CN106920894B - 一种透明oled器件结构及其制备方法 - Google Patents

一种透明oled器件结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种透明OLED器件结构及其制备方法，包括一种制备器件时使用的孔径大小为10‑500μm的新型网状掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1‑0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。新型网状掩模版是采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。本发明的网孔筛状的阴极又不同于传统的整片式蒸镀的阴极，在降低器件厚度的同时，也提升了透明器件的透过率。

Description

一种透明OLED器件结构及其制备方法
技术领域
本发明属于OLED显示与照明技术领域，具体涉及一种透明OLED器件结构及其制备方法。
背景技术
透明OLED(TOLED)由于在全彩显示和照明方面的应用，并且可致力于解决TFT阵列带来的低开口率问题而备受关注。一般的OLED器件发出的光都是经由衬底射出，也就是底发光。而所谓的顶发光就是光不经过衬底而是从相反的方向射出。若阳极材料使用传统透明的ITO，再搭配透明的阴极，则器件的两侧都会发光，这也就是所谓的透明式或穿透式器件。
透明OLED显示器件要求构成OLED的衬底、电极的材料均为透明材料，器件关闭时透光率达到85％以上。故而与普通的OLED器件相比，TOLED最大的不同之处在于：阴极不再是由不透明的金属层组成，而是改用透明材料作为阴极。尤其是作为透明OLED的阴极，由于要实现透明，阴极层就要做的很薄，但这样又会影响它的导电性和发光效率等。
目前来说限制透明OLED更进一步发展的主要原因是器件的效率和寿命问题，对于TOLED来讲，透过率的提升也是至关重要的。众所周知，金属及合金等的透光性都是很差的，既要实现电极的透明又要保证器件的亮度和效率，不仅要在材料的选择上下功夫，也要突破其他方面的瓶颈，比如工艺上的改进。因此，寻求OLED制备工艺上进行改良，可以很大程度的提高透明OLED的效率，改善透明OLED的性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种透明OLED器件结构及其制备方法。本发明的透明OLED器件结构使光通过此图形后形成的光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结构，使得光谱重叠部分的光强大幅增加，从而提高了发光亮度。网状阴极使得光在经由电子注入层到阴极出射的时候光取出效率有所提升。网孔筛状的阴极又不同于传统的整片式蒸镀的阴极，降低器件厚度的同时，也提升了透明器件的透过率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种透明OLED器件结构，由下至上依次包括：玻璃基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层及阴极；所述的阴极的材料为单一金属或合金，阴极是由阵列排布在电子注入层上的网孔筛状的局部电极构成。
所述的局部电极的形状为圆形、菱形、正方形或六边形；所述的局部电极的大小为20-500μm，厚度为0.1-0.5mm。
所述的器件结构对应的材料依次为：玻璃、ITO、MoO3、NPB、Mcp:Firpic、CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)、BCP、Alq3、LiF、银铝合金，其中Ag与Al的质量比为3：1。
所述的阴极10是由网状掩模版进行高真空蒸镀或者磁控溅射制备而成。
所述的网状结构的掩模版的孔径为20-500μm，厚度为0.1-0.5mm，小孔的形状为圆形、菱形、正方形或六边形。
一种透明OLED器件结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，掩模版的制备：在掩模版薄片上刻出规则排列的小孔，形成网状掩模版；
步骤2，器件的制备：根据器件结构依次在玻璃基板上蒸镀各有机功能层后，最后用网状掩模版进行高真空蒸镀或者磁控溅射制备阴极。
网状结构的掩模版的孔径为20-500μm，厚度为0.1-0.5mm，小孔的形状为圆形、菱形、正方形或六边形。
所述的掩模版的材料为不锈钢合金薄片或者尼龙。
所述的阴极为单一金属或合金。
所述网状掩模版采用激光雕刻、线切割或刻蚀的方法制备而成。本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的透明OLED结构上的阴极，类似于光栅的结构，使光通过此图形后形成的光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结构。使得光谱重叠部分的光强大幅增加，从而提高了发光亮度。网孔筛状的阴极又不同于传统的整片式蒸镀的阴极，降低器件厚度的同时，也提升了透明器件的透过率。
本发明采用激光雕刻的方法，制备了一种新型不锈钢金属网状掩模版，比传统掩模版更加轻薄，且蒸镀出来的阴极由于光的干涉和衍射效果的共同作用，使得光强增加，提升了TOLED的透过率以及出光效率。
进一步，蒸镀阴极用了一种新型网状掩模版，并且网孔的形状和尺寸是可变的。
附图说明
