CN202817033U - 一种通过ps微球层来提高出光率的oled器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通过PS微球层来提高出光率的OLED器件，包括OLED元件、PDMS膜和PS微球层，所述PDMS膜一面贴覆于OLED元件的出光面，所述PDMS膜的另一面贴覆PS微球层，所述PS微球层为由PS微球排列组成的单层结构。本实用新型的OLED器件发光流明效率比传统的器件有很大的提高，并且对OLED器件发光的光强视角分布，有一定的改善作用，具有实施设备简单、成本低，出光率提高显著的优点。

Description

一种通过PS微球层来提高出光率的OLED器件

技术领域

本实用新型涉及一种提高OLED器件出光率的技术，特别涉及一种通过PS微球层来提高出光率的OLED器件。

背景技术

OLED是指有机发光二极管（Organic light-emitting diodes，简称OLED），它是一种新型的平板显示技术和平面光源，具有节能、发光效率高、响应速度快、视角宽、驱动电压低等优点。然而，目前市场上普通的常规OLED产品，其出光效率较低，仅有约20%的光能出射到OLED器件之外，其余约80%的光线由于全反射的原因被限制在OLED器件内部。

为提高OLED的出光率，很多人进行了研究，如作者为吉林大学电子科学与工程学院的刘默等人，于2011年4月在《光谱学光谱分析》发表的名称为《有机电致发光器件光取出效率增强研究进展》的文中所述。业界对OLED出光效率的研究主要有对OLED器件内部结构的改造，以及对OLED器件出光面的改造这两个方面。本实用新型是通过改善OLED器件出光面的方法达到提高出光率的目的。

对OLED器件出光面的改造主要是减少光在出光面和空气界面的全反射，目前在这方面的设计主要有三种，第一种是直接粗糙化OLED器件的出光面，第二种是引入抗反射膜，第三种是增加微透镜薄膜，这三种方案，虽然不同程度地提高了OLED的出光率，但也存在很多的缺陷。

对于第一种方案，直接粗糙化出光面，虽然工艺简单，但是很有可能给器件带来损伤，且其粗糙化的不确定性容易导致器件的光电性能统一性较差。对于第二种方案，其基本制作方法是在OLED出光面沉积特定厚度的ＭgF₂膜，利用ＭgF₂折射率1.38的特性起到折射率匹配层的作用，从而提高出光；但是该结构设计可以提高的出光率不高，而且需要对OLED外表面真空蒸镀一层新的物质，在蒸镀器件，OLED内各功能层的有机高分子性质必然会受到影响，使发光器件性能不稳定，可靠性低，与此同时，这种设计方案也存在工艺复杂，成本高，不利于工业化大批量生产的缺陷。对于第三种方案，微透镜薄膜上有大量尺寸是几十微米级别的微透镜组成的平面矩阵排列，平面矩阵排列的微透镜对光进行散射，该方法存在以下的问题，由于该方案制备的是规整排列的微透镜矩阵，光线的散射不均匀，散射效果很差，容易造成发光器件的出光很模糊，导致显示的图像很模糊，同时，制作规整排列的微透镜膜需要很精细的工艺，大规模工业化生产的难度大，成本高。由此可见，现有技术主要有以下缺陷：（1）出光效果不理想，对OLED本身的结构或性能会造成破坏；（2）难以实现批量化生产，工艺复杂，成本高；（3）光的散射效果差，图像显示模糊；（4）发光器件的性能不稳定，可靠性低。

本实用新型所提到的PS微球为聚苯乙烯微球（Polystyrene，简称PS），为市场上能够购买得到的原料，如武汉华科微科科技有限责任公司所制造销售的PS微球。所提到的PDMS为聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，简称：PDMS)，也是市场上较为常见并能够购买得到的原料，如美国道康宁公司所生产和销售的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种通过PS微球层来提高出光率的OLED器件，具有成本低，出光率高的优点。

