CN103915568A - 一种CdS有机电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种白光照明领域的发光器件，具体的说是一种硫化镉(CdS)有机电致发光器件，该发光器件由下至上依次包括ITO玻璃阳极衬底、NPB层、Rubrene层、NPB层、DPVBi层、Alq3层、LiF层和Al阴极层，其特征在于：它还包括一个CdS电子注入层，所述的CdS电子注入层设置在Alq3层和LiF层之间；本发明器件提高电子的注入，改善载流子的平衡，同时提高激子形成的比率，从而提高白色有机电致发光器件的效率。

Description

一种CdS有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及一种白光照明领域的发光器件，具体的说是一种硫化镉( CdS)有机电致发光器件。
背景技术
白光有机电致发光器件（WOLED）既可以作为平面显示的背光源,还可以用作白光照明，与成熟、廉价的照明产品如白炽灯泡相竞争,而成为OLED领域新的热点。这主要是因为WOLED具有以下优点：寿命为普通灯泡光源的20倍；能量的损耗较低；高品质的光输出，紫外 (UV) 与 红外(IR)辐射很小；驱动电压低，具有较好的使用安全性。 
如今有机电致发光器件（OLED）已进入产业化阶段，但仍存在着成品率不高，市场价格较贵，性能稳定性不十分理想等问题。器件结构和工艺的优化，是解决这些问题的重要途径。
改善有机材料中载流子注入的平衡或提高激子形成的几率，是提高器件性能的重要手段。在有机发光器件中，电子是少子，设法增加电子的注入是改善载流子平衡的有效手段。
荧光是多重度相同的状态间发生辐射跃迁产生的光，而磷光则是不同多重态间发生辐射跃迁而产生的光。
有机材料的分子或原子在强度适当的磁场影响下，化合物在原子吸收和发射光谱中谱线的数目是2S+1，这里S是体系内电子自旋量子数的代数和。一个电子的自旋量子数可以是+1/2或-1/2。根据Pauli不相容原理，两个电子在同一个轨道里，必须是自旋配对的，也就是一个电子的自旋量子数是+1/2(用↑表示)，另一个一定是-1/2(用↓表示)。如果分子轨道里所有电子都是配对的(↑↓)，自旋量子数的代数和等于零，(2S+1)为1。(2S+1)是1的分子状态称为单重态，用符号S表示。大多数分子的基态都是单重态。
  如果分子中一个电子激发到能级较高的轨道上去，并且被激发的电子仍然保持其自旋方向不变，这时S仍然等于零，体系处于激发单重态。如果被激发的电子在激发时自旋方向发生了改变，不再配对(↑↑)或(↓↓)，由于两个电子不在同一条轨道，不违背Pauli原理，这时自旋量子数之和S=1, 2S+1=3体系处在三重态，用符号T表示。电子在相同多重态间的跃迁，可以产生荧光；在不同多重态间的跃迁可以产生磷光。
由于受到自旋禁阻的限制，在荧光电致发光器件中产生荧光的激发单重态只占整个激发总数的少部分(25%)，而磷光则充分利用三重态(占激发总数的75%)将器件的效率获得了很大的提高。
有机电致磷光器件的缺点：然而有机电致磷光器件也存在一些问题需要克服。（1）室温条件下的发磷光的有机材料很少，（2）由于磷光的寿命一般都很长（10-6s量级），荧光的寿命一般都很短（10-9s量级），这样当磷光材料掺入荧光材料母体时，如果掺入的浓度低，则会导致在注入的电流很小的时候，磷光发射点就已经饱和（saturation of emission sites），器件效率很低；如果掺入的浓度过大，则由于三线态激子之间的相互作用导致浓度淬灭。即使掺入的磷光材料的浓度经过优化，在注入的电流增大时，由于磷光发射位置的饱和，也会导致器件的效率随着注入电流的增大而下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种硫化镉(CdS)有机电致发光器件，该有机电致发光器件提高电子的注入，改善载流子的平衡，同时提高激子形成的比率，从而提高白色有机电致发光器件的效率。
