CN104377309A - 一种低压有机电致蓝光发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低压有机电致蓝光发光器件，由带有ITO透明衬底、p型掺杂注入层、空穴传输层、具有空穴传输特性的发光层、空穴扩散层、电子传输层、电子缓冲层和金属背电极叠加组成，其中具有空穴传输特性的发光层采用蓝色发光材料；空穴扩散层为双极传输特性的有机半导体材料，空穴扩散层的HOMO能级介于发光层与电子传输层的HOMO能级之间，光致发光光谱与发光层的吸收光谱有重叠。本发明的优点是：该有机电致蓝光发光器件含有p型掺杂注入层及空穴扩散层，提高了空穴的注入能力，同时避免了因大量空穴堆积而造成发光层中激子的淬灭，解决了器件在低压下实现高效发光的问题；具有低驱动电压、高亮度、高效率、稳定性好和制备工艺简单的特点。

Description

一种低压有机电致蓝光发光器件及其制备方法

技术领域

本发明属于有机电致发光技术领域，特别涉及一种低压有机电致蓝光发光器件及其制备方法。

背景技术

有机电致发光器件（OLED）以其突出的优势, 正在逐步成为非常热门的新兴平板显示器产品，它所具有的亮度高、视角宽、功耗低、响应速度快、制备工艺简单和成本低，特别是高品质图像及便携、柔性等方面的优势，是其它的显示器（如：CRT、LCD、PDP等）都无法比拟的。有机电致发光器件被誉为新一代平板显示器，有着美好的应用前景。高效率的红、绿、蓝三基色的单色显示是实现全彩色化显示不可或缺的一部分。经过二十多年的研究发展，尤其是磷光材料的发现使得红、绿单色有机电致发光器件的性能已经达到实际应用的标准, 然而蓝光器件的亮度、效率、寿命仍然较差，其性能有待提高。

为了满足OLED的商业化要求，人们探索了很多方法来提高蓝光OLED器件的性能。例如，使用强空穴阻挡能力的电子传输层将激子限制在发光层中而使其充分发光。然而器件厚度增加会使器件的压降变大；另外电极和有机活性材料间普遍存在着能级不匹配的问题，这将阻碍载流子注入,从而使器件的发光特性变差；如果发光层是一种偏空穴传输的材料，则大量空穴会堆积在具有强空穴阻挡能力的电子传输层与发光层界面，堆积的空穴会造成激子的淬灭，影响了激子的辐射发光。此外，蓝光材料的禁带宽度（Eg）通常较大，发光器件所需的驱动电压较高，而有机发光材料在高电流密度下会产生过多的焦耳热从而降低器件的发光性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种低压有机电致蓝光发光器件及其制备方法，该有机电致蓝光发光器件含有p型掺杂注入层及空穴扩散层，提高了空穴的注入能力，同时避免了因大量空穴堆积而造成发光层中激子的淬灭，解决了器件在低压下实现高效发光的问题；具有低驱动电压、高亮度、高效率、稳定性好和制备工艺简单的特点。

本发明的技术方案：

一种低压有机电致蓝光发光器件，由带有ITO透明衬底、p型掺杂注入层、空穴传输层、具有空穴传输特性的发光层、空穴扩散层、电子传输层、电子缓冲层和金属背电极叠加组成，其中具有空穴传输特性的发光层采用具有空穴传输特性并具有与空穴传输层匹配的HOMO能级的蓝色发光材料；空穴扩散层为双极传输特性的有机半导体材料，空穴扩散层的HOMO能级介于发光层与电子传输层的HOMO能级之间，光致发光光谱与发光层的吸收光谱有重叠，所用材料的禁带宽度大于发光层所用材料的禁带宽度；各薄膜层的厚度分别为p型掺杂注入层2nm、空穴传输层40 nm、具有空穴传输特性的发光层30 nm、空穴扩散层3 nm、电子传输层30 nm、电子缓冲层0.8 nm、金属背电极120 nm。

