CN101694868A

CN101694868A - 有机发光器件及其光抽取结构的制作方法

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Publication number: CN101694868A
Application number: CN200910190594A
Authority: CN
Inventors: 刘萍; 陈文彬
Original assignee: Shenzhen Danbang Investment Group Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Danbang Investment Group Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: CN101694868B

Abstract

本发明提供一种有机发光器件，包括基板、位于基板上的透明阳极、位于透明阳极上的有机空穴传输层、位于有机空穴传输层上的发光层及电子传输层、阴极；基板的背向透明阳极的表面上形成有可消除基板-空气界面的全反射的光抽取结构。本发明还提供这种有机发光器件的光抽取结构的制作方法。本发明在基板上形成光抽取结构，可以消除基板-空气界面的全反射，进一步提高光抽取效率；基板采用高折射率和高热导率材质，散热良好，可消除基板与透明阳极之间的全反射，提高光抽取效率并同时提高OLED的寿命。

Description

有机发光器件及其光抽取结构的制作方法

【技术领域】

本发明涉及光电子技术，尤其是一种具有较高光抽取效率的有机发光器件及其光抽取结构的制作方法。

【背景技术】

自C.W.Tang的开创性工作开始，有机发光器件(OLED)在亮度、效率、稳定性方面都有了极大的提高，绿光的效率可达100lm/W以上，白光效率也已达几十lm/W，基于玻璃基板的OLED显示器已经实用化，基于柔性基板的显示器和光源也已得到证明。随着性能的进一步提高，OLED具备了向功率器件发展的可能。

高强度OLED功率器件要求OLED具有更高的效率，具有更高的亮度，能承受更高的电流密度，具有更长的寿命。比如OLED光源，随应用领域的不一样，可要求在几千cd/m²以上的亮度下，达到几万小时以上的寿命；有机电泵浦激光器要求OLED工作电流密度达到几百甚至上千A/cm²。由于高强度OLED器件同时也意味着高功耗，而大部分的能量将转化为热能，因此高亮度、高电流密度将引起一系列的热效应，使OLED效率降低，寿命缩短甚至烧毁。Kim的研究表明，OLED的自热和玻璃基板低的热导率是OLED黑斑形成的主要原因。即使是OLED显示器，随着显示器面积增大，分辨率提高，设计合理的热管理机构将大大提高显示器的寿命。

因此，要实现高强度OLED功率器件，提高OLED的发光效率是核心，降低OLED的热效应，加强OLED的热管理是必要保证。在高强度OLED功率器件领域，由于低的导热系数，玻璃和柔性基板将面临严峻的热效应方面的考验。

有机发光器件的发光效率可以用量子效率来表示，量子效率又分为内量子效率和外量子效率。OLED器件的发光机理是空穴和电子在发光层中复合发光，电能直接转换为光能。内量子效率是指器件中产生的所有光子的总数与注入的电子空穴对数之比，外量子效率是指在某一个方向上器件发射出来的光子数与注入的电子空穴对的数量之比。内量子效率反映的是载流子在器件内部形成激子，并复合发光的效率，阐述的是器件的内部物理机理；而外量子效率反映了器件对外的发光效率。并不是所有的光子都能成为器件的外输出光，能成为外输出光的光通量与OLED内部总光通量之比这里定义为光抽取效率。外量子效率取决于内量子效率和光抽取效率。

典型OLED器件结构是：玻璃基板/氧化铟锡(ITO)阳极/TPD空穴传输层/Alq₃发光层/电子传输层/金属阴极，各层折射率分别为n_Alq3＝1.7，n_TPD＝1.76，n_ITO＝1.8，n_glass＝1.5。电子和空穴复合产生的光一部分通过各界面，成为出射光，光能的损失由各界面透射率决定；一部分将通过波导效应被导走，进而被吸收，或者传向基板侧面，这部分光损失由界面的全反射角决定。忽略吸收损失和金属层的反射损失之后，简化的OLED结构如图1所示，因为n_Alq3≈n_TPD≈n_ITO，所以只须考虑ITO/玻璃界面(即图1中玻璃基板1与ITO阳极2之间的界面)、玻璃/空气界面(即图1中玻璃基板1与外部空气之间的界面)光能的反射损失和光波导效应带来的损失，在玻璃基板1与外部空气之间的界面(即图1中玻璃基板1的下表面)处的光抽取效率就是OLED总的光抽取效率。

