CN106935727B - 一种线偏振出光有机发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线偏振出光有机发光二极管，属于有机光电显示器件技术领域，其包括由上至下依次设置的基底、第一传输层、有机发光层、第二传输层和复合背电极，在第一传输层、有机发光层、第二传输层和复合背电极上均分别设置纳米光栅结构，纳米光栅结构为周期性阵列光栅，光栅的周期为70～180nm，占空比为0.4～0.7，槽深为20～80nm；在基底的上表面设置金属介质纳米偏振光栅结构。本发明的一种线偏振出光有机发光二极管，实现OLED器件直接线偏振出光，且器件制备工艺与低成本的软纳米压印光刻技术相兼容，适用于硬性、柔性和可拉伸基底材料，在线偏振光导航、目标反隐和识别等领域具有潜在的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于有机光电显示器件技术领域，具体涉及一种线偏振出光有机发光二极管。
背景技术
近年来，发光二极管(LED)的显示技术已经逐步取代了传统的液晶显示(LCD)及阴极射线管(CRT)(显示技术的主流地位。然而，随着有机发光二极管(OLED)技术的兴起，LED的地位亦受到了潜在威胁，这主要由于OLED技术具备许多传统LED不可比拟的优点，得以脱颖而出。具体而言，OLED具有自发光、视角广(达175°以上)、反应速度快(1μs)、发光效率高、色域宽和工作电压低(3～10V左右)，其面板(厚度可小于1mm)可制作大尺寸柔性或可拉伸面板以及制作流程简单等特性。
目前，OLED已经在显示和照明领域得到了广泛商业应用，开发OLED的特殊光学功能，拓展OLED的新的应用领域成为OLED发展的一个主要方向。众所周知，常规OLED的出射光为朗伯体自然光的面光源，如果OLED具备线偏振出光的特性，则具有非常重要的实际意义。偏振出光OLED可直接作为液晶的背光源，还可与柔性或可拉伸基底相兼容，实现新颖的柔性或可拉伸的面偏振光源，在线偏振光导航，目标反隐和识别等领域具有巨大的意义价值。
中国发明专利(公开号CN102263183A)“一种偏振出光发光二极管”利用二维介质金属周期性结构实现LED偏振出光。此专利虽然为有源偏振器件，自身出射光为线偏振光，但仅适用于无机的LED器件，不适用于有机的OLED器件。而且，该结构不能实现OLED器件内部偏振模式的转换，也不适用于柔性或可拉伸的基底材质。
中国发明专利(公开号CN1214453A)“二维光子晶体偏振器及制备方法”利用两种介电材料组成二维重复周期性结构获得所需工作频率的偏振器，但是该偏振器自身不发光，是无源器件。
中国发明专利(公开号CN103219476A)“一种有机电致发光二极管及其制作方法”硬纳米压印或软纳米压印技术在传输层和发光层上制备准周期或非周期的凹凸结构。此专利目的是实现OLED出光效率增强，出射光仍为自然光，也就是不能实现线偏振出光。
文献“White organic light-emitting diode with linearly polarizedemission”(IEEE Photonics Technology Letters，2013，25(14)，1321-1323)报道了利用电子束刻蚀在白光OLED基底制备一维金属银纳米偏振光栅结构实现线偏振出光。但此文献报道的为金属纳米偏振光栅，不是介质金属纳米偏振光栅结构，而且该结构不能实现OLED器件内部偏振模式的转换。此外，该结构制备工艺复杂，电子束刻蚀成本高，不能与柔性基底或者可拉伸基底兼容。
发明内容
发明目的：本发明提供一种线偏振出光有机发光二极管，实现OLED器件直接线偏振出光，且器件制备工艺与低成本的软纳米压印光刻技术相兼容。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种线偏振出光有机发光二极管，包括由上至下依次设置的基底、第一传输层、有机发光层、第二传输层和复合背电极，在所述的第一传输层、有机发光层、第二传输层和复合背电极上均分别设置纳米光栅结构，所述的纳米光栅结构为周期性阵列光栅，光栅的周期为70～180nm，占空比为0.4～0.7，槽深为20～80nm；在所述的基底的上表面设置金属-介质纳米偏振光栅结构，金属-介质纳米偏振光栅周期为70～180nm，占空比为0.3～0.7，槽深为100～200nm。
所述的介质是紫外光固化胶。
所述的基底选自玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚二甲基硅氧烷。
所述第一传输层是由一种或几种材料组成的叠层结构，所述材料选自Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)dryre-dispersiblepellets](PEDOT:PSS)、1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene(TmPyPB)、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)、4,4′,4″-Tri(9-carbazoyl)triphenylamine(TCTA)、氧化锌和氧化钼。
