CN113258016B - 一种发光器件、显示面板和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光器件、显示面板和显示装置，发光器件包括：层叠设置的阴极、发光层和阳极；所述阴极和/或所述阳极的靠近所述发光层的一侧设有超表面结构。在应用过程中，通过超表面结构可以产生电磁诱导透明效应，具有窄带滤波功能，能提高出光的色纯度，同时能减少电极的光损耗，提高外量子效率，提高发光器件的发光效果，进而提高显示效果。

Description

一种发光器件、显示面板和显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种发光器件、显示面板和显示装置。

背景技术

OLED即有机电致发光显示，OLED器件具有自发光、广视角、高对比度、低功耗等特点。目前，OLED器件的结构较复杂，包含多种功能层，造成光在其中传播时会阻碍光取出。现有的发光器件出光的色纯度不高，电极的光损耗多，外量子效率低，影响发光器件的发光效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种发光器件、显示面板和显示装置，用以解决现有的发光器件出光的色纯度不高，电极的光损耗多，外量子效率低，影响发光效果的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种发光器件，包括：

层叠设置的阴极、发光层和阳极；

所述阴极和/或所述阳极的靠近所述发光层的一侧设有超表面结构。

其中，所述超表面结构包括：

第一谐振单元和第二谐振单元，所述第一谐振单元包括：

多个第一谐振结构与多个第二谐振结构，所述第一谐振结构为长条状，多个所述第一谐振结构之间平行间隔开分布；

所述第二谐振结构为长条状，多个所述第二谐振结构之间平行间隔开分布，每条所述第一谐振结构分别与多个所述第二谐振结构相交设置；

所述第二谐振单元包括：第三谐振结构，所述第一谐振结构与所述第二谐振结构之间相交围成多个空格区域，所述第三谐振结构设置于所述空格区域。

其中，所述第一谐振结构与所述第二谐振结构之间垂直相交设置。

其中，所述第三谐振结构呈阵列分布；和/或

所述第一谐振结构和所述第二谐振结构的厚度为30-50nm，所述第一谐振结构和所述第二谐振结构的宽度为20-40nm；和/或

所述第三谐振结构为柱状，所述第三谐振结构的直径为80-180nm，所述第三谐振结构的高度为20-60nm。

其中，所述超表面结构包括：

第一谐振单元，所述第一谐振单元包括多个第一谐振结构，所述第一谐振结构的截面为十字形或圆形，多个所述第一谐振结构呈阵列分布。

其中，所述第一谐振结构的截面为十字形，所述第一谐振结构包括第一谐振体与第二谐振体，所述第一谐振体与所述第二谐振体垂直相交，所述第一谐振体与所述第二谐振体的长度为120-180nm，所述第一谐振体与所述第二谐振体的宽度为10-30nm，所述第一谐振体与所述第二谐振体的厚度为3-7nm；或者

所述第一谐振结构为柱状，所述第一谐振结构的直径为70-90nm，所述第一谐振结构的高度为20-60nm。

其中，所述超表面结构包括金属材料结构、半金属材料结构、半导体材料结构和石墨烯材料结构中的至少一种。

其中，所述发光器件还包括以下至少一项：

电子传输层，所述电子传输层设置于所述阴极与所述发光层之间；

空穴传输层，所述空穴传输层设置于所述阳极与所述发光层之间；

电子注入层，所述电子注入层设置于所述阴极与所述发光层之间；

空穴注入层，所述空穴注入层设置于所述阳极与所述发光层之间。

第二方面，本发明实施例提供一种显示面板，包括上述实施例中所述的发光器件。

第三方面，本发明实施例提供一种显示装置，包括上述实施例中所述的显示面板。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明实施例的发光器件，包括：层叠设置的阴极、发光层和阳极；所述阴极和/或所述阳极的靠近所述发光层的一侧设有超表面结构。在应用过程中，通过超表面结构可以产生电磁诱导透明效应，具有窄带滤波功能，能提高出光的色纯度，同时能减少电极的光损耗，提高外量子效率，提高发光器件的发光效果，进而提高显示效果。