Tsutusi在ITO(透明阳极)和玻璃之间加一薄层低折射率的硅凝胶，抑制了ITO/玻璃界面的全反射，光抽取效率提高了80％。但薄硅凝胶制作难度大，OLED性能受其影响，实用价值不大。Gu等在ITO和玻璃基板间形成高折射率的二氧化钛台面结构，光抽取效率提高了1倍，光增强效果明显，但由于制作阴极时须填平台面结构，工艺难度相当大。

传统OLED光抽取效率仍然较低，并且缺乏有效的方法抽取ITO/玻璃界面的全反射光。根据几何光学原理及图1可知：对于具有100％内发光效率的各向同性的典型OLED光源，有48％的光从玻璃基板1与ITO阳极2之间的界面处出射，在玻璃基板1与外部空气之间的界面处，仅有18％的光成为外输出光，OLED器件的内量子效率是外量子效率的5倍以上。OLED的光损失主要是由于ITO/玻璃、玻璃/空气两个界面的全反射引起的，而在ITO/玻璃界面的全反射是因为玻璃基板的折射率比有机层低。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较高光抽取效率的有机发光器件。

为解决上述技术问题，本发明提供一种有机发光器件，包括基板、位于基板上的透明阳极、位于透明阳极上的有机空穴传输层、位于有机空穴传输层上的发光层及电子传输层、阴极；基板的背向透明阳极的表面上形成有可消除基板-空气界面的全反射的光抽取结构。

本发明有机发光器件通过在基板的背向透明阳极的表面上设置可消除基板-空气界面的全反射的光抽取结构，使得改变了从OLED发出的光线在基板/空气界面的入射角。使大量原来入射角大于全反射角的光线可以从刻面出射，或者通过刻面和阴极反射面的多次反射，重新成为外出射光，从而使OLED大部分发射光成为外出射光。光抽取结构为通过对基板表面进行刻蚀处理得到的微刻面结构，可以是规则形状(例如柱体、锥体和截顶锥体等)，也可以是不规则形状，可以是随机分布的也可以是规则排列的；这些微刻面结构的单元尺寸范围在1μm-20μm之间。

在此基础上，进一步地：

基板采用钇铝石榴石、结晶类尖晶石、多晶类尖晶石或氮化铝。采用这些材质的基板具有高折射率和高热导率，基板可以在OLED工作过程中充当良好的散热装置，避免OLED受热的影响而衰减、损坏；基板的高折射率可以消除基板与透明阳极之间的全反射，从而使全反射只可能发生在基板和空气之间的界面。

基板的折射率大于1.5，优选的基板折射率为1.7-2.0。

当光抽取结构为规则形状时，光抽取结构的形状可以选择柱体、倒锥体或截顶倒锥体。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种具有较高光抽取效率的有机发光器件的光抽取结构的制作方法。

为解决该技术问题，本发明提供一种有机发光器件中的光抽取结构的制作方法，包括如下步骤：

a.在基板表面上采用磁控溅射或等离子体化学气相沉积法(PECVD)制作二氧化硅或氮化硅掩蔽层，在基板一侧表面的掩蔽层上采用光刻的方法形成图案，基板的位于掩蔽层被保留部分的下方的表面被遮蔽、其余部分暴露；

b.将85％的磷酸加热到150-170℃脱水10分钟，再与98％硫酸按3∶1的比例混合，缓慢升温到190-300℃，得到刻蚀液；

c.将基板放入步骤b得到的刻蚀液中进行刻蚀，刻蚀后取出基板并在冷硫酸中降温，然后用去离子水冲洗基板，用氢氟酸除去掩蔽层。

本发明方法中，步骤a和步骤b二者可同时进行，也可以分先后进行。

作为优选，步骤c为：将基板预热至100-150℃，然后放入刻蚀液中进行刻蚀，刻蚀后取出基板并在冷硫酸中降温，然后用去离子水冲洗基板，用氢氟酸除去掩蔽层。刻蚀前先将基板预热可以改善刻蚀效果。

本发明的有益效果是：本发明在基板上形成光抽取结构，可以消除基板-空气界面的全反射，提高光抽取效率；基板采用高折射率和高热导率材质，散热良好，可消除基板与透明阳极之间的全反射，提高光抽取效率并同时提高OLED的寿命。

【附图说明】

下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明作进一步的详细说明：

图1是现有技术中的OLED的简化结构示意图；

图2是本发明有机发光器件的一种具体实施方式的结构示意图；

图3是图2的仰视示意图；

图4是本发明有机发光器件的另一种具体实施方式的结构示意图；

图5是图4的仰视示意图；

图6是图2和图3所示有机发光器件的光路原理图。

【具体实施方式】

实施例一(有机发光器件)

