TWI699920B - 覆有屏障之微透鏡膜 - Google Patents

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Abstract

本發明提供光學組件及裝置，其包括基板、微透鏡陣列及保形地覆蓋該微透鏡陣列之屏障膜系統。OLED可光學耦合至該微透鏡陣列。該屏障膜可為該微透鏡陣列或其他組件提供保護，而對由該微透鏡陣列自該耦合OLED輸出耦合光無顯著負面影響。

Description

覆有屏障之微透鏡膜
所主張的本發明係由達成聯合大學公司研究協議之以下各方中之一或多者，以以下各方中之一或多者的名義及/或結合以下各方中之一或多者而作出：密歇根大學董事會(Regents of the University of Michigan)、普林斯頓大學(Princeton University)、南加州大學(The University of Southern California)以及環宇顯示器公司(Universal Display Corporation)。該協議在作出所主張的本發明的日期當天及之前就生效，且所主張的本發明係因在所述協議之範疇內進行的活動而作出。
本發明係關於有機發光裝置(OLED，organic light emitting device)且更具體而言，係關於併入有經屏障膜覆蓋之微透鏡層的OLED。
出於諸多原因，利用有機材料之光電裝置正變得愈加受歡迎。用以製作此等裝置之材料中的許多材料相對便宜，因此有機光電裝置具有獲得相對於無機裝置的成本優勢的潛力。另外，有機材料的固有性質(諸如其可撓性)可使其極其適合於特定應用，諸如在可撓性基板上製造。有機光電裝置之實例包括有機發光裝置(OLED)、有機光電晶體、有機光伏電池及有機光偵測器。對於OLED，有機材料可具有 相對於習知材料的效能優點。舉例而言，有機發射層發射光的波長通常可容易地用適當摻雜劑來調節。
OLED利用有機薄膜，其在電壓施加於裝置上時發射光。OLED正變為用於諸如平板顯示器、照明及背光的應用中愈加引人注目的技術。美國專利第5,844,363號、第6,303,238號及第5,707,745號中描述若干OLED材料及組態，該等專利以全文引用的方式併入本文中。
磷光性發射分子的一個應用為全色顯示器。用於此類顯示器的行業標準要求像素經調適以發射特定色彩(稱為「飽和」色彩)。特定而言，此等標準要求飽和的紅色、綠色及藍色像素。可使用此項技術中眾所周知的CIE座標來量測色彩。
綠色發射分子的一個實例為參(2-苯基吡啶)銥，表示為Ir(ppy)3，其具有以下結構：
Figure 103118143-A0202-12-0002-2
在此圖以及本文後面的圖中，將自氮至金屬(此處為Ir)的配位鍵描繪為直線。
如本文所使用，術語「有機」包括聚合材料以及小分子有機材料，其可用以製造有機光電裝置。「小分子」係指不為聚合物的任何有機材料，且「小分子」可實際上相當大。在一些情況下，小分子可包括重複單元。舉例而言，使用長鏈烷基作為取代基不會將分子自「小分子」類別中移除。小分子亦可併入至聚合物中，例如作為聚合物主鏈上之側基或作為主鏈之一部分。小分子亦可充當樹枝狀聚合物之核心部分，樹枝狀聚合物由建立在核心部分上之一系列化學殼層組成。樹枝狀聚合物之核心部分可為螢光或磷光小分子發射體。樹枝狀聚合物可為「小分子」，且據信當前在OLED領域中使用的所有樹枝狀 聚合物均為小分子。
如本文所使用，「頂部」意謂離基板最遠，而「底部」意謂離基板最近。在將第一層描述為「安置」在第二層「上」的情況下，第一層經安置成距基板較遠。除非指定第一層「與」第二層「接觸」，否則第一與第二層之間可存在其他層。舉例而言，即使陰極與陽極之間存在各種有機層，仍可將陰極描述為「安置在」陽極「上」。
如本文所使用，「溶液可處理」意謂能夠以溶液或懸浮液形式在液體介質中溶解、分散或輸送及/或自液體介質沈積。
當據信配位體直接促成發射材料的光敏性質時，配位體可稱為「光敏性的」。當據信配位體並不促成發射材料的光敏性質時，配位體可稱為「輔助性的」，但輔助性配位體可改變光敏配位體的性質。