附图说明

图1为本发明实施例中发光器件的一个结构示意图；

图2为本发明实施例中发光器件的另一个结构示意图；

图3为本发明实施例中发光器件的又一个结构示意图；

图4为本发明实施例中发光器件的又一个结构示意图；

图5为第一谐振结构、第二谐振结构与第三谐振结构的一个分布示意图；

图6为本发明实施例中发光器件的又一个结构示意图；

图7为第一谐振结构的一个分布示意图；

图8为第一谐振结构的一个放大示意图；

图9为第一谐振结构的另一个分布示意图；

图10为第一谐振结构的另一个放大示意图。

附图标记

阴极10；

发光层20；

阳极30；

超表面结构40；第一谐振结构41；第二谐振结构42；

第三谐振结构43；第一谐振体44；第二谐振体45；

电子传输层50；空穴传输层51；

电子注入层52；空穴注入层53；

基板60；封装层61。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。

如图1至图10所示，本发明实施例的发光器件，包括：层叠设置的阴极10、发光层20和阳极30，阴极10和/或阳极30的靠近发光层20的一侧设有超表面结构40。发光层20可以包括红光发光层、蓝光发光层和绿光发光层中的至少一种。可以在基板60上层叠设置阴极10、发光层20和阳极30，在阳极30上可以设置封装层61；可以在基板60上层叠设置阳极30、发光层20和阴极10，在阳极30上可以设置封装层61。

超表面结构的形状、尺寸以及数量、排布方式可以根据实际情况选择，可以依据不同的光波长选择不同的超表面结构参数，红色发光层所对应的超表面结构的分布周期较大，蓝色发光层所对应的超表面结构的分布周期较小。超表面结构的材料可使用与所在的电极相同的材料，如镁银混合材料，还可以使用其它金属、半金属、半导体等，便于加工制备。

其中，超表面结构可以是一种人工电磁微结构，它通常由周期性金属微结构组成，通过设计金属微结构的形状、尺寸和大小，超表面结构可以实现滤波、偏振转换、全反射、高吸收等不同的功能。超表面结构具有频率选择特性，对于不同频率的电磁波会产生不同的响应，具有较好的滤波效果。超表面结构具有体积小，效率高，调制范围广等特点，其超薄的特性可以与发光器件有效结合，可以降低发光器件的厚底。

可以在顶发射OLED器件的阳极上方构建周期性的图案层(超表面结构)。当特定频率的光入射到图案层时会与单元结构耦合产生偶极子共振模式，偶极子之间会产生强耦合从而使偶极距展宽，可以达到全反射的目的，有利于提高光取出效率。同时周期性光子晶体具有频率选择特性，不同的表面结构参数会对不同波长的光产生响应，从而对入射光进行筛选，只反射对应波长的光，从而提高色纯度，有利于设计高分辨率的显示器件。可以采用Ag或Ag/ITO作为OLED器件的阳极，不具有超表面结构情况下，反射率为80％左右。通过在阳极上设置超表面结构，反射率可以达到99％以上，能有效提高外量子效率从而提高光取出。同时利用超表面的频率选择特性，在各像素对应的位置可以设置不同结构参数的超表面结构，筛选对应波长范围的光，提高色纯度。

在本发明实施例的发光器件中，所述阴极和/或所述阳极的靠近所述发光层的一侧设有超表面结构，在应用过程中，通过超表面结构可以产生电磁诱导透明效应，具有窄带滤波功能，能提高出光的色纯度，同时能减少电极的光损耗，提高外量子效率，提高发光器件的发光效果，进而提高显示效果。原本会在阴极或阳极表面形成SPP的能量，在器件中会集中在超表面结构中的谐振单元上，并通过模式耦合最终发射出去，能有效提高器件的外量子效率。SPP为表面等离子体激元，一种光入射到金属表面与自由电子产生震荡的特殊模式，会引起光损失。将超表面结构集成在阴极或阳极上，可以降低现有OLED器件的厚度，提高集成度。具有超表面结构的电极可以同时具有滤光和降反效果，提高光取出和色纯度。

