CN116568068A - 视角稳定性与对比度改善的顶发射oled器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件及其制备方法,包括衬底、反射阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、兼作间隔层的电子传输层、电子注入层和半透明双层金属薄膜阴极,进一步包括遮盖层。本发明同时兼顾了电子注入能力、导电能力和透光率,有利于提高器件效率;此外,使用有机材料NPB作为出光覆盖层,提高了光提取率,同时降低微腔效应,改善视角特性;其具有相对高的稳定性和易于蒸镀的特性。内层钐(Sm)金属的使用,使器件的微腔效应进一步减弱,进一步改善顶发射器件的视角特性,±50°视角范围内视角色差Δλ/λ<3‰,尤其是器件用作显示应用时的对比度也得到改善。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术、光电子技术领域,具体涉及一种视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件及其制备方法。
背景技术
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)是极具潜力的新一代发光器件,在平面显示技术、大面积发光照明等方面具有非常广阔的应用前景。它具有自发光、全固态、宽视角、快响应、抗低温、可实现低压驱动及柔性显示等特性,显示出极强的竞争力及发展潜力。
目前,在有机发光二极管(Organic Light-emitting Diode,OLED)电子显示应用领域,由于顶发射OLED(Top-emitting OLED,TEOLED)器件具有近乎100%的开口率,大多数制造厂商采用了该技术。与传统的底发射技术相比较,由薄膜晶体管(Thin FilmTransistor,TFT)驱动的有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix OLED,AMOLED),其采用半透明的材料(铟锡氧化物,Indium Tin Oxide,ITO或者金属薄膜)作为顶部出光阴极,如说明书附图1所示。这类TEOLEDs能够制备在任意的衬底上(如硅片和玻璃),在上面淀积形成反射金属阳极,中间夹层为多层发光有机异质结。迄今为止,ITO是非常好的透明电极材料,得到广泛引用。然而,ITO的功函数比较高,不适合阴极电子注入,会降低器件效率。其他比较大的问题是,ITO采用的铟是比较稀有的昂贵的金属材料,同时形成ITO采用溅射工艺,容易损伤有机功能层。ITO是脆性的,也不适合在柔性衬底上运用。因此,探索ITO的替代材料非常有必要、有意义。由于金属Ag薄膜具有相对高的透光性和延展性,其经常被用来替代ITO。
Ag薄膜用作半透明电极,光场会在反射阳极和阴极之间形成干涉相长效应,即微腔效应。光场干涉相长使垂直方向的光强得到增强,同时也提高了光的色纯度(光谱变窄),这是其好的一面。但不利的一点是,干涉效应造成其它出射角度上的光谱蓝移和非朗伯体发光,这在显示应用上是非常不利的,会造成视角色差。同时,由于采用了反射率强的金属电极,使得显示器件的亮场对比度大大降低。如何兼顾发光效率、良好的视角特性、较高的对比度,是一个非常有意义的研究课题。
发明内容
由于顶发射器件中微腔效应的存在,不同出射角度方向上的谐振出光波长与垂直面出射波长近似满足余弦关系,即λ≈λ0cosθ,光谱发生蓝移。该现象对显示应用来说是不利的,必须采用一些方法来改善出光角度特性。针对上述问题,本发明提供了一种视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件,降低了微腔效应强度,增加透光率,且该方法简单易行,成本低廉,以使器件用作显示应用时,对比度增加,在商业化显示应用中具有潜力。
本发明采用如下技术方案:
一种视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件,包括衬底以及在所述衬底上由底部至顶部依次蒸镀的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极,其中,所述阳极由铝层与银层组成;所述阴极由钐层与银层组成。进一步的,还包括阴极覆盖层。
本发明公开的视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件包括衬底以及在所述衬底上由底部至顶部依次蒸镀的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层(兼作间隔层)、电子注入层、阴极和覆盖层,各层厚度如下:
所述阳极为Al+Ag叠层金属反射阳极,其厚度为90~150nm;
所述空穴注入层的厚度为5~15nm;
