ОРГАНИЧЕСКИЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД СО СЛОЕМ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ
ORGANIC LIGHT-EMITTING DIODE WITH SURFACE MODIFICATION LAYER

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке США №61/983528, поданной 24 апреля 2014 года, полное описание которой введено в это описание как ссылка.
Уведомление о государственной поддержке
Это изобретение выполнено при государственной поддержке по контракту № DE-ЕЕ-0003209, заключенному Министерством энергетики. Правительство США может иметь определенные права на это изобретение.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в общем относится к светоизлучающим устройствам, таким как органические светоизлучающие диоды и, более конкретно, к светоизлучающему устройству, имеющему светорассеивающую поверхность, и к способам изготовления светоизлучающего устройства.
Уровень техники
Органический светоизлучающий диод (ОСИД) представляет собой пример светоизлучающего устройства. ОСИД имеет многослойную структуру, включающую активный пакет, имеющий тонкую органическую пленку, например, электролюминесцентный излучающий слой органического полупроводникового материала. Активный пакет располагается между двумя электродами (анодом и катод). Когда электрический ток проходит между анодом и катодом, излучающий слой испускает свет, обычно видимый свет, в ответ на подачу электрического тока. Органические светоизлучающие диоды используются в многочисленных областях применения, таких как телевизионные экраны, компьютерные мониторы, мобильные телефоны, персональные информационные устройства, часы, освещение и различные другие электронные устройства.
ОСИД обеспечивают многочисленные преимущества по сравнению с традиционными неорганическими светоизлучающими устройствами, такими как жидкие кристаллы и нить накаливания или компактные флуоресцентные лампы (CLF). Например, ОСИД работает без необходимости в задней подсветке. В слабом рассеянном свете, таком как в темном помещении, для экрана ОСИД может быть достигнута более высокая степень контрастности, чем для традиционных жидкокристаллических устройств отображения. Кроме того, ОСИД тоньше, легче и более гибок, чем жидкокристаллические устройства отображения. Для работы ОСИД требуется меньше энергии, и они обеспечивают экономию затрат по сравнению с лампами накаливания или компактными флуоресцентными лампами.
Однако ОСИД имеют один недостаток, заключающийся в том, что значительное количество света, генерируемого активным пакетом, теряется из-за оптического волноводного эффекта, создаваемого из-за разности показателей преломления между различными слоями ОСИД. Часть света, испускаемого излучающим слоем, отражается обратно на границе различных слоев и «запирается» внутри этих слоев. В традиционном устройстве освещения ОСИД почти 80% видимого света, испускаемого органическим излучающим слоем, захватывается внутрь ОСИД из-за указанного оптического волноводного эффекта.
Следовательно, было бы выгодно разработать устройство и/или способ для большего извлечения электромагнитного излучения, например, видимого света, из ОСИД, чем это возможно из традиционного ОСИД.
В настоящее время способы повышенного извлечения света включают комбинацию сложных способов покрытия и методов формирования рисунка на поверхности. Например, наружная поверхность подложки ОСИД может быть вытравлена химически (например, кислотным травлением) или вытравлена физически (например, с помощью инструментов), чтобы увеличить шероховатость поверхности подложки. Увеличение поверхностной шероховатости увеличивает мутность, которая обычно увеличивает количество света, извлеченного из ОСИД. Однако эти проводящие покрытия и методы формирования рисунка увеличивают время изготовления и затраты, необходимые для получения ОСИД, и могут привести к проблемам для окружающей среды при хранении и удалении материалов для травления и/или покрытия. Кроме того, эти способы не влияют на волноводный эффект между различными внутренними слоями ОСИД.
Следовательно, было бы выгодно разработать светоизлучающее устройство, такое как ОСИД, и/или способ изготовления светоизлучающего устройства, имеющие одно или несколько из следующих преимуществ по сравнению с современными устройствами или способами: ослабленный волноводный эффект; повышенное излучение света; более простой способ производства; пониженная стоимость производства; уменьшение количества технологических стадий; и/или снижение сложности производственных стадий.
Раскрытие сущности изобретения
Краткое изложение изобретения представлено в следующих пронумерованных пунктах.
Пункт 1. Органический светоизлучающий диод содержит подложку, имеющую первую поверхность и вторую поверхность; первый электрод; и второй электрод. Излучающий слой располагается между первым электродом и вторым электродом. Органический светоизлучающий диод дополнительно включает слой модификации поверхности, содержащий неплоскостную поверхность.
Пункт 2. Органический светоизлучающий диод по пункту 1, в котором слой модификации поверхности располагается между первым электродом и подложкой.
Пункт 3. Органический светоизлучающий диод по пунктам 1 или 2, в котором слой модификации поверхности обеспечивает по меньшей мере один другой слой органического светоизлучающего диода с неплоскостной поверхностью, в частности с неплоскостной внутренней поверхностью.
Пункт 4. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-3, в котором слой модификации поверхности содержит многослойную структуру.
Пункт 5. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-4, в котором слой модификации поверхности содержит первую пленку, расположенную по меньшей мере над частью подложки, и вторую пленку, расположенную по меньшей мере над частью первой пленки. Предпочтительно вторая пленка находится в непосредственном контакте с первой пленкой.
Пункт 6. Органический светоизлучающий диод по пункту 5, в котором первая пленка имеет первый коэффициент расширения, и вторая пленка имеет второй коэффициент расширения. Предпочтительно первый коэффициент расширения больше чем второй коэффициент расширения.
-6
Пункт 7. Органический светоизлучающий диод по пункту 6, в котором первый коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) составляет по меньшей мере 25, в частности, по меньшей мере 40.
Пункт 8. Органический светоизлучающий диод по пунктам 6 или 7, в котором первый коэффициент расширения составляет не больше чем 220, в частности, не больше чем 200. Например, не больше чем 80.
-6
Пункт 9. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 6-8, в котором первый коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) находится в диапазоне от 25 до 220, в частности, в диапазоне от 40 до 200.
-6
Пункт 10. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 6-9, в котором второй коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) составляет по меньшей мере 1, в частности, по меньшей мере 4.
Пункт 11. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 6-10, в котором второй коэффициент расширения составляет не больше чем 100, в частности, не больше чем 80.
-6
Пункт 12. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 6-11, в котором второй коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) находится в диапазоне от 1 до 100, в частности, от 4 до 80.
Пункт 13. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 6-12, в котором первый коэффициент расширения является больше второго коэффициента расширения.
Пункт 14. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-13, в котором первая пленка содержит материал, выбранный из группы, состоящей из эластомерных материалов, полимерных материалов, полимерных органических материалов, и их смесей. Например, первая пленка может содержать полиалкилсилоксан, конкретно полидиметилсилоксан.
Пункт 15. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-14, в котором первая пленка имеет толщину по меньшей мере 1 нм, в частности, по меньшей мере 10 нм.
Пункт 16. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-15, в котором первая пленка имеет толщину не больше чем 500 нм, например, не больше чем 100 нм.
Пункт 17. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-16, в котором первая пленка имеет толщину в диапазоне от 1 нм до 500 нм, в частности, от 10 нм до 100 нм.
Пункт 18. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-17, в котором вторая пленка имеет более высокую твердость, чем первая пленка.
Пункт 19. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-18, в котором вторая пленка содержит оксид, оксид металла, нитрид, и/или оксинитридную пленку, конкретно оксид, нитрид и/или оксинитрид одного или нескольких из Zn, Fe, Mn, Al, Се, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, S и In. Например, вторая пленка может содержать неорганический материал.
Пункт 20. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-19, в котором вторая пленка имеет толщину по меньшей мере 1 нм, в частности, по меньшей мере 4 нм.
Пункт 21. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-20, в котором вторая пленка имеет толщину не больше чем 300 нм, в частности, не больше чем 50 нм.
Пункт 22. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-21, в котором вторая пленка имеет толщину в диапазоне от 1 нм до 300 нм, в частности, от 1 нм до 50 нм.
Пункт 23. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-22, в котором первая пленка формируется методом мокрого осаждения, конкретно способом мокрого осаждения, выбранным из группы, состоящей из нанесения путем центрифугирования, нанесения путем распыления, нанесения путем полива, нанесения через щелевую матрицу и лаконаливное нанесение.
Пункт 24. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-23, в котором вторая пленка формируется методом магнетронного вакуумного напыления (MSVD).
Пункт 25. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 5-24, в котором вторую пленку выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида цинка, диоксида циркония и их комбинаций, в частности, смеси оксида алюминия и диоксида кремния.
Пункт 26. Органический светоизлучающий диод по пункту 1, в котором слой модификации поверхности содержит единственный слой.