本实用新型的首要目的通过下述技术方案实现：一种通过PS微球层来提高出光率的OLED器件，包括OLED元件、PDMS膜和PS微球层，所述PDMS膜一面贴覆于OLED元件的出光面，所述PDMS膜的另一面贴覆PS微球层，所述PS微球层为由PS微球排列组成的单层结构。

利用PS微球和PDMS膜较好的互溶性以及施加适当压力，使PS微球嵌入PDMS膜中，PS微球嵌入PDMS膜后，其光耦合的效果更好。

优选的，所述OLED元件为底发射型发光器件，包括依次设置的玻璃衬底层、ITO阳极层、有机发光层和铝阴极层，所述PDMS膜贴覆于玻璃衬底层上。

优选的，所述PS微球与PDMS膜接触的一侧嵌入PDMS膜内。

优选的，所述PDMS膜的厚度为2μm至4μm；所述PS微球的直径为5μm，PS微球层的厚度为5μm。

优选的，所述PDMS膜的厚度为3μm。

本实用新型还提供制造上述OLED器件的方法，包括以下步骤：

步骤一、在载体片的平面上制作一层PS微球层，所述PS微球层为由PS微球排列组成的单层结构；

步骤二、在OLED元件的出光面上制作一层PDMS膜；

步骤三、将载体片上具有PS微球层的一面与OLED元件上具有PDMS膜的一面贴合，将贴合的结构水平放置于室温环境下，晾干固化1小时至3小时；

步骤四、将载体片从OLED元件上取下，使PS微球层从载体片上剥离与PDMS膜粘合。

优选的，所述步骤一中，制作PS微球层的方法为：

S1、将PS微球原料溶入乙醇中，再将PS微球和乙醇的混合液滴入水中，制成浓度为5wt%的悬浊液；

S2、清洗载体片，然后将载玻片放在亲水处理溶液里面浸泡10分钟；

S3、取出载体片，并将其放到PS微球悬浊液里面浸泡10分钟；

S4、将PS微球悬浊液滴在水平放置的载体片上，然后利用普通小型的匀胶机在室温下及无尘环境下进行甩膜，转速2000转每分钟，转30s；

S5、将载体片取出，水平放置，自然晾干3h以上。

优选的，所述步骤一中，制作PS微球层的方法为：

S1、将PS微球原料溶入乙醇中，再将PS微球和乙醇的混合液滴入水中，制成浓度为5wt%的悬浊液；

S2、洗净载体片，将玻璃浸泡在过氧化氢的酸溶液中5min，然后拿出来晾干、烘干、或者用等离子体处理；

S3、将载体片放入培养皿中，培养皿内加入水，水面刚好盖过玻璃片，随后将PS微球悬浊液滴于水的表面形成单层ＰＳ微球层；

S4、采用垂直沉积法，将载体片缓缓地从溶液中拉出，拿出后放在水平处自然晾干，室温，超净环境。

优选的，所述步骤二中，制作PDMS膜的方法为：

S1、PDMS的预聚物和固化剂按10:1的比例混合均匀，然后放置于3kPa～5kPa的真空环境下30分钟，以除去裹夹的气泡；

S2、将OLED元件固定在真空旋涂机的真空吸盘上，出光面向上，使用水平仪确保水平，然后将PDMS混合物倾倒到出光面上，开启旋涂机旋涂，转速2000转每分钟，转30s；

S3、取出OLED元件，将旋涂有PDMS混合物的OLED元件置于常温环境、无尘空间内，固化2小时。

优选的，所述步骤三中，将载体具有PS微球层的一面水平向上，OLED元件具有PDMS膜的一面向下与PS微球层贴合。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1.所制备的器件发光流明效率比传统的器件有很大的提高。并且对OLED器件发光的光强视角分布，有一定的改善作用。

