CN106716670B - 用于有机发光元件的光提取基底及包括其的有机发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于有机发光元件的光提取基底以及包括该光提取基底的有机发光元件，更具体地，涉及通过优化能够使散射效率最大化的堆叠结构来能够提高有机发光元件的光提取效率的用于有机发光元件的光提取基底。为此，本发明提供了用于有机发光元件的光提取基底以及包括该光提取基底的有机发光元件，所述光提取基底包括：基体基底；多个光散射物体，布置在基体基底上；基质层，形成在基体基底上，以覆盖多个光散射物体；平坦化层，形成在基质层上并且其表面与有机发光元件接触，其中，覆盖基质层、平坦化层和光散射物体中的至少一者具有不同的折射率。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于有机发光二极管(OLED)装置的光提取基底及包括其的OLED装置。更具体地，本公开涉及一种用于OLED装置的光提取基底以及一种包括其的OLED装置，所述光提取基底具有能够使散射效率最大化以改善OLED装置的光提取效率的优化的多层结构。
背景技术
通常，发光装置可以分为具有由有机材料形成的发光层的有机发光二极管(OLED)装置以及具有由无机材料形成的发光层的无机发光装置。在OLED装置中，OLED是基于通过经电子注入电极(阴极)注入的电子和经空穴注入电极(阳极)注入的空穴的复合在有机发光层中产生的激子的辐射衰减的自发光光源。OLED具有一系列优点，诸如低电压驱动、自发光、宽视角、高分辨率、自然色彩再现性和快速响应时间。
近来，已经积极地着手研究将OLED应用于便携式信息装置、照相机、时钟、手表、办公设备、用于车辆等的信息显示装置、电视(TV)、显示装置和照明系统等。
为了改善这样的上述OLED装置的发光效率，有必要改善形成发光层的材料的发光效率或者光提取效率(即，由发光层产生的光被提取的效率)。
OLED装置的光提取效率取决于OLED层的折射率。在典型的OLED装置中，当由发光层产生的光束以大于临界角的角度发射时，光束会在诸如作为阳极的透明电极层的较高折射率的层与诸如玻璃基底的较低折射率的层之间的界面处被全反射。这会因此降低光提取效率，从而降低了OLED装置的整体发光效率，这是有问题的。
更详细地描述，由OLED产生的光的仅大约20％从OLED装置发射，而由于波导效应以及因全内反射损失了产生的光中的约80％，波导效应源自于玻璃基底、阳极以及由空穴注入层、空穴传输层、发射层、电子传输层和电子注入层组成的有机发光层的不同的折射率，全内反射源自于玻璃基底与环境空气之间的折射率的差异。这里，内部的有机发光层的折射率在1.7到1.8的范围，而通常用于阳极的氧化铟锡(ITO)的折射率为约1.9。由于这两个层具有范围为从200nm到400nm的显著低的厚度，并且用于玻璃基底的玻璃的折射率为约1.5，从而在OLED装置内部形成了平面波导。计算出由于上述原因在内部波导模式中损失的光的比率为约45％。另外，由于玻璃基底的折射率为约1.5，环境空气的折射率为1.0，所以当光离开玻璃基底的内部时，具有大于临界角的入射角的光束会被全反射并被困在玻璃基底内部。被困的光的比率为约35％。因此，产生的光的仅约20％会从OLED装置发射。
为了克服这样的问题，已经积极地研究了光提取层，通过所述光提取层可以提取否则将在内部波导模式中损失的光的80％。光提取层通常被分类为内部光提取层和外部光提取层。在外部光提取层的情况下，可以通过在基底的外表面上设置包括微透镜的膜来改善光提取效率，微透镜的形状从各种形状中选择。光提取效率的改善不明显依赖于微透镜的形状。另一方面，内部光提取层直接提取否则将在光波导模式中损失的光。因此，内部光提取层的改善光提取效率的能力可以高于外部光提取层的能力。然而，当入射光的角度基本上垂直于玻璃基底时，内部光提取层会起到与该意图相反的作用。尽管内部光提取层可以具有比外部光提取层高的光提取效率，但是这样的内部光提取层会导致光损失。另外，内部光提取层必须在OLED装置的制造工艺期间形成，受到后续工艺的影响，并且在技术方面难以形成，这是有问题的。