如本文所使用，且如熟習此項技術者一般將理解，若第一能級較接近真空能級，則第一「最高佔用分子軌道」(HOMO，Highest Occupied Molecular Orbital)或「最低未佔用分子軌道」(LUMO，Lowest Unoccupied Molecular Orbital)能級「大於」或「高於」第二HOMO或LUMO能級。由於將電離電位(IP，ionization potential)量測為相對於真空能級的負能量，因此較高HOMO能級對應於具有較小絕對值的IP(負得較少的IP)。類似地，較高LUMO能級對應於具有較小絕對值的電子親和性(EA)(負得較少的EA)。在習知能級圖上，真空能級在頂部，材料的LUMO能級高於同一材料的HOMO能級。「較高」HOMO或LUMO能級表現為比「較低」HOMO或LUMO能級更靠近此圖的頂部。
如本文所使用，且如熟習此項技術者一般將理解，若第一功函數具有較高絕對值，則第一功函數「大於」或「高於」第二功函數。因為通常將功函數量測為相對於真空能級的負數，因此此意謂「較高」功函數負得較多。在習知能級圖上，真空能級在頂部，「較高」 功函數說明為在向下方向上距真空能級較遠。因此，HOMO及LUMO能級的定義遵循與功函數不同的慣例。
可在以全文引用的方式併入本文中的美國專利第7,279,704號中找到關於OLED以及上文所述的定義的更多細節。
本發明提供光學組件及裝置，其包括基板、微透鏡陣列(MLA，microlens array)及保形地覆蓋微透鏡陣列的屏障膜系統。OLED可光學耦合至MLA，且可安置在基板上或在基板下。OLED可為可撓性、透明、頂部發射、底部發射或其任何組合。屏障膜的折射率可在OLED及/或MLA的輸出耦合表面的折射率的約10%以內。可沈積屏障膜以覆蓋基板及/或MLA的一或多側，且可完全包圍基板及/或MLA。MLA可保形於屏障膜；舉例而言，微透鏡陣列與屏障膜的組合暴露高度與單獨微透鏡陣列的高度相差可能不超過10%。屏障膜可為單層屏障，且可包括諸如氮化物、氧化物、氧化矽及其類似物之材料。
用於製造本文中所揭示之裝置的技術可包括獲得微透鏡陣列且在微透鏡陣列上沈積屏障膜材料以形成與微透鏡陣列保形接觸的屏障膜。可在屏障膜之前或之後沈積其他層。更一般而言，本文中所揭示之裝置可藉由依序沈積所展示及所描述的層來製造。
100‧‧‧有機發光裝置
110‧‧‧基板
115‧‧‧陽極
120‧‧‧電洞注入層
125‧‧‧電洞輸送層
130‧‧‧電子阻擋層
135‧‧‧發光層
140‧‧‧電洞阻擋層
145‧‧‧電子輸送層
150‧‧‧電子注入層
155‧‧‧保護層
160‧‧‧陰極
162‧‧‧第一導電層
164‧‧‧第二導電層
170‧‧‧屏障層
200‧‧‧倒置式OLED
210‧‧‧基板
215‧‧‧陰極
220‧‧‧發光層
225‧‧‧電洞輸送層
230‧‧‧陽極
301‧‧‧自最低暴露表面至最高暴露表面量測的層之高度
302‧‧‧單獨下層MLA的高度
310‧‧‧膜
400‧‧‧基板
401‧‧‧屏障膜相對於基板自最低至最高暴露表面量測之高度
402‧‧‧自基板量測之MLA的最大高度
410‧‧‧微透鏡陣列層
420‧‧‧薄膜屏障/屏障膜
520‧‧‧屏障膜
620‧‧‧屏障膜
710‧‧‧OLED
720‧‧‧屏障膜
810‧‧‧平面膜
820‧‧‧屏障膜
圖1展示有機發光裝置。
圖2展示不具有單獨電子輸送層的倒置式有機發光裝置。
圖3展示使用可流動材料的多層薄膜屏障。
圖4展示根據本發明之一實施例的例示性組件。
圖5展示根據本發明之一實施例的例示性組件。
圖6展示根據本發明之一實施例的例示性組件。
圖7展示根據本發明之一實施例的例示性組件。
圖8展示根據本發明之一實施例的例示性組件。
圖9(a)展示呈由OLED引入至基板中的輸出耦合至空氣之光的分數形式的光輸出耦合；根據本發明之一實施例，相應結構展示在圖9(b)中。
圖10展示當在某一角度觀察時，根據本發明之一實施例的樣品的例示性SEM圖像。
圖11展示使用根據本發明之一實施例的裝置，具有屏障之基板的能量色散x射線譜(EDS)量測結果。
圖12展示使用根據本發明之一實施例的裝置，無屏障之基板的能量色散x射線譜(EDS)量測結果。
圖13展示根據本發明之一實施例的組件的特寫照片。
一般而言，OLED包含安置在陽極與陰極之間且電連接至該陽極及陰極的至少一個有機層。當施加電流時，陽極將電洞注入至有機層中且陰極將電子注入至有機層中。所注入之電洞及電子各自朝帶相反電荷的電極遷移。當電子及電洞侷限於同一分子上時，形成「激子」，其為具有激發能量狀態的局部化電子-電洞對。當激子經由光電發射機制弛豫時，發射光。在一些情況下，激子可侷限於激元或激態複合物上。非輻射機制(例如熱弛豫)亦可發生，但通常視為不合需要的。
