CN1070315C - 有机多量子阱结构白光电致发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明为一种有机多量子阱结构白光电致发光器件。从属于光学光电子领域。采用量子阱结构制备有机白光器件，可以不考虑各发光层之间的能带匹配问题，有利于提高器件的发光效率。以红，绿和蓝三种不同有机染料为量子阱发光层，载流子被限制在这些量子阱发光层中，从不同的阱中分别产生黄，绿和蓝三色光，从而产生白光。目前该器件的最大亮度为4000尼特，发光效率为0.4流明/瓦，在电压变化过程中该器件的色坐标都在白光区内。

Description

有机多量子阱结构白光电致发光器件

本发明为一种有机白光电致发光显示器件。

白光发光器件应用非常广泛，常用的有液晶、腕表等所用背照明光源。目前制备有机白光电致发光器件的方法主要有四种：(1)染料掺杂聚合物电发光器件：

要产生白光需要三原色，即红、绿、蓝三种颜色。在日本，有人将红、绿、蓝三种发光染料同时掺杂到聚合物母体中(如聚乙烯咔唑)，实现了白光发射。缺点是开启电压比较高达10V，发光效率低。(2)聚合物共混白光器件：

将不同发光颜色的聚合物共溶到一种溶剂中通过旋涂的办法制备白光发光器件。(3)微腔结构白光发光器件：

利用有机电致发光光谱比较宽的特点，采用微腔的办法，使其分别产生蓝、绿、红等三原色的光，实现白光发射，其缺点是工艺比较复杂。

与本发明最相近的已有技术是多层白光器件，J.Kido等人将红、绿、蓝荧光染料用蒸镀的方法逐层堆积到一起。利用激子的能量转移实现白光发射。这种结构要求发光材料的能带匹配十分严格，而且色度不易调节。

和多层白光器件相比，采用有机多量子阱结构制备白光电致发光器件的目的在于这种结构对材料能带匹配的要求不是十分严格，从而给材料的选择以更大的自由度，同时由于量子阱的限制作用也有利于改善器件的发光效率。将发光层(红、绿、蓝三基色发光材料)以阱的形式束缚在垒层之间，结果这种量子阱结构将载流子和激子束缚在各层的阱中，从不同的阱中发出不同颜色的光，从而实现白光发射。

无机多量子阱结构对改善器件性能有诸多优点如：降低状态密度，提高增益，降低阈值，改善注入稳定性，提高调制带宽。有机量子阱结构也是目前的研究热点，它不是晶体材料，但由于它具有光吸收边和e指数的电导率与温度的关系，因此，也可以借用无机能带理论来研究有机量子阱的一些基本问题。

当阱数不多时，在有机/聚合物量子阱中也能实现载流子均匀分布，由于在有机材料中，载流子的有效质量m^*比较大，遂穿几率比较小，因此，垒的厚度要比较薄，但不要影响膜的质量，阱的厚度也不要太厚以利于更有效地束缚激子。目前的量子阱发光器件，无论是有机还是无机，都是单色发光器件，即阱的材料是相同的，结合量子阱器件的特点，我们提出有机白光量子阱发光器件，即在不同的阱中掺入不同发光颜色的荧光染料，实现多色发光，通过调节发光颜色(即三基色红、绿、蓝)的比例实现白光发射。因此结合材料的特点，我们设计该器件的结构。

有机多量子阱结构白光电发光器件的设计及制备工艺是在导电玻璃(1)上生长空穴传输层(2)，再顺次生长蓝光发光层(3)、势垒层(6)、黄光发光层(4)、势垒层(6)，绿光发光层(5)，最后是金属电极(7)。

