CN107394048A - 一种定向出光有机发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定向出光有机发光二极管，属于有机光电显示器件技术领域，包括从上至下依次设置的分立微柱透镜阵列、基底、第一电极、第一传输层、发光层、第二传输层和背电极。本发明还公开了其制备方法。本发明通过紫外软纳米压印技术在OLED基底构建分立微柱透镜阵列在整体发光的、连续的OLED面光源上实现定向出光调制，分立微柱透镜阵列排布和形貌可根据定向出光要求进行定制，更具灵活性，克服了现有微柱透镜阵列仅能针对分立条状光源实现准直或定向调制的固有缺陷；本发明的制备方法，分立微柱透镜的制备工艺与OLED的热蒸镀和溶液旋涂工业化制备工艺相兼容，成本低廉，制备工艺简便，在汽车尾灯和前照明灯等领域有潜在的应用价值。

Description

一种定向出光有机发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明属于有机光电显示器件技术领域，具体涉及一种定向出光有机发光二极管及其制备方法。
背景技术
有机发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)具有低功耗、色彩丰富、主动发光、全固态、发光亮度高、易于实现柔性显示等诸多优点，OLED显示器已被赞誉为21世纪的明星产品。另外，OLED技术在照明领域也显示出了巨大的应用前景。OLED照明技术被誉为第四次照明革命。然而，众所周知，OLED的出射光场强度分布形貌是典型的朗伯体面光源，在照明领域很难实现广角、定向的照明，也不能像无机发光二极管(LED)那样实现聚焦发光(典型应用是汽车尾灯和前照明灯)。为了能够实现OLED的广角、准直或定向等特殊应用，业界进行了诸多探索。
中国发明专利(公开号103219476A)“一种有机电致发光二极管及其制作方法”利用软纳米压印光刻技术在OLED器件内部引入准周期或非周期的纳米结构，实现广角OLED高效出光，但不能实现器件的定向出光，与本专利不同。
科技文献《Light out-coupling enhancement of organic light-emittingdevices with microlens array》(Applied Physics Letters,2010,97(22),256)报道一种采用掩模光刻热熔法制备微透镜阵列，并将微透镜阵列薄膜构筑于OLED出光基底的实现OLED器件高效出光的方法。该文献实现了OLED器件的高效出光，但是不能实现OLED定向出光。
科技文献《Collimated light source using patterned organic light-emitting diodes and microlens》(Japanese Journal of Applied Physics,2010,49(4R),042101)报道了一种通过在OLED光源基底集成微柱透镜实现准直出光的技术方案。该文献的OLED光源是分立光源，且每个分立光源必须与对应的微柱透镜中心线对齐，否则不会有准直和定向效果，技术参数相当苛刻。而且，对于大面积连续整体发光的面光源，该方法也不能实现准直和定向效果。
飞利浦公司申请的美国发明专利“Structured OLED with micro optics forgenerating directed light”(Patent No.US 8,125,138B2)公开了采用微柱透镜或微透镜阵列集成于分立的OLED光源出光表面，实现准直或定向出光。该发明专利与科技文献《Collimated light source using patterned organic light-emitting diodes andmicrolens》(Japanese Journal of Applied Physics,2010,49(4R),042101)的技术方案相近，仍然严格要求分立光源与对应的微柱透镜或微透镜中心对齐，否则也不能有准直和定向效果。同样，也不能实现对整体发光的面光源的准直和定向调控。
因此，鉴于OLED的蓬勃发展趋势以及汽车尾灯和前照明灯等对定向OLED光源的巨大潜在需求，有必要提出新的技术途径实现对整体发光的OLED面光源的准直和定向调控。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种定向出光有机发光二极管，可实现对整体发光的OLED面光源的定向调控，实现高效定向出光，在汽车尾灯和前照明灯等产业领域具有广泛的应用前景；本发明的另一目的是提出该定向出光有机发光二极管的制备方法，与OLED的热蒸镀和溶液旋涂工业化制备工艺相兼容，成本低廉，制备工艺简便。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种定向出光有机发光二极管，包括从上至下依次设置的分立微柱透镜阵列、基底、第一电极、第一传输层、发光层、第二传输层和背电极；其中，所述的第一传输层和第二传输层为空穴传输层或电子传输层。
