CN104916788B - 有机发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种有机发光二极管及其制备方法。本发明的有机发光二极管包括阳极、阴极和夹在阳极与阴极之间的有机电致发光单元，所述阴极由金属材料制成，所述阴极上设置有金属‑绝缘体‑金属等离子体纳米波导滤波反射器，所述有机电致发光单元发射向阴极的光通过该反射器反相射向阳极方向。本发明的有机发光二极管的制备方法，是制造一个有机发光二极管，并在其阴极上采用纳米压印法制备金属‑绝缘体‑金属离子体波导滤波反射器。本发明通过金属‑绝缘体‑金属等离子体纳米波导滤波反射器将射向阴极的光反射向阳极方向，提高了有机发光二极管的出光效率，同时降低了工作温升，提高了工作电流。

Description

有机发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，具体地涉及一种有机发光二极管及其制备方法。

背景技术

有机发光二极管，英文缩写OLED，具有全固态、主动发光、高对比度、响应速度快、视角宽、色彩逼真、清晰度高、超薄、易于柔性显示等诸多优点，是信息领域正在崛起的新兴显示技术，继LCD之后被认为未来20年成长最快的新型平板显示技术，已应用于手机、个人数据处理器、汽车仪表盘等中小尺寸彩色显示。

在OLED装置中，所产生的光通常由于装置结构内的工艺而损失掉70％以上，为了提高OLED的出光效率，人们作了许多改进，如中国公开专利：CN102983285A，采用DBR复合阳极提高了OLED的出光效率，其是针对有效输出光进行改进。

传统OLED的阴极为金属，发光体产生的光线向阴极和阳极两个方向发射，向阳极方向发射的光线为OLED有效光输出。而射向阴极方向的光线，由于阴极金属平面没有反射等离子波的能力，所以这部分光能将以等离子波的方式消耗掉。这种消耗在OLED光损耗占有较高的比重,可以达到51％，从而使OLED出光效率降低，工作温升高，影响效能与寿命。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题，提供一种能把射向阴极的光线，从阴极反相射向阳极方向(有效光输出方向)，提高出光效率，均匀光谱，降低器件温升的有机发光二极管及其制备方法。

为此，本发明公开了一种有机发光二极管，包括阳极、阴极和夹在阳极与阴极之间的有机电致发光单元，所述阴极由金属材料制成，所述阴极上设置有等离子体纳米波导滤波反射器，所述等离子体纳米波导滤波反射器位于该有机电致发光单元与该阴极之间，所述等离子体纳米波导滤波反射器用于朝向该阳极反射该有机电致发光单元发出的光线。

进一步的，所述等离子体纳米波导滤波反射器为金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal，M-I-M)等离子体波导滤波反射器。

进一步的，所述金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器用于产生一个可见光波长范围的范围禁带。

进一步的，所述金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器用于产生一个由若干波长频谱段组合的选择性禁带。

进一步的，所述金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器用于产生一个可见光波长范围和红外波段复合禁带。

进一步的，所述金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器由两个参数不同的M-I-M波导周期交替排列组成，所述参数包括波导宽度W、波导厚度d和波导有效折射率n_eff。

进一步的，所述两个参数不同的M-I-M波导需满足：

2(n_effa W_a+n_effb W_b)＝mλ (1)

同时不满足：

(2)

其中m为正整数，i、j为非零整数。

本发明还提供一种有机发光二极管的制备方法，包括：

(a)，制造有机发光二极管的步骤；以及

(b)，在有机发光二极管的阴极上形成等离子体波导滤波反射器的步骤。

进一步的，所述步骤b是采用纳米压印法在有机发光二极管的阴极上形成金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器。

进一步的，所述步骤b，具体是：

(b1)设计计算金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器；

(b2)根据设计计算的金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器参数制作模具；

(b3)利用上述模具采用纳米压印技术在有机发光二极管阴极上制备金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器。

进一步的，所述步骤b3中的纳米压印是热塑化纳米压印或紫外固化纳米压印。

本发明的有益技术效果：

本发明通过在有机发光二极管的阴极上制备有金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器，把射向阴极的光线，从阴极反相射向阳极方向(有效光输出方向)，提高了有机发光二极管的出光效率，均匀了光谱，降低了器件工作温升，同时通过改变波导的宽度w及填充不同折射率n_eff介质可以实现禁带宽度的调控，易于实际的加工和光场控制，适用性强。

