CN116802819A - 光提取基板和包括光提取基板的有机发光装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种光提取基板，其设置在有机发光二极管(OLED)的前部部分以从所述OLED提取光。所述光提取基板包括：基底基板；以及光提取层，所述光提取层设置在所述基底基板上。所述光提取层包括基质层和分散在所述基质层中的BaTiO3光散射颗粒。所述基质层包含基于硅氧烷的有机‑无机杂化材料。一种有机发光装置包括：所述光提取基板；以及OLED，所述OLED设置在所述光提取基板的光提取层上。
Description
发明背景
相关申请的交叉引用
本申请根据专利法要求2020年12月4日提交的韩国专利申请序列号10-2020-0168990的优先权权益，所述申请的内容是本申请的依托并且以引用方式整体并入本文。
技术领域
本公开涉及一种光提取基板和包括光提取基板的有机发光装置，所述光提取基板被设置用于从有机发光装置中提取更大量的光。
背景技术
随着对有机发光二极管(OLED)的光提取效率的兴趣渐增，已积极开展针对内部或外部光提取层的研究。
由于OLED的结构限制，由此所生成的光的约20％可到达OLED的外部。为了克服这种低效率，正进行针对用于提取原本会在光学波导模式下损失的80％的光的光提取层的研究。
光提取层通常分为内部光提取层和外部光提取层。通过将包括多种结构的膜设置在基板的外表面上来提供外部光提取层。外部光提取层可方便地获得不显著依赖于结构的形状的光提取效果。然而，外部光提取层的光提取效果是有限的。内部光提取层提取原本会在光学波导模式下损失的光。因此，内部光提取层有利地具有比外部光提取层高得多的效率提高可能性。
为最大化OLED的光提取效率而形成的内部光提取层可位于OLED的基板与透明电极层之间。内部光提取层可以多种形式设置。
首先，可使用具有不同折射率的材料混合在其中的内部光提取层。这种层可提高光散射效果，从而提高光提取效率。在此方面，具有光波可利用的大小的光散射物质必须混合到内部光提取层中。颗粒、空隙等可用作光散射物质，并且可使用多种形状和材料来形成光散射物质。可使用在透明电极层中改变原本会在光学波导模式下损失的光的光路的使用高折射率材料的另一内部光提取层。可使用不仅减少光学波导效应而且减少表面等离子体效应的使用波纹的另一内部光提取层。
然而，即使在使用这种内部光提取层的情况下，也可能难以在相关技术有机发光装置中获得预期光效率。
发明内容
本公开的各种方面提供一种能够有效地提取原本会损失的光的光提取基板。
根据一个方面，提供一种光提取基板，所述光提取基板设置在有机发光二极管(OLED)的前部部分上以从所述OLED提取光。所述光提取基板可包括：基底基板；以及光提取层，所述光提取层设置在所述基底基板上。所述光提取层可包括基质层和分散在所述基质层中的BaTiO3光散射颗粒。
在一些实施方案中，所述基质层可包含基于硅氧烷的有机-无机杂化材料。
在一些实施方案中，所述BaTiO3光散射颗粒可分别对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光具有10％或更低的光吸收率。
在一些实施方案中，所述BaTiO3光散射颗粒可分别对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光具有7％或更低的光吸收率。
所述BaTiO3光散射颗粒可具有范围为90nm至1μm的平均颗粒大小。
在一些实施方案中，所述基质层的厚度是所述BaTiO3光散射颗粒的所述平均颗粒大小的至少两倍。
在一些实施方案中，所述基质层可分别对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光具有1％或更低的光吸收率。
在一些实施方案中，所述光提取层可对波长范围为380nm至420nm的光具有40％或更低的光吸收率，对波长范围为420nm至450nm的光具有15％或更低的光吸收率并且对波长范围为450nm至490nm的光具有10％或更低的光吸收率。
在一些实施方案中，所述光提取层可对波长范围为380nm至420nm的光具有30％或更低的光吸收率，对波长范围为420nm至450nm的光具有10％或更低的光吸收率，并且对波长范围为450nm至490nm的光具有10％或更低的光吸收率。
在一些实施方案中，所述光提取层可具有60％或更高的雾度。
