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透明漫射型OLED基板和制造此類基板的方法與流程

文檔序號:11631747閱讀:252來源:國知局
透明漫射型OLED基板和制造此類基板的方法與流程
本發(fā)明涉及制造用于有機發(fā)光二極管(oled)的半透明光散射玻璃基板的新方法和可通過這種方法獲得的基板。oled是包含夾在兩個電極之間的含熒光或磷光染料的有機層的堆疊體的光電子元件,其中至少一個電極是半透明的。當向電極施加電壓時,由陰極注入的電子和由陽極注入的空穴在有機層內(nèi)結(jié)合,以從該熒光/磷光層發(fā)光。眾所周知,來自傳統(tǒng)oled的光提取相當差,大部分光通過全內(nèi)反射陷在高折射率有機層和透明導電層(tcl)中。全內(nèi)反射不僅在高折射率tcl和下方玻璃基板(大約1.5的折射率)之間的邊界處發(fā)生,還在玻璃與空氣的邊界處發(fā)生。根據(jù)估算,在不含任何附加提取層的傳統(tǒng)oled中,有機層發(fā)出的光的大約60%陷在tcl/玻璃邊界處,另外20%的份額陷在玻璃/空氣表面處,只有大約20%離開oled進入空氣。已知借助在tcl和玻璃基板之間的光散射層降低這種光截留(entrapment)。這樣的光散射層含有具有接近tcl折射率的高折射率的透明基質(zhì)并含有多個具有不同于該基質(zhì)的折射率的光散射單元(elements)。這樣的高折射率基質(zhì)通常通過熔結(jié)高折射率玻璃釉料獲得,由此在低折射率玻璃基板上獲得薄的高折射率釉質(zhì)層。該光散射單元可以是在熔結(jié)步驟前添加到玻璃釉料中的固體粒子、在熔結(jié)步驟過程中形成的晶體或在熔結(jié)步驟過程中形成的氣泡。還已知通過將該界面紋理化,即在oled的玻璃和高折射率層之間的界面處制造浮雕(relief),例如通過在施加和熔結(jié)高折射率玻璃釉料之前蝕刻或拋光低折射率透明基板而提高光的耦合輸出。這兩種提取手段都常被稱作“內(nèi)部提取層”(iel),因為它們位于oled基板和tcl之間。本領(lǐng)域中也眾所周知的外部提取層(eel)以類似方式工作,但位于玻璃/空氣邊界處。本發(fā)明屬于內(nèi)部提取層(iel)的領(lǐng)域,其具有含氣泡作為低折射率漫射單元的透明高折射率玻璃基質(zhì)。這種具有光漫射氣泡的iel比含固體粒子的類似iel有優(yōu)勢,因為沒有從基質(zhì)中凸出大尺寸粒子并在最終oled產(chǎn)品中生成短路和/或電極間漏電流的風險。盡管不存在固體粒子,但通過在低折射率玻璃基板上簡單熔結(jié)高折射率玻璃釉料不容易獲得具有完美表面品質(zhì)的漫射釉質(zhì)。事實上,在熔結(jié)步驟的過程中形成并截留在熔融基質(zhì)中的氣泡朝表面上升,在此它們爆裂并平整化(levelout)。但是,在完全平整化前固化在iel表面處的開放或部分開放氣泡產(chǎn)生可能具有相當尖銳邊緣的坑狀表面不規(guī)則并造成最終oled中的電極間漏電流和針孔。ep2178343b1公開了用于oled的半透明玻璃基板,其具有包含高折射率玻璃基質(zhì)和氣泡散射單元的內(nèi)部提取層(散射層)。根據(jù)這一文獻,該散射層的表面不含歸因于開放氣泡坑的表面缺陷(參見[0026]至[0028],和圖55)。但是,這一文獻,特別是[0202]的全面分析表明這一結(jié)果僅是由計數(shù)下表面層中的散射單元的不適當方法帶來的不良后果(artifact)。