Пункт 27. Органический светоизлучающий диод по пункту 26, в котором слой модификации поверхности содержит оксид алюминия или смесь оксида алюминия и диоксида кремния.
Пункт 28. Органический светоизлучающий диод по пунктам 26 или 27, в котором слой модификации поверхности имеет толщину по меньшей мере 1 нм, в частности, по меньшей мере 10 нм.
Пункт 29. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 26-28, в котором слой модификации поверхности имеет толщину не больше чем 500 нм, в частности, не больше чем 100 нм. Например, слой модификации поверхности может иметь толщину в диапазоне от 1 нм до 500 нм, в частности, от 10 нм до 500 нм.
Пункт 30. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-29, в котором слой модификации поверхности включает в себя внедренные наночастицы.
Пункт 31. Органический светоизлучающий диод по пункту 30, в котором наночастицы содержат металлооксидные наночастицы, в частности наночастицы, выбранные из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида титана, оксида церия, оксида цинка, оксида олова, диоксида кремния, дымящего диоксида кремния и диоксида циркония.
Пункт 32. Органический светоизлучающий диод по пунктам 30 или 31, в котором наночастицы внедрены в слой модификации поверхности, в количестве от 0,1 мас. % до 50 мас. %, в частности, от 0,1 мас. % до 10 мас. %.
Пункт 33. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-28, в котором слой модификации поверхности имеет показатель преломления между показателем преломления излучающего слоя и показателем преломления подложки.
Пункт 34. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-33, в котором слой модификации поверхности имеет внутреннюю поверхность со средней поверхностной шероховатостью (Ra) в диапазоне от 5 нм до 5000 нм, в частности, от 5 нм до 500 нм.
Пункт 35. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-34, включающий по меньшей мере один нижележащий слой, расположенный между слоем модификации поверхности и подложкой.
Пункт 36. Органический светоизлучающий диод по пункту 35, в котором нижележащий слой содержит единственный слой или многослойную структуру.
Пункт 37. Органический светоизлучающий диод по пунктам 35 или 36, в котором нижележащий слой включает один или несколько металлооксидных материалов, в частности металлооксидных материалов, выбранных из группы, состоящей из оксидов кремния, титана, алюминия, циркония, фосфора, гафния, ниобия, цинка, висмута, свинца, индия, олова и их сплавов и смесей.
Пункт 38. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 35-37, в котором нижележащий слой выбирают из группы, состоящей из однородного слоя, градиентного слоя и множества слоев.
Пункт 39. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 35-38, в котором нижележащий слой содержит смесь по меньшей мере диоксида кремния и диоксида титана, в частности, смесь диоксида кремния, диоксида титана и оксида фосфора.
Пункт 40. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 35-39, в котором нижележащий слой имеет толщину в диапазоне от 10 нм до 120 нм, в частности, от 30 нм до 70 нм.
Пункт 41. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-40, в котором первый электрод представляет собой анод.
Пункт 42. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-41, в котором второй электрод выбирают из группы, состоящей из бария, кальция и магния.
Пункт 43. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-42, в котором второй электрод является светонепроницаемым.
Пункт 44. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-42, в котором второй электрод является прозрачным.
Пункт 45. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-44, в котором первый электрод содержит многослойную структуру.
Пункт 46. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-45, в котором первый электрод находится ближе к подложке, чем второй электрод.
Пункт 47. Органический светоизлучающий диод по любому из пунктов 1-6, в котором слой модификации поверхности содержит беспорядочно ориентированные выступы.
Пункт 48. Способ получения органического светоизлучающего диода включает в себя: получение слоя модификации поверхности по меньшей мере над частью подложки; и инициирование расширения и/или сжатия слоя модификации поверхности, чтобы получить слой модификации поверхности с неплоскостной поверхностью.
Пункт 49. Способ по пункту 48, который включает предоставление дополнительных слоев сверху слоя модификации поверхности, таким образом, чтобы по меньшей мере один из дополнительных слоев имел неплоскостную поверхность, предпочтительно неплоскостную внутреннюю поверхность.
Пункт 50. Способ по пунктам 48 или 49, в котором инициирующая стадия осуществляется путем нагревания и/или охлаждения слоя модификации поверхности.
Пункт 51. Способ по любому из пунктов 48-50, в котором слой модификации поверхности содержит первую пленку по меньшей мере над частью подложки и вторую пленку по меньшей мере над частью первой пленки.
Пункт 52. Способ по любому из пунктов 48-51, который включает в себя получение первой пленки слоя модификации поверхности по меньшей мере над частью подложки, с образованием покрытой подложки, в которой первая пленка имеет первую площадь поверхности; нагревание покрытой подложки до повышенной температуры, достаточной для инициирования расширения первой пленки до второй площади поверхности; получение второй пленки слоя модификации поверхности над первой пленкой, причем площадь поверхности первой пленки больше первой площади поверхности; и охлаждение покрытой подложки с первой пленкой и второй пленкой, чтобы вызвать сжатие по меньшей мере одной из первой пленки и второй пленки, так чтобы поверхность второй пленки имела неплоскостную поверхность.
Пункт 53. Способ по пунктам 51 или 52, в котором первая пленка имеет первый коэффициент расширения и вторая пленка имеет второй коэффициент расширения.
Пункт 54. Способ по пункту 53, в котором первый коэффициент расширения больше чем второй коэффициент расширения.
Пункт 55. Способ по любому из пунктов 51-54, в котором первая пленка содержит материал, выбранный из группы, состоящей из эластомерных материалов, полимерных материалов, полимерных органических материалов, и их смесей, например, полиалкилсилоксана, в частности, полидиметилсилоксана.
Пункт 56. Способ по любому из пунктов 51-55, в котором первая пленка имеет толщину в диапазоне от 1 нм до 500 нм, в частности, от 1 нм до 300 нм.
Пункт 57. Способ по любому из пунктов 51-56, в котором вторая пленка имеет более высокую твердость, чем первая пленка.
Пункт 58. Способ по любому из пунктов 51-57, в котором вторая пленка содержит оксид, оксид металла, нитрид и/или оксинитридную пленку, конкретно оксид, нитрид и/или оксинитрид одного или нескольких из Zn, Fe, Mn, Al, Се, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si и In.
Пункт 59. Способ по любому из пунктов 51-58, в котором вторая пленка имеет толщину в диапазоне от 1 нм до 300 нм, в частности, от 1 нм до 50 нм.
Пункт 60. Способ по любому из пунктов 51-59, в котором первая пленка формируется методом мокрого осаждения, в частности, методом мокрого осаждения, выбранным из группы, состоящей из метода центрифугирования, нанесения путем распыления, нанесения путем полива, нанесения через щелевую матрицу и лаконаливного нанесения.
Пункт 61. Способ по любому из пунктов 51-60, в котором вторая пленка образована MSVD.
Пункт 62. Способ по любому из пунктов 51-61, в котором вторую пленку выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида цинка, диоксида циркония и их комбинаций.
Пункт 63. Способ по любому из пунктов 51-62, в котором слой модификации поверхности имеет толщину в диапазоне от 10 нм до 1000 нм, конкретно от 10 нм до 500 нм.
Пункт 64. Способ по любому из пунктов 51-63, в котором слой модификации поверхности имеет показатель преломления между показателем преломления излучающего слоя и показателем преломления подложки.
Пункт 65. Способ по любому из пунктов 51-64, в котором первая пленка осаждается методом, выбранным из группы, состоящей из центрифугирования и нанесения путем распыления, в частности путем центрифугирования.
Пункт 66. Способ по любому из пунктов 51-65, в котором подложку и первую пленку нагревают или подвергают воздействию повышенной температуры в течение некоторого периода времени, чтобы вызвать растяжение первой пленка до нанесения второй пленки.
Пункт 67. Способ по пункту 66, в котором повышенная температура находится в диапазоне от 100°F до 1500°F (38°С-815°С), в частности, от 300°F до 500°F (149°С-260°С).
Пункт 68. Способ по пунктам 66 или 67, в котором период времени находится в диапазоне от 1 минуты до 10 минут, в частности, от 1 минуты до 5 минут.
Пункт 69. Способ по любому из пунктов 51-68, в котором вторая пленка образуется на первой пленке, в то время как первая пленка находится в растянутом состоянии.
Пункт 70. Способ по любому из пунктов 51-69, в котором вторая пленка образуется на первой пленке, в то время как первая пленка находится при повышенной температуре.
Пункт 71. Способ по любому из пунктов 51-70, в котором вторая пленка наносится методом MSVD.
Пункт 72. Способ по любому из пунктов 48-71, который включает позиционирование по меньшей мере, одного нижележащего слоя между слоем модификации поверхности и подложкой.
