CN108461650A - 准直出光的oled结构及其构成的器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机光电显示器件领域,公开了一种准直出光的OLED结构及其构成的器件,过渡层(2)设置在OLED层(1)的出光面上,菲涅尔透镜层(3)设置在过渡层上,且OLED层与菲涅尔透镜层具有共同的中心对称轴;菲涅尔透镜层由齿形环(3a)和基底(3b)组成,基底介于过渡层与齿形环之间,齿形环上具有偶数个齿牙,各齿牙的形状为1/4个椭球状,偶数个齿牙在中心对称轴两侧呈镜面对称设置,且各齿牙的弧面朝上、长平面朝下与基底贴合、短平面垂直于基底设置。与现有技术相比,本发明可实现有机发光二极管由朗伯体面光源到准直光源的转换,拓展有机发光二极管的功能和新的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及有机光电显示器件领域,特别涉及一种准直出光的OLED结构及其构成的器件。
背景技术
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, OLED) 是有机电子器件中较早问世的器件之一,具有自发光的特性,采用极薄的有机材料涂层,具有超薄、广视角、主动发光、反应时间快、低功耗、可制作大尺寸、与可弯曲的柔性基底相兼容等诸多优点,被业界普通认为是下一代平板显示和照明技术之一,并已在手机、平板电脑、电视等商业产品中得到了广泛应用并表现出了非常强劲的发展势头。然而,众所周知,常规平面多层OLED器件的光场分布是典型的朗伯型面光源,这就意味着常规的OLED器件是不能作为聚光或者准直光源使用的,比如汽车前照灯及尾灯、三维立体显示、液晶背光源以及探照灯等。因此,为了更好地开发并拓展OLED的应用领域,实现节能环保,有必要实现OLED器件的准直出光,以便促进新型准直光源的进步和应用。
中国发明专利《一种全息散斑结构有机发光二极管制作方法》(申请号201610140749.5)公布的一种全息散斑结构有机发光二极管可实现光束定向部分聚焦出光,但不能实现有机发光二极管的准直出光,因此与本发明有本质的不同。科技文献《Collimated Light Source Using Patterned Organic Light-Emitting Diodes andMicrolens》(Japanese Journal of Applied Physics 49(2010) 042101)在世界上首次报道了采用微米柱透镜阵列实现了分立有机发光二极管的在柱透镜的径向一维准直出光,然而并不能实现二维准直出光,显然与本发明也有本质的不同。中国发明专利《一种菲涅尔聚光透镜及菲涅尔聚光透镜的设计方法》(申请号201210048106.X)公布了一种聚光菲涅尔透镜结构及设计方法,然而并不适应于OLED器件的准直出光,因此也与本发明有本质的区别。
发明内容
发明目的:针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种准直出光的OLED结构及其构成的器件,通过结构化设计来实现有机发光二极管的准直出光,拓展有机发光二极管的功能和新的应用领域。
技术方案:本发明提供了一种准直出光的OLED结构,包括OLED层、过渡层和菲涅尔透镜层,所述过渡层设置在所述OLED层的出光面上,所述菲涅尔透镜层设置在所述过渡层上,且所述OLED层与所述菲涅尔透镜层具有共同的中心对称轴;所述菲涅尔透镜层由齿形环和基底组成,所述基底介于所述过渡层与所述齿形环之间,所述齿形环上具有偶数个齿牙,各齿牙的形状为1/4个椭圆球状,偶数个齿牙在中心对称轴两侧呈镜面对称设置,且各齿牙的弧面朝上、长平面朝下与基底贴合、短平面垂直于基底设置。
优选地,所述的基底的厚度H为3~9 mm,所述的齿形环的每个齿牙的宽度W均为0.1~1.0 mm。
优选地,所述菲涅尔透镜层的面积与所述OLED层的面积比为5~10:1。菲涅尔透镜层的作用是将OLED层产生的光聚焦在一个点上,提高OLED结构的发光强度,将菲涅尔透镜层的面积与OLED层的面积比为5~10,能够更加有效地将OLED层产生的光聚焦到一个点上。
优选地,所述菲涅尔透镜层的折射率为1.4~2.0。
