專(zhuān)利名稱(chēng)：場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)型有機(jī)發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)的有機(jī)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還涉及一種可以采用高功函金屬作為發(fā)光陰極的有機(jī)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
自從美國(guó)柯達(dá)公司(Tang，C.W.；Vanslyke，S.A.Appl.Phys.Lett.1987，51，913.)和英國(guó)劍橋大學(xué)(Burroughs，J.H.；Jones，H.Nature 1990，335，137.)發(fā)明高效的有機(jī)和聚合物電致發(fā)光器件以來(lái)。有機(jī)發(fā)光二極管在性能和產(chǎn)業(yè)化等諸方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。而要實(shí)現(xiàn)柔性顯示就必須將有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和有機(jī)發(fā)光二極管有效集成與一體，然而有機(jī)發(fā)光二極管屬于電流驅(qū)動(dòng)，要獲得穩(wěn)定的電流每個(gè)象素點(diǎn)必須使用不低于兩個(gè)晶體管，這使得工藝比較復(fù)雜，而將有機(jī)發(fā)光二極管和有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成于一體的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以在同一材料上同一器件中實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和光發(fā)射的集成，(1Hepp，A.；Heil，H.；Weise，W.；Ahles，M.；Schmechel，R.；Seggern，H.V.Phys.Rev.Lett.2003，91，157406.2Ahles，M.；Hepp，A.；Schmechel，R.；Seggern，H.V.Appl.Phys.Lett.2004，84，428.)它最大程度上簡(jiǎn)化了器件制備工藝，成本低廉，有廣闊的前景。但是這些方式很難實(shí)現(xiàn)在空氣中的穩(wěn)定發(fā)光，這使得對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管的發(fā)光進(jìn)行調(diào)控成為有效的解決辦法。
此外，有機(jī)發(fā)光二極管的陰極材料的選擇一直是人們解決的難點(diǎn)，對(duì)于目前的有機(jī)發(fā)光二極管，陰極一般采用低功函數(shù)，如Ca，Al，Mg，來(lái)保證陰極金屬功函與有機(jī)材料LUMO能級(jí)的匹配，減小電子注入勢(shì)壘，實(shí)現(xiàn)載流子高效復(fù)合發(fā)光。但是這些金屬由于比較活潑，使得制備的器件穩(wěn)定性差。于是人們采用復(fù)合陰極及對(duì)電極的界面修飾來(lái)達(dá)到高效注入和高穩(wěn)定性的統(tǒng)一，如Ca/Al、Mg/Ag、LiF/Al。(1Parker，I.D.J.Appl.Phys.1994，75，1656.2Tang，C.W.；Vanslyke，S.A.Appl.Phys.Lett.1987，51，913.3Hung，L. S.；Tang，C.W.；Mason，M.G. Appl.Phys.Lett.1997，70，152.)盡管有高的發(fā)光效率，但是Ca/Al和LiF/Al陰極的穩(wěn)定性仍有待提高，而Mg/Ag的量的比例控制操作較為復(fù)雜。而對(duì)于功函數(shù)高的金屬雖然有好的穩(wěn)定性但對(duì)電子的注入極為不利。(Stssel，M.；Staudigel，J.；Steuber，F(xiàn).；Simmerer，J.；Winnacker，A.Appl.Phyl.A.1999，68，387.)這極大地限制了有機(jī)發(fā)光二極管的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以提高發(fā)光效率的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)型有機(jī)發(fā)光二極管。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種基于場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的可采用高功函數(shù)金屬作為陰極有機(jī)發(fā)光二極管。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種基于陽(yáng)極修飾的有機(jī)發(fā)光二極管，包括襯底、陽(yáng)極、有機(jī)層、陰極，介電層，柵極；其為垂直構(gòu)造，在有機(jī)發(fā)光二極管的氧化銦錫陽(yáng)極上，順序分別構(gòu)筑各功能層，至少一層有機(jī)膜和陰極，然后沉積介電層，柵極。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其所述襯底，是由玻璃、陶瓷、聚合物其中之一制成。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其所述陰極，是由高功函數(shù)的材料制成，為一種金屬或多種金屬合金。