CN102790180A - 一种外加色转换层穿透式有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电子器件领域，其公开了一种外加色转换层穿透式有机电致发光器件，该器件为层状结构，该层状结构依次为衬底/阳极层/下转换层/空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层/蓝光发光层/空穴阻挡层/电子传输层/电子注入层/阴极层/上转换层。本发明的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，使用了金属材料代替ITO作为阳极，增大出光率，利用穿透式发射，减弱微腔效应，最终提高发光效率，而我们主要制备的是蓝光的穿透式器件，在电极的两面制备磷光材料，通过蓝光和其他颜色的光的互补来实现不同色彩的器件发射。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电子器件领域，尤其是涉及一种外加色转换层穿透式有机电致发光器件。
背景技术
1987年，美国Eastman Kodak公司的C.W.Tang和VanSlyke报道了有机电致发光研究中的突破性进展。利用超薄薄膜技术制备出了高亮度，高效率的双层有机电致发光器件(OLED)。在该双层结构的器件中，10V下亮度达到1000cd/m2，其发光效率为1.51lm/W、寿命大于100小时。
OLED的发光原理是基于在外加电场的作用下，电子从阴极注入到有机物的最低未占有分子轨道(LUMO)，而空穴从阳极注入到有机物的最高占有轨道(HOMO)。电子和空穴在发光层相遇、复合、形成激子，激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光材料，并激发电子从基态跃迁到激发态，激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放光能。
在一般底发射器件中，大部分都是使用了ITO作为阳极，所用的方法是溅射方法制备，工艺较复杂，而且，底发射的出光需要经过玻璃基底和ITO阳极，这两者的折射率相差太大，在出光时会造成很大的光损失(由于光被局限在ITO和基底中)，同时，在器件制备时都是利用多种颜色的发光单元来实现不同光色的出射，但是，不同发光材料的寿命衰减不同，将使得器件的色度随器件的工作时间而改变。而器件发光、色度等性能是电致发光器件相关研究的重点，也是其实现商业化所需要解决的首要问题。同时，在这种器件中，会涉及到一系列的能量转移，如三线态的能量转移，主体到客体的能量转移等，这些都会影响着最终的发光效率的，给器件设计带来了一定的难度。另外，器件还存在微腔效应：半透式器件由于一面是反射，一面是半反射，到达反射面的光会发生反射，与其他的光发生干涉效应，最终会互相抵消或增强。这就对出光造成了很大的影响，而微腔的设计是目前研究的一个难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以提高发光效率、又能减轻微腔效应的外加色转换层穿透式有机电致发光器件。
本发明的技术方案如下：
一种外加色转换层穿透式有机电致发光器件，该器件为层状结构，该层状结构依次为：衬底/下转换层/阳极层/空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层/蓝光发光层/空穴阻挡层/电子传输层/电子注入层/阴极层/上转换层。
在上述外加色转换层穿透式有机电致发光器件中：
所述阳极层和阴极层分别为银(Ag)、铝(Al)、铂(Pt)或金(Au)金属层，优选为Ag；两者的厚度分别为10-100nm，优选厚度为20nm；
所述空穴注入层的材料均为三氧化钼(MoO3)、三氧化钨(WO3)、五氧化二钒(V2O5)或酞菁铜(CuPc)中的任一种，优选为MoO3；空穴注入层的厚度为20-80nm，优选厚度为40nm；
所述空穴传输层和电子阻挡层的材料分别为1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)、1，3，5-三苯基苯(TDAPB)或酞菁铜(CuPc)中的任一种；空穴传输层厚度为20-60nm，优选为NPB，厚度优选为40nm；电子阻挡层厚度为3-10nm，优选为TAPC，厚度优选为5nm；
所述蓝光发光层为蓝光磷光材料掺杂到空穴传输材料中，即空穴传输材料为主体，蓝光磷光材料为掺杂体；其中，蓝光磷光材料为Perylene(苝)、二萘嵌苯衍生物(TBPe)、三苯胺二苯乙烯衍生物(DPAVBi或DPAVB)、三苯胺连萘基乙烯衍生物(BDAVBi)或苯乙烯衍生物(BCzVB或BCzVBi)中的任一种；空穴传输材料即为上述空穴传输层的材料，即1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)、1，3，5-三苯基苯(TDAPB)或酞菁铜(CuPc)中的任一种；掺杂比例为5-25％，厚度为5-40nm；
