CN106981581A - 一种提高光取出率的有机电致发光器件 - Google Patents

一种提高光取出率的有机电致发光器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高光取出率的有机电致发光器件，包括有透明衬底、贴覆于所述透明衬底一面且依次叠设的第二光耦合取出层、第一电极、有机功能层、第二电极以及贴覆于所述透明衬底另一面的第一光耦合取出层；所述有机功能层包括自上而下依次层叠的电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层以及空穴注入层，所述透明衬底为玻璃衬底或柔性衬底，所述透明衬底为规则或无规则的表面图案化的透明衬底，所述透明衬底的表面贴覆有平坦层，所述平坦层的可见光透过率大于75％，折射率为0.5‑3.0之间，厚度为0‑10000um。本发明的器件具有光取出效果好、制备工艺简单、同时能进行内取出与外取出、器件性能良好的特点,减少成本，利于器件的商业化。

Description

一种提高光取出率的有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及有机半导体技术领域，尤其涉及一种提高光取出率的有机电致发光器件。
背景技术
OLED(英文全称为Organic Light Emitting Diode，意思为有机电致发光器件，简称OLED)具有主动发光、视角广、重量轻、温度适应范围广、面积大、全固化、柔性化，功耗低、响应速度快以及制造成本低等众多优点，在显示与照明领域有着重要应用，越来越受到学术界和工业界的关注。
现有技术中，一般选择透明玻璃作为OLED器件的基板，玻璃的折射率通常为1.55左右，有机电致发光材料层的折射率一般为1.7左右，ITO层的折射率一般为1.8左右。有机电致发光材料通电后发出的光，经过ITO层进入玻璃、再经过玻璃进入空气时，即由光密介质向光疏介质传播时，会存在全反射现象，导致大部分光线局限在OLED器件中，致使OLED的光输出效率大大降低，其中约40％的光会因为ITO/有机层波导模式损失，约10％的光会被SP模式(surface plasma)损失，30％的光会局限在(衬底)模式中损失，只有约20％的光能从玻璃基板外侧传播出来。因此，大约80％的光被局限或者损耗在OLED有机电致发光材料的内部无法合理应用。
而对于柔性OLED而言，其基板一般由PET、PEN、PI等聚合物构成，其折射率一般为1.6左右，同玻璃基板一样，也存在折射率不匹配的问题。因此，光在柔性OLED中传播时也会导致光损失。
目前提高OLED光取出的方法有很多种，比如说文献Applied Physics Letters97,223303(2010)公开了微透镜的制备方法，使得器件的光取出效率提升了60％。专利CN201210309051.3公开了一种通过PS微球层提高OLED光取出的制备方法。专利CN201180019709.0公开了一种层和到玻璃基底上的OLED光提取膜。专利CN200880015512.8同样提出了一种具有改进光输出的电致发光器件。专利CN201310056779.4公布了一种提高OLED背光源发光效率的方法，其利用高折射率的玻璃作为基板，并在玻璃的一侧采用压延技术制备微透镜来增加光输出。另外，还可以对玻璃直接化学腐蚀对其进行粗糙化处理，或者使用单层抗反射膜进行光取出。
但是我们注意到，目前这些外部光取出技术仍然存在诸多缺陷或者不足。一般而言，光取出可以分为内取出和外取出方法两种。而目前所报道的方法一般指采用内取出或者外取出方法中的一种，导致光取出效率并不理想。并且，所报道的方法一般存在成本较高，工艺复杂的问题，限制了其进一步的发展。
故，针对现有技术不足，提供一种光取出效果好、制备工艺简单、同时能进行内取出与外取出的有机电致发光器件及其制备方法，以克服现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的是提供了一种能够提高光取出率的有机电致发光器件及其制备方法，具有光取出效果好、制备工艺简单、同时能进行内取出与外取出、器件性能良好的特点,减少成本，利于器件的商业化。
本发明所采用的技术方案：一种提高光取出率的有机电致发光器件，包括有透明衬底、贴覆于所述透明衬底一面且依次叠设的第二光耦合取出层、第一电极、有机功能层、第二电极以及贴覆于所述透明衬底另一面的第一光耦合取出层；所述有机功能层包括自上而下依次层叠的电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层以及空穴注入层。
