專利名稱：頂部發(fā)光oled器件陽極結(jié)構(gòu)及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)發(fā)光二極管制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)的制備。
背景技術(shù)：
OLED即有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode),同時(shí)具備自發(fā)光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快，可制成固態(tài)平板顯示面板、固態(tài)撓曲性面板和透明面板，適用溫度范圍廣、構(gòu)造及制備工藝簡單等優(yōu)異特性。近幾年通過對新材料的不斷探索以及器件結(jié)構(gòu)和工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，有機(jī)電致發(fā)光器件已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，但是要在平板顯示市場上充分發(fā)揮其優(yōu)勢，有機(jī)電致發(fā)光器件的發(fā)光效率、色度、驅(qū)動電壓、壽命、器件穩(wěn)定性等方面還需要進(jìn)一步改善。其中，陽極材料的表面功函數(shù)、電阻率、光學(xué)特性、化學(xué)穩(wěn)定以及與基底驅(qū)動電路和有機(jī)層兼容性是否匹配，是決定OLED器件光電性能和廣品率提聞的關(guān)鍵因素。頂部發(fā)光OLED器件是將像素驅(qū)動電路制作在器件下方，這解決了 OLED器件像素驅(qū)動電路和顯示發(fā)光面積相互競爭的問題，從而提高了顯示器件的開口率。制作一個(gè)高效的頂部發(fā)光有機(jī)電致發(fā)光器件，必須具備條件之一就是要有低電阻、高反射率、電化學(xué)性能穩(wěn)定，并與基底和空穴注入層材料實(shí)現(xiàn)良好兼容和匹配的底電極。目前頂部發(fā)光OLED器件大多在透明陽極ITO上沉積一層高反射金屬薄膜，然而利用濺射法制備的ITO陽極薄膜易受工藝控制因素不良的影響，而導(dǎo)致其表面不平整，進(jìn)而引起表面產(chǎn)生尖端或凸起，這些不平整層之間所形成錯綜復(fù)雜的路徑將會提供空穴直接射向陰極的機(jī)會，從而使器件漏電流增加，影響頂部發(fā)光OLED器件的發(fā)光效率和壽命。另外，用ITO用作OLED電極還存在一個(gè)嚴(yán)重問題，缺點(diǎn)是其化學(xué)穩(wěn)定性不夠好，其中In和Sn會擴(kuò)散到有機(jī)層中，擴(kuò)散后離子聚集于電極和注入層界面處，導(dǎo)致形成過多電荷累積而使得發(fā)光像素點(diǎn)短路，最終導(dǎo)致整個(gè)器件失效。再者，地球上In還是稀 有資源，利用ITO制備頂部發(fā)光OLED器件陽極存在成本高的缺點(diǎn)。雖然金屬Ag和Al具有最高可見光反射率和相對最小的消光系數(shù)，同時(shí)，很低的電阻率也使得Ag和Al成為頂發(fā)射器件陽極的首選材料。然而，相對較低的功函數(shù)，使得Ag和Al與空穴注入材料HOMO能級之間存在較大的注入勢壘，不利于載流子注入和遷移，導(dǎo)致頂部發(fā)光OLED器件開啟電壓的升高和壽命降低。金屬Au、N1、Pt、Mo等金屬雖然具有較高的功函數(shù)，但反射率低，較低的反射率不利于提高器件的量子效率。同時(shí)，Au等金屬盡管具有高的功函數(shù)，但在有機(jī)材料中擴(kuò)散系數(shù)較大，影響器件發(fā)光性質(zhì)。因此，選用金屬Au等高功函數(shù)材料作為制備頂部發(fā)光OLED器件陽極也存在不足之處。另外，頂部發(fā)光OLED器件需要將陽極制作在驅(qū)動電路上，陽極與驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)良好兼容是頂部發(fā)光OLED器件制備的關(guān)鍵。如果陽極與驅(qū)動電路不能達(dá)到良好熱兼容和晶格匹配，將使引起器件出現(xiàn)“斷路”，導(dǎo)致器件出現(xiàn)大量失效，引起規(guī)?；a(chǎn)良品率急劇下降。因此，作為頂部發(fā)光OLED器件陽極材料除了滿足高反射率、高功函數(shù)、工藝兼容性強(qiáng)和制備工藝簡單外，還需滿足與基底和有機(jī)材料有良好的兼容性，以致不易產(chǎn)生“起皮”和“脫膜”現(xiàn)象。目前，國內(nèi)外對頂部發(fā)光OLED器件陽極的研究的重點(diǎn)是采用“界面工程”降低表面粗糙度和采用具有高功函數(shù)的金屬降低驅(qū)動電壓等方面。