图1为本发明中的新型网状阴极掩膜版应用于透明OLED的器件结构示意图，其中，1为玻璃基板，2为阳极，3为空穴注入层，4为空穴传输层，5、6为发光层，7为空穴阻挡层，8为电子传输层，9为电子注入层，10为阴极。
图2为本发明制备透明OLED的新型网状掩模版的结构示意图，11为蒸镀器件部分，即蒸镀材料可透过的部分，12为遮挡部分，13为机械手勾取掩膜版的部分；
图3为采用本发明中不同尺寸的新型网状掩膜版制备的不同阴极厚度的透明OLED电压-亮度曲线图；
图4为本发明制备的透明OLED透过率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图1所示，本发明一种透明OLED器件结构包括ITO阳极、空穴注入层、空穴传输层、各种颜色的发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层以及网状结构合金阴极，也可以是其他结构阴极。所述的阴极的材料为单一金属或合金，阴极是由阵列排布在电子注入层上的网孔筛状的局部电极构成。局部电极的形状为圆形、菱形、正方形或六边形；所述的局部电极的大小为20-500μm，厚度根据阴极蒸镀的厚度来定(80-100nm)。
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。所述的新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。此外，除了上述的网孔结构部分，还要预留出0.5-0.6mm的刻蚀带部分。
如图2所示，该网状掩模版可应用于高真空蒸镀或者磁控溅射的方法制备OLED阴极。并且使用该掩模版制备透明OLED可大幅提高器件的透过率以及效率。新型网状掩模版的材料为不锈钢合金薄片或者尼龙。新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm。网状掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、正方形、六边形以及其他可以平面密铺的图形。除了上述的网孔结构部分，还要预留出0.5-0.6mm的刻蚀带部分。可以蒸镀单一金属阴极，也可以蒸镀合金或是其他阴极。可以根据需要蒸镀的OLED器件的大小来改变掩膜版的大小，可应用于多种尺寸的掩膜版。所述新型网状掩模版采用激光雕刻、线切割以及刻蚀等方法制备而成。
采用此新型掩模版制备透明OLED可大幅提高器件的透过率以及效率。所述的新型网状掩模版，可以蒸镀单一金属阴极，也可以蒸镀合金或是其他阴极。新型网状掩模版采用激光雕刻的方法在一般环境下制备而成。所述的激光雕刻法采用的是YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
实施例1：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的新型网状掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的圆形小孔，孔径的半径为10μm(孔径大小20μm)左右；
步骤2，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
实施例2：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的菱形小孔，菱形的边长为20μm左右；
步骤2，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
实施例3：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的六边形小孔，六边形的边长为20μm左右；
步骤2，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
实施例4：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的正方形小孔，正方形的边长为20-25μm；
步骤2，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极85nm。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
实施例5：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的正方形小孔，正方形的边长为0.5mm左右；
步骤2，器件的制备：器件结构为：
Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极85nm。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
实施例6：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的正方形小孔，正方形的边长为20-25μm；
步骤2，器件的制备：器件结构为：
Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极90nm。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
实施例7：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的正方形小孔，正方形的边长为0.5mm左右；
