一种三基色OLED发光器件及其制备和驱动方法与流程

本发明属于发光器件技术领域，具体涉及一种三基色OLED发光器件及其制备和驱动方法。

背景技术：

目前OLED面板的显示通常有以下三种：红绿蓝（RGB）像素独立发光、光色转换和彩色滤光膜。

RGB像素独立发光：利用FMM（精密的金属掩膜版）与CCD像素精密对位技术，首先制备红、绿、蓝三基色发光中心，然后调节三种颜色组合的混色比，产生彩色，使三色OLED元件独立发光构成一个像素。该项技术的关键在于提高发光材料的色纯度和发光效率，同时金属荫罩刻蚀技术也至关重要。随着OLED显示器的彩色化、高分辨率和大面积化，金属荫罩刻蚀技术直接影响着显示板画面的质量，所以对金属荫罩图形尺寸精度及定位精度提出了更加苛刻的要求。

光色转换：以蓝光OLED结合光色转换膜阵列，首先制备蓝光OLED器件，然后利用其蓝光激发光色转换材料得到红光和绿光，从而获得全彩色。该项技术的关键在于提高光色转换材料的色纯度及效率，这种技术不同于FMM对位技术，只需蒸镀蓝光OLED元件。但它的缺点是光色转换材料容易吸收环境中的蓝光，造成图像对比度下降，同时光导也会造成画面质量降低的问题。

彩色滤光膜：利用白光OLED结合彩色滤光膜，类似液晶显示器LCD的彩色滤光膜制作技术，首先制备发白光OLED的器件，然后通过彩色滤光膜得到三基色，再组合三基色实现彩色显示。该项技术的关键在于获得高效率和高纯度的白光，它的制作过程不同于FMM对位技术，但采用此技术使透过彩色滤光膜所造成的光损失高达三分之二。

以上OLED面板的显示类型是红、蓝、绿三基色像素点在面板同一面并列分布，通过驱动电路的控制来实现画面的显示，这类显示模式决定像素分辨率不会很高，而且目前通用的红、蓝、绿三基色象素独立发光制备过程用FMM（精密掩膜版）及CCD高精密对位带来的工艺复杂良品率低、制备成本较高等问题。

在OLED固态照明领域，现在的OLED照明产品一般要么冷白光，要么暖白光。然而人们习惯在夏天用冷白光，冬天用暖白光等方面不能很灵活的变换。

技术实现要素：

本发明针对现有OLED发光器件显示模式所面临的像素分辨率不高、制备过程用FMM（精密掩膜版）时良品率低、制备成本较高及OLED照明产品色调单一等问题，提出了一种三基色OLED发光器件及其制备和驱动方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种三基色OLED发光器件，其特征在于包括第一正向OLED、第二正向OLED和反转OLED，其中第一正向OLED的阳极通过银纳米线与第二正向OLED的阴极相连，该银纳米线与第一正向OLED和第二正向OLED之间通过绝缘PI层隔开，银纳米线另一侧的PI层用于分割像素区，第一正向OLED的阴极与第二正向OLED的阳极相连，反转OLED与第二正向OLED共用阴极。

进一步优选，所述的三基色OLED发光器件由第一正向OLED阳极到反转OLED阳极依次为阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一发光层、电子传输层、电子注入层、透明阴极、透明阳极、空穴注入层、空穴传输层、第二发光层、电子传输层、电子注入层、透明阴极、电子注入层、电子传输层、第三发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极。

进一步优选，所述的第一正向OLED为正向绿光OLED，第二正向OLED为正向红光OLED，反转OLED为反转蓝光OLED，或者第一正向OLED为正向绿光OLED，第二正向OLED为正向蓝光OLED，反转OLED为反转红光OLED，或者第一正向OLED为正向红光OLED，第二正向OLED为正向绿光OLED，反转OLED为反转蓝光OLED，或者第一正向OLED为正向红光OLED，第二正向OLED为正向蓝光OLED，反转OLED为反转绿光OLED，或者第一正向OLED为正向蓝光OLED，第二正向OLED为正向红光OLED，反转OLED为反转绿光OLED，或者第一正向OLED为正向蓝光OLED，第二正向OLED为正向绿光OLED，反转OLED为反转红光OLED。