本发明采用纳米压印制备M-I-M等离子体波导滤波反射器，具有以下优点：

(1)没有光学衍射的限制，图形复制大为提高，最小特征尺寸达6nm；

(2)成本极低，较传统光学方法至少低一个数量级以上；

(3)图形复制范围宽，可从纳米级直到亚毫米级，实现同场一次复制，减少了复制次数，简化工艺，提高生产效率；

(4)工艺简化，减少了对位次数，大大地提高了成品率。

附图说明

图1为本发明实施例的有机发光二极管的剖面结构示意图。

图2为本发明的M-I-M等离子体波导滤波反射器的结构示意图。

图3为本发明的透射带波导内场分布图。

图4为本发明的禁带波导内场分布图。

图5为本发明实施例四的禁带波导反射率曲线图。

图6为纳米压印工艺流程示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，一种有机发光二极管，包括阳极11、阴极17和夹在两电极之间的有机电致发光单元，有机电致发光单元包括电子注入层16、电子传输层15、发光层14、空穴传输层13和空穴注入层12，以及阳极11上通常覆盖一层透光的基层10(如玻璃)。当然，在其他一些实施例中，上述一些层并不是必须的，如电子注入层16、空穴注入层12等。所述阴极17表面上制备有等离子体纳米波导滤波反射器，本实施具体为金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal，M-I-M)等离子体波导滤波反射器。

如图2所示，M-I-M等离子体波导滤波反射器，是由两个参数不同的M-I-M波导A、B周期交替排列组成，波导A宽度为W_a，厚度为d_a，有效折射率为n_effa，波导B宽度为W_b，厚度为d_b，有效折射率为n_effb，根据单层波导的特征矩阵可以得出，若要使其在波长λ_k处为禁带(即实现将射向阴极的光线反射向阳极方向),则波导A、B的参数需满足以下的式(1)同时不满足式(2)，此时，波导内场分布如图4所示。

2(n_effa W_a+n_effb W_b)＝mλ…………公式(1)

…………公式(2)

其中m为正整数，i、j为非零整数。

若同时满足式(1)和式(2)则为透射带(则射向阴极的光将大部分以等离子的形式消耗在金属阴极上)。此时，波导内场分布如图3所示。

所以可以按有机发光二极管产品的实际需要来选择禁带的设计，例如：

①按可见光选择禁带，仅考虑可见光，即是让M-I-M等离子体波导滤波反射器产生一个可见光波长范围(大约380～780nm)的范围禁带，来增强阴极对可见光的反射；

②按均匀谱要求选择禁带，考虑可见光谱，即是让M-I-M等离子体波导滤波反射器产生一个若干波长频谱段组合的选择性禁带，来增强阴极对某些阳极出射光中较为缺失的若干波长光(相当于补强阳极出射光的弱频段)的反射，从而使有机发光二极管的出光具有更均匀的可见光谱段分布；

③按降低器件温度选择红外区域作为禁带，考虑可见光和红外光，即是让M-I-M等离子体波导滤波反射器产生一个可见光波长范围(大约380～780nm)和红外波段(760nm-1mm)复合禁带，来增强阴极对可见光和红外光的反射，从而增加阳极出光效率和降低器件温度。

此外，还可以根据其他需求而定制M-I-M等离子体波导滤波反射器的禁带设计。

实施例一：

由阴极、有机电致发光单元和阳极组成的有机发光二极管，在阴极上制备一个等离子体纳米波导滤波反射器，以提高此有机发光二极管的出光率。

实施例二：

依次由阴极、电子传输层、发光层、空穴传输层和阳极叠加组成的有机发光二极管，在阴极上制备有可以产生一个可见光波长范围的范围禁带的M-I-M等离子体波导滤波反射器，则此有机发光二极管具有较高的可见光出光率。

实施例三：

依次由阴极、电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极组成的有机发光二极管，在阴极上制备有可以产生一个若干波长(阳极出射光中较为缺失的)频谱段组合的选择性禁带的M-I-M等离子体波导滤波反射器，则此有机发光二极管具有均匀的可见光谱。

实施例四：

依次由阴极、电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极和基层组成的有机发光二极管，在阴极上制备有可以产生一个可见光波长范围和红外波段复合禁带的M-I-M等离子体波导滤波反射器，则此有机发光二极管具有较高的可见光出光率且工作温升低。

M-I-M等离子体波导滤波反射器的禁带谱宽度正比于波导A、B之间的厚度差和有效折射率差异。由此,我们可以通过改变波导的厚度W及填充不同折射率介质来实现禁带宽度的调控。增加波导的厚度W的差别或降低较厚的波导层中介质折射率增加较薄波导层中介质的折射率都可以增加禁带谱的宽度。通过改变波导宽度、改变波导有效折射率、改变波导中心波长或双禁带合并可以得到需要的中心频率和带宽，易于实际的加工和光场控制，适用性广。

其中具体的，在该实施例四中，在金属阴极上按照下列尺寸：λ＝550nm,W_a＝150nm,W_b＝125nm,波导数10，d_a＝322nm,d_b＝330nm，制备M-I-M等离子体波导滤波反射器，其反射率曲线如图5所示，图中实线为实测曲线，虚线为Ansoft HFSS三维电磁场仿真软件分析曲线。与没有采用M-I-M等离子体波导滤波反射器的OLED相比，光效提高80％以上，温升降低1/3，温升降低后，工作电流可提高54.7％，光效亦随之提高。

