CN104466026A - 一种具有颜色转换功能的光转换单元及其应用 - Google Patents

一种具有颜色转换功能的光转换单元及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明所述的一种具有颜色转换功能的光转换单元，所述的光转换单元包括叠加设置的半透半反导电层，颜色转换层和反射层。本发明还涉及设置有该光转换单元的有机电致发光器件，包括堆叠设置的光转换单元、有机功能层和第二电极层，所述光转换单元的半透半反导电层靠近所述有机功能层设置。使用该光转换单元的有机电致发光器件具有较高的光转换效率和光取出效率。

Description

一种具有颜色转换功能的光转换单元及其应用
技术领域
本发明涉及有机电致发光领域，具体涉及一种具有颜色转换功能的光转换单元，以及该电极层在有机电致发光器件中的应用。
背景技术
经过近三十年的发展，有机电致发光器件(英文全称为Organic LightEmitting Device，简称为OLED)作为下一代照明和显示技术，具有色域宽、响应快、广视角、无污染、高对比度、平面化等优点，已经在照明和显示上得到一定程度的应用。典型的有机电致发光器件一般包括透明基板、透明阳极、阴极以及设置在两个电极间的有机功能层。由于磷光材料的应用,其内量子效率几乎达到了理论的极限值100％,但其外量子效率却只有20％左右,制约外量子效率进一步提高的主要因素是器件的光取出效率。
此外，受电致发光材料自身发光光谱的制约，单一的电致发光材料往往无法实现包括白光等在内的特定的目标光谱。若想通过单色电致发光材料实现白光等，调节发光器件出射光谱的常用方法之一，即在器件的出光一侧引入含有荧光粉等颜色转换材料的颜色转换层。但是由于光转换效率低，荧光颜色转换层的厚度较厚，这不仅需要消耗较多的光转换材料，同时也大大降低了出光效率。
CN200510071721.2公开了一种可以通过利用具有高透射率的彩色滤光器来提高颜色分离的显示器件。包括发射蓝光、红光和绿光的发光器件，具有对应于蓝、红和绿色的彩色滤光层以及吸收蓝光并发射绿光的绿色荧颜色转换层，绿色荧颜色转换层设置于发光器件和彩色滤光器之间，吸收蓝光并发送绿光。由于绿色荧颜色转换层具有高透射率，存在光转换效率和出光效率低的问题，另外由于将绿颜色转换层做成像素大小，也增加了图形化工艺制程，提高了成本。
发明内容
为此，本发明所要解决的是OLED器件的光转换和光取出效率低的问题，提供一种具有颜色转换功能的光转换单元，使用该光转换单元的有机电致发光器件具有较高的光转换效率和光取出效率。
本发明还提供设置有上述具有颜色转换功能的光转换单元的有机电致发光器件及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种具有颜色转换功能的光转换单元，所述的电极层包括叠加设置的半透半反导电层，颜色转换层和反射层。
所述的半透半反导电层为Mg/Ag透明导电薄膜层，Ca/Ag透明导电薄膜层、Sm/Ag透明导电薄膜层、Au/Ag透明导电薄膜层、Li/Ag透明导电薄膜层或ITO透明导电薄膜层。
所述的半透半反导电层的透光率为30％-80％，反射率为20％-70％。
所述颜色转换层为有机磷光染料层，荧光染料层或荧光量子点层。
所述的反射层为Ag和/或Al构成的反射膜层，或者由高低折射率膜交替组合而成的布拉格反射镜(DBR)，其反射率为50％-100％。
一种有机电致发光器件，包括堆叠设置的光转换单元、有机功能层和第二电极层，所述光转换单元为所述具有颜色转换功能的光转换单元，所述半透半反导电层靠近所述有机功能层设置。
所述有机电致发光器件为顶发光模式，所述反射层设置在基板上，所述反射层上方依次为颜色转换层，半透半反导电层，有机功能层和第二电极层。
所述有机电致发光器件为底发光模式，所述第二电极层设置在基板上，所述第二电极层上方依次设置所述有机功能层、半透半反导电层、颜色转换层和反射层。
一种有机电致发光器件的制备方法，包括下述步骤：
S1、在基板上制作具有颜色转换功能的光转换单元
在基板依次制作反射层，颜色转换层和半透半反导电层；
S2、在半透半反导电层上形成有机功能层；
S3、在有机功能层上形成第二电极层；
S4、封装。
