CN110880527B - 一种基于场激发电荷复合型ac-oled结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于场激发电荷复合型AC‑OLED结构，可形成AC‑OLED器件最小单元的主体结构，复合型AC‑OLED结构包括以ITO电极基板形成的用于子像素显示的出光面；ITO电极基板表面设有AC‑OLED器件最小单元所需的生长基底和电极；ITO电极基板上覆有多层结构，多层结构自下而上设置有第一绝缘层、复合材料层、发光层、金属薄膜层、第二绝缘层、金属电极层；复合材料层、发光层、金属薄膜层组合为发光组件；第一绝缘层、第二绝缘层形成可驱动发光组件发光的电容器件，外部交流电源的输出端分别与金属电极层、ITO电极基板相连以驱动电容器件；金属电极层还与寻址电路相连以控制AC‑OLED器件最小单元的亮灭状态；本发明能有效克服介质层击穿问题，而且能克服双极性发光层材料的应用局限。
Description
技术领域
本发明涉及交流驱动有机发光二极管器件技术领域，尤其是一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构。
背景技术
直流（DC）驱动的有机发光必须引入直流电源转换器，不可避免地会带来功率损失，为此，研制了交流电压直接驱动的薄膜电致发光器件，交流（AC）驱动的电致发光器件以其无需复杂的后端电子器件而易于集成到交流电力系统中，介电层可以将器件与外界的水分和氧气隔离，有效地避免电荷的积累，从而提高功率效率和使用寿命和器件的稳定性等优点，作为直流驱动有机发光二极管的潜在替代品，近年来备受关注。
场激发交流驱动有机发光器件结构由于需要屏蔽电极载流子的注入，其结构由电极、两层界电常数较大的介质层和双极性材料发射层组成，电极在交流电场的作用下，向介质层充电，电荷堆积在电容结构的有机发光器件的两端形成强电场，器件内双极性发射层材料在强电场作用下，感应产生极性相反的载流子被拉向两极，当交变电场反向时，激子复合使器件发光。但是双极性发射层材料较为局限，而常规材料产生极性相反的载流子需要在极高电场的场作用下才能够实现，对于薄膜形式存在的介质层极易被击穿，从而损坏器件，此外极高电场的激发也增加交流驱动有机发光器件的成本。为解决以上问题，提升交流驱动有机发光器件的竞争能力，扩大发射层材料的选择范围，降低驱动电压成为交流驱动有机发光器件的迫切要求。
综上，有必要提出一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，该器件结构利用能带、能级理论，将能带，能级完美对齐的两种材料叠加，在电场作用下使电子自发流动产生空穴，与来自金属层的电子结合，以激子形式复合发光，当反向电场作用下时，电子、空穴分离使得材料内部电子空穴总量不变，循环发光。该结构打破了双极性发光层材料的局限，扩充了场激发型电荷复合型AC-OLED的材料选择范围，降低了AC-OLED的驱动电压，大大提高了交流驱动的电致发光器件的使用寿命及其市场竞争力。
发明内容
本发明提出一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，能有效克服介质层击穿问题，而且能克服双极性发光层材料的应用局限。
本发明采用以下技术方案。
一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，可形成AC-OLED器件最小单元的主体结构，所述复合型AC-OLED结构包括以ITO电极基板形成的用于子像素显示的出光面；所述ITO电极基板表面设有AC-OLED器件最小单元所需的生长基底和电极；所述ITO电极基板上覆有多层结构，所述多层结构自下而上设置有第一绝缘层、复合材料层、发光层、金属薄膜层、第二绝缘层、金属电极层；所述复合材料层、发光层、金属薄膜层组合为发光组件；所述第一绝缘层、第二绝缘层形成可驱动发光组件发光的电容器件，外部交流电源的输出端分别与金属电极层、ITO电极基板相连以驱动电容器件；所述金属电极层还与寻址电路相连以控制AC-OLED器件最小单元的亮灭状态。
所述第一绝缘层、第二绝缘层为具备高介电常数的薄膜；所述金属薄膜层为AC-OLED器件内部提供负电荷载流子的功能层；所述电容器件在交流驱动的正负周期形成正、负电荷堆积的界面，为发光组件提供较大的电场以激发发光组件内部正、负电荷的产生和迁移，在发光组件内形成载流子并以激子复合的形式使发光层发光。
所述复合材料层包括以能级、能带相互匹配的两种或两种以上材料成型的两个以上的材料层；