本发明的目的是这样实现的，该发光器件由下至上依次包括ITO玻璃阳极衬底、NPB层、Rubrene层、NPB层、DPVBi层、Alq3层、LiF层和Al阴极层，其特征在于：它还包括一个CdS电子注入层，所述的CdS电子注入层设置在Alq3层和LiF层之间；
制备过程是：采用ITO玻璃为阳极衬底，将ITO玻璃分别用丙酮、乙醇、去离子水反复擦洗、超声，最后干燥；在多源有机分子气相沉积系统中由下至上依次进行NPB层、Rubrene层、NPB层、DPVBi层和Alq3层的蒸镀，然后在Alq3层上蒸镀CdS电子注入层，最后在CdS电子注入层上蒸镀LiF层和Al阴极层。
    本发明引入电子注入增加层CdS的有机电致发光器件具有以下优点和积极效果：
1、硫化镉( CdS)作为一种重要的半导体材料，它具有在光照的情况下，产生光电子的特性。将这种材料应用到有机发光器件中，使其产生的光电子注入到有机发光层中，提高了电子的注入，改善载流子的平衡，同时提高了激子形成的比率；
2、同等条件下器件的亮度获得了提高。在电压为14V时，当CdS的厚度为0.1nm时，最大亮度为16370cd/m2，加CdS的器件比不加CdS的器件，最大亮度提高到2.42倍。
3、同等条件下器件的效率获得了提高。在同一电压下，当CdS的厚度为0.1nm时，当电压为7V时最大效率接近9.09cd/A。而不加CdS的器件在电压是8V时最大，为5.16cd/A，加CdS的器件的最大效率提高了1.76倍。
附图说明
图1是本发明CdS有机电致发光器件整体结构示意图。
图2是加CdS层的器件A和不加CdS层的器件B的电流密度-电压特性曲线图。
图3是加CdS层的器件A和不加CdS层的器件B的效率-电压特性曲线图。
图4是加CdS层的器件A NPB的发射光谱与CdS吸收光谱之间的关系图。
图5是电压为11V时不插入CdS层和插入0.1nm厚CdS层的归一化光谱图。
图6是CdS层厚度不同时器件的效率-电压特性曲线图。
图7是不插入CdS层的器件C和插入0.1nm厚CdS层的器件E的亮度-电压特性曲线图。
上述附图中坐标轴说明：电压（voltage）、  亮度（Luminance）、效率（Efficiency）、吸收系数（Absorption）、波长（Wavelength）、发光强度（EL Intensity）、电流密度（Current Density）。
具体实施方式
由附图1所示：该发光器件由下至上依次包括ITO玻璃阳极衬底(70nm)、NPB层（50nm）、Rubrene层(0.2nm)、NPB层(5nm)、DPVBi层(30nm)、Alq3层(30nm)、LiF层(0.5nm) 和Al阴极层（100nm～120nm）层，其特征在于：它还包括一个CdS电子注入层（0.1nm），所述的CdS电子注入层设置在Alq3层和LiF层之间；
制备过程是：采用ITO玻璃为阳极衬底，将ITO玻璃分别用丙酮、乙醇、去离子水反复擦洗、超声，最后干燥；器件的制备在多源有机分子气相沉积系统中进行，将所用材料分别放在不同的蒸发源中，每个蒸发源的温度可以单独控制，在多源有机分子气相沉积系统中由下至上依次进行NPB层、Rubrene层、NPB层、DPVBi层和Alq3层的蒸镀，蒸镀CdS电子注入层，最后蒸镀LiF层和Al层（阴极），所述的有机膜的厚度由上海产的FTM-V型石英晶体膜厚仪监测，在生长的过程中系统的真空度维持在4×10-4Pa左右，上述制备过程采用的都是本领域的常规方法和手段。
本发明专利在Alq3和 LiF之间加CdS层的器件性能提高的机理分析
器件名称定义：
A: 在Alq3层和 LiF层之间不插入CdS层的器件
B: 在Alq3层和 LiF层之间插入0.3nm厚的 CdS层的器件
C：在Alq3层和 LiF层之间不插入CdS层的器件
