CN100553011C - 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,尤其涉及一种白色有机电致发光器件,包括阴极层、阳极层以及夹在阴极层与阳极层之间的多个有机层,其中有机层中的发光层为包括多个发光效率不同的发光层的多层结构,多个发光层之间形成界面,其特征是所述多个发光层是按照发光效率越高的发光层越靠近载流子分布密度小的发光层界面的顺序设置排列。本发明通过设置发光层的排列位置,得到了发光效率最大化及发光色纯度显著提高的有机电致发光器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光器件,尤其涉及一种高效的发白光的有机电致发光器件。
技术背景
有机电致发光器件(OLED)由于其低驱动电压、高亮度、广角观测和适用于全色平面发光显示器而备受青睐。Tang等在其美国专利4885211中描述了一种能够有效产生白光的OLED,可以作为极薄的光源、汽车顶灯、办公用照明等多种应用的低成本选择,和所有发光装置一样,希望白光OLED明亮且具有较小的功耗。J.Shi等在美国专利5683823中报导了各种白光OLED,其中发光层包括均匀分布在主发射材料中的红光和蓝光材料。Stao等在JP07142169中公开了能发射白光的OLED,该OLED通过形成邻近空穴传输层的蓝光发射层,然后再形成含红色荧光染料的区域绿色发射层制备。Kido等在Science,267卷,1332页(1995)中报导了一种白光OLED,在该OLED中,可以使用具有不同载体传输性能并分别发射蓝光、绿光或红光的三个发光层来产生白光。Deshpande等在Applied Physics Letters,75卷,888页(1999)中描述了一种白光OLED,该OLED采用一层发绿光和一层发红光和蓝光的层,这两层用空穴阻挡层隔开。
目前的白光器件通常使用双发光中心的器件结构,如蓝光和黄光材料共同发出白光,或者天蓝光和红光共同发出白光,此种白光器件制备简单并且发光效率高,发光色度稳定性好,但因发光光谱只有两个峰,致使白光加彩色滤光片效果不会很好,三发光中心的白光器件可以解决这一问题,但三发光中心白光器件发光效率通常不是很高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术缺陷,通过排布三发光中心位置提供一种发光颜色纯正并且高效的白光器件。
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种有机电致发光器件,包括阴极层,阳极层以及夹在阴极层与阳极层之间的多个有机层,其中有机层中的发光层为包括多个发光效率不同的发光层的多层结构,多个发光层之间形成界面,其特征是所述多个发光层是按照发光效率越高的发光层越靠近载流子分布密度小的发光层界面的顺序设置排列。
在上述有机电致发光器件中,发光层为三发光层结构或超过三发光层的多发光层结构。
在上述有机电致发光器件中,多个有机层包括空穴传输层、电子传输层、空穴注入层或电子注入层中的一层或多层。
一种白色有机电致发光器件,包括阴极层、阳极层以及夹在阴极层与阳极层之间的多个有机层,其中有机层中的发光层为包括多个发光效率不同的发光层的多层结构,多个发光层之间形成界面,其特征是所述多个发光层是按照发光效率越高的发光层越靠近载流子分布密度小的发光层界面的顺序设置排列。
在上述白色有机电致发光器件中,发光层为三发光层结构。
在上述白色有机电致发光器件中,多个有机层包括空穴传输层、电子传输层、空穴注入层或电子注入层中的一层或多层。
在上述白色有机电致发光器件中,三发光层结构分别为蓝色发光层、红色发光层与绿色发光层。
在上述白色有机电致发光器件中,蓝色发光层与绿色发光层的主体材料是电子传输性质的材料,红色发光层的主体材料是空穴传输性质的材料,且在靠近阳极层一侧依次排布红色发光层、蓝色发光层及绿色发光层。
在上述白色有机电致发光器件中,蓝色发光层、绿色发光层与红色发光层的主体材料是电子传输性质的材料,且在靠近阳极层一侧依次排布红色发光层、蓝色发光层及绿色发光层。
