具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜及其制備方法

具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，包括光學薄膜的透明基體，透明基體的一側表面具有隨機金字塔形貌的絨面，隨機金字塔形貌的絨面由一系列的大小和位置不均勻的金字塔形結構構成無規則排列的金字塔陣列，形成非平面的光散射功能結構層，透明基體的另一側表面形成能與OLED基板緊密連接的底部連接層。本發明公開了一種具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，采用兩步轉印方法制備，其工藝流程包括隨機金字塔模板的制造、倒金字塔軟模板的制造、絨面的轉移。本發明具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜作為OLED的增亮膜，能顯著增加發光器件光取出效率，結構簡單，制造容易，本發明方法通過兩步轉印具有金字塔形貌的硅片獲得金字塔形貌，工藝簡單，成本低廉。
【專利說明】
具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種有機電致發光器件的光學結構功能元件及其制備方法，特別是涉及一種提高OLED器件的光取出效率的光學結構功能元件及其制備方法，應用于OLED照明與顯示器件技術領域。
【背景技術】
[0002]目前有機電致發光器件(OLED)因其效率高、自發光、造價低、可制成柔性器件等優點成為下一代照明顯示的理想技術。經過近幾十年的發展OLED的發光材料和電學結構得到了大幅提升其內量子效率已經接近理論極限100%，然而較低的光取出效率卻是提高器件效率的一大瓶頸。以傳統底發射OLED為例，由于有機層、透明電極和基板之間折射率的不匹配從玻璃基底射出的光占器件內部發光材料發射的光的比例只有20%，即只有20%的光被有效利用率。
[0003]目前，已有許多方法被報道來提高OLED器件的光取出效率。典型的方法可分為在器件外部和器件內部制作非平面的光學結構兩個方向。在器件外部的技術包括:在玻璃表面制作微透鏡陣列，在玻璃上旋涂一層散射膜，刻蝕ITO電極形成散射層，噴砂打磨玻璃表面等等。在器件內部的包括:在OLED中制作光子晶體、光柵、納米級光學褶皺等結構。這些方法大多工藝復雜、成本較高而難以應用于大規模生產。并且目前報道的光取出技術多是使用周期性的微米、納米級結構來增強光取出，但很多周期性結構容易帶來發射光譜的扭曲或者發射光譜隨觀察視角的偏移，另外周期性結構還易使器件亮度的角度分布產生變化而偏離理想的朗伯體分布。例如以往報道的金字塔形貌的絨面都是規整的金字塔陣列，容易引起OLED器件發光強度與角度的關系產生變化，不利于OLED的實際應用。因此，一種結構簡單、非周期性、光譜穩定、制造容易、成本低廉的光取出方法是當前所迫切需要的。

【發明內容】

[0004]為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜及其制備方法，本發明具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜作為OLED的增亮膜，能顯著增加發光器件光取出效率，結構簡單，制造容易，本發明方法通過兩步轉印具有金字塔形貌的硅片獲得金字塔形貌，工藝簡單，成本低廉。
[0005]為達到上述發明創造目的，采用下述技術方案:
一種具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，包括光學薄膜的透明基體，透明基體的一側表面具有隨機金字塔形貌的絨面，隨機金字塔形貌的絨面由一系列的大小和位置不均勻的金字塔形結構構成無規則排列的金字塔陣列，形成非平面的光散射功能結構層，透明基體的另一側表面形成能與OLED基板緊密連接的底部連接層。
[0006]上述隨機金字塔形貌的絨面的每個金字塔的均優選為具有四個上表面的錐體。
[0007]上述隨機金字塔形貌的絨面的金字塔的外形高度尺寸大小優選為2?10微米。
[0008]上述隨機金字塔形貌的絨面的每個金字塔的頂角角度優選為80°?100°。
[0009]上述透明基體的材料優選具有與OLED基板材料接近的折射率。
[0010]上述透明基體的材料折射率優選為1.4?1.6。
[0011]上述透明基體的材料優選采用光學透過率不低于90%的材料。透明基體采用在可見光范圍內的光學透過率高且容易固化的液體材料。
[0012]上述光學薄膜的底部連接層與OLED基板之間優選進行緊密無縫連接，使上述透明基體與上述OLED基板的連接界面處均不存在任何氣泡。
