一种适用于micro-OLED的彩色器件结构的制作方法

一种适用于micro-oled的彩色器件结构
技术领域
1.本发明属于micro oled技术领域，更具体地，本发明涉及一种适用于micro-oled的彩色器件结构。


背景技术：

2.与传统的amoled显示技术相比，硅基oled微显示以单晶硅芯片为基底并借助于成熟的cmos工艺使其像素尺寸更小、集成度更高，可制作成媲美大屏显示的近眼显示产品而受到广泛关注。基于其技术优势和广阔的市场，在军事以及消费电子领域，硅基oled微显示都将掀起近眼显示的新浪潮，为用户带来前所未有的视觉体验。
3.硅基oled广泛应用于vr/ar领域，其中ar眼镜中大多都采用的是光波导技术，无论是衍射光波导还是几何光波导，光在耦合进出波导以及传输的过程中都会有大比例的损失，甚至高达90％以上；为了满足显示的亮度需求，即对发光单元的本体的要求其具有较高的亮度，在硅基oled中就需要器件有较高的效率和亮度。
4.受限于高ppi的要求以及mask制作工艺，蒸镀机台的对位工艺限制，硅基oled中白光很难通过side by side的方式由rgb组合实现，通常直接设计器件结构，使用common mask蒸镀，实现白色发光。常见的白光器件结构利用电荷产生层，把蓝光发光层和红色以及绿色发光层串联。电荷产生层能够分别向阳极方向传递电子，向阴极方向传递空穴，所以激子能够分别在蓝光发光层和红绿发光层之间复合，互不影响；叠层结构的器件固然能够增加效率和亮度，但是其驱动电压也是同步增加，而且结构复杂，同时因为其电荷产生层中引入了活泼金属，而活泼金属会降低oled的使用寿命，所以叠层结构的器件存在工作寿命短问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种适用于micro-oled的彩色器件结构，旨在改善上述问题。
6.本发明是这样实现的，一种适用于micro-oled的彩色器件结构，其特征在于，所述结构从下至上依次包括：
7.阳极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、蓝色发光层、中间连接层、绿色发光层、红色发光层、电子传输层、电子注入层、阴极、光耦合取出层，其中，中间连接层为具有电子传输能力和空穴传输能力的双极性材料。
8.进一步的，蓝色发光层由蓝色主体材料b-host和蓝色掺杂材料b-dopant组成，蓝色掺杂材料b-dopant的掺杂浓度为3％～5％，蓝色掺杂材料b-dopant为荧光类的蓝色发光染料，其主发光峰位于460nm；
9.绿色发光层由绿色主体材料g-host和绿色掺杂材料g-dopant组成，绿色掺杂材料g-dopant的掺杂浓度为8％～10％，绿色掺杂材料g-dopant为磷光类的绿色发光染料，其主发光峰位于530nm；
10.红色发光层由红光主体材料r-host和红色掺杂材料r-dopant组成，红色掺杂材料
r-dopant的掺杂浓度为1％～3％，红色掺杂材料r-dopant为磷光类的红色发光染料，其主发光峰位于610nm。
11.进一步的，阳极到电子注入层的厚度为131nm，
12.进一步的，蓝色发光层由蓝色主体材料b-host和蓝色掺杂材料b-dopant组成，蓝色掺杂材料b-dopant的掺杂浓度为3％～5％，蓝色掺杂材料b-dopant为荧光类的蓝色发光染料，其主发光峰位于460nm；
13.绿色发光层由绿色主体材料g-host和绿色掺杂材料g-dopant组成，绿色掺杂材料g-dopant的掺杂浓度为8％～10％，绿色掺杂材料g-dopant为荧光类的绿色发光染料，其主发光峰位于530nm；
14.红色发光层由红光主体材料r-host和红色掺杂材料r-dopant组成，红色掺杂材料r-dopant的掺杂浓度为1％～3％，红色掺杂材料r-dopant为荧光类的红色发光染料，其主发光峰位于610nm。
15.进一步的，阳极到电子注入层的厚度为151nm。
16.本发明通过使用中间连接层连接蓝色发光层和红绿发光层，降低了oled器件的工作电压，较低的工作电压，使该器件结构对前段ic的工艺要求低，能适用于更多不同类型的产品；此外，不使用电荷产生层，器件具有更好的寿命，寿命能提高2倍以上，器件结构简单，降低了工艺的复杂性，相比较叠层器件，减少了器件的层数。
附图说明
17.图1为本发明实施例一提供的适用于micro-oled的彩色器件结构的结构示意图；
18.图2为本发明实施例一、实施例二的彩色器件结构的发光光谱；
19.图3为本发明实施例提供的亮度对比图；
20.图4为本发明实施例提供的寿命对比图；
21.101.阳极、102.空穴注入层、103.空穴传输层、104.电子阻挡层、105.蓝色发光层、106.中间连接层、107.绿色发光层、108.红色发光层、109.电子传输层、110.电子注入层、111.阴极、112.光耦合取出层。
