CN107112434B

CN107112434B - 有机发光二极管

Info

Publication number: CN107112434B
Application number: CN201580071153.8A
Authority: CN
Inventors: 李柱永; 权润瑛; 金东显; 金序炫
Original assignee: Samsung Corning Precision Materials Co Ltd
Current assignee: Corning Precision Materials Co Ltd
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: KR20160077947A; JP2018504747A; KR101674066B1; WO2016105029A1; CN107112434A; JP6592783B2; EP3240058A4; EP3240058A1; EP3240058B1; US20170338443A1; US10153458B2

Abstract

本发明涉及一种有机发光二极管，更具体地，涉及一种能够通过从内部光提取层传递而形成的优化褶皱结构来显著地提高光提取效率的有机发光二极管，从而能够有优异的发光效率。为此，本发明中提供的是有机发光二极管，该有机发光二极管包括：第一基底；内部光提取层，形成在第一基底上；第一电极，形成在内部光提取层上；有机发光层，形成在第一电极上；第二电极，形成在有机发光层上，其中，褶皱形成在内部光提取层的表面上，其中，褶皱顺序地传递到第一电极、有机发光层和第二电极上，其中，第二电极的表面包括褶皱结构，其中，褶皱结构包括多个凸部和形成在相邻的凸部之间的多个凹部，其中，关于相邻的凸部之间的间距与凹部的深度的深度/宽度比为0.1至7。

Description

有机发光二极管

技术领域

本公开涉及一种有机发光二极管(OLED)器件。更具体地，本公开涉及一种OLED器件，在该OLED器件中，优化了从内部光提取层传递的褶皱结构，以显著地提高光提取效率，从而实现优异的发光效率。

背景技术

通常，发光器件可以划分为具有由有机材料形成的发光层的有机发光二极管(OLED)器件和具有由无机材料形成的发光层的无机发光器件。在OLED器件中，OLED是基于经电子注入电极(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具有一系列的优点，诸如低电压驱动、光的自发射、宽视角、高分辨率、自然色彩再现性和快速响应时间。

近来，已经对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积极地进行了研究。

为了改善这种上述OLED器件的发光效率，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器件的光提取效率取决于OLED层的折射率。在典型的OLED器件中，当由发光层产生的光束以大于临界角的角度出射时，该光束会在诸如用作阳极的透明电极层的较高折射率层与诸如玻璃基底的较低折射率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器件的整体发光效率，这是有问题的。

更详细地进行描述，由OLED产生的光中的仅约20％是从OLED器件发射的而产生的光中的约80％由于波导效应和全内反射而损失，波导效应源自于玻璃基底、阳极和有机发光层(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)的不同折射率，全内反射源自于玻璃基底和环境大气之间的折射率的差异。这里，内部有机发光层的折射率在1.7到1.8的范围，而通常用在阳极中的氧化铟锡(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器件内部形成平面波导。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以及环境大气的折射率为1.0，所以当光从玻璃基底的内部射出时，入射角大于临界角的光束会被全反射并被俘获在玻璃基底内部。被俘获的光的比率为约35％。因此，仅可以从OLED器件射出所产生的光的约20％。

为了克服这样的问题，已经积极研究了光提取层，通过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，能够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，微透镜的形状是从各种形状选择的。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，内部光提取层改善光提取效率的能力可以高于外部光提取层改善光提取效率的能力。

然而，使用内部光提取层改善光提取效率的效果相对于向外出射的光的量仍不明显。因此，需要积极地研究进一步改善光提取效率的方法或技术。

[相关领域文件]

韩国专利号：第1093259号(2011年12月6日)

发明内容

技术问题

因此，在考虑到现有技术中出现的上述问题而提出了本公开，本公开提出一种有机发光二极管(OLED)器件，其中，优化了从内部光提取层传递的褶皱结构，以显著地提高光提取效率，从而实现优异的发光效率。

技术方案

根据本公开的一个方面，OLED器件可以包括：第一基底；内部光提取层，设置在第一基底上；第一电极，设置在内部光提取层上；有机发光层，设置在第一电极上；第二电极，形成在有机发光层上。内部光提取层可以在其表面上形成有褶皱。由于内部光提取层的褶皱顺序地传递到第一电极、有机发光层和第二电极，使得第二电极可以在其表面上具有褶皱结构。褶皱结构可以具有多个凸部和与所述多个凸部交替的多个凹部。相邻凸部之间的间距与凹部的深度的纵横比(深度/间距)在0.1至7的范围。