每层材料的选取：OLED发光器件的光电特性受器件结构和结构中各层材料特性的影响，尤其是有机材料的特性。对于阳极材料，考虑与空穴输运层（HTL）材料的能带搭配，需要其具高功函数（4.5-5.3eV）且性质稳定，有些器件结构底发光还要考虑其透光性，所以ITO透明导电膜被广泛应用于阳极，金属镍、金、铂等具有高功函数也可以用作阳极材料。对于阴极，为了增加元件的发光效率，电子的注入需要阴极具有低功函数，Ag、Al、Ca、In、Li与Mg等金属或低功函数的复合金属（如：Mg-Ag镁银）常用来制作阴极。

电子输运层（ETL）材料，必须电子传输性佳且热稳定，主要有恶哚衍生物和有机金属络合物如Alq、Znq、Gaq、Bebq、Balq、DPVBi、ZnSPB、PBD、OXD、BBOT等，为了保证有效的电子注入，电子输运层（ETL）材料的分子最低空轨道（LUMO）能级应与阴极的功函数相匹配。 空穴输运层（HTL）材料必须热稳定性要好，绝大多数空穴输运材料是芳香胺荧光染料化合物如TPD、TDATA等有机材料，空穴输运层（HTL）材料的分子最高占据轨道（HOMO）能级应与阳极的功函数相匹配。

目前很多器件都增加了电子注入层（EIL）材料和空穴注入层（HIL）材料来调节阴阳极与传输层材料的能带隙梯度，降低能级势垒。

有机发光层的材料需具备固态下载子传输性能好、热稳定性和化学稳定性佳、量子效率高且能够真空蒸镀的特性，考虑材料寿命蓝光主要是用荧光材料，红光、绿光主要用高效率的磷光材料。

本发明所述的三基色OLED发光器件的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将制备有ITO的玻璃基板经过超声、UV照射、去离子水工序清洗干净后，在等离子腔室，在真空环境用o+、o-等离子体对基板蒸镀面进行清洗；

（2）将清洗后的ITO玻璃基板利用喷墨打印技术或者光刻技术，分别制备出两个绝缘胶层和银纳米线，两个绝缘层位于银纳米线的两侧，并在银纳米线和与电极接触的绝缘胶层顶部分别制备出一层保护层；

（3）利用高真空设备在热蒸发腔室添加O-mask并进行对位后，控制蒸发材料的温度并借助晶振片来监控蒸发速率在1~2埃/秒；

（4）在热蒸发腔室用热蒸发方式依据发光层材料特性控制蒸发材料的温度并借助晶振片来监控蒸发速率：主体1~2埃/秒，掺杂剂0.1~0.3埃/秒，在真空环境蒸镀所需厚度；

（5）透明阳极和透明阴极蒸镀前用M-mask精确对位并借助晶振片来监控蒸发速率依据所需金、银材料蒸发速率1~5埃/秒蒸镀所设计的厚度，透明阴极蒸镀前用O-mask精确对位并借助晶振片来监控蒸发速率依据所需镁银材料利用共蒸法来控制镁银比例，蒸发速率1~5埃/秒蒸镀所设计的厚度，透明阳极蒸镀前用另一个M-mask对位合理控制蒸发材料的温度并借助晶振片来监控蒸发速率2~5埃/秒热蒸镀所设计的厚度；

（6）在制备透明阴极前，将银纳米线、绝缘胶层2上的保护层，利用干刻技术除去；

（7）透明阴极在纯氮气环境下用高精密激光干刻出与透明阳极相同方向的电极，要求激光刻蚀的宽度为5~10微米、深度为300纳米~1微米；

（8）利用封装技术或者薄膜对器件进行封装。

本发明所述的三基色OLED发光器件的驱动方法，其特征在于包括独立三基色光发光模式的驱动和三基色复合光发光模式的驱动：

（1）独立三基色光发光模式的驱动

在OLED像素点器件结构中，给反转OLED内层结构的两个电极加上直流脉冲信号来驱动器件发光；

针对第一正向OLED和第二正向OLED内层结构需要设计电路满足输出交变脉冲信号，频率可调60~100KHz，脉冲正负振幅幅值可调，依据器件工作原理，对器件施加不同的驱动模式得到从器件内发出不同基色光及其两基色的复合色光具体为：

