底發射OLEDs的ITO陽極構造研究進展

楊 燕 韓穎姝 裴亞芳

國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京 100190

1 概述

OLEDs由于自身的優勢，近年來在平面顯示技術、固態照明等方面獲得了迅速發展。典型的底部發射OLEDs一般包括襯底、透明陽極、有機層和金屬陰極的多層結構。陽極在底發射OLEDs中起著極為重要的作用，陽極良好的導電性直接影響器件的I-V特性和驅動電壓，與有機層之間功函數的匹配情況也會影響載流子注入的平衡性。考慮到載流子的注入效率問題，陽極和有機層的界面勢壘要盡量減小，因此陽極的材料和構造對器件的性能具有直接的影響。由于氧化銦錫（ITO）具有高透明和高導電率，是目前OLED的首選陽極材料，但ITO屬于非化學劑量學化合物，表面特性難以控制，且不同表面特性的ITO功函數不同，從而影響了OLEDs的器件性能。盡管已使用眾多的其它材料來替代ITO作為陽極，但ITO仍是目前較常使用的陽極材料之一。因此，如何構造ITO來提高OLEDs的性能成為目前的研究熱點之一。

2 ITO的表面構造

為了提高ITO與有機層之間的性能，使得所獲得的OLEDs具有高的光提取效率以及均勻的發光效果，研究者們針對ITO的表面以及其自身形狀進行了深入研究，以期獲得高性能的OLEDs。

2.1 ITO表面粗糙化

表面粗糙化能夠改變材料表面的化學成分以及表面形態等，從而影響材料的表面能，且其只改變ITO表面向有機層的空穴注入能力，并仍舊保持ITO膜內部較高的導電率。因此，是目前用于提高ITO與有機層之間接觸性能的常用手段之一。

F.Li 等[1]采用王水對ITO 玻璃處理，使得ITO 表面形成粗糙的孔狀結構，但粗糙的ITO 膜表面卻增大了ITO 膜與有機物薄膜的接觸面積，從而促進了從ITO 到有機物的空穴注入，改善了OLED 的性能。

Wu等[2]采用氧等離子對ITO與有機層的接觸表面進行處理，從而使驅動電壓從大于20V減低到小于10V，外部電致發光量子效率從0.28%提高到1%，在1000mA/cm2的最大亮度約10，000cd/m2。

除了上述處理方法之外，研究者們[3-4]還采用其他酸或堿以及惰性氣體濺射和臭氧環境自外線等對ITO與有機層接觸的表面進行處理。

2.2 ITO表面納米結構

由于OLEDs有源層發出的光子會以三種模式進行耦合，即直接透射到空氣中、在玻璃中形成全反射的模式以及在高折射率層中（ITO/有機材料結構），其中直接透射占20%，全反射模式占50%，高折射率層中的導波模式占50%。由于光子晶體晶格的多重散射產生光子禁帶，光子禁帶的存在限制了頻率落在其中的橫向模式在半導體中的傳播，使得光只能沿著縱向輻射；且光子晶體作為表面光柵使用，能夠將波導光提取出來。因此，在ITO陽極與有機層之間構造光子晶體結構已成為目前的研究熱點之一。

Masayuki Fujita等[5]在ITO陽極與有機層臨近的表面形成二維光子晶體結構以提取ITO/有機層內被捕獲的光，與無二維光子晶體結構的OLEDs相比，光譜累積密度和峰值密度分別提高了20%和130%。

中國發明專利CN1472823 A[6]公開了一種陽極結構，使用眾所周知的光蝕刻技術形成ITO層中的光柵圖案，得到OLED顯示器在環境亮度大于6，000lux，平均功率為每平方厘米顯示面積100毫瓦或更低時，其環境對比度大于10。

3 ITO電極形狀

通常OLEDs器件制作中，主要采用直接蒸鍍或沉積形成整體的大面積陽極，但是由于大面積的陽極會使得電流聚集而產生大的電流強度，從而帶來較強的電流聚集效應，大的電流將導致電極被燒壞，發生陰陽極短路以及發光不均勻等問題。目前，研究者們通過改變陽極形狀而避免使用大面積的陽極，從而獲得性能良好的底發射OLEDs。

中國發明專利CN101840998 A[7]公開了一種陽極結構，該陽極分裂為包括5個平行排列的分支陽極，陽極整體形成梳子狀，從而分支陽極可以對陽極上的電流進行分流，相比較現有技術中陽極的整體設計，每個分支陽極上的分支電流大約為原電流的1/5，即使某分支陽極上產生電流聚集效應，聚集的電流強度也大大減弱。

Tae-Wook Koh等[8]在玻璃襯底上形成具有暴露出襯底的開口的網格狀ITO電極，該開口具有傾斜側壁，之后在該結構的整個表面依次形成高導電的PEDOT:PSS層、有機層和金屬陰極，所獲得的OLEDs器件的EQE（%）@J=40（mA/cm2）和功率效率（lm/W）@L=3000（cd/m2）分別為1. 70（1.25）和3. 42（1.27）。

4 結束語

除了上述對于ITO表面構造以及電極形狀的研究之外，研究者們還采用在ITO與有機層之間增加其他層來優化ITO與有機層之間的性能。相信隨著更多新技術的不斷出現，ITO與有機層之間的性能將進一步提高，從而能夠獲得更多高性能的OLEDs器件。

[1]Li F，et al. Applied physics letters，1997，70（20）:2747 -2749.

[2]C. C. Wu，et al. Applied physics letters，1997，70（11）:1348-1350.

[3]Mason M G，et al. Journal of applied physics，1999，86（3）：1688 - 1692.

[4]Le O T，et aI . Applied physics letters，1999，75（10）：1357-1359.

[5]Masayuki Fujita，et al. Japanese journal of applied physics，2005，44（6A）：3669-3677.

[6]A·D·阿諾等. 中國專利，No: CN1472823 A，2004-02-04.

[7]曹緒文等. 中國專利，No: CN101840998 A，2010-09-22.

[8]Tae-Wook Koh，et al. Advanced materials，2010，22：1849-1853.