所述的有机发光层是两种掺杂组合而成，其一是选自4,4'-Bis(9H-carbazol-9-yl)biphenyl(CBP)、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)中的一种或几种的掺杂，其二是选自Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)(Ir(ppy)3)、Ir(MDQ)2(acac)、双(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱(FIrpic)、乙酰丙酮酸二(2-苯基吡啶)铱(Ir(ppy)2(acac))、2,3,6,7-四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-10-(2-苯并噻唑基)-喹嗪并[9,9A,1GH]香豆素(C545T)中的一种或几种的掺杂。
所述第二传输层是由一种或几种材料组成的叠层结构，所述材料选自Alq3、4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(Bphen)、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)、TPD、料蓝15(CuPc)、N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(TPD)和2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌(F44TCNQ)中的一种或几种。
所述的复合背电极是LiF或MoO3中的一种与金属铝或金属银组成的叠层结构。
发明原理：OLED器件中有机发光材料发射的光是没有方向性的自然光，为了实现OLED器件高效的线偏振出光，本发明在OLED器件内部的传输层、发光层及背电极设置合理的纳米光栅结构，背电极金属和有机发光层及传输层在器件内部构成了多层纳米光栅，利用此线栅对不同偏振光(TE波和TM波)反射效率的不同实现部分TE波到TM波转化。同时，在器件出光面的基底上设置金属-介质纳米偏振光栅，通过设计介质材质、及介质光栅周期、占空比、槽深及金属铝的厚度，使得平行于线栅的偏振光(TE波)被强烈反射，而垂直于线栅的偏振光(TM波)获得最强透射，从而实现高效的高偏振度出光。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种线偏振出光有机发光二极管，实现OLED器件直接线偏振出光，且器件制备工艺与低成本的软纳米压印光刻技术相兼容，适用于硬性、柔性和可拉伸基底材料，在线偏振光导航、目标反隐和识别等领域具有潜在的实用价值。
附图说明
图1是线偏振出光OLED器件剖面结构示意图；
图2是实施例一的OLED器件的TM和TE波透射率测试曲线图；
图3是实施例一的OLED器件消光比测试曲线图；
图4是实施例一的OLED器件发光光谱强图测试装置结构示意图；
图5是实施例一的OLED器件偏振出光强度测试曲线图；
图6是实施例二的OLED器件的TM和TE波透射率测试曲线图；
图7是实施例二的OLED器件消光比测试曲线图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种倒置结构有机发光二极管进行详细描述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
此外，应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，一种线偏振出光有机发光二极管，包括基底1、第一传输层2、有机发光层3、第二传输层4、复合背电极5，在第一传输层2、有机发光层3、第二传输层4和复合背电极5上制备纳米光栅结构，纳米光栅结构为周期性阵列光栅，光栅的周期为70～180nm，占空比为0.4～0.7，槽深为20～80nm。
在基底1的上表面制备金属-介质纳米偏振光栅结构6，介质是紫外光固化胶，光栅周期为70～180nm，占空比为0.3～0.7，槽深为100～200nm。
实施例一
以柔性可弯折绿光OLED器件(发光峰为520nm)为例进行详细描述，在此结构中，基底1是柔性材料聚对苯二甲酸乙二醇酯/ITO，第一传输层2是PEDOT:PSS，有机发光层3是Alq3:C545T，第二传输层4是Alq3，复合背电极5是LiF/Al。绿光OLED器件结构是：聚对苯二甲酸乙二醇酯/ITO(120nm)/PEDOT:PSS(80nm)/NPB(40nm)/Alq3:C545T(20nm)/Alq3(40nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。
首先根据有限元差分算法，对纳米光栅和金属-介质光栅的形貌进行具体设计。以绿光器件的达到最佳的偏振消光比和TM波透过率为判断标准。经理论计算优化，本实施例的金属-介质光栅的周期和占空比分别为100nm和0.54，紫外光固化胶(NOA65，NorlandProducts Inc.)介质光栅的槽深h1的大小为80nm，金属铝的厚度为25nm；纳米光栅周期和占空比分别为120nm和0.45，第一传输层2的PEDOT:PSS的槽深h3的大小为60nm，有机发光层3的Alq3:C545T的槽深h4为50nm，复合背电极5的LiF/Al的槽深h5为40nm。
紫外光固化胶和PEDOT:PSS上的纳米光栅结构可以采用软纳米压印光刻的方法制备，具体制备工艺可以参考申请人前期公开的中国发明专利(CN103219476A)，发光层和复合背电极的纳米光栅结构由于制备OLED中需要热蒸发或者旋涂的工艺，会自动复制PEDOT:PSS的纳米光栅结构，形成所需的h4和h5的槽深。金属铝层h1可以采用本领域公知的磁控溅射方法在紫外光固化胶光栅表面制备。
