具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法
专利名称：具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，属有机电致发 光材料及发光器件的设计与制备的技术领域。
背景技术：
有机发光二极管OLED，由于具有发光亮度高、易于实现大面积彩色平板显 示、低电压直流驱动，易与集成电路匹配，而且具有全固化、视角宽、颜色丰富、 自主发光等优点，在平板显示和照明领域具有十分广泛的应用前景，目前三基色 的红、绿、蓝有机电致发光二极管已有产品问世，但器件寿命短、效率低，使推 广应用受到一定局限，要解决这一问题， 一方面开发性能优良的发光材料，另一 方面是改善器件结构。
目前，有机电致发光二极管的结构有多种形式，在早期的单层OLED器件 里，因注入的电子或空穴在此层的输运能力相差很大，导致器件的发光效率不佳， 后来的双层、三层式结构，由于改善了载流子的注入、输运与复合，使器件效率 得到有效提高，但器件效率仍然偏低，后来在器件中加入缓冲层，减少空穴注入， 或加入空穴阻隔层，将多余的空穴限制在发光区内，但这种技术需要性能优良的 缓冲层或阻隔层材料的支撑，会增加器件的制作成本，也使启亮电压升高；有的 采用光学微腔结构，利用微腔共振效应使器件效率提升，但这种结构制备工艺复 杂，而且发光强度和发光颜色随视角而改变。
目前，有机电致发光二极管的叠层结构界面均是平直界面，通常OLED中 使用的输运材料，空穴比电子有较好的输运能力，所以在双层或三层OLED中， 必须利用能级结构将空穴和电子限制在空穴传输层和发光层的界面附近，复合而 发光，由于界面处过剩的空穴在发光区域产生阳离子自由基，造成荧光淬灭，使 器件寿命变短。
发明内容
发明目的
本发明的目的就是针对背景技术的不足，设计一种新型的有机电致发光二极 管，改变目前发光二极管的平直形界面结构，将发光二极管的叠层界面变成矩形 槽状穿插交互结构，以改变空穴传输层、发光层、阴极层的联接形式，扩大载流 子的复合界面、金属阴极层与发光层的接触界面，提高电子注入，平衡空穴和电 子在界面处的数量，减少阳离子自由基产生，增加载流子复合几率，达到降低启 亮电压，提高发光亮度和效率的目的。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为铝、8-羟基喹啉铝、N,N'二(l-萘基)-N，N'-二苯基-l,l'-联苯-4,4'-二胺、盐酸、丙酮、无水乙醇、锌、去离子水、不锈钢板、 导电玻璃、氧化铟锡、透明胶带以克，毫升，毫米为计量单位
铝Al 5g士0.01g 8-羟基喹啉铝Alq3 2g土0.01g
N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l，l'-联苯-4,4'-二胺NPB C44H32N2 0.5g± O.Olg
盐酸HC1 100ml士5ml
丙酮CH3COCH3 200ml ±5ml
无水乙醇CH3CH2OH 1000ml ± 5ml
锌Zn 5g土0.1g
去离子水H20 2000ml ± 5ml
不锈钢板228x70x1mm
不锈钢板30x9x1mm
导电玻璃40x40x1mm
氧化铟锡ITO
透明胶带200x45x0.08mm
穿插交互结构绿光二极管为5层结构，由基层、阳极层、空穴传输层、绿光 发光层、阴极层组成；在基层导电玻璃上部为阳极层氧化铟锡，在阳极层上部为 空穴传输层N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1，1'-联苯-4,4'-二胺，在空穴传输层上部
为绿光发光层8-羟基喹啉铝，在绿光发光层上部为阴极层铝；阴极层为单向穿插 槽、发光层为双向穿插槽、传输层为单向穿插槽、阳极层为双平面层、基层为双 平面层。
制备方法如下
(1) 精选化学物质 对制备所需的化学物质材料要进行精选，并进行纯度、细度、精度控制 铝固态粉体99.99%粉体粒径《38nm
8-羟基喹啉铝固态粉体99.99%粉体粒径《38pm
N,N'-二(l-萘基)-N，N'-二苯基-l,l'-联苯-4，4'-二胺固态粉体99.99%粉体 粒径《38nm
盐酸液态液体浓度35%
丙酮液态液体99.5%
无水乙醇液态液体99.5%
锌固态粉体99.5%
去离子水液态液体 99.99%
不锈钢板表面粗糙度Ra0.032-0.064.um
不锈钢板表面粗糙度Ra0.032-0.064iam
导电玻璃固态固体透射率95% 氧化铟锡固态薄膜方阻20Q/口 透明胶带无色透明
(2) 制作主掩膜板
① 主掩膜板用不锈钢材料制作，外形尺寸为228x70xlmm，周边圆滑，上、 下平面表面粗糙度Ra0.032-0.064pm;
② 激光切制矩形大掩膜槽80x20xlmm，槽内周边圆滑； 激光切制矩形小掩膜槽四个12x4xlmm，槽内周边圆滑；
(3) 制作副掩膜板
①副掩膜板用不锈钢材料制作，外形尺寸30x9xlmm，周边圆滑，上、下平 面表面粗糙度Ra0.032-0.064nm;
②激光切制四个矩形掩膜槽，每个尺寸为20x0.7xlmm，槽内周边圆滑；
(4) 超声清洗主、副掩膜板
① 将主、副掩膜板置于超声波清洗器内，放入无水乙醇400ml;
② 开启超声清洗器清洗，清洗时间10min;
③ 清洗后晾干；
(5) 刻蚀、清洗、烘干导电玻璃+氧化铟锡
① 用去离子水500ml清洗导电玻璃，然后晾干；
② 将导电玻璃氧化铟锡面确定为正面；
③ 用45x45x0.08mm透明胶带粘贴导电玻璃正面；
④ 在导电玻璃边缘12mm处平行划割40x2mm胶带，并揭去，在另一侧12mm 处平行划割40x2mm胶带，并揭去；
⑤ 配制刻蚀液，将盐酸50ml置于烧杯中，加入锌5g，成盐酸+锌刻蚀液；
⑥ 将贴有透明胶带的导电玻璃置于烧杯中，并浸没刻蚀两处40x2mm部位， 时间为5min土0.2min;
⑦ 刻蚀后取出导电玻璃，用去离子水冲洗；
⑧ 揭去透明胶带；
⑨ 超声清洗刻蚀后的导电玻璃三次；
将刻蚀后的导电玻璃置于超声波清洗器中，加入无水乙醇50ml，超声清洗 10min;
将导电玻璃再次置于超声波清洗器中，加入丙酮50ml，超声清洗10min; 将导电玻璃再次置于超声波清洗器中，加入去离子水50ml，超声清洗 10min;
⑩ 将清洗后的导电玻璃置于真空干燥箱中烘干，真空度50KPa,干燥温度40 °C ±2°C ，干燥时间20rnin土 lmin;
(6) 真空蒸镀、制备穿插交互结构绿光二极管，图8所示
① 置放导电玻璃
将导电玻璃置于基片支架中部凹槽内，导电玻璃氧化铟锡面向下；
② 配置主、副掩膜板
在主掩膜板的大掩膜槽内置放副掩膜板，并定位，然后用二条透明胶带粘贴， 使主、副掩膜板固牢;
③ 置放主、副掩膜板
打开真空蒸镀炉，将主、副掩膜板置于转盘下的四个吊杆下方固定；
④ 按用量分别置放蒸镀材料铝、8-羟基喹啉铝、N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基 -1，1'-联苯-4,4'-二胺于蒸镀炉底部的左、右坩埚中；
⑤ 真空离子轰击
关闭蒸镀炉并密封，开启机械真空泵，抽取炉内真空，抽真空时间5min士 lmin，炉内真空度为15Pa;
开启轰击电流控制器，电流为50mA，轰击导电玻璃、主、副掩膜板，轰击 时间10min士lmin，以提高阳极功函数；
⑥ 开启分子真空泵，使炉内真空度持续保持在《0.002Pa;
⑦ 开启蒸镀炉加热器，炉腔温度由2(TC升至50°C±2°C;
⑧ 开启转盘、吊杆、电机，使其转动，主、副掩膜板随之转动，转数为20r/min;
⑨ 开启测厚仪、石英测厚探头；
⑩ 蒸镀二极管膜层
I 、蒸镀空穴传输层N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-U'-联苯-4,4'-二胺 将主掩膜板上大掩膜槽中没有粘贴副掩膜板的部分通过转盘、转换挡块对准
