CN110649182B - 一种有机发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机发光器件及其制备方法。所述有机发光器件包括：衬底、依次形成于所述衬底上的第一电极、发光功能层以及第二电极；其中，所述第一电极靠近所述发光功能层的表面上形成有多个光提取微结构，所述光提取微结构的表面位于球面上，所述球面对应的球体的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm。本发明实施例提供的技术方案，使各光提取微结构能够有效提取红光、蓝光和绿光或黄光中的至少一种光至有机发光器件外，进而显著提高有机发光器件的光提取效率。

Description

一种有机发光器件及其制备方法

技术领域

本发明实施例涉及发光技术领域，尤其涉及一种有机发光器件及其制备方法。

背景技术

目前有机发光器件的内量子效率已经接近100％，但外量子效率却仅局限于20％左右，极大的限制了有机发光器件功率效率的提升。

现有技术中采用在有机发光器件内部设置光取出结构的方式提高光提取效率，以提升外量子效率，进而提升有机发光器件的功率效率。常用的光取出结构包括以下两种：1、采用刻蚀或相分离等工艺形成的尺寸随机的微结构；2、具有固定周期的微结构。前一种光取出结构中微结构的尺寸随机，能够有效提取红光、蓝光以及绿光或黄光的微结构比例可控性差，在一定程度上会造成发光光谱上出现额外的肩峰，而后一种光取出结构中微结构的周期固定，仅能够对特定发光颜色的光进行有效提取，无法顾及到其他种颜色的光。因此，具有上述两种光取出结构的有机发光器件，尤其是白光有机发光器件，在提升器件发光效率的同时，既不能有效维持发光光谱峰位的稳定，也不能实现对光谱的可控调节。

发明内容

本发明提供一种有机发光器件及其制备方法，以在提高有机发光器件的光提取效率的同时，可以有效提高发光光谱峰位的稳定性，实现光谱的可控调节。

第一方面，本发明实施例提供了一种有机发光器件，包括：

衬底、依次形成于所述衬底上的第一电极、发光功能层以及第二电极；

其中，所述第一电极靠近所述发光功能层的表面上形成有多个光提取微结构，所述光提取微结构的表面位于球面上，所述球面对应的球体的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm。

第二方面，本发明实施例还提供了一种有机发光器件的制备方法，用于制备上述第一方面所述的有机发光器件，所述制备方法包括：

在所述衬底上形成甲第一电极；

形成粒子混合液，所述粒子混合液包括至少一种直径长度的预设粒子；

将所述粒子混合液涂覆于所述甲第一电极远离所述衬底一侧的表面上后晾干；

减小附着于所述甲第一电极上的预设粒子的尺寸；

形成乙第一电极，所述乙第一电极覆盖所述预设粒子以及所述甲第一电极附着有所述预设粒子一侧的表面；

去除所述预设粒子以及所述预设粒子上覆盖的所述乙第一电极，以使剩余的乙第一电极和甲第一电极形成具有多个光提取微结构的所述第一电极；

依次在所述第一电极上形成所述发光功能层和所述第二电极；

其中，所述预设粒子的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm。

本发明实施例提供的有机发光器件包括衬底、依次形成于衬底上的第一电极、发光功能层以及第二电极，其中，第一电极靠近发光功能层的表面上形成有多个光提取微结构，光提取微结构的表面位于球面上，球面对应的球体的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm，以使各光提取微结构能够有效提取红光、蓝光和绿光或黄光中的至少一种光至有机发光器件外，进而显著提高有机发光器件的光提取效率，且发光光谱峰位的稳定性好，另一方面，通过控制光提取微结构的尺寸可以实现光谱的可控性调节。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例提供的一种有机发光器件的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种有机发光器件的制备方法的流程示意图；

图3-图7是本发明实施例提供的一种有机发光器件的制备过程图；

图8是四个实验样品的功率效率数据；

图9是四个实验样品在相同电流密度下的发光光谱数据；

图10是四个实验样品在相同电流密度下不同观察角度下的色坐标变化数据；

图11是无光提取微结构的有机发光器件的光提取模拟图；

图12是具有第一光提取微结构的有机发光器件的光提取模拟图；

图13是具有第二光提取微结构的有机发光器件的光提取模拟图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种有机发光器件及其制备方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明实施例提供了一种有机发光器件，包括：