根据另一方面，提供一种有机发光装置，其包括：如上所述的光提取基板；以及有机发光二极管(OLED)，所述有机发光二极管设置在所述光提取基板的所述光提取层上。
如上所阐述，本公开可提供一种能够有效地提取原本会损失的光的光提取基板。
本公开的方法和装置具有其他特征和优点，所述其他特征和优点根据附图将变得显而易见或在附图中进行更详细地阐述，所述其他特征和优点的公开内容并入本文并且在随后的具体实施方式中一起用于解释本公开的某些原理。
附图说明
图1是示出根据一个实施方案的有机发光装置的视图；并且
图2是示出根据实施方案的光提取基板的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本公开的实施方案进行详细地描述。
图1是示出根据一个实施方案的有机发光装置的视图。
如图1所示，有机发光装置可包括光提取基板和有机发光二极管(OLED)。光提取基板可包括基底基板100和设置在基底基板100上的光提取层200。OLED可设置在光提取层200上。OLED可包括设置在光提取层200上的阳极层300、设置在阳极层300上的有机层400以及设置在有机层400上的阴极层500。有机层400可包括发光层。在一些实施方案中，阳极层300可以是透明的。在一些实施方案中，阳极层300可包含透明导电氧化物，诸如铟锡氧化物(ITO)。在一些实施方案中，阴极层500可包含金属，诸如铝(Al)或银(Ag)。当通过两个电极层(即阳极层300和阴极层500)施加电流时，电子和空穴在有机层400的发光层中结合，从而生成光。从有机层发射的光通过光提取层离开OLED。虽然基于此机制的有机发光装置称为底部发射型有机发光装置，但本公开不必限于成为底部发射型有机发光装置。
图2是示出根据实施方案的光提取基板的视图。
如上所述，在一些实施方案中，光提取基板可包括基底基板100和光提取层200。基底基板100可以是玻璃基板或聚合物基板(由聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等形成)。在一些实施方案中，光提取层200可包括形成在基板100上的基质层和分散在基质层202中的光散射颗粒201。
在使用光散射颗粒201来提高光提取效率的情况下，从OLED入射到光提取层200的光子在光提取层200内以往复方式多次行进，同时由于散射颗粒201而多次改变光路。在此过程期间，光子可被频繁地吸收到光提取层200。因此，光提取层200的光散射颗粒201和基质层202的吸收率越低，有机发光装置的效率可越有效地提高。
在一些实施方案中，由对短波长范围具有低吸收率的材料所形成的光提取层200可插入透明电极层下方，使得可容易地实现白色有机发光装置，从而最大化OLED的被光学波导等损失的效率。
为了使最有效光提取层200实现上述目的，例如需要以下条件：
-对整个可见光波长范围(380nm至780nm)的低吸收率。特别地，对短波长范围(380nm至490nm)的低吸收率是必需的。
-光散射颗粒201和基质层202必须分别具有低光吸收率。在使用光散射颗粒201和基质层202两者的情况下，它们的光吸收率必须为最小值。
-在制造光提取层200的涂覆工艺期间或之后的除气不得影响OLED。
-在光提取层200的顶表面涂覆有透明电极层的情况下，所述透明电极层的表面粗糙度不得影响OLED。
满足上文提及的要求的光散射颗粒201可以是BaTiO3颗粒。由于BaTiO3对短波长光的吸收率更低，因此BaTiO3比TiO2可更有利地用于光散射颗粒201。当光散射颗粒201的大小小于提取光的波长的1/4时，提取光往往移动穿过具有此类大小的光散射颗粒201而不受光散射颗粒201的影响。因此，光散射颗粒201的平均颗粒大小可优选地等于或大于90nm。此处，由于颗粒大小通常通过激光衍射来测量，因此平均颗粒大小可以是颗粒的平均直径(在颗粒为球形的情况下)或沿颗粒的长轴的长度与沿颗粒的短轴的长度的平均长度(在颗粒不为球形的情况下)。相比之下，当使用具有更大尺寸的颗粒时，基质层202需要足够厚以使其表面平面化，使得透明电极层可堆叠在所述基质层上而不会造成问题。在此情况下，由于高吸收率和水分含量，效率可能显著降低。因此，平均颗粒大小可优选地确定为不超过1μm。