申請人最近提交了韓國專利申請no10-2013-0084314(2013年7月17日),在本申請的提交日尚未公開,其公開了用于發(fā)光器件的層壓基板,其具有位于低折射率玻璃基板和高折射率釉質(zhì)之間的界面處的高度互連的空隙系統(tǒng)。這種散射層具有極高表面品質(zhì),開放氣泡密度小于0.1/cm2,但不便之處在于與該層壓基板的邊緣接觸的水或其它流體可能透過在該層壓件的大面積上的互連空隙并透過針孔進入含熒光或磷光染料的有機層堆疊體,以致破壞所述層。因此有利的是提供與2013年7月17日以saint-gobainglassfrance的名義提交的韓國申請no10-2013-0084314中所述類似的用于oled的層壓基板,其中高折射率釉質(zhì)/玻璃基板層處的互連空隙體系被多個不互相連接并粘著在所述界面上(基本不上升到熔融的高折射率玻璃釉料的表面)的獨立氣泡替代。申請人意外地發(fā)現(xiàn),當不與玻璃基板直接接觸地而是在預先涂布到所述玻璃表面上的薄金屬氧化物層上施加和熔結(jié)玻璃釉料時,在熔融的高折射率釉料的底層中形成大量獨立氣泡,它們粘著在下方玻璃基板上而基本上不上升到表面。最近已提交關(guān)于這種方法和產(chǎn)品的歐洲專利申請(ep14177291.3),但在本申請?zhí)峤磺吧形垂_。申請人現(xiàn)在意外地發(fā)現(xiàn)一種替代方法,其中在高折射率釉質(zhì)層上方涂布薄金屬氧化物層–而非如ep14177291.3中在所述釉質(zhì)層下方。涂布的基板/釉質(zhì)/金屬氧化物層壓件隨后在大約570℃下燒制。在燒制時,頂部金屬氧化物層的組分與下方釉質(zhì)的組分反應(yīng),以形成具有截留在其中的多個球形空隙的薄表面層。相當令人驚訝地注意到,這些球形空隙,盡管如此接近該燒制層的表面,但有利地不會上升以在表面處爆裂。在完全平整化前固化在表面處的開放或部分開放氣泡確實產(chǎn)生可能具有相當尖銳邊緣的坑狀表面不規(guī)則并造成最終oled中的電極間漏電流和針孔。在高折射率釉質(zhì)的上表面層中形成的空隙不會上升至其表面的相當意外的事實因此確保優(yōu)異的表面品質(zhì)和防止最終oled中的漏電流。還已經(jīng)表明(見圖4),在高折射率釉質(zhì)層上涂布和燒制這樣的薄金屬氧化物層能夠愈合或固化既存的開放氣泡表面缺陷。本申請的主題是一種制備用于發(fā)光器件的層壓基板的方法,其包括至少下列五個步驟:(a)提供具有1.45至1.65的折射率(在λ=550nm下)的玻璃基板,(b)將具有至少1.7的折射率(在λ=550nm下)的玻璃釉料涂布到所述玻璃基板上,(c)在高于所述玻璃釉料的littleton溫度的溫度下燒制所述釉料涂布的玻璃基板,由此形成第一高折射率釉質(zhì)層,(d)將金屬氧化物層涂布到所述第一高折射率釉質(zhì)層上,和(e)在高于所述玻璃釉料的littleton溫度的溫度下燒制所得涂布的玻璃基板,由此使所述金屬氧化物與下方的第一高折射率釉質(zhì)層反應(yīng)并形成具有嵌在與空氣的界面附近的第二釉質(zhì)層上部的多個球形空隙的第二高折射率釉質(zhì)層。