專(zhuān)利名稱(chēng)：有機(jī)發(fā)光器件及其光抽取結(jié)構(gòu)的制作方法
有機(jī)發(fā)光器件及其光抽取結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)，尤其是一種具有較高光抽取效率的有機(jī)發(fā)光器件及其光
抽取結(jié)構(gòu)的制作方法。背景技術(shù)：
自C. W. Tang的開(kāi)創(chuàng)性工作開(kāi)始，有機(jī)發(fā)光器件(0LED)在亮度、效率、穩(wěn)定性方面都有了極大的提高，綠光的效率可達(dá)1001m/W以上，白光效率也已達(dá)幾十lm/W，基于玻璃基板的OLED顯示器已經(jīng)實(shí)用化，基于柔性基板的顯示器和光源也已得到證明。隨著性能的進(jìn)一步提高，0LED具備了向功率器件發(fā)展的可能。 高強(qiáng)度0LED功率器件要求0LED具有更高的效率，具有更高的亮度，能承受更高的電流密度，具有更長(zhǎng)的壽命。比如OLED光源，隨應(yīng)用領(lǐng)域的不一樣，可要求在幾千cd/m2以上的亮度下，達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上的壽命；有機(jī)電泵浦激光器要求0LED工作電流密度達(dá)到幾百甚至上千A/cm2。由于高強(qiáng)度0LED器件同時(shí)也意味著高功耗，而大部分的能量將轉(zhuǎn)化為熱能，因此高亮度、高電流密度將引起一系列的熱效應(yīng)，使0LED效率降低，壽命縮短甚至燒毀。Kim的研究表明，OLED的自熱和玻璃基板低的熱導(dǎo)率是OLED黑斑形成的主要原因。即使是0LED顯示器，隨著顯示器面積增大，分辨率提高，設(shè)計(jì)合理的熱管理機(jī)構(gòu)將大大提高顯示器的壽命。 因此，要實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度OLED功率器件，提高OLED的發(fā)光效率是核心，降低OLED的熱效應(yīng)，加強(qiáng)OLED的熱管理是必要保證。在高強(qiáng)度OLED功率器件領(lǐng)域，由于低的導(dǎo)熱系數(shù)，玻璃和柔性基板將面臨嚴(yán)峻的熱效應(yīng)方面的考驗(yàn)。 有機(jī)發(fā)光器件的發(fā)光效率可以用量子效率來(lái)表示，量子效率又分為內(nèi)量子效率和外量子效率。OLED器件的發(fā)光機(jī)理是空穴和電子在發(fā)光層中復(fù)合發(fā)光，電能直接轉(zhuǎn)換為光能。內(nèi)量子效率是指器件中產(chǎn)生的所有光子的總數(shù)與注入的電子空穴對(duì)數(shù)之比，外量子效率是指在某一個(gè)方向上器件發(fā)射出來(lái)的光子數(shù)與注入的電子空穴對(duì)的數(shù)量之比。內(nèi)量子效率反映的是載流子在器件內(nèi)部形成激子，并復(fù)合發(fā)光的效率，闡述的是器件的內(nèi)部物理機(jī)理；而外量子效率反映了器件對(duì)外的發(fā)光效率。并不是所有的光子都能成為器件的外輸出光，能成為外輸出光的光通量與OLED內(nèi)部總光通量之比這里定義為光抽取效率。外量子效率取決于內(nèi)量子效率和光抽取效率。 典型OLED器件結(jié)構(gòu)是玻璃基板/氧化銦錫(ITO)陽(yáng)極/TPD空穴傳輸層/Alq3發(fā)光層/電子傳輸層/金屬陰極，各層折射率分別為nAlq3 = 1. 7，nTPD = 1. 76，nIT。 = 1. 8，nglass=1.5。電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生的光一部分通過(guò)各界面，成為出射光，光能的損失由各界面透射率決定；一部分將通過(guò)波導(dǎo)效應(yīng)被導(dǎo)走，進(jìn)而被吸收，或者傳向基板側(cè)面，這部分光損失由界面的全反射角決定。忽略吸收損失和金屬層的反射損失之后，簡(jiǎn)化的OLED結(jié)構(gòu)如圖1所示，因?yàn)閚Alq3 " nTPD " n，，所以只須考慮ITO/玻璃界面(即圖1中玻璃基板1與IT0陽(yáng)極2之間的界面)、玻璃/空氣界面(即圖1中玻璃基板1與外部空氣之間的界面)光能的反射損失和光波導(dǎo)效應(yīng)帶來(lái)的損失，在玻璃基板1與外部空氣之間的界面(即圖1中玻璃基板1的下表面)處的光抽取效率就是0LED總的光抽取效率。 Tsutusi在ITO(透明陽(yáng)極)和玻璃之間加一薄層低折射率的硅凝膠，抑制了 ITO/ 玻璃界面的全反射，光抽取效率提高了 80%。但薄硅凝膠制作難度大，OLED性能受其影響， 實(shí)用價(jià)值不大。Gu等在ITO和玻璃基板間形成高折射率的二氧化鈦臺(tái)面結(jié)構(gòu)，光抽取效率 提高了 1倍，光增強(qiáng)效果明顯，但由于制作陰極時(shí)須填平臺(tái)面結(jié)構(gòu)，工藝難度相當(dāng)大。
