CN109378401A - 一种有机电致发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种有机电致发光器件一种有机电致发光器件及其制备方法，包括OLED器件、衬底和菲涅耳透镜，在衬底上设置有透明导电电极，OLED器件设置在衬底的一侧，菲涅耳透镜设置在衬底的另一侧。本发明光耦合结构有助于OLED器件产生的光耦合输出至器件外部，且有聚焦作用；可广泛应用于有机电致发光器件的照明领域，通过这一光耦合结构，可以有效的提升器件的光耦合输出，从而增加器件的外量子效率，有利于提升光子的利用率，更有利于节能。同时，由于该结构不改变各波长段的光的比例，因此也不会改变光的颜色。

Description

一种有机电致发光器件及其制备方法

技术领域

本发明属于有机电致发光器件技术领域，具体涉及一种有机电致发光器件结构及其制备方法。

背景技术

有机电致发光器件以其面发光、高显色指数、全光谱发光、易于柔性化等优势，在照明和显示领域具有巨大的应用前景。有机电致发光器件光耦合输出效率低是限制器件性能提升的瓶颈问题。折射率失配是限制有机电致发光器件光耦合输出效率的主要原因。以基于ITO玻璃为衬底的有机电致发光器件为例，通常有机薄膜和ITO导电膜的折射率较高，为1.7左右，玻璃的折射率为1.5左右，而空气的折射率为1。根据全反射定律可知，在ITO和玻璃界面以及玻璃和空气界面，分别存在一个临界角，当出射光的角度大于此临界角时，光子不能出射该界面。而在有机电致发光器件的发光层产生的光由于其出射方向是随机的，因此会有部分光被限制在ITO和有机层中，称为波导模式，还有部分光被限制在玻璃衬底中，称为衬底模式，仅少部分光会出射到空气中，称为外部模式。根据几何光学理论估计，对于一个未加任何耦合结构的有机电致发光器件器件，其光耦合输出效率只有20％左右。

针对这一问题，学术界和产业界提出了多种技术解决方案，总体上可分为三类。第一类是外散射技术，即通过喷砂或者化学蚀刻的方法使衬底出光界面粗糙化。这种技术的优点在于工艺简单便于和产业规模化生产相匹配，缺点在于其对光耦合输出效率提升的效果有限，仅约1.2倍。第二类是普林斯顿大学Forrest团队提出的微透镜阵列技术。这种技术的优点在于光耦合效率提升显著，可以达到约1.4倍，缺点在于微透镜阵列加工精度要求高，技术难度较大，在实际器件应用，特别是大面积照明器件应用中挑战很大。第三类是采用半球透镜耦合技术。这种技术的优势在于光耦合效率增强显著，可以达到1.6倍，缺点在于半球透镜技术不利于有机电致发光器件器件的小型化和集成化。因此，工艺简单、集成度高并且光耦合效率增强显著的光耦合增强技术仍然是有机电致发光器件产业亟需解决的瓶颈问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，针对光耦合结构的工艺复杂度、器件集成度以及光耦输出效率等性能方面实现均衡的提升。本发明提供了一种有机电致发光器件及其制备方法，在衬底的衬底/空气界面一侧引入菲涅尔透镜结构，增强菲涅尔透镜结构的光耦合输出效率，同时实现对出射光场随角度能量分布的调控，进而提高有机电致发光器件的电流效率。

