CN107039596B - 光学装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了光学装置及其制备方法。制备光学装置的方法可包括提供基底结构,且将包括弯曲结构的阵列沉积在基底结构上。该弯曲结构可包含结晶有机化合物。

Description

光学装置及其制备方法
相关申请的交叉引用
该美国非临时专利申请根据35U.S.C.§119要求以下韩国专利申请号的优先权:2015年10月15日提交的10-2015-0144132,2015年11月3日提交的10-2015-0154058,2016年6月7日提交的10-2016-0070540,2016年9月7日提交的10-2016-0115191,和2016年10月4日提交的10-2016-0127850,它们的整个内容在此引入作为参考。
技术领域
本文公开的内容涉及光学装置,且更具体地,涉及弯曲结构,包含弯曲结构的阵列,和包含弯曲结构和阵列的光学装置。
背景技术
光学装置可包括光电装置,其中电磁辐射通过电力产生或电力通过电磁辐射产生。该光学装置可包括光学功能膜如光折射膜、光散射膜、防眩光膜和雾化膜(haze film)。光学装置的实例可包括有机发光二极管、太阳能电池和光检测器。
有机发光装置为自发光装置,其通过电激发有机发光物质而发光。有机发光装置包括基底、阴极、阳极和有机发光层。该有机发光层可置于阴极和阳极之间。当电压施加至有机发光装置时,从阴极注入的电子和从阳极注入的空穴在有机发光层中合并以形成分子激子。当返回至基态时分子激子通过释放能量而发光。
太阳能电池为由外部光产生电力的装置。由于光电作用,入射光在光吸收层产生电子和空穴。电子和空穴移动至电极(阳极和阴极)以产生电力。通过光吸收层的光可在光吸收层中通过光散射膜的散射/反射而被再吸收。光检测器为将外部光转化为电信号的的装置。光检测器为检测和将入射光信号强度转化为电信号的装置。
光折射膜可通过折射具有特定波长的光将更多的光引入至所需位置。
光散射膜可将透射光散射。
防眩光膜可通过控制具有特定波长的光的反射和折射而抑制眩光。
由于雾化膜可将具有特定波长的光散射,具有特定波长的光的对于雾化膜的透光率可被减少。
发明内容
本发明提供具有改善的光学性能的光学装置及其制备方法。
本发明还提供简单地制备光学装置的方法.
提供了具有改善的光学性能的光学装置及其制备方法。根据发明构思的一个实施方案的光学装置可包括:基底结构;和阵列,其设置在基底结构上且包括弯曲结构(多个弯曲结构),其中该弯曲结构可包含结晶有机化合物。
在一个实施方案中,该结晶有机化合物可具有π共轭结构。
在一个实施方案中,该弯曲结构可包括苯、萘、菲、联苯、喹啉、氟(芴)、苯基吡唑、菲咯啉、醌二甲烷、喹喔啉、吲哚并咔唑、咔唑、螺双芴、吡啶、噻吩、二苯并噻吩、呋喃、二氮杂芴、苯并呋喃并吡啶、三嗪、蒽、芘、苯并噻唑、香豆素、喹吖啶酮、苯基吡啶、噁二唑、吩噁嗪、或其衍生物。
在一个实施方案中,该弯曲结构可包括N,N’-二(1-萘基)-N,N’-二苯基-(1,1’-联苯基)-4,4’-二胺、三-(8-羟基喹啉)铝以及它们的衍生物的至少一种。
在一个实施方案中,各弯曲结构的表面张力可高于基底结构的上表面的表面张力。
在一个实施方案中,各弯曲结构可包括第一晶粒和第二晶粒,且该第二晶粒可具有与第一晶粒不同的晶体结构或不同的晶体取向。
在发明构思的一个实施方案中,制备光学装置的方法包括制备基底结构;和将包括弯曲结构(多个弯曲结构)的阵列沉积在基底结构上,其中该弯曲结构可包括结晶有机化合物。
在一个实施方案中,阵列的沉积可包括:加热前体以形成有机蒸气;和将该有机蒸气沉积在基底结构上。
在一个实施方案中,该前体可包括无定形有机化合物。
在一个实施方案中,前体的加热可在200℃至400℃的温度范围进行。
在一个实施方案中,有机蒸气的形成可在10-4托至1托的压力条件下进行。
在一个实施方案中,在阵列的沉积过程中该基底结构可以-20℃至80℃的温度提供。
在一个实施方案中,阵列的沉积可通过有机蒸气相沉积或热蒸发进行。
在一个实施方案中,该结晶有机化合物可具有π共轭结构。
在一个实施方案中,各弯曲结构可包括第一晶粒和第二晶粒,且第二晶粒可具有与第一晶粒不同的晶体结构或不同的晶体取向。
在一个实施方案中,各弯曲结构的表面张力可高于基底结构的上表面的表面张力。
附图说明
包含附图以提供对发明构思的进一步理解,且将其引入并作为该说明书的一部分。附图说明了发明构思的示例性实施方案,且与说明书一起用来解释发明构思的原理。在附图中:
图1A为说明根据一个实施方案的光学装置的平面图;
图1B为沿着图1A的I-II线获取的横截面示图;
图1C为图1B的区域III的放大图;
图2为说明沉积装置的示意图,其用于解释制备根据一个实施方案的弯曲结构的方法;
图3A和3B分别为倾斜45度的对比例1和2的平面的扫描电子显微镜图;
图3C为倾斜45度的实验例1的平面的扫描电子显微镜图;
图3D为实验例1的横截面的扫描电子显微镜图;
