极层，所述第一电极层靠近所述基板设置；所述有机电致发光器件还包括与所述基板相邻设置的光转换取出层，所述光转换取出层包括若干栅格单元，每个栅格单元由若干光致发光栅格构成。本发明提供了一种有机电致发光器件，通过设置由光致发光栅格构成的光转换取出层能够将接近全反射角或全反射角光线充分有效的取出。

Description

一种有机电致发光器件

技术领域

本发明涉及有机电致发光领域，具体涉及一种光取出效率高的有机电致发光器件。

背景技术

经过近三十年的发展，有机电致发光器件(英文全称为OrganicLightEmittingDevice，简称为OLED)作为下一代照明和显示技术，具有色域宽、响应快、广视角、无污染、高对比度、平面化等优点，已经在照明和显示上得到一定程度的应用。典型的有机电致发光器件一般包括透明基板1、第一透明电极3、第二电极5、以及设置在两个电极间的有机功能层4。通常底发光OLED的阴极为平面金属，具有良好的反射效果。该反射面可在多领域获得应用，例如化妆镜等。

由于磷光材料的应用,其内量子效率几乎达到了理论的极限值100％,但其外量子效率却只有20％左右,制约外量子效率进一步提高的主要因素是器件的光取出效率。为了提高OLED屏体的光出射效率，通常会在屏体内设计光取出结构。例如内部的散射层、微光栅或者外部的散射膜，透镜膜等。上述设计均会造成屏体表面的严重漫反射，从而破坏屏体的镜面效果。

CN103700783A公开了一种用于有机发光二极管(OLED)光取出的光栅结构，在玻璃基板和透明阳极之间设置有高低折射率材料交替排列构成的栅格结构，折射率材料的横截面为封闭图形，其中与玻璃基板相对的边a平行于与玻璃基板接触的边b，且0≤a≤b(b≠0)；所述高折射率材料的折射率不小于1.8，所述低折射率材料的折射率不大于1.5。该专利申请是在玻璃基板和OLED阳极之间加入折射率高低交替的光栅结构取出波导模式的光，采用高折射率材料与基板接触减少全反射，从而提高OLED器件或屏体的效率。但该方案也是主要基于通过栅格，减少全反射方案，栅格密排，破坏屏体镜面效果。且需要特殊折射率选材，原材料选择有限制。

通常第二光转换取出层采用散射或者光栅等光学结构，通过改变发光的方向，将器件内部的光提取出来。例如CN03147098.X中，通过加入散射颗粒提高光取出；另如KR20110035792通过改变表面形貌提高光取出；还有在Naturephotonics|VOL2|AUGUST2008中，作者提出采用低折射栅格来提高光取出。因为上述都是从改变发光方向出发，将原本全反射的光提取出来。

OLED光反射过程中，其损失包括了反射电极表面等离子模式、ITO与玻璃表面全反射、玻璃与空气界面全反射等。OLED器件光损失模式包括表面等离子模式、ITO/Glass界面全反射和基板/空气表面全反射三种，具体见图7所述光损失示意图，其中a代表ITO/Glass界面全反射，b代表表面等离子模式光损失，c代表基板/空气表面全反射。目前采用的内散射膜，内折射光栅重点解决ITO/Glass界面不匹配导致的ITO/Glass界面全反射，外散射膜、透镜膜等，重点解决Glass/空气界面不匹配导致的基板/空气表面全反射问题。

CN200410008012公开了一种有机电致发光(EL)显示器件组件包括衬底、有机EL部分、光损耗防止层和微隙层。有机EL部分包含第一电极层、有机发光层和第二电极层,这些层均被构图并堆叠在衬底的上表面上。光损耗防止层用于提高光射出效率。所述的第二光转换取出层使用气体填充或者抽成真空的微隙层，其分别具有预定间距和预定高度的多个凸起构成的衍射光栅，衍射光栅的图区间距为200nm-2000nm，高度为50-5000nm，每个凸起可以是不同的形状，如圆柱体或者多棱锥体。该方案也是的光路变化图见图8，其发明目的基于减少全反射出发，需要结构密集排布。图4-1为现有的基于散射颗粒的光线变化图，其目的也是在于减少全反射的发生。

上述内取出或外取出方案均基于散射层或者光栅改变发光方向，减少全反射，提高光取出的思路。无论散射或光栅方案，光线均可能反复震荡，才能出射。因此对阴极反射率有较高要求，需要高反射的阴极材料。同时光线的多次反射，如果遇到吸光材料，会导致光损失。

发明内容

本发明所要解决的是现有的光取出结构仅仅是减少全反射的发生，取出效率有限，本发明提供了一种有机电致发光器件，通过设置由光致发光栅格构成的光转换取出层能够将接近全反射角或全反射角光线充分有效的取出。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种有机电致发光器件，包括基板、设置在基板上的有机电致发光单元，所述有机电致发光单元包括依次堆叠设置的第一电极层、有机功能层和第二电极层，所述第一电极层靠近所述基板设置，所述有机电致发光器件还包括与所述基板相邻设置的光转换取出层，所述光转换取出层包括若干栅格单元，每个栅格单元由若干光致发光栅格构成。

