CN101165939A - 一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，包括：一衬底；一正极，该正极沉积在衬底上；一有机电子受体层，该有机电子受体层沉积在正极上，用于产生内载流子；一有机电子给体层，该有机电子给体层沉积在有机电子受体层上，用于产生内载流子；一有机空穴传输层，该有机空穴传输层沉积在有机电子受体层上，用于传输空穴；一有机发光层，该有机发光层沉积在有机空穴传输层上，用于发光；一有机电子传输层，该有机电子传输层沉积在有机发光层上，用于传输电子；一负极，该负极沉积在有机电子传输层上。

Description

一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管
技术领域
本发明涉及一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，可以实现有效的空穴注入。本发明所涉及的有机发光二极管由一个正极、一个沉积在正极上的有机电子受体层、一个沉积在有机电子受体层上的有机给体层、一个沉积在有机给体层上的有机空穴传输层、一个沉积在有机空穴传输层上的有机发光层、一个沉积在有机发光层上的有机电子传输层、一个沉积在有机电子传输层上的阴极组成。
背景技术
自1987年美国柯达公司报道双层有机发光二极管、90年代初英国剑桥大学报道聚合物发光二极管以来，有机/聚合物发光二极管的研究和相关技术得到了长足发展。到目前为止，有机/聚合物平板显示技术已进入市场化阶段，有机固体照明技术也已经具备了市场化条件。有机半导体材料柔性好、重量轻、加工简单、性能稳定并且能够和传统硅基工艺相结合，有机发光二极管色彩明亮、视角宽、工作温度范围大、功耗低、可以用于移动显示产品、具有生产成本低的潜势，因此有机/聚合物平板显示技术被认为是替代液晶显示的最佳候选；能源是21世纪各国必须优先考虑的战略问题，降低能源消耗是缓解能源短缺问题的一个重要途径。有机发光二极管在寿命和效率上均优于目前广泛使用的incandescent bulb，因此有机固体照明技术也受到广泛关注。
有机发光二极管的工作过程由载流子注入、载流子传输、载流子复合然后辐射衰减组成。实现有效的载流子注入是实现高性能有机发光二极管的第一步。载流子注入是指空穴从正极注入和电子从负极注入。氧化铟锡(ITO)导电薄膜经常用作有机发光二极管的正极实现空穴注入，一些高功函的金属例如金、银、铂等也被用作正极实现空穴注入。经常使用的有机空穴注入材料多为CuPc、TPD、NPB，它们的最高占有轨道(HOMO)能级在5.0-5.7eV之间，能够和上述正极实现欧姆接触。正极/空穴注入层之间的界面性质直接决定器件的性能。到目前为止，尚未见到关于使用有机电子受体材料参与实现高效空穴注入的器件的报道。经常使用的有机电子受体材料为C60、PTCDA、PTCM、NTCDI、F4-TCNQ等，在有机太阳能电池中它们可以和有机电子给体材料形成激子分解界面，实现电子-空穴的有效分离。它们的最低未占有轨道(LUMO)能级比较接近金、银等高功函金属的费米能级。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于有机发光二极管的极化空穴注入结构，采用该结构的有机发光二极管可被应用于有机平板显示和固体照明装置，具有亮度高、低驱动电压及成本低的优点。
本发明一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，包括：
一衬底；
一正极，该正极沉积在衬底上；
一有机电子受体层，该有机电子受体层沉积在正极上，用于产生内载流子；
一有机电子给体层，该有机电子给体层沉积在有机电子受体层上，用于产生内载流子；
一有机空穴传输层，该有机空穴传输层沉积在有机电子受体层上，用于传输空穴；
一有机发光层，该有机发光层沉积在有机空穴传输层上，用于发光；
一有机电子传输层，该有机电子传输层沉积在有机发光层上，用于传输电子；
一负极，该负极沉积在有机电子传输层上。
其中正极为以下任一种材料：
Indium doped tin oxide，ITO、Fluorinated dopedtin oxide，FTO、金、银。
其中有机电子受体层为以下任一材料：
C60、3，4，9，10-perylenetetracarboxylicbis-benzimidazole，PTCBI、3，4，9，10-perylenetetracarboxylic，PTCDA。
其中有机电子受体层用以下任一材料掺杂：
金、银、铂。
其中有机电子给体层为以下任一材料：
Zinc phthalocyanine，ZnPc、Copperphthalocyanine，CuPc。
其中有机空穴传输层为以下任一材料：
N，N’-bis-(1-naphthlddipheny)-1，1’-biphenyl-4，4’-diamine，NPB、N，N’-diphenyl-N，N’-bis(3-methylpheny)1-1’biphenyl-4，4’diamine，TPD、4，4’-bis[N，N’-(3-tolyl)amino]-3，3’-dimethylbiphenyl，HMTPD。
其中有机发光层为tris(8-quinolinolato)aluminum，Alq3。
其中有机发光层用以下任一材料掺杂：
N，N’-Dimethyl-quinacridone，DMQA、3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin、Rubrene、4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran，DCM。
其中有机电子传输层为以下任一材料：
Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)-aluminium，BAlq、Tris(8-quinolinolato)aluminum，Alq3。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细描述如后，其中：
