CN101710610A

CN101710610A - 碱金属碳酸盐掺杂有机电子注入层的有机发光二极管

Info

Publication number: CN101710610A
Application number: CN200910228971A
Authority: CN
Inventors: 秦大山
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2010-05-19

Abstract

本发明涉及一种碱金属碳酸盐掺杂有机电子注入层的有机发光二极管，包括：透明阳极、有机空穴注入层、有机空穴传输层、有机发光层、有机电子注入层和阴极；所述的有机电子注入层用碳酸锂或碳酸铯掺杂，掺杂重量为1∶2-20，其中1为碱金属碳酸盐的掺杂重量分数。采用碱金属的碳酸盐掺杂的有机电子受体材料具有非常高的电导率，同时具备很好的向有机发光层注入电子的能力，因此本发明是高性能、廉价N型掺杂材料的有机发光二极管，用于实现可见光发射，近红外发射，应用于有机平板显示和固体照明领域。

Description

碱金属碳酸盐掺杂有机电子注入层的有机发光二极管

技术领域

本发明涉及有机发光二极管，特别是一种碱金属碳酸盐掺杂有机电子注入层的有机发光二极管，可以应用于可见光以及近红外光的发射。

背景技术

2009年4月，德国德累斯顿工业大学Karl Leo研究小组在Nature上发表文章，报道了有机白光在1000尼特下的功率效率达到了荧光灯水平，这标志着有机白光照明的研究进入了实质性的攻坚阶段。除了使用高折射率衬底和光耦合输出技术外，他们的器件特点有1、只使用了一个发光界面；2、全磷光染料构成白光；3、使用了210nm左右厚的N型掺杂电子传输层来有效屏蔽金属阴极对光的吸收，但是没有增加驱动电压。因此，高性能的N型掺杂电子传输材料是制备高功能的有机发光二级管的材料基础之一，具有非常重要的研究意义。

目前应用广泛的典型N型掺杂有机传输材料是活泼金属掺杂4，7-二苯基-1，10-菲啰啉(Bphen)。这类复合材料的性能特点在于(1)能够和金属电极(包括金、银等高功函金属)在接触处形成很窄的空间电荷层，可显著增强电子隧穿注入，极大地提高电子注入效率；(2)电导率远远高于本征态的Bphen，能够显著降低传输过程中的电子损失。虽然活泼金属掺杂Bphen材料的电学性能优异，但是Bphen的玻璃化温度较低(62℃)，热稳定性差，这是限制它实际应用的一个主要原因。寻找热稳定好、能够和低功函材料形成良好N型掺杂体系的有机母体材料对于进一步提高有机N型掺杂技术的实用性是十分重要的。

近年来，由于有机电子受体材料具有热稳定性好、电子迁移率高、最低未占有分子轨道(LUMO)能级位置较低易于掺杂等特点，活泼金属掺杂的有机电子受体复合材料研究得到了一定的重视。J.Wuesten等人研究了Na:PTCDA中的电子传输过程，发现当Na的浓度为5％时掺杂薄膜的电导率可以达到1.33×10-3S/cm，比本征态PTCDA的电导率高出4-6个数量级；M.G.Helander等人基于C60/LiF/Al实现了高效率的电子注入。可以看出，活泼金属掺杂的有机电子受体复合材料已经表现出诱人的发展潜力。目前未见有关碱金属的碳酸盐(Li₂CO₃或Cs₂CO₃)掺杂的有机电子受体材料(PTCDA、NTCDA、C60)的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碱金属碳酸盐掺杂有机电子注入层的有机发光二极管，采用碱金属的碳酸盐(Li₂CO₃或Cs₂CO₃)掺杂的有机电子受体材料(PTCDA、NTCDA、C60)具有非常高的电导率，同时具备很好的、向有机发光层注入电子的能力，采用这种复合材料的有机发光二极管的性能会得到大幅的提高。本发明是高性能、廉价N型掺杂材料的有机发光二极管，可应用于有机平板显示和固体照明领域。

本发明提供的一种碱金属碳酸盐掺杂的有机电子注入层的有机发光二极管包括：

透明阳极、有机空穴注入层、有机空穴传输层、有机发光层、有机电子注入层和阴极；有机空穴注入层沉积在阳极上，有机空穴传输层沉积在有机空穴注入层上，有机发光层沉积在有机空穴传输层上，有机电子注入层沉积在有机发光层上，阴极沉积在有机电子注入层上；所述的有机电子注入层用以下材料掺杂：碳酸锂(Li₂CO₃)、碳酸铯(Cs₂CO₃)，与有机电子注入层材料的掺杂重量比为1∶20到1∶2，其中1为碱金属碳酸盐的重量分数。

所述的透明阳极为：氧化铟锡导电薄膜(ITO)、半透明金膜或半透明银膜。

所述的沉积在阳极上的有机空穴注入层材料为：酞菁铜(CuPc)、聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸((PEDOT∶PSS)或N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)

所述的有机空穴传输材料为：N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)或N，N’-二苯基-N，N’-二(3-甲基苯基)-联苯二胺(TPD)。

所述的有机发光层材料为：三(8-羟基喹啉)合铝(III)(Alq3)。

所述的有机发光层材料为：(E)-4-二腈亚甲基-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定乙烯基)吡喃(DCJTB，红光)或三(8-羟基喹啉)合铒(III)(ErQ，红外)。

所述的有机电子注入层材料为：苝四甲酸二酐(PTCDA)、萘四甲酸二酐(NTCDA)或C60。

所述的阴极为：银(Ag)、铝(Al)。所述的有机空穴注入层厚度为5-20nm；有机空穴传输层的厚度为40-100nm；有机发光层的厚度为10-60nm；有机电子注入层厚度为5-60nm。阴极的厚度100-200nm。

