CN104600202A - 倒置oled器件结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种倒置OLED器件结构，在基板上旋涂一层聚合物薄膜，使基底表面平整化，然后制备OLED透明阴极薄膜，在阴极之上采用真空蒸镀的方法形成一层强氧化性材料作为电子注入层，然后蒸镀一层超薄金属或金属氧化物薄膜作为阴极缓冲层，其次依次为n型掺杂的电子传输层，电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极。该强氧化性材料电子注入层/金属或金属氧化物/n型掺杂的电子传输层的结构能够有效地降低倒置器件结构中空穴注入高势垒的问题，能够有效的降低器件的驱动电压，从而提高器件性能。
Description
技术领域
本发明属于有机电致发光器件领域，特别是一种高效率低电压长寿命的倒置器件结构。
背景技术
研究表明：目前OLED存在的核心问题包括驱动电源和效率，所需驱动电源的大小涉及到今后产业化安全使用，能耗多少和使用寿命等一系列问题。在缺少一层强氧化性材料的电子注入层和金属或金属氧化物薄膜的情况下，会使得整个OLED器件的内部电阻增加，电势提高，从而影响电子和空穴的有效结合效率，大大提高了器件的驱动电压，影响整个器件的效率。
对于柔性器件，衬底的优化，驱动电压以及效率是核心技术难题，由于选择柔性衬底作为OLED的基板时，由于衬底本身的性质，给器件和制作过程带来了很多问题。（1）平整性较差：通常柔性衬底的平整性要比玻璃衬底差，这不符合表面要求。大部分淀积技术是共形的，制备的薄膜会复制衬底的表面形态，使得衬底的各层都凹凸不平。这会造成器件的短路，引起器件损坏；（2）熔点低：柔性衬底的熔点很低，而OLED基板的工艺温度却很高，所以，在制作过程中柔性衬底会变形甚熔化。即使温度较低的环境中，柔性衬底尺寸也不稳定，这给多层结构的OLED制作在精确地整齐排列上带来了很大的困难； （３）寿命短：OLED对水蒸汽和氧气都比较敏感，而大部分柔性衬底的水、氧透过率均比较高几种常见的柔性衬底材料每天对水、氧的渗透速率。当水汽和氧气进入到器件内部时，会影响阴极与发光层之间的粘附性、使有机膜层内发生化学反应。这些都会导致器件的光电特性急剧衰退，造成器件迅速老化、失效。与玻璃衬底相比，塑料衬底对水汽和氧气的隔离及对器件防老化的保护作用都不够理想，无法满足显示器连续工作超过1000小时的寿命要求。解决上述衬底技术问题的前提下，选择没有蒸镀强氧化性材料的电子注入层的为OLED的器件时，会带来大量实际应用的问题：（1）电子空穴注入不平衡，使得整个OLED器件的效率受到很大的影响；（2）驱动电压的大幅提高，期间内部电阻的提高增加了内部电势，消耗的能量就会更多，浪费能源；（3）高驱动电压降低了器件寿命及工作时间，同时带来更多的安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种倒置高效率长寿命的OLED器件结构。为实现上述目的，本发明提供了倒置OLED器件结构，包括基板，其上旋涂聚合物防短路层，在聚合物防短路层之上沉积有一层阴极薄膜，在该阴极薄膜上蒸镀一层强氧化性材料的电子注入层，在该电子注入层之上沉积一层金属或金属氧化物薄膜，在金属或金属氧化物薄膜之上为n型掺杂的电子传输层，其次依次为电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极，所述的电子注入层的强氧化性材料为HAT-CN（2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲）、F4-TCNQ （2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌）、MoO2、MoO3、SiO或SiO2。
进一步的，所述的倒置OLED器件结构，所述聚合物防短路层为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(缩写为PEDOT: PSS)，其厚度为100-300nm。
进一步的，所述的倒置OLED器件结构，所述阴极薄膜为纳米银线、石墨烯、金属薄层、ITO或碳纳米管中的一种，其厚度为90-200nm。
进一步的，所述的倒置OLED器件结构，所述金属或金属氧化物为Al、Ag、WO3、MoO3、V2O5或ReO3，对应的厚度为0.5-1.5 nm。
进一步的，所述的倒置OLED器件结构，所述n型掺杂的电子传输层中掺杂剂为锂、铷或铯的氧化物或氮化物；主体材料为Bphen （4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲）、Alq3（8-羟基喹啉铝）或TmPyPB（1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯）。
进一步的，所述的倒置OLED器件结构，所述的电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层均采用真空蒸镀的方法实现。