E：在Alq3层和 LiF层之间插入0.1 nm厚的 CdS层的器件
1、同一电压下在Alq3和 LiF之间加CdS的器件B的电流密度增大。 
器件A、B的电流密度-电压特性曲线如图2所示。由该图可以看出，当电压高于9V时，在同一电压下，加CdS的器件B的电流密度明显高于器件A.这表明CdS对改善载流子的注入起到了非常好的作用。
2 、同一电压下在Alq3层和 LiF层之间加CdS层的器件B的电流效率增大。
图3为这组器件的效率-电压特性曲线。由该图可以看出，在同一电压下，加CdS的器件B的发光效率明显高于器件A.这充分的表明了，在Alq3和 LiF之间插入CdS(0.3nm)，对提高器件的发光效率起到了很好的作用。
3 、同一电压下在Alq3层和 LiF层之间加CdS层的器件B性能改善的原因
产生这些现象的原因是，因为在有机电致发光器件中空穴是多子，电子是少子。CdS层的存在，吸收了NPB产生的部分蓝光，相应的产生了光电子，增强了电子的注入，使得产生激子的几率增加，从而提高了器件的效率。
图4是NPB的发射光谱与CbS吸收光谱之间的关系。该图反映了NPB的发射光谱与CbS吸收谱之间有一定的重叠，这就形成了CbS吸收NPB产生的蓝光进而产生光电子的可能。
图5是电压为11V时，没有插入CdS层 和插入0.1nm厚CdS层的器件的归一化光谱图。从图中可以看出,插入0.1nm厚的CdS吸收了444nm附近的蓝光，使该波段的光强相对减小，而增强了560nm和596nm附近的黄光。这种变化使器件的色度也得到了改善。色坐标由（0.2855 ，0.2706）变为（0.3296 ，0.3178）。这个结果证明了CdS薄层加在Alq3层和LiF层之间使器件效率提高所起到的重要作用。
4 、同一电压下在Alq3层和 LiF层之间加CdS层的器件的性能的进一步优化
为了进一步研究CdS层的厚度对器件性能的影响，通过改变CdS层的厚度n，研究器件的效率和电压的关系。使n的厚度分别为0、0.05、0.1、0.3、0.5和0.7nm时，对应的器件的编号分别为C、D、E、F、G和H。
CdS层厚度不同时器件的效率-电压特性曲线如图6所示。在同一电压下，当CdS层的厚度为0.1nm时，器件的效率最大，当电压为7V时最大效率接近9.09cd/A。而不加CdS的器件C在电压是8V时最大，为5.16cd/A，加CdS层的器件的最大效率提高了1.76倍。
CdS层的厚度过厚或过薄时，器件的效率均不高。CdS层厚度过厚时，由于其载流子传输能力较差的因素占了主要方面，造成了发光区中激子形成的几率和数量大幅度减小，从而造成了器件的发光效率不高的结果；当CdS层过薄时，很难形成有效的光电转换效应，形成的光生载流子很少，没有形成增强电子注入的事实，从而影响了器件的性能。
图7是不插入CdS层的器件C和插入0.1nm厚的 CdS层器件E的亮度-电压特性曲线。由该图可以看出，当电压为14V时，器件E的最大亮度达到16370cd/m2，而器件C的最大亮度为6752 cd/m2，最大亮度达到2.42倍。

Claims (1)

1. 一种CdS有机电致发光器件，该发光器件由下至上依次包括ITO玻璃阳极衬底、NPB层、Rubrene层、NPB层、DPVBi层、Alq3层、LiF层和Al阴极层，其特征在于：它还包括一个CdS电子注入层，所述的CdS电子注入层设置在Alq3层和LiF层之间；
制备过程是：采用ITO玻璃为阳极衬底，将ITO玻璃分别用丙酮、乙醇、去离子水反复擦洗、超声，最后干燥；在多源有机分子气相沉积系统中由下至上依次进行NPB层、Rubrene层、NPB层、DPVBi层和Alq3层的蒸镀，然后在Alq3层上蒸镀CdS电子注入层，最后在CdS电子注入层上蒸镀LiF层和Al阴极层。
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