内部光提取层可以包括：基体层，设置在第一基底上，由金属氧化物形成；多个散射颗粒，分散在基体层中，并且由折射率与所述金属氧化物的折射率不同的材料形成；填充层，设置在基体层的表面上来填充缝隙，以减小基体层的表面粗糙度。形成在填充层的表面中的褶皱可以具有与所述多个散射颗粒和所述多个散射颗粒之中的散射颗粒的团簇传递到填充层的表面的形状对应的形状。

基体层可以具有形成在其中的缝隙。

缝隙可以形成在所述多个散射颗粒之间和所述团簇之间。

填充层的表面粗糙度可以低于基体层的表面粗糙度。

基体层可以由从由SiO₂、TiO₂、ZrO₂、ZnO₂和SnO₂组成的候选组中选取的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合形成。

所述多个散射颗粒可以由从由SiO₂、TiO₂、ZnO₂和SnO₂组成的候选组中选取的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合形成。

所述多个散射颗粒的至少一些可以分别具有由中空核和围绕所述核的壳组成的结构。

内部光提取层还可以包括设置在基体层中的多个不规则形状孔隙。

所述多个不规则形状孔隙的尺寸可以在50nm至900nm的范围。

由所述多个不规则形状孔隙在基体层中占据的面积可以是基体层的面积的2.5％至10.8％。

OLED器件还可以包括在第二电极上设置成面对第一基底以与第一基底一起提供包封部的第二基底。

有益效果

根据本公开，通过优化从内部光提取层传递的褶皱结构并且将纵横比(即，褶皱结构的多个凸部之间的间距与凸部之间的凹部的深度的比)控制为预定的范围，可使减少否则将导致OLED器件100的效率的最显著损失的波导模式和表面等离子体激元模式的能力最大化。从而能够显著地改善光提取效率，由此实现优异的发光效率。

附图说明

图1是示出了根据示例性实施例的有机发光二极管(OLED)器件的示意性剖视图。

图2是具有各种纵横比的OLED的褶皱结构的SEM图像。

图3和图4是示出了根据示例性实施例的OLED器件的发光效率的模拟的参考图。

图5是示出了根据示例性实施例的OLED器件的发光效率的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述根据示例性实施例的有机发光二极管(OLED)器件。

在下面的公开中，在本公开的主题可能因其包含的内容而未被清晰呈现的情况下，将省略对包含在本公开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OLED器件100具有底发射结构。另外，根据示例性实施例的OLED器件100可以用作照明装置的光源。OLED器件100的OLED包括第一基底110、内部光提取层120、第一电极130、有机发光层140和第二电极150。

第一基底110设置在有机发光层140的正面部分(即，由有机发光层140产生的光接触环境大气所经由的部分)上，以在用作保护内部光提取层120、第一电极130、有机发光层140和第二电极150免受外部环境影响的同时允许光光射出。就这一点而言，为了包封内部光提取层120、第一电极130、有机发光层140和第二电极150，使用沿着第一基底110的边缘设置的例如以环氧树脂为例的密封材料将第一基底110结合到第二基底(未示出)。第二基底(未示出)是设置在第二电极150上以面对第一基底110的背基底。通过彼此面对的第一基底110和第二背基底(未示出)以及沿着第一基底110的边缘和第二背基底的边缘形成的密封材料来限定内部空间。内部空间的除了由内部光提取层120、第一电极130、有机发光层140和第二电极150占据的部分之外的部分可以填充有惰性气体或者可以被构造为具有真空环境。

第一基底110可以是由具有优秀的透光率和优异的机械性能的任何透明材料形成的透明基底。例如，第一基底110可以由诸如热固化有机膜或紫外(UV)固化有机膜的聚合材料形成。另外，第一基底110可以由诸如钠钙玻璃(SiO₂-CaO-Na₂O)或铝硅酸盐玻璃(SiO₂-Al₂O-Na₂O)的化学强化玻璃形成。这里，当根据示例性实施例的OLED器件100用于照明时，第一基底110可以由钠钙玻璃形成。另外，第一基底110可以是由金属氧化物或金属氮化物形成的基底。根据示例性实施例的第一基底110可以是具有大约1.5mm或更小的厚度的薄玻璃片。可以通过熔合工艺或浮法工艺来制造薄玻璃片。