最初的OLED使用自單態發射光(「螢光」)的發光分子，如例如美國專利第4,769,292號中所揭示，所述專利以全文引用的方式併入本文中。螢光發射通常在小於10奈秒之時間範圍內發生。
最近，已論證了具有自三重態發射光(「磷光」)的發光材料的OLED。Baldo等人之「Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices」，Nature，第395卷，第151至154 頁，1998；(「巴爾多-I(Baldo-I)」)及Baldo等人之「Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence」，Appl.Phys.Lett.，第75卷，第3期，第4至6頁(1999)(「巴爾多-II」)，其以全文引用的方式併入本文中。以引用的方式併入之美國專利第7,279,704號第5-6欄中更詳細地描述了磷光。
圖1展示有機發光裝置100。圖不一定按比例繪製。裝置100可包括基板110、陽極115、電洞注入層120、電洞輸送層125、電子阻擋層130、發光層135、電洞阻擋層140、電子輸送層145、電子注入層150、保護層155、陰極160以及屏障層170。陰極160為具有第一導電層162及第二導電層164的複合陰極。裝置100可藉由依序沈積所描述的層來製造。在以引用的方式併入之US 7,279,704的第6至10欄中更詳細地描述此等各種層的性質及功能以及例示性材料。
此等層中之每一者有更多實例。舉例而言，以全文引用的方式併入本文中之美國專利第5,844,363號中揭示可撓性且透明的基板-陽極組合。經p摻雜之電洞輸送層之實例為以50：1的莫耳比摻雜有F4-TCNQ的m-MTDATA，如以全文引用的方式併入本文中的美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示。以全文引用的方式併入本文中的Thompson等人之美國專利第6,303,238號中揭示發光及主體材料的實例。經n摻雜之電子輸送層的實例為以1：1的莫耳比摻雜有Li的BPhen，如以全文引用的方式併入本文中的美國專利申請公開案第2003/0230980號中所揭示。以全文引用的方式併入本文中的美國專利第5,703,436號及第5,707,745號揭示陰極的實例，其包括具有諸如Mg：Ag之金屬薄層與上覆的透明、導電、經濺鍍沈積的ITO層的複合陰極。以全文引用的方式併入本文中的美國專利第6,097,147號及美國專利申請公開案第2003/0230980號中更詳細地描述阻擋層的原理及使 用。以全文引用的方式併入本文中的美國專利申請公開案第2004/0174116號中提供注入層的實例。可在以全文引用的方式併入本文中的美國專利申請公開案第2004/0174116號中找到保護層的描述。
圖2展示倒置式OLED 200。該裝置包括基板210、陰極215、發光層220、電洞輸送層225以及陽極230。可藉由依序沈積所描述的層來製造裝置200。因為在最常見OLED組態中陰極安置在陽極上，而裝置200之陰極215安置在陽極230下，因此裝置200可稱為「倒置式」OLED。在裝置200之對應層中，可使用與關於裝置100所描述的材料類似的材料。圖2提供可如何自裝置100之結構省去一些層的一個實例。
圖1及圖2中所說明之簡單分層結構係作為非限制實例而提供，且應理解，可結合各種各樣的其他結構使用本發明之實施例。所描述的特定材料及結構本質上為例示性的，且可使用其他材料及結構。可基於設計、效能及成本因素，藉由以不同方式組合所描述的各個層來實現功能性OLED，或可完全省去若干層。亦可包括未具體描述的其他層。可使用不同於具體描述之材料的材料。儘管本文所提供之實例中之許多實例將各種層描述為包含單一材料，但應瞭解，可使用材料的組合(例如主體與摻雜劑的混合物)或更一般而言，混合物。再者，該等層可具有各種子層。本文中給予各個層的名稱不意欲為嚴格限制性的。舉例而言，在裝置200中，電洞輸送層225輸送電洞並將電洞注入至發光層220中，且可被描述為電洞輸送層或電洞注入層。在一個實施例中，可將OLED描述為具有安置在陰極與陽極之間的「有機層」。此有機層可包含單個層，或可進一步包含如例如關於圖1及圖2所描述的不同有機材料的多個層。