给OLED像素点器件施加一个频率的正向脉冲电压、电流信号，器件结构中的第二正向OLED结构的发光层处于正常发光状态，第二正向OLED结构等效为一个电容；

给OLED像素点器件施加一个频率的负向脉冲电压、电流信号，器件结构中的第二正向OLED结构的发光层处于正常发光状态，第一正向OLED结构等效为一个电容；

（2）三基色复合光发光模式的驱动

给OLED像素点器件施加一个频率的正负向脉冲电压、电流信号，器件第一正向OLED结构和第二正向OLED结构的发光层在一个周期内均处于正常发光状态，发复合光，通过调节正负脉冲电压、电流幅值的比例得到所要的基色的复合光；

给OLED像素点器件施加一个频率的正向脉冲电压、电流信号和一个直流脉冲信号，器件第一正向OLED结构的发光层在该频率的正向脉冲电压、电流信号下处于发基色光状态，反转OLED结构在直流脉冲信号的驱动下处于发基色状态，通过调节正向脉冲电压、电流幅值与直流脉冲信号的电流幅值得到所要的第一正向OLED和反转OLED的发光层组合发出的复合光；

给OLED像素点器件施加一个频率的负向脉冲电压、电流信号和一个直流脉冲信号，器件第二正向OLED结构的发光层在该频率的负向脉冲电压、电流信号下处于发基色光状态，反转OLED结构在直流电流的驱动下处于基色状态，通过调节负向脉冲电压、电流幅值与直流电流的电流值，得到所要的第二正向OLED与反转OLED发光层组合发出的复合光。

本发明OLED显示的单像素点的结构实现单像素点独立发红蓝绿三基色光及三基色复合光设计，相比现有的OLED、LCD显示画面的像素分辨率更高，可比拟第一代CRT显示的分辨率、颜色更绚丽更多彩；本发明的OLED显示像素的结构及驱动电路的设计，相比现在AMOLED方式的OLED显示像素结构，驱动TFT结构相对统一简单，可节约TFT相关的成本；本发明的OLED显示各个像素点的结构都相同的制备工艺，相比AMOLED红蓝绿三基色并列分布的制备工艺简单，可以极大的提高生产过程的良品率等，有效的降低成本。

附图说明

图1是本发明三基色OLED发光器件的结构示意图；

图2是交变脉冲驱动电压、电流的输出示意图；

图3是本发明三基色OLED发光器件每层所用材料的具体结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

OLED是一个有机发光二极管，依据二极管的特性：对OLED结构而言，加正向驱动电压、电流OLED器件是通路并发光的状态。对OLED发光器件结构而言加反向电压、电流OLED是一个断路状态。OLED发光器件结构为：阳极/空穴注入层（HIL）/空穴传输层（HTL）/发光层（EML）/电子传输层（ETL）/电子注入层（EIL）/阴极。

依据上面原理，设计OLED底发光像素点为例的器件结构（不是唯一）为：第一正向绿光OLED结构加第二正向红光OLED结构加反转蓝光OLED结构。驱动该结构的OLED显示像素点的模式为：直流脉冲信号驱动反转蓝光OLED，高频率脉冲电压、电流信号，并通过调节正负方向高频脉冲电压、电流信号驱动的振幅幅值，让OLED显示像素点结构中的第一正向绿光OLED结构部分发光、第二正向红光OLED结构部分发光及发出绿光、红光OLED结构中颜色的多种复合光等以实现这一单像素点结构发出红、蓝、绿三基色光及其复合色光。

并可以依据需要（顶发光、底发光、双面发光）来调整器件结构中三基色的位置及驱动模式来实现显示的顶发光、底发光、双面发光等。器件工艺制备过程中省去了FMM（精密掩膜版）步骤，可以节省制备FMM（精密掩膜版）成本。这样的单像素点发出红蓝绿三基色颜的设计，获得的像素分辨率可与第一代电子显像管（CRT）显示的像素分辨率比拟，同样这一设计应用于OLED室内照明能实现室内装饰梦幻般境界及实现自由转换冷白光与暖白光。

器件驱动：为了让新设计的OLED显示的像素点的器件结构独立发红绿蓝（RGB）三基色光及其复合光，需要对该OLED像素点的器件结构的驱动电路进行设计。以OLED底发光像素点为例的器件结构为：第一正向绿光OLED结构加第二正向红光OLED结构加反转蓝光OLED结构为例。