傳統(tǒng)OLED光抽取效率仍然較低，并且缺乏有效的方法抽取ITO/玻璃界面的全反 射光。根據(jù)幾何光學(xué)原理及圖l可知對(duì)于具有100%內(nèi)發(fā)光效率的各向同性的典型OLED 光源，有48%的光從玻璃基板1與ITO陽(yáng)極2之間的界面處出射，在玻璃基板1與外部空 氣之間的界面處，僅有18%的光成為外輸出光，OLED器件的內(nèi)量子效率是外量子效率的5 倍以上。OLED的光損失主要是由于ITO/玻璃、玻璃/空氣兩個(gè)界面的全反射引起的，而在 ITO/玻璃界面的全反射是因?yàn)椴ＡЩ宓恼凵渎时扔袡C(jī)層低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有較高光抽取效率的有機(jī)發(fā)光器件。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種有機(jī)發(fā)光器件，包括基板、位于基板上的透 明陽(yáng)極、位于透明陽(yáng)極上的有機(jī)空穴傳輸層、位于有機(jī)空穴傳輸層上的發(fā)光層及電子傳輸 層、陰極；基板的背向透明陽(yáng)極的表面上形成有可消除基板-空氣界面的全反射的光抽取 結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明有機(jī)發(fā)光器件通過(guò)在基板的背向透明陽(yáng)極的表面上設(shè)置可消除基板-空
氣界面的全反射的光抽取結(jié)構(gòu)，使得改變了從OLED發(fā)出的光線在基板/空氣界面的入射 角。使大量原來(lái)入射角大于全反射角的光線可以從刻面出射，或者通過(guò)刻面和陰極反射面 的多次反射，重新成為外出射光，從而使OLED大部分發(fā)射光成為外出射光。光抽取結(jié)構(gòu)為 通過(guò)對(duì)基板表面進(jìn)行刻蝕處理得到的微刻面結(jié)構(gòu)，可以是規(guī)則形狀(例如柱體、錐體和截 頂錐體等)，也可以是不規(guī)則形狀，可以是隨機(jī)分布的也可以是規(guī)則排列的；這些微刻面結(jié) 構(gòu)的單元尺寸范圍在liim-20iim之間。
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地 基板采用釔鋁石榴石、結(jié)晶類(lèi)尖晶石、多晶類(lèi)尖晶石或氮化鋁。采用這些材質(zhì)的基
板具有高折射率和高熱導(dǎo)率，基板可以在OLED工作過(guò)程中充當(dāng)良好的散熱裝置，避免OLED
受熱的影響而衰減、損壞；基板的高折射率可以消除基板與透明陽(yáng)極之間的全反射，從而使
全反射只可能發(fā)生在基板和空氣之間的界面。 基板的折射率大于1. 5，優(yōu)選的基板折射率為1. 7-2. 0。 當(dāng)光抽取結(jié)構(gòu)為規(guī)則形狀時(shí)，光抽取結(jié)構(gòu)的形狀可以選擇柱體、倒錐體或截頂?shù)?錐體。 本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有較高光抽取效率的有機(jī)發(fā)光 器件的光抽取結(jié)構(gòu)的制作方法。 為解決該技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種有機(jī)發(fā)光器件中的光抽取結(jié)構(gòu)的制作方法， 包括如下步驟 a.在基板表面上采用磁控濺射或等離子體化學(xué)氣相沉積法(PECVD)制作二氧化 硅或氮化硅掩蔽層，在基板一側(cè)表面的掩蔽層上采用光刻的方法形成圖案，基板的位于掩蔽層被保留部分的下方的表面被遮蔽、其余部分暴露； b.將85%的磷酸加熱到150-17(TC脫水10分鐘，再與98%硫酸按3 : 1的比例 混合，緩慢升溫到190-30(TC，得到刻蝕液； c.將基板放入步驟b得到的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，刻蝕后取出基板并在冷硫酸中降 溫，然后用去離子水沖洗基板，用氫氟酸除去掩蔽層。 本發(fā)明方法中，步驟a和步驟b 二者可同時(shí)進(jìn)行，也可以分先后進(jìn)行。 作為優(yōu)選，步驟c為將基板預(yù)熱至100-150°C ，然后放入刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，刻蝕
后取出基板并在冷硫酸中降溫，然后用去離子水沖洗基板，用氫氟酸除去掩蔽層。刻蝕前先
