CN106992266B - 有机电致发光器件制备方法及装置和有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种有机电致发光器件制备方法及装置和有机电致发光器件，其制备方法包括：调整周期性光栅结构的光栅周期，以使SP耦合出射的光波波长处于有机电致发光器件的发光峰预设范围内；按照得到的光栅周期，在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构。通过在有机电致发光器件如OLED器件中设置周期性光栅结构，使得光波与SP耦合，实现了将在金属电极界面损失的光子能量通过SPP的调控重新取回，增加了有机电致发光器件如OLED器件的光输出，从而提高了发光器件如OLED器件的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及但不限于电子技术，尤指一种有机电致发光器件制备方法及装置和有机电致发光器件。
背景技术
有机电致发光器件的发光过程就是一个能量转移的过程，它将电能转化为光能，在这个转化的过程中，可以把有机电致发光器件看成是一个注入型的发光二极管。如果在有机电致发光器件的两端加上电压，通过这个电压所产生的电场，使得电子(electron)从器件的阴极(cathode)被注入到电子传输层中，而空穴(hole)则从器件的阳极(anode)注入到空穴传输层中，两种载流子迁移进入发光层中并结合形成激子，激子再通过辐射复合发光。
一般，在有机电致发光二极管(OLED，Organic Light-Emitting Diode)器件中，金属电极被普遍使用。而金属表面通常会产生表面等离子体(SP，Surface Plasmon)。其中，SP是处于金属表面电子横向(垂直于金属表面)运动受到面的阻挡，造成表面附近的电子浓度出现梯度分布，从而形成的局限于金属表面的等离子体振荡。这种等离子体振荡在金属表面上形成的电子疏密波被定义为SP。SP的传播方向是：沿金属与有机界面方向，电场强度在垂直界面方向呈指数衰减。由于SP能与激子发生耦合，产生激子淬灭，导致电激发光(EL，Electro Luminescence)材料产生的光子无法射出器件以外，并以SP振荡局域化被金属吸收或以热量形式损失，这样，无疑大大降低了EL器件的外量子效率。
金属与EL材料界面发生的SP与激子耦合所导致的能量损耗能够大大降低EL器件的发光效率。特别是在小分子有机电致发光器件中，比如Alq3造成的能量损耗高达40％。图1显示了聚合物如MEH-PPV与小分子如Alq3有机电致发光器件中SP耦合造成能量损失随激子距阴极长度的变化曲线，如图1所示，在激子与阴极距离30纳米(nm)之前，SP耦合导致的能量损失急剧增加；在激子与阴极距离30nm之后，损耗有一个下降的过程。也就是说，对于OLED发光器件，特别是底发射器件，由于SP能与激子发生耦合，存在着相当大的光损耗。
发明内容
本发明提供一种有机电致发光器件制备方法及装置和有机电致发光器件，能够提高发光器件的发光效率。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种有机电致发光器件制备方法，包括：
调整周期性光栅结构的光栅周期，以使表面等离子体SP耦合出射的光波波长处于有机电致发光器件的发光峰预设范围内；
按照得到的光栅周期，在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构。
可选地，所述有机电致发光器件为底发射器件；所述在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构包括：
按照所述光栅周期，将金属阴极制备成周期光栅结构以形成所述周期性金属光栅结构；或者，
采用透明导电氧化物作为阴极，按照所述光栅周期将所述周期性金属光栅制备在透明导电氧化物沿背离出光方向的覆盖玻璃上。
可选地，所述有机电致发光器件为顶发射器件；所述在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构包括：
按照所述光栅周期，将金属阳极制备成周期光栅结构以形成所述周期性金属光栅结构；或者，
采用透明导电氧化物作为阳极，按照所述光栅周期将所述周期性金属光栅结构放置在透明导电氧化物沿背离出光方向。
可选地，在所述周期性金属光栅结构和所述透明导电氧化物两层之间采用透明绝缘物质隔开。
可选地，所述光栅周期与所述有机电致发光器件的出射光波长呈正比。
可选地，所述在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构包括：
由上至下，在薄膜晶体管TFT基板的钝化层PVX上对应的电激发光EL发光区域采用干刻或曝光显影方式制备所述周期性光栅结构；
在所述周期性光栅结构上以溅射方式沉积一层反射金属层，使其在EL发光区域能够复制其下方的周期性光栅结构；