一种有机电致发光器件的制备方法，包括下述步骤：
S1、在基板上制作第二电极层；
S2、在第二电极层上制作有机功能层；
S3、在有机功能层上形成半透半反导电层，颜色转换层和反射层；
S4、封装。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的具有颜色转换功能的光转换单元，包括叠加设置的半透半反导电层，颜色转换层和反射层。半透半反导电层、颜色转换层和反射层构成微腔结构(法布里-珀罗谐振腔)，该微腔结构可通过对原始光谱中的部分光的吸收和转换实现对OLED出射光谱、色度、色温的调节。同时与传统光转换结构相比，本发明通过微腔效应提高颜色转换层的光场强度，可提升光转换效率，节省颜色转换材料用量。
(2)本发明可以通过调节反射层、半透半反导电层的反射率以及颜色转换层的厚度，可实现微腔结构对某一波长或波段的吸收增强，通过调节吸收增强的波长或波段，使其与颜色转换层中的一种或几种颜色转换材料的激发光谱重叠，从而提高颜色转换层的转换效率。
(3)本发明的有机电致发光器件的有机功能层的发光光谱中含有蓝光组分，通过在颜色转换层中添加黄色或红、绿色颜色转换材料，并调节颜色转换层厚度使其对蓝光和/或绿光组分吸收增强，最终可提高对蓝光和/或绿光组分的转换效率，从而调节发光器件出射光谱。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是有颜色转换功能的电极层结构示意图；
图2是顶发光有机电致发光器件结构示意图；
图3是底发光有机电致发光器件结构示意图；
图中附图标记表示为：1-基底，2-第二电极层，3-有机功能层，4-半透半反导电层，5-颜色转换层，6-反射层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
如图1所示，本发明的一种具有颜色转换功能的光转换单元，包括叠加设置的半透半反导电层4，颜色转换层5和反射层6。
所述的半透半反导电层为Mg/Ag透明导电薄膜层，Ca/Ag透明导电薄膜层、Sm/Ag透明导电薄膜层、Au/Ag透明导电薄膜层、Li/Ag透明导电薄膜层或ITO透明导电薄膜层。半透半反导电层4对某一光波长范围具有一定的透过率和反射率，其透光率为30％-80％，反射率为20％-70％。
所述颜色转换层5为有机磷光染料层，荧光染料层或荧光量子点层。所述颜色转换层5中至少包含一种颜色转换材料，颜色转换材料可吸收短波长的光发射长波长的光(下转换)或吸收长波长的光发射短波长的光(上转换)。本发明中使用的颜色转换材料没有特别限定，只要不损害本发明的效果就可任意选择。它们可以为无机颜色转换材料或者有机颜色转换材料中的任一种或几种。这些颜色转换材料包括但不限于香豆素类、Perylene类等有机磷光或荧光染料，钇铝石榴石(YAG)、NaYF4:Er等无机下转换或上转换荧光粉，CdS、CdSe等荧光量子点。其中以CdS、CdSe等荧光量子点材料作为优选。
所述的反射层6为Ag和/或Al等具有高反射率的金属或其合金构成的反射膜层，或者由高低折射率膜(如TiO2/SiO2或SixNy/SiO2)交替组合而成的布拉格反射镜DBR(布拉格发射是指在两种不同介质的交界面上,具有周期性的反射点,当光入射时,将产生周期性的反射,这种反射即称为布拉格发射)，其反射率为50％-100％。
如图2、图3所示，本发明的一种有机电致发光器件，包括堆叠设置的光转换单元、有机功能层3和第二电极层2；所述光转换单元为图1所示具有颜色转换功能的光转换单元，所述半透半反导电层4靠近所述有机功能层3设置。
实施例1顶发光模式的有机电致发光器件
图2所示为顶发光模式的有机电致发光器件为，所述反射层6设置在基板1上，所述反射层6上方依次为颜色转换层5，半透半反导电层4，有机功能层3和第二电极层2。光转换单元应用于顶发射白光OLED，顶发射白光OLED包括透明电极层2，发光层3和图1所示光转换单元，所述光转换单元的半透半反导电层4与所述发光层3接触。所述发光层3电致发光光谱中至少含有蓝光组分，通过在颜色转换层中添加黄色或红、绿色颜色转换材料CdSe/CdS量子点(CdS包覆CdSe的核壳结构量子点)，并调节颜色转换层厚度使其对蓝光和/或绿光组分吸收增强。最终可提高对蓝光和/或绿光组分的转换效率，从而调节顶发光器件出射光谱，实现白光。
