有机发光装置的光提取基材及其制造方法

背景

技术领域

本申请要求2018年5月28日提交的系列号为10-2018-0060322的韩国专利申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其全文纳入本文，如同在下文完整阐述。

本公开涉及有机发光装置的光提取基材以及其制造方法，更具体地，涉及可显著提高光提取效率的有机发光装置的光提取基材及其制造方法。

相关技术说明

由于多种原因，由有机发光装置(包括有机发光二极管(OLED))产生的光可能被困于该有机发光装置中，从而将有机发光装置的发光效率限制在20％至30％的范围内。有机层和/或透明电极的折射率为1.8至1.9，高于周围的玻璃基底基材或空气的折射率。因此，一部分的光可能被困在有机层中。此外，发生在金属电极中的“等离基元波导”可能导致光损耗。另外，全内反射可能造成光被困在玻璃基底基材中，这被称为“基材模式”。作为通过克服光波导来提高光提取效率的一种方法，在透明电极与玻璃基底基材之间引入可散射光的光提取层。一般来说，位于透明基材与OLED之间的光提取层被称为内部光提取层。

相关技术的光提取层是一种膜，在其中分布有以三维(3D)布置的尺寸为几十纳米至几微米的光散射元件(例如孔或颗粒)。对于相关技术的光提取层，可能需要精密的设计，并且必需采取几个复杂步骤来制造。由于光散射元件可以3D布置来分布，相关技术的光提取层可能具有极低的光散射效率，或者更甚，如果光散射元件以单层来分布，则光提取层的高度可能不均匀。考虑到相关技术的光提取层的结构及膜的折射率，可能难以显著提高光提取效率。

发明内容

根据本公开的一个方面，一种有机发光装置的光提取基材可以包括：基底基材；光散射层，其设置在基底基材上，并且包含第一材料，所述光散射层包括面向基底基材的第一表面，以及与第一表面相对的第二表面，在光散射层中形成有多个孔，所述多个孔中的每个孔在第一表面与第二表面之间延伸；以及平面化层，其设置在光散射层上，并且包含第二材料。第一材料和第二材料的折射率可以在1.8至2.6的范围内。当在与光散射层的厚度方向垂直的平面上测量时，所述多个孔的直径可以在350nm至450nm的范围内。所述多个孔在第一表面中占据的面积与第一表面的面积的比值可以为至少40％。平面化层的厚度可以是200nm或更小。

根据本公开的另一个方面，一种有机发光装置可以包括：基底基材；光散射层，其设置在基底基材上，并且包含第一材料，所述光散射层包括面向基底基材的第一表面，以及与第一表面相对的第二表面，在光散射层中形成有多个孔，所述多个孔中的每个孔在第一表面与第二表面之间延伸；平面化层，其设置在光散射层上，并且包含第二材料；设置在平面化层上的阳极电极层；设置在阳极电极层上的有机层；以及设置在有机层上的阴极电极层。第一材料和第二材料的折射率可以在1.8至2.6的范围内。当在与光散射层的厚度方向垂直的平面上测量时，所述多个孔的直径可以在350nm至450nm的范围内。所述多个孔在第一表面中占据的面积与第一表面的面积的比值可以为至少40％。平面化层的厚度可以是200nm或更小。

根据本公开的另一个方面，一种制造有机发光装置的光提取基材的方法可以包括：在基底基材上形成光散射层，以在光散射层中形成多个孔，所述光散射层包含第一材料，并且包括面向基底基材的第一表面，以及与第一表面相对的第二表面，所述多个孔中的每个孔在第一表面与第二表面之间延伸；在支承件上形成平面化层，所述平面化层包含第二材料；将平面化层与光散射层结合；以及从平面化层移除支承件。

根据本公开的另一个方面，一种制造有机发光装置的光提取基材的方法，所述方法可以包括：在支承件上形成平面化层，所述平面化层包含第二材料；在平面化层上形成光散射层，以在光散射层中形成多个孔，所述光散射层包含第一材料，所述光散射层包括面向平面化层的第一表面，以及与第一表面相对的第二表面，所述多个孔中的每个孔在第一表面与第二表面之间延伸；将基底基材与光散射层结合；以及从平面化层移除支承件。