亦可使用未具體描述的結構及材料，例如包含聚合材料的OLED(PLED)，例如以全文引用的方式併入本文中的Friend等人之美國專利 第5,247,190號中所揭示。作為另一實例，可使用具有單個有機層的OLED。OLED可堆疊，例如如以全文引用的方式併入本文中的Forrest等人之美國專利第5,707,745號中所描述。OLED結構可不同於圖1及圖2中所說明的簡單分層結構。舉例而言，基板可包括有角度的反射表面以改進輸出耦合，諸如如Forrest等人之美國專利第6,091,195號中所述的台式結構，及/或如Bulovic等人之美國專利第5,834,893號中所描述的凹點結構，所述專利以全文引用的方式併入本文中。
除非另有指定，否則可藉由任何合適方法來沈積各種實施例之層中之任一者。對於有機層，較佳方法包括熱蒸發、噴墨(例如以全文引用的方式併入本文中的美國專利第6,013,982號及第6,087,196號中所述)、有機氣相沈積(OVPD，organic vapor phase deposition)(例如以全文引用的方式併入本文中的Forrest等人之美國專利第6,337,102號中所述)，以及藉由有機蒸氣噴射印刷(OVJP，organic vapor jet printing)進行沈積(例如以全文引用的方式併入本文中的美國專利第7,431,968號中所述)。其他合適沈積方法包括旋塗及其他基於溶液的製程。基於溶液的製程較佳在氮氣或惰性氛圍中進行。對於其他層，較佳方法包括熱蒸發。較佳圖案化方法包括經由掩模沈積、冷焊(例如以全文引用的方式併入本文中的美國專利第6,294,398號及第6,468,819號中所述)，以及與諸如噴墨及OVJP之沈積方法中的一些方法相結合的圖案化。亦可使用其他方法。可修改待沈積的材料，以使其與特定沈積方法相容。舉例而言，可在小分子中使用諸如烷基及芳基(分支或未分支)且較佳含有至少3個碳的取代基，以便增強其經受溶液處理的能力。可使用具有20個或20個以上碳的取代基，且3至20個碳為較佳範圍。具有不對稱結構的材料的溶液可處理性可優於具有對稱結構的材料，因為不對稱材料可具有較低的再結晶趨勢。可使用樹枝狀聚合物取代基來增強小分子經受溶液處理的能力。
根據本發明實施例製造的裝置可進一步視情況包含屏障層。屏障層的一個用途為保護電極及有機層免於因暴露於環境中的有害物質(包括水分、蒸氣及/或氣體等)而受損。屏障層可沈積在基板、電極上、沈積在基板、電極下或沈積在基板、電極旁，或沈積在裝置的任何其他部分(包括邊緣)上。屏障層可包含單個層或多個層。屏障層可藉由各種已知化學氣相沈積技術形成，且可包括具有單一相的組合物以及具有多個相的組合物。任何合適材料或材料組合均可用於屏障層。屏障層可併入有無機或有機化合物或兩者。較佳屏障層包含聚合材料與非聚合材料的混合物，如以全文引用的方式併入本文中的美國專利第7,968,146號、PCT專利申請案第PCT/US2007/023098號及第PCT/US2009/042829號中所描述。為了被視為「混合物」，組成屏障層的前述聚合及非聚合材料應在相同反應條件下及/或在同時沈積。聚合材料對非聚合材料的重量比可在95：5至5：95的範圍內。聚合材料及非聚合材料可由同一前驅物材料產生。在一個實例中，聚合材料與非聚合材料之混合物本質上由聚合矽及無機矽組成。
根據本發明實施例製造的裝置可併入至各種各樣的消費型產品中，包括平板顯示器、電腦監視器、醫療監視器、電視機、告示牌、用於內部或外部照明及/或發信號的燈、平視顯示器、全透明顯示器、可撓性顯示器、雷射印表機、電話、行動電話、個人數位助理(PDA，personal digital assistant)、膝上型電腦、數位相機、攝錄影機、取景器、微顯示器、3-D顯示器、載具、大面積牆壁、劇院或體育館螢幕，或指示牌。可使用各種控制機制來控制根據本發明製造的裝置，包括被動矩陣及主動矩陣。該等裝置中之許多裝置意欲對人類而言舒適的溫度範圍內，例如18攝氏度至30攝氏度，且更佳在室溫(20至25攝氏度)下使用，但可在此溫度範圍之外使用，例如-40攝氏度至+80攝氏度。
本文所述之材料及結構可應用於不同於OLED的裝置中。舉例而言，諸如有機太陽能電池及有機光偵測器之其他光電子裝置可使用該等材料及結構。更一般而言，諸如有機電晶體之有機裝置可使用該等材料及結構。
術語鹵、鹵素、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳烷基、雜環基團、芳基、芳族基及雜芳基為此項技術中已知的，且在以引用的方式併入本文中的US 7,279,704第31至32欄中定義。
