专利名称：具有光学微腔结构的绿光二极管及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有光学微腔结构的绿光二极管及制备方法，属于有机金属配合物电致发光器件及制备方法的技术领域。
背景技术：
自二十世纪八十年代有机电致发光二极管面世以来，在技术上有了长足的进步，由于它具有高亮度、高效率、低电压、直流驱动等优点，在电子和发光领域具有广泛的应用价值，由于它的振动边带和不均匀加宽效应，其有机小分子、高分子聚合物发光材料的光谱半宽度大于80nm，因而在利用红、绿、蓝三基色合成制备彩色显示器中利用率很低，窄带发射的稀土配合物发光材料，器件亮度小，发光效率及稳定性较低，不如用宽带发射材料制备的器件。
在现有的制备发绿光的有机电致发光二极管器件中，常采用单异质结构，其中有源区在电子传输层中靠近空穴传输层很窄的范围内，由于空穴是多子，在电子传输层中，不可避免有多余的空穴没有参加辐射复合，而在电子传输层中的多余空穴是引起器件老化的主要内部原因，双量子阱结构明显的对此做了改进，但势垒和势阱交叉层叠，发光亮度、发光效率均不够理想，无法满足高等级绿光二机管发光亮度的需要。
发明内容
发明目的本发明的目的就是针对背景技术的不足，设计一种新型的发绿光的二极管，采用光学微腔结构，使二极管结构层达到15层，在结构层的中间增设一个阴阳双极层，使结构层形成两个光学微腔，以大幅度的提高二极管的发光亮度、效率，以水杨醛缩乙二胺锌发绿光材料为势阱和发光层，以8-羟基喹啉铝为势垒层和电子传输层，以氟化锂/铝/金阴阳极插层为半反射镜，以氟化锂/铝为全反射镜作阴极，构成两个光学微腔结构，以达到提高绿光二极管的亮度、强度、效率、绿光纯正、绿色度高的目的。
技术方案本发明使用的化学物质材料为水杨醛缩乙二胺锌、8-羟基喹啉铝、氟化锂、铝、N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)、金、去离子水、稀盐酸、甲苯、乙醇、丙酮、洗洁净、导电玻璃、掩膜模板、透明胶带，其组合配比是以克、毫升、毫米为计量单位水杨醛缩乙二胺锌ZnL21g±0.1g8-羟基喹啉铝Alq32g±0.1g氟化锂LiF 0.1g±0.01g铝Al 2g±0.1g金Au 0.5g±0.01gN，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)0.5g±0.01g无水乙醇CH3CH2OH 200ml±5ml甲苯C7H8200ml±5ml丙酮CH3COCH3200ml±5ml稀盐酸HCl 50ml±5ml洗洁净50ml±5ml导电玻璃氧化铟锡ITO 40×40×5mm无色透明60Ω/□掩膜模板40×40×5mm塑胶柔性材料透明胶带40×2×0.08mm所述的绿光二极管为光学微腔层叠结构，共15层，第1层为阳极层，即导电玻璃层，第1层上部为第2层，即空穴传输层，N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)层，第2层上部为第3层，即8-羟基喹啉铝层，第3层上部为第4层，即水杨醛缩乙二胺锌层，第4层上部为第5层，即8-羟基喹啉铝层，第5层上部为第6层，即水杨醛缩乙二胺锌层，第6层上部为第7层，即8-羟基喹啉铝层，第7层上部为第8层，即由氟化锂/铝/金组成的阴-阳极插层，第8层上部为第9层，即空穴传输层，N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)层，第9层上部为第10层，即8-羟基喹啉铝层，第10层上部为第11层，即水杨醛缩乙二胺锌层，第11层上部为第12层，即8-羟基喹啉铝层，第12层上部为第13层，即水杨醛缩乙二胺锌层，第13层上部为第14层，即8-羟基喹啉铝层，第14层上部为第15层，即由氟化锂/铝组成的阴极层；第1层导电玻璃阳极层至第8层插层组成光学微腔I，第8层至第15层组成光学微腔II，第8层阴-阳极插层即是光学微腔I的阴极层、又是光学微腔II的阳极层，第15层为光学微腔II的阴极层。