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其所述金屬或多種金屬合金，為鈣、鎂、銀、鋁、銅、金或它們組成的合金。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其所述介電層為氟化鋰。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其所述有機(jī)膜層材料，包括有機(jī)小分子材料和高分子聚合物材料。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，包括以下步驟第一步，氧化銦錫陽(yáng)極的清洗將刻蝕好的氧化銦錫玻璃用自來(lái)水沖洗后，分別用洗滌劑、高純水、乙醇、丙酮和氯仿清洗≥10分鐘，然后烘干；第二步，有機(jī)膜的制備在烘干后的氧化銦錫玻璃片上，采用有機(jī)成膜方法沉積至少一層有機(jī)膜；第三步，陰極制備將第二步所得器件，在真空條件下，蒸鍍陰極，厚度為60～101nm，即得到普通有機(jī)發(fā)光二極管器件；第四步，介電層的制備將制備好的普通有機(jī)發(fā)光二極管置于真空腔內(nèi)，在真空條件下，以勻速沉積氟化鋰250~500nm；第五步，柵極制備將第四步得到的器件，在真空條件下，蒸鍍柵極，厚度為60～101nm，即得到具有場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光器件；
第六步，器件測(cè)試?yán)肏P4140B半導(dǎo)體測(cè)試儀、Newport model 2835-C多功能光功率計(jì)和PR-650在室溫空氣中測(cè)試器件的電流、光功率輸出及電致發(fā)光譜，得到器件性能曲線(xiàn)，以得到合格產(chǎn)品。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其所述真空條件，為3×10-4Pa的真空條件下；勻速沉積，是以2/s的速度沉積。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其所述的成膜方法包括旋涂成膜，印刷，真空蒸鍍。
所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其所述有機(jī)膜層，為單層、雙層或多層；所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其所述雙層和多層有機(jī)膜，都是在下一層有機(jī)膜的上表面，沉積上一層有機(jī)膜層。
本發(fā)明制備的器件有以下特征和優(yōu)勢(shì)1、本發(fā)明第一次制備了垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)的有機(jī)發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)新穎，制備簡(jiǎn)單，操作方便。
2、本發(fā)明制備的器件在較小正柵壓作用下，較大程度提高了有機(jī)發(fā)光二極管的電流、發(fā)光亮度、發(fā)光效率，同時(shí)有效降低了二極管開(kāi)啟電壓，降低了二極管功耗。
3、本發(fā)明制備的器件可采用高功函數(shù)、穩(wěn)定性?xún)?yōu)異的金屬作為發(fā)光二極管的陰極，從而增強(qiáng)了發(fā)光二極管的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明采用的有機(jī)材料分子式；圖2為本發(fā)明的垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)發(fā)光二極管器件中，分別以鋁、銀、銅為發(fā)光二極管陰極的電致發(fā)光光譜；圖4為本發(fā)明垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)發(fā)光二極管器件中，結(jié)構(gòu)為ITO/4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)/3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)/Al/LiF/Al的器件的電流密度-電壓曲線(xiàn)隨柵壓的變化關(guān)系；圖5為本發(fā)明垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)發(fā)光二極管器件中，結(jié)構(gòu)為ITO/4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)/3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)/Al/LiF/Al的器件的亮度-電壓曲線(xiàn)隨柵壓的變化關(guān)系；圖6為本發(fā)明垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)發(fā)光二極管器件中，結(jié)構(gòu)為ITO/4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)/3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)/Al/LiF/Al的器件的效率-電流密度曲線(xiàn)隨柵壓的變化關(guān)系；圖7為本發(fā)明垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)發(fā)光二極管器件中，結(jié)構(gòu)為ITO/4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)/3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)/Al/LiF/Al的器件的電流密度-柵壓、發(fā)光亮度-柵壓曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
