CN102130304A

CN102130304A - 一种提升光输出效率的有机发光器件

Info

Publication number: CN102130304A
Application number: CN 201110029451
Authority: CN
Inventors: 王军; 蒋亚东
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-07-20

Abstract

本发明公开了一种提升光输出效率的有机发光器件，包括透明基板、第一电极层、有机发光层和第二电极层，所述第一电极层形成于透明基板上，有机发光层设置于第一电极层上，第二电极层形成于所述有机发光层上，其特征在于，还包括一有提升光输出效率的结构：①透明基板的侧壁表面为平滑表面，并设置有对所述有机发光层发出的可见光具有弱吸收和强反射性能的薄膜；②透明基板的侧壁剖面形状为能提高有机发光层所发出的可见光从透明基板正面输出效率的形状。本发明中效率提升结构实现工艺简单，能够避免有机材料发出光的侧向输出，使得原来从基板侧壁出射的光改变方向，从基板表面输出，提高有机发光器件的光输出效率。

Description

一种提升光输出效率的有机发光器件

技术领域

本发明涉及有机发光技术领域，具体涉及一种提升光输出效率的有机发光器件。

背景技术

有机发光器件是利用外加电压后注入的载流子复合激发有机材料发光的器件，具有自发光、高效率、低电压、响应快、视角宽、可做在柔性基板等诸多优点，可以做成显示器件或照明器件，备受社会的关注。

有机发光显示器(Organic Light-emitting Diodes，OLEDs)的研究始于20世纪60年代，Pope等人(Pope M，Kallmann HP，and Magnante P.J.CHEM.PHYS.，1963，38，2042)首次报道了蒽单晶的电致发光现象，揭开了有机固体电致发光的序幕。1987年，美国柯达公司的研究人员C.W.Tang等(C.W.Tang，S.A.Vanslyke，Appl.Phys.Lett.，1987，51，913)在总结前人工作的基础上，提出了双层结构的设计思想，选择具有较好成膜性能的三芳胺类衍生物和8羟基哇琳铝配合物(Alq₃)分别作为空穴传输层和发光层，得到了高量子效率(1％)、高发光效率(1.5lm/W)、高亮度(＞1000cd/m²)和低驱动电压(＜10V)的有机电致发光器件；1990年，剑桥大学Cavendish实验室的R.H.Friend等(Burroughes JH，Bradley DDC，Brown AR，R.H.Friend.Nature(London)，1990，347，539)以聚对苯撑乙烯(PPV)为发光层材料制成了聚合物电致发光器件，开辟了发光器件的又一个新领域--聚合物薄膜电致发光器件。这两个突破性进展使人们看到了有机电致发光器件作为新一代平板显示器件的潜在希望。

随着磷光发光材料(Chihaya Adachi，Marc A Baldo，Mark E Thompson，et al.J.Appl.Phys.，2001，90(10)：5048)在有机发光器件中的应用，有机发光器件的内量子效率得到显著的提升，已经接近100％，发光器件的效率得到大幅提高，因而非常有希望用于平面照明光源领域。

但是虽然内量子效率得到提高，但是器件总体出光效率仍然十分受限，从通常的有机发光器件结构进行分析。典型的有机发光器件光输出结构如图1所示，包括透明基板10、第一电极20、有机层30及第二电极40，在外加电压50的作用下，有机器件发光。

对于有机发光元件，第一电极20薄膜与有机层30薄膜的折射率非常接近(折射率在1.7～1.9)，稍大于透明基板10的折射率(～1.5)，第二电极40为反射金属薄膜，因此有机层的发光能够有效的从有机层传输到透明衬底中。而空气的折射率(～1.0)远低于透明衬底。根据Snell定律，只有入射角度低于全反射角时候，光线能够从基板表面101出射，形成有效输出，如图1中光线01、02所示。而入射角度高于全反射角的光线不能从衬底表面101出射，只能局限于透明基板10中形成基板波导现象，从基板侧壁103输出，如图1中光线03、04所示，形成无效的的光输出。由上述原理可知，仅有约20％的光线能够在衬底101面出射，而80％的光线都在基板或阳极形成波导现象从基板侧壁输出，或者在器件内损耗掉。