导电玻璃层(1)、空穴传输层(2)及各发光层的材料可以是：

(PP₂Be)，蓝光染料，发光峰值波长为450nm左右。

8-羟基喹啉铝(Alq3)，发光峰值波长为520nm。

红荧烯(Rubrene)，黄光染料，发光峰值波长为560nm。

四苯基二胺(TPD)，空穴传输材料，Aldrich公司产品。

ITO导电玻璃，方块电阻为40Ω/□，平整精度2～10nm。

各种材料的分子结构可参见附图2至附图5。

器件结构为：ITO/TPD(50-70nm)/PP₂Be(5-7nm)/TPD(4-6nm)/PP₂Be:Rubrene(5-7nm)/TPD(4-6nm)/Alq3(10-20nm)/Al，分别以PP₂Be和PP₂Be:Rubreue为蓝光和黄光量子阱发光层，以TPD作为空穴传输层及势垒层，以Alq3为绿光发光层，Al为电子注入电极。

铟锡氧化物(ITO)导电玻璃用作电致发光器件的透明正极。将ITO导电玻璃依次用甲苯、丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，再用乙醇蒸汽冲干以除去衬底表面的油污和灰尘，最后用氧等离子体处理ITO表面。器件的制备在多源有机分子沉积系统中进行。在制备过程中系统的真空度保持在3×10^-6Torr左右。将BePP₂、Alq₃等有机材料放在不同的蒸发源(石英坩埚)中，蒸发源的温度可以单独控制，控制的精度可达±1℃。将各蒸发源升到指定的温度，然后按设计的器件结构在ITO玻璃衬底上生长有机材料。有机材料的蒸发速度一般控制在(由炉温控制)在0.2nm/sec左右，蒸发厚度由膜厚控制仪监控。其中PP₂Be:Rubreue层以共源蒸发的方式制得，PP₂Be和Rubreue的比例为100:1-5左右。最后蒸发高纯度的铝(Al)200nm作为电极。由此制得有机多量子阱白光电致发光器件。

图1为有机多量子阱结构白光器件结构图。

图2-图5所用有机材料的分子结构。

图-6分别为(a)ITO/TPD(50nm)/PP₂Be(50nm)/Al,(c)ITO/TPD(50nm)/PP₂Be:Rubrene(50nm)/Al,(b)ITO/TPD(50nm)/Alq3(50nm)/Al的电致发光光谱，其发光分别来源于PP₂Be、Rubrene和Alq3。

图-7为有机多量子阱结构白光电致发光器件的电致发光光谱。

由于TPD的禁带宽度Eg要大于PP₂Be和Rubrene的禁带宽度，所以PP₂Be和Rubrene的激子能够被限制在阱中。整个器件的发光分别来自PP₂Be,Rubrene和Alq3的发光，达到了预先的设计目的，实现了多阱的发光。TPD势垒层在该器件中起着非常重要的作用，它的厚度直接影响到两种载流子在各发光层中的分布，通常采用的厚度为4-6nm。该有机多量子阱白光器件发射光的色坐标为(0.32,0.38)(在9V电压下测得)，白光的等能点坐标为(0.33,0.33)。该器件的最大发光亮度和流明效率为4000cd/m²和0.41m/W。已接近国际先进水平。

Claims (4)

1．一种有机多量子阱结构白光电致发光器件，以导电玻璃(1)为衬底，上面生长有蓝光发光层(3)、黄光发光层(4)、绿光发光层(5)，绿光发光层(5)上长有铝电极(7)，其特征在于导电玻璃(1)及蓝光发光层(3)之间还生长有空穴传输层(2)，在蓝光发光层(3)与黄光发光层(4)之间有势垒层(6)、黄光发光层(4)和绿光发光层(5)之间有势垒层(6)。

2．按照权项要求1所述的有机多量子阱结构白光电致发光器件，其特征在于蓝光发光层(3)、黄光发光层(4)、绿光发光层(5)的材料分别是酚基吡啶铍配合物、红荧烯、8-羟基喹啉铝，空穴传输层(2)及势垒层(6)的材料是四苯基二胺。

3．按照权项要求1所述的有机多量子阱结构白光电致发光器件，其特征在于将各发光层以量子阱的形式束缚在势垒层(6)中间，从而将载流子和激子束缚在各个阱中。

4．按照权项要求1所述的有机多量子阱结构白光电致发光器件，其特征在于势垒层(6)的厚度为4-6nm，各量子阱发光层的厚度为5-7nm。

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