另一方面，与第一基底110一起形成包封部的第二背基底(未示出)可以由与第一基底110的材料相同或不同的材料形成。

内部光提取层120设置在正面部分(由有机发光层140产生的光通过正面部分发射)上，并且是用作改善OLED器件100的光提取效率的功能光学层。根据示例性实施例的内部光提取层120设置在第一基底110上。在附图中，第一基底110设置在内部光提取层120下方，第一电极130设置在内部光提取层120上方。

根据示例性实施例的内部光提取层120可以包括基体层121、多个散射颗粒123和填充层126。为了改善光提取效率，基体层121和多个散射颗粒123可以由具有不同折射率的材料形成。折射率之间的差越大，光提取效率改善越多。同时，基体层121可以由具有等于、高于或低于填充层126的材料的折射率的折射率的材料形成。

基体层121可以由具有比散射颗粒123的折射率大的高折射率(HRI)的材料形成。例如，基体层121可以由从由SiO₂、TiO₂、ZrO₂、ZnO₂和SnO₂组成的候选组中选取的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合形成。

根据示例性实施例，缝隙(crack)122可以形成在基体层121中。缝隙122可以在用于形成其中分散多个散射颗粒123的基体层121的烧制工艺中形成，并且可以形成在多个散射颗粒123之中的散射颗粒之间以及多个散射颗粒123之中的一些散射颗粒的团簇之间。缝隙122可以在从基体层121的表面向着第一基底110的方向上延伸。缝隙122的部分或全部可以形成为使第一基底110暴露于基体层121的表面。类似于散射颗粒123，缝隙122用作通过进一步使由有机发光层140产生的光的路径复杂化或多样化来改善在向前方向上的光提取效率。如上所述，因为缝隙122具有与散射颗粒123相同的散射特性，所以可以使散射颗粒123减少与缝隙122的增加量相等的量。

另外，可以在基体层121中形成具有大约50nm至大约900nm的尺寸的多个不规则形状孔隙(未示出)。不规则形状孔隙(未示出)形成在用于形成基体层121的烧制工艺中，并且类似于缝隙122和散射颗粒123用作使由有机发光层140产生的光沿着各种路径散射。由形成在基体层121中的多个不规则形状孔隙(未示出)占据的面积可以为相对于基体层121的面积的大约2.5％至大约10.8％。由多个不规则形状孔隙(未示出)占据的面积越广，光提取效率可以越高。

分散在基体层121中的多个散射颗粒123可以由具有比基体层121的材料的折射率低的折射率的材料形成。例如，散射颗粒123可以由从由SiO₂、TiO₂、ZnO₂和SnO₂组成的候选组中选取的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合形成。此时，当从候选组中选取的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合被选作形成基体层121的金属氧化物时，散射颗粒123可以由候选组的剩余金属氧化物之中的具有比形成基体层121的金属氧化物的折射率低的折射率的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合形成。散射颗粒123具有与基体层121的折射率不同的折射率，并且用作通过进一步使由有机发光层140产生的光的路径复杂化或多样化来改善在向前方向上的光提取效率。散射颗粒123具有纳米级球体的形状。可选地，散射颗粒123可以具有棒的形状。多个散射颗粒123可以具有相同或各种不同的形状或尺寸。即，多个散射颗粒123可以具有随机的尺寸、距离或形状。当随机形成多个散射颗粒123时，可横跨宽范围的波长带来均匀地诱导光提取，而不是在特定的波长带中诱导。当根据示例性实施例的OLED器件100用于照明时，可更易获得该特征。

根据示例性实施例的散射颗粒123可以分别由核124、中空部和围绕核124的壳125组成。分散在基体层121中的多个散射颗粒123的部分或全部可以具有核-壳结构。散射颗粒123迅速地改变核124和壳125之间的折射率差，并且形成复杂的光散射路径，从而进一步改善OLED器件100的光提取效率。

这里，基体层121由于分散在其中的多个散射颗粒123、形成的缝隙122和不规则形状孔隙(未示出)而具有非常高级别的表面粗糙度。当处于该状态的基体层121邻接第一电极130时，基体层121的粗糙表面形状直接传递到第一电极130。在这种情况下，电流会集中在第一电极130的尖锐的突出中，从而使OLED器件100的电性能劣化。为了防止该问题，将填充层126施用到基体层121的表面以减小基体层121的表面粗糙度。填充层126可以由折射率与基体层121的材料的折射率相等或不同的材料形成。例如，填充层126可以由高折射率无机材料或高折射率混合聚合物(hybrimer)形成。

