CN111009618A - 一种有机电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机电致发光器件，由下至上依次包括基板、第一电极和设置于所述第一电极上的发光部件，所述发光部件的上侧面设有次电极结构，所述次电极结构包括子电极、介电材料层和外层电极，所述介电材料层设置于所述子电极和所述外层电极之间，所述子电极与所述发光部件相接触，所述介电材料层和子电极完全覆盖所述发光部件的发光区域，所述外层电极完全覆盖所述介电材料层，且所述外层电极和子电极在所述发光部件周边的非发光区域形成电性连接。本发明发光部件不需要像素化，优选采用整面无像素化的屏体结构，实现了“无栅格”的高稳定性器件，下降了对绝缘层材料的依赖，节省了成本。

Description

一种有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及有机半导体照明技术领域，具体涉及一种有机电致发光器件。
背景技术
OLED屏体制造过程中不可避免地存在灰尘颗粒、毛刺、针孔、裂纹等缺陷点，而OLED屏体的阳极与阴极之间的距离通常很小(约数十到数百纳米)。结果，在这种状态下，阳极与阴极可能会直接接触造成缺陷(称为短路点)，或者阳极与阴极之间的有机层会变得比其他位置薄。当OLED器件工作时，电流更趋于从这种缺陷点处而不是从其他位置通过，使得热量在这种缺陷点处累积，导致损害整个OLED器件的品质和可靠性。
在其他条件相同的情况下，OLED屏体的发光面积越大，出现短路点的可能性也越大。通过增大有机层的厚度有可能减少短路点，但这要求OLED器件采用更高的驱动电压从而影响器件效率，而且并不能完全消除短路点。通过加入短路防护部可能解决短路点问题，中国专利文献CN 110061036、CN 106133939、CN 106463644中利用结构或材料制作防短路部可有效增加器件的可靠性。
中国专利文献CN 106463644中的第一种防短路部设计主要是通过防短路部所使用之材料或几何结构达到一定的阻抗产生，理论公式如下：
Figure BDA0002325074680000011
在缺陷发生时，此防短路阻抗能够避免了短路的情况发生(因为电阻串联在发生短路的器件上)，因此此类防短路系统要有两个重要因子必须考虑，(1)屏体的像素要足够多(即ncell)；(2)防短路电阻要尽可能大(即Rcell-spl)；若不能达成以上两点必要条件，防短路效果会不明显，并且短路点处会因高电流产生高热(P＝I2R；P＝功率，I＝电流，R＝电阻)，进而下降其可靠性；实验指出上述防短路系统适用于电源为“恒定电压”供应，也就是电流可以有很大的变化区间，然而多数电源供应装置无法达到，且OLED照明屏体是以“恒定电流”的电源供应器为主，上述短路保护机制因为短路点造成大量的失效电流(即通过短路点的电流(有效供应正常OLED器件电流+短路点的失效电流＝恒定电源的总输出电流))造成屏体光电性能下降。其中回路保护装置的电阻足够大，且能跟发光像素等效电阻匹配，就能达到以串联电阻形式的回路保护设计，但发光像素等效电阻数值经计算后通常为数万到数十万欧姆的等级，回路保护装置的电阻通常远不及此数量级，因此短路点会有很高比例的短路电流通过，造成屏体整体光学效能显著改变。
为了避免上述情况，专利文献CN 103348477提出了具有熔丝的短路容许装置的设计，该设计指出通过每个像素出现短路或异常现象，即该熔丝因为通过电流为原本的110％-200％而断开，达到有效的短路容许功能，该设计专利具有理论上的缺陷。
上述专利针对屏体的可靠性进行了改善，但还存在如下几个需要改善的技术问题：
(1)发光区域需要像素化，像素化造成有效发光面积减小、外观出现隔线、器件寿命下降的问题，同时失效面积最小单位基本为像素大小，会造成显著视觉观感不良；
(2)上述专利文献有效的关键前提在于：输入电流要显著大于短路保护机制的阈值条件，如：短路点通过的电流占总电流的一定比例以下或实现连接熔丝断开，都需要足够大的输入电流启动短路保护机制。因此，前述技术并无法满足不同需求的照明，需要有更可靠性的技术实现产品应用。
(3)且上述专利文献中，若短路部分出现在栅格部位或非发光区边缘有电极的位置，上述短路保护机制将不能起到作用。
发明内容
为解决现有技术中对各种不同照明的需求，实现不需像素化、不需要考虑输入电流是否能够启动短路保护机制的设计，改善现有技术造成的设计缺点、使用限制、外形缺点的问题，实现发光区一体化的高稳定性照明屏体；为此，本发明提供了一种有机电致发光器件。
