TWI511344B

TWI511344B - 光取出元件及發光裝置

Info

Publication number: TWI511344B
Application number: TW102116330A
Authority: TW
Inventors: Pei Chi Chien; Ping Chen Chen
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2015-12-01
Also published as: CN104142527B; US20140332773A1; CN104142527A; TW201444142A; US9391299B2

Description

光取出元件及發光裝置

本發明係有關於光取出元件，且特別是有關於一種具有覆盆子狀(raspberry-like)粒子的光取出元件以及含有此光取出元件的發光裝置。

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。

目前一般在有機發光二極體(OLED)元件表面多由實心的有機粒子或是由無機高折射率粒子作為外部光取出擴散層，也是利用光線散射的原理達到擴散的效果。但目前所能達到的光取出效果有限。

過去研究曾以微透鏡(microlens)或實心無機粒子擴散膜層作為光取出膜，或以微粒、超微粒子、及樹脂材料組成擴散層結構，由於微粒外面包圍著濃度較高的折射率差異較大的超微粒子，因此具有良好的取光效率，但其降色偏效果卻有限。另外，在透明樹脂基材上先塗佈一層擴散層(粒徑為0.2~1微米之高折射率粒子)，再塗上另一層光線聚光層(粒子折射率為1.6~1.4、粒徑為3~10微米)，將此兩層塗佈作為取光層，雖可達到低色偏之效果，但其製程較複雜。此外，以特殊形狀微米擴散粒子作為擴散層結構的擴散粒子，具有增亮、抗黏、防汙、耐候等效果，但其需以兩種不同折射率材料組合而成。

因此，為克服先前技術的不足，本發明針對有機發光二極體(OLED)發光元件之光取出效率提出改良的方法。

根據一實施例，本發明提供一光取出元件，包括：一光擴散層，此光擴散層包括：一樹脂；以及複數個覆盆子狀(raspberry-like)粒子，其表面具有複數個圓形突起(round bump)且均勻分散在樹脂中，其中這些覆盆子狀(raspberry-like)粒子由具有一單一折射率之材料所形成。

根據另一實施例，本發明提供一種發光裝置，包括：一對電極，係由一陽極及一陰極所組成；一有機發光單元，位於該對電極之間，其中有機發光單元包括一發光層；以及一如上述之一光取出元件，位於發光裝置之一出光面上。

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：

100‧‧‧光取出元件

110‧‧‧光擴散層

112‧‧‧樹脂

114‧‧‧覆盆子狀(raspberry-like)粒子

116‧‧‧上表面

120‧‧‧基材

130‧‧‧黏著層

200‧‧‧發光裝置

200a‧‧‧出光面

202‧‧‧基底

204‧‧‧下電極

206‧‧‧有機發光單元

208‧‧‧上電極

第1圖為根據本發明實施例顯示一光取出元件結構。

第2圖為根據本發明實施例顯示一發光裝置，包括一光取出元件之剖面示意圖。

第3A圖顯示製備例1覆盆子狀粒子之外觀示意圖。

第3B圖顯示製備例1覆盆子狀粒子之粒徑分佈圖。

第3C圖顯示製備例1覆盆子狀粒子之剖面示意圖。

第4A圖顯示製備例1覆盆子狀粒子聚集型態之外觀示意圖。

第4B圖顯示製備例1覆盆子狀粒子聚集型態之粒徑分佈圖。

第5A圖為根據本發明實施例顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀粒子1之光取出元件隨粒子比例增加之色度變化。

第5B圖為根據本發明實施例顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀粒子1之光取出元件隨粒子比例增加之中心光取出效率。

第5C圖為根據本發明實施例顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀粒子1之光取出元件隨粒子比例增加之整體光取出效率。

第6A圖為根據本發明實施例顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀粒子2之光取出元件隨粒子比例增加之色度變化。

第6B圖為根據本發明實施例顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀粒子2之光取出元件隨粒子比例增加之中心光取出效率。

第6C圖為根據本發明實施例顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀粒子2之光取出元件隨粒子比例增加之整體光取出效率。

本發明提供一種適用於發光裝置之光取出元件，當光線進入此光擴散層，可因為光線碰撞所造成散射的現象，改變光源的行進角度，藉此提升光源的出光效率。以簡單與低成本的方法來提升發光裝置之光取出效率，例如：有機發光二極體(OLED)。

本發明使用自製的覆盆子狀(raspberry-like)粒子作為光擴散層的擴散材料，搭配上樹脂做成光擴散層，除了樹脂與覆盆子狀(raspberry-like)粒子本身的折射率差異可造成光散射外，因覆盆子狀(raspberry-like)粒子本身表面具有大於10個圓形突起(round bump)，例如10~50個，其表面結構的特殊形狀也可造成更多光散射的現象。除了可以大幅提高有機發光二極體(OLED)元件的出光效率外，因為光線散射效果更加顯著，而可達到同時降低甚至消除有機發光二極體(OLED)大角度的色偏現象。