为了提高器件的光输出效率，专利文献(美国专利6984934)中公开了一种在有机发光器件基板表面制作一层微透镜来提高耦合出光效率。但制作微透镜需要进行光刻、刻蚀、制作模板、图形转移等诸多工艺，制作过程复杂。另一种改进微透镜制作方法的专利(中国专利：公开号CN1719955A)提到向有机发光器件表面喷射含有形成微透镜材料并且与基片材料表面亲和性低的液滴，然后使液滴固化形成微透镜，该方法工艺简单，但是图形一致性较差，图案不规则。专利(中国专利：专利号ZL 200610131629.5)中采用微接触打印技术将微球半压入预先旋涂在有机发光器件基片上的聚合物颗粒，然后在基板的另一面制作有机发光器件，该专利利用在基板表面的半球形聚合物颗粒形成微透镜的效果，这种方法制作出基板表面的聚合物透镜很容易损伤，失去提高出光的效果，且聚合物薄膜制备工艺也较为繁琐。

专利(中国专利，专利号ZL 03159293.7)中提及了一种了增强出光的方法，该方法用于顶发光结构的有机发光器件，在电极表面形成一种提升光输出效率的结构，即在电极表面制作一个大的透镜改变光输出的角度，进而提高光的输出比例。对于顶发光结构的器件，也有利用弱腔效应提高的器件的出光比例的报道(S.Chen，Y Zhao，G.Cheng，et al.Appl.Phys.Lett.，2006，88，153517；Q.Huang，K.Walzer，M.Pfeiffer，et al.Appl.Phys.Lett.，2006，88，113515)，但是这种方法使得器件表面出光的空间分布变化，同时侧面的光输出没有杜绝。

专利(中国专利，公开号CN 1937872A)中展示了一种提升出光效率的有机发光装置，该装置采用透明保护层覆盖有机发光元件及基板，透明保护层的外表面加工成规则或非规则的图形，增大器件出光的面积。这种方法同样适用于顶发光结构的有机发光器件，对于器件出光比例的提升没有明显的提高。

前述的多种方法虽然对有机发光器件的出光效率有不同程度的提高，但是存在工艺过程复杂、图形一致性差等问题，并且对基板侧壁出光的现象没有消除。因此有必要研究新的装置完全消除基板侧壁出光，提高器件的光输出比例。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种提升光输出效率的有机发光器件，该器件克服了有机发光器件中光输出效率低、不能完全杜绝发光侧壁输出的缺陷，提升了有机发光显示器件或者照明光源基板正面的光输出比例。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种提升光输出效率的有机发光器件，包括透明基板、第一电极层、有机发光层和第二电极层，所述第一电极层形成于透明基板上，有机发光层设置于第一电极层上，第二电极层形成于所述有机发光层上，其特征在于，还包括一有提升光输出效率的结构：

①透明基板的侧壁表面为平滑表面，并设置有对所述有机发光层发出的可见光具有弱吸收和强反射性能的薄膜；

②透明基板的侧壁剖面形状为能提高有机发光层所发出的可见光从透明基板正面输出效率的形状。

按照本发明所提供的提升光输出效率的有机发光器件，其特征在于，基板侧壁剖面的形状为梯形形状、弧形形状或多边形形状。

按照本发明所提供的提升光输出效率的有机发光器件，其特征在于，所述薄膜材料为铝、银、铬、金、钙、镁、铟、锡、锰等金属及合金组合材料，也可以为其他具有高反射率涂层材料。

按照本发明所提供的提升光输出效率的有机发光器件，其特征在于，所述薄膜向透明基板上下表面稍有延伸。

按照本发明所提供的提升光输出效率的有机发光器件，其特征在于，所述透明基板是玻璃或者柔性基片，其中柔性基片是固态薄片、聚酯类或聚酞亚胺类化合物。

本发明中提升有机发光器件光输出效率的装置结构简单，制备难度小，并且完全避免了光在基板侧壁的损失，有效提高了有机发光器件的光输出效率。

附图说明

图1是典型有机发光器件光输出示意图；

图2是有机发光器件结构示意图；

图3是本发明的一种实施例的发光器件示意图，图中(a)为基板侧壁剖面为梯形形状，图(b)为器件正视图；

图4是本发明另一实施例的发光器件示意图，图中(a)为基板侧壁剖面为弧形形状，图(b)为器件正视图；

图5是本发明其他实施例的发光器件示意图，图中(a)为基板侧壁剖面为多边形形状，图(b)为器件正视图；

图6是本发明的发光器件和普通结构发光器件发光强度对比图，图中圆圈标示的光谱为带有效率提升装置器件的发光光谱，方形标示的光谱为普通器件的发光光谱。

其中，10：器件基板；20：第一电极；30：有机层；40：第二电极；50：器件外加电源；60：侧壁反射层。有机层30可以包括空穴注入层31、空穴传输层32、电子阻挡层33、发光层34空穴阻挡层35、电子传输层36、电子注入层37中的一层或几层；01、02、03、04为器件有机层发出不同角度的光；101：器件基板的正向出光面；103：器件基板的侧壁面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