將基板預(yù)熱可以改善刻蝕效果。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在基板上形成光抽取結(jié)構(gòu)，可以消除基板-空氣界 面的全反射，提高光抽取效率；基板采用高折射率和高熱導(dǎo)率材質(zhì)，散熱良好，可消除基板 與透明陽(yáng)極之間的全反射，提高光抽取效率并同時(shí)提高OLED的壽命。


下面通過(guò)具體實(shí)施方式
并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的OLED的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明有機(jī)發(fā)光器件的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2的仰視示意圖； 圖4是本發(fā)明有機(jī)發(fā)光器件的另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖4的仰視示意圖； 圖6是圖2和圖3所示有機(jī)發(fā)光器件的光路原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一 (有機(jī)發(fā)光器件) 圖2、圖3和圖6示出了本發(fā)明有機(jī)發(fā)光器件的一種具體實(shí)施方式
。 如圖2和圖3所示，該有機(jī)發(fā)光器件包括基板1 、透明陽(yáng)極2 、有機(jī)空穴傳輸層3 、發(fā)
光層和電子傳輸層4和陰極5。透明陽(yáng)極2位于基板1上，有機(jī)空穴傳輸層3位于透明陽(yáng)極
2上，發(fā)光層和電子傳輸層4位于有機(jī)空穴傳輸層3上，陰極5位于發(fā)光層和電子傳輸層4上。 基板l采用單晶釔鋁石榴石(YAG)，其折射率為1.83-1. 87，熱導(dǎo)率為0. 11W/ cm *K(300k)。基板1采用高折射率和高熱導(dǎo)率的材質(zhì)，在工作過(guò)程中基板1可以充當(dāng)良好 的散熱裝置，避免發(fā)光器件因受熱而衰減、損壞；還可以消除基板1與透明陽(yáng)極2之間的全 反射，使全反射只可能發(fā)生在基板1和空氣之間的界面。 結(jié)合圖2和圖3，基板1背向透明陽(yáng)極的表面上形成有光抽取結(jié)構(gòu)，光抽取結(jié)構(gòu)的 各個(gè)刻面圍成規(guī)則的倒錐體。圖6示出了該有機(jī)發(fā)光器件的光抽取結(jié)構(gòu)提高光抽取效率的 光路原理。當(dāng)光線從基板1的內(nèi)部射向外部空氣時(shí)，一部分光(如光線50)在基板1的內(nèi) 部從一個(gè)光抽取結(jié)構(gòu)的一個(gè)刻面反射到該光抽取結(jié)構(gòu)的另一個(gè)刻面后經(jīng)該另一個(gè)刻面透 射到空氣中；一部分光(如光線60)從光抽取結(jié)構(gòu)的刻面直接透射而出；另一部分光(如光 線70)從一個(gè)光抽取結(jié)構(gòu)的一個(gè)刻面透射到相鄰光抽取結(jié)構(gòu)的刻面后經(jīng)該刻面反射到空氣中；還有一部分光線(如光線20)在基板1的內(nèi)部從一個(gè)光抽取結(jié)構(gòu)的一個(gè)刻面反射到 0LED的反射陰極IO，再由陰極10反射，然后以光線50、光線60或光線70的方式射出。在 基板1上采用這種光抽取結(jié)構(gòu)，可消除基板1和空氣之間的全反射，有效提高光抽取效率。
實(shí)施例二 (有機(jī)發(fā)光器件) 圖4和圖5示出了本發(fā)明有機(jī)發(fā)光器件的另一種具體實(shí)施方式
。 該有機(jī)發(fā)光器件與實(shí)施例一的區(qū)別在于基板1背向透明陽(yáng)極的表面上的光抽取
結(jié)構(gòu)的形狀不同，本實(shí)施例中光抽取結(jié)構(gòu)的各個(gè)刻面圍成規(guī)則的截頂?shù)瑰F體；基板1采用
氮化鋁，其折射率為1. 87-2. 20，熱導(dǎo)率為1. 4-2W/cm K(300k)。 該有機(jī)發(fā)光器件提高光抽取效率的原理與實(shí)施例一相同。 實(shí)施例三(有機(jī)發(fā)光器件的光抽取結(jié)構(gòu)的制作方法) 實(shí)施例一和實(shí)施例二中基板1上的光抽取結(jié)構(gòu)采用以下步驟制作 1.在基板1表面上采用磁控濺射或等離子體化學(xué)氣相沉積法制作二氧化硅或氮
化硅掩蔽層，在基板1 一側(cè)表面(在有機(jī)發(fā)光器件上該表面背向光學(xué)透明層2、朝向空氣)
的掩蔽層上采用光刻的方法形成圖案，基板的位于掩蔽層被保留部分的下方的表面被遮
蔽、其余部分暴露； 2.將85%的磷酸加熱到150-17(TC脫水10分鐘，再與98%硫酸按3 : 1的比例 混合，緩慢升溫到190-30(TC，得到刻蝕液；