所述p型掺杂注入层为2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰二甲基对苯醌（F4-TCNQ）：三氧化钼（MoO₃）；空穴传输层为N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺（NPB）；具有空穴传输特性的蓝色发光层为4,4'-[1,4-亚苯基二-(1E)-2,1-乙烯二基]二[N,N-二苯基苯胺] （DSA-ph）；空穴扩散层为9,10-双(1-萘基)蒽（ADN）；电子传输层为4,7-二苯基-1,10-菲罗啉（Bphen）；电子缓冲层为氟化锂（LiF）；金属背电极为Al。

一种所述低压有机电致蓝光发光器件的制备方法，步骤如下：

1）首先将ITO透明衬底依次用乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后，用去离子水冲洗，经氮气吹干，在烘箱内120℃温度下烘干30min；

2）然后采用真空沉积的方法依次制备各层功能薄膜。

本发明的优点和积极效果是：

该有机电致蓝光发光器件含有p型掺杂注入层及空穴扩散层，选用两种常用的空穴注入材料掺杂后作为空穴注入层，解决了ITO与有机材料之间势垒不匹配的问题，提高了空穴的注入能力，同时避免了因大量空穴堆积而造成发光层中激子的淬灭，解决了器件在低压下实现高效发光的问题；选用不同的有机材料作为空穴扩散层可以分散堆积的空穴从而减少由于空穴堆积引起的激子淬灭，在低电压驱动下大幅提高了激子的利用率，同时空穴扩散层中也会有一部分载流子的复合形成激子，这部分激子可以将能量通过Förster能量转移传递给发光层DSA-ph，从而扩大了激子的复合区域。空穴扩散层结构的核心为提高激子的利用率，同时扩大激子的形成区域，进一步降低了器件的驱动电压并提高了发光效率；具有低驱动电压、高亮度、高效率、稳定性好和制备工艺简单的特点。

附图说明

图1为该发光器件的结构示意图。

图2 为实施例1，2，3与对比实施例中制备的发光器件的能级结构图及发光机理图。

图3为实施例1，2，3与对比实施例中制备的发光器件的电流密度-电压曲线。

图4 为实施例1，2，3与对比实施例中制备的发光器件的电流效率-电流密度-亮度曲线。

图5 为单层DSA-ph与含空穴扩散层材料的DSA-ph薄膜的荧光寿命图。

具体实施方式

实施例 1 ：

一种低压有机电致蓝光发光器件，如图1所示，由带有ITO透明衬底、p型掺杂注入层、空穴传输层、具有空穴传输特性的发光层、空穴扩散层、电子传输层、电子缓冲层和金属背电极叠加组成，其中具有空穴传输特性的发光层采用具有空穴传输特性并具有与空穴传输层匹配的HOMO能级的蓝色发光材料；空穴扩散层为双极传输特性的有机半导体材料，空穴扩散层的HOMO能级介于发光层与电子传输层的HOMO能级之间，光致发光光谱与发光层的吸收光谱有重叠，所用材料的禁带宽度大于发光层所用材料的禁带宽度；各薄膜层的厚度分别为p型掺杂注入层2nm、空穴传输层40 nm、具有空穴传输特性的发光层30 nm、空穴扩散层3 nm、电子传输层30 nm、电子缓冲层0.8 nm、金属背电极120 nm。

该低压有机电致蓝光发光器件的制备方法，步骤如下：

1）首先将一块沉积有ITO溅射层、面电阻10Ω/□的玻璃衬底经化学腐蚀形成条形ITO电极，依次用乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后，用去离子水冲洗，经氮气吹干，在烘箱内120℃温度下烘干30min备用；