进一步地，所述透明衬底为玻璃衬底或柔性衬底。
进一步地，所述透明衬底为规则或无规则的表面图案化的透明衬底。
进一步地，所述透明衬底的表面贴覆有平坦层。
进一步地，所述平坦层的可见光透过率大于75％，折射率为0.5-3.0之间，厚度为0-10000um。
进一步地，所述第二光耦合取出层为表面图案化的第二光耦合取出层；所述第二光耦合取出层的表面贴覆有光耦合薄膜层。
进一步地，所述光耦合薄膜层可见光透过率大于65％，折射率在0.5-3.0之间，所述光耦合薄膜层厚度为0-20000um。
进一步地，所述平坦层和所述光耦合薄膜层均由聚合物与微小颗粒的混合物制备而成。
进一步地，所述聚合物为光刻胶SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、环氧树脂(EP)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)、丙烯睛一苯乙烯共聚物(AS)、透明聚丙烯(PP)、透明ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、丁二烯-苯乙烯共聚物聚氯(BS)、乙烯(PVC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜树脂(PES)或者聚乙烯亚胺(PEI)中的至少一种。
进一步地，所述微小颗粒为LiF、LiNH2、Cs3N、LiH、KBH4、MgF2、NaCl、MgO、Cs2CO3、Rb2CO3、CuO、ZnS、ZrO2、ZnO、SnO、Al2O3、Ca2CO3、CaO、CaCl中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的能够提高光取出率的有机电致发光器件具有光取出效果好、制备工艺简单、同时能进行内取出与外取出、器件性能良好的特点；并且本发明的器件制造成本低，利于器件的商业化。
附图说明
图1是本发明一种提高光取出率的有机电致发光器件的结构示意图。
图2是本发明实施例一中一种有机电致发光器件A和一种提高光取出率的有机电致发光器件B的电流密度-效率示意图。
图3是本发明实施例一的一种有机电致发光器件A和一种提高光取出率的有机电致发光器件B在5V电压下器件的光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种提高光取出率的有机电致发光器件，包括有透明衬底2、贴覆于所述透明衬底一面且依次叠设的第二光耦合取出层3、第一电极4、有机功能层、第二电极10以及贴覆于所述透明衬底另一面的第一光耦合取出层1；所述有机功能层包括自上而下依次层叠的电子注入层9、电子传输层8、发光层7、空穴传输层6以及空穴注入层5。
在本发明的具体技术方案中，所述第一光耦合取出层1和第二光耦合取出层3能同时工作进行光取出，大大提高光取出效率；所述第一光耦合取出层1是在未制备有机电致发光器件前，通过喷砂技术对衬底打磨，为光耦合内取出层；所述第二光耦合取出层3是可以在制备有机电致发光器件前也可以在制备有机电致发光器件后，通过喷砂技术对衬底打磨，这样基本上都不会影响器件的电学特性，为光耦合外取出层；所述第一光耦合取出层1和第二光耦合取出层3都用喷砂技术进行预处理，因为喷砂技术是一种低成本的工艺，并且易于操作，此外，可以根据砂子的大小，制备出相应的光取出耦合层，并且，所用过的砂子可以进行循环再处理，进一步降低成本，利于环保。
1、在本发明的具体技术方案中，所述透明衬底2为玻璃衬底或柔性衬底，所述透明衬底2为规则或无规则的表面图案化的透明衬底2，所述透明衬底2的表面贴覆有平坦层，所述平坦层的可见光透过率大于75％，折射率为0.5-3.0之间，优选的为1.0-1.8之间，厚度为0-10000um，优选为0.1-3000um。
在本发明的具体技术方案中，通过喷砂技术对衬底打磨后，可以对透明衬底2形成图案化，可以是规则的，也可以无规则，工艺非常简单；所述第一光耦合取出层1经过喷砂技术处理后，形成了图案化后，如果直接在制备有机电致发光器件，器件的每层将会变得的不平整，容易导致漏电流的产生，影响器件效率、寿命等性能。所以，为了克服这一问题，在喷砂后的透明衬底2通过引入一层平坦层；所述平坦层是在未制备有机电致发光器件前，通过溶液加工方式制备，所述平坦层同时也可以起到光取出的功能。