当复合材料层置于强电场时，复合材料层的电子由能级或能带处于高层的材料层传输至能级或能带处于低层的材料层，并在能级或能带处于高层的材料层的导带或最高占据分子轨道内形成空穴，其中能级或能带处于高层的材料层与发光层相邻，能级或能带处于低层的材料层与绝缘层相邻，以便复合材料层产生的空穴在电场的作用下直接进入发光层。
所述发光层在交流电驱动的正周期时，将复合材料层和金属薄膜层的载流子复合产生的激子能量转移至掺杂材料中产生光子以发光，发光层在交流驱动负周期下将复合的正、负载流子拉开，并反向传输至复合材料层和金属薄膜层；
所述发光层通过使用不同的发光层材料可以调整发光颜色。
所述ITO基板为在钠钙基玻璃衬底或硼硅基玻璃衬底上通过磁控溅射方法生长的厚度为200埃至300埃的氧化铟锡薄膜，所述ITO基板的方块电阻为20Ω至60Ω，所述ITO基板对波长在380nm至780nm之间的光线的透过率大于等于85%。
所述复合材料层包括以能级、能带相互匹配的两种或两种以上材料成型的两个以上的材料层；所述材料层可以是有机材料层也可以是无机材料层；
所述材料层所用材料可为n型掺杂材料或p型掺杂材料；所述掺杂材料包括2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲(BCP):Li/V2O5、8-羟基喹啉铝(Alq3):Mg/2,3,5,6-四氟-7,7′，8′四氰二甲基对苯醌(F4-TCNQ):4，4′，4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)、酞菁锌(ZnPc):富勒烯(C60)、4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(Bphen):LiF/Al/MoO3、C60/N,N′-二苯基-N,N′-(1-萘基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺(NPB):MoO3或MoO3/TFB中的一种。
所述发光层根据发光单元所属子像素选择所需发光颜色的发光材料；
所述发光层处可发出红光有机荧光的材料为DCM、DCJT、DPP或BDPNTD中的一种；
所述发光层处可发出绿色有机荧光的材料为C-545T（R=R′=H）、C-545TB（R=t-butyl；R′=H）或C-545TB（R=t-H；R′=CH3）中的一种；
所述发光层处可发出蓝色有机荧光材料为TPAXAN、BSF、PPIE或DMOC-DPS中的一种；
所述发光层处的无机量子点发光材料可以选自II-VI族化合物，也可以选自III-V族化合物，无机量子点发光材料优选硅量子点材料、锗量子点材料、硫化镉量子点材料、硒化镉量子点材料、碲化镉量子点材料、硒化锌量子点材料、硫化铅量子点材料、硒化铅量子点材料、磷化铟量子点材料和砷化铟量子点材料。
所述金属薄膜层的厚度为35nm至60nm之间，其材料为金属铝、银、金、铂、碳纳米管中的一种。
所述金属电极层的膜层厚度为100nm至120nm之间，其材料为金属铝、银、石墨中的一种。
所述复合型AC-OLED结构的制作工艺流程包括以下步骤；
步骤A1、首先将ITO玻璃基片放置于无水乙醇中超声震荡30分钟，其次将基片浸泡于去离子水中10分钟，之后将其放置于烤箱60℃烘烤30分钟；形成ITO电极基板的胚料；
步骤A2、采取自下而上生长不同功能层的方式，根据各功能层材料性质的不同采取磁控溅射、化学气相沉积法或旋涂的方式将各功能层材料以叠层的形式依次生长于ITO玻璃表面，每层功能层生长完成后进行10分钟至30分钟的热烘；
步骤A3、将生长完成的复合型AC-OLED结构与ITO图案化的发光单元进行对照，利用激光刻蚀的方法将每个发光单元彼此隔开，并利用激光切割的方式切取所需要的显示尺寸。
本发明的有益效果在于：本发明所述的基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，器件内部绝缘层隔绝外部电场的载流子注入，因此不需要考虑传统DC-OLED器件载流子注入不平衡的问题，优化了器件结构，此外隔绝层充当电容器，在交流正负周期对器件充电形成强电场，使器件内部产生正负载流子，以激子复合的形式使得发光层发光，复合材料层与金属薄膜层为器件发光提供电性相反的载流子，解决场激发型AC-OLED器件内双极性材料的局限，扩充了场激发型电荷复合型AC-OLED的材料选择范围，降低了AC-OLED的驱动电压，大大提高了交流驱动的电致发光器件的使用寿命及其市场竞争力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明在交流电正周期时各功能层载流子运动示意图；