导电玻璃，开启盛有N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l,l'-联苯-4，4'-二胺的坩埚，使 其升温至29(TC士10。C， N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1，1'-联苯-4,4'-二胺气态分 子在导电玻璃正面掩膜槽内沉积生长，成平面层，厚度为23nm士0.2nm;然后将 主掩膜板内的副掩膜板的四个掩膜槽通过转盘、转换挡块对准导电玻璃，蒸镀传 输层穿插凸槽，厚度为7nm±0.2nm，空穴传输层整体厚度为30nm士0.2nm;
II 、蒸镀绿光发光层8-羟基喹啉铝
将主掩膜板上大掩膜槽中没有粘贴副掩膜板的部分通过转盘、转换挡块对准 导电玻璃，开启盛有8-羟基喹啉铝的坩埚，使其升温至27(TC土1(TC， 8-羟基喹 啉铝气态分子在空穴传输层上沉积生长，成双面穿插结构层，即三个穿插凹 槽，四个穿插凸槽，凸、凹槽厚度均为7nm±0.2nm，发光层整体厚度为37nrn 士0.2nm;
III、蒸镀阴极层铝
将主掩膜板上的小掩膜槽通过转盘、转换挡块对准导电玻璃正面，开启盛有 铝的坩埚，使其升温至沸点温度2250°C±10°C，铝气态分子在发光层上沉积生 长，成单面穿插结构层，gp:三个阴极穿插凸槽，厚度为7nm±0.2nm，然后 蒸镀阴极层的平面层，阴极层成单面穿插结构层，阴极层整体厚度为30nm± 0.2nrn;
在制备过程中，石英测厚探头测量蒸镀厚度，并由显示屏显示其厚度值；
在制备过程中，坩埚内N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l,r-联苯-4,4'-二胺、8-羟基喹啉铝，在炉腔真空度为《0.002Pa 、炉腔温度50。C士2。C状态下，将发生 形态变化，由固态一气态一固态；
在制备过程中，坩埚内的铝，在炉腔真空度为《0.002Pa、炉腔温度5(TC土2 "C状态下，将发生形态变化，由固态一液态一气态一固态；
在制备过程中，蒸镀材料在导电玻璃阳极层氧化铟锡上进行气相沉积，薄膜 生长，生成产品，即穿插交互结构绿光二极管；
铝气相沉积速率为0.2-0.3nm/s;
^^_二(1_萘基)_^^_二苯基-1,1'_联苯_4，4'-二胺、8-羟基喹啉铝气相沉积速 率为0.1-0.2nm/s;
真空状态下随炉冷却
关闭蒸镀炉加热器、坩埚加热器，在真空状态下，使炉内温度由50。C土2。C 冷却至20。C士2。C;
⑩收集产品穿插交互结构绿光二极管
关闭真空分子泵、真空机械泵，打开蒸镀炉，取出导电玻璃，即产品穿插 交互结构绿光二极管；
(7) 切制、成型产品
将导电玻璃取下，激光切制成型二极管器件，成穿插交互结构绿光二极管；
(8) 检测、分析、表征 对制备的穿插交互结构绿光二极管的电学性能、发光亮度、色纯度、色坐标
进行测试；
用ST-900M型光度计进行发光亮度测量；
用SPR-920D型光谱辐射分析仪进行色坐标、色纯度及电致发光光谱测量；
用2400数字源表进行电学性能测量； (9)封装储存
对制备的穿插交互结构绿光二极管用环氧树脂材料封装，密闭避光储存，阴 凉、干燥、洁净环境，防水、防潮、防氧化、防酸碱盐侵蚀，温度20'C土2'C， 相对湿度《15%。
所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是在真空蒸镀炉中进行的，真空蒸镀 炉31下部为控制台32，真空蒸镀炉31内为蒸镀腔33，蒸镀腔33内顶部为石英 测厚探头34，底部为原料坩埚29、 30、 49、 50;蒸镀腔33内设有蒸镀架39， 蒸镀架39四周由支杆35、 36、 37、 38支撑并联接控制台32，在蒸镀架39上部 设有转盘40，转盘40通过导轮53、 54与蒸镀架39联接，转盘40中下部设有 吊杆41、 42、 43、 44，吊杆41、 42、 43、 44上部设有基片支架20，下部设置主 掩膜板21及其上的副掩膜板24，基片支架20上置放导电玻璃1，主掩膜板21 左部与转换挡块48转换联接，转换挡块48联接下部的档杆47，档杆47固定在 控制台32上；控制台32上设有液晶显示屏51，并显示蒸镀数据，控制台32上 部并排设有控制器52，操纵各功能动作，控制台32下部设有真空机械泵56、真 空分子泵57，并由控制器52控制；转盘40做正、反向转动；坩埚29、 49、 50 内置放铝、8-羟基喹啉铝、N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1,1'-联苯-4，4'-二胺固体 粉末；观察窗55观察炉腔33内蒸镀转换状况。
所述的穿插交互结构绿光二极管的制备，是以导电玻璃为基层，以氧化铟锡 ITO为阳极层，以N，N'-二(l-萘萄-N，N'-二苯基-1,1'-联苯-4,4'-二胺为空穴传输层， 以8-羟基喹啉铝为绿光发光层，以铝为阴极层，以盐酸、锌为导电玻璃刻蚀剂， 以丙酮、无水乙醇、去离子水为超声清洗剂，以不锈钢板为主、副掩膜板，以透 明胶带为粘结带。
所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是在真空蒸镀炉炉腔内进行的、真空 度为《0.002Pa、温度为50°C±2°C、 ^]^'-二(1-萘基)-^[^陽二苯基-1,1'隱联苯-4,4'-二胺升华温度为290°C±10°C， 8-羟基喹啉铝升华温度为270°C±10°C，铝蒸镀
沸点温度为2250°C±10°C。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，绿光二极管采用穿插交互结构设 计，基层导电玻璃层、阳极层氧化铟锡层均为双平面层，空穴传输层N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l，l'-联苯-4,4'-二胺层为单平面层，其上部设有穿插凸槽，绿光 发光层8-羟基喹啉铝层为双凸、凹槽层，上部为凸槽，下部为凹槽，阴极层铝层 为单平面层，下部为穿插凸槽，上部为平面，各部凸槽与凹槽对应吻合、穿插交 互，形成膜层，这种穿插交互结构可增大载流子的复合界面及金属阴极层与发光 层的接触界面，提高电子注入、平衡空穴和电子在界面处的数量，增加载流子复 合几率，降低二极管启亮电压，提高发光效率，穿插交互结构凸、凹膜层的形成 是由主、副掩膜板交互位移形成的，副掩膜板上掩膜槽透过或遮盖形成凸、凹槽 型，膜层生成是在真空蒸镀腔内，在《0.002Pa的真空状态下、在5(TC腔温下通 过原料分子固态一气态一固态的形态转化、气相沉积、生成膜层，此制备方法工 艺流程短、制作成本低、发光效率高，比现有技术提高70%、启亮电压低，为 2.7V、绿光色纯度好，为0.4829、色坐标为x=0.2707， "0.5267,是十分理想的穿 插交互结构绿光二极管的制备方法，填补了此类产品结构的科研空白。
图1为制备工艺流程图
图2为穿插交互结构绿光二极管结构图
图3为主掩膜板主视图
图4为主掩膜板俯视图
图5为副掩膜板主视图
图6为副掩膜板俯视图
图7为主、副掩膜板固定状态图
图8为穿插交互结构绿光二极管蒸镀状态图
图9为穿插交互结构绿光二极管电致发光光谱
图IO为穿插交互结构绿光二极管电流密度一电压坐标关系图
图11为穿插交互结构绿光二极管流明效率一电流密度坐标关系图 图12为穿插交互结构绿光二极管色坐标图 图中所示，附图标记清单如下
1、基层导电玻璃，2、阳极层氧化铟锡，3、空穴传输层NPB, 4、绿光 发光层8-羟基喹啉铝，5、阴极层铝，6、传输层穿插凸槽，7、传输层穿插凸槽， 8、传输层穿插凸槽，9、传输层穿插凸槽，10、发光层穿插凹槽，11、发光层穿 插凹槽，12、发光层穿插凹槽，13、发光层穿插凸槽，14、发光层穿插凸槽，15、 发光层穿插凸槽，16、发光层穿插凸槽，17、阴极层穿插凸槽，18、阴极层穿插 凸槽，19、阴极层穿插凸槽，20、基片支架，21、主掩膜板，22、大掩膜槽，23、 小主掩膜板，24、副掩膜板，25、掩膜槽，26、掩膜槽，27、掩膜槽，28、掩膜 槽，29、坩埚，30、坩埚，31、蒸镀炉，32、控制台，33、蒸镀腔，34、石英测 厚探头，35、支杆，36、支杆，37、支杆，38、支杆，39、蒸镀架，40、转盘， 41、吊杆，42、吊杆，43、吊杆，44、吊杆，45、 转动杆，46、电机，47、 档 杆，48、转换挡块，49、坩埚，50、坩埚，51、液晶显示屏，52、控制器，53、 导轮，54、导轮，55、观察窗，56、真空机械泵，57、真空分子泵，58、透明 胶带，59、透明胶带。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明做进一步说明-