所述的分立微柱透镜阵列的周期P为70～300μm，占空比为0.5～1，透镜孔径W为30～150μm，球冠高度R为30～120μm，分立微柱透镜阵列的底部厚度D为50～800μm。
所述的分立微柱透镜阵列的透镜孔径W与长度H比为1～1.5。
所述的分立微柱透镜阵列在二维平面内的至少一个方向上成周期性排列。
所述的一种定向出光有机发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
S1，通过光刻技术制备分立微柱透镜光刻胶模板；
S2，在所述的分立微柱透镜光刻胶模板上制备分立微柱透镜柔性模板；
S3，制备有机发光二极管；
S4，通过紫外纳米压印方法在所述的有机发光二极管出光表面制备分立微柱透镜阵列。
步骤S1中，所述的光刻技术为掩模光刻技术或数字掩模光刻技术。
步骤S2中，所述的分立微柱透镜柔性模板材质是聚二甲硅氧烷或全氟聚醚。
步骤S3中，制备所述的有机发光二极管的方法是热蒸镀或者是溶液旋涂。
步骤S4中，所述的分立微柱透镜阵列的材料是紫外光固化胶。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种定向出光有机发光二极管，通过紫外软纳米压印技术在OLED基底构建分立微柱透镜阵列在整体发光的、连续的OLED面光源上实现定向出光调制，分立微柱透镜阵列排布和形貌可根据定向出光要求进行定制，更具灵活性，克服了现有微柱透镜阵列仅能针对分立条状光源实现准直或定向调制的固有缺陷；本发明的制备方法，分立微柱透镜的制备工艺与OLED的热蒸镀和溶液旋涂工业化制备工艺相兼容，成本低廉，制备工艺简便，在汽车尾灯和前照明灯等领域有潜在的应用价值，具备很好的实用性。
附图说明
图1是定向出光OLED结构示意图；
图2是实施例的制备步骤示意图；
图3是实施例的制备步骤示意图；
图4是实施例一的分立微柱透镜阵列的俯视图；
图5是实施例一的OLED器件光场强度与视角曲线测试图；
图6是实施例二的分立微柱透镜阵列的俯视图；
图7是实施例二的OLED器件光场强度与视角曲线测试图；
图8是实施例三的分立微柱透镜阵列的俯视图；
图9是实施例三的OLED器件水平视场和垂直视场曲测试图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种定向出光有机发光二极管及其制备方法进行详细描述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
此外，应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1-4所示，一种定向出光有机发光二极管，包括从上至下依次设置的分立微柱透镜阵列1、基底2、第一电极3、第一传输层4、发光层5、第二传输层6和背电极7；其中，第一传输层4和第二传输层6为空穴传输层或电子传输层。
其中，分立微柱透镜阵列1的周期P为70～300μm，占空比为0.5～1，透镜孔径W为30～150μm，球冠高度R为30～120μm，分立微柱透镜阵列1的底部厚度D为50～800μm，分立微柱透镜阵列1的透镜孔径W与长度H比为1～1.5，分立微柱透镜阵列1在二维平面内的至少一个方向上成周期性排列。
一种定向出光有机发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
S1，通过光刻技术制备分立微柱透镜光刻胶模板；
S2，在分立微柱透镜光刻胶模板上制备分立微柱透镜柔性模板；
S3，制备有机发光二极管；
S4，通过紫外纳米压印方法在有机发光二极管出光表面制备分立微柱透镜阵列。
步骤S1中，光刻技术为掩模光刻技术或数字掩模光刻技术。
步骤S2中，分立微柱透镜柔性模板是聚二甲硅氧烷(PDMS:Polydimethylsiloxane)或全氟聚醚(PFPE:Perfluoropolyethers)。
步骤S3中，制备有机发光二极管的方法是热蒸镀或者是溶液旋涂。
步骤S4中，分立微柱透镜阵列1的材料是紫外光固化胶。
实施例1
如图1-5所示，一种定向出光有机发光二极管结构的制备方法，包括如下步骤：