本发明采用如下技术方案：
一种有机电致发光器件，由下至上依次包括基板、第一电极和设置于所述第一电极上的发光部件，所述发光部件的上侧面设有次电极结构，所述次电极结构包括子电极、介电材料层和外层电极，所述介电材料层设置于所述子电极和所述外层电极之间，所述子电极与所述发光部件相接触，所述介电材料层和子电极完全覆盖所述发光部件的发光区域，所述外层电极完全覆盖所述介电材料层，且所述外层电极和子电极在所述发光部件周边的非发光区域形成电性连接。
进一步地，所述介电材料层的覆盖面积大于所述发光部件的发光区域面积，且所述介电材料层位于所述子电极在所述发光部件上的覆盖区域内。
更进一步地，在所述第一电极与所述子电极的重叠区域内，所述介电材料层的覆盖区域大于所述第一电极的覆盖区域。
所述第一电极与所述基板之间还设有介电材料层，所述介电材料层完全覆盖所述第一电极的下侧面。
所述子电极远离所述发光部件的一侧还设有辅助电极层，所述辅助电极层的厚度大于所述子电极的厚度。
所述辅助电极层为叠加在所述子电极上的栅格状辅助电极。
所述子电极为厚度5-150nm的金属导体或金属氧化物导体。
所述子电极为厚度5-100nm。
所述外层电极为反射外层电极，其厚度为70-500nm。
所述介电层材料层为有机半导体或有机绝缘体，其反射率大于等于85％；所述子电极为Al，Ag，Mg，Au，ITO和AZO中的一种。
本发明技术方案，具有如下优点：
A.本发明在发光部件远离基板的一侧设有次电极结构，次电极结构中的介电材料层和子电极呈现完整覆盖发光部件的发光区域，发光部件出现短路时，会在短路点形成高热，次电极结构中的子电极设置的很薄，会在很短时间内烧毁，介电材料层会及时填充到烧毁后的子电极位置，使出现的短路变为断路，不会影响OLED器件的性能和正常使用。本发明发光部件不需要像素化，优选采用整面无像素化的屏体结构，实现了“无栅格”的高稳定性器件，下降了对绝缘层材料的依赖。
B.本发明在介电材料层的外侧面设有外层电极，外层电极由于厚度大于子电极，且二者在发光部件的非发光区域进行电性连接，可以显著提高子电极的导电率，提高发光器件整体发光均匀性；当采用反射外层电极时，可以进行光学共振腔调控，调整发光特性。
C.本发明在发光部件上设置次电极结构，还可以实现其他附加功能，当采用半透明金属薄膜的子电极时，可以实现有效吸收深蓝光或紫外线，减少高能波段光线对发光器件的损害。
D.由于子电极设置较薄，电阻较大，所以本发明还在子电极上设有呈栅格状的辅助电极层，辅助电极层在一定程度上可以提高子电极的导电率，有利于提高发光部件的发光均匀性，相比传统屏体结构，设置栅格状结构的辅助电极层可提高屏体亮度均匀性达10％。
E.本发明中的介电材料层选用反射率大的材料，采用反射率大的介电材料层在一定程度上提升较薄子电极的屏体效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的第一种电子器件结构图(屏体非引线区的器件结构图)；
图2为本发明所提供的第一种电子器件结构图(屏体引线区的器件结构图)；
图3是本发明所提供的第二种电子器件结构图(屏体非引线区的器件结构图)；
图4是本发明所提供的第二种电子器件结构图(屏体引线区的器件结构图)；
图5是本发明所提供的第三种电子器件结构图；
图6是本发明所提供的辅助电极在子电极上的第一种分布图；
图7是本发明所提供的辅助电极在子电极上的第二种分布图。
图中标识如下：
1-基板；2-第一电极；3-绝缘层；4-发光部件；5-次电极结构，51-外层电极，52-介电材料层，53-子电极；6-辅助电极层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，也可以是电性连接；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。
实施例1
本发明提供了一种有机电致发光器件，由下至上依次包括基板1、第一电极2和发光部件4，发光部件4的包括发光层和位于发光层两侧的电子传输层、空穴传输层，在发光部件4的上侧面还设有次电极结构5，包括子电极53、介电材料层52和外层电极51。如图1和图2所示，其中的子电极覆盖在发光部件的电子传输层(图中未示出)上，子电极的上方依次设置介电材料层和外层电极，图1中的介电材料层52覆盖面积大于发光部件的发光区域面积，介电材料层52的覆盖面积延伸至发光部件4的非发光区域，子电极和外层电极完全将介电材料层包裹住，发光层的下方依次为空穴传输层、第一电极和基板。外层电极和子电极在发光部件周边的非发光区域位置形成电性连接，且与绝缘层3相搭接。