图1所示，为制备工艺流程图，要严格按制备工艺参数进行，按步骤操作。
制备所需的化学物质的量值，是在预先设置的范围内确定的，以克、毫升、 毫米、微米、纳米为计量单位，当工业化制备时，以千克、升、毫米、微米、纳 米为计量单位，其绿光二极管的平面层、凸凹层厚度均以纳米为计量单位。
制备所需的N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l,l'-联苯-4，4'-二胺、8-羟基喹啉铝、 铝要严格称量，并进行细度、纯度控制，不得有杂质介入，以防生成副产物，在 蒸镀过程中，均是在真空度为《0.002Pa状态下进行的，并进行形态转换，艮P; 固态一气态一固态、固态一液态一气态一固态。
图2所示，为穿插交互结构绿光二极管结构图，此二极管共5层，第l层为 基层，即双平面玻璃层，第1层上部为第2层，双平面阳极层，即氧化铟锡层，
第2层上部为第3层，单平面+凸槽空穴传输层，即N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基 -1，1'-联苯-4,4'-二胺层，由穿插凸槽6、 7、 8、 9组成；第3层上部为第4层，凸 槽+凹槽绿光发光层，即8-羟基喹啉铝层，由穿插凹槽10、 11、 12、凸槽13、 14、 15、 16组成；第4层上部为第5层，单平面+凸槽层，即铝层，由凸槽17、 18、 19+平面组成，各凸、凹槽对应吻合、穿插交互、与平面层结合，形成阴、 阳极电路回路。
图3、 4所示，为主掩膜板结构图，主掩膜板21用不锈钢材料制作，上下面 平行，外形及槽内周边圆滑，表面粗糙度为Ra0.032—0.064pm,中间设有大掩膜 槽22，右部设有4个小掩膜槽23。
图5、 6所示，为副掩膜板结构图，副掩膜板24用不锈钢材料制作，上下面 平行，外形及槽内周边圆滑，表面粗糙度为Ra0.032—0.064pm,中间设有4个尺 寸一样的矩形掩膜槽25、 26、 27、 28。
图7所示，为主、副掩膜板固定状态图，主掩膜板21的大掩膜槽22内安装 副掩膜板24，并用透明胶带58、 59固定。
图8所示，为穿插交互结构绿光二极管蒸镀状态图，蒸镀是在蒸镀炉31内 的蒸镀腔33内完成的，转盘40、吊杆41、 42、 43、 44联接主、副掩膜板21、 24，并由转换挡块48、档杆47推动主、副掩膜板往返位移置换，凸、凹槽及平 面蒸镀转换由转换挡块48的三角形凸轮完成，转盘40的转动由转动杆45、电 机46完成。
蒸镀架39装在炉腔内控制台32上部，由支杆35、 36、 37、 38支撑。 基片支架20上的导电玻璃1要正面向下，位置正确。 坩埚29、 49、 50内的原材料粉末要按序升温、降温。 石英测厚探头34测量膜层厚度，并由液晶显示屏51显示。 观察窗55观察蒸镀状态。
蒸镀温度、厚度、真空度、步骤均由控制器52控制，液晶显示屏51显示。 图9所示，为穿插交互结构绿光二极管电致发光光谱，纵坐标为相对强度，横坐标为波长nm，图中可知绿光二极管电致光谱主峰位于507.8nm处。
图IO所示，为穿插交互结构绿光二极管电流密度一电压坐标关系图，图中可知纵坐标为电流密度mA/cm 横坐标为电压V，穿插交互结构绿光二极管电流
密度与电压变化成正比，表现出二极管整流特性。
图11所示，为穿插交互结构绿光二极管流明效率一电流密度坐标关系图， 图中可知纵坐标为流明效率cd/A，横坐标为电流密度mA/cm2，穿插交互结构 绿光二极管流明效率达到57cd/A，并且能够保持稳定。
图12所示，为色坐标图，图中可知色坐标为x=0.2707， y=0.5267，位 于绿光区，色纯度为0.4829。
权利要求
1.具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，其特征在于使用的化学物质材料为铝、8-羟基喹啉铝、N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺、盐酸、丙酮、无水乙醇、锌、去离子水、不锈钢板、导电玻璃、氧化铟锡、透明胶带以克，毫升，毫米为计量单位铝Al5g±0. 01g8-羟基喹啉铝Alq32g±0.01gN，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺NPB C44H32N20.5g±0.01g盐酸HCl100ml±5ml丙酮CH3COCH3200ml±5ml无水乙醇CH3CH2OH1000ml±5ml锌Zn5g±0. 1g去离子水H2O2000ml±5ml不锈钢板228×70×1mm不锈钢板30×9×1mm导电玻璃40×40×1mm氧化铟锡ITO透明胶带200×45×0.08mm制备方法如下(1)精选化学物质对制备所需的化学物质材料要进行精选，并进行纯度、细度、精度控制铝固态粉体99. 99％粉体粒径≤38μm8-羟基喹啉铝固态粉体99.99％粉体粒径≤38μmN，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺固态粉体99.99％粉体粒径≤38μm盐酸液态液体浓度35％丙酮液态液体99.5％无水乙醇液态液体99.5％锌固态粉体99. 5％去离子水液态液体99.99％不锈钢板表面粗糙度Ra0.032-0.064μm不锈钢板表面粗糙度Ra0.032-0.064μm导电玻璃固态固体透射率95％氧化铟锡固态薄膜方阻20Ω/□透明胶带无色透明(2)制作主掩膜板①主掩膜板用不锈钢材料制作，外形尺寸为228×70×1mm，周边圆滑，上、下平面表面粗糙度Ra0.032-0.064μm；②激光切制矩形大掩膜槽80×20×1mm，槽内周边圆滑；激光切制矩形小掩膜槽四个12×4×1mm，槽内周边圆滑；(3)制作副掩膜板①副掩膜板用不锈钢材料制作，外形尺寸30×9×1mm，周边圆滑，上、下平面表面粗糙度Ra0.032-0.064μm；②激光切制四个矩形掩膜槽，每个尺寸为20×0.7×1mm，槽内周边圆滑；(4)超声清洗主、副掩膜板①将主、副掩膜板置于超声波清洗器内，放入无水乙醇400ml；②开启超声清洗器清洗，清洗时间10min；③清洗后晾干；(5)刻蚀、清洗、烘干导电玻璃+氧化铟锡①用去离子水500ml清洗导电玻璃，然后晾干；②将导电玻璃氧化铟锡面确定为正面；③用45×45×0. 08mm透明胶带粘贴导电玻璃正面；④在导电玻璃边缘12mm处平行划割40×2mm胶带，并揭去，在另一侧12mm处平行划割40×2mm胶带，并揭去；⑤配制刻蚀液将盐酸50ml置于烧杯中，加入锌5g，成盐酸+锌刻蚀液；⑥将贴有透明胶带的导电玻璃置于烧杯中，并浸没刻蚀两处40×2mm部位，时间为5min±0.2min；⑦刻蚀后取出导电玻璃，用去离子水冲洗；⑧揭去透明胶带；⑨超声清洗刻蚀后的导电玻璃三次；将刻蚀后的导电玻璃置于超声波清洗器中，加入无水乙醇50ml，超声清洗10min；将导电玻璃再次置于超声波清洗器中，加入丙酮50ml，超声清洗10min；将导电玻璃再次置于超声波清洗器中，加入去离子水50ml，超声清洗10min；⑩将清洗后的导电玻璃置于真空干燥箱中烘干，真空度50KPa，干燥温度40℃±2℃，干燥时间20min±1min；(6)真空蒸镀、制备穿插交互结构绿光二极管，图8所示①置放导电玻璃将导电玻璃置于基片支架中部凹槽内，导电玻璃氧化铟锡面向下；②配置主、副掩膜板在主掩膜板的大掩膜槽内置放副掩膜板，并定位，然后用二条透明胶带粘贴，使主、副掩膜板固牢；③置放主、副掩膜板打开真空蒸镀炉，将主、副掩膜板置于转盘下的四个吊杆下方固定；④按用量分别置放蒸镀材料铝、8-羟基喹啉铝、N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺于蒸镀炉底部的左、右坩埚中；⑤真空离子轰击关闭蒸镀炉并密封，开启机械真空泵，抽取炉内真空，抽真空时间5min±1min，炉内真空度为15Pa；开启轰击电流控制器，电流为50mA，轰击导电玻璃、主、副掩膜板，轰击时间10min±1min，以提高阳极功函数；⑥开启分子真空泵，使炉内真空度持续保持在≤0.002Pa；⑦开启蒸镀炉加热器，炉腔温