上转换层和下转换层的材料分别为黄光磷光材料、红光磷光材料或绿光磷光材料中的任一种；其中，
黄光磷光材料为二(对苯基-苯并噻唑)(乙酰丙酮酸)合铱((bt)2Ir(acac))、苯并咪唑类乙酰丙酮合铱((fbi)2Ir(acac))或3-(4-(二苯胺)苯基)-1-苯基-乙烯丙酮(DPPO)中的任一种；
红光磷光材料为二(2-甲基-二苯基喹喔啉)(乙酰丙酮)合铱(Ir(MDQ)2(acac))、二(1-苯基异喹啉)(乙酰丙酮)合铱(Ir(piq)2(acac))或三(1-苯基-异喹啉)合铱(Ir(piq)3)中的任一种；
绿光磷光材料：三(2-苯基吡啶)合铱(Ir(ppy)3)、二(2-苯基吡啶)(乙酰丙酮酸)合铱(Ir(ppy)2(acac))或二(2-对苯氧基苯基吡啶)(乙酰丙酮酸)合铱((Oppy)2Ir(acac))中的任一种；
所述电子传输层与空穴阻挡层采用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4-噁二唑(PBD)、8-羟基喹啉铝(Alq3)、2，5-二(1-萘基)-1，3，4-二唑(BND)、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(Bphen)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)、N-芳基苯并咪唑(TPBI)或喹喔啉衍生物(TPQ)中的任一种；空穴阻挡层优选为TPBi，空穴阻挡层厚度为3-10nm，优选厚度为5nm；电子传输层优选为Bphen，电子传输层厚度为40-80nm，优选厚度为60nm；
电子注入层的材料为Cs2CO3、CsN3、LiF、CsF、CaF2、MgF2或者NaF中的任一种；电子注入层厚度为0.5-5nm，也可采用上述电子注入材料与电子传输材料的掺杂，掺杂比例为20-60％，厚度为20-60nm，优选Bphen:CsN3，优选比例为20％，厚度为40nm。
本发明的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，使用了金属材料代替ITO作为阳极，增大出光率，利用穿透式发射，减弱微腔效应，最终提高发光效率，而我们主要制备的是蓝光的穿透式器件，在电极的两面制备磷光材料，通过蓝光和其他颜色的光的互补来实现不同色彩的器件发射。
附图说明
图1为本发明的外加色转换层穿透式有机电致发光器件的结构示意图；
图2为实施例1的外加色转换层穿透式有机电致发光器件与参比外加色转换层穿透式有机电致发光器件的底发射流明效率与亮度的关系图；其中，曲线1是实施例1的底发射流明效率与亮度曲线，曲线2是对比例的底发射流明效率与亮度曲线；
图3为实施例1的外加色转换层穿透式有机电致发光器件与参比外加色转换层穿透式有机电致发光器件的顶发射流明效率与亮度的关系图；其中，曲线1是实施例1的顶发射流明效率与亮度曲线，曲线2是对比例的顶发射流明效率与亮度曲线。
具体实施方式
本发明提供的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其设计原理如下：
一种外加色转换层穿透式有机电致发光器件，该器件为层状结构，如图1所示，该层状结构依次为：衬底11/下转换层12/阳极层13/空穴注入层14/空穴传输层15/电子阻挡层16/蓝光发光层17/空穴阻挡层18/电子传输层19/电子注入层20/阴极层21/上转换层22。
在上述外加色转换层穿透式有机电致发光器件中：
所述阳极层和阴极层分别为银(Ag)、铝(Al)、铂(Pt)或金(Au)金属层，优选为Ag；两者的厚度分别为10-100nm，优选厚度为20nm；
所述空穴注入层的材料均为三氧化钼(MoO3)、三氧化钨(WO3)、五氧化二钒(V2O5)或酞菁铜(CuPc)中的任一种，优选为MoO3；空穴注入层的厚度为20-80nm，优选厚度为40nm；
所述空穴传输层和电子阻挡层的材料分别为1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)、1，3，5-三苯基苯(TDAPB)或酞菁铜(CuPc)中的任一种；空穴传输层优选为NPB，厚度优选为40nm；电子阻挡层优选为TAPC，厚度优选为5nm；
所述蓝光发光层为蓝光磷光材料掺杂到空穴传输材料中，即空穴传输材料为主体，蓝光磷光材料为掺杂体；其中，蓝光磷光材料为Perylene(苝)、二萘嵌苯衍生物(TBPe)、三苯胺二苯乙烯衍生物(DPAVBi或DPAVB)、三苯胺连萘基乙烯衍生物(BDAVBi)或苯乙烯衍生物(BCzVB或BCzVBi)中的任一种；空穴传输材料即为上述空穴传输层的材料，即1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)、1，3，5-三苯基苯(TDAPB)或酞菁铜(CuPc)中的任一种；
上转换层和下转换层的材料分别为黄光磷光材料、红光磷光材料或绿光磷光材料中的任一种；上转换层和下转换层的厚度分别为20-200nm；其中，