基于光散射现象的光提取技术已经有了显著的发展。具体地，其中光散射层夹在基底与透明电极之间以形成内部光提取层的内部光提取技术已经突显。在这种情况下，改善内部光提取层的性能的光效率主要取决于由包含在光散射层中的光散射元件的散射结构产生的散射效率。目前，正在积极研究进一步改善散射效率。
[现有技术文件]
第1093259号韩国专利(2011年12月6日)
发明内容
技术问题
因此，考虑到现有技术中出现的上述问题，已做出本公开，并且本公开提出了一种用于有机发光二极管(OLED)装置的光提取基底以及包括其的OLED装置，所述光提取基底具有能够使散射效率最大化以改善OLED装置的光提取效率的优化的多层结构。
技术方案
根据本公开的方面，用于有机发光二极管(OLED)装置的光提取基底可以包括：基体基底；多个光散射元件，设置在基体基底上；覆盖基质层，设置在基体基底上，以覆盖多个光散射元件；平坦化层，设置在覆盖基质层上，其表面邻接有机发光二极管，其中，多个光散射元件、覆盖基质层和平坦化层中的至少一者具有不同的折射率。
覆盖基质层可以由具有与多个光散射元件和平坦化层不同的折射率的材料形成。
覆盖基质层可以形成具有比多个光散射元件和平坦化层高的折射率的高折射率基质层。
覆盖基质层可以由金属氧化物或高折射率聚合物形成。
覆盖基质层可以由从由SiO2、TiO2、ZrOx、ZnO和SnO2组成的一组金属氧化物中选择的一种或至少两种的组合来形成。
覆盖基质层可以由金红石TiO2形成。
覆盖基质层其中可以具有多个不规则形状的空隙。
多个空隙的尺寸可以在从50nm至900nm的范围内。
覆盖基质层的厚度可以小于多个光散射元件的厚度。
覆盖基质层的厚度可以在从10nm至500nm的范围内。
多个光散射元件的直径可以在从50nm至1μm的范围内。
多个光散射元件和平坦化层可以由具有相同的折射率的材料或者具有不同的折射率的材料形成。
多个光散射元件和覆盖基质层可以由具有相同的折射率的材料形成。覆盖基质层和平坦化层可以由具有不同的折射率的材料形成。
多个光散射元件和覆盖基质层可以由具有不同的折射率的材料形成。覆盖基质层和平坦化层可以由具有相同的折射率的材料形成。
多个光散射元件、覆盖基质层和平坦化层可以设置在基体基底与OLED之间，以形成用于OLED的内部光提取层。
多个光散射元件在覆盖基质层内可以具有40％或更大的填充密度。
多个光散射元件可以包括颗粒、空隙或者它们的组合。
颗粒中的每个可以具有单折射率或多重折射率。
多个光散射元件可以包括颗粒，所述颗粒包括具有单折射率的单折射颗粒和具有多重折射率的多重折射颗粒的组合。
多重折射颗粒中的每个可以包括核和围绕核的壳，所述壳具有与核不同的折射率。
核可以是中空部分。
基体基底可以是柔性基底。
基体基底可以是具有1.5mm或更小的厚度的薄玻璃片。
有益效果
根据本公开，多个光散射元件、覆盖基质层和平坦化层中的至少一者被设置为不同折射率层。更具体地，由于覆盖基质层可以具有比多个光散射元件和平坦化层高的折射率，并且可以控制具有较高的折射率的覆盖基质层的厚度，所以能够优化多层结构，以使散射效率最大化。从而能够改善OLED装置的光提取效率。
附图说明
图1是示出包括根据示例性实施例的光提取基底的OLED装置的概念剖视图，光提取基底设置在OLED的一部分中，由OLED产生的光通过该部分出射；
图2是示出根据示例性实施例的包括光提取基底的OLED装置的光学分析结果的曲线图。
图3示出了具有不同的光散射元件填充密度(PD)的五种类型的内部光提取层的建模结果；
图4是示出与图3中的建模结果相比的根据光散元件的填充密度的光提取效率的曲线图；
