CN106684217A - 发光器件衬底及其制备方法、发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光器件衬底及其制备方法。所述发光器件衬底包括玻璃基板，设置在所述玻璃基板一表面的光散射层，以及覆盖所述光散射层的平坦层，其中，所述光散射层具有随机微纳结构。所述发光器件衬底的制备方法，包括以下步骤：提供一玻璃基板；在所述玻璃基板上依次沉积光散射材料层、金属薄膜，对所述金属薄膜进行快速热处理，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层；以所述金属掩膜层作为掩膜板，对所述光散射材料层进行刻蚀处理，去除所述金属掩膜层后形成具有随机微纳结构的光散射层；在所述光散射层上沉积平坦层。
Description
技术领域
本发明属于发光器件领域，尤其涉及一种发光器件衬底及其制备方法、发光器件。
背景技术
在信息社会的当代，作为可视信息传输媒介的显示器的重要性在进一步加强，为了在未来占据主导地位，显示器正朝着更轻、更薄、更低能耗、更低成本以及更好图像质量的趋势发展。有机电致发光二极管(OLED)由于其具有自发光、反应快、视角广、亮度高、轻薄等优点，其潜在的市场前景被业界看好。量子点发光器件(QLED)是在阳、阴极两端加上直流电压，驱动量子点材料发光的器件，由于其色彩饱和、光色纯度高、发光量子效率高、单色性佳、发光颜色易调等优点，近年来成了OLED的有力竞争者，被认为是下一代平板显示器的优势技术。因此，这两种显示技术是目前显示领域发展的两个主要方向。
QLED和OLED发光是电光转换的过程，由于器件内发光材料和空气折射率的严重失配，当光从高折射率材料向低折射率材料传播时，很大一部分光遭受全内反射，被捕获的光子最终以波导的形式在高折射率的电极(比如ITO)中传播或是从衬底的边缘辐射出，从而降低器件的效率。同时，由于QLED或OLED器件内部产生的光学干扰现象，在顶发射器件和底发射器件中都存在微腔效应，在符合共振腔的条件下，只有特定波长的光才能在特定的角度射出，造成角度色散。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光器件衬底及其制备方法，旨在解决现有发光器件内反射降低器件发光效率效率、光学干扰造成角度色散的问题。
本发明的另一目的在于提供一种含有上述发光器件衬底的发光器件。
本发明是这样实现的，一种发光器件衬底，包括玻璃基板，设置在所述玻璃基板一表面的光散射层，以及覆盖所述光散射层的平坦层，其中，所述光散射层具有随机微纳结构。
相应的，一种发光器件衬底的制备方法，包括以下步骤：
提供一玻璃基板；
在所述玻璃基板上依次沉积光散射材料层、金属薄膜，对所述金属薄膜进行快速热处理，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层；
以所述金属掩膜层作为掩膜板，对所述光散射材料层进行刻蚀处理，去除所述金属掩膜层后形成具有随机微纳结构的光散射层；
在所述光散射层上沉积平坦层。
以及，一种发光器件，所述发光器件为OLED或QLED，其特征在于，所述发光器件包括上述的发光器件衬底。
本发明提供的发光器件衬底，在所述玻璃基板上设置有光散射层和平坦层，其中，所述光散射层具有随机微纳结构。本发明提供的发光器件衬底用于发光器件时，可以依靠所述光散射层随机微纳结构的散射作用，调整光从发光层到玻璃基底的入射角，减少发光器件内波导模式，从而大幅提高发光器件内光提取效率，提高光电器件的发光效率。同时，所述随机微纳结构会改变器件内光路的光程，削弱发光器件的微腔效应，从而改善角度色散的问题。
本发明提供的发光器件衬底的制备方法，在光散射材料层上沉积金属薄膜，并对所述金属薄膜进行快速热处理。由于沉积在绝缘基底上的二维金属薄膜处于热力学不稳定状态，在热处理条件下金属会发生明显的不规则团聚，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层。本发明利用所述金属掩膜层作为掩模板，在所述玻璃基底上刻蚀出具有随机微纳结构的光散射层。利用该方法制备的光散射层可以依靠所述光散射层随机微纳结构的散射作用，调整光从发光层到玻璃基底的入射角，减少发光器件内波导模式，从而大幅提高发光器件内光提取效率，提高光电器件的发光效率。同时，所述随机微纳结构会改变器件内光路的光程，削弱发光器件的微腔效应，从而改善角度色散的问题。