图4A至4C分别示出了对比例1和2和实验例1的掠入射小角X-射线散射(GISAXS)分析的结果;
图5A为示出对比例1和2和实验例1的qxy-扫描曲线的图;
图5B为示出对比例1和2和实验例1的qz-扫描曲线的图;
图6A和6B为示出根据另一实施方案的光学装置的制备方法的横截面示图;
图7A为示出根据另一实施方案的光学装置的横截面示图;
图7B为示出根据另一实施方案的光学装置的横截面示图;
图8A为示出根据另一实施方案的光学装置的平面图;
图8B为沿着图8A的III-IV线获取的横截面示图;
图9A和9B分别为实验例1-4的弯曲结构的平面和横截面的扫描电子显微镜图;
图9C和9D分别为对比例1-1和1-3的基底表面的扫描电子显微镜图;
图10A和10B分别为实验例2-3的弯曲结构的平面和横截面的扫描电子显微镜图;且
图10C和10D分别为对比例2-1和2-8的基底表面的扫描电子显微镜图。
具体实施方案
发明构思的示例性实施方案将参考附图在下文更详细地描述。然而,该发明构思可以不同的形式体现且不应解释为限制本文所述的实施方案。相反,提供这些实施方案使得本发明的公开为彻底和完全的,且完全将发明构思的范围转达给本领域技术人员。
下文,将描述根据发明构思的光学装置的制备。
图1A为示出根据一个实施方案的光学装置的平面图。图1B为横截面示图,示出根据该实施方案的光学装置,其对应于从图1A的I-II线获取的横截面。图1C为图1B的区域III的放大图。
参考图1A和1B,阵列1500可提供在基底结构1000上。基底结构1000可包括单层或多层。基底结构1000可具有上表面1000a和底面,它们彼此相对。阵列1500可包含弯曲结构(多个)500。弯曲结构500可设置为彼此隔开。下文,将描述单一弯曲结构500。弯曲结构500可具有底面500b和上表面500a。弯曲结构500可表示其中其至少一个表面为弯曲表面的结构。例如,弯曲结构500的上表面500a的至少一部分可为弯曲表面。作为另一实例,弯曲结构500的侧表面的至少一部分可为弯曲表面。弯曲结构500可具有球形或半球形的形状。弯曲结构500可具有约200nm至约700nm的直径。
如方程式1所示,弯曲结构500的表面张力(γ1)和在基底结构1000的上表面与弯曲结构500之间的界面处的表面张力(γ2)之和可大于基底结构1000的上表面的表面张力(γ3)。
[方程式1]
γ1+γ2>γ3
在此,在基底结构1000和弯曲结构500之间的界面处的表面张力(γ2)可表示在基底结构1000的上表面和弯曲结构500之间的界面处的表面张力。当在基底结构1000和一些组件之间满足方程式1时,弯曲结构500可形成。如在方程式2中,当一些组件的表面张力(γ1’)和在基底结构1000与所述一些组件之间的界面处的表面张力(γ2’)之和小于或等于基底结构1000的表面张力(γ3)时,会不形成弯曲结构500。例如,沉积层可具有平的上表面且会不形成该阵列。
[方程式2]
γ1’+γ2’≤γ3
根据一个实施方案,方程式1的在基底结构1000和弯曲结构500之间的界面处的表面张力(γ2)和方程式2的在基底结构1000和一些组件之间的界面处的表面张力(γ2’)非常小,因此,这些表面张力可忽略。
弯曲结构500可包括有机化合物。弯曲结构500可包括有机材料和有机金属化合物。弯曲结构500可包括碳(C)、氢(H)、氧(O)、硫(S)、氮(N)、氟(F)、碘(I)、氯(Cl)、溴(Br)、和/或磷(P)。该有机化合物可具有π共轭结构。例如,弯曲结构500可包括至少一种芳环化合物。作为另一实例,弯曲结构500可包括杂环化合物,且该杂环化合物可包括金属元素如铂(Pt)、铱(Ir)、锇(Os)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、锂(Li)、锌(Zn)、铍(Be)、硼(B)、钌(Ru)、和/或钠(Na)。作为另一实例,该有机化合物可包括包含配体和金属的金属络合物。在该情况下,该配体可包括芳环化合物,且该金属可包括Pt、Ir、Os、Al、Ti、Cu、Li、Zn、Be、B、Ru、和/或Na。例如,弯曲结构500可包括N,N’-二(1-萘基)-N,N’-二苯基-(1,1’-联苯基)-4,4’-二胺(下文,称为NPB)或其衍生物,和/或三-(8-羟基喹啉)铝(Alq3)或其衍生物。弯曲结构500可具有约100至约2,000的重均分子量(Mw)。例如,弯曲结构500可包括苯、萘、菲、联苯(biphyenyl)、喹啉、氟、苯基吡唑、菲咯啉、醌二甲烷、喹喔啉、吲哚并咔唑、咔唑、螺双芴、吡啶、噻吩、二苯并噻吩、呋喃、二氮杂芴、苯并呋喃并吡啶、三嗪、蒽、芘、苯并噻唑、香豆素、喹吖啶酮、苯基吡啶、噁二唑、吩噁嗪、和/或其衍生物。