本发明的制备方法如下(1)精选化学物质对制备的所需化学物质材料细粉要进行精选，并进行纯度、细度、精度控制8-羟基喹啉铝99.995％水杨醛缩乙二胺锌99.95％铝99.9％氟化锂99.95％金99.95％去离子水99.995％无水乙醇99.7％甲苯99.5％丙酮99.5％稀盐酸浓度20％洗洁净浓度20％导电玻璃氧化铟锡ITO，方阻10Ω/□-60Ω/□透射率80％-88％无色透明掩膜模板40×40×5mm塑胶柔性材料透明胶带40×2×0.08mm固态化学物质材料粉末细度≤300目。
(2)刻蚀导电玻璃测试导电玻璃的导电性能，确定导电面为正面，在导电面上部对称粘贴两条透明胶带40×2×0.08mm，将粘贴透明胶带的导电玻璃置于烧杯中，然后加入稀盐酸50ml±5ml，进行腐蚀并刻蚀，时间为2min±0.2min，将刻蚀后的导电玻璃用白色软质纤维材料反复擦蚀导电玻璃正面和反面，使其洁净，然后揭去导电玻璃上的透明胶带，以备清洗。
(3)制作掩膜孔在掩膜模板40×40×5mm上对称切割制作6个等间距矩形通孔型模孔2×2×5mm(4)清洗导电玻璃将刻蚀后的导电玻璃置于烧杯中，放在超声波清洗器中进行清洗，分别依次在烧杯中置放无水乙醇100ml±5ml、甲苯100ml±5ml、丙酮100ml±5ml，每次清洗时间分别为15min±1min。
(5)清洗掩膜模板、掩膜孔将掩膜模板置于烧杯中，将烧杯置于超声波清洗器中，在烧杯中依次分别放入无水乙醇、甲苯、丙酮，进行超声清洗，顺序为无水乙醇100ml±5ml 时间12min±1min甲苯100ml±5ml 时间12min±1min丙酮100ml±5ml 时间12min±1min(6)真空干燥处理将清洗后的导电玻璃、掩膜模板置于真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为30℃±2℃，时间为5min±0.2min(7)置放导电玻璃、掩膜模板将刻蚀、清洗、干燥后的导电玻璃、掩膜模板置于真空蒸镀炉内的星式基盘台上，掩膜孔对准导电玻璃的导电面，用透明胶带粘贴固定。
(8)真空离子轰击将超声清洗、干燥后的导电玻璃、掩膜模板置于真空蒸镀炉中，关闭真空蒸镀炉，开启机械真空泵、当真空蒸镀炉内的压强在15Pa±5Pa时，开启真空蒸镀炉离子轰击电流控制器，用50mA电流轰击导电玻璃、掩膜模板10min±1min，来提高阳极的功函数。
(9)真空蒸镀、气相沉积、形态转化、薄膜生长、产品成型将离子轰击后的导电玻璃、掩膜模板置于星式基盘台的中间位置并固定，将制备所需的化学物质水杨醛缩乙二胺锌0.1g±0.1g、8-羟基喹啉铝2g±0.1g、氟化锂0.1g±0.01g、铝2g±0.1g、金0.5g±0.01g、N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)0.5g±0.01g分别置于真空炉内的蒸发源坩埚中，打开机械真空泵、分子真空泵，当压强≤0.002Pa时将烘烤炉开启，温度升至50℃±2℃，准备蒸镀；开启石英测厚仪，通过石英探头检测导电玻璃上的沉积薄膜厚度；开启蒸镀炉内星式基盘台，使导电玻璃随台转动，星式基盘台转动速度为20r/min，导电薄膜生长所用的化学物质在真空加热状态下进行气相裂变转化，由固态向气态转化，气态的原料粉末呈分子状，固化后成固态导电薄膜，按如下步骤进行在真空蒸镀炉中进行蒸镀成型，真空蒸镀炉温度为50℃±2℃；第1步接通蒸发源N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)气态分子在第1层导电玻璃上沉积生长成第2层，既空穴传输层，厚度为20nm±0.5nm
第2步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第2层上沉积生长成第3层，即势垒层，厚度为3nm±0.5nm第3步接通蒸发源ZnL2粉末坩埚，使其升温至700℃±12℃，ZnL2气态分子在第3层上沉积生长成第4层，即势阱层，厚度为3nm±0.5nm第4步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第4层上沉积生长成第5层，既势垒层，厚度为3nm±0.5nm第5步接通蒸发源ZnL2粉末坩埚，使其升温至700℃±12℃，ZnL2气态分子在第5层上沉积生长成第6层，即势阱层，厚度为3nm±0.5nm第6步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