CN103811674A - 一种具有电子传输层的有机发光器件的制造方法 - Google Patents

一种具有电子传输层的有机发光器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有电子传输层的有机发光器件的制造方法，该方法制备工艺简单、成本低且制得的发光二极管发光效率高。本发明的有机发光二极管的制造方法包括依次制备衬底、阳极、有机发光层、电子传输层和阴极。本发明的发光二极管采用了发光效率高的聚合物作为有机发光层，同时又采用了与其配合优异的聚合物作为电子传输层材料，使得发光二极管的发光性能得到显著提高，同时其制备工艺简单，制作成本低。

Description

一种具有电子传输层的有机发光器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光器件的制造方法，尤其涉及一种发光二极管的制造方法。
背景技术
有机发光器件，例如有机发光二极管具有材料成本低廉，驱动电压低，主动发光，视角宽，能耗低等特点，更有易于大面积成型，发光波长可通过分子结构设计而进行调节等优势，可以广泛应用于高分辨全色平面显示器，也可以应用于聚合物太阳能电池。
当在有机发光二极管两端加上正向偏压，空穴由正极注入到有机发光层的价带并向负极迁移，电子由负极注入到有机发光层的导带并向正极迁移。空穴和电子在迁移过程中互相俘获，复合成激子，激子态的电子发生辐射跃迁，能量以光子形式释放出去，实现电致发光。但是，现有技术中发光二极管仍存在一些缺陷，例如空穴注入层和电子传输层的材料效能不足，柔性发光二极管的制备工艺复杂，成本高，制备的发光二极管的发光性能不能满足需要，因此希望研发一种发光效率更高、性能更好且制备工艺简单、成本低的有机发光二极管。
发明内容
本发明公开了一种具有电子传输层的有机发光器件的制造方法，该方法制备工艺简单、成本低且制得的发光二极管发光效率高。
本发明的发光二极管的制造方法包括如下步骤：
准备衬底，清洁衬底的阳极表面，烘干；
制备阳极，将阳极利用真空溅射覆盖在衬底上面，烘干后除去表面附着的有机沉积薄膜以阳极表面的功函数；
制备有机发光层，将有机发光层材料采用旋涂或印刷方法形成在阳极表面；有机发光层的材料是具有通式(I)结构的苯并噻吩类聚合物，
Figure BDA0000409139660000021
制备所述有机发光层的方法包括以下步骤：
(1)式(II)的聚合物
Figure BDA0000409139660000022
在碱性环境下与巯基乙酸甲酯发生环化反应生成式(III)的聚合物
Figure BDA0000409139660000031
(2)式(III)的聚合物与酰卤缩合形成式(IV)的聚合物
Figure BDA0000409139660000032
(3)式(IV)的聚合物经碱去质子化后与碘代物反应得到式(V)的聚合物
Figure BDA0000409139660000033
(4)由(V)的聚合物经Suzuki偶联反应后用强碱皂化得到式(I)的聚合物
Figure BDA0000409139660000034
其中，R1选自C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C6-C14芳基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R2选自氢，C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R3选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R4选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R5选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R6选自氢，卤素，C1-C12烷基，C2-C12烯基，C6-C14芳基，C5-C14杂芳基，C6-C14芳基烷基，C5-C14杂芳基烷基，C3-C12杂环，C3-C7环烷基或C3-C7环烯基；
A选自-NRjSO2Rk，-ORn，-NRoSO2NRpRq；B选自-CO-，-SO2-；
R1、R6非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；R2非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素或-ORm；
上述中，Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf，Rg，Rh，Ri，Rj，Rk，Rl，Rn，Ro，Rp，Rq独立地选自氢或C1-C6烷基或C6-C14芳基；Rm独立地选自氢或C1-C6烷基。
优选的，所述R1选自C6-C14芳基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R2选自C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R6选自C6-C14芳基，C5-C14杂芳基，C6-C14芳基烷基，C5-C14杂芳基烷基，C3-C12杂环，C3-C7环烷基或C3-C7环烯基；
R1、R6可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；R2非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素或-ORm；
上述中，Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf，Rg，Rh，Ri，Rj，Rk，Rl独立地选自氢或C1-C6烷基或C6-C14芳基；Rm独立地选自氢或C1-C6烷基；
制备电子传输层，在有机发光层上旋涂一层电子传输层材料，烘干；电子传输层的材料为丙烯酸系聚合物，其中包括在酸的作用下产生羧基的通式（VI）和通式（VII）构成的聚合物，
Figure BDA0000409139660000051
式中，R7表示烷基或环烷基，R8表示氢原子或甲基；R9表示叔烷基或2-四氢吡喃基，R10表示氢原子或甲基；
制备阴极，利用真空蒸镀将金属蒸镀在电子传输层的表面上形成阴极。
本发明在发光效率高的上述有机发光层材料的基础上，又经过大量实验，采用上述有机聚合物作为电子传输层材料，结果令人惊喜，上述电子传输层材料与有机发光层材料配合优异，使发光二极管的发光效率得到显著提高，平均达到13%以上。
附图说明
图1为本发明的有机发光器件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明的技术方案，下面结合附图描述其具体实施方式。
如图1所示，本发明的发光二极管依次包括衬底1、阳极2、有机发光层3、电子传输层6和阴极4。其中，
衬底1可以是硬衬底或柔性衬底。硬衬底优选玻璃、陶瓷、金属等；柔性衬底优选高分子材料如聚对苯二甲酸乙二酯、有机玻璃等。
阳极2优选采用氧化铟锡（ITO），利用真空溅射覆盖在衬底上面。阴极4优选为Ag导电胶，也可以是Ag薄膜或Ba/Al薄膜。
电子传输层6的材料为丙烯酸系聚合物，其中包括在酸的作用下产生羧基的通式（VI）和通式（VII）构成的聚合物，
Figure BDA0000409139660000071
