CN105576140B - 一种有机电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机电致发光器件，包括依次层叠的导电阳极、空穴掺杂层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，所述空穴掺杂层的材质为表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物。本发明还公开了该有机电致发光器件的制备方法。本发明空穴掺杂层既具有空穴注入能力又具有空穴传输能力，可有效提高空穴与电子的复合几率，同时提高了有机电致发光器件的发光效率。

Description

一种有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及有机电致发光领域，特别涉及一种有机电致发光器件。
背景技术
1987年，美国Eastman Kodak公司的C.W.Tang和VanSlyke利用超薄薄膜技术制备出了高亮度，高效率的双层有机电致发光器件(OLED)。OLED的发光原理是基于在外加电场的作用下，电子从阴极注入到有机物的最低未占有分子轨道(LUMO)，而空穴从阳极注入到有机物的最高占有轨道(HOMO)。电子和空穴在发光层相遇、复合、形成激子，激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光材料，并激发电子从基态跃迁到激发态，激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放光能。OLED因其具有发光效率高、制作工艺简单，以及易实现全色和柔性显示等特点，在照明和平板显示领域引起了越来越多的关注。
在传统的发光器件中，器件内部发光材料发出的光大约只有18％是可以发射到外部去的，大部分发出的光会以其他形式消耗在器件外部。研究发现，OLED光损耗大，有很大一部分原因在于空穴注入层的不完善。由于现有空穴注入层的材质通常为金属氧化物，它在可见光范围内的吸光率较高，造成了光损失；另外，金属氧化物为无机物，与空穴传输层的有机材料性质差别较大，两者界面之间存在折射率差，容易引起全反射，导致OLED整体出光性能较低。因此非常有必要对空穴注入层的材质进行改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种有机电致发光器件，该器件可有效提高空穴与电子的复合几率，同时提高了有机电致发光器件的出光效率和发光效率。本发明还提供了该有机电致发光器件的制备方法。
第一方面，本发明提供了一种有机电致发光器件，包括依次层叠的导电阳极、空穴掺杂层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，所述空穴掺杂层的材质为表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物，所述氧化锌颗粒的粒径为10～50nm，所述金属氧化物为三氧化钼(MoO3)、三氧化钨(WO3)或五氧化二钒(V2O5)。
优选地，所述空穴掺杂层的厚度为80nm。
将所述金属氧化物进行醋酸锌处理后，金属氧化物表面会覆盖上一层氧化锌(ZnO)颗粒，从而形成一种p掺杂结构，这种结构有利于空穴的传输，而金属氧化物是空穴注入材料，因此所述空穴掺杂层同时具备空穴注入和空穴传输的能力，可有效提高空穴与电子的复合几率；另外，ZnO覆盖在金属氧化物表面后，会使纳米薄膜的粒径增大，提高光散射能力，使出光效率得到增强。并且颗粒间的连接更紧密，使薄膜具有更好的致密性，有效避免薄膜缺陷的存在，而纳米薄膜的粒径增大，也使器件空穴传输性能得到增强，最终可有效的提高器件发光效率。
优选地，所述导电阳极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO)、铝锌氧化物玻璃(AZO)或铟锌氧化物玻璃(IZO)，更优选地，所述导电阳极基底为ITO。
优选地，所述发光层材质为4-(二腈甲基)-2-丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛呢啶-9-乙烯基)-4H-吡喃(DCJTB)、9，10-二-β-亚萘基蒽(ADN)、4，4′-双(9-乙基-3-咔唑乙烯基)-1，1′-联苯(BCzVBi)或8-羟基喹啉铝(Alq3)，所述发光层的厚度为5～40nm。
更优选地，所述发光层材质为Alq3，厚度为30nm。
优选地，所述电子传输层材质为4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(Bphen)、3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1，2，4-三唑(TAZ)或N-芳基苯并咪唑(TPBI)，所述电子传输层厚度为40～200nm。
