一种透明OLED合金阴极及其制备方法和透明OLED器件与流程

本发明属于OLED显示与照明技术领域，具体涉及一种透明OLED合金阴极及其制备方法和透明OLED器件。

背景技术：

有机电致发光器件(OLED)属于电流型发光显示器件。而电极是影响OLED器件性能的重要因素，即正负载流子能否平衡注入和有效复合。尤其是作为透明OLED的阴极，由于要实现透明，阴极层就要做的很薄，但这样又会影响它的导电性和发光效率等。要提高器件的性能，必然要增加电子注入，即提高阴极电子的发射能力。我们都知道阴极材料的功函数越低，注入势垒就越低，电子的注入就越容易，OLED器件的发光效率就越高。

由于单层金属阴极如Al、Mg、Li等，在大气中的稳定性差，容易氧化或剥离，因此常把低功函数的金属和高功函数的金属一起蒸发形成合金阴极，来提高器件的稳定性和效率，而通常用的合金阴极如Mg/Ag、Ca/Al等，虽然能在一定程度上改善器件的性能，但是其阴极发射电子的能力依然较弱，器件仍存在正负载流子注入不平衡的问题。

目前来说限制透明OLED更进一步发展的主要原因是器件的效率和寿命问题。传统OLED使用的阴极一般多为金属、合金、金属化合物以及有机聚合物。我们知道金属及合金等的透光性都是很差的，既要实现电极的透明又要保证器件的亮度和效率，因此选择合适的电极或电极界面修饰材料也是透明OLED必须解决的关键技术之一。因此，我们需要寻找在可见光区高透过率的电极作为合适的电极材料或对电极材料进行修饰来提高载流子的注入效率，可以很大程度的提高透明OLED的效率，改善透明OLED的性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种透明OLED合金阴极及其制备方法和透明OLED器件。该合金阴极结构的透明OLED器件能提高阴极的透过率以及电子注入能力，平衡正负载流子的注入，其性能优于单一金属阴极OLED器件，铝银合金阴极仅通过一个钨舟即可蒸镀，在降低了操作难度的同时，也使得膜厚更加容易控制，便于优化器件的结构。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种透明OLED合金阴极，所述的合金阴极材料包括按质量分数75-80％的Ag和25-20％的Al。

所述Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。

所述的合金阴极材料是Ag、Al金属采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却而成。

所述合金阴极的厚度为60nm-100nm，优选厚度为75nm。

一种透明OLED合金阴极的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，合金原料准备：按质量比例Ag：Al＝(75-80％)：(25-20％)分别称取Ag、Al原料；

步骤二，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，将石英玻璃管的一端烧融封口；

步骤三，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端密闭的石英玻璃管内，在抽真空的同时将石英玻璃管的另一端也烧融密封；

步骤四，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉中，设定所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出即得Ag/Al合金；

步骤五，制备而成的Ag/Al合金采用蒸镀、磁控溅射或电子束蒸发的方法制备成透明OLED的阴极。

所述步骤二和步骤三中，将石英玻璃管一端烧融密封时采用氧气和液化气的混合燃气。

所述步骤四中，采用PID控温，高温烧结炉的温度是在2个小时内升至850℃，之后在850℃保温3-4个小时，最后在室温下冷却5-6个小时即可。

一种OLED器件，该器件包括由下而上依次层叠于玻璃基板上的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子注入层和所述的透明OLED合金阴极；阳极和透明OLED合金阴极均连接有导线。

所述的透明OLED合金阴极厚度为60nm-100nm。

所述的透明OLED合金阴极厚度为75nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的透明OLED合金阴极采用按质量分数75-80％的Ag和25-20％的Al制成，该合金阴极结构的透明OLED器件能提高阴极的透过率以及电子注入能力，平衡正负载流子的注入，其性能优于单一金属阴极OLED器件。本发明的合金阴极的透光率为40～50％，可以用于透明的OLED器件中。在驱动电压为11V时，器件最大亮度为1729cd/m²。

本发明的制备方法采用两种金属熔融后再进行阴极的蒸镀，降低了阴极的制备难度和阴极的多元混合蒸镀带来的操作难度及材料的交叉污染；平衡正负载流子的注入，使本发明的OLED合金阴极性能优于单一金属阴极OLED器件，且可应用于透明OLED。此外，铝银合金阴极通过钨舟即可蒸镀，不仅降低了操作难度，而且使膜厚更加容易控制。

