CN101005121A - 利用光子晶体异质结提高有机电致发光器件色纯度的方法 - Google Patents

Abstract

利用光子晶体异质结提高有机电致发光器件色纯度的方法，在有机电致发光器件的输出光路上ITO层中设置一个光子晶体异质结区，该异质结由n个利用自组装技术制备的SiO₂纳米微球光子晶体多层膜组成，n为自然数且2≤n≤5；异质结中每个多层膜光子禁带的位置可以通过选择不同直径的纳米微球的方法来调节；通过调节这些光子晶体多层膜反射光的频率范围使它们都能允许处于所需频率范围内的光通过，而反射处在该频率范围之外的出射光就可以提高有机电致发光器件的色纯度；和现用的添加滤光片、利用微腔结构和制备分布式布拉格反射器提高发光器件色纯度方法相比，它工艺简单，成本较低，减少了因光吸收和平面光波导效应所带来的光能浪费。

Description

利用光子晶体异质结提高有机电致发光器件色纯度的方法

技术领域

本发明涉及一种提高有机电致发光器件色纯度的方法，它将应用于：1)有机电致发光器件。2)发射光谱较宽的无机电致发光器件。

背景技术

在有机电致发光器件中，常用的有机材料的发射光谱较宽，半峰宽一般为50-100nm。由于人眼的视感效率随着发光光谱的半幅值的减少而增加，因此提高有机电致发光器件的色纯度非常有意义。为了改善显示器件的色纯度，一般是采用添加滤光片的方法，将不需要的光吸收掉，这造成了一定的光能浪费；另外一种技术是利用微腔结构，通过优化发光层厚度强化特定的波长，这需要精确控制发光层的厚度，并且在全色显示器件中还要求红绿蓝三基色发光层的厚度各不相同；另外一种技术是在光的输出端制备分布式布拉格反射器来选择出射波长，这需要有昂贵的真空镀膜设备，工艺复杂，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的光能浪费和成本较高的问题，提出了一个提高有机电致发光器件色纯度的方法，在输出光路上ITO层中设置一个光子晶体异质结结构，该异质结由n个光子晶体多层膜组成，n为自然数且2≤n≤5；每个多层膜各自将一定频率范围的出射光反射回发光层，而允许特定频率范围的光通过。调节这些光子晶体多层膜反射光的频率范围使它们都能允许处于所需频率范围内的光通过，而反射处在该频率范围之外的出射光。这样在提高出射光色纯度的同时避免了利用滤光片所带来的光能浪费。同时由于该异质结构的引入，破坏了发光器件的平面光波导结构，可以有效地减少出射光由于平面光波导效应所带来的光能损失。

本发明的技术方案：

利用光子晶体异质结提高有机电致发光器件色纯度的方法的步骤：

步骤1，利用Stber方法制备n种(n为自然数且2≤n≤5)直径大小的单分散纳米SiO₂微球，在单分散性上要求微球尺寸的相对标准偏差σ＜5％；这些微球直径大小的选择遵循下述原则：

如果要求禁止通过的出射光的n个频率范围的中心波长分别为λ₁，λ₂，λ₃，.....λ_n，(n为自然数且2≤n≤5)，则

${0.816D}_n=\frac{{\mathrm{\λ}}_n}{{2n}_{\mathrm{eff}}}$

其中D_n为其中一种所需的SiO₂微球的直径，有效折射率n_eff＝1.347。

上述Stber方法来源于文献Stber，W，FinkA，Bohn E，J. Colloid interface Sci.26(1968)62.所公开的方法。

步骤2，电致发光器件阳极的制备：将清洗干净的玻璃片在烘箱中干燥，然后在玻璃片上利用自组装技术先后生长n个(n为自然数且2≤n≤5)SiO₂微球光子晶体多层膜形成光子晶体异质结，n个多层膜中单个的层数在8～20层之间；再应用电子束蒸发或磁控溅射技术在光子晶体异质结上继续生长50～200nm厚度的ITO层；

制备每个SiO₂微球光子晶体多层膜的时候，层数少于8层不能提供明显的光子禁带，层数多于20层则会增加器件的制备难度。

上述自组装技术来源于文献Peng Jiang，Gordana N.Ostojic，Roxana Narat，Daniel M. Mittlemanand Vicki.L.Colvin，Adv.Mater，13(2001) 389.所公开的方法

步骤3，电致发光器件发光层和阴极电极的制备：在ITO层上应用真空蒸发方法或旋涂方法制备发光层，发光层是单层，或者是包括发光层、空穴传输层和电子传输层的多层，或者是包括发光层、空穴传输层和电子传输层两者仅其一的多层；然后蒸镀Al电极。

