CN104201290A - 倒置型有机电致发光结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种倒置型有机电致发光结构，包括：基板、以及自下而上依次设置于基板上的阴极层、电子注入层、电子传输层、发光层、空穴注入层、空穴传输层以及阳极层；阳极层包括：第一导电层、金属层以及第二导电层，阴极层包括：Mg、Al、Ag、Yb、Sm及其合金或者Mg、Al、Ag、Yb、Sm掺杂ZnO。本发明的器件结构减小了电子的注入势垒并提高了空穴的注入能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光结构，具体涉及一种倒置型有机电致发光结构。
背景技术
倒置式有机发光二极管(Inverted Organic Light Emitting Diode)与一般的OLED器件的结构相反：是先在基板上制作阴极，然后在阴极上蒸镀有机薄膜后再制作阳极导电膜。IOLED的好处在于特别适合与n-沟道的氧化物(IGZO)薄膜晶体管结合，而IGZO载流子迁移率是非晶硅的20至30倍，以此，可大大提高TFT对像素电极的充放电速率，提高像素的响应速度，实现更快的刷新率，同时更快的响应也大大提高了像素的行扫描速率，更为直观地，其分辨率可以达到全高清(full HD)乃至超高清(Ultra Definition，分辨率4k*2k)级别程度。
另外，IGZO技术特别适合于柔性有机电致发光器件(FlexibleOrganic Light Emitting Device，FOLED)的驱动，FOLED由于具有柔性可弯曲等LCD无法比拟的优势，受到越来越多的重视。因此，开发适合IGZO驱动的倒置式OLED器件结构具有十分重要的应用意义。
如图1所示，目前的倒置式OLED结构以常见的ITO作为阴极，由于ITO的功函数较高，要想从ITO高效向有机层直接注入电子，需要合适的EIL，而这种EIL材料非常少见，没有合适的EIL材料，电子从阴极注入的势垒会比较高，从而导致电子注入困难，器件驱动电压较高。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种适合电子和空穴更好注入的IOLED器件结构，以减小电子的注入势垒并提高空穴的注入能力。
为实现上述目的，提供一种倒置型有机电致发光结构，包括：基板、以及自下而上依次设置于基板上的阴极层、电子注入层、电子传输层、发光层、空穴注入层、空穴传输层以及阳极层，构成阴极层的材料包括：Mg、Al、Ag、Yb、Sm或其合金、或者Mg、Al、Ag、Yb、Sm掺杂ZnO，阳极层包括：导电层以及金属层，导电层包括第一导电层以及第二导电层，金属层设置于第一导电层与第二导电层之间。
本发明倒置型有机电致发光结构的有益效果在于，通过改变阴极层及阳极层的材料构成，以减小电子的注入势垒并同时提高空穴的注入能力。
优选地，还包括电极修饰层，该电极修饰层分别设置于阳极层以及空穴注入层中。
优选地，还包括电极修饰层，该电极修饰层设置于阴极层与电子注入层之间。
优选地，还包括电极修饰层，该电极修饰层设置于阳极层以及阴极层中。
优选地，阴极层和阳极层皆为具有纳米结构的至少一层金属或合金；或者，阴极层或阳极层其中之一为具有纳米结构的至少一层金属或合金。
优选的，阴极层具有高光反射率和低光透过率，阳极层为半透明；或者，阳极层具有高光反射率和低光透过率，阴极层为半透明。
优选地，第一、第二导电层材料可以相同，也可以不同；第二导电层也可以省略。
优选地，第一导电层以及第二导电层的材料为具有高光透过率的导电材料，导电材料包括：ITO或ZnO或IZO或石墨烯。
优选地，第一导电层以及第二导电层的厚度为5nm至35nm；导电层的光透过率大于85％。
上述技术方案的有益效果在于，ITO为常见的阳极结构，其功函数较高，有利于空穴的注入，而石墨烯具有与ITO相当的透过率，导电性和柔韧性比ITO更好，且石墨烯表面功函数可以修饰，更适合于柔性器件，以便于降低空穴注入势垒。
