CN110429161A - 光学增透结构及底发射型电致发光器件和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学增透结构、电致发光器件及制备方法。该光学增透结构的光提取层采用Bi₂O₃材质制作成型，Bi₂O₃禁带宽度为2.8eV～3eV，可见光区域吸收较少，透过率高，且Bi₂O₃材质的折射率较高，对于不同的制备工艺，折射率一般为1.8～2.2，Bi₂O₃材质成膜时易形成小颗粒凸起的粗糙表面，因而光提取层的表面具有一定的粗糙度，这些粗糙表面的颗粒凸起可以作为散射单元，增强光的扩散，减弱全反射，提高出光率。因而，在透明阳极层与透明基板之间插入Bi₂O₃光提取层可以提高出光效率。且Bi₂O₃光提取层可以采用旋涂、磁控溅射或蒸镀等方法制备，工艺简单，成本低廉，成膜性好。

Description

光学增透结构及底发射型电致发光器件和制备方法

技术领域

本发明涉及电致发光技术领域，尤其是涉及一种光学增透结构及底发射型电致发光器件和制备方法。

背景技术

OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)等电致发光器件由于具有自发光、视角广、对比度高、低功耗、可实现柔性显示等优点，被应用于新一代手机屏幕、电脑显示器、全彩电视等领域，受到广泛关注。与传统LCD相比，该类电致发光器件无需背光，当电流通过有机功能层时，这些有机材料就能发光，从而大大降低了显示屏的厚度和能耗。

然而，传统的底发射型电致发光器件的出光效率很低，这是由于光直接由高折射率的阳极层射入玻璃基板，再由玻璃基板射入空气，在两个界面处发生全反射而大量损失。据估计，约60％的光被阳极层/玻璃基板的界面捕获，约20％的光被玻璃基板/空气的界面捕获，只有约20％的光能够透射出来，出光效率非常低。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高出光效率的光学增透结构及底发射型电致发光器件和制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下。

一种光学增透结构，包括透明基板、光提取层以及保护层；所述光提取层设于所述透明基板之上，所述光提取层的材质为Bi₂O₃，所述光提取层的远离所述透明基板一侧的表面为粗糙表面；所述保护层覆盖在所述光提取层的所述粗糙表面之上。

在其中一个实施例中，所述光提取层的厚度在20nm～200nm之间，所述粗糙表面具有随机分布的高度为3nm～10nm的颗粒凸起。

在其中一个实施例中，所述保护层包括蚀刻保护层以及平坦保护层；所述蚀刻保护层覆盖在所述光提取层之上以用于保护所述光提取层不受蚀刻液腐蚀；所述平坦保护层覆盖在所述蚀刻保护层之上，且所述平坦保护层的远离所述透明基板一侧的表面为平整的光滑表面。

在其中一个实施例中，所述蚀刻保护层的材质为Al₂O₃(三氧化二铝)、TiO₂(二氧化钛)、ZrO₂(二氧化锆)、Nb₂O₅(五氧化二铌)或HfO₂(二氧化铪)，厚度在10nm～50nm之间。

在其中一个实施例中，所述平坦保护层的材质为SiO(一氧化硅)、SiCO(碳氧化硅)或SiON(氮氧化硅)，厚度在50nm～500nm之间。

在其中一个实施例中，所述蚀刻保护层及所述平坦保护层的折射率均小于所述光提取层的折射率。

在其中一个实施例中，所述光提取层的折射率为1.8～2.2；

所述蚀刻保护层的材质为Al₂O₃，折射率为1.6～1.65；

所述平坦保护层的材质为SiON，折射率为1.7～1.9。

一种底发射型电致发光器件，包括透明阳极层、发光功能层、阴极层以及上述任一实施例所述的光学增透结构；所述透明阳极层设于所述光学增透结构中所述保护层之上，所述发光功能层位于所述透明阳极层之上，所述阴极层位于所述发光功能层之上。

在其中一个实施例中，所述发光功能层包括发光层，所述发光功能层还包括位于所述发光层与所述透明阳极层之间的空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层以及位于所述发光层与所述阴极层之间的空穴阻挡层、电子传输层和电子注入层中的至少一层。

一种底发射型电致发光器件，包括透明基板、透明阳极层、发光功能层、阴极层以及光提取层；所述透明阳极层、所述发光功能层以及所述阴极层依次层叠设置，所述光提取层设于所述透明基板与所述透明阳极层之间，所述光提取层的材质为Bi₂O₃，所述光提取层的朝向所述透明阳极层一侧的表面为粗糙表面。

