專利名稱：頂出光電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光器件領(lǐng)域中頂出光電致發(fā)光器件及其制備方法，特別是涉及一種頂出光電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光在1987年獲重大突破后，其亮度，效率和壽命等已滿足了平面顯示的要求。目前，常見的有機(jī)電致發(fā)光器件是以透明的導(dǎo)電玻璃為襯底的，光從底部射出；但在某些應(yīng)用中要求光必須從頂部射出，在有些以ITO為陽(yáng)極的情況下，也要求光從頂部出射。頂出光的有機(jī)發(fā)光二極管開辟了有機(jī)發(fā)光器件研究的新領(lǐng)域和更廣闊的應(yīng)用前景，例如，采用硅片作襯底時(shí)，可預(yù)先在Si上做好有機(jī)發(fā)光器件的驅(qū)動(dòng)電路，然后制作有機(jī)發(fā)光層，最后制備頂出光電極。頂出光有機(jī)顯示器件的分辨率、刷新速度和功耗一般都要優(yōu)于現(xiàn)有基于ITO的有機(jī)發(fā)光器件。
對(duì)于頂發(fā)光的有機(jī)發(fā)光器件，其頂部電極材料有多種可供選擇，一般需要具備如下幾個(gè)基本的條件透光率要高，導(dǎo)電性要好，能夠和相鄰的有機(jī)層形成良好的載流子注入。目前，頂部電極材料采用較多的有ITO和薄Al/Ag或LiF/Al/Ag復(fù)合層(Al常為nm量級(jí))等，但是，前者因?yàn)榈矸eITO很容易損壞有機(jī)發(fā)光層，對(duì)于設(shè)備與工藝有很高的要求；而后者由于選材的原因，造成電極的反射較為嚴(yán)重，透光率較低(一般在30％-40％)，另外由于制作中要求嚴(yán)格控制LiF和Al的厚度，否則對(duì)器件性能影響很大，因此器件制作難度大，一致性和穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低功函數(shù)、低界面反射，高透光率和化學(xué)穩(wěn)定性好的頂出光電極及其制備方法。
本發(fā)明所提供的頂出光電極，包括襯底和位于襯底上的有機(jī)發(fā)光層，其中，有機(jī)發(fā)光層上設(shè)有稀土元素與Au或Ag的濃度梯度層，所述濃度梯度層中從內(nèi)層到外層所述稀土元素質(zhì)量濃度為100％至0％。
其中，稀土元素選用具有低功函數(shù)的稀土元素(低功稀土層)，如Sm，Yb或Eu等。濃度梯度層厚度一般控制在15-25nm為宜。
為了減少金屬界面和空氣界面的反射，使透光率近一步加大，在濃度梯度層上還可有一增透層。該增透層厚度為40-60nm，材料可選用Alq(8-羥基喹啉鋁)或TeO2等，優(yōu)選為Alq。
該頂出光電極的制備方法，包括如下步驟1)在襯底上制備有機(jī)發(fā)光層；2)先開始蒸發(fā)稀土元素，然后線性降低稀土元素蒸發(fā)速度到零，同時(shí)控制Au或Ag的蒸發(fā)速度從零開始線性增加，在有機(jī)發(fā)光層上形成稀土元素與Au或Ag的濃度梯度層，得到所述頂出光電極。
其中，稀土元素的起始蒸發(fā)速度為0.15-0.25nm/s，Au或Ag的終止蒸發(fā)速度為0.1-0.2nm/s，蒸發(fā)時(shí)間為100-150s，濃度梯度層厚度控制在15-25nm。在操作時(shí)，開始采用大的蒸發(fā)速率來蒸鍍?cè)撓⊥猎?，然后線性地逐漸減小稀土元素的蒸發(fā)速率，同時(shí)熔化貴金屬Au或Ag，使其慢慢蒸發(fā)，并控制其速率從零開始慢慢線性地加大，最后完全停止稀土元素的蒸發(fā)變?yōu)榧兇獾腁u或Ag的蒸發(fā)，從而可以形成稀土元素與Au或Ag的濃度梯度層。
蒸鍍完濃度梯度層后，還可再蒸鍍一增透層，能增加電極的透光率，其厚度為40-60nm，材料可選用Alq或TeO2等，優(yōu)選為Alq。
在沉積上述濃度梯度層、增透層時(shí)，可采用真空蒸鍍法進(jìn)行，進(jìn)行蒸鍍時(shí)樣品室的真空度在10-5托以上，所用設(shè)備可以是真空蒸發(fā)設(shè)備、磁控濺射設(shè)備、電子(離子)束蒸發(fā)、固態(tài)源分子束外延設(shè)備等。
