CN110534663B

CN110534663B - 一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管

Info

Publication number: CN110534663B
Application number: CN201910831941.2A
Authority: CN
Inventors: 周雷; 朱雨富; 周广宏; 林毅
Original assignee: Huaiyin Institute of Technology
Current assignee: Huaiyin Institute of Technology
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: CN110534663A

Abstract

本发明公开了一种变取向像素化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变取向像素层、基底、第一传输层、有机发光层、第二传输层和复合背电极，在基底上表面设置变取向像素化纳米金属光栅单元，组成变取向像素化层，纳米金属光栅周期为100～220nm，占空比为0.3～0.6，槽深为60～120nm；在第一传输层、有机发光层、第二传输层和复合背电极上均设置相同取向的一维纳米光栅结构，相同取向的一维纳米光栅结构为周期性阵列光栅，光栅的周期为150～250nm，占空比为0.4～0.6，槽深为30～50nm。本发明能实现有机发光二极管的变取向像素化线偏振出光，可用于主动式偏振信息编码、目标反隐及偏振成像等领域。

Description

一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管

技术领域

本发明属于有机光电显示器件技术领域，具体涉及一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管。

背景技术

有机发光二极管(organic light-emitting device，OLED)因具备低成本，低功耗，快响应，广视角，高对比度，轻薄便携等诸多优点，被业界普遍视为21世纪最具前途的照明和显示产品之一。

与此同时，近年来偏振技术也日新月异，在目标识别、信息隐藏、偏振成像、三维立体显示及探测方面不断发展进步。常规OLED的出射光为朗伯体自然光的面光源，不具备线偏振出光的特性。如果利用OLED发光大面积、超薄、低功耗等诸多优点，实现OLED的像素化不同取向线偏振出光，则可主动地实现不同偏振分量的编码，实现不同偏振分量的定制，可用于主动信息隐藏、伪装及偏振成像等领域。然而，目前尚未见到关于OLED的像素化不同取向线偏振出光的报道。

中国发明专利(CN106935727A)“一种线偏振出光有机发光二极管”利用金属/介质纳米光栅实现了OLED线偏振出光。此专利实现的线偏振出光是相同取向的，也就是偏振分量是相同的，不能实现像素化不同偏振分量的主动定制编码。

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”利用纳米软压印技术在OLED器件的内部设置准周期或非周期的光提取纳米结构。此专利可有效地提高了OLED的出光效率，但不能实现OLED线偏振出光。

中国发明专利(公开号CN102263183A)“一种偏振出光发光二极管”采用二维介质金属周期性结构实现无机发光二极管(LED)线偏振出光。此专利虽然实现了有源线偏振出光，但是仅适用于无机的LED器件，不适用于有机的OLED器件，也不能实现像素化不同偏振分量的线偏振出光。

中国发明专利(公开号CN106199814A)“基于等离子基元的像素式多取向双层纳米光栅线偏振器”利用低折射率介质和双层金属纳米光栅实现了像素式多取向纳米光栅线偏振器。此专利是无源的偏振片器件，不能实现主动式、不同偏振分量的线偏振光源。

发明内容

发明目的：本发明提供一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管，实现不同取向的像素化偏振分量的线偏振出光。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管，包括由上至下依次设置的变取向像素化层、基底、第一传输层、有机发光层、第二传输层和复合背电极，在基底上表面设置变取向像素化纳米金属光栅单元，组成变取向像素化层；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相同取向一维纳米光栅结构。

进一步地，所述的变取向像素化纳米金属光栅单元周期为100～220nm，占空比为0.3～0.6，槽深为60～120nm；所述的相同取向一维纳米光栅结构为周期性阵列光栅，其周期为150～250nm，占空比为0.4～0.6，槽深为30～50nm。

进一步地，所述的基底为两层结构叠合而成，其中一层的材质选自玻璃、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一种，另一层的材质为铟锡氧化物(ITO)。