所述空穴传输层的厚度为15~45nm;
所述发光层的厚度为15~25nm;
所述电子传输层的厚度为5~15nm;
所述电子注入层的厚度为15~25nm;
所述阴极为半透明的Sm+Ag叠层阴极,其厚度为15~25nm。
优选的,所述阳极中,银层的厚度为40~50nm,铝层的厚度为50~60nm,优选的,所述阳极为Al+Ag,厚度为56+44 nm;所述阴极中,钐层的厚度为0~5nm且不包括0,银层的厚度为15~20nm,优选的,所述阴极金属为Sm+Ag,厚度为4+15nm。阴极覆盖层是NPB有机薄膜,其厚度为0~60nm,优选为45nm。
上述技术方案中,所述衬底可以选用本领域常用的任何衬底材料,例如硅片、二氧化硅、玻璃等,优选硅片或玻璃,更优选玻璃。
上述技术方案中,所述空穴注入层的材料为稀土金属氧化物或者有机材料;所述稀土金属氧化物选自氧化铼、氧化钼(MoO3)、氧化钨中的任意一种,优选三氧化钼;所述有机材料选自PEDOT/PSS:聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、M-MTDATA:4,4',4''-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯基胺、2-TNATA :4,4',4''-三[N-(萘-2-基)-N-苯基氨基]三苯基胺中的任意一种,优选PEDOT:PSS,其结构如下所示:
。
上述技术方案中,所述空穴传输层的材料选自N,N'-二苯基-N,N'-二(萘-1-基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)、N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(TPD)、4,4'-二(咔唑-9-基)联苯(CBP)中的任意一种,优选NPB;上述材料的结构如下所示:
。
上述技术方案中,所述发光层的材料为三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)或其掺杂C545T:10-(2-苯并噻唑)-2,3,6,7-四氢-1,1,7,7,-四甲基L-1H,5H,11H-[1]苯丙吡喃酮基[6,7,8-IJ]喹嗪-11-酮(Alq3:C545T)的混合物,优选Alq3,上述发光层材料的结构如下所示:
。
上述技术方案中,所述电子传输层的材料选自4,7-二苯基-1,10-菲罗啉(BPhen)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)、双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8)-(1,1'-联苯-4-羟基)铝(BAlq)中的任意一种,优选BPhen,上述电子传输层材料的结构如下所示:
。
上述技术方案中,所述电子注入层的材料为所述电子传输层的材料与锂的掺合物,优选4,7-二苯基-1,10-菲罗啉与锂的掺合物(BPhen:Li),其中锂的质量浓度为2%~3%,优选2.5%。
上述技术方案中,所述阴极覆盖层为NPB,具有相对高的稳定性和易于蒸镀的特性。
另一方面,本发明还提供了一种用于制备上述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件的方法,在衬底上由底部至顶部依次蒸镀的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极,得到所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件;进一步的,在阴极表面蒸镀阴极覆盖层,得到所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件;具体的,该方法包括下列步骤:
1)衬底的预处理:将衬底依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗并烘干;
2)阳极的蒸镀:依次使用铝(小块材料)、银颗粒在步骤1)中所述衬底上进行蒸镀,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至达到所需的厚度;
3)空穴注入层的蒸镀:使用空穴注入层材料在步骤2)中所述阳极上进行蒸镀,控制其蒸发速率为0.2~0. 3nm/s,直至达到所需的厚度;
4)空穴传输层的蒸镀:使用空穴传输层材料在步骤3)中所述空穴注入层上进行蒸镀,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至达到所需的厚度;
5)发光层的蒸镀:使用发光层材料在步骤4)中所述空穴传输层上进行蒸镀,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至达到所需的厚度;
