CN100403574C - 一种有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机电致发光器件，该器件由ITO导电玻璃电极(1)、有机材料空穴传输层(2)、无机材料薄层(3)、有机材料发光层(4)、无机材料薄层(5)、有机材料电子传输层(6)、金属背电极(7)构成。本发明在有机发光层和载流子传输层之中或之间采用无机材料薄层能显著阻挡过剩载流子，或加速少数载流子传输，控制激子迁移，实现发光区域中的载流子复合平衡，提高激子利用效率，从而提高器件的发光效率。同时，通过控制无机材料薄层的厚度和位置可调控器件中的电场分布、载流子分布、激子分布以及发光颜色、区域。另外，无机材料薄层与有机材料形成良好、可控的界面，可提高器件操作的稳定性和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光器件，属于有机电致发光技术领域。
背景技术
有机电致发光器件(有机发光二极管，Organic Light-emitting diodes，简称OLEDs)作为一种新型的、下一代平板显示技术及光源，兼具主动发光、宽视角、全彩色、可弯曲、高效率、低功耗、低成本等许多优点，符合信息时代移动通信和信息显示的发展趋势对显示技术的要求，其广阔的应用前景及近年来在材料和器件的突破性进展使之成为目前和未来极有竞争力的新型平板显示技术与照明技术之一。
OLEDs技术的研究源于上世纪60年代，突破性进展主要为：
(1)1987年美国柯达(Kodak)公司C.W.Tang和S.A.VanSlyke首次采用双层结构(包含空穴传输层和发光层)，利用真空热蒸发镀膜的方法制备了高效率、高亮度、低电压的有机小分子OLEDs(C.W.Tang and S.A.VanSlyke，Appl.Phys.Lett.51，913(1987))。
(2)1989年美国柯达(Kodak)公司C.W.Tang等人利用真空共蒸发镀膜的方法，将高发光效率有机荧光染料掺入发光层，大大提高了有机小分子OLEDs的效率，并且通过选择不同的染料，可制备不同颜色的OLEDs(C.W.Tang et al.，J.Appl.Phys.65，3610(1989))。
(3)1990年日本的C.Adachi等人首次采用三层结构(包含空穴传输层、发光层、电子传输层)，利用真空热蒸发镀膜的方法制备了三层结构的有机小分子OLEDs(C.Adachi etal.，Appl.Phys.Lett.57，531(1990))。
(4)1990年英国剑桥大学的H.Burroughes等人制备了高分子聚合物薄膜的电致发光器件(H.Burroughes et al.，Nature 347，539(1990))。
(5)1998年美国普林斯顿大学的M.A.Baldo等人利用真空共蒸发镀膜的方法，将高发光效率有机磷光染料掺入发光层，同时利用单重态激子和三重态激子辐射跃迁发光，制备了高效率的有机小分子电致磷光器件，突破了传统有机荧光材料电致发光效率的局限，将器件的效率提高了三倍(M.A.Baldo et al.，Nature 395，151(1998)& M.A.Baldo et al.，Appl.Phys.Lett.75，4(1999))。
十几年来，大量的研究工作为OLEDs大规模应用奠定了坚实的基础。目前，市场上已经陆续出现了相关的有机显示器和背照明产品。在上述OLEDs中，注入器件的载流子传输、分布、复合形成激子，激子迁移等过程都是存在于一种或多种有机材料之中或之间(界面)，器件中的电场分布、载流子分布、激子分布以及发光颜色、区域取决于有机材料及其界面的能带(级)结构。也就是说，已有技术是利用有机材料或有机材料界面来阻挡过剩载流子，或加速少数载流子传输，控制激子迁移，调控器件中的电场分布、载流子分布、激子分布以及发光颜色、区域。
众所周知，大都有机半导体材料为微弱的p型，其传导空穴的能力高于其传导电子的能力几个数量级别，而具有优良电子传导能力的有机半导体材料非常少，这样，常常导致OLEDs的发光层中空穴浓度高于电子浓度，造成复合不平衡，影响器件效率。而有机材料间界面的(电子)能带结构非常复杂，有机材料在界面的相互作用、互混，也将造成载流子、激子的陷阱和淬灭，影响器件性能。另外，有机载流子传输材料的因稳定性不好的原因导致的形貌变化将会影响发光层性能，严重的会使整个器件失效。因此，OLEDs的性能需要进一步提高，新型结构的OLEDs有待进一步开发。
发明内容
本发明的目的是研制一种有机电致发光器件，该器件具有较高的发光效率，稳定性好，寿命较高。
为实现上述目的，本发明有机电致发光器件的结构包括ITO导电玻璃(1)、有机材料空穴传输层(2)、有机材料发光层(4)、有机材料电子传输层(6)和金属背电极(7)，其特征是在有机材料空穴传输层(2)与有机材料发光层(4)之间和有机材料发光层(4)与有机材料电子传输层(6)之间分别同时插入或单独插入第一无机材料薄层(3)和第二无机材料薄层(5)。
第一无机材料薄层(3)和第二无机材料薄层(5)的厚度分别为0.1nm-2nm。第一无机材料薄层(3)和第二无机材料薄层(5)由包括卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、或碳族化合物在内的无机半导体或绝缘体材料薄膜构成，由与有机电致发光器件制备工艺兼容的真空镀膜方法制备，包括真空热蒸发、电子束蒸发、激光闪蒸、溅射、分子束外延的制备方法。
