CN111883682A - 发光器件及其制作方法 - Google Patents

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CN111883682A CN201910801525.8A CN201910801525A CN111883682A CN 111883682 A CN111883682 A CN 111883682A CN 201910801525 A CN201910801525 A CN 201910801525A CN 111883682 A CN111883682 A CN 111883682A
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Abstract

本发明涉及一种发光器件及其制作方法，该发光器件包括发光器件主体、内封装层以及多孔封装层，所述内封装层设置在所述发光器件主体上，所述多孔封装层设置在所述内封装层上，所述多孔封装层为通过电化学腐蚀工艺加工形成的多孔结构，该多孔结构能减少光的全反射，增加光的通道，因此可以增加发光效率，从而增加器件的外部量子效率。

Description

发光器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及发光器件领域，特别是涉及一种发光器件及其制作方法。
背景技术
显示技术从早期的阴极射线管显示(CRT)，到20世纪80年底的液晶显示(LCD)、等离子体平板显示(PDP)，再到目前主流的OLED/QLED显示，完成了一次又一次质的飞跃。
有机电致发光二极管(OLED)由于其具有自发光、结构简单、超轻薄、相应速度快、宽视角、低功耗、可柔性显示等优异的性能，已成为显示技术领域中的主流技术。量子点发光二极管(QLED)具有出射光颜色饱和、波长可调以及光致、电致发光量子产率高等优点，近年来成了OLED的有力竞争者。但是QLED器件的性能、稳定性及寿命都有待提高。
通常发光二极管电致发光效率指的是外部量子效率EQE，外部量子效率可以用如下公式来表示：EQE＝γ×ηrc×ηout，其中γ为电子与空穴的注入平衡因子或称复合的几率，ηrc为复合后形成激子并能形成辐射发光的几率，ηout为光提取的效率。目前，OLED/QLED器件的EQE仅能达到20％左右，而光提取效率低是限制器件EQE的一个重要因素。
因此现有技术还有待改进和发展。
发明内容
基于此，有必要提供一种发光器件及其制作方法，以提高发光器件的发光效率。
一种发光器件，包括发光器件主体、内封装层以及多孔封装层，所述内封装层设置在所述发光器件主体上，所述多孔封装层设置在所述内封装层内封装层上，所述多孔封装层为通过电化学腐蚀工艺加工形成的多孔结构。
在其中一个实施例中，所述发光器件主体包括基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层，所述第一电极层设置在所述基板上，所述发光功能层设置在所述第一电极层上，所述第二电极层设置在所述发光功能层上，所述内封装层设置在所述第二电极层上。
在其中一个实施例中，所述第二电极层和所述内封装层之间还设置有光取出层。
在其中一个实施例中，所述多孔封装层的多孔结构的平均孔径为50nm～10μm；和/或，
所述多孔封装层的孔隙率为5％～95％。
在其中一个实施例中，所述多孔封装层的材料为SiNx或AlOx；和/或，
所述多孔封装层与所述内封装层的材料相同，且所述多孔封装层与所述内封装层相接触。
在其中一个实施例中，所述多孔封装层的厚度为100nm～1μm。
一种发光器件的制作方法，包括以下步骤：
提供或制备发光器件主体，在所述发光器件主体上制作封装层；
在所述封装层的远离所述发光器件主体的一侧通过电化学腐蚀制作孔洞，使所述封装层形成无孔洞的内封装层和多孔结构的多孔封装层的叠层结构。
在其中一个实施例中，所述发光器件主体包括依次层叠设置的基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层；
其中，所述电化学腐蚀的具体方法包括：
将所述基板远离第一电极层的一侧上制作的导电层与所述第一电极层电性连接；
将形成有所述封装层以及所述导电层的所述发光器件设置于电解槽中，使所述发光器件将所述电解槽分隔为阳极室和阴极室，并使所述导电层朝向所述阳极室，使所述封装层朝向所述阴极室；
将电化学阳极设置于所述阳极室的电解液中，将电化学阴极设置于所述阴极室的电解液中。