3.將基板1預(yù)熱至100-150°C ; 4.將預(yù)熱后的基板1放入步驟2得到的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，刻蝕后取出基板并在
冷硫酸中降溫，然后用去離子水沖洗基板，用氫氟酸除去掩蔽層。 具體實(shí)施時(shí)，實(shí)施例一和實(shí)施例二中的光抽取結(jié)構(gòu)也可采用柱體。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定
本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在
不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的
保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種有機(jī)發(fā)光器件，包括基板、位于所述基板上的透明陽(yáng)極、位于所述透明陽(yáng)極上的有機(jī)空穴傳輸層、位于所述有機(jī)空穴傳輸層上的發(fā)光層及電子傳輸層、陰極；其特征在于所述基板的背向所述透明陽(yáng)極的表面上形成有可消除基板-空氣界面的全反射的光抽取結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)發(fā)光器件，其特征在于所述基板采用釔鋁石榴石、結(jié)晶 類(lèi)尖晶石、多晶類(lèi)尖晶石或氮化鋁。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)發(fā)光器件，其特征在于所述基板的折射率大于1. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有機(jī)發(fā)光器件，其特征在于所述基板的折射率為1. 7-2. 0。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的有機(jī)發(fā)光器件，其特征在于所述光抽取結(jié)構(gòu)為柱 體、倒錐體或截頂?shù)瑰F體。
6. 權(quán)利要求1所述有機(jī)發(fā)光器件中的光抽取結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于包括如下 步驟a. 在基板表面上采用磁控濺射或等離子體化學(xué)氣相沉積法制作二氧化硅或氮化硅掩蔽層，在基板一側(cè)表面的掩蔽層上采用光刻的方法形成圖案，基板的位于掩蔽層被保留部分的下方的表面被遮蔽、其余部分暴露；b. 將85%的磷酸加熱到150-17(TC脫水10分鐘，再與98%硫酸按3 : 1的比例混合， 緩慢升溫到190-30(TC，得到刻蝕液；c. 將基板放入步驟b得到的刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，刻蝕后取出基板并在冷硫酸中降溫， 然后用去離子水沖洗基板，用氫氟酸除去掩蔽層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于步驟a和步驟b二者同時(shí)進(jìn)行或分 先后進(jìn)行。
8. 采用權(quán)利要求6或7所述的制作方法；其特征在于步驟C為將基板預(yù)熱至100-150°C ，然后放入刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，刻蝕后取出基板并在冷硫酸中降溫，然后用去離子水沖洗基板，用氫氟酸除去掩蔽層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有機(jī)發(fā)光器件，包括基板、位于基板上的透明陽(yáng)極、位于透明陽(yáng)極上的有機(jī)空穴傳輸層、位于有機(jī)空穴傳輸層上的發(fā)光層及電子傳輸層、陰極；基板的背向透明陽(yáng)極的表面上形成有可消除基板-空氣界面的全反射的光抽取結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供這種有機(jī)發(fā)光器件的光抽取結(jié)構(gòu)的制作方法。本發(fā)明在基板上形成光抽取結(jié)構(gòu)，可以消除基板-空氣界面的全反射，進(jìn)一步提高光抽取效率；基板采用高折射率和高熱導(dǎo)率材質(zhì)，散熱良好，可消除基板與透明陽(yáng)極之間的全反射，提高光抽取效率并同時(shí)提高OLED的壽命。
文檔編號(hào)H01L51/54GK101694868SQ20091019059
公開(kāi)日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者劉萍, 陳文彬 申請(qǐng)人:深圳丹邦投資集團(tuán)有限公司;