在本发明的具体技术方案中，所述第二光耦合取出层3经过喷砂技术处理后，所述第二光耦合取出层3为表面图案化的第二光耦合取出层3，可以对光进行有效取出。为了进一步提升光取出效果，对其进行制备光耦合薄膜层；所述光耦合薄膜层是可以在制备有机电致发光器件前也可以在制备有机电致发光器件后，通过溶液加工方法制备。所述第二光耦合取出层3的表面贴覆有光耦合薄膜层，所述光耦合薄膜层可见光透过率大于65％，折射率在0.5-3.0之间，优选的为1.0-2.0之间，所述光耦合薄膜层厚度为0-20000um，优选为1-5000um。所述平坦层和所述光耦合薄膜层均由聚合物与微小颗粒的混合物制备而成。
进一步地，所述聚合物为光刻胶SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、环氧树脂(EP)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)、丙烯睛一苯乙烯共聚物(AS)、透明聚丙烯(PP)、透明ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、丁二烯-苯乙烯共聚物聚氯(BS)、乙烯(PVC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜树脂(PES)或者聚乙烯亚胺(PEI)中的至少一种。
进一步地，所述微小颗粒为LiF、LiNH2、Cs3N、LiH、KBH4、MgF2、NaCl、MgO、Cs2CO3、Rb2CO3、CuO、ZnS、ZrO2、ZnO、SnO、Al2O3、Ca2CO3、CaO、CaCl中的至少一种。
实施例一
下面通过制备一种提高光取出率的有机电致发光器A和一种提高光取出率的有机电致发光器件B，进一步对本发明进行对比分析，其中，提高光取出率的有机电致发光器件B涂布平坦层与外取出耦合层，具体如下：
所制备一种有机电致发光器件A的结构为：Glass(衬底)ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(20nm)/BeBq2:Ir(piq)3(30nm,5％)/TPBi(30nm)/LiF(1nm)/Al(200nm)
所制备一种提高光取出率的有机电致发光器件B的结构为：SU-8+LiF薄膜/Glass(衬底)/SU-8+LiF薄膜/ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(20nm)/BeBq2:Ir(piq)3(30nm,5％)/TPBi(30nm)/LiF(1nm)/Al(200nm)
其中，ITO：氧化铟锡；
HAT-CN：2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂三亚苯；
NPB：(N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺)；
BeBq2：10羟基苯并喹啉铍
Ir(piq)3：tris(1-phenylisoquinolinolato-C2,N)iridium(III)
TPBi:1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯
LiF：氟化锂；
Al：铝。
采用如下方法制备本发明的一种有机电致发光器件A：
该提高光取出率的有机电致发光器件A的结构依次由以下功能层叠加：
基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、红色磷光层、电子传输层、电子注入层、阴极。
上述基板为玻璃。
上述阳极为ITO薄膜。
上述空穴注入层为100nm厚的HAT-CN薄膜。
上述空穴传输层为20nm厚的NPB薄膜。
上述红色发光层为30nm厚的BeBq2：Ir(piq)3薄膜。
上述电子传输层为30nm厚的TPBi薄膜。
上述电子注入层为1nm厚的LiF薄膜。
上述阴极为200nm厚的Al薄膜。
该一种有机电致发光器件A通过以下步骤制备：
1、在基板上以溅射方法制备ITO薄膜作为阳极。
2、再在阳极上以真空蒸镀方法制备100nm的HAT-CN作为空穴注入层。
3、在上述空穴注入层上以真空蒸镀方法制备20nm厚度的NPB薄膜作为空穴传输层。
4、在上述空穴传输层上以真空蒸镀方法制备30nm厚的BeBq2：Ir(piq)3薄膜做红光层。
5、在上述红光层上以真空蒸镀方法制备30nm厚度的TPBi薄膜作为电子传输层。
10、在上述电子传输层上以真空蒸镀方法制备1nm的LiF薄膜作为电子注入层。
