CN105870348A

CN105870348A - 一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件及方法

Info

Publication number: CN105870348A
Application number: CN201610363425.8A
Authority: CN
Inventors: 宁舒雅; 杜帅; 张方辉; 宋得瑞; 王璐薇
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2016-08-17

Abstract

本发明提供一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件及其制备方法，有机电致发光器件包括玻璃基板，以及依次设置在玻璃基板上的ITO阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及铝阴极；所述ITO阳极与铝阴极上分别引出一根导线，连接到外部的直流电源上。其中，所述的电子传输层为三种材料共掺形成。本发明采用改进电子传输层来提高电子的传输效率，使得电子和空穴更加平衡，来改善器件光效和亮度，进而提高器件的整体性能。

Description

一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件及方法

【技术领域】

本发明属于OLED显示与照明技术领域，具体涉及一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件及方法。

【背景技术】

有机电致发光二极管(Organic Light-emitting Diode：OLED)由于其具有主动发光、响应速度快、视角宽阔、功耗低以及可以实现柔性显示等优点，受到学术界及工业界的高度重视。特别是近年来磷光材料的发现与应用，使得器件内部量子效率理论上由荧光的25％提升100％，器件性能得到了质的飞跃，使其商业化应用成为现实。虽然目前OLED的性能已经得到很大程度的改善，但是其在效率方面仍然有待提高。由于在有机半导体材料中，具有p-型传导能力的材料比具有n-型的更为常见，多数的有机半导体材料属于空穴传导，因此在OLED器件中有机材料的空穴载流子的迁移率要远远大于电子载流子的迁移率，空穴传输材料迁移率一般在10^-4cm/V.s左右，比电子传输材料迁移率高两个数量级左右。所以OLED器件中电子和空穴注入不平衡是影响其效率的一个关键因素。

【发明内容】

本发明目的在于解决上述问题，提供一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件及方法，该有机电致发光器件采用改进电子传输层来提高电子的传输效率，使得电子和空穴更加平衡，来改善器件光效和亮度，进而提高器件的整体性能，通过调节掺杂比例的方法，调节电子传输层传输电子的能力，最终得到一种发光效率高、亮度高及颜色稳定的OLED器件。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件，包括玻璃基板，以及依次设置在玻璃基板上的ITO阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及铝阴极；所述ITO阳极与铝阴极上分别引出一根导线，连接到外部的直流电源上；所述的电子传输层由主体材料Bphen、掺杂材料BCP和Cs₂CO₃掺杂形成。

三种材料Bphen、BCP和Cs₂CO₃分别有(I)、式(II)、式(III)所示的结构：

三种材料中BCP的掺杂浓度为0.5％-5％，Cs₂CO₃的掺杂浓度为2％-15％。

一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

将玻璃基板依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗后，放到真空烘箱中在140～150℃的条件下烘烤；随后将玻璃基板放入OLED-V型有机多功能成膜设备的预处理室中，进行等离子轰击10～15分钟；轰击完毕后用机械手传递到主真空腔体内，待真空度抽到7×10^-4Pa时进行蒸镀：依次在ITO阳极上蒸镀空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及铝阴极，蒸发速度控制在0.1-0.2nm/s；

其中，电子传输层是将主体材料Bphen、掺杂材料BCP和Cs₂CO₃分别放置于不同的石英坩埚内，通过调节各蒸发源的温度来控制蒸发的速率和掺杂比例，使得BCP的掺杂浓度为0.5％-5％，Cs₂CO₃的掺杂浓度为2％-15％，然后采用三源共蒸的方法进行蒸镀形成电子传输层。

最后，ITO阳极与铝阴极上分别引出一根导线，连接到外界直流电源上。

所述的电子传输层的厚度为10-15nm。

所述的空穴传输层采用NPB材料制成，厚度为30-40nm。

所述的发光层采用Alq₃材料制成，厚度为30-45nm。

所述的电子注入层采用Cs₂CO₃材料制成，厚度为1nm-1.5nm。

所述的玻璃基板为ITO玻璃基板。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在玻璃基板上依次设置ITO阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及铝阴极，所述的电子传输层为三种材料共掺形成。采用改进电子传输层来提高电子的传输效率，使得电子和空穴更加平衡，来改善器件光效和亮度，进而提高器件的整体性能。本发明的电子传输层三种材料共掺结构，使得电子载流子的注入和传输更加容易，同时能够减小空穴泄露电流，提高载流子的复合效率，从而较大程度的提高善器件的光效。