图5是取自由金红石TiO2形成的基质层的扫描电子显微镜(SEM)图像。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述用于有机发光二极管(OLED)装置的光提取基底以及包括其的OLED装置。
在以下描述中，在由于包括已知功能和组件的详细描述而可能使本公开的主题不清楚的情况下，将省略包含在此的已知功能和组件的详细描述。
如图1中所示，根据示例性实施例的用于OLED装置的光提取基底100是用于改善OLED装置的光提取效率以改善其中使用OLED装置的照明装置的亮度的功能基底。光提取基底100设置在OLED装置的由OLED 10产生的光通过其出射的部分中。
OLED 10具有夹在根据示例性实施例的光提取基底100与面向光提取基底100以包封OLED 10的另一个基底(未示出)之间的多层结构。OLED的多层结构由第一电极11、有机发光层12和第二电极13组成。第一电极11是充当OLED 10的阳极的电极。例如，第一电极11可以由具有较大逸出功以促进空穴注入的诸如Au、In或Sn的金属或者诸如氧化铟锡(ITO)的金属氧化物形成。第二电极13是充电OLED 10的阴极的电极。第二电极13可以是由具有较低的逸出功以促进电子注入的Al、Al：Li或Mg：Ag形成的金属薄膜。虽然未具体地示出，但是有机发光层12由顺序地堆叠在充当阳极的第一电极11上的空穴注入层、空穴传输层、发射层、电子传输层和电子注入层组成。
根据该结构，当在充当阳极的第一电极11和充当阴极的第二电极13之间感生正向电压时，电子从第二电极13通过电子注入层和电子传输层迁移到发射层，而空穴从第一电极11通过空穴注入层和空穴传输层迁移到发射层。已迁移到发射层中的电子和空穴彼此复合，从而产生激子。这些激子从激发态转变为基态，从而发射光。发射的光的亮度与在充当阳极的第一电极11和充当阴极的第二电极13之间流动的电流量成比例。
当OLED 10是用于照明的白色OLED时，发光层可以具有由发射蓝色光的高分子发光层和发射橙红色光的低分子发光层组成的多层结构，或者可以具有发射白色光的各种其它结构。
根据实施例，有机发光层12可以具有串联结构。在这种情况下，可以设置与互连层交替的多个有机发光层12。
设置为改善OLED装置的光提取效率的根据示例性实施例的光提取基底100包括基体基底110、多个光散射元件120、覆盖基质层130和平坦化层140。
基体基底110是支撑设置在其一个表面上的多个光散射元件120、覆盖基质层130和平坦化层140的基底。另外，基体基底110设置在OLED装置的前部中，即，设置在OLED 10的由OLED 10产生的光通过其出射的一个表面上，从而使所产生的光通过其，同时充当保护OLED 10免受外部环境影响的包封基底。
基体基底110可以是具有优异的透光率和机械性质的任何透明基底。例如，基体基底110可以由诸如热固化有机膜或紫外线(UV)固化有机膜的聚合物材料形成。可选择地，基体基底110可以由诸如钠钙玻璃(SiO2-CaO-Na2O)或铝硅酸盐玻璃(SiO2-Al2O3-Na2O)的化学强化玻璃形成。当根据本公开的示例性实施例的包括OLED 10和光提取基底100的OLED装置用于照明时，基体基底110可以由钠钙玻璃形成。基体基底110也可以是金属氧化物基底或金属氮化物基底。可选择地，基体基底110可以是柔性基底，更具体地，具有1.5mm或更小的厚度的薄玻璃片。可以使用熔融工艺或浮法工艺来制造薄玻璃片。
多个光散射元件120设置在基体基底110上。多个光散射元件120可以是多个光散射颗粒。例如，通过以溶胶-凝胶法将覆盖基质层130的材料与多个光散射元件120混合，然后将所得混合物涂敷到基体基底110，可以在基体基底110上布置或设置多个光散射元件120。可选择地，可以在形成覆盖基质层130之前，通过与形成覆盖基质层130的工艺分开的工艺，在基体基底110上设置多个光散射元件120。根据示例性实施例的多个光散射元件120可以是多个光散射空隙。当多个光散射元件120是多个光散射空隙时，可以在用于形成覆盖基质层130的烧制工艺期间，由覆盖基质层130的其中混合有热固化聚合物颗粒的材料形成多个光散射元件120。多个光散射元件120形成在在蒸发之前由热固化聚合物颗粒占用的位置处。