度由20℃升至50℃±2℃；⑧开启转盘、吊杆、电机，使其转动，主、副掩膜板随之转动，转数为20r/min；⑨开启测厚仪、石英测厚探头；⑩蒸镀二极管膜层I、蒸镀空穴传输层N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺将主掩膜板上大掩膜槽中没有粘贴副掩膜板的部分通过转盘、转换挡块对准导电玻璃，开启盛有N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺的坩埚，使其升温至290℃±10℃，N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺气态分子在导电玻璃正面掩膜槽内沉积生长，成平面层，厚度为23nm±0.2nm；然后将主掩膜板内的副掩膜板的四个掩膜槽通过转盘、转换挡块对准导电玻璃，蒸镀传输层穿插凸槽，厚度为7nm±0.2nm，空穴传输层整体厚度为30nm±0.2nm；II、蒸镀绿光发光层8-羟基喹啉铝将主掩膜板上大掩膜槽中没有粘贴副掩膜板的部分通过转盘、转换挡块对准导电玻璃，开启盛有8-羟基喹啉铝的坩埚，使其升温至270℃±10℃，8-羟基喹啉铝气态分子在空穴传输层上沉积生长，成双面穿插结构层，即三个穿插凹槽，四个穿插凸槽，凸、凹槽厚度均为7nm±0.2nm，发光层整体厚度为37nm±0.2nm；III、蒸镀阴极层铝将主掩膜板上的小掩膜槽通过转盘、转换挡块对准导电玻璃正面，开启盛有铝的坩埚，使其升温至沸点温度2250℃±10℃，铝气态分子在发光层上沉积生长，成单面穿插结构层，即三个阴极穿插凸槽，厚度为7nm±0.2nm，然后蒸镀阴极层的平面层，阴极层成单面穿插结构层，阴极层整体厚度为30nm±0.2nm；在制备过程中，石英测厚探头测量蒸镀厚度，并由显示屏显示其厚度值；在制备过程中，坩埚内N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺、8-羟基喹啉铝，在炉腔真空度为≤0.002Pa、温度50℃±2℃状态下，将发生形态变化，由固态—气态—固态；在制备过程中，坩埚内的铝，在炉腔真空度为≤0.002Pa、温度50℃±2℃状态下，将发生形态变化，由固态—液态—气态—固态；在制备过程中，蒸镀材料在导电玻璃阳极层氧化铟锡上进行气相沉积，薄膜生长，生成产品，即穿插交互结构绿光二极管；铝气相沉积速率为0.2-0.3nm/s；N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺、8-羟基喹啉铝气相沉积速率为0.1-0.2nm/s；真空状态下随炉冷却关闭蒸镀炉加热器、坩埚加热器，在真空状态下，使炉内温度由50℃±2℃冷却至20℃±2℃；收集产品穿插交互结构绿光二极管关闭真空分子泵、真空机械泵，打开蒸镀炉，取出导电玻璃，即产品穿插交互结构绿光二极管；(7)切制、成型产品将导电玻璃取下，激光切制成型二极管器件，成穿插交互结构绿光二极管；(8)检测、分析、表征对制备的穿插交互结构绿光二极管的电学性能、发光亮度、色纯度、色坐标进行测试；用ST-900M型光度计进行发光亮度测量；用SPR-920D型光谱辐射分析仪进行色坐标、色纯度及电致发光光谱测量；用2400数字源表进行电学性能测量；(9)封装储存对制备的穿插交互结构绿光二极管用环氧树脂材料封装，密闭避光储存，阴凉、干燥、洁净环境，防水、防潮、防氧化、防酸碱盐侵蚀，温度20℃±2℃，相对湿度≤15％。
2.根据权利要求1所述的具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，其 特征在于所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是在真空蒸镀炉中进行的，真 空蒸镀炉(31)下部为控制台(32)，真空蒸镀炉(31)内为蒸镀腔(33)，蒸镀 腔(33)内顶部为石英测厚探头(34)，底部为原料坩埚(29、 30、 49、 50);蒸 镀腔(33)内设有蒸镀架(39)，蒸镀架(39)四周由支杆(35、 36、 37、 38) 支撑并联接控制台(32)，在蒸镀架(39)上部设有转盘(40)，转盘(40)通过 导轮(53、 54)与蒸镀架(39)联接，转盘(40)中下部设有吊杆(41、 42、 43、 44)，吊杆(41、 42、 43、 44)上部设置基片支架(20)，下部设置主掩膜板(21) 及其上的副掩膜板(24)，基片支架(20)上置放导电玻璃(1)，主掩膜板(21)左部与转换挡块(48)转换联接，转换挡块(48)联接下部的档杆(47)，档杆 (47)固定在控制台(32)上；控制台(32)上设有液晶显示屏(51)，并显示 蒸镀数据，控制台(32)上部并排设有控制器(52)，并操纵各功能动作，控制 台(32)下部设有真空机械泵(56)、真空分子泵(57)，并由控制器(52)控制； 转盘(40)做正、反向转动；坩埚(29、 49、 50)内置放铝、8-羟基喹啉铝、N,N'-二(l -萘基)-N,N'-二苯基-1 ， 1 '-联苯-4,4'-二胺固体粉末。
3. 根据权利要求1所述的具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，其 特征在于所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是以导电玻璃为基层，以氧化 铟锡ITO为阳极层，以N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1,1'-联苯-4，4'-二胺为空穴传 输层，以8-羟基喹啉铝为绿光发光层，以铝为阴极层，以盐酸、锌为导电玻璃刻 蚀剂，以丙酮、无水乙醇、去离子水为超声清洗剂，以不锈钢板为主、副掩膜板， 以透明胶带为粘结带。
4. 根据权利要求1所述的具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，其 特征在于所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是在真空蒸镀炉炉腔内进行 的、真空度为《0.002Pa、温度为50°C±2°C、 N，N'-二(l-萘基)-N，N'-二苯基-l,l'-联苯-4，4'-二胺的升华温度为290°C±10°C， 8-羟基喹啉铝蒸镀升华温度为270°C ±10°C，铝蒸镀沸点温度为2250。C士1()。C。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，所制备的穿插交互结构绿光二极管为5 层结构，由基层、阳极层、空穴传输层、绿光发光层、阳极层组成；在基层导电 玻璃上部为阳极层氧化铟锡，在阳极层上部为空穴传输层N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1,1'-联苯-4，4'-二胺，在空穴传输层上部为绿光发光层8-羟基喹啉铝，在 绿光发光层上部为阴极层铝；阴极层为单向穿插槽、发光层为双向穿插槽、传输 层为单向穿插槽，阳极层为双平面层、基层为双平面层。
全文摘要
本发明涉及一种具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，二极管采用穿插交互结构设计，导电玻璃阳极层为双平面层，空穴传输层为单平面+凸槽层，发光层为凹槽+凸槽层，阴极层为单平面+凸槽层，各部凸槽与凹槽对应吻合，穿插交互，形成平面+凸层+凹层+平面层结构，穿插交互结构可扩大载流子复合界面及金属阴极层的接触界面，提高电子注入，减少阳离子产生，增加载流子复合几率，凸凹膜层由主、副掩膜板交互位移成膜，真空蒸镀炉内，真空度≤0.002Pa、温度50℃，蒸镀材料由固态—气态—固态转换生成膜层，此方法工艺流程短，器件发光效率可提高70％，启亮电压低，为2.7V，绿光色纯度好，为0.4829，色坐标为X＝0.2707，Y＝0.5267，填补了发光二极管此类结构的科研空白。
文档编号H01L51/56GK101369636SQ20081007935
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月5日 优先权日2008年9月5日