一种上述任一实施例所述的光学增透结构的制备方法，包括如下步骤：

提供或制作透明基板；

在所述透明基板上形成一层Bi₂O₃作为光提取层，所述光提取层的远离所述透明基板一侧的表面为粗糙表面；

在所述光提取层的所述粗糙表面上形成覆盖所述光提取层的保护层，以保护所述光提取层不受蚀刻液腐蚀。

本发明的光学增透结构可以应用于电致发光器件中，如使用在电致发光器件的透明阳极层下，可以减少透明阳极层与透明基板之间的全反射，提高出光效率。具体地，光提取层采用Bi₂O₃材质制作成型，Bi₂O₃禁带宽度为2.8eV～3eV，可见光区域吸收较少，透过率高，且Bi₂O₃材质的折射率较高，对于不同的制备工艺，折射率一般为1.8～2.2，Bi₂O₃材质成膜时易形成小颗粒凸起的粗糙表面，因而光提取层的表面具有一定的粗糙度，这些粗糙表面的颗粒凸起可以作为散射单元，增强光的扩散，减弱全反射，提高出光率。因而，在透明阳极层与透明基板之间插入Bi₂O₃光提取层可以提高出光效率。且Bi₂O₃光提取层可以采用旋涂、磁控溅射或蒸镀等方法制备，工艺简单，成本低廉，成膜性好。

进一步，由于Bi₂O₃耐酸碱腐蚀性很差，而透明阳极层在图案化制作时往往要使用蚀刻液蚀刻，因此，为保证蚀刻时Bi₂O₃光提取层不受损伤，该光学增透结构在光学提取层之上覆盖一层保护层，这样可以保护光学提取层，使其不与蚀刻液接触而免受腐蚀，保证其光学性能不受影响。

附图说明

图1为本发明一实施例的电致发光器件的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一实施例的电致发光器件10包括透明基板100、光提取层200、保护层300、透明阳极层400、发光功能层500以及阴极层600。透明基板100、光提取层200、保护层300构成光学增透结构，用于提高电致发光器件10的出光效率。

透明基板100可以是柔性基板也可以是硬质基板。柔性基板如可以是PI(聚酰亚胺)材质的柔性基板，其可以采用旋涂与烘烤的工艺在硬质衬底上形成；质基板如可以是玻璃基板等。透明基板100的厚度在5μm～3000μm之间，透过率不小于90％。

光提取层200设于透明基板100之上。本实施例的光提取层200的材质为Bi₂O₃(氧化铋)，折射率为1.8～2.2，约为2。光提取层200的厚度可以在20nm～200nm之间。光提取层200远离透明基板100一侧的表面为粗糙表面。粗糙表面具有随机分布的高度为3nm～10nm的颗粒凸起(即表面粗糙度为3nm～10nm)。这些颗粒凸起可以作为散射单元，增强对光的扩散效果，从而可以减弱全反射，提高出光率。

保护层300覆盖在光提取层200之上以用于保护光提取层200不受蚀刻液腐蚀。

在一个具体的示例中，保护层300包括蚀刻保护层310以及平坦保护层320。其中，蚀刻保护层310覆盖在光提取层200之上以用于保护光提取层200不受蚀刻液腐蚀；平坦保护层320覆盖在蚀刻保护层310之上，且平坦保护层320的远离透明基板100一侧的表面为平整的光滑表面。

光提取层200的Bi₂O₃材质耐酸碱腐蚀性不强，因此，蚀刻保护层310采用耐酸碱腐蚀的材质制作，如可以是但不限于Al₂O₃(三氧化二铝)、TiO₂(二氧化钛)、ZrO₂(二氧化锆)、Nb₂O₅(五氧化二铌)或HfO₂(二氧化铪)等。蚀刻保护层310厚度可以在10nm～50nm之间。

由于光提取层200的表面为具有颗粒凸起的粗糙结构，蚀刻保护层310覆盖其上后，蚀刻保护层310仍会有少许针孔缺陷存在，这些缺陷如果继续保留，后续蚀刻形成透明阳极层400时，还是会有一些蚀刻液渗透进针孔中而腐蚀光提取层200。因此，在该具体示例中，在蚀刻保护层310上进一步形成一平坦保护层320。平坦保护层320优选为致密结构，位于蚀刻保护层310之上，可以填补蚀刻保护层310中的针孔缺陷，对内侧的光提取层200形成进一步的保护，并且平坦保护层320远离透明基板100一侧的表面为平整的光滑表面，这样可以平坦化整个光学增透结构的表面，便于后续透明阳极层600的附着。