在上述白色有机电致发光器件中,蓝色发光层、红色发光层及绿色发光层的主体材料是空穴传输性质的材料,且在靠近阳极层一侧依次排布绿色发光层、蓝色发光层及红色发光层。
在上述白色有机电致发光器件中,蓝色发光层与绿色发光层的主体材料是空穴传输性质的材料,红色发光层的主体材料是电子传输性质的材料,且在靠近阳极层一侧依次排布绿色发光层、蓝色发光层及红色发光层。
在上述白色有机电致发光器件中,发光层的主体材料中包含掺杂剂材料。
在上述白色有机电致发光器件中,电子传输性质的材料是指在分子结构上表现为缺电子体系,具有较强的电子接受能力的材料,空穴传输性质的材料是指在分子结构上表现为富电子体系,具有较强的电子授予能力(易氧化)。
本发明通过排布不同发光层在OLED中的位置来实现有机电致发光器件的效率最大化,如图1所示是本发明具有三发光层结构的有机电致发光器件发光层界面结构示意图,图中110表示靠近阳极层的第一发光层、120表示第二发光层,130表示靠近阴极层的第三发光层,12表示第一发光层与第二发光层的界面,23表示第二发光层与第三发光层的界面,如果三个发光层的主体材料都是电子传输性质的材料或第二、第三发光层的主体材料是电子传输性质的材料,在第一发光层110与第二发光层120的界面12处空穴与电子相遇复合的概率就比较大,也就是形成载流子的密度较高,而在第二发光层120与第三发光层130的界面23处由于电子密度较高,形成载流子的几率比较小,也就是界面23处载流子的密度要远小于界面12处。如果三个发光层的主体材料都是空穴传输性质的材料或第一、第二发光层的主体材料是空穴传输性质的材料,则相反,第一发光层110与第二发光120的界面12处的载流子密度要远小于第二发光层120与第三发光层130的界面23处的载流子密度。在本发明的白光器件中,通过排布蓝色发光层、红色发光层和绿色发光层三发光中心的位置,使发光效率通常比较低的蓝色成分的发光中心和红色成分的发光中心组成的发光层设置在靠近载流子密度比较高的发光层界面处,而将发光效率通常比较高的绿色成分的发光中心组成的发光层设置在远离载流子密度比较高的发光层界面处,即靠近载流子密度比较低的发光层界面处,从而有效调节了蓝、绿、红三种颜色光的出光强度和均匀性,在提高白光器件色纯度的同时也提高了器件的发光效率。
附图说明
图1本发明具有三发光层结构的有机电致发光器件发光层界面结构示意图
110第一发光层,120第二发光层,130第三发光层,12第一发光层和
第二发光层的界面,23第二发光层和第三发光层的界面
图2本发明白色有机电致发光器件一种实施方式的结构剖面图
210基板,220阳极层,230空穴传输层,240发光层,241红色发光层,242蓝色发光层,243绿色发光层,250电子传输层,260阴极层,12第一发光层和第二发光层的界面,23第二发光层和第三发光层的界面
图3本发明有机电致发光器件另一种实施方式的结构剖面图
310基板,320阳极,330空穴传输层,340发光层,341绿色发光层,342蓝色发光层,343红色发光层,350电子传输层,360阴极层,12第一发光层和第二发光层的界面,23第二发光层和第三发光层的界面
图4本发明白色有机电致发光器件实施例1与对比例1的发光光谱图
图5本发明白色有机电致发光器件实施例2与对比例2的发光光谱图
具体实施方式
为参考起见,把本说明书中涉及的一些有机材料的缩写及全称列示如下:
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
下面参照图2对实施例1中有机电致白光器件的结构进行说明,图2是本发明有机电致白光器件一种实施方式的结构剖面图,其中210为透明基片,可以是玻璃或柔性基片,柔性基片可以采用聚脂类、聚酰亚胺类化合物中的一种材料,本实施例中采用玻璃基片,220为阳极层,可以采用无机材料或有机导电聚合物,无机材料一般为ITO、氧化锌、氧化锌锡等金属氧化物或金、铜、银等功函数较高的金属,优选ITO,有机导电聚合物优选PEDOT,PSS、PANI中的一种材料,本实施例中采用ITO,230为空穴传输层,本实施例中空穴传输层采用空穴传输能力较强的p-型有机半导体材料,一般为三苯胺类化合物,如NPB、TPD、MTDATA等材料中的一种,本实施例中采用优选的NPB,240为发光层,采用小分子或聚合物材料作为主体材料,小分子主体材料一般为联苯-咔唑类或苯-卡唑类化合物中的一种材料,聚合物主体材料一般为聚乙烯咔唑或聚芴类材料。