参考图1C,弯曲结构500可包括结晶结构。在此,该术语“结晶”可表示其中有机化合物规则堆叠的状态。弯曲结构500可具有单晶或多晶结构。弯曲结构500可包括多个晶粒510。晶粒510可包括第一晶粒511和第二晶粒512。第二晶粒512可具有与第一晶粒511不同的晶体结构或晶体取向。例如,第一晶粒511和第二晶粒512的每一个可具有单斜晶系。第一晶粒511的β-晶轴可不同于第二晶粒512的β-晶轴。在此,该β-晶轴可表示<100>轴和<001>轴之间的角。结晶有机化合物可具有比无定形有机化合物更高的表面张力。例如,结晶聚乙烯可具有约66.8达因/cm的表面张力而无定形聚乙烯可具有约35.7达因/cm的表面张力。当沉积层为无定形的时,该沉积层可具有低表面张力。因为在沉积层和基底结构1000之间满足方程式2,该沉积层会不具有弯曲表面。根据实施方案,因为该结晶有机化合物被沉积,在沉积层和基底结构1000之间可满足方程式1。因此,可形成该弯曲结构500。
弯曲结构500的沉积可通过有机蒸气相沉积(OVPD)或热蒸发进行。下文,参考图2,将更详细地描述通过OVDP形成弯曲结构500。
图2为示出沉积装置的示意图,其用于解释制备根据一个实施方案的弯曲结构的方法。
参考图2以及图1B,沉积装置50可包括沉积室10、喷淋头15、源室20和载体室30。沉积室10可提供与外部隔绝的封闭空间。源室20可通过气体通道25连接至沉积室10。第一温度控制器22可提供在源室20上。尽管已示出了该第一温度控制器22设置邻近于该源室20,但该第一温度控制器22的设置并不限于此。例如,第一温度控制器22可为围绕源室20的线圈。第一温度控制器22可加热该源室20。载体室30可设置邻近于该源室20且可连接至源室20。第二温度控制器32可设置在载体室30上。第二温度控制器32可加热该载体室30。
基底结构1000可装载在沉积装置50的沉积室10中。例如,基底结构1000可设置在沉积室10中的卡盘11上。多个弯曲结构500可沉积在基底结构1000上以形成阵列1500。例如,前体(参见图2中505)可被提供至源室20。在该情况下,该前体可包括无定形有机化合物。作为另一实例,该前体可包括结晶有机化合物。该前体可进一步包括除了有机化合物以外的材料,但,替代地,该前体可不包括除了有机化合物以外的材料。前体中包括的有机化合物可以粉末形式提供,但该发明构思的实施方案并不限于此。源室20可被加热至约200℃至约400℃的温度以从前体505形成有机蒸气。该有机蒸气可包括无定形有机化合物,但该发明构思的实施方案并不限于此。
有机蒸气可作为结晶层沉积在基底结构1000的上表面1000a上。可在基底结构1000和沉积的结晶有机化合物之间满足方程式1。因此,可形成该弯曲结构500。
有机化合物的加热可在约200℃至约400℃温度范围进行。即,在弯曲结构500的形成过程中,源室20的温度可保持在约200℃至约400℃。当源室20的温度低于约200℃时,会不形成有机蒸气或基底结构1000上沉积的层可为无定形的或可不具有弯曲表面。当温度大于约400℃时,源室20中的有机化合物可被改变。
有机蒸气的形成可在约10-4托至约1托的压力条件进行。例如,在弯曲结构500的形成过程中,源室中的压力可在约10-4托至约1托的范围。当该压力小于约10-4托时,沉积层可包含无定形相且可为平的。当该压力大于约1托时,沉积层会不具有足够的弯曲表面且可为平的。
在弯曲结构500的形成过程中,基底结构1000的温度可保持在约-20℃至约80℃。基底结构1000的温度可通过第三温度控制器12控制。卡盘11可设置在第三温度控制器12上且可加热或冷却基底结构1000。当基底结构1000的温度低于约-20℃时,该沉积层可为无定形的。当基底结构1000的温度大于约80℃时,该沉积层会不具有足够的弯曲表面且可为平的。
弯曲结构500的沉积速率可被控制在约1nm/min至约100nm/min的范围。当弯曲结构500的沉积速率小于约1nm/min时,可形成过小的弯曲结构500。当该沉积速率大于约100nm/min时,沉积层可为无定形的和平的。
根据实施方案,沉积装置50不限于图2所示的那种,而可使用多种沉积装置。该弯曲结构500可通过多种沉积方法形成,例如,热蒸发。
下文,将描述根据发明构思的实验例的弯曲结构的制备和评价结果。
[对比例1]
准备长度为约2.5cm和宽度为约2.5cm的玻璃基底。通过使用溅镀机将氧化铟锌层沉积在玻璃基底上至达到厚度为约60nm而制备基底结构。该基底结构包括在玻璃基底上的氧化铟锌层。
[对比例2]
准备长度为约2.5cm和宽度为约2.5cm的玻璃基底。通过使用溅镀机将氧化铟锌层沉积在玻璃基底上至达到厚度为约60nm而制备基底结构。
使用N,N’-二(1-萘基)-N,N’-二苯基-(1,1’-联苯基)-4,4’-二胺(下文,称为NPB)在氧化铟锌层上进行热蒸发过程。在该情况下,NPB的加热温度为约180℃。加热NPB过程中的压力为约10-5托。沉积层具有的厚度为约60nm。
[实验例1]
制备长度为约2.5cm和宽度为约2.5cm的玻璃基底。通过使用溅镀机将氧化铟锌层沉积在玻璃基底上至达到厚度为约60nm而制备基底结构。