第6层上沉积生长成第7层，即势垒层与电子传输层，厚度为30nm±0.5nm第7步分别接通蒸发源LiF、Al和Au粉末坩埚，使其升温至900℃±12℃、800℃±12℃、1200℃±12℃、，LiF、Al和Au的气态分子在第7层上沉积生长成第8层，即阴—阳极插层，厚度为8nm±0.5nm第8步接通蒸发源N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)气态分子在第8层上沉积生长成第9层，既空穴传输层，厚度为20nm±0.5nm第9步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第9层上沉积生长成第10层，即势垒层，厚度为3nm±0.5nm第10步接通蒸发源ZnL2粉末坩埚，使其升温至700℃±12℃，ZnL2气态分子在第10层上沉积生长成第11层，即势阱层，厚度为3nm±0.5nm第11步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第11层上沉积生长成第12层，即势垒层，厚度为3nm±0.5nm第12步接通蒸发源ZnL2粉末坩埚，使其升温至700℃±12℃，ZnL2气态分子在第12层上沉积生长成第13层，即势阱层，厚度为3nm±0.5nm第13步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第13层上沉积生长成第14层，即势垒层，厚度为30nm±0.5nm第14步分别接通蒸发源LiF和Al粉末坩埚，使其升温至900℃±12℃、800℃±12℃，LiF和Al的气态分子在第14层上沉积生长成15层，即阴极层，厚度为30nm±0.5nm第1-8层为光学微腔I
第8-15层为光学微腔II真空蒸镀沉积生长形态为固态(S)→气态(V)→固态(S)，均为物理态转换；在制备过程中，石英测厚仪探头全程开启，并测量每个导电层的厚度并做出显示；薄膜沉积速率有机材料为0.1-0.2nm/s，金属材料为0.2-0.3nm/s。
(10)真空冷却器件制备完成后，关闭分子真空泵、停止抽真空，产物随炉冷却，冷却时间为10min±0.5min，冷却速度为3℃/min，至常温20℃±3℃。
(11)脱膜、切割将导电玻璃上的掩膜板去除，用专用工具将导电玻璃切割成6个等面积器件，即为6个绿光二极管产品。
(12)检测分析在真空状态下对绿光二极管的发光亮度、绿光色纯度进行检测、分析；用描点式亮度计对该器件进行发光亮度测试；用光谱辐射分析仪对该器件的绿光色纯度进行检测。
(13)封装储存用环氧树脂将绿光二极管封装，以防止阴极氧化，储存在干燥、通风、避光处。
所述的绿光二极管在真空蒸镀炉中进行，真空蒸镀炉中的真空度为0.002Pa，蒸镀温度由常温20℃±3℃升温至50℃±2℃，升温速度为3℃/min，升温时间为10min±0.5min，恒温、保温、蒸镀温度为50℃±2℃，时间为200min±10min，随炉冷却速度为3℃/min，时间为10min±0.5min。
所述的化学物质形态转化是以化学物质材料的固态，在真空加热状态下转换成气态分子，气相沉积薄膜生长后气态分子转换成固态，以固态形式制成绿光二极管。
所述的真空蒸镀炉中蒸发源坩埚内的温度值，蒸镀8-羟基喹啉铝温度为600℃±12℃，蒸镀水杨醛缩乙二胺锌温度为700℃±12℃，蒸镀铝温度为800℃±12℃，蒸镀氟化锂温度为900℃±12℃，蒸镀金温度为1200℃±12℃，蒸镀N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)温度为600℃±12℃，当温度升高时各种化学物质由固态直接转化为气态，在导电玻璃面上的掩膜孔内气相沉积、薄膜生长、转化为固态膜层，绿光二极管成型。