Пункт 73. Способ по пункту 72, в котором нижележащий слой включает один или несколько металлооксидных материалов, в частности, оксидов кремния, титана, алюминия, циркония, фосфора, гафния, ниобия, цинка, висмута, свинца, индия, олова и их сплавов и смесей.
-6
Пункт 74. Способ по пункту 53, в котором первый коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) составляет по меньшей мере 25, в частности, по меньшей мере 40.
-6
Пункт 75. Способ по пункту 74, в котором первый коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) составляет не больше чем 220, в частности, не больше чем 200.
-6
Пункт 76. Способ по пунктам 74 или 75, в котором второй коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) составляет по меньшей мере 4, в частности, по меньшей мере 10.
-6
Пункт 77. Способ по любому из пунктов 74-76, в котором второй коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) составляет не больше чем 100, в частности, не больше чем 80.
Пункт 78. Способ по любому из пунктов 74-77, в котором первый коэффициент расширения больше чем второй коэффициент расширения.
Пункт 79. Способ по любому из пунктов 48-50, в котором слой модификации поверхности содержит единственный слой, в частности, единственный слой, содержащий оксид алюминия или смесь оксида алюминия и диоксида кремния.
Пункт 80. Способ по любому из пунктов 48-79, в котором слой модификации поверхности имеет толщину в диапазоне от 1 нм до 1500 нм, в частности, от 1 нм до 1000 нм.
Пункт 81. Применение слоя модификации поверхности, который описан в любом из пунктов 1-81, в светоизлучающем устройстве или солнечном элементе.
Пункт 82. Применение органического светоизлучающего диода, имеющего слой модификации поверхности по любому из пунктов 1-81, в электронном устройстве, в частности, в электронном устройстве, выбранном из группы, состоящей из компьютерных мониторов, компьютерных экранов, мобильных телефонов, телевизионных экранов, персональных информационных устройств, часов и устройств освещения.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 приведен вид сбоку в разрезе (не в масштабе) светоизлучающего устройства в виде ОСИД, включающего характерные признаки изобретения;
На фигуре 2 приведен вид сбоку в разрезе (не в масштабе) варианта ОСИД из фигуры 1;
На фигуре 3 приведен вид сбоку в разрезе (не в масштабе) ОСИД из фигуры 1, включающего необязательные наночастицы; и
Фигура 4 представляет собой изображение, полученное в сканирующем электронном микроскопе (SEM), для подложки ОСИД, описанной в примере 1.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Используемые в изобретении термины пространства или направленности, такие как "левый", "правый", "верхний", "нижний", и тому подобное, относятся в изобретении, как показано на фигурах чертежей. Следует понимать, что в изобретении могут быть использованы различные альтернативные ориентации, и поэтому, указанные термины не следует рассматривать как ограничивающие.
Следует понимать, что все цифры, используемые в описании и формуле изобретения во всех случаях, модифицированы термином "приблизительно". Следует понимать, что все указанные в изобретении диапазоны включают начальное и конечное значение этого диапазона и любые и/или все поддиапазоны отнесенные к нему. Приведенные в изобретении диапазоны представляют средние значения по всему конкретному диапазону.
Термин "сверху" означает "вдали от подложки". Например, второй слой, расположенный "сверху" первого слоя, означает, что второй слой расположен дальше от подложки, чем первый слой. Второй слой может быть в непосредственном контакте с первым слоем, или один или несколько других слоев могут быть расположены между вторым слоем и первым слоем.
Термины "полимер" или "полимерный" включают олигомеры, гомополимеры, сополимеры и тройные полимеры.
Все документы, цитированные в изобретении, следует рассматривать, как полностью "включенные путем ссылки".
Любая ссылка на количество, если не указано другое, означает "процент по массе".
Термин "пленка" означает область, которая имеет желательный или подобранный состав. Термин "слой" включает в себя одну или несколько "пленок". "Покрытие" состоит из одного или нескольких "слоев". Термин "органический материал" включает полимеры, а также малые молекулы органических материалов, которые могут быть использованы для производства органических оптоэлектронных устройств.
Термин "видимый свет" означает электромагнитное излучение, имеющее длину волны в диапазоне от 380 нм до 780 нм. Термин "инфракрасное излучение" означает электромагнитное излучение, имеющее длину волны в диапазоне от больше чем 780 нм до 100000 нм. Термин "ультрафиолетовое излучение" означает электромагнитную энергию, имеющую длину волны в диапазоне от 100 нм до меньше чем 380 нм.
Термины "металл" и "оксид металла" включают в себя кремний и диоксид кремния, соответственно, а также традиционно общепризнанные металлы и оксиды металлов, хотя кремний условно нельзя считать металлом. Термин "отверждаемый" означает композицию, способную к полимеризации или образованию поперечных связей. Выражение "отвержденный" означает, что материал является по меньшей мере частично полимеризованным или сшитым, предпочтительно полностью полимеризованным или сшитым. Выражение "по меньшей мере" означает "больше чем или равный". Выражение "не больше чем" означает "меньше чем или равный".
-6
Если не указано другое, все коэффициенты расширения, указанные в описании, приведены для материала при 20°С, 10 м/мК.
Все величины мутности и коэффициента пропускания в описании определены с использованием измерителя мутности Haze-Gard Plus (имеется в продаже от фирмы BYK-Gardner, USA), и в соответствии со стандартом ASTM D1003-07.
При обсуждении настоящего изобретения могут быть описаны определенные характерные признаки как "в частности" или "предпочтительно" с некоторыми ограничениями (например, "предпочтительно", "более предпочтительно", или "еще более предпочтительно", с некоторыми ограничениями). Следует понимать, что изобретение не ограничено этими конкретными или предпочтительными ограничениями, но охватывает в целом все пределы описания.
Изобретение включает в себя, состоит из или содержит существенным образом следующие аспекты изобретения в любом сочетании. Различные аспекты изобретения иллюстрируются в отдельных чертежах фигур. Однако следует понимать, что это сделано с целью облегчения иллюстрации и обсуждения. При практическом осуществлении изобретения один или несколько аспектов изобретения, показанных на фигурах чертежей, может комбинироваться с одним или несколькими аспектами изобретения, показанными на одной или нескольких других фигурах чертежей.
С целью последующего обсуждения, изобретение будет описано со ссылкой на ОСИД. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено применением ОСИД или других светоизлучающих устройств, но может быть практически осуществлено и в других областях, например (но без ограничения), в солнечных элементах, например, фотогальванических тонкопленочных солнечных элементах.
Органический светоизлучающий диод 10, включающий характерные признаки изобретения, показан на фигуре 1. ОСИД 10 включает подложку 12, имеющую первую поверхность (наружную поверхность) 14 и вторую поверхность (внутреннюю поверхность) 16. Выражение "наружная поверхность" означает поверхность, обращенную к внешней области ОСИД 10. Термин "внутренняя поверхность" означает поверхность, обращенную к внутренней области ОСИД 10.
Органический светоизлучающий диод 10 дополнительно включает в себя слой 18 модификации поверхности. Этот слой 18 модификации поверхности может быть единственным слоем или может представлять собой множество слоев. Показанный на фигуре 1 типичный слой 18 модификации поверхности включает первую пленку 20, имеющую первую поверхность (наружную поверхность) 22 и вторую поверхность (внутреннюю поверхность) 24 и вторую пленку 26, имеющую первую поверхность (наружную поверхность) 28 и вторую поверхность (внутреннюю поверхность) 30.
Кроме того, ОСИД 10 включает электрически проводящий первый электрод 32, расположенный сверху слоя 18 модификации поверхности, активный пакет 34, включающий электролюминесцентный излучающий слой 36 органического материала, и электрически проводящий второй электрод 38. Специалист в этой области техники легко сможет понять общую структуру и эксплуатацию традиционного ОСИД (без слоя 18 модификации поверхности изобретения), и поэтому это не будет подробно описано.
Слой модификации поверхности 18 обеспечивает неплоскостную поверхность (внутреннюю поверхность 30), на которой можно сформировать другие слои ОСИД 10 (например, первый электрод 32, активный пакет 34, и/или второй электрод 38). Выражение "неплоскостная поверхность" означает поверхность, имеющую изогнутую или сморщенную структуру. Например, неплоскостная поверхность может представлять собой или может включать области с чередующимися выступами и углублениями. Расстояние между выступами может быть равномерным или неравномерным в поперечном направлении неплоскостной поверхности. Глубина углублений может быть одинаковой или неодинаковой в поперечном направлении неплоскостной поверхности. Выступы могут быть беспорядочно ориентированны. Путем формирования других слоев ОСИД на неплоскостной поверхности 30 слоя 18 модификации поверхности по меньшей мере один из указанных других слоев, предпочтительно больше чем один из указанных других слоев, также демонстрирует одну или несколько неплоскостных поверхностей. Неплоскостные поверхности слоя (слоев) снижают оптический волноводный эффект и обеспечивают больше света, который эмитируется из ОСИД 10.