优选地，构成金属层的材料包括：Mg、Ag、Al、Mg∶Al合金或Mg∶Ag合金。
优选地，金属层的厚度为5nm至35nm。
优选地，Mg∶Ag合金或Mg∶Al合金的比例在10∶1至1∶10的范围内。
上述技术方案的有益效果在于，通过控制材料的厚度及混合比例的方式来调节金属层的透过率和功函数。
优选地，阴极层的厚度为15至150nm。
优选地，阴极层包括Mg∶Ag合金，Mg∶Ag合金的质量比在10∶1至1∶10的范围内。
优选地，Mg∶Ag合金的质量比为1∶9。
上述技术方案的有益效果在于，通过控制材料的厚度及质量比以使得电子注入的效果达到最佳。
附图说明
图1为现有倒置式OLED结构的示意图；
图2为本发明倒置型有机电致发光结构的示意图；
图3为在图2基础上实施例一的结构示意图；
图4为实施一中不同比例下阴极层的电压与电流密度特性曲线；
图5为实施一中不同比例下阴极层的亮度与电流效率特性曲线；
图6为在图2基础上实施例二的结构示意图；
图7为在图2基础上实施例三的结构示意图。
具体实施方式
为利于对本发明的结构的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
参照图2，为本发明倒置型有机电致发光结构的示意图，如图2所示，本发明提供了一种倒置型有机电致发光结构，包括：基板6、以及自下而上设置于基板6上的阴极层1、电子注入传输层2、发光层3、空穴传输注入层4以及阳极层5，阳极层5包括：导电层以及金属层，构成阴极层1的材料包括：Mg、Al、Ag及其合金、或者Mg、Al、Ag掺杂ZnO。其中，电子注入传输层2包括电子注入层以及电子传输层，空穴注入传输层4包括空穴注入层以及空穴传输层，而阳极层5的导电层则包括第一导电层以及第二导电层，金属层设置于第一导电层与第二导电层之间。
具体地，用Mg、Al、Ag及其合金或者Mg、Al、Ag掺杂ZnO从而取代高功函数的ITO，以此作为倒置式OLED的阴极层1，这样，有利于电子的注入。原因在于，现有ITO的功函数较高，要想从ITO高效向有机层直接注入电子，需要合适的EIL，而这种EIL材料非常少见。同时，上述阴极层1的厚度为15至150nm并且至少有一层纳米结构，若使用镁银合金，金属镁与金属银的质量比在10∶1至1∶10范围内。
另外，阴极层1与阳极层5之间可加设电极修饰层，该电极修饰层可分别加设于阳极层5以及所述空穴注入层中、或加设于阴极层1和电子注入层之间、亦或者，同时设置于阳极层5以及阴极层1中，以利于电子或空穴的注入。
同时，通过调节阴极层1和/或阳极层5的厚度及材料组成，使阴极层1具有高光反射率和低光透过率，而阳极层5为半透明。
正是由于阳极层5为半透明，因此只有部分光射出，另一部分光被反射，造成了多光束干涉，不同能态的光子密度被重新分配，使得只有在特定波长的光在符合共振腔模式后在特定角度射出，即形成微腔效应。此时，可通过调节微共振腔的腔长以使得发光偶极子位于驻波的反节点处，促使两波电场相互增长，因而提高了整个发光结构器件的发光效率。
反之，当阴极层1为半透明，而阳极层5为高光反射率时，发光结构器件为底发光，亦可以利用上述微腔效应提高其发光效率。。
阴极层1和阳极层5可以同时具有纳米结构，也可以只有其中一个具有纳米结构，纳米结构可以提高波导模式和表面等离子体模式的出光率，该纳米结构中至少包含一层金属或合金。
而在阳极层5的导电层中，其第一导电层以及第二导电层皆由具有高透过率的导电材料构成，第一导电层以及第二导电层的材料为ITO、ZnO、IZO、石墨烯中的一种或几种，第二导电层的材料可以相同，也可以不同。具体原理在于，ITO为常见的阳极结构，其功函数较高，有利于空穴的注入；石墨烯具有与ITO相当的透过率，导电性和柔韧性比ITO更好，且石墨烯表面功函数也可以通过修饰，以便于降低空穴注入势垒，且石墨烯更适合于柔性器件。
第一导电层以及第二导电层的厚度为5nm至35nm，其厚度可以相同也可以不同；第一导电层以及第二导电层的发光透过率需大于85％。
