CN107946473A

CN107946473A - 一种波长可调制的电致发光器件

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Publication number: CN107946473A
Application number: CN201711143631.9A
Authority: CN
Inventors: 孟彦龙; 王玲莉; 金国君
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2018-04-20
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: CN107946473B

Abstract

一种波长可调制的电致发光器件，其特征在于包括了由M1、I1、S1、M2构成的电压调制单元A1与电致发光器件A2，发光器件A2开启状态下，通过调节调制单元A1两端电压，实现对电致发光器件A2发射波长的调节。本发明通过调节电压调制单元A1两端电压实现对该单元反射相移的调节，反射相移的变化导致电致发光器件A2发射波长的变化，从而实现对发光器件发射波长的调制。本发明仅需调节调制器层两端电压就可实现对发光器件出射光谱的调制，达到对固定结构下发光器件发射波长调制的目的，并且该结构简单，调制速度快，有利于显示器件集成以及高速光调制器应用。

Description

一种波长可调制的电致发光器件

技术领域

本发明属于电致发光领域，具体涉及具有微腔效应的有机电致发光器件和LED器件。

背景技术

有机电致发光显示( OLED )技术作为业界公认的最有可能替代液晶的新一代显示技术，与传统的阴极射线显示器( CRT)、液晶显示( LCD)、等离子体显示( PDP)以及无机半导体（LED）显示相比具有很多优点：(1) 工艺相对简单，使用原材料少，成本较低，可以通过喷墨打印等方法制备大面积、柔性显示；(2)具有低压驱动(低于10 V)和低功耗特性，且重量较轻，易于应用在便携式显示终端上；有机电致发光器件受到越来越多的学界和产业界的关注。

常见的有机电致发光器件是生长在玻璃衬底上的ITO作为阳极的器件，这种器件光从ITO/玻璃衬底一侧出射，通常称为底发射器件。顶发射有机电致发光器件（TEOLED）是将像素驱动电路制作在有机发光器件下方，这解决了底发射器件像素驱动电路和显示发光面积相互竞争的问题，提高了显示器件的开口率。同时在一些特殊的基底上，诸如硅基OLED微显示器件，受限于基底的不透光性，只能采用顶发射的结构。因此制作高效稳定的顶发射有机电致发光器件具有重要的意义。

在顶发射器件的研究中，因为顶发射器件多采用金属作为两端电极。两端金属电极与有机层构成的微腔对器件的出射波长具有一定的影响甚至决定性作用。因此，顶发射器件可以通过改变发光材料来调节波长，也可通过改变微腔腔长来调节波长。但是一旦器件结构固定之后，对于单个器件就无法再改变出射波长。

根据半导体器件中载流子连续方程及泊松方程，MIS结构半导体器件中表面层电子和空穴浓度与表面势的关系如下：

(1)

(2)

这也表明表面电子浓度会随着负载电压的调节而改变。

根据Drude Model模型，介电常数为：

(3)

由，知

(4)

复折射率，或者写为

(5)

(6)

由上面的关系式可以的得到，改变电压可以影响材料的介电常数进而实现对界面薄层材料折射率的调节。对于两层材料界面上的反射相移

(7)

式中，是与金属相邻的有机材料的折射率系数，是光从有机物入射到等效层中的角度。它也是受两层材料折射率影响的一个参量。对于微腔结构中，谐振波长为：

(8)

由此可见通过调节电压可以实现对发射相移，进而对谐振波长的调节。

本发明基于上述考虑设计一种可利用电压对微腔结构的电致发光器件波长进行调节的电压调至器件，这种器件具有结构简单，调制速度快等优点，十分适用于高速光调制器以及集成显示器件。

发明内容

本发明的目的是提供基于电压调制的电致发光器件，通过该结构能够实现电压对发光光谱的快速调制。

一种波长可调制的电致发光器件，其特征在于包括了电压调制单元A1与电致发光器件A2，发光器件A2开启状态下，通过调节电压调制单元A1两端电压，实现对发光器件A2发射波长的调节。