附图3是本发明在交流电负周期时各功能层载流子运动示意图；
附图4是以本发明所述结构形成的多个发光单元（AC-OLED器件最小单元）在电极基板上的分布示意图；
图中：1-ITO电极基板；2-绝缘层；2a-第一绝缘层；2b-第二绝缘层；3-复合材料层；4-发光层；5-金属薄膜层；6-金属电极层；
301-能级或能带处于低层的材料层；302-能级或能带处于高层的材料层；303-交流电源；304-AC-OLED器件最小单元。
具体实施方式
如图1-4所示，一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，可形成AC-OLED器件最小单元304的主体结构，所述复合型AC-OLED结构包括以ITO电极基板1形成的用于子像素显示的出光面；所述ITO电极基板表面设有AC-OLED器件最小单元所需的生长基底和电极；所述ITO电极基板上覆有多层结构，所述多层结构自下而上设置有第一绝缘层2a、复合材料层3、发光层4、金属薄膜层5、第二绝缘层2b、金属电极层6；所述复合材料层、发光层、金属薄膜层组合为发光组件；所述第一绝缘层、第二绝缘层形成可驱动发光组件发光的电容器件，外部交流电源303的输出端分别与金属电极层、ITO电极基板相连以驱动电容器件；所述金属电极层还与寻址电路相连以控制AC-OLED器件最小单元的亮灭状态。
第一绝缘层、第二绝缘层形成位于发光组件上下两旁的绝缘层2。
所述第一绝缘层、第二绝缘层为具备高介电常数的薄膜；所述金属薄膜层为AC-OLED器件内部提供负电荷载流子的功能层；所述电容器件在交流驱动的正负周期形成正、负电荷堆积的界面，为发光组件提供较大的电场以激发发光组件内部正、负电荷的产生和迁移，在发光组件内形成载流子并以激子复合的形式使发光层发光。
所述复合材料层包括以能级、能带相互匹配的两种或两种以上材料成型的两个以上的材料层；
当复合材料层置于强电场时，复合材料层的电子由能级或能带处于高层的材料层传输至能级或能带处于低层的材料层，并在能级或能带处于高层的材料层的导带或最高占据分子轨道内形成空穴，其中能级或能带处于高层的材料层302与发光层4相邻，能级或能带处于低层的材料层301与绝缘层2相邻，以便复合材料层产生的空穴在电场的作用下直接进入发光层。
所述发光层在交流电驱动的正周期时，将复合材料层和金属薄膜层的载流子复合产生的激子能量转移至掺杂材料中产生光子以发光，发光层在交流驱动负周期下将复合的正、负载流子拉开，并反向传输至复合材料层和金属薄膜层；
所述发光层通过使用不同的发光层材料可以调整发光颜色。
所述ITO基板为在钠钙基玻璃衬底或硼硅基玻璃衬底上通过磁控溅射方法生长的厚度为200埃至300埃的氧化铟锡薄膜，所述ITO基板的方块电阻为20Ω至60Ω，所述ITO基板对波长在380nm至780nm之间的光线的透过率大于等于85%。
所述复合材料层包括以能级、能带相互匹配的两种或两种以上材料成型的两个以上的材料层；所述材料层可以是有机材料层也可以是无机材料层；
所述材料层所用材料可为n型掺杂材料或p型掺杂材料；所述掺杂材料包括2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲(BCP):Li/V2O5、8-羟基喹啉铝(Alq3):Mg/2,3,5,6-四氟-7,7′，8′四氰二甲基对苯醌(F4-TCNQ):4，4′，4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)、酞菁锌(ZnPc):富勒烯(C60)、4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(Bphen):LiF/Al/MoO3、C60/N,N′-二苯基-N,N′-(1-萘基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺(NPB):MoO3或MoO3/TFB中的一种。
所述发光层根据发光单元所属子像素选择所需发光颜色的发光材料；
所述发光层处可发出红光有机荧光的材料为DCM、DCJT、DPP或BDPNTD中的一种；
所述发光层处可发出绿色有机荧光的材料为C-545T（R=R′=H）、C-545TB（R=t-butyl；R′=H）或C-545TB（R=t-H；R′=CH3）中的一种；