填充层126填充形成在基体层121中的缝隙122以有效地防止在OLED器件100的OLED中由形成有多个缝隙122的基体层121的表面粗糙度的迅速改变引起的缺陷。多个散射颗粒123和多个缝隙122的形状传递到填充层126的表面以形成表面褶皱。例如圆的褶皱的表面褶皱形成为比形成在基体层121的表面上的褶皱结构平滑。即，填充层126是用作减小基体层121的表面粗糙度的层，并且具有比基体层121的表面粗糙度相对低的表面粗糙度。填充层126的褶皱诱导折射率的迅速改变，并且提供用于散射由有机发光层140产生的光的优异性能。

填充层126的褶皱被向上传递到第二电极150的表面。如上所述，当由于填充层126的褶皱而在顺序堆叠在填充层126上的第一电极130、有机发光层140和第二电极150上形成褶皱时，可以减少表面等离子体激元模式。即，当通过包括第一电极130、有机发光层140和第二电极150的器件层的褶皱结构减少表面等离子体激元模式以及通过由于填充层126的褶皱引起的折射率改变和光散射而减少波导模式时，可显著地改善OLED器件100的光提取效率。

第一电极130是设置在内部光提取层120上的用作OLED器件100的阳极的透明电极。更具体地，第一电极130设置在内部光提取层120的填充层126上。由于填充层126的传递到第一电极130的顶表面和底表面的褶皱(在附图上)，使得第一电极130具有形状与填充层126的表面褶皱对应的褶皱结构。第一电极130可以由例如具有较大功函数的氧化铟锡(ITO)形成，以促进空穴注入。

有机发光层140设置在第一电极130上。因为第一电极130由填充层126给予了褶皱结构，所以第一电极130的褶皱结构传递到有机发光层140，使得有机发光层140具有与第一电极130的褶皱结构对应的褶皱结构。虽然未详细示出，但有机发光层140可以包括顺序地堆叠在第一电极130与第二电极150之间的空穴层、发射层和电子层。这里，空穴层可以包括顺序地堆叠在第一电极130上的空穴注入层(HIL)和空穴传输层(HTL)。电子层可以包括顺序地堆叠在发射层上的电子传输层(ETL)和电子注入层(EIL)。当根据示例性实施例的OLED器件100是用于照明的白光OLED器件时，发射层可以形成为由发射红色区域中的光的高分子发射层和发射橙红色区域中的光的低分子发射层组成的多层结构。另外，发射层可以形成为发射白光的各种其它结构。

根据该结构，当在阳极(即，第一电极130)与阴极(即，第二电极150)之间诱导正向电压时，电子通过电子层的电子注入层和电子传输层从第二电极150迁移到发射层，同时空穴通过空穴层的空穴注入层和空穴传输层从第一电极130迁移到发射层。已经迁移到发射层中的电子和空穴彼此复合，从而产生激子。当这些激子从激发态跃迁到基态时，产生光。产生的光的亮度与用作阳极的第一电极130和用作阴极的第二电极150之间流动的电流量成比例。

根据示例性实施例，有机发光层140可以具有串列式结构(tandem structure)。在这种情况下，可以提供与互连层(未示出)交替的多个有机发光层140。

第二电极150是用作OLED器件100的阴极的金属电极，并且设置在有机发光层140上。第二电极150可以由具有较小的功函数的Al、Al:Li或Mg:Ag形成，以促进电子注入。

根据示例性实施例，当有机发光层140由于具有从填充层126的褶皱传递的褶皱结构的第一电极130而具有褶皱结构时，与有机发光层140的褶皱结构对应的褶皱结构形成在第二电极150的表面上。如上所述，形成在第二电极150的表面上的褶皱结构通过多个凸部151和形成在相邻凸部151之间的多个凹部152来限定。根据示例性实施例，相邻凸部151之间的间距与凹部152深度的纵横比(深度/间距)被控制为在大约0.1至大约7的范围内。如图2中具有各种纵横比的褶皱结构的SEM图像中所示，当相邻凸部151之间的间距与凹部152的深度的纵横比小于0.1时，基本不形成褶皱，从而限制了减少表面等离子体激元模式的效果。另外，当相邻凸部151之间的间距与凹部152的深度的纵横比大于7时，褶皱结构的凸部151过度地突起而对OLED器件100的寿命具有不利的影响。凸部151之间的间距可以定义为多个凸部151之间的平均间距，可以使用原子力显微镜(AFM)或共聚焦显微镜来测量凹部152的平均深度。