本发明提出的发光器件，含有上述发光器件衬底，因此能够有效提高器件发光效率，同时改善角度色散。
附图说明
图1是本发明实施例提供的发光器件衬底的结构示意图；
图2是本发明实施例提供发光器件衬底的制备方法中，沉积完金属薄膜后的结构示意图；
图3是本发明实施例提供发光器件衬底的制备方法中，形成金属掩膜层后的结构示意图；
图4是本发明实施例提供发光器件衬底的制备方法中，对所述光散射材料层进行刻蚀处理后的结构示意图；
图5是本发明实施例提供发光器件衬底的制备方法中，形成光散射层后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种发光器件衬底，包括玻璃基板1，设置在所述玻璃基板1一表面的光散射层2，以及覆盖所述光散射层2的平坦层3，其中，所述光散射层2具有随机微纳结构。
具体的，本发明实施例中，所述玻璃基板1的选择不受限制，可采用发光器件领域用作衬底的常规玻璃基板。
所述光散射层2设置在所述玻璃基板1一表面，具体设置在发光层对应的玻璃基板1表面。进一步的，本发明实施例中，所述光散射层2具有随机微纳结构，所述随机微纳结构的散射作用，可以有效调整光从发光层到玻璃基底的入射角，减少发光器件内波导模式，从而大幅提高发光器件内光提取效率，提高光电器件的发光效率。同时，所述随机微纳结构会改变器件内光路的光程，削弱发光器件的微腔效应，从而改善角度色散的问题。
本发明实施例中对用于制作所述光散射层2的材料有一定的要求，具体的，所述光散射层2的材料不仅要具有较好的透光性，而且应具有合适的折射率(比光电器件有机层的折射率要高)。优选的，所述光散射层2的材料为SiO2、TiO2中的至少一种。优选的光散射层2的材料，均具有较好的透光性，此外，所述SiO2的折射率为1.5，所述TiO2的折射率为2.1，满足弹性反射条件，使得光传播过程中没有能量损失。
优选的，本发明实施例中，所述光散射层2的厚度为400-600nm，与发光波长匹配。若所述光散射层2的厚度过薄，则不利于散射效果的实现；若所述光散射层2的厚度过厚，则可能会影响透光性。
本发明实施例中，所述平坦层3用于填充所述光散射层2中随机微纳结构的空隙，同时提供平整的表面，用方便沉积光电器件的发光功能层。具体的，所述平坦层3的材料一方面应满足折射率要求，在1.4-1.6之间，同时，应在制备过程中易于平整化。优选的，所述平坦层3的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)中的至少一种。进一步优选的，所述平坦层3的厚度为1-2μm。该优选的厚度，可以保证填充所述光散射层2中随机微纳结构的空隙，此外，还能形成一层平坦的膜层结构，便于制备光电器件的发光功能层。
本发明实施例提供的发光器件衬底，在所述玻璃基板上设置有光散射层和平坦层，其中，所述光散射层具有随机微纳结构。本发明实施例提供的发光器件衬底用于发光器件时，可以依靠所述光散射层随机微纳结构的散射作用，调整光从发光层到玻璃基底的入射角，减少发光器件内波导模式，从而大幅提高发光器件内光提取效率，提高光电器件的发光效率。同时，所述随机微纳结构会改变器件内光路的光程，削弱发光器件的微腔效应，从而改善角度色散的问题。
本发明实施例还提供的发光器件衬底，可以通过下述方法制备获得。
相应的，结合图1-5，本发明实施例还提供了一种发光器件衬底的制备方法，包括以下步骤：
S01.提供一玻璃基板1；
S02.在所述玻璃基板1上依次沉积光散射材料层2’、金属薄膜4’，对所述金属薄膜4’进行快速热处理，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层4”；
S03.以所述金属掩膜层4”作为掩膜板，对所述光散射材料层2’进行刻蚀处理，去除所述金属掩膜层4”后形成具有随机微纳结构的光散射层2；
S04.在所述光散射层2上沉积平坦层3。
具体的，上述步骤S01中，所述玻璃基板1的选择没有限制。
上述步骤S02中，在所述玻璃基板1上沉积光散射材料层2’，可以采用等离子体化学气相沉积方法、磁控溅射法、原子沉积法等实现。在所述光散射材料层2’上沉积金属薄膜4’，可以用真空热蒸镀技术、磁控溅射法等方法实现。在所述玻璃基板1上沉积光散射材料层2’、金属薄膜4’后的结构如图2所示。
本发明实施例中，所述金属薄膜4’的材料为Cu、Ag、Au、Pt及其合金。优选的，所述金属薄膜4’的厚度为30-60nm，一方面，有利于退火过程中金属掩膜层4”的形成；另一方面，可以防止在退火过程中对所述光散射材料层2’造成破坏。