2.器件改进不涉及到器件内部结构跟材料的改变，因此不会产生一些未知的问题而对器件的效率跟稳定性造成影响。

3.化学自组装的方法，制备单层的PS微球工艺简单，步骤少，不需要贵重的仪器设备，比如曝光机，光刻机等。

4.制备微球跟PDMS薄膜的材料价格不贵，用量也很少，所以改进的器件制备成本很低，非常适合产业化。

5.制备的器件稳定性好，由于PDMS（聚二甲基硅氧烷）跟PS（聚苯乙烯）的化学稳定性很好，两者的互溶性好，PS微球不容易脱落。且形成的PDMS薄膜不溶于水，不易氧化，而且有很好的弹性跟有一定的机械强度可以防止外部对其表面的损伤而造成器件效率的降低。

6.改进器件制备的环境大多数是在室温的环境下，不需要低温跟高温的环境，这也大大降低了制备的成本。

7.PDMS跟PS的折射率分别为1.48跟1.59，跟玻璃衬底比较匹配，不会造成全反射增多。

8.PS微球的大小可根据需要调整，所以PDMS的散射效果也可以按照需要调整，以达到需要的发光效率跟角度分布。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种带有PS微球层的OLED器件的结构示意图

图2是带有PS微球层的玻璃片示意图

图3是带有PDMS膜的OLED器件与带有PS微球层的玻璃片压合前的示意图

图4是带有PDMS膜的OLED器件与带有PS微球层的玻璃片压合时的示意图

图5是带有PDMS膜的OLED器件与带有PS微球层的玻璃片压合后分开的示意图

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例的一种通过PS微球层来提高出光率的OLED器件，包括OLED元件3，设于OLED元件出光面的PDMS膜2，PDMS膜2的一面贴覆于OLED元件3的出光面，另一面设有PS微球层1。所述PS微球层1由单层PS微球组成，即PS微球层1的厚度为PS微球的直径长度。

本实施例所使用的PS微球来源是上海杜优嘉科技公司代理的美国杜克科学公司生产的PS微球。PS微球一般指的是一个PS为主要成分的微球，但根据不同的需要，可以调配其微球所带的功能团以改变微球的性质。实验方案使用的微球带羧基，可以有更好的亲水性质，更好的在基板上形成单层微球。

所述OLED元件为底发射OLED元件3，包括玻璃衬底层31、ITO阳极层32、有机发光层33和铝阴极层34，为市场上常规的OLED元件的结构。该底发射OLED元件所发出的光线从玻璃衬底层31出射到外部（出光面），所述PDMS膜贴2覆于玻璃衬底层31上。

所述PS微球层1为单层微球的结构，PS微球与PDMS膜2接触的一侧嵌入PDMS膜内，这是基于PS与PDMS具有较好的互溶性，且PDMS膜具有较好的柔性和弹性的结果。故而，所述嵌入包括互溶性的嵌入，及基于柔性的压迫式嵌入。PS微球的嵌入，增大了PS微球与PDMS膜的接触面积，提高了光耦合的效果。

所述玻璃衬底层31的折射率为1.55，所述PDMS膜2的折射率为1.48，所述PS微球的折射率为1.59，空气的折射率约为1；可见玻璃衬底增加PDMS膜2后，能有效降低发生在玻璃衬底31出光面的全反射，提高光线出射率；PS微球的折射率大于PDMS膜的折射率，它们的界面出不存在全反射；PS微球与空气接触的界面虽然存在全反射，但由于PS微球表面为球状曲面结构，光线不容易被束缚在PS微球内。可见，本实用新型的OLED器件相比传统的OLED器件具有更好的出光率，实用新型人经过实践测试，发现其发光流明效率确实有很大的提高。

PS微球层1还具有散射、增大发光角度的效果。为获得更好的出光率，及成本和工艺的考虑，本实施例所用的PS微球直径为5μm。在其他实施例中，可以根据实际需要的散射效果，可以调整PS微球的直径大小。本实施例的PDMS膜的厚度为3μm，其他实施例中，还可以选择2μm至4μm的优先范围。