效果本发明与背景技术相比具有明显的先进性，绿光二极管采用了光学微腔结构设计，以导电玻璃为阳极，以氟化锂、铝、金导电插层为阴极，组成光学微腔I，同时以氟化锂/铝/金导电插层为阳极、以氟化锂/铝层为阴极组成光学微腔II，形成双微腔结构，极大的提高了二极管的亮度和发光效率，在整体结构中，以N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)为空穴传输层，以8-羟基喹啉铝为势垒和电子传输层，以水杨醛缩乙二胺锌为势阱和绿光发光层，采用真空蒸镀、气相沉积、薄膜生长方法生成二极管的导电膜，固态的化学物质材料在真空加热的状态下进行物理学固态、气态、固态转化，气态分子在导电玻璃上成膜后转化为固态，形成固态-气态-固态转化循环制备的绿光二极管，不使用染料掺杂，直接使用发绿光的水杨醛缩乙二胺锌材料，制备工艺流程简单、成本低、效果好，发光强度、亮度、效率高、绿光纯正、绿色度高、色坐标X＝0.3246，Y＝0.5386，是十分理想的制备绿光二极管的方法。
图1为绿光二极管制备工艺流程2为绿光二极管光学微腔结构3为真空蒸镀、气相沉积、形态转化、薄膜生长温度-时间坐标关系4为真空蒸镀炉结构5为导电玻璃、掩膜模板状态6为导电玻璃与绿光二极管状态7为绿光二极管电流-电压坐标关系8为绿光二极管电致发光图谱图9为绿光二极管发光亮度-电压坐标关系10绿光二极管色坐标中所示，件号清单如下1、导电玻璃，2、N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)层，3、8-羟基喹啉铝层，4、水杨醛缩乙二胺锌层，5、8-羟基喹啉铝层，6、水杨醛缩乙二胺锌层，7、8-羟基喹啉铝层，8、氟化锂/铝/金层，9、N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)层，10、8-羟基喹啉铝层，11、水杨醛缩乙二胺锌层，12、8-羟基喹啉铝层，13、水杨醛缩乙二胺锌层，14、8-羟基喹啉铝层，15、氟化锂/铝层，16、导电玻璃/掩膜模板，17、炉底座，18、炉体，19、星式基盘台，20、内电极，21、坩埚，22、转动吊环，23、石英测厚探头，24、真空室，25、基片孔，26、坩埚座，27、坩埚加热开关，28、炉体升温开关，29、吊环转动开关，30、机械、分子真空泵开关，31、导线，32、导线，33、炉盖，34、掩膜板，35、掩膜孔，36、发光区，37、非发光区，38、绿光二机管，39、导电面，40、非导电面。
实施方式以下结合附图对本发明做进一步说明图1所示，为绿光二极管制备工艺流程图，各制备参数要严格控制，按序操作。
对制备所需的化学物质原料8-羟基喹啉铝、N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)、水杨醛缩乙二胺锌、氟化锂、铝、金要严格称量，并进行纯度控制，不得有杂质介入，防止掺杂生成副产物，对刻蚀与清洗导电玻璃的洗洁净、稀盐酸、无水乙醇、甲苯、丙酮、去离子水的量要严格控制，不能超出最大、最小范围。
对制备所需的固态化学物质材料要进行细度控制，细度以≥300目为宜，并保证量值充足，不得小于最小范围。
导电玻璃是绿光二极管的发光载体，要严格刻蚀、清洗、烘干，保持洁净，不能污染。
真空蒸镀炉是制备二极管的主要设备，要严格密封，真空度要保持在0.002Pa，内外电极之间要通过高熔点的钨丝或钼片连接，通电后使盛有蒸镀材料的坩埚加热。
石英测厚仪探头是测量蒸镀层厚度的，要操作准确。
星式基板台是置放导电玻璃的，要旋转均匀，速度应控制在20r/min，做匀速运动，导电玻璃与星式基板台的粘合要牢固，要注意导电玻璃上导电膜的位置方向。
对制备绿光二极管所需设备以及测试仪器和环境要保持清洁。
绿光二极管的各层厚度要严格控制、测量，不能超出厚度范围，否则影响发光性能。
制备绿光二极管所需的化学物质原料配比，是在预先设置的数值范围内确定的，以克、毫升、毫米为计量单位，当工业化制取时，以千克、升、毫米为计量单位，其产物的厚度均以纳米为单位。
图2所示，为绿光二极管结构图，导电玻璃为阳极，第1-8层为光学微腔I，第8层是氟化锂/铝/金的混合层，既是光学微腔I的阴极，又是光学微腔II的阳极，第8-15层为光学微腔II，第15层为氟化锂/铝的混合层，是光学微腔II的阴极，其导电性能优良，光从阳极的背面出射。
图3所示，是真空蒸镀炉升温、恒温、保温、蒸镀、冷却温度和时间坐标关系图，真空蒸镀炉烘烤温度由20℃±3℃的E点升温至A点50℃±2℃，升温速度为3℃/min，需10min；恒温保温薄膜生长区段为A-B区段，时间为200min±10min，然后为真空冷却由B点至F点，需时间10min，要严格控制温度时间。
