有機(jī)發(fā)光二極管器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)發(fā)光二極管器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用噴墨打印快速制備的、具有導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)陣列結(jié)構(gòu)的、可有效增加光提取效率的有機(jī)發(fā)光二極管器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源日益緊缺，開發(fā)節(jié)能環(huán)保的白光照明技術(shù)具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting D1de, 0LED)作為一種新型固體發(fā)光技術(shù),具有發(fā)光效率高、工作電壓低、輕薄等優(yōu)點(diǎn)，是一種節(jié)能的面光源照明技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有OLED內(nèi)量子效率已經(jīng)接近100%，但是由于OLED內(nèi)部存在全反射，外量子效率還相對(duì)較低，因而破壞OLED內(nèi)部全反射條件，增加其光耦合輸出效率對(duì)實(shí)現(xiàn)OLED高效節(jié)能就顯得非常重要。
[0004]目前增加OLED光耦合輸出效率的解決方案基本為:針對(duì)有機(jī)層/ITO(透明導(dǎo)電膜)、ITO/玻璃和玻璃/空氣這三處界面，制備光提取微結(jié)構(gòu)，破壞全反射，增加OLED器件光耦合輸出。但是，現(xiàn)有微結(jié)構(gòu)的制備方法如光刻、電子束刻蝕等，工藝復(fù)雜、條件苛刻、成本較高，且大面積制備時(shí)周期結(jié)構(gòu)均一性較差，較難與柔性O(shè)LED兼容，并不能滿足高效率照明OLED器件的廣泛使用和長足發(fā)展的要求。而不使用微結(jié)構(gòu)增加光提取，通過有效的光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來增加OLED器件光耦合輸出效率的解決方案雖然行之有效，卻會(huì)改變光的球面波屬性，從而影響OLED照明的色還原指數(shù)，因此不能滿足OLED白光照明的性能要求。
[0005]此外，在OLED器件內(nèi)部植入的光提取微納柵格結(jié)構(gòu)多為絕緣的有機(jī)或無機(jī)周期性結(jié)構(gòu)，這種微納柵格結(jié)構(gòu)的絕緣性通常會(huì)導(dǎo)致OLED器件內(nèi)部的局部周期性絕緣，從而影響載流子的注入和傳輸以及激子的形成和發(fā)光，進(jìn)而會(huì)一定程度的降低OLED器件的電學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述問題，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中白光OLED器件光提取微結(jié)構(gòu)制備工藝復(fù)雜、成本較高的問題，以及OLED器件內(nèi)部的絕緣微納柵格結(jié)構(gòu)帶來的局部周期性絕緣問題，本發(fā)明的目的旨在提供一種利用噴墨打印快速制備的、具有導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)陣列結(jié)構(gòu)的、可有效增加光提取效率的有機(jī)發(fā)光二極管器件及其制備方法。
[0007]—種有機(jī)發(fā)光二級(jí)管器件，其包括襯底及設(shè)置于所述襯底的內(nèi)側(cè)表面的透明導(dǎo)電膜，還包括微結(jié)構(gòu)陣列及由導(dǎo)電聚合物制成的導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)陣列噴墨打印于所述襯底的外側(cè)表面，所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)噴墨打印于所述透明導(dǎo)電膜遠(yuǎn)離所述襯底的表面。
[0008]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列由壓電噴墨打印于所述襯底的外側(cè)表面，所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)由氣溶膠噴墨打印于所述透明導(dǎo)電膜遠(yuǎn)離所述襯底的表面。
[0009]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列為PMMA微棱鏡陣列，包括多個(gè)直徑為30?50um、高度為50?500nm的半球狀微棱鏡；所述導(dǎo)電聚合物為摻雜有直徑在15?30nm之間的Au納米顆粒的PEDOT:PSS導(dǎo)電溶液。
[0010]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述PEDOT:PSS導(dǎo)電溶液的體積比為PED0T:PSS導(dǎo)電溶液:酒精:甘油=15:1: 3，且所述Au納米顆粒的質(zhì)量濃度為10%?20%。
[0011]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)的周期在50?250um之間。