所述发光层处可发出蓝色有机荧光材料为TPAXAN、BSF、PPIE或DMOC-DPS中的一种；
所述发光层处的无机量子点发光材料可以选自II-VI族化合物，也可以选自III-V族化合物，无机量子点发光材料优选硅量子点材料、锗量子点材料、硫化镉量子点材料、硒化镉量子点材料、碲化镉量子点材料、硒化锌量子点材料、硫化铅量子点材料、硒化铅量子点材料、磷化铟量子点材料和砷化铟量子点材料。
所述金属薄膜层的厚度为35nm至60nm之间，其材料为金属铝、银、金、铂、碳纳米管中的一种。
所述金属电极层的膜层厚度为100nm至120nm之间，其材料为金属铝、银、石墨中的一种。
所述复合型AC-OLED结构的制作工艺流程包括以下步骤；
步骤A1、首先将ITO玻璃基片放置于无水乙醇中超声震荡30分钟，其次将基片浸泡于去离子水中10分钟，之后将其放置于烤箱60℃烘烤30分钟；形成ITO电极基板的胚料；
步骤A2、采取自下而上生长不同功能层的方式，根据各功能层材料性质的不同采取磁控溅射、化学气相沉积法或旋涂的方式将各功能层材料以叠层的形式依次生长于ITO玻璃表面，每层功能层生长完成后进行10分钟至30分钟的热烘；
步骤A3、将生长完成的复合型AC-OLED结构与ITO图案化的发光单元进行对照，利用激光刻蚀的方法将每个发光单元彼此隔开，并利用激光切割的方式切取所需要的显示尺寸。
实施例：
在经过清洗烘干后洁净ITO电极基板1上，将介电材料P（VDF-TrFE-CFE）溶解在二甲基甲酰胺浓度为100mg/ml的溶液中通过旋涂条件为1000rpm，100℃，烘烤30分钟生长出厚度为530nm的绝缘层2，之后在高真空蒸发室内以5×10-4Pa的真空环境中，蒸发出厚度为12nm的MoO3复合材料A层301，再将TFB溶解于浓度为8mg/ml的氯苯中，通过旋涂条件为3000rpm，120℃烘烤10分钟生长出厚度为30nm的复合材料B层302，将G-QDs（CdxZn1-xSeyS1-y@ZnS/油酸，QY85%）溶于浓度为10mg/ml的辛烷中，通过旋涂条件为3000rpm，100℃烘烤5分钟生长出厚度为25nm的发光层4，然后通过原子层沉积的方式生长40nm的Al金属薄膜层5，再生长一层P（VDF-TrFE-CFE）绝缘层，再利用原子层沉积100nm的Ag金属电极层6，即可获得AC-OLED器件；
如图2，器件在交流正周期内，复合材料层3将在电场作用下产生空穴，金属薄膜层5产生电子，两者受电场力的作用运动至发光层4，以激子复合的方式发光；
如图3，器件在交流负周期内，发光层4内正、负载流子在电场作用下重新返回到复合材料层3和金属薄膜层5；
如图4，最后利用激光刻蚀的方法，自上而下按照ITO发光单元图形化的形状对器件进行刻蚀，使各发光单元（AC-OLED器件最小单元304）独立。
以上所述仅为本发明的举例说明，对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，形成AC-OLED器件最小单元的主体结构，其特征在于：所述复合型AC-OLED结构包括以ITO电极基板形成的用于子像素显示的出光面；所述ITO电极基板表面设有AC-OLED器件最小单元所需的生长基底和电极；所述ITO电极基板上覆有多层结构，所述多层结构自下而上设置有第一绝缘层、复合材料层、发光层、金属薄膜层、第二绝缘层、金属电极层；所述复合材料层、发光层、金属薄膜层组合为发光组件；所述第一绝缘层、第二绝缘层形成驱动发光组件发光的电容器件，外部交流电源的输出端分别与金属电极层、ITO电极基板相连以驱动电容器件；所述金属电极层还与寻址电路相连以控制AC-OLED器件最小单元的亮灭状态；
所述复合材料层包括以能级、能带相互匹配的两种或两种以上材料成型的两个以上的材料层；所述材料层是有机材料层或无机材料层；
所述材料层所用材料为n型掺杂材料或p型掺杂材料；所述掺杂材料包括2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲BCP:Li/V2O5、8-羟基喹啉铝Alq3:Mg/2,3,5,6-四氟-7,7′，8′四氰二甲基对苯醌F4-TCNQ:4，4′，4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺m-MTDATA、酞菁锌ZnPc:富勒烯C60、4,7-二苯基-1,10-菲啰啉Bphen:LiF/Al/MoO3、C60/N,N′-二苯基-N,N′-(1-萘基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺NPB:MoO3或MoO3/TFB中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，其特征在于：所述第一绝缘层、第二绝缘层为具备高介电常数的薄膜；所述金属薄膜层为AC-OLED器件内部提供负电荷载流子的功能层；所述电容器件在交流驱动的正负周期形成正、负电荷堆积的界面，为发光组件提供电场以激发发光组件内部正、负电荷的产生和迁移，在发光组件内形成载流子并以激子复合的形式使发光层发光。