如上所述，根据本发明，为了进一步改善光提取效率，形成在第二电极150中的褶皱结构的凸部151和凹部152的纵横比被控制在上述范围内，从而实现为了改善光提取效率而优化的褶皱结构。如上所述，当优化形成在第二电极150中的褶皱结构时，能够使减少否则将导致OLED器件100的效率的最显著损失的波导模式和表面等离子体激元模式的能力最大化，从而显著地改善光提取效率。从而能够实现OLED器件100的优异的发光效率。另外，根据示例性实施例，能够通过控制散射颗粒123的堆积密度和填充层126的厚度来根据需求将雾度值(haze value)修改为大约5％至大约85％的范围。

另外，图3和图4是示出根据示例性实施例的OLED器件的发光效率的模拟的参照图。将通过以下步骤制造的OLED结构作为示例：使用直径为600nm的SiO₂涂覆基底；通过将高折射率混合聚合物施用到涂覆的SiO₂来形成填充层；然后在填充层上顺序地形成ITO电极、有机发光层和Al电极。假设偶极子D1、D2和D3为在有机发光层的特定区域中发射光。通过考虑根据如公式1中表示的面积的发射光的量来模拟发光效率。如图5中所示，示例的光提取效率被证实比既不具有内部光提取层也不具有褶皱结构的OLED器件(参照物)的光提取效率高。

公式1

对本公开的具体示例性实施例的以上描述已经相对于附图进行了呈现，并且不意图是详尽的或将本公开受限于所公开的精确形式，明显地，对于本领域的普通技术人员而言能够根据以上教导进行许多修改和改变。

因此，本公开的范围不意图受限于以上实施例，而是意图由权利要求以及它的等同物来限定。

Claims

1.一种有机发光二极管器件，所述有机发光二极管器件包括：

第一基底；

内部光提取层，设置在第一基底上；

第一电极，设置在内部光提取层上；

有机发光层，设置在第一电极上；以及

第二电极，形成在有机发光层上，其中，

内部光提取层具有形成在内部光提取层的表面上的褶皱，

第二电极由于内部光提取层的褶皱顺序地传递到第一电极、有机发光层和第二电极而在第二电极的表面上具有褶皱结构，

褶皱结构具有多个凸部和与所述多个凸部交替的多个凹部，

相邻凸部之间的间距与凹部的深度的纵横比(深度/间距)在0.1至7的范围，

内部光提取层包括：

基体层，设置在第一基底上，由金属氧化物形成，并且在其中形成有缝隙；

多个散射颗粒，分散在基体层中，并且由具有与所述金属氧化物的折射率不同的折射率的材料形成；以及

填充层，设置在基体层的表面上来填充缝隙，以减小基体层的表面粗糙度，

褶皱形成在填充层的表面中，褶皱具有与所述多个散射颗粒和所述多个散射颗粒之中的散射颗粒的团簇的传递到填充层的表面的形状对应的形状。

2.根据权利要求1所述的有机发光二极管器件，其中，缝隙形成在所述多个散射颗粒之间和所述团簇之间。

3.根据权利要求2所述的有机发光二极管器件，其中，所述填充层的表面粗糙度比所述基体层的表面粗糙度小。

4.根据权利要求1所述的有机发光二极管器件，其中，基体层由从由TiO₂、ZrO₂、ZnO₂和SnO₂组成的候选组中选取的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合形成。

5.根据权利要求4所述的有机发光二极管器件，其中，所述多个散射颗粒由从由TiO₂、ZnO₂和SnO₂组成的候选组中选取的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合形成，

当从所述候选组中选取的所述一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的所述组合被选作形成基体层的金属氧化物时，所述多个散射颗粒由所述候选组的剩余金属氧化物之中的一种金属氧化物或者两种或更多种金属氧化物的组合形成，所述多个散射颗粒的金属氧化物的折射率比所述基体层的金属氧化物的折射率低。

6.根据权利要求1所述的有机发光二极管器件，其中，所述多个散射颗粒的至少一些分别具有由中空核和围绕所述核的壳组成的结构。

7.根据权利要求1所述的有机发光二极管器件，其中，内部光提取层还包括设置在基体层中的多个不规则形状孔隙。

8.根据权利要求7所述的有机发光二极管器件，其中，所述多个不规则形状孔隙的尺寸在50nm至900nm的范围。

9.根据权利要求8所述的有机发光二极管器件，其中，由所述多个不规则形状孔隙在基体层中占据的面积是基体层的面积的2.5％至10.8％。

10.根据权利要求1所述的有机发光二极管器件，所述有机发光二极管器件还包括：第二基底，在第二电极上设置为面对第一基底，以与第一基底一起提供包封部。