在反射金属层之上以等离子气相沉积PCVD技术沉积一层绝缘层；
在绝缘层上以溅射方式沉积透明导电氧化物作为阳极，在透明导电氧化物之上以蒸镀方式沉积EL发光层；
在EL发光层之上以热蒸发方式制备透明金属阴极。
本申请还提供了一种有机电致发光器件，包括：
呈现周期性金属光栅结构的金属阴极；
或者，采用透明导电氧化物形成的阴极，在透明导电氧化物上方的覆盖玻璃上的周期性金属光栅结构；
或者，呈现周期性金属光栅结构的金属阳极；
或者，采用透明导电氧化物形成的阳极，放置在透明导电氧化物下方的周期性金属光栅结构。
可选地，在所述周期性金属光栅结构和所述透明导电氧化物两层之间采用透明绝缘物质隔开。
可选地，所述透明绝缘物质为透明绝缘无机膜。
可选地，所述周期性光栅结构的光栅周期与所述有机电致发光器件的出射光波长呈正比。
可选地，当所述有机电致发光器件包括：呈现周期性金属光栅结构的金属阴极；或者，采用透明导电氧化物形成的阴极，在透明导电氧化物沿背离出光方向的覆盖玻璃上的周期性金属光栅结构时，
所述有机电致发光器件为底发射器件。
可选地，当所述有机电致发光器件包括：呈现周期性金属光栅结构的金属阳极；或者，采用透明导电氧化物形成的阳极，放置在透明导电氧化物沿背离出光方向的周期性金属光栅结构时，
所述有机电致发光器件为顶发射器件。
可选地，所述有机电致发光器件为有机电致发光二极管OLED。
与现有技术相比，本发明制备方法包括：调整周期性光栅结构的光栅周期，以使SP耦合出射的光波波长处于有机电致发光器件的发光峰预设范围内；按照得到的光栅周期，在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构。通过在发光器件如OLED器件中设置周期性光栅结构，使得光波与SP耦合，实现了将在金属电极界面损失的光子能量通过SPP的调控重新取回，增加了发光器件如OLED器件的光输出，从而提高了发光器件如OLED器件的发光效率。
进一步地，对于顶发射器件，当采用透明导电氧化物作为阳极，周期性金属光栅结构放置透明导电氧化物下方，此时，周期性金属光栅结构和透明导电氧化物两层之间采用透明绝缘物质隔开。这样，对于顶发射器件，一方面，采用透明氧化物作为阳极有效提高了空穴注入能力；另一方面，周期性金属光栅结构和透明导电氧化物两层之间采用绝缘透明膜隔开，通过调控该绝缘透明膜的介电常数方便实现了调控耦合发射的光波段，而且，阻止了金属中电子对透明电极的扩散。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为相关技术中有机电致发光器件中SP耦合造成能量损失随激子距阴极长度的变化曲线；
图2为本发明有机电致发光器件制备方法的分析参考图；
图3为本发明有机电致发光器件制备方法的流程图；
图4为本发明有机电致发光器件制备方法的第一实施例的示意图；
图5为本发明有机电致发光器件制备方法的第二实施例的示意图；
图6为本发明有机电致发光器件制备方法的第三实施例的示意图；
图7为本发明有机电致发光器件制备方法的第四实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
通过表面等离子体极化(SPP，Surface Plasmon Polaritons)即当金属表面的自由电子和与其共振频率相同的光波照射下发生振荡时，可将金属表面耦合的光子重新发射出去。但是，通常情况下，光波色散直线处于表面等离子体色散曲线的左侧，如图2所示。本申请发明人发现，若使光子与表面等离子体子发生能量耦合，则表面等离子体色散曲线和光波色散直线必须有交点。为了使内部SP与外部的光波发生耦合，可以采用改变光波色散直线与SP色散曲线的相对位置，使光波色散直线向右移动，或使SP色散曲线向左移，使二者有相交点，从而可产生共振。只有SP与光波发生共振情况下才能形成辐射态即转变为光；反过来，光才能转变成SP的能量。这样就能在EL电致发光器件中实现SP与光波耦合，将SP与激子耦合损失的能量取回并再转换为光能释放。
通过上述分析，本申请发明人认为，如果在有机电致发光器件如OLED器件中引入周期性光栅结构如周期性布拉格衍射光栅结构，会使得SP与光波耦合发光。这是因为，在有机电致发光器件相应位置引入光栅结构后，SP色散曲线就会向左发生平移，这时光波色散直线与SP色散曲线就产生了交点。从而使得表面等离子体与光波发生耦合以出射光波。耦合方程为：
公式(1)中，Klight表示出射光波的波矢量，λ表示出射光波长，θ表示测量的角度，Λ表示光栅周期，m表示级数，通常只考虑m为1的情况。Ksp表示表面等离子体的波矢量，Ksp的表达式如公式(2)所示：
公式(2)中，ε1和ε2分别表示金属和介质的介电常数。
将公式(2)代入公式(1)可以得到如下的公式(3)：