S1，通过光刻技术制备分立微柱透镜光刻胶模板。以清洁玻璃为基底，旋涂厚度为200μm光刻胶，烘干后。为了实现OLED定向出光，关键是制备出合适的分立微柱透镜阵列1。设置的分立微柱透镜阵列1数字掩模版的具体参数如下：周期P为300μm，占空比为0.5，透镜孔径W为150μm，球冠高度R为120μm，分立透镜孔径W与长度H比为1.5，分立微柱透镜阵列1在二维平面(xy平面)的y方向成周期性排列，在x方向是非周期性排列。接着按照中国发明专利(公开号103472683A)的公开的“一种利用数字掩模制作曲面微透镜阵列的方法”制备出分立微柱透镜阵列1；
S2，制备分立微柱透镜柔性模板。将全氟聚醚(PFPE:perfluoropolyethers，Dowcorning)均匀涂布在分立微柱透镜光刻胶模板表面，用波长为395nm，光强为500mJ/cm2光照20s后，脱模获得全氟聚醚柔性模板；
S3，制备有机发光二极管。以玻璃为基底2，以ITO为OLED器件的第一电极3，首先将ITO玻璃基片放入超声水浴中，分别用丙酮、无水乙醇和去离子水作为溶剂依次清洗15min，在烘箱中干燥该玻璃衬底。接着将处理好的ITO玻璃放入蒸发仪的真空蒸镀舱中，关闭舱门，抽真空。当舱体的真空度达到4×10-4Pa时进行热蒸镀，蒸发速率控制在依次蒸发有机材料：第一传输层4(电子传输层)(N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB，厚度为30nm))，发光层5(磷光主体材料4'-Bis(9H-carbazol-9-yl)biphenyl(简称:CBP)，掺杂了质量百分比为8％的客体磷光材料Bis(2-Phenylpyridine)(Acetylacetonate)Iridium(Iii)(简称：Ir(ppy)2(acac)，厚度为20nm)，第二传输层6(空穴传输层)(1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯，简称：TPBi，厚度为40nm)。然后将蒸发速率调整到蒸发1nm厚的氟化锂和100nm厚的金属铝Al作为背电极7，从而完成面积是1cm×1cm的OLED器件制备；
S4，通过紫外纳米压印方法在有机发光二极管出光表面制备分立微柱透镜阵列1。OLED经封装后，在OLED器件的玻璃基底2上涂布紫外光固化胶(NOA63，3M Company)，将步骤S2中制备的全氟聚醚柔性模板放置于紫外光固化胶表面，施加1bar压力的同时，用波长为395nm，光强为500mJ/cm2光照30s后，移除全氟聚醚柔性模板，从而在OLED器件玻璃基底2上制备出分立微柱透镜阵列1，分立微柱透镜阵列1底部厚度D为800μm。至此，完成一种定向出光OLED器件的制备。
如图5所示，测试实施例1制备的定向出光OLED器件在y方向出射光场强度与视角关系曲线，并与无分立微柱透镜进行比较。从对比测试结果容易看出，定向OLED器件的光场主要被约束在40度视场范围内，实现了定向聚焦功能。
实施例2
一种定向出光有机发光二极管结构的制备方法，包括如下步骤：
S1，通过光刻技术制备分立微柱透镜光刻胶模板。以清洁玻璃为基底2，旋涂厚度为300μm光刻胶，烘干后。采用中国发明专利(公开号103969941A)“掩膜版及其制备方法和图形化方法”制备分立微柱透镜掩模版，将分立微柱透镜掩模版置于光刻胶表面，采用波长为351nm的激光器曝光，在1.5％浓度的NaOH溶液中显影后，加热到120摄氏度，然后缓慢冷却，制备出分立微柱透镜光刻胶模板(参见附图6)。分立微柱透镜阵列1周期P为70μm，占空比为0.7，透镜孔径W为30μm，球冠高度R为30μm，分立透镜孔径W与长度H比为1.2；
S2，制备分立微柱透镜柔性模板。将抽真空处理后的聚二甲基硅氧烷PDMS(polydimethylsiloxane，Dow corning)涂布在分立微柱透镜光刻胶模板表面，放入到真空加热箱中，加热到100摄氏度的同时保持真空度小于10Pa，1小时后脱模，制备出PDMS柔性模板，分立微柱透镜阵列1被转移到该柔性模板上；
S3，制备有机发光二极管。重复实施例1的工艺步骤，制备出整体连续发光面积为1cm×1cm的OLED器件；
S4，通过紫外纳米压印方法在有机发光二极管出光表面制备分立微柱透镜阵列1。OLED经封装后，在OLED器件的玻璃基底2上涂布紫外光固化胶(D10,PhiChem)，将步骤S2中制备的PDMS柔性模板放置于紫外光固化胶表面，施加3bar压力的同时，用波长为395nm，光强为500mJ/cm2光照40s后，移除柔性模板，从而在OLED器件玻璃基底2上制备出分立微柱透镜阵列1，分立微柱透镜阵列1底部厚度D为50μm。