微透鏡陣列(MLA)通常為自OLED裝置提取波導光的一種有效方式。MLA通常在透明塑膠膜上製造，該膜可能不具有可接受的或高效能的屏障特性。本發明提供用於併入有具有屏障塗層的MLA的OLED的結構，該屏障塗層不會損害光學效能，尤其是MLA及/或OLED整體的光提取效能。更具體而言，本文中所揭示的實施例提供一種光學組件，其包括基板、安置在該基板上的微透鏡陣列及保形地覆蓋該微透鏡陣列的屏障膜。
相比於可與屏障層一起使用的其他表面及層，MLA特徵通常不會被膜更改，因為更改可能會損害MLA的光提取效能。在習知多層屏障膜中，通常使用交替的無機及有機聚合物塗層。該等聚合物層係藉由聚合前驅體材料所形成，該前驅體材料通常呈液體形式。當置放於非平滑的表面上時，液體前驅體更有可能流動至低谷而非保持在高峰。此類材料稱為「可流動」材料。當可流動材料沈積在不均勻表面上時，氣泡及不均勻潤濕亦可能會造成問題。因此，使用可流動材料的多層薄膜屏障可能不適合為MLA表面提供屏障，因為該可流動材料將在透鏡特徵的低谷中積聚，產生更平滑的表面概況，如圖3中所示。當塗層厚度與透鏡特徵高度相當時，例如在透鏡高度的90%以內，透鏡形狀會實際上消失且膜的光學效能會受到顯著損害。
在本發明之實施例中，使用不可流動的屏障材料來保形地塗佈 MLA結構。此類屏障製程的實例描述在美國專利第7,968,146號中，其揭示內容以全文引用的方式併入本文中。用於本文中所揭示之屏障膜的合適材料之實例包括聚合材料，諸如聚矽氧聚合物；及各種類型的非聚合材料，例如氧化矽；以及如美國專利第7,968,146號中所揭示的任何其他合適的材料。此類屏障膜可例如在單室CVD系統中沈積，且在整個膜沈積製程中，可使用稠性前驅體，例如矽氧烷。該屏障具有混合性質，一部分類似於氧化物且一部分類似於聚合物。兩者在分子層面上緊密混合，由此使該膜為混合膜而非多層膜。
圖4展示根據該裝置之一實施例的例示性光學組件。該組件包括基板400、微透鏡陣列層(MLA)410及保形地安置在MLA上的薄膜屏障420。如本文所使用，若屏障膜的輪廓實質上或精確地匹配MLA及/或安置在屏障膜下的任何其他層或結構的輪廓，則屏障膜420「保形地」安置在MLA上。舉例而言，比較圖3之膜310與圖4之屏障膜420，可以看出膜310之表面輪廓實質上不同於下層MLA之表面輪廓，此係由於MLA中相鄰透鏡結構之間的區域因膜310而「趨於平滑(smoothing out)」。相比之下，圖4之屏障膜420具有實質上與下層MLA層410相同的表面輪廓。測定一層保形地塗佈另一層之程度的一種方法為比較單獨各層之相對高度，在屏障膜或類似層的情況下，此相當於比較下層的相對高度與下層及屏障膜的組合高度，自屏障膜之最低暴露點至最高暴露點進行量測。
在諸如310之非保形層的情況下，自最低暴露表面至最高暴露表面量測的層之高度301顯著小於單獨下層MLA(亦即，在膜310安置在MLA上之前不存在膜310的情況下)的高度302。相比之下，屏障膜相對於基板自最低至最高暴露表面量測之高度401實質上與自基板量測之MLA的最大高度402相同。安置在MLA上之屏障膜可為MLA之高度402的至少90%，或與MLA之高度402相差不超過10%。
屏障膜可僅覆蓋MLA之一部分，諸如如圖4中所示其安置在MLA本身上之處，或其可覆蓋光學組件的額外部分。舉例而言，圖5展示例示性光學組件，其中該屏障膜520覆蓋MLA以及MLA之至少一側及基板400之至少一側。類似地，如圖6中所示，屏障膜620可覆蓋基板之額外部分，例如與上面安置有MLA之基板的最靠近表面相對的基板表面。可有效地製造諸如圖5及6中所示之配置，因為屏障膜之各部分可與屏障膜沈積在透鏡表面上同時沈積。光學組件之不同部分經屏障膜覆蓋的各種配置可為適用的，例如用於為光學組件之其他部件提供保護，及/或用於為內部整合有該光學組件之裝置的其他部件提供保護或提供保護免受該等其他部件之影響。在諸如圖6中所示的配置中，可在屏障包封內部、例如在屏障膜與MLA之間包括乾燥劑，以提供額外保護以免受水分及氧氣的影響。
在一些實施例中，光學組件可包括額外組件，諸如OLED。OLED可安置成與基板緊密相鄰及/或經屏障膜覆蓋，或其可安置在屏障膜外部，以使得至少一部分屏障膜安置在OLED與基板之間，及/或在OLED與光學組件之一或多個其他層或組件之間。圖7展示屏障膜720安置在基板400與OLED 710之間的例示性裝置。更一般而言，OLED可耦合至基板之頂部或底部，亦即，分別在基板之與MLA層之相同側上或相對側上。在屏障膜720與OLED 710之間可存在額外層，諸如光提取層。