优选地,所述过渡层的厚度为0.1~2 mm。
进一步地,所述OLED层依次由基片、第一电极层、第一电荷传输层、发光层、第二电荷传输层和第二电极层依次层叠而成。
优选地,所述过渡层为空气层;或者,所述过渡层由在可见光范围内折射率小于1.5的透明材料制成。
本发明还提供了一种由所述的准直出光的OLED结构组成的准直出光的OLED器件,该器件具有至少一个所述准直出光的OLED结构。
优选地,若所述OLED器件具有两个及以上所述OLED结构,则各所述OLED结构呈随机性分布或周期性阵列分布。
优选地,所述OLED结构为矩形或圆形。
有益效果:本发明中的准直出光的OLED结构及其构成的器件,在OLED层设置过渡层和通过设计优化的菲涅耳透镜层,菲涅尔透镜层中呈镜面对称设计的齿形环中1/4椭球状的齿牙对OLED层发射的光线具有折射透射作用,对光线的传播方向进行调整,实现有机发光二极管由朗伯体面光源到准直光源的转换,拓展有机发光二极管的功能和新的应用领域,可应用于汽车前后尾灯、聚光灯、液晶背光、三维立体显示及通讯等领域。
附图说明
图1是本发明准直出光的OLED结构的示意图;
图2是本发明OLED层的结构示意图;
图3是本发明实施方式1中准直出光的绿光OLED器件的归一化亮度增强比的极坐标曲线图;
图4是本发明实施方式2中准直出光的红光OLED器件的俯视结构示意图;
图5是本发明实施方式2中准直出光的红光OLED器件的归一化亮度增强比曲线图;
图6是本发明实施方式3中准直出光的蓝光OLED器件的俯视结构示意图;
图7是本发明实施方式3中准直出光的蓝光OLED器件的归一化亮度增强比曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
本发明提出的准直出光的OLED结构的结构示意图参见附图1。该OLED结构中包括OLED层1、过渡层2和菲涅尔透镜层3,在OLED层1出光面上设过渡层2,在过渡层2上设有菲涅尔透镜层3,过渡层2的厚度为0.1~2 mm,过渡层2是空气层或者是可见光范围内折射率小于1.5的透明材料,当过渡层为空气层时,菲涅尔透镜层通过支架固定在底部的OLED层上,过渡层(即空气层)位于菲涅尔透镜层与OLED层之间;菲涅尔透镜层3的折射率为1.4~2.0,菲涅尔透镜层3由齿形环3a和基底3b组成,齿形环3a上具有偶数个齿牙,各齿牙的形状为1/4个椭圆球状,偶数个齿牙在中心对称轴两侧呈镜面对称设置,且各齿牙的弧面朝上、长平面朝下与基底3b贴合、短平面垂直于基底3b设置;其中,齿形环中每个齿牙的宽度W(即长平面的长度)均为0.1~1.0 mm, 基底3b的厚度H为3~9 mm;菲涅尔透镜层3的面积与OLED层1的面积的比值为5~10,OLED层1与菲涅尔透镜层3的中心轴线是对齐的,即二者同轴设置。参见附图2,OLED层1由基片1a、第一电极层1b、第一电荷传输层1c、发光层1d、第二电荷传输层1e和第二电极层1f组成,为矩形或者圆形。
实施方式1:
附图1和附图2所示,本实施方式提供了一种由一个上述准直出光的绿光(发光峰为520nm)OLED结构构成的准直出光的绿光OLED器件,在此器件中,OLED结构中的菲涅尔透镜层采用折射率为1.46的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成,面积为5 mm2,其中的齿形环3a中各齿牙的宽度W均为0.1 mm,基底3b的厚度H为3 mm;菲涅尔透镜层3的制作采用本领域公知的纳米激光切割的方法在聚对苯二甲酸乙二醇酯表面制备。OLED层中,基片1a是玻璃,第一电极1b是ITO,第一电荷传输层1c是4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(BPhen,30 nm),发光层1d是三(8-羟基喹啉)铝(Alq3,30 nm),第二电荷传输层1e是N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB,30 nm),第二电极层1f是MoO3(5 nm)/Ag(100 nm)的复合电极。