三基色OLED发光器件由第一正向绿光OLED结构加第二正向红光OLED结构加反转蓝光OLED结构构成，具体为：阳极/空穴注入层（HIL）/空穴传输层（HTL）/绿色发光层（EML1）/电子传输层（ETL）/电子注入层（EIL）/透明阴阳极/空穴注入层（HIL）/空穴传输层（HTL）/红色发光层（EML2）/电子传输层(ETL)/电子注入层（EIL）/透明阴极/电子注入层（EIL）/电子传输层(ETL) /蓝色发光层（EML3）/空穴传输层（HTL）/空穴注入层（HIL）/阴极。

独立三基色光发光模式的驱动

在OLED像素点器件结构中，给反转OLED内层结构的两个电极加上直流脉冲信号来驱动让器件发出光；

针对第一正向OLED和第二正向OLED内层结构需要设计电路满足输出交变脉冲信号，频率可调60~100KHz，脉冲正负振幅幅值可调，依据器件工作原理，对器件施加不同的驱动模式可以得到从器件内发出不同基色光及其两基色的复合色光具体为：

给OLED像素点器件施加一个频率的正向脉冲电压、电流信号，器件结构中的第二正向OLED结构的发光层层处于正常发光状态，第二正向OLED结构等效为一个电容；

给OLED像素点器件施加一个频率的负向脉冲电压、电流信号，器件结构中的第二正向OLED结构的发光层处于正常发光状态，第一正向OLED结构等效为一个电容；

三基色复合光发光模式的驱动

给OLED像素点器件施加一个频率的正负向脉冲电压、电流信号，器件第一正向OLED结构和第二正向OLED结构的发光层在一个周期内均处于正常发光状态，发复合光，通过调节正负脉冲电压、电流幅值的比例，得到所要的基色的复合光；

给OLED像素点器件施加一个频率的正向脉冲电压、电流信号和一个直流脉冲信号，器件第一正向OLED结构的发光层在该频率的正向脉冲电压、电流信号下处于发基色光状态，反转OLED结构在直流脉冲信号的驱动下处于发基色状态，通过调节正向脉冲电压、电流幅值与直流脉冲信号的电流幅值，得到所要的第一正向OLED和反转OLED的发光层组合发出的复合光；

给OLED像素点器件施加一个频率的负向脉冲电压、电流信号和一个直流脉冲信号，器件第二正向OLED结构的发光层在该频率的负向脉冲电压、电流信号下处于发基色光状态，反转OLED结构在直流电流的驱动下处于基色状态，通过调节负向脉冲电压、电流幅值与直流电流的电流值，得到所要的第二正向OLED与反转OLED发光层组合发出的复合光。

每层材料的选取：OLED器件的光电特性受器件结构和结构中各层材料特性的影响，尤其是有机材料的特性。对于阳极材料，考虑于空穴输运层（HTL）材料的能带搭配，需要其具高功函数（4.5-5.3eV）且性质稳定，有些器件结构底发光还要考虑其透光性，所以ITO透明导电膜被广泛应用于阳极，金属镍、金、铂等具有高功函数也可以用作阳极材料。对于阴极，为了增加元件的发光效率，电子的注入需要阴极具有低功函数，Ag、Al、Ca、In、Li与Mg等金属或低功函数的复合金属（如：Mg-Ag镁银）常用来制作阴极。

电子输运层（ETL）材料，必须电子传输性佳且热稳定，主要有：恶哚衍生物和有机金属络合物如Alq、Znq、Gaq、Bebq、Balq、DPVBi、ZnSPB、PBD、OXD、BBOT等，为了保证有效的电子注入，电子输运层（ETL）材料的分子最低空轨道（LUMO）能级应与阴极的功函数相匹配。 空穴输运（HTL）材料，必须热稳定性要好，绝大多数空穴输运材料是芳香胺荧光染料化合物如TPD、TDATA等有机材料。空穴输运层（HTL）材料的分子最高占据轨道（HOMO）能级应与阳极的功函数相匹配。

现在很多器件都增加了电子注入层（EIL）材料和空穴注入层（HIL）材料，来调节阴阳极与传输层材料的能带隙的梯度，降低能级势垒。

有机发光层的材料须具备固态下有载子传输性能好、热稳定性和化学稳定性佳、量子效率高且能够真空蒸镀的特性，考虑材料寿命蓝光主要是用荧光材料，红光、绿光主要用高效率的磷光材料。

制备方法：一般而言，OLED可按发光材料分为两种：小分子OLED和高分子OLED（也可称为PLED）。小分子OLED和高分子OLED的差异主要表现在器件的制备工艺不同：小分子器件主要采用真空热蒸发工艺，高分子器件则采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺。

