專(zhuān)利名稱(chēng)：增加頂發(fā)射型有機(jī)發(fā)光二極管對(duì)比度的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增加頂發(fā)射型有機(jī)發(fā)光二極管對(duì)比度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，該方法通過(guò)在陰極表面覆蓋一光輸出耦合層來(lái)減少器件對(duì)環(huán)境光的反射，主要提出該光輸出耦合層的厚度優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光二極管(Organic light emitting diode，OLED)由于具備自發(fā)光、視角寬、厚度薄、亮度高、效率高、響應(yīng)速度快、可實(shí)現(xiàn)柔性顯示及工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有希望取代液晶顯示的下一代平板顯示技術(shù)。所謂頂發(fā)射型OLED，采用將不透明陽(yáng)極12覆蓋于基底11上，在陽(yáng)極上先后生長(zhǎng)有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)13和陰極14。器件內(nèi)部產(chǎn)生的光經(jīng)頂部陰極射出，如圖1所示。在此類(lèi)OLED顯示器中，驅(qū)動(dòng)OLED像素的TFT制作于頂發(fā)射型OLED下方，因此可有效避免開(kāi)口率降低的問(wèn)題，顯示器開(kāi)口率接近100％。
按照陰極透明度的不同，對(duì)于頂發(fā)射OLED的研究可分為兩類(lèi)一類(lèi)是使用透明陰極，以銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)為代表；另一類(lèi)是使用金屬作為半透明陰極，如Ag、Al等。前者對(duì)于ITO、IZO的成膜工藝要求較高，且在制備ITO、IZO膜的過(guò)程中容易破壞底部的有機(jī)層，造成器件短路或漏電流偏大；后者由于金屬的容易生長(zhǎng)、制作工藝簡(jiǎn)單、破壞性小等優(yōu)點(diǎn)使其近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注，本發(fā)明正是采用此類(lèi)型的頂發(fā)射型OLED結(jié)構(gòu)。
對(duì)比度(contrast ratio，CR)是評(píng)價(jià)顯示器的一個(gè)重要參數(shù)，也是衡量圖像可辨識(shí)度的一個(gè)指標(biāo)。好的對(duì)比度可改良顯示器亮度的不足，反之明亮耀眼的顯示器如果對(duì)比度差，其影像的品質(zhì)也不會(huì)好。
由于應(yīng)用于頂發(fā)射OLED的半透明陰極必須具有良好的電子注入特性，因此它必須具有低功函數(shù)。但是，所有目前可獲得的符合這種要求的金屬和合金都是高反射性的，恰好是周?chē)h(huán)境中自然光的良好反射面，因此在室外或太陽(yáng)光底下時(shí)，原本不發(fā)光的像素會(huì)因?yàn)樽匀还獾姆瓷洌蛳袼刂械臒晒獠牧弦驗(yàn)槲仗?yáng)光中紫外線(xiàn)而發(fā)光，使得在室外OLED顯示器的對(duì)比度會(huì)大大降低。
為了獲得高對(duì)比度，必須有高的最大圖像亮度或低的背景亮度(包括被反射的環(huán)境光亮度)。通過(guò)提高顯示亮度來(lái)補(bǔ)償高反射可能會(huì)帶來(lái)眼睛疲勞，因?yàn)楦吡炼葧?huì)引起瞳孔收縮。由于上述的和其它的原因，消除反射光是增強(qiáng)對(duì)比度的優(yōu)選方法。
解決的方法之一是，可以加入液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)常用的偏光片(polarizer)。以圓偏光片為例，如在器件前貼一圓偏光片，此圓偏光片是由一個(gè)線(xiàn)偏光片和四分之一波長(zhǎng)延相器組成，延相器的軸與偏光軸成45°，當(dāng)外部光線(xiàn)穿過(guò)此圓偏光片后，會(huì)被轉(zhuǎn)換成圓偏光。當(dāng)光由陰極反射回來(lái)時(shí)，第二次通過(guò)延相器時(shí)，圓偏光又變?yōu)榫€(xiàn)偏光且偏振方向與原來(lái)入射光相差90°，因此反射回來(lái)的光無(wú)法通過(guò)線(xiàn)偏光片，如此可以使得外界的自然光干擾減少，使對(duì)比度增加。如果是器件內(nèi)的發(fā)光，因?yàn)橹煌ㄟ^(guò)一次圓偏光片，因此可以順利通過(guò)。但此技術(shù)的缺點(diǎn)是偏光片的透射率一般只有30％~40％，因此大部分的光都會(huì)損失，而使得發(fā)光強(qiáng)度降低。另外，由于偏光片并非是OLED的結(jié)構(gòu)之一，這對(duì)商品制作而言，增加了復(fù)雜度及成本支出。
為克服偏光片的缺點(diǎn)，另外一種增加對(duì)比度的方法是在OLED器件結(jié)構(gòu)內(nèi)融入可以降低環(huán)境光反射、同時(shí)又不影響器件發(fā)光效率的功能膜層。在已報(bào)道的有關(guān)高對(duì)比度OLED結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)中，絕大部分基于底發(fā)射OLED，由于結(jié)構(gòu)的差異性，它們未必適用于頂發(fā)射OLED。并且，在這些結(jié)構(gòu)中，功能膜層添加在陽(yáng)極與陰極之間，這就需要考慮到膜層的光學(xué)及電學(xué)特性，如膜層對(duì)載流子注入及傳輸?shù)挠绊憽?br>