使用NPB在氧化铟锌层上进行有机蒸气相沉积过程。在有机蒸气相沉积过程中,源室中NPB的加热温度控制为约340℃,且源室的压力控制为约0.1托。
图3A和3B分别为倾斜45度的对比例1和2的平面的扫描电子显微镜图。图3C为倾斜45度的实验例1的平面的扫描电子显微镜图。图3D为实验例1的横截面的扫描电子显微镜图。
参考图3A,可观察到对比例1的氧化铟锌层的上表面为平的。
参考图3B,可观察到对比例2的沉积层的上表面为平的。
参考图3C和3D以及图1B,可观察到在基底结构1000上设置有阵列1500。阵列1500可包括彼此隔开的弯曲结构500。如图3D中所示,可观察到弯曲结构500的上表面为弯曲表面。弯曲结构500的直径测量在约200nm至约700nm的范围内。观察到阵列1500的平面面积为基底结构1000的平面面积的约70%。
图4A至4C分别示出对比例1和2和实验例1的掠入射小角X-射线散射(GISAXS)分析的结果。
参考图4A,关于对比例1,未观察到NPB的峰。
参考图4B,关于对比例2,如虚线所示,观察到NPB宽的衍射峰。可理解对比例2的沉积层具有无定形结构。
参考图4C,关于实验例1,如虚线所示,观察到窄的半圆形衍射峰。因此,可理解实验例1的弯曲结构500具有多晶结构。观察到实验例1的NPB衍射峰与对比例2的衍射峰更加不同。
图5A为显示对比例1和2和实验例1的qxy-扫描曲线的图。图5B为显示对比例1和2和实验例1的qz-扫描曲线的图。红色显示的部分表示衍射强度高。qxy可表示在平行于衍射平面的平面中的波矢分量,且qz可表示在垂直于衍射平面的平面中的波矢分量。y轴表示散射强度,且其单位为任意单位(A.u.)。标记为a、b和c的扫描曲线分别为对比例1和2和实验例1的扫描曲线。
参考图5A和5B以及图1C和4A,该扫描曲线a为对比例1的扫描曲线,其中在曲线a未观察到NPB的峰。在曲线a中观察到玻璃的峰(^)和氧化铟锌的峰(▲)。扫描曲线b为对比例2的扫描曲线,其中在曲线b中观察到NPB的宽的衍射峰(*)。因此,可理解该沉积层具有无定形结构。扫描曲线c为实验例1的扫描曲线,其中在曲线c观察到NPB的衍射峰(*)。作为实验例1的qxy和qz-扫描曲线的分析结果,证实具有约86.62°的β-晶轴的单斜晶粒和具有约87.12°的β-晶轴的单斜晶粒。因此,可理解弯曲结构500包含多个晶粒510且晶粒510中的任一个具有与另一晶粒510不同的晶体结构。
光学装置的性能可通过包含弯曲结构500而改善。例如,穿过弯曲结构500透射的光的移动方向可通过控制弯曲结构500的曲率的尺寸或半径而控制。作为另一实例,透射光的波长可通过控制弯曲结构500的曲率的尺寸或半径而调节。根据一个实施方案,该光学装置可包括有机发光装置,且该弯曲结构500可设置在有机发光装置的顶电极上。在该情况下,可改善有机发光装置的发光效率。根据另一实施方案,该光学装置可包括太阳能电池,且该弯曲结构500可设置在太阳能电池的顶电极上。光可通过穿过弯曲结构500入射在太阳能电池的光吸收层上。光吸收层的光吸收效率可通过弯曲结构500而改善。作为另一实例,穿过太阳能电池的光吸收层的光可通过被弯曲结构500的散射/反射而在太阳能电池的光吸收层中再吸收。作为另一实例,由于弯曲结构500连接至窗口,更多的光可被引入至室内。根据另一实施方案,该光学装置可包括光检测器。该光检测器可检测电信号。光检测器的检测性能可通过弯曲结构500而改善。根据另一实施方案,该光学装置可包括光学膜如防眩光膜、光散射膜、光折射膜和雾化膜。例如,弯曲结构500可通过在防眩光膜中使用而抑制眩光且可控制光的反射和折射。根据另一实施方案,弯曲结构500可作为雾化膜。
图6A和6B为横截面示图,其示出了根据另一实施方案的光学装置的制备方法,其对应于沿着图1A的I-II线获取的横截面。
参考图1A和6A,可提供基底结构1000。该基底结构1000可包括基底100、电极层200、下层300和上层400。基底100可为玻璃基底、塑料基底、或聚合物基底。电极层200可设置在基底100上。电极层200可包括金属或透明的导电氧化物。
下层300可设置在电极层200上。例如,下层300可作为有机发光层,且光学装置1可为有机发光装置。作为另一实例,下层300可作为光吸收层,且光学装置1可为太阳能电池或光检测器。
