CN112768620A - 光取出基板和高效电致发光器件 - Google Patents

光取出基板和高效电致发光器件 Download PDF

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CN112768620A CN202110028008.9A CN202110028008A CN112768620A CN 112768620 A CN112768620 A CN 112768620A CN 202110028008 A CN202110028008 A CN 202110028008A CN 112768620 A CN112768620 A CN 112768620A
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吕宜璠
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Abstract

本发明提供了一种光取出基板，包括基底（10）和位于基底上的光取出层（20），其中光取出层由纳米颗粒（21）和载体（22）组成。本发明还提供了含有光取出基板的高出光效率的电致发光器件，本发明具有如下技术效果：本发明具有能够对困于器件内部的基板模式，波导模式和表面等离子极化模式的光进行提取的功能，从而实现了超高光效的器件制备。与此同时，器件还具有很高的稳定性，不会出现短路或者漏电现象。基于这种高光取出基板和器件的实现，以OLED为典型的电致发光器件弥补了光效不足的缺陷而达到LED光源的光效，加上OLED光源不需要额外的导光板等的辅助，因此OLED灯具最终的效率则会大大超过LED，OLED照明进入通用市场得以成为现实。

Description

光取出基板和高效电致发光器件
技术领域
本发明涉及一种光取出基板和高效电致发光器件，属于电致发光器件技术领域。
背景技术
电致发光器件区别于光致发光器件，指的是通过将电流施加到器件中，电子和空穴复合成激子之后跃迁到基态的过程中能量以光的形式释放出来的过程。整个过程是一个电转光的过程，根据发光材料的不同，电致发光器件有可以分成有机电致发光器件(OLED)、量子点发光器件(QLED)、钙钛矿发光器件等无机发光器件以及它们的相互混合的电致发光器件。无论哪种电致发光器件，器件结构都大体类似，根据光从阳极或者阴极出射的不同电致发光器件又可以分为底发光器件和顶发光器件。对于底发光的器件发光材料发光后，光从发光层传输到透明阳极再通过基板发射出来，整个传输路径中传输介质的折射率越来越小。当光的入射角大于临界角的时候光就会在两种介质界面发生全反射，最终光以基板模式，波导模式被困于器件内部最终被材料吸收或以热能的形式释放出去，从而大大降低了器件的发光效率并降低了器件的寿命。值得一提的是，除了基板模式和波导模式的光，还有一部分光通过表面等离子极化模式损失掉。表面等离子极化模式指的是器件阴极的金属薄膜表面的自由电子存在离子振荡并产生垂直和平行界面的分电场，而横向电场与光子发生耦合使得光沿着金属表面传播而被困在器件内部不能被有效利用。
现有技术只能提取部分基板和波导模式的光，例如CN108987606A中的技术方案只能提取基板模式的光，而CN201210011747.8，CN201210020441.9中的技术方案只能提取基板和波导模式的光。
因此，利用现有技术制备的电致发光器件的效率还不够高，现有技术需要改善。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种光取出基板和高效电致发光器件。
本发明的技术构思在于打破现有所有散射型光取出膜需要表面平整表面的常规思维，而将散射薄膜层的上表面做成岛状结构，从而既能够提取基板模态，波导模态的光也能够提取表面等离子极化模态的光，最终获得很高的光效。而对于岛状结构容易造成器件漏电和短路的情况，则通过湿法工艺加工去尖峰层来巧妙地消除透明阳极上的存在的尖峰放电现象。
本发明的技术方案如下：
一种光取出基板，包括基底(10)和位于基底上的光取出层(20)，其中光取出层由纳米颗粒(21)和载体(22)组成。
优选地，