图1为基于本发明所涉及的用于有机发光二极管的极化空穴注入结构的有机发光器件结构示意图。
图2为器件ITO/PTCDA 10nm/CuPc 5nm/NPB 30nm/Alq3 60nm/Mg:Ag的光电性能。
图3为器件ITO/PTCDA 10nm/CuPc 5nm/NPB 30nm/Alq3 60nm/Mg:Ag的空穴注入过程。
具体实施方式
将用实例将对本发明进行具体描述，但是本发明并不仅仅局限于所列举的实例。
请参阅图1所示，本发明一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，包括：
一衬底40；
一正极10，该正极10沉积在衬底40上；其中正极10为以下任一种材料：
Indium doped tin oxide(ITO)、Fluorinateddoped tin oxide(FTO)、金、银；
一有机电子受体层20，该有机电子受体层20沉积在正极10上，用于产生内载流子；其中有机电子受体层20为以下任一材料：C60、3，4，9，10-perylenetetracarboxylic bis-benzimidazole(PTCBI)、3，4，9，10-perylene tetracarboxylic(PTCDA)；其中有机电子受体层20用以下任一材料掺杂：金、银、铂。
一有机电子给体层30，该有机电子给体层30沉积在有机电子受体层20上，用于产生内载流子；其中有机电子给体层30为以下任一材料：Zincphthalocyanine，ZnPc、Copper phthalocyanine，CuPc；
一有机空穴传输层50，该有机空穴传输层50沉积在有机电子受体层30上，用于传输空穴；其中有机空穴传输层50为以下任一材料：N，N’-bis-(1-naphthlddipheny)-1，1’-biphenyl-4，4’-diamine，NPB、N，N’-diphenyl-N，N’-bis(3-methylpheny)1-1’biphenyl-4，4’diamine(TPD)、4，4’-bis[N，N’-(3-tolyl)amino]-3，3’-dimethylbiphenyl(HMTPD)；
一有机发光层60，该有机发光层60沉积在有机空穴传输层50上，用于发光；其中有机发光层60为tris(8-quinolinolato)aluminum，Alq3；其中有机发光层60可以用以下任一材料掺杂：N，N’-Dimethyl-quinacridone(DMQA)、3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin、Rubrene、4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(DCM)；
一有机电子传输层70，该有机电子传输层70沉积在有机发光层60上，用于传输电子；其中有机电子传输层70可以为以下任一材料：Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)-aluminium，BAlq、Tris(8-quinolinolato)aluminum(Alq3)；
一负极80，该负极80沉积在有机电子传输层70上。
本发明所涉及的是一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管。例如，这样的一个用于有机发光二极管的极化空穴注入结构可以由一个正极10、一个有机电子受体层20、一个有机电子给体层30、一个有机空穴传输层50、一个有机发光层60、一个有机电子传输层70、一个阴极80组成。
在本发明中，正极10通常为ITO玻璃，也可以为半透明的金属电极，例如金、银、铂。
在本发明中，有机电子受体层20应该具有较强的电子传输能力，而且LUMO能级比较接近通常使用正极材料的功函，能级差不应该高于0.5eV。在本发明中，能够用作有机电子受体层20的材料可以为C60、3，4，9，10-perylenetetracarboxylicbis-benzimidazole(PTCBI)、3，4，9，10-perylenetetracarboxylic(PTCDA)。
在本发明中，有机电子受体层20可以用微量金属进行掺杂，从而提高界面处内载流子的生成数目。可以用来掺杂的金属可以为金、银、铂。
在本发明中，有机电子给体层30的材料是指那些能够平滑、亲润正极表面以至于能够很好实现空穴注入的有机分子材料。有机电子给体层30材料的HOMO能级应该和有机电子受体层20的LUMO能级相匹配，能垒差不高于0.7eV，可以为Zincphthalocyanine(ZnPc)、Copper phthalocyanine(CuPc)。
在本发明中，有机空穴传输层50材料是指那些具备较高空穴迁移率、优先传导空穴的有机分子材料。可以为N，N’-bis-(1-naphthlddipheny)-1，1’-biphenyl-4，4’-diamine(NPB)、N，N’-diphenyl-N，N’-bis(3-methylpheny)1-1’biphenyl-4，4’diamine(TPD)、4，4’-bis[N，N’-(3-tolyl)amino]-3，3’-dimethylbiphenyl(HMTPD)。
在本发明中，有机发光层60材料发出可见光。有机发光层可以发兰光(J.Appl.Phys.84，2324(19898))；可以发红光(Appl.Phys.Lett.75，1682(999))；可以发三线态光(J.Appl.Phys.97，044505(1005))；也可以是一种组合发白光(Appl.Phys.Lett.86，113507(2005))。
在本发明中，有机电子传输层70材料是指那些具备高电子迁移率、优先传导电子的有机分子材料。有机电子传输层材料的LUMO能级应该和阴极功函相匹配，能垒差不高于0.7eV，可以是tris(8-quinolinolato)aluminum(Alq3)。
在本发明中，阴极80注入电子。阴极80材料可以为镁/银组合或镁银合金或氟化锂/铝组合。
本发明的特点和优势：