本发明采用以下技术方案：

一种有机电致发光器件，从上至下依次包括表面具有结构的基片、透明阳极、有机功能层和阴极，在基片接触空气一侧的表面设置有菲涅尔透镜结构或多个菲涅尔透镜结构阵列。

具体的，基片为玻璃或者柔性基片，柔性基片为聚酯或聚酞亚胺类化合物。

具体的，透明阳极采用无机材料或有机导电聚合物制成。

进一步的，无机材料为氧化铟锡、氧化锌或氧化锡中的一种，或者为金、铜、银或锌中的一种。

进一步的，有机导电聚合物为聚噻吩、聚乙烯苯磺酸钠或聚苯胺中的一种。

具体的，有机功能层由有机物薄膜堆叠形成，厚度为60～200nm，能够发射单色光或白光。

具体的，阴极的厚度为80～120nm，包括金属或复合电极，金属为金、银、钙、镁银合金和铝；复合电极为氟化锂与金属银或铝的复合电极。

具体的，菲涅尔透镜结构包括一个，菲涅耳透镜结构的纹距为0.01～0.2mm，焦距为16～50mm。

一种有机电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

S1、在辊筒或者平板表面加工阴模结构；

S2、利用步骤S1中加工好的辊筒或者平板，在基片上压制菲涅尔透镜结构齿；

S3、将步骤S2制得的菲涅尔透镜结构基片进行后处理定型；

S4、利用乙醇、丙酮超声和去离子水超声法对基片进行清洗并烘干；

S5、在基片上无菲涅尔透镜结构的一侧制备透明导电薄膜作为透明阳极；

S6、将步骤S5制备好的基片放入真空腔室内，控制速率1～10nm/s，通过真空热蒸镀法依次制备有机功能层；

S7、保持步骤S6真空腔内的压力不变，在有机功能层上蒸镀金属、或者氟化物与金属复合层作为器件的阴极，得到有机电致发光器件。

具体的，步骤S5中，透明阳极的方块电阻为5～30欧每方块。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种有机电致发光器件，在基片的一侧设置平面型的菲涅耳透镜，相比于半球透镜耦合，菲涅耳透镜是平面透镜，易于和平面光源集成，大大节省了空间，有利于平面化；相比于微透镜阵列等微纳结构，其制备工艺和成本大大降低，且具有聚焦效果，可以有效调控光源的光场-角度分布，提高正向出光占比；同时，该结构可以有效的提升OELD的光耦合输出，提升效果可达到两倍左右，菲涅尔透镜结构的特征尺寸远大于可见光波长，色散小，不会引起器件发射光谱的显著变化，在白光照明器件中具有巨大的应用潜力。

进一步的，本发明所使用的基片可以是玻璃或柔性基片，玻璃的优势在于透明性好，制备工艺成熟，工艺兼容性好，玻璃衬底折射率在1.6～2.0范围内。相比于折射率在1.5左右的普通玻璃衬底，高折射率衬底可以降低衬底和有机层、ITO透明电极的折射率差，增强有机电致发光二极管的光提取。

进一步的，本发明所采用的菲涅耳透镜的纹距的优化值在0.01～0.2mm，焦距的优化值在16～50mm，有助于将有机电致发光器件器件产生的光耦合输出至器件外部，从而增加器件的外量子效率，显著降低器件功耗。

进一步的，本发明所采用的透明电极采用无机材料或有机导电聚合物制成。制备工艺成熟、性质稳定，成本低廉、耐弯折性能好。

本发明还公开了一种有机电致发光器件的制备方法，采用低精度压印技术实现高光耦合输出效率从而降低有机电致发光器件高效光耦合结构的制备成本和加工效率，可以实现更好的载流子平衡，从而达到提升器件效率，改善器件稳定性的目的。

综上所述，本发明有机电致发光器件可有效提升器件的光耦合输出，从而增加器件的外量子效率，有利于提升光子的利用率，更有利于节能。同时，由于该结构不改变各波长段的光的比例，因此也不会改变光的颜色。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明电致发光器件结构示意图；

图2为本发明电致发光器件与常规电致发光器件的性能对比，其中，(a)为亮度随电流密度变化特性，(b)为电流效率随电流密度变化特性，(c)为电流密度随电压的变化特性，(d)为电流为1mA/cm²时器件的电致发光光谱，(e)为器件发光随观察角度变化其发射强度的变化曲线。

其中：1.基片；2.透明阳极；3.有机功能层；4.阴极。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了一种有机电致发光器件光耦合输出结构，从下至上依次包括表面具有结构的基片1、透明阳极2、有机功能层3和阴极4，在基片1接触空气一侧的表面设置有一个菲涅尔透镜结构或多个菲涅尔透镜结构阵列，菲涅尔透镜结构通过压印方式直接制备在基片1上，ITO或者金属纳米线透明阳极2制备在基片1无结构的一侧，有机功能层3通过热蒸镀的方式逐层制备在透明阳极2上，然后通过真空热蒸发法方式沉积金属阴极4。

基片1为折射率1.4～2.0的玻璃或柔性基片，柔性基片为聚酯或聚酞亚胺类化合物。

菲涅耳透镜结构的纹距为0.01mm～0.2mm，焦距16～50mm。

透明阳极2采用无机材料或有机导电聚合物制成，无机材料为氧化铟锡、氧化锌或氧化锡中的一种，或者为金、铜、银或锌中的一种；有机导电聚合物为聚噻吩、聚乙烯苯磺酸钠或聚苯胺中的一种。