金属层包括半透明的金属材料或合金材料，具体包括：Mg、Ag、Al、Mg∶Al合金或者Mg∶Ag合金，合金材料的混合比例在10∶1至1∶10的范围内，通过控制金属材料的厚度或合金材料的混合比例以调节金属层的透过率和功函数，从而调节微腔效应以提高器件的色纯度和效率。
以传统的材料如Mg、Al、Ag、Yb、Sm及其合金或者Mg、Al、Ag、Yb、Sm掺杂ZnO，取代高功函数的ITO以形成倒置式OLED的阴极层1，这样，更有利于电子的注入。由于ITO的功函数较高，要想从ITO高效向有机层直接注入电子，需要合适的EIL，而这种EIL材料非常少见。
阴极层1的厚度为15nm至150nm，并至少有一层纳米结构。若使用镁银合金时，金属镁与金属银的质量比在10∶1至1∶10的范围内，当质量比为1∶9为最佳，此时，最有利于电子注入。
在上述结构的基础上，以下介绍三种不同结构的实施例：
实施例一：
参照图3，为在图2基础上实施例一的结构示意图，如图3所示，本发明倒置型有机电致发光结构的第一种形式：底发光结构，包括：基板6以及自下而上设置于基板6上的阴极层1、电子注入传输层2、发光层3、空穴注入传输层4以及阳极层5。其中，阴极层1为半透明、25nm厚的Mg∶Ag合金，Mg∶Ag的比例为1∶9、5∶5或7∶3，以此，阴极层1的透过率控制在21％；而阳极层5为ITO、Ag双层结构(无第二导电层)，即第一导电层为15nm厚的ITO，其透过率大于85％，由于金属层为150nm厚的Ag，以此，阳极层5的反射率控制在92％。
参照图4，为本发明实施一中不同比例下阴极层的电压与电流密度特性曲线，如图4所示，Mg∶Ag合金分别在1∶9、5∶5及7∶3三种不同比例情况下，阴极层1的电流密度均随着注入电压的增大而逐步递增；参照图5，为本发明实施一中不同比例下阴极层的亮度与电流效率特性曲线，如图5所示，Mg∶Ag合金依旧在在1∶9、5∶5及7∶3三种不同比例情况下，阴极层1的电流效率均随着亮度的增大而减小。可以看出，当金属镁与金属银的质量比例为1∶9时，最有利于电子注入，因而，Mg∶Ag合金的比例较为优选为1∶9。
实施例二：
参照图6，在图2基础上实施例二的结构示意图，如图6所示，本发明倒置型有机电致发光结构的第二种形式：顶发光结构，
1)该顶发光结构的器件结构为：
基板/Ag/Al/Alq3/Bebq2：Ir(MDQ)2(acac)/NPB/HAT-CN/Ag/ITO。
2)阴极层1的制备
在真空腔室压强为10-4Pa的条件下，先在基板6上镀一层金属银，然后在400℃高温下退火，利用银的自聚集作用形成银纳米粒子，纳米粒子的高度为30-50nm，然后再镀上一层厚度为150n的金属铝，此时，阴极具有高的反射率。
3)有机发光层的制备
保持真空腔室压强不变，依次蒸镀电子注入传输层2、发光层3、空穴注入传输层4，本实施例中，电子传输层为30nm厚的Alq3，发光层为Bebq2：Ir(MDQ)2(acac)(5％)，空穴传输层为20nm厚的NPB，再继续蒸镀10nm厚的HAT-CN作为空穴注入层。
4)阳极的制备
保持真空腔室压强不变，蒸镀先蒸镀25nm的Ag，然后再用溅镀ITO(15nm)，此时阳极层5为半透明的导电层，减少了半透明金属或合金的腐蚀速率，提高了抗水氧腐蚀能力，有利于提高器件寿命，并且，阳极层5的透过率约为20％，器件为顶发射，可以利用微腔效应提高器件的效率和色纯度，而由于阴极中银纳米粒子的存在，造成膜层的不平整，有利于提高顶发射器件的出光效率。
实施例三：
参照图7，在图2基础上实施例三的结构示意图，如图7所示，本发明倒置型有机电致发光结构的第三种形式：双面发光结构，
1)该双面发光结构的器件结构为：
基板/Al/Alq3/Bebq2：Ir(MDQ)2(acac)/NPB/CuPc/ITO。
2)阴极结构的制备
在真空腔室压强为10-4Pa的条件下，在基板6上镀一层厚度为15nm厚的金属铝，由于厚度很薄，阴极具有高的透过率。
3)有机发光层的制备