6)电子传输层的蒸镀:使用电子传输层材料在步骤5)中所述发光层上进行蒸镀,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至达到所需的厚度;
7)电子注入层的蒸镀:使用作为母体材料的电子传输层材料与掺杂材料掺杂的方式在步骤7)中所述电子传输层上进行共蒸,控制所述电子传输层材料的蒸发速率为0.2~0.3nm/s,同时根据所述掺杂材料的掺杂比率来调节其蒸发速率,直至达到所需的厚度,其中所述掺杂材料为氮化锂,其热分解后释放出的锂被掺入所述电子传输层材料;
8)阴极的蒸镀:依次使用钐金属(小条块状)、银颗粒在步骤7)中所述电子注入层上进行蒸镀,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至达到所需的厚度,得到视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件。
9)阴极覆盖层的蒸镀:采用NPB,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至达到所需的厚度;得到视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件。
上述技术方案中,步骤1)中所述超声清洗的时间为5~20分钟,优选10分钟,并且本领域技术人员有能力根据所选的衬底来调整具体的清洗时间。
上述技术方案中,步骤1)中所述烘干的温度为110~150℃,优选120℃;时间为10~30分钟,优选20分钟。
上述技术方案中,所述蒸镀通过常规的真空热蒸发仪来完成。
上述技术方案中,用于所述蒸镀的各种材料如上所定义,并且其纯度均为99%以上;其中步骤2)和步骤8)中所述银颗粒的直径为1mm、铝为直径约4mm的块状、钐金属为小条块状。
上述技术方案中,在获得所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件之后,将其封装,以便减少氧气和水蒸汽的破坏作用。
与现有技术相比,采用上述技术方案的本发明具有如下优点:
(1)本发明的视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件无需溅射ITO作为半透明阴极,简化了制备过程;
(2)本发明的制备方法无需溅射ITO,避免了对有机发光材料造成损伤,同时避免了使用存量稀少、价格昂贵的金属铟,大大节省了原料成本;
(3)在使用层叠金属阳极的同时优化了两层金属的厚度,彻底解决了纯银作为阳极时的器件短路问题。作为银的结晶引导层,铝首先沉积在普通衬底上,然后再层叠银而组成复合阳极,彻底解决了银与衬底的浸润度差的问题,从而有利于克服器件短路;
(4)本发明的视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件充分利用了电极的高透光性和相对高的导电性,有利于提高器件效率;同时优化了电极的厚度,兼顾了良好的导电能力和较大的透光率;降低驱动电压。
(5)本发明的视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件对衬底的选择比较宽松,适用于各种衬底材料,兼容性更好。
(6)本发明以掺杂锂的Bphen作为电子注入层有利于降低电子注入势垒和提高导电能力;同时作为电子传输层的Bphen还兼做间隔层,有利于减小由于锂原子扩散到发光层中而引起的荧光猝灭作用。
(7)本发明以有机层覆盖阴极金属层来增加透明度,提高出光率,从而降低微腔效应,提升视角特性,方法简单易行,成本低廉。
(8)本发明采用低反射金属Sm作为Ag阴极的内嵌层,降低微腔效应,提升视角特性。同时Sm金属有利于电子注入,可以降低器件的驱动电压,还可以使器件用作显示应用时,对比度增加,因为本发明器件降低了对周围亮场自然光的反射,突出了器件主动发光的成分,从而提高对比度。
附图说明
图1为现有技术中底发射和顶发射OLED器件的层状结构示意图,其中(a)代表底发射OLED器件;(b)代表顶发射OLED器件。
图2为实施例1器件结构。
图3为100nm Al、56nm Al+44nm Ag的反射率与波长的关系曲线图。
图4为维持Al+Ag总厚度100nm,调整各自厚度时总的反射率曲线图。
图5为银(Ag)和铝(Al)的透光率与厚度的关系曲线图@波长528nm。
图6为 (x) nm Sm+15 nm Ag在有无/覆盖层时,透射率、反射率和吸收率关系曲线@波长528nm,可以看到有覆盖层时透射率显著增加。
图7为不同厚度的阴极覆盖层所制备的TEOLED器件的量子效率与覆盖层厚度的关系曲线图@180 mA/cm2。