第1圖為根據本發明一實施例之光取出元件100，其包括一光擴散層110，此光擴散層110包括：一樹脂112，複數個覆盆子狀(raspberry-like)粒子114，其表面具有複數個圓形突起(round bump)且均勻分散在樹脂112中，其中這些覆盆子狀(raspberry-like)粒子114由具有一單一折射率之材料形成。覆盆子狀(raspberry-like)粒子114的粒徑分佈可介於0.01~50微米，例如介於0.3~40微米，較佳介於0.4~8微米。應注意的是，覆盆子狀(raspberry-like)粒子114本身為一次粒子，而非多個粒子聚集而成的二次粒子結構，因此，覆盆子狀(raspberry-like)粒子114具有一均質剖面，且此均質剖面沒有界面存在。此外，光擴散層中也可包括複數個覆盆子狀(raspberry-like)粒子的聚集型態。覆盆子狀(raspberry-like)粒子114的材質可包括一有機材料，其包括：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酯、聚二乙烯基苯、聚乙二醇二甲基丙烯酸、聚三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、或前述之共聚物、聚碳酸酯、聚乙烯、或前述之組合。覆盆子狀(raspberry-like)粒子114的材質也可包括一無機材料，其包括：矽氧樹脂、碳酸鈣、二氧化矽、二氧化鈦、或前述之組合。

覆盆子狀(raspberry-like)粒子可透過分散聚合法形成。在一實施例中，可使用乙醇與甲苯作為溶劑，將單體像是二乙烯基苯(divinylbenzene)、乙二醇二甲基丙烯酸(Ethylene glycol dimethacrylate)、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(Trimethylolpropane trimethacrylate)、或其他含有兩個或兩個以上反應官能基的單體，或是以含有一個反應官能基的單體如苯乙烯(Styrene)、甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)與含有兩個或兩個以上反應官能基的單體搭配使用，配合適當的分散劑像是聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)、聚乙烯醇(poly vinyl alcohol)、Tween-20、Tween-80、span-20、span-80、或其類似物進行分散聚合。不同的乙醇與甲苯溶劑比例可獲得不同的粒徑分佈，適當的乙醇與甲苯溶劑比例有助於形成單顆均勻分散且穩定度佳的覆盆子狀(raspberry-like)粒子，例如：乙醇佔總溶劑重量比大於50%，較佳為90%。隨著溶劑中甲苯的比例變高，覆盆子狀(raspberry-like)粒子的分散穩定度變差，且型態由單顆均勻分散變成多顆聚集型態。當甲苯所佔溶劑重量比到達50%時，則無法生成穩定分散的覆盆子狀(raspberry-like)粒子，甚至產生塊狀沉積。在其他不同的實施例中，依單體不同，可使用單一溶劑或不同溶劑的搭配，例如甲苯、甲醇、乙醇、丙醇、其他醇類、或前述的組合。

樹脂112可包括熱可塑性樹脂材料、熱硬化樹脂材料、光硬化性樹脂材料、或是前述之組合。覆盆子狀(raspberry-like)粒子114與樹脂112的重量比例介於1/10~10/1，較佳介於1/6~6/1。在一實施例中，樹脂112覆蓋覆盆子狀(raspberry-like)粒子114，並且形成一不規則狀之上表面116，以提升光取出效率。在另一實施例中，樹脂112也可形成一平坦的上表面116。

第1圖中之光擴散層110可更包括一添加劑，例如非離子型分散劑像是Tween-20、Tween-60、Tween-80等、界面活性劑像是氟素表面活性劑(FC4432、FC430)等、或前述之組合，用以調整光擴散層110材料之均勻度、分散度等。此添加劑對覆盆子狀(raspberry-like)粒子114之添加比例較佳為0.005~15wt%、或0.1~10wt%，以覆盆子狀(raspberry-like)粒子114的重量為基準。添加劑太少將影響塗佈的均勻性，而無法達到其調整光擴散層均勻度的功效；添加劑過量則會影響材料的光學特性，例如：出光效果較差、色澤偏黃、或外觀不佳。

第1圖中之光取出元件100可更包括一基材120，此基材120可包括像是聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate；PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(POLYETHYLENE NAPHTHALATE；PEN)等，其中光擴散層110位於基材120上。光取出元件100可更包括一黏著層130，此黏著層130與光擴散層110位於基材120之相反面，用以將光取出元件100貼覆於有機發光二極體裝置之出光面200a上。黏著層130可包括像是含聚丙烯成分之透明膠材、熱硬化膠材、或紫外光硬化膠材。