如上所述，根据示例性实施例的多个光散射元件120可以是多个光散射颗粒或多个光散射空隙。另外，多个光散射元件120可以是以预定的比例组合的颗粒和空隙的组合。
可以具有如上所述的各种形状的多个光散射元件120最终分散在覆盖基质层130内。
根据实施例，多个光散射元件120(更具体地，多个光散射颗粒)可以由具有与覆盖基质层130相同的折射率或不同的折射率的材料形成。具体地，多个光散射颗粒可以由具有比覆盖基质层130低的折射率的材料形成。例如，取决于覆盖基质层130的材料，多个光散射元件120可以由具有比覆盖基质层130低的折射率的金属氧化物形成，金属氧化物从SiO2、TiO2和Al2O3中选择。根据实施例，多个光散射元件120可以是具体地具有50nm至1μm的直径的多个球形纳米颗粒。
设置在基体基底110上并分散在覆盖基质层130内的多个光散射元件120与覆盖基质层130和平坦化层140一起形成了用于OLED 10的内部光提取层(ILEL)。具体地，多个光散射元件120由具有比覆盖基质层130低的折射率的材料形成，以形成与覆盖基质层130不同的折射率部分。因此能够使由OLED 10产生的光束出射所沿的路径多样化，从而改善OLED装置的光提取效率。当多个光散射元件120和覆盖基质层130由具有相同的折射率的材料形成时，平坦化层140由具有不同的折射率的材料形成，从而实现折射率的差异。
当多个光散射元件120分布在覆盖基质层130内的较宽区域中时，进一步改善光提取效率。因此，根据示例性实施例的多个光散射元件120在覆盖基质层130内可以具有40％或更高的填充密度。
多个光散射颗粒可以具有多重折射率。例如，多个光散射颗粒中的每个可以具有由提供不同的折射率的核和壳组成的核壳结构。在核-壳结构中，核可以是中空部分。当多个光散射颗粒具有核-壳结构时，核和壳的不同的折射率能够进一步改善提取由OLED 10产生的光的效率。
在多个光散射元件120都是光散射颗粒的情况下，分散在基质层130内的多个光散射元件120全部可以是具有核-壳结构的颗粒或者具有单折射率的颗粒。可选择地，多个光散射元件120可以是均具有多重折射率的诸如核-壳颗粒的多重折射颗粒以及各自具有单折射率的单折射颗粒的混合物。
覆盖基质层130是在将多个光散射元件120固定在基体基底110上的层。就这一点而言，覆盖基质层130以覆盖设置在基体基底110上的多个光散射元件120的构造设置在基体基底110上。
覆盖基质层130由具有与多个光散射元件120和平坦化层140中的至少一者不同的折射率的材料形成，以基于折射率的差异来改善OLED装置的光提取效率。具体地，根据示例性实施例的覆盖基质层130可以形成具有比多个光散射元件120和平坦化层140高的折射率的高折射率(HRI)基质层。覆盖基质层130可以由从由SiO2、TiO2、ZrOx、ZnO和SnO2组成的一组金属氧化物中选择的一种或至少两种的组合来形成，或者可以由HRI聚合物形成。例如，当多个光散射元件120是SiO2颗粒时，覆盖基质层130可以由具有2.3的折射率的TiO2形成。
如图5中的扫描电子显微镜(SEM)图像中所示，当覆盖基质层130由金红石TiO2形成时，在用于形成覆盖基质层130的TiO2烧制工艺期间，在TiO2内形成具有大约50nm至大约900nm尺寸的多个不规则形状的空隙。多个空隙与多个光散射元件120一起形成了复杂的光散射结构，从而改善OLED装置的光提取效率。多个空隙能够产生等于或高于多个光散射元件120的光散射效应。更多无规则形状的空隙形成在由金红石TiO2形成的覆盖基质层130内，即，覆盖基质层130中被多个空隙所占据的面积越大，光提取效率程度越高。如上所述，在覆盖基质层130内形成的增加的空隙数量可以减少相对昂贵的光散射元件120的需求量，从而降低了制造成本。