图8为不同厚度阴极覆盖层所制备的TEOLED器件的 (a) 光谱半高宽;(b) 峰值波长移位;(c) 45nm NPB覆盖层与无覆盖层时的归一化光谱。
图9为不同厚度阴极覆盖层所制备的TEOLED器件的J-V曲线。
图10为空穴传输层NPB=29nm,无覆盖层时TEOLED器件在不同视角上的归一化光谱,5 nm Sm,无覆盖层;0°视角(垂直出光面)λ=528nm、50°视角上Δλ = -13.9 nm。
图11为空穴传输层NPB =39nm,45nm覆盖层时TEOLED器件在不同视角上的归一化光谱,5 nm Sm,覆盖层45 nm;50°视角上Δλ = -2.3 nm。
图12为空穴传输层NPB =39nm,45nm覆盖层时TEOLED器件(Sm= 2 nm)在不同视角上的归一化光谱;50°视角上Δλ = -3.9 nm。
图13为空穴传输层NPB =39nm,45nm覆盖层时TEOLED器件(Sm= 4 nm)在不同视角上的归一化光谱;50°视角上Δλ = -1.6 nm。
图14为无覆盖层(空穴传输层NPB_I=29nm)、有45nm NPB_II覆盖层(空穴传输层NPB_I=29nm)、有45nm NPB_II覆盖层(空穴传输层NPB_I=39nm)三种器件的归一化光谱,Sm+Ag(4 nm+15 nm)阴极。
图15为无覆盖层(空穴传输层NPB_I=29nm)、有45nm NPB_II覆盖层(空穴传输层NPB_I=29nm)、有45nm NPB_II覆盖层(空穴传输层NPB_I=39nm)三种器件的J-V曲线,Sm+Ag(4 nm+15 nm)阴极。
图16为无覆盖层(空穴传输层NPB_I=29nm)、有45nm NPB_II覆盖层(空穴传输层NPB_I=29nm)、有45nm NPB_II覆盖层(空穴传输层NPB_I=39nm)三种器件的亮度- 电流密度关系曲线,Sm+Ag(4 nm+15 nm)阴极。
图17为无覆盖层(空穴传输层NPB_I=29nm)、有45nm NPB_II覆盖层(空穴传输层NPB_I=29nm)、有45nm NPB_II覆盖层(空穴传输层NPB_I=39nm)三种器件的电流效率、光功率效率关系曲线,Sm+Ag(4 nm+15 nm)阴极。
图18为复合Sm+Ag(4 nm+15 nm)阴极和纯Ag(20 nm)阴极TEOLED器件的整体反射率与波长的关系曲线。
图19为复合Sm+Ag(4 nm+15 nm)阴极和纯Ag(20 nm)阴极TEOLED器件在亮场条件下对比度增加的实测图。
具体实施方式
本发明公开的视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件包括衬底以及在所述衬底上由底部至顶部依次蒸镀的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层(兼作间隔层)、电子注入层和阴极,优选的各层厚度如下:
所述阳极上层为银阳极,其厚度为40~50nm;
所述阳极下层为铝阳极,其厚度为50~60nm;
所述空穴注入层MoO3的厚度为5~15nm,优选8~12nm;
所述空穴传输层(NPBI)的厚度为15-45nm,优选25~40nm;
所述发光层的厚度为15~25nm,优选18~22nm;
所述电子传输层的厚度为5~15nm,优选8~12nm;
所述电子注入层的厚度为15~25nm,优选18~22nm;
所述阴极下层为半透明的薄膜金属钐阳极,其厚度为0~5nm;
所述阴极上层为半透明的薄膜银阳极,其厚度为15~20nm;
所述阴极覆盖层NPB(II)厚度为0~60nm,优选30~50nm。
进一步优选的:
所述阳极的厚度为Al+Ag(56+44 nm);
所述空穴注入层的厚度为10nm;
所述空穴传输层的厚度为39nm;
所述发光层的厚度为20nm;
所述电子传输层的厚度为10nm;
所述电子注入层的厚度为20nm;
所述阴极的厚度为Sm+Ag(4+15 nm);
所述阴极的覆盖层厚度为45 nm。
以下将结合附图和具体实施例对本发明做出详细说明,然而本领域技术人员应当理解的是,本发明的保护范围并不局限于此。本发明涉及的原料为现有产品,具体制备操作以及性能测试为常规技术。用于所述蒸镀的各种材料的纯度均为99%以上;其中所述银颗粒的直径为1mm,铝金属是高纯度的小块(直径约4mm),钐金属是小条状块材料(约8mm*4mm)。
关于实验材料与仪器的说明如下:使用常规的真空热蒸发仪(本底真空度读数低于4×10-6Torr)进行蒸镀,整个器件在同一腔体中于不间断的真空条件下制备而得;将衬底放在齿轮电机驱动的匀速转动(约30RPM)的转盘的卡槽上以倒置(蒸发源在下,衬底在上)的方式依次沉积所蒸发的材料以形成最终器件;有机层和金属电极层分别通过更换掩膜板进行蒸镀;使用石英晶振仪(SI-TM606A)监控膜厚度;使用椭圆偏振光测量仪(Alpha-SESpectroscopic Ellipsometer)校准实际的蒸镀膜厚度。