除屏障特性之外，塗層可提供降低界面處之反射的額外益處，尤其當屏障膜之折射率等於或不大於MLA之折射率時。更一般而言，在本發明之實施例中，可使用不降低MLA之輸出耦合效能的屏障膜。此益處之描述及模型進一步詳細提供在下文中。屏障膜之折射率可較佳在OLED、MLA或兩者之輸出耦合表面之折射率的約10%以內。
可使用各種基板及基板材料。舉例而言，可使用可為完全或部分透明及/或可撓性的塑膠基板；合適的塑膠基板材料之實例包括聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚碸(PES)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醯亞胺、聚碳酸酯(PC)等。在基板平面方向上，基板之折射率可為至少1.6，但可使用其他材料。
本文中所揭示之光學組件可用於自OLED裝置提取光。為此，塗有屏障的MLA可光學耦合至OLED裝置。舉例而言，OLED可安置成與塗有屏障的MLA基板實體接觸，諸如圖7中所說明及關於圖7所描述。屏障可在沈積OLED之前或之後塗覆於MLA。舉例而言，OLED可建立在與MLA表面相對的MLA基板的側上。薄膜屏障層亦可相繼塗覆於OLED之頂部、MLA表面側，或屏障膜可同時塗覆於兩側。雖然圖7使用圖6中所示之一般結構，但亦可使用例如圖4及5中所示之結構。
作為另一實例，可使用透明的膠黏劑材料以將OLED與塗有屏障之MLA耦合。如先前所述，OLED可建立在其他基板材料上，且使用膠黏劑以將基板耦合至MLA膜。
亦可塗覆除特別說明之屏障以外的額外屏障，例如用於保護OLED免受塗有屏障之MLA的相對側的影響。此外，與塗有屏障之MLA耦合的OELD裝置(諸如圖7中所示)可由一或多個塗有屏障之平面膜進一步密封以達成額外保護。此類裝置之實例展示在圖8中，其中平面膜810安置在屏障膜820上。
如本文所使用，「微透鏡陣列」可包括具有各種形狀及組態的微透鏡的陣列。該陣列之個別透鏡可為球形的，意謂透鏡表面具有恆定曲率。舉例而言，此類微透鏡陣列可包括在平面基板表面上凸起的半球陣列。或者，陣列中之微透鏡可為非球面的。非球面透鏡之表面圍繞與基板平面垂直之軸徑向對稱，但具有不同曲率。微透鏡可隨機地 或以重複圖案配置在基板上。陣列中之微透鏡可具有均一尺寸、兩種或兩種以上離散尺寸，或其可具有隨機不同尺寸。有刻面的微透鏡陣列包括由平刻面定界之結構。刻面可沿著一個軸在基板平面中重複。 刻面亦可以沿著兩條或兩條以上軸重複以形成多面結構，例如棱錐及糰粒。盤繞的微透鏡包括彎曲表面特徵而無軸對稱性。盤繞的微透鏡陣列之表面構形相對於一或多個軸呈週期性，亦即波紋狀或微凹的「裝蛋箱」表面。另一種類型之微透鏡稱為不規則的，包括基板上具有任意形狀之外貌特徵。此等特徵可具有凹面、凸面或有刻面的表面或其任何組合。表面漫射體包括隨機定位及/或隨機尺寸化的不規則微透鏡之陣列。此類陣列之示意性實例顯示在可在http：//www.luminitco.com/files/u1/Luminit_CapBroch_F3_9_12_lo.pdf獲得的來自Luminit(Torrance,CA)之「Capabilities」手冊的第4頁。 個別透鏡之尺寸通常小於整體OLED裝置，且與待提取之光的波長相當或大於待提取之光的波長。
一般而言，本文中所揭示之光學組件可藉由以下來製造：獲得微透鏡陣列，且在微透鏡陣列上沈積如本文中所揭示之屏障膜材料以形成與陣列保形接觸之屏障膜。可在屏障膜之前或之後沈積其他層，諸如關於圖1及2所揭示。
實驗及模型化
除先前所述之屏障特性之外，屏障膜層可藉由減少界面處之反射而提供額外益處，尤其當MLA結構之折射率高於塗層材料之折射率時。
界面處之反射損失R12介於n1與n2之間，對於垂直入射光而言，等於以下：R12=(n1-n2)2/(n1+n2)2
在n1=1.7且n2=1.0(空氣)的情況下，所述損失為6.7%。
當使用具有折射率n3(其中n1>n3>n2)之第三材料時，反射損失可如下估算：R132=(n1-n3)2/(n1+n3)2+(n3-n2)2/(n3+n2)2
以上方程式中之假設為第一界面處之損失較小。對於根據本文中所揭示之實驗的屏障膜而言，折射率為約1.46。當此類屏障用作折射率為1.7之MLA頂部的塗層材料時，反射損失降低至4.1%。
根據以上理論，折射率高於基板折射率的塗層將顯著增加反射所致的損失。此模型僅考慮在垂直入射下反射損失的簡單情況。