本发明和现有技术相比的技术效果：

在现有技术中，改善有机电致发光器件色纯度的技术主要有：添加滤色片，利用微腔结构或在光的输出端制备分布布拉格反射器。本发明与上述这些技术相比，成本较低，工艺相对简单，避免了光吸收所带来的光能浪费。同时，光子晶体多层膜的引入，破坏了发光器件的平面光波导结构，有效地减少出射光由于平面光波导效应所带来的光能损失。

本发明的原理与依据：

在光子晶体中，折射率是周期性变化的，其周期大小在光波长量级。当光在光子晶体中传播时，由于受到周期性散射的影响，会出现光子禁带，频率落在光子禁带中的光子将被光子晶体反射而不能通过。利用自组装技术制备的SiO₂纳米微球光子晶体薄膜，可以通过选择不同直径微球的方法调节光子禁带的位置，从而改变禁止和允许通过光的频率范围。通过调节光子晶体异质结中这些光子晶体多层膜反射光的频率范围使它们都能允许处于所需频率范围内的光通过，而反射处在该频率范围之外的出射光就可以提高有机电致发光器件的色纯度。

附图说明

图1含有光子晶体异质结的有机电致发光器件结构图

图1中1为玻璃基片；2为ITO层；3为光子晶体异质结；4为发光层；5为金属电极。

图2发光材料为ALq₃的单纯有机电致发光器件的发射光谱

图3光子晶体异质结中PC1和PC2在<111>方向上的光学传输特性，其中PC1中SiO₂微球的直径D₁＝266nm，PC2中SiO₂微球的直径D₂＝285nm

图4制备光子晶体异质结后ALq₃电致发光器件的发射光谱

具体实施方式

利用光子晶体异质结提高有机电致发光器件色纯度的方法：

以制备光子晶体异质结提高发光层为ALq₃的有机电致发光器件的色纯度为例，ALq₃是一种常用的绿光材料，但是它的发射光谱在长波方向的拖尾较长，影响了发光器件的色纯度。

步骤1，利用Stber方法制备两种单分散纳米SiO₂微球，其直径大小分别为D₁＝266nm，D₂＝285nm，在单分散性上要求两种微球直径大小的相对标准偏差σ＜5％。

步骤2，电致发光器件阳极的制备：将清洗干净的玻璃片在烘箱中干燥，然后在玻璃片上利用自组装技术先生长16层由直径为285nm微球组成的多层膜PC1，再继续生长16层由直径为266nm微球组成的多层膜PC2形成光子晶体异质结；再应用磁控溅射技术在光子晶体异质结上继续生长50～200nm厚度的ITO层；图3为计算得到的光子晶体异质结中PC1和PC2在<111>方向上的光学传输特性，以λ₀＝627nm为中心波长，宽度Δλ≈50nm和λ₀＝585nm为中心波长，宽度Δλ≈50nm两个范围内的光的透过率都小于50％。

步骤3，电致发光器件发光层和阴极的制备：在ITO层上应用真空蒸发方法制备ALq₃发光层，然后蒸镀Al电极。对单纯ALq₃有机电致发光器件的发射光谱(图2)和制备有光子晶体异质结的ALq₃有机电致发光器件发射光谱(图4)的计算结果表明，由于以λ₀＝627nm为中心波长，宽度Δλ≈50nm和λ₀＝585nm为中心波长，宽度Δλ≈50nm两个范围内的光的透过率都小于50％，发光器件的色纯度从54.8％提高到了60.1％。

Claims (1)

1.利用光子晶体异质结提高有机电致发光器件色纯度的方法，其特征是，应用下述步骤制备有机电致发光器件的阳极：

步骤1，利用Stber方法制备n种直径的单分散纳米SiO₂微球，n为自然数且2≤n≤5，在单分散性上要求微球尺寸的相对标准偏差σ＜5％；微球直径的选择遵循下述原则：

如果要求禁止通过的出射光的n个频率范围的中心波长分别为λ₁，λ₂，λ₃，......λ_n，n为自然数且2≤n≤5，则：

$0.816D_n=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_n}{{2n}_{\mathrm{eff}}}$

其中D_n为其中一种所需SiO₂微球的直径，有效折射率n_eff＝1.347。

步骤2，电致发光器件阳极的制备：将清洗干净的玻璃片在烘箱中干燥，然后在玻璃片上利用自组装技术先后生长n个SiO₂微球光子晶体多层膜形成光子晶体异质结，n为自然数且2≤n≤ 5，n个多层膜中单个的层数在8～20层之间；再应用电子束蒸发或磁控溅射技术在光子晶体异质结上继续生长50～200nm厚度的ITO层。

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