实施例1 视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件的制备
器件宏观结构参见图1,具体结构参见图2,具体操作步骤如下:
(1)衬底的预处理:将作为衬底的普通光学玻璃(有效面积为0.09cm2,即0.3cm×0.3cm)依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10分钟,120℃烘干20分钟;
(2)阳极的蒸镀:使用铝(小块)和高纯银颗粒(直径约为1mm,购自alfa,纯度为99.99%),用钽皮蒸发,调整电流加热功率,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至在衬底上蒸镀的阳极Al+Ag达到56+44 nm;
(3)空穴注入层的蒸镀:使用高纯MoO3(购自alfa,纯度为99.9%),用石英舟在钽皮上蒸发,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至在阳极上蒸镀的空穴注入层达到10nm;
(4)空穴传输层的蒸镀:使用高纯NPB(淡黄色粉末,购自alfa,纯度为98%),用石英舟在钽皮上蒸发,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至在空穴注入层上蒸镀的空穴传输层达到39nm;
(5)发光层的蒸镀:使用高纯Alq3(黄色粉末,购自alfa,99%),用石英舟在钽皮上蒸发,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至在空穴传输层上蒸镀的发光层达到20nm;
(6)电子传输层的蒸镀:使用高纯BPhen(白色粉末,购自alfa,纯度为99%),用石英舟在钽皮上蒸发,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至在发光层上蒸镀的电子传输层达到10nm;
(7)电子注入层的蒸镀:使用高纯BPhen(白色粉末,购自alfa,纯度为99%),用石英舟在钽皮上蒸发,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,同时根据掺杂比率来调节掺杂材料氮化锂(Li3N)(棕色粉末,购自alfa,纯度为99.4%,热分解后释放出的锂能够共蒸掺入BPhen)的蒸发速率,直至在电子传输层上蒸镀的电子注入层达到20nm;本实验中,掺杂浓度为2.5%;
(8)阴极的蒸镀:使用钐金属(小条块状)和高纯银颗粒(直径约为1mm,购自alfa,纯度为99.99%),用钽皮蒸发,调整电流加热功率,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至在电子注入层上蒸镀的阴极达到Sm+Ag,4+15nm;此时得到无覆盖层的顶发射OLED器件。
进一步的,在无覆盖层的顶发射OLED器件蒸镀覆盖层:本发明采用NPB覆盖层,具有易蒸镀特性和化学稳定性,作为金属阴极的出光增强匹配层。用石英舟在钽皮上蒸发,控制其蒸发速率为0.2~0.3nm/s,直至达到45nm;即得视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件(Top-emitting OLED,TEOLED)。
当蒸镀完所有材料制成器件后,为了减少氧气和水蒸汽对器件的破坏,可以将器件粘接玻璃盖板进行简单封装,此为常规技术。
拓展实施例
在实施例1的基础上,调节空穴传输层(NPBI)的厚度,得到不同器件。
在实施例1的基础上,调节Sm+Ag阴极的厚度,得到不同器件。
实施例2 层叠Al+Ag反射阳极
在可见光波段,银的反射率比铝要强,其导电率是金属中最强的,并且相对于铝,其不易被氧化变性,作为OLED的阳极,其功函数比铝大,因此是比较理想的阳极材料。但是,银作为阳极材料时,蒸发在玻璃衬底上时粗糙度太大,器件工作时,容易造成尖端放电从而导致器件的短路。在无机光电子器件制备过程中,假如要用银做电极,一般要溅射比较厚的氧化铝作为缓冲层;在OLED器件制备中,一般缓冲层采用溅射二氧化硅,这无疑都增加了制程的复杂度。为了有效地发挥银的长处并简化制程,本发明首次采用Al+Ag复合层叠阳极来解决了这个问题,即先蒸发一定厚度的铝做缓冲层,作为结晶引导层,该方法不仅制程简单,而且发挥了银的所有长处,同时解决纯银电极容易短路的问题,非常有意义。
采用常规光学薄膜设计的方法,固定总厚度为100nm,56 nm Al + 44 nm Ag时,复合阳极的银面的反射率在波长为528nm(底发射的Alq3 OLED器件的出射光波长)的条件下为93%,比纯银阳极的反射率(92.5%)还稍大,并且远大于纯铝阳极的反射率(87%),其结果如图3~4所示。