在其中一个实施例中，所述发光器件主体包括依次层叠设置的基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层，其中，所述电化学腐蚀的具体方法包括：
将形成有所述封装层的所述发光器件和电化学阴极设置于电解槽的电解液中，将所述封装层电性连接于电源正极以作为电化学阳极。
在其中一个实施例中，所述电解液为HF/C2H5OH/HNO3混合溶液。
在其中一个实施例中，控制所述多孔封装层的多孔结构的平均孔径为50nm～10μm；和/或，
控制所述多孔封装层的孔隙率为5％～95％。
在其中一个实施例中，所述电化学腐蚀的电流密度为5mA/cm2～50mA/cm2，腐蚀时间为0.5min～30min。
与现有方案相比，上述发光器件及其制作方法具有以下有益效果：
上述发光器件及其制作方法，多孔封装层为通过电化学腐蚀工艺加工形成的多孔结构，该多孔结构能减少光的全反射，增加光的通道，因此可以增加发光效率，从而增加器件的外部量子效率。
附图说明
图1为一实施例的发光器件的结构示意图；
图2为图1所示发光器件中多孔封装层的结构示意图；
图3为光线射出多孔封装层的示意图；
图4为采用双槽法对发光器件的封装层进行电化学腐蚀的示意图；
图5为采用单槽法对发光器件的封装层进行电化学腐蚀的示意图；
图6为图1所示发光器件中多孔封装层的电镜图；
图7为图1所示发光器件中多孔封装层的另一视角的电镜图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1～3所示，本发明提供一种发光器件100，包括发光器件主体、内封装层151以及多孔封装层152，内封装层151设置在发光器件主体上，多孔封装层152设置在内封装层151上。多孔封装层152为通过电化学腐蚀工艺加工形成的多孔结构。
具体地，发光器件主体包括基板110、第一电极层120、发光功能层以及第二电极层140。第一电极层120设置在基板110上，发光功能层设置在第一电极层120上，第二电极层140设置在发光功能层上，内封装层151设置在第二电极层140上。
在其中一个示例中，多孔结构的平均孔径为50nm～10μm。进一步地，在其中一个示例中，多孔结构的平均孔径为400nm～600nm。在一个具体的示例中，多孔结构的平均孔径为500nm。
在其中一个示例中，多孔封装层152的孔隙率为5％～95％。进一步地，在其中一个示例中，多孔封装层152的孔隙率为60％～80％。在一个具体的示例中，多孔封装层152的孔隙率为75％。
在其中一个示例中，多孔封装层152的厚度为100nm～1μm。进一步地，在其中一个示例中，多孔封装层152的厚度为500nm～700nm。在一个具体的示例中，多孔封装层152的厚度为600nm。
在其中一个示例中，多孔封装层152的材料为SiNx或AlOx。
在其中一个示例中，多孔封装层152与内封装层151的材料相同，且多孔封装层152与内封装层151相接触。在本示例中，多孔封装层152与内封装层151是由一层封装材料进行电化学腐蚀部分厚度后形成。腐蚀形成的多孔结构即是多孔封装层152，未被腐蚀的完整的封装层即是内封装层151。
进一步地，在其中一个示例中，所述内封装层151与所述多孔封装层152的厚度比为1:99～99:1。在其中一个示例中，所述内封装层151与所述多孔封装层152的厚度比为1:2～2:1。
如图6和图7所示，经过电化学腐蚀，在封装材料表面一定厚度的范围形成海绵状的多孔结构，该多孔层能增加光的通道，且表面粗糙度高，因此该多孔层能减少光的全反射，从而可以增加发光效率。当电子空穴复合发光后，光从第二电极层140射出，经过多孔封装层152多孔结构，可以增加发光效率，从而增加器件的EQE。
如图2所示，在其中一个示例中，多孔结构的孔洞开口于多孔封装层152的远离内封装层151的一侧，并沿内封装层151的厚度方向延伸，如此，能够更有效地提高发光效率。
第一电极层120材料可以是ITO，IZO，Au等高功函数金属及金属氧化物，在其中一个示例中，第一电极层120为反射阳极，如形成ITO/Ag/ITO反射阳极。
发光功能至少包括发光材料层133。发光材料可以是有机发光材料，可以是量子点发光材料，也可以是有机发光材料和量子点发光材料的混合物。在其中一个示例中，发光功能层还包括空穴注入层131、空穴传输层132、电子传输层134和电子注入层135中的至少一层。