Подложка 12 предпочтительно является прозрачной подложкой. Термин "прозрачный" означает, что степень мутности меньше чем 25%, например, меньше чем 20%, например, меньше чем 15%, например, меньше чем 10%, такая как, меньше чем 5%. Предпочтительно, степень мутности меньше чем 25%. Более предпочтительно, степень мутности меньше чем 15%. Еще более предпочтительно, степень мутности меньше чем 10%.

Примеры подходящих материалов для подложки 12 включают стекло, такое как традиционное силикатное стекло с натронной известью и полированное листовое стекло, и полимерные материалы. Предпочтительно подложка 12 имеет высокий коэффициент пропускания видимого света при стандартной длине волны 550 нанометров (нм) и стандартной толщине 3,2 мм. Выражение "высокий коэффициент пропускания видимого света" означает коэффициент пропускания видимого света при 550 нм равный по меньшей мере 85%, например по меньшей мере 87%, например по меньшей мере 90%, например по меньшей мере 91%, например по меньшей мере 92%, например по меньшей мере 93%, такой как по меньшей мере 95%, при стандартной толщине 3,2 мм. Предпочтительно, подложка 12 имеет коэффициент пропускания видимого света при 550 нм и при стандартной толщине 3,2 мм по меньшей мере 85%. Более предпочтительно, подложка 12 имеет коэффициент пропускания видимого света при 550 нм и при стандартной толщине 3,2 мм по меньшей мере 90%. Еще более предпочтительно, подложка 12 имеет коэффициент пропускания видимого света при 550 нм и при стандартной толщине 3,2 мм по меньшей мере 93%. Например, коэффициент пропускания видимого света может находиться в диапазоне от 85% до 100%, например, от 87% до 100%, например, от 90% до 100%, например, от 91% до 100%, например, от 92% до 100%, например, от 93% до 100%, например, от 94% до 100%, например, от 95% до 100%, такой как 96%-100%, при стандартной толщине 3,2 мм и для длины волны 550 нм. Не ограничивающие примеры стекла, которое может быть использовано для практического осуществления изобретения включают стекла Starphire, Solarphire, Solarphire PV, и CLEAR™, которые все промышленно доступны на фирме PPG Industries, Inc. of Pittsburgh, Pennsylvania. В качестве альтернативы, подложка 12 может быть полимерной подложкой, такой как акриловая подложка.
Подложка 12 может иметь любую желательную толщину. Например, подложка 12 может иметь толщину по меньшей мере 0,5 мм. Например, толщину по меньшей мере 1 мм. Например, толщину по меньшей мере 1,5 мм. Например, толщину по меньшей мере 2 мм, такую как по меньшей мере 2,5 мм, такую как по меньшей мере 3 мм, такую как по меньшей мере 3,5 мм, такую как по меньшей мере 4 мм, такую как по меньшей мере 5 мм, такую как по меньшей мере 6 мм, такую как по меньшей мере 7 мм, такую как по меньшей мере 8 мм, такую как по меньшей мере 9 мм, такую как по меньшей мере 10 мм.
Например, подложка 12 может иметь толщину не больше чем 10 мм. Например, толщину не больше чем 9 мм, такую как не больше чем 8 мм, такую как не больше чем 7 мм, такую как не больше чем 6 мм, такую как не больше чем 5 мм, такую как не больше чем 4 мм, такую как не больше чем 3,5 мм. Например, подложка 12 может иметь толщину не больше чем 5 мм.
Например, подложка 12 может иметь толщину в диапазоне от 0,5 мм до 10 мм. Например, в диапазоне от 1 мм до 10 мм. Например, в диапазоне от 1,5 мм до 5 мм.
Как первый, так и второй электроды 32, 38 могут быть прозрачными или один электрод может быть прозрачным, а другой электрод может быть светонепроницаемым (например, отражающим). С целью обсуждения изобретения, ОСИД 10, показанный на фигурах, может быть описан как "эмитирующий из нижней части" ОСИД, имеющий прозрачный первый (нижний) электрод 32 и отражающий второй (верхний) электрод 38. Первый электрод 32 будет обозначен как анод, и второй электрод 38 будет обозначен как катод. Однако следует понимать, что это делается только с целью описания изобретения, причем изобретение не ограничивается органическими светоизлучающими диодами, эмитирующими из нижней части, или тем, что первый электрод 32 является анодом.
Первый электрод (например, анод) 32 может быть единственным проводящим слоем или представлять собой многослойную структуру, включающую проводящий слой. Первый электрод 32 может быть проводящим, прозрачным слоем, таким как проводящий металлический или металлооксидный слой, или может представлять собой многослойную структуру, включающую проводящий металл или металлооксидный слой.
Например, первый электрод 32 может содержать один или несколько проводящих оксидных материалов, таких как (но без ограничения) один или несколько оксидов одного или нескольких металлов из цинка (Zn), железа (Fe), марганца (Mn), алюминия (Al), цезия (Се), олова (Sn), сурьмы (Sb), гафния (Hf), циркония (Zr), никеля (Ni), цинка (Zn), висмута (Bi), титана (Ti), кобальта (Со), хрома (Cr), кремния (Si), индия (In), или сплав из двух или более таких материалов, например, станнат цинка. Кроме того, проводящий материал может включать один или несколько дополнительных материалов, таких как (но без ограничения) фтор (F), In, Al, фосфор (Р), Zn, и/или Sb. Конкретные примеры подходящих материалов включают оксид индия-олова (ITO), оксида цинка с добавкой алюминия (AZO), оксид олова с добавкой фтора, с добавкой цинка, оксид индия с добавкой олова, оксид индия с добавкой ванадия, и оксид цинка и олова (такой как станнат цинка или смесь оксида цинка и оксида олова). Например, проводящий оксид может включать оксид олова, в частности оксид олова с добавкой фтора.
Например, первый электрод 32 может представлять собой или может включать слой проводящего металла. Примеры слоев проводящего металла включают металлическую платину, иридий, осмий, палладий, алюминий, золото, медь, серебро, или их смеси, сплавы, или их комбинации. Например, первый электрод 32 может включать слой проводящего металла, расположенный между двумя металлооксидными слоями.
Второй электрод (катод) 38 может быть любым традиционным катодом ОСИД. Примеры подходящих катодов включают металлы, такие как (но без ограничения) барий, кальций и магний. Типичный второй электрод 38 имеет низкую работу выхода электрона. Для ОСИД, в котором свет излучается только из нижней части устройства, через подложку 12, второй электрод 38 может быть относительно толстым и/или может быть слоем, отражающим металл с высокой электрической проводимостью. Второй электрод 38 может быть светонепроницаемым. Термин "светонепроницаемый" означает, что коэффициент пропускания для стандартной длины волны 550 нм составляет меньше чем 5%, например меньше чем 1%, например 0%. Например, второй электрод 38 может быть отражающим по меньшей мере часть света, генерируемого активным пакетом 34. В качестве альтернативы, если желательно, чтобы свет излучался сверху ОСИД 10, второй электрод 38 может быть выполнен из прозрачного материала, такого как описано выше для первого электрода 32.
3
Активный пакет 34 может включать любой традиционный излучающий слой 36, известный из уровня техники. Примеры материалов, подходящих для излучающего слоя 36, включают (но без ограничения указанным) небольшие молекулы, такие как металлоорганические хелаты, например, трис(8-гидроксихинолинато)алюминий (Alq), флюоресцирующие и фосфоресцирующие красители и сопряженные дендримеры. Дополнительные примеры подходящих материалов включают трифениламин, перилен, рубрен и хинакридон. В качестве альтернативы, могут быть использованы электролюминесцентные полимерные материалы. Примеры проводящих полимеров включают поли(п-фенилен-винилен) и полифлуорен. Кроме того, могут быть использованы фосфоресцирующие материалы. Примеры таких материалов включают полимеры, такие как поли(н-винилкарбазол), в который добавляют в качестве легирующей добавки металлоорганический комплекс, такой как иридиевый комплекс.
