CN101593815A - 基于有机与无机复合色彩转换膜的白色有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于有机与无机复合色彩转换膜的白色有机电致发光器件。该器件依次包括：1.玻璃衬底(或柔性衬底)、2.阳极(ITO溅射层)、3.空穴传输层(可以提高空穴的注入及传输)、4.有机半导体发光层(蓝光发射层)、5.电子传输层(可以提高电子的注入及传输，并阻挡空穴的扩散)和6.阴极(金属背电极)。在无ITO层的衬底一侧旋涂一层有机与无机复合色彩转换膜，采用的材料为：有机转换材料VQ－D25颜料与无机转换材料YAG荧光粉的混合物。本发明的有机蓝光OLED采用热蒸镀方法制备，有机与无机复合色彩转换膜采用旋涂的方法获得，通过改变色彩转换膜的掺杂浓度(12∶5∶83－9∶3∶88)及厚度(200－300nm)，可获得发光性能较好的白色有机电致发光。
Description
【技术领域】：
本发明属于有机电致发光技术领域，特别涉及一种结合有机/无机色彩转换膜的白色有机电致发光器件及其制备方法。
【背景技术】：
有机电致发光器件(OLED)以其突出的优势[1]，正在逐步成为非常热门的新兴平板显示器产业，它所具有的亮度高、视角宽、功耗低、响应速度快、制备工艺简单和成本低，特别是高品质图象及便携式、柔性等方面的优势，是其它的显示器(如：CRT、LCD、PDP等)都无法比拟的，被誉为新一代平板显示器，有着美好的应用前景。
作为有机电致发光的一种，白色有机电致发光器件(WOLED)因其在液晶背光源、彩色显示和固态照明光源等方面的巨大应用潜力也成了该领域研究的热点一[2]。目前的WOLED器件，其白光发射无论是通过两基色，还是三基色混合获得，一般都采用的是发光层多层掺杂结构[3-5]，它们都存在着因各发光层之间的接触界面、接触势垒及各个发光层的发光衰减不同而造成器件效率与寿命的大幅衰减等问题。而利用色彩转换膜法制备WOLED器件[6-8]，与利用发光层多层掺杂结构制备的器件相比，其制备工艺更为简化，它是在导电玻璃的ITO一侧采用真空镀膜的方法沉积蓝光OLED的各功能薄膜，而在导电玻璃的另一侧利用甩膜的方法制备色彩转换膜(CCF)，然后用发蓝光的OLED作为激发光源来激发色彩转换膜而获得橙/红色发光，进而与光源中另一部分蓝光混色后实现白光发射的，该方法称为色彩转换法或波长转换法。其制备成本更加低廉，易于通过优化蓝光OLED(可以采用效率高的荧光材料或者磷光材料)或者色彩转换层来提高白光器件的整体性能，并且蓝光OLED是单发光层，避免了传统多发光层白光器件因不同发光材料的衰减不同，而造成器件在工作一段时间后的色坐标偏移较大以及效率、寿命较短等问题，基于此多方面的优势，用色彩转换法制备WOLED已逐渐成为一个重要的研究方向和研究热点。
本发明以上所涉及的公开文献和其他参考材料描述了本发明的背景技术，并提供了关于其实验的附加细节，为了方便，将参考材料通过数字来引用并组合在本说明书后所附的文献目录中。
【发明内容】：
本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于有机与无机复合色彩转换膜的白色OLED及制备方法，以及如何获得最优化的CCF染料掺杂浓度及厚度，并与蓝光OLED进行良好的匹配，从而实现纯白光发射的OLED及制备方法。
本发明提供的基于有机与无机复合色彩转换膜的白色有机电致发光器件，依次包括，衬底、ITO层、空穴传输层、蓝光发射层、电子传输层及金属背电极，所述的衬底材料为玻璃或绝缘柔性材料，阳极为ITO溅射层(面电阻＜25Ω/□)，空穴传输层、蓝光发射层、电子传输层均为有机半导体材料薄膜层组成，金属背电极由无机半导体薄膜及金属组成。在无ITO层的衬底一侧旋涂一层有机与无机复合色彩转换膜，该有机与无机复合色彩转换膜采用的材料为：有机转换材料VQ-D25颜料与无机转换材料YAG荧光粉的混合物。所述的有机转换材料VQ-D25颜料与无机转换材料YAG荧光粉的重量混合比为2.4∶1-3∶1。
所述的ITO阳极为采用溅射方法沉积在衬底材料上的ITO溅射层，沉积厚度为100-200nm。
所述的有机与无机复合色彩转换膜采用旋甩的方法，将有机转换材料VQ-D25颜料与无机转换材料YAG荧光粉混合后均匀分散到PMMA中，三者的相对质量比VQ-D25∶YAG荧光粉∶PMMA分别为12∶5∶83-9∶3∶88，经溶剂稀释后均匀的旋涂在衬底无ITO层的一侧，厚度为200-300nm。