[0013]—種本發明具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，采用兩步轉印方法制備，其工藝流程包括隨機金字塔模板的制造、倒金字塔軟模板的制造、絨面的轉移，具體步驟如下:
a.具有隨機金字塔絨面的模板的制造工藝:采用堿溶液作為刻蝕劑，采用單晶硅片作為模板基材，對單晶硅片進行刻蝕，在單晶硅片表面上獲得隨機金字塔絨面，得到具有隨機金字塔絨面的模板;優選采用(100)晶向的單晶硅片作為模板基材，所制備的具有隨機金字塔絨面的金字塔的外形高度尺寸大小優選為2?10微米，具有隨機金字塔絨面的模板的制造方法中的刻蝕溫度優選控制為60?85°C，作為刻蝕劑的堿溶液優選采用NaOH和KOH中任意一種堿液或二者混合的堿液;堿液的氫氧化物溶質質量濃度優選為I.5?2wt%;
b.具有倒金字塔結構的軟模板的制造工藝:采用表面能低、易脫模、易固化的液體材料作為制備軟模板的材料，然后將液態的制備軟模板的材料澆鑄或涂布于在步驟a中制備的模板的隨機金字塔絨面一側形成液膜，再對液膜進行固化，在具有隨機金字塔絨面的模板上制成凹模，然后將固化后的凹模從隨機金字塔模板剝離，從而通過轉印隨機金字塔模板獲得具有倒金字塔結構的軟模板;液態的制備軟模板的材料優選采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)；
c.隨機金字塔絨面的轉移工藝:采用液體材料作為光學薄膜的本體材料，利用在步驟b中制備的具有倒金字塔結構的軟模板，將液態的光學薄膜的基體本體材料緊密壓印于OLED基板表面上，然后對液態的光學薄膜的本體材料進行固化形成光學透過率不低于90%且折射率接近于OLED基板的光學薄膜的本體，待光學薄膜的本體固化后，取下具有倒金字塔結構的軟模板，即得到與OLED基板表面緊密結合的具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜。液態的光學薄膜的本體材料優選采用光學薄膜的基體材料的液體或光學薄膜的基體材料的液體溶液。液態的光學薄膜的本體材料進一步優選采用紫外固化樹脂或者光學膠。液態的光學薄膜的本體材料更進一步優選采用N0A63光學膠或Ausbond3301光學膠。
[0014]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
I.與現有技術增加OLED光取出效率在基板表面制作的微透鏡多為球形，而本發明增加OLED光取出效率是器件OLED基板上制作具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，形成非平面的光學結構作為增亮膜，對比于已報道的光取出技術，本發明使用的隨機金字塔形貌的光學薄膜其制造成本低廉，工藝簡單，且在有效提高OLED的光取出效率的同時維持器件的發光光譜穩定，亮度均勻；
2.本發明制備方法的操作簡單，成本低廉，是一種易于推廣的增亮膜制備方法，可在大規模商業生產中應用。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例一具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的結構示意圖。
[0016]圖2為有否設置本發明實施例一光學薄膜的OLED器件和對比器件的正向光譜對比圖。
[0017]圖3為具有本發明實施例一光學薄膜和不具有光學薄膜的對比器件的色坐標(1931)對應視角的變化曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0018]本發明的優選實施例詳述如下:
實施例一:
在本實施例中，參見圖1?3，一種具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，包括光學薄膜的透明基體2，透明基體2的一側表面具有隨機金字塔形貌的絨面I，隨機金字塔形貌的絨面I由一系列的大小和位置不均勻的金字塔形結構構成無規則排列的金字塔陣列，形成非平面的光散射功能結構層，透明基體2的另一側表面形成能與OLED基板4緊密連接的底部連接層3。隨機金字塔形貌的絨面I的每個金字塔的均為具有四個上表面的錐體。隨機金字塔形貌的絨面I的金字塔的外形高度尺寸大小為2?10微米。隨機金字塔形貌的絨面I的每個金字塔的頂角角度為80°?100°。透明基體2的材料采用N0A63光學膠。光學薄膜的底部連接層3與OLED基板4之間進行緊密無縫連接，使透明基體2與OLED基板4的連接界面處均不存在任何氣泡。本實施例增亮膜具有簡單的單層結構，如圖1所示，由一體化的具有隨機金字塔形貌的絨面1、透明基體2和與OLED基板4緊密連接的底部連接層3組成。在OLED中使用本實施例增亮膜時，將具有絨面的光學薄膜制作于OLED基板4上，以增加OLED的出光效率。隨機金字塔形貌的絨面I結構具有大小和位置不均勻的金字塔，金字塔具有四個上表面，金子塔具有隨機的大小與無規則的排列。其形貌可以由轉印具有隨機金字塔形貌的單晶硅片絨面得到。透明基體2的折射率接近于OLED基板4，提高光取出的效率。