在一些实施例中，如图5和图7所示，所述超表面结构40可以包括：第一谐振单元和第二谐振单元，其中，第一谐振单元可以包括：多个第一谐振结构与多个第二谐振结构，第一谐振结构41为长条状，多个第一谐振结构41之间平行间隔开分布，多个第一谐振结构41之间可以均匀间隔分布。第二谐振结构42为长条状，多个第二谐振结构42之间平行间隔开分布，多个第二谐振结构42之间可以均匀间隔开分布。每条第一谐振结构41分别与多个第二谐振结构42相交设置，比如，每条第一谐振结构41可以分别与所有的第二谐振结构42相交，每条第二谐振结构42可以分别与所有的第一谐振结构41相交。第二谐振单元包括：第三谐振结构43，第一谐振结构41与第二谐振结构42之间相交围成多个空格区域，第三谐振结构43设置于空格区域，第三谐振结构43和第一谐振结构与第二谐振结构之间可以不直接接触，具有一定的间隔距离，可以位于空格区域的中部。两种谐振单元各自的谐振模式耦合会产生电磁诱导透明效应，通过第一谐振单元和第二谐振单元之间的配合可以对光线进行谐振耦合，可以产生电磁诱导透明效应，具有窄带滤波功能，能提高出光的色纯度，减少光损耗，提高外量子效率，提高发光器件的发光效果，进而提高显示效果。电磁诱导透明指超表面结构中两种谐振模式耦合产生的特异性透射现象，表现为高吸收区域出现明显的透射峰。

在应用过程中，阴极10的靠近发光层20的一侧可以设有超表面结构40，当光由发光层20产生，传播到阴极10时，会与亚波长的超表面结构单元耦合产生偶极子，超表面结构包含第一谐振单元和第二谐振单元，其中，第一谐振单元会与波长为Λ1的光耦合产生偶极子，第二谐振单元会与波长为Λ2的光耦合产生偶极子，通过调节第一谐振单元中第一谐振结构41与第二谐振结构42的宽度、第二谐振单元中第三谐振结构43的直径、高度和重复周期可以改变Λ1和Λ2的值。当Λ1和Λ2的值接近时，器件的透过谱会出现一个透过率极高的透射峰，其位置为Λ0，这种效应被称为电磁诱导透明效应。通过调节超表面结构的参数，可以使Λ0与发光层的出射光波长一致，此时超表面结构只会透过Λ0周围极窄带宽的电磁波，具有较好的滤波作用，可以收窄出射光谱，降低外界光反射，同时由于电磁诱导透明效应，原本会通过电极的金属表面SPP损失的能量通过偶极子共振耦合出射，提高了外量子效率。以上功能可以由很薄的超表面一层完成，极大缩减器件厚度，有利于高度集成OLED器件的设计。

可选地，第一谐振结构41与第二谐振结构42之间可以垂直相交设置，围成的空格区域可以为长方形或正方形。第一谐振结构41与第二谐振结构42和第三谐振结构43之间可以呈周期性规律分布，通过第一谐振结构41与第二谐振结构42和第三谐振结构43之间配合可以对光线进行谐振耦合，可以产生电磁诱导透明效应，具有窄带滤波功能，能提高出光的色纯度。

在一些实施例中，第三谐振结构43可以呈阵列分布，具体的第一谐振结构41与第二谐振结构42以及第三谐振结构43的数量、尺寸和形状可以根据实际情况进行调整。

在另一些实施例中，第一谐振结构41和第二谐振结构42的厚度可以为30-50nm，第一谐振结构41和第二谐振结构42的宽度可以为20-40nm，具体的厚度和宽度可以根据实际的情况合理选择。