顶发光类型的有机电致发光器件的具体结构为：反射层/颜色转换层/半透半反导电层/空穴注入层/空穴传输层/磷光发光层/蓝光荧光发光层/电子传输层/电子注入层/阴极。反射层为反射层6，半透半反导电层为半透半反导电层4，阴极为第二电极层2。
其中磷光发光层为非蓝光发光层，优选为红光、橙红、黄光、黄绿光、绿光的磷光发光层。上述器件结构中的磷光发光层的主体材料可以为一种或一种以上材料，磷光发光层的染料也可以为一种或一种以上材料。
其中颜色转换层中的CdSe/CdS量子点对蓝光和/或绿光组分进行吸收，发出红光、橙红、黄光、黄绿光、组分中的一种或几种。
最终出射光谱由电致发光层中的荧光发光层和磷光发光层发出的光以及颜色转换层转换的光构成白光光谱。
实施例中顶发光类型的有机电致发光器件的制备步骤如下：
①用煮沸的洗涤剂超声和去离子水超声的方法对ITO/Ag/ITO玻璃基板进行清洗，并放置在红外灯下烘干。
②把上述带有Ag反射层的玻璃基片置于真空腔内，抽真空至1×10-4Pa，采用转印的方法将量子点QDs薄膜转印到带有Ag反射层的玻璃基片上，QD薄膜厚度45nm。
③把上述基板置于真空腔内，抽真空至1×10-5Pa，在上述含量子点薄膜的基板上蒸镀20nm厚的Ag作为半透半反导电层，速率为0.1nm/s。
④在上述电极层上，继续蒸镀一层空穴注入层，速率为0.05nm/s，蒸镀膜厚为5nm。
⑤在上述空穴注入层膜上，继续蒸镀一层空穴传输层，速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚为50nm。
⑥采用双源共蒸的方法，进行磷光发光层的蒸镀。
⑦在上述磷光发光层之上，继续蒸镀一层阻挡层；
⑧再采用双源共蒸的方法，进行蓝光荧光发光层的蒸镀；
⑨在蓝光荧光发光层之上，继续蒸镀一层Bphen和Bphen:10％Cs作为电子传输层。
⑩最后，在上述电子传输层之上采用双源共蒸的方法蒸镀Mg:Ag电极(第二电极层2)，电极厚度20nm，封装即得。
表1-1对比例和实施例的器件结构
表1-2对比例和实施例的器件性能
亮度(cd/m2) 电压(V) 电流效率(cd/A) 色坐标(x,y)
对比例 1000 3.25 50 (0.22，0.40)
实施例1 1000 3.28 48 (0.32，0.34)
从上述数据可以看出，本发明所述的有机发光显示装置，通过在有机发光二极管上设置微腔结构的具有颜色转换功能的光转换单元，能有效改善有机发光二极管发射光谱，得到满足色度需要的光谱。
实施例2底发光模式的有机电致发光器件
图3所示为底发光模式的有机电致发光器件为，所述有机电致发光器件为底发光模式，所述第二电极层2设置在基板1上，所述第二电极层2上方依次设置所述有机功能层3、半透半反导电层4、颜色转换层5和反射层6。发光层3电致发光光谱中至少含有蓝光组分，通过在颜色转换层中添加黄色或红、绿色颜色转换材料CdSe/CdS量子点，并调节颜色转换层厚度使其对蓝光组分吸收增强，最终可提高对蓝光组分的转换效率，从而调节底发光器件出射光谱，实现白光。
底发光类型的有机电致发光器件的具体结构为：阳极/空穴注入层/空穴传输层/磷光发光层/蓝光荧光发光层/电子传输层/电子注入层/半透半反导电层/颜色转换层/反射层/。反射层为反射层6，半透半反导电层为半透半反导电层4，阳极为第二电极层2。
其中磷光发光层为非蓝光发光层，优选为红光、橙红、黄光、黄绿光、绿光的磷光发光层。上述器件结构中的磷光发光层的主体材料可以为一种或一种以上材料，磷光发光层的染料也可以为一种或一种以上材料。
其中阴极为半反半透导电层，反射层、颜色转换层和阴极又构成了光转换单元。
其中颜色转换层中的CdSe/CdS量子点对蓝光和/或绿光组分进行吸收，发出红光、橙红、黄光、黄绿光、组分中的一种或几种。
最终出射光谱由电致发光层中的荧光发光层和磷光发光层发出的光以及颜色转换层转换的光构成白光光谱。
实施例中底发光类型的有机电致发光器件的制备步骤如下：
①用煮沸的洗涤剂超声和去离子水超声的方法对ITO玻璃基板进行清洗，并放置在红外灯下烘干，制作第二电极层2。
②在第二电极层2上，蒸镀一层空穴注入层，速率为0.05nm/s，蒸镀膜厚为5nm。