所述的基底(10)的材料选自玻璃或者塑料。所述的塑料选自聚亚酰胺薄膜，聚酯薄膜，聚乙烯薄膜，聚丙烯薄膜，聚氯乙烯薄膜，聚苯乙烯薄膜，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物薄膜中的一种。
所述的纳米颗粒(21)粒径范围为200nm-350nm。所述的纳米颗粒(21)选自氧化钼，氧化锆，氧化铝，氧化锑，氧化钛，氧化铌，氧化钇，氧化钒，氧化钪中的一种或多种的混合物。
所述的载体(22)为UV固化或热固化聚合物。所述的载体(22)材料选自聚酯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚中的一种或多种的混合物。或者所述的载体(22)材料为聚亚酰胺。
所述的光取出基板，还包括用于改善薄膜性能的添加剂，所述的性能选自耐候性、抗氧化性、耐高温性能、抗黄变性能、纳米颗粒在载体中的分散性中的任意一种或几种。
所述的光取出层(20)的最上表面有随机分布的小岛结构。所述的小岛结构中含有纳米颗粒。
所述的光取出层(20)中的纳米颗粒的体积占整个光取出层的体积比小于0.7。
所述的基板中的纳米颗粒膜厚度小于1.3um。
所述的基板还包括用于保护基板表面的保护膜或者离型保护膜。
所述的基板还包括在基底上表面用于增强基底与光取出层之间粘附力的粘结层。
含有上述光取出基板的高出光效率的电致发光器件，所述的电致发光器件依次包括光取出基板、阳极(30)、去尖峰层(40)、发光层(50)和阴极(60)；
其中，
所述的光取出基板，用于承载整个电致发光器件结构和进行光取出；
所述的阳极用于导电并将正电荷施加到发光层；
所述的去尖峰层用于去除阳极表面的尖峰，防止器件通电过程中的尖端放电而导致短路或者漏电；
所述的发光层用于电致发光；
所述的阴极用于导电并将负电荷施加到发光层。
所述的阳极选自氧化铟锡，氧化锌，氧化铝，氧化硅，Ag，石墨烯以及他们的掺杂物或混合物。
所述的去尖峰层包括至少一层湿法制成的薄膜。所述的湿法制成选自旋涂、喷涂、刮涂、狭缝涂布、喷墨打印、丝网印刷、凸凹版印刷中的至少一种。
所述的去尖峰层的材料选自PEDOT:PSS、HATCN、TiOPc、m-MTDATA、2-TNATA、CuPc中的一种或其掺杂物。
所述的发光层包括发光材料、空穴注入材料、空穴传输材料、空穴阻挡材料、电子注入材料、电子传输材料、电子阻挡材料、价电产生材料中的至少一种。
所述的阴极材料选自镁，铝，锂，钙，铯，银中的一种或两种及以上的合金。
本发明的光取出基板的制备方法，可以是一步成膜而成，也可以通过压印等转印的方法制备而成。
所述的一步成膜包括如下步骤：
第一步，选取合适的载体，纳米和溶剂可以配置成溶液备用；
第二步，对所选的基底进行清洗工作，所述的清洗工作可以使用水洗、清洗液清洗、超声波清洗、二流体清洗或等离子清洗中的至少一种；
第三步，利用涂布设备将第一步配置好的溶液涂布成膜在所选基底上，为了获得涂布结束后的岛状结构，涂布之后的干燥过程非常重要。所述的干燥可以是红外干燥、风干或热板干燥。优选的，可以在涂布设备的正上方使用具有均匀气流的风机进行吹风。进一步的，可以使用高效过滤器对吹过的气体进行颗粒过率，保证气体不会污染薄膜的形貌和洁净度。进一步的，还可以增加除静电装置，去除吹风过程中可能产生的静电，从而可能导致的对薄膜分布的影响。优选的，所述的风干风速在0.3-0.5m/s；
第四步，对涂布完的薄膜进行固化工作，进一步的，如果所选载体为UV固化型材料则选用UV固化设备进行UV固化，若载体为热固化型材料则使用热板或者烘箱等进行热固化。
本发明的高光取出效率的电致发光器件的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：对准备好的光取出基板进行清洗工作，所述的清洗选自水洗、清洗液清洗、超声波清洗、二流体清洗或等离子清洗中的至少一种；
步骤二：在光取出基板上进行阳极的制备，所选的工艺为磁控溅镀设备，优选的所镀薄膜的厚度的范围为80nm-400nm；