在一些实施例中，第三谐振结构43为柱状，第三谐振结构43的直径为80-180nm，第三谐振结构43的高度为20-60nm，通过圆柱状的第三谐振结构43可以与第一谐振结构41与第二谐振结构42配合，以对光线进行谐振耦合，可以产生电磁诱导透明效应，具有窄带滤波功能，能提高出光的色纯度。

在本发明的实施例中，超表面结构可以包括：第一谐振单元，第一谐振单元可以包括多个第一谐振结构，第一谐振结构41的截面可以为十字形或圆形，多个第一谐振结构41呈阵列分布。

其中，如图7和图8所示，第一谐振结构41的截面可以为十字形，第一谐振结构41可以包括第一谐振体44与第二谐振体45，第一谐振体44与第二谐振体45可以垂直相交，第一谐振体44与第二谐振体45的长度可以为120-180nm，第一谐振体44与第二谐振体45的宽度可以为10-30nm，第一谐振体44与第二谐振体45的厚度可以为3-7nm，第一谐振体44与第二谐振体45的具体尺寸可以根据实际需要选择。

如图9和图10所示，第一谐振结构41可以为柱状，第一谐振结构41的直径可以为70-90nm，第一谐振结构41的高度可以为20-60nm，第一谐振结构41可以均匀间隔开分布，可以呈阵列分布，也可以根据实际情况进行调整，第一谐振结构41的数量、间隔距离、尺寸等可以根据实际情况选择。

在本发明的实施例中，超表面结构可以包括金属材料结构、半金属材料结构、半导体材料结构和石墨烯材料结构中的至少一种，比如超表面结构可以为银、铜、铝或半导体硅等材料件。

如图2至图4、图6所示，在一些实施例中，发光器件还包括以下至少一项：

电子传输层50，电子传输层50设置于阴极10与发光层20之间；

空穴传输层51，空穴传输层51设置于阳极30与发光层20之间；

电子注入层52，电子注入层52设置于阴极10与发光层20之间；

空穴注入层53，空穴注入层53设置于阳极30与发光层20之间。

其中，在发光器件同时包括电子传输层50与电子注入层52的情况下，电子注入层52位于阴极10与电子传输层50之间；在发光器件同时包括空穴传输层51与空穴注入层53的情况下，空穴注入层53位于阳极30与空穴传输层51之间。

在实际应用过程中，发光器件的制备方法可以包括以下步骤：

在玻璃或柔性聚酰亚胺(PI)基板上，通过溅射或刻蚀等方式构建阳极；

在阳极上，通过蒸镀工艺构建发光结构，发光结构可以包括空穴传输层、发光层、电子传输层；

在电子传输层上可以构建周期性超表面结构，超表面结构的材料可以为铜、银或铝。超表面结构可以包括第一谐振单元和第二谐振单元，第一谐振单元可以包括：多个第一谐振结构与多个第二谐振结构，第二谐振单元包括第三谐振结构43，第三谐振结构43设置于空格区域。

第一谐振结构与第二谐振结构的厚度可以为40nm，宽度可以为20-40nm，第三谐振结构43可以为圆柱状，第三谐振结构43的直径可以为80-180nm，重复周期可以为200-400nm。第一谐振结构与第二谐振结构的厚度、宽度以及第三谐振结构43的直径、高度、重复周期可根据出射光波长做出调整，红光对应的尺寸可以较大，蓝光对应的尺寸可以较小。

超表面结构的制备方法可以包括：利用湿刻工艺得到周期性图案化表面，刻蚀工艺包括干刻和湿刻，可以使用化学品湿法刻蚀制备超表面结构。

在超表面结构的上方可以通过蒸镀工艺获得阴极金属层，提高电子传输性能，厚度可以为10nm；在阴极金属层的上方可以通过化学气相沉积和喷墨打印得到封装层，封装层可以用于隔绝水氧，进而保护器件。可以利用超精细FMM(极精细金属掩膜版)蒸镀得到超表面结构，此方法构建的单元结构更为精细。可以使用电控材料(如石墨烯)来构建超表面结构，电控材料具有更多变的光电性质，能实现更为复杂的功能。