平坦保护层320的材质可以是但不限于为SiO(一氧化硅)、SiCO(碳氧化硅)或SiON(氮氧化硅)，其厚度可以在50nm～500nm之间。

透明阳极层400可以是但不限于ITO(氧化铟锡)层，其厚度可以在50nm～200nm之间。

发光功能层500设于透明阳极层400之上，阴极层600设于发光功能层500之上。如图1所示，在一个具体的示例中，发光功能层500包括发光层510，此外，发光功能层500还包括位于发光层510与透明阳极层400之间的空穴注入层520、空穴传输层530、电子阻挡层540以及位于发光层510与阴极层600之间的空穴阻挡层550、电子传输层560和电子注入层570中的至少一层。发光功能层500的材质可以是但不限于有机发光材质或量子点发光材质等。阴极层600可以是但不限于Al电极等。

在一个具体的示例中，该电致发光器件10还包括防水氧封装结构等(图未示)。

不同材质的蚀刻保护层310和平坦保护层320的折射率不同，如Al₂O₃的折射率为1.6～1.65，TiO₂的折射率大于2，ZrO₂的折射率大于2，Nb₂O₅的折射率大于2，HfO₂的折射率大于2，SiO的折射率为1.45～1.55，SiCO的折射率为1.4～1.55，SiON的折射率为1.7～1.9。整个保护层300的折射率可以大于也可以小于光提取层200的折射率，只要保证光提取层200的表面为粗糙表面，即使保护层300的折射率大于光提取层200的折射率，相对于传统结构，整体结构因光提取层200的粗糙表面还是可以增强光的散射，降低全反射，提高光的透过率。

在一个优选的示例中，蚀刻保护层310及平坦保护层320的折射率均小于光提取层200的折射率。进一步优选地，光提取层200的折射率在1.8～2.2之间；蚀刻保护层310的材质选用Al₂O₃，折射率为1.6～1.65；平坦保护层320的材质选用SiON，折射率为1.7～1.9，SiON薄膜是一种非化学计量比的非晶化合物，其成膜性好，成膜温度低，可以填补蚀刻保护层310覆盖光学提取层200的缺陷。这样光提取层200可以与ITO材质的透明阳极层400的折射率相近，均在2左右，而蚀刻保护层310以及平坦保护层320以及空穴注入层520、空穴传输层530、电子阻挡层540等发光功能层500(折射率约为1.7)的折射率较低，这样从发光功能层500到透明阳极层400、保护层300和光提取层200，可以形成低折射率-高折射率-低折射率-高折射率的多重增透结构，进一步有利于提高整个器件10的光透过率。

在另一个实施例中，底发射型电致发光器件也可以包括透明基板、透明阳极层、发光功能层、阴极层以及光提取层，即底发射型电致发光器件不含有保护层结构。其中，透明阳极层、发光功能层以及阴极层依次层叠设置，光提取层设于透明基板与透明阳极层之间，光提取层的材质为Bi₂O₃，光提取层的朝向透明阳极层一侧的表面为粗糙表面，相应地，透明阳极层可以采用其他非蚀刻液蚀刻的工艺形成，如激光蚀刻等。

本发明一实施例还提供了一种光学增透结构的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一：提供或制作透明基板。

透明基板可以是柔性基板，也可以是硬质基板，对于柔性基板，其可以采用匀胶机旋涂的方式结合烘烤工艺在硬质衬底上形成，后续只要剥离该硬质衬底即可。

步骤二：在透明基板上形成一层Bi₂O₃作为光提取层，光提取层的远离透明基板一侧的表面为粗糙表面。

光提取层可以采用但不限于如旋涂、磁控溅射或蒸镀的方式制作成型。

步骤三：在光提取层上形成覆盖光提取层的保护层，以保护光提取层不受蚀刻液腐蚀。

保护层优选包括蚀刻保护层和平坦保护层。金属氧化材质的蚀刻保护层可以采用原子层沉积的方式在光提取层上形成。平坦保护层可以采用等离子体增强化学气相沉积的方式在蚀刻保护层上形成。