保持真空腔室压强不变，依次蒸镀电子注入传输层2、发光层3、空穴注入传输层4，本实施例中，电子传输层为30nm厚的Alq3，发光层为Bebq2：Ir(MDQ)2(acac)(5％)，空穴传输层为20nm厚的NPB，再继续蒸镀150nm厚的CuPc作为空穴注入层。
4)阳极的制备
保持真空腔室压强不变，溅镀一层25nm的ITO作为阳极，此时阳极为透明，器件为两面发光型。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。
Claims (14)
1.一种倒置型有机电致发光结构，包括：基板、以及自下而上依次设置于所述基板上的阴极层、电子注入层、电子传输层、发光层、空穴注入层、空穴传输层以及阳极层，其特征在于，
构成所述阴极层的材料包括Mg、Al、Ag、Yb、Sm或其合金、或者Mg、Al、Ag、Yb、Sm掺杂ZnO，所述阳极层包括导电层以及金属层，所述导电层包括第一导电层以及第二导电层，所述金属层设置于所述第一导电层与所述第二导电层之间。
2.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
还包括电极修饰层，所述电极修饰层分别设置于所述阳极层以及所述空穴注入层中。
3.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
还包括电极修饰层，所述电极修饰层设置于所述阴极层与所述电子注入层之间。
4.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
还包括电极修饰层，所述电极修饰层设置于所述阳极层以及所述阴极层中。
5.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
所述阴极层和所述阳极层皆为具有纳米结构的至少一层金属或合金；或者，所述阴极层或所述阳极层其中之一为具有纳米结构的至少一层金属或合金。
6.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，所述倒置型有机电致发光结构包括：一具有高光反射率和低光透过率的阴极层与一半透明的阳极层；或者一具有高光反射率和低光透过率阳极层与一半透明的阴极层。
7.根据权利要求6所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
所述第一导电层和所述第二导电层的材料为具有高光透过率的导电材料，所述导电材料包括：ITO或ZnO或IZO或石墨烯。
8.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
所述第一导电层以及第二导电层的厚度为5nm至35nm，所述导电层的发光透过率大于85％。
9.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
构成所述金属层的材料包括：Mg、Ag、Al、Mg∶Al合金或Mg∶Ag合金。
10.根据权利要求9所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
所述金属层的厚度为5nm至35nm。
11.根据权利要求9所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
所述Mg∶Ag合金或所述Mg∶Al合金的比例在10∶1至1∶10的比例范围内。
12.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
所述阴极层的厚度为15nm至150nm。
13.根据权利要求1所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
所述阴极层包括Mg∶Ag合金，所述Mg∶Ag合金的质量比在10∶1至1∶10的范围内。
14.根据权利要求13所述的倒置型有机电致发光结构，其特征在于，
所述Mg∶Ag合金的质量比为1∶9。
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