采用常规传输矩阵的方法,计算采用不同金属及厚度时的反射率、透射率及吸收率等参数。图5中所示,对于528nm的绿光来说,10nm的铝具有很高的反射率和吸收率,其透光率只有15%;10nm的银具有很好的透光率,高达70%,即使在厚度为20nm的情况下,其透光率仍然能够达到41%。但是,厚度为20nm以下的银膜的成膜性能较差,导致其电阻率增加,器件驱动电压升高,可靠性较差。
实施例3半透明Sm+Ag阴极
图6中所示为 (x) nm Sm+15 nm Ag在有无/覆盖层时,半透明金属电极的透射率、反射率和吸收率关系曲线@波长528nm。可以看到有覆盖层时透射率显著增加;还可以看到无/有阴极覆盖层时增加Sm厚度,两者的透射率T在下降,反射率R下降不明显、吸收率A小幅度上升;有覆盖层时与无覆盖层时相比,Sm=0时透射率从0.55增加到0.85、反射率从0.37下降到0.1。
实施例4
在实施例1的基础上,将空穴传输层的厚度39nm调整为29nm,阴极为 Sm+Ag(5nm +15 nm),并调整覆盖层的厚度,制备得到不同器件,在EL光电测试系统中测量得到器件相关的光电参数。
系统由恒流电源(Keithley 2400)、光度计(PR655)和常规控制软件组成。经EL光电测试得到的器件的外量子效率,结果如图7。
图8为Sm+Ag不同厚度阴极覆盖层所制备的TEOLED器件的 (a) 光谱半高宽;(b)峰值波长移位;(c) 45nm NPB覆盖层与无覆盖层时的归一化光谱,可以看到光谱的半高宽(Full Width at Half Maximum,FWHM),在覆盖层为45nm时,有一个最大值,约78 nm,微腔效应减弱,有利于改善光谱视角特性。峰值波长在小的覆盖层厚度时没有大的变化,但当超过45 nm时,其发生蓝移;覆盖层厚度达到75 nm时,峰值波长达到最小值;超过75 nm时,出现反向红移现象。
图9为Sm+Ag不同厚度阴极覆盖层所制备的TEOLED器件的J-V曲线。器件电特性测试表明,J-V曲线在不同覆盖层的条件下基本不变。覆盖层的引入,调节了器件的光特性。
实施例5
实施例1制备的器件中,空穴传输层的厚度39nm,器件的出光波长仍然满足共振条件,即出光峰值波长为528 nm。
在实施例1的基础上,空穴传输层的厚度调整为29nm,视角特性如图10,无覆盖层,在50°出射角度上,光谱蓝移了Δλ = -13.9 nm;在实施例1的基础上,阴极调整为 Sm+Ag(5nm +15 nm),视角特性如图11所示,Δλ = -2.3 nm。
在实施例1的基础上,阴极调整为 Sm+Ag(2nm +15 nm),测量该器件以及实施例1器件的视角特性。如图12、图13所示,在50°出射角度上,光谱分别蓝移了Δλ = -3.9 nm 和Δλ = -1.6 nm;4 nm Sm器件的出光角度特性得到进一步改善,±50°视角范围内视角色差Δλ/λ<3‰。
实施例6 视角改善的顶发射OLED器件的光电性能(垂直出光方向)
本发明的视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件以Al+Ag作为反射阳极,MoO3作为空穴注入层,NPB作为空穴传输层,Alq3作为发光层,Bphen作为电子传输和电子注入层,掺杂锂的Bphen作为间隔层。改变NPB的厚度来调节光程,得到不同器件。采用低反射金属来降低微腔效应的缺点是显而易见的,因为反射率的大幅降低,微腔效应必然削弱,器件整体效率会下降(相较于不采用Sm的纯银阴极器件)。常规测试不同器件:
图14所示,无覆盖层时,NPB(I)=29nm时峰值光谱为528nm;增加覆盖层未调节器件厚度参数时,峰值波长发生了蓝移;施加NPB(II)覆盖层后,调整NPB(I)=39nm时,峰值波长又回到528nm,但半高宽展宽。图15所示,增加覆盖层后,由于调整器件厚度增加,驱动电压也稍微增加了一些,符合物理原理。图16所示,增加覆盖层后,器件亮度都增加。图17所示,增加覆盖层后,器件电流效率、功率效率增加。
实施例7 视角改善的顶发射OLED器件的对比度性能
因为许多带有显示器的电子设备都是在户外(例如手机等)使用,所以解决强外界光(特别是太阳光)下显示器的对比度问题就至关重要。考虑到环境光在显示器上的反射,数值上,显示器的对比度是屏幕上同一像素点最亮时与最暗时的亮度比值。显示器的对比度高,意味着显示器具有较高的亮度,呈现颜色的艳丽程度较好。其对比度与开启时像素(“on”pixel)和关闭时像素(“off”pixel)的亮度相关。此时显示器的对比度(CR)由下式表示:
。
式中,Lon和 Loff分别是器件开启时像素(“on”pixel)和关闭时像素(“off”pixel)的亮度值;Lambient是环境光的亮度;RD是器件的亮度反射系数。计算中Lon取1000cd/m2,Loff取0 cd/m2,CR=1+Lon/RdLambient;可见,器件反射率Rd越小,对比度越高。
