способ изготовления органического светоизлучающего диода

Формула изобретения

Органический светоизлучающий диод, содержащий несущую основу, выполненную в виде металлической или диэлектрической подложки с нанесенными на нее металлическим катодом, транспортными и электролюминесцентным органическими слоями и прозрачным анодом, отличающийся тем, что, с целью повышения уровня и равномерности инжекции носителей зарядов из электродов в транспортные и органические слои, на поверхностях электродов, обращенных к органическому материалу, с помощью электронно-лучевой литографии сформированы упорядоченные системы микроострий, расстояние между остриями 500 нм, плотность их размещения на поверхности 10⁷-10⁸ шт./см².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления органических светоизлучающих диодов (OLED) и может быть использовано при создании альтернативных источников освещения и OLED-дисплеев.

Известно органическое электролюминесцентное устройство [1], включающее в себя пакет органических слоев для генерации света, частично прозрачный верхний электрод и материал-основу с нанесенным на него проводящим подслоем металла в качестве нижнего электрода. Особенность рассматриваемого устройства заключается в том, что его большая площадь излучения обеспечивается набором большого количества фрагментов малой площади. Это обуславливает равномерное распределение яркости по всей площади излучающей поверхности, которое обеспечивает стабильные характеристики в течение срока службы.

Также известен способ изготовления органического светодиода [2] (ближайший аналог), включающий несущую основу, выполненную в виде стеклянной или пластмассовой подложки с размещенным на ней прозрачным слоем анода. На аноде расположен слой органического вещества с дырочной проводимостью (дырочно-транспортный слой), затем следуют органический излучающий (эмиссионный) слой, органический слой с электронной проводимостью (электронно-транспортный слой). Функцию электронно-транспортного слоя может одновременно выполнять эмиссионный слой. Поверх органических слоев расположен слой катода. Катод выполнен из композиционного материала, содержащего иттербий, допированный тулием или европием в количестве не менее 10%. Использование такого материала катода позволяет получить высокие технические характеристики прибора: напряжение включения составляет 4.3-4.6 В, рабочее напряжение при яркости 150 кд/м², что соответствует яркости работающего монитора, 4.5-5.5 В, эффективность свечения - 2.21-3.41 лм/Вт.

Существенным недостатком данного способа является то, что катод выполнен из экзотических и дорогостоящих металлов, что, несомненно, увеличит стоимость итогового изделия и сложность технологии его формирования.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключаются в реализации изделия, отвечающего современным требованиям по яркости свечения и рабочим характеристикам, при этом не усложняя технологию его изготовления.

Поставленная задача решается за счет использования в качестве катода для органического светодиода композиции: алюминий плюс материал с низкой работой выхода (например, Ва, Cs, Mg или LiF) с системой микроострий на поверхности, обращенной к органическому материалу. Анод выполняется на основе пленки ITO также с сформированной методом литографии системой микроострий, обращенных в сторону слоя органического материала.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображен общий вид заявленного устройства.

Устройство содержит подложку 1, на которую последовательно наносятся следующие слои: катод 2 с системой микроострий на поверхности; органические транспортные и электролюминесцентный слои 3; верхний электрод 4, выполненный из оптически прозрачного для сгенерированного светового излучения 5 оксида In₂O₃.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При пропускании тока в прямом направлении в органическом электролюминесцентном слое 3 происходит рекомбинация электронов и дырок, инжектирующих соответственно из слоев 2 и 4, которая сопровождается излучением квантов света 5. Яркость свечения диода определяется величиной потока инжектированных электронов из катода и дырок из анода. Так как механизм инжекции обусловлен эмиссией Шоттки (надбарьерная эмиссия) и термоавтоэлектронной эмиссией, то для повышения уровня и равномерности инжекции необходимо иметь малую высоту барьера на границе электрод - органический люминофор и наличие сильного электрического поля. В связи с этим на одном или обоих электродах создается система микроострий с определенной геометрией.

Предлагаемый способ изготовления органического светоизлучающего диода может быть осуществлен следующим образом. Тонкопленочная система слоев органического светодиода наносится в вакууме на металлическую или диэлектрическую подложку (медь, стекло, сапфир), имеющую 13-14 класс обработки. Перед нанесением тонкопленочных элементов подложка тщательно очищается путем последовательной промывки в ультразвуковой ванне, в моющей хромовой смеси и в очищенной воде. В вакууме 10^-5 мм рт.ст. при температуре подложки +300°С наносится слой алюминия толщиной 1500-2000 А методом термического испарения, затем слой металла с низкой работой выхода (Ва, Cs, Mg). Далее на поверхности нанесенного катода формируется упорядоченная система микроострий с помощью электронно-лучевой литографии. Расстояние между остриями 500 нм, плотность их размещения на поверхности 10⁷-10 ⁸ шт./см². Пленки органических слоев наносятся методом центрифугирования, заключающимся в накапывании раствора органического вещества на вращающуюся подложку, в результате чего получается равномерная пленка заданной толщины, покрывающая всю подложку. Последним этапом является нанесение прозрачного электропроводящего слоя оксида индия, допированного оловом (ITO) толщиной 2500 А методом магнетронного распыления мишени.

Список использованных источников

1. Янг Э.В.А., Бернер Х.Ф. Органическое электролюминесцентное устройство. Патент РФ № 2414018 на изобретение по заявке № 2008129758/28 от 08.12.2006. Опубл. в БИ № 7 от 10.03.2011.

2. Бочкарев М.Н., Каткова М.А., Ильичев В.А. Органический светоизлучающий диод. Патент РФ № 2352028 на изобретение по заявке № 2007143118/28 от 23.11.2007. Опубл. в БИ № 10 от 10.04.2009.