所述的空穴传输层、蓝光发射层、电子传输层及金属背电极均采用真空沉积的方法制备，其中，空穴传输层膜厚为30-40nm，蓝色发光层膜厚为35-40nm，电子传输层膜厚为20-30nm，金属背电极膜厚为800-1000nm，其中含有5-8nm的电子缓冲层。
所述的空穴传输层采用N，N’-bis(naphthalen-1-yl)-N，N’-bis(phenyl)-benzidine(N，N′-二萘基-N，N′-二苯基对二氨基联苯，NPB)；蓝光发光层采用4，4′-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl(4，4′-二(9-咔唑)联苯，CBP)主体掺杂高效蓝色荧光染料N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine(N-(4-((E)-2(6-((E)-4-(二苯胺)苯乙烯基)2-萘基)乙烯基)苯基)N-苯基苯胺，N-BDAVBi)；电子传输层采用4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline(4，7-二苯基-1，10-邻二氮杂菲，BPhen)；金属背电极采用LiF与Al。
所述ITO玻璃衬底依次用乙醇、丙酮超声清洗，去离子水冲洗，经氮气吹干和烘箱内120℃、30min烘干，用于制备器件。
OLED器件的光电性能测试条件：通过Keithley 2400Sourcemeter和Keithley 485Picoammeter测量样品的电流-电压(I-V)特性，通过PhotoResearch PR-650主要获得器件的发光光谱、色坐标、发光亮度等，进而将上述的测试设备联用从而获得器件的发光效率，测量过程及测量结果参看具体实施方式。
本发明的优点和积极效果：
本发明采用将高效蓝光OLED发射的蓝光用来激发有机与无机复合色彩转换膜的方法，制备一种新型的WOLED器件。而此类器件的电流效率、亮度及色坐标等性能参数优于单纯采用无机或有机色彩转换膜的WOLED器件。本发明的基于有机与无机复合色彩转换膜的白光OLED，通过改变有机与无机复合色彩转换材料的掺杂浓度(12∶5∶83-9∶3∶88)及厚度(200-300nm)，进而匹配高效的蓝光OLED，可获得稳定性较好的纯白光发射。而无机YAG荧光材料的引入调整并稳定了最终器件的色坐标，其核心为蓝光OLED发出的蓝光经由YAG的传递作用，将能量更有效地传递给了有机颜料VQ-D25。
【附图说明】：
图1为本发明中整体器件结构的断面示意图，自下而上分别为：有机与无机复合色彩转换膜，带ITO阳极的玻璃衬底，空穴传输层，蓝色荧光发光层，电子传输层及含电子缓冲层的金属背电极。
图2为蓝光OLED的电致发光(EL)光谱、YAG与VQ-D25的吸收谱(Abs)和光致发光(PL)光谱；
图3为结合有机与无机复合色彩转换膜的白光器件在6V(■)、8V(
)、12V(▲)及14V(●)驱动电压下的发光光谱；
图4为白光OLED器件的色坐标随驱动电压的变化；
图5为白光OLED器件的亮度随驱动电压的变化；
图6为制备的蓝光OLED及结合复合色彩转换膜后实现纯白光发射的实物照片。
【具体实施方式】：
实施例1：
本发明实施例中所述的ITO透明衬底均以ITO玻璃衬底为例。
如图1所示，将一块沉积有ITO溅射层的玻璃衬底(面电阻＜25Ω/□)经化学腐蚀形成条形ITO电极，依次用丙酮、乙醇和去离子水在超声波环境中清洗；然后用氮气吹干，在烘箱中(120℃，30min)烘干，备用。
在ITO玻璃衬底的无ITO面一侧上旋涂一层有机与无机复合色彩转换膜：将有机颜料VQ-D25和无机YAG荧光粉均匀混合后分散到PMMA中，三者的相对质量比VQ-D25∶YAG荧光粉∶PMMA分别为12∶5∶83(高浓度掺杂条件下)，经溶剂(丙酮)稀释后旋涂于衬底上成膜(膜厚相应减小，约为200nm)。
将旋涂CCF后的ITO衬底置于真空系统，将真空度抽到3×10-3Pa，于带有ITO一面的衬底上，依次沉积空穴传输层NPB(30-40nmnm)，蓝色发光层(35-40nm)，电子传输层(20-30nm)，以及金属背电极(800-1000nm)，蒸发速度均为器件的有效面积为ITO阳极与金属背电极的交叉面积，约为6mm2(如图6所示)。