如图2至图5所示，为本实施例一种通过PS微球层1来提高出光率的OLED器件的制造方法。

一、在载体片上制备单层PS微球层。

本实施例提供两种在载体片上制备单层PS微球层1的方法，所述载体片4为玻璃载玻片或者硅片，所述PS微球的直径为5μm。

方法一的步骤是：

1.先将购买到的PS微球原料按1:2的比重溶入乙醇中，使PS微球初步分散开来，再将PS微球和乙醇的混合液滴入水中，形成浓度为5wt%的悬浊液，其中5wt%指重量比例。使用超声波对悬浊液进行处理，进一步分散PS微球，制得PS微球单分散颗粒悬浊液。使用超声波时，同时晃动或搅拌悬浊液。

本实施例所使用的PS微球来源是上海杜优嘉科技公司代理的美国杜克科学公司生产的PS微球。PS微球一般指的是一个PS为主要成分的微球，但根据不同的需要，可以调配其微球所带的功能团以改变微球的性质。实施例使用的微球带羧基，可以有更好的亲水性质，更好的在基板上形成单层微球。

上述悬浊液中还可以包括一些添加剂，如防腐剂和叠氮纳，所加的添加剂的成分及比例配方，PS微球的厂商有相关的使用资料说明。

2.清洗载玻片，然后将载玻片放在亲水处理溶液（过氧化氢酸溶液）里面浸泡10分钟。

3.取出载波片，并将其放到PS微球单分散颗粒悬浊液里面浸泡10分钟。

4.将载波片取出并水平放置，将PS微球单分散颗粒悬浊液滴在载玻片上，滴足够量后，再利用滴管滴一滴表面活性剂在上面，然后利用普通小型的匀胶机进行甩膜，甩膜时，尽量使玻璃片处于中心位置，以玻璃片的中心旋转，转速2000转，转30s，室温，超净环境。

5.取出后得到排列基本整齐的球，单PS微球层的，然后自然晾干3h以上。

方法二的步骤是：

采用垂直沉积法载玻片上制备单PS微球层。

1.同上述方法一所述步骤一相同，制作浓度为5wt%的PS微球单分散颗粒悬浊液。

2.载玻片4洗净并做好亲水处理，将玻璃浸泡在过氧化氢的酸溶液中5min，然后拿出来晾干或烘干，或者用等离子体处理。

3.将载玻片4放入培养皿中，培养皿内加入水，水面刚好盖过玻璃片为佳，随后将PS微球单分散颗粒悬浊液滴于水的表面形成单层ＰＳ微球层1。

4.最后采用垂直沉积法，将玻璃片缓缓地从溶液中拉出，拿出后放在水平处自然晾干，室温，超净环境。

以上两种方法中，在洁净的普通玻璃盖玻片衬底上（约1.8ｃｍ×1.8ｃｍ）制作单层ＰＳ微球层，且此层PS微球不会跟玻璃有很强的粘附力，易剥落和转移。

二、在OLED元件的出光面上制作PDMS膜。

本实施例所选用的PDMS是由美国道康宁公司生产的，型号为SYLGARD184。道康宁SYLGARD 184硅橡胶是由液体组分组成的双组分套件产品，包括基本组分与固化剂。基本组分与固化剂按10:1重量比完全混合，中等粘度混合液的稠度与SAE 40机油相似。无论厚薄，混合液将固化成为具有韧性的透明弹性体。其具体步骤为：

1.PDMS预聚物和固化剂的混合：

将预聚物和固化剂按10:1的比例混合均匀。

2.真空脱气：

PDMS混合物在3kPa～5kPa真空环境下放置30分钟，以除去裹夹的气泡。

3.旋涂：

a)将OLED元件固定在真空旋涂机的真空吸盘上，出光面向上，使用水平仪确保水平。然后将PDMS混合物倾倒到出光面上，这个过程需要谨慎，防止空气进入影响效果。开启旋涂机旋涂。

b)使用2000转速旋涂30s，将溶液均匀地涂布在OLED元件的出光面上。停止后，用针尖挑破一些较大的肉眼能看得见的气泡，然后再2000高速地旋涂10s，完成整个旋涂过程。