图4所示，为真空蒸镀炉结构图，炉座17的上部为炉体18，炉体18的上部为炉盖33，炉体18的底部为坩埚座26，坩埚座26上并排对称设置坩埚21、内电极20、内电极与坩埚之间由导线31、32联接，炉体18的中间上部为星式基盘台19，星式基盘台19由转动吊环22与炉盖33联接，星式基盘台19上有数个基片孔25，基片孔25上安装导电玻璃/掩摸膜板16，炉体18的左上部设有石英测厚探头23，并对准星式基盘台19，炉座17上有坩埚加热开关27、炉盖升降开关28、吊环转动开关29、机械、分子真空泵开关30，真空度保持在0.002Pa，温度保持在50℃±2℃，真空蒸镀炉是制备绿光二极管的主要设备。
图5为导电玻璃、掩膜模板状态图，导电玻璃刻蚀后与掩膜模板上下垂直对称，掩膜孔35对应发光区36。
图6所示，导电玻璃与绿光二极管状态图，导电玻璃1的正面为导电面39，反面为非导电面40，上部对称并排有6个绿光二极管38，绿光二极管38之间为非发光区37。
图7所示，为绿光二极管电流与电压关系坐标图，纵坐标为电流强度A，横坐标为电压值V，图中可知绿光器件具有良好的二极管整流特性。
图8所示，为绿光二极管电致发光谱图，纵坐标为相对强度，横坐标为波长nm，图中可知绿光二极管电致光谱主峰位于495nm处，处于绿光波段。
图9所示，为绿光二极管发光亮度与电压坐标关系图，纵坐标为发光亮度273cd/m2，横坐标为电压值V，图中可知当电压达到24V时，达到它的最大亮度273cd/m2。
图10所示，为绿光二极管色坐标图，色坐标X＝0.3246，Y＝0.5386，位于绿光区域。
实施例1制备使用的真空蒸镀炉、控制台、刻蚀设备、超声波清洗器、真空干燥箱、烧杯、容器均处于准工作状态；精选化学物质材料；进行纯度、细度、精度控制，材料细度≥300目，导电玻璃方阻10Ω/□-60Ω/□、透射率80-88％、无色透明、40×40×5mm，透明胶带40×2×0.08mm；刻蚀导电玻璃测试正、反面导电性确定正面为导电面；制作掩膜孔在掩膜模板上刻制等间距矩形通孔型掩膜孔6个，掩膜孔的尺寸为2×2×5mm；刻蚀导电玻璃在导电面上，对称粘贴两条透明胶带，然后置于烧杯中加入稀盐酸50ml±5ml，腐蚀刻制2min±0.2min，将刻蚀后的导电玻璃用软质材料擦拭干净，揭去导电面上的透明胶带；清洗导电玻璃将刻蚀后揭去透明胶带的导电玻璃分别置于盛有无水乙醇、甲苯、丙酮溶液的烧杯中在超声清洗器中分别进行超声清洗；无水乙醇100ml±5ml 15min±1min甲苯100ml±5ml 15min±1min丙酮100ml±5ml 15min±1min清洗掩膜模板将掩膜模板分别置于盛有无水乙醇100ml、甲苯100ml、丙酮100ml的烧杯中，在超声清洗器中分别进行超声清洗12min±1min；真空干燥将超声清洗后的导电玻璃、掩膜模板置于真空干燥箱中进行干燥处理，温度30℃±2℃，5min±2min；真空离子轰击将导电玻璃掩膜模板置于真空蒸镀炉内，关闭真空蒸镀炉，开启机械真空泵，使压强值为15Pa±5Pa；电流强度为50mA；真空蒸镀、气相沉积、形态转化、薄膜生长、产品成型将所需的化学物质置于真空蒸镀炉内的蒸镀源坩埚内水杨醛缩乙二胺锌0.1g±0.1g、8-羟基喹啉铝2g±0.1g、氟化锂0.1g±0.01g、铝2g±0.1g、金0.5g±0.01g、N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)0.5g±0.01g置放导电玻璃、掩膜模板将掩膜模板置放在导电玻璃上，并用透明胶带将导电玻璃、掩膜模板一起粘贴固定在真空蒸镀炉内的星式基盘台上，掩膜模板上的掩膜孔对准导电玻璃的导电面；真空蒸镀炉中压强在0.002Pa时，蒸镀炉升温，速度为3℃/min，时间10min±0.5min，至50℃±3℃；化学物质材料固态粉末在真空加热状态下，由固态转化为气态分子，然后在导电玻璃的导电面上的掩膜模孔内气相沉积、生长薄膜、转化为固态膜层，产品成型；开启星式基板台转动，转速20r/min，按绿光二极管15层结构，逐层蒸镀，蒸发源坩埚内的化学物质粉末，按其气态转化温度不同分别接通电极，用石英测厚仪控制膜的层厚。