本公开通过优化光散射元件(孔)的分布，光提取层的折射率和厚度等，可显著提高有机发光装置的性能。

本公开可提供其中嵌有光散射孔的超薄高效光提取层。

本公开的方法和设备具有根据被纳入本文的附图和下文具体实施方式而显而易见或者在附图和具体实施方式中更加详细阐述的其他特征和优点，其共同用于解释本公开的某些原理。

附图简要说明

图1是根据示例性实施方式，示意性例示了有机发光装置的结构的截面图；

图2例示了图1的有机发光装置的光散射层的第一表面；

图3根据示例性实施方式，例示了有机发光装置的光散射层的第一表面；

图4是例示了图1所示的有机发光装置的光提取层的折射率与光提取效率之间关系的图表；

图5是例示了图1所示的有机发光装置的孔的直径与光提取效率之间关系的图表；

图6是例示了图1所示的有机发光装置的孔在光提取层厚度方向上的长度与光提取效率之间关系的图表；

图7是例示了图1所示的有机发光装置的孔的面密度与光提取效率之间关系的图表；

图8是例示了图1所示的有机发光装置的平面化层的厚度与光提取效率之间关系的图表；

图9是根据示例性实施方式，示意性例示了有机发光装置的光提取基材的结构的截面图；

图10是例示了图9所示的有机发光装置的平面化层的折射率与光提取效率之间关系的图表；

图11根据示例性实施方式，示意性例示了一种制造有机发光装置的光提取基材的方法；以及

图12根据示例性实施方式，示意性例示了一种制造有机发光装置的光提取基材的方法。

具体实施方式

下文将详细参考本公开，其实施方式在附图中示出并在下文描述，以使得本公开所属领域的普通技术人员可以很容易地实施本公开。

图1是示意性例示了示例性实施方式的有机发光装置的结构的截面图，并且图2例示了图1所示的有机发光装置的光散射层121的第一表面。

本公开涉及有机发光装置的发光效率的改进。有机发光装置可以用于显示装置、照明装置等。

根据一些实施方式的有机发光装置可以包括光提取基材100和有机发光二极管(OLED)200。

在OLED 200中，包括发光层的有机层220可以位于阳极电极层210与阴极电极层230之间。根据一些实施方式，有机层220的厚度可以为几百纳米。根据一些实施方式，阳极电极层210可以含有透明导电氧化物，例如氧化铟锡(ITO)。阴极电极层230可以包含金属，例如铝(Al)或银(Ag)。当通过这两个电极层施加电流时，电子和空穴在有机层220的发光层中复合，从而发射光。

光提取基材100可以包括基底基材110以及制造在基底基材110上的光提取层120。光提取层120可以包括制造在基底基材110上的光散射层121以及制造在光散射层121上的平面化层123。根据一些此类实施方式，光提取层120的厚度，即，光散射层121的厚度和平面化层123的厚度的总和，可以高至1μm。根据一些实施方式，基底基材110可以是玻璃基材或聚合物基材[由聚酰亚胺(PI)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等形成]。光散射层121可以包含第一材料。光散射层121可以包括面向基底基材110的第一表面以及与第一表面相对的第二表面。光散射层121可以被构造成在第一表面与第二表面之间布置有多个孔121a。因此，在光散射层121中可以提供单层的多个孔121a。根据一些实施方式，多个孔121a的高度可以基本上相同，但是根据一些其他实施方式，多个孔121a的高度可以不同。(也就是说，第二表面可以不是平坦表面。)根据一些实施方式，多个孔121a可以具有圆柱形状，如图2所示，但是根据一些替代性实施方式，多个孔121a可以具有非圆柱形状，例如球形或椭圆截面形状。椭圆截面可以平行或垂直于第一表面，或者相对于第一表面成预定角度设置。此外，根据一些实施方式，多个孔121a可以具有基本上相同的形状，但是根据一些其他实施方式，多个孔121a可以具有不同的形状。例如，一些孔121a可以具有圆柱形状，而其他孔121a可以具有非圆柱形状。根据一些实施方式，多个孔121a可以限定第一表面上的点图案。根据一些实施方式，点图案中的点可以周期性布置，如图2所示，但是根据一些其他实施方式，点图案中的点可以随机布置，如图3所示。平面化层123可以含有第二材料。根据一些实施方式，第一材料和第二材料可以是相同的材料，如图1所示。相反，根据一些替代性实施方式，第一材料和第二材料可以是不同的材料，如图9所示。根据一些实施方式，第一材料和第二材料的折射率可以在1.8至2.6的范围内。根据一些实施方式，第一材料和第二材料各自可以包含选自以下中的至少一种：i)SiO