本实施方式中绿光OLED结构的制备:将清洗干净的基片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4×10-4 Pa时进行蒸镀BPhen、Alq3和NPB,蒸发速率调整并保持在2-4 Å/s,然后将蒸发速率控制在4Å/s蒸镀MoO3和Ag,制备得到有效发光面积是 0.5 mm2的绿光OLED层1;然后将菲涅尔透镜层3置于OLED层1上并留有0.1 mm空气缝作为过渡层2,完成准直出光的OLED结构(即准直出光的OLED器件)的制备。
为了更清晰阐释本发明的突出优点,在相同条件下还制备了无过渡层2和菲涅尔透镜层3的常规OLED器件作为参考(具体结构为:ITO/ /BPhen(30 nm)/Alq3(30 nm)/ NPB(30 nm)/ MoO3(5 nm)/Ag(100 nm))。
参见附图3,给出了本实施方式中准直出光的OLED器件与常规OLED器件的归一化亮度增强比的极坐标测试曲线图。从图中可以看出,常规OLED器件的在0Ο到180Ο视场内是朗伯体面光源;与其形成鲜明对比的是,有菲涅尔透镜3和空气缝作为过渡层2的OLED器件(即本实施方式中的准直出光的OLED器件)的出射光强被集中在正负7Ο视场内,在90Ο正视场的亮度增强比达到14.6,实现了准直出光。
实施方式2:
本实施方式提供了一种由三个完全相同且随机分布的矩形准直出光的红光(发光峰为620 nm)OLED结构(1-1,1-2和1-3)构成的准直出光的红光OLED器件,参见附图4所示。在此器件中,OLED结构中的菲涅尔透镜层采用折射率为1.7的石英,面积为8 mm2,其中的齿形环3a中各齿牙的宽度W均为1 mm,基底3b的厚度H为6 mm。菲涅尔透镜层3的制作采用本领域公知的聚焦离子束刻蚀方法在聚石英表面制备。OLED层中,基片1a是聚对苯二甲酸乙二醇酯,第一电极1b是ITO,第一电荷传输层1c是NPB (40 nm),发光层1d 是4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran(DCJTB)掺杂3 wt%的Alq3(20 nm),第二电荷传输层1e是Alq3 (40 nm),第二电极层1f是LiF(0.5 nm)/Ag(100 nm)的复合电极。
在同实施方式1相同的条件下一次性制备出三个完全相同、随机分布、有效发光面积为 1 mm2的矩形红光OLED层,然后同时在各OLED层1上涂敷折射率为1.5、厚度为1 mm的光纤匹配液作为过渡层2,最后,将三个菲涅尔透镜层3分别置于各OLED层上方的过渡层上,并保证各菲涅尔透镜层与对应的OLED层同轴设置,完成准直出光的红光OLED器件的制备。
为了更清晰阐释本发明的突出优点,我们在相同条件下还制备了无过渡层2和菲涅尔透镜层3的常规OLED器件作为参考(具体结构为:ITO/NPB (40 nm)/DCJTB:Alq3(3wt%, 20 nm)/Alq3 (40 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm))。
参见附图5,给出了本实施方式中准直出光的红光OLED随机矩形单元阵列器件与常规OLED器件的归一化亮度增强比的极坐标测试曲线图。从图中可以看出,常规OLED器件的在0Ο到180Ο视场内是朗伯体面光源。而红光OLED随机矩形单元阵列器件的光强集中在正负13Ο视场内,在90Ο正视场的亮度增强比达到12.2,实现了准直出光。
实施方式3:
参见附图6所示,本实施方式提供了一种由四个完全相同且周期性分布的圆形准直出光的蓝光(发光峰为620 nm)OLED结构(1-1,1-2,1-3和1-4)构成的准直出光的蓝光OLED器件,参见附图4所示。在此器件中,OLED结构中的菲涅尔透镜层采用折射率为1.5的石英,面积为20 mm2,其中的齿形环3a中各齿牙的宽度均为1 mm,基底3b的厚度为9 mm。菲涅尔透镜层3的制作采用本领域公知的聚焦离子束刻蚀方法在聚石英表面制备。OLED层中,基片1a是玻璃,第一电极(1b)是ITO,第一电荷传输层1c是Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexan(TAPC, 45 nm),发光层1d 是1,3-二咔唑-9-基苯 (mCP) 掺杂8 wt%的Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium (III) (Firpic,20nm),第二电荷传输层1e是1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene (TmPyPb,35 nm),第二电极层1f是LiF(0.5 nm)/Al(100 nm)的复合电极。