根据实施例，如上所述，由具有比多个光散射元件120和平坦化层140高的折射率的HRI基质层形成的覆层基质层130，可以具有比多个光散射元件120的厚度(即，直径)小的厚度。因此，根据实施例，覆盖基质层130可以形成为10nm至500nm的厚度。如图中所示，当覆层基质层130以该厚度范围形成时，多个光散射元件120在覆盖基质层130的表面上形成了凸透镜阵列。与多个光散射元件120一样，透镜阵列使由OLED 10产生的光束的路径多样化，从而改善了OLED装置的光提取效率。根据示例性实施例，由多个光散射元件120和覆盖基质层130组成的优化的多层结构能够使由OLED 10产生的光的散射效率最大化，从而改善了OLED装置的光提取效率。
平坦化层140设置在覆盖基质层130上。平坦化层140与覆盖基质层130以及分散在覆盖基质层130内的多个光散射元件120一起形成了OLED 10的内部光提取层(ILEL)。形成在覆盖基质层130上的平坦化层140的表面邻接OLED 10，更具体地，邻接OLED 10的充当OLED 10的阳极的第一电极11。如上所述，由于平坦化层140的表面邻接第一电极11(即，充当OLED 10的阳极的透明电极)，所以平坦化层140的表面需要是高度平坦的表面，以防止OLED 10的电特性退化。当平坦化层140形成在覆盖基质层130上时，由于多个光散射元件120而形成在覆盖基质层130的表面上的透镜阵列可以赋予平坦化层140的表面纹理特征。为了防止这个问题，平坦化层140可以以足够的厚度来形成，使得其表面不受透镜阵列的影响。因此，根据实施例，平坦化层140的厚度可以在从50纳米至几微米的范围内。
根据实施例，平坦化层140可以由具有与覆盖基质层130相同折射率或不同的折射率的材料形成，以使OLED装置的光提取效率最大化。例如，当平坦化层140由具有与覆盖基质层130不同的折射率的材料形成时，平坦化层140可以由诸如SiO2或TiO2的金属氧化物或者HRI聚合物形成。这里，对于平坦化层140可选择的材料限于具有比覆盖基质层130的材料低的折射率的材料。在这种情况下，平坦化层140可以由与多个光散射元件120具有相同的折射率的材料形成。然而，根据示例性实施例，平坦化层140的材料不具体限于与多个光散射元件120相同的材料，由于平坦化层140仅需要由具有比覆盖基质层130低的折射率的材料形成，所以使得其折射率与覆盖基质层130的折射率不同。例如，当平坦化层140和多个光散射元件120由具有比覆盖基质层130低的折射率的材料形成时，平坦化层140的折射率可以与多个光散射元件120的折射率不同。也就是说，平坦化层140可以由具有与多个光散射元件120不同的折射率的材料形成。
因此，在根据示例性实施例的OLED的光提取基底100中，多个光散射元件120、覆盖基质层130和平坦化层140中的至少一层被设置为不同折射率的层。
当具有诸如低/高折射率结构、高/低折射率结构或低/高/低折射率结构的多重折射率多层结构的内部光提取层设置在由OLED 10产生的光出射所沿的路径上时，不同折射率的层能够改善提取由OLED 10产生的光的效率。基于由多个光散射元件120和覆盖基质层130的透镜阵列产生的改进的光散射效果，内部光提取层的多层结构用以增强改善OLED装置的光提取效率的效果。
图2是当在OLED装置中使用根据示例性实施例的具有上述结构的光提取基底时的OLED装置的光学分析结果的曲线图。在这种情况下，使用具有200nm直径的SiO2颗粒作为光散射元件，由具有2.3的折射率的TiO2形成具有高折射率的覆盖基质层，由SiO2(与光散射元件的材料相同的材料)形成平坦化层。参照图2的曲线图，能够理解的是，OLED装置的效率根据覆盖基质层的厚度tHRI而变化。具体地，能够理解的是，当覆盖基质层的厚度小于200nm(即，光散射元件的直径)时，OLED装置的效率最高。曲线图中的黄色、红色和蓝色的线表示波长-OLED装置的光提取效率根据基质层的厚度tHRI的具体变化，表明能够选择覆盖基质层的根据波长展现最高效率的厚度tHRI。