大量的光从OLED损失。为了提高光提取效率，BaTiO3颗粒用于提取光并且具有低吸收率以便在用于提取光的同时最小化在其内散射期间损失的光量。此外，具有低吸收率的基于硅氧烷的有机-无机杂化材料可用于包含BaTiO3的基质层202(即，平面化层)和涂覆基底基板100，使得基质层202可提取被光散射颗粒201折射的光而不吸收所述光，并且为透明阳极层300提供平面化表面。此处，优选的是，BaTiO3光散射颗粒201和基质层202(即平面化层)两者均具有低吸收率。特别地，优选的是，对低波长范围(380nm至490nm)的吸收率尽可能低。例如，此特征可减少驱动2堆叠白色OLED(例如生成蓝光和黄光的2堆叠白色OLED)的电负荷，并且通过提高蓝色波长的发光效率来维持更接近白色的颜色。光散射颗粒201和基质层202的这种组合可提高光提取效率，从而增加OLED的寿命。
本公开意图使用特定光散射颗粒和基质来制造对短波长光具有低吸收率的功能层。在对短波长光的单个颜色的吸收率的算术平均值为低的情况下，可最大化光提取效率。
在如图2所示的功能层(即，光提取层200)通常添加在如图1所示的有机发光装置中的透明电极层与透明基板之间的情况下，可提高装置的效率。然而，容易观察到的是，效率提高得并未像预期的那样多。这是因为，由OLED生成的光由于在用作功能层的光提取层200中散射的光被吸收到功能层而损失。为了克服此问题，本公开提出满足以下条件的吸收率。
-对于380nm至420nm范围、420nm至450nm范围和450nm至490nm范围，光散射颗粒的吸收率可以是10％或更小，更特别地，7％或更小。此处，光散射颗粒的吸收率可通过用光散射颗粒涂覆基板来获得；使用分光光度计来测量透射率和反射率；使用公式来计算基板和光散射颗粒的光吸收率，所述公式为：吸收率＝1-透射率-反射率；然后从基板和光散射颗粒的光吸收率中减去基板的光吸收率。
-基质的厚度可维持成等于或小于预定值以便具有低吸收率，对于380nm至420nm范围、420nm至450nm范围和450nm至490nm范围，光吸收率为1％或更小。此处，基质层的光吸收率可通过用基质涂覆基板来获得；使用从Perkin-Elmer公司购得的Lambda950分光光度计来测量根据波长的透射率和反射率；使用公式来计算根据波长的吸收率，所述公式为：吸收率＝1-透射率-反射率；然后从根据波长的吸收率中减去基板的光吸收率。
-在基质施加在光散射颗粒之上的情况下，对于380nm至420nm范围、420nm至450nm范围和450nm至490nm范围，光提取层200的光吸收率可被测量为等于或小于40％、15％和10％，并且优选地，30％、10％和10％。
-光散射颗粒可以是BaTiO3。
-基质可由具有低吸收率的基于硅氧烷的有机-无机杂化材料(包括硅氧烷衍生物)形成。在一些实施方案中，基于硅氧烷的有机-无机杂化材料可通过将包含表面改性TiC2的溶液输入到硅树脂中以造成反应并且在反应期间从反应溶液中去除溶剂和气泡来产生。
-为了调整光提取层200的光吸收率，可调整光散射颗粒201与基质之间的比率，并且雾度值可为60％或更多。雾度值可通过将经涂覆基板安装到测量仪器(可从BYK GardnerGmbH购得的Haze-gard)的开放区域来测量。
为了维持低光吸收率，在一些实施方案中，光提取层可通过将光散射颗粒与载体混合、施加和加热所得混合物以及在所得混合物之上施加基质来形成。
在一些其他实施方案中，光提取层可通过施加光散射颗粒、载体和基质的混合物来形成。
要使用的载体可以是双丙酮醇、二丙二醇单甲醚、丙二醇甲醚乙酸酯等。载体的比率范围可被调整为整个混合物的23重量％至63重量％。
当混合物通过喷墨打印施加时，载体(诸如双丙酮醇、二丙二醇单甲醚或丙二醇甲醚乙酸酯)可有助于提高打印的质量。然而，在一些情况下，所添加的载体可能造成混合聚合物(即，溶胶-凝胶衍生硅氧烷杂化材料)的链接的键合不完全，从而增加吸收率，这是有问题的。因此，需要在等于或高于所添加载体的沸腾温度的温度下加热。
TiO2光散射颗粒、BaTiO3光散射颗粒、基质层和光提取层(基质层+光散射颗粒)的根据波长的光吸收率如表1所示。基质层由基于硅氧烷的有机-无机杂化材料形成。根据多种官能团，基质层可由三种类型的基质材料(即，Matrix_A、Matrix_B和Matrix_C)形成。
Matrix_A、Matrix_B和Matrix_C可以是与TiO2填料交联以便获得高折射率的基于硅氧烷的有机-无机杂化材料，并且萘基、苄基和甲苯基可用作烷基支链。由于官能团所施加到的有机-无机杂化基质根据光的自然频率来吸收不同波长的光，因此重要的是，在光散射颗粒反射光而不是吸收光时增加由有机发光层生成的光在穿过基质层时可被提取而不是被吸收的可能性。
表1
