专利名称：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。顶出光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，其顶部电极材料有多种可供选择，一般需要具备如下几个基本的条件透光率要高，导电性要好，能够和相邻的有机层形成良好的载流子注入。目前，顶部电极材料采用较多的有ITO和薄Al/Ag或LiF/Al/Ag复合层(Al常为nm量级)等，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；而后者由于选材的原因，造成电极的反射较为严重，透光率较低(一般在30％-40％)，另外由于制作中要求严格控制LiF和Al的厚度，否则对器件性能影响很大，因此器件制作难度大，一致性和稳定性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种低功函数、低界面反射，高透光率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，其中，有机发光层上设有稀土元素与Au或Ag的浓度梯度层，所述浓度梯度层中从内层到外层所述稀土元素质量浓度为100％至0％。
其中，稀土元素选用具有低功函数的稀土元素(低功稀土层)，如Sm，Yb或Eu等。浓度梯度层厚度一般控制在15-25nm为宜。
为了减少金属界面和空气界面的反射，使透光率近一步加大，在浓度梯度层上还可有一增透层。该增透层厚度为40-60nm，材料可选用Alq(8-羟基喹啉铝)或TeO2等，优选为Alq。
该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)先开始蒸发稀土元素，然后线性降低稀土元素蒸发速度到零，同时控制Au或Ag的蒸发速度从零开始线性增加，在有机发光层上形成稀土元素与Au或Ag的浓度梯度层，得到所述顶出光电极。
其中，稀土元素的起始蒸发速度为0.15-0.25nm/s，Au或Ag的终止蒸发速度为0.1-0.2nm/s，蒸发时间为100-150s，浓度梯度层厚度控制在15-25nm。在操作时，开始采用大的蒸发速率来蒸镀该稀土元素，然后线性地逐渐减小稀土元素的蒸发速率，同时熔化贵金属Au或Ag，使其慢慢蒸发，并控制其速率从零开始慢慢线性地加大，最后完全停止稀土元素的蒸发变为纯粹的Au或Ag的蒸发，从而可以形成稀土元素与Au或Ag的浓度梯度层。
蒸镀完浓度梯度层后，还可再蒸镀一增透层，能增加电极的透光率，其厚度为40-60nm，材料可选用Alq或TeO2等，优选为Alq。
在沉积上述浓度梯度层、增透层时，可采用真空蒸镀法进行，进行蒸镀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，图中1为衬底及下电极，2为有机发光层，3为稀土元素与Au或Ag的浓度梯度层，4为增透层。由于该电极中浓度梯度层3的两种成分逐渐互相渗透，不具有光反射界面，并且该层从低功函数的稀土元素开始，到具有高稳定性的Au或Ag结束，因此使电极同时具备好的电子注入能力和好的稳定性，能显著提高电极的发光效率，透光率和稳定性，同时又有较好的防止水汽透入有机层的作用；通过增加增透层4，可以使电极的透光率增加到70-80％，接近广泛采用的ITO玻璃的透光性能。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。
本发明采用普通的真空蒸镀方法(10-5托)在电极上蒸镀一低功稀土金属与贵金属的浓度梯度层，并结合增透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，制备方法简单实用，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。本发明的顶出光电极可以广泛应用于无机薄膜和半导体发光，以及光电器件和光探测器等方面。
图1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Yb:Au/Alq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，先以较大的速率如0.2nm/s来蒸发Yb，在10秒种后，开始进行Au的蒸发，此后慢慢减小Yb的蒸发速率，同时加大Au的蒸发速率到0.1am/s，当厚度达到18.0nm时(蒸发时间为120s)，完全停止Yb的蒸发而只剩下Au在蒸发，形成总厚度为20nm的Yb:Au梯度层；然后再在Yb:Au梯度层上蒸发50nm的Alq(8-羟基喹啉铝)作为增透层，此为上电极(阴极)。制备过程中要求真空度在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)，有机材料NPB为(N，N’-二苯基-N，N’-二(1-萘基)-1，1’-二苯基-4，4’-二胺)，按常规方法制备。此时所得电极平均透光率约为72％，在520nm以下有更高的透光率；比相同厚度(20nm)的LiF/Al/Ag复合层电极发光器件的发光效率提高2-3倍；比同等厚度(20nm)的铝层电极的透光率高出6倍以上，且不易被氧化。
实施例2、具有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，采用实施例1的方法蒸镀上Yb:Au梯度层(Yb起始蒸发速度为0.2nm/s，Au终止蒸发速度为0.15nm/s，蒸发时间为140s)，其厚度为20nm，此为上电极(阴极)。制备过程中真空度要求在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。所得电极平均透光率为62％，导电性能稳定。
实施例3、具有Sm:Ag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，采用实施例1的方法蒸镀上Sm:Ag梯度层(Sm起始蒸发速度为0.2nm/s，Ag终止蒸发速度为0.12nm/s，蒸发时间为100s)，其厚度为15nm，作为上电极(阴极)。制备过程中真空度要求在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。所得电极平均透光率为55％，导电性能稳定。
实施例4、具有Eu:Au/TeO2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，采用实施例1的方法蒸镀上Eu:Au梯度层(Eu起始蒸发速度为0.2nm/s，Au终止蒸发速度为0.15nm/s，蒸发时间为150s)，其厚度为25nm；然后在该Eu:Au梯度层上蒸镀55nm厚的TeO2作为增透层，此为上电极(阴极)。制备过程中真空度要求在10-6托以上，材料纯度均在99.99％以上，所用下电极为ITO玻璃，其有机发光层为NPB(60nm)/Alq(60nm)，按常规方法制备。所得电极平均透光率为65％，导电性能稳定。
权利要求
1.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与Au或Ag的浓度梯度层，所述浓度梯度层中从内层到外层所述稀土元素质量浓度为100％至0％。
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为Sm，Yb或Eu。
3.根据权利要求1所述的顶出光电极，其特征在于所述浓度梯度层厚度为15-25nm。
4.根据权利要求1或2或3所述的顶出光电极，其特征在于所述浓度梯度层上还可有一增透层。
5.根据权利要求4所述的顶出光电极，其特征在于所述增透层厚度为40-60nm；材料为Alq或TeO2，优选为Alq。
6.权利要求1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)先开始蒸发稀土元素，然后线性降低稀土元素蒸发速度到零，同时控制Au或Ag的蒸发速度从零开始线性增加，在有机发光层上形成稀土元素与Au或Ag的浓度梯度层，得到所述顶出光电极。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述稀土元素为Sm，Yb或Eu等。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述稀土元素的起始蒸发速度为0.15-0.25nm/s，所述Au或Ag的终止蒸发速度为0.1-0.2nm/s，蒸发时间为100-150s；所述浓度梯度层厚度为15-25nm。
9.根据权利要求6或7或8所述的制备方法，其特征在于在所述浓度梯度层上再蒸镀一增透层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述增透层厚度为40-60nm，材料为Alq或TeO2，优选为Alq。
全文摘要
本发明公开了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，其中，有机发光层上设有稀土元素与Au或Ag的浓度梯度层，所述浓度梯度层中从内层到外层所述稀土元素质量浓度为100％至0％。本发明采用普通的真空蒸镀方法(10
文档编号H01L51/40GK1881646SQ20051007705
公开日2006年12月20日 申请日期2005年6月15日 优先权日2005年6月15日
发明者冉广照, 马国立, 秦国刚, 乔永平, 徐爱国 申请人:北京大学