更优选地，所述电子传输层材质为TAZ，厚度为150nm。
优选地，所述电子注入层材质为碳酸铯(Cs2CO3)、氟化铯(CsF)、叠氮铯(CsN3)或氟化锂(LiF)，厚度为0.5～10nm。
更优选地，所述电子注入层材质为CsF，厚度为1nm。
优选地，所述阴极为银(Ag)、铝(A1)、铂(Pt)或金(Au)，厚度为60～300nm。
更优选地，所述阴极为Ag，厚度为100nm。
另一方面，本发明提供了一种有机电致发光器件的制备方法，包括以下操作步骤：
提供所需尺寸的导电阳极，清洗后干燥；
在导电阳极上蒸镀空穴掺杂层，所述空穴掺杂层的材质为表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物，所述空穴掺杂层的制备方法为：将金属氧化物放入醋酸锌溶液中浸泡30～120min，得到悬浮溶液，所述悬浮液中醋酸锌与金属氧化物的质量比为0.02～0.6∶1，将悬浮溶液烘干后，于300～500℃煅烧15～60min，得到表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物；然后通过真空镀膜系统将所述表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物蒸镀在导电阳极上，得到空穴掺杂层；所述氧化锌颗粒的粒径为10～50nm，所述金属氧化物为MoO3、WO3或V2O5；
在空穴掺杂层表面上依次蒸镀制备发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，得到所述有机电致发光器件。
优选地，所述空穴掺杂层的厚度为20～100nm。
所述醋酸锌溶液的质量百分比浓度为10％～60％，所述金属氧化物的质量为1mg～5mg。
优选地，所述通过真空镀膜系统蒸镀空穴掺杂层时的真空度为2×10-4～5×10- 3Pa，蒸镀速率为1～10nm/s。
优选地，所述煅烧在马弗炉中进行。
优选地，所述提供所需尺寸的导电阳极，具体操作为：将导电阳极基板进行光刻处理，然后剪裁成所需要的大小。
优选地，所述清洗后干燥为将导电阳极依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后风干。
优选地，所述发光层、电子传输层和电子注入层的蒸镀条件均为：真空度为2×10-4～5×10-3Pa，蒸镀速率为0.1～1nm/s。
优选地，所述蒸镀阴极时的真空度为2×10-4～5×10-3Pa，蒸镀速率为1～10nm/s。
优选地，所述导电阳极基底为ITO、AZO或IZO，更优选地，所述导电阳极基底为ITO。
优选地，所述发光层材质为DCJTB、ADN、BCzVBi或Alq3，所述发光层的厚度为5～40nm。
更优选地，所述发光层材质为Alq3，厚度为30nm。
优选地，所述电子传输层材质为Bphen、TAZ或TPBI，所述电子传输层厚度为40～200nm。
更优选地，所述电子传输层材质为TAZ，厚度为150nm。
优选地，所述电子注入层材质为Cs2CO3、CsF、CsN3或LiF，厚度为0.5～10nm。
更优选地，所述电子注入层材质为CsF，厚度为1nm。
优选地，所述阴极为Ag、Al、Pt或Au，厚度为60～300nm。
更优选地，所述阴极为Ag，厚度为100nm。
本发明将所述金属氧化物进行醋酸锌处理后，金属氧化物表面会覆盖上一层氧化锌(ZnO)颗粒，从而形成一种p掺杂结构，这种结构有利于空穴的传输，而金属氧化物是空穴注入材料，因此所述空穴掺杂层同时具备空穴注入和空穴传输的能力，可有效提高空穴与电子的复合几率；另外，ZnO覆盖在金属氧化物表面后，在阳极上蒸镀表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物会形成纳米薄膜(纳米薄膜的粒径为15～80nm)，将所述纳米薄膜作为空穴掺杂层，ZnO会使纳米薄膜的粒径增大，提高光散射能力，使出光效率得到增强。并且颗粒间的连接更紧密，使薄膜具有更好的致密性，有效避免薄膜缺陷的存在，而纳米薄膜的粒径增大，也使器件空穴传输性能得到增强，最终可有效的提高器件发光效率。
空穴掺杂层的存在可以替代空穴传输层和空穴注入层，减少了材料成本并简化了膜形成工艺。同时，空穴掺杂层的制备方法简单，原料价格低，操作容易，适合工业化生产。
本发明提供了一种有机电致发光器件及其制备方法，具有如下有益效果：