Органический светоизлучающий диод 10 включает слой 18 модификации поверхности. На фигуре 1 слой 18 модификации поверхности изображен как многослойная структура, в которой первая пленка 20 расположена сверху, например, в прямом контакте со второй поверхностью 16 подложки 12, и вторая пленка 26 расположена сверху, например, в прямом контакте со второй поверхностью 24 первой пленки 20. Первая пленка 20 имеет первый коэффициент расширения (например, первый коэффициент термического расширения), и вторая пленка 26 имеет второй коэффициент расширения (например, второй коэффициент термического расширения). Термин "коэффициент расширения" означает относительное изменение длины, или площади, или объема материала на единичное изменение температуры (например, на градус) при постоянном давлении. Первый и второй коэффициенты расширения могут быть одинаковыми или подобными. Предпочтительно, первый коэффициент расширения больше чем второй коэффициент расширения.

Первая пленка 20 содержит материал, способный расширяться (например, увеличивается площадь поверхности) при воздействии повышенной температуры (или другого фактора, такого как поглощение жидкости), и затем сокращаться (например, с возвращением или с практическим возвращением исходных размеров, таких как исходная площадь поверхности) при охлаждении. Примеры подходящих материалов включают эластомерные материалы, полимерные материалы, полимерные органические материалы, и их смеси; термореактивные материалы, термопластичные материалы, и их смеси. Конкретные примеры включают термопластичные эластомеры, такие как блочные сополимеры стирола, смеси полиолефинов, эластомерные сплавы, термопластичные полиуретаны, термопластичные сополиэфиры, и термопластичные полиамиды. Другие подходящие материалы включают полиуретаны, полипропилены, поликарбонаты, акриловые полимеры, полисилоксаны, кремнийсодержащие покрывающие материалы, такие как покрывающие материалы, содержащие кремнийорганические соединения; силаны, силоксаны, и/или продукты их гидролиза; кремнийорганические соединения; силил-замещенные материалы; и полимеры, произведенные из любых таких предшествующих материалов, например, полисиланы, кремнийорганические полимеры, органические полисилоксаны, органические полисилазаны, и органические полисилазоксаны. Конкретные примеры включают полиметилметакрилат, полибензимидазол, полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полиалкилсилоксаны (такие как полидиметилсилоксан), и трис[3-(триметоксисилил)пропил]изоцианат. Например, первая пленка 20 может содержать полимерный материал. Например, первая пленка 20 может содержать полиалкилсилоксан. Например, первая пленка 20 может содержать полидиметилсилоксан. Примером подходящего материала для первой пленки 20 является семейство Hi-Gard покрытий, которые промышленно доступны от фирмы PPG Industries, Inc.
Первая пленка 20 может иметь любую заданную толщину, чтобы обеспечить желательную неплоскостную поверхность, описанную ниже. Толщина первой пленки 20 может влиять на количество света, поглощенного, отраженного, или проходящего через первую пленку 20. Обычно, чем тоньше первая пленка 20, тем меньше влияние, которое она будет оказывать на излучение света из ОСИД 10.
Например, первая пленка 20 может иметь толщину по меньшей мере 1 нм, такую как по меньшей мере 5 нм, такую как по меньшей мере 15 нм, такую как по меньшей мере 20 нм, такую как по меньшей мере 25 нм, такую как по меньшей мере 30 нм, такую как по меньшей мере 40 нм, такую как по меньшей мере 50 нм, такую как по меньшей мере 75 нм, такую как по меньшей мере 100 нм, такую как по меньшей мере 200 нм, такую как по меньшей мере 300 нм, такую как по меньшей мере 400 нм, такую как по меньшей мере 500 нм. Например, первая пленка 20 может иметь толщину по меньшей мере 1 нм. Например, первая пленка 20 может иметь толщину по меньшей мере 15 нм. Например, первая пленка 20 может иметь толщину по меньшей мере 25 нм.
Например, первая пленка 20 может иметь толщину не больше чем 500 нм, такую как не больше чем 400 нм, такую как не больше чем 300 нм, такую как не больше чем 200 нм, такую как не больше чем 100 нм, такую как не больше чем 75 нм, такую как не больше чем 50 нм, такую как не больше чем 40 нм, такую как не больше чем 30 нм, такую как не больше чем 25 нм, такую как не больше чем 20 нм, такую как не больше чем 15 нм, такую как не больше чем 10 нм, такую как не больше чем 5 нм. Например, первая пленка 20 может иметь толщину не больше чем 500 нм. Например, первая пленка 20 может иметь толщину не больше чем 300 нм. Например, первая пленка 20 может иметь толщину не больше чем 100 нм.
Например, первая пленка 20 может иметь толщину в диапазоне от 1 нм до 500 нм. Например, толщина может быть в диапазоне от 10 нм до 100 нм.
-6
Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) по меньшей мере 25, такой как по меньшей мере 30, такой как по меньшей мере 40, такой как по меньшей мере 50, такой как по меньшей мере 60, такой как по меньшей мере 80, такой как по меньшей мере 100, такой как по меньшей мере 120, такой как по меньшей мере 140, такой как по меньшей мере 150, такой как по меньшей мере 160, такой как по меньшей мере 180, такой как по меньшей мере 200, такой как по меньшей мере 220. Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения, равный по меньшей мере 25. Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения по меньшей мере 30. Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения по меньшей мере 50.
-6
Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) не больше чем 220, такой как не больше чем 200, такой как не больше чем 180, такой как не больше чем 160, такой как не больше чем 150, такой как не больше чем 140, такой как не больше чем 120, такой как не больше чем 100, такой как не больше чем 80, такой как не больше чем 60, такой как не больше чем 50, такой как не больше чем 40. Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения не больше чем 220. Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения не больше чем 180. Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения не больше чем 100.
-6
Например, первая пленка 20 может иметь коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) в диапазоне от 25 до 220. Например, в диапазоне от 40 до 200.
Вторая пленка 26 может быть более жесткой пленкой, чем первая пленка 20. Иными словами, вторая пленка 26 может иметь более высокую твердость, чем первая пленка 20.
Например, вторая пленка 26 может быть оксидной, металлооксидной, нитридной или оксинитридной пленкой. Например, вторая пленка 26 может содержать оксид, нитрид, или оксинитрид одного или нескольких из Zn, Fe, Mn, Al, Се, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si, In, и их комбинаций. Например, вторая пленка 26 может быть неорганическим материалом. Например, вторая пленка 26 может включать оксид алюминия, диоксид кремния, оксид цинка, диоксид циркония, и их комбинации. Например, вторая пленка 26 может содержать оксид алюминия и/или диоксид кремния.
Например, вторая пленка 26 может содержать смесь оксида алюминия и диоксида кремния. Например, вторая пленка 26 может содержать смесь оксида алюминия и диоксида кремния, имеющую по меньшей мере 10 мас. % оксида алюминия, например по меньшей мере 15 мас. % оксида алюминия, например по меньшей мере 20 мас. % оксида алюминия, например по меньшей мере 40 мас. % оксида алюминия, например по меньшей мере 50 мас. % оксида алюминия, например по меньшей мере 60 мас. % оксида алюминия, например по меньшей мере 70 мас. % оксида алюминия, например по меньшей мере 80 мас. % оксида алюминия. Например, вторая пленка 26 может содержать от 50 мас. % до 70 мас. % оксида алюминия и от 50 мас. % до 30 мас. % диоксида кремния. Например, вторая пленка 26 может содержать от 55 мас. % до 65 мас. % оксида алюминия и от 45 мас. % до 35 мас. % диоксида кремния. Например, вторая пленка 26 может содержать 60 мас. % оксида алюминия и 40 мас. % диоксида кремния.
Вторая пленка 26 может иметь любую желательную толщину. Например, вторая пленка 26 может иметь толщину по меньшей мере 1 нм, такую как по меньшей мере 5 нм, такую как по меньшей мере 10 нм, такую как по меньшей мере 15 нм, такую как по меньшей мере 20 нм, такую как по меньшей мере 25 нм, такую как по меньшей мере 30 нм, такую как по меньшей мере 40 нм, такую как по меньшей мере 50 нм, такую как по меньшей мере 75 нм, такую как по меньшей мере 100 нм, такую как по меньшей мере 200 нм, такую как по меньшей мере 300 нм, такую как по меньшей мере 400 нм, такую как по меньшей мере 500 нм. Например, вторая пленка 26 может иметь толщину по меньшей мере 1 нм. Например, вторая пленка 26 может иметь толщину по меньшей мере 5 нм. Например, вторая пленка 26 может иметь толщину по меньшей мере 25 нм.