下面舉例對(duì)該器件加以說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此例。
請(qǐng)參看圖2，是本發(fā)明的一種垂直構(gòu)造的場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)，包括襯底1，氧化銦錫(ITO)陽(yáng)極電極2，兩層有機(jī)層空穴傳輸層3和電子傳輸層4，陰極電極5，介電層6，柵極電極7。在襯底1的上表面固接氧化銦錫(ITO)電極2，在氧化銦錫(ITO)電極2的上表面順序固接空穴傳輸層3和電子傳輸層4，陰極電極5，介電層6，柵極電極極7。
襯底1是透明材料制成的，由玻璃、石英玻璃、聚合物等其中之一的材料制作。底部電極2為陽(yáng)極，用作空穴注入，該電極最好由高功函的透明電極材料制作，例如氧化銦錫等?？昭▊鬏攲?和電子傳輸層4為有機(jī)層，空穴傳輸層3在下，電子傳輸層4在上。有機(jī)層，用以載流子傳輸和復(fù)合發(fā)光。可以是4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)、3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)等有機(jī)小分子材料也可為高分子聚合物。圖1為本發(fā)明的發(fā)光二極管有機(jī)材料分子式。陰極電極5，是用于電子的注入。在本器件中，陰極電極5材料可采用功函數(shù)較高的金屬，例如銀、銅、鋁等。陰極電極5也可為雙層的金屬電極，Cu/Al、Au/Al等。介電層6的材料為高介電常數(shù)的材料，如氟化鋰等。柵極7材料為普通金屬鋁、銅等。
本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)型有機(jī)發(fā)光二極管器件的制備方法，是先采用各種成膜方法在氧化銦錫(ITO)玻璃上沉積空穴傳輸層3、電子傳輸層4和發(fā)光層，然后采用真空沉積的方法蒸鍍陰極5從而制備有機(jī)電致發(fā)光二極管，之后在陰極金屬上構(gòu)筑高介電常數(shù)介電層6和柵極電極7。
本發(fā)明的器件中發(fā)光器件的陽(yáng)極2厚度為80-200納米，有機(jī)層總厚度為80-130納米，介電層6厚度為250-500納米，陰極電極5的厚度為50-100納米，柵極7金屬厚度為80-200納米。
實(shí)施例1下面舉例對(duì)金屬鋁作為陰極和柵極加以說(shuō)明，但本例并不局限于此。
第一步，氧化銦錫陽(yáng)極的清洗將刻蝕好的氧化銦錫玻璃用自來(lái)水沖洗后，分別用洗滌劑、高純水、乙醇、丙酮和氯仿清洗≥10分鐘，然后烘干；第二步，有機(jī)膜的制備在烘干后的氧化銦錫玻璃片上，置于真空系統(tǒng)內(nèi)，在3×10-4Pa的條件下以2/s的速度蒸鍍NPB和Alq3，膜厚均為50納米；第三步，陰極制備將第二步所得器件，置于真空系統(tǒng)內(nèi)，在3×10-4Pa下以2/s的速度蒸鍍陰極金屬Al，膜厚為60納米，得到普通有機(jī)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；第四步，介電層的制備將制備好的普通有機(jī)發(fā)光二極管置于真空腔內(nèi)，在真空度為3×10-4Pa的條件下以2/s的速度在發(fā)光二極管陰極上蒸鍍300納米的氟化鋰；第五步，柵極制備將第四步得到的器件，在真空度為3×10-4Pa的條件下以2/s的速度蒸鍍金屬鋁，膜厚為100納米。即得到具有場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光器件；
第六步，器件測(cè)試?yán)肏P4140B半導(dǎo)體測(cè)試儀、Newport model 2835-C多功能光功率計(jì)和PR-650在室溫空氣中測(cè)試器件的電流、光功率輸出及電致發(fā)光譜，得到器件性能曲線(xiàn)，以得到合格產(chǎn)品。
圖3為本發(fā)明的器件陰極分別為鋁、銀、銅時(shí)的電致發(fā)光光譜。
圖4為本發(fā)明發(fā)光器件中，結(jié)構(gòu)為ITO/4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)/3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)/Al/LiF/Al的器件的電流密度-電壓曲線(xiàn)隨柵壓的變化關(guān)系；圖5為本發(fā)明發(fā)光器件中，結(jié)構(gòu)為ITO/4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)/3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)/Al/LiF/Al的器件的亮度-電壓曲線(xiàn)隨柵壓的變化關(guān)系；圖6為本發(fā)明發(fā)光器件中，結(jié)構(gòu)為ITO/4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)/3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)/Al/LiF/Al的器件的效率-電流密度曲線(xiàn)隨柵壓的變化關(guān)系；圖7為本發(fā)明發(fā)光器件中，結(jié)構(gòu)為ITO/4，4-2[N-(1-萘)-N-苯胺]雙苯(NPB)/3-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)/Al/LiF/Al的器件的電流密度-柵壓、發(fā)光亮度-柵壓曲線(xiàn)。