由有机层220发射的光通过阳极电极层210和光提取基材100离开。具有上述构造的有机发光装置被称为底发射有机发光装置，但是本公开不限于底发射有机发光装置。

图4是例示了图1所示的有机发光装置的光提取层120的折射率与光提取效率之间关系的图表。

在光散射层121和平面化层123由相同材料形成的光提取层120中，通过由折射率为2.0至2.6的材料制造光提取层120，可显著提高光提取效率。

为了验证该特征，对图1例示的有机发光装置进行光学模拟，并且获得结果，如图4的图表所示。使用纳米压印技术形成孔121a。使用基于时域有限差分(FDTD)法的波动光学数值分析(wave optical numerical analysis)进行计算。在该模拟中，在约2.1的折射率下获得了2.5倍的最大效率，该折射率被评估为最佳折射率。在2.0至2.6的折射率下获得的效率为至少2.3倍。在该模拟中，折射率2.1是最佳折射率。由于阳极电极层210和有机层220的折射率为约1.8至1.9，因此光提取层120与这些层之间的折射率匹配减少了由波导模式所造成的光损耗。

图5是例示了图1所示的有机发光装置的孔121a的直径与光提取效率之间关系的图表，图6是例示了图1所示的有机发光装置的孔121a在光提取层厚度方向上的长度与光提取效率之间关系的图表。

在图1所示的光提取层120中，通过制造孔121a，以使得当在与光散射层121的厚度方向垂直的平面上测量时，其直径为400±50nm，可显著提高光提取效率。此外，通过制造孔121a，以使得当在光散射层121的厚度方向上测量时，其长度为400±100nm，可显著提高光提取效率。

进行模拟以验证这些特征，并且获得如图5和6所示的结果图表。在这些模拟中，当获得最佳效率时，直径和长度均为400nm。显而易见的是，相比于孔121a的长度，光提取效率更加敏感地受孔121a的直径影响。

图7是例示了图1所示的有机发光装置的孔121a的面密度与光提取效率之间关系的图。

随着孔121a在第一表面区域中的面密度增加，光散射概率增加，从而增加了光提取效率。最佳面密度为至少40％。

图8是例示了图1所示的有机发光装置的平面化层123的厚度与光提取效率之间关系的图表。

平面化层123的厚度越低，光波导模式的散射概率越大，从而提高了光提取效率。由最大厚度为200nm的平面化层123可获得优异的光提取效率。通过纳米压印技术足以实现200nm厚度的平面化层123。虽然光提取层120的折射率有所改变，但是观察到同样的趋势。显而易见的是，用作光散射元件的孔121a与OLED 200之间的物理距离可显著影响光提取效率。

图9是根据示例性实施方式，示意性例示了有机发光装置的光提取基材100的结构的截面图。

根据一些实施方式，如图9所示，光散射层121和平面化层123可以由不同的材料形成。

图10是例示了图9所示的有机发光装置的平面化层123的折射率与光提取效率之间关系的图表。

图10例示了通过将第一材料的折射率固定在2.1并且改变第二材料的折射率所获得的光提取效率的变化的模型化结果。根据模拟结果，当第二材料的折射率大于或等于1.8时，效率没有显著变化。然而，显而易见的是，当平面化层123的折射率降低到约1.5的水平时，光提取效率急剧降低，该折射率近似于由玻璃形成的基底基材110的折射率，即使在平面化层123具有200nm的低厚度的情况中也如此。这是因为，由于平面化层123与OLED 200之间不满足折射率匹配，光在有机层220中被波导。

图11根据示例性实施方式，示意性例示了一种制造有机发光装置的光提取基材100的方法。

根据示例性实施方式，可使光提取层120经受纳米图案化过程，从而提供优异的可靠性。

根据一些实施方式，在一种制造光提取基材100的方法中，在基底基材110上形成第一材料层，然后通过纳米压印多个孔121a来制造光散射层121，如图11所示。此外，在支承件300上制造由第二材料形成的平面化层123。随后，使平面化层123与光散射层121结合。例如，根据一些实施方式，平面化层123可以通过加热而与光散射层121化学结合。之后，从平面化层123移除支承件300。

图12根据示例性实施方式，示意性例示了一种制造有机发光装置的光提取基材100的方法。

在根据一些实施方式制造光提取基材的方法中，首先在支承件300上制造由第二材料形成的平面化层123。之后，在平面化层123上形成第一材料层，然后纳米压印多个孔121a。随后，使基底基材110与光散射层121结合。例如，根据一些实施方式，基底基材110可以通过加热而与光散射层121化学结合。之后，从平面化层123移除支承件300。

当第一材料和第二材料是相同材料时，光提取层120可以通过下述来制造：在支承件300上由第一材料(第二材料)形成层，然后纳米压印孔121a，压印到与第一材料层的部分厚度对应的深度。

已经关于附图提出了本公开的具体的示例性实施方式的前述描述，并且其无意于穷举或将本公开限制为本文公开的确切形式，并且显而易见的是，根据以上教导，本领域普通技术人员可进行许多修改和变化。

因此，本公开的范围不旨在限于前述实施方式，而是由所附权利要求及其等同内容限定。