CN104409643B - 一种空穴传输层结构、有机电致发光器件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空穴传输层结构、有机电致发光器件及其制作方法,属于有机电子学领域。通过固定ITO玻璃基片,并使用两个对位有机蒸发源先后蒸镀两种不同的空穴传输型材料,基于此种方法,可以实现空穴传输速率递变的新型器件结构。该新方法可以实现调控发光器件载流子复合区域的形状及位置,减少能量传递造成的能量损失,提高有机电致白光器件的电流效率和色稳定性,电流效率可以到达32 cd/A。

Description

一种空穴传输层结构、有机电致发光器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种空穴传输层结构、有机电致发光器件及其制作方法,属于有机电子学领域。
背景技术
有机电致发光器件(OLED)被认为是下一代显示、照明技术的有力竞争者,与荧光灯相比它具有有超轻超薄,大面积发、可折叠、色温可调、成本低等优点,在未来显示和照明领域的巨大发展潜力吸引了大量的研究工作者的关注,也加速了其产业化的进程。目前,有机电致发光器件主要分为三类:全荧光型器件,荧光磷光混合型器件,全磷光型器件。
其中,有机电致白光器件发光层是由红绿蓝三种颜色组合而成。尽管,随着有机材料的种类的不断增多以及单色电致发光器件的迅速发展,绿光和红光器件也已经达到了产业化标准,蓝光器件的效率也越来越高,深蓝色材料也得到长足发展,但由于有机电致发光白光器件本身结构、机理复杂等原因,仍然存在有机电致发光白光器件效率低,器件容易老化,色稳定性差等问题。尽管,研究的脚步没有停止,但仍有许多机理方面的问题没有弄清楚。如果要解决这一系列的问题,必须对有机电致发光白光器件工作原理、内部机制进行深入全面的理解,其中包括载流子的注入与传输机制,载流子复合发光机制,发光层能量传递机制等,这样才能在现有研究的基础上设计、制作性能优越的有机电致发光白光器件。
载流子复合发光机制在有机电致发光白光器件中具有关键作用,载流子复合区域的不同也会导致器件性能的差异较大。如果在明白载流子复合区域规律的基础上,通过理性调控载流子复合区域,或许能够实现理想的白光发射。载流子复合区域的位置变化主要是由器件中电子、空穴的注入和传输不平衡引起的,所以要想调控复合区域在发光层中从而获得性能好的有机电致白光发射,就要尽可能地平衡器件中的正、负载流子。一般来说,阳极和阴极的能垒是不同的,这样就会导致从阳极注入的空穴数目和从阴极注入的电子数目不同,且空穴在空穴传输层和电子在电子传输层的传输速率也不尽相同,那么电子和空穴到达发光层的时间就会不同,这样激子最终可能在发光层和空穴传输层、发光层和电子传输层界面、某一发光层内形成。如果在界面形成激子,激子浓度过高会导致猝灭现象比较严重,大大降低了器件的效率和寿命。如果在某一发光层形成激子,会导致器件光谱偏离标准白光光谱较远。
目前,国内外很多课题组在合成新型的材料的同时将材料的载流子传输能力作为重要参数,其目的就是为了平衡有机电子发光器件中载流子的传输,进一步提高有机电致发光白光器件的效率、稳定性等。如双极性的主体材料、LUMO能级低且电子传输能力强的电子传输型材料、HOMO能级高且空穴传输能力强的空穴传输型材料、电子阻挡层材料、空穴阻挡层材料等。如黑龙江大学许辉课题组合成出一些适合做有机电致发光白光器件的双极性主体材料,其器件功率效率可以达35.7 lm/W。另外,有的课题组致力于通过改变器件结构,从而平衡载流子传输控制复合区域,实现高效率,光谱稳定性好的有机电致发光白光器件。如谢文法课题组制作的电致发光器件功率效率达到39.6 lm/W,赵毅课题组制作的电致发光器件功率效率达到40 lm/W等。