本实施例白光器件的发光层包含多发光层结构,由红色、蓝色、绿色发光层组成,并混合发出白光,其中第一发光层红色发光层241的主体材料选择NPB,掺杂剂使用Rubrene,平均掺杂浓度为0.1%-10%,优选浓度为3%,膜层厚度为10nm,第二发光层蓝色发光层242的主体材料选择TBADN,掺杂剂使用DPAVBi,平均掺杂浓度为0.1-10%,优选浓度为3%,膜层厚度为25nm,第三发光层绿色发光层243的主体材料仍使用TBADN,掺杂剂使用DMQA,平均掺杂浓度为0.1-10%,优选浓度为2%,膜层厚度为5nm。250为电子传输层,一般为金属有机配合物,如Alq3、BAlq、Gaq3或Al(Saph-q)、芳香稠环类、邻菲咯啉类或噁二唑类化合物中的一种材料,本实施例选择Alq3作为电子传输层材料,厚度为20nm,260为阴极层,一般采用锂、镁、钙、铝、铟等功函数较低的金属或它们与铜、金、银的合金,本实施例采用依次的LiF层、Al层作为金属阴极层,其中LiF层的厚度为0.5nm,Al层的厚度为150nm。
本实施例有机电致白光器件的结构具有以下结构式(1):
Glass/ITO/NPB/NPB:Rubrene/TBADN:DPAVBi/TBADN:DMQA/Alq3/LiF/Al(1)
本实施例有机电致白光器件的制备步骤如下:
利用热的洗涤剂超声和去离子水超声的方法对透明导电基片ITO玻璃进行清洗,清洗后将其放置在红外灯下烘干,然后对烘干的ITO玻璃进行紫外臭氧清洗和低能氯离子束轰击的预处理,其中导电基片上面的ITO膜作为器件的阳极层,ITO的方块电阻为5Ω-100Ω,膜厚为80-280nm;
将上述清洗烘干并经过预处理的IT0玻璃置于真空腔内,抽真空至1×10-3-9×10-3Pa,然后在上述ITO膜上蒸镀一层空穴传输材料NPB,材料的蒸镀速度为0.01-0.5nm/s,膜厚为10nm;
保持上述真空腔内压力不变,在上述空穴传输层上继续蒸镀红色发光层241,采用二源蒸镀的方法进行掺杂,分别将主体材料NPB、掺杂剂Rubrene置于不同的蒸发源中,在蒸镀同时分别用两个膜厚监测仪探头对两个蒸发源的蒸镀速率进行监测,通过控制两个蒸发源的蒸镀速率,使掺杂剂Rubrene在主体材料NPB中的掺杂浓度符合工艺要求,掺杂剂的掺杂浓度为3%(重量百分比),总膜厚为10nm。
接着在发光层241上继续采用上述二源蒸镀法蒸镀蓝色发光层242,其中主体材料TBADN,掺杂剂DPAVBi,最后得到的掺杂剂浓度为3%(重量百分比),总膜厚为25nm,随后在发光层242上仍然继续采用上述二源蒸镀法蒸镀绿色发光层243,其中主体材料TBADN,掺杂剂DMQA,最后得到的掺杂剂浓度为2%(重量百分比),总膜厚为5nm;
保持上述真空腔内压力不变,在上述有机发光层之上继续蒸镀Alq3作为电子传输层250,Alq3的蒸镀速率为0.01-0.5nm/s,膜厚为20nm。
保持上述真空腔内压力不变,在上述电子传输层250之上依次蒸镀金属氟化物层LiF层和金属层Al层作为器件的阴极层,其中LiF层的厚度为0.5nm,金属层Al层的厚度为150nm。
由此得到的白光器件中第一发光层的主体材料NPB为空穴传输性质的材料,第二、第三发光层的主体材料TBADN为电子传输性质的材料,因此第一发光层与第二发光层的界面上载流子的密度远高于第二发光层与第三发光层的界面上载流子的密度,本实施例中将发光效率较低的红色发光层与蓝色发光层依次设置在载流子密度较高的发光层界面两侧,发光效率较高的绿色发光层设置在载流子密度较低的发光层界面处,由此得到了发光效率最大化的白光器件。
对比例1
对比例1的有机电致白光器件的结构具有以下结构式(2):
Glass/ITO/NPB/NPB:DMQA/TBADN:DPAVBi/TBADN:Rubrene/Alq3/LiF/Al(2)