實(shí)施例2
按實(shí)施例1的制備方法，唯一不同的是用銀電極代替鋁陰極，得到銀作為發(fā)光二極管陰極的器件。其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例3按實(shí)施例1的制備方法，唯一不同的是用銅電極代替鋁陰極，得到銀作為發(fā)光二極管陰極的器件。其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例4按實(shí)施例1的制備方法，唯一不同的是用銅電極代替鋁柵極，得到銅作為發(fā)光柵極的器件。其余步驟同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)型有機(jī)發(fā)光二極管，包括襯底、陽(yáng)極、有機(jī)層、陰極，介電層，柵極；其特征在于，為垂直構(gòu)造，在有機(jī)發(fā)光二極管的氧化銦錫陽(yáng)極上，順序分別構(gòu)筑各功能層，至少一層有機(jī)膜和陰極，然后沉積介電層，柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其特征在于，所述襯底，是由玻璃、陶瓷、聚合物其中之一制成。
3.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其特征在于，所述陰極，是由高功函數(shù)的材料制成，為一種金屬或多種金屬合金。
4.如權(quán)利要求3所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其特征在于，所述金屬或多種金屬合金，為鈣、鎂、銀、鋁、銅、金或它們組成的合金。
5.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其特征在于，所述介電層為氟化鋰。
6.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)發(fā)光二極管，其特征在于，所述有機(jī)膜層材料，包括有機(jī)小分子材料和高分子聚合物材料。
7.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，氧化銦錫陽(yáng)極的清洗將刻蝕好的氧化銦錫玻璃用自來(lái)水沖洗后，分別用洗滌劑、高純水、乙醇、丙酮和氯仿清洗≥10分鐘，然后烘干；第二步，有機(jī)膜的制備在烘干后的氧化銦錫玻璃片上，采用有機(jī)成膜方法沉積至少一層有機(jī)膜；第三步，陰極制備將第二步所得器件，在真空條件下，蒸鍍陰極，厚度為60～101nm，即得到普通有機(jī)發(fā)光二極管器件；第四步，介電層的制備將制備好的普通有機(jī)發(fā)光二極管置于真空腔內(nèi)，在真空條件下，以勻速沉積氟化鋰250~500nm；第五步，柵極制備將第四步得到的器件，在真空條件下，蒸鍍柵極，厚度為60～101nm，即得到具有場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光器件；第六步，器件測(cè)試?yán)肏P4140B半導(dǎo)體測(cè)試儀、Newport model 2835-C多功能光功率計(jì)和PR-650在室溫空氣中測(cè)試器件的電流、光功率輸出及電致發(fā)光譜，得到器件性能曲線(xiàn)，以得到合格產(chǎn)品。
8.如權(quán)利要求7所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，所述真空條件，為3×10-4Pa的真空條件下；勻速沉積，是以2/s的速度沉積。
9.如權(quán)利要求7所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，所述的成膜方法包括旋涂成膜，印刷，真空蒸鍍。
10.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)膜層，為單層、雙層或多層。
11.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，所述雙層和多層有機(jī)膜，都是在下一層有機(jī)膜的上表面，沉積上一層有機(jī)膜層。
全文摘要
一種場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)型有機(jī)發(fā)光二極管，包括襯底、陽(yáng)極、有機(jī)層、陰極，介電層，柵極；其為垂直構(gòu)造，在有機(jī)發(fā)光二極管的氧化銦錫陽(yáng)極上，順序分別構(gòu)筑各功能層，至少一層有機(jī)膜和陰極，然后沉積介電層，柵極。本發(fā)明的有機(jī)發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)新穎，制備簡(jiǎn)單，操作方便；提高了有機(jī)發(fā)光二極管的電流、發(fā)光亮度、發(fā)光效率，降低了開(kāi)啟電壓和功耗；增強(qiáng)了發(fā)光二極管的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L51/56GK1988201SQ20051013069
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者于貴, 狄重安, 劉云圻, 徐新軍, 孫艷明, 王鷹, 朱道本 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所