(1)空穴掺杂层材质为表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物，经过处理后的金属氧化物，其表面会覆盖上一层氧化锌(ZnO)颗粒，这种p型结构有利于空穴的传输和空穴注入，使空穴掺杂层同时具备空穴注入与空穴传输能力，有效提高空穴与电子的复合几率，提高了光散射能力，同时使薄膜具有更好的致密性，有效避免薄膜缺陷的存在，最终提高发光效率；
(2)本发明制备的空穴掺杂层的存在可以替代空穴传输层和空穴注入层，减少了材料成本并简化了膜形成工艺，同时，空穴掺杂层的制备方法简单，原料价格低，操作容易，适合工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明有机电致发光器件的结构示意图；
图2是本发明实施例1与对比实施例有机电致发光器件的亮度与流明效率的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种有机电致发光器件的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)导电阳极1选用铟锡氧化物玻璃(ITO)，先将导电阳极1进行光刻处理，然后剪裁成2×2cm2的正方形导电阳极，然后依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后风干；
(2)将20mg MoO3浸泡在10ml醋酸锌溶液中，醋酸锌溶液的质量百分比浓度为35％，浸泡60min，得到悬浮溶液，将悬浮溶液烘干后，放在马弗炉中煅烧，煅烧温度为400℃，煅烧时间为30min，得到表面包覆有ZnO颗粒的MoO3，然后采用真空镀膜系统，以5×10- 3Pa的压强和1nm/s的蒸镀速率将表面包覆有ZnO颗粒的MoO3蒸镀在导电阳极1上，得到厚度为80nm的含有氧化锌颗粒的三氧化钼薄膜，薄膜的粒径为60nm，将含有氧化锌颗粒的三氧化钼薄膜作为空穴掺杂层2；
(3)在空穴掺杂层2上依次蒸镀制备发光层3、电子传输层4、电子注入层5和阴极6，得到有机电致发光器件，其中，
发光层3材质为Alq3，蒸镀时采用的压强为5×10-3Pa，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀厚度为30nm；
电子传输层4的材质为TAZ，蒸镀时采用的压强为5×10-3Pa，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀厚度为150nm；
电子注入层5的材质为CsF，蒸镀时采用的压强为5×10-3Pa，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀厚度为1nm；
阴极6的材质为Ag，蒸镀时采用的压强为5×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，蒸镀厚度为100nm。
图1为本实施例制备的有机电致发光器件的结构示意图，本实施例制备的有机电致发光器件，包括依次层叠的导电阳极1、空穴掺杂层2、发光层3、电子传输层4、电子注入层5和阴极6。具体结构表示为：
ITO/(MoO3-ZnO)/Alq3/TAZ/CsF/Ag。
实施例2
一种有机电致发光器件的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)导电阳极选用掺铝的氧化锌玻璃(AZO)，先将导电阳极进行光刻处理，然后剪裁成2×2cm2的正方形导电阳极，然后依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后风干；
(2)将50mg WO3浸泡在10ml醋酸锌溶液中，醋酸锌溶液的质量百分比浓度为10％，浸泡30min，得到悬浮溶液，将悬浮溶液烘干后，放在马弗炉中煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为15min，得到表面包覆有ZnO颗粒的WO3，醋酸锌与氧化钨质量比为0.02∶1，然后采用真空镀膜系统，以2×10-4Pa的压强和10nm/s的蒸镀速率将表面包覆有ZnO颗粒的WO3蒸镀在导电阳极上，得到厚度为100nm的含有氧化锌颗粒的三氧化钼薄膜，薄膜的粒径为80nm，将含有氧化锌颗粒的三氧化钼薄膜作为空穴掺杂层；
(3)在空穴掺杂层上依次蒸镀制备发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，得到有机电致发光器件，其中，
发光层材质为ADN，蒸镀时采用的压强为2×10-4Pa，蒸镀速率为1nm/s，蒸镀厚度为5nm；
电子传输层的材质为Bphen，蒸镀时采用的压强为2×10-4Pa，蒸镀速率为1nm/s，蒸镀厚度为75nm；
电子注入层的材质为Cs2CO3，蒸镀时采用的压强为2×10-4Pa，蒸镀速率为1nm/s，蒸镀厚度为0.5nm；