发明者张志强, 房晓红, 樊文浩, 华 王, 许并社, 郝玉英 申请人:太原理工大学
技术领域：
本发明涉及一种具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，属有机电致发 光材料及发光器件的设计与制备的技术领域。
背景技术：
有机发光二极管OLED，由于具有发光亮度高、易于实现大面积彩色平板显 示、低电压直流驱动，易与集成电路匹配，而且具有全固化、视角宽、颜色丰富、 自主发光等优点，在平板显示和照明领域具有十分广泛的应用前景，目前三基色 的红、绿、蓝有机电致发光二极管已有产品问世，但器件寿命短、效率低，使推 广应用受到一定局限，要解决这一问题， 一方面开发性能优良的发光材料，另一 方面是改善器件结构。
目前，有机电致发光二极管的结构有多种形式，在早期的单层OLED器件 里，因注入的电子或空穴在此层的输运能力相差很大，导致器件的发光效率不佳， 后来的双层、三层式结构，由于改善了载流子的注入、输运与复合，使器件效率 得到有效提高，但器件效率仍然偏低，后来在器件中加入缓冲层，减少空穴注入， 或加入空穴阻隔层，将多余的空穴限制在发光区内，但这种技术需要性能优良的 缓冲层或阻隔层材料的支撑，会增加器件的制作成本，也使启亮电压升高；有的 采用光学微腔结构，利用微腔共振效应使器件效率提升，但这种结构制备工艺复 杂，而且发光强度和发光颜色随视角而改变。
目前，有机电致发光二极管的叠层结构界面均是平直界面，通常OLED中 使用的输运材料，空穴比电子有较好的输运能力，所以在双层或三层OLED中， 必须利用能级结构将空穴和电子限制在空穴传输层和发光层的界面附近，复合而 发光，由于界面处过剩的空穴在发光区域产生阳离子自由基，造成荧光淬灭，使 器件寿命变短。
发明内容
发明目的
本发明的目的就是针对背景技术的不足，设计一种新型的有机电致发光二极 管，改变目前发光二极管的平直形界面结构，将发光二极管的叠层界面变成矩形 槽状穿插交互结构，以改变空穴传输层、发光层、阴极层的联接形式，扩大载流 子的复合界面、金属阴极层与发光层的接触界面，提高电子注入，平衡空穴和电 子在界面处的数量，减少阳离子自由基产生，增加载流子复合几率，达到降低启 亮电压，提高发光亮度和效率的目的。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为铝、8-羟基喹啉铝、N,N'二(l-萘基)-N，N'-二苯基-l,l'-联苯-4,4'-二胺、盐酸、丙酮、无水乙醇、锌、去离子水、不锈钢板、 导电玻璃、氧化铟锡、透明胶带以克，毫升，毫米为计量单位
铝Al 5g士0.01g 8-羟基喹啉铝Alq3 2g土0.01g
N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l，l'-联苯-4,4'-二胺NPB C44H32N2 0.5g± O.Olg
盐酸HC1 100ml士5ml
丙酮CH3COCH3 200ml ±5ml
无水乙醇CH3CH2OH 1000ml ± 5ml
锌Zn 5g土0.1g
去离子水H20 2000ml ± 5ml
不锈钢板228x70x1mm
不锈钢板30x9x1mm
导电玻璃40x40x1mm
氧化铟锡ITO
透明胶带200x45x0.08mm
穿插交互结构绿光二极管为5层结构，由基层、阳极层、空穴传输层、绿光 发光层、阴极层组成；在基层导电玻璃上部为阳极层氧化铟锡，在阳极层上部为 空穴传输层N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1，1'-联苯-4,4'-二胺，在空穴传输层上部
为绿光发光层8-羟基喹啉铝，在绿光发光层上部为阴极层铝；阴极层为单向穿插 槽、发光层为双向穿插槽、传输层为单向穿插槽、阳极层为双平面层、基层为双 平面层。
制备方法如下
(1) 精选化学物质 对制备所需的化学物质材料要进行精选，并进行纯度、细度、精度控制 铝固态粉体99.99%粉体粒径《38nm
8-羟基喹啉铝固态粉体99.99%粉体粒径《38pm
N,N'-二(l-萘基)-N，N'-二苯基-l,l'-联苯-4，4'-二胺固态粉体99.99%粉体 粒径《38nm
盐酸液态液体浓度35%
丙酮液态液体99.5%
无水乙醇液态液体99.5%
锌固态粉体99.5%
去离子水液态液体 99.99%
不锈钢板表面粗糙度Ra0.032-0.064.um
不锈钢板表面粗糙度Ra0.032-0.064iam
导电玻璃固态固体透射率95% 氧化铟锡固态薄膜方阻20Q/口 透明胶带无色透明
(2) 制作主掩膜板
① 主掩膜板用不锈钢材料制作，外形尺寸为228x70xlmm，周边圆滑，上、 下平面表面粗糙度Ra0.032-0.064pm;
② 激光切制矩形大掩膜槽80x20xlmm，槽内周边圆滑； 激光切制矩形小掩膜槽四个12x4xlmm，槽内周边圆滑；
(3) 制作副掩膜板
①副掩膜板用不锈钢材料制作，外形尺寸30x9xlmm，周边圆滑，上、下平 面表面粗糙度Ra0.032-0.064nm;
②激光切制四个矩形掩膜槽，每个尺寸为20x0.7xlmm，槽内周边圆滑；
(4) 超声清洗主、副掩膜板
① 将主、副掩膜板置于超声波清洗器内，放入无水乙醇400ml;
② 开启超声清洗器清洗，清洗时间10min;
③ 清洗后晾干；
(5) 刻蚀、清洗、烘干导电玻璃+氧化铟锡
① 用去离子水500ml清洗导电玻璃，然后晾干；
② 将导电玻璃氧化铟锡面确定为正面；
③ 用45x45x0.08mm透明胶带粘贴导电玻璃正面；
④ 在导电玻璃边缘12mm处平行划割40x2mm胶带，并揭去，在另一侧12mm 处平行划割40x2mm胶带，并揭去；
⑤ 配制刻蚀液，将盐酸50ml置于烧杯中，加入锌5g，成盐酸+锌刻蚀液；
⑥ 将贴有透明胶带的导电玻璃置于烧杯中，并浸没刻蚀两处40x2mm部位， 时间为5min土0.2min;
⑦ 刻蚀后取出导电玻璃，用去离子水冲洗；
⑧ 揭去透明胶带；
⑨ 超声清洗刻蚀后的导电玻璃三次；
将刻蚀后的导电玻璃置于超声波清洗器中，加入无水乙醇50ml，超声清洗 10min;
将导电玻璃再次置于超声波清洗器中，加入丙酮50ml，超声清洗10min; 将导电玻璃再次置于超声波清洗器中，加入去离子水50ml，超声清洗 10min;
⑩ 将清洗后的导电玻璃置于真空干燥箱中烘干，真空度50KPa,干燥温度40 °C ±2°C ，干燥时间20rnin土 lmin;
(6) 真空蒸镀、制备穿插交互结构绿光二极管，图8所示
① 置放导电玻璃
将导电玻璃置于基片支架中部凹槽内，导电玻璃氧化铟锡面向下；
② 配置主、副掩膜板
在主掩膜板的大掩膜槽内置放副掩膜板，并定位，然后用二条透明胶带粘贴， 使主、副掩膜板固牢;
③ 置放主、副掩膜板
打开真空蒸镀炉，将主、副掩膜板置于转盘下的四个吊杆下方固定；
④ 按用量分别置放蒸镀材料铝、8-羟基喹啉铝、N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基 -1，1'-联苯-4,4'-二胺于蒸镀炉底部的左、右坩埚中；
⑤ 真空离子轰击
关闭蒸镀炉并密封，开启机械真空泵，抽取炉内真空，抽真空时间5min士 lmin，炉内真空度为15Pa;
开启轰击电流控制器，电流为50mA，轰击导电玻璃、主、副掩膜板，轰击 时间10min士lmin，以提高阳极功函数；
⑥ 开启分子真空泵，使炉内真空度持续保持在《0.002Pa;
⑦ 开启蒸镀炉加热器，炉腔温度由2(TC升至50°C±2°C;
⑧ 开启转盘、吊杆、电机，使其转动，主、副掩膜板随之转动，转数为20r/min;
⑨ 开启测厚仪、石英测厚探头；
⑩ 蒸镀二极管膜层
I 、蒸镀空穴传输层N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-U'-联苯-4,4'-二胺 将主掩膜板上大掩膜槽中没有粘贴副掩膜板的部分通过转盘、转换挡块对准