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供一種制備工藝簡(jiǎn)單且可有效增加頂發(fā)射型有機(jī)發(fā)光二極管對(duì)比度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。該方法通過(guò)在陰極表面覆蓋一適宜厚度的光輸出耦合層，以減少器件對(duì)外部環(huán)境光的反射，從而達(dá)到增加器件對(duì)比度的效果。
技術(shù)方案本發(fā)明的增加頂發(fā)射型有機(jī)發(fā)光二極管對(duì)比度的結(jié)構(gòu)包括 底層為不透明的基底，在基底上為一反射電極用作陽(yáng)極，在陽(yáng)極上為用于發(fā)光層的有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)，在有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)上為用作陰極的半透明陰極結(jié)構(gòu)，在陰極的上表面為一光輸出耦合層，用于減小二極管對(duì)于環(huán)境光的反射，形成一個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)。
所述的光輸出耦合層的材質(zhì)為有機(jī)或無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料。
所述的光輸出耦合層的厚度可以改變，用以改變環(huán)境光進(jìn)入器件時(shí)的反射和透射能量分布。
當(dāng)所述光輸出耦合層的厚度適宜時(shí)，可以減少器件對(duì)環(huán)境光的反射，從而改善二極管顯示的對(duì)比度。
確定光輸出耦合層厚度的方法為將器件視為一個(gè)多層膜系統(tǒng)，運(yùn)用菲涅耳系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)移理論推導(dǎo)該多層膜系統(tǒng)的反射率公式，借助計(jì)算機(jī)獲得該多層膜系統(tǒng)的反射率隨光輸出耦合層厚度變化的曲線(xiàn)，據(jù)此將光輸出耦合層的厚度確定為該多層膜系對(duì)環(huán)境光具有最低反射率時(shí)的厚度。數(shù)據(jù)表明，在陰極表面覆蓋適宜厚度的光輸出耦合層能夠有效減少器件對(duì)外部環(huán)境光的反射，從而達(dá)到增加器件對(duì)比度的效果。
有益效果 1、本發(fā)明采用覆蓋光輸出耦合層的方法來(lái)減少外部環(huán)境光的反射，該方法制作工藝簡(jiǎn)單，成本低。
2、本發(fā)明中的光輸出耦合層不是添加在陰極與陽(yáng)極之間，而是覆蓋在陰極表面，該光輸出耦合層不會(huì)對(duì)載流子的注入及傳輸?shù)绕骷妼W(xué)性能產(chǎn)生影響。
3、本發(fā)明借助計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算確定光輸出耦合層的最佳厚度，上述厚度可通過(guò)頻率計(jì)(精確到0.1nm)精確地實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此，本方法對(duì)實(shí)際器件制作有準(zhǔn)確的理論指導(dǎo)作用，相比于通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定光輸出耦合層厚度，大大簡(jiǎn)化程序且節(jié)省支出。



為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)描述如下 圖1為本發(fā)明所涉及的頂發(fā)射型OLED結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為實(shí)施例1所使用的頂發(fā)射型OLED結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為將實(shí)施例1的頂發(fā)射型OLED視為多層膜系統(tǒng)時(shí)，反射和透射光線(xiàn)的示意圖； 圖4為實(shí)施例1所使用的頂發(fā)射型OLED的光輸出耦合層ZnS膜厚變化范圍為0~200nm時(shí)，器件的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)； 圖5為實(shí)施例1所使用的頂發(fā)射型OLED的光輸出耦合層ZnS膜厚變化范圍為0~50nm時(shí)，器件的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)； 圖6為實(shí)施例1所使用的頂發(fā)射型OLED在使用30nm ZnS作為光輸出耦合層前后，器件的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)； 圖7為實(shí)施例2所使用的頂發(fā)射型OLED的光輸出耦合層BCP膜厚變化范圍為0~180nm時(shí)，器件的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)； 圖8為實(shí)施例2所使用的頂發(fā)射型OLED的光輸出耦合層BCP膜厚變化范圍為45~75nm時(shí)，器件的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)； 圖9為實(shí)施例2所使用的頂發(fā)射型OLED在使用55nm BCP作為光輸出耦合層前后，器件的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明將器件視為一個(gè)多層膜系統(tǒng)，運(yùn)用菲涅耳系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)移理論推導(dǎo)該多層膜系統(tǒng)的反射率公式，借助計(jì)算機(jī)獲得該多層膜系統(tǒng)的反射率隨光輸出耦合層厚度變化的曲線(xiàn)，據(jù)此確定光輸出耦合層的最佳厚度。