如图7所示，测试实施例2制备的定向出光OLED器件在x方向出射光场强度与视角关系曲线，并与无分立微柱透镜进行比较。从测试曲线可以看出，定向OLED器件的光场主要被约束在35度视场范围内，实现了类似准直光的定向效果。
实施例3
一种定向出光有机发光二极管结构的制备方法，包括如下步骤：
S1，通过光刻技术制备分立微柱透镜光刻胶模板。重复实施例2的步骤，制备出分立微透镜光刻胶模板。如图8所示，分立微柱透镜阵列1周期P为200μm，占空比为1，透镜孔径W为150μm，球冠高度R为100μm，分立透镜孔径W与长度H比为1；
S2，制备分立微柱透镜柔性模板。重复实施例1步骤，制备出全氟聚醚柔性模板；
S3，制备有机发光二极管。在玻璃基底2上，以ITO作为第一电极3，在清洗烘干后的ITO表面旋涂60nm厚的PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)polystyrenesulfonate)作为第一传输层4(空穴传输层)，然后以2400r/min，滴注MEH:PPV(poly(2-methoxy,5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene)溶液作为发光层5，旋涂时间为40s。接着将基片蒸发仪的真空蒸镀舱中，热蒸镀3nm厚的Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)作为第二传输层6(电子传输层)，最后蒸镀1nm厚的氟化锂和100nm厚的金属铝Al作为背电极7，从而完成面积是1cm×1cm的OLED器件制备；
S4，通过紫外纳米压印方法在有机发光二极管出光表面制备分立微柱透镜阵列1。重复实施例1的步骤，改变压力为3.5bar，用波长为395nm，光强为500mJ/cm2光照20s后，移除全氟聚醚柔性模板，同样在OLED器件玻璃基底2上制备出分立微柱透镜阵列1，分立微柱透镜阵列1底部厚度D为100μm。至此，完成一种与溶液旋涂制备工艺兼容的定向出光OLED器件的制备。
如图9所示，测试实施例3制备的定向出光OLED器件在x和y方向出射光场强度与视角关系曲线，从测试结果看，定向OLED器件的光场在x和y方向均被有效压缩约束，在整个空间视场实现了定向聚焦功能。

Claims (9)

1.一种定向出光有机发光二极管，其特征在于：包括从上至下依次设置的分立微柱透镜阵列(1)、基底(2)、第一电极(3)、第一传输层(4)、发光层(5)、第二传输层(6)和背电极(7)；其中，所述的第一传输层(4)和第二传输层(6)为空穴传输层或电子传输层。
2.根据权利要求1所述的一种定向出光有机发光二极管，其特征在于：所述的分立微柱透镜阵列(1)的周期P为70～300μm，占空比为0.5～1，透镜孔径W为30～150μm，球冠高度R为30～120μm，分立微柱透镜阵列(1)的底部厚度D为50～800μm。
3.根据权利要求2所述的一种定向出光有机发光二极管，其特征在于：所述的分立微柱透镜阵列(1)的透镜孔径W与长度H比为1～1.5。
4.根据权利要求1所述的一种定向出光有机发光二极管，其特征在于：所述的分立微柱透镜阵列(1)在二维平面内的至少一个方向上成周期性排列。
5.权利要求1-4中任意一项所述的一种定向出光有机发光二极管的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，通过光刻技术制备分立微柱透镜光刻胶模板；
S2，在所述的分立微柱透镜光刻胶模板上制备分立微柱透镜柔性模板；
S3，制备有机发光二极管；
S4，通过紫外纳米压印方法在所述的有机发光二极管出光表面制备分立微柱透镜阵列(1)。
6.根据权利要求5所述的一种定向出光有机发光二极管的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述的光刻技术为掩模光刻技术或数字掩模光刻技术。
7.根据权利要求5所述的一种定向出光有机发光二极管的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述的分立微柱透镜柔性模板材质是聚二甲硅氧烷或全氟聚醚。
8.根据权利要求5所述的一种定向出光有机发光二极管的制备方法，其特征在于：步骤S3中，制备所述的有机发光二极管的方法是热蒸镀或者是溶液旋涂。
9.根据权利要求5所述的一种定向出光有机发光二极管的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述的分立微柱透镜阵列(1)的材料是紫外光固化胶。
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