专利名称：一种顶出光电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及发光器件领域中顶出光电致发光器件及其制备方法，特别是涉及一种顶出光电极及其制备方法。
背景技术：
有机发光在1987年获重大突破后，其亮度，效率和寿命等已满足了平面显示的要求。目前，常见的有机电致发光器件是以透明的导电玻璃为衬底的，光从底部射出；但在某些应用中要求光必须从顶部射出。在有些以ITO为阳极的情况下，也要求光从顶部出射。顶出光的有机发光二极管开辟了有机发光器件研究的新领域和更广阔的应用前景，例如，采用硅片作衬底时，可预先在Si上做好有机发光器件的驱动电路，然后制作有机发光层，最后制备顶出光电极，这样就实现了硅基的光电集成。硅基有机显示器件的分辨率、刷新速度和功耗一般都要优于现有基于ITO的有机发光器件。
对于顶发光的有机发光器件，上电极可选择的材料比较多，但最终必须在透光率和导电性之间求得平衡。目前采用较多的有ITO和薄Al/Ag或LiF/Al/Ag复合层(Al常为nm量级)，但是，前者因为淀积ITO很容易损坏有机发光层，对于设备与工艺有很高的要求；而后者导致器件内量子效率低，而且反射严重，透光率较低，另外稳定性也较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种功函数低、界面反射小，透光率高和化学稳定性好的顶出光电极及其制备方法。
本发明所提供的顶出光电极，包括衬底和位于衬底上的有机发光层，其特征在于所述有机发光层上设有稀土元素层，在所述稀土元素层上设有Au层。
其中，所述稀土元素层为具有低功函数的稀土元素层(低功稀土层)，可以所述稀土元素层选自Sm层；Yb层；Sm与Yb的合金层；Sm与Yb的合金和Sm、Yb中至少一种元素形成的复合层。根据制备的工艺条件，如真空度和所用原材料的纯度来调整厚度，稀土元素层厚度一般在5-40nm之间。
为了提高所述顶电极的稳定性和电接触性能，在稀土元素层上的金层厚度应在10-15nm之间。为保证较高的透光率和较低的方块电阻，应把低功稀土/Au复合层的总厚度控制在15-55nm之间。
为了改善电极注入电子能力，提高发光效率，在有机发光层和稀土元素层之间还经常注有电子注入层CsF层，其厚度在0.3-3nm。
在使用时可以根据需要，在上述顶电极加上任何图形的模版。
所述顶出光电极的制备方法，包括如下步骤1)在衬底上制备有机发光层；2)在所述有机发光层上沉积稀土元素层；3)在所述稀土元素层上沉积金属金。
在制备包含CsF层结构的电极时，应在制备有机层之后，先沉积CsF层，然后沉积低功稀土层。
在沉积低功稀土层，Au层以及CsF层时，样品室的真空度在10-5托以上，所用设备可以是真空蒸发设备、磁控溅射设备、电子(离子)束蒸发、固态源分子束外延设备等。
本发明的顶出光电极结构如图1所示，其中A为含有低功稀土/Au层的电极结构示意图，B为含有CsF/低功稀土/Au的电极结构示意图，图中，1为Au层；2为低功稀土层；3为有机发光层；4为衬底；5为CsF层。
本发明用低功稀土/Au复合层或CsF/低功稀土/Au复合层作为顶出光电极的上电极材料，可以兼顾透光率、稳定性和低成本等要素，该薄层可以用普通的真空蒸镀方法(10-5托)来完成。与采用Al/Ag或Al/Au作顶电极的器件相比，本发明电极发光效率提高6-8倍，例如，同等厚度(50nm)的Yb层，就比同等厚度的铝透光率高出约一个数量级；而外层的Au膜(10nm)导致的光吸收和光反射都较Ag膜小，且不会被氧化，从而较好保证了器件的电稳定性和发光稳定性，同时又有较好的防止水汽透入有机层的作用。本发明的顶出光电极在无机薄膜和半导体发光，以及光电器件和光探测器等方面也有广泛用途。
图1A-B为本发明顶出光电极的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1、具有Sm/Au层的顶出光电极制备用真空热蒸发镀膜设备，在衬底上淀积有机发光层后，依次蒸镀Sm和Au，厚度分别为15.0和15.0nm。要求真空度10-6托以上，材料纯度在99.99％以上，所用下电极衬底为Si衬底，其有机发光层为NPB(60nm)/AlQ(60nm)，有机材料NPB和AlQ分别为(N，N’-二苯基-N-N'二(1-萘基)-1，1’二苯基-4，4’-二胺)和8-羟基喹啉铝，按常规方法制备。此时透光率由金层和Sm层共同决定，平均透光率约为40％，导电性能稳定。