有机功能层3的厚度为60～200nm，由有机物薄膜堆叠形成，可以为荧光、磷光或延迟荧光材料中的一种或者多种的组合，发射光谱在可见光范围内，能够发射单色光或白光。

阴极4的厚度为80～120nm，包括金属或复合电极，金属为金、银、钙、镁银合金和铝；复合电极为氟化锂与金属银或铝的复合电极。

一种有机电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

S1、在辊筒或者平板表面，通过刀具雕刻或者激光烧蚀的方法加工出阴模结构；

S2、利用步骤S1中加工好的辊筒或者平板，在基底上压制出菲涅尔透镜结构齿；

S3、将步骤S2制得的菲涅尔透镜基片进行后处理定型；

S4、利用乙醇、丙酮超声和去离子水超声的方法对基片进行清洗，清洗后烘干；

S5、在基片上无菲涅尔透镜结构一层，制备透明导电薄膜作为透明阳极，透明阳极的方块电阻为5～30欧每方块；

S6、将步骤S5制备好的基片传送到真空腔室里，控制速率1～10nm/s，通过真空热蒸镀方法依次制备有机功能层；

S7、保持步骤S6的真空腔内压力不变，在有机功能层上蒸镀金属、或者氟化物与金属复合层作为器件的阴极，得到有机电致发光器件。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种绿色有机电致发光器件，采用刻刀方法在玻璃平板表面雕刻菲涅尔透镜阴模，在PET衬底上通过热压法制备焦距为16毫米，纹距为0.1毫米的菲涅尔透镜。在PET衬底上通过电子束蒸发方法制备氧化铟锡透明导电薄膜。

通过真空热蒸镀方法依次制备有机功能层：40纳米厚4，4′，4′-Tris[2-萘基(苯基)氨基]三苯胺为空穴注入层，20纳米厚N,N'-二苯基-N,N'-二(2-萘基)-1，1’-联苯-4，4'-二胺为空穴传输层，20纳米厚8-羟基喹啉铝掺杂10-(2-苯并噻唑基)-2-，3，6-，7-四氢-1,7-，7-四甲基-1H，5H，11H-(1)苯并吡喃吡喃(6，7-8-Ⅰ，J)喹啉嗪-11-1为发光层(掺杂体积比为1:0.03)，40纳米厚8-羟基喹啉铝为电子传输层。

然后在不间断真空情况下真空热蒸发制备100纳米的铝作为阴极。

为了对比说明本发明所述的菲涅尔透镜光耦合结构有机电致发光器件(标记为：有光耦合结构OLED)的性能优势，在无菲涅尔透镜结构的PET衬底上制备了同样结构的有机电致发光器件(标记为：无光耦合结构OLED)。两种器件性能的对比如图2所示。其中，图2(a)的两条曲线分别为加光耦合结构和不加光耦合结构的器件性能对比；图2(b)的两条曲线分别为加光耦合结构和不加光耦合结构的器件性能对比，图2(c)的两条曲线分别为加光耦合结构和不加光耦合结构的器件性能对比，图2(d)的两条曲线分别为加光耦合结构和不加光耦合结构的器件性能对比，图2(e)中三条曲线对应的分别为：朗伯辐射体的标准曲线、不加光耦合结构的器件、加光耦合结构的器件。从结果对比来看，有菲涅耳透镜的结果相比于普通的有机电致发光器件器件，其亮度、电流效率均有显著提升，提升倍数在1.5倍以上且菲涅尔透镜具有聚焦作用。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机电致发光器件，其特征在于，从上至下依次包括表面具有结构的基片(1)、透明阳极(2)、有机功能层(3)和阴极(4)，在基片(1)接触空气一侧的表面设置有菲涅尔透镜结构或多个菲涅尔透镜结构阵列。

2.根据权利要求1所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，基片(1)为玻璃或者柔性基片，柔性基片为聚酯或聚酞亚胺类化合物。

3.根据权利要求1所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，透明阳极(2)采用无机材料或有机导电聚合物制成。

4.根据权利要求3所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，无机材料为氧化铟锡、氧化锌或氧化锡中的一种，或者为金、铜、银或锌中的一种。

5.根据权利要求3所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，有机导电聚合物为聚噻吩、聚乙烯苯磺酸钠或聚苯胺中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，有机功能层(3)由有机物薄膜堆叠形成，厚度为60～200nm，能够发射单色光或白光。

7.根据权利要求1所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，阴极(4)的厚度为80～120nm，包括金属或复合电极，金属为金、银、钙、镁银合金和铝；复合电极为氟化锂与金属银或铝的复合电极。

8.根据权利要求1所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，菲涅尔透镜结构包括一个，菲涅耳透镜结构的纹距为0.01～0.2mm，焦距为16～50mm。

9.一种制备如权利要求1至8中任一项所述有机电致发光器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在辊筒或者平板表面加工阴模结构；

S2、利用步骤S1中加工好的辊筒或者平板，在基片上压制菲涅尔透镜结构齿；

S3、将步骤S2制得的菲涅尔透镜结构基片进行后处理定型；

S4、利用乙醇、丙酮超声和去离子水超声法对基片进行清洗并烘干；

S5、在基片上无菲涅尔透镜结构的一侧制备透明导电薄膜作为透明阳极；

S6、将步骤S5制备好的基片放入真空腔室内，控制速率1～10nm/s，通过真空热蒸镀法依次制备有机功能层；

S7、保持步骤S6真空腔内的压力不变，在有机功能层上蒸镀金属、或者氟化物与金属复合层作为器件的阴极，得到有机电致发光器件。

10.根据权利要求9所述的一种有机电致发光器件，其特征在于，步骤S5中，透明阳极的方块电阻为5～30欧每方块。