11、在上述电子注入层上以真空蒸镀方法制备200nm的Al薄膜作为阴极。
一种提高光取出率的有机电致发光器件B的制备方法如下：
将玻璃置于喷砂机中进行内外表面喷砂打磨，然后涂布平坦层与外取出耦合层。对于平坦层与耦合层的制备，通过以下方法，用天平秤取适量的的LiF微小颗粒，将其置于SU-8光刻胶中，用搅拌器搅拌均匀，外取出层的浓度比优化为15％，内取出层的的浓度比优化为5％。
通过旋涂工艺将溶液涂布在基板上，烘干后，再制备OLED器件，其他工艺则与一种有机电致发光器件A相同。
对上述制备得到的一种有机电致发光器件A和一种提高光取出率的有机电致发光器件B的性能进行检测，该一种有机电致发光器件A的电流密度-效率图如图2所示，一种有机电致发光器件A的最大效率为9.4cd/A，一种提高光取出率的有机电致发光器件B的最大效率为19.9cd/A,提高了1.12倍。器件5V时的光谱如图3所示，可以发现一种有机电致发光器件A和一种提高光取出率的有机电致发光器件B的光谱基本不变，说明光取出工艺不影响器件的光谱。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：包括有透明衬底、贴覆于所述透明衬底一面且依次叠设的第二光耦合取出层、第一电极、有机功能层、第二电极以及贴覆于所述透明衬底另一面的第一光耦合取出层；所述有机功能层包括自上而下依次层叠的电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层以及空穴注入层。
2.根据权利要求1所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述透明衬底为玻璃衬底或柔性衬底。
3.根据权利要求1所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述透明衬底为规则或无规则的表面图案化的透明衬底。
4.根据权利要求1所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述透明衬底的表面贴覆有平坦层。
5.根据权利要求4所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述平坦层的可见光透过率大于75％，折射率为0.5-3.0之间，厚度为0-10000um。
6.根据权利要求1所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述第二光耦合取出层为表面图案化的第二光耦合取出层；所述第二光耦合取出层的表面贴覆有光耦合薄膜层。
7.根据权利要求1所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述光耦合薄膜层可见光透过率大于65％，折射率在0.5-3.0之间，所述光耦合薄膜层厚度为0-20000um。
8.根据权利要求4-7任一所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述平坦层和所述光耦合薄膜层均由聚合物与微小颗粒的混合物制备而成。
9.根据权利要求8所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述聚合物为光刻胶SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、环氧树脂(EP)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)、丙烯睛一苯乙烯共聚物(AS)、透明聚丙烯(PP)、透明ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、丁二烯-苯乙烯共聚物聚氯(BS)、乙烯(PVC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜树脂(PES)或者聚乙烯亚胺(PEI)中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的一种提高光取出率的有机电致发光器件，其特征在于：所述微小颗粒为LiF、LiNH2、Cs3N、LiH、KBH4、MgF2、NaCl、MgO、Cs2CO3、Rb2CO3、CuO、ZnS、ZrO2、ZnO、SnO、Al2O3、Ca2CO3、CaO、CaCl中的至少一种。
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