2）然后采用真空沉积的方法依次制备各层功能薄膜：

将ITO衬底置于真空系统，当真空度抽到2×10^{－ 4}Pa时，在带有ITO一面的衬底上，依次沉积p型掺杂注入层2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰二甲基对苯醌（F4-TCNQ）：三氧化钼（MoO₃）；空穴传输层N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺（NPB）；具有空穴传输能力的蓝色发光层4,4'-[1,4-亚苯基二-(1E)-2,1-乙烯二基]二[N,N-二苯基苯胺] （DSA-ph）；空穴扩散层9,10-双(1-萘基)蒽（ADN）；电子传输层4,7-二苯基-1,10-菲罗啉（Bphen）；电子缓冲层氟化锂（LiF）以及金属Al背电极；蒸发速度均为1Å/s，器件的有效面积为ITO阳极与金属背电极的交叉面积，为3mm×3mm。

实施例 2 ：

与实施例1基本相同，不同之处在于发光器件的空穴扩散层材料为4,4'-二(9-咔唑)联苯（CBP）。

实施例 3 ：

与实施例1基本相同，不同之处在于发光器件中没有空穴扩散层。

对比实施例：

为传统的有机电致蓝光发光器件，与实施例1的不同之处在于发光器件中没有p型掺杂注入层和空穴扩散层。

图2 为实施例1，2，3中制备的发光器件的能级结构图及发光机理图，其中：（a）为无空穴扩散层器件的空穴积累与激子形成示意图、（b）为含CBP空穴扩散层器件的空穴积累与激子形成示意图、（c）为含ADN空穴扩散层器件的空穴积累与激子形成示意图。图中表明：在无空穴扩散层器件中，空穴的传输速率高于电子传输速率，使得大量未复合的空穴堆积在DSA-ph/Bphen界面，加入空穴扩散层后可减少空穴的堆积，扩大激子的形成区域；从能级角度，空穴扩散层AND的HOMO能级比CBP的 HOMO能级高0.1eV，空穴在激子形成区域的积累将进一步减小。

OLED器件的光电性能测试：

1）通过Keithley 2400 Sourcemeter和Keithley 485 Picoammeter测量样品的电流-电压(I-V)特性，扫描范围均为0-14V。

图3为实施例1，2，3与对比实施例中制备的发光器件的电流密度-电压曲线。图中表明：由于AND的电子迁移率（~10^-7cm²·V^-1·S^-1）小于Bphen（~10^-4cm²·V^-1·S^-1）和CBP（~10^-4cm²·V^-1·S^-1）的迁移率，且空穴扩散层的加入使一定量激子被限制在空穴扩散层中，从而降低了含有空穴扩散层的器件在相同电压下的电流密度。

2）通过PhotoResearch PR-650获得器件的发光光谱、色坐标、发光亮度，用Jobin Yvon FL3-212-TCSPC瞬态光谱仪测试光致发光荧光寿命衰减；将Keithley 2400 、Keithley 485与PR-650联用，可以得到器件在特定的扫描电压下的亮度，从而可以计算得出器件的电流效率。同时Jobin Yvon FL3-212-TCSPC瞬态光谱仪测试光致发光荧光寿命衰减，可以证明功能层之间的能量传递。

图4 为实施例1，2，3与对比实施例中制备的发光器件的电流效率-电流密度-亮度曲线。图中表明：含有电荷扩散层结构的器件的电流效率和亮度均高于传统器件，说明空穴扩散层的引入可以充分的形成激子并且使激子高效的辐射发光。

图5 为单层DSA-ph与含空穴扩散层材料的DSA-ph薄膜的荧光寿命图。图中含有空穴扩散层薄膜中DSA-ph荧光寿命均高于单层DSA-ph的寿命，这表明除了DSA-ph本征的自发辐射跃迁寿命以外还增加了由电荷传输层传递过来的非辐射跃迁寿命使得寿命延长。