③在上述空穴注入层膜上，继续蒸镀一层空穴传输层，速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚为50nm。
④采用双源共蒸的方法，进行磷光发光层的蒸镀。
⑤在上述磷光发光层之上，继续蒸镀一层阻挡层；
⑥再采用双源共蒸的方法，进行蓝光荧光发光层的蒸镀；
⑦在蓝光荧光发光层之上，继续蒸镀一层Bphen和Bphen:10％Cs(铯)作为电子传输层。
⑧在上述电子传输层之上采用双源共蒸的方法蒸镀Mg:Ag半透半反导电层，厚度20nm。
⑨把上述带有Mg:Ag半透半反导电层的玻璃基片置于真空腔内，抽真空至1×10-4Pa，采用转印的方法将量子点QDs薄膜转印到带有Mg:Ag电极的玻璃基片上，QD薄膜厚度120nm。
⑩把上述基板置于真空腔内，抽真空至1×10-5Pa，在上述含量子点薄膜的基板上蒸镀150nm厚的Ag作为反射层6，速率为0.1nm/s，封装。
表1-3对比例和实施例的器件结构
表1-4对比例和实施例的器件性能
从上述数据可以看出，本发明所述的有机发光显示装置，通过在有机发光二极管上设置微腔结构的具有颜色转换功能的光转换单元，能有效改善有机发光二极管发射光谱，得到满足色度需要的光谱。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种具有颜色转换功能的光转换单元，其特征在于，所述的光转换单元包括叠加设置的半透半反导电层(4)，颜色转换层(5)和反射层(6)。
2.根据权利要求1所述具有颜色转换功能的光转换单元，其特征在于，所述的半透半反导电层(4)为Mg/Ag透明导电薄膜层，Ca/Ag透明导电薄膜层、Sm/Ag透明导电薄膜层、Au/Ag透明导电薄膜层、Li/Ag透明导电薄膜层或ITO透明导电薄膜层。
3.根据权利要求2所述具有颜色转换功能的光转换单元，其特征在于，所述的半透半反导电层(4)的透光率为30％-80％，反射率为20％-70％。
4.根据权利要求1所述具有颜色转换功能的光转换单元，其特征在于，所述颜色转换层(5)为有机磷光染料层，荧光染料层或荧光量子点层。
5.根据权利要求1所述具有颜色转换功能的光转换单元，其特征在于，所述的反射层(6)为Ag和/或Al构成的反射膜层，或者由高低折射率膜交替组合而成的布拉格反射镜(DBR)，其反射率为50％-100％。
6.一种有机电致发光器件，包括堆叠设置的光转换单元、有机功能层(3)和第二电极层(2)，其特征在于，所述光转换单元为权利要求1-6任一所述具有颜色转换功能的光转换单元，所述半透半反导电层(4)靠近所述有机功能层(3)设置。
7.根据权利要求6所述有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件为顶发光模式，所述反射层(6)设置在基板(1)上，所述反射层(6)上方依次为颜色转换层(5)，半透半反导电层(4)，有机功能层(3)和第二电极层(2)。
8.根据权利要求6所述有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件为底发光模式，所述第二电极层(2)设置在基板(1)上，所述第二电极层(2)上方依次设置所述有机功能层(3)、半透半反导电层(4)、颜色转换层(5)和反射层(6)。
9.一种有机电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、在基板(1)上制作具有颜色转换功能的光转换单元
在基板(1)依次制作反射层(6)，颜色转换层(5)和半透半反导电层(4)；
S2、在半透半反导电层(4)上形成有机功能层(3)；
S3、在有机功能层(3)上形成第二电极层(2)；
S4、封装。
10.一种有机电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、在基板(1)上制作第二电极层(2)；
S2、在第二电极层(2)上制作有机功能层(3)；
S3、在有机功能层(3)上形成半透半反导电层(4)，颜色转换层(5)和反射层(6)；
S4、封装。
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