旋涂机的转速会影响薄膜的厚度，所以我们将选取不同的旋转转速来制膜，通过对比实验来研究同一模板下膜厚对提高器件的出光率的影响。使用台阶仪测试膜厚，调整转速控制厚度。

本实施例中控制膜厚在2μm至4微米之间，最佳为3μm。

4.固化：

将旋涂有PDMS混合物的OLED元件3置于常温环境、超净空间内，固化2小时，取出。

三、将单层PS微球层转移至PDMS膜上。

将旋涂有PDMS膜2的OLED元件3轻轻的放在表面附有单层PS微球层1的玻璃片4上，玻璃片4具有PS微球层1的一面向上，OLED元件3具有PDMS膜2的一面向下，让PDMS膜2跟PS微球层1贴合并粘附在一起。过程中保持环境没有杂质灰尘，放时要保证水平，不可用任何物体压到器件上方施加压力。然后将上述贴合在一起结构水平放置于室温环境，自然晾干固化，固化时间2h，完成压印。

等待PDMS混合物固化到一定的硬度，将玻璃片剥离。剥离时，注意其面上是否粘附有PDMS，并形成了较为牢固的附着，若是附着太过牢固，可适当减少压印后固化的时间（如固化2h变为1h）。

本实用新型具有以下优点：

1.所制备的器件发光流明效率比传统的器件有很大的提高。并且对OLED器件发光的光强视角分布，有一定的改善作用。

2.器件改进不涉及到器件内部结构跟材料的改变，因此不会产生一些未知的问题而对器件的效率跟稳定性造成影响。

3.化学自组装的方法，制备单层的PS微球工艺简单，步骤少，不需要贵重的仪器设备，比如曝光机，光刻机等。

4.制备微球跟PDMS薄膜的材料价格不贵，用量也很少，所以改进的器件制备成本很低，非常适合产业化。

5.制备的器件稳定性好，由于PDMS（聚二甲基硅氧烷）跟PS（聚苯乙烯）的化学稳定性很好，两者的互溶性好，PS微球不容易脱落。且形成的PDMS薄膜不溶于水，不易氧化，而且有很好的弹性跟有一定的机械强度可以防止外部对其表面的损伤而造成器件效率的降低。

6.改进器件制备的环境大多数是在室温的环境下，不需要低温跟高温的环境，这也大大降低了制备的成本。

7.PDMS跟PS的折射率分别为1.48跟1.59，跟玻璃衬底比较匹配，不会造成全反射增多。

8.PS微球的大小可根据需要调整，所以PDMS的散射效果也可以按照需要调整，以达到需要的发光效率跟角度分布。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种通过PS微球层来提高出光率的OLED器件，其特征在于：包括OLED元件、PDMS膜和PS微球层，所述PDMS膜一面贴覆于OLED元件的出光面，所述PDMS膜的另一面贴覆有PS微球层，所述PS微球层为由PS微球排列组成的单层结构。

2.按照权利要求1所述的OLED器件，其特征在于：所述OLED元件为底发射型发光器件，包括依次设置的玻璃衬底层、ITO阳极层、有机发光层和铝阴极层，所述PDMS膜贴覆于玻璃衬底层上。

3.按照权利要求1所述的OLED器件，其特征在于：所述PS微球与PDMS膜接触的一侧嵌入PDMS膜内。

4.按照权利要求1所述的OLED器件，其特征在于：所述PDMS膜的厚度为2～4μm；所述PS微球的直径为5μm，PS微球层的厚度为5μm。

5.按照权利要求4所述的OLED器件，其特征在于：所述PDMS膜的厚度为3μm。

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