作为上述结构器件的进一步实施方式，所述的一种波长可调制的电致发光器件，其特征在于：调制结构A1由M1、S1、I1、M2构成，且对发光器件A2发射的光具有反射特性。

作为上述结构器件的进一步实施方式，调制结构A1两端电极M1、M2为Ag、Sm、Yb、Au、Cu、Fe、Ni、Al、Ba/Ag、Ca/Ag、Cs/Ag、Li/Ag、Mg/Ag、Sm/Ag、Yb/Ag、Al/Au、Ba/Au、Ca/Au、Cs/Au、Li/Au、Mg/Au、Sm/Au、Yb/Au、Al/ITO、Ba/ITO、Ca/ITO、Cs/ITO、Li/ITO、Mg/ITO、Sm/ITO、Yb/ITO、Al/IZO、Ba/IZO、Ca/IZO、Cs/IZO、Li/IZO、Mg/IZO、Sm/IZO、Yb/IZO、Al：Ba、Al：Cs、Al：Li、Al：Mg、Al：Sm、Al：Yb、Ag：Ba、Ag：Cs、Ag：Li、Ag：Mg、Ag：Sm、Ag：Yb、ITO、IZO、石墨烯中的一种或多种构成的复合结构。

作为上述结构器件的进一步实施方式，调制结构A1端电极M1厚度不低于10nm。

作为上述结构器件的进一步实施方式，调制结构A1端电极M2厚度在10nm~100nm之间。

作为上述结构器件的进一步实施方式，所述的一种波长可调制的电致发光器件，其特征在于调制结构A1中两端电极M1、M2为连续的薄膜结构或能够独立加载电压的栅状薄膜结构。

作为上述结构器件的进一步实施方式，调制结构A1中I1为SiO₂、MgO、Al₂O₃、ZrO、CaO₂、ZrSiO₄、HfSiO₄、HfO₂、SiC、SiN、ZnS、AlN、AlGaN 、GaN中的一种，其厚度为1～100nm。

作为上述结构器件的进一步实施方式，调制结构A1中S1为ITO、TiN、ZrN、 IGZO、InP、GaN、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaP 、InAs、InSb、PbS、InGaAs、Al：ZnO、Ga：ZnO中的一种，其厚度为1～100nm。

作为上述结构器件的进一步实施方式，调制器件A1表面针对300nm~800nm波长光的平均反射率不低于30%。

作为上述结构器件的进一步实施方式，发光器件A2由电极M2，O1，O2，……On-1，On构成的发光功能层和电极M3构成。

作为上述结构器件的进一步实施方式，发光器件A2和调制器件A1具有共同的电极M2。

作为上述结构器件的进一步实施方式，发光器件A2顶端光出射端面的电极M3为Ag、Sm、Yb、Au、Cu、Fe、Ni、Al、Ba/Ag、 Ca/Ag、Cs/Ag、Li/Ag、Mg/Ag、Sm/Ag、Yb/Ag、Al/Au、Ba/Au、Ca/Au、Cs/Au、 Li/Au、Mg/Au、Sm/Au、Yb/Au、Al/ITO、Ba/ITO、Ca/ITO、Cs/ITO、Li/ITO、Mg/ITO、Sm/ITO、Yb/ITO、Al/IZO、Ba/IZO、Ca/IZO、Cs/IZO、Li/IZO、Mg/IZO、Sm/IZO、Yb/IZO、Al：Ba、Al：Cs、Al：Li、 Al：Mg、Al：Sm、Al：Yb、Ag：Ba、Ag：Cs、Ag：Li、Ag：Mg、Ag：Sm、 Ag：Yb、ITO、IZO、石墨烯中的一种或多种构成的复合结构，且厚度不大于100nm。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明提出的光谱可调顶发射有机电致发光器件，克服了以往需要通过制备工艺复杂的发光材料来调谐波长。本发明制备的基于电压调制的可调控顶发射电致发光器件具有高亮度、高显色指数、工序少、工艺简单的优点。本发明仅需改变电压就可实现相移调节发光光谱，实现光谱可调的顶发射电致发光器件。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施案例并结合附图，对本发明作进一步