另外，图3和图4是示出其中多个光散射元件具有不同的填充密度的五种类型的内部光提取层的建模和测试结果的曲线图，以确定分布在覆盖基质层内的多个光散射元件的填充密度与光提取效率之间的相关性。首先，参照图3，能够理解的是，雾度值随着多个光散射元件的填充密度的增大而增大。然而，当多个光散射元件的填充密度超过50％时，雾度值减小。另外，参照图4，能够理解的是，光提取效率随着多个光散射元件的填充密度的增大而增大。
已经针对附图呈现了本公开的具体示例性实施例的前述描述。它们不意图是详尽的或不意图将本公开限制为所公开的精确形式，并且根据上面的教导，对于本领域普通技术人员来说显然许多修改和变化是可能的。
因此，其意图是本公开的范围不限于前述的实施例，而是由所附的权利要求及其等同物来限定。
Claims (17)
1.一种用于有机发光二极管装置的光提取基底，所述光提取基底包括：
基体基底；
多个光散射元件，设置在基体基底上；
覆盖基质层，设置在基体基底上，以覆盖所述多个光散射元件；
平坦化层，设置在覆盖基质层上，其具有邻接有机发光二极管的表面，
其中，所述多个光散射元件、覆盖基质层和平坦化层中的至少一者具有不同的折射率，
其中，覆盖基质层中具有多个不规则形状的空隙，
其中，覆盖基质层包括具有比所述多个光散射元件和平坦化层的折射率高的高折射率基质层，
其中，覆盖基质层由金红石TiO2形成。
2.根据权利要求1所述的光提取基底，其中，所述多个空隙的尺寸在从50nm至900nm的范围内。
3.根据权利要求1所述的光提取基底，其中，覆盖基质层的厚度小于所述多个光散射元件的厚度。
4.根据权利要求3所述的光提取基底，其中，覆盖基质层的厚度在从10nm至500nm的范围内。
5.根据权利要求1所述的光提取基底，其中，所述多个光散射元件的直径在从50nm至1μm的范围内。
6.根据权利要求1所述的光提取基底，其中，所述多个光散射元件和平坦化层由具有相同的折射率的材料形成。
7.根据权利要求1所述的光提取基底，其中，所述多个光散射元件和平坦化层由具有不同的折射率的材料形成。
8.根据权利要求1所述的光提取基底，其中，所述多个光散射元件、覆盖基质层和平坦化层设置在基体基底与有机发光二极管之间，以形成用于有机发光二极管的内部光提取层。
9.根据权利要求1所述的光提取基底，其中，所述多个光散射元件在覆盖基质层内具有40％或更大的填充密度。
10.根据权利要求9所述的光提取基底，其中，所述多个光散射元件包括颗粒、空隙或者它们的组合。
11.根据权利要求10所述的光提取基底，其中，每个颗粒具有单折射率或多重折射率。
12.根据权利要求11所述的光提取基底，其中，所述多个光散射元件包括颗粒，所述颗粒包括具有单折射率的单折射颗粒和具有多重折射率的多重折射颗粒的组合。
13.根据权利要求12所述的光提取基底，其中，多重折射颗粒中的每个包括核和围绕核的壳，所述壳具有与核不同的折射率。
14.根据权利要求13所述的光提取基底，其中，核包括中空部分。
15.根据权利要求1所述的光提取基底，其中，基体基底包括柔性基底。
16.根据权利要求15所述的光提取基底，其中，基体基底包括具有1.5mm或更小的厚度的薄玻璃片。
17.一种有机发光二极管装置，所述有机发光二极管装置包括：
阴极；
有机发光层，堆叠在阴极上；
阳极，堆叠在有机发光层上；
如权利要求1所要求的光提取基底，设置在阳极上，
其中，平坦化层邻接阳极，
其中，平坦化层、所述多个光散射元件和覆盖基质层形成了内部光提取层。
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