进一步地，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Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)dryre-dispersiblepellets](PEDOT:PSS)、氧化锌(ZnO)、三氧化钼(MoO₃)、二氧化钛(TiO₂)、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)和4,4′,4″-Tri(9-carbazoyl)triphenylamine(TCTA)。

进一步地，所述的有机发光层是两种掺杂组合而成，其一是选自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)、4,4'-Bis(9H-carbazol-9-yl)biphenyl(CBP)中的一种或几种的掺杂，其二是选自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)、Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)(Ir(ppy)3)、(乙酰丙酮)双(2-甲基二苯并[f,h]喹喔啉)合铱(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))、4-(二氰基甲撑)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼啶-9-烯基)-4H-吡喃(DCTJB)中的一种或几种的掺杂。

进一步地，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'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(TPD)、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)和2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌(F4TCNQ)中的一种或几种。

进一步地，所述的复合背电极是两层结构叠合而成，其中一层的材质选自LiF和MoO₃，另一层的材质选自金属Al和金属Ag。

进一步地，所述的变取向像素化纳米金属光栅单元的取向变化范围是0°到180°。

进一步地，所述的变取向像素化纳米金属光栅单元的金属材质为铝(Al)，银(Ag)或者铜(Cu)中的一种。

发明原理：常规OLED器件是多层平面结构，目前所采用的荧光、磷光及延迟荧光三种发光材料所发出的光，不论颜色如何，都是非定向的自然光。为了实现大面积OLED器件的不同取向的像素化偏振分量的线偏振出光，本发明在OLED器件基底上表面设置变取向像素化纳米金属光栅单元，利用优化设计的金属纳米光栅的偏振选择性实现对全光谱无色散的偏振调控，使得平行于光栅线条取向的偏振光(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，像素化纳米金属光栅单元的取向不同，从而实现了线偏振出光取向的不同。同时，在OLED器件内部的传输层、发光层及背电极设置特定的、同取向的纳米光栅结构，实现对所有不同取向像素化纳米金属光栅单元反射回来的TE波进行偏振模式转换，再次循环利用，从而实现高效的不同取向的像素化偏振分量的线偏振出光。

有益效果：与现有技术相比，本发明的一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管，实现OLED的像素化不同取向线偏振出光，可用于主动式信息隐藏、目标反隐及偏振成像等领域。

附图说明

图1是变取向像素化线偏振出光有机发光二极管剖面示意图；

图2是变取向像素化层俯视示意图；

图3是实施例1的变取向像素化纳米金属光栅单元俯视示意图；

图4是测试状态下线偏振片放置的俯视示意图；

图5是实施例1的四个不同取向像素单元的光谱强度测试曲线图。

图6是实施例2的变取向像素化纳米金属光栅单元俯视示意图；

图7是实施例2的四个不同取向像素单元的光谱强度测试曲线图。

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变取向像素化线偏振出光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-图2所示，一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管，包括由上至下依次设置的变取向像素化层1、基底2、第一传输层3、有机发光层4、第二传输层5和复合背电极6，在基底2上表面设置变取向像素化纳米金属光栅单元，组成变取向像素化层1，变取向像素化纳米金属光栅单元周期为100～220nm，占空比为0.3～0.6，槽深为60～120nm；在所述的第一传输层3、有机发光层4、第二传输层5和复合背电极6上均分别设置相同取向一维纳米光栅结构，所述的相同取向一维纳米光栅结构为周期性阵列光栅，光栅的周期为150～250nm，占空比为0.4～0.6，槽深为30～50nm。

基底2为两层结构叠合而成，其中一层的材质选自玻璃、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一种，另一层的材质为铟锡氧化物(ITO)。

第一传输层3是由一种或几种材料组成的叠层结构，材料选自Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)dryre-dispersiblepellets](PEDOT:PSS)、氧化锌(ZnO)、三氧化钼(MoO₃)、二氧化钛(TiO₂)、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)和4,4′,4″-Tri(9-carbazoyl)triphenylamine(TCTA)。