阴极的材质为Al，蒸镀时采用的压强为2×10-4Pa，蒸镀速率为10nm/s，蒸镀厚度为300nm。
本实施例制备的有机电致发光器件，包括依次层叠的导电阳极、空穴掺杂层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极。具体结构表示为：
AZO/(WO3-ZnO)/ADN/Bphen/Cs2CO3/Al。
实施例3
一种有机电致发光器件的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)导电阳极选用掺铟的氧化锌玻璃(IZO)，先将导电阳极进行光刻处理，然后剪裁成2×2cm2的正方形导电阳极，然后依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后风干；
(2)将10mg V2O5浸泡在10ml醋酸锌溶液中，醋酸锌溶液的质量百分比浓度为60％，浸泡60min，得到悬浮溶液，将悬浮溶液烘干后，放在马弗炉中煅烧，煅烧温度为300℃，煅烧时间为60min，得到表面包覆有ZnO颗粒的V2O5，醋酸锌与五氧化二钒质量比为0.6∶1，然后采用真空镀膜系统，以1×10-3Pa的压强和5nm/s的蒸镀速率将表面包覆有ZnO颗粒的V2O5蒸镀在导电阳极上，得到厚度为20nm的含有氧化锌颗粒的三氧化钼薄膜，薄膜的粒径为15nm，将含有氧化锌颗粒的三氧化钼薄膜作为空穴掺杂层；
(3)在空穴掺杂层上依次蒸镀制备发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，得到有机电致发光器件，其中，
发光层材质为BCzVBi蒸镀时采用的压强为1×10-3Pa蒸镀速率为0.6nm/s，蒸镀厚度为40nm；
电子传输层的材质为TPBI，蒸镀时采用的压强为1×10-3Pa，蒸镀速率为0.5nm/s，蒸镀厚度为60nm；
电子注入层的材质为CsN3，蒸镀时采用的压强为1×10-3Pa，蒸镀速率为0.7nm/s，蒸镀厚度为10nm；
阴极的材质为Au，蒸镀时采用的压强为1×10-3Pa，蒸镀速率为6nm/s，蒸镀厚度为60nm。
本实施例制备的有机电致发光器件，包括依次层叠的导电阳极、空穴掺杂层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极。具体结构表示为：
IZO/(V2Os-ZnO)/BCzVBi/TPBI/CsN3/Au。
实施例4
一种有机电致发光器件的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)导电阳极选用掺铟的氧化锌玻璃(IZO)，先将导电阳极进行光刻处理，然后剪裁成2×2cm2的正方形导电阳极，然后依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物，清洗干净后风干；
(2)将40mg MoO3浸泡10ml醋酸锌溶液中，醋酸锌溶液的在质量百分比浓度为50％，浸泡40min，得到悬浮溶液，将悬浮溶液烘干后，放在马弗炉中煅烧，煅烧温度为350℃，煅烧时间为30min，得到表面包覆有ZnO颗粒的MoO3，醋酸锌与氧化钼的质量比为0.125∶1，然后采用真空镀膜系统，以5×10-3Pa的压强和9nm/s的蒸镀速率将表面包覆有ZnO颗粒的MoO3蒸镀在导电阳极上，得到厚度为60nm的含有氧化锌颗粒的三氧化钼薄膜，薄膜的粒径为50nm，将含有氧化锌颗粒的三氧化钼薄膜作为空穴掺杂层；
(3)在空穴掺杂层上依次蒸镀制备发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，得到有机电致发光器件，其中，
发光层材质为DCJTB，蒸镀时采用的压强为5×10-3Pa，蒸镀速率为0.9nm/s，蒸镀厚度为8nm；
电子传输层的材质为TAZ，蒸镀时采用的压强为5×10-3Pa，蒸镀速率为0.9nm/s，蒸镀厚度为35nm；
电子注入层的材质为LiF，蒸镀时采用的压强为5×10-3Pa，蒸镀速率为0.9nm/s，蒸镀厚度为0.5nm；
阴极的材质为Pt，蒸镀时采用的压强为5×10-3Pa，蒸镀速率为9nm/s，蒸镀厚度为120nm。
本实施例制备的有机电致发光器件，包括依次层叠的导电阳极、空穴掺杂层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极。具体结构表示为：
IZO/(MoO3-ZnO)/DCJTB/TAZ/LiF/Pt。
对比实施例