参考表1，可理解，BaTiO3在短波长范围中具有显著低于TiO2的吸收率，而Matrix_B的吸收率接近于零(0)。短波长范围中的低吸收率在产生预期颜色的其中蓝色OLED或白色OLED用作背光并且磷光体以滤光器的形式添加的装置中特别有利，因为磷光的效率降低和寿命减少的现象可通过此方法被最优地补充。
实施例1
通过将金红石TiO2粉末(平均颗粒大小范围为20nm至50nm，20重量％至30重量％)与二丙二醇单甲醚(70重量％至80重量％)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(可从LubrizolCorporation购得，小于0.1重量％)混合来产生适合于喷墨涂覆的混合物(油墨1)。此外，制备将萘基作为官能团的基于硅氧烷的有机-无机杂化溶液(油墨2，基质A)。
光提取层可通过三种不同方法形成。根据第一种方法，用油墨1涂覆玻璃基板，随后在炉中400℃下进行热处理以便烘干。之后，用油墨2涂覆涂有油墨1的玻璃基板以便产生平面化表面。在烤箱中200℃下执行热处理之后，可在所得光提取层基板上形成ITO透明电极层。如上所制造的有机发光装置的光提取效率是不具有光提取层的有机发光装置的光提取效率的2.21倍。
根据第二种方法，可通过混合油墨1和油墨2并且用所得混合物涂覆玻璃基板或塑料基板来产生光提取层。
根据第三种方法，可通过混合光散射颗粒、上文提及的载体和油墨2并且用所得混合物涂覆玻璃基板或塑料基板来产生光提取层。
实施例2
通过将金红石TiO2粉末(平均颗粒大小范围为20nm至50nm，20重量％至30重量％)与二丙二醇单甲醚(70重量％至80重量％)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(小于0.1重量％)混合来产生适合于喷墨涂覆的混合物(油墨1)。此外，制备将苄基作为官能团的基于硅氧烷的有机-无机杂化溶液(油墨2，基质B)。
类似地，光提取层可通过三种不同方法形成。根据第一种方法，用油墨1涂覆玻璃基板，随后在炉中400℃下进行热处理以便烘干。之后，用油墨2涂覆涂有油墨1的玻璃基板以便产生平面化表面。在烤箱中执行合适的热处理之后，可在所得光提取层基板上形成ITO透明电极层。如上所制造的有机发光装置的光提取效率是不具有光提取层的有机发光装置的光提取效率的2.49倍。
实施例3
通过将金红石BaTiO3粉末(平均颗粒大小范围为400nm至500nm，5重量％至15重量％)与二丙二醇单甲醚(85重量％至95重量％)和表面活性剂(小于0.1重量％)混合来产生适合于喷墨涂覆的混合物(油墨1)。通过涂覆由所得混合物形成具有2μm的湿膜厚度的BaTiO3层，并且加热后仅留下BaTiO3粉末。增加层的厚度可增加光吸收和可能造成黑斑的除气。因此，建议以低厚度形成该层。此外，制备将萘基作为官能团的基于硅氧烷的有机-无机杂化溶液(油墨2，基质A)。
类似地，光提取层可通过三种不同方法形成。根据第一种方法，用油墨1涂覆玻璃基板，随后在炉中400℃下进行热处理以便烘干。之后，用油墨2涂覆涂有油墨1的玻璃基板以便产生平面化表面。在烤箱中在200℃下执行热处理之后，可在所得光提取层基板上形成ITO透明电极层。如上所制造的有机发光装置的光提取效率是不具有光提取层的有机发光装置的光提取效率的2.61倍。
表2
当将不具有光提取层的有机发光装置作为对照OLED时，获得表2所示的结果。结果表明，提取效率可根据光散射颗粒与基质的组合而变化，并且最大光提取效率为2.61倍。
上面的实施例1至3表明，存在光散射颗粒和基质的最优组合。
虽然已对本公开的前述实施方案进行描述，但本公开不限于这些实施方案并且可具有多种其他实施方案。本公开的范围应由所附权利要求及其等效方案来限定。虽然所附权利要求是为了尽可能避免多重从属权利要求的格式来表述的，但相应从属权利要求中所描述的特征可不仅与从属权利要求引用的权利要求中所述的特征而且与未由从属权利要求引用的权利要求中所述的特征相结合来实现，除非上下文另有明确指示。此类特征的组合将包括在本公开的范围内。
方面(1)涉及一种光提取基板，其设置在有机发光二极管的前部部分以从所述有机发光二极管提取光，所述光提取基板包括：基底基板；以及光提取层，所述光提取层设置在所述基底基板上，其中所述光提取层包括基质层和分散在所述基质层中的BaTiO3光散射颗粒。
方面(2)涉及方面(1)所述的光提取基板，其中所述基质层包含基于硅氧烷的有机-无机杂化材料。