在OLEDs中的发光层和载流子传输层之中或之间采用无机材料薄层阻挡过剩载流子，或加速少数载流子传输，控制激子迁移，实现发光区域中的载流子复合平衡，提高激子利用效率，从而提高器件的发光效率及其它性能。同时，通过控制无机材料薄层的厚度和位置来调控OLEDs中的电场分布、载流子分布、激子分布以及发光颜色、区域。另外，无机材料薄层与有机材料形成良好、可控的界面，可提高器件操作的稳定性和寿命。
本发明可以改善现有OLEDs技术在有机材料载流子传输性能不足、有机材料界面不稳定等方面的问题，弥补有机材料先天不足，特别具有以下优点：
(1)无机半导体和绝缘体材料薄膜结构坚固、物化性质稳定，并具有所需的能带(级)结构、所需的载流子传导性能或绝缘性能；
(2)无机半导体和绝缘体材料薄膜制备工艺与OLEDs制备工艺兼容(真空镀膜)；
(3)无机半导体和绝缘体材料薄膜与有机材料形成良好、可控的界面；
(4)对于具有长寿命、高束缚能三重态激子的有机电致磷光器件，本发明能非常有效地控制其中三重态激子迁移，提高三重态激子利用效率，从而提高有机电致磷光器件的发光效率，促进其实用化。
附图说明
图1是本发明的有机电致发光器件的结构示意图。
图1中，本发明的有机电致发光器件由ITO导电玻璃1、有机材料空穴传输层2、第一无机材料薄层3、有机材料发光层4、第二无机材料薄层5、有机材料电子传输层6、金属背电极7依次排列构成。
第一无机材料薄层3和第二无机材料薄层5的厚度分别为0.1nm-2nm。第一无机材料薄层3和第二无机材料薄层5由卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、或碳族化合物在内的无机半导体或绝缘体材料薄膜构成，由与有机电致发光器件制备工艺兼容的真空镀膜方法制备，包括真空热蒸发、电子束蒸发、激光闪蒸、溅射、分子束外延的制备方法。
有机材料空穴传输层2可以是由一种有机材料构成的单层，也可以是由两种或三种有机材料构成的双层或三层；可以是由单一纯的有机材料构成的单一薄膜，也可以是由两种或三种有机材料掺杂或互混构成的有机掺杂体系薄膜。
有机材料发光层4可以是由一种有机材料构成的单层，也可以是由两种或三种有机材料构成的双层或三层发光层；它既可以是由单一纯的有机材料构成的单一薄膜，也可以是由两种或三种有机材料掺杂或互混构成的有机掺杂体系薄膜发光层；它可以为(包含)有机荧光材料，也可以为(包含)有机磷光材料。
有机材料电子传输层6，可以是由一种有机材料构成的单层，也可以是由两种或三种有机材料构成的双层或三层；它即可以是由单一纯的有机材料构成的单一薄膜，也可以是由两种或三种有机材料掺杂或互混构成的有机掺杂体系薄膜。
有机材料空穴传输层2和有机材料发光层4可以是由相同有机材料构成，也可以是由不同有机材料构成。
有机材料发光层4和有机材料电子传输层6可以是由相同有机材料构成，也可以是由不同有机材料构成。
有机材料空穴传输层2、有机材料发光层4、有机材料电子传输层6，可以是由相同有机材料构成，也可以是由不同有机材料构成。它们可以是由可真空蒸发镀膜的有机小分子薄膜材料构成，也可以是由可旋涂、浇铸、提拉、印刷的高分子聚合物薄膜材料构成。
金属背电极7，其特征在于可以是由单一纯的金属材料构成，包括金、银、铝、镁、铟、锡、镓、钙、铯、锂，也可以是由两种金属组成的合金购成，包括镁银、锂铝合金，还可以是双层结构，包括锂\铝、铯\铝、钙\铝、镁\铝、镁\银、钙\银、锂\银、铯\银、氟化物\铝、碱金属化合物\铝、氧化物\铝，还可以是复合结构，包括氟化物和铝复合、碱金属化合物和铝复合。
具体实施方式
首先在经过清洗的ITO导电玻璃电极(1)基底上用真空热蒸发镀膜的方法蒸镀上一层厚度为40nm的芳香二胺类衍生物TPD作为空穴传输层(2)，再蒸镀上一层厚度为20nm的8羟基喹啉铝Alq作为发光层(4)，接着蒸镀上一层厚度为0.5nm(器件1)或1nm(器件2)厚的氟化锂LiF无机材料薄层(5)作为空穴和激子阻挡层，然后又蒸镀上一层厚度为40nm的8羟基喹啉铝Alq作为电子传输层(6)，最后蒸镀上一层厚度为100nm的金属铝Al作为背电极(7)。在器件中，无机材料薄层(3)可以不用，发光层(4)和电子传输层(6)可以为相同的材料。相比同等条件下已有技术制备的常规器件(没有在有机发光层和电子传输层之间使用无机材料薄层)，上述本发明的实例器件分别将发光效率提高了1或2倍。
| 有机电致发光器件 | 发光效率 |
| 器件1(无机材料薄层厚0.5nm) | 2.4cd/A |
| 器件2(无机材料薄层厚1nm) | 1.7cd/A |
| 已有技术器件 | 0.8cd/A |
Claims (2)
1.一种有机电致发光器件，其结构包括ITO导电玻璃(1)、有机材料空穴传输层(2)、有机材料发光层(4)、有机材料电子传输层(6)和金属背电极(7)，其特征是在有机材料空穴传输层(2)与有机材料发光层(4)之间和有机材料发光层(4)与有机材料电子传输层(6)之间分别同时插入或单独插入第一无机材料薄层(3)和第二无机材料薄层(5)，第一无机材料薄层(3)和第二无机材料薄层(5)的厚度分别为0.1nm-2nm，用于阻挡过剩载流子，为阻挡层。
2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征是第一无机材料薄层(3)和第二无机材料薄层(5)由包括卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、或碳族化合物在内的无机半导体或绝缘体材料薄膜构成。
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