CN102394275A - 一种具有多层阴极的有机电致发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机发光器件，特别涉及通过改进阴极层而使器件的发光效率提高和使用寿命增长的有机发光器件，具体为一种具有多层阴极的有机电致发光器件，该器件包括玻璃基板、玻璃基板上的阳极层、于阳极层上形成的有机材料层，于有机材料层上形成电子注入层，于电子注入层上形成阴极层，所述的阴极层至少包括第一金属层，第二金属层或合金层，其第二金属层或合金层中至少含有一种低功函数金属。通过改进阴极可有效提高器件电子注入能力，使得器件发光效率得到显著提高。器件的寿命不会因为多层阴极中使用了活泼金属成分而明显降低。

Description

一种具有多层阴极的有机电致发光器件

技术领域

本发明涉及有机发光器件，特别涉及通过改进阴极层而导致器件的发光效率提高和使用寿命增长的有机发光器件，具体为一种具有多层阴极的有机电致发光器件。

背景技术

有机发光器件是自发光器件，其工作原理是：当电流施加到荧光或者磷光有机层时，电子和空穴在有机层中结合然后发光。有机发光器件具有各种优势如重量轻、组成元件简单、制造工艺简单、和高图像质量和色纯度。而且响应快，并能够在低功耗下操作。这样，已对有机发光器件进行大量的研究。

普遍研究认为，OLED器件的发光区域中，空穴和电子的含量是不够匹配的，往往是空穴多于电子。所以，为电荷在电活性有机材料层和电极之间移动减少或者消除障碍非常有利于增强有机电子装置的效率。很多研究者都致力于电子注入和传输的改善。从早期的Mg：Ag阴极到后来者普遍采用的LiF/Al,电子的注入能力得到有效的提升。但是随着有机发光材料体系的不断发展和进步，以及OLED应用领域的新拓展，对于器件的亮度、效率和功耗有了新的要求，对于阴极电子注入能力也有更高的要求。具有低功函数的金属，例如，碱金属和碱土金属，通常用于阴极材料，以促进电子注入。然而，这些金属暴露于环境时容易退化。因此，采用这些金属作为阴极材料的装置要求严格的封装。此外，这些金属可以迅速地扩散至邻近的有机层中，导致装置性能减退。

因此，希望提供一种更高效稳定的阴极，其有效地使电子更容易地在电极和邻近层之间的移动。

发明内容

本发明根据以上技术问题，提出可有效提高器件电子注入能力，使发光效

率得到显著提高，且器件的使用寿命不会因为多层阴极中使用了活泼金属成分而显著降低的一种具有多层阴极的有机电致发光器件。

本发明的技术方案为： 

一种具有多层阴极的有机电致发光器件，包括玻璃基板、玻璃基板上的

阳极层、于阳极层上形成的有机材料层，于有机材料层上形成的电子注入层，于电子注入层上形成的阴极层，所述的阴极层至少包括第一金属层，第二金属层或合金层，其第二金属层或合金层中至少含有一种低功函数金属。其中有机层一般包括空穴注入层，空穴传输层，发光层，电子传输层等，有时还包括电子阻挡层和空穴阻挡层来控制发光区域位置。

其中具有低功函数的金属可以是碱金属、碱土金属和镧系金属中的部分金属。

阴极层的第一层金属层为铝或银金属。第二金属层或合金层中低功函数金

属的功函数小于或者等于3.7eV，阴极层中的第二金属层或合金层中的低功函数的浓度为0.1%—100%。

阴极层上设置低活性的第三金属层，可以是Ag，Al，Cu中的一种，作用

就是取得钝化保护第二阴极层，这样即使第二金属层的低功函数金属比例很高，第三金属层也可以取到一定的保护作用，这样相当于金属/低功函数金属/金属这种阴极结构。

   电子注入层可以是无机盐类，如LiF；也可以是有机材料，如Liq（８-羟基喹啉锂）；还可以为活泼金属，如Li。

阴极层的第二金属层或合金层为Li、Mg、Ca、Cs中的任意一种，或Li、Mg、Ca、Cs中的任意一种与Al的合金或Li、Mg、Ca、Cs中的任意一种与Ag的合金。当第二金属层或合金层是Li，Mg, Ca, Cs中的任意一种时，接触电极为第一阴极；当第二金属层或合金层是合金时，合金中Li，Mg, Ca, Cs中的一种的浓度高于10%时器件的寿命更佳，接触电极可以是第一金属层或者第二金属层。