导电玻璃，开启盛有N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l,l'-联苯-4，4'-二胺的坩埚，使 其升温至29(TC士10。C， N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1，1'-联苯-4,4'-二胺气态分 子在导电玻璃正面掩膜槽内沉积生长，成平面层，厚度为23nm士0.2nm;然后将 主掩膜板内的副掩膜板的四个掩膜槽通过转盘、转换挡块对准导电玻璃，蒸镀传 输层穿插凸槽，厚度为7nm±0.2nm，空穴传输层整体厚度为30nm士0.2nm;
II 、蒸镀绿光发光层8-羟基喹啉铝
将主掩膜板上大掩膜槽中没有粘贴副掩膜板的部分通过转盘、转换挡块对准 导电玻璃，开启盛有8-羟基喹啉铝的坩埚，使其升温至27(TC土1(TC， 8-羟基喹 啉铝气态分子在空穴传输层上沉积生长，成双面穿插结构层，即三个穿插凹 槽，四个穿插凸槽，凸、凹槽厚度均为7nm±0.2nm，发光层整体厚度为37nrn 士0.2nm;
III、蒸镀阴极层铝
将主掩膜板上的小掩膜槽通过转盘、转换挡块对准导电玻璃正面，开启盛有 铝的坩埚，使其升温至沸点温度2250°C±10°C，铝气态分子在发光层上沉积生 长，成单面穿插结构层，gp:三个阴极穿插凸槽，厚度为7nm±0.2nm，然后 蒸镀阴极层的平面层，阴极层成单面穿插结构层，阴极层整体厚度为30nm± 0.2nrn;
在制备过程中，石英测厚探头测量蒸镀厚度，并由显示屏显示其厚度值；
在制备过程中，坩埚内N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l,r-联苯-4,4'-二胺、8-羟基喹啉铝，在炉腔真空度为《0.002Pa 、炉腔温度50。C士2。C状态下，将发生 形态变化，由固态一气态一固态；
在制备过程中，坩埚内的铝，在炉腔真空度为《0.002Pa、炉腔温度5(TC土2 "C状态下，将发生形态变化，由固态一液态一气态一固态；
在制备过程中，蒸镀材料在导电玻璃阳极层氧化铟锡上进行气相沉积，薄膜 生长，生成产品，即穿插交互结构绿光二极管；
铝气相沉积速率为0.2-0.3nm/s;
^^_二(1_萘基)_^^_二苯基-1,1'_联苯_4，4'-二胺、8-羟基喹啉铝气相沉积速 率为0.1-0.2nm/s;
真空状态下随炉冷却
关闭蒸镀炉加热器、坩埚加热器，在真空状态下，使炉内温度由50。C土2。C 冷却至20。C士2。C;
⑩收集产品穿插交互结构绿光二极管
关闭真空分子泵、真空机械泵，打开蒸镀炉，取出导电玻璃，即产品穿插 交互结构绿光二极管；
(7) 切制、成型产品
将导电玻璃取下，激光切制成型二极管器件，成穿插交互结构绿光二极管；
(8) 检测、分析、表征 对制备的穿插交互结构绿光二极管的电学性能、发光亮度、色纯度、色坐标
进行测试；
用ST-900M型光度计进行发光亮度测量；
用SPR-920D型光谱辐射分析仪进行色坐标、色纯度及电致发光光谱测量；
用2400数字源表进行电学性能测量； (9)封装储存
对制备的穿插交互结构绿光二极管用环氧树脂材料封装，密闭避光储存，阴 凉、干燥、洁净环境，防水、防潮、防氧化、防酸碱盐侵蚀，温度20'C土2'C， 相对湿度《15%。
所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是在真空蒸镀炉中进行的，真空蒸镀 炉31下部为控制台32，真空蒸镀炉31内为蒸镀腔33，蒸镀腔33内顶部为石英 测厚探头34，底部为原料坩埚29、 30、 49、 50;蒸镀腔33内设有蒸镀架39， 蒸镀架39四周由支杆35、 36、 37、 38支撑并联接控制台32，在蒸镀架39上部 设有转盘40，转盘40通过导轮53、 54与蒸镀架39联接，转盘40中下部设有 吊杆41、 42、 43、 44，吊杆41、 42、 43、 44上部设有基片支架20，下部设置主 掩膜板21及其上的副掩膜板24，基片支架20上置放导电玻璃1，主掩膜板21 左部与转换挡块48转换联接，转换挡块48联接下部的档杆47，档杆47固定在 控制台32上；控制台32上设有液晶显示屏51，并显示蒸镀数据，控制台32上 部并排设有控制器52，操纵各功能动作，控制台32下部设有真空机械泵56、真 空分子泵57，并由控制器52控制；转盘40做正、反向转动；坩埚29、 49、 50 内置放铝、8-羟基喹啉铝、N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1,1'-联苯-4，4'-二胺固体 粉末；观察窗55观察炉腔33内蒸镀转换状况。
所述的穿插交互结构绿光二极管的制备，是以导电玻璃为基层，以氧化铟锡 ITO为阳极层，以N，N'-二(l-萘萄-N，N'-二苯基-1,1'-联苯-4,4'-二胺为空穴传输层， 以8-羟基喹啉铝为绿光发光层，以铝为阴极层，以盐酸、锌为导电玻璃刻蚀剂， 以丙酮、无水乙醇、去离子水为超声清洗剂，以不锈钢板为主、副掩膜板，以透 明胶带为粘结带。
所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是在真空蒸镀炉炉腔内进行的、真空 度为《0.002Pa、温度为50°C±2°C、 ^]^'-二(1-萘基)-^[^陽二苯基-1,1'隱联苯-4,4'-二胺升华温度为290°C±10°C， 8-羟基喹啉铝升华温度为270°C±10°C，铝蒸镀
沸点温度为2250°C±10°C。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，绿光二极管采用穿插交互结构设 计，基层导电玻璃层、阳极层氧化铟锡层均为双平面层，空穴传输层N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l，l'-联苯-4,4'-二胺层为单平面层，其上部设有穿插凸槽，绿光 发光层8-羟基喹啉铝层为双凸、凹槽层，上部为凸槽，下部为凹槽，阴极层铝层 为单平面层，下部为穿插凸槽，上部为平面，各部凸槽与凹槽对应吻合、穿插交 互，形成膜层，这种穿插交互结构可增大载流子的复合界面及金属阴极层与发光 层的接触界面，提高电子注入、平衡空穴和电子在界面处的数量，增加载流子复 合几率，降低二极管启亮电压，提高发光效率，穿插交互结构凸、凹膜层的形成 是由主、副掩膜板交互位移形成的，副掩膜板上掩膜槽透过或遮盖形成凸、凹槽 型，膜层生成是在真空蒸镀腔内，在《0.002Pa的真空状态下、在5(TC腔温下通 过原料分子固态一气态一固态的形态转化、气相沉积、生成膜层，此制备方法工 艺流程短、制作成本低、发光效率高，比现有技术提高70%、启亮电压低，为 2.7V、绿光色纯度好，为0.4829、色坐标为x=0.2707， "0.5267,是十分理想的穿 插交互结构绿光二极管的制备方法，填补了此类产品结构的科研空白。
图1为制备工艺流程图
图2为穿插交互结构绿光二极管结构图
图3为主掩膜板主视图
图4为主掩膜板俯视图
图5为副掩膜板主视图
图6为副掩膜板俯视图
图7为主、副掩膜板固定状态图
图8为穿插交互结构绿光二极管蒸镀状态图
图9为穿插交互结构绿光二极管电致发光光谱
图IO为穿插交互结构绿光二极管电流密度一电压坐标关系图
图11为穿插交互结构绿光二极管流明效率一电流密度坐标关系图 图12为穿插交互结构绿光二极管色坐标图 图中所示，附图标记清单如下
1、基层导电玻璃，2、阳极层氧化铟锡，3、空穴传输层NPB, 4、绿光 发光层8-羟基喹啉铝，5、阴极层铝，6、传输层穿插凸槽，7、传输层穿插凸槽， 8、传输层穿插凸槽，9、传输层穿插凸槽，10、发光层穿插凹槽，11、发光层穿 插凹槽，12、发光层穿插凹槽，13、发光层穿插凸槽，14、发光层穿插凸槽，15、 发光层穿插凸槽，16、发光层穿插凸槽，17、阴极层穿插凸槽，18、阴极层穿插 凸槽，19、阴极层穿插凸槽，20、基片支架，21、主掩膜板，22、大掩膜槽，23、 小主掩膜板，24、副掩膜板，25、掩膜槽，26、掩膜槽，27、掩膜槽，28、掩膜 槽，29、坩埚，30、坩埚，31、蒸镀炉，32、控制台，33、蒸镀腔，34、石英测 厚探头，35、支杆，36、支杆，37、支杆，38、支杆，39、蒸镀架，40、转盘， 41、吊杆，42、吊杆，43、吊杆，44、吊杆，45、 转动杆，46、电机，47、 档 杆，48、转换挡块，49、坩埚，50、坩埚，51、液晶显示屏，52、控制器，53、 导轮，54、导轮，55、观察窗，56、真空机械泵，57、真空分子泵，58、透明 胶带，59、透明胶带。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明做进一步说明-