該結(jié)構(gòu)包括底層為不透明的基底11，在基底11上為一反射電極用作陽(yáng)極12，在陽(yáng)極12上為用于發(fā)光層的有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)13，在有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)13上為用作陰極14的半透明陰極結(jié)構(gòu)，在陰極14的上表面為一光輸出耦合層，用于減小二極管對(duì)于環(huán)境光的反射，形成一個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)。
將用2個(gè)實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，但是本發(fā)明并不僅局限于所列舉的實(shí)例。
參考圖2，實(shí)施例1中頂發(fā)射型OLED器件結(jié)構(gòu)包括基底21、反射電極(陽(yáng)極)22、空穴注入層23、空穴傳輸層24、綠光發(fā)光層25、雙層半透明金屬電極(陰極)26和光輸出耦合層27。其中，基底、反射電極、空穴注入層、空穴傳輸層、 綠光發(fā)光層、雙層半透明金屬電極和光輸出耦合層分別采用覆蓋SiO2(1600nm)的Si、Ni(100nm)、4，4’，4″-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine(m-MTDATA，45nm)、4，4’-bis[N-(1-naphthyl-1-)-N-phenyl-amino]-biphenyl(NPB，5nm)、tris-(8-hydroxyl-quinoline)aluminum(Alq3，50nm)、Sm(15nm)/Ag(10nm)和ZnS(xnm)。
將器件視為一個(gè)多層膜系統(tǒng)Si/SiO2/Ni/m-MTDATA/NPB/Alq3/Sm/Ag/ZnS，參考圖3。外部環(huán)境光從陰極表面入射。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，僅考慮光垂直入射的情況。
在光波垂直入射多層膜系統(tǒng)的情況下，根據(jù)菲涅耳系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)移理論，得到出射光波與入射光波的電矢量E之間的關(guān)系如下式 其中，E0+/E0-——入射光波的正/反向電矢量； E87+/E87-——在折射率為N8的薄膜中，靠近折射率N7的界面附近的正/反向電矢量；由于陽(yáng)極厚度較厚，不妨假設(shè)進(jìn)入陽(yáng)極的光在該層均被吸收或反射，沒(méi)有光進(jìn)入SiO2層，即于是， 令 式中，dm、δm分別為膜層m的幾何厚度和位相厚度。m＝1，2，…，7。
那么，式(2)變?yōu)? 再令 式 (3)變?yōu)? 進(jìn)一步可化簡(jiǎn)為 以上各式中， 于是多層膜系的反射系數(shù)r為 多層膜系的反射率R為 根據(jù)以上各公式，代入各膜層的折射指數(shù)、消光系數(shù)及物理厚度，就可以計(jì)算出該多層膜系的反射率。其中各膜層的物理厚度已給定，折射指數(shù)、消光系數(shù)可分別通過(guò)橢圓偏振儀測(cè)得。借助計(jì)算機(jī)，可計(jì)算出不同ZnS厚度下該多層膜系的反射率。為粗略確定ZnS厚度范圍，首先計(jì)算變化范圍較大時(shí)(0～幾百nm)該多層膜系的反射率。圖4給出了ZnS厚度范圍為0～200nm、步長(zhǎng)為25nm時(shí)的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)。從該圖可以看出，較其它厚度值而言，當(dāng)厚度值為25nm時(shí)多層膜系在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)有著較低反射率。為進(jìn)一步確定ZnS厚度，計(jì)算ZnS厚度變化范圍為0～50nm、步長(zhǎng)為10nm時(shí)該多層膜系的反射率，并繪出反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)，如圖5所示。觀察分析圖5，最終選將ZnS的厚度定為30nm。圖6清晰地顯示了使用30nm ZnS光輸出耦合層前后，該多層膜系統(tǒng)的反射率變化。該圖表明，本發(fā)明所使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法能夠有效地減小頂發(fā)射型OLED對(duì)環(huán)境光的反射，從而增加器件的對(duì)比度。