器件的电流-电压特性测量采用Keithley 2400Sourcemeter和Keithley 485Picoammeter。扫描范围均为0～18V。
器件的光谱特性测量采用PhotoResearch PR-650进行采集，根据软件的测量数据可以得到器件的发光亮度，发光光谱，色坐标。将Keithley 2400、Keithley 485与PR-650联用，可以得到器件在特定的扫描电压下的亮度，从而可以计算得出器件的电流效率。
实施例2：
ITO的清洗工作与实例1相同。
有机与无机复合色彩转换膜的制备方法与实例1相同，但掺杂浓度与膜厚不同。将有机颜料VQ-D25和无机YAG荧光粉均匀混合后分散到PMMA中，三者的相对质量比VQ-D25∶YAG荧光粉∶PMMA分别为9∶3∶88(低浓度掺杂条件下)，经溶剂(丙酮)稀释后旋涂于衬底上成膜(膜厚相应减小，约为300nm)。
蓝光OLED的制备条件与实例1相同。
整体器件的测试条件与实例1相同。
经过实际测试，本发明实施例1和实施例2中提供的WOLED器件，在4.4V下启亮，最高电流效率约为5.8cd/A(4.35mA/cm2)，最大发光亮度约为16800cd/m2(14V的驱动电压下，如图5所示)，在驱动电压由6V升至14V时，器件色坐标仅从(0.354，0.304)变化到(0.357，0.312)，得到了非常稳定的白光发射(如图3、4所示)。
此外，经过大量的实验证实，将有机颜料VQ-D25和无机YAG荧光粉均匀混合后分散到PMMA中，三者的相对质量比VQ-D25∶YAG荧光粉∶PMMA在高浓度掺杂条件下时(实施例1)，膜厚约为200nm，当三者的相对质量比在低浓度掺杂条件下时(实施例2)，膜厚约为300nm。实施例1与实施例2即为CCF成膜的两种边界条件，当器件的制备条件在两个边界条件之内(例如：掺杂浓度适当增加和膜厚适当减小)均能够得到上述WOLED的测试结果。反之，如果器件的制备条件在两个边界条件之外，则器件的发光性能将大打折扣(如：器件整体的色坐标不稳定，亮度和效率有一定的下降等)。
参考目录
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Claims (6)
1、一种基于有机与无机复合色彩转换膜的白色有机电致发光器件，该白色有机电致发光器件依次包括，衬底、ITO层、空穴传输层、蓝光发射层、电子传输层及金属背电极，其特征在于，在无ITO层的衬底一侧旋涂一层有机与无机复合色彩转换膜，该有机与无机复合色彩转换膜采用的材料为：有机转换材料VQ-D25颜料与无机转换材料YAG荧光粉的混合物。
2、根据权利要求1所述的白色有机电致发光器件，其特征在于所述的有机转换材料VQ-D25颜料与无机转换材料YAG荧光粉的重量混合比为2.4∶1-3∶1。
3、根据权利要求2所述的白色有机电致发光器件，其特征在于所述的有机与无机复合色彩转换膜采用旋甩的方法，将有机转换材料VQ-D25颜料与无机转换材料YAG荧光粉混合后均匀分散到PMMA中，三者的相对质量比VQ-D25∶YAG荧光粉∶PMMA分别为12∶5∶83-9∶3∶88，经溶剂稀释后均匀的旋涂在衬底无ITO层的一侧，厚度为200-300nm。
4、根据权利要求1或2或3所述的白色有机电致发光器件，其特征在于所述的衬底材料为玻璃或绝缘柔性材料，阳极ITO层为采用溅射方法沉积在衬底材料上的ITO溅射层，面电阻＜25Ω/□，沉积厚度为100-200nm。
5、根据权利要求1或2或3所述的白色有机电致发光器件，其特征在于所述的空穴传输层、蓝光发射层、电子传输层及金属背电极均采用真空沉积的方法制备，真空度为3×10-4-3×10-5Pa，蒸发速度均为1-2
/s，其中，空穴传输层膜厚为30-40nm，蓝色发光层膜厚为35-40nm，电子传输层膜厚为20-30nm，金属背电极膜厚为800-1000nm，其中含有5-8nm的电子缓冲层。
6、根据权利要求1或2或3所述的白色有机电致发光器件，其特征在于所述的空穴传输层采用N，N′-二萘基-N，N′-二苯基对二氨基联苯；蓝光发光层采用4，4′-二(9-咔唑)联苯主体掺杂高效蓝色荧光染料N-(4-((E)-2(6-((E)-4-(二苯胺)苯乙烯基)2-萘基)乙烯基)苯基)N-苯基苯胺；电子传输层采用4，7-二苯基-1，10-邻二氮杂菲；金属背电极采用LiF与Al。
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