Например, вторая пленка 26 может иметь толщину не больше чем 500 нм, такую как не больше чем 400 нм, такую как не больше чем 300 нм, такую как не больше чем 200 нм, такую как не больше чем 100 нм, такую как не больше чем 75 нм, такую как не больше чем 50 нм, такую как не больше чем 40 нм, такую как не больше чем 30 нм, такую как не больше чем 25 нм, такую как не больше чем 20 нм, такую как не больше чем 15 нм, такую как не больше чем 10 нм, такую как не больше чем 5 нм. Например, вторая пленка 26 может иметь толщину не больше чем 500 нм. Например, вторая пленка 26 может иметь толщину не больше чем 100 нм. Например, вторая пленка 26 может иметь толщину не больше чем 80 нм. Толщина второй пленки 26 может влиять на количество света, поглощенного, отраженного, или проходящего через вторую пленку 26. Обычно, чем тоньше вторая пленка 26, тем меньше влияние, которое она будет оказывать на излучение света из ОСИД 10. Вторая пленка 26 может быть тоньше, чем первая пленка 20.
Например, вторая пленка 26 может иметь толщину в диапазоне от 1 нм до 300 нм. Например, в диапазоне от 1 нм до 50 нм.
-6
Вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) по меньшей мере 4. Например, по меньшей мере 6, такой как по меньшей мере 7, такой как по меньшей мере 10, такой как по меньшей мере 15, такой как по меньшей мере 20, такой как по меньшей мере 40, такой как по меньшей мере 60, такой как по меньшей мере 80, такой как по меньшей мере 100. Например, вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения по меньшей мере 4. Например, вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения по меньшей мере 10. Например, вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения по меньшей мере 20.
-6
Например, вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) не больше чем 100, такой как не больше чем 80, такой как не больше чем 60, такой как не больше чем 40, такой как не больше чем 20, такой как не больше чем 15, такой как не больше чем 10, такой как не больше чем 8, такой как не больше чем 6. Например, вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения не больше чем 100. Например, вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения не больше чем 80. Например, вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения не больше чем 40.
-6
Например, вторая пленка 26 может иметь коэффициент расширения (при 20°С, 10 м/мК) в диапазоне от 1 до 100. Например, в диапазоне от 4 до 80.
Слои ОСИД 10 могут формироваться любым традиционным способом. Примеры включают распылительный пиролиз, химическое осаждение из паровой фазы (CVD), магнетронное вакуумное напыление (MSVD), путем центрифугирования, нанесения путем полива, нанесения через щелевую матрицу, и лаконаливное нанесение. Слои могут формироваться одинаковым способом или различные слои могут формироваться различными способами. Например, первая пленка 20 может формироваться на подложке 12 с помощью метода мокрого осаждения, такого как центрифугирование, нанесения путем распыления, нанесения путем полива, нанесения через щелевую матрицу, или лаконаливное нанесение. Вторая пленка 26 может формироваться другим способом, например путем MSVD.
Теперь будет описан способ осуществления изобретения в связи с примером, показанным на фигуре 1. Слой модификации поверхности 18 образуется сверху, например, непосредственно сверху подложки 12. Первая пленка 20 наносится сверху, например, непосредственно на вторую поверхность 16 подложки 12. Это может быть осуществлено любыми традиционными способами, описанными выше. В предпочтительном способе, первая пленка 20 осаждается с помощью процесса мокрого покрытия, такого как путем центрифугирования или нанесения путем распыления. Первая пленка 20 подвергается отверждению.
Покрытую подложку (подложка 12 и первая пленка 20) нагревают до температуры (или подвергают воздействию повышенной температуры в течение заданного периода времени), чтобы вызвать расширение первой пленки 20. Например, чтобы вызвать увеличение площади поверхности верхней поверхности 24 первой пленки 20 от первой площади поверхности (до нагревания) до второй площади поверхности (после нагревания), причем вторая площадь поверхности является больше чем первая площадь поверхности. Температура должна быть достаточной для инициирования расширения первой пленки 20, но не в такой степени, чтобы разрушить, например, расплавить или превратить в стекло, первую пленку 20.
Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры по меньшей мере 100°F (38°С), такой как по меньшей мере 200°F (93°С), такой как по меньшей мере 300°F (149°С), такой как по меньшей мере 500°F (260°С), такой как по меньшей мере 750°F (399°С), такой как по меньшей мере 1000°F (538°С), такой как по меньшей мере 1300°F (704°С), такой как по меньшей мере 1500°F (815°С), такой как по меньшей мере 1800°F (982°С), такой как по меньшей мере 2000°F (1093°С). Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры по меньшей мере 300°F (149°С). Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры по меньшей мере 1000°F (538°С). Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры по меньшей мере 1500°F (815°С).
Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры не больше чем 2000°F (1093°С), такой как не больше чем 1800°F (982°С), такой как не больше чем 1500°F (815°С), такой как не больше чем 1300°F (704°С), такой как не больше чем 1000°F (538°С), такой как не больше чем 750°F (399°С), такой как не больше чем 500°F (260°С), такой как не больше чем 300°F (149°С), такой как не больше чем 200°F (93°С). Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры не больше чем 2000°F (1093°С). Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры не больше чем 1300°F (704°С). Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры не больше чем 1000°F (538°С).
Например, покрытую подложку можно нагревать до температуры в диапазоне от 100°F (38°С) до 1500°F (815°С). Например, в диапазоне от 300°F (149°С) до 500°F (260°С).
Если неудобно измерять фактическую температуру покрытой подложки, покрытую подложку можно подвергать воздействию заданной температуры в течение заданного периода времени, чтобы вызвать расширение первой пленки 20.
Например, покрытую подложку можно подвергать воздействию температуры в диапазоне от 100°F до 2000°F (38°С-1093°С), такой как от 200°F до 2000°F (93°С-1093°С), такой как от 300°F до 2000°F (149°С-1093°С), такой как от 500°F до 2000°F (260°С-1093°С), такой как от 500°F до 1800°F (260°С-982°С), такой как от 500°F до 1500°F (260°С-815°С), такой как от 750°F до 1500°F (399°С-815°С), такой как от 1000°F до 1300°F (538°С-704°С).
Например, покрытую подложку можно подвергать воздействию температуры (такой как в печи) в диапазоне от 100°F до 1500°F (38°С-815°С). Например, в диапазоне от 300°F до 500°F (149°С-260°С).
Например, покрытую подложку можно нагревать в течение периода времени в диапазоне от 1 минуты до 30 минут, такого как от 1 минуты до 20 минут, такого как от 1 минуты до 10 минут, такого как от 1 минуты до 8 минут, такого как от 1 минуты до 6 минут, такого как от 1 минуты до 5 минут, такого как от 1 минуты до 4 минут, такого как от 2 минут до 4 минут, например, 3 минуты.
Например, покрытую подложку можно нагревать в течение периода времени в диапазоне от 1 минуты до 30 минут. Например, в диапазоне от 1 минуты до 5 минут.
Вторая пленка 26 образуется сверху первой пленки 20 в то время, как первая пленка 20 еще находится в растянутом состоянии, например, при повышенной температуре и/или когда имеет вторую площадь поверхности. Другими словами, когда площадь поверхности первой пленки 20 является больше чем первая площадь поверхности. Вторая пленка 26 может формироваться любым традиционным способом. Например, вторая пленка 26 может формироваться методом MSVD.
После (или в ходе) осаждения второй пленки 26, первая пленка 20 (например, покрытая подложка) подвергается сжатию, например, путем охлаждения. Термин "сжатие" означает, что площадь поверхности первой пленки 20 уменьшается относительно первой площадь поверхности. Сжатие первой пленки 20 вызывает изгибание или появление зубчиков на второй пленке 26. Это также вызывает изгибание или появление зубчиков на верхней поверхности 30 второй пленки 26, что приводит к неплоскостной верхней поверхности 30. Например, верхняя поверхность 30 может иметь гребни или выступы, разделенные углублениями, вызванными изгибанием второй пленки 26. Указанные выступы могут иметь произвольную ориентацию на поверхности 30. Степень искривления можно варьировать путем подбора материала (материалов) первой пленки 20 и/или второй пленки 26. Например, за счет относительных различий между коэффициентами расширения, толщиной первой и/или второй пленок 20, 26, и/или температуры, до которой нагревается покрытая подложка. Обычно, чем больше коэффициент расширения первой пленки 20 и/или выше температура, до которой нагревается покрытая подложка до образования второй пленки 26, тем больше должна быть степень искривления второй пленки 26.