在图1所示的具体示例中，发光功能层包括空穴注入层131、空穴传输层132、发光材料层133、电子传输层134和电子注入层135。空穴注入层131设置在第一电极层120上，空穴传输层132设置在空穴注入层131上，发光材料层133设置在空穴传输层132上，电子传输层134设置在发光材料层133上，电子注入层135设置在电子传输层134上，第二电极层140，第二电极层140设置在电子注入层135上。
空穴注入材料可以是PEDOT:PSS、NiOx、WO3、CuPc、HATCN、m-MTDATA、F4-TCQN等。
空穴传输材料可以是TPD、poly-TPD、PVK、CBP、NPB、TCTA、mCP、TAPC、TFB等。
电子传输层134材料可以是PBD、Bphen、Alq3、TmPyPB、TPBI、ZnO等。
电子注入层135材料可以是Liq、NaF、Ba等。
阴极材料可以是Ag、MgAg合金、IGZO等透明金属氧化物。
在图1所示的具体示例中，第二电极层140和内封装层151之间还包括光取出层160(CPL层，capping layer)，可提高发光效率。光取出层160的材料可以是ZnSe、MgF2、SiO2等折射率较大的材料。
进一步地，本发明还提供一种发光器件的制作方法，包括以下步骤：
提供或制备发光器件主体，在所述发光器件主体上制作封装层；
在所述封装层的远离所述发光器件主体的一侧通过电化学腐蚀制作孔洞，使所述封装层形成无孔洞的内封装层和多孔结构的多孔封装层的叠层结构。
具体地，发光器件主体包括基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层，第一电极层设置在基板上，发光功能层设置在第一电极层上，第二电极层设置在发光功能层上，所述封装层形成于第二电极层上。
在其中一个示例中，制作孔洞的方法是对封装层的远离发光器件主体的一侧表面进行电化学腐蚀。采用电化学腐蚀的方法，工艺简单，孔径和孔深容易控制，并且发光效率能够有效提高。
如图4所示，在其中一个示例中，采用双槽法进行电化学腐蚀，具体方法包括：
在基板的远离第一电极层的一侧上制作导电层，并使导电层与第一电极层电性连接；
将形成有封装层以及导电层的发光器件100设置于电解槽200中，使发光器件100将电解槽分隔为阳极室和阴极室，并使发光器件100的封装层朝向阴极室，使导电层朝向阳极室；
将电化学阳极210设置于阳极室的电解液中，将电化学阴极220设置于阴极室的电解液中。
在其中一个示例中，导电层为ITO。
发光器件100可以通过固定支架230设置在电解槽200中，将电解槽分成两个溶液互不相同的阳极室和阴极室，封装层表面对着电化学阴极220，相当于封装层为该阴极室中的阳极，导电层一侧对着阳极室，相当于导电层为该阳极室中的阴极。接通电源，电流流经发光器件，封装层的部分厚度发生电化学阳极溶解形成多孔结构。
如图5所示，在另一个示例中，采用单槽法进行电化学腐蚀，具体方法包括：
将形成有封装层的发光器件100和电化学阴极320设置于电解槽300的电解液中，将封装层电性连接于电源正极作为电化学阳极。
在单个电解槽中采用封装层作为电化学阳极，封装层一侧对着电化学阴极320，接通电源，封装层的部分厚度发生电化学阳极溶解形成多孔结构。
可以理解，电化学阳极和阴极不能溶解于电解液中，如可选用Pt电极或者石墨电极。
电解液根据封装层的材料进行选择，电解液要能与封装层的材料发生电化学反应。
在其中一个示例中，电源为恒流稳压电源。电流密度为5mA/cm2～50mA/cm2，腐蚀时间为0.5min～30min。进一步地，在其中一个示例中，电流密度为20mA/cm2，腐蚀时间为5min。多孔层的厚度及孔隙率跟采用的电流密度大小及电解时间有关系，一般电流密度越大、电解时间越长，多孔层的厚度越大，孔隙率则先增大后减小。
上述发光器件及其制作方法，多孔封装层为通过电化学腐蚀工艺加工形成的多孔结构，该多孔结构能减少光的全反射，增加光的通道，因此可以增加发光效率，从而增加器件的外部量子效率。
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种顶发射OLED器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1，在玻璃衬底上、下两相对表面分别制备相同图案的ITO，且上、下两相对表面的ITO相连通(上表面的ITO主要作为OLED器件的阳极，跟上表面ITO相通的下表面ITO主要是在双槽电化学电解中传输电荷用)。