上层400可提供在下层300上。上层400可具有约0.01J/m2至小于约3J/m2的表面能。上层400可包含氧、硅、镓、锗、硒、碳和金属中的至少之一。例如,上层400可包括氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铝、氧化锌、氧化硅、或氧化钛。作为另一实例,上层400可包含硅、硅锗、氮化硅、镓、砷化镓、氮化镓、锗或硒。作为另一实例,上层400可包含三-(8-羟基喹啉)铝(Alq3)及其衍生物、N,N’-二(1-萘基)-N,N’-二苯基-(1,1’-联苯基)-4,4’-二胺(NPB)及其衍生物、二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酐(PTCDA)及其衍生物、铜酞菁(CuPc)及其衍生物、并五苯及其衍生物、N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-[(1,1’-联苯基)-4,4’-二胺](TPD)及其衍生物、二萘嵌苯及其衍生物、萘二酰亚胺及其衍生物、低聚噻吩及其衍生物、全氟化低聚-对-亚苯基及其衍生物、2,5-二芳基噻咯(silole)及其衍生物、亚芳基二胺及其衍生物、芳族胺及其衍生物、基于Starburst的有机化合物、基于胺的有机化合物、基于腙的有机化合物、基于二苯乙烯基的有机化合物、聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、石墨烯、或石墨。作为另一实例,上层400可包含铝、银、锂、铜、铯、铁、金、钛、镍、铬、钼、铂、它们的合金或它们的混合物。上层400和电极层200之一可作为阳极,且另一个可作为阴极。
参考图6B,弯曲结构500可形成于所述上层400上。在这种情况下,单独的等离子体处理工艺和热处理工艺可不在所述上层400的顶表面上进行。因此,所述下层300不会被等离子体或热所破坏。所述弯曲结构500可设置为彼此横向间隔并可暴露所述上层400。所述弯曲结构500可具有底表面500b和顶表面500a。所述弯曲结构500的所述底表面500b可面向上层400且可为平的。例如,所述弯曲结构500的所述底表面500b可平行于基底100的顶表面100a。所述弯曲结构500的顶表面500a可与所述上层400相对并可为弯曲表面。例如,所述顶表面500a可不具有顶点(角点)。表述“不具有顶点”包括所述顶点无法从视觉上分辨。根据示例性的实施方案,由于所述弯曲结构500的顶表面500a是弯曲表面,那么从下层300发射的光可被更多地提取至所述上层400的外部。作为另一实例,从外部通过弯曲结构500入射到在光学装置1上的光可被更多地吸收于所述下层300中。如图1A中所示,所述弯曲结构500的平面形状可以是球形或椭圆形。各弯曲结构500的最大直径D可在约0.01μm至约2μm的范围内。如图6B中所示,各弯曲结构500的最大高度H可在约0.01μm至约2μm的范围内。当各弯曲结构500的最大直径D或最大高度H大于约2μm时,所述弯曲结构500的光提取率或光吸收率可为低的。根据示例性实施方案的光学装置1可具有改善的光提取率或光吸收率。在下文中,所述弯曲结构500的形成将参考图2进行更详细地描述。
再次参考图2,所述沉积装置50可包括沉积室10、源室20和载体室30。所述沉积装置50可与上述图2中的基本一致。参考图2和6B,所述基底100可被装进所述沉积装置50的沉积室10中。例如,所述基底100可被置于沉积室10中的卡盘11上。如图6A中所述,所述基底100可为具有顶表面的基底,其中电极层200、下层300和上层400形成于该顶表面上。
所述弯曲结构500可被置于所述基底100上。例如,可向源室20提供前体(参见图2中的505)。所述前体505可包括有机化合物。所述前体还可包括除有机化合物之外的材料,但是,替代地,所述前体可以不包括除所述有机化合物之外的材料。所述有机化合物可包括三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)及其衍生物、N,N’-二(1-萘基)-N,N’-二苯基-(1,1’-联苯)-4,4’-二胺(NPB)及其衍生物、二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酐(PTCDA)及其衍生物、铜酞菁(CuPc)及其衍生物、并五苯及其衍生物、N,N’-二苯基-N,N’-双(3-甲基苯基)-[(1,1’-联苯基)-4,4’-二胺](TPD)及其衍生物、二萘嵌苯及其衍生物、萘二酰亚胺及其衍生物、低聚噻吩及其衍生物、全氟化的低聚-对-亚苯基及其衍生物、2,5-二芳基噻咯及其衍生物、亚芳基二胺及其衍生物、芳族胺及其衍生物、基于starburst的有机化合物、基于胺的有机化合物、基于腙的有机化合物和基于二苯乙烯基的有机化合物中的至少一种。所述源室20可被加热至约200℃至约500℃的温度以由前体505形成有机气体。例如,Alq3可被用作前体505且可被提供至所述源室20。在这种情况下,可通过第一温度控制器22将所述源室20加热至约200℃至低于约400℃的温度以形成有机气体。可在所述弯曲结构500的形成过程中维持所述源室20的温度。当所述源室20的温度低于约200℃时,不会形成有机气体。当所述温度为约400℃或更高时,过量的所述有机气体可被供给至所述上层400,或者所述源室20中的有机材料会被改变。在这种情况下,不会形成所述弯曲结构500。作为另一实例,NPB可被用作前体505并可被提供至所述源室20中。在这种情况下,可通过第一温度控制器22将所述源室20加热至高于约300℃至约500℃或更低的温度以形成有机气体。当所述源室20的温度为约300℃或更低时,不会形成有机气体。当所述温度高于约500℃时,过量的所述有机气体会被供给至所述上层400,或者在所述有机气体中的有机材料(例如,NPB)会被改变。
