TWI552412B - 有機發光裝置 - Google Patents
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Description
本發明關於一種有機發光裝置，特別關於一種具有低折射率層之有機發光裝置。
一般有機發光二極體(organic light-emitting diode；OLED)發光元件多由玻璃作為基板，銦錫氧化物(Indium tin oxide、ITO)作為導電電極，搭配上有機發光層。不論有機發光二極體(OLED)的元件型態是上發光型(top-emitting)或下發光型(bottom-emitting)，由於元件中所使用的材料折射率差異太大，在界面上會因為折射率的差異，導致反射產生。反射的產生在有機發光二極體(OLED)中，會導致整體出光效率低落，根據研究指出，在一般的有機發光二極體(OLED)元件中，將近70%~80%的光是因為界面反射導致光損失而無法導出元件外部。由於有機發光二極體(OLED)元件內部使用的材料折射率差異太大，若要有效的提升整體出光效率，可由有機發光二極體(OLED)內部元件的材料挑選或是結構來得到。但隨著材料或結構的變動，伴隨著製程上的改變，對於有機發光二極體(OLED)元件的開發上有更大的挑戰。
根據本發明一實施例，本發明提供一種有機發光裝置，包含一基板，具有一第一表面及一相對於該第一表面之
第二表面；一有機發光元件，設置於該基板之第一表面上；以及，一低折射率層，設置於該基板之第二表面上，其中該低折射率層包含具有一聚偏氟乙烯與一無機奈米片材之混合物、高分枝聚矽氧烷、或上述之組合。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
10‧‧‧有機發光裝置
11‧‧‧第一表面
12‧‧‧基板
13‧‧‧第二表面
14‧‧‧有機發光元件
16‧‧‧低折射率層
第1圖係本發明一實施例所述之有機發光裝置。
以下所揭示提供許多不同之實施例，例如提供不同揭示之特徵。所述之部分特定範例係在以下揭示，以簡化本發明。當然，此些實施例僅為範例，而不用以限制本發明。本發明所述之「一」表示為「至少一」。
本發明提供一種有機發光裝置，其包含一低折射率層，設置於基板外側(出光面)。由於該低折射率層的折射率係約介於1.3至1.5之間，並小於所使用的基板之折射率，可將原先由有機發光元件被全反射的光線導出，提高元件的外部效率(external quantum efficiency)。此外，由於該低折射率層之材質為具有一聚偏氟乙烯與一無機奈米片材之混合物、高分枝聚矽氧烷、或上述之組合，因此該低折射率層可藉由塗佈一低折射率組成物於基板上，並經一熱處理所製備而得。如此一來，可直接使用於製程中，提升有機發光元件的使用壽命。此外，由於該低折射率層可經由塗佈方式形成，可取代傳統微結構薄
膜貼附的方法，避免由於微結構之高霧度導致殘影現象發生。
根據本發明實施例，請參照第1圖，本發明所述之有機發光裝置10可包含一基板12，其中該基板12具有一第一表面11及一相對於該第一表面11之第二表面13。一有機發光元件14，設置於該基板12之第一表面11上。以及，一低折射率層16，設置於該基板12之第二表面13上。
根據本發明實施例，該基板12可為玻璃基板、陶瓷基板、或可撓曲基板。其中，該可撓曲基板之材質可例如為聚亞醯胺(polyimide、PI)、聚碳酸酯(polycarbonate、PC)、聚醚碸(polyethersulfone、PES)、聚原冰烯(polynorbornene、PNB)、聚醚亞醯胺(polyetherimide、PEI)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate、PEN)、聚乙醯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate、PET)、或上述之組合。其中，本發明所述之該基板12，其折射率係大於該低折射率層。
根據本發明實施例，該有機發光元件14可包含一發光層。此外，該有機發光元件14亦可更包含一第一電極層、一電洞注入層、一電洞傳輸層、一電子傳輸層、一電子注入層、及一第二電極層。本發明所述之有機發光元件其組成及材質並無特別限定，熟悉本技術者可視所需之元件特性而改變該有機發光元件14之膜層組成、材質、及厚度。
根據本發明實施例，為使該低折射率層16可以塗佈方式形成於該基板12上，本發明所述之低折射率層可包含具有一聚偏氟乙烯與一無機奈米片材之混合物、高分枝聚矽氧烷、或上述之組合。舉例來說，該低折射率層16可由聚偏氟乙烯與