有机发光层4是两种掺杂组合而成，其一是选自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)、4,4'-Bis(9H-carbazol-9-yl)biphenyl(CBP)中的一种或几种的掺杂，其二是选自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)、Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)(Ir(ppy)3)、(乙酰丙酮)双(2-甲基二苯并[f,h]喹喔啉)合铱(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))、4-(二氰基甲撑)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼啶-9-烯基)-4H-吡喃(DCTJB)中的一种或几种的掺杂。

第二传输层5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'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(TPD)、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)和2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌(F4TCNQ)中的一种或几种。

复合背电极6是两层结构叠合而成，其中一层的材质选自LiF和MoO₃，另一层的材质选自金属Al和金属Ag。

变取向像素化纳米金属光栅单元的取向变化范围是0°到180°。变取向像素化纳米金属光栅单元的金属材质为铝(Al)，银(Ag)或者铜(Cu)中的一种。

实施例一

以绿色OLED器件为例进行详细描述，变取向像素化层1是金属Al光栅，基底2是玻璃/ITO，第一传输层3是PEDOT:PSS、NPB和TCTA组成的叠层结构，有机发光层4是Ir(ppy)₂(acac)，第二传输层5是TmPyPB，复合背电极6是LiF/Al组成的叠层结构。绿光OLED器件的具体结构是：ITO玻璃/PEDOT:PSS(80nm)/NPB(40nm)/TCTA(15nm)/Ir(ppy)₂(acac)(0.1nm)/TmPyPB(30nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。经理论设计，本实施例的纳米金属光栅周期为100nm,占空比为0.3，槽深H1为60nm，金属材质为Al。不同取向的纳米金属光栅单元经排列组合构成变取向像素化层1(如图2)，为了清楚表达本实施例，并说明本发明的突出特点，我们采用如图3所示的纳米金属光栅结构，该结构由4个不同取向的纳米金属光栅单元组成，分别是0°取向，45°取向，90°取向，和180°取向。像素层1采用本领域公知的热蒸镀和激光直写技术设置在玻璃基底上。接着，在第一传输层PEDOT:PSS上通过软纳米压印光刻技术(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))制备取向相同的周期为150nm，占空比为0.4，槽深H2为30nm的一维周期性光栅，此后热蒸镀的NPB、TCTA、Ir(ppy)₂(acac)、TmPyPB、LiF和Al等材质会自动复制PEDOT:PSS的纳米光栅结构。

如图4和图5所示，图4是实施例1的测试状态下线偏振片放置的俯视示意图，测试时，将线偏振片按图4所示放置于实施例1制备的OLED器件上，通过光谱仪测试出不同取向像素单元的光谱强度，结果如图5所示。从图5中可以看出，取向为0°的单元1的光强最强，取向为45°取向的单元2光强下降了50％，取向为90°的单元3光强几乎为0，取向为135°的单元的光强也下降了50％。由此可见，在加入检测偏振片的情况下，4个不同取向的纳米金属光栅单元1-4呈现出了相同的颜色，不同的光强。根本原因在于每个子像素的线偏振取向不同，与检测线偏振片轴的夹角不同，从而导致了在偏振片检测情况下，出现了有规律的强度变化。在此，需要特别说明的是，在不采用线偏振片检测的情况下，4个不同取向的纳米金属光栅单元1-4的光强完全相同，通过裸眼不能区分各个子像素。这清晰说明了本发明的突出特点，可以通过偏振取向不同，实现偏振信息编码或偏振信息隐藏等。