本發(fā)明的頂出光電極結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中1為襯底及下電極，2為有機(jī)發(fā)光層，3為稀土元素與Au或Ag的濃度梯度層，4為增透層。由于該電極中濃度梯度層3的兩種成分逐漸互相滲透，不具有光反射界面，并且該層從低功函數(shù)的稀土元素開始，到具有高穩(wěn)定性的Au或Ag結(jié)束，因此使電極同時(shí)具備好的電子注入能力和好的穩(wěn)定性，能顯著提高電極的發(fā)光效率，透光率和穩(wěn)定性，同時(shí)又有較好的防止水汽透入有機(jī)層的作用；通過增加增透層4，可以使電極的透光率增加到70-80％，接近廣泛采用的ITO玻璃的透光性能。在使用時(shí)可以根據(jù)需要，在上述頂電極加上任何圖形的模版。
本發(fā)明采用普通的真空蒸鍍方法(10-5托)在電極上蒸鍍一低功稀土金屬與貴金屬的濃度梯度層，并結(jié)合增透層作為頂出光電極的上電極材料，可以兼顧透光率、穩(wěn)定性和低成本等要素，制備方法簡(jiǎn)單實(shí)用，與采用Al/Ag或Al/Au作頂電極的器件相比，本發(fā)明電極發(fā)光效率提高6-8倍。本發(fā)明的頂出光電極可以廣泛應(yīng)用于無機(jī)薄膜和半導(dǎo)體發(fā)光，以及光電器件和光探測(cè)器等方面。


圖1為本發(fā)明頂出光電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、具有Yb:Au/Alq復(fù)合層的頂出光電極制備用真空熱蒸發(fā)鍍膜設(shè)備，在襯底上淀積有機(jī)發(fā)光層后，先以較大的速率如0.2nm/s來蒸發(fā)Yb，在10秒種后，開始進(jìn)行Au的蒸發(fā)，此后慢慢減小Yb的蒸發(fā)速率，同時(shí)加大Au的蒸發(fā)速率到0.1am/s，當(dāng)厚度達(dá)到18.0nm時(shí)(蒸發(fā)時(shí)間為120s)，完全停止Yb的蒸發(fā)而只剩下Au在蒸發(fā)，形成總厚度為20nm的Yb:Au梯度層；然后再在Yb:Au梯度層上蒸發(fā)50nm的Alq(8-羥基喹啉鋁)作為增透層，此為上電極(陰極)。制備過程中要求真空度在10-6托以上，材料純度在99.99％以上，所用下電極為ITO玻璃，其有機(jī)發(fā)光層為NPB(60nm)/Alq(60nm)，有機(jī)材料NPB為(N，N’-二苯基-N，N’-二(1-萘基)-1，1’-二苯基-4，4’-二胺)，按常規(guī)方法制備。此時(shí)所得電極平均透光率約為72％，在520nm以下有更高的透光率；比相同厚度(20nm)的LiF/Al/Ag復(fù)合層電極發(fā)光器件的發(fā)光效率提高2-3倍；比同等厚度(20nm)的鋁層電極的透光率高出6倍以上，且不易被氧化。
實(shí)施例2、具有Yb:Au層的頂出光電極制備用真空熱蒸發(fā)鍍膜設(shè)備，在襯底上淀積有機(jī)發(fā)光層后，采用實(shí)施例1的方法蒸鍍上Yb:Au梯度層(Yb起始蒸發(fā)速度為0.2nm/s，Au終止蒸發(fā)速度為0.15nm/s，蒸發(fā)時(shí)間為140s)，其厚度為20nm，此為上電極(陰極)。制備過程中真空度要求在10-6托以上，材料純度均在99.99％以上，所用下電極為Si襯底，其有機(jī)發(fā)光層為NPB(60nm)/Alq(60nm)，按常規(guī)方法制備。所得電極平均透光率為62％，導(dǎo)電性能穩(wěn)定。
實(shí)施例3、具有Sm:Ag層的頂出光電極制備用真空熱蒸發(fā)鍍膜設(shè)備，在襯底上淀積有機(jī)發(fā)光層后，采用實(shí)施例1的方法蒸鍍上Sm:Ag梯度層(Sm起始蒸發(fā)速度為0.2nm/s，Ag終止蒸發(fā)速度為0.12nm/s，蒸發(fā)時(shí)間為100s)，其厚度為15nm，作為上電極(陰極)。制備過程中真空度要求在10-6托以上，材料純度均在99.99％以上，所用下電極為Si襯底，其有機(jī)發(fā)光層為NPB(60nm)/Alq(60nm)，按常規(guī)方法制備。所得電極平均透光率為55％，導(dǎo)電性能穩(wěn)定。