图1所示，为制备工艺流程图，要严格按制备工艺参数进行，按步骤操作。
制备所需的化学物质的量值，是在预先设置的范围内确定的，以克、毫升、 毫米、微米、纳米为计量单位，当工业化制备时，以千克、升、毫米、微米、纳 米为计量单位，其绿光二极管的平面层、凸凹层厚度均以纳米为计量单位。
制备所需的N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-l,l'-联苯-4，4'-二胺、8-羟基喹啉铝、 铝要严格称量，并进行细度、纯度控制，不得有杂质介入，以防生成副产物，在 蒸镀过程中，均是在真空度为《0.002Pa状态下进行的，并进行形态转换，艮P; 固态一气态一固态、固态一液态一气态一固态。
图2所示，为穿插交互结构绿光二极管结构图，此二极管共5层，第l层为 基层，即双平面玻璃层，第1层上部为第2层，双平面阳极层，即氧化铟锡层，
第2层上部为第3层，单平面+凸槽空穴传输层，即N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基 -1，1'-联苯-4,4'-二胺层，由穿插凸槽6、 7、 8、 9组成；第3层上部为第4层，凸 槽+凹槽绿光发光层，即8-羟基喹啉铝层，由穿插凹槽10、 11、 12、凸槽13、 14、 15、 16组成；第4层上部为第5层，单平面+凸槽层，即铝层，由凸槽17、 18、 19+平面组成，各凸、凹槽对应吻合、穿插交互、与平面层结合，形成阴、 阳极电路回路。
图3、 4所示，为主掩膜板结构图，主掩膜板21用不锈钢材料制作，上下面 平行，外形及槽内周边圆滑，表面粗糙度为Ra0.032—0.064pm,中间设有大掩膜 槽22，右部设有4个小掩膜槽23。
图5、 6所示，为副掩膜板结构图，副掩膜板24用不锈钢材料制作，上下面 平行，外形及槽内周边圆滑，表面粗糙度为Ra0.032—0.064pm,中间设有4个尺 寸一样的矩形掩膜槽25、 26、 27、 28。
图7所示，为主、副掩膜板固定状态图，主掩膜板21的大掩膜槽22内安装 副掩膜板24，并用透明胶带58、 59固定。
图8所示，为穿插交互结构绿光二极管蒸镀状态图，蒸镀是在蒸镀炉31内 的蒸镀腔33内完成的，转盘40、吊杆41、 42、 43、 44联接主、副掩膜板21、 24，并由转换挡块48、档杆47推动主、副掩膜板往返位移置换，凸、凹槽及平 面蒸镀转换由转换挡块48的三角形凸轮完成，转盘40的转动由转动杆45、电 机46完成。
蒸镀架39装在炉腔内控制台32上部，由支杆35、 36、 37、 38支撑。 基片支架20上的导电玻璃1要正面向下，位置正确。 坩埚29、 49、 50内的原材料粉末要按序升温、降温。 石英测厚探头34测量膜层厚度，并由液晶显示屏51显示。 观察窗55观察蒸镀状态。
蒸镀温度、厚度、真空度、步骤均由控制器52控制，液晶显示屏51显示。 图9所示，为穿插交互结构绿光二极管电致发光光谱，纵坐标为相对强度，横坐标为波长nm，图中可知绿光二极管电致光谱主峰位于507.8nm处。
图IO所示，为穿插交互结构绿光二极管电流密度一电压坐标关系图，图中可知纵坐标为电流密度mA/cm 横坐标为电压V，穿插交互结构绿光二极管电流
密度与电压变化成正比，表现出二极管整流特性。
图11所示，为穿插交互结构绿光二极管流明效率一电流密度坐标关系图， 图中可知纵坐标为流明效率cd/A，横坐标为电流密度mA/cm2，穿插交互结构 绿光二极管流明效率达到57cd/A，并且能够保持稳定。
图12所示，为色坐标图，图中可知色坐标为x=0.2707， y=0.5267，位 于绿光区，色纯度为0.4829。
权利要求
1.具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，其特征在于使用的化学物质材料为铝、8-羟基喹啉铝、N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺、盐酸、丙酮、无水乙醇、锌、去离子水、不锈钢板、导电玻璃、氧化铟锡、透明胶带以克，毫升，毫米为计量单位铝Al5g±0. 01g8-羟基喹啉铝Alq32g±0.01gN，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺NPB C44H32N20.5g±0.01g盐酸HCl100ml±5ml丙酮CH3COCH3200ml±5ml无水乙醇CH3CH2OH1000ml±5ml锌Zn5g±0. 1g去离子水H2O2000ml±5ml不锈钢板228×70×1mm不锈钢板30×9×1mm导电玻璃40×40×1mm氧化铟锡ITO透明胶带200×45×0.08mm制备方法如下(1)精选化学物质对制备所需的化学物质材料要进行精选，并进行纯度、细度、精度控制铝固态粉体99. 99％粉体粒径≤38μm8-羟基喹啉铝固态粉体99.99％粉体粒径≤38μmN，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺固态粉体99.99％粉体粒径≤38μm盐酸液态液体浓度35％丙酮液态液体99.5％无水乙醇液态液体99.5％锌固态粉体99. 5％去离子水液态液体99.99％不锈钢板表面粗糙度Ra0.032-0.064μm不锈钢板表面粗糙度Ra0.032-0.064μm导电玻璃固态固体透射率95％氧化铟锡固态薄膜方阻20Ω/□透明胶带无色透明(2)制作主掩膜板①主掩膜板用不锈钢材料制作，外形尺寸为228×70×1mm，周边圆滑，上、下平面表面粗糙度Ra0.032-0.064μm；②激光切制矩形大掩膜槽80×20×1mm，槽内周边圆滑；激光切制矩形小掩膜槽四个12×4×1mm，槽内周边圆滑；(3)制作副掩膜板①副掩膜板用不锈钢材料制作，外形尺寸30×9×1mm，周边圆滑，上、下平面表面粗糙度Ra0.032-0.064μm；②激光切制四个矩形掩膜槽，每个尺寸为20×0.7×1mm，槽内周边圆滑；(4)超声清洗主、副掩膜板①将主、副掩膜板置于超声波清洗器内，放入无水乙醇400ml；②开启超声清洗器清洗，清洗时间10min；③清洗后晾干；(5)刻蚀、清洗、烘干导电玻璃+氧化铟锡①用去离子水500ml清洗导电玻璃，然后晾干；②将导电玻璃氧化铟锡面确定为正面；③用45×45×0. 08mm透明胶带粘贴导电玻璃正面；④在导电玻璃边缘12mm处平行划割40×2mm胶带，并揭去，在另一侧12mm处平行划割40×2mm胶带，并揭去；⑤配制刻蚀液将盐酸50ml置于烧杯中，加入锌5g，成盐酸+锌刻蚀液；⑥将贴有透明胶带的导电玻璃置于烧杯中，并浸没刻蚀两处40×2mm部位，时间为5min±0.2min；⑦刻蚀后取出导电玻璃，用去离子水冲洗；⑧揭去透明胶带；⑨超声清洗刻蚀后的导电玻璃三次；将刻蚀后的导电玻璃置于超声波清洗器中，加入无水乙醇50ml，超声清洗10min；将导电玻璃再次置于超声波清洗器中，加入丙酮50ml，超声清洗10min；将导电玻璃再次置于超声波清洗器中，加入去离子水50ml，超声清洗10min；⑩将清洗后的导电玻璃置于真空干燥箱中烘干，真空度50KPa，干燥温度40℃±2℃，干燥时间20min±1min；(6)真空蒸镀、制备穿插交互结构绿光二极管，图8所示①置放导电玻璃将导电玻璃置于基片支架中部凹槽内，导电玻璃氧化铟锡面向下；②配置主、副掩膜板在主掩膜板的大掩膜槽内置放副掩膜板，并定位，然后用二条透明胶带粘贴，使主、副掩膜板固牢；③置放主、副掩膜板打开真空蒸镀炉，将主、副掩膜板置于转盘下的四个吊杆下方固定；④按用量分别置放蒸镀材料铝、8-羟基喹啉铝、N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺于蒸镀炉底部的左、右坩埚中；⑤真空离子轰击关闭蒸镀炉并密封，开启机械真空泵，抽取炉内真空，抽真空时间5min±1min，炉内真空度为15Pa；开启轰击电流控制器，电流为50mA，轰击导电玻璃、主、副掩膜板，轰击时间10min±1min，以提高阳极功函数；⑥开启分子真空泵，使炉内真空度持续保持在≤0.002Pa；⑦开启蒸镀炉加热器，炉腔温度由