式中，R7表示烷基或环烷基，R8表示氢原子或甲基；R9表示叔烷基或2-四氢吡喃基，R10表示氢原子或甲基。
有机发光层3通常采用旋涂、印刷等方法制备。
有机发光层3的材料是具有通式(I)结构的苯并噻吩类衍生物聚合物：
Figure BDA0000409139660000072
其中，R1选自C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C6-C14芳基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R2选自氢，C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R3选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R4选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R5选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R6选自氢，卤素，C1-C12烷基，C2-C12烯基，C6-C14芳基，C5-C14杂芳基，C6-C14芳基烷基，C5-C14杂芳基烷基，C3-C12杂环，C3-C7环烷基或C3-C7环烯基；
A选自-NRjSO2Rk，-ORn，-NRoSO2NRpRq；B选自-CO-，-SO2-；
R1、R6非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；R2非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素或-ORm；
上述中，Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf，Rg，Rh，Ri，Rj，Rk，Rl，Rn，Ro，Rp，Rq独立地选自氢或C1-C6烷基或C6-C14芳基；Rm独立地选自氢或C1-C6烷基。
优选的，所述R1选自C6-C14芳基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R2选自C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R6选自C6-C14芳基，C5-C14杂芳基，C6-C14芳基烷基，C5-C14杂芳基烷基，C3-C12杂环，C3-C7环烷基或C3-C7环烯基；
R1、R6可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；R2非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素或-ORm；
上述中，Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf，Rg，Rh，Ri，Rj，Rk，Rl独立地选自氢或C1-C6烷基或C6-C14芳基；Rm独立地选自氢或C1-C6烷基。
优选的，所述R1选自C6-C14芳基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R2选自C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R6选自C6-C14芳基，C5-C14杂芳基，C6-C14芳基烷基，C5-C14杂芳基烷基，C3-C12杂环，C3-C7环烷基或C3-C7环烯基；
R1、R6可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；R2非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素或-ORm；
A为羟基；
上述中，Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf，Rg，Rh，Ri，Rj，Rk，Rl独立地选自氢或C1-C6烷基或C6-C14芳基；Rm独立地选自氢或C1-C6烷基。
所述聚合物包括：3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-苯基苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-6-苯基苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-乙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-6-苯基苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-苄基-4-甲基环己基甲酰胺基)-6-苯基苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-苯基苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-4-甲基苯磺酰胺基)-7-苯基苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(萘基-1-位)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(联苯基-4-位)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(1氢-吲哚-5-位)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(吡啶-3-位)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(苯并呋喃-2-位)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(4-三氟甲氧基苯基)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(呋喃基-2-位)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(3，5-双三氟甲基苯基)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(苯并噻吩-2-位)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(4-氯苯基)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(4-叔丁基苯基)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(4-氟苯基)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(噻吩基-2-位)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-(2-氯苯基)苯并[b]噻吩-2-甲酸、3-(氮-异丙基-4-甲基环己基甲酰胺基)-7-溴苯并[b]噻吩-2-甲酸。
本发明在上述有机发光层材料的基础上，经过大量实验，最终选定上述有机聚合物作为电子传输层材料，结果令人惊喜，上述电子传输层与有机发光层材料配合优异，使发光二极管的发光效率得到显著提高，平均达到13%以上。