如美國西北大學(xué)Marks等學(xué)者采用自組裝技術(shù)對ITO進(jìn)行表面有機(jī)功能化增加空穴注入；Shen等發(fā)現(xiàn)用Pt修飾ITO電極后，可以改善ITO電極的表面平整度，并對比了經(jīng)Pt修飾和不經(jīng)修飾的兩個(gè)器件EL性能，發(fā)現(xiàn)用Pt修飾ITO電極后可以有效地改善空穴從ITO電極上的注入效率，比原來提高近2個(gè)數(shù)量級。韓國Samsung SDI和臺灣TPO顯示公司(US2005/0224789A1、US007417261B2和US007109652B2)等專利公布了采用兩層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的頂部發(fā)光OLED器件陽極，該陽極結(jié)構(gòu)第一層采用了高反射率金屬材料，第二層采用透明導(dǎo)電氧化物材料。其中，為了有效抑制了電化學(xué)反應(yīng)對金屬電極界面的腐蝕，三星公司專利還公開了在界面處制備了一層金屬硅化物提高了陽極界面的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
目前的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)無法同時(shí)兼有制備工藝簡單、成本低廉、電化學(xué)性能穩(wěn)定、能級匹配、高反射率、低電阻等特點(diǎn)。為此，本發(fā)明提出一種適用于頂部發(fā)光OLED器件的陽極結(jié)構(gòu)極其制備工藝。本發(fā)明的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，包括基底，其特征在于還包括四層薄膜覆蓋在基底上，從基底往上分別為基底兼容層、中間反射率層、能級匹配層和陽極改性層，其中:
基底采用玻璃、石英、硅或塑料材料制備；
基底兼容層采用Cr、T1、Ni金屬單質(zhì)或它們?nèi)我獗壤暮辖鹬苽洌?br> 中間反射率層采用Al、Ag 單質(zhì)或它們?nèi)我獗壤暮辖鹬苽洌?br> 能級匹配層采用Mo、N1、Ir、Pt、Cu單質(zhì)或它們?nèi)我獗壤暮辖鹬苽洌?br> 陽極改性層采用金屬氧化物、氮化物或C6(l、DLC材料制備。所述的基底厚度為1mm，基底兼容層厚度為Inm-1 μ m，中間反射率層厚度為5nm-500nm,能級匹配層厚度為Inm-1OOnm,陽極改性層厚度為0.5nm_5nm。作為優(yōu)選，所述的陽極改性層選擇Zr02、Si3N4, SiO、SiO2, A1203、C60, DLC, V2O5, ZnO或TiN材料制備。作為改進(jìn)，所述的基底兼容層和中間反射率層間加設(shè)第一界面過度層，第一界面過度層材料為Cr、T1、Ni金屬單質(zhì)或合金與Al、Ag金屬單質(zhì)或合金制備,薄膜厚度為5nm-100nmo作為改進(jìn)，所述的中間反射率層和能級匹配層間加設(shè)第二界面過度層，第二界面過度層材料為Al、Ag金屬單質(zhì)或合金與Mo、N1、Ir、Pt、Cu金屬單質(zhì)或合金制備,薄膜厚度為 5nm-100nmo頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征在于將基底用等離子體清洗干凈后，采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、離子束輔助沉積或?yàn)R射等PVD方法將基底兼容層、中間反射率層和能級匹配層依次沉積在基底上；用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、離子束輔助沉積、濺射的方法或PECVD方法將陽極改性層沉積在能級匹配層上。
基底兼容層采用與基底兼容性好的金屬單質(zhì)或合金制備，實(shí)現(xiàn)與基底的良好附著，克服由于晶格失配導(dǎo)致膜層出現(xiàn)“爆膜”或“脫膜”的不足。中間反射率層采用在可見光波段內(nèi)具有低吸收和高反射特性的金屬單質(zhì)或合金制備，實(shí)現(xiàn)頂發(fā)光陽極的高反射率特性，使器件在同樣電流密度下，具有更高的量子效率。若采用改進(jìn)方案，在中間反射率層兩側(cè)加設(shè)第一界面過度層和第二界面過度層:第一界面過度層的制備提高了基底兼容層與中間反射率層界面穩(wěn)定性，第二界面過度層實(shí)現(xiàn)了中間反射率層與能級匹配層之間界面穩(wěn)定性，有利于延長頂部發(fā)光OLED器件的工作壽命。能級匹配層由能有效降低空穴注入勢壘和器件啟亮電壓的材料制備。