底发射OLEDs的ITO阳极构造研究进展

杨 燕 韩颖姝 裴亚芳

国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190

1 概述

OLEDs由于自身的优势，近年来在平面显示技术、固态照明等方面获得了迅速发展。典型的底部发射OLEDs一般包括衬底、透明阳极、有机层和金属阴极的多层结构。阳极在底发射OLEDs中起着极为重要的作用，阳极良好的导电性直接影响器件的I-V特性和驱动电压，与有机层之间功函数的匹配情况也会影响载流子注入的平衡性。考虑到载流子的注入效率问题，阳极和有机层的界面势垒要尽量减小，因此阳极的材料和构造对器件的性能具有直接的影响。由于氧化铟锡（ITO）具有高透明和高导电率，是目前OLED的首选阳极材料，但ITO属于非化学剂量学化合物，表面特性难以控制，且不同表面特性的ITO功函数不同，从而影响了OLEDs的器件性能。尽管已使用众多的其它材料来替代ITO作为阳极，但ITO仍是目前较常使用的阳极材料之一。因此，如何构造ITO来提高OLEDs的性能成为目前的研究热点之一。

2 ITO的表面构造

为了提高ITO与有机层之间的性能，使得所获得的OLEDs具有高的光提取效率以及均匀的发光效果，研究者们针对ITO的表面以及其自身形状进行了深入研究，以期获得高性能的OLEDs。

2.1 ITO表面粗糙化

表面粗糙化能够改变材料表面的化学成分以及表面形态等，从而影响材料的表面能，且其只改变ITO表面向有机层的空穴注入能力，并仍旧保持ITO膜内部较高的导电率。因此，是目前用于提高ITO与有机层之间接触性能的常用手段之一。

F.Li 等[1]采用王水对ITO 玻璃处理，使得ITO 表面形成粗糙的孔状结构，但粗糙的ITO 膜表面却增大了ITO 膜与有机物薄膜的接触面积，从而促进了从ITO 到有机物的空穴注入，改善了OLED 的性能。

Wu等[2]采用氧等离子对ITO与有机层的接触表面进行处理，从而使驱动电压从大于20V减低到小于10V，外部电致发光量子效率从0.28%提高到1%，在1000mA/cm2的最大亮度约10，000cd/m2。

除了上述处理方法之外，研究者们[3-4]还采用其他酸或碱以及惰性气体溅射和臭氧环境自外线等对ITO与有机层接触的表面进行处理。

2.2 ITO表面纳米结构

由于OLEDs有源层发出的光子会以三种模式进行耦合，即直接透射到空气中、在玻璃中形成全反射的模式以及在高折射率层中（ITO/有机材料结构），其中直接透射占20%，全反射模式占50%，高折射率层中的导波模式占50%。由于光子晶体晶格的多重散射产生光子禁带，光子禁带的存在限制了频率落在其中的横向模式在半导体中的传播，使得光只能沿着纵向辐射；且光子晶体作为表面光栅使用，能够将波导光提取出来。因此，在ITO阳极与有机层之间构造光子晶体结构已成为目前的研究热点之一。

Masayuki Fujita等[5]在ITO阳极与有机层临近的表面形成二维光子晶体结构以提取ITO/有机层内被捕获的光，与无二维光子晶体结构的OLEDs相比，光谱累积密度和峰值密度分别提高了20%和130%。

中国发明专利CN1472823 A[6]公开了一种阳极结构，使用众所周知的光蚀刻技术形成ITO层中的光栅图案，得到OLED显示器在环境亮度大于6，000lux，平均功率为每平方厘米显示面积100毫瓦或更低时，其环境对比度大于10。

3 ITO电极形状

通常OLEDs器件制作中，主要采用直接蒸镀或沉积形成整体的大面积阳极，但是由于大面积的阳极会使得电流聚集而产生大的电流强度，从而带来较强的电流聚集效应，大的电流将导致电极被烧坏，发生阴阳极短路以及发光不均匀等问题。目前，研究者们通过改变阳极形状而避免使用大面积的阳极，从而获得性能良好的底发射OLEDs。

中国发明专利CN101840998 A[7]公开了一种阳极结构，该阳极分裂为包括5个平行排列的分支阳极，阳极整体形成梳子状，从而分支阳极可以对阳极上的电流进行分流，相比较现有技术中阳极的整体设计，每个分支阳极上的分支电流大约为原电流的1/5，即使某分支阳极上产生电流聚集效应，聚集的电流强度也大大减弱。

Tae-Wook Koh等[8]在玻璃衬底上形成具有暴露出衬底的开口的网格状ITO电极，该开口具有倾斜侧壁，之后在该结构的整个表面依次形成高导电的PEDOT:PSS层、有机层和金属阴极，所获得的OLEDs器件的EQE（%）@J=40（mA/cm2）和功率效率（lm/W）@L=3000（cd/m2）分别为1. 70（1.25）和3. 42（1.27）。

4 结束语

除了上述对于ITO表面构造以及电极形状的研究之外，研究者们还采用在ITO与有机层之间增加其他层来优化ITO与有机层之间的性能。相信随着更多新技术的不断出现，ITO与有机层之间的性能将进一步提高，从而能够获得更多高性能的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·阿诺等. 中国专利，No: CN1472823 A，2004-02-04.

[7]曹绪文等. 中国专利，No: CN101840998 A，2010-09-22.

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