第2圖為根據本發明實施例之一發光裝置200之剖面示意圖。此發光裝置200包括一基底202，基底202上依序形成有一下電極204、一有機發光單元206、及一上電極208。本發明前述之光取出元件100藉由一黏著層130設置於發光裝置200之一出光面200a上。應注意的是，雖然第2圖是以一下發光型(bottom-emitting)的發光裝置200為例進行說明，但發光裝置200更可為一上發光型(top-emitting)發光裝置，此時於上電極208上依序可形成有基底202、黏著層130、及光取出元件100；或者，發光裝置200也可為一雙面發光型(double-emitting)發光裝置，此時在發光裝置200之兩個出光面200a上各依序可形成有基底202、黏著層130、及光取出元件100。

基底202可例如為玻璃、塑膠基板、或半導體基板等透明基材。下電極204及上電極208之材質可例如為鋰、鎂、鈣、鋁、銀、銦、金、鎢、鎳、鉑、銅、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋅鋁氧化物(AZO)、氧化鋅(ZnO)、或前述之組合。此外，下電極204及上電極208之中至少有一者需具有透光的性質。有機發光單元206位於電極對之間，至少包括一發光層。有機發光單元206可更包含習知的一電洞注入層、一電洞傳輸層、一電子傳輸層、一電子注入層、或其他膜層，上述各膜層之配置如此技藝眾所周知，故不在此贅述。

本發明實施例可在不改變有機發光二極體(OLED) 製程的情況下，藉由在有機發光二極體(OLED)元件表面加上一層結構層來降低界面的反射率。在較佳實施例中，以本發明提供的覆盆子狀(raspberry-like)粒子為擴散粒子相較於圓形粒子為擴散粒子可提升光取出效率達11%以上，同時可達到75%以上，甚至85%以上的降低色偏效果。

【製備例1~5】

以二乙烯基苯(divinylbenzene)作為單體、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)作為分散劑、偶氮二異丁腈(AIBN)作為起始劑(二乙烯基苯、聚乙烯吡咯烷酮、偶氮二異丁腈、的重量比為1：0.2：0.02)，分別在乙醇/甲苯=9/1、8/2、7/3、5/5、1/0的重量比下(二乙烯基苯與總溶劑之重量比為1：9)，以分散聚合法在70℃下反應10小時，形成表面具有複數個圓形突起(round bump)的覆盆子狀(raspberry-like)粒子，其結果如表一所示。

表一

製備例1在乙醇/甲苯=9/1的比例下形成覆盆子狀(raspberry-like)粒子，其粒徑分佈介於0.4~8微米，平均中心粒徑約為2.051微米，為穩定分散的型態，其粒子外觀與粒徑分佈如第3A圖與第3B圖所示，粒子剖面圖如第3C圖所示。由第3C圖可看到覆盆子狀(raspberry-like)粒子具有一實心無空隙且均質之剖面。另外，製備例1之覆盆子狀(raspberry-like)粒子聚集狀態的粒子外觀與粒徑分佈如第4A圖與第4B圖所示。

製備例2、3分別在乙醇/甲苯的比例為8/2及7/3的比例下形成覆盆子狀(raspberry-like)粒子，其粒徑分佈介於0.3~40微米，大部分為穩定分散的型態，但有一部分粒子呈現多顆聚集的型態。製備例4在乙醇/甲苯=5/5的比例下形成覆盆子狀(raspberry-like)粒子，此時粒子呈現塊狀沉積，不分散。由上述結果可知，隨著溶劑中甲苯的比例變高，粒子的分散穩定度變差，且型態由單顆均勻分散粒子轉成多顆粒子聚集，而當甲苯所佔溶劑重量比到達50%時，便無法生成穩定分散的覆盆子狀(raspberry-like)粒子。

製備例5在乙醇/甲苯=1/0的比例下形成覆盆子狀(raspberry-like)粒子，其粒徑分佈介於0.4~3微米，為穩定分散的型態。

【實施例1~8】

將製備例1、2之覆盆子狀(raspberry-like)粒子與一定比例的熱硬化壓克力改質樹脂在90℃下進行攪拌10小時，以形成一均勻分散液。此熱硬化壓克力改質樹脂是以溶劑聚合法將重量比30%的丙烯酸十二烷基酯(Lauryl acrylate)單體與70%的甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)單體搭配0.3%的起始劑過氧化苯(BPO)在甲苯溶劑中90℃加熱10小時聚合而成，其折射率為1.48。實施例1~4使用製備例1之覆盆子狀(raspberry-like)粒子(以下簡稱“覆盆子狀粒子1”)作為擴散粒子，其中總粒子/樹脂的重量比例分別為0.83、1、1.2、1.5。實施例5~8則是使用製備例2的覆盆子狀(raspberry-like)粒子(以下簡稱“覆盆子狀粒子2”)作為擴散粒子，總粒子/樹脂的重量比例分別為0.83、1、1.2、1.5。以FC4432作為分散劑，其中FC4432/樹脂的重量比例為0.043。