进一步的，所述的倒置OLED器件结构，所述阳极采用金属电极、透明金属氧化物或复合阳极，制备成半透明或全反射的电极薄膜。
进一步的，所述的倒置OLED器件结构，器件结构中，聚合物防短路层为200 nm厚的PEDOT: PSS；阴极薄膜为150 nm的ITO，电子注入层为10 nm的2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲或2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌、MoO2、MoO3、SiO或SiO2；金属薄膜为1nm的金属Al；n型掺杂的电子传输层为55 nm的4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲: Li；电子传输层为20 nm 的1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯；发光层为20 nm 的4,4-N,N-二咔唑基联苯（CBP）: 三(2-苯基吡啶)合铱(III)（Ir(ppy)3）；空穴传输层为40 nm的（4,4&-39;-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺](TAPC)；空穴注入层为10 nm 的HAT-CN；阳极为100 nm的铝金属阳极。
与现有技术相比，本发明倒置OLED器件结构至少具有以下优点：本发明的高分子导电聚合物使基板表面平整化，防止短路点的产生。增加的强氧化性材料的电子注入层降低了OLED器件的驱动电压，大幅提高器件的效率，使其具有高效率长寿命性。
附图说明
图1为本发明的倒置OLED器件结构图。
图2为本发明的倒置器件电致发光特征曲线 ：电压-电流密度-亮度曲线；
图3为本发明的倒置器件电致发光特征曲线 ：外量子效率-亮度-功率效率曲线。
具体实施方式
实施例1：低电压倒置OLED器件结构，在柔性基板1上旋涂一层200 nm厚的PEDOT: PSS(高分子导电聚合物) 2, 其次是150 nm的ITO 3, 接着是10 nm的HAT-CN 4, 之后是1nm的金属Al 5, 然后是55 nm的Bphen: Li 6, 其它功能层的蒸镀顺序自下而上依次为20 nm TmPyPB电子传输层7, 20 nm CBP: Ir(ppy)3发光层8，40 nm的TAPC空穴传输层9，10 nm HAT-CN空穴注入层10，100 nm 铝金属阳极11。下图是对应倒置器件的电致发光特征曲线，从图2和图3中可以看出，该倒置器件具有较低的驱动电压，在10000 nit下，驱动电压仅为5.5V。同时对应的EQE和功率效率也具有较高的器件性能。与注入层结构中不包含HAT-CN的倒置器件比较，可以看出，其驱动电压有明显降低，功率效率和EQE也都有显著提升。因此，实施例中的器件结构可以获得高性能的倒置OLED器件。
实施例2：低电压倒置OLED器件结构，在柔性基板1上旋涂一层100 nm厚的PEDOT: PSS(高分子导电聚合物) 2, 其次是200 nm的ITO 3, 接着是10 nm的HAT-CN 4, 之后是0.5nm的金属Al 5, 然后是55 nm的Bphen: Li 6, 其它功能层的蒸镀顺序自下而上依次为20 nm TmPyPB电子传输层7, 20 nm CBP: Ir(ppy)3发光层8，40 nm的TAPC空穴传输层9，10 nm HAT-CN空穴注入层10，100 nm 铝金属阳极11。
实施例3：低电压倒置OLED器件结构，在柔性基板1上旋涂一层300 nm厚的PEDOT: PSS(高分子导电聚合物) 2, 其次是90 nm的ITO 3, 接着是10 nm的HAT-CN 4, 之后是1.5nm的金属Al 5, 然后是55 nm的Bphen: Li 6, 其它功能层的蒸镀顺序自下而上依次为20 nm TmPyPB电子传输层7, 20 nm CBP: Ir(ppy)3发光层8，40 nm的TAPC空穴传输层9，10 nm HAT-CN空穴注入层10，100 nm 铝金属阳极11。
实施例4：低电压倒置OLED器件结构，在柔性基板1上旋涂一层200 nm厚的PEDOT: PSS(高分子导电聚合物) 2, 其次是150 nm的ITO 3, 接着是10 nm的2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌, 之后是1nm的金属Al 5, 然后是55 nm的Bphen: Li 6, 其它功能层的蒸镀顺序自下而上依次为20 nm TmPyPB电子传输层7, 20 nm CBP: Ir(ppy)3发光层8，40 nm的TAPC空穴传输层9，10 nm HAT-CN空穴注入层10，100 nm 铝金属阳极11。采用导电聚合物作为防短路层，对柔性基板起到平整化作用，再溅射ITO导电薄膜作为阴极，随后采用该专利中的电子注入结构，制备了绿色磷光OLED器件。该柔性倒置器件驱动电压相比传统绿色磷光器件稍高，但是与实施例1中的倒置器件在相同亮度下的驱动电压相近，没有产生较高的驱动电压，同时具有较高的效率。