对比例1的有机发光器件的制备方法同实施例1,对比例1中靠近阳极层一侧依次排布:绿色发光层、蓝色发光层和红色发光层。
实施例1与对比例1比较的发光谱图如图4所示,图中实线表示的是实施例1的发光谱图,虚线表示的是对比例1的发光谱图,图中450-500nm之间的峰为蓝色发光峰,500-550nm之间的峰为绿色发光峰,550-600nm之间的峰为红色发光峰,由图可以看出,对比例1中绿色发光峰明显增强,红色发光峰明显减弱,主要原因是由于发光层主体材料的性质使得对比例1中发光层界面12的载流子密度高于发光层界面23的载流子密度,而绿色发光材料的发光效率本身就比较高,要高于红色发光材料的发光效率,对比例1中将发光效率较高的绿色发光层设置在载流子密度较大的发光层界面12一侧,将发光效率较低的红色发光层设置在载流子密度较小的发光层界面23一侧,使得绿色发光峰明显增强,红色发光峰明显减弱,这样不仅会使器件的发光效率降低,而且容易导致器件发光光谱主要以绿光为主,最终导致器件发出的白色光色纯度很差。而实施例1中将发光效率较低的红色发光层设置在载流子密度较高的发光层界面12一侧,将发光效率较高的绿光发光层设置在载流子密度较低的发光层界面23一侧,从而得到发光效率和色纯度都比较优异的白光器件。
实施例2
下面结合图3对本实施例中有机电致发光器件的结构进行说明,图3是本发明另一种实施方施的白光器件结构剖面图,310为玻璃基片,320为阳极层,选择ITO,330为空穴传输层,选择NPB,膜层厚度20nm,340为发光层,依次包括绿色发光层341,蓝色发光层342与红色发光层343,其中绿色发光层的主体材料选择NPB,掺杂剂选择C545T,掺杂剂浓度为3%,膜厚10nm,蓝色发光层的主体材料选择CBP,掺杂剂选择TBpe,掺杂剂浓度为3%,膜厚25nm,红色发光层的主体材料选择CBP,掺杂剂选择Rubrene,掺杂剂浓度为2%,膜厚5nm,350为电子传输层,本实施例中选择Alq3,膜层厚度25nm,360为阴极层,本实施例采用依次的LiF层、Al层作为金属阴极层,其中LiF层的厚度为0.5nm,Al层的厚度为150nm。
本实施例有机电致白光器件具有如下结构式(3)
Glass/NPB/NPB:C545T/CBP:TBpe/CBP:Rubrene/Alq3/LiF/Al (3)
本实施例的制备方法同实施例1。
由此得到的白光器件中第一发光层的主体材料NPB及第二、第三发光层的主体材料CBP均为空穴传输性质的材料,与上述实施例1不同之处在于,本实施例中第一发光层与第二发光层界面上载流子的密度远低于第二发光层与第三发光层界面上载流子的密度,本实施例中将发光效率较高的绿色发光层设置在载流子密度较低的发光层界面处,发光效率较低的蓝色发光层和红色发光层设置在载流子密度较高的发光层界面两侧,由此得到了发光效率最大化的白光器件。
对比例2
对比例2的有机电致白光器件的结构具有以下结构式(4):
Glass/ITO/NPB/NPB:Rubrene/CBP:TBpe/CBP:C545T/Alq3/LiF/Al (4)
对比例2的有机发光器件的制备方法同实施例1,对比例2中靠近阳极层一侧依次排布:红色发光层、蓝色发光层和绿色发光层。
实施例2与对比例2比较的发光谱图如图5所示,图中实线表示的是实施例2的发光谱图,虚线表示的是对比例2的发光谱图,图中450-500nm之间的峰为蓝色发光峰,500-550nm之间的峰为绿色发光峰,550-600nm之间的峰为红色发光峰,由图可以看出,对比例2中绿色发光峰明显增强,红色发光峰明显减弱,主要原因是由于发光层主体材料的性质使得对比例2中发光层界面12的载流子密度低于发光层界面23的载流子密度,而红色发光材料的发光效率本身就比较低,要低于绿色发光材料的发光效率,对比例2中将发光效率较低的红色发光层设置在载流子密度较小的发光层界面12一侧,将发光效率较高的绿色发光层设置在载流子密度较大的发光层界面23一侧,使得红色发光峰明显减小,绿色发光峰明显增强,这样不仅会使器件的发光效率降低,而且容易导致器件发光光谱主要以绿光为主,最终导致器件发出的白色光色纯度很差。而实施例2中将发光效率较高的绿色发光层设置在载流子密度较小的发光层界面12一侧,将发光效率较低的红光发光层设置在载流子密度较大的发光层界面23一侧,从而得到发光效率和色纯度都比较优异的白光器件。
