CN103219472B - 顶部发光oled器件阳极结构及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机发光二极管制造技术领域，特别是一种顶部发光OLED器件阳极结构的制备，其特征在于包括四层薄膜覆盖在基底上，从基底往上分别为基底兼容层、中间反射率层、能级匹配层和阳极改性层；采用了多层薄膜结构设计实现了阳极的多功能性，明显提高了顶部发光OLED器件的发光效率、工作寿命。另外，本发明采用了不易产生元素扩散材料制备阳极，降低由于元素扩散导致器件像素发生短路的几率；本发明所采用的金属单质、合金或金属化合物，原料具有易得、价格便宜、薄膜制备手段多样等优点。

Description

顶部发光OLED器件阳极结构及其制备工艺

技术领域

本发明涉及有机发光二极管制造技术领域，特别是一种顶部发光OLED器件阳极结构的制备。

背景技术

OLED即有机发光二极管（OrganicLight-EmittingDiode），同时具备自发光、不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快，可制成固态平板显示面板、固态挠曲性面板和透明面板，适用温度范围广、构造及制备工艺简单等优异特性。近几年通过对新材料的不断探索以及器件结构和工艺的进一步优化，有机电致发光器件已经取得了长足进步，但是要在平板显示市场上充分发挥其优势，有机电致发光器件的发光效率、色度、驱动电压、寿命、器件稳定性等方面还需要进一步改善。其中，阳极材料的表面功函数、电阻率、光学特性、化学稳定以及与基底驱动电路和有机层兼容性是否匹配，是决定OLED器件光电性能和产品率提高的关键因素。

顶部发光OLED器件是将像素驱动电路制作在器件下方，这解决了OLED器件像素驱动电路和显示发光面积相互竞争的问题，从而提高了显示器件的开口率。制作一个高效的顶部发光有机电致发光器件，必须具备条件之一就是要有低电阻、高反射率、电化学性能稳定，并与基底和空穴注入层材料实现良好兼容和匹配的底电极。目前顶部发光OLED器件大多在透明阳极ITO上沉积一层高反射金属薄膜，然而利用溅射法制备的ITO阳极薄膜易受工艺控制因素不良的影响，而导致其表面不平整，进而引起表面产生尖端或凸起，这些不平整层之间所形成错综复杂的路径将会提供空穴直接射向阴极的机会，从而使器件漏电流增加，影响顶部发光OLED器件的发光效率和寿命。另外，用ITO用作OLED电极还存在一个严重问题，缺点是其化学稳定性不够好，其中In和Sn会扩散到有机层中，扩散后离子聚集于电极和注入层界面处，导致形成过多电荷累积而使得发光像素点短路，最终导致整个器件失效。再者，地球上In还是稀有资源，利用ITO制备顶部发光OLED器件阳极存在成本高的缺点。

虽然金属Ag和Al具有最高可见光反射率和相对最小的消光系数，同时，很低的电阻率也使得Ag和Al成为顶发射器件阳极的首选材料。然而，相对较低的功函数，使得Ag和Al与空穴注入材料HOMO能级之间存在较大的注入势垒，不利于载流子注入和迁移，导致顶部发光OLED器件开启电压的升高和寿命降低。金属Au、Ni、Pt、Mo等金属虽然具有较高的功函数，但反射率低，较低的反射率不利于提高器件的量子效率。同时，Au等金属尽管具有高的功函数，但在有机材料中扩散系数较大，影响器件发光性质。因此，选用金属Au等高功函数材料作为制备顶部发光OLED器件阳极也存在不足之处。

另外，顶部发光OLED器件需要将阳极制作在驱动电路上，阳极与驱动电路实现良好兼容是顶部发光OLED器件制备的关键。如果阳极与驱动电路不能达到良好热兼容和晶格匹配，将使引起器件出现“断路”，导致器件出现大量失效，引起规模化生产良品率急剧下降。因此，作为顶部发光OLED器件阳极材料除了满足高反射率、高功函数、工艺兼容性强和制备工艺简单外，还需满足与基底和有机材料有良好的兼容性，以致不易产生“起皮”和“脱膜”现象。

目前，国内外对顶部发光OLED器件阳极的研究的重点是采用“界面工程”降低表面粗糙度和采用具有高功函数的金属降低驱动电压等方面。如美国西北大学Marks等学者采用自组装技术对ITO进行表面有机功能化增加空穴注入；Shen等发现用Pt修饰ITO电极后，可以改善ITO电极的表面平整度，并对比了经Pt修饰和不经修饰的两个器件EL性能，发现用Pt修饰ITO电极后可以有效地改善空穴从ITO电极上的注入效率，比原来提高近2个数量级。韩国SamsungSDI和台湾TPO显示公司（US2005/0224789A1、US007417261B2和US007109652B2）等专利公布了采用两层结构设计的顶部发光OLED器件阳极，该阳极结构第一层采用了高反射率金属材料，第二层采用透明导电氧化物材料。其中，为了有效抑制了电化学反应对金属电极界面的腐蚀，三星公司专利还公开了在界面处制备了一层金属硅化物提高了阳极界面的稳定性。