[0012]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，還包括與所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)依次層疊于所述透明導(dǎo)電膜遠(yuǎn)離所述襯底的表面上的空穴傳輸層、電子傳輸層和發(fā)光層、電子注入層及陰極，所述空穴傳輸層的制成材料為NPB，所述電子傳輸層和發(fā)光層的制成材料均為Alq3，所述電子注入層的制成材料為LiF，所述陰極的制成材料為Al。
[0013]本發(fā)明另外提供一種有機(jī)發(fā)光二極管器件的制備方法，其包括如下步驟:
[0014]S101、在襯底的內(nèi)側(cè)表面上制備透明導(dǎo)電膜，刻蝕OLED所需形狀并進(jìn)行清潔；
[0015]S103、在所述透明導(dǎo)電膜上噴墨打印由導(dǎo)電聚合物制成的導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)；
[0016]S105、在所述襯底的外側(cè)表面噴墨打印微結(jié)構(gòu)陣列結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，步驟S103在超凈間中進(jìn)行，采用氣溶膠噴墨打印快速制備工藝，并使用摻雜有金屬納米散射顆粒的PEDOT:PSS導(dǎo)電溶液作為墨水，所述墨水配方的體積比為PED0T:PSS導(dǎo)電溶液:酒精:甘油=15:1:3，且所述墨水中含有質(zhì)量濃度在10%?20%的Au納米顆粒。
[0018]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，步驟S105在超凈間中進(jìn)行，采用壓電噴墨打印快速制備工藝，并使用PMMA作為墨水，所述墨水配方的質(zhì)量比為PMMA:乙酸乙酯:松油醇=1:50:10。
[0019]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，步驟S105之后，進(jìn)一步包括:
[0020]S107、在所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)上,依次制備沉積空穴傳輸層、電子傳輸層和發(fā)光層及電子注入層；
[0021]S109、在所述電子注入層上制備陰極。
[0022]本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，步驟S107和步驟S109均在高真空環(huán)境中進(jìn)行，步驟S107中，采取多元高真空熱沉積法在所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)上依次沉積空穴傳輸層、電子傳輸層和發(fā)光層及電子注入層，步驟S109中，采取掩膜法在所述電子注入層上沉積陰極。
[0023]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，其有益效果體現(xiàn)在:
[0024]本發(fā)明針對(duì)微結(jié)構(gòu)增加OLED器件的光耦合輸出做出了改進(jìn)，尤其是采用了噴墨打印快速制備微結(jié)構(gòu)的工藝，在透明導(dǎo)電膜(ΙΤ0陽極)上制備導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)(PEDOT =PSS導(dǎo)電柵格結(jié)構(gòu))以及在導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)中加入金屬納米散射顆粒，并在襯底外側(cè)表面打印微結(jié)構(gòu)陣列(PMMA微棱鏡陣列)，使得OLED器件在無需掩膜、無需光刻的情況下，快速獲得增加OLED光提取的微結(jié)構(gòu)。
[0025]所述有機(jī)發(fā)光二級(jí)管器件中導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)避免了現(xiàn)有技術(shù)中絕緣微納結(jié)構(gòu)在OLED器件內(nèi)部帶來的周期性局部絕緣問題，并促進(jìn)了載流子的注入，使得OLED器件的最高電流效率可以顯著提高(相對(duì)絕緣微納結(jié)構(gòu))。同時(shí)，在導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)中摻入的金屬納米散射顆粒通過散射全反射光并改變其傳播方向，可以進(jìn)一步增強(qiáng)OLED器件光波導(dǎo)模式中的光提取，而且金屬納米散射顆粒自身的表面等離子體共振改變了器件的內(nèi)部電場分布，極大地促進(jìn)了載流子的注入。
[0026]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的有機(jī)發(fā)光二極管器件的示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的有機(jī)發(fā)光二極管器件的制備方法的流程圖；
[0029]圖3為圖1所示有機(jī)發(fā)光二極管器件中微結(jié)構(gòu)陣列的示意圖；
[0030]圖4為圖1所示有機(jī)發(fā)光二極管器件中導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0031]圖5為不同周期的導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管器件發(fā)光效率的影響曲線圖；