具体实施方式
22.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
23.图1为本发明实施例一提供的适用于micro-oled的彩色器件结构的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
24.该彩色器件结构从下至上依次包括：
25.阳极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、蓝色发光层、中间连接层、绿色发光层、红色发光层、电子传输层、电子注入层、阴极、光耦合取出层，其中，中间连接层为具有电子传输能力和空穴传输能力的双极性材料；
26.蓝色发光层由蓝色主体材料b-host和蓝色掺杂材料b-dopant组成，蓝色掺杂材料b-dopant的掺杂浓度(即质量百分比)为3％～5％，蓝色掺杂材料b-dopant为荧光类的蓝色
发光染料，其主发光峰位于460nm附近；
27.绿色发光层由绿色主体材料g-host和绿色掺杂材料g-dopant组成，绿色掺杂材料g-dopant的掺杂浓度(即质量百分比)为8％～10％，绿色掺杂材料g-dopant为磷光类的绿色发光染料，其主发光峰位于530nm附近；
28.红色发光层由红光主体材料r-host和红色掺杂材料r-dopant组成，红色掺杂材料r-dopant的掺杂浓度(即质量百分比)为1％～3％，红色掺杂材料r-dopant为磷光类的红色发光染料，其主发光峰位于610nm附近。
29.彩色器件结构的厚度按照下列公式计算：
[0030][0031]
其中，m为发射模的级数，也称为微腔的阶数，m为正整数，ni为oled有机层的折射率，di为有机层的厚度，为光在阴极和阳极表面反射相移，λ为微腔谐振加强波长；只有当微腔的光学后度和波长满足上述关系的光才会被加强。为了简化计算和进行理论模拟，该器件结构中：令有机层的折射率ni＝1.75，令r的波长λr＝610nm，令g的波长λg＝530nm，令b的波长λb＝460nm，忽略光在阴极和阳极的相移，即为了使器件的光谱中包含rgb三种颜色的光谱，并且强度相当，选取微腔的阶数m＝1，其激子的复合区在蓝色发光层内，所以选取的微腔波长为b的波长，即λb＝460nm，此时计算的得到器件的总厚度(阳极到电子注入层间的厚度，包括阴极和电子注入层的厚度，即光学微腔的厚度)为131nm。
[0032]
基于此，该彩色器件结构中各层的厚度具体如下：
[0033]
阳极的厚度范围为10nm～20nm；空穴注入层的厚度范围为10nm～15nm，空穴传输层的厚度范围为10nm～30nm，电子阻挡层的厚度范围在5nm～10nm之间，蓝色发光层的厚度范围为8nm～15nm，中间连接层的厚度范围为2nm～5nm，绿色发光层的厚度范围为15nm～25nm，红色发光层的厚度范围为10nm～15nm，电子传输层的厚度范围为20nm～30nm，电子注入层的厚度范围为1nm～1.5nm，阴极的厚度范围为10nm～13nm，光耦合取出层的厚度范围为30nm～60nm。
[0034]
在本发明实施例中，作为中间连接层的itl双极性材料有以下几个特征：(1)材料的分子结构由给电子单元(d)和受电子单元(a)通过连接基连接，具有平衡的空穴载流子和电子载流子的传输能力；(2)具有与相邻层材料相匹配的homo和lumo能级以降低电荷注入能垒和器件的驱动电压；常见的给电子单元(d)有：吡啶、嘧啶、三嗪、哌嗪体系、芳基膦氧体系，受电子单元(a)有：苯并咪唑、苯并噁唑、苯并噻唑体系、喹喔啉体系，连接基单元(连接a和d)有：芴基、甲基、苯基等；常见的双极性材料包括：mcppo1或czoxd，荧光类型的蓝色发光染料：dcjt或dcjtb，磷光类型红色发光染料:ptoep、btp2ir(acac)、ir(piq)3或ir(bppa)3，磷光类型绿色发光染料：ir(ppy)3、(ppy)2ir(acac)或ir(bppya)3。
[0035]
使用中间连接层(itl)代替电荷产生层(cgl)可以降低器件的电压，电荷产生层是由金属li或者yb掺杂有机材料组成，可以分别产生电子和空穴；但由于金属材料和有机材料的界面注入势垒，必然会导致电压的升高，一般使用cgl层的器件会比未使用cgl的器件，电压升高1倍，使用cgl的器件由于金属材料会在器件持续工作的过程中有金属离子向发光层扩散，使器件的寿命降低；使用中间连接层itl连接蓝色发光层(荧光材料)和红色&绿色发光层(磷光材料)，器件发光过程原理为：电子和空穴首先在蓝色发光层内复合形成激子，