均勻分散於該聚偏氟乙烯中的無機奈米片材所組成，其中該聚偏氟乙烯與該無機奈米片材之重量比約介於20：80至97：3之間，以使該低折射率層之折射率約介於1.3至1.5之間、光穿透率約大於85%(以波長為550nm的光進行量測)、霧度約小於2%(例如小於1%)、且具有高耐熱性。此外，該低折射率層之厚度可約介於10nm至10μm之間。該無機奈米片材包含經氫離子交換後之矽礬石黏土(smectite clay)、蛭石(vermiculite)、管狀高嶺土(halloysite)、絹雲母(sericite)、雲母(mica)、合成雲母(synthetic mica)、合成水滑石(layered double hydroxide、LDH)、合成矽礬石黏土、或上述組合。該無機奈米片材之尺寸可約介於10-100nm。
另一方面，該低折射率層16之材質可為高分枝聚矽氧烷。此外，該低折射率層16可更包含上述無機奈米片材均勻分散於該高分枝聚矽氧烷中。舉例來說，該高分枝聚矽氧烷係由1重量份之第一矽烷的寡聚物，與0.05至20重量份之第二矽烷交聯而成。其中，第一矽烷係Si(R1)2(OR2)2，每一R1各自為丙烯酸基、環氧基、乙烯基、胺基、芳香基、或脂肪基(例如烷基)，且每一R2各自為脂肪基；其中第二矽烷係Si(R3)(OR4)3，R3係丙烯酸基、環氧基、乙烯基、胺基、芳香基、或脂肪基，且每一R4各自為脂肪基。當該低折射率層之材質為高分枝聚矽氧烷時，該低折射率層在300℃下的b值(黃度值)係小於0.35。
根據本發明實施例，該低折射率層的形成方法可為將一低折射率組成物以例如旋轉塗佈、刮刀塗佈、或、網印塗佈方式於該基板上形成濕膜。該低折射率組成物包含具有一
聚偏氟乙烯與一無機奈米片材之混合物、高分枝聚矽氧烷、或上述之組合，分散於一有機溶劑中，其中該有機溶劑可為N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone、NMP)、N,N-二甲基乙醯胺(N,N-dimethylacetamide、DMAc)、γ-丁內酯(γ-butyrolactone、GBL)、N，N-二甲基甲醯胺(N,N-Dimethylformamide、DMF)二甲基亞碸(dimethyl sulfoxide、DMSO)、二甲苯(xylene)、甲苯(toluene)、或前述之組合。接著，對該濕膜進行一熱處理，以得到該低折射率層。該熱處理可為一段式或多段式烘烤，可例如為在50~70℃下烘烤5~15分鐘，及在120~180℃下烘烤10~60分鐘。
以下藉由下列實施例來說明本發明所述之低折射率層及有機發光裝置的製備方式，用以進一步闡明本發明之技術特徵。
低折射率組成物的製備
製備例1
取10克之聚偏氟乙烯(poly(vinylidene fluoride)、PVDF)加入一反應瓶中，並溶於90克之DMAC溶劑中。經充分攪拌後，配製成10wt%的聚偏氟乙烯溶液。
製備例2
將25克黏土(商品編號為Laponite RDS，粒徑大小為20nm x 20nm x 1nm)分散於1000克去離子水中。接著，取300克的H型陽離子交換樹脂(商品編號為Dowex H form)及300克的OH型陰離子交換樹脂(商品編號為Dowex OH form)加入至水性分散液中。接著，加入1440克的異丙醇並減壓蒸餾
得到2.5%的異丙醇，再加入600克的N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)並減壓蒸餾移除異丙醇及水，得到4wt%之黏土有機分散液。接著，將10克製備例1所得之聚偏氟乙烯溶液與2.78克上述黏土有機分散液加入一反應瓶中。經充分攪拌後，得到低折射率組成物(1)，其中黏土與聚偏氟乙烯的重量比為1：9。
製備例3
將25克黏土(商品編號為Laponite RDS，粒徑大小為20nm x 20nm x 1nm)分散於1000克去離子水中。接著，取300克的H型陽離子交換樹脂(商品編號為Dowex H form)及300克的OH型陰離子交換樹脂(商品編號為Dowex OH form)加入至水性分散液中。接著，加入1440克的異丙醇並減壓蒸餾得到2.5%的異丙醇，再加入600克的N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)並減壓蒸餾移除異丙醇及水，得到4wt%之黏土有機分散液。接著，將10克製備例1所得之聚偏氟乙烯溶液與6.25克上述黏土有機分散液加入一反應瓶中。經充分攪拌後，得到低折射率組成物(2)，其中黏土與聚偏氟乙烯的重量比為2：8。
製備例4
將12.5克二甲基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxy silane)、30克異丙醇(isopropyl alcohol)、7.6克去離子水(DI water)、以及3克鹽酸(HCl、0.01M)加入一反應瓶中。常溫攪拌1.5小時後，將37.5克甲基三甲氧基矽烷(methyltrimethoxy silane)加入混合物中再攪拌1.5小時。接著，將混合物用減壓蒸餾移除異丙醇(isopropyl alcohol)，得到低折射率組成物(3)。