本申請的另一主題是可通過上述方法獲得的層壓基板,所述層壓基板包括(i)具有1.45至1.65的折射率的玻璃基板,(ii)具有至少1.7的折射率(在550nm下)的高折射率玻璃釉質(zhì)層,其特征在于下述事實,即多個球形空隙在高折射率釉質(zhì)層的表面附近嵌在高折射率釉質(zhì)層中,至少95%,優(yōu)選至少99%,更優(yōu)選基本所有球形空隙具有明顯小于所述釉質(zhì)層的半厚度的直徑并位于與空氣的界面附近的高折射率釉質(zhì)層的上半部中。步驟(a)中提供的玻璃基板是通常具有0.1至5毫米,優(yōu)選0.3至1.6毫米的厚度的無機玻璃,例如鈉鈣玻璃的平坦半透明或透明基板。其透光率(iso9050標準,如iso/iec10526標準規(guī)定的光源d65(tld),考慮如iso/iec10527規(guī)定的標準比色觀測儀cie1931)優(yōu)選盡可能高并通常高于80%,優(yōu)選高于85%或甚至高于90%。在本發(fā)明的方法的步驟(b)中,將具有至少1.7的在λ=550nm下的折射率的玻璃釉料涂布到玻璃基板上。所述玻璃釉料的折射率優(yōu)選在1.70至2.20之間,更優(yōu)選在1.80至2.10之間。該高折射率玻璃釉料有利地包含至少30重量%,優(yōu)選至少50重量%,更優(yōu)選至少60重量%的bi2o3。應(yīng)該選擇玻璃釉料以具有450℃至570℃的熔點(littleton點)并應(yīng)產(chǎn)生具有1.8至2.1的折射率的釉質(zhì)。優(yōu)選的玻璃釉料具有下列組成:bi2o3:55–75重量%bao:0–20重量%zno:0–20重量%al2o3:1–7重量%sio2:5–15重量%b2o3:5–20重量%na2o:0.1–1重量%ceo2:0–0.1重量%。在典型的實施方案中,將玻璃釉料粒子(70–80重量%)與20–30重量%的有機載體(乙基纖維素和有機溶劑)混合。然后通過絲網(wǎng)印刷或狹縫模頭涂布(slotdiecoating)將所得釉料糊施加到玻璃基板上。所得層通過在120–200℃的溫度下加熱干燥。在350–440℃的溫度下燒除有機粘合劑(乙基纖維素)。涂布到玻璃基板上的高折射率玻璃釉料的量通常為20至200克/平方米,優(yōu)選25至150克/平方米,更優(yōu)選30至100克/平方米,最優(yōu)選35至70克/平方米。然后對該釉料涂布的玻璃基板施以第一燒制步驟(步驟(c)),其中將該玻璃釉料加熱到高于該玻璃釉料的littleton溫度的溫度,以使該玻璃釉料熔結(jié)并形成第一高折射率釉質(zhì)層。產(chǎn)生第一高折射率釉質(zhì)層的這一燒制步驟,即高折射率玻璃釉料的熔結(jié)優(yōu)選在530℃至620℃,更優(yōu)選540℃至600℃的溫度下進行。在本發(fā)明的方法的下一步驟(步驟(d))中,通過任何合適的方法將金屬氧化物薄層涂布到第一高折射率釉質(zhì)層上,優(yōu)選通過反應(yīng)性或非反應(yīng)性磁控濺射、化學氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)或溶膠-凝膠濕涂布。所述金屬氧化物層可覆蓋第一釉質(zhì)層的整個表面。在另一實施方案中,第一釉質(zhì)層的表面僅部分被金屬氧化物層涂布。特別有意義的是用圖案化金屬氧化物層涂布基板以制備具有非均勻提取圖案的最終層壓基板。在涂布金屬氧化物層后,對所得涂布的玻璃基板施以第二燒制步驟(步驟(e))。不希望受制于任何理論,但申請人認為,在燒制步驟(e)的過程中通過金屬氧化物和下方第一高折射率釉質(zhì)層的組分之間的反應(yīng)生成光散射球形空隙。尚未充分闡明所述反應(yīng)的具體性質(zhì)。