專利名稱：一種光電器件用光學(xué)介質(zhì)、發(fā)光器件和太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種光電領(lǐng)域，主要涉及一種光學(xué)介質(zhì)，以及該介質(zhì)的發(fā)光器件和太 陽能電池。
背景技術(shù)：
有機(jī)電致發(fā)光器件是因?yàn)榻甑钠桨屣@示器和平面照明光源的需求的提高而備 受矚目的元件。Tang和Vanslyke提出元件由形成于玻璃基板上的陽極，空穴傳輸層，電子 傳輸發(fā)光層和陰極構(gòu)成(Appl. Phys. lett.，51，913，1987)。此外，已知的有機(jī)薄膜代替玻璃 基板實(shí)現(xiàn)輕量化柔性的元件，以及采用前述元件的用透明性材料做陰極，再在其上設(shè)置透 明性薄膜，從陰極側(cè)發(fā)光的頂發(fā)光方式的元件等。有機(jī)電致發(fā)光器件與以往廣泛使用的平 板顯示元件相比具有一定的優(yōu)點(diǎn)。即有機(jī)電致發(fā)光是自發(fā)光元件，耗電量較小，能夠形成極 薄的元件。為解決有機(jī)電致發(fā)光器件在低電壓下具有高亮度這一問題(因?yàn)闉槭瞧骷吡?度一般要求提高器件的驅(qū)動(dòng)電壓，提高驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)減少器件的壽命)，一方面是著力于有機(jī) 電致發(fā)光器件的發(fā)光材料的改良。即為了施加低的電壓得到高的亮度，開發(fā)了內(nèi)部能量效 率較高的的發(fā)光層材料。另一方面，Thompson等認(rèn)為表示有機(jī)電致發(fā)光器件的發(fā)光效率的外部效率用內(nèi)部 效率和光釋放率的乘積表示(Optics letters22,6396,1997)，除了內(nèi)部效率的提高外，光 釋放率也應(yīng)提高。光釋放率是指對(duì)應(yīng)于發(fā)光元件從元件的透明基板正面被釋放入大氣中的比例。即 發(fā)光層中的光線被釋放入大氣中，必須通過數(shù)個(gè)折射率不同的介質(zhì)的界面，但根據(jù)斯涅爾 定律(折射定律)，在各界面其臨界角以上角度的入射光線被界面全反射，導(dǎo)入層中而消 失，或從側(cè)面被釋放，從元件正面釋放的光線就少了。按照前述Thompson等人的理論，有機(jī)電致發(fā)光器件光釋放率約為17. 5，發(fā)光層中 發(fā)出的光約有18%釋放到元件外，剩余的約82%被封入元件中而消失或從元件側(cè)面釋放。因此，提高釋放率是一個(gè)很重要的課題，以往進(jìn)行了各種嘗試。揭示了在透明發(fā) 光層和透明電極之間形成晶粒邊界、使可見光散射的技術(shù)(日本專利特公平3-18320號(hào)公 報(bào))，做為透明電極使用表面粗糙化的玻璃基板，使發(fā)出的光散射的技術(shù)(日本專利特開昭 61-156691號(hào)公報(bào))，在電極和有機(jī)層的界面附近設(shè)置散射區(qū)域的技術(shù)(日本專利特開平 09-129375號(hào)公報(bào))，但是這些嘗試都可能使所有元件各層的薄膜厚度不均一，導(dǎo)致絕緣層 破壞及元件發(fā)光的不均一性，所以從元件的量產(chǎn)性考慮，不一定滿足要求，因此，有機(jī)電致 發(fā)光器件光釋放率低這一問題依然未得到有效解決。中國專利CN1816917A關(guān)于LED的出光(釋光)，其使用的利用減反射層的發(fā)光器 件能使發(fā)光器件的光多透過一些到基板(玻璃、塑料)中，但由于這部分多透過的光相對(duì) 于基板和空氣的界面，其入射角已經(jīng)很大，因此，在空氣和基板界面仍然會(huì)被全反射入玻璃 中，致使發(fā)光器件正面出光率沒有顯著的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的光釋放率低的問題，提供一種光電器件用的 光學(xué)元件，可以使發(fā)光器件在低電壓下獲得更大的光釋放率從而增強(qiáng)出光效果。本發(fā)明的另一目的是提供應(yīng)用上述光學(xué)介質(zhì)的發(fā)光器件。本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供應(yīng)用上述發(fā)光器件的太陽能電池，以增強(qiáng)太陽能電池 的聚光作用，提高能效。本發(fā)明的各目的分別通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)光電器件用光學(xué)介質(zhì)，具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率 逐漸減小，第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從其中一個(gè)表面入射至少有部分光線可經(jīng)另一 個(gè)表面釋出。所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微透鏡構(gòu)成的微透層。