3.根据权利要求2所述的一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，其特征在于：所述复合材料层包括以能级、能带相互匹配的两种或两种以上材料成型的两个以上的材料层；
当复合材料层置于强电场时，复合材料层的电子由能级或能带处于高层的材料层传输至能级或能带处于低层的材料层，并在能级或能带处于高层的材料层的导带或最高占据分子轨道内形成空穴，其中能级或能带处于高层的材料层与发光层相邻，能级或能带处于低层的材料层与绝缘层相邻，以便复合材料层产生的空穴在电场的作用下直接进入发光层。
4.根据权利要求2所述的一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，其特征在于：所述发光层在交流电驱动的正周期时，将复合材料层和金属薄膜层的载流子复合产生的激子能量转移至掺杂材料中产生光子以发光，发光层在交流驱动负周期下将复合的正、负载流子拉开，并反向传输至复合材料层和金属薄膜层；
所述发光层通过使用不同的发光层材料调整发光颜色。
5.根据权利要求1所述的一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，其特征在于：所述ITO电极基板为在钠钙基玻璃衬底或硼硅基玻璃衬底上通过磁控溅射方法生长的厚度为200埃至300埃的氧化铟锡薄膜，所述ITO电极基板的方块电阻为20Ω至60Ω，所述ITO电极基板对波长在380nm至780nm之间的光线的透过率大于等于85%。
6.根据权利要求1所述的一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，其特征在于：所述发光层根据发光单元所属子像素选择所需发光颜色的发光材料；
所述发光层处可发出红光有机荧光的材料为DCM、DCJT、DPP或BDPNTD中的一种；
所述发光层处可发出绿色有机荧光的材料为C-545T（R=R′=H）、C-545TB（R=t-butyl；R′=H）或C-545TB（R=t-H；R′=CH3）中的一种；
所述发光层处可发出蓝色有机荧光材料为TPAXAN、BSF、PPIE或DMOC-DPS中的一种；
所述发光层处的无机量子点发光材料选自II-VI族化合物或III-V族化合物。
7.根据权利要求1所述的一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，其特征在于：所述金属薄膜层的厚度为35nm至60nm之间，其材料为金属铝、银、金、铂、碳纳米管中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，其特征在于：所述金属电极层的膜层厚度为100nm至120nm之间，其材料为金属铝、银、石墨中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于场激发电荷复合型AC-OLED结构，其特征在于：所述复合型AC-OLED结构的制作工艺流程包括以下步骤；
步骤A1、首先将ITO玻璃基片放置于无水乙醇中超声震荡30分钟，其次将基片浸泡于去离子水中10分钟，之后将其放置于烤箱60℃烘烤30分钟；形成ITO电极基板的胚料；
步骤A2、采取自下而上生长不同功能层的方式，根据各功能层材料性质的不同采取磁控溅射、化学气相沉积法或旋涂的方式将各功能层材料以叠层的形式依次生长于ITO玻璃表面，每层功能层生长完成后进行10分钟至30分钟的热烘；
步骤A3、将生长完成的复合型AC-OLED结构与ITO图案化的发光单元进行对照，利用激光刻蚀的方法将每个发光单元彼此隔开，并利用激光切割的方式切取所需要的显示尺寸。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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