認為可能作為反應(yīng)產(chǎn)物釋放o2氣體。大多數(shù)球形空隙不僅是如ep2178343b1中所述在熔結(jié)-固化步驟的過程中截留在玻璃釉料中的氣泡,還是在燒制步驟的過程中生成的氣泡。事實上,申請人觀察到,球形空隙的密度在第一釉質(zhì)層被金屬氧化物層涂布的區(qū)域中遠高于未涂布的區(qū)域中。金屬氧化物層的厚度沒有具體的下限,只要其提供足以在第二高折射率釉質(zhì)層的上半部中生成顯著量的球形空隙的反應(yīng)性組分。僅幾納米的金屬氧化物層已證實能夠引發(fā)合意的球形空隙的形成。該金屬氧化物層應(yīng)該優(yōu)選足夠薄以在第二燒制步驟的過程中通過與下方的高折射率釉質(zhì)反應(yīng)而完全分解。該金屬氧化物層優(yōu)選具有5至60納米,更優(yōu)選10至40納米,再更優(yōu)選15至30納米的厚度。在提交本申請時,申請人已經(jīng)根據(jù)實驗表明,至少三種金屬氧化物,即tio2、al2o3、zro2導致形成所述球形空隙。不背離本發(fā)明的精神,技術(shù)人員容易用不同的金屬氧化物,如nb2o5、hfo2、ta2o5、wo3、ga2o3、in2o3和sno2或其混合物替代這些金屬氧化物以完成申請人的實驗工作并找出適用于本發(fā)明的方法的另外的金屬氧化物。該金屬氧化物因此優(yōu)選選自tio2、al2o3、zro2、nb2o5、hfo2、ta2o5、wo3、ga2o3、in2o3、sno2及其混合物。在燒制步驟(e)中,再將該基板加熱到高于該玻璃釉料的littleton溫度的溫度,以使該金屬氧化物的組分與下方的高折射率釉質(zhì)層的組分反應(yīng)并在這一反應(yīng)區(qū)中形成球形空隙。在最終固化的釉質(zhì)涂層中,通常不可能清楚區(qū)分原始金屬氧化物層與玻璃釉料層。該金屬氧化物層最有可能被第一釉質(zhì)層消化(digest)以局部產(chǎn)生具有略微不同的組成的熔融釉質(zhì)。因此不可能規(guī)定這兩個層各自在最終層壓件中的厚度。包含嵌在其內(nèi)的多個球形空隙(散射單元)的被稱作“第二高折射率釉質(zhì)層”的固化釉質(zhì)層的總厚度優(yōu)選為3微米至25微米,更優(yōu)選4微米至20微米,最優(yōu)選5微米至15微米。本發(fā)明的最令人驚訝的方面之一是觀察到在第二燒制步驟(步驟(e))的過程中形成的氣泡不會在熔融玻璃相中朝其表面上升而是看起來停留在略低于與大氣的界面的位置。散射單元的這種“停留(holdingdown)”帶來固化的高折射率釉質(zhì)的優(yōu)異表面品質(zhì),而沒有由固化的開放氣泡造成的坑狀凹進。但是,為了有效防止球形空隙上升至第二高折射率釉質(zhì)層的表面,步驟(e)的燒制溫度不應(yīng)過高且該燒制步驟的持續(xù)時間不應(yīng)過長。燒制步驟(e)的持續(xù)時間優(yōu)選為3至30分鐘,更優(yōu)選5至20分鐘。步驟(e)的燒制溫度應(yīng)該為530℃至620℃,更優(yōu)選540℃至600℃。根據(jù)高折射率玻璃釉料的littleton溫度選擇燒制溫度并且優(yōu)選比高折射率玻璃釉料的littleton溫度高大約40至80℃。無需說,本發(fā)明中所用的高折射率玻璃釉料和由其產(chǎn)生的釉質(zhì)應(yīng)該優(yōu)選基本不含固體散射粒子,如結(jié)晶sio2或tio2粒子。