CN104409649B - 一种低压有机发光二极管及其制备方法 - Google Patents

一种低压有机发光二极管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种低压高效有机发光二极管，由带有ITO的玻璃衬底、空穴传输层、p型掺杂发光层、i型本征发光层、n型掺杂发光层、电子传输层、复合电子注入层和阴极依次组成叠层结构，其中p型掺杂发光层采用掺入蓝光荧光染料的空穴传输材料；i型本征发光层采用蓝光荧光染料；n型掺杂发光层采用掺入蓝光荧光染料的电子传输材料，这三层发光层简称p‑i‑n发光层，复合电子注入层由插入薄铝层的碳酸铯组成。本发明的优点是：该有机发光二极管含有在碳酸铯层中插入薄铝层的复合电子注入层和p‑i‑n型发光层，提高了发光效率，延缓了效率衰减，具有低驱动电压、高亮度、高效率、稳定性好和制备工艺简单等优点。

Description

一种低压有机发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明属于有机发光二极管(OLED)技术领域，具体涉及一种含有复合电子注入层和p-i-n发光层的低压驱动、有机发光二极管及其制备方法。
背景技术
有机发光二极管(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，它所具有亮度高、视角宽、功耗低、响应速度快、制备工艺简单和成本低等优点。然而有机半导体材料的空穴传输能力比电子传输能力强，这会导致在发光层中空穴的数量大于电子的数量，增大驱动电压，降低有机发光二极管的发光效率。因此降低OLED的驱动电压、提高OLED的发光效率的主要方法是提高电子的注入能力，使发光层中电子的数量与空穴的数量达到平衡。含有碳酸铯注入层的传统OLED，虽然电子注入能力在一定程度上得到了提高，但效果并不理想。因此制作新型电子注入层进一步降低阴极的功函数，提高电子的注入能力，是降低有机发光二极管的驱动电压的一个好途径。传统OLED的发光层为单层薄膜，激子形成区域比较窄，导致OLED效率衰减较快，而扩大激子形成区域可以解决效率衰减的问题。现在有机发光二极管(OLED)被广泛应用在显示、照明等领域，而低压驱动、高效发光的有机发光二极管有利于节约能源。因此低压高效的OLED具有很大的应用价值。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种低压有机发光二极管及其制备方法，该有机发光二极管含有在碳酸铯层中插入薄铝层的复合电子注入层和p-i-n型发光层，提高了有机发光二极管的电子注入能力，扩大了激子形成区域，降低了驱动电压，提高了发光效率，延缓了效率衰减，具有低驱动电压、高亮度、高效率、稳定性好和制备工艺简单等特点。
本发明的技术方案：
一种低压有机发光二极管，由带有ITO的玻璃衬底、空穴传输层、p型掺杂发光层、本征(i型)发光层、n型掺杂发光层、电子传输层、复合电子注入层和阴极依次组成叠层结构，其中p型掺杂发光层采用掺入蓝光荧光染料的空穴传输材料；本征(i型)发光层采用蓝光荧光染料；n型掺杂发光层采用掺入蓝光荧光染料的电子传输材料，这三层发光层简称p-i-n发光层，复合电子注入层由插入薄铝层的碳酸铯组成，各层薄膜的厚度分别为空穴传输层30nm,p型掺杂发光层12nm,本征(i型)发光层20nm，n型掺杂发光层15nm，电子传输层30nm,复合电子注入层中碳酸铯的总厚度为1nm,其中薄铝层的厚度为0.8nm,阴极为金属铝，膜厚为120nm。
所述空穴传输层为N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)，p型掺杂发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)掺杂N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)，掺杂比例为6wt％，本征(i型)发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)，n型掺杂发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)掺杂双2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8-1,1'-联苯-4-羟基铝(BAlq)，掺杂比例为3wt％，电子传输层为双2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8-1,1'-联苯-4-羟基铝(BAlq)，复合电子注入层为三明治结构，由两层膜厚为0.5nm的碳酸铯(Cs2CO3)夹着0.8nm的金属铝组成，阴极为金属铝(Al)，膜厚为120nm。
一种所述低压有机发光二极管的制备方法，步骤如下：首先将带有ITO的玻璃衬底用洗涤剂进行清洗，然后依次用去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，之后放入真空干燥箱中，在150℃下，烘干30分钟；然后利用紫外臭氧对带有ITO的玻璃衬底进行处理；最后采用真空蒸镀沉积的方法依次制备各层薄膜。
本发明的技术效果：
该低压有机发光二极管含有三明治结构的复合电子注入层，是将一层厚度为0.8nm的薄铝层插入厚度为1nm的碳酸铯层中制备而成。这种复合电子注入层的功函数比单层碳酸铯的功函数更低，因此电子注入势垒更低，电子更容易从阴极注入到发光层，使发光层中的电子数量与空血的数量更加平衡，从而使发光二极管的效率更高。该发光二极管的p-i-n发光层是由掺杂6wt％的蓝光荧光染料的空穴传输材料、本征蓝光荧光染料及掺杂3wt％的蓝光荧光染料的电子传输材料组成，其中蓝光荧光染料为同一种有机发光材料。由于有机半导体材料的空穴迁移率很高，所以有一部分空穴会到达发光层与电子传输层的界面，并在界面积累；由于使用了复合电子传输层，增强了电子的注入，有一部分电子会到达发光层与空穴传输层的界面，并在界面处积累。在界面处积累的空穴可能会引起激子猝灭，使有机发光二极管的效率下降。p-i-n发光层可以解决载流子在界面的积累问题，并且能够有效利用载流子，从而提高有机发光二极管的发光效率。
本发明的优点是：该有机发光二极管含有在碳酸铯层中插入薄铝层的复合电子注入层和p-i-n型发光层，提高了有机发光二极管的电子注入能力，扩大了激子形成区域，降低了驱动电压，提高了发光效率，延缓了效率衰减，具有低驱动电压、高亮度、高效率、稳定性好和制备工艺简单等特点。