可将所述载气从载体室30中供给至所述源室20。可通过第二温度控制器32将所述载体室30加热至约150℃至约250℃的温度。在本发明中,表述“载气的温度为约150℃至约250℃”可包括在约150℃至约250℃的温度将所述载气从所述载体室30中供给。所述载气可包括惰性气体,例如,氩气或氮气。可通过载气将所述有机气体经气体通道25从所述源室20转移至所述喷淋头15。可将所述喷淋头15设置在所述沉积室10的上端。所述喷淋头15可排出所述有机气体和所述载气。可将所述有机气体沉积于所述上层400上以形成所述弯曲结构500。当所述载体室30的温度低于约150℃时,所述有机气体可被载气冷凝。
在所述弯曲结构500的形成过程中,可将所述基底100的温度调节至约-30℃至约80℃的范围内。可通过第三温度控制器12控制所述基底100的温度。可将所述卡盘11设置于所述第三温度控制器12上并可加热或冷却所述基底100。当所述基底100的温度低于约-30℃或高于约80℃时,所制造的光学装置会发生故障。作为另一实例,可不提供所述第三温度控制器12。
当所述上层400具有低于约0.01J/m2或约3J/m2以上的表面能时,不会形成弯曲结构500。在本发明中,表述“不形成所述弯曲结构500”可不仅包括其中不沉积所述有机化合物的情况,还可包括其中所沉积的有机化合物层是平坦而没有弯曲表面的情况。根据示例性的实施方案,所述上层400可具有约0.01J/m2至低于约3J/m2的表面能。
根据示例性的实施方案,用于将弯曲结构500彼此分离的单独的图案化工艺可省略。此外,用于将所述弯曲结构500的顶表面500a形成为弯曲表面的单独的方法可省略。例如,可不在所述弯曲结构500上进行单独的热处理工艺或等离子体处理工艺。因此,所述弯曲结构500的制造可被简化。此外,可防止由于图案化工艺、热处理工艺或等离子体处理工艺造成的下层300的损坏。
图7A是示出根据另一实施方案的光学装置的横截面图,其对应于沿图1A的线I-II所截取的横截面。在下文中,将省略与上述的那些重复描述。
参考图7A以及图1A,光学装置2可包括在基底结构1000上的弯曲结构500。所述基底结构1000可包括层叠的:基底100、第一电极层201、下层300、第二电极层350和上层400。所述基底100、所述第一电极层201和所述下层300可包括与以下基本相同的材料且进行与以下基本上相同的功能:图1A和6A中已经描述的基底100、电极层200和下层300。
所述第二电极层350可提供于所述下层300上。所述第二电极层350可包括透明的导电氧化物或金属。所述第一电极层201或所述第二电极层350中的一个可以是阳极而另一个可为阴极。所述上层400可提供于所述第二电极层350上。所述上层400可用作光折射层。所述上层400可具有约0.01J/m2至小于约3J/m2的表面能。
例如,所述上层400可控制光的光路长度。在这种情况下,所述上层400可包括Alq3及其衍生物、NPB及其衍生物、氧化铟锌、氧化铟锡、氧化铟镓锌、氧化铝、氧化锌或其混合物。所述弯曲结构500可形成于所述上层400上。
图7B是示出根据另一实施方案的光学装置的横截面图,其对应于沿图1A的线I-II所截取的横截面。在下文中,将省略与上述的那些重复的描述。
参考图7B以及图1A,光学装置3可包括在基底结构1000上的弯曲结构500。所述基底结构1000可包括层叠的:基底100、第一电极层201、下层300、第二电极层350、光折射层360和上层400。所述基底100、所述第一电极层201和所述下层300可包含与以下基本相同的材料且进行与以下基本上相同的功能:图1A和6A中已经描述的基底100、电极层200和下层300。
所述第二电极层350可提供于所述下层300上。所述第二电极层350可包含透明的导电氧化物或金属。所述第一电极层201或所述第二电极层350中的一个为阳极且另一个可为阴极。可将所述光折射层360设置在所述第二电极层350上。所述光折射层360可控制光的光路长度。所述光折射层360可包括Alq3及其衍生物、NPB及其衍生物、氧化铟锌、氧化铟锡、氧化铟镓锌、氧化铝、氧化锌或其混合物。所述上层400可提供于所述光折射层360上。所述上层400可用作钝化层。所述上层400可具有约0.01J/m2至低于约3J/m2的表面能。例如,由于上层400,所述下层300可以不被外部湿气或空气所损坏。在这种情况下,所述上层400可包含氧化铝、氧化硅、氧化钛、氮化硅、碳化硅、紫外线(UV)固化丙烯酸酯、六甲基二硅氧烷、环氧树脂、Alq3及其衍生物或NPB及其衍生物中的至少一种。所述弯曲结构500可提供于所述上层400上。
图8A是示出根据另一实施方案的光学装置的平面图。图8B是沿图8A的线III-IV截取的横截面图。在下文中,将省略与上述重复的那些描述。