低折射率層之製備以及性質量測
實施例1
將製備例2所製備而得之低折射率組成物(1)以旋轉刮刀塗佈方式形成於玻璃基板上，經150℃烘烤10分鐘後，製備出具有厚度約600nm之低折射率層(1)。接著，量測低折射率層(1)的折射率、光穿透度(以波長550nm的光進行量測)、及在不同溫度下的b值，結果如表1所示。
實施例2
將製備例3所製備而得之低折射率組成物(2)以刮刀塗佈方式形成於玻璃基板上，經150℃烘烤10分鐘後，製備出具有厚度約600nm之低折射率層(2)。接著，量測低折射率層(2)的折射率、光穿透度(以波長550nm的光進行量測)、及在不同溫度下的b值，結果如表1所示。
實施例3
將製備例4所製備而得之低折射率組成物(3)以刮刀塗佈方式形成於玻璃基板上，經210℃烘烤30分鐘後，製備出具有厚度約600nm之低折射率層(3)。接著，量測低折射率層(3)的折射率、光穿透度(以波長550nm的光進行量測)、及在不同溫度下的b值，結果如表1所示。
比較實施例1
將製備例1所製備而得之聚偏氟乙烯溶液以刮刀塗佈方式形成於玻璃基板上，經150℃烘烤10分鐘後，製備出具有厚度約600nm之聚偏氟乙烯膜層(1)。接著，量測聚偏氟乙烯膜層(1)的折射率、光穿透度(以波長550nm的光進行量測)、及在不同溫度下的b值(黃度值)，結果如表1所示。
由表1可得知，由於本發明所述低折射率層包含特定比例範圍的聚偏氟乙烯與無機奈米片材，因此與比較實施例1所述僅由聚偏氟乙烯構成的膜層相比，實施例(1)及(2)所述之低折射率層(1)及(2)具有較佳的光穿透率，且具有較低的黃變性及熱穩定度。此外，由於本發明所述低折射率層可由高分枝聚矽氧烷所構成，因此，實施例(3)所述之低折射率層(3)其在高溫下(300℃下)幾乎不會進一步黃化。
有機發光裝置的製備
實施例4
使用中性清潔劑以超音波振盪將已製作圖樣的ITO(厚度為120nm)玻璃基板洗淨。接著，以氮氣將基材吹乾，然後以UV-OZONE處理30分鐘，接著於10-6torr的壓力下依序沉積NPB(N,N'-二(1-萘基)-N,N'-二苯基聯苯胺、N,N'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine、厚度為50nm)、CBP(4,4'-雙(N-咔唑基)-聯苯、
4,4'-bis(9-carbazolyl)-biphenyl)摻雜Irppy3(tris(2-phenylpyridine)iridium、三(2-苯基吡啶基)銥(III))(CBP與Irppy3的比例為96：4、厚度為10nm)、BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline、厚度為10nm)、Alq3(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum、三(8-羥基喹啉)鋁、厚度為35nm)、LiF(厚度為0.5nm)、及Al(厚度為120nm)於該玻璃基板之第一表面，封裝後獲致該有機發光裝置(1)。該有機發光裝置(1)之結構可表示為：ITO/NPB(50nm)/CBP：Irppy3(10nm、4%)/BCP(10nm)/Alq3(35nm)/LiF(0.5nm)/Al(120nm)。
接著，量測該有機發光裝置(1)在1000cd/m2操作下之電流效率，量測結果請參照表2。
實施例5
將製備例2所得之低折射率組成物(1)以刮刀塗佈方式形成於玻璃基板的一第二表面上(該第二表面係相對於該第一表面)，得到一濕膜。接著，以150℃烘烤該濕膜10分鐘後，得到具有低折射率層(厚度為600nm)。在玻璃的第一表面上形成有機發光裝置(2)，其步驟同實施例4，其中該低折射率層係與該有機發光裝置(2)的有機發光單元(即ITO/NPB/CBP：Irppy3/BCP/Alq3/LiF/Al之疊層)以該玻璃基板相隔。
接著，量測該有機發光裝置(2)在1000cd/m2操作下之電流效率，量測結果請參照表2。
實施例6
實施例6所述之有機發光裝置(3)係依據實施例5所述的方式形成，除了將低折射率層的厚度由約600nm增加為約900nm。
接著，量測該有機發光裝置(3)在1000cd/m2操作下之電流效率，量測結果請參照表2。
實施例7
將製備例3所得之低折射率組成物(2)以刮刀塗佈方式形成於玻璃基板的一第二表面上(該第二表面係相對於該第一表面)，得到一濕膜。接著，以150℃烘烤該濕膜10分鐘後，得到具有低折射率層(厚度為600nm)，在玻璃的第一表面上形成有機發光裝置(4)，其步驟同實施例4，其中該低折射率層係與該有機發光裝置(4)的有機發光單元(即ITO/NPB/CBP：Irppy3/BCP/Alq3/LiF/Al之疊層)以該玻璃基板相隔。
接著，量測該有機發光裝置(4)在1000cd/m2操作下之電流效率，量測結果請參照表2。
實施例8