所述微透鏡的直徑小于10 U m。所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微球粒構(gòu)成的微球?qū)樱⑶蛄５闹睆叫∮?10 u m。所述散射結(jié)構(gòu)為涂布在第二表面而由微粒和粘合劑構(gòu)成的散射層，微粒的直徑小 于10 ym;或粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或第二表面上的紋理結(jié)構(gòu)。所述第一表面的折射率和與其接觸的發(fā)光層的折射率相等；第二表面的折射率和 與其接觸的空氣界面的折射率相等。光電器件用光學(xué)介質(zhì)，具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面之間 有中間界面，第一表面到中間界面的折射率逐漸減小，中間界面到第二表面具有相同的折 射率，第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從第一表面、第二表面中的一個(gè)表面入射至少有部分 光線可另一個(gè)表面釋出。所述散射結(jié)構(gòu)為下述五者之一所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微透鏡構(gòu)成的微透層；或所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微球粒構(gòu)成的微球?qū)?；或所述散射結(jié)構(gòu)為涂布在第二表面而由微粒和粘合劑構(gòu)成的散射層；或所述散射結(jié)構(gòu)即是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或所述散射結(jié)構(gòu)為第二表面上的紋理結(jié)構(gòu)。光電器件用光學(xué)介質(zhì)，具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面之間 至少有一中間界面，第一表面到中間界面的折射率逐漸減小，中間界面到第二表面折射率 逐漸減小，各中間界面兩側(cè)的折射率相等，并且第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)。所述散射結(jié)構(gòu)為下述五者之一所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微透鏡構(gòu)成的微透層；或所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微球粒構(gòu)成的微球?qū)?；或所述散射結(jié)構(gòu)為涂布在第二表面而由微粒和粘合劑構(gòu)成的散射層；或所述散射結(jié)構(gòu)即是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或所述散射結(jié)構(gòu)為第二表面上的紋理結(jié)構(gòu)。一種發(fā)光器件，包括襯底及與其一面接觸的二極管區(qū)域，所述襯底具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐漸減小，第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從其 中一個(gè)表面入射至少有部分光線可經(jīng)另一個(gè)表面釋出，二極管區(qū)域與第一表面接觸，且二 極管區(qū)域能夠響應(yīng)施加于其上的電壓而發(fā)光。一種發(fā)光器件，包括襯底及與其一面接觸的二極管區(qū)域，襯底由至少兩層變折射 率介質(zhì)疊合而成，其外側(cè)兩個(gè)表面分別為第一表面和第二表面，各層位于第一表面和第二 表面之間的表面為中間界面，第一表面到中間界面的折射率逐漸減小，中間界面到第二表 面折射率逐漸減小，并且第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從第一表面、第二表面中的一個(gè)表 面入射至少有部分光線可經(jīng)其中另一個(gè)表面釋出；各中間界面兩側(cè)的折射率相等；二極管 區(qū)域位于襯底第一表面處，且能夠響應(yīng)施加其上的電壓而發(fā)光。一種有機(jī)太陽能電池，包括襯底，具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐漸減小，第二表 面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從其中一個(gè)表面入射至少有部分光線可經(jīng)另一個(gè)表面釋出；二極管區(qū)域，與第一表面接觸，且二極管區(qū)域能夠響應(yīng)施加于其上的光線而產(chǎn)生 電勢(shì)或電流。