黄光磷光材料为二(对苯基-苯并噻唑)(乙酰丙酮酸)合铱((bt)2Ir(acac))、苯并咪唑类乙酰丙酮合铱((fbi)2Ir(acac))或3-(4-(二苯胺)苯基)-1-苯基-乙烯丙酮(DPPO)中的任一种；
红光磷光材料为二(2-甲基-二苯基喹喔啉)(乙酰丙酮)合铱(Ir(MDQ)2(acac))、二(1-苯基异喹啉)(乙酰丙酮)合铱(Ir(piq)2(acac))或三(1-苯基-异喹啉)合铱(Ir(piq)3)中的任一种；
绿光磷光材料：三(2-苯基吡啶)合铱(Ir(ppy)3)、二(2-苯基吡啶)(乙酰丙酮酸)合铱(Ir(ppy)2(acac))或二(2-对苯氧基苯基吡啶)(乙酰丙酮酸)合铱((Oppy)2Ir(acac))中的任一种；
所述电子传输层与空穴阻挡层采用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4-噁二唑(PBD)、8-羟基喹啉铝(Alq3)、2，5-二(1-萘基)-1，3，4-二唑(BND)、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(Bphen)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)、N-芳基苯并咪唑(TPBI)或喹喔啉衍生物(TPQ)中的任一种；空穴阻挡层优选为TPBi，空穴阻挡层厚度为3-10nm，优选厚度为5nm；电子传输层优选为Bphen，电子传输层厚度为40-80nm，优选厚度为60nm；
电子注入层的材料为Cs2CO3、CsN3、LiF、CsF、CaF2、MgF2或者NaF中的任一种；电子注入层厚度为0.5-5nm，也可采用以上材料与电子传输材料的掺杂，掺杂比例为20-60％，厚度为20-60nm。优选Bphen:CsN3，优选比例为20％，厚度为40nm。
本发明的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，为了解决以上问题，使用了金属材料代替ITO作为阳极，增大出光率，同时，利用穿透式发射，使器件从顶端和底端都可以进行出光，而穿透式器件的优点则是减轻了腔体的微腔效应，使光直接从两面出去，最终提高发光效率，而我们主要制备的是蓝光的穿透式器件，同时在电极的两面制备磷光材料，通过蓝光和其他颜色的光的搭配来实现各种颜色的器件发射，使用蓝光为发光层，主要是因为蓝光能量较高，可以激发其他的发光材料。此种方法制备简单，并且可以实现蓝光与其他光色相对较为独立的设计和优化，最终可以实现利用合适的结构和材料制备高性能的穿透式有机发光器件的目的。并且器件的色度理论上将不随时间而改变。同时，可根据需要替换不同转换层来制备不同色彩的发光器件。
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
实施例1
一种外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其层状结构依次为：
玻 璃/Ir(ppy)2(acac)/Ag/MoO3/NPB/TAPC/TCTA:BCzVBi/TPBi/Bphen/Bphen:Cs/Ag/Ir(ppy)2(acac)。
关于该实施例中的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，按其结构，并采用蒸镀技术，依次对各有机功能层蒸镀制备；制备工艺如下：
首先，在玻璃衬底表面上先蒸镀下转化层，材料为Ir(ppy)2(acac)，厚度为180nm；
然后，在下转化层表面依次蒸镀阳极层、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层，且各功能层材料分别为Ag、MoO3、NPB、TAPC；阳极层、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层的厚度分别为40nm、40nm、5nm、5nm；
其次，在电子阻挡层表面蒸镀蓝光磷光发光层，该蓝光磷光发光层的主体材料选择TCTA，掺杂材料为BCzVBi，掺杂比例为20％；该蓝光磷光发光层厚度为20nm；
在其次，在蓝光磷光发光层表面依次蒸镀空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层、阴极层，且各功能层材料分别为TPBi、Bphen、Bphen:CsN3和Ag；空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层、阴极层的厚度分别为60nm、60nm、40nm、40nm；
接着，在阴极层表面蒸镀上转换层，材料为Ir(ppy)2(acac)，厚度为200nm；
最后，得到外加色转换层穿透式有机电致发光器件。