针对现在主流的小分子OLED显示顶出光PMOLED形式为例，器件的一种结构为：第一正向绿光OLED结构加第二正向红光OLED结构加反转蓝光OLED结构，具体为：阳极/空穴注入层（HIL）/空穴传输层(HTL)/绿色发光层（EML1）/电子传输层（ETL）/电子注入层（EIL）/透明阴阳极/空穴注入层（HIL）/空穴传输层（HTL）/红色发光层（EML2）/电子传输层（ETL）/电子注入层（EIL）/透明阴极/电子注入层（EIL）/电子传输层（ETL） /蓝色发光层（EML3）/空穴传输层（HTL）/空穴注入层（HIL）/阴极。

如图3所示，材料的选取：基板可选玻璃、PI、PET、PEN等，阳极—ITO（80nm）/空穴注入层（HIL）-MoO3（20nm）/空穴传输层（HTL）-TCTA（10nm）/绿色发光层（EML1）-CPB:GIr1（30nm，14%）/电子传输层(ETL)-TPBI（10nm）/电子注入层（EIL）-Cs2CO3（2nm）/透明阴阳极-Ag：Au（13nm 10:3）/空穴注入层（HIL）-MoO3（20nm）/空穴传输层（HTL）-TCTA（10nm）/ 红色发光层（EML3）-Ir2-phq)2(acac)（0.2nm）/电子传输层（ETL）-TPBI（10nm）/电子注入层（EIL）-Cs2CO3（2nm）/透明阴极-Mg：Ag（200nm 50:150）/电子注入层（EIL）-Cs2CO3（1nm）/电子传输层(ETL)-TPBI（10nm）/蓝色发光层(EML2)—Fipic（0.2nm）/空穴传输层（HTL）-TCTA（10nm）/电子注入层（EIL）-Cs2CO3（1nm）/阳极-Au：Ag（13nm 3:10）。

器件制备：

将制备有ITO的玻璃基板经过超声、UV照射、去离子水工序清洗干净后，在等离子腔室，在真空环境用O⁺、O^-等离子体对基板蒸镀面进行清洗，目的是：清洁基板面的异物、提高ITO的功函数；

将清洗后的LTPS玻璃基板利用喷墨打印技术或者光刻技术，分别制备出绝缘胶层1、银纳米线、绝缘胶层2，并且绝缘胶层1、绝缘胶层2位于银纳米线两侧，并在银纳米线、绝缘胶层2顶上制备出一层保护层；绝缘胶层1（宽约5微米，高约3微米）位于LTPS基板上的两个ITO分离区、银纳米线（宽5微米，高约1微米）、绝缘胶层（宽5微米，高约1微米）位于ITO面上，控制合适温度对绝缘胶层、银纳米线进行固化；

利用高真空设备在热蒸发腔室添加O-mask并进行对位后，控制蒸发材料的温度并借助晶振片来监控蒸发速率在1~2埃/秒；

在热蒸发腔室用热蒸发方式依据发光层材料特性合理控制蒸发材料的温度并借助晶振片来监控蒸发速率：主体1~2埃/秒，掺杂剂0.1~0.3埃/秒，在真空环境蒸镀所设计所需要的厚度；

透明阳阴极蒸镀前用M-mask精确对位并借助晶振片来监控蒸发速率依据所需金、银材料蒸发速率1~5埃/秒蒸镀所设计的厚度；

在利用干刻技术将位于ITO面上的银纳米线、绝缘胶层2上的保护层进行剥离，剥去上面镀的有机材料及金银电极材料把银纳米线露出来，便于透明阴极与银纳米线充分接触；

透明阴极蒸镀前用O-mask精确对位并借助晶振片来监控蒸发速率依据所需镁银材料利用共蒸法来控制镁银比例，蒸发速率1~5埃/秒蒸镀所设计的厚度；顶阳极蒸镀前用另一个M-mask对位合理控制蒸发材料的温度并借助晶振片来监控蒸发速率2~5埃/秒热蒸镀所设计的厚度；

在纯氮气环境下用高精密红外激光对透明阴极横向进行干刻，要求激光刻蚀的宽度为5~10微米，深度为300纳米~1微米间。

利用封装技术如frit或者薄膜等来对器件进行封装。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。