步骤三：在镀有阳极层的光取出基板上进行去尖峰层的制备。本发明制备的光取出基板因为具有岛状结构的表面形貌结构导致镀完阳极之后薄膜表面容易形成尖峰。在这种情况下如果还是像传统工艺直接进行热蒸发镀膜进行发光器件的制备，结果器件很可能是会发生短路不亮或者有很严重的漏电现象导致制备的器件无法使用。因此步骤三的去尖峰层的涂布非常关键。尖峰层的材料一般选自高分子结构的溶液态空穴注入材料或者用合适的溶剂将小分子溶解成溶解。然后利用旋涂设备、喷涂设备、狭缝涂布、喷墨打印设备或凸凹版印刷等工艺进行薄膜的涂布。
步骤四：对去尖峰层进行干燥。去尖峰层的干燥过程也非常关键，如果干燥太慢则会造成液体自流动后的对薄膜进行了不需要的平坦化过程，平坦化之后薄膜表面的岛状结构形貌则会被破坏，从而导致最终无法对表面等离子极化模式的光进行提取。优选的，使用红外干燥进行干燥。所述的红外干燥结构位于薄膜正上方50cm附近处。
步骤五：对步骤四后的薄膜进行发光材料，阴极等的热蒸发镀膜。该过程为标准的蒸镀过程，这里不多赘述。
步骤六：对制备完的器件进行封装，所述封装选自UV胶封装，薄膜封装，玻璃粉激光封装等。封装完成后即完成了高光取出效率的电致发光器件的制备。
本发明具有如下技术效果：
本发明具有能够对困于器件内部的基板模式，波导模式和表面等离子极化模式的光进行提取的功能，从而实现了超高光效的器件制备。与此同时，器件还具有很高的稳定性，不会出现短路或者漏电现象。基于这种高光取出基板和器件的实现，以OLED为典型的电致发光器件弥补了光效不足的缺陷而达到LED光源的光效，加上OLED光源不需要额外的导光板等的辅助，因此OLED灯具最终的效率则会大大超过LED，OLED照明进入通用市场得以成为现实。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进一步地说明本发明的技术方案。
图1为带有保护膜的光取出基板结构图。
图2为光取出基板结构图。
图3为高光取出效率的电致发光器件结构图。
图4为普通的电致发光器件结构图。
图5为光取出基板的表面形貌图。
图6为电致发光器件的光谱图。
其中，10为基底，20为光取出层，21为纳米颗粒，22为载体，23为保护膜，30为阳极，40为去尖峰层，50为发光层，60为阴极。
具体实施方式
实施例1制备光取出基板和高光取出效率的电致发光器件
从图2可以看出，本发明的光取出基板包括基底(10)和位于基底上的光取出层(20)，其中光取出层由载体(22)和均匀分布在载体(22)中的纳米颗粒(21)组成。
基底(10)的材料为玻璃；
纳米颗粒(21)的材料为纳米氧化锆，纳米氧化锆的粒径为240nm；
载体(22)的材料为聚丙烯酸树脂；
所述的光取出层(20)的最上表面有随机分布的小岛结构，即载体(22)的最上表面有随机分布的小岛结构，小岛结构中也含有纳米颗粒(21)。
所述的光取出层(20)中的纳米颗粒的体积占整个光取出层的体积比为43.6％。
所述的基板中的光取出层(20)厚度是630nm。
另外，如图1所示，也可以在光取出基板加上保护膜(23)。加上保护膜(23)的光取出基板则可以实现在长距离运输过程中表面不被伤害，可以作为独立的成品进行各种商务行为和加工。保护膜(23)的材料为通用的PET离型膜，直接使用贴膜的方式贴附到光取出基板上。
高光取出效率的电致发光器件如图3所示，所述的电致发光器件依次包括上述的光取出基板、阳极(30)、去尖峰层(40)、发光层(50)和阴极(60)。
光取出基板和高光取出效率的电致发光器件的具体制备方法如下：
第一步，制备光取出基板
1)选取合适的载体，并且进行光取出层前驱溶液的配置。以丁酮为溶剂，氧化锆为散射纳米颗粒，聚丙烯酸树脂为载体，其中丁酮33g，氧化锆2g，聚丙烯酸树脂4g，配置好均匀稳定的溶液。所述聚丙烯酸树脂的买自激智科技，型号为UV7200。所述氧化锆纳米颗粒采购自Alfa Chemistry，CAS:1314-23-4。
2)选择玻璃基板，对所选的基底进行清洗工作，本实施例中选用清洗液清洗加超声波清洗，所述清洗液为通用碱性清洗液。
3)使用旋涂设备将光取出层前驱溶液均匀涂布在玻璃基板上，然后待溶剂挥发后进行UV固化。即可获得光取出基板待用。其中光取出基板的表面形貌图如图5所示。可以看出薄膜表面具有短程无序，长程分布相对均匀的岛状结构，小岛的高度的范围为150-360nm。