上述器件的对比结果：

实施例1中器件的启亮电压在亮度为2.86cd/m²时为2.6V，亮度为1000 cd/m²时为5.95 V，驱动电压为10V时的亮度为9802 cd/m²，最大电流效率和最大亮度分别为7.0439 cd/A和26,990 cd/m², 与传统器件相比启亮电压降低了42.2%，亮度为1000 cd/m²时的电压降低了18.2%，10V驱动电压下亮度提高了50.4%，最大电流效率和最大亮度分别提高了94.5%和42.8%。

实施例2中器件的启亮电压为3V，亮度为1000 cd/m²时的电压为6.48V，驱动电压为10V时的亮度为8139cd/m²，器件的最大电流效率和最大亮度分别为4.62cd/A和23,260 cd/m², 与传统器件相比启亮电压降低了33.3%，亮度为1000 cd/m²时的电压降低了10.9%，10V驱动电压下亮度提高了24.9%，最大电流效率和最大亮度分别提高了7.6%和23%。

实施例3中器件的启亮电压为3.8V，亮度为1000 cd/m²时的电压为7.11V，驱动电压为10V时的亮度为7912cd/m²，器件的最大电流效率和最大亮度分别为4.14cd/A和20,830 cd/m², 与传统器件相比启亮电压降低了15.5%，亮度为1000 cd/m²时的电压降低了2%，10V驱动电压下亮度提高了21.4%，最大电流效率和最大亮度分别提高了14.4%和10.2%。

通过对比结果表明：具有空穴传输特性的发光层的传统器件激子形成区域是靠近电子传输层界面的，同时空穴的堆积区域也靠近电子传输层界面，大量堆积的空穴会导致激子的淬灭。在传统器件中加入p型掺杂注入层，由于p型掺杂注入层材料的HOMO能级与ITO的功函数比较匹配，有利于空穴的注入，能降低器件的启亮电压，提高器件的效率。另外空穴扩散层的引入分离了空穴堆积区域与激子形成区域从而减少激子的淬灭，同时空穴扩散层中形成的激子的能量可通过能量转移传递给发光层进一步提高器件的效率。

Claims (3)

1.一种低压有机电致蓝光发光器件，其特征在于：由带有ITO透明衬底、p型掺杂注入层、空穴传输层、具有空穴传输特性的发光层、空穴扩散层、电子传输层、电子缓冲层和金属背电极叠加组成，其中具有空穴传输特性的发光层采用具有空穴传输特性并具有与空穴传输层匹配的HOMO能级的蓝色发光材料；空穴扩散层为双极传输特性的有机半导体材料，空穴扩散层的HOMO能级介于发光层与电子传输层的HOMO能级之间，光致发光光谱与发光层的吸收光谱有重叠，所用材料的禁带宽度大于发光层所用材料的禁带宽度；各薄膜层的厚度分别为p型掺杂注入层2nm、空穴传输层40 nm、具有空穴传输特性的发光层30 nm、空穴扩散层3 nm、电子传输层30 nm、电子缓冲层0.8 nm、金属背电极120 nm。

2.根据权利要求1所述低压有机电致蓝光发光器件，其特征在于：所述p型掺杂注入层为2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰二甲基对苯醌（F4-TCNQ）：三氧化钼（MoO₃）；空穴传输层为N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺（NPB）；具有空穴传输特性的蓝色发光层为4,4'-[1,4-亚苯基二-(1E)-2,1-乙烯二基]二[N,N-二苯基苯胺] （DSA-ph）；空穴扩散层为9,10-双(1-萘基)蒽（ADN）；电子传输层为4,7-二苯基-1,10-菲罗啉（Bphen）；电子缓冲层为氟化锂（LiF）；金属背电极为Al。

3.一种如权利要求1所述低压有机电致蓝光发光器件的制备方法，其特征在于步骤如下：

1）首先将ITO透明衬底依次用乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后，用去离子水冲洗，经氮气吹干，在烘箱内120℃温度下烘干30min；

2）然后采用真空沉积的方法依次制备各层功能薄膜。