进一步，通过实验证明，将Ag/Al合金应用于透明OLED器件阴极时，阴极的厚度为75nm时，器件性能最佳。

本发明的透明OLED器件，在驱动电压为11V时，器件底发射和顶发射亮度的最大值分别为2459cd/m2和1729cd/m2。

【附图说明】

图1为本发明透明OLED合金阴极应用的器件结构示意图；

其中，1为玻璃基板，2为阳极，3为空穴注入层，4为空穴传输层，5为发光层，6为电子注入层，7为铝银合金阴极；

图2为本发明透明OLED合金阴极应用的器件低发射(即ITO玻璃面)时电压-发光亮度关系曲线；

图3为本发明透明OLED合金阴极应用的器件顶发射(即阴极合金面)时电压-发光亮度关系曲线；

图4为本发明OLED器件合金阴极的厚度不同时的透过率曲线图，我们可以看到使用一定厚度的铝银合金阴极，可使得OLED实现透明或者半透明。

【具体实施方式】

下面结合附图及实施例对本发明的作进一步详细说明。

一种透明OLED合金阴极，包括按质量分数：75-80％的Ag，25-20％的Al，其中，Ag的功函数为4.26ev，Al的功函数为4.28ev。Ag、Al金属采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

一种透明OLED合金阴极的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，Ag、Al原料准备：采用万分之一的电子天秤按质量比例Ag：Al＝75-80％：25-20％分别称取Ag、Al原料；

步骤二，石英玻璃管的准备：截取所需长度的石英玻璃管，采用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤三，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时采用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤四，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，高温烧结炉的温度是在2个小时内升至850℃，之后设定其在850℃保温3-4个小时，最后在室温下冷却5-6个小时即可。

图1本发明还包括一种OLED器件，该器件包括由下而上依次层叠于玻璃基板1上的阳极2、空穴注入层3、空穴传输层4、发光层5、电子注入层6和透明OLED合金阴极7；阳极2和透明OLED合金阴极7均连接有导线。

一种透明OLED器件的制备方法可以是真空蒸镀法、有机气相沉积法以及喷墨打印法等。

实施例1：

本实施例是一种透明OLED合金阴极，包括质量分数为75％的Ag和25％的Al。其中，Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

制备过程如下：

步骤1，Ag、Al原料准备：用万分之一的电子分析天秤按Ag：Al＝75％：25％的质量比例分别称取所需的Al丝、Ag颗粒；

步骤2，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤3，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤4，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，使用统一的PID控温，设定好所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出合金即可。

步骤5，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/2T-NATA/NPB/Alq₃/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用钨舟蒸镀70nm的银铝合金阴极。

实施例2：

本实施例是一种透明OLED合金阴极，包括质量分数为75％的Ag和25％的Al。其中，Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

制备过程如下：

步骤1，Ag、Al原料准备：用万分之一的电子分析天秤按Ag：Al＝75％：25％的质量比例分别称取所需的Al丝、Ag颗粒；

步骤2，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤3，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤4，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，使用统一的PID控温，设定好所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出合金即可。

步骤5，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/2T-NATA/NPB/Alq₃/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用钨舟蒸镀75nm的银铝合金阴极。

实施例3：

本实施例是一种透明OLED合金阴极，包括质量分数为75％的Ag和25％的Al。其中，Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

制备过程如下：

步骤1，Ag、Al原料准备：用万分之一的电子分析天秤按Ag：Al＝75％：25％的质量比例分别称取所需的Al丝、Ag颗粒；

步骤2，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤3，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤4，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，使用统一的PID控温，设定好所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出合金即可。

步骤5，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/2T-NATA/NPB/Alq₃/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用钨舟蒸镀80nm的银铝合金阴极。

实施例4：

本实施例是一种透明OLED合金阴极，包括质量分数为75％的Ag和25％的Al。其中，Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

制备过程如下：

步骤1，Ag、Al原料准备：用万分之一的电子分析天秤按Ag：Al＝75％：25％的质量比例分别称取所需的Al丝、Ag颗粒；

步骤2，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤3，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤4，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，使用统一的PID控温，设定好所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出合金即可。

步骤5，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/2T-NATA/NPB/Alq₃/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用钨舟蒸镀90nm的银铝合金阴极。

实施例5：

本实施例是一种透明OLED合金阴极，包括质量分数为75％的Ag和25％的Al。其中，Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