从公式(3)可以看出：光栅周期Λ与出射光波长λ呈正比，也就是说，本申请发明人提出：可以通过改变光栅周期，使得SP耦合出射的光波波长正好处于有机电致发光器件如OLED器件的发光峰附近，从而实现增加有机电致发光器件如OLED器件的光输出。
基于以上本申请发明人的分析，本申请提出一种如图3所示的有机电致发光器件制备方法，如图3所示，包括：
步骤300：调整周期性光栅结构的光栅周期，以使SP耦合出射的光波波长处于有机电致发光器件的发光峰预设范围内。
有机电致发光器件按照光从器件出射方向的不同，可以分为两种结构：一种是底发射型器件，另一种是顶发射型器件。
本步骤中，光栅周期可以通过工艺调整。以顶发射器件为例，可以通过改变金属反射阳极的掩膜(mask)对应的光栅图样(pattern)周期来调整光栅周期。比如有机电致发光器件的发光峰值为800nm，可通过公式(3)调整对应的光栅周期，从而使得耦合的出射波长达到800nm左右。
本步骤中的发光器件的发光峰预设范围内可以是有机电致发光器件的发光峰附近，比如：500nm-800nm。
以金属和介电质分别为Ag和SiO2为例，Ag的相对介电常数在低频下小于10，假设Ag的相对介电常数选为8；SiO2的相对介电常数取为3.9，代入公式(3)，则得到器件发光峰值为800nm时所对应的光栅周期为494nm。
步骤301：按照得到的光栅周期，在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构。
可选地，
对于底发射器件，本步骤可以包括：
按照得到的光栅周期，直接将金属阴极制备成周期光栅结构以形成周期性金属光栅结构，如通过模板实现；或者，
采用透明导电氧化物作为阴极，按照得到的光栅周期，周期性金属光栅制备在透明导电氧化物上方即沿背离出光方向的覆盖玻璃(cover glass)上。
对于顶发射器件，本步骤可以包括：
按照得到的光栅周期，直接将金属阳极制备成周期光栅结构以形成周期性金属光栅结构，如通过模板实现；或者，
采用透明导电氧化物作为阳极，按照得到的光栅周期，周期性金属光栅结构放置在透明导电氧化物下方即沿背离出光方向。
可选地，
周期性金属光栅结构与透明导电氧化物之间可以采用透明绝缘物质如透明绝缘无机膜等隔开。这样，对于顶发射器件，一方面，采用透明氧化物作为阳极有效提高了空穴注入能力；另一方面，周期性金属光栅结构和透明导电氧化物两层之间采用绝缘透明膜隔开，通过调控该绝缘透明膜的介电常数方便实现了调控耦合发射的光波段，而且，阻止了金属中电子对透明电极的扩散。
本发明提供的技术方案，通过在有机电致发光器件如OLED器件中设置周期性光栅结构，使得光波与SP耦合，实现了将在金属电极界面损失的光子能量通过SPP的调控重新取回，增加了有机电致发光器件如OLED器件的光输出，从而提高了有机电致发光器件如OLED器件的发光效率。
下面结合具体实施例描述本发明的发光器件制备方法的详细实现。
图4为本发明有机电致发光器件制备方法的第一实施例的示意图，第一实施例以顶发射器件为例，如图4所示，由上至下，在薄膜晶体管(TFT)基板的钝化层(PVX)41上对应的EL发光区域(如图中粗黑箭头所示区域)采用如干刻、曝光显影等方式制备周期性光栅结构42，再在周期性光栅结构42上面以如溅射方式沉积一层反射金属层43，使其在EL发光区域能够复制其下方的周期性光栅结构，从而获得SPP极化功能；然后在反射金属层43之上以等离子气相沉积(PCVD)技术沉积一层绝缘层44，绝缘层44可以采用透明绝缘膜隔开；再在绝缘层44上面以如溅射方式沉积ITO阳极45，阳极采用透明导电氧化物，在ITO阳极45之上以蒸镀方式沉积EL发光层46；最后在EL发光层46之上以如热蒸发方式制备透明金属阴极47。
其中，反射金属层43可以采用但不限于锌(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等金属材料。
其中，透明导电氧化物可以采用但不限于铟锡氧化物(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)等材料。
对于顶发射器件，阳极与反射金属层之间可以采用透明绝缘物质如透明绝缘无机膜隔开，一方面，采用透明氧化物作为阳极有效提高了空穴注入能力；另一方面，周期性金属光栅结构和透明导电氧化物两层之间采用透明绝缘无机膜隔开，通过调控该绝缘透明膜的介电常数方便实现了调控耦合发射的光波段，而且，阻止了金属中电子对透明电极的扩散。
图5为本发明有机电致发光器件制备方法的第二实施例的示意图，第二实施例仍以顶发射器件为例，如图5所示，在TFT基板的PVX层51上对应的EL发光区域采用如干刻、曝光显影等方式制备周期性光栅结构52，再在周期性光栅结构52上面沉积一层反射金属层53作为反射阳极，使反射金属层53在EL发光区域能够复制其下方的周期性光栅结构，从而获得SPP极化功能；在反射金属层53之上沉积EL发光层54；最后在EL发光层54之上制备透明金属阴极55。