步骤S2，在上表面的ITO阳极上制备空穴注入层，本实施例将水溶性的导电聚合物PEDOT通过喷墨打印于阳极上，真空干燥成膜后，150℃退火20min，厚度为65nm。
步骤S3，在空穴注入层上制备空穴传输层，本实施例中将TFB墨水通过喷墨打印于空穴注入层上，真空干燥成膜后，230℃退火30min，厚度为70nm。
步骤S4，在空穴传输层上制备有机发光层，本实施例中有机发光层采用红色有机发光层，红色发光材料可以是常见的红色荧光发光材料或常见的红色磷光发光材料，本实施例采用Alq3为主体发光材料及多种红色荧光掺杂的多掺杂体系，通过旋涂于空穴传输层上，真空干燥成膜后，150℃退火15min，厚度为40nm。
步骤S5，在有机发光层上制备电子传输层，本实施例中将TPBI通过真空蒸镀于有机发光层上，厚度为30nm。
步骤S6，在电子传输层上制备电子注入层，本实施例中将Liq通过真空蒸镀于电子传输层上，厚度为2nm。
步骤S7，在电子注入层上制备透明阴极，本实施例中通过真空蒸镀IGZO透明金属氧化物作为透明阴极，厚度为20nm。
步骤S8，在透明阴极上制备光取出层，光取出层的材料可以是ZnSe、MgF2、SiO2等折射率较大的材料，本实施例中通过真空蒸镀一层ZnSe作为阴极覆盖层，即光取出层，厚度为60nm。
步骤S9，在光取出层上制备封装层，封装层的材料可以是AlOx、SiNx或者有机与无机的叠层封装层，本实施例中采用AlOx/SiNx/AlOx/SiNx交替作为封装层，其中SiNx作为封装层的最外层，其厚度为1μm。
步骤S10，在最外层封装层表面通过双槽电化学阳极腐蚀法制备一层海绵状的多孔层，采用如图4所示的双槽结构。将OLED器件固定在双槽电解池的中间，把电解池分解成两个溶液互不相通的独立半槽，器件最外封装层对着阴极(相当于最外层封装层为该独立电解槽中的阳极)，器件衬底一侧对着阳极(相当于衬底一侧为该独立电解槽中的阴极，衬底一侧用ITO跟阳极导通)，两个电极都采用Pt电极，电源采用恒流稳压电源，电解液为HF/C2H5OH/HNO3混合溶液，体积比为1:2:1，电解液需覆盖器件的封装层。
接通电源，电流从一个半槽经过器件流向另一个半槽，对着阴极的器件最外封装层发生电化学阳极溶解形成所述海绵状的多孔层。本实施例中电流密度采用20mA/cm2，电解时间为5min，多孔层厚度为600nm。其阳极溶解的过程为：在阳极溶解过程中，施加的正电位为SiNx提供了大量空穴，电解液中的F-在空穴的帮助下轰击Si-N键，Si-N键断裂，F置换出一个N，同时释放出一个电子，失去一个N后，剩下的Si-N键更不稳定，继而被F置换并释放出电子，被置换的N构成N2，失去N之后的硅被HF溶解从而形成海绵状的多孔硅。其形成的多孔硅表面如图6所示，横截面如图7所示。
实施例2
本实施例提供一种顶发射QLED器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1，在玻璃衬底的上表面制备ITO阳极。
步骤S2，在上表面的ITO阳极上制备空穴注入层，本实施例将水溶性的导电聚合物PEDOT通过喷墨打印于阳极上，真空干燥成膜后，150℃退火20min，厚度为65nm。
步骤S3，在空穴注入层上制备空穴传输层，本实施例中将TFB墨水通过喷墨打印于空穴注入层上，真空干燥成膜后，230℃退火30min，厚度70nm。
步骤S4，在空穴传输层上制备红色量子点发光层，红色量子点发光材料可以是Ⅱ-Ⅵ族化合物、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Ⅱ-Ⅴ族化合物、Ⅲ-Ⅵ族化合物、Ⅳ-Ⅵ族化合物、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物、Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ族化合物或Ⅳ族单质中的一种或多种。在本实施例中，采用CdSe/CdS/ZnS红色量子点，通过旋涂于空穴传输层上，真空干燥成膜后，100℃退火10min，厚度为40nm。
步骤S5，在量子点发光层上制备电子传输层，本实施例中将ZnO墨水通过旋涂于量子点发光层上，厚度为40nm。在本实施例中没有采用电子注入层，因为ZnO具有良好的电子传输能力。
步骤S6，在电子传输层上制备透明阴极，本实施例中通过真空蒸镀IGZO透明金属氧化物作为透明阴极，厚度为20nm。