图1：可电压调制的电致发光器件结构图示；

图2：实施例1结构示意图；

图3：实施例2结构示意图；

图4：在不同电压下反射相移变化的曲线图；

图5：不同电压下波长450nm光的反射相移变化曲线；

具体实施方式说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本发明将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。

实施例1：

如图2所示，本发明的一种波长可调制的电致发光器件由A1和A2两个单元构成，A1为电压调制单元，由金属电极M1，半导体材料S1，电介质材料I1，金属电极M2构成。M1、M2是连续电极薄膜材料。M1为Au薄膜，厚度为40nm；半导体材料S1为TiN薄膜，厚度为10nm；I1层为SiO₂薄膜，厚度为8nm；M2层为10nm厚的Au薄膜。调制器件A1表面针对300nm~800nm波长光的平均反射率为60%。 A2为顶发射型有机电致发光器件，底电极为电压调制单元的共电极M2，O1为电极修饰层，由2nm的Ag2O构成，O2为空穴注入层，由22.5nm的m-MTDATA构成；O3为电子阻挡层，由5nm的NPB薄膜构成；O4为发光层，由由15nmDPVBi构成；O5为电子传输层，由35nmAlq3构成；O6为电子注入层，由1nm/1nm的LiF/Al构成；M3半透明金属电极，由20nm的Ag构成。

电压调制单元A1与发光器件A2的共电极M2接地，金属电极M3加载负电压。当发光器件A2之间压差超过2V时器件开启。受发光器件A2两端电极反射相移以及腔体厚度影响，出射波长为450nm。在电压调制单元A1的底端电极M1加载负电压，电压调制范围从1V到3V，电压调制单元的反射相移产生变化。

图4展示了不同电压下的反射相移变化曲线。谐振波长450nm附近，反射相移降低，由此产生的谐振波长红移。图5为450nm波长反射相移随电压变化的曲线，根据公式8可知谐振波长向长波移动，实现发光光谱的调节。

实施例2：

如图3所示，本发明的一种波长可调制的电致发光器件由A1和A2两个单元构成，A1为电压调制单元，由栅状金属电极M1，半导体材料S1，电介质材料I1，金属电极M2构成。M2是连续电极薄膜材料。栅状电极M1为厚40nm，宽500nm的Au电极，每个Au栅电极间隔1um，可以独立的加载电压。半导体材料S1为TiN薄膜，厚度为10nm；I1层为SiO₂薄膜，厚度为8nm；M2层为10nm厚的Au薄膜。调制器件A1表面针对300nm~800nm波长光的平均反射率为60%。A2为顶发射型有机电致发光器件，底电极为电压调制单元的共电极M2，O1为电极修饰层，由2nm的Ag2O构成，O2为空穴注入层，由22.5nm的m-MTDATA构成；O3为电子阻挡层，由5nm的NPB薄膜构成；O4为发光层，由由15nmDPVBi构成；O5为电子传输层，由35nmAlq3构成；O6为电子注入层，由1nm/1nm的LiF/Al构成；M3半透明金属电极，由20nm的Ag构成。

电压调制单元A1与发光器件A2的共电极M2接地，金属电极M3加载负电压。当发光器件A2之间压差超过2V时器件开启。受发光器件A2两端电极反射相移以及腔体厚度影响，出射波长为450nm。在电压调制单元A1的底端栅状电极M1各个栅上加载不同的负电压，电压调制范围从1V到5V，不同栅压对应电压调制单元的反射相移产生变化。从而对于不同栅压对应的发光器件A2发射出波长的光谱，从而产生多波长的混光光谱，实现色彩的调节。