本实施例在介电材料层的外侧面覆盖有外层电极，当搭配的外层电极为反射外层电极时，照射到外层电极上的光经部分反射后返至发光层，对发光部件的发光区域起到很好的补光效果，提高发光部件的发光效率。同时外层电极与子电极在发光部件的非发光区域处连接在一起，可以提高子电极的导电性，有利于提高发光部件的发光均匀性。
本发明中的介电层材料可以选有机半导体或有机绝缘体，如PI，聚酰亚胺等。本发明中的屏体优选采用无像素化的整面屏体结构，即采用无栅格屏体，子电极厚度为5-150nm的金属导体或金属氧化物导体，可以采用常用的导体，如Al，Ag，Mg，Au，ITO，AZO等。次电极结构中的子电极越薄越容易烧毁，子电极厚度的优化可以提升器件的可靠性，同时降低与第一电极的短路风险，如下表数据。
Figure BDA0002325074680000071
如上表所示，综合考虑子电极厚度对器件效率、屏体亮度均匀性的影响，本发明优选采用的子电极厚度为5-100nm，其各方面性能达到最优状态。
本实施例中的子电极厚度采用5nm半透膜金属Al薄膜，介电材料层采用厚度为20nm的聚酰亚胺，外层电极厚度为70nm，采用材料Ag。与常规无格栅屏体进行试验对比，所得数据如下表：
屏体结构 实验屏体数量 点亮一段时间后短路失效屏体数量 良率
常规无栅格屏体 20 15 25％
实施例1结构 20 0 100％
通过上表可知：采用本实施例结构可显著提高屏体稳定性，其良率提高至原来的4倍。
当发光部件上由于短路出现高热时，由于子电极较薄，短路点的局部高热致使对应的子电极位置烧毁，介电材料层及时填充烧毁部位，将短路状态迅速变为断路，保持发光部件其他部位的正常发光。
由于介电材料层覆盖范围延伸至非发光区域，若短路部分出现在非发光区域边缘有电极的位置，子电极和介电材料层同样起到对非发光区域进行短路保护的作用。
灰尘和颗粒在生产过程中不可完全避免，常规无栅格屏体在工作过程中，短路点逐渐显现，短路部分出现后，大部分电流涌向短路点，致使屏体其它部分亮度大幅降低或不亮，同时短路部分电流过大，会将有机材料烧毁。使用实施例1结构屏体，在出现短路部分后，过高的电流瞬间将子电极烧毁，介电材料填充，变为断路，屏体出现一个肉眼不可见的黑点，但屏体可正常工作。从上表中数据也可知，使用本发明的实施例1结构的屏体与常规无栅格屏体相比可有效的防止因短路造成的屏体失效。
本发明中的方案，屏体不用像素化，采用整面无栅格屏体，减少绝缘层材料的使用，制作更加简单，且节省了成本。
实施例2
如图3和图4所示，本实施例中的次电极结构设置于发光部件的上方，即：发光层的上方依次覆盖有电子传输层(图中未示出)、子电极、介电材料层和外层电极，发光层的下方依次为空穴传输层(图中未示出)、第一电极、介电材料层和基板，其中的介电材料层完全覆盖发光层两侧的整个发光区域，介电材料层的覆盖面积大于第一电极的面积，即将整个第一电极(除引线区域)完全罩住。
本实施例是在实施例1的基础上，在第一电极和基板之间增加了介电材料层，这里的第一电极与子电极的材料相同，可以选择较薄的材料层。
同样，当出现短路时，短路点所产生的高温致使对应的第一电极或子电极位置烧毁，两侧的介电材料层及时填充，避免了因局部短路造成整个发光部件不能正常工作的现象，可以对发光部件提供更充分的双重保护。
本实施例中的子电极厚度采用100nm的ITO材料。与常规无格栅屏体进行试验对比，其良率得到显著提高，所得数据如下表：
屏体结构 实验屏体数量 点亮一段时间后短路失效屏体数量 良率
常规无栅格屏体 30 20 33％
实施例2结构 30 0 100％
通过上表可知：采用本实施例结构可显著提高屏体的良率。
实施例3
在实施例2的基础上，搭配的外层电极为反射外层电极时，具有90％反射率的外层电极，可以进行光学共振腔调控，调整整个发光部件的发光特性。
根据发光层的波长计算发光层至反射外层电极的距离：
d＝kλ/4n
k＝1，3，5……
λ：发光波长
n：折射率
d：发光层距电极的距离
当距离符合上述公式时，器件的效率提升
屏体结构 电流效率(cd/A)
常规无栅格屏体 15
实施例3 20
由上表可以看出，增加具有反射功能的外层电极，与常规无栅格屏体相比，可以显著提高器件效率。
实施例4
本实施例中位于电子传输层上方的子电极采用厚度10nm的Al金属薄膜，外层电极厚度为500nm，位于空穴传输层下方的第一电极厚度20nm的Ag金属薄膜，可以有效吸收深蓝光或紫外线，减少高能波段光线对发光部件的损害。