制备过程如下：

步骤1，Ag、Al原料准备：用万分之一的电子分析天秤按Ag：Al＝75％：25％的质量比例分别称取所需的Al丝、Ag颗粒；

步骤2，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤3，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤4，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，使用统一的PID控温，设定好所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出合金即可。

步骤5，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/2T-NATA/NPB/Alq₃/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用钨舟蒸镀100nm的银铝合金阴极。

参见图1，为验证本实例的效果，分别以上述不同实施例所制得的合金的不同厚度作为OLED器件的阴极材料，按图1的结构分别在ITO玻璃基板1上的阳极2通过控制温度蒸镀上空穴注入层2T-NATA 3、空穴传输层NPB 4、发光层Alq₃ 5、电子注入LiF 6，最后通过调节电流使蒸发舟里的合金阴极材料蒸镀到器件上，形成不同厚度的银铝合金阴极7，最终得到不同阴极的OLED器件，通过测试器件的电流、电压、发光光谱以及透过率等性能，对比观察合金阴极的性能。

参见图2，用不同厚度的Ag/Al合金作为阴极时，测试了器件的底发光模式下的亮度-电压图，即ITO玻璃面发光，可观察到不同厚度的器件的启亮电压均在4V左右。而比起单一金属(如Al)作为阴极，显然是合金阴极的发光性能更优一些。

图3为用不同厚度的Ag/Al合金作为阴极时，测试了器件的顶发光模式下的亮度-电压图，即合金阴极面发光，可以很直观的看到Ag/Al合金厚度为75nm时，器件的顶发光能力最佳，在驱动电压为11V时，器件最大亮度为1729cd/m²。而对于透明OLED而言，顶发射的发光性能至关重要。

参见图4，测试了在可见光范围内，OLED器件合金阴极的厚度不同时的透过率曲线图。可观察到，阴极厚度为75nm时，器件的透过率最好。

综上，将Ag/Al合金应用于透明OLED器件阴极时，阴极的厚度为75nm时，器件性能最佳。

实施例6：

本实施例是一种透明OLED合金阴极，包括质量分数为80％的Ag和20％的Al。其中，Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

制备过程如下：

步骤1，Ag、Al原料准备：用万分之一的电子分析天秤按Ag：Al＝80％：20％的质量比例分别称取所需的Al丝、Ag颗粒；

步骤2，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤3，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤4，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，使用统一的PID控温，设定好所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出合金即可。

步骤5，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/2T-NATA/NPB/Alq₃/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用钨舟蒸镀75nm的银铝合金阴极。

实施例7：

本实施例是一种透明OLED合金阴极，包括质量分数为78％的Ag和22％的Al。其中，Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

制备过程如下：

步骤1，Ag、Al原料准备：用万分之一的电子分析天秤按Ag：Al＝78％：22％的质量比例分别称取所需的Al丝、Ag颗粒；

步骤2，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤3，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤4，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，使用统一的PID控温，设定好所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出合金即可。

步骤5，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/2T-NATA/NPB/Alq₃/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用钨舟蒸镀70nm的银铝合金阴极。

实施例8：

本实施例是一种透明OLED合金阴极，包括质量分数为76％的Ag和24％的Al。其中，Al的功函数为4.28ev，Ag的功函数为4.26ev。采用真空熔融的方法在真空条件下于石英玻璃管内熔融后自然冷却形成。

制备过程如下：

步骤1，Ag、Al原料准备：用万分之一的电子分析天秤按Ag：Al＝76％：24％的质量比例分别称取所需的Al丝、Ag颗粒；

步骤2，反应器皿的准备：截取所需长度的石英玻璃管，用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的一端烧融密封，以供使用；

步骤3，原料的密封：将称好的Ag、Al原料放入一端封闭的石英玻璃管内，将石英玻璃管抽真空的同时用氧气和液化气的混合燃气将石英玻璃管的另一端烧融密封；

步骤4，合金阴极的制备：将密闭的装有原料的石英玻璃管放入高温烧结炉，使用统一的PID控温，设定好所需温度开始烧融原料使其混合，待烧融完成后自然冷却，取出合金即可。

步骤5，器件的制备：器件结构为Glass/ITO/2T-NATA/NPB/Alq₃/LiF/Ag：Al(3：1)，依次蒸镀好各有机功能层后，最后用钨舟蒸镀80nm的银铝合金阴极。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。