基板为玻璃或聚酰亚胺，基板上的金属银薄膜作为器件的阳极，在金属阳极上可以构建周期性的超表面结构，如图8所示，超表面结构的周期P1可以为200nm～500nm，也即是，超表面结构设置在预设区域，预设区域的边长尺寸为200nm～500nm，根据不同像素的频率选择需要可以设置不同的超表面结构周期。每个周期可以包含一个金属十字形突起，第一谐振结构41可以包括第一谐振体44与第二谐振体45，第一谐振体44与第二谐振体45的长度可以为150nm，宽度可以为20nm，厚度可以为5nm。结构参数可根据仿真或实验结果做出改变。第一谐振体44与第二谐振体45的材料可以为银、铜、铝或半导体硅。在超表面结构的上方可以再按常规构建空穴传输层、RGB发光层、电子传输层、阴极。十字超表面结构的厚度可以较薄，减少对空穴传输的影响。

基板为玻璃或聚酰亚胺，基板上的金属银薄膜作为器件阳极，在金属阳极上构建周期性超表面结构，如图10所示，超表面结构的周期P2可以为150nm～400nm，也即是，超表面结构设置在预设区域，预设区域的边长尺寸为150nm～400nm，根据不同像素的频率选择需要可以设置不同的超表面结构周期。每个周期可以包含一个圆柱体，圆柱体的直径可以为80nm，高度可以为40nm。具体的结构参数可根据仿真或实验结果做出改变。圆柱体的材料可以为银、铜、铝或半导体硅。在超表面结构的上方可以按常规构建空穴传输层、RGB发光层、电子传输层、阴极。圆柱体由于周期和结构尺寸较小，有利于做出更高的分辨率器件。

本发明实施例提供一种显示面板，包括上述实施例中所述的发光器件。具有上述实施例中发光器件的显示面板，出光的色纯度高，显示效果较好。

本发明实施例提供一种显示装置，包括上述实施例中所述的显示面板。具有上述实施例中显示面板的显示装置，显示效果较好，提高使用者的使用体验。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种发光器件，其特征在于，包括：

层叠设置的阴极、发光层和阳极；

所述阴极和/或所述阳极的靠近所述发光层的一侧增设有超表面结构；

所述超表面结构包括：

第一谐振单元和第二谐振单元，所述第一谐振单元包括：

多个第一谐振结构与多个第二谐振结构，所述第一谐振结构为长条状，多个所述第一谐振结构之间平行间隔开分布；

所述第二谐振结构为长条状，多个所述第二谐振结构之间平行间隔开分布，每条所述第一谐振结构分别与多个所述第二谐振结构相交设置；

所述第二谐振单元包括：第三谐振结构，所述第一谐振结构与所述第二谐振结构之间相交围成多个空格区域，所述第三谐振结构设置于所述空格区域；所述第三谐振结构呈阵列分布；所述第一谐振结构和所述第二谐振结构的厚度为30-50nm，所述第一谐振结构和所述第二谐振结构的宽度为20-40nm；所述第三谐振结构为柱状，所述第三谐振结构的直径为80-180nm，所述第三谐振结构的高度为20-60nm。

2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一谐振结构与所述第二谐振结构之间垂直相交设置。

3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述超表面结构包括金属材料结构、半金属材料结构、半导体材料结构和石墨烯材料结构中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件还包括以下至少一项：

电子传输层，所述电子传输层设置于所述阴极与所述发光层之间；

空穴传输层，所述空穴传输层设置于所述阳极与所述发光层之间；

电子注入层，所述电子注入层设置于所述阴极与所述发光层之间；

空穴注入层，所述空穴注入层设置于所述阳极与所述发光层之间。

5.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的发光器件。

6.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求5中所述的显示面板。

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