本发明提出了一种带有提升光输出效率装置的有机发光器件，该装置包括一基板；第一电极，位于基板之上；一有机层，位于第一电极之上；第二电极，位于有机层之上；及效率提升结构形成于透明基板侧壁。

为更加清楚的描述本发明中的装置，对有机发光器件的结构进行了一个简单的展示，图2为有机发光器件层次结构示意图。

透明基板10要求为对有机材料发光是透明的，可以为玻璃或者柔性基片等，其中柔性基片是固态薄片、聚酯类或聚酞亚胺类化合物。基板的厚度可以调节，在0.1mm到10mm之间，对于大屏器件可以更厚。第一电极20为透明或半透明的导电薄膜，制备在基板10上面，材质为氧化铟锡薄膜或薄层金属膜。有机层30制作在第一电极20上面，有机层可以包含包括空穴注入层31、空穴传输层32、电子阻挡层33、发光层34空穴阻挡层35、电子传输层36和电子注入层37中的一层或数层，但必须包含发光层34。有机材料可以为有机小分子材料也可以是高分子聚合物材料，发光层34可以是一种材料也可以是多种材料掺杂，发光层34可以是一层，但是器件中也可以含有多个发光层。第二电极40通常为金属铝、镁、银、钙等金属或合金薄膜，能够有效的反射有机材料发出的光。器件中第一电极20、有机层30、第二电极40的厚度都在微米量级，相比基板10厚度差距很大，图2仅为有机发光器件结构示意图。

本发明提到的效率提升装置是将基板侧壁103进行处理，然后增加反射层60形成效率提升装置。本装置的特点为：需对基板侧壁进行加工；侧壁增加反射层薄膜；薄膜对有机材料发出的光具有高的反射率。

基板侧壁进行加工的目的是形成良好的反射平面并且改变光线的行进角度。将基板侧壁进行加工的方式很多，如切割、研磨、腐蚀等。基板侧壁剖面的形状可以为梯形形状，也可以为弧形形状或多边形形状。

以下列举出了几种典型结构的侧壁剖面及正视图：

图3(a)为器件基板侧壁剖面梯形示意图，梯形的角度可以在0～90进行变化，图3(b)为发光器件基板的正视图。未进行侧壁结构修饰的器件中(图1所示)，只有01、02光线可以从器件基板正面101射出，形成有效的光输出，而03、04光线由于光波导效应从器件的侧面103输出，不能形成正面101的光发射。在进行基板侧面103效率提升结构制作后，01、02光线路线不受影响，可以从器件基板正面101射出，形成有效的光输出，而03、04光线由于基板侧壁效率提升装置(103及60)的存在，光在侧壁发生全反射，光线的角度发生变化，进而可以从基板表面101射出，形成有效的光输出。器件中20、30、40分别为有机发光器件的第一电极、有机层和第二电极。此结构也原理上说明了发明中的基板侧壁反射层装置能够有效的提升有机发光器件的光输出效率。

图4(a)为器件基板侧壁剖面弧形示意图，剖面的弧度形状可以进行改变以适应器件出光和实际加工的需要，图4(b)为发光器件基板的正视图。未进行侧壁结构修饰的器件中，只有01、02光线可以从器件基板正面101射出，形成有效的光输出，而03、04光线由于光波导效应从器件的侧面103输出，不能形成正面101的光发射。在进行基板侧面103效率提升结构制作后，01、02光线路线不受影响，可以从器件基板正面101射出，形成有效的光输出，而03、04光线由于基板侧壁效率提升装置(103及60)的存在，光在侧壁发生全反射，光线的角度发生变化，进而可以从基板表面101射出，形成有效的光输出。器件中20、30、40分别为有机发光器件的第一电极、有机层和第二电极。此结构也原理上说明了发明中的基板侧壁反射层装置能够有效的提升有机发光器件的光输出效率。

图5(a)为器件基板侧壁剖面多边形示意图，剖面的多边形形状可以进行改变以适应器件出光和实际加工的需要，图5(b)为发光器件基板的正视图。未进行侧壁结构修饰的器件中，只有01、02光线可以从器件基板正面101射出，形成有效的光输出，而03、04光线由于光波导效应从器件的侧面103输出，不能形成正面101的光发射。在进行基板侧面103效率提升结构制作后，01、02光线路线不受影响，可以从器件基板正面101射出，形成有效的光输出，而03、04光线由于基板侧壁效率提升装置(103及60)的存在，光在侧壁发生全反射，光线的角度发生变化，进而可以从基板表面101射出，形成有效的光输出。器件中20、30、40分别为有机发光器件的第一电极、有机层和第二电极。此结构也原理上说明了发明中的基板侧壁反射层装置能够有效的提升有机发光器件的光输出效率。