本发明的有机发光二极管用于可见光以及近红外光的发射，可应用于有机平板显示和固体照明。

本发明的突出特点为：

(1)提供了一种廉价的N型掺杂复合材料：碳酸盐掺杂有机电子受体材料，能够降低器件的制作成本。

(2)有机电子受体材料的热稳定性好，和碱金属碳酸盐掺杂后不但有很高的电导率，而且还可以和高功函金属作为复合阴极向发光层高效率的注入电子，这种材料可以和绝大多数发光层材料相匹配。

(3)由于可以使用高功函金属作为阴极，相应的有机发光二极管具有较好的微腔效应，有利于光的偶合输出。

(4)这类廉价的N型掺杂复合材料还可以用于有机太阳能电池和有机场效应晶体管。

附图说明

图1为一种采用高性能、廉价N型掺杂材料的有机发光二极管的器件结构示意图。

图2为器件ITO/NPB 80nm/Alq3 50nm/PTCDA∶Li₂CO₃(1∶1)10nm/Al(方块)和ITO/NPB 80nm/Alq3 60nm/LiF 1nm/Al(方块)的电流-电压曲线(a)和亮度-电压曲线(b)比较。

具体实施方式

结合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。

参照图1，有机发光二极管结构是在玻璃衬底上由一个阳极i、一个有机空穴注入层ii、一个有机空穴传输层iii、一个有机发光层iv、一个有机电子注入层v、一个阴极vi组成。

以氧化铟锡覆盖的玻璃(以下简称ITO玻璃，南玻公司生产)做为阳极衬底，ITO层厚度为180nm，面电阻小于10欧姆每方块。然后将ITO玻璃裁成4×4cm2的小块，依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声波清洗器中清洗，每种溶剂清洗两次，每次10分钟，之后用氮气吹干。吹干后的ITO玻璃在紫外光-臭氧装置中处理10分钟。然后将ITO玻璃放入蒸空镀膜机中，抽到背景真空度为4×10-4Pa。

采用真空热蒸发方式，在ITO玻璃上沉积NPB薄膜作为空穴注入层，厚度为20nm，沉积速率为

采用真空热蒸发方式，在ITO玻璃上的20nm NPB薄膜上再沉积NPB薄膜作为空穴传输层，厚度为60nm，沉积速率为

采用真空热蒸发方式，在ITO玻璃上的80nm NPB薄膜上再沉积Alq3薄膜作为发光层传输层，厚度为50nm，沉积速率为

采用真空热蒸发方式，在ITO玻璃上的80nm NPB、50nm Alq3薄膜上再沉积PTCDA:Li₂CO₃作为电子传输层，厚度为10nm，掺杂重量比为1∶1。

最后采用真空热蒸发方式，在有机薄膜的顶部沉积一层Al作为阴极，厚度100nm，沉积速率为

这样就完成了一个采用高性能、廉价N型掺杂材料的有机发光二极管的制备。

本发明涉及的有机发光二极管，其器件结构为ITO/NPB 80nm/Alq3 50nm/PTCDA∶Li₂CO₃(1∶1)10nm/Al(器件A)，将其与标准结构的器件ITO/NPB 80nm/Alq3 60nm/LiF 1nm/Al(器件B)进行了比较，如图2所示。可以看出，该类器件的电子注入和传输情况非常好。在相同电压下，采用N型掺杂复合材料的器件A的电流密度和亮度均远远高于标准器件B。而且，器件A的最大流明效率达到每瓦1.53流明，而器件B的最大流明效率只有每瓦1.33流明。因此，本发明所提供的N型掺杂复合材料具有高效率的电子注入功能，而且廉价。

Claims

1.一种碱金属碳酸盐掺杂的有机电子注入层的有机发光二极管，包括：

透明阳极、有机空穴注入层、有机空穴传输层、有机发光层、有机电子注入层和阴极；有机空穴注入层沉积在阳极上，有机空穴传输层沉积在有机空穴注入层上，有机发光层沉积在有机空穴传输层上，有机电子注入层沉积在有机发光层上，阴极沉积在有机电子注入层上；其特征在于：

所述的有机电子注入层用以下材料掺杂：碳酸锂或碳酸铯。

2.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于所述的透明阳极为：氧化铟锡导电薄膜(ITO)、半透明金膜或半透明银膜。

3.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于所述的沉积在阳极上的有机空穴注入层材料为：酞菁铜(CuPc)、聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸((PEDOT∶PSS)或N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)。

4.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于所述的有机空穴传输材料为：N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)或N，N’-二苯基-N，N’-二(3-甲基苯基)-联苯二胺(TPD)。

5.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于所述的有机发光层材料为：三(8-羟基喹啉)合铝(III)(Alq3)。

6.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于所述的有机发光层材料为：(E)-4-二腈亚甲基-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定乙烯基)吡喃(DCJTB，红光)或三(8-羟基喹啉)合铒(III)(ErQ，红外)。

7.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于所述的有机电子注入层材料为：苝四甲酸二酐(PTCDA)、萘四甲酸二酐(NTCDA)或C60。

8.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于所述的阴极为：银或铝。

9.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于所述的有机空穴注入层厚度为5-20nm；有机空穴传输层的厚度为40-100nm；有机发光层的厚度为10-60nm；有机电子注入层厚度为5-60nm；掺杂重量为1∶2-20，其中1为碱金属碳酸盐的掺杂重量分数；阴极的厚度100-200nm。

10.权利要求1所述的有机发光二极管的应用，其特征在于应用于有机平板显示和固体照明。