步骤2，器件的制备：器件结构为：
Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极90nm。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
实施例8：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的正方形小孔，正方形的边长为20-25μm；
步骤2，器件的制备：器件结构为：
Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极95nm。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
实施例9：
一种透明OLED的制备工艺，包括一种制备器件时使用孔径大小为10-500μm的网状新型掩模版。其中，新型网状掩模版的厚度为0.1-0.5mm，掩模版网孔的形状可以是圆形、菱形、五边形以及六边形。采用激光雕刻的方法具体为YAG激光结合点阵雕刻的方法获得各种网孔图案。
制备过程如下：
步骤1，掩模版的制备：用激光雕刻的方法在不锈钢合金薄片上刻出规则排列的正方形小孔，正方形的边长为0.5mm左右；
步骤2，器件的制备：器件结构为：
Glass/ITO/MoO3/NPB/Mcp:FIrpic/CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用网状掩模版蒸镀银铝合金阴极95nm。
步骤3，器件的测试：制备好的器件对其进行光电性能测试以及透过率的测试。
参见图1，为验证本实例的效果，分别以不同的掩膜版制备不同厚度的阴极作为透明OLED器件的阴极材料，按图1的结构分别在玻璃基板1上的阳极ITO2通过控制温度蒸镀上空穴注入层MoO3 3、空穴传输层NPB 4、磷光掺杂蓝光发光层Mcp:Firpic 5、红绿色发光层Mcp:R-4B:Ir(ppy)2(acac)6、空穴阻挡层BCP 7、电子传输层Alq3 8、电子注入层LiF 9和阴极10。
图2为本发明中描述到的新型网状掩膜版，图示掩膜版一次最多可以蒸镀6块OLED器件，网状掩膜版的形状可以是圆形、菱形、正方形和六边形，孔径的尺寸在20-500μm。
最后通过更换掩膜版的图案形成不同的阴极图案以及调节电流使蒸发舟里的合金阴极材料蒸镀到器件上，形成不同厚度的银铝合金阴极10，最终得到不同阴极的OLED器件，通过测试器件的电流、电压、发光光谱以及透过率等性能，对比观察合金阴极的性能。
参见图3，采用不同尺寸正方形网状掩膜版蒸镀不同厚度的Ag/Al合金作为阴极时，测试了器件的亮度-电压图，可观察到不同厚度的器件的启亮电压均在4V左右。可以很直观的看到使用小尺寸(20-25μm)的掩膜版制备的器件的发光亮度整体比使用大尺寸(0.5mm)的高，尤其是在蒸镀阴极厚度为85nm时，最高亮度达到了9501cd/m2。而对于透明OLED而言，亮度和效率等发光性能的提升至关重要。
参见图4，测试了在可见光范围内，OLED器件在使用不同尺寸的网状掩膜版和蒸镀不同厚度的合金阴极时制备的器件的透过率曲线图。可观察到，与纯ITO玻璃相比，器件使用小尺寸(20-25μm)掩膜版制备的器件透过率更高一些，尤其是在蒸镀阴极厚度为85nm时，透过率可达到79％左右，而ITO玻璃透过率最大值仅为89％左右。
综上，制备器件时使用新型网状掩模版作为阴极掩模版制备透明OLED时，可大幅提高器件的亮度、效率以及透过率。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种透明OLED器件结构，其特征在于，由下至上依次包括：玻璃基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层及阴极；所述的阴极的材料为银铝合金，阴极是由阵列排布在电子注入层上的网孔筛状的局部电极构成，所述阴极为光栅结构，光通过光栅结构后形成的光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结构；
所述的阴极是由网状掩模版进行高真空蒸镀制备而成，网状结构的掩模版的孔径为20-500µm，厚度为0.1-0.5mm，小孔的形状为正方形；所述的局部电极的大小为20-500µm，厚度为85nm；
所述的局部电极的形状为正方形；
所述的器件结构对应的材料由下至上依次为：玻璃、ITO、MoO3、NPB、Mcp:Firpic、CBP:R-4B:Ir(ppy)2(acac)、BCP、Alq3、LiF、银铝合金，其中Ag与Al的质量比为3：1；
所述的器件结构最高亮度为9501cd/m2，透过率为79%。
2.如权利要求1所述的透明OLED器件结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，掩模版的制备：在掩模版薄片上刻出规则排列的小孔，形成网状掩模版；
步骤2，器件的制备：根据器件结构依次在玻璃基板上蒸镀各有机功能层后，最后用网状掩模版进行高真空蒸镀或者磁控溅射制备阴极；
所述的网状结构的掩模版的孔径为20-500µm，厚度为0.1-0.5mm，小孔的形状为正方形；
所述的掩模版的材料为不锈钢合金薄片或者尼龙。
3.根据权利要求2所述的一种透明OLED器件结构的制备方法，其特征在于，所述网状掩模版采用激光雕刻、线切割或刻蚀的方法制备而成。
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