[0019]在本實施例中，參見圖1?3，本實施例具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，采用兩步轉印方法制備，具體步驟如下:
a.具有隨機金字塔絨面的模板的制造工藝:采用P型電阻為1-5Ω的(100)晶向的單晶硅片作為模板基材，將單晶硅片(100)用丙酮、酒精、去離子水超聲洗凈，洗凈后用5%的HF去除表面的自然氧化層，之后再用大量去離子水清洗，采用堿溶液作為刻蝕劑，將洗凈的硅片置于質量濃度為2wt%的NaOH溶液與體積濃度為5vol%的異丙醇的混合溶液中，在80°C下，對單晶硅片蝕刻30分鐘，即可得在單晶硅片表面上獲得隨機金字塔絨面，得到具有隨機金字塔絨面的模板;絨面制造的目的是制造減反射的絨面結構模板，可以使用堿性溶液濕法刻蝕(100)晶向單晶硅片的方法獲得；
b.具有倒金字塔結構的軟模板的制造工藝:采用表面能低、易脫模、易固化的PDMS預聚物液體材料作為制備軟模板的材料，將液態TOMS預聚物與固化劑按照10:1的比例混合，然后澆鑄于在步驟a中制備的模板的隨機金字塔絨面一側形成液膜，在烘箱中80°C下烘烤4小時后取出，使液膜固化成PDMS薄膜，在具有隨機金字塔絨面的模板上制成PDMS薄膜凹模，然后將固化后的凹模從隨機金字塔模板剝離，從而通過轉印隨機金字塔模板獲得具有倒金字塔結構的PDMS軟模板；
c.隨機金字塔絨面的轉移工藝:在制作OLED器件的結構為IT0(100nm)/Mo03(5nm)/NPB(60nm)/Alq3(60nm)/LiF(0.5nm)/Al(10nm)的OLED器件，器件像素點的大小約5mm*5mm時，采用N0A63光學膠作為光學薄膜的本體材料，將N0A63光學膠涂于在步驟b中制備的PDMS薄膜上再貼于OLED玻璃基板表面，利用在步驟b中制備的具有倒金字塔結構的TOMS軟模板，將液態的N0A63光學膠緊密壓印于OLED基板4表面上，然后在對N0A63光學膠進行紫外固化20分鐘后，形成光學透過率不低于90%且折射率接近于OLED基板4的光學薄膜的本體，待光學薄膜的本體固化后，取下具有倒金字塔結構的PDMS軟模板，剝離PDMS軟模板即可得到即得到與OLED基板4表面緊密結合的隨機金字塔形貌的絨面I的光學薄膜。本實施例通過聚合物復制金字塔形貌，并以聚合物為軟模板壓印容易固化的透明材料于OLED的玻璃基板上，即可獲得隨機金字塔形貌的絨面。
[0020]將貼有本實施例光學薄膜的OLED器件與相同結構的未貼薄膜的器件進行測試，在電流密度為50mA/cm2時未貼膜器件的電流效率為3.5cd/A，貼膜器件的電流效率為4.29cd/A，電流效率增加了22%。同時貼膜器件的光譜隨視角變化較小，色坐標同未貼膜器件相比沒有明顯變化，如圖2和圖3所示。由圖2可知在正面方向貼膜器件與同未貼膜器件的發射光譜十分接近，僅有微小的差別。由圖3可知在0°到70°的視角內，貼膜器件的色坐標變化較小，顏色穩定。本實施例制備方法通過兩步轉印具有金字塔形貌的硅片獲得金字塔形貌，工藝簡單，成本低廉，增量效果明顯。
[0021]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，采用Ausbond3301光學膠作為光學薄膜的本體材料。
[0022]在本實施例中，本實施例具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，采用兩步轉印方法制備，具體步驟如下:
a.本步驟與實施例一相同；
b.本步驟與實施例一相同；
c.隨機金字塔絨面的轉移工藝:在制作OLED器件的結構為IT0(100nm)/Mo03(5nm)/NPB(60nm)/Alq3(60nm)/LiF(0.5nm)/Al(10nm)的OLED器件，器件像素點的大小為5mm*5mm時，采用Ausbond3301光學膠作為光學薄膜的本體材料，將Ausbond3301光學膠涂于在步驟b中制備的PDMS薄膜上再貼于OLED玻璃基板表面，利用在步驟b中制備的具有倒金字塔結構的PDMS軟模板，將液態的Ausbond3301光學膠緊密壓印于OLED基板4表面上，然后在對AUSbond3301光學膠進行紫外固化20分鐘后，形成光學透過率不低于90%且折射率接近于OLED基板4的光學薄膜的本體，待光學薄膜的本體固化后，取下具有倒金字塔結構的PDMS軟模板，剝離PDMS軟模板即可得到即得到與OLED基板4表面緊密結合的隨機金字塔形貌的絨面I的光學薄膜。