(1)本发明改变了传统的空穴注入设计思想，采用性能稳定的有机受体和给体材料产生内载流子，实现高效的空穴注入，具有明显的自主知识产权。
(2)由于有机受体材料的能级结构与通常使用的正极材料的功函更加匹配，因此空穴注入效果非常好，相应的有机发光二极管可以在低电压下达到高亮度，这对于有机半导体照明是非常有益的。
(3)在本发明中，有机受体材料可以用高功函金属进行掺杂，掺杂后的有机受体薄膜可以和金属电极形成很好的欧姆接触。因此，本发明可以非常有效的与柔性显示和照明相结合。
实施例
我们这里给出了与本发明相关的一些典型器件结构，参见表1：
表1
 实施例   材料
 实施例1   ITO/PTCDA 10nm/CuPc 5nm/NPB 30nm/Alq360nm/Mg:Ag
 实施例2   ITO/PTCDA 10nm/CuPc 5nm/NPB 30nm/BAlq60nm/Mg:Ag
 实施例3   ITO/PTCDA 10nm/ZnPc 5nm/NPB 30nm/Alq360nm/Mg:Ag
 实施例4   ITO/PTCDA 10nm/ZnPc 5nm/NPB 30nm/BAlq60nm/Mg:Ag
 实施例5   ITO/PTCBI 10nm/CuPc 5nm/NPB 30nm/Alq360nm/Mg:Ag
 实施例6   ITO/PTCBI 10nm/CuPc 5nm/NPB 30nm/BAlq60nm/Mg:Ag
 实施例7   ITO/PTCBI 10nm/ZnPc 5nm/NPB 30nm/Alq360nm/Mg:Ag
 实施例8   ITO/PTCBI 10nm/ZnPc 5nm/NPB 30nm/BAlq60nm/Mg:Ag
图2给出了器件1的光电性能。可以看出，极化空穴注入结构ITO/PTCDA 10nm/CuPc 5nm提供了很好的空穴注入情况，该器件可以发出很强的黄绿光。这是世界是第一只采用极化空穴注入结构的有机发光二极管。
图3给出了可应用于有机发光二极管的极化空穴注入结构的工作原理。在一定的偏压下，PTCDA/CuPc界面被极化，从而生成了一定数量的空穴(在CuPc一侧)和电子(在PTCDA一侧)；在电场的作用下，PTCDA薄膜中产生的电子被传输进入ITO，这样就完成了空穴注入过程。

Claims (9)

1.一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，包括：
一衬底；
一正极，该正极沉积在衬底上；
一有机电子受体层，该有机电子受体层沉积在正极上，用于产生内载流子；
一有机电子给体层，该有机电子给体层沉积在有机电子受体层上，用于产生内载流子；
一有机空穴传输层，该有机空穴传输层沉积在有机电子受体层上，用于传输空穴；
一有机发光层，该有机发光层沉积在有机空穴传输层上，用于发光；
一有机电子传输层，该有机电子传输层沉积在有机发光层上，用于传输电子；
一负极，该负极沉积在有机电子传输层上。
2.根据权利要求1所述的一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，其中正极为以下任一种材料：
Indium doped tin oxide，ITO、Fluorinated dopedtin oxide，FTO、金、银。
3.根据权利要求1所述的一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，其中有机电子受体层为以下任一材料：
C60、3，4，9，10-perylenetetracarboxylicbis-benzimidazole，PTCBI、3，4，9，10-perylenetetracarboxylic，PTCDA。
4.根据权利要求1所述的一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，其中有机电子受体层用以下任一材料掺杂：
金、银、铂。
5.根据权利要求1所述的一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，其中有机电子给体层为以下任一材料：
Zinc phthalocyanine，ZnPc、Copperphthalocyanine，CuPc。
6.根据权利要求1所述的一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，其中有机空穴传输层为以下任一材料：
N，N’-bis-(1-naphthlddipheny)-1，1’-biphenyl-4，4’-diamine，NPB、N，N’-diphenyl-N，N’-bis(3-methylpheny)1-1’biphenyl-4，4’diamine，TPD、4，4’-bis[N，N’-(3-tolyl)amino]-3，3’-dimethylbiphenyl，HMTPD。
7.根据权利要求1所述的一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，其中有机发光层为tris(8-quinolinolato)aluminum，Alq3。
8.根据权利要求7所述的一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，其中有机发光层用以下任一材料掺杂：
N，N’-Dimethyl-quinacridone，DMQA、3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin、Rubrene、4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran，DCM。
9.根据权利要求1所述的一种采用极化空穴注入结构的有机发光二极管，其特征在于，其中有机电子传输层为以下任一材料：
Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)-aluminium，BAlq、Tris(8-quinolinolato)aluminum，Alq3。
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