實(shí)施例4、具有Eu:Au/TeO2層的頂出光電極制備用真空熱蒸發(fā)鍍膜設(shè)備，在襯底上淀積有機(jī)發(fā)光層后，采用實(shí)施例1的方法蒸鍍上Eu:Au梯度層(Eu起始蒸發(fā)速度為0.2nm/s，Au終止蒸發(fā)速度為0.15nm/s，蒸發(fā)時(shí)間為150s)，其厚度為25nm；然后在該Eu:Au梯度層上蒸鍍55nm厚的TeO2作為增透層，此為上電極(陰極)。制備過程中真空度要求在10-6托以上，材料純度均在99.99％以上，所用下電極為ITO玻璃，其有機(jī)發(fā)光層為NPB(60nm)/Alq(60nm)，按常規(guī)方法制備。所得電極平均透光率為65％，導(dǎo)電性能穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.頂出光電極，包括襯底和位于襯底上的有機(jī)發(fā)光層，其特征在于所述有機(jī)發(fā)光層上設(shè)有稀土元素與Au或Ag的濃度梯度層，所述濃度梯度層中從內(nèi)層到外層所述稀土元素質(zhì)量濃度為100％至0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂出光電極，其特征在于所述稀土元素為Sm，Yb或Eu。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂出光電極，其特征在于所述濃度梯度層厚度為15-25nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的頂出光電極，其特征在于所述濃度梯度層上還可有一增透層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頂出光電極，其特征在于所述增透層厚度為40-60nm；材料為Alq或TeO2，優(yōu)選為Alq。
6.權(quán)利要求1所述頂出光電極的制備方法，包括如下步驟1)在襯底上制備有機(jī)發(fā)光層；2)先開始蒸發(fā)稀土元素，然后線性降低稀土元素蒸發(fā)速度到零，同時(shí)控制Au或Ag的蒸發(fā)速度從零開始線性增加，在有機(jī)發(fā)光層上形成稀土元素與Au或Ag的濃度梯度層，得到所述頂出光電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述稀土元素為Sm，Yb或Eu等。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述稀土元素的起始蒸發(fā)速度為0.15-0.25nm/s，所述Au或Ag的終止蒸發(fā)速度為0.1-0.2nm/s，蒸發(fā)時(shí)間為100-150s；所述濃度梯度層厚度為15-25nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的制備方法，其特征在于在所述濃度梯度層上再蒸鍍一增透層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于所述增透層厚度為40-60nm，材料為Alq或TeO2，優(yōu)選為Alq。
全文摘要
本發(fā)明公開了頂出光電極及其制備方法。本發(fā)明所提供的頂出光電極，包括襯底和位于襯底上的有機(jī)發(fā)光層，其中，有機(jī)發(fā)光層上設(shè)有稀土元素與Au或Ag的濃度梯度層，所述濃度梯度層中從內(nèi)層到外層所述稀土元素質(zhì)量濃度為100％至0％。本發(fā)明采用普通的真空蒸鍍方法(10
文檔編號(hào)H01L51/40GK1881646SQ20051007705
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者冉廣照, 馬國(guó)立, 秦國(guó)剛, 喬永平, 徐愛國(guó) 申請(qǐng)人:北京大學(xué)