衬底、依次形成于所述衬底上的第一电极、发光功能层以及第二电极；

其中，所述第一电极靠近所述发光功能层的表面上形成有多个光提取微结构，所述光提取微结构的表面位于球面上，所述球面对应的球体的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm。

本发明实施例提供的有机发光器件包括衬底、依次形成于衬底上的第一电极、发光功能层以及第二电极，其中，第一电极靠近发光功能层的表面上形成有多个光提取微结构，光提取微结构的表面位于球面上，球面对应的球体的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm，以使各光提取微结构能够有效提取红光、蓝光和绿光或黄光中的至少一种光至有机发光器件外，进而显著提高有机发光器件的光提取效率，且发光光谱峰位的稳定性好，另一方面，通过控制光提取微结构的尺寸可以实现光谱的可控性调节。

以上是本申请的核心思想，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他实施方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置器件结构的示意图并非按照一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度以及高度的三维空间尺寸。

图1是本发明实施例提供的一种有机发光器件的结构示意图。如图1所示，有机发光器件包括衬底101、依次形成于衬底101上的第一电极102、发光功能层103以及第二电极104，其中，第一电极102靠近发光功能层103的表面上形成有多个光提取微结构100，光提取微结构100的表面位于球面上，球面对应的球体的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm。

需要说明的是，在有机发光器件中，各个功能层材料之间的折射率相差较大，导致器件内横向波导损耗大，因此，减少有机发光器件内部的光耦合损失是获得高效率有机发光器件的重要途径。本实施例在第一电极102靠近有机发光层102的一侧表面上形成光提取微结构100，并通过限定光提取微结构100表面所在球面对应的球体直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm，使得光提取微结构100对应的光栅周期所形成的倒格矢，能够对光波矢平面内的分量进行调制，最终使限制在器件内部的光能够落在出射光锥内，被耦合为出射光，减小耦合损失，增加光子的出射数目，提高光取出效率，且提升了发光光谱峰位的稳定性。另一方面，通过控制光提取微结构的尺寸可以实现光谱的可控性调节，使得有机发光器件出射的白光在不同观察视角都能够处于暖白光区域，提高了色坐标位于暖白光区域的有机发光器件的良率。

值得注意的是，本实施例提供的有机发光器件中，衬底以及形成于衬底上的第一电极构成的整体结构为低雾度结构，进而减小了有机发光器件的雾度，提高了有机发光器件的发光性能。

具体的，设光提取微结构100表面所在球面对应的球体直径在[a，b]范围内取值时，光提取微结构100对应的光栅周期所形成的倒格矢与红光的水平分量相耦合后获得的耦合矢量落在出射光锥内；光提取微结构100表面所在球面对应的球体直径在[c，d]范围内取值时，光提取微结构100对应的光栅周期所形成的倒格矢与绿光的水平分量相耦合后获得的耦合矢量落在出射光锥内；光提取微结构100表面所在球面对应的球体直径在[e，f]范围内取值时，光提取微结构100对应的光栅周期所形成的倒格矢与蓝光的水平分量相耦合后获得的耦合矢量落在出射光锥内，则[a，b]、[c，d]和[e，f]的总集合为100nm≤D≤100μm，其中，[a，b]、[c，d]和[e，f]中的任意两个集合可以存在相同取值区间。本实施例设置光提取微结构100表面所在球面对应的球体直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm，使得有机发光器件中任意光提取微结构100均能够提高红光、蓝光和绿光或黄光中至少一种光的光取出效率，不存在无效光提取微结构100。

继续参见图1，发光功能层103包括多个层叠的且颜色不同的发光层113，示例性的，发光功能层103可以包括5个发光层113，沿有机发光器件的出光方向X，5个发光层113依次为深红色光发光层、红色光发光层、绿色光发光层、蓝色光发光层以及浅蓝色光发光层。

本实施例提供的有机发光器件包括衬底101、依次形成于衬底101上的第一电极102、发光功能层103以及第二电极104，其中，第一电极102靠近发光功能层103的表面上形成有多个光提取微结构100，光提取微结构100的表面位于球面上，球面对应的球体的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm，以使各光提取微结构100能够有效提取红光、蓝光和绿光或黄光中的至少一种光至有机发光器件外，进而显著提高有机发光器件的光提取效率。