Когда покрытая подложка (подложка 12, первая пленка 20, и вторая пленка 26) охлаждаются, оставшиеся слои ОСИД 10 могут формироваться сверху слоя 18 модификации поверхности. Поскольку эти дополнительные слои формируются сверху неплоскостной верхней поверхности 30 второй пленки 26, по меньшей мере некоторые, если не все из этих слоев, будут также демонстрировать неплоскостные поверхности (например, неплоскостные внутренние поверхности). Ожидается, что когда другие слои формируются сверху слоя 18 модификации поверхности, степень волокнистости (то есть, шероховатость) поверхностей последовательно нанесенных слоев будет постепенно снижаться с добавлением все большего количества слоев. Таким образом, ожидается, что поверхности (например, внутренние поверхности) последовательно нанесенных будут демонстрировать все меньшую шероховатость, когда формируются все больше слоев, благодаря выравнивающему эффекту, который указанное множество дополнительных слоев может оказывать на шероховатость нижележащего профиля поверхности, обусловленного слоем 18 модификации поверхности. Однако даже в случае указанного выравнивающего эффекта в последующих слоях, шероховатые поверхности ранее нанесенных слоев все же могут увеличить извлечение света ОСИД путем снижения оптического волноводного эффекта в указанных слоях.
Пример ОСИД, показанный на фигуре 2, подобен указанному на фигуре 1, за исключением того, что слой модификации поверхности 18 показан как единственный слой 50, имеющий неплоскостную внутреннюю поверхность 52. Слой 18 модификации поверхности может быть осажден сверху, например, непосредственно на поверхность 16 подложки 12. Например, слой 18 модификации поверхности может быть осажден методом MSVD.
Слой модификации поверхности 18 может содержать оксидную, металлооксидную, нитридную и/или оксинитридную пленку. Например, слой 18 модификации поверхности может включать оксид, нитрид, и/или оксинитрид одного или нескольких из Zn, Fe, Mn, Al, Се, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si, In, и их комбинаций. Например, слой 18 модификации поверхности может содержать неорганический материал. Например, слой 18 модификации поверхности может включать оксид алюминия, диоксид кремния, оксид цинка, диоксид циркония, и их комбинации. Например, слой 18 модификации поверхности (единственный слой 50) может содержать оксид алюминия и/или диоксид кремния. Например, смесь оксида алюминия и диоксида кремния.
Например, слой модификации поверхности 18 (единственный слой 50) может содержать смесь оксида алюминия и диоксида кремния, имеющую по меньшей мере 10 мас. % оксида алюминия, такую как по меньшей мере 15 мас. % оксида алюминия, такую как по меньшей мере 20 мас. % оксида алюминия, такую как по меньшей мере 40 мас. % оксида алюминия, такую как по меньшей мере 50 мас. % оксида алюминия, такую как по меньшей мере 60 мас. % оксида алюминия, такую как по меньшей мере 70 мас. % оксида алюминия, такую как по меньшей мере 80 мас. % оксида алюминия. Например, слой модификации поверхности 18 может содержать от 50 мас. % до 70 мас. % оксида алюминия и от 50 мас. % до 30 мас. % диоксида кремния. Например, слой модификации поверхности 18 может содержать от 55 мас. % до 65 мас. % оксида алюминия и от 45 мас. % до 35 мас. % диоксида кремния. Например, слой 18 модификации поверхности может содержать 60 мас. % оксида алюминия и 40 мас. % диоксида кремния.
Слой модификации поверхности 18 может иметь любую желательную толщину. Например, слой 18 модификации поверхности может иметь толщину по меньшей мере 1 нм, такую как по меньшей мере 5 нм, такую как по меньшей мере 10 нм, такую как по меньшей мере 15 нм, такую как по меньшей мере 20 нм, такую как по меньшей мере 25 нм, такую как по меньшей мере 30 нм, такую как по меньшей мере 40 нм, такую как по меньшей мере 50 нм, такую как по меньшей мере 75 нм, такую как по меньшей мере 100 нм, такую как по меньшей мере 200 нм, такую как по меньшей мере 300 нм, такую как по меньшей мере 400 нм, такую как по меньшей мере 500 нм. Например, слой 18 модификации поверхности может иметь толщину по меньшей мере 5 нм. Например, слой модификации поверхности 18 может иметь толщину по меньшей мере 10 нм. Например, слой 18 модификации поверхности может иметь толщину по меньшей мере 25 нм.
Например, слой 18 модификации поверхности может иметь толщину не больше чем 500 нм, такую как не больше чем 400 нм, такую как не больше чем 300 нм, такую как не больше чем 200 нм, такую как не больше чем 100 нм, такую как не больше чем 75 нм, такую как не больше чем 50 нм, такую как не больше чем 40 нм, такую как не больше чем 30 нм, такую как не больше чем 25 нм, такую как не больше чем 20 нм, такую как не больше чем 15 нм, такую как не больше чем 10 нм, такую как не больше чем 5 нм. Например, слой 18 модификации поверхности может иметь толщину не больше чем 500 нм. Например, слой 18 модификации поверхности может иметь толщину не больше чем 150 нм. Например, слой 18 модификации поверхности может иметь толщину не больше чем 50 нм.
Например, слой 18 модификации поверхности может иметь толщину в диапазоне от 1 нм до 500 нм. Например, в диапазоне от 10 нм до 50 нм.
Покрытую подложку (подложка 12 и слой 18 модификации поверхности) можно нагревать и оставлять охлаждаться. Было установлено, что когда 50 слой модификации поверхности 18 оксидной пленки, конкретно металлооксидной пленки, нагревается до температуры, которая указана выше, и затем охлаждается, на верхней поверхности 52 слоя 18 модификации поверхности развиваются изгибы или зубчики, что приводит к неплоскостной поверхности. Покрытую подложку можно нагревать до температур и/или в течение периода времени, как описано выше в связи с примером фигуры 1.

Фигура иллюстрирует пример изобретения, в котором светорассеивающие материалы, такие как светорассеивающие частицы 42, внедряются в слой 18 модификации поверхности (например, внутрь первой пленки 20). Это может быть осуществлено путем добавления светорассеивающих частиц 42 в покрывающую композицию, с последующим нанесением покрывающей композиции на подложку 12 с образованием покрывающего слоя (например, первая пленка 20), включающего светорассеивающие частицы 42. Светорассеивающие частицы 42 могут быть произвольно распределены по всему покрывающему слою. Примеры светорассеивающих частиц 42 включают наночастицы, такие как неорганические наночастицы, и светонепроницаемые полимеры, такие как светонепроницаемый полимер Celocor (промышленно доступен от фирмы Arkema Coating Resins). Примеры подходящих наночастиц включают оксидные наночастицы, такие как (но без ограничения указанным) оксид алюминия, диоксид титана, оксид церия, оксид цинка, оксид олова, диоксид кремния, дымящий диоксид кремния и диоксид циркония.

Покрывающая композиция может быть любым материалом, который может содержать светорассеивающие материалы, такие как внедренные в него наночастицы, и способен образовать пленку. Например, наночастицы могут быть растворены, диспергированы, или суспендированы в покрывающем материале. Первая пленка 20 может формироваться путем нанесения покрывающего материала, содержащего наночастицы, на подложку 12. Примеры подходящих покрывающих композиций включают полимерные материалы, полимерные органические материалы, и их смеси; термореактивные материалы, термопластичные материалы, и их смеси; содержащие кремний покрывающие материалы, такие как покрывающие материалы, содержащие кремнийорганические соединения; силаны, силоксаны, и/или продукты их гидролиза; органические силаны; силилзамещенные материалы; и полимеры, произведенные из любых таких предшествующих материалов. Примеры указанных полимеров включают полисиланы, кремнийорганические полимеры, полиорганосилоксаны, полиорганосилазаны и полиорганосилазоксаны, например трис[3(триметоксисилил)пропил]изоцианат. Например, покрывающая композиция может содержать полиалкилсилоксан. Например, покрывающая композиция может содержать полидиметилсилоксан. Примеры подходящих покрывающих композиций включают семейство Hi-Gard покрытий, которые промышленно доступны от фирмы PPG Industries, Inc.
Светорассеивающие материалы, такие как наночастицы, могут быть введены в покрывающую композицию в любом желательном количестве. Например, наночастицы могут составлять по меньшей мере 0,01 мас. % в расчете на суммарную массу покрывающей композиции, в таком количестве как по меньшей мере 0,05 мас. %, таком как по меньшей мере 0,1 мас. %, таком как по меньшей мере 0,2 мас. %, таком как по меньшей мере 0,3 мас. %, таком как по меньшей мере 0,4 мас. %, таком как по меньшей мере 0,5 мас. %, таком как по меньшей мере 0,6 мас. %, таком как по меньшей мере 0,8 мас. %, таком как по меньшей мере 1 мас. %, таком как по меньшей мере 2 мас. %, таком как по меньшей мере 3 мас. %, таком как по меньшей мере 5 мас. %, таком как по меньшей мере 10 мас. %, таком как по меньшей мере 20 мас. %, таком как по меньшей мере 25 мас. %, таком как по меньшей мере 30 мас. %, таком как по меньшей мере 50 мас. %.