其中，反射金属层53可以采用但不限于锌(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等金属材料。
图6为本发明有机电致发光器件制备方法的第三实施例的示意图，第三实施例以底发射器件为例，具体制备过程与图4所述的顶发射器件相似，对于本领域技术人员来讲，基于本发明图4所述的制备过程是容易实现的，这里不再赘述。如图6所示，用ITO作为透明阴极，在Cover glass的EL发光区域制备周期性金属光栅结构，透明阴极与周期性金属光栅结构之间可以采用透明绝缘无机膜隔开。
图7为本发明有机电致发光器件制备方法的第四实施例的示意图，第四实施例以底发射器件为例，具体制备过程与图5所述的顶发射器件相似，对于本领域技术人员来讲，基于本发明图5所述的制备过程是容易实现的，这里不再赘述。如图7所示，直接将EL发光层的金属阴极制备成周期性光栅结构。
需要说明的是，上述实施例中的周期性光栅结构仅仅是一个示例，并不用于限定本申请的周期性光栅结构的实现形式。比如，本申请的周期性光栅结构还可以是半圆形的等，只要是满足周期性条件即可。可以是如上述实施例中的凸出的结构，也可以是凹陷的周期性结构。
本发明还提供一种有机电致发光器件，包括有：
呈现周期性金属光栅结构的金属阴极；
或者，采用透明导电氧化物形成的阴极，在透明导电氧化物上方的覆盖玻璃(cover glass)上的周期性金属光栅结构；
或者，呈现周期性金属光栅结构的金属阳极；
或者，采用透明导电氧化物形成的阳极，放置在透明导电氧化物下方的周期性金属光栅结构。
可选地，
周期性金属光栅结构与透明导电氧化物之间可以采用透明绝缘物质如透明绝缘无机膜等隔开。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述任一项的有机电致发光器件制备方法。
本发明还提供一种用于实现发光器件制备方法的装置，至少包括存储器和处理器，其中，
存储器中存储有以下可执行指令：调整周期性光栅结构的光栅周期，以使SP耦合出射的光波波长处于有机电致发光器件的发光峰预设范围内；按照得到的光栅周期，在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构。
以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种有机电致发光器件制备方法，其特征在于，包括：
调整周期性光栅结构的光栅周期，以使表面等离子体SP耦合出射的光波波长处于有机电致发光器件的发光峰预设范围内；
按照得到的光栅周期，在有机电致发光器件中设置周期性光栅结构，包括：
在薄膜晶体管TFT基板的钝化层PVX上对应的电激发光EL发光区域采用干刻或曝光显影方式制备所述周期性光栅结构；
在所述周期性光栅结构上以溅射方式沉积一层反射金属层，使其在EL发光区域能够复制其下方的周期性光栅结构；
在反射金属层之上以等离子气相沉积PCVD技术沉积一层绝缘层；
在绝缘层上以溅射方式沉积透明导电氧化物作为阳极，在透明导电氧化物之上以蒸镀方式沉积EL发光层；
在EL发光层之上以热蒸发方式制备透明金属阴极。
2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件制备方法，其特征在于，在所述周期性金属光栅结构和所述透明导电氧化物两层之间采用透明绝缘物质隔开。
3.根据权利要求1所述的有机电致发光器件制备方法，其特征在于，所述光栅周期与所述有机电致发光器件的出射光波长呈正比。
4.一种采用权利要求1所述有机电致发光器件制备方法制备的有机电致发光器件，其特征在于，包括：
采用透明导电氧化物形成的阳极，放置在透明导电氧化物下方的周期性金属光栅结构。
5.根据权利要求4所述的有机电致发光器件，其特征在于，在所述周期性金属光栅结构和所述透明导电氧化物两层之间采用透明绝缘物质隔开。
6.根据权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述透明绝缘物质为透明绝缘无机膜。
7.根据权利要求4、5或6所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述周期性光栅结构的光栅周期与所述有机电致发光器件的出射光波长呈正比。
8.根据权利要求要求4所述的有机电致发光器件，其特征在于，当所述有机电致发光器件包括：采用透明导电氧化物形成的阳极，放置在透明导电氧化物沿背离出光方向的周期性金属光栅结构时，
所述有机电致发光器件为顶发射器件。
9.根据权利要求要求4所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件为有机电致发光二极管OLED。
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