方面(3)涉及方面(1)或方面(2)所述的光提取基板，其中所述BaTiO3光散射颗粒对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光中的任一者或多者具有10％或更低的光吸收率。
方面(4)涉及方面(3)所述的光提取基板，其中所述BaTiO3光散射颗粒对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光中的任一者或多者具有7％或更低的光吸收率。
方面(5)涉及方面(1)至(4)中任一方面所述的光提取基板，其中所述BaTiO3光散射颗粒具有范围为90nm至1μm的平均颗粒大小。
方面(6)涉及方面(1)至(5)中任一方面所述的光提取基板，其中所述基质层的厚度是所述BaTiO3光散射颗粒的所述平均颗粒大小的至少两倍。
方面(7)涉及方面(1)至(6)中任一方面所述的光提取基板，其中所述基质层对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光中的任一者或多者具有1％或更低的光吸收率。
方面(8)涉及方面(1)至(7)中任一方面所述的光提取基板，其中所述光提取层对波长范围为380nm至420nm的光具有40％或更低的光吸收率，对波长范围为420nm至450nm的光具有15％或更低的光吸收率并且对波长范围从450nm至490nm的光具有10％或更低的光吸收率。
方面(9)涉及方面(8)所述的光提取基板，其中所述光提取层对波长范围为380nm至420nm的光具有30％或更低的光吸收率，对波长范围为420nm至450nm的光具有10％或更低的光吸收率并且对波长范围从450nm至490nm的光具有10％或更低的光吸收率。
方面(10)涉及方面(1)至(9)中任一方面所述的光提取基板，其中所述光提取层具有60％或更高的雾度。
方面(11)涉及一种有机发光装置，其包括：如方面(1)至(10)中的一个方面所述的光提取基板；以及有机发光二极管，所述有机发光二极管设置在所述光提取基板的所述光提取层上。
Claims (11)
1.一种光提取基板，其设置在有机发光二极管的前部部分以从所述有机发光二极管提取光，所述光提取基板包括：
基底基板；以及
光提取层，所述光提取层设置在所述基底基板上，
其中所述光提取层包括基质层和分散在所述基质层中的BaTiO3光散射颗粒。
2.如权利要求1所述的光提取基板，其中所述基质层包含基于硅氧烷的有机-无机杂化材料。
3.如权利要求1所述的光提取基板，其中所述BaTiO3光散射颗粒对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光中的任一者或多者具有10％或更低的光吸收率。
4.如权利要求3所述的光提取基板，其中所述BaTiO3光散射颗粒对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光中的任一者或多者具有7％或更低的光吸收率。
5.如权利要求1所述的光提取基板，其中所述BaTiO3光散射颗粒具有范围为90nm至1μm的平均颗粒大小。
6.如权利要求1所述的光提取基板，其中所述基质层的厚度是所述BaTiO3光散射颗粒的所述平均颗粒大小的至少两倍。
7.如权利要求1所述的光提取基板，其中所述基质层对波长范围为380nm至420nm的光、波长范围为420nm至450nm的光和波长范围为450nm至490nm的光中的任一者或多者具有1％或更低的光吸收率。
8.如权利要求1所述的光提取基板，其中所述光提取层对波长范围为380nm至420nm的光具有40％或更低的光吸收率，对波长范围为420nm至450nm的光具有15％或更低的光吸收率并且对波长范围为450nm至490nm的光具有10％或更低的光吸收率。
9.如权利要求8所述的光提取基板，其中所述光提取层对波长范围为380nm至420nm的光具有30％或更低的光吸收率，对波长范围为420nm至450nm的光具有10％或更低的光吸收率并且对波长范围为450nm至490nm的光具有10％或更低的光吸收率。
10.如权利要求1所述的光提取基板，其中所述光提取层具有60％或更高的雾度。
11.一种有机发光装置，其包括：
如权利要求1至10中的一项所述的光提取基板；以及
有机发光二极管，所述有机发光二极管设置在所述光提取基板的所述光提取层上。
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