溶剂挥发过程是形成岛状结构的关键过程，本实施例使用风干对薄膜进行溶剂的去除，所述的风干的风速为0.36m/s，所述的风干的风机位于薄膜垂直上方50cm处。所述风干过程在室温环境下进行，该风干过程为快速风干，在整个薄膜没有完全流平的情况下进行了风干定型，从而获得了特殊的岛状表面结构。
4)对涂布完的薄膜进行固化工作，本实施例的载体为聚丙烯酸树脂，本实施例中选用UV固化进行固化。
第二步，制备阳极
1)对第一步制备好的光取出基板进行清洗工作，本实施例中选用大气等离子清洗进行清洗。
2)使用溅镀设备在光取出基板表面制备一层AZO薄膜，薄膜的厚度为95nm，透过率为88％@550nm，获得镀有阳极的光取出基板待用。所述的AZO为掺铝的氧化锌，本实施例制备AZO薄膜的靶材采购自广州尤特新材料有限公司，材料名称为氧化锌铝。
第三步，在镀有阳极层的光取出基板上进行去尖峰层的制备
配置去尖峰层溶液，以THF为溶剂，HATCN为溶质，配置好稳定的溶液备用，其中溶液的固含量为3％。使用刮涂的方式将液态薄膜均匀地涂布在步骤二的基板上，利用去静电风机对涂布完成的薄膜进行急速风干。此细节比较重要，风干速度太慢溶液破坏原本形成的岛状结构表面。然后，使用烘箱对基板进行烘烤取出残留的溶剂，获得涂有去尖峰层的光取出基板待用。HATCN采购自宁波卢米蓝新材料有限公司，CAS：105598-27-4。所述的急速风干的风速为5.3m/s，风机带有高效滤芯，所述高效滤芯用于过滤风干过程中可能产生的灰尘颗粒，高效过滤芯的表面距离薄膜表面的垂直高度为50cm。烘烤的温度为140℃，时间为20min。
第四步，对步骤四制成的薄膜进行OLED发光材料层和阴极的热蒸发镀膜
该过程为标准的蒸镀过程，依次蒸镀的材料为ITO/HATCN(50nm)/TAPC(40nm)/TCTA(10nm)/mCBP:BCz-TRz:RD54(10nm,18wt％,0.15wt％)/T2T(10nm)/ET64(50nm)/ET64:Li(10nm,2.5wt％)/TAPC:HI09(10nm,6wt％)/TAPC(50nm)/GH025:GD594:RD54(20nm,1:2wt％:0.2wt％)/ET64(50nm)/Liq(2nm)/Ag(150nm)。
其中，RD54，GH025，GD594，RD54和ET64都是买自宁波卢米蓝新材料有限公司；其它的材料都是通用材料。器件的制备除了HATCN使用第三步的湿法涂布，其它的材料都是使用OLED行业典型的蒸镀的方式制备而成。
第五步，对制备完的器件进行封装，封装完成后即完成了高光取出效率的电致发光器件的制备。本实施例中选用UV胶封装。
器件性能检测：
将含有本实施例的光取出层的器件与没有光取出层的器件的性能进行对照。其中100的器件如图3所示，器件中添加了本发明的光取出基板，200的器件结构如图4所示，没有使用本发明的光取出基板，而是直接在基底10上完成了阳极30、去尖峰层40，发光层50和阴极60的器件的制备，其中器件结构与本实施例第四步的器件结构相同。
器件的光谱图如图6所示，其中100为本实施例器件的光谱图，200为没有光取出层的器件的光谱图，可以看出本实施例器件在全光谱的光效都有所提高。
器件的光效率如表1所示，其中100为本实施例器件的光效率，200为没有光取出层的器件的光效率，可以看出本实施例器件的光效提高了原来的3倍左右。
表1
Figure BDA0002891026230000081
另外，如果有短路则器件不亮，效率为0，如果有漏电，效率则会很低，而表1中100结构的器件效率都非常高，说明本发明的器件不存在短路和漏电的现象。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (22)

1.一种光取出基板，其特征在于，包括基底（10）和位于基底上的光取出层（20），其中光取出层由纳米颗粒（21）和载体（22）组成。
2.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的基底（10）的材料选自玻璃或者塑料。