能級匹配層具有高功函數(shù)和優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)還具有高導(dǎo)電能力。陽極改性層由在可見光波段透過率高，且不易產(chǎn)生元素?cái)U(kuò)散的物質(zhì)制備。設(shè)置陽極改性層目的在于改善陽極粗糙度，增加金屬陽極與空穴注入層之間粘合力；蓋上金屬陽極表面的功函數(shù)，增加空穴的遂穿幾率。另外，采用Lift-off工藝制備陽極像素點(diǎn)時(shí)，防止金屬陽極表面被腐蝕，導(dǎo)致像素點(diǎn)產(chǎn)生黑點(diǎn)。另外，陽極改性層厚度需要盡可能的小，使得載流子易于遂穿，并產(chǎn)生可以忽略不計(jì)的串聯(lián)電阻和光吸收損耗。本發(fā)明的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，能顯著提高了頂部發(fā)光OLED器件綜合發(fā)光性能，有效降低了頂部發(fā)光OLED器件驅(qū)動電壓。本發(fā)明采用了多層薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了陽極的多功能性:中間反射率層，提高了陽極反射率，使得OLED器件具有更高的量子效率；能級匹配層和陽極改性層，在降低空穴注入勢壘同時(shí)，提高了陽極穩(wěn)定性，有利于降低器件功耗和提高器件的工作壽命。另外，本發(fā)明采用了不易產(chǎn)生元素?cái)U(kuò)散材料制備陽極，降低由于元素?cái)U(kuò)散導(dǎo)致器件像素發(fā)生短路的幾率；本發(fā)明所采用的金屬單質(zhì)、合金或金屬化合物，原料具有易得、價(jià)格便宜、薄膜制備手段多樣等優(yōu)點(diǎn) 。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:本發(fā)明的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，基底厚度為1_，由硅和SiO2組成，其特點(diǎn)是在硅表面覆蓋有厚度為160nm的SiO2薄膜。在基底上制備四層薄膜，方式如下:
第一步:在清洗干凈的基底上沉積Cr作為基底兼容層，實(shí)現(xiàn)與基底的良好兼容；基底兼容層厚度為15 nm，薄膜采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、離子束輔助沉積、濺射等PVD方法制備;
第二步:在基底兼容層上沉積在可見光波段具有低的吸收和高反射特性的金屬Al作為中間反射率層，厚度為35 nm。中間反射率層的制備滿足了陽極高反射率的要求。薄膜采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、離子束輔助沉積、濺射等PVD方法制備；
第三步:在高反射率金屬層上沉積一層具有高功函數(shù)和性能穩(wěn)定的金屬M(fèi)o作為能級匹配層。能級匹配層的制備降低了空穴注入勢壘和器件啟亮電壓；能級匹配層厚度為8nm，薄膜采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、離子束輔助沉積、濺射等PVD方法制備；
第四步:在能級匹配層上沉積ZrO2作為陽極改性層。陽極改性層需要具備薄膜致密性好，在可見光波波段透過率高，且不易產(chǎn)生元素?cái)U(kuò)散等條件。陽極改性層厚度需要盡可能小，使得載流子易于遂穿，以致于產(chǎn)生可以忽略不計(jì)的串聯(lián)電阻和光損耗；在本實(shí)施例中陽極改性層厚度控制在lnm，薄膜PECVD方法制備。本實(shí)施例發(fā)明細(xì)節(jié)如表I所示。表I
實(shí)施例2:本發(fā)明的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，基底厚度為1mm，由硅和SiO2組成，其特點(diǎn)是在硅表面覆蓋有厚度為160nm的SiO2薄膜。在基底上覆蓋四層薄膜，方式如下:第一步:在清洗干凈的基底上沉積Cr薄膜制成的基底兼容層，實(shí)現(xiàn)與基底的良好兼容；基底兼容層厚度為10nm，薄膜采用電子束蒸發(fā)法制備；
第二步:在基底兼容層上沉積第一界面過度層，由Cr和Al合金制備，薄膜采用多源蒸發(fā)系統(tǒng)的PVD方法制備，通過控制不同組分之間的薄膜生長速率調(diào)控制成比例，薄膜厚度為 5nm ；
第三步:在第一界面過度層上沉積在可見光波段具有低的吸收和高反射特性金屬Al作為中間反射率層， 中間反射率層的厚度為30nm，薄膜采用電子束蒸發(fā)法制備；
第四步:在中間反射率層上沉積第二界面過度層，由Al和Mo合金制備，厚度為5nm，，通過控制不同組分之間的薄膜生長速率調(diào)控制成比例，薄膜厚度為5nm ；