在导电玻璃上，在掩膜模板6个膜孔内逐层同时进行蒸镀，直至第15层蒸镀完毕制取6个二极管产品；冷却蒸镀完成后，关闭分子真空泵、机械真空泵，停止加热烘烤，6个绿光二极管随炉冷却，冷却速度3℃/min，时间10min，然后打开真空蒸镀炉，取出导电玻璃及掩膜模板；脱膜、切割成型将导电玻璃上的掩膜模板去除，用专用工具切割导电玻璃上的6个导电膜层，并分别成型，即6个绿光二极管产品，从而完成了制备的全过程。
权利要求
1.一种具有光学微腔结构的绿光二极管及制备方法，其特征在于本发明使用的化学物质材料为水杨醛缩乙二胺锌、8-羟基喹啉铝、氟化锂、铝、N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)、金、去离子水、稀盐酸、甲苯、乙醇、丙酮、洗洁净、导电玻璃、掩膜模板、透明胶带，其组合配比是以克、毫升、毫米为计量单位水杨醛缩乙二胺锌ZnL21g±0.1g8-羟基喹啉铝Alq32g±0.1g氟化锂LiF 0.1g±0.01g铝Al 2g±0.1g金Au 0.5g±0.01gN，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)0.5g±0.01g无水乙醇CH3CH2OH 200ml±5ml甲苯C7H8200ml±5ml丙酮CH3COCH3200ml±5ml稀盐酸HCl 50ml±5ml洗洁净50ml±5ml导电玻璃氧化铟锡ITO 40×40×5mm无色透明60Ω/口掩膜模板40×40×5mm 塑胶柔性材料透明胶带40×2×0.08mm本发明的制备方法如下(1)精选化学物质对制备的所需化学物质材料细粉要进行精选，并进行纯度、细度、精度控制8-羟基喹啉铝99.995％水杨醛缩乙二胺锌99.95％铝99.9％氟化锂99.95％金99.95％去离子水99.995％无水乙醇99.7％甲苯99.5％丙酮99.5％稀盐酸浓度20％洗洁净浓度20％导电玻璃氧化铟锡ITO，方阻10Ω/□-60Ω/□透射率80％-88％无色透明掩膜模板40×40×5mm塑胶柔性材料透明胶带40×2×0.08mm固态化学物质材料粉末细度≤300目；(2)刻蚀导电玻璃测试导电玻璃的导电性能，确定导电面为正面，在导电面上部对称粘贴两条透明胶带40×2×0.08mm，将粘贴透明胶带的导电玻璃置于烧杯中，然后加入稀盐酸50ml±5ml，进行腐蚀并刻蚀，时间为2min±0.2min，将刻蚀后的导电玻璃用白色软质纤维材料反复擦蚀导电玻璃正面和反面，使其洁净，然后揭去导电玻璃上的透明胶带，以备清洗；(3)制作掩膜孔在掩膜模板40×40×5mm上对称切割制作6个等间距矩形通孔型模孔2×2×5mm(4)清洗导电玻璃将刻蚀后的导电玻璃置于烧杯中，放在超声波清洗器中进行清洗，分别依次在烧杯中置放无水乙醇100ml±5ml、甲苯100ml±5ml、丙酮100ml±5ml，每次清洗时间分别为15min±1min(5)清洗掩膜模板、掩膜孔将掩膜模板置于烧杯中，将烧杯置于超声波清洗器中，在烧杯中依次分别放入无水乙醇、甲苯、丙酮，进行超声清洗，顺序为无水乙醇100ml±5ml时间12min±1min甲苯100ml±5ml时间12min±1min丙酮100ml±5ml时间12min±1min(6)真空干燥处理将清洗后的导电玻璃、掩膜模板置于真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为30℃±2℃，时间为5min±0.2min(7)置放导电玻璃、掩膜模板将刻蚀、清洗、干燥后的导电玻璃、掩膜模板置于真空蒸镀炉内的星式基盘台上，掩膜孔对准导电玻璃的导电面，用透明胶带粘贴固定；(8)真空离子轰击将超声清洗、干燥后的导电玻璃、掩膜模板置于真空蒸镀炉中，关闭真空蒸镀炉，开启机械真空泵，当真空蒸镀炉内的压强在15Pa±5Pa时，开启真空蒸镀炉离子轰击电流控制器，用50mA电流轰击导电玻璃、掩膜模板10min±1min，来提高阳极的功函数；(9)真空蒸镀、气相沉积、形态转化、薄膜生长、产品成型将离子轰击后的导电玻璃、掩膜模板置于星式基盘台的中间位置并固定，将制备所需的化学物质水杨醛缩乙二胺锌0.1g±0.1g、8-羟基喹啉铝2g±0.1g、氟化锂0.1g±0.01g、铝2g±0.1g、金0.5g±0.01g、N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