实施例2、具有CsF/Sm/Au层的顶出光电极制备用真空热蒸发镀膜设备，在衬底上淀积有机发光层后，依次蒸镀CsF、Sm和Au，厚度分别为1.0、15.0和15.0nm。真空度要求在10-5托以上，材料纯度均在99.99％以上，所用下电极衬底为金属薄片，其有机发光层为NPB(60nm)/AlQ(60nm)，按常规方法制备。此时透光率约为40％，导电性能稳定。
实施例3、具有Yb/Au复合层的顶出光电极制备用真空热蒸发镀膜设备，在衬底上淀积有机发光层后，依次蒸镀Yb和Au，厚度分别为40.0和15.0nm，此为上电极(阴极)。要求真空度在10-6托以上，材料纯度在99.99％以上，所用下电极为ITO玻璃，其有机发光层为NPB(60nm)/AlQ(60nm)，按常规方法制备。此时透光率平均透光率约为20％，在520nm以前有更高的透光率。
实施例4、具有CsF/Yb/Au层的顶出光电极制备用真空热蒸发镀膜设备，在衬底上淀积有机发光层后，依次蒸镀CsF、Yb和Au，厚度分别为1.0、40.0和15.0nm。真空度要求在10-6托以上，材料纯度均在99.99％以上，所用下电极为Si衬底，其有机发光层为NPB(60nm)/AlQ(60nm)，按常规方法制备。此时透光率为20％，导电性能稳定。
实施例5、具有CsF/Sm、Yb合金层/Au层的顶出光电极制备用真空热蒸发镀膜设备，在衬底上淀积有机发光层后，依次蒸镀CsF，Sm与Yb的合金和Au，厚度分别为3.0、5.0和15.0nm。真空度要求在10-6托以上，材料纯度均在99.99％以上，所用下电极为Si衬底，其有机发光层为NPB(60nm)/AlQ(60nm)，Sm与Yb的合金中Sm与Yb质量比为1∶0.1，按常规方法制备。此时透光率为70％以上，导电性能稳定。
实施例6、具有CsF/Sm、Yb合金与Sm的复合层/Au层的顶出光电极制备用真空热蒸发镀膜设备，在衬底上淀积有机发光层后，依次蒸镀CsF，Sm与Yb的合金，Sm和Au，厚度分别为0.3、5.0、35.0和10.0nm。真空度要求在10-6托以上，材料纯度均在99.99％以上，所用下电极为Si衬底，其有机发光层为NPB(60nm)/AlQ(60nm)，Sm与Yb的合金中Sm、Yb质量比例为1∶10，按常规方法制备。此时透光率为60％以上，导电性能稳定。
权利要求
1.一种顶出光电极，包括衬底和位于衬底上的有机发光层，其特征在于所述有机发光层上设有稀土元素层，在所述稀土元素层上设有Au层。
2.根据权利要求1所述的顶出光电极，其特征在于所述稀土元素层选自Sm层；Yb层；Sm与Yb的合金层；Sm与Yb的合金和Sm、Yb中至少一种元素形成的复合层。
3.根据权利要求1或2所述的顶出光电极，其特征在于所述稀土元素层厚度为5-40nm。
4.根据权利要求1或2所述的顶出光电极，其特征在于所述Au层厚度为10-15nm。
5.根据权利要求3所述的顶出光电极，其特征在于所述Au层厚度为10-15nm。
6.根据权利要求1或2所述的顶出光电极，其特征在于所述有机发光层和稀土元素层之间还有CsF层。
7.根据权利要求6所述的顶出光电极，其特征在于所述CsF层厚度为0.3-3nm。
8.制备顶出光电极的方法，包括如下步骤1)在衬底上制备有机发光层；2)在所述有机发光层上沉积稀土元素层；3)在所述稀土元素层上沉积金属金。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述稀土元素层选自Sm层；Yb层；Sm与Yb的合金层；Sm与Yb的合金和Sm、Yb中至少一种元素形成的复合层。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于在沉积所述稀土元素层之前先在有机发光层上沉积CsF层；所述CsF层厚度为0.3-3nm。
全文摘要
本发明公开了一种顶出光电极及其制备方法。本发明所提供的顶出光电极，包括衬底和位于衬底上的有机发光层，其特征在于所述有机发光层上设有稀土元素层，在所述稀土元素层上设有Au层。本发明用低功稀土/Au复合层或CsF/低功稀土/Au复合层作为顶出光电极的上电极材料，可以兼顾透光率、稳定性和低成本等要素。与采用Al/Ag或Al/Au作顶电极的器件相比，本发明电极发光效率提高6－8倍，而外层的Au膜(10nm)导致的光吸收和光反射都较Ag膜小，且不会被氧化，从而较好保证了器件的电稳定性和发光稳定性，同时又有较好的防止水汽透入有机层的作用。本发明的顶出光电极在无机薄膜和半导体发光，以及光电器件和光探测器等方面也有广泛用途。
文档编号H05B33/24GK1741699SQ20041005683
公开日2006年3月1日 申请日期2004年8月23日 优先权日2004年8月23日
发明者秦国刚, 马国立, 徐爱国, 乔永平, 冉广照, 张伯蕊, 陈娓兮 申请人:北京大学