本发明的制备方法依次在ITO阳极上蒸镀空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及铝阴极，其中电子传输层由主体材料Bphen、掺杂材料BCP和Cs₂CO₃采用三源共蒸的方法进行蒸镀形成，制备方法简单，可操作性高，不增加额外的制备成本。制得的有机电致发光器件能够减小空穴泄露电流，提高载流子的复合效率，从而较大程度的提高善器件的光效。

【附图说明】

图1为本发明一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件的结构示意图。

其中，1为玻璃基板、2为ITO阳极、3空穴传输层、4为发光层、5为电子传输层、6为电子注入层、7为铝阴极；

图2(a)为本发明实施例制备的有机电致发光器件的电流密度-亮度图；

图2(b)为本发明实施例制备的有机电致发光器件的亮度-电流效率图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，本发明不限于以下实施例。

参见图1，本发明包括玻璃基板1，以及依次设置在玻璃基板1上的ITO阳极2、厚度为30-40nm的NPB空穴传输层3、厚度为30-45nm的Alq₃发光层4、厚度为30-45nm的电子传输层5、厚度为1-1.5nm的Cs₂CO₃电子注入层6以及铝阴极7；所述ITO阳极2与铝阴极7上分别引出一根导线，连接到外部的直流电源上。电子传输层5由三种材料共掺形成，三种材料分别为Bphen、BCP和Cs₂CO₃，其中BCP的掺杂浓度为2％-15％，Cs₂CO₃的掺杂浓度为0.5％-5％。

本发明的掺杂方法，包括以下步骤：

将ITO玻璃基板依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗后，放到真空烘箱中在150℃的条件下烘烤1h，随后将ITO玻璃基板放入OLED-V型有机多功能成膜设备的预处理室中，进行等离子轰击10分钟左右。轰击完毕后用机械手传递到主真空腔体内，待真空度抽到7×10^-4Pa左右时进行蒸镀。依次在ITO阳极2上蒸镀厚度为30-40nm的NPB空穴传输层3、厚度为30-45nm的Alq₃发光层4、厚度为30-45nm的电子传输层5、厚度为1-1.5nm的Cs₂CO₃电子注入层6以及铝阴极7，蒸发速度控制在0.1-0.2nm/s。所述ITO阳极2与铝阴极7上分别引出一根导线，连接到外界直流电源上。

电子传输层5由三种材料共掺形成，三种材料分别为主体材料Bphen、掺杂材料BCP和Cs₂CO₃。在蒸镀电子传输层5时，采用三源共蒸的方法，将主体材料Bphen、掺杂材料BCP和Cs₂CO₃分别放置于不同的石英坩埚内，通过调节各蒸发源的温度来控制蒸发的速率和掺杂比例，使得BCP的掺杂浓度为2％-15％，Cs₂CO₃的掺杂浓度为0.5％-5％。

按照上述方法制备如图1所示的OLED器件结构：

实施例1

器件A结构为：

ITO/NPB(40nm)/Alq₃(45nm)/Bphen:(0％)BCP:(5％)Cs₂CO₃(15nm)/Cs₂CO₃(1.5nm)/Al(100nm)。

实施例2

器件B结构为：

ITO/NPB(40nm)/Alq₃(45nm)/Bphen:(5％)BCP:(5％)Cs₂CO₃(15nm)/Cs₂CO₃(1.5nm)/Al(100nm)。

实施例3

器件C结构为：

ITO/NPB(40nm)/Alq₃(45nm)/Bphen:(10％)BCP:(5％)Cs₂CO₃(15nm)/Cs₂CO₃(1.5nm)/Al(100nm)。

实施例4

器件D结构为：

ITO/NPB(40nm)/Alq₃(45nm)/Bphen:(15％)BCP:(10％)Cs₂CO₃(1nm)/Cs₂CO₃(1.5nm)/Al(100nm)。