阴极层中的第一金属层的厚度为1nm—200nm，第二金属层或合金层的厚度

为1nm—200nm。在阴极层上设置低活性的第三金属层，第三金属层可以是常见的Al、Ag或者Cu金属。阴极层的总厚度大于60纳米。

一种具有多层阴极的有机电致发光器件，包括玻璃基板、玻璃基板上的阳

极层、于阳极层上形成的有机材料层，于有机材料层上形成的电子注入层，于电子注入层上形成的阴极层，所述的阴极层第一层金属层采用的金属为Ag,第二金属层采用的金属为Al。

具有多层阴极的有机电致发光器件为白光器件，所发出的光为白光。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

一、利用阴极第二金属层或合金层来降低整个电极的功函数，因为金属接触的时候电荷会自由移动，一般界面的电子密度和功函数会互相接近。这样和第一层用活泼金属相比，避免了被氧化后，电极和有机材料的接触出现问题（一般的，电子注入层的厚度为1nm左右，微观上电极可以和有机材料部分接触）；  

二、碱金属和碱土金属属于低功函的活泼金属，二者的电子云在所形成的合金体系中能够互相作用，使得电子态的分布发生相应改变，能够降低电子从阴极注入有机层的势垒。

三、第一阴极层和第二阴极层的相互作用形成合金，有效提高电子注入能力，降低驱动电压，从而有利于调控OLED器件中载流子平衡，提高器件发光效率；

四、根据电化学中的知识，如果外层金属更活泼，这样和有机材料接触的金属界面就会得到保护，增加本发明阴极结构的化学和物理稳定性，起到保护的作用，从而保证器件的寿命。

   五、白光OLED中，为了降低电阻，一般都是利用Ag作为阴极，一是电阻低，二是反射率更高，这样生产出的产品的效率高，但是成本较高；如果阴极的第一金属层用Ag,第二金属层用Al,这样可以保证电阻和反射率，还可以降低成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。以下实施例均为底部发射的有机电子发光器件，利用本发明所述阴极思想的顶发射有机电致发光器件也是本发明的保护范围。

实施例1：

阳极层叠在衬底基板上，且空穴注入层ＨＩＬ和空穴传输层ＨＴＬ作为与

空穴相关的层顺序叠在阳极上，发光层ＥＭＬ叠在ＨＴＬ上，电子传输层ETL叠加在EML上，电子注入层叠在电子传输层ETL上，第一金属层（第一阴极层）叠在电子注入层上，第二金属层（第二阴极层）叠在第一阴极层上。其中第二阴极层是金属层或者合金层，其至包含少有一种低功函数金属。

分别以LiF为电子注入层，铝为第一阴极层，锂铝合金(Al:Li)或者金属Li为第二阴极层制备有机电致发光器件，Li的浓度分别为0.1%wt，1%wt，10%wt，30%wt，100%wt，其中合金层以共蒸发的方式或者直接蒸镀合金实现，实施例中合金层以共蒸发的方式实现，以下同。器件的结构为ITO/NPB (40 nm)/Alq₃ (60 nm)/ LiF (1nm)/阴极。参考器件结构为ITO/NPB (40 nm)/Alq₃ (60 nm)/ LiF (1nm)/Al(200 nm)。各功能层以真空热蒸发的方式沉积，其中有机材料的沉积速率为0.01-0.3nm/s，LiF的沉积速率为0.01-0.05nm/s，金属Al的沉积速率为1-2nm/s。所得器件在8V时的亮度和发光效率见表1。

表1 具有不同Li浓度的第二阴极层的器件性能表 

实施例2

分别以LiF为电子注入层，铝为第一阴极层，锂铝合金(Al:30%wt Li)为第二阴极层制备有机电致发光器件，变化第一和第二阴极层的厚度。器件的结构为ITO/NPB (40 nm)/Alq₃ (60 nm)/ LiF (1nm)/阴极。结果见表1。

表2 具有不同厚度第一阴极层和第二阴极层的器件性能表

实施例3

分别以CsCO₃为电子注入层，银为第一阴极层，镁银合金(Ag:10%wt Mg)为第二阴极层位制备有机电致发光器件。变化第一和第二阴极层的厚度，器件的结构为ITO/NPB (40 nm)/Alq₃ (60 nm)/ Cs₂CO₃ (1nm)/阴极。各功能层以真空热蒸发的方式沉积，其中有机材料的沉积速率为0.01-0.3nm/s，Cs₂CO₃的沉积速率为0.01-0.05nm/s，金属Ag的沉积速率为0.5-1.5nm/s。所得器件在8V时的亮度和发光效率见表3。