3.根据权利要求2所述的光取出基板，其特征在于，所述的塑料选自聚亚酰胺薄膜，聚酯薄膜，聚乙烯薄膜，聚丙烯薄膜，聚氯乙烯薄膜，聚苯乙烯薄膜，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物薄膜中的一种。
4.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的纳米颗粒（21）粒径范围为200nm-350nm。
5.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的纳米颗粒（21）选自氧化钼，氧化锆，氧化铝，氧化锑，氧化钛，氧化铌，氧化钇，氧化钒，氧化钪中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的载体（22）为UV固化或热固化聚合物。
7.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的载体（22）材料选自聚酯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的载体（22）材料为聚亚酰胺。
9.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，还包括用于改善薄膜性能的添加剂，所述的性能选自耐候性、抗氧化性、耐高温性能、抗黄变性能、纳米颗粒在载体中的分散性中的任意一种或几种。
10.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的光取出层（20）的最上表面有随机分布的小岛结构。
11.根据权利要求10所述的光取出基板，其特征在于，所述的小岛结构中含有纳米颗粒。
12.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的光取出层（20）中的纳米颗粒的体积占整个光取出层的体积比小于0.7。
13.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的基板中的纳米颗粒膜厚度小于1.3um。
14.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的基板还包括用于保护基板表面的保护膜或者离型保护膜。
15.根据权利要求1所述的光取出基板，其特征在于，所述的基板还包括在基底上表面用于增强基底与光取出层之间粘附力的粘结层。
16.含有权利要求1-15中任意一项所述光取出基板的高出光效率的电致发光器件，其特征在于，所述的电致发光器件依次包括光取出基板、阳极（30）、去尖峰层（40）、发光层（50）和阴极（60）；
其中，
所述的光取出基板，用于承载整个电致发光器件结构和进行光取出；
所述的阳极用于导电并将正电荷施加到发光层；
所述的去尖峰层用于去除阳极表面的尖峰，防止器件通电过程中的尖端放电而导致短路或者漏电；
所述的发光层用于电致发光；
所述的阴极用于导电并将负电荷施加到发光层。
17.根据权利要求16所述的高出光效率的电致发光器件，其特征在于，所述的阳极选自氧化铟锡，氧化锌，氧化铝，氧化硅，Ag，石墨烯以及他们的掺杂物或混合物。
18.根据权利要求16所述的高出光效率的电致发光器件，其特征在于，所述的去尖峰层包括至少一层湿法制成的薄膜。
19.根据权利要求18所述的高出光效率的电致发光器件，其特征在于，所述的湿法制成选自旋涂、喷涂、刮涂、狭缝涂布、喷墨打印、丝网印刷、凸凹版印刷中的至少一种。
20.根据权利要求18所述的高出光效率的电致发光器件，其特征在于，所述的去尖峰层的材料选自PEDOT:PSS、HATCN、TiOPc、m-MTDATA、2-TNATA、CuPc中的一种或其掺杂物。
21.根据权利要求16所述的高出光效率的电致发光器件，其特征在于，所述的发光层包括发光材料、空穴注入材料、空穴传输材料、空穴阻挡材料、电子注入材料、电子传输材料、电子阻挡材料、价电产生材料中的至少一种。
22.根据权利要求16所述的高出光效率的电致发光器件，其特征在于，所述的阴极材料选自镁，铝，锂，钙，铯，银中的一种或两种及以上的合金。
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