實施例8所述之有機發光裝置(5)係依據實施例7所述的方式形成，除了將低折射率層的厚度由約600nm增加為約900nm。
接著，量測該有機發光裝置(5)在1000cd/m2操作下之電流效率，量測結果請參照表2。
實施例9
將製備例4所得之低折射率組成物(3)以刮刀塗佈
方式形成於玻璃基板的一第二表面上(該第二表面係相對於該第一表面)，得到一濕膜。接著，以210℃烘烤該濕膜30分鐘後，得到具有低折射率層(厚度為860nm)，在玻璃的第一表面上形成有機發光裝置(6)，其步驟同實施例4，其中該低折射率層係與該有機發光裝置(6)的有機發光單元(即ITO/NPB/CBP：Irppy3/BCP/Alq3/LiF/Al之疊層)以該玻璃基板相隔。
接著，量測該有機發光裝置(6)在1000cd/m2操作下之電流效率，量測結果請參照表2。
實施例10
實施例10所述之有機發光裝置(7)係依據實施例9所述的方式形成，除了將低折射率層的厚度由約860nm降低至約740nm。
接著，量測該有機發光裝置(7)在1000cd/m2操作下之電流效率，量測結果請參照表2。
由表2可得知，將本發明所述具有特定組成的低折射率層形成於有機發光裝置其基板出光側表面上時，可改善基板與空氣間折射率相差太大的問題，因此可改變光行徑的方向，減少全反射的發生。如此一來，可有效提升有機發光裝置的發光效率(1.11至1.14倍)。此外，由於該低折射率層之材質為具有一聚偏氟乙烯與一無機奈米片材之混合物、高分枝聚矽氧烷、或上述之組合，因此該低折射率層可藉由塗佈一低折射率組成物於基板上，並經一熱處理所製備而得。如此一來，可直接使用於有機發光元件的製程中，取代傳統微結構薄膜貼附的方法，避免由於微結構之高霧度導致殘影現象發生。
雖然本發明的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本發明使用。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構
成個別的實施例，且本發明之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。
10‧‧‧有機發光裝置
11‧‧‧第一表面
12‧‧‧基板
13‧‧‧第二表面
14‧‧‧有機發光元件
16‧‧‧低折射率層
Claims (10)
- 一種有機發光裝置，包含：一基板，具有一第一表面及一相對於該第一表面之第二表面；一有機發光元件，設置於該基板之第一表面上；以及一低折射率層，設置於該基板之第二表面上，其中該低折射率層包含具有一聚偏氟乙烯與一無機奈米片材之混合物、高分枝聚矽氧烷、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該低折射率層之折射率係介於1.3至1.5之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該低折射率層之光穿透率係大於85%。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該低折射率層之厚度介於10nm至10μm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該低折射率層之霧度小於2%。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該基板係玻璃基板、陶瓷基板、或可撓曲基板。
- 如申請專利範圍第6項所述之有機發光裝置，其中該可撓曲基板之材質係聚亞醯胺(polyimide、PI)、聚碳酸酯(polycarbonate、PC)、聚醚碸(polyethersulfone、PES)、聚原冰烯(polynorbornene、PNB)、聚醚亞醯胺(polyetherimide、PEI)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚乙醯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該低折射率層係具有該聚偏氟乙烯與該無機奈米片材之混合物，且該聚偏氟乙烯與該無機奈米片材之重量比介於80：20至97：3之間。
- 如申請專利範圍第8項所述之有機發光裝置，其中該無機奈米片材包含經氫離子交換後之矽礬石黏土(smectite clay)、蛭石(vermiculite)、管狀高嶺土(halloysite)、絹雲母(sericite)、雲母(mica)、合成雲母(synthetic mica)、合成水滑石(layered double hydroxide、LDH)、合成矽礬石黏土、或上述組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該低折射率層之折射率係小於該基板之折射率。
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