专利中阐述的基板侧壁效率提升装置形状并不局限于前述的几种图形，基板侧壁可以根据光输出效果及工艺实现难度进行调节。

完成透明基板侧壁的形状加工，需要在侧壁进行反射层薄膜的制作。制作反射层薄膜的方法有多种，可以采用热蒸发、直流溅射、射频溅射、离子束溅射、涂覆等。反射层材料的选择范围较宽，可以采用铝、银、铬、金、钙、镁、铟、锡、锰、镍等金属或合金组合材料，也可以为其他具有高反射率涂层材料。该薄膜材料制作在基板的侧壁103位置，即在图3、图4、图5中衬底侧壁加粗的位置。厚度在0.1微米-1毫米间，对有机材料发出的光能够有效的反射。但是反射层材料制作的位置并不仅仅局限于在基板侧壁，在基板的表面可以稍作延伸，降低制作的工艺难度。

通过有机发光器件透明基板侧壁的加工和反射层的制作，本专利所述的提升有机发光器件光输出效率的装置即可完成。

实施例1

图3为一种器件基板侧壁剖面梯形结构提高有机发光器件的出光效率的示意图。以该结构为例制作了有机发光器件效率提升装置。器件基板10材料为普通玻璃，厚度约1毫米，基板表面覆盖一层氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜作为第一电极20。

将基板侧壁103进行研磨，玻璃研磨时倾斜角度为45°，形成一个侧壁断面呈现梯形的基板。然后将一组基板紧密叠放后，用热蒸发的方法在四个侧壁蒸镀一层金属铝层60，铝层的厚度约300nm，形成侧壁的反射层薄膜。至此，具有效率提升结构的基板已经完成。

将该基板用于有机发光器件的制作。依次在基板上蒸镀多层有机功能层40及第二电极镁银合金50。有机发光器件完成。

外加驱动电压，进行带有效率提升结构器件和普通器件(器件结构如图1所示)的发光强度测试。两种器件发光的光谱强度如图6所示。圆点标示的光谱为带有基板效率提升结构的器件发光光谱，方块标示的光谱为普通结构发光器件的测试光谱，可见带有器件效率提升结构的器件发光强度得到有效提升，证明有机发光器件的出光效率得到提高。

实施例2

图4为一种器件基板侧壁剖面弧形结构提高有机发光器件的出光效率的示意图。以该结构为例制作了有机发光器件效率提升装置。器件基板10材料为柔性透明衬底材料聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，厚度约1毫米，基板表面覆盖一层氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜作为第一电极20。

将PET基板侧壁103进行湿法腐蚀，将边缘侧壁形成弧形或不规则多边形的形状。用热蒸发的方法在四个侧壁蒸镀一层金属铝层60，铝层的厚度约300nm，形成侧壁的反射层薄膜。至此，具有效率提升结构的基板已经完成。

将该基板用于有机发光器件的制作。依次在基板上旋转涂覆多层有机功能层40及蒸镀第二电极镁银合金50。有机发光器件完成。

外加驱动电压，进行带有效率提升结构器件和普通器件(器件结构如图1所示)的性能测试。经计算，带有提升有机发光器件光输出效率装置的器件发光效率为3.3lm/W(亮度1000cd/m²)，而普通柔性PET衬底器件的效率为2.6lm/W(亮度1000cd/m²)。可见带有器件效率提升结构的器件发光效率得到有效提升，证明本发明提供的提升有机发光器件光输出效率装置起到了良好的效果。

以上所述，仅是本发明的部分实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已经将较佳的实施例子揭露如上，也并非用以限定本发明，任何熟悉本器件的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种提升光输出效率的有机发光器件，包括透明基板、第一电极层、有机发光层和第二电极层，所述第一电极层形成于透明基板上，有机发光层设置于第一电极层上，第二电极层形成于所述有机发光层上，其特征在于，还包括一有提升光输出效率的结构：

2.根据权利要求1所述的提升光输出效率的有机发光器件，其特征在于，基板侧壁剖面的形状为梯形形状、弧形形状或多边形形状。

3.根据权利要求1所述的提升光输出效率的有机发光器件，其特征在于，所述薄膜材料为铝、银、铬、金、钙、镁、铟、锡、锰金属及合金组合材料。

4.根据权利要求1所述的提升光输出效率的有机发光器件，其特征在于，所述薄膜向透明基板上下表面稍有延伸。

5.根据权利要求1所述的提升光输出效率的有机发光器件，其特征在于，所述透明基板是玻璃或者柔性基片。