這樣的粒子常用作內(nèi)部提取層中的散射單元但需要附加平坦化層,由此不合意地提高該提取層的總厚度。如上文已經(jīng)解釋,在燒制步驟的過程中形成的球形空隙不是無規(guī)分布在第二高折射率釉質(zhì)層的整個厚度中,而是主要位于“上”半部,即在所述釉質(zhì)層與空氣的界面附近。為了完全嵌在釉質(zhì)層中,該球形空隙當然必須明顯小于該釉質(zhì)層的厚度。至少95%,優(yōu)選至少99%,更優(yōu)選基本所有球形空氣空隙具有小于該釉質(zhì)層的半厚度的直徑并位于在其與大氣的界面附近的高折射率釉質(zhì)層的上半部中。術(shù)語“位于高折射率釉質(zhì)層的上半部中”是指至少80%的空隙體積位于該釉質(zhì)層的正中面上方。該球形空隙優(yōu)選具有0.2微米至8微米,更優(yōu)選0.4微米至4微米,最優(yōu)選0.5微米至3微米的平均當量球徑(averageequivalentsphericaldiameter)。該球形空隙無規(guī)分布在與之前被金屬氧化物層涂布的表面對應(yīng)的整個區(qū)域上。為了有效散射含熒光或磷光染料的有機層堆疊體發(fā)出的光,球形空隙的密度優(yōu)選在104至25.106/平方毫米之間,更優(yōu)選在105至5.106/平方毫米之間。從垂直于基板總平面的方向看(投影視圖),球形空隙優(yōu)選占據(jù)之前被金屬氧化物覆蓋的區(qū)域的表面的至少20%,更優(yōu)選至少25%,和之前被金屬氧化物覆蓋的區(qū)域的表面的最多80%,更優(yōu)選最多70%。在分別顯示根據(jù)本發(fā)明的層壓基板的透視圖和剖視圖的圖2和3上可以看出,幾乎所有球形空隙無規(guī)排列在最終釉質(zhì)層的上1/3中,由此形成“漂浮”在表面下方而不接觸表面的某種由獨立空隙構(gòu)成的單層。所述空隙可以互相非??拷蛏踔粱ハ嘟佑|而不互相連接。由此有效阻礙從本發(fā)明的層壓基板的邊緣進入的液體或氣體形式的流體,如水或其它溶劑的滲透。由本發(fā)明的層壓基板制成的oled因此對水或溶劑的敏感性遠低于由韓國專利申請no10-2013-0084314中描述的層壓基板制成的oled。本發(fā)明的層壓基板意在用作用于制造底發(fā)射型oled的半透明基板。底發(fā)射型oled包括半透明基板,其承載半透明電極,通常陽極,和光反射電極,通常陰極。發(fā)光有機層的堆疊體發(fā)出的光直接經(jīng)過半透明陽極和基板發(fā)出或首先被陰極朝半透明陽極和基板反射并反射通過半透明陽極和基板。在層壓發(fā)光有機層堆疊體之前,因此必須在內(nèi)部提取層上涂布透明導電層(電極層)。在一個優(yōu)選實施方案中,本發(fā)明的層壓基板因此進一步包括在高折射率釉質(zhì)層上的透明導電層,這種導電層優(yōu)選直接與釉質(zhì)層接觸或涂布到中間層,例如阻隔層或保護層上。在一個優(yōu)選實施方案中,本發(fā)明的方法因此進一步包括在高折射率釉質(zhì)層上涂布透明導電層(tcl)的附加步驟。這一層優(yōu)選是透明導電氧化物,如ito(氧化銦錫)。這種tcl的形成可以根據(jù)技術(shù)人員熟悉的傳統(tǒng)方法,如磁控濺射進行。圖1是顯示本發(fā)明的制備層壓基板的方法的流程圖。圖2是顯示在燒制步驟(e)后本發(fā)明的層壓基板的剖面和頂面視圖的掃描電子顯微鏡(sem)照片。圖3是顯示本發(fā)明的層壓基板的剖視圖的掃描電子顯微鏡(sem)照片。