本發(fā)明的光學(xué)介質(zhì)采用上述結(jié)構(gòu)，在第一表面與第二表面之間具有漸變的折射率 且逐漸減小，本發(fā)明的表述可以看出，其中一個(gè)表面是該光學(xué)元件的元件側(cè)，另一個(gè)表面是 其空氣側(cè)，即發(fā)光器件的光線可以經(jīng)由其中一個(gè)表面從另一個(gè)表面釋出，也就是說，通過這 種漸變的折射率結(jié)構(gòu)，可以減少光線經(jīng)過第一表面、第二表面處所形成的界面時(shí)的全反射 數(shù)量，從而提高光釋放率；另外，第二表面處所設(shè)置的散射結(jié)構(gòu)，可以使得從變折射率介質(zhì) 中出來的大角度的光線能被散射出介質(zhì)和空氣的界面而進(jìn)入空氣中，進(jìn)一步提高介質(zhì)與空 氣界面的光釋放率。可見，本發(fā)明結(jié)構(gòu)上采用在光路上漸變的折射率和介質(zhì)與空氣界面的散射結(jié)構(gòu)相 結(jié)合，可以大幅提高光釋放率，而不用提高發(fā)光器件的電壓即可得到需要的出光效果，而且 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行。本發(fā)明中的光學(xué)介質(zhì)可以適用于LED和0LED等電致發(fā)光元件中作為襯底，并且 當(dāng)應(yīng)用于太陽能電池的時(shí)候，光線如果從具有散射結(jié)構(gòu)的表面入射而進(jìn)入上述光學(xué)介質(zhì)制 成的襯底，根據(jù)光路可反向，則可以增加進(jìn)入襯底的光線，并且可以使光線的入射角逐漸減 小，對(duì)光線有會(huì)聚作用，因此，此襯底也適用于有機(jī)太陽能電池(0SC)的襯底，也可以做無 機(jī)太陽能的封裝材料，從而提高太陽能電池的能效。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)1是散射結(jié)構(gòu)，2是光學(xué)介質(zhì)，3是透明電極，4是有機(jī)層，5是電極。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1 光學(xué)介質(zhì)2具有第一表面和第二表面，第一表面為元件側(cè)與發(fā)光器件接觸接收光 線，第二表面為空氣側(cè)，與外界空氣接觸以釋出光線。第一表面到第二表面的折射率逐漸減小，第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)1，光線從第 一表面入射至少有部分光線可經(jīng)第二表面釋出，即光學(xué)介質(zhì)2對(duì)于光輻射至少是部分透明 的。本實(shí)施例中，散射結(jié)構(gòu)1為覆蓋在第二表面的微球粒構(gòu)成的微球 層，微球粒的直 徑小于10 μ m，在工程實(shí)際上，也可以是約等于10 μ m。微球粒的直徑在小于Ium時(shí)則主要是散射作用，直徑約IOum則主要是使幾何光學(xué) 的光線更有利于進(jìn)入空氣中。本實(shí)施例中，光學(xué)介質(zhì)2可以是石英玻璃、鈉鈣玻璃或有機(jī)薄膜(塑料薄膜，可用 柔性有機(jī)電致發(fā)光器件)。本實(shí)施例的光學(xué)介質(zhì)可以由以下幾種方法制成熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、濺射、旋涂、 溶膠凝膠旋涂、電鍍、自由化學(xué)氣相沉積(CVD)和等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)和(反 應(yīng))離子交換法中的一種或幾種制成。其中，離子交換法適用于使用玻璃中的陽離子和溶 液中的陽離子交換，從而改變玻璃折射率分布，可以制作大面積的變折射率層，但只有玻璃 一側(cè)與溶液接觸，才能使折射率滿足本發(fā)明的漸變需要。本實(shí)施例中，第一表面的折射率和與其接觸的發(fā)光層的折射率相等；第二表面的 折射率和與其接觸的空氣界面的折射率相等，在工程實(shí)際上，第一表面、第二表面的折射率 越接近發(fā)光層、空氣界面的折射率，則光釋放率越高，則本發(fā)明的效果越好，因而，如果因工 程實(shí)際的限制而不能使上述折射率完全相等，則近似相等也是本發(fā)明所公開的技術(shù)方案。應(yīng)用上述光學(xué)介質(zhì)的發(fā)光器件如圖1所示，光學(xué)介質(zhì)2的第一表面下依次層壓有 透明電極3、有機(jī)層4和電極5。本實(shí)施例的發(fā)光器件中，光學(xué)介質(zhì)2為襯底，透明電極3、有機(jī)層4和電極5構(gòu)成二 極管區(qū)域。實(shí)施例2 如圖2所示，本實(shí)施例為一種發(fā)光器件，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1存在如下區(qū)別散射結(jié) 構(gòu)為覆蓋在第二表面的微透鏡構(gòu)成的微透層，微透鏡的直徑小于10 μ m，在工程實(shí)際上，也 可以是約等于 ο μ m。微透鏡的直徑在小于Ium時(shí)則主要是散射作用，直徑約IOum則主要是透鏡的類球 面使的在幾何光學(xué)的角度更利于光線進(jìn)入空氣中。