本发明的发光二极管的制造方法包括如下步骤：
准备衬底1，为了便于比较制得的器件性能参数，衬底尺寸相同，为15毫米×15毫米，方块电阻约为20欧姆/□，依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声处理10分钟，清洁阳极衬底表面，随后放入恒温烘箱中80℃下静置4小时烘干。
制备阳极2，发光二极管的阳极采用氧化铟锡，利用真空溅射覆盖在衬底上面。烘干后的阳极衬底用氧等离子体蚀刻仪以等离子体轰击10分钟除去阳极衬底表面附着的有机沉积薄膜，并提高阳极表面的功函数。
制备有机发光层3，将采用本发明的上述方法制备的有机发光层通常采用旋涂、印刷等方法形成在阳极表面。有机发光层采用本发明的上述聚合物材料。高分子发光聚合物置于洁净小瓶中，转入氮气成膜专用手套箱，用溶剂溶解配制成溶液，放置在搅拌台上搅拌均匀，用0.45微米滤膜过滤得澄清滤液。在无水无氧的氮气保护成膜专用手套箱中沉积有机发光层，由阳极衬底吸附在匀胶机上高速旋涂制得，膜厚通过调节匀胶机的转速来控制。有机发光层的最佳厚度为70～90纳米，由表面轮廓仪实测监控。
制备电子传输层6，使用上文所述丙烯酸系聚合物作为电子传输层的材料，膜厚约为1纳米。
制备阴极4，阴极则一般是利用真空蒸镀将金属蒸镀在电子传输层6的表面上。将上述器件放入真空镀膜机中利用常规的真空蒸镀的方法蒸镀上相应金属电极，镀腔真空度在3×10-4pa以下，镀膜速率与各层金属电极薄膜厚度由石英振子膜厚监测仪实时监控。采用真空蒸镀的方法蒸镀Ag金属薄膜制作阴极。也可以蒸镀Ba/Al金属薄膜制作阴极。
另一个制作阴极的方法是在有机发光层的薄膜上均匀涂覆一层导电胶，60℃加热2个小时加速凝固，优选涂覆Ag导电胶作为阴极。
本发明的发光二极管与现有技术相比具有如下有益效果：采用有机聚合物作为电子传输层，其与上述有机发光层配合效果令人惊喜，发光效率大幅提高。且制备工艺简单，制作成本低。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有电子传输层的有机发光器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备衬底，清洁衬底的阳极表面，烘干；
制备阳极，将阳极利用真空溅射覆盖在衬底上面，烘干后除去表面附着的有机沉积薄膜以阳极表面的功函数；
制备有机发光层，将有机发光层材料采用旋涂或印刷方法形成在阳极表面；所述有机发光层的材料是具有通式(I)结构的苯并噻吩类聚合物，
Figure FDA0000409139650000011
其中，R1选自C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C6-C14芳基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R2选自氢，C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R3选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R4选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R5选自氢，卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；
R6选自氢，卤素，C1-C12烷基，C2-C12烯基，C6-C14芳基，C5-C14杂芳基，C6-C14芳基烷基，C5-C14杂芳基烷基，C3-C12杂环，C3-C7环烷基或C3-C7环烯基；
A选自-NRjSO2Rk，-ORn，-NRoSO2NRpRq；B选自-CO-，-SO2-；
R1、R6非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；R2非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素或-ORm；
上述中，Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf，Rg，Rh，Ri，Rj，Rk，Rl，Rn，Ro，Rp，Rq独立地选自氢或C1-C6烷基或C6-C14芳基；Rm独立地选自氢或C1-C6烷基；
制备电子传输层，在有机发光层上旋涂一层电子传输层材料，烘干；电子传输层的材料为丙烯酸系聚合物，其中包括在酸的作用下产生羧基的通式（VI）和通式（VII）构成的聚合物，
Figure FDA0000409139650000031
式中，R7表示烷基或环烷基，R8表示氢原子或甲基；R9表示叔烷基或2-四氢吡喃基，R10表示氢原子或甲基；
制备阴极，利用真空蒸镀将金属蒸镀在电子传输层的表面上形成阴极。
2.如权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于，所述R1选自C6-C14芳基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R2选自C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R6选自C6-C14芳基，C5-C14杂芳基，C6-C14芳基烷基，C5-C14杂芳基烷基，C3-C12杂环，C3-C7环烷基或C3-C7环烯基；
R1、R6可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；R2非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素或-ORm；
上述中，Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf，Rg，Rh，Ri，Rj，Rk，Rl独立地选自氢或C1-C6烷基或C6-C14芳基；Rm独立地选自氢或C1-C6烷基。
3.如权利要求1所述的有机发光二极管，其特征在于，所述R1选自C6-C14芳基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R2选自C1-C12烷基，C2-C12烯基，C2-C12炔基，C3-C12杂环，C3-C18杂芳基烷基，C6-C18芳基烷基或C3-C7环烷基；
R6选自C6-C14芳基，C5-C14杂芳基，C6-C14芳基烷基，C5-C14杂芳基烷基，C3-C12杂环，C3-C7环烷基或C3-C7环烯基；
R1、R6可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素，硝基，-NRaRb，-SO2Rc，-SO2NRdRe，-CONRfRg，-NRhCORi，-NRjSO2Rk，叠氮基，氰基，三氟甲基，三氟甲氧基，C1-C6烷基或-ORl；R2非氢时可被一种或一种以上的以下基团所任选取代：卤素或-ORm；
A为羟基；
上述中，Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf，Rg，Rh，Ri，Rj，Rk，Rl独立地选自氢或C1-C6烷基或C6-C14芳基；Rm独立地选自氢或C1-C6烷基。
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