在同实施方式1相同的条件下一次性制备出四个完全相同、周期性分布、有效发光面积为 1.44 m2的圆形蓝光OLED层1,然后同时在各OLED层1上涂敷折射率为1.4、厚度为2mm的光纤匹配液作为过渡层2,最后,将四个菲涅尔透镜层3分别置于各OLED层上方的过渡层上,并保证各菲涅尔透镜层与对应的OLED层同轴设置,完成准直出光的蓝光OLED器件的制备。
为了更清晰阐释本发明的突出优点,我们在相同条件下还制备了无过渡层2和菲涅尔透镜层3的常规OLED器件作为参考(具体结构为:ITO/TAPC (45 nm)/mCP:Firpic (8wt%, 20nm)/TmPyPb (35 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm))。
参见附图7, 给出了本实施方式中准直出光的蓝光OLED周期性圆形单元阵列器件与常规OLED器件的归一化亮度增强比的极坐标测试曲线图。从图中可以看出,与常规OLED器件相比,蓝光OLED周期性圆形单元阵列器件的光强集中在正负14Ο视场内,在90Ο正视场的亮度增强比达到20.5,半峰全宽(11.5Ο) ,实现了高效准直出光。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种准直出光的OLED结构,其特征在于,包括OLED层(1)、过渡层(2)和菲涅尔透镜层(3),所述过渡层(2)设置在所述OLED层(1)的出光面上,所述菲涅尔透镜层(3)设置在所述过渡层(2)上,且所述OLED层(1)与所述菲涅尔透镜层(3)具有共同的中心对称轴;所述菲涅尔透镜层(3)由齿形环(3a)和基底(3b)组成,所述基底(3b)介于所述过渡层(2)与所述齿形环(3a)之间,所述齿形环(3b)上具有偶数个齿牙,各齿牙的形状为1/4个椭球状,偶数个所述齿牙在所述中心对称轴两侧呈镜面对称设置,且各所述齿牙的弧面朝上、长平面朝下与所述基底(3b)贴合、短平面垂直于所述基底(3b)设置。
2.根据权利要求1所述的准直出光的OLED结构,其特征在于,所述的基底(3b)的厚度H为3~9 mm,所述齿形环(3a)中的每个齿牙的宽度W均为0.1~1.0 mm。
3.根据权利要求1所述的准直出光的OLED结构,其特征在于,所述菲涅尔透镜层(3)的面积与所述OLED层(1)的面积比为5~10:1。
4.根据权利要求1所述的准直出光的OLED结构,其特征在于,所述菲涅尔透镜层(3)的折射率为1.4~2.0。
5.根据权利要求1所述的准直出光的OLED结构,其特征在于,所述过渡层(2)的厚度为0.1~2 mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的准直出光的OLED结构,其特征在于,所述OLED层(1)依次由基片(1a)、第一电极层(1b)、第一电荷传输层(1c)、发光层(1d)、第二电荷传输层(1e)和第二电极层(1f)依次层叠而成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的准直出光的OLED结构,其特征在于,所述过渡层(2)为空气层;或者,所述过渡层由在可见光范围内折射率小于1.5的透明材料制成。
8.一种由权利要求1至7中任一项所述的准直出光的OLED结构组成的准直出光的OLED器件,其特征在于,所述OLED器件具有至少一个所述准直出光的OLED结构。
9.根据权利要求8所述的准直出光的OLED器件,其特征在于,若所述OLED器件具有两个及以上所述OLED结构,则各所述OLED结构呈随机性分布或周期性阵列分布。
10.根据权利要求9所述的准直出光的OLED器件,其特征在于,所述OLED结构为矩形或圆形。
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