图18为复合Sm+Ag(4 nm+15 nm)阴极和纯Ag(20 nm)阴极TEOLED器件(NPB(I)=39nm)的整体反射率与波长的关系曲线。可见相对于纯Ag阴极的器件,整体的反射率下降比较明显。实际制备的器件,测试结果表明,如图19所示,发现在亮场条件下,对比度得到增加。
本发明公开了一种视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件及其制备方法。具体而言,本发明的顶发射OLED器件包括衬底、反射阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、兼作间隔层的电子传输层、电子注入层和半透明双层金属薄膜阴极,其通过包括下列步骤的方法制备:1)衬底的预处理;2)阳极的蒸镀;3)空穴注入层的蒸镀;4)空穴传输层的蒸镀;5)发光层的蒸镀;6)电子传输层的蒸镀;7)电子注入层的蒸镀; 8)双层金属薄膜阴极的蒸镀;和9)有机覆盖层的蒸镀。该器件利用了金属薄膜的相对高的透光性和相对高的导电性(双层金属薄膜),有利于提高器件效率,同时限定了双层金属薄膜的厚度,兼顾了电子注入能力、导电能力和透光率;此外,使用有机材料NPB作为出光覆盖层,提高了光提取率,同时降低微腔效应,改善视角特性,尤其是。内层钐(Sm)金属的使用,使器件的微腔效应进一步减弱,进一步改善顶发射器件的视角特性,±50°视角范围内视角色差Δλ/λ<3‰,重要的是,器件用作显示应用时的对比度也得到改善。
Claims (10)
1.一种视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件,包括衬底以及在所述衬底上由底部至顶部依次蒸镀的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极,其特征在于:所述阳极由银层与铝层组成;所述阴极由钐层与银层组成。
2.根据权利要求1所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件,其特征在于:所述阳极的厚度为90~150nm;所述阴极的厚度为15~25nm。
3.根据权利要求2所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件,其特征在于:所述阳极中,银层的厚度为40~50nm,铝层的厚度为50~60nm;所述阴极中,钐层的厚度为0~5nm,银层的厚度为15~20nm。
4.根据权利要求3所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件,其特征在于:所述OLED器件还包括厚度为0~60nm阴极覆盖层。
5.根据权利要求1所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件,其特征在于:所述衬底选自硅片、二氧化硅、玻璃中的任意一种;所述空穴注入层的材料为稀土金属氧化物或者有机材料;所述空穴传输层的材料选自NPB、TPD、CBP中的任意一种;所述发光层的材料为Alq3或其与C545T的掺合物;所述电子传输层的材料选自Bphen、TPBi、BAlq中的任意一种;所述电子注入层的材料为所述电子传输层的材料与锂的掺合物。
6.根据权利要求1所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件,其特征在于:所述空穴注入层的厚度为5~15nm;所述空穴传输层的厚度为15~45nm;所述发光层的厚度为15~25nm;所述电子传输层的厚度为5~15nm;所述电子注入层的厚度为15~25nm。
7.权利要求1所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件的制备方法,其特征在于:在衬底上由底部至顶部依次蒸镀的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、阴极和覆盖层,得到所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件。
8.根据权利要求7所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件的制备方法,其特征在于:蒸镀时,蒸发速率为0.1~0.5nm/s。
9.权利要求1所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件在制备视角稳定性与对比度改善的发光器件中的应用。
10.权利要求1所述视角稳定性与对比度改善的顶发射OLED器件在制备视角稳定性与对比度改善的显示器件中的应用。
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