[0023]將貼有本實施例光學薄膜的OLED器件與相同結構的未貼薄膜的器件進行測試， 貼有本實施例光學薄膜的OLED器件在50mA/cm2時的亮度由1755cd/m2增加到了 2141
cd/m2，增加了約21%。同時其光譜在0° -70°內保持穩定。
[0024]實施例三:
本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，采用N0A63光學膠作為光學薄膜的本體材料。
[0025]在本實施例中，本實施例具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，采用兩步轉印方法制備，具體步驟如下:
a.具有隨機金字塔絨面的模板的制造工藝:采用P型電阻為1-5Ω的(100)晶向的單晶硅片作為模板基材，將單晶硅片(100)用丙酮、酒精、去離子水超聲洗凈，洗凈后用5%的HF去除表面的自然氧化層，之后再用大量去離子水清洗，采用堿溶液作為刻蝕劑，將洗凈的硅片置于質量濃度為1.5wt°/c^NaOH溶液與體積濃度為10vol%的異丙醇的混合溶液中，在80°C下，對單晶硅片蝕刻25分鐘，即可得在單晶硅片表面上獲得隨機金字塔絨面，得到具有隨機金字塔絨面的模板；
b.本步驟與實施例一相同；
c.本步驟與實施例一相同。
[0026]將貼有本實施例光學薄膜的OLED器件與相同結構的未貼薄膜的器件進行測試，貝占有本實施例光學薄膜的OLED器件在50mA/cm2時的亮度由1740 cd/m2增加到了2122 cd/m2,增加了約22%。同時其光譜在0° -70°內保持穩定。
[0027]實施例四:
本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，采用N0A63光學膠作為光學薄膜的本體材料。
[0028]在本實施例中，本實施例具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，采用兩步轉印方法制備，具體步驟如下:
a.具有隨機金字塔絨面的模板的制造工藝:采用P型電阻為20-30Ω的(100)晶向的單晶硅片作為模板基材，將單晶硅片(100)用丙酮、酒精、去離子水超聲洗凈，洗凈后用5%的HF去除表面的自然氧化層，之后再用大量去離子水清洗，采用堿溶液作為刻蝕劑，將洗凈的硅片置于質量濃度為2wt%的NaOH溶液與體積濃度為5vo 1%的異丙醇的混合溶液中，在80°C下，對單晶硅片蝕刻30分鐘，即可得在單晶硅片表面上獲得隨機金字塔絨面，得到具有隨機金字塔絨面的模板；
b.本步驟與實施例一相同；
c.本步驟與實施例一相同。
[0029]將貼有本實施例光學薄膜的OLED器件與相同結構的未貼薄膜的器件進行測試，貝占有本實施例光學薄膜的OLED器件在50mA/cm2時的亮度由1822cd/V增加到了 2255cd/m2。同時其光譜在0°-70°內保持穩定。
[0030]上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜及其制備方法的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，包括光學薄膜的透明基體(2)，其特征在于:所述透明基體(2)的一側表面具有隨機金字塔形貌的絨面(I)，所述隨機金字塔形貌的絨面(I)由一系列的大小和位置不均勻的金字塔形結構構成無規則排列的金字塔陣列，形成非平面的光散射功能結構層，所述透明基體(2)的另一側表面形成能與OLED基板(4)緊密連接的底部連接層(3)。2.根據權利要求1所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，其特征在于:所述隨機金字塔形貌的絨面(I)的每個金字塔的均為具有四個上表面的錐體。3.根據權利要求1或2所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，其特征在于:所述隨機金字塔形貌的絨面(I)的金字塔的外形高度尺寸大小為2?10微米。4.根據權利要求1或2所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，其特征在于:所述隨機金字塔形貌的絨面(I)的每個金字塔的頂角角度為80°?100°。5.