第五步:在第二界面過度層上沉積一層具有高功函數(shù)和性能穩(wěn)定的金屬M(fèi)o作為能級匹配層。能級匹配層厚度為8nm，薄膜采用電子束蒸發(fā)法制備；
第六步:在能級匹配層上沉積ZrO2作為陽極改性層。陽極改性層厚度需要盡可能小，使得載流子易于遂穿，以致于產(chǎn)生可以忽略不計(jì)的串聯(lián)電阻和光損耗；在本實(shí)施例中陽極改性層厚度控制在lnm，薄膜采用PECVD方法制備。本實(shí)施例發(fā)明細(xì)節(jié)如表2所示。表權(quán)利要求
1.頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，包括基底，其特征在于還包括四層薄膜，覆蓋在基底上，從基底往上分別為基底兼容層、中間反射率層、能級匹配層和陽極改性層，其中: 基底兼容層采用Cr、T1、Ni金屬單質(zhì)或它們?nèi)我獗壤暮辖鹬苽洌? 中間反射率層采用Al、Ag金屬單質(zhì)或它們?nèi)我獗壤暮辖鹬苽洌? 能級匹配層采用Mo、N1、Ir、Pt、Cu金屬單質(zhì)或它們?nèi)我獗壤暮辖鹬苽洌? 陽極改性層采用金屬氧化物、氮化物、C60或DLC材料。
2.如權(quán)利要求1所述的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，其特征在于基底厚度為Imm,基底兼容層厚度為Inm-1 μ m,中間反射率層厚度為5nm-500nm,能級匹配層厚度為Inm-1OOnm,陽極 改性層厚度為0.5nm_5nm。
3.如權(quán)利要求1所述的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，其特征在于陽極改性層選擇ZrO2, Si3N4' SiO, Si02、A1203、C60, DLC, V2O5' ZnO 或 TiN 材料制備。
4.如權(quán)利要求1所述的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，其特征在于在基底兼容層和中間反射率層間加設(shè)第一界面過度層，第一界面過度層由Cr、T1、Ni金屬單質(zhì)或合金與Al、Ag金屬單質(zhì)或合金制備，薄膜厚度為5nm-100nm。
5.如權(quán)利要求1所述的頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)，其特征在于中間反射率層和能級匹配層間加設(shè)第二界面過度層，第二界面過度層材料為Al、Ag金屬單質(zhì)或合金與Mo、N1、Ir、Pt、Cu金屬單質(zhì)或合金制備,薄膜厚度為5nm-100nm。
6.頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征在于將基底用等離子體清洗干凈后，采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、離子束輔助沉積或?yàn)R射等PVD方法將基底兼容層、中間反射率層和能級匹配層依次沉積在基底上，用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、離子束輔助沉積、濺射的方法或PECVD方法將陽極改性層沉積在能級匹配層上。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機(jī)發(fā)光二極管制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種頂部發(fā)光OLED器件陽極結(jié)構(gòu)的制備，其特征在于包括四層薄膜覆蓋在基底上，從基底往上分別為基底兼容層、中間反射率層、能級匹配層和陽極改性層；采用了多層薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了陽極的多功能性，明顯提高了頂部發(fā)光OLED器件的發(fā)光效率、工作壽命。另外，本發(fā)明采用了不易產(chǎn)生元素?cái)U(kuò)散材料制備陽極，降低由于元素?cái)U(kuò)散導(dǎo)致器件像素發(fā)生短路的幾率；本發(fā)明所采用的金屬單質(zhì)、合金或金屬化合物，原料具有易得、價(jià)格便宜、薄膜制備手段多樣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01L51/56GK103219472SQ20131013701
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者王光華, 段瑜, 鄧榮斌, 張?bào)愕? 季華夏 申請人:云南北方奧雷德光電科技股份有限公司