步骤S7，在透明阴极上制备光取出层，本实施例中通过真空蒸镀一层ZnSe作为阴极覆盖层，即光取出层，厚度为60nm。
步骤S8，在光取出层上制备封装层，封装层的材料可以是AlOx、SiNx或者有机与无机的叠层封装层，本实施例中采用AlOx/SiNx/AlOx/SiNx交替作为封装层，其中SiNx作为封装层的最外层，其厚度为1μm。
步骤S9，在最外层封装层表面通过单槽电化学阳极腐蚀法制备一层海绵状的多孔层，采用如图5所示的单槽结构。在单个电解槽中采用器件做阳极，器件封装层一侧对着阴极，阴极采用Pt电极，电源采用恒流稳压电源，接通电源，电解液为HF/C2H5OH/HNO3混合溶液，体积比为1:2:1，电解液需覆盖住器件的封装层。接通电源，阳极封装层一侧与电解液发生电化学阳极溶解形成海绵状的多孔层。本实施例中，电流密度采用10mA/cm2，电解时间为5min，多孔层厚度400nm。其阳极溶解的过程如实施例1，在此不再赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发光器件，其特征在于，包括发光器件主体、内封装层以及多孔封装层，所述内封装层设置在所述发光器件主体上，所述多孔封装层设置在所述内封装层上，所述多孔封装层为通过电化学腐蚀工艺加工形成的多孔结构。
2.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件主体包括基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层，所述第一电极层设置在所述基板上，所述发光功能层设置在所述第一电极层上，所述第二电极层设置在所述发光功能层上，所述内封装层设置在所述第二电极层上。
3.如权利要求2所述的发光器件，其特征在于，所述第二电极层和所述内封装层之间还设置有光取出层。
4.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述多孔封装层的多孔结构的平均孔径为50nm～10μm；和/或，
所述多孔封装层的孔隙率为5％～95％。
5.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述多孔封装层的材料为SiNx或AlOx；和/或，
所述多孔封装层与所述内封装层的材料相同，且所述多孔封装层与所述内封装层相接触。
6.如权利要求1～5任一项所述的发光器件，其特征在于，所述多孔封装层的厚度为100nm～1μm。
7.一种发光器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供或制备发光器件主体，在所述发光器件主体上制作封装层；
在所述封装层的远离所述发光器件主体的一侧通过电化学腐蚀制作孔洞，使所述封装层形成无孔洞的内封装层和多孔结构的多孔封装层的叠层结构。
8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述发光器件主体包括依次层叠设置的基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层；其中，所述电化学腐蚀的具体方法包括：
将所述基板远离第一电极层的一侧上制作的导电层与所述第一电极层电性连接；
将形成有所述封装层以及所述导电层的所述发光器件设置于电解槽中，使所述发光器件将所述电解槽分隔为阳极室和阴极室，并使所述导电层朝向所述阳极室，使所述封装层朝向所述阴极室；
将电化学阳极设置于所述阳极室的电解液中，将电化学阴极设置于所述阴极室的电解液中。
9.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述发光器件主体包括依次层叠设置的基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层，其中，所述电化学腐蚀的具体方法包括：
将形成有所述封装层的所述发光器件和电化学阴极设置于电解槽的电解液中，将所述封装层电性连接于电源正极以作为电化学阳极。
10.如权利要求9或10所述的制作方法，其特征在于，所述电解液为HF/C2H5OH/HNO3混合溶液；和/或
所述电化学腐蚀的电流密度为5mA/cm2～50mA/cm2，腐蚀时间为0.5min～30min。
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