本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法所使用的光輸出耦合層材料并非局限于ZnS，它還可為以下任一材料BCP、MeO-TPD、Alq3、NPB、m-MTDATA、Ta2O5、Sb2O5、ZnO、ZnSe、SnO2，該方法的適用對(duì)象也并非局限于某一特定的器件結(jié)構(gòu)，以下再舉實(shí)施例2進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例2中頂發(fā)射型OLED器件結(jié)構(gòu)包括基底、陽(yáng)極、空穴注入層、空穴傳輸層、藍(lán)光發(fā)光層、電子注入層、雙層半透明金屬陰極和光輸出耦合層。其中，基底、陽(yáng)極、空穴注入層、空穴傳輸層、藍(lán)光發(fā)光層、電子注入層、雙層半透明金屬陰極和光輸出耦合層分別采用覆蓋SiO2(1600nm)的Si、Ni(100nm)、m-MTDATA(45nm)、NPB(5nm)、4，4’-bis(2，2’-diphenylvinyl)-1，1’-biphenyl(DPVBi，45nm)、Alq3(5nm)、Sm(15nm)/Ag(10nm)和2，9-dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline(BCP，x nm)。
將器件視為一個(gè)多層膜系統(tǒng)Si/SiO2/Ni/m-MTDATA/NPB/DPVBi/Alq3/Sm/Ag/BCP。對(duì)該多層膜系統(tǒng)作同實(shí)施例1的分析處理，得到所需數(shù)據(jù)。圖7給出了BCP厚度范圍為0～180nm、步長(zhǎng)為30nm時(shí)的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)。從該圖可以看出，當(dāng)厚度值為60nm時(shí)多層膜系在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)有著低反射率。進(jìn)一步確定BCP厚度，以5nm為步長(zhǎng)，計(jì)算BCP厚度變化范圍為45～75nm時(shí)該多層膜系的反射率，繪出的反射率——波長(zhǎng)曲線(xiàn)如圖8所示。觀察分析圖8，最終選將BCP的厚度定為55nm。圖9清晰地顯示了使用55nm BCP光輸出耦合層前后，實(shí)施例2的多層膜系統(tǒng)的反射率變化。
以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能以其限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即大凡不脫離本發(fā)明構(gòu)思的替代和修正，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種增加頂發(fā)射型有機(jī)發(fā)光二極管對(duì)比度的結(jié)構(gòu)，其特征在于該結(jié)構(gòu)包括底層為不透明的基底(11)，在基底(11)上為一反射電極用作陽(yáng)極(12)，在陽(yáng)極(12)上為用于發(fā)光層的有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)(13)，在有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)(13)上為用作陰極(14)的半透明陰極結(jié)構(gòu)，在陰極(14)的上表面為一光輸出耦合層，用于減小二極管對(duì)于環(huán)境光的反射，形成一個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增加頂發(fā)射型有機(jī)發(fā)光二極管對(duì)比度的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的光輸出耦合層的材質(zhì)為有機(jī)或無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的增加頂發(fā)射型有機(jī)發(fā)光二極管對(duì)比度的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的光輸出耦合層的厚度可以改變，用以改變環(huán)境光進(jìn)入器件時(shí)的反射和透射能量分布。
全文摘要
增加頂發(fā)射型有機(jī)發(fā)光二極管對(duì)比度的結(jié)構(gòu)。該方法利用一光輸出耦合層覆蓋于半透明金屬電極(陰極)表面，以改變外部環(huán)境光進(jìn)入陰極表面的反射和透射能量分布。本發(fā)明將器件視為一個(gè)多層膜系統(tǒng)，運(yùn)用菲涅耳系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)移理論推導(dǎo)該多層膜系統(tǒng)的反射率公式，借助計(jì)算機(jī)獲得該多層膜系統(tǒng)的反射率隨光輸出耦合層厚度變化的曲線(xiàn)，據(jù)此將光輸出耦合層的厚度確定為該多層膜系對(duì)環(huán)境光具有最低反射率時(shí)的厚度。數(shù)據(jù)擬合結(jié)果表明，在陰極表面覆蓋適宜厚度的光輸出耦合層能夠有效減少器件對(duì)外部環(huán)境光的反射，從而達(dá)到增加器件對(duì)比度的效果。
文檔編號(hào)H01L51/50GK101540374SQ20091002649
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者維 黃, 陳春燕, 陳淑芬, 軍 謝, 解令海 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)