所述光致发光栅格为量子点层、有机光致发光膜层或无机颜色转换层。

构成所述栅格单元的光致发光栅格的连线呈三角形、四边形、六边形或圆环。

所述光转换取出层设置在所述基板和所述第一电极层之间，所述基板远离所述光转换取出层的一侧设置有透镜膜；

作为另一种实施方式，所述光转换取出层设置在所述基板远离所述第一电极层的一侧。

所述光致发光栅格横截面积之和为所述光转换取出层面积的3-30％，优选5-20％。

相邻所述光致发光栅格之间的间距为10-100μm，所述光致发光栅格高度为50-1500nm。

所述的有机电致发光器件的出射光为本征发光颜色与光致发光转换所得颜色的混合光。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明的发明人经过大量的研究，创造性地寻求到解决接近全反射角或全反射角光线充分有效取出的设计。具体是在OLED器件的ITO/Glass界面或基板/空气界面设置光转换取出层以改变光线在该界面的分布方向，所述光转换取出层包括若干栅格单元，每个栅格单元由若干光致发光栅格构成。光致发光栅格为量子点层、有机光致发光膜层或无机颜色转换层。图4-2为基于本发明的光转换取出层的光路变化图，可以看出光线被光致发光栅格转化为不同能量的光线，这与背景技术的直接采用漫反射或光线衍射改善全反射光出射的密集散射层或栅格微结构不同。所述光转换材料可以将能级较高的光波段的光线转换为低能级光波段的光线，进一步提升了所述装置的电流效率。大量测试实验验证表明，采用含有该光转换取出层的器件，其光取出效率可以提高40％以上，

本发明构成所述栅格单元的光致发光栅格的连线呈三角形、四边形、六边形或圆环，采用此结构无需高低折射搭配，且对图形的精度要求低，相对取出效率高且工艺简单。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明设置在ITO/Glass界面的光取出结构改变光线方向的原理图；

图2为本发明设置在基板/空气界面的光取出结构改变光线方向的原理图；

图3为本发明另一实施方式的结构示意图；

图4-1为现有的基于散射颗粒的光线变化图；

图4-2为基于光致发光栅格的光线变化图

图5为栅格单元的横截面结构示意图；

图6为栅格单元另一实施方式的横截面图；

图7为光损失模式示意图；

图8为现有技术光路示意图；

图中附图标记表示为：1-基板，2-第一电极层，4-有机功能层，5-第二电极，6-光致发光栅格，7-透镜膜，14-光转换取出层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。

如图1所示，本发明的一种有机电致发光器件，包括基板1、设置在基板1上的有机电致发光单元，所述有机电致发光单元包括依次堆叠设置的第一电极层2(阳极层)、有机功能层4和第二电极层5(阴极层)，所述第一电极层靠近所述基板设置；所述有机电致发光器件还包括与所述基板1相邻设置的光转换取出层，图1中所述光转换取出层14设置在所述基板1和所述第一电极层2之间。所述光转换取出层包括若干栅格单元，每个栅格单元由若干光致发光栅格6构成。

所述光致发光栅格6为量子点层(如CdSe等)、有机光致发光膜层(如光刻胶与PPV及荧光染料DCM的混合层)或无机颜色转换层(如YAG荧光粉层)。即所述光致发光栅格6由绿色、黄色或红色光致发光材料制备而成，相应的分别为绿光量子点、黄光量子点、红光量子点，本发明红光本发明中所述量子点为可包括CdSe、ZnS等，主要通过调整量子点的粒径尺寸来获得不同光转化性能的材料。所述光致发光栅格6的横截面为规则形状和/或不规则形状。构成所述栅格单元的光致发光栅格6的连线呈三角形、四边形、六边形或圆环，如图5和图6所示。所述光致发光栅格6横截面积之和为所述光转换取出层面积的3-30％，优选5-20％。所述栅格单元的的边长或半径为10-100μm，如构成所述栅格单元的光致发光栅格6的连线呈三角形、四边形或六边形时，其边长为10-100μm，如为圆环时，其半径为10-100μm。所述光致发光栅格6高度为50-1500nm。本发明的有机电致发光器件的出射光为本征发光颜色与光致发光转换所得颜色的混合光，本征光谱为白光、绿光、黄光或红光发光器件，最终发光为本征光谱与光致发光光谱的混合光。

本发明有机电致发光器件在制备过程中，第一电极层1、有机功能层4和第二电极层5的制备均为本领域常规技术，光转换取出层14采用涂胶、掩模、曝光、刻蚀的方式进行图形制备，或者采用印刷、打印的方法，直接印制所需图形。

如图4-2所示，采用此结构设计，经由光转换取出层14的的光线会发生方向及颜色的改变，起到提高oled光耦合效率的作用。

如图2所示，所述光转换取出层14设置在所述基板1远离所述第一电极层2的一侧，其他部分同图1。

如图3所示，所述光转换取出层14设置在所述基板1和所述第一电极层2之间，所述透镜膜7设置在所述基板1远离所述第一电极层2的一侧，其他部分同图1。所述有机功能层包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子注入层和电子传输层；