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3:如圖3所示，本實(shí)施例為一種發(fā)光器件，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1存在如下區(qū)別散射 結(jié)構(gòu)為涂布在第二表面而由微粒和粘合劑構(gòu)成的散射層，微粒的直徑小于Iym或等于 10 μ m，微粒的尺寸選擇理由如實(shí)施例1。在微粒完全陷入粘合劑中的情況下，為了避免影響 散射效果，可選用折射率不同的微粒和粘合劑來構(gòu)成散射層。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4
如圖4所示，本實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1存在如下區(qū)別散射結(jié)構(gòu)為粗 糙度比第一表面更大的第二表面本身或是在第二表面上設(shè)置的紋理結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5 本實(shí)施例為一種發(fā)光器件，其基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1或?qū)嵤├?或?qū)嵤├?或?qū)嵤?例4中的一種，其中不同之處是光學(xué)介質(zhì)2為至少兩層漸變折射率層構(gòu)成，即其外側(cè)的第一 表面和第二表面之間有至少一處中間界面，第一表面到中間界面的折射率逐漸減小，中間 界面到第二表面具有相同的折射率。對(duì)于兩層以上的漸變折射率層構(gòu)成的光學(xué)介質(zhì)2，各中間界面兩側(cè)的折射率可以 相等，在工程實(shí)際上，越接近于相等效果越好。實(shí)施例6 本實(shí)施例的有機(jī)太陽能電池包括襯底和位于襯底第一表面的有機(jī)太陽能區(qū)域，該 襯底為上述各實(shí)施例中的光學(xué)介質(zhì)2中的一種，有機(jī)太陽能區(qū)域可以是二極管，該區(qū)域與 第一表面接觸，且能夠響應(yīng)施加于其上的光線而產(chǎn)生電勢(shì)或電流。實(shí)施例7:本實(shí)施例為一種LED發(fā)光器件，以光學(xué)介質(zhì)為襯底，該光學(xué)介質(zhì)具有第一表面和第二表面，第一表面為元件側(cè)與二極管區(qū)域接觸以接收光線，第二表面為空氣側(cè)，與外界空 氣接觸以釋出光線。上述二極管區(qū)域能夠響應(yīng)施加于其上的電壓而發(fā)光。
權(quán)利要求
光電器件用光學(xué)介質(zhì)，具有第一表面和第二表面，其特征在于，第一表面到第二表面的折射率逐漸減小，第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從其中一個(gè)表面入射至少有部分光線可經(jīng)另一個(gè)表面釋出。
2.如權(quán)利要求1所述光電器件用光學(xué)介質(zhì)，其特征在于，所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二 表面的微透鏡構(gòu)成的微透層。
3.如權(quán)利要求2所述光電器件用光學(xué)介質(zhì)，其特征在于，所述微透鏡 的直徑小于 10 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述光電器件用光學(xué)介質(zhì)，其特征在于，所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二 表面的微球粒構(gòu)成的微球?qū)?，微球粒的直徑小?0 μ m。
5.如權(quán)利要求1所述光電器件用光學(xué)介質(zhì)，其特征在于，所述散射結(jié)構(gòu)為 涂布在第二表面而由微粒和粘合劑構(gòu)成的散射層，微粒的直徑小于ΙΟμπι;或 粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或第二表面上的紋理結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述光電器件用光學(xué)介質(zhì)，其特征在于，所述第一表面的折射率和與 其接觸的光電器件表面的折射率相等；第二表面的折射率和與其接觸的空氣界面的折射率 相等。
7.光電器件用光學(xué)介質(zhì)，具有第一表面和第二表面，其特征在于，所述第一表面和第二 表面之間有中間界面，第一表面到中間界面的折射率逐漸減小，中間界面到第二表面具有 相同的折射率，第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從第一表面、第二表面中的一個(gè)表面入射至 少有部分光線可經(jīng)另一個(gè)表面釋出。