)0.5g±0.01g分别置于真空炉内的蒸发源坩埚中，打开机械真空泵、分子真空泵，当压强≤0.002Pa时将烘烤炉开启，温度升至50℃±2℃，准备蒸镀；开启石英测厚仪，通过石英探头检测导电玻璃上的沉积薄膜厚度；开启蒸镀炉内星式基盘台，使导电玻璃随台转动，星式基盘台转动速度为20r/min，导电薄膜生长所用的化学物质在真空加热状态下进行气相裂变转化，由固态向气态转化，气态的原料粉末呈分子状，固化后成固态导电薄膜，按如下步骤进行在真空蒸镀炉中进行蒸镀成型，真空蒸镀炉温度为50℃±2℃；第1步接通蒸发源N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)气态分子在第1层导电玻璃上沉积生长成第2层，既空穴传输层，厚度为20nm±0.5nm第2步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第2层上沉积生长成第3层，即势垒层，厚度为3nm±0.5nm第3步接通蒸发源ZnL2粉末坩埚，使其升温至700℃±12℃，ZnL2气态分子在第3层上沉积生长成第4层，即势阱层，厚度为3nm±0.5nm第4步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第4层上沉积生长成第5层，既势垒层，厚度为3nm±0.5nm第5步接通蒸发源ZnL2粉末坩埚，使其升温至700℃±12℃，ZnL2气态分子在第5层上沉积生长成第6层，即势阱层，厚度为3nm±0.5nm第6步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第6层上沉积生长成第7层，即势垒层与电子传输层，厚度为30nm±0.5nm第7步分别接通蒸发源LiF、Al和Au粉末坩埚，使其升温至900℃±12℃、800℃±12℃、1200℃±12℃、，LiF、Al和Au的气态分子在第7层上沉积生长成第8层，即阴—阳极插层，厚度为8nm±0.5nm第8步接通蒸发源N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)气态分子在第8层上沉积生长成第9层，既空穴传输层，厚度为20nm±0.5nm第9步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第9层上沉积生长成第10层，即势垒层，厚度为3nm±0.5nm第10步接通蒸发源ZnL2粉末坩埚，使其升温至700℃±12℃，ZnL2气态分子在第10层上沉积生长成第11层，即势阱层，厚度为3nm±0.5nm第11步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第11层上沉积生长成第12层，即势垒层，厚度为3nm±0.5nm第12步接通蒸发源ZnL2粉末坩埚，使其升温至700℃±12℃，ZnL2气态分子在第12层上沉积生长成第13层，即势阱层，厚度为3nm±0.5nm第13步接通蒸发源Alq3粉末坩埚，使其升温至600℃±12℃，Alq3气态分子在第13层上沉积生长成第14层，即势垒层，厚度为30nm±0.5nm第14步分别接通蒸发源LiF和Al粉末坩埚，使其升温至900℃±12℃、800℃±12℃，LiF和Al的气态分子在第14层上沉积生长成15层，即阴极层，厚度为30nm±0.5nm第1-8层为光学微腔I第8-15层为光学微腔II真空蒸镀沉积生长形态为固态(S)—→气态(V)—→固态(S)，均为物理态转换；在制备过程中，石英测厚仪探头全程开启，并测量每个导电层的厚度并做出显示；薄膜沉积速率有机材料为0.1-0.2nm/s，金属材料为0.2-0.3nm/s；(10)真空冷却器件制备完成后，关闭分子真空泵、停止抽真空，产物随炉冷却，冷却时间为10min±0.5min，冷却速度为3℃/min，至常温20℃±3℃；(11)脱膜、切割将导电玻璃上的掩膜板去除，用专用工具将导电玻璃切割成6个等面积器件，即为6个绿光二极管产品；(12)检测分析在真空状态下对绿光二极管的发光亮度、绿光色纯度进行检测、分析用描点式亮度计对该器件进行发光亮度测试用光谱辐射分析仪对该器件的绿光色纯度进行检测(13)封装储存用环氧树脂将绿光二极管封装，以防止阴极氧化，储存在干燥、通风、避光处。