分別將前述之均勻分散液以濕式塗佈法塗佈於Toyobo膜厚188微米之聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate；PET)基材上，以100℃乾燥數分鐘去除溶劑，製成光取出元件。

【比較例1~5】

同實施例1~8的製法，惟其中將覆盆子(raspberry-like)粒子1、2置換為市售苯乙烯(styrene)實心圓形粒子(SEKISUI CHEMICAL)，其粒徑分布介於約1~7微米，平均中心粒徑約為3.25微米。

實施例及比較例所形成之光取出元件之光學特性顯示於表二，光取出元件與有機發光二極體(OLED)裝置搭配與光取出效果驗證方式如下所述。

光取出效果驗證

在各實施例中，將不同的光取出元件以山太士光學膠(OTA-050丙烯膠，厚度50微米，折射率為1.478)，貼覆於市售Konica Minolta Unveils Symfos OLED發光元件之出光面，比較不同的光取出效果，並以無貼膜的純有機發光二極體(OLED)元件作為比較例。以輝度計Topcon BM-7量測並計算貼上光取出元件後發光裝置之色度變化。

不同光擴散層材料之粒子組成(圓形粒子、自製覆盆子粒子)隨著粒子比例變化，整體有機發光二極體(OLED)元件表現之光學特性如表二所示。表二中，整體光取出效率越大越好，色度變化△u‘v’越小越佳。表二中所有之比較例與實施例皆是將所製作出的光取出元件貼覆於市售Konica Minolta Unveils Symfos OLED發光元件之出光面上進行量測之數據，其中比較例5所指的是未貼覆任何光取出元件的市售Konica Minolta Unveils Symfos OLED發光裝置。

第5A圖顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀(raspberry-like)粒子1之光取出元件隨粒子比例增加之色度變化。如表二中比較例1~4與實施例1~4所示，在相同的粒子/樹脂比例下，比較具有圓形粒子與具有覆盆子狀(raspberry-like)粒子1之光取出元件的色度變化，可發現具有覆盆子狀(raspberry-like)粒子之光取出元件其色度變化明顯下降，且隨著覆盆子狀(raspberry-like)粒子/樹脂的比例達到1之後，色度變化均小於0.0008，最佳可達到0.0003。

第5B圖顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀(raspberry-like)粒子1之光取出元件隨粒子比例增加之中心光取出效率。如表二中比較例1~4與實施例1~4所示，在粒子/樹脂=0.83、粒子/樹脂=1與粒子/樹脂=1.2的情況下，具有覆盆子狀(raspberry-like)粒子之光取出元件的中心光取出效率都大於具有圓形粒子之光取出元件。

第5C圖顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀(raspberry-like)粒子1之光取出元件隨粒子比例增加之整體光取出效率。如表二中比較例1~4與實施例1~4所示，在粒子/樹脂=0.83、粒子/樹脂=1與粒子/樹脂=1.2的情況下，具有覆盆子狀(raspberry-like)粒子之光取出元件的整體光取出效率都大於具有圓形粒子之光取出元件。

第6A圖顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀(raspberry-like)粒子2之光取出元件隨粒子比例增加之色度變化。如表二中比較例1~4與實施例5~8所示，在相同的粒子/樹脂比例下，比較具有圓形粒子與具有覆盆子狀(raspberry-like) 粒子2之光取出元件的色度變化，可發現具有覆盆子狀(raspberry-like)粒子之光取出元件其色度變化明顯下降，且隨著覆盆子狀(raspberry-like)粒子/樹脂達到1之後，色度變化均小於0.0015，最佳可達到0.0008。

第6B圖顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀 (raspberry-like)粒子2之光取出元件隨粒子比例增加之中心光取出效率。如表二中比較例1~4與實施例5~8所示，在粒子/樹脂=0.83與粒子/樹脂=1的情況下，具有覆盆子狀(raspberry-like)粒子之光取出元件的中心光取出效率都大於具有圓形粒子之光取出元件。

第6C圖顯示分別具有圓形粒子及覆盆子狀 (raspberry-like)粒子2之光取出元件隨粒子比例增加之整體光取出效率。如表二中比較例1~4與實施例5~8所示，在粒子/樹脂=0.83與粒子/樹脂=1的情況下，具有覆盆子狀(raspberry-like)粒子之光取出元件的整體光取出效率都大於具有圓形粒子之光取出元件。

由上述結果顯示，無論是使用覆盆子狀 (raspberry-like)粒子1或2作為擴散層之擴散粒子，不但可以使中心或整體的取光效率比圓形粒子高之外，其色度變化也比圓形粒子小，顯示其具有較佳的降色偏效果。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，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，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。