[0032]圖6為不同周期的導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管器件電流效率的影響曲線圖；
[0033]圖7為不同柵格對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管器件電流效率的影響曲線圖；
[0034]圖8為不同柵格對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管器件發(fā)光效率的影響曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0036]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種有機(jī)發(fā)光二極管器件10，其包括襯底100、透明導(dǎo)電膜200、微結(jié)構(gòu)陣列300及導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400，所述襯底100具有相對(duì)的內(nèi)側(cè)表面101和外側(cè)表面103，所述透明導(dǎo)電膜200設(shè)置于所述襯底100的內(nèi)側(cè)表面101，所述微結(jié)構(gòu)陣列300噴墨打印于所述襯底100的外側(cè)表面103,所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400由導(dǎo)電聚合物制成，所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400噴墨打印于所述透明導(dǎo)電膜200遠(yuǎn)離所述襯底的表面。
[0037]本實(shí)施例中，所述襯底100優(yōu)選為透明玻璃，可以理解的是，所述襯底100并不局限于本實(shí)施例，也可以采用其他襯底材料。
[0038]本實(shí)施例中，所述透明導(dǎo)電膜200為ITO膜，其方阻為10歐/ 口。可以理解的是，所述透明導(dǎo)電膜200即構(gòu)成所述發(fā)光二級(jí)管器件10的陽極。
[0039]本實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列300為PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)微棱鏡陣列，包括多個(gè)直徑為30?50um、高度為50?500nm的半球狀微棱鏡301 ;所述微結(jié)構(gòu)陣列300由壓電噴墨打印于所述襯底100的外側(cè)表面103。
[0040]本實(shí)施例中，所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400的制成材料為含有金屬納米散射顆粒401PED0T:PSS。優(yōu)選地，所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400的制成材料為摻雜有直徑在15?30nm之間的Au納米顆粒的PEDOT =PSS導(dǎo)電溶液；所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400由氣溶膠噴墨打印于所述透明導(dǎo)電膜200遠(yuǎn)離所述襯底100的表面。具體地，所述PEDOT:PSS導(dǎo)電溶液的體積比為PED0T:PSS導(dǎo)電溶液:酒精:甘油=15:1:3，且所述Au納米顆粒的質(zhì)量濃度為10%?20%。本實(shí)施例中，PED0T:PSS型號(hào)為4083，當(dāng)然，并不局限于此，其他型號(hào)也可以。
[0041]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400的周期在50?250um之間。
[0042]可以理解的是，所述有機(jī)發(fā)光二極管器件10的光耦合提取主要依賴于微結(jié)構(gòu)陣列300和含有金屬納米散射顆粒401的、由導(dǎo)電PEDOT =PSS制備而成的導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400。本實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列300采用壓電噴墨打印快速制備工藝獲得，其直徑為30-50 μ m、高度為50?150nm、折射率為I?1.6，所述微結(jié)構(gòu)陣列300可以有效地增加光提取。所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400采用氣溶膠噴墨打印快速制備工藝獲得，其線寬30 μ m、線高50?150nm，折射率為I?1.6，所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400中，PEDOT =PSS導(dǎo)電溶液的導(dǎo)電性使得所述微結(jié)構(gòu)陣列可以很好地同所述有機(jī)發(fā)光二級(jí)管器件10內(nèi)部的結(jié)構(gòu)相容，而且所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400的柵格周期性可以極大地增加所述有機(jī)發(fā)光二級(jí)管器件10中波導(dǎo)效應(yīng)的光的耦合輸出。
[0043]進(jìn)一步地，所述有機(jī)發(fā)光二級(jí)管器件10還包括與所述導(dǎo)電光提取柵格結(jié)構(gòu)400依次層疊于所述透明導(dǎo)電膜200遠(yuǎn)離所述襯底100的表面上的空