為了考慮所有重要因素，包括光提取衝擊，進行進一步模型化。結果表明將低折射率塗層置於微透鏡陣列上可降低微透鏡陣列自基板輸出耦合光之效率。考慮覆蓋微透鏡陣列及介於其間的平面區域的1μm保形塗層的情況。在塗層之折射率n c =1的情況及n c =n sub (n sub 為基板及微透鏡的折射率)的情況下，輸出耦合最佳。在n c =1的情況下，不存在塗層。塗層的存在據發現在n c =n sub 的情況下略微地放大微透鏡，且無其他光學作用。發現輸出耦合達到介於n c =1與n c =n sub 情況之間的一個局部最小中間位置。發現輸出耦合效率由於n c >n sub 而迅速地下降。
此等結果係使用射線追蹤模型獲得的，該模型僅考慮所模型化的組件的幾何形狀、折射率及反射率。不存在波長依賴性效應，諸如薄膜干涉。圖9(a)中所示的輸出耦合以由OLED引入至基板中的輸出耦合至空氣之光的分數表示；相應結構展示在圖9(b)中。使用一個矩形單元表示一個單位的表面積，使六角形微透鏡陣列模型化。各單元自OLED層延伸至具有折射率匹配的微透鏡的基板的頂部。垂直壁為完全反射對稱邊界條件。在單元的頂部存在少量空氣(n=1)，使得以廣角折射的光可由對稱邊界條件處理。光以郎伯分佈(Lambertian distribution)進入基板的底部。裝置層充當入射光的80%反射鏡。薄保 形塗層包圍微透鏡及基板。對於兩個不同的n sub 值，n c 自1變化至2。n sub =1.5對應於鹼石灰玻璃及最常見的塑膠。n sub =1.7處理與OLED層匹配的基板折射率的情況。
如本文中所揭示製造例示性光學組件。在微透鏡陣列膜的頂部沈積混合屏障且獲得SEM圖片以研究覆蓋率。在此實驗中，使用卡普頓膠帶(Kapton tape)覆蓋MLA表面的一部分以允許在未塗佈區與塗佈區之間進行並排比較。圖10展示在某一角度下觀察的樣品的SEM影像。樣品的右半部用屏障塗佈且左半部用膠帶覆蓋，因此屏障不沈積在MLA表面上。在完成塗佈製程之後，移除膠帶，在樣品中心處留下痕跡，如圖10中所示。個別透鏡的直徑為大約50μm。如自影像的右側所示，MLA經平滑的屏障層均一地塗佈，且透鏡形狀保存完好。進行能量色散X射線譜(EDS)分析以研究材料的組成。結果顯示左側主要為來自微透鏡塑膠的碳(圖11)且右側有較強的Si存在(圖12)，Si為屏障膜的主要組成元素。EDS數據顯示透鏡的右半部經屏障材料覆蓋。
因為使用了開普頓膠帶且MLA的表面不為平坦的，故介於塗佈區與未塗佈區之間的邊界不清晰。圖13顯示一個片段，清楚觀察在MLA表面的頂部上的塗層。塗層厚度經量測為581nm。
應理解，本文所述的各種實施例僅作為實例，且不意欲限制本發明之範疇。舉例而言，本文所述的許多材料及結構可用其他材料及結構來取代，而不脫離本發明的精神。如所主張的本發明因此可包括本文所述的特定實例及較佳實施例的變化，如熟習此項技術者將明白。應理解，關於本發明為何起作用的各種理論不意欲為限制性的。
100‧‧‧有機發光裝置
110‧‧‧基板
115‧‧‧陽極
120‧‧‧電洞注入層
125‧‧‧電洞輸送層
130‧‧‧電子阻擋層
135‧‧‧發光層
140‧‧‧電洞阻擋層
145‧‧‧電子輸送層
150‧‧‧電子注入層
155‧‧‧保護層
160‧‧‧陰極
162‧‧‧第一導電層
164‧‧‧第二導電層
170‧‧‧屏障層

Claims (35)

  1. 一種有機發光裝置(OLED)，其包含：光學組件，其包含：基板；安置在該基板上的微透鏡陣列；及保形地覆蓋該微透鏡陣列、該基板之至少一側表面、及在該微透鏡陣列之下之該基板之表面之至少一部分的屏障膜系統。
  2. 如請求項1之裝置，其中該OLED光學耦合至該微透鏡陣列。
  3. 如請求項2之裝置，其中該OLED係安置在該基板之上方及在該微透鏡陣列之上方。
  4. 如請求項2之裝置，其中該OLED係安置在該基板之下方。
  5. 如請求項2之裝置，其中該屏障膜之折射率在該OLED之輸出耦合表面之折射率的約10%以內。
  6. 如請求項2之裝置，其中該OLED包含可撓性OLED。
  7. 如請求項2之裝置，其另外包含安置在該OLED與該屏障膜之間之光提取層。
  8. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜之至少一部分安置在該OLED與該微透鏡陣列之間。
  9. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜之折射率在該微透鏡陣列之折射率的約10%以內。