参考图8A以及图1A,光学装置4可包括位于基底结构1000上的弯曲结构500。所述基底结构1000可包括层叠的:基底100、电极层200、下层300和上层400。所述光学装置4可为有机发光装置。所述基底100可具有像素PX。所述像素PX可包括大量的子像素subPX。所述子像素subPX可显示红色、绿色、蓝色或白色。所述子像素subPX的平面形状可以是正方形,但是该子像素subPX的平面形状并不限于此且可以变化。所述下层300可用作有机发光层。所述电极层200和所述上层400可与图6A所述的相同。所述上层400可具有约0.01J/m2至低于约3J/m2的表面能。
所述弯曲结构500可按照如图6B所述的基本相同的方法进行制造并可具有相同的形状。所述弯曲结构500可以多个提供于各子像素subPX中。例如,各所述子像素subPX可与平面上的多个弯曲结构500重叠。例如,各所述弯曲结构500的最大直径D可在相应的子像素subPX的宽度W的约1/5至约1/20的范围内。
在下文中,将描述根据本发明构思的实验例的弯曲结构的制造以及其评价结果。
弯曲结构的制造/观察
1.三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)
[对比例1-1]
准备约2.5cm长和约2.5cm宽的玻璃基底。通过使用溅镀机将具有约2J/m2表面能的氧化铟锌层沉积至约60nm厚度来制备电极。在这种情况下,在所述氧化铟锌层上不进行等离子体处理或热处理。将Alq3提供至源室,并将该源室加热至约400℃。施加氮气至载体室,并将该载体室加热至约200℃。将氮气注入所述源室。在这种情况下,将所述基底的温度维持在约50℃。弯曲结构倾斜约45度并用扫描电子显微镜(SEM)以20,000倍的放大倍数进行观察。
[对比例1-2]
以与对比例1-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察弯曲结构。但是,将该源室加热至约420℃。
[对比例1-3]
以与对比例1-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察弯曲结构。但是,使用具有约3J/m2表面能的氧化硅层代替氧化铟锌,并将该源室加热至约380℃。
[实验例1-1]
以与对比例1-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察弯曲结构。但是,将该源室加热至约340℃。在弯曲结构形成的过程中,将所述基底的温度维持在约0℃。
[实验例1-2]
以与实验例1-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,在弯曲结构形成的过程中,将所述基底的温度维持在约20℃。
[实验例1-3]
以与实验例1-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,在弯曲结构形成的过程中,将所述基底的温度维持在约50℃。
[实验例1-4]
以与实验例1-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约380℃。在弯曲结构形成的过程中将所述基底的温度维持在约50℃。
2.N,N’-二(1-萘基)-N,N’-二苯基-(1,1’-联苯基)-4,4’-二胺(NPB)
[对比例2-1]
准备约2.5cm长和约2.5cm宽的玻璃基底。通过使用溅镀机将具有约2J/m2表面能的氧化铟锌层沉积至约60nm厚度来制备电极。在这种情况下,在所述氧化铟锌层上不进行等离子体处理或热处理。将NPB提供至源室,并将该源室加热至约135℃。施加氮气至载体室,并将该载体室加热至约200℃。将氮气注入所述源室。在这种情况下,将所述基底的温度维持在约0℃。弯曲结构倾斜约45度并用扫描电子显微镜(SEM)以20,000倍的放大倍数进行观察。
[对比例2-2]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将所述基底的温度维持在约50℃。
[对比例2-3]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约190℃。
[对比例2-4]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约190℃,并将所述基底的温度维持在约50℃。
[对比例2-5]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约235℃。
[对比例2-6]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约235℃,并将所述基底的温度维持在约50℃。
[对比例2-7]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约300℃,并将所述基底的温度维持在约50℃。