根據權利要求1或2所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，其特征在于:所述透明基體(2)的材料具有與OLED基板(4)材料接近的折射率。6.根據權利要求1或2所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，其特征在于:所述透明基體(2)的材料折射率為1.4?1.6。7.根據權利要求1或2所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，其特征在于:所述透明基體(2)的材料采用光學透過率不低于90%的材料。8.根據權利要求1或2所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜，其特征在于:所述光學薄膜的底部連接層(3)與所述OLED基板(4)之間進行緊密無縫連接，使所述透明基體(2)與所述OLED基板(4)的連接界面處均不存在任何氣泡。9.一種權利要求1所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，其特征在于，采用兩步轉印方法制備，具體步驟如下: a.具有隨機金字塔絨面的模板的制造工藝:采用堿溶液作為刻蝕劑，采用單晶硅片作為模板基材，對單晶硅片進行刻蝕，在單晶硅片表面上獲得隨機金字塔絨面，得到具有隨機金字塔絨面的模板； b.具有倒金字塔結構的軟模板的制造工藝:采用表面能低、易脫模、易固化的液體材料作為制備軟模板的材料，然后將液態的制備軟模板的材料澆鑄或涂布于在所述步驟a中制備的模板的隨機金字塔絨面一側形成液膜，再對液膜進行固化，在具有隨機金字塔絨面的模板上制成凹模，然后將固化后的凹模從隨機金字塔模板剝離，從而通過轉印隨機金字塔模板獲得具有倒金字塔結構的軟模板； c.隨機金字塔絨面的轉移工藝:采用液體材料作為光學薄膜本體材料，利用在所述步驟b中制備的具有倒金字塔結構的軟模板，將液態的光學薄膜的本體材料緊密壓印于OLED基板表面上，然后對液態的光學薄膜的本體材料進行固化形成光學透過率不低于90%且折射率接近于OLED基板的光學薄膜的本體，待光學薄膜的本體固化后，取下具有倒金字塔結構的軟模板，即得到與OLED基板表面緊密結合的具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜。10.根據權利要求9所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，其特征在于:在所述步驟a中，采用(100)晶向的單晶硅片作為模板基材，所制備的具有隨機金字塔絨面的金字塔的外形高度尺寸大小為2?10微米，具有隨機金字塔絨面的模板的制造方法中的刻蝕溫度控制為60?85°C，作為刻蝕劑的堿溶液采用NaOH和KOH中任意一種堿液或二者混合的堿液。11.根據權利要求10所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，其特征在于:在所述步驟a中，所述堿液的氫氧化物溶質質量濃度為1.5?2wt%。12.根據權利要求9所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，其特征在于:在所述步驟b中，所述液態的制備軟模板的材料采用聚二甲基硅氧烷。13.根據權利要求9所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，其特征在于:在所述步驟c中，所述液態的光學薄膜的本體材料采用光學薄膜的基體材料的液體或光學薄膜的基體材料的液體溶液。14.根據權利要求9?13中任意一項所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，其特征在于:在所述步驟c中，所述液態的光學薄膜的本體材料采用紫外固化樹脂或者光學膠。15.根據權利要求14所述具有隨機金字塔形貌絨面的光學薄膜的制備方法，其特征在于:在所述步驟c中，所述液態的光學薄膜的本體材料采用NOA63光學膠或AusbOnd3301光學膠。
【文檔編號】H01L51/52GK106098963SQ201610601220
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610601220.9, CN 106098963 A, CN 106098963A, CN 201610601220, CN-A-106098963, CN106098963 A, CN106098963A, CN201610601220, CN201610601220.9
【發明人】朱文清, 肖騰, 翟光勝, 俞靜婷, 錢冰潔
【申請人】上海大學