圖4顯示通過涂布和燒制薄金屬氧化物層,在固化之前和之后,具有既存開放氣泡表面缺陷的層壓基板的四個頂視圖。圖5顯示根據(jù)下述實施例制成的層壓基板的頂視圖和剖視圖。在圖1中,首先在步驟(a)中提供平坦透明玻璃基板1。在步驟(b)中,然后例如通過絲網(wǎng)印刷包括玻璃釉料和有機介質(zhì)(聚合物&有機溶劑)的糊而將高折射率玻璃釉料3涂布到這一基板的一面上。在下一步驟(步驟(c))中,將所得玻璃釉料涂布的基板加熱到足以將該釉料熔融成連續(xù)高折射率釉質(zhì)層4的溫度。然后例如通過磁控濺射用金屬氧化物2涂布這種第一高折射率釉質(zhì)層4。然后對在第一高折射率釉質(zhì)層4上載有金屬氧化物層2的所得基板施以第二燒制步驟(步驟(e))。在這一最終加熱步驟的過程中,由金屬氧化物和第一高折射率釉質(zhì)層4之間的反應(yīng)形成球形空隙6,以產(chǎn)生在其與大氣的界面7下方包含一行細球形空隙6的第二高折射率釉質(zhì)層5。該球形空隙相當靠近第二高折射率釉質(zhì)層5的表面但不上升到這一層的表面。然后在步驟(f)中將透明導電層6涂布到第二高折射率釉質(zhì)層5的完全光滑表面上。在圖2的sem照片上,可以看見在釉質(zhì)層的表面下方的一行小球形空隙,以及這一釉質(zhì)層的高表面品質(zhì)。在圖3的sem照片上,黑色玻璃基板被相當于圖1的第二高折射率層5的較淺灰色高折射率釉質(zhì)層覆蓋。不同尺寸的球形空隙的單層完全嵌在其中并靠近與空氣的界面(上方黑色區(qū))但明顯在其下方。所示層壓基板尚未包含透明導電層??梢钥闯鲈摳哒凵渎视再|(zhì)層的表面完全光滑并且不含坑狀表面不規(guī)則。在圖4上,可以在第一行中看見在本發(fā)明的燒制步驟(c)后在高折射率釉質(zhì)層中由固化的爆裂氣泡產(chǎn)生的兩種表面缺陷。然后在涂布薄tio2層和在570℃下燒制10分鐘后再拍攝相同缺陷。這兩種缺陷都仍輕微可見,但它們的邊緣的清晰度(sharpness)已完全消失。這些表面缺陷發(fā)生愈合。實施例用包含75重量%高折射率玻璃釉料(bi2o3-b2o3-zno-al2o3-sio2)和25重量%有機介質(zhì)(乙基纖維素和有機溶劑)的糊絲網(wǎng)印刷0.7毫米鈉鈣玻璃片并施以干燥步驟(在150℃下10分鐘)。然后將該基板在570℃下燒制大約10分鐘,以產(chǎn)生具有12微米厚度的高折射率釉質(zhì)層。所得釉質(zhì)涂布的玻璃片隨后通過溶膠-凝膠沉積用tio2前體涂布并在560℃下燒制大約10分鐘,以產(chǎn)生在表面附近包含多個球形空隙的高折射率釉質(zhì)層。通過圖像分析測量球形空隙的平均尺寸和覆蓋率(被球形空隙占據(jù)的tio2涂布表面的面積百分比)。下表顯示球形空隙的平均尺寸、覆蓋率和所得基板的渾濁率(hazeratio),與除tio2涂布步驟外經(jīng)受相同處理和分析的相同基板對比。表1負面對照實施例tio2層的厚度022nm球形空隙的平均尺寸-1.8μm覆蓋率-77%iel渾濁率12.9%67.5%負面對照的高折射率釉質(zhì)層不含位于釉質(zhì)層頂部的球形空隙。這些實驗數(shù)據(jù)清楚表明,在釉質(zhì)層頂部的球形空隙來自金屬氧化物層與上方的高折射率玻璃釉料的相互作用。圖5顯示與表1對應(yīng)的樣品的頂視圖(左)和剖視圖(右)。當前第1頁12
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