并释放能量，蓝色发光层材料的电子会吸收能量从基态跃迁到激发态，当电子从激发态回到基态时一部分能量以光的形式释放；因为蓝色为荧光材料，其激发能级s1要高于磷光材料的激发态能级t1，所以一部分能量通过系间穿跃的方式由蓝色发光层的s1传递到红色和绿色发光层的激发态能级ti，激发红色和绿色发光；同时由于中间连接层itl是双向传输的，所以也有一小部分电子和空穴在红色和绿色发光层复合，形成各自的能量传递并发光；以上几种发光机制通过膜厚的调整达到相对稳定的平衡，所以能稳定的出现rgb三个发光峰。
[0036]
在本发明实施例二中，该彩色器件结构从下至上依次包括：
[0037]
阳极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、蓝色发光层、中间连接层、绿色发光层、红色发光层、电子传输层、电子注入层、阴极、光耦合取出层，其中：中间连接层为具有电子传输能力和空穴传输能力的双极性材料；
[0038]
蓝色发光层由蓝色主体材料b-host和蓝色掺杂材料b-dopant组成，蓝色掺杂材料b-dopant的掺杂浓度(即质量百分比)为3％～5％，蓝色掺杂材料b-dopant为荧光类的蓝色发光染料，其主发光峰位于460nm附近；
[0039]
绿色发光层由绿色主体材料g-host和绿色掺杂材料g-dopant组成，绿色掺杂材料g-dopant的掺杂浓度(即质量百分比)为8％～10％，绿色掺杂材料g-dopant为荧光类的绿色发光染料，其主发光峰位于530nm；
[0040]
红色发光层由红光主体材料r-host和红色掺杂材料r-dopant组成，红色掺杂材料r-dopant的掺杂浓度(即质量百分比)为1％～3％，红色掺杂材料r-dopant为荧光类的红色发光染料，其主发光峰位于610nm附近。
[0041]
图2为实施例一和实施例二的发光光谱，均能得到rgb三个的主发光峰，蓝色发光层、绿色发光层及红色发光层的掺杂材料全采用荧光材料，相比于荧光掺杂 磷光掺杂的器件而言，器件的寿命会更有优势，荧光掺杂 磷光掺杂的器件优势是发光效率高，图3为亮度对比图，实施例一、实施例二记载的彩色器件结构与现有的叠层结构器件相比，获取相同亮度，其电压要低30％以上，图4为寿命对比图，实施例一、实施例二的寿命均优于现有的叠层结构，且实施例二的寿命优于实施例一。
[0042]
彩色器件结构的厚度按照下列公式计算：
[0043][0044]
其中，m为发射模的级数，也称为微腔的阶数，m为正整数，ni为oled有机层的折射率，di为有机层的厚度，为光在阴极和阳极表面反射相移，λ为微腔谐振加强波长；只有当微腔的光学后度和波长满足上述关系的光才会被加强。为了简化计算和进行理论模拟，该器件结构中：令有机层的折射率ni＝1.75，令r的波长λr＝610nm，令g的波长λg＝530nm，令b的波长λb＝460nm，忽略光在阴极和阳极的相移，即为了使器件的光谱中包含rgb三种颜色的光谱，并且强度相当，选取微腔的阶数m＝1，其激复合区在中间的绿色发光层内，所以选取的微腔波长为g的波长，即λg＝530nm，此时计算的得到器件的总厚度(阳极到电子注入层间的厚度)为151nm。
[0045]
基于此，该彩色器件结构中各层的厚度具体如下：
[0046]
阳极的厚度范围为10nm～20nm；空穴注入层的厚度范围为10nm～15nm，空穴传输
层的厚度范围为10nm～30nm，电子阻挡层的厚度范围在5nm～10nm之间，蓝色发光层的厚度范围为8nm～15nm，中间连接层的厚度范围为2nm～5nm，因为荧光的激子寿命短，发光层厚度相应减少，因此绿色发光层的厚度范围为10nm～20nm，红色发光层的厚度范围为8nm～12nm，电子传输层的厚度范围为20nm～30nm，电子注入层的厚度范围为1nm～1.5nm，阴极的厚度范围为10nm～13nm，光耦合取出层的厚度范围为30nm～60nm。
[0047]
在本发明实施例中，作为中间连接层的itl双极性材料有以下几个特征：(1)材料的分子结构由给电子单元(d)和受电子单元(a)通过连接基连接，具有平衡的空穴载流子和电子载流子的传输能力；(2)具有与相邻层材料相匹配的homo和lumo能级以降低电荷注入能垒和器件的驱动电压；常见的给电子单元(d)有：吡啶、嘧啶、三嗪、哌嗪体系、芳基膦氧体系，受电子单元(a)有：苯并咪唑、苯并噁唑、苯并噻唑体系、喹喔啉体系，连接基单元(连接a和d)有：芴基、甲基、苯基等；常见的双极性材料包括：mcppo1或czoxd，荧光类型的蓝色发光染料：dcjt或dcjtb，荧光类型红色发光染料：and、dpvbi、或tbp，荧光类型绿色发光染料：c-545t或dmqa。实施例一和实施例二中的蓝色主体材料b-host、绿色主体材料g-host及红光主体材料r-host均是已有。
[0048]
本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。