附图说明
图1为该发光二极管的结构示意图。
图2为p-i-n型发光层的能级图。
图3为实施例1与对比实例1、2、3、4、5中制备的发光二极管的阴极的功函数。
图4为实施例1与对比实例1、2、3、4、5中制备的发光二极管的电流密度-电压曲线。
图5为实施例1与对比实例1、2、3、4、5中制备的发光二极管的亮度-电压曲线。
图6为实施例1与对比实例1、2、3、4、5中制备的发光二极管的电流效率-电流密度曲线。
具体实施方式
实施例1：
一种低压有机发光二极管，如图1所示，由带有ITO的玻璃衬底、空穴传输层、p型掺杂发光层、i型本征发光层发光层、n型掺杂发光层、电子传输层、复合电子注入层和阴极依次组成叠层结构，其中p型掺杂发光层采用掺入蓝光荧光染料的空穴传输材料；i型本征发光层采用蓝光荧光染料；n型掺杂发光层采用掺入蓝光荧光染料的电子传输材料，这三层发光层简称p-i-n发光层，复合电子注入层由插入薄铝层的碳酸铯组成，各层薄膜的厚度分别为空穴传输层30nm,p型掺杂发光层12nm,i型本征发光层20nm，n型掺杂发光层15nm，电子传输层30nm,复合电子注入层中碳酸铯的总厚度为1nm,其中薄铝层的厚度为0.8nm,阴极为金属铝，膜厚为120nm。
该实施例中，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)，p型掺杂发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)掺杂N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)，掺杂比例为6wt％，i型本征发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)，n型掺杂发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)掺杂双2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8-1,1'-联苯-4-羟基铝(BAlq)，掺杂比例为3wt％，电子传输层为双2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8-1,1'-联苯-4-羟基铝(BAlq)，复合电子注入层为三明治结构，由两层膜厚为0.5nm的碳酸铯(Cs2CO3)夹着0.8nm的金属铝组成，阴极为金属铝(Al)，膜厚为120nm。
所述低压有机发光二极管的制备方法，步骤如下：首先将带有ITO的玻璃衬底用洗涤剂进行清洗，然后依次用去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，之后放入真空干燥箱中，在150℃下，烘干30分钟；然后利用紫外臭氧对带有ITO的玻璃衬底进行处理；最后采用真空蒸镀沉积的方法依次制备各层薄膜；具体方法是：
将ITO衬底置于真空系统，当真空度抽到2×10－4Pa时，在带有ITO一面的衬底上，依次沉积空穴传输层N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)；p型掺杂发光层、i型本征发光层、n型掺杂发光层、电子传输层、复合电子注入层、阴极。其中p型掺杂发光层是一种掺入蓝光荧光染料的空穴传输材料，i型本征发光层是一种蓝光荧光染料，n型掺杂发光层是一种掺入蓝光荧光染料的电子传输材料。其中p型发光层和n型发光层是采用双有机源共蒸制备的。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。
对比实例1：
与实施例1基本相同，只是将厚度为12nm的p型发光层用12nm的NPB代替。
对比实例2：
与实施例1基本相同，只是将厚度为15nm的n型发光层用15nm的BAlq代替。
对比实例3：
与实施例1基本相同，只是将厚度为47nm的p-i-n型发光层用47nm的N-BDAVBi代替。
对比实例4：
与对比实例3基本相同，只是将复合电子传输层用单层碳酸铯代替。
对比实例5:
与对比实例4基本相同，只是不含有电子传输层。
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。
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。
3)发光二极管的阴极的功函数由开尔文探针进行测试。
首先，对实施例1与对比实例1、2、3、4、5中的阴极的功函数进行了测试，测试结果如图3，从中可以看出实施例1的阴极具有最低的功函数，其注入电子的能力最强。
图2为p-i-n型发光层的能级图，从图中可以看出p型发光层、本征(i型)发光层、n型发光层的最高占有分子轨道(HOMO)能级，最低未占有分子轨道(LUMO)能级匹配，有利于空穴和电子的传输。其中空穴传输层与p型掺杂发光层的主体为同一种材料，空穴传输不存在势垒差；电子传输层与n型掺杂发光层的主体为同一种材料，电子传输不存在势垒差。从图中还可以看出空穴和电子的复合区域扩大，从而激子形成区域扩大，有效利用发光层与空穴、电子传输层之间界面处的空穴与电子。
图4、图5、图6为实施例1与对比实例1、2、3、4、5中制备的发光二极管的电流密度-电压、亮度-电压和电流效率-电流密度曲线。图中表明，含有复合电子注入层和p-i-n发光层的有机发光二极管的电流密度、亮度、电流效率均比其他有机发光二极管的高。
上述有机发光二极管的对比结果：
实施例1中有机发光二极管的启亮电压是2.6V(3.85cd/m2)，亮度为1000cd/m2时的电压为5.85V，驱动电压为10V时的亮度为10540cd/m2,最大电流效率为7.5cd/A。选择对比实例中效果最好的对比实例3进行比较，启亮电压降低了55.56％，亮度为1000cd/m2时的电压降低了16.67％，驱动电压为10V时的亮度增加了47.33％，最大电流效率增加了15.38％。
通过对比结果表明，采用三明治结构的碳酸铯和铝的复合电子注入层，可以降低阴极的功函数，降低电子注入势垒，提高电子注入，降低驱动电压，使发光层中电子的数量增多，进而使空穴和电子的复合几率增大,使有机发光二极管的发光效率提高。运用p-i-n发光层可以扩大激子复合区域，有效利用发光层与空穴、电子传输层之间界面处的空穴与电子，从而提高发光效率，延缓效率衰减。