如图2所示，该图是实施例的OLED器件在波长370nm～800nm整个发光光谱范围内TM和TE波透射率测试曲线图。从图中可以看出，本实施例的TM偏振光的平均透过率达73％，在发光波峰480～540nm处的TM偏振光的透过率达到70％～72％。
如图3所示，该图是本实施例的OLED器件消光比测试曲线图。从图中可以看出，本实施例的在370nm～800nm整个发光光谱范围内的平均消光比(ER)为15.1dB，在发光波峰480～540nm处的消光比为13.2dB～18.6dB。
如图4和5所示，它们分别是本实施例的OLED器件发光光谱强图测试装置结构示意图和器件偏振出光强度测试曲线图。通过旋转线性偏振片来检测本实施例的OLED发光光谱强度，从图中可以看出，在0°时候，透过偏振片的光强最大(TM偏振波)，当线性偏振片旋转90°后，透射光强(TE偏振波)几乎为零。
实施例二
以硬性基底红光OLED器件(发光峰为520nm)为例进行详细描述，在此结构中，基底1是玻璃/ITO，第一传输层2是PEDOT:PSS/NPB/TCTA的叠层结构，有机发光层3是Ir(MDQ)2(acac)，第二传输层4是TmPyPB，复合背电极5是LiF/Al。绿光OLED器件结构是：玻璃/ITO(120nm)/PEDOT:PSS(80nm)/NPB(40nm)/TCTA(15nm)/Ir(MDQ)2(acac)(0.1nm)/TmPyPB(40nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。
首先根据有限元差分算法，对纳米光栅和金属-介质光栅的形貌进行具体设计。以绿光器件的达到最佳的偏振消光比和TM波透过率为判断标准。经理论计算优化，本实施例的纳米光栅周期和金属-介质光栅的周期和占空比均为200nm和0.55，紫外光固化胶介质光栅的槽深h1的大小为100nm，金属铝的厚度为40nm，第一传输层的槽深h3的大小为50nm，发光层的槽深h4为40nm，复合背电极LiF/Al的槽深h5为30nm。器件的制备工艺可参考实施例一中的具体叙述。
如图6所示，该图是实施例的OLED器件在波长550nm～800nm的主要发光光谱范围内TM和TE波透射率测试曲线图。从图中可以看出，本实施例的TM偏振光的平均透过率达76％，在发光波峰600～640nm处的TM偏振光的透过率达到75％～79％。
如图7所示，该图是本实施例的OLED器件消光比测试曲线图。从图中可以看出，本实施例的在在波长550nm～800nm的主要发光光谱范围的平均消光比(ER)达32.5dB，在发光波峰600～640nm处的消光比达到27.3dB～31.4dB。
需要指出的是，当第一传输层、有机发光层、第二传输层和复合背电极采用如权利要求所述的材料时，本领域技术人员具备基本的实验能力，能根据实施例1-2做出本发明的一种线偏振出光有机发光二极管，实现在TM偏振光的透过率达68％以上，偏振消光比达12dB以上。
Claims (7)
1.一种线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：包括由上至下依次设置的基底(1)、第一传输层(2)、有机发光层(3)、第二传输层(4)和复合背电极(5)，所述的第一传输层(2)、有机发光层(3)、第二传输层(4)和复合背电极(5)均分别设置纳米光栅结构，所述的纳米光栅结构为周期性阵列光栅，纳米光栅的周期为70～180nm，占空比为0.4～0.7，槽深为20～80nm；在所述的基底(1)的上表面设置金属-介质纳米偏振光栅结构(6)，金属-介质纳米偏振光栅周期为70～180nm，占空比为0.3～0.7，槽深为100～200nm。
2.根据权利要求1所述的一种线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述的介质是紫外光固化胶。
3.根据权利要求1所述的一种线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述的基底(1)选自玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚二甲基硅氧烷。
4.根据权利要求1所述的一种线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述第一传输层(2)是由一种或几种材料组成的叠层结构，所述材料选自PEDOT:PSS、TmPyPB、NPB、TCTA、氧化锌和氧化钼。
5.根据权利要求1所述的一种线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述的有机发光层(3)是两种掺杂组合而成，其一组分是选自CBP、BCP、Alq3中的一种或几种的掺杂，其二组分是选自Ir(ppy)3、Ir(MDQ)2(acac)、FIrpic、Ir(ppy)2(acac)、C545T中的一种或几种的掺杂。
6.根据权利要求1所述的一种线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述第二传输层(4)是由一种或几种材料组成的叠层结构，所述材料选自Alq3、Bphen、NPB、TPD、CuPc、TPD和F44TCNQ中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述的复合背电极(5)是LiF或MoO3中的一种与金属铝或金属银组成的叠层结构。
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