屏体结构 在模拟太阳辐照灯下存储相同时间后亮度衰减
常规无栅格结构 85％
实施例4 92％
有机材料在太阳光中高能量光线的照射下加速裂化，从而使OLED屏体性能衰减加快，寿命降低，使用本发明实施例4结构可吸收部分紫外和近紫外光线，降低太阳光辐照对OLED寿命的影响，延缓亮度衰减。
实施例5
如图5所示，在实施例1的基础上，本实施例还在子电极的上侧面设有呈栅格状的辅助电极层，其引线区结构同实施例1中的图2所示，这里不再赘述。辅助电极层在一定程度上可以提高子电极的导电率，有利于提高发光部件的发光均匀性。
所采用的栅格状的辅助电极层厚度为100-1000nm，优选为500nm，其材质优选与子电极相同的材料，辅助电极层的厚度大于子电极的厚度。如图6和图7所示，子电极上所设置的辅助电极层可以是单行的，也可以是横竖交叉形成的栅格状。
对比图1和图5两种结构，辅助电极层的设置明显增加了屏体的亮度均匀性，如下表所示。
屏体结构 屏体亮度均匀性
实施例1 80％
实施例5 90％
上述各实施例中，外层电极厚度为70-500nm，采用金属材料，加厚的外层电极可以有效提升导电率，外层电极与子电极在沿发光区周围全部或部分的非发光区域中电性相连，可以有效改善发光部件的屏体发光均匀性。
实施例6
本实施例是在实施例1的基础上采用具有反射功能的介电材料层，优选采用反射率达85％以上的材料，比如，采用经过处理的聚酰亚胺薄膜，其反射率可达到90％。
介电材料层反射率 电流效率(cd/A)
70％ 16
90％ 18
从上表中可以看出，介电材料层采用反射率70％的材料与反射率90％的材料在器件效率方面进行对比，增加介电材料层的反射率，可以明显提升整个发光器件的发光效率，因此，可以适当选用反射率较高的介电层材料来提高器件效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种有机电致发光器件，由下至上依次包括基板、第一电极和设置于所述第一电极上的发光部件，其特征在于，所述发光部件的上侧面设有次电极结构，所述次电极结构包括子电极、介电材料层和外层电极，所述介电材料层设置于所述子电极和所述外层电极之间，所述子电极与所述发光部件相接触，所述介电材料层和子电极完全覆盖所述发光部件的发光区域，所述外层电极完全覆盖所述介电材料层，且所述外层电极和子电极在所述发光部件周边的非发光区域形成电性连接。
2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述介电材料层的覆盖面积大于所述发光部件的发光区域面积，且所述介电材料层位于所述子电极在所述发光部件上的覆盖区域内。
3.根据权利要求2所述的有机电致发光器件，其特征在于，在所述第一电极与所述子电极的重叠区域内，所述介电材料层的覆盖区域大于所述第一电极的覆盖区域。
4.根据权利要求1-3任一所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述第一电极与所述基板之间还设有介电材料层，所述介电材料层完全覆盖所述第一电极的下侧面。
5.根据权利要求4所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述子电极远离所述发光部件的一侧还设有辅助电极层，所述辅助电极层的厚度大于所述子电极的厚度。
6.根据权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述辅助电极层为叠加在所述子电极上的栅格状辅助电极。
7.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述子电极为厚度5-150nm的金属导体或金属氧化物导体。
8.根据权利要求7所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述子电极为厚度5-100nm。
9.根据权利要求8所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述外层电极为反射外层电极，其厚度为70-500nm。
10.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述介电层材料层为有机半导体或有机绝缘体，其反射率大于等于85％；所述子电极为Al，Ag，Mg，Au，ITO和AZO中的一种。
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