发明内容

目前的顶部发光OLED器件阳极结构无法同时兼有制备工艺简单、成本低廉、电化学性能稳定、能级匹配、高反射率、低电阻等特点。为此，本发明提出一种适用于顶部发光OLED器件的阳极结构极其制备工艺。

本发明的顶部发光OLED器件阳极结构，包括基底，其特征在于还包括四层薄膜覆盖在基底上，从基底往上分别为基底兼容层、中间反射率层、能级匹配层和阳极改性层，其中：

基底采用玻璃、石英、硅或塑料材料制备；

基底兼容层采用Cr、Ti、Ni金属单质或它们任意比例的合金制备；

中间反射率层采用Al、Ag单质或它们任意比例的合金制备；

能级匹配层采用Mo、Ni、Ir、Pt、Cu单质或它们任意比例的合金制备；

阳极改性层采用金属氧化物、氮化物或C₆₀、DLC材料制备。

所述的基底厚度为1mm,基底兼容层厚度为1nm-1μm，中间反射率层厚度为5nm-500nm，能级匹配层厚度为1nm-100nm，阳极改性层厚度为0.5nm-5nm。

作为优选，所述的阳极改性层选择ZrO₂、Si₃N₄、SiO、SiO₂、Al₂O₃、C₆₀、DLC、V₂O₅、ZnO或TiN材料制备。

作为改进，所述的基底兼容层和中间反射率层间加设第一界面过渡层，第一界面过渡层材料为Cr、Ti、Ni金属单质或合金与Al、Ag金属单质或合金制备，薄膜厚度为5nm-100nm。

作为改进，所述的中间反射率层和能级匹配层间加设第二界面过渡层，第二界面过渡层材料为Al、Ag金属单质或合金与Mo、Ni、Ir、Pt、Cu金属单质或合金制备，薄膜厚度为5nm-100nm。

顶部发光OLED器件阳极结构的制备工艺，其特征在于将基底用等离子体清洗干净后，采用电子束蒸发、热蒸发、离子束辅助沉积或溅射等PVD方法将基底兼容层、中间反射率层和能级匹配层依次沉积在基底上；用电子束蒸发、热蒸发、离子束辅助沉积、溅射的方法或PECVD方法将阳极改性层沉积在能级匹配层上。

基底兼容层采用与基底兼容性好的金属单质或合金制备，实现与基底的良好附着，克服由于晶格失配导致膜层出现“爆膜”或“脱膜”的不足。

中间反射率层采用在可见光波段内具有低吸收和高反射特性的金属单质或合金制备，实现顶发光阳极的高反射率特性，使器件在同样电流密度下，具有更高的量子效率。

若采用改进方案，在中间反射率层两侧加设第一界面过渡层和第二界面过渡层：第一界面过渡层的制备提高了基底兼容层与中间反射率层界面稳定性，第二界面过渡层实现了中间反射率层与能级匹配层之间界面稳定性，有利于延长顶部发光OLED器件的工作寿命。

能级匹配层由能有效降低空穴注入势垒和器件启亮电压的材料制备。能级匹配层具有高功函数和优异化学稳定性，同时还具有高导电能力。

阳极改性层由在可见光波段透过率高，且不易产生元素扩散的物质制备。设置阳极改性层目的在于改善阳极粗糙度，增加金属阳极与空穴注入层之间粘合力；盖上金属阳极表面的功函数，增加空穴的遂穿几率。另外，采用Lift-off工艺制备阳极像素点时，防止金属阳极表面被腐蚀，导致像素点产生黑点。另外，阳极改性层厚度需要尽可能的小，使得载流子易于遂穿，并产生可以忽略不计的串联电阻和光吸收损耗。

本发明的顶部发光OLED器件阳极结构，能显著提高了顶部发光OLED器件综合发光性能，有效降低了顶部发光OLED器件驱动电压。

本发明采用了多层薄膜结构设计实现了阳极的多功能性：中间反射率层，提高了阳极反射率，使得OLED器件具有更高的量子效率；能级匹配层和阳极改性层，在降低空穴注入势垒同时，提高了阳极稳定性，有利于降低器件功耗和提高器件的工作寿命。另外，本发明采用了不易产生元素扩散材料制备阳极，降低由于元素扩散导致器件像素发生短路的几率；本发明所采用的金属单质、合金或金属化合物，原料具有易得、价格便宜、薄膜制备手段多样等优点。

具体实施方式

实施例1：本发明的顶部发光OLED器件阳极结构，基底厚度为1mm，由硅和SiO₂组成，其特点是在硅表面覆盖有厚度为160nm的SiO₂薄膜。在基底上制备四层薄膜，方式如下：

第一步：在清洗干净的基底上沉积Cr作为基底兼容层，实现与基底的良好兼容；基底兼容层厚度为15nm，薄膜采用电子束蒸发、热蒸发、离子束辅助沉积、溅射等PVD方法制备；