可选的，继续参见图1，发光功能层103与光提取微结构100对应的部分向光提取微结构100内凸出，并使发光功能层103远离第一电极102一侧的表面形成第一凹陷200。

需要说明的是，第一凹陷200为发光功能层103对应光提取微结构100形成的光调制微结构，能够进一步调制光波矢平面内的分量，增加落在出射光锥内的传导光量，进一步提升光取出效率。

还需要说明的是，在有机发光器件的制备过程中，直接在具有光提取微结构100的第一电极102表面上形成厚度均一的有机发光功能层103即可，有机发光功能层103能够基于光提取微结构100形成形状类似的光调制微结构，而无需通过额外工艺制备，在提升光取出效率的同时避免了工艺难度的增加。

继续参见图1，第二电极104与第一凹陷200对应的部分向第一凹陷200内凸出，并使第二电极104远离发光功能层103一侧的表面形成第二凹陷300。

需要说明的是，第二凹陷200为第二电极104对应第一凹陷200形成的光调制微结构，能够进一步调制光波矢平面内的分量，增加落在出射光锥内的传导光量，进一步提升光取出效率。

还需要说明的是，在有机发光器件的制备过程中，直接在具有第一凹陷200的有机发光功能层103上形成厚度均一的第二电极104即可，第二电极104能够基于第一凹陷200形成形状类似的光调制微结构，而无需通过额外工艺制备，在提升光取出效率的同时避免了工艺难度的增加。

示例性的，第一电极102可以为阳极，第二电极104可以为阴极，第一电极102的材料为ITO。

需要说明的是，ITO材料为透明导电材料，具有一定的光透过率，采用该材料形成的阳极具有透光功能，进而在第一电极102远离发光功能层103一侧设置的衬底101为透明基板时，有机发光器件发出的光能够从第一电极102侧出射。

还需要说明的是，本实施例仅以第一电极102为阳极、第二电极104为阴极，第一电极102的材料为ITO为例进行说明而非限定，在本实施例的其他实施方式中，第一电极102也可以为阴极，第二电极104也可以为阳极，第一电极102的材料可以为ITO以外的其他材料。本实施例对衬底101的材料也不做限定，示例性的，可为透明基板，例如玻璃基板。

继续参见图1，沿有机发光器件的出光方向X，光提取微结构100的深度H的取值范围为：5nm≤H≤1μm。

需要说明的是，光提取微结构100的深度H过小，会导致光提取微结构100对光的散射效果不明显，光调制能力有限；光提取微结构100的深度H过大，易导致有机发光器件内部发生短路现象，综合上述两方面原因，本实施例设置光提取微结构100的深度H的取值范围为：5nm≤H≤1μm，以在保证有机发光器件内无短路问题发生的同时，使得光提取微结构100具有较好的光调制能力。

图2是本发明实施例提供的一种有机发光器件的制备方法的流程示意图。本实施例提供的有机发光器件的制备方法用于制备本发明任意实施例所述的有机发光器件。如图2所示，有机发光器件的制备方法具体可以包括如下：

步骤11、在衬底上形成甲第一电极。

具体的，如图3所示，提供衬底101，在衬底101上形成甲第一电极112。

需要说明的是，甲第一电极112为形成于衬底101上且厚度均一的薄膜，为第一电极的部分结构。

示例性的，在衬底上形成甲第一电极可以包括：采用磁控溅射工艺在衬底上形成甲第一电极。

步骤12、形成粒子混合液，粒子混合液包括至少一种直径长度的预设粒子，其中，预设粒子的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm。