本发明实施例还提供一种有机发光二极管的制备方法，包括：

(a)，制造有机发光二极管的步骤；以及

(b)，在有机发光二极管的阴极上形成等离子体波导滤波反射器的步骤。

本实施例中有机发光二极管的制造步骤包括：1.制备有机功能膜、金属电极和ITO透明导电薄膜；2.器件封装等。其中有机功能膜、金属电极和ITO透明导电薄膜的制备采用真空镀膜法，在其它实施例中也可采用旋涂法和喷涂法等。关于真空镀膜法制备有机发光二极管和器件封装已是比较成熟的技术，可以参照现有技术，在此不再详细说明。同时，步骤a所制造的有机发光二极管可以是上述任一结构的有机发光二极管，即有机电致发光单元的层级构成可以根据需要有所变化。

本实施例中在有机发光二极管的阴极上形成M-I-M等离子体波导滤波反射器的具体步骤如下：

首先，根据有机发光二极管产品的实际需要(如增强可见光出光率，或均匀光谱，或降低器件工作温升等)选择禁带来设计M-I-M等离子体波导滤波反射器，具体方法：根据选择的禁带的不同，例如采用上述各实施例中任一种的禁带设计，再使用上述公式(1)，(2)和工程软件(如Ansoft HFSS三维电磁场仿真软件和/或MATLAB Simulink软件和/或Ansys有限元软件)进行计算设计M-I-M等离子体波导滤波反射器；

接着，根据设计计算得到的反射器参数制作纳米压印的模具；

然后，利用上述模具采用纳米压印在阴极上制备M-I-M等离子体波导滤波反射器。

该实施例中，纳米压印设备为NX-B100型纳米压印机，纳米压印为热塑化纳米压印或紫外固化纳米压印。

图6(a)所示为热塑化纳米压印的工艺流程，具体：首先在基片上涂上一层薄层热塑形高分子材料(如PMMA光刻胶)，升温并达到此热塑性材料的玻璃化温度T_g(Glasstransistion temperature)之上，将模具压在上面，并施加适当的压力，模压过程结束后，温度降低使热塑性材料固化，随后移去模具，并用氧离子进行各相异性刻蚀得到相应的图形。

图6(b)所示为紫外固化纳米压印的工艺流程，具体：先将光刻胶滴在要压印的基片上，结合微电子工艺，光刻胶的淀积可以采用旋胶覆盖的方法，用很低的压力将模板压到晶圆上，使液态分散开并填充模板中的空腔。透过模具的紫外曝光促使压印区域的光刻胶发生聚合和固化成型，随后移去模具，并用氧离子进行各相异性刻蚀得到相应的图形。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种有机发光二极管，包括阳极、阴极和夹在阳极与阴极之间的有机电致发光单元，其特征在于：所述阴极由金属材料制成，所述阴极上设置有等离子体纳米波导滤波反射器，所述等离子体纳米波导滤波反射器位于该有机电致发光单元与该阴极之间，所述等离子体纳米波导滤波反射器用于朝向该阳极反射该有机电致发光单元发出的光线；所述有机电致发光单元包括电子传输层、发光层、空穴传输层和覆盖于所述阳极上用以透光的基层，所述等离子体纳米波导滤波反射器为金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal，M-I-M)等离子体波导滤波反射器；所述金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器由两个参数不同的金属-绝缘体-金属波导周期交替排列组成，所述参数包括波导宽度W、波导厚度d和波导有效折射率n_eff，且所述两个参数不同的金属-绝缘体-金属波导需满足：

2(n_effa W_a+n_effb W_b)＝mλ (1)

同时不满足：

(2)

其中m为正整数，i、j为非零整数，λ为波长，λ_k为在K处的波长。

2.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于：所述金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器用于产生一个可见光波长范围的范围禁带。

3.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于：所述金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器用于产生一个若干波长频谱段组合的选择性禁带。

4.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于：所述金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器用于产生一个可见光波长范围和红外波段复合禁带。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的有机发光二极管的制备方法，其特征在于，包括：

(a)，制造有机发光二极管的步骤；以及

(b)，采用纳米压印法在有机发光二极管的阴极上形成等离子体波导滤波反射器的步骤，其中，等离子体波导滤波反射器为金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器。

6.根据权利要求5所述的有机发光二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤b，具体是：

(b1)设计计算金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器；

(b2)根据设计计算的金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器参数制作模具；

(b3)利用上述模具采用纳米压印技术在有机发光二极管阴极上制备金属-绝缘体-金属等离子体波导滤波反射器。

7.根据权利要求6所述的有机发光二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤b3中的纳米压印是热塑化纳米压印或紫外固化纳米压印。