[对比例2-8]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,使用具有约3J/m2表面能的氧化硅层代替氧化铟锌,并将该源室加热至约450℃
[实验例2-1]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约400℃。
[实验例2-2]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约400℃,并将所述基底的温度维持在约50℃。
[实验例2-3]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约450℃。
[实验例2-4]
以与对比例2-1中相同的方式进行实验,并然后用扫描电子显微镜观察玻璃基底的表面。但是,将该源室加热至约450℃,并将所述基底的温度维持在约50℃。
图9A和9B分别是实验例1-4的弯曲结构的平面和横截面的扫描电子显微镜图像。图9C和9D分别是对比例1-1和1-3的基底表面的扫描电子显微镜图像。表1说明了对比例1-1至1-3和实验例1-1至1-4的SEM观察结果。
[表1]
Figure BDA0001132650760000181
参考图9A和9B以及表1,可观察到,在实验例1-1至1-4中,所述弯曲结构500暴露所述上层400。各弯曲结构500具有小于约2μm的最大直径D和最大高度H。从实验例1-1至1-4可确认,当有机气体在约340℃以上至低于约400℃的温度范围内形成时,所述弯曲结构500被很好地形成。参考图9C以及表1,由于对比例1-1和1-2中沉积的Alq3层完全覆盖所述上层400,因此未观察到所述弯曲结构500。在对比例1-1和1-2中,由于将该源室20加热至高温(约400℃以上),因此所述有机化合物被改变或过量的所述有机气体被沉积。参考图9D以及表1,所述弯曲结构500在对比例1-3中未形成。由于对比例1-3的上层400具有约3J/m2的表面能,因此可以确认,所述有机气体与所述上层400具有高的相互作用。
图10A和10B分别是实验例2-3的弯曲结构的平面和横截面的扫描电子显微镜图像。图10C和10D分别是对比例2-1和2-8的基底表面的扫描电子显微镜图像。
下表2说明了对比例2-1至2-8和实验例2-1至2-4的SEM观察结果。
[表2]
Figure BDA0001132650760000191
参考图10A和10B以及表2,可确认,在实验例2-1至2-4中所述弯曲结构500形成于所述上层400上。可观察到,所述弯曲结构500具有椭圆形或球形形状。在这种情况下,各弯曲结构500具有约2μm以下的最大直径D。参考图10C以及表2,可观察到所述弯曲结构500在对比例2-1至2-7中未形成。从对比例2-1至2-7,当所述源室20的温度为约300℃以下时,可以理解有机气体难以形成。相反地,由于将实验例2-1至2-4的所述源室20加热至高于约300℃,可以理解,形成有机气体。参考图10D以及表2,在对比例2-8中,由于所述上层400具有约3J/m2的表面能,可以理解,所述弯曲结构500在上层400上未形成。
根据本发明的构思,可通过将弯曲结构沉积在基底上来提供阵列。因此,可省略用于弯曲结构形成的单独的掩模形成(mask forming)工艺或光刻工艺。因此,所述弯曲结构的制造工艺可被简化。本发明构思的弯曲结构可使光分散、聚焦或散射。由于光学装置包括所述弯曲结构,因此所述光学装置的性能可得以改善。
虽然已经描述了本发明的示例性的实施方案,但是应理解,本发明不应限于这些示例性的实施方案,而是在权利要求请求保护的本发明的精神和范围内可由本领域技术人员进行多种改变和修改。

Claims (7)

1.制备光学装置的方法,该方法包括:
制备基底结构;
加热前体以形成有机蒸气,该前体包括无定形有机化合物;和
通过有机蒸气相沉积或热蒸发而将该有机蒸气沉积在基底结构上,以通过该有机蒸气的结晶而在基底结构上形成弯曲结构的阵列,该弯曲结构的阵列彼此隔开,该弯曲结构的阵列中的弯曲结构各自具有背离基底结构的表面的弯曲表面;
其中该弯曲结构包含结晶有机化合物。
2.权利要求1所述的方法,其中前体的加热在200℃至400℃的温度范围进行。
3.权利要求1所述的方法,其中有机蒸气的形成在10-4托至1托的压力条件下进行。
4.权利要求1所述的方法,其中在阵列的沉积过程中该基底结构以-20℃至80℃的温度提供。
5.权利要求1所述的方法,其中该结晶有机化合物具有π共轭结构。
6.权利要求1所述的方法,其中各弯曲结构包括第一晶粒和第二晶粒,且
该第二晶粒具有与第一晶粒不同的晶体结构或不同的晶体取向。
7.权利要求1所述的方法,其中各弯曲结构的表面张力大于基底结构的上表面的表面张力。
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