进一步的，预设粒子的直径D的取值范围可优选为：200nm≤D≤10μm，以提升单个预设粒子对应形成的光提取微结构对对应颜色的光的光取出能力。

示例性的，预设粒子可以为聚苯乙烯微球或SiO₂微球。

需要说明的是，本实施例仅以聚苯乙烯微球或SiO₂微球为例进行说明而非限定，凡是能够整齐排列且能够被刻蚀以减小直径尺寸的微球结构均在本实施例的保护范围内。

形成粒子混合液可以包括：将至少一种直径长度的预设粒子按照一定比例均匀分散于去离子水与乙醇的混合溶液中。具体的，上述比例可根据实际需要进行合理设置。

步骤13、将粒子混合液涂覆于甲第一电极远离衬底一侧的表面上后晾干。

具体的，如图4所示，将粒子混合液涂覆于甲第一电极112远离衬底101一侧的表面上，使预设粒子201均匀分散于该表面上，然后晾干去除水分。

值得注意的是，无需采用加热等工艺方式去除水分，以免过高的温度影响甲第一电极112的电极性能。

步骤14、减小附着于甲第一电极上的预设粒子的尺寸。

具体的，如图5所示，减小附着甲第一电极112上的预设粒子201的尺寸。

可选的，减小附着于甲第一电极上的预设粒子的尺寸可以包括：采用反应离子刻蚀工艺或等离子体刻蚀工艺减小附着于甲第一电极上的预设粒子的尺寸。

需要说明的是，继续参见图5，均匀分散于甲第一电极112上的预设粒子201是紧密排列的，相邻预设粒子201紧靠在一起，导致相邻预设粒子201接触点靠近甲第一电极一侧形成空置区，后续在预设粒子201远离甲第一电极112一侧形成乙第二电极时，该区域受相邻预设粒子接触部分的遮挡无法形成乙第二电极，进而无法形成具有光提取微结构的第一电极。基于上述原因，本实施例设置减小均匀分散于甲第一电极112上的预设粒子201的尺寸，以使得减小尺寸后的相邻预设粒子201之间形成如图5所示的空隙500，乙第二电极材料能够进入至空隙500内，形成包裹部分减小尺寸后的预设粒子201的乙第二电极。

值得注意的是，不同尺寸的光提取微结构的光提取效果不同，根据实际需要的光提取微结构的尺寸确定预设粒子的减小比例，示例性的，刻蚀后预设粒子的体积可为未刻蚀前预设粒子的30％至70％。

步骤15、形成乙第一电极，乙第一电极覆盖预设粒子以及甲第一电极附着有预设粒子一侧的表面。

具体的，如图6所示，形成乙第一电极122，乙第一电极122覆盖预设粒子201以及甲第一电极112附着有预设粒子201一侧的表面。

可选的，形成乙第一电极可以包括：采用磁控溅射工艺形成乙第一电极。

步骤16、去除预设粒子以及预设粒子上覆盖的乙第一电极，以使剩余的乙第一电极和甲第一电极形成具有多个光提取微结构的第一电极。

具体的，如图7所示，去除预设粒子以及预设粒子上覆盖的乙第一电极，以使剩余的乙第一电极和甲第一电极形成具有多个光提取微结构100的第一电极102。

示例性的，可采用退火方式去除预设粒子以及预设粒子上覆盖的乙第一电极。

可以理解的是，乙第一电极紧密包裹预设粒子靠近甲第一电极的部分，去除预设粒子后，乙第一电极上形成与预设粒子被包裹部分对应的凹槽结构，该凹槽结构包括与甲第一电极接触的顶点，进而形成甲第一电极和乙第一电极组成的第一电极上的光提取微结构。

步骤17、依次在第一电极上形成发光功能层和第二电极。

经上述步骤17后形成如图1所示的有机发光器件。

本实施例提供的技术方案，通过在衬底上形成甲第一电极，形成粒子混合液，粒子混合液包括至少一种直径长度的预设粒子，其中，预设粒子的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm，将粒子混合液涂覆于甲第一电极远离衬底一侧的表面上后晾干，减小附着于甲第一电极上的预设粒子的尺寸，形成乙第一电极，乙第一电极覆盖预设粒子以及甲第一电极附着有预设粒子一侧的表面，去除预设粒子以及预设粒子上覆盖的乙第一电极，以使剩余的乙第一电极和甲第一电极形成具有多个光提取微结构的第一电极，依次在第一电极上形成发光功能层和第二电极，使得各光提取微结构能够有效提取红光、蓝光和绿光或黄光中的至少一种光至有机发光器件外，进而显著提高有机发光器件的光提取效率。

以下通过实验数据具体说明本发明提供的有机发光器件能够提高光提取效率。

制备如下四个实验样品：实验样品W1、现有技术中无光提取结构的白光有机发光器件，其中，光提取结构为本发明提供的有机发光器件中的光提取微结构、第一凹陷以及第二凹陷；实验样品W2、实验样品W3和实验样品W4分别为具有本发明提供的有机发光器件的结构，其中，实验样品W2的光提取微结构对应的球体直径为350nm左右；实验样品W3中的光提取微结构采用两种预设粒子形成，两种预设粒子的直径分别为300nm和350nm，两种预设粒子的质量比为1:1；实验样品W4中的光提取微结构采用两种预设粒子形成，两种预设粒子的直径分别为300nm和350nm，两种预设粒子的质量比为1:2。