Claims

1.一种波长可调制的电致发光器件，其特征在于包括了电压调制单元（A1）与电致发光器件（A2）。发光器件（A2）开启状态下，通过调节调制结构（A1）两端电压，实现对发光器件（A2）发射波长的调节。

2.如权利要求1所述的一种波长可调制的电致发光器件，其特征在于：调制结构（A1）由M1、S1、I1、M2构成，且对发光器件A2发射的光具有反射特性。

3.如权利要求2所述的调制结构（A1）两端电极M1、M2为Ag、Sm、Yb、Au、Cu、Fe、Ni、Al、Ba/Ag、Ca/Ag、Cs/Ag、Li/Ag、Mg/Ag、Sm/Ag、Yb/Ag、Al/Au、Ba/Au、Ca/Au、Cs/Au、Li/Au、Mg/Au、Sm/Au、Yb/Au、Al/ITO、Ba/ITO、Ca/ITO、Cs/ITO、Li/ITO、Mg/ITO、Sm/ITO、Yb/ITO、Al/IZO、Ba/IZO、Ca/IZO、Cs/IZO、Li/IZO、Mg/IZO、Sm/IZO、Yb/IZO、Al：Ba、Al：Cs、Al：Li、Al：Mg、Al：Sm、Al：Yb、Ag：Ba、Ag：Cs、Ag：Li、Ag：Mg、Ag：Sm、Ag：Yb、ITO、IZO、石墨烯中的一种或多种构成的复合结构。

4.如权利要求2所述的调制结构（A1）端电极（M1）厚度不低于10nm。

5.如权利要求2所述的调制结构（A1）端电极（M2）厚度在10nm~100nm之间。

6.如权利要求2所述的一种波长可调制的电致发光器件，其特征在于调制结构（A1）中两端电极（M1）、（M2）为连续的薄膜结构或能够独立加载电压的栅状薄膜结构。

7.如权利要求2所述的调制结构（A1）中（I1）为SiO₂、MgO、Al₂O₃、ZrO、CaO₂、ZrSiO₄、HfSiO₄、HfO₂、SiC、SiN、ZnS、AlN、AlGaN 、GaN、La2O3中的一种，其厚度为1～100nm。

8.如权利要求2所述调制结构（A1）中（S1）为ITO、TiN、ZrN、 IGZO、InP、GaN、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaP 、InAs、InSb、PbS、InGaAs、Al：ZnO、Ga：ZnO中的一种，其厚度为1～100nm。

9.如权利要求2所述的调制器件（A1）表面针对300nm~800nm波长光的平均反射率不低于30%。

10.如权利要求1所述的发光器件（A2）由电极（M2），（O1），（O2），……（On-1），（On）构成的发光功能层和电极（M3）构成。

11.如权利要求1所述的发光器件（A2）和调制器件（A1）具有共同的电极（M2）。

12.如权利要求10所述的发光器件(A2)顶端光出射端面的电极(M3)为Ag、Sm、Yb、Au、Cu、Fe、Ni、Al、Ba/Ag、 Ca/Ag、Cs/Ag、Li/Ag、Mg/Ag、Sm/Ag、Yb/Ag、Al/Au、Ba/Au、Ca/Au、Cs/Au、 Li/Au、Mg/Au、Sm/Au、Yb/Au、Al/ITO、Ba/ITO、Ca/ITO、Cs/ITO、Li/ITO、Mg/ITO、Sm/ITO、Yb/ITO、Al/IZO、Ba/IZO、Ca/IZO、Cs/IZO、Li/IZO、Mg/IZO、Sm/IZO、Yb/IZO、 Al：Ba、Al：Cs、Al：Li、 Al：Mg、Al：Sm、Al：Yb、Ag：Ba、Ag：Cs、Ag：Li、Ag：Mg、Ag：Sm、 Ag：Yb、ITO、IZO、石墨烯中的一种或多种构成的复合结构，且厚度不大于100nm。