沉积完金属薄膜4’后，对所述金属薄膜4’进行快速热处理，使二维金属薄膜4’处于热力学不稳定状态，发生明显的不规则团聚，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层4”。本发明实施例形成金属掩膜层4”后的结构如图3所示。优选的，所述快速热处理的方法为惰性气氛下，在500-800℃条件下处理2-6min。若所述温度过高或时间过长，则会造成所述光散射材料层2’中的光散射材料发生晶体结构的转变，从而使其密度、原子结构排布等发生改变，从而影响散射效果，甚至无法实现散射效果。若所述温度过低或时间过短，则所述金属薄膜4’的不规则团聚不明显，不能形成具有随机微纳结构的金属掩膜层4”。
上述步骤S03中，以所述金属掩膜层4”作为掩膜板，对所述光散射材料层2’进行刻蚀处理，优选的，所述刻蚀处理采用等离子体刻蚀方法实现，且以CF4、或CF4和H2的混合气体作为刻蚀气体，有利于得到效果较好的随机微纳结构。进一步优选的，以所述CF4和H2的混合气体的总体积百分含量为100％计，所述H2的体积百分含量≤10％。对所述光散射材料层2’进行刻蚀处理后的结构如图4所示。去除所述金属掩膜层4”后漏出具有随机微纳结构的光散射层2，形成光散射层2后的结构如图5所示。去除所述金属掩膜层4”的方法可以采用腐蚀去除，具体的，如采用硝酸腐蚀去除所述金属掩膜层4”。
上述步骤S04中，在所述光散射层2上沉积平坦层3的方法优选为：在所述光散射层2上沉积平坦层3材料，然后在120-150℃条件下退火30-60min。其中，沉积方法可采用溶液加工法，其退火处理的条件不仅可以有效去除溶剂，还能形成致密膜层。在所述光散射层2上沉积平坦层3后最终得到如图1所示的发光器件衬底。
本发明实施例提供的发光器件衬底的制备方法，在光散射材料层上沉积金属薄膜，并对所述金属薄膜进行快速热处理。由于沉积在绝缘基底上的二维金属薄膜处于热力学不稳定状态，在热处理条件下金属会发生明显的不规则团聚，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层。本发明实施例利用所述金属掩膜层作为掩模板，在所述玻璃基底上刻蚀出具有随机微纳结构的光散射层。利用该方法制备的光散射层可以依靠所述光散射层随机微纳结构的散射作用，调整光从发光层到玻璃基底的入射角，减少发光器件内波导模式，从而大幅提高发光器件内光提取效率，提高光电器件的发光效率。同时，所述随机微纳结构会改变器件内光路的光程，削弱发光器件的微腔效应，从而改善角度色散的问题。
以及，本发明实施例还提供了一种发光器件，所述发光器件为OLED或QLED，其特征在于，所述发光器件包括上述的发光器件衬底。
本发明实施例提出的发光器件，含有上述发光器件衬底，因此能够有效提高器件发光效率，同时改善角度色散。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种发光器件衬底的制备方法，包括以下步骤：
S11.提供清洗干净的玻璃基板；
S12.利用等离子体化学气相沉积系统沉积400～600nm的SiO2薄膜，利用真空热蒸镀技术在SiO2薄膜上沉积30～60nm的Cu薄膜，将沉积后的Cu薄膜在氮气中利用快速退火工艺在500～800℃退火2～6min，加速金属薄膜的团聚现象，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层；
S13.使用等离子体刻蚀工艺，以CF4+H2气体作为刻蚀气体，刻蚀掉无Cu覆盖的SiO2薄膜，然后用硝酸腐蚀掉作为掩模板的Cu，形成具有随机微纳结构的光散射层；
S14.在具有随机微纳结构的SiO2上喷涂1～2um的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，然后在120～150℃下烘烤30～60min，形成平坦层。
实施例2
一种发光器件衬底的制备方法，包括以下步骤：
S21.提供清洗干净的玻璃基板；
S22.利用等离子体化学气相沉积系统沉积400～600nm的SiO2薄膜，利用磁控溅射技术在SiO2薄膜上沉积30～60nm的Ag薄膜，将沉积后的Ag薄膜在氮气中利用快速退火工艺在500～800℃退火2～6min，加速金属薄膜的团聚现象，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层；