8.如權(quán)利要求7所述光電器件用光學(xué)介質(zhì)，其特征在于，所述散射結(jié)構(gòu)為下述五者之所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微透鏡構(gòu)成的微透層；或 所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微球粒構(gòu)成的微球?qū)?；?所述散射結(jié)構(gòu)為涂布在第二表面而由微粒和粘合劑構(gòu)成的散射層；或 所述散射結(jié)構(gòu)即是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或 所述散射結(jié)構(gòu)為第二表面上的紋理結(jié)構(gòu)。
9.光電器件用光學(xué)介質(zhì)，具有第一表面和第二表面，其特征在于，所述第一表面和第二 表面之間至少有一中間界面，第一表面到中間界面的折射率逐漸減小，中間界面到第二表 面折射率逐漸減小，各中間界面兩側(cè)的折射率相等，并且第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求9所述光電器件用光學(xué)介質(zhì)，其特征在于，所述散射結(jié)構(gòu)為下述五者之所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微透鏡構(gòu)成的微透層；或 所述散射結(jié)構(gòu)為覆蓋在第二表面的微球粒構(gòu)成的微球?qū)?；?所述散射結(jié)構(gòu)為涂布在第二表面而由微粒和粘合劑構(gòu)成的散射層；或 所述散射結(jié)構(gòu)即是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或 所述散射結(jié)構(gòu)為第二表面上的紋理結(jié)構(gòu)。
11.一種發(fā)光器件，包括襯底及與其一面接觸的二極管區(qū)域，其特征在于，所述襯底具 有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐漸減小，第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從其中一個(gè)表面入射至少有部分光線可經(jīng)另一個(gè)表面釋出，二極管區(qū)域與第一表 面接觸，且二極管區(qū)域能夠響應(yīng)施加于其上的電壓而發(fā)光。
12.一種發(fā)光器件，包括襯底及與其一面接觸的二極管區(qū)域，其特征在于，襯底由至少 兩層變折射率介質(zhì)疊合而成，其外側(cè)兩個(gè)表面分別為第一表面和第二表面，各層位于第一 表面和第二表面之間的表面為中間界面，第一表面到中間界面的折射率逐漸減小，中間界 面到第二表面折射率逐漸減小，并且第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從第一表面入射至少 有部分光線可經(jīng)第二表面釋出；各中間界面兩側(cè)的折射率相等；二極管區(qū)域位于襯底第一 表面處，且能夠響應(yīng)施加其上的電壓而發(fā)光。
13.一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于，包括襯底，具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐漸減小，第二表面設(shè) 置有散射結(jié)構(gòu)，光線從其中一個(gè)表面入射至少有部分光線可經(jīng)另一個(gè)表面釋出；二極管區(qū)域，與第一表面接觸，且二極管區(qū)域能夠響應(yīng)施加于其上的光線而產(chǎn)生電勢(shì) 或電流。
全文摘要
一種光電器件用的光學(xué)介質(zhì)及應(yīng)用該介質(zhì)的發(fā)光器件和太陽能電池，目的是解決現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光器件存在的光釋放率低的問題及增強(qiáng)太陽能電池的聚光作用，光學(xué)介質(zhì)具有第一表面和第二表面，第一表面到第二表面的折射率逐漸減小，第二表面設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)，光線從其中一個(gè)表面入射至少有部分光線可經(jīng)另一個(gè)表面釋出，散射結(jié)構(gòu)為下述五者之一為覆蓋在第二表面的微透鏡構(gòu)成的微透層；或覆蓋在第二表面的微球粒構(gòu)成的微球?qū)樱换蛲坎荚诘诙砻娑晌⒘：驼澈蟿?gòu)成的散射層；或是粗糙度比第一表面更大的第二表面本身；或第二表面上的紋理結(jié)構(gòu)。應(yīng)用上述光學(xué)介質(zhì)的發(fā)光器件和太陽能電池是以上述光學(xué)介質(zhì)為襯底。
文檔編號(hào)H01L51/50GK101814560SQ20091005839
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者涂洪明, 涂愛國 申請(qǐng)人:涂愛國