图2、图3和图6示出了本发明有机发光器件的一种具体实施方式。

如图2和图3所示，该有机发光器件包括基板1、透明阳极2、有机空穴传输层3、发光层和电子传输层4和阴极5。透明阳极2位于基板1上，有机空穴传输层3位于透明阳极2上，发光层和电子传输层4位于有机空穴传输层3上，阴极5位于发光层和电子传输层4上。

基板1采用单晶钇铝石榴石(YAG)，其折射率为1.83-1.87，热导率为0.11W/cm·K(300k)。基板1采用高折射率和高热导率的材质，在工作过程中基板1可以充当良好的散热装置，避免发光器件因受热而衰减、损坏；还可以消除基板1与透明阳极2之间的全反射，使全反射只可能发生在基板1和空气之间的界面。

结合图2和图3，基板1背向透明阳极的表面上形成有光抽取结构，光抽取结构的各个刻面围成规则的倒锥体。图6示出了该有机发光器件的光抽取结构提高光抽取效率的光路原理。当光线从基板1的内部射向外部空气时，一部分光(如光线50)在基板1的内部从一个光抽取结构的一个刻面反射到该光抽取结构的另一个刻面后经该另一个刻面透射到空气中；一部分光(如光线60)从光抽取结构的刻面直接透射而出；另一部分光(如光线70)从一个光抽取结构的一个刻面透射到相邻光抽取结构的刻面后经该刻面反射到空气中；还有一部分光线(如光线20)在基板1的内部从一个光抽取结构的一个刻面反射到OLED的反射阴极10，再由阴极10反射，然后以光线50、光线60或光线70的方式射出。在基板1上采用这种光抽取结构，可消除基板1和空气之间的全反射，有效提高光抽取效率。

实施例二(有机发光器件)

图4和图5示出了本发明有机发光器件的另一种具体实施方式。

该有机发光器件与实施例一的区别在于：基板1背向透明阳极的表面上的光抽取结构的形状不同，本实施例中光抽取结构的各个刻面围成规则的截顶倒锥体；基板1采用氮化铝，其折射率为1.87-2.20，热导率为1.4-2W/cm·K(300k)。

该有机发光器件提高光抽取效率的原理与实施例一相同。

实施例三(有机发光器件的光抽取结构的制作方法)

实施例一和实施例二中基板1上的光抽取结构采用以下步骤制作：

1.在基板1表面上采用磁控溅射或等离子体化学气相沉积法制作二氧化硅或氮化硅掩蔽层，在基板1一侧表面(在有机发光器件上该表面背向光学透明层2、朝向空气)的掩蔽层上采用光刻的方法形成图案，基板的位于掩蔽层被保留部分的下方的表面被遮蔽、其余部分暴露；

2.将85％的磷酸加热到150-170℃脱水10分钟，再与98％硫酸按3∶1的比例混合，缓慢升温到190-300℃，得到刻蚀液；

3.将基板1预热至100-150℃；

4.将预热后的基板1放入步骤2得到的刻蚀液中进行刻蚀，刻蚀后取出基板并在冷硫酸中降温，然后用去离子水冲洗基板，用氢氟酸除去掩蔽层。

具体实施时，实施例一和实施例二中的光抽取结构也可采用柱体。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种有机发光器件，包括基板、位于所述基板上的透明阳极、位于所述透明阳极上的有机空穴传输层、位于所述有机空穴传输层上的发光层及电子传输层、阴极；其特征在于：所述基板的背向所述透明阳极的表面上形成有可消除基板-空气界面的全反射的光抽取结构。

2.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于：所述基板采用钇铝石榴石、结晶类尖晶石、多晶类尖晶石或氮化铝。

3.根据权利要求2所述的有机发光器件，其特征在于：所述基板的折射率大于1.5。

4.根据权利要求3所述的有机发光器件，其特征在于：所述基板的折射率为1.7-2.0。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的有机发光器件，其特征在于：所述光抽取结构为柱体、倒锥体或截顶倒锥体。

6.权利要求1所述有机发光器件中的光抽取结构的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.在基板表面上采用磁控溅射或等离子体化学气相沉积法制作二氧化硅或氮化硅掩蔽层，在基板一侧表面的掩蔽层上采用光刻的方法形成图案，基板的位于掩蔽层被保留部分的下方的表面被遮蔽、其余部分暴露；

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：步骤a和步骤b二者同时进行或分先后进行。

8.采用权利要求6或7所述的制作方法；其特征在于：步骤c为：将基板预热至100-150℃，然后放入刻蚀液中进行刻蚀，刻蚀后取出基板并在冷硫酸中降温，然后用去离子水冲洗基板，用氢氟酸除去掩蔽层。