进一步，对于电致发光器件的制备，在获得上述光学增透结构之后，还可以继续采用磁控溅射等方式在保护层上沉积ITO等透明阳极层，经过强酸等工艺蚀刻形成阳极图案之后，可进一步可采用喷墨打印或蒸镀等方式在透明阳极层上形成各发光功能层和阴极，最后对得到的器件半成品进行封装即可。

本发明的光学增透结构的光提取层200采用Bi₂O₃材质制作成型，Bi₂O₃禁带宽度为2.8eV～3eV，可见光区域吸收较少，透过率高，且Bi₂O₃材质的折射率较高，对于不同的制备工艺，折射率一般为1.8～2.2，Bi₂O₃材质成膜时易形成小颗粒凸起的粗糙表面，因而光提取层200的表面具有一定的粗糙度，这些粗糙表面的颗粒凸起可以作为散射单元，增强光的扩散，减弱全反射，提高出光率。因而，在透明阳极层400与透明基板100之间插入Bi₂O₃光提取层200可以提高出光效率。且Bi₂O₃光提取层200可以采用旋涂、磁控溅射或蒸镀等方法制备，工艺简单，成本低廉，成膜性好。

进一步，由于Bi₂O₃耐酸碱腐蚀性很差，而透明阳极层400在图案化制作时往往要使用蚀刻液蚀刻，因此，为保证蚀刻时Bi₂O₃光提取层不受损伤，该光学增透结构在光学提取层200之上覆盖一层保护层300，这样可以保护光学提取层200，使其不与蚀刻液接触而免受腐蚀，保证其光学性能不受影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光学增透结构，其特征在于，包括透明基板、光提取层以及保护层；所述光提取层设于所述透明基板之上，所述光提取层的材质为Bi₂O₃，所述光提取层的远离所述透明基板一侧的表面为粗糙表面；所述保护层覆盖在所述光提取层的所述粗糙表面之上。

2.如权利要求1所述的光学增透结构，其特征在于，所述光提取层的厚度在20nm～200nm之间，所述粗糙表面具有随机分布的高度为3nm～10nm的颗粒凸起。

3.如权利要求1或2所述的光学增透结构，其特征在于，所述保护层包括蚀刻保护层以及平坦保护层；所述蚀刻保护层覆盖在所述光提取层之上以用于保护所述光提取层不受蚀刻液腐蚀；所述平坦保护层覆盖在所述蚀刻保护层之上，且所述平坦保护层的远离所述透明基板一侧的表面为平整的光滑表面。

4.如权利要求3所述的光学增透结构，其特征在于，所述蚀刻保护层的材质为Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、Nb₂O₅或HfO₂，厚度在10nm～50nm之间。

5.如权利要求3所述的光学增透结构，其特征在于，所述平坦保护层的材质为SiO、SiCO或SiON，厚度在50nm～500nm之间。

6.如权利要求3所述的光学增透结构，其特征在于，所述蚀刻保护层及所述平坦保护层的折射率均小于所述光提取层的折射率。

7.如权利要求3所述的光学增透结构，其特征在于，所述光提取层的折射率为1.8～2.2；

所述蚀刻保护层的材质为Al₂O₃，折射率为1.6～1.65；

所述平坦保护层的材质为SiON，折射率为1.7～1.9。

8.一种底发射型电致发光器件，其特征在于，包括透明阳极层、发光功能层、阴极层以及如权利要求1～7中任一项所述的光学增透结构；所述透明阳极层设于所述光学增透结构中所述保护层之上，所述发光功能层位于所述透明阳极层之上，所述阴极层位于所述发光功能层之上。

9.一种底发射型电致发光器件，其特征在于，包括透明基板、透明阳极层、发光功能层、阴极层以及光提取层；所述透明阳极层、所述发光功能层以及所述阴极层依次层叠设置，所述光提取层设于所述透明基板与所述透明阳极层之间，所述光提取层的材质为Bi₂O₃，所述光提取层的朝向所述透明阳极层一侧的表面为粗糙表面。

10.一种权利要求1～7中任一项所述的光学增透结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供或制作透明基板；

在所述透明基板上形成一层Bi₂O₃作为光提取层，所述光提取层的远离所述透明基板一侧的表面为粗糙表面；

在所述光提取层的所述粗糙表面上形成覆盖所述光提取层的保护层，以保护所述光提取层不受蚀刻液腐蚀。