表3 具有不同厚度第一阴极层和第二阴极层的器件性能表

实施例4

分别以CsCO₃为电子注入层，银为第一阴极层，镁银合金(Ag:10%wt Mg)为第二阴极层位制备有机电致发光器件。变化第一和第二阴极层的厚度，器件的结构为ITO/NPB (40 nm)/Alq₃ (60 nm)/ Cs₂CO₃ (1nm)/阴极。各功能层以真空热蒸发的方式沉积，其中有机材料的沉积速率为0.01-0.3nm/s，Cs₂CO₃的沉积速率为0.01-0.05nm/s，金属Ag的沉积速率为0.5-1.5nm/s。所得器件在以3000cd/m²为初始亮度时的寿命，即衰减到初始亮度一半所需时间，寿命在N2手套箱中测试，水氧浓度低于20ppm。见表4。本发明的具有多层阴极的常规器件具有良好的寿命。

表4 具有不同厚度第一阴极层和第二阴极层的器件性能表

实施例5

分别以LiF为电子注入层，Al为第一阴极层，铝锂合金(Al:10%wt Li)为第二阴极层位制备有机电致发光器件。变化第一和第二阴极层的厚度，以及在第二层后面增加一层常用金属Al，器件的结构为ITO/NPB (40 nm)/Alq₃ (60 nm)/ LiF(1nm)/阴极。各功能层以真空热蒸发的方式沉积，其中有机材料的沉积速率为0.01-0.3nm/s，LiF的沉积速率为0.01-0.05nm/s，金属Al的沉积速率为0.5-1.5nm/s。所得器件在以3000cd/m²为初始亮度时的寿命，即衰减到初始亮度一半所需时间，寿命在N2手套箱中测试，水氧浓度低于20ppm。见表5。本发明的具有多层阴极的常规器件具有良好的寿命。

表5 具有不同厚度第一阴极层和第二阴极层的器件性能表

实施例6：

以CsCO₃为电子注入层，分别以Ag为阴极层； Ag为第一阴极层， Al为第二阴极层位制备有机电致发光器件。器件的结构为ITO/NPB (40 nm)/Alq₃ (60 nm)/ Cs₂CO₃ (1nm)/阴极。各功能层以真空热蒸发的方式沉积，其中有机材料的沉积速率为0.01-0.3nm/s，Cs₂CO₃的沉积速率为0.01-0.05nm/s，金属Ag的沉积速率为0.5-1.5nm/s，金属Al的沉积速率为1-1.5nm/s。所得器件在8V时的亮度和发光效率见表6。

表6 具有阴极层的器件性能表

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1. 一种具有多层阴极的有机电致发光器件，包括玻璃基板、玻璃基板上的阳极层、于阳极层上形成的有机材料层，于有机材料层上形成的电子注入层，于电子注入层上形成的阴极层，其特征在于：所述的阴极层至少包括第一金属层，第二金属层或合金层，其第二金属层或合金层中至少含有一种低功函数金属。

2.根据权利要求1所述的具有多层阴极的有机电致发光器件，其特征在于：所述的阴极层的第一层金属层为铝或银金属。

3.根据权利要求1所述的具有多层阴极的有机电致发光器件，其特征在于：所述第二金属层或合金层中低功函数金属的功函数小于或者等于3.7eV。

4.根据权利要求1所述的具有多层阴极的有机电致发光器件，其特征在于：阴极层中的第二金属层或合金层中的低功函数的浓度为0.1%—100%。

5.根据权利要求1所述的具有多层阴极的有机电致发光器件，其特征在于：阴极层的第二金属层或合金层为Li、Mg、Ca、Cs中的任意一种或Li、Mg、Ca、Cs中的任意一种与Al的合金或Li、Mg、Ca、Cs中的任意一种与Ag的合金。

6.根据权利要求1所述的具有多层阴极的有机电致发光器件，其特征在于：所述的阴极层中的第一金属层的厚度为1nm—200nm，第二金属层或合金层的厚度为1nm—200nm。

7.根据权利要求1所述的具有多层阴极的有机电致发光器件，其特征在于：

在所述的阴极层上设置低活性的第三金属层。

8.一种具有多层阴极的有机电致发光器件，包括玻璃基板、玻璃基板上的阳极层、于阳极层上形成的有机材料层，于有机材料层上形成的电子注入层，于电子注入层上形成的阴极层，其特征在于：所述的阴极层第一层金属层采用的金属为Ag,第二金属层采用的金属为Al。

9.根据权利要求1或8所述的具有多层阴极的有机电致发光器件，其特征在于：具有多层阴极的有机电致发光器件为白光器件。