实施例二

以红光OLED器件为例进行详细描述，变像素层1是金属Cu光栅，基底2是PEN/ITO，第一传输层3是PEDOT:PSS和NPB和组成的叠层结构，有机发光层4是DCJTB与Alq3两种材料的掺杂，第二传输层5是Alq3，复合背电极6是LiF/Al。红光OLED器件的具体结构是：ITO/PEDOT:PSS/NPB(40nm)/DCJTB:Alq 3(3wt％,20nm)/Alq3(40nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)。(3wt％指的是掺杂的质量百分比)。本实施例的纳米金属光栅周期为220nm,占空比为0.6，槽深H1为120nm，金属材质为Cu。不同取向的纳米金属光栅单元经排列组合构成变取向像素化层1。我们采用如图6所示的纳米金属光栅单元，该单元由4个不同取向的纳米金属光栅组成，分别是0°取向，30°取向，45°取向，和90°取向。像素层1采用本领域公知的热蒸镀和电子束光刻技术设置在玻璃基底上。接着，在第一传输层PEDOT:PSS上通过软纳米压印光刻技术制备取向相同的周期为250nm，占空比为0.6，槽深H2为50nm的一维周期性光栅，此后依次热蒸镀的NPB、DCJTB和Alq3、Alq3、LiF和Al同样自动复制PEDOT:PSS的纳米光栅结构。测试时，将线偏振片按图4所示放置于实施例二制备的OLED器件上，通过光谱仪测试出不同取向像素单元的光谱强度，结果如图7所示。从图7中可以看出，取向为0°的单元1的光强最强，取向为30°取向的单元2光强下降了约30％，取向为45°的单元3光强下降了约50％，取向为90°的单元4的光强几乎为0。由此看出，在加入检测偏振片的情况下，4个不同取向的纳米金属光栅单元1-4呈现出了相同的红色，不同的光强。因此，通过不同取向纳米金属光栅角度的设置可以获取偏振取向不同的线偏振光，实现线偏振光取向定制。

Claims

1.一种变取向像素化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变取向像素化层(1)、基底(2)、第一传输层(3)、有机发光层(4)、第二传输层(5)和复合背电极(6)，所述的基底(2)为两层结构叠合而成，其中一层的材质选自玻璃、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种，另一层的材质为铟锡氧化物；在基底(2)上表面设置变取向像素化纳米金属光栅单元，组成变取向像素化层(1)，利用变取向像素化纳米金属光栅单元的偏振选择性实现对全光谱无色散的偏振调控，变取向像素化纳米金属光栅单元的取向不同，从而实现了线偏振出光取向的不同；在所述的第一传输层(3)、有机发光层(4)、第二传输层(5)和复合背电极(6)上均分别设置相同取向一维纳米光栅结构；所述的变取向像素化纳米金属光栅单元周期为100～220nm，占空比为0.3～0.6，槽深为60～120nm；所述的相同取向一维纳米光栅结构为周期性阵列光栅，其周期为150～250nm，占空比为0.4～0.6，槽深为30～50nm。

2.根据权利要求1所述的一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述的第一传输层(3)是由一种或几种材料组成的叠层结构，材料选自PEDOT:PSS、氧化锌、三氧化钼、二氧化钛、TmPyPB、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺和TCTA。

3.根据权利要求1所述的一种变取向像素化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(4)是两种掺杂组合而成，其一是选自2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲、三(8-羟基喹啉)铝、CBP中的一种或几种的掺杂，其二是选自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、三(2-苯基吡啶)合铱、(乙酰丙酮)双(2-甲基二苯并[f,h]喹喔啉)合铱、双(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱、乙酰丙酮酸二(2-苯基吡啶)铱、4-(二氰基甲撑)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼啶-9-烯基)-4H-吡喃中的一种或几种的掺杂。

4.根据权利要求1所述的一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述第二传输层(5)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、N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺和2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种变取向像素化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(6)是两层结构叠合而成，其中一层的材质选自LiF和MoO₃，另一层的材质选自金属Al和金属Ag。

6.根据权利要求1所述的一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述的变取向像素化纳米金属光栅单元的取向变化范围是0°到180°。

7.根据权利要求1所述的一种变取向像素化线偏振出光有机发光二极管，其特征在于：所述的变取向像素化纳米金属光栅单元的金属材质为铝，银或者铜中的一种。