此外本发明还可以采用如下优选实施例:
实施例3
本实施例有机电致白光器件的结构剖面图如图2所示,发光层240采用红/蓝/绿三发光层结构,具有如下结构式(5)
Glass/NPB/NPB:Rubrene/DPVBi:BEP/DPVBi:TBPe/Alq3/LiF/Al (5)本实施例白光器件的制备方法同实施例1,其中红光层的主体材料选择NPB,掺杂剂选择Rubrene,蓝光层的主体材料选择DPVBi,掺杂剂选择BEP,绿光层的主体材料选择DPVBi,掺杂剂选择TBPe。本实施例中第一发光层主体材料NPB为空穴传输性质的材料、第二、第三发光层主体材料DPVBi为电子传输性质的材料。
实施例4
本实施例有机电致白光器件的结构剖面图如图2所示,发光层240采用红/蓝/绿三发光层结构,具有如下结构式(6)
Glass/NPB/NPB:DCJTB/BAlq:TBpe/BAlq:C545T/Alq3/LiF/Al (6)
本实施例白光器件的制备方法同实施例1,其中红色发光层主体材料选择NPB,掺杂剂选择DCJTB,蓝光层主体材料选择BAlq,掺杂剂选择TBpe,绿光层主体材料选择BAlq,掺杂剂选择C545T。本实施例中第一发光层主体材料NPB为空穴传输性质的材料、第二、第三发光层主体材料BAlq为电子传输性质的材料。
实施例5
本实施例有机电致白光器件的结构剖面图如图3所示,发光层340采用绿/红/蓝三发光层结构,具有如下结构式(7)
Glass/NPB/NPB:C545T/CBP:TBpe/CBP:DCJTB/Alq3/LiF/Al (7)
本实施例白光器件的制备方法同实施例1,其中绿光层的主体材料选择NPB,掺杂剂选择C545T,蓝光层的主体材料选择CBP,掺杂剂选择TBpe,红光层的主体材料选择CBP,掺杂剂选择DCJTB。本实施例中三个发光层的主体材料NPB、CBP均为空穴传输性质的材料。
实施例6
本实施例有机电致白光器件的结构剖面图如图3所示,发光层340采用绿/红/蓝三发光层结构,具有如下结构式(8)
Glass/NPB/NPB:C545T/CBP:BEP/CBP:Rubrene/Alq3/LiF/Al (8)
本实施例白光器件的制备方法同实施例1,其中绿光层的主体材料选择NPB,掺杂剂选择C545T,蓝光层的主体材料选择CBP,掺杂剂选择BEP,红光层的主体材料选择CBP,掺杂剂选择Rubrene。本实施例中三个发光层的主体材料NPB、CBP均为空穴传输性质的材料。
Claims (6)
1、一种白色有机电致发光器件,包括阴极层、阳极层以及夹在阴极层与阳极层之间的多个有机层,其中有机层中的发光层为包括三个发光效率不同的发光层的三发光层结构,所述三发光层结构分别为蓝色发光层、红色发光层与绿色发光层,相邻发光层之间形成界面,其特征是所述三发光层结构是按照发光效率越高的发光层越靠近载流子分布密度小的发光层界面的顺序设置排列,所述蓝色发光层和绿色发光层的主体材料是空穴传输性质的材料、所述红色发光层的主体材料是空穴传输性质或电子传输性质的材料,且在靠近所述阳极层一侧依次排布绿色发光层、蓝色发光层及红色发光层。
2、根据权利要求1所述的白色有机电致发光器件,其特征是所述发光层主体材料中包含掺杂剂材料。
3、根据权利要求2所述的白色有机电致发光器件,其特征是所述绿色发光层的主体材料为NPB,掺杂材料为C545T。
4、根据权利要求2所述的白色有机电致发光器件,其特征是所述蓝色发光层的主体材料为CBP,掺杂材料为TBpe或BEP。
5、根据权利要求2所述的白色有机电致发光器件,其特征是所述红色发光层的主体材料为CBP,掺杂材料为Rubrene或DCJTB。
6、根据权利要求1所述的白色有机电致发光器件,其特征是所述多个有机层包括空穴传输层、电子传输层、空穴注入层或电子注入层中的一层或多层。
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