2.根据权利要求1所述的具有光学微腔结构的绿光二极管及制备方法，其特征在于所述的绿光二极管为光学微腔层叠结构，共15层，第1层为阳极层，即导电玻璃层，第1层上部为第2层，即空穴传输层，N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)层，第2层上部为第3层，即8-羟基喹啉铝层，第3层上部为第4层，即水杨醛缩乙二胺锌层，第4层上部为第5层，即8-羟基喹啉铝层，第5层上部为第6层，即水杨醛缩乙二胺锌层，第6层上部为第7层，即8-羟基喹啉铝层，第7层上部为第8层，即由氟化锂/铝/金组成的阴-阳极插层，第8层上部为第9层，即空穴传输层，N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)层，第9层上部为第10层，即8-羟基喹啉铝层，第10层上部为第11层，即水杨醛缩乙二胺锌层，第11层上部为第12层，即8-羟基喹啉铝层，第12层上部为第13层，即水杨醛缩乙二胺锌层，第13层上部为第14层，即8-羟基喹啉铝层，第14层上部为第15层，即由氟化锂/铝组成的阴极层；第1层导电玻璃阳极层至第8层插层组成光学微腔I，第8层至第15层组成光学微腔II，第8层阴-阳极插层即是光学微腔I的阴极层、又是光学微腔II的阳极层，第15层为光学微腔II的阴极层。
3.根据权利要求1所述的具有光学微腔结构的绿光二极管及制备方法，其特征在于所述的绿光二极管在真空蒸镀炉中进行，真空蒸镀炉中的真空度为0.002Pa，蒸镀温度由常温20℃±3℃升温至50℃±2℃，升温速度为3℃/min，升温时间为10min±0.5min，恒温、保温蒸镀温度为50℃±2℃，时间为150min±10min，随炉冷却速度为3℃/min，时间为10min±0.5min。
4.根据权利要求1所述的具有光学微腔结构的绿光二极管及制备方法，其特征在于所述的化学物质的形态转化是以化学物质材料的固态，在真空加热状态下转换成气态分子，气相沉积薄膜生长后气态分子转换成固态，以固态形式制成绿光二极管。
5.根据权利要求1所述的具有微腔结构的绿光二极管及制备方法，其特征在于所述的真空蒸镀炉中的蒸发源坩埚内的温度值，蒸镀8-羟基喹啉铝温度为600℃±12℃，蒸镀水杨醛缩乙二胺锌温度为700℃±12℃，蒸镀铝温度为800℃±12℃，蒸镀氟化锂温度为900℃±12℃，蒸镀金温度为1200℃±12℃，蒸镀N，N′-双(1-奈基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(NPD)温度为600℃±12℃，当温度升高时各种化学物质由固态直接转化为气态，在导电玻璃面上的掩膜孔内气相沉积、薄膜生长、转化为固态膜层，绿光二极管成型。
全文摘要
本发明涉及一种具有光学微腔结构的绿光二极管及制备方法，它是以8－羟基喹啉铝、N，N′－双(1－奈基)－N， N′－二苯基－1， 1′－二苯基－4， 4′－二胺(NPD)、氟化锂、铝、金为原料，以水杨醛缩乙二胺锌为绿光发光材料，以导电玻璃氧化铟锡为发光器件的基底，以无水乙醇、甲苯、丙酮、洗洁净为清洗剂，以稀盐酸为刻蚀剂，采用两个发光单元的光学微腔结构，即15层结构，通过刻蚀导电玻璃、清洗剂超声清洗、真空干燥、精选化学物质原料，采用合理配比、真空蒸镀、冷却、检测分析，最终制得绿光二极管，绿光二极管光学微腔结构中势垒与势阱层厚度均为3nm±0.5nm，以氟化锂/铝/金做阴－阳极插层，其厚度为8nm±0.5nm，各层电压均匀一致，可储存光能，并以辐射形式释放出光，器件本身不发热，延缓了老化，提高了器件的使用寿命，本发明制备流程短，使用设备少，器件发光效率高，绿光色纯度好，色坐标为X＝0.3246，Y＝0.5386，导电性能好，安全、稳定、可靠，易于和其他发光器件匹配，使用领域广，是十分理想的发绿光的的有机电致发光二极管及制备方法。
文档编号H01L51/50GK1819305SQ20061001247
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月7日 优先权日2006年3月7日
发明者许并社, 高志翔, 郝玉英, 王 华, 马晨, 周禾丰, 刘旭光 申请人:太原理工大学