作为本发明的其他实施方式，光转换取出层14可以为多层。

为验证本发明的技术效果，发明人设计了如下对比例和实施例：

实验中以刻蚀好特定图形的ITO导电玻璃基片作为衬底,将基片放在含清洗液的去离子水中超声波清洗,洗液温度约为60℃,然后用红外烤灯将清洗完的基片烤干,放入蒸镀腔室中依次蒸镀有机层、电子注入层及电极Al.蒸镀过程中腔室压强低于5.0×10^-3Pa.其中有机层首先蒸镀80nm厚N,N’-bis-(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine(NPB)作为空穴传输层，30nm厚的(ADN)掺杂质量百分比为5％的绿光染料TBPe作为发光层，后面蒸镀30nm厚度Alq₃作为电子传输层。

其中对比例的器件结构为：

Glass/ITO/NPB(80nm)/ADN:5％TBPe(30nm)/Alq₃(30nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)

下述实施例中采用光致发光栅格与对比例不同，其他结构相同。

实施例1-3的各膜层制备工艺如上，只是在第一电极层2(ITO)与基板1之间，构成所述栅格单元的光致发光栅格6的连线呈四边形。该光转换取出层14采用涂覆透明光刻胶掺杂光致发光颗粒，通过曝光、显影的方式制备对应图形。栅格单元高度为1500nm，所述四边形的边长为10μm。

实施例1光转换取出层14设置在ITO与有机功能层NPB之间，构成所述栅格单元的光致发光栅格6的连线呈六边形，见图6所示，所述六边形的边长为80μm，采用透明光刻胶掺杂无机量子点方式实施。量子点的粒径尺寸为2.8nm，吸收蓝光后发射510nm左右绿光。

器件1结构如下：

Glass/ITO/量子点光致发光转换取出层/NPB(80nm)/ADN:5％TBPe(30nm)/Alq₃(30nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)

实施例2：器件结构同对比例1，只是光转换取出层14采用有机透明光刻胶掺杂有机光致发光体系材料(Alq₃:5％C545T)制备。所述光致发光有机材料，占光刻胶10wt％。

器件2结构如下：

Glass/ITO/有机光致发光转换取出层/NPB(80nm)/ADN:5％TBPe(30nm)/Alq₃(30nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)

实施例3：主要结构同实施例1，只是制备完器件后，在器件出光面贴透镜膜，透镜膜为密排半球结构，透镜直径50μm，可采用纳米压印的方案进行制备。

器件3结构如下：

透镜膜/Glass/ITO/量子点光转换取出层/NPB(80nm)/ADN:5％TBPe(30nm)/Alq₃(30nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)

实施例4：主要结构同实施例2，只是制备完器件后，在器件出光面贴透镜膜，透镜膜为密排半球结构，透镜直径50μm，可采用纳米压印的方案进行制备。

器件4结构如下：

透镜膜/Glass/ITO/光致发光转换取出层/NPB(80nm)/ADN:5％TBPe(30nm)/Alq₃(30nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)

表1对比例及实施例1-4性能测试结果

从实施例1与对比例的比较可以看出，采用微栅格光转换取出层后，发光部分光会转化为绿光，所以整体器件的cd/A获得大幅度提高。同时从外量子效率比较来看，也获得较大幅度提高。由于部分光基于光致发光出射，所以发射光谱颜色发生变化，不再是蓝色光。而是变为蓝色与绿色的混合光谱。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种有机电致发光器件，包括基板(1)、设置在基板(1)上的有机电致发光单元，所述有机电致发光单元包括依次堆叠设置的第一电极层(2)、有机功能层(4)和第二电极层(5)，所述第一电极层靠近所述基板设置，其特征在于，

所述有机电致发光器件还包括与所述基板(1)相邻设置的光转换取出层(14)，所述光转换取出层(14)包括若干栅格单元，每个栅格单元由若干光致发光栅格(6)构成。

2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述光致发光栅格(6)为量子点层、有机光致发光膜层或无机颜色转换层。

3.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，构成所述栅格单元的光致发光栅格(6)的连线呈三角形、四边形、六边形或圆环。

4.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述光转换取出层(14)设置在所述基板(1)和所述第一电极层(2)之间，所述基板(1)远离所述光转换取出层(14)的一侧设置有透镜膜(7)。

5.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述光转换取出层(14)设置在所述基板(1)远离所述第一电极层(2)的一侧。

6.根据权利要求1-5任一所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述光致发光栅格(6)横截面积之和为所述光转换取出层面积的3-30％。.

7.根据权利要求6所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述光致发光栅格(6)横截面积之和为所述光转换取出层面积的5-20％。

8.根据权利要求7所述的有机电致发光器件，其特征在于，相邻所述光致发光栅格(6)之间的间距为10-100μm。

9.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述光致发光栅格(6)高度为50-1500nm。

10.根据权利要求1-5任一所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述的有机电致发光器件的出射光为本征发光颜色与光致发光转换所得颜色的混合光。