20℃升至50℃±2℃；⑧开启转盘、吊杆、电机，使其转动，主、副掩膜板随之转动，转数为20r/min；⑨开启测厚仪、石英测厚探头；⑩蒸镀二极管膜层I、蒸镀空穴传输层N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺将主掩膜板上大掩膜槽中没有粘贴副掩膜板的部分通过转盘、转换挡块对准导电玻璃，开启盛有N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺的坩埚，使其升温至290℃±10℃，N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺气态分子在导电玻璃正面掩膜槽内沉积生长，成平面层，厚度为23nm±0.2nm；然后将主掩膜板内的副掩膜板的四个掩膜槽通过转盘、转换挡块对准导电玻璃，蒸镀传输层穿插凸槽，厚度为7nm±0.2nm，空穴传输层整体厚度为30nm±0.2nm；II、蒸镀绿光发光层8-羟基喹啉铝将主掩膜板上大掩膜槽中没有粘贴副掩膜板的部分通过转盘、转换挡块对准导电玻璃，开启盛有8-羟基喹啉铝的坩埚，使其升温至270℃±10℃，8-羟基喹啉铝气态分子在空穴传输层上沉积生长，成双面穿插结构层，即三个穿插凹槽，四个穿插凸槽，凸、凹槽厚度均为7nm±0.2nm，发光层整体厚度为37nm±0.2nm；III、蒸镀阴极层铝将主掩膜板上的小掩膜槽通过转盘、转换挡块对准导电玻璃正面，开启盛有铝的坩埚，使其升温至沸点温度2250℃±10℃，铝气态分子在发光层上沉积生长，成单面穿插结构层，即三个阴极穿插凸槽，厚度为7nm±0.2nm，然后蒸镀阴极层的平面层，阴极层成单面穿插结构层，阴极层整体厚度为30nm±0.2nm；在制备过程中，石英测厚探头测量蒸镀厚度，并由显示屏显示其厚度值；在制备过程中，坩埚内N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺、8-羟基喹啉铝，在炉腔真空度为≤0.002Pa、温度50℃±2℃状态下，将发生形态变化，由固态—气态—固态；在制备过程中，坩埚内的铝，在炉腔真空度为≤0.002Pa、温度50℃±2℃状态下，将发生形态变化，由固态—液态—气态—固态；在制备过程中，蒸镀材料在导电玻璃阳极层氧化铟锡上进行气相沉积，薄膜生长，生成产品，即穿插交互结构绿光二极管；铝气相沉积速率为0.2-0.3nm/s；N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4，4′-二胺、8-羟基喹啉铝气相沉积速率为0.1-0.2nm/s；真空状态下随炉冷却关闭蒸镀炉加热器、坩埚加热器，在真空状态下，使炉内温度由50℃±2℃冷却至20℃±2℃；收集产品穿插交互结构绿光二极管关闭真空分子泵、真空机械泵，打开蒸镀炉，取出导电玻璃，即产品穿插交互结构绿光二极管；(7)切制、成型产品将导电玻璃取下，激光切制成型二极管器件，成穿插交互结构绿光二极管；(8)检测、分析、表征对制备的穿插交互结构绿光二极管的电学性能、发光亮度、色纯度、色坐标进行测试；用ST-900M型光度计进行发光亮度测量；用SPR-920D型光谱辐射分析仪进行色坐标、色纯度及电致发光光谱测量；用2400数字源表进行电学性能测量；(9)封装储存对制备的穿插交互结构绿光二极管用环氧树脂材料封装，密闭避光储存，阴凉、干燥、洁净环境，防水、防潮、防氧化、防酸碱盐侵蚀，温度20℃±2℃，相对湿度≤15％。
2.根据权利要求1所述的具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，其 特征在于所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是在真空蒸镀炉中进行的，真 空蒸镀炉(31)下部为控制台(32)，真空蒸镀炉(31)内为蒸镀腔(33)，蒸镀 腔(33)内顶部为石英测厚探头(34)，底部为原料坩埚(29、 30、 49、 50);蒸 镀腔(33)内设有蒸镀架(39)，蒸镀架(39)四周由支杆(35、 36、 37、 38) 支撑并联接控制台(32)，在蒸镀架(39)上部设有转盘(40)，转盘(40)通过 导轮(53、 54)与蒸镀架(39)联接，转盘(40)中下部设有吊杆(41、 42、 43、 44)，吊杆(41、 42、 43、 44)上部设置基片支架(20)，下部设置主掩膜板(21) 及其上的副掩膜板(24)，基片支架(20)上置放导电玻璃(1)，主掩膜板(21)左部与转换挡块(48)转换联接，转换挡块(48)联接下部的档杆(47)，档杆 (47)固定在控制台(32)上；控制台(32)上设有液晶显示屏(51)，并显示 蒸镀数据，控制台(32)上部并排设有控制器(52)，并操纵各功能动作，控制 台(32)下部设有真空机械泵(56)、真空分子泵(57)，并由控制器(52)控制； 转盘(40)做正、反向转动；坩埚(29、 49、 50)内置放铝、8-羟基喹啉铝、N,N'-二(l -萘基)-N,N'-二苯基-1 ， 1 '-联苯-4,4'-二胺固体粉末。
3. 根据权利要求1所述的具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，其 特征在于所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是以导电玻璃为基层，以氧化 铟锡ITO为阳极层，以N，N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1,1'-联苯-4，4'-二胺为空穴传 输层，以8-羟基喹啉铝为绿光发光层，以铝为阴极层，以盐酸、锌为导电玻璃刻 蚀剂，以丙酮、无水乙醇、去离子水为超声清洗剂，以不锈钢板为主、副掩膜板， 以透明胶带为粘结带。
4. 根据权利要求1所述的具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，其 特征在于所述的穿插交互结构绿光二极管的制备是在真空蒸镀炉炉腔内进行 的、真空度为《0.002Pa、温度为50°C±2°C、 N，N'-二(l-萘基)-N，N'-二苯基-l,l'-联苯-4，4'-二胺的升华温度为290°C±10°C， 8-羟基喹啉铝蒸镀升华温度为270°C ±10°C，铝蒸镀沸点温度为2250。C士1()。C。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，所制备的穿插交互结构绿光二极管为5 层结构，由基层、阳极层、空穴传输层、绿光发光层、阳极层组成；在基层导电 玻璃上部为阳极层氧化铟锡，在阳极层上部为空穴传输层N,N'-二(l-萘基)-N,N'-二苯基-1,1'-联苯-4，4'-二胺，在空穴传输层上部为绿光发光层8-羟基喹啉铝，在 绿光发光层上部为阴极层铝；阴极层为单向穿插槽、发光层为双向穿插槽、传输 层为单向穿插槽，阳极层为双平面层、基层为双平面层。
全文摘要
本发明涉及一种具有穿插交互结构的绿光二极管及制备方法，二极管采用穿插交互结构设计，导电玻璃阳极层为双平面层，空穴传输层为单平面+凸槽层，发光层为凹槽+凸槽层，阴极层为单平面+凸槽层，各部凸槽与凹槽对应吻合，穿插交互，形成平面+凸层+凹层+平面层结构，穿插交互结构可扩大载流子复合界面及金属阴极层的接触界面，提高电子注入，减少阳离子产生，增加载流子复合几率，凸凹膜层由主、副掩膜板交互位移成膜，真空蒸镀炉内，真空度≤0.002Pa、温度50℃，蒸镀材料由固态—气态—固态转换生成膜层，此方法工艺流程短，器件发光效率可提高70％，启亮电压低，为2.7V，绿光色纯度好，为0.4829，色坐标为X＝0.2707，Y＝0.5267，填补了发光二极管此类结构的科研空白。
文档编号H01L51/56GK101369636SQ20081007935
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月5日 优先权日2008年9月5日
发明者张志强, 房晓红, 樊文浩, 华 王, 许并社, 郝玉英 申请人:太原理工大学
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