Например, светорассеивающие материалы могут составлять не больше чем 50 мас. %, в расчете на суммарную массу покрывающей композиции, в таком количестве, как не больше чем 30 мас. %, таком, как не больше чем 20 мас. %, таком, как не больше чем 10 мас. %, таком, как не больше чем 5 мас. %, таком, как не больше чем 3 мас. %, таком, как не больше чем 2 мас. %, таком, как не больше чем 1 мас. %, таком, как не больше чем 0,8 мас. %, таком, как не больше чем 0,6 мас. %, таком, как не больше чем 0,5 мас. %, таком, как не больше чем 0,4 мас. %, таком, как не больше чем 0,3 мас. %, таком, как не больше чем 0,2 мас. %, таком, как не больше чем 0,1 мас. %, таком, как не больше чем 0,05 мас. %, таком, как не больше чем 0,01 мас. %.
Например, количество наночастиц может находиться в диапазоне от 0,01 мас. % до 50 мас. %, в расчете на суммарную массу покрывающей композиции. Например, в диапазоне от 0,01 мас. % до 10 мас. %. Например, в диапазоне от 0,01 мас. % до 5 мас. %.

Покрывающий материал (материалы) слоя 18 модификации поверхности (например, первая пленка 20 и/или вторая пленка 26) может иметь показатель преломления между показателем преломления излучающего слоя 34 и показателем преломления подложки 12. Это может снизить эффект волновода и/или влияние интерференции, вызванное границами между соседними слоями. Например, типичная стеклянная подложка имеет показатель преломления в диапазоне от 1,54 до 1,56. Обычно традиционный органический излучающий слой имеет показатель преломления в диапазоне от 1,55 до 1,8, такой как от 1,6 до 1,8, такой как приблизительно 1,7. Слой 18 модификации поверхности (например, первая пленка 20), может иметь показатель преломления между указанными двумя значениями 1,5 и 1,7. Покрытие Hi-Gard 1600 (промышленно доступное от фирмы PPG Industries, Inc.) имеет показатель преломления приблизительно 1,6.
a
Внутренняя поверхность 30, 52 слоя 18 модификации поверхности представляет собой неплоскостную поверхность. Внутренняя поверхность 30, 52 может иметь среднюю шероховатость поверхности (R) в диапазоне от 5 нм до 5000 нм. Например, от 5 нм до 4000 нм, такую как от 5 нм до 3000 нм, такую как от 5 нм до 2000 нм, такую как от 5 нм до 1000 нм, такую как от 5 нм до 500 нм, такую как от 5 нм до 300 нм, такую как от 5 нм до 200 нм, такую как от 5 нм до 100 нм, такую как от 5 нм до 50 нм. Например, от 5 нм до 40 нм. Например, от 5 нм до 30 нм. Например, от 5 нм до 20 нм.
Органический светоизлучающий диод 10 может включать один или несколько необязательных нижележащих слоев, расположенных между слоем 18 модификации поверхности и подложкой 12. Нижележащий слой (слои) может представлять собой единственный слой или многослойную структуру. Нижележащий слой может включать один или несколько металлооксидных материалов, таких как оксиды кремния, титана, алюминия, циркония, фосфора, гафния, ниобия, цинка, висмута, свинца, индия, олова и их сплавов и смесей. Нижележащий слой может быть однородным слоем, градиентным слоем или может включать множество слоев или пленок. "Однородный слой" означает слой, в котором материалы произвольно распределены по всему покрытию. Термин "градиентный слой" означает слой, имеющий два или больше компонентов, причем концентрация компонентов изменяется непрерывно (или ступенчато) при изменении расстояния от подложки. Например, нижележащий слой может быть смесью по меньшей мере диоксида кремния и диоксида титана. Например, является смесью диоксида кремния, диоксида титана и оксида фосфора.
Нижележащий слой может иметь толщину в диапазоне от 10 нм до 120 нм. Например, от 30 нм до 80 нм. Например, от 40 нм до 80 нм. Например, от 30 нм до 70 нм.
Теперь будет описана эксплуатация ОСИД 10 с конкретной ссылкой на фигуру 3.
В ходе эксплуатации прилагается напряжение в поперечном направлении к аноду 32 и катоду 38. Поток электронов идет от катода 38 к аноду 32 через излучающий слой 36. Этот электрический ток вызывает испускание света излучающим слоем 36 (то есть, электромагнитное излучение заданной длины волны или диапазона длин волн) в зависимости от состава излучающего слоя 36. Световые волны, испускаемые излучающим слоем 36, перемещаются через анод 32, через слой 18 модификации поверхности, сквозь подложку 12, и по меньшей мере часть световых волн покидает наружную поверхность 14 подложки 12. В связи с тем, что рифленая или изогнутая (неплоскостная) поверхности одного или нескольких из слоев ОСИД вызвана слоем 18 модификации поверхности, меньше света захватывается внутри ОСИД 10 за счет волноводного эффекта и из ОСИД 10 выходит больше света. Наночастицы 42 (если они присутствуют) в первой пленки 20 также рассеивают свет и увеличивают общее извлечение света из ОСИД 10.
В другом аспекте изобретения, слой 18 модификации поверхности может формироваться из композиционного покрытия, содержащего два или больше компонентов, которые могут быть селективно удалены. Например, слой 18 модификации поверхности может формироваться из смеси: (i) первого компонента, который растворим в первом растворителе, но нерастворим или менее растворим во втором растворителе, и (ii) второго компонента, который растворим во втором растворителе, но нерастворим или менее растворим в первом растворителе. Первым компонентом может быть, например, оксид, такой как оксид кремния, например силоксан. Первым растворителем может быть, например, кислота, такая как фтористоводородная кислота (HF) или азотная кислота. Вторым компонентом может быть, например, полимер, такой как поливиниловый спирт (PVA) или поливинилпирролидон (PVP). Если композиционный слой 18 модификации поверхности, содержащий силоксан и PVA промывается водой, то PVA удаляется (по меньшей мере, на поверхности или в приповерхностном слое), а силоксан остается. Пустоты, вызванные удалением PVA, придают полученному слою 18 модификации поверхности неплоскостную поверхность. В качестве альтернативы, указанное выше покрытие можно промывать фтористоводородной кислотой, удаляя силоксан по меньшей мере с части поверхности и оставляя PVA, который имеет неплоскостную поверхность.
В другом аспекте изобретения, поверхность нанесенного покрытия может быть обработана реагентом, модифицирующим поверхность, чтобы превратить или модифицировать часть поверхности покрытия относительно остальной части покрытия. Например, покрытие может быть из полидиметилсилоксана (PDMS). Покрытие из PDMS можно нагревать, и поверхность этого покрытия подвергают обработке плазмой, при которой поверхность PDMS покрытия превращается в участок твердого диоксида кремния. Когда покрытие охлаждается, участок твердого диоксида кремния будет коробиться, образуя неплоскостную поверхность.
Следующий пример иллюстрирует изобретение. Однако следует понимать, что изобретение не ограничивается этим конкретно примером.
Пример
Пример 1
Этот пример иллюстрирует формирование покрытия с изогнутой поверхностью на стеклянной подложке.

Стеклянная подложка представляет собой стекло STARPHIRE (промышленно доступно от фирмы PPG Industries Ohio, Inc.), имеющее толщину 2 миллиметра (мм).
Катод, имеющий 60 мас. % алюминия и 40 мас. % кремния, распыляют в атмосфере кислорода с образованием слоя модификации поверхности оксида алюминия/диоксида кремния, имеющего толщину 25 нм на стеклянной подложке. Покрытое изделие (подложка со слоем модификации поверхности диоксида кремния и оксида алюминия) помещают в печь при 704°С (1300°F) в течение трех минут и затем вынимают. Когда покрытая подложка охлаждается, поверхность модифицирующего слоя становится изогнутой (неплоскостной) поверхностью (фигура 4). Как видно из СЭМ-изображения на фигуре 4, выступы, образовавшиеся при нагревании и охлаждении покрытой подложки, действительно имеют произвольную ориентацию.
Специалист в этой области техники может легко оценить, что в изобретении могут быть выполнены модификации без отклонения от замысла, изложенного в предшествующем описании. Соответственно, конкретные варианты осуществления, подробно описанные в изобретении, являются только иллюстративными и не ограничивают объем изобретения, который будет изложен во всей полноте в прилагаемой формуле изобретения и ее любых или всех эквивалентах.