第二步：在基底兼容层上沉积在可见光波段具有低的吸收和高反射特性的金属Al作为中间反射率层，厚度为35nm。中间反射率层的制备满足了阳极高反射率的要求。薄膜采用电子束蒸发、热蒸发、离子束辅助沉积、溅射等PVD方法制备；

第三步：在高反射率金属层上沉积一层具有高功函数和性能稳定的金属Mo作为能级匹配层。能级匹配层的制备降低了空穴注入势垒和器件启亮电压；能级匹配层厚度为8nm，薄膜采用电子束蒸发、热蒸发、离子束辅助沉积、溅射等PVD方法制备；

第四步：在能级匹配层上沉积ZrO₂作为阳极改性层。阳极改性层需要具备薄膜致密性好，在可见光波波段透过率高，且不易产生元素扩散等条件。阳极改性层厚度需要尽可能小，使得载流子易于遂穿，以致于产生可以忽略不计的串联电阻和光损耗；在本实施例中阳极改性层厚度控制在1nm，薄膜PECVD方法制备。

本实施例发明细节如表1所示。

表1

实施例2：本发明的顶部发光OLED器件阳极结构，基底厚度为1mm，由硅和SiO₂组成，其特点是在硅表面覆盖有厚度为160nm的SiO₂薄膜。在基底上覆盖四层薄膜，方式如下：

第一步：在清洗干净的基底上沉积Cr薄膜制成的基底兼容层，实现与基底的良好兼容；基底兼容层厚度为10nm，薄膜采用电子束蒸发法制备；

第二步：在基底兼容层上沉积第一界面过渡层，由Cr和Al合金制备，薄膜采用多源蒸发系统的PVD方法制备，通过控制不同组分之间的薄膜生长速率调控制成比例，薄膜厚度为5nm；

第三步：在第一界面过渡层上沉积在可见光波段具有低的吸收和高反射特性金属Al作为中间反射率层，中间反射率层的厚度为30nm，薄膜采用电子束蒸发法制备；

第四步：在中间反射率层上沉积第二界面过渡层，由Al和Mo合金制备，厚度为5nm，，通过控制不同组分之间的薄膜生长速率调控制成比例，薄膜厚度为5nm；

第五步：在第二界面过渡层上沉积一层具有高功函数和性能稳定的金属Mo作为能级匹配层。能级匹配层厚度为8nm，薄膜采用电子束蒸发法制备；

第六步：在能级匹配层上沉积ZrO₂作为阳极改性层。阳极改性层厚度需要尽可能小，使得载流子易于遂穿，以致于产生可以忽略不计的串联电阻和光损耗；在本实施例中阳极改性层厚度控制在1nm，薄膜采用PECVD方法制备。

本实施例发明细节如表2所示。

表2

Claims (5)

1.顶部发光OLED器件阳极结构，包括基底，其特征在于还包括四层薄膜，覆盖在基底上，从基底往上分别为基底兼容层、中间反射率层、能级匹配层和阳极改性层，其中：

基底兼容层采用Cr、Ti、Ni金属单质或它们任意比例的合金制备；

中间反射率层采用Al、Ag金属单质或它们任意比例的合金制备；

能级匹配层采用Mo、Ni、Ir、Pt、Cu金属单质或它们任意比例的合金制备；

阳极改性层采用ZrO₂、Si₃N₄、SiO、SiO₂、Al₂O₃、V₂O₅、ZnO、TiN、C₆₀或DLC材料。

2.如权利要求1所述的顶部发光OLED器件阳极结构，其特征在于基底厚度为1mm,基底兼容层厚度为1nm-1μm，中间反射率层厚度为5nm-500nm，能级匹配层厚度为1nm-100nm，阳极改性层厚度为0.5nm-5nm。

3.如权利要求1所述的顶部发光OLED器件阳极结构，其特征在于在基底兼容层和中间反射率层间加设第一界面过渡层，第一界面过渡层由Cr、Ti、Ni金属单质或合金与Al、Ag金属单质或合金制备，薄膜厚度为5nm-100nm。

4.如权利要求1所述的顶部发光OLED器件阳极结构，其特征在于中间反射率层和能级匹配层间加设第二界面过渡层，第二界面过渡层材料为Al、Ag金属单质或合金与Mo、Ni、Ir、Pt、Cu金属单质或合金制备，薄膜厚度为5nm-100nm。

5.顶部发光OLED器件阳极结构的制备工艺，其特征在于将基底用等离子体清洗干净后，采用电子束蒸发、热蒸发、离子束辅助沉积或溅射PVD方法将采用Cr、Ti、Ni金属单质或它们任意比例的合金制备的基底兼容层、采用Al、Ag金属单质或它们任意比例的合金制备的中间反射率层和采用Mo、Ni、Ir、Pt、Cu金属单质或它们任意比例的合金制备的能级匹配层依次沉积在基底上，用电子束蒸发、热蒸发、离子束辅助沉积、溅射的方法或PECVD方法将采用ZrO₂、Si₃N₄、SiO、SiO₂、Al₂O₃、V₂O₅、ZnO、TiN、C₆₀或DLC材料的阳极改性层沉积在能级匹配层上。