为体现为本发明的创造性，本发明还设置了对比实施例，对比实施例包括依次层叠的导电阳极、空穴注入层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，对比实施例与实施例1的区别在于对比实施例中的空穴注入层材质为MoO3，对比实施例有机电致发光器件的具体结构为：ITO/MoO3/Alq3/TAZ/CsF/Ag。
效果实施例
采用电流-电压测试仪(美国Keithly公司，型号：2400)、色度计(日本柯尼卡美能达公司，型号：CS-100A)测试有机电致发光器件的流明效率随亮度变化曲线，以考察器件的发光效率，测试对象为实施例1与对比实施例制备的有机电致发光器件。测试结果如图2所示。
图2是本发明实施例1与对比实施例制备的有机电致发光器件的亮度与流明效率的关系图，从图2可以看出，本发明实施例1有机电致发光器件在所测试亮度范围内的流明效率都要比对比实施例大，其中最大的流明效率为15.81m/W(对比例的仅为8.81m/W)，而且对比例的流明效率随着亮度的增大而快速下降。说明本发明采用表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物作为空穴掺杂层材质，使空穴掺杂层同时具备空穴注入与空穴传输能力，提高器件光散射能力，使出光效率得到增强。有效避免薄膜缺陷的存在。从而提高器件发光效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种有机电致发光器件，其特征在于，包括依次层叠的导电阳极、空穴掺杂层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，所述空穴掺杂层的材质为表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物，所述氧化锌颗粒的粒径为10～50nm，所述金属氧化物为三氧化钼、三氧化钨或五氧化二钒。
2.如权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴掺杂层的厚度为20～100nm。
3.如权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述电子传输层材质为4,7-二苯基-1,10-菲罗啉、3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-三唑或N-芳基苯并咪唑。
4.如权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述电子注入层材质为碳酸铯、氟化铯、叠氮铯或氟化锂。
5.如权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件采用如下方法制备而成：
提供所需尺寸的导电阳极，清洗后干燥；
在导电阳极上蒸镀空穴掺杂层，所述空穴掺杂层的材质为表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物，所述空穴掺杂层的制备方法为：将金属氧化物放入醋酸锌溶液中，浸泡30～120min，得到悬浮溶液，所述悬浮液中醋酸锌与金属氧化物的质量比为0.02～0.6:1，将悬浮溶液烘干后，于300～500℃煅烧15～60min，得到表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物；然后通过真空镀膜系统将所述表面包覆有氧化锌颗粒的金属氧化物蒸镀在导电阳极上，得到空穴掺杂层；所述氧化锌颗粒的粒径为10～50nm，所述金属氧化物为三氧化钼、三氧化钨或五氧化二钒；
在空穴掺杂层表面上依次蒸镀制备发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，得到所述有机电致发光器件。
6.如权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴掺杂层的厚度为20～100nm。
7.如权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述醋酸锌溶液的质量百分比浓度为10％～60％，所述金属氧化物的质量为10mg～50mg。
8.如权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述发光层、电子传输层和电子注入层的蒸镀条件均为：真空度为2×10-4～5×10-3Pa，蒸镀速率为0.1～1nm/s。
9.如权利要求5所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述蒸镀阴极时的真空度为2×10-4～5×10-3Pa，蒸镀速率为1～10nm/s。
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