图2为实施例1的穿透式有机电致发光器件结构：玻璃/Ir(ppy)2(acac)/Ag/MoO3/NPB/TAPC/TCTA:BCzVBi/TPBi/Bphen/Bphen:Cs/Ag/Ir(ppy)2(acac)与一般的无转换层穿透式有机电致发光器件结构：玻璃/ITO/MoO3/NPB/TAPC/TCTA:BCzVBi/TCTA:Ir(ppy)2(acac)/TPBi/Bphen/Bphen:Cs/Ag的底发射流明效率与亮度的关系。
图3是实施例1的转换层穿透式器件结构：玻璃/Ir(ppy)2(acac)/Ag/MoO3/NPB/TAPC/TCTA:BCzVBi/TPBi/Bphen/Bphen:Cs/Ag/Ir(ppy)2(acac)与一般的无转换层穿透式器件结构：玻璃/ITO/MoO3/NPB/TAPC/TCTA:BCzVBi/TCTA:Ir(ppy)2(acac)/TPBi/Bphen/Bphen:Cs/Ag的顶发射流明效率与亮度的关系。
由图2和3中可以看出，实施例1中的有机电致发光器件底发射流明效率比对比例的要大，最大的流明效率为12.2lm/W，而对比例的仅为10.3lm/W；而在顶发射测试中，实施例1的有机电致发光器件的最大流明效率为14.8lm/W，而顶发射的对比例流明效率为12.7lm/W。这都说明，当采用本发明的结构时，色转换层可以提高发光效率，同时，用Ag作为阳极的穿透式器件也能达到ITO的效果。
实施例2～10见下表单1：
Claims (10)
1.一种外加色转换层穿透式有机电致发光器件，该器件为层状结构，其特征在于，该层状结构依次为：衬底/下转换层/阳极层/空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层/蓝光发光层/空穴阻挡层/电子传输层/电子注入层/阴极层/上转换层。
2.根据权利要求1所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述阳极层和阴极层的材料分别为银、铝、铂或金中的任一种金属。
3.根据权利要求1所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴注入层的材料均为三氧化钼、三氧化钨、酞菁铜或五氧化二钒中的任一种。
4.根据权利要求1所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴传输层和电子阻挡层的材料分别为1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺、1，3，5-三苯基苯或酞菁铜中的任一种。
5.根据权利要求1所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述蓝光发光层的材料为1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺、1，3，5-三苯基苯或酞菁铜中的任一种掺杂蓝光磷光材料。
6.根据权利要求5所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述蓝光荧光材料为苝、二萘嵌苯衍生物、三苯胺二苯乙烯衍生物、三苯胺连萘基乙烯衍生物或苯乙烯衍生物中的任一种。
7.根据权利要求5所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述上转换层和所述下转换层的材料分别为黄光磷光材料、红光磷光材料或绿光磷光材料中的任一种。
8.根据权利要求7所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述黄光磷光材料为二(对苯基-苯并噻唑)(乙酰丙酮酸)合铱、苯并咪唑类乙酰丙酮合铱或3-(4-(二苯胺)苯基)-1-苯基-乙烯丙酮中的任一种；
所述红光磷光材料为二(2-甲基-二苯基喹喔啉)(乙酰丙酮)合铱、二(1-苯基异喹啉)(乙酰丙酮)合铱或三(1-苯基-异喹啉)合铱中的任一种；
所述绿光磷光材料为三(2-苯基吡啶)合铱、二(2-苯基吡啶)(乙酰丙酮酸)合铱或二(2-对苯氧基苯基吡啶)(乙酰丙酮酸)合铱中的任一种。
9.根据权利要求1所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述电子传输层和空穴阻挡层的材料分别为2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4-噁二唑、8-羟基喹啉铝、2，5-二(1-萘基)-1，3，4-二唑、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉、1，2，4-三唑衍生物、N-芳基苯并咪唑或喹喔啉衍生物中的任一种。
10.根据权利要求1所述的外加色转换层穿透式有机电致发光器件，其特征在于，所述电子注入层的材料为Cs2CO3、CsN3、LiF、CsF、CaF2、MgF2或者NaF中的任一种。
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