综上所述,载流子复合区域的调控对有机电致发光器件的性能提高具有关键作用,特别对有机电致发光白光器件性能的影响尤为突出。通过对载流子复合区域的研究,可以理性设计有机电致发光白光器件。所以,载流子复合区域的研究对设计效率高、色稳定性好的有机电致发光白光器件具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:OLED器件存在的发光效率不高的问题,提出一种空穴传输层结构、有机电致发光器件及其制作方法。该器件结构能够调节器件载流子的复合区域,从而减少蓝光与黄光之间的能量传递,提高有机电致白光器件的电流效率和色稳定性。
技术方案:
根据本发明的一个方面,一种空穴传输层结构,由从上至下排列的第一空穴传输层和第二空穴传输层所构成,空穴传输层结构的顶部和底部平面相互平行,第一空穴传输层和第二空穴传输层的交界面与空穴传输层结构的顶部和底部平面不平行,第一空穴传输层和第二空穴传输层所用的材料的空穴传输能力不同。
第一空穴传输层和第二空穴传输层的材料分别独立地选自mCP、TAPC、NPB、m-MTDATA、TCTA、Bphen、TPBi、Alq3、TmPyPB中的一种。
第一空穴传输层和第二空穴传输层的材料的纯度大于99.5%。
第一空穴传输层的一条侧边的厚度是10nm;空穴传输层结构的厚度是40nm。
根据本发明的另一个方面,一种包含有上述的空穴传输层结构的有机电致发光器件。
所述的有机电致发光器件,空穴传输层结构设置于ITO玻璃基板与发光层之间。
根据本发明的另一个方面,一种上述的有机电致发光器件的制作方法,包括如下步骤:
第1步、在ITO玻璃基板的一端,通过第一有机蒸发源进行蒸镀,形成第一空穴传输层;再在ITO玻璃基板的另一端,通过第二有机蒸发源进行蒸镀,形成第二空穴传输层;
第2步,再在第二空穴传输层上部依次蒸镀发光层、电子传输层及电极。
有益效果
与现有技术相比,本发明的有益效果是(1)由于倾斜斜面的角度可以人为控制,空穴传输的速度也可以理性的控制。从而控制复合区域的位置的偏转角度。(2)减少蓝光和黄光两种激子的接触,降低能量损失,提高器件效率。(3)由于能量传递减少,所以能够增强器件的色稳定性。(4)白光器件电流效率达到32 cd/A。
附图说明
图1为有机电致白光器件的器件结构图。
图2为器件结构中的空穴传输层的制作方法示意图。
图3为器件结构中空穴与电子的复合发光的过程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本发明中所述的“ITO玻璃基板的一端”、“ITO玻璃基板的另一端”是指处于ITO玻璃基板的同一面的两侧的位置。
实施例1
如图1所示,以制作有机电致白光器件(WOLED)为例,器件结构为:
ITO/PEDOT:PSS(30nm)/TAPC(10~30nm)/mCP(30~10nm)/mCP:Firpic(10nm)/mCP:Ir(bt)2acac(10nm)/TmPyPB(35nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。
制作方法
(1)用去离子水、丙酮、乙醇等溶剂清洗ITO玻璃基底。
(2)旋涂一层PEDOT:PSS,厚度约为30~60nm。
(3)旋涂完后分别蒸镀倾斜的TAPC和mCP有机层;
具体的制作方法如图2所示,包括两个对位有机蒸发源,都位于ITO基板的同一面的方向,且处于该面的两端。两个有机蒸发源与基片保持垂直距离相等(一般在50cm以上),两个有机蒸发源之间的水平位置相互对称,分别在基片的两端,两者之间的水平距离保持在30cm以上,有机蒸发源是真空蒸镀设备中温控加热源,与温度控制电路连接,主要用来加热有机材料。由其中一个先蒸发mCP实现倾斜的空穴传输层,接下来,位于相对一侧的另外一个有机蒸发源进行蒸发TAPC,实现一个互补的倾斜斜面空穴传输层,最终形成为如图1中所示的结构。
(4)再依次蒸镀发光层、电子传输层及铝电极。
以下结合具体的使用过程对该器件作进一步地说明:
器件制作好后在两端加一个0~15V的直流电压进行测试和数据采集,当器件在电压作用下空穴从阳极注入、电子从阴极注入并在电场的作用下向器件发光层运动,即载流子的注入。由于TAPC的空穴传输速率比mCP快,所以总厚度相同的情况下TAPC厚的那一段空穴较快传输到发光层,而电子各部分传输速度相同。所以空穴和电子相遇时,空穴传输快的和电子在黄光层相遇,空穴传输慢的和电子在蓝光层相遇,并分别产生黄光激子和蓝光激子,即空穴与电子复合产生激子。由于产生的蓝光激子和黄光激子只有在TAPC和mCP厚度相等的水平位置对应发光层位置的蓝光和黄光激子才有大量接触,产生能量传递。由于蓝光激子的能量比黄光激子高,所以能量是从蓝光激子转移到黄光激子上,使得黄发光增强。从而导致光谱黄光部分增强。由于基于新型的器件结构,使得蓝光激子和黄光激子接触数量减少,降低了蓝光和黄光激子的能量传递,减少了能量损失,提高器件电流效率,并增强了白光器件的光谱稳定性,最终可以实现空穴传输层不同的空穴传输速率,导致EML中载流子复合位置形状发生改变,位置发生偏移,减少不同发光激子之间的能量传递,减少能量损失,提高有机电致白光器件的电流效率和色稳定性。
在本实施例的条件下,两个空穴传输层作为整体的厚度约为40nm,其中,下层的TAPC空穴传输层的最厚的一侧的厚度约是30nm(即另一侧边的侧度是10 nm),经测定,该器件的电流效率是32 cd/A。
作为对比试验,与上述的器件的区别在于:两个空穴传输层作为整体的厚度仍然约为40nm,但是上下层空穴传输层的交界面与基板平行,且交界面与基板的距离约为20nm,在相同的测定条件下,该器件的电流效率是25cd/A。
上述的实现传输能力梯度变化的器件结构不仅可以用在OLED器件中,还可以应用在有机太阳能电池(OPV)、有机场效应晶体管(OFET)等器件中,例如应用于OPV的空穴传输层、电子传输层;应用于OFET的有机层。

Claims (5)

1.一种有机电致发光器件的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:第1步、在ITO玻璃基板的一端,通过第一有机蒸发源进行蒸镀,形成第一空穴传输层;再在ITO玻璃基板的另一端,通过第二有机蒸发源进行蒸镀,形成第二空穴传输层;第2步,再在第二空穴传输层上部依次蒸镀发光层、电子传输层及电极;所述的有机电致发光器件包含有空穴传输层结构,所述的空穴传输层结构由从上至下排列的第一空穴传输层和第二空穴传输层所构成,空穴传输层结构的顶部和底部平面相互平行,第一空穴传输层和第二空穴传输层的交界面与空穴传输层结构的顶部和底部平面不平行,第一空穴传输层和第二空穴传输层所用的材料的空穴传输能力不同。
2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的制作方法,其特征在于,第一空穴传输层和第二空穴传输层的材料分别独立地选自mCP、TAPC、NPB、m-MTDATA、TCTA、Bphen、TPBi、Alq3、TmPyPB中的一种。
3.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的制作方法,其特征在于,第一空穴传输层和第二空穴传输层的材料的纯度大于99.5%。
4.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的制作方法,其特征在于,第一空穴传输层的一条侧边的厚度是10nm;空穴传输层结构的厚度是40nm。
5.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的制作方法,其特征在于,空穴传输层结构设置于ITO玻璃基板与发光层之间。
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