S23.使用等离子体刻蚀工艺，以CF4气体作为刻蚀气体，刻蚀掉无Ag覆盖的SiO2薄膜，然后用硝酸腐蚀掉作为掩模板的Ag，形成具有随机微纳结构的光散射层；
S24.在具有随机微纳结构的SiO2上喷涂1～2um的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，然后在120～150℃下烘烤30～60min，形成平坦层。
实施例3
一种发光器件衬底的制备方法，包括以下步骤：
S31.提供清洗干净的玻璃基板；
S32.利用等离子体化学气相沉积系统沉积400～600nm的SiO2薄膜，利用真空热蒸镀技术在SiO2薄膜上沉积30～60nm的Pt或Au薄膜，将沉积后的Pt或Au薄膜在氮气中利用快速退火工艺在500～800℃退火2～6min，加速金属薄膜的团聚现象，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层；
S33.使用等离子体刻蚀工艺，以CF4气体作为刻蚀气体，刻蚀掉无Pt或Au覆盖的SiO2薄膜，然后用王水腐蚀掉作为掩模板的Pt或Au，形成具有随机微纳结构的光散射层；
S34.在具有随机微纳结构的SiO2上喷涂1～2um的聚苯乙烯(PS)溶液，然后在120～150℃下烘烤30～60min，形成平坦层。
实施例4
一种发光器件衬底的制备方法，包括以下步骤：
S41.提供清洗干净的玻璃基板；
S42.利用反应磁控溅射沉积400～600nm的TiO2薄膜，利用真空热蒸镀技术在TiO2薄膜上沉积30～60nm的Cu薄膜，将沉积后的Cu薄膜在氮气中利用快速退火工艺在500～800℃退火2～6min，加速金属薄膜的团聚现象，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层；
S43.使用等离子体刻蚀工艺，以CF4气体作为刻蚀气体，刻蚀掉无Cu覆盖的TiO2薄膜，然后用硝酸腐蚀掉作为掩模板的Cu，形成具有随机微纳结构的光散射层；
S44.在具有随机微纳结构的TiO2上喷涂1～2um的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，然后在120～150℃下烘烤30～60min，形成平坦层。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光器件衬底，其特征在于，包括玻璃基板，设置在所述玻璃基板一表面的光散射层，以及覆盖所述光散射层的平坦层，其中，所述光散射层具有随机微纳结构。
2.如权利要求1所述的发光器件衬底，其特征在于，所述光散射层的材料为SiO2、TiO2中的至少一种；和/或
所述平坦层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的发光器件衬底，其特征在于，所述光散射层的厚度为400-600nm；和/或
所述平坦层的厚度为1-2μm。
4.一种发光器件衬底的制备方法，包括以下步骤：
提供一玻璃基板；
在所述玻璃基板上依次沉积光散射材料层、金属薄膜，对所述金属薄膜进行快速热处理，形成具有随机微纳结构的金属掩膜层；
以所述金属掩膜层作为掩膜板，对所述光散射材料层进行刻蚀处理，去除所述金属掩膜层后形成具有随机微纳结构的光散射层；
在所述光散射层上沉积平坦层。
5.如权利要求4所述的发光器件衬底的制备方法，其特征在于，所述快速热处理的方法为惰性气氛下，在500-800℃条件下处理2-6min。
6.如权利要求4所述的发光器件衬底的制备方法，其特征在于，所述金属薄膜的材料为Cu、Ag、Au、Pt及其合金。
7.如权利要求4所述的发光器件衬底的制备方法，其特征在于，所述刻蚀处理采用等离子体刻蚀方法实现，且以CF4、或CF4和H2的混合气体作为刻蚀气体。
8.如权利要求7所述的发光器件衬底的制备方法，其特征在于，以所述CF4和H2的混合气体的总体积百分含量为100％计，所述H2的体积百分含量≤10％。
9.如权利要求4所述的发光器件衬底的制备方法，其特征在于，在所述光散射层上沉积平坦层的方法为：在所述光散射层上沉积平坦层材料，然后在120-150℃条件下退火30-60min。
10.一种发光器件，所述发光器件为OLED或QLED，其特征在于，所述发光器件包括权利要求1-3任一所述的发光器件衬底。
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