实施例5：低电压倒置OLED器件结构，在柔性基板1上旋涂一层200 nm厚的PEDOT: PSS(高分子导电聚合物) 2, 其次是150 nm的ITO 3, 接着是10 nm的MoO3, 之后是1nm的金属Al 5, 然后是55 nm的Bphen: Li 6, 其它功能层的蒸镀顺序自下而上依次为20 nm TmPyPB电子传输层7, 20 nm CBP: Ir(ppy)3发光层8，40 nm的TAPC空穴传输层9，10 nm HAT-CN空穴注入层10，100 nm 铝金属阳极11。该实施例中的器件结构与实施例1的倒置器件结构相比同样具有较高的器件性能，同时在相同亮度下对应驱动电压没有显著提高，具有较低的注入势垒。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.倒置OLED器件结构，包括基板（1），其上旋涂聚合物防短路层（2），在聚合物防短路层（2）之上沉积有一层阴极薄膜（3），在该阴极薄膜（3）上蒸镀一层强氧化性材料的电子注入层（4），在该电子注入层（4）之上沉积一层金属或金属氧化物薄膜（5），在金属或金属氧化物薄膜（5）之上为n型掺杂的电子传输层（6），其次依次为电子传输层（7）、发光层（8）、空穴传输层（9）、空穴注入层（10）和阳极（11），其特征在于：所述的电子注入层（4）的强氧化性材料为2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲、2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌、MoO2、MoO3、SiO或SiO2。
2.如权利要求1所述的倒置OLED器件结构，其特征在于：所述聚合物防短路层（2）为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，其厚度为100-300nm。
3.如权利要求1所述的倒置OLED器件结构，其特征在于：所述阴极薄膜（3）为纳米银线、石墨烯、金属薄层、ITO或碳纳米管中的一种，其厚度为90-200nm。
4.如权利要求1所述的倒置OLED器件结构，其特征在于：所述金属或金属氧化物为Al、Ag、WO3、MoO3、V2O5或ReO3，对应的厚度为0.5-1.5 nm。
5.如权利要求1所述的倒置OLED器件结构，其特征在于：所述n型掺杂的电子传输层中掺杂剂为锂、铷或铯的氧化物或氮化物；主体材料为4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲、8-羟基喹啉铝或1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯。
6.如权利要求1所述的倒置OLED器件结构，其特征在于：所述的电子传输层（7）、发光层（8）、空穴传输层（9）、空穴注入层（10）均采用真空蒸镀的方法实现。
7. 如权利要求1所述的倒置OLED器件结构，其特征在于：所述阳极采用金属电极、透明金属氧化物或复合阳极，制备成半透明或全反射的电极薄膜。
8. 如权利要求1所述的倒置OLED器件结构，其特征在于：器件结构中，聚合物防短路层（2）为200 nm厚的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)；阴极薄膜（3）为150 nm的ITO，电子注入层（4）为10 nm的2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲、2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌、MoO2、MoO3、SiO或SiO2；金属薄膜（5）为1nm的金属Al；n型掺杂的电子传输层（6）为55 nm的4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲: Li；电子传输层（7）为20 nm 的1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯；发光层（8）为20 nm 的4,4-N,N-二咔唑基联苯（CBP:） 三(2-苯基吡啶)合铱(III)（Ir(ppy)3）；空穴传输层（9）为40 nm的（4,4&-39;-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]；空穴注入层（10）为10 nm 的2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲；阳极（11）为100 nm的铝金属阳极。
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