  10. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜之折射率不超過該微透鏡陣列之折射率。
  11. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜進一步覆蓋該微透鏡陣列的至少一側。
  12. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜完全包圍該微透鏡陣列。
  13. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該微透鏡陣列及該屏障膜的組合暴露高度與單獨該微透鏡陣列之高度相差不超過10%。
  14. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜為單層屏障。
  15. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜包含聚合材料與非聚合材料之混合物。
  16. 如請求項1至7中任一項之裝置，其進一步包含安置在該屏障膜上方之塗有屏障之平面膜。
  17. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該基板係可撓性的。
  18. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該基板包含在該基板之平面方向上，具有至少1.6之折射率之材料。
  19. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該基板包含選自由以下各項組成之群之塑膠材料：聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚碸(PES)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)及聚醯亞胺。
  20. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜包含選自由氮化物及氧化物組成之群之材料類型。
  21. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜包含氧化矽。
  22. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該屏障膜包含矽聚合物。
  23. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該基板係透明的。
  24. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該光學組件係透明的。
  25. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該微透鏡陣列包含至少一種具有選自由以下組成之群之形狀之微透鏡：球形、非球面、刻面、盤繞及不規則。
  26. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該微透鏡陣列包含複數個 微透鏡。
  27. 如請求項26之裝置，其中該微透鏡之尺寸及形狀中至少一者係均勻地分佈在該微透鏡陣列上。
  28. 一種製造有機發光裝置(OLED)之光學組件之方法，其包含：獲得微透鏡陣列；及在該微透鏡陣列上沈積屏障膜材料以形成與該微透鏡陣列保形接觸的屏障膜，該屏障膜亦覆蓋該基板之至少一側表面及在該微透鏡陣列之下之該基板之表面之至少一部分。
  29. 如請求項28之方法，其中該屏障膜材料為不可流動材料。
  30. 如請求項28之方法，其進一步包含：根據該屏障膜材料之折射率選擇該屏障膜材料。
  31. 如請求項30之方法，其中該屏障膜材料之折射率不超過該微透鏡陣列之折射率。
  32. 如請求項28至31中任一項之方法，其包含光學耦合OLED至該微透鏡陣列。
  33. 如請求項32之方法，其進一步包含將該屏障膜至少部分地安置於該OLED與該微透鏡陣列之間。
  34. 如請求項28至31中任一項之方法，其進一步包含在該微透鏡陣列之至少另一側上沈積該屏障膜。
  35. 如請求項28至31中任一項之方法，其中使用化學氣相沈積CVD及有機矽前驅物沈積該屏障膜。
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