Claims (3)

1.一种低压有机发光二极管，其特征在于：由带有ITO的玻璃衬底、空穴传输层、p型掺杂发光层、i型本征发光层、n型掺杂发光层、电子传输层、复合电子注入层和阴极依次组成叠层结构，其中p型掺杂发光层采用掺入蓝光荧光染料的空穴传输材料；i型本征发光层采用蓝光荧光染料；n型掺杂发光层采用掺入蓝光荧光染料的电子传输材料，这三层发光层简称p-i-n发光层，复合电子注入层由插入薄铝层的碳酸铯组成，各层薄膜的厚度分别为空穴传输层30nm,p型掺杂发光层12nm,i型本征发光层20nm，n型掺杂发光层15nm，电子传输层30nm,复合电子注入层中碳酸铯的总厚度为1nm,其中薄铝层的厚度为0.8nm,阴极为金属铝，膜厚为120nm。
2.根据权利要求1所述低压有机发光二极管，其特征在于：所述空穴传输层为N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)，p型掺杂发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)掺杂N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)，掺杂比例为6wt％，i型本征发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)，n型掺杂发光层为n-(4-(E)-2-(6-(E)-4-(二苯基氨基)苯乙烯基)2萘-1-基)乙烯基)苯基)-二甲氧基三苯(N-BDAVBi)掺杂双2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8-1,1'-联苯-4-羟基铝(BAlq)，掺杂比例为3wt％，电子传输层为双2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8-1,1'-联苯-4-羟基铝(BAlq)，复合电子注入层为三明治结构，由两层膜厚为0.5nm的碳酸铯(Cs2CO3)夹着0.8nm的金属铝组成，阴极为金属铝(Al)，膜厚为120nm。
3.一种如权利要求1所述低压有机发光二极管的制备方法，其特征在于步骤如下：首先将带有ITO的玻璃衬底用洗涤剂进行清洗，然后依次用去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，之后放入真空干燥箱中，在150℃下，烘干30分钟；然后利用紫外臭氧对带有ITO的玻璃衬底进行处理；最后采用真空蒸镀沉积的方法依次制备各层薄膜。
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