图8是四个实验样品的电流效率数据。如图8所示，相较于无光提取结构的白光有机发光器件，具有本发明提供的有机发光器件结构的实验样品W2、实验样品W3和实验样品W4的效率均明显提升。图9是四个实验样品在相同电流密度下的发光光谱数据。如图9所示，四个实验样品的发光光谱不重合，说明本发明提供的光提取结构在不改变发光峰位的情况下能够引起有机发光器件光谱的变化，对有机发光器件的光谱进行调节。图10是四个实验样品在相同电流密度下不同观察角度下的色坐标变化数据。如图10所示，相较于无光提取结构的实验样品W1仅能够在很小视角范围内实现出射光位于暖白光区域的效果，具有本发明提供的有机发光器件结构的实验样品W2、实验样品W3和实验样品W4均能够在大视角范围内实现出射光位于暖白光区域的效果。图11是无光提取微结构的有机发光器件的光提取模拟图。图12是具有第一光提取微结构的有机发光器件的光提取模拟图。其中，第一光提取微结构对应的球体直径为350nm左右。图13是具有第二光提取微结构的有机发光器件的光提取模拟图。其中，第二光提取微结构对应的球体直径为300nm左右。如图11、图12和图13所示，有机发光器件增加光提取微结构后，其红光、绿光和蓝光的光取出量均明显增大。具体的，图12中光提取微结构对应的350nm左右的光栅周期所形成的倒格矢能够与红光的水平分量相耦合后获得的耦合矢量落在出射光锥内，如图12所示，该光提取微结构能够有效提取限制在器件内部的波导模式和SPP模式。图13中光提取微结构对应的300nm左右的光栅周期所形成的倒格矢能够与绿光以及篮光的水平分量相耦合后获得的耦合矢量落在出射光锥内，如图13所示，该光提取微结构同样地能够有效提取限制在器件内部的波导模式和SPP模式。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种有机发光器件，其特征在于，包括：

衬底、依次形成于所述衬底上的第一电极、发光功能层以及第二电极；

其中，所述第一电极靠近所述发光功能层的表面上形成有多个光提取微结构，所述光提取微结构的表面位于球面上，所述球面对应的球体的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm；

在所述衬底上形成甲第一电极；

形成粒子混合液，所述粒子混合液包括至少一种直径长度的预设粒子；

将所述粒子混合液涂覆于所述甲第一电极远离所述衬底一侧的表面上后晾干；

减小附着于所述甲第一电极上的预设粒子的尺寸；

形成乙第一电极，所述乙第一电极覆盖所述预设粒子以及所述甲第一电极附着有所述预设粒子一侧的表面；

去除所述预设粒子以及所述预设粒子上覆盖的所述乙第一电极，以使剩余的乙第一电极和甲第一电极形成具有多个光提取微结构的所述第一电极；

依次在所述第一电极上形成所述发光功能层和所述第二电极；

其中，所述预设粒子的直径D的取值范围为：100nm≤D≤100μm。

2.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述发光功能层与所述光提取微结构对应的部分向所述光提取微结构内凸出，并使所述发光功能层远离所述第一电极一侧的表面形成第一凹陷。

3.根据权利要求2所述的有机发光器件，其特征在于，所述第二电极与所述第一凹陷对应的部分向所述第一凹陷内凸出，并使所述第二电极远离所述发光功能层一侧的表面形成第二凹陷。

4.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述第一电极为阳极，所述第二电极为阴极；

所述第一电极的材料为ITO。

5.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，沿所述有机发光器件的出光方向，所述光提取微结构的深度H的取值范围为：5nm≤H≤1μm。

6.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述在所述衬底上形成甲第一电极包括：

采用磁控溅射工艺在所述衬底上形成甲第一电极。

7.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述预设粒子为聚苯乙烯微球或SiO₂微球。

8.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述减小附着于所述甲第一电极上的预设粒子的尺寸包括：

采用反应离子刻蚀工艺或等离子体刻蚀工艺减小附着于所述衬底上的预设粒子的尺寸。

9.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述形成乙第一电极包括：

采用磁控溅射工艺形成所述乙第一电极。

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