实施例5

器件的结构为：ITO/NPB(30nm)/Alq₃(45nm)/Bphen:(2％)BCP:(5％)Cs₂CO₃(2nm)/Cs₂CO₃(1.0nm)/Al(100nm)。

实施例6

器件的结构为：ITO/NPB(35nm)/Alq₃(45nm)/Bphen:(15％)BCP:(0.5％)Cs₂CO₃(4nm)/Cs₂CO₃(1.3nm)/Al(100nm)。

实施例7

器件的结构为：ITO/NPB(40nm)/Alq₃(35nm)/Bphen:(15％)BCP:(3％)Cs₂CO₃(3nm)/Cs₂CO₃(1.2nm)/Al(100nm)。

如图2(a)和图2(b)所示，为上述实施例1至4四个实施例的电流密度-亮度图以及亮度-电流效率图。通过对四种不同器件的对比，可以看出，采用Bphen:BCP:(5％)Cs₂CO₃作为电子传输层的器件B、C、D的亮度和电流效率比以Bphen:(5％)Cs₂CO₃作为电子传输层的器件A要高很多，原因为BCP具有较深的HOMO能级，有很好的空穴阻挡作用，阻挡发光层中的空穴传输至阴极，减小空穴泄露电流，同时BCP的引入可以使得电子载流子的注入和传输更加容易，且电子对发光层的注入和传输会随着BCP浓度的增加而增强，有机材料对空穴的注入和传输优于电子，因而随着电子在发光层内分布的增多，载流子更趋于平衡，从而提高亮度和发光效率。

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

1.一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件，其特征在于：包括玻璃基板(1)，以及依次设置在玻璃基板(1)上的ITO阳极(2)、空穴传输层(3)、发光层(4)、电子传输层(5)、电子注入层(6)以及铝阴极(7)；所述ITO阳极(2)与铝阴极(7)上分别引出一根导线，连接到外部的直流电源上；所述的电子传输层(5)由主体材料Bphen、掺杂材料BCP和Cs₂CO₃掺杂形成。

2.根据权利要求1所述的一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件，其特征在于：三种材料Bphen、BCP和Cs₂CO₃分别有式(I)、式(II)、式(III)所示的结构：

3.根据权利要求1所述的一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件，其特征在于：电子传输层(5)中BCP的掺杂浓度为0.5％-5％，Cs₂CO₃的掺杂浓度为2％-15％。

4.一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将玻璃基板(1)依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗后，放到真空烘箱中在140～150℃的条件下烘烤；随后将玻璃基板(1)放入有机多功能成膜设备的预处理室中，进行等离子轰击10～15分钟；轰击完毕后用机械手传递到主真空腔体内，待真空度抽到7×10^-4Pa时进行蒸镀：依次在ITO阳极(2)上蒸镀空穴传输层(3)、发光层(4)、电子传输层(5)、电子注入层(6)以及铝阴极(7)，蒸发速度控制在0.1-0.2nm/s；

其中，电子传输层(5)是将主体材料Bphen、掺杂材料BCP和Cs₂CO₃分别放置于不同的石英坩埚内，通过调节各蒸发源的温度来控制蒸发的速率和掺杂比例，使得BCP的掺杂浓度为0.5％-5％，Cs₂CO₃的掺杂浓度为2％-15％，然后采用三源共蒸的方法进行蒸镀形成电子传输层(5)；

最后，ITO阳极(2)与铝阴极(7)上分别引出一根导线，连接到外界直流电源上。

5.根据权利要求4所述的一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件的制备方法，其特征在于：所述的电子传输层(5)的厚度为10-15nm。

6.根据权利要求4所述的一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件的制备方法，其特征在于，所述的空穴传输层(3)采用NPB材料制成，厚度为30-40nm。

7.根据权利要求4所述的一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件的制备方法，其特征在于，所述的发光层(4)采用Alq₃材料制成，厚度为30-45nm。

8.根据权利要求4所述的一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件的制备方法，其特征在于，所述的电子注入层(6)采用Cs₂CO₃材料制成，厚度为1nm-1.5nm。

9.根据权利要求4所述的一种具有掺杂型电子传输层的有机电致发光器件的制备方法，其特征在于，所述的玻璃基板(1)为ITO玻璃基板。