CN108198949A - 掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件及其制备方法，其中有机电致发光器件包括基板、阳极、阴极和介于所述阳极与所述阴极之间的有机功能层和电荷生成层；所述有机功能层包括至少一层掺杂蓝光层与至少一层非掺杂互补光发光层，所述掺杂发光层与非掺杂发光层分别位于不同的发光单元；器件发光高效率高、发光光谱稳定、结构简单且制备工艺简单。

Description

掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及有机半导体技术领域，具体涉及一种掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件及其制备方法。

背景技术

OLED(英文全称为Organic Light Emitting Diodes，意思为有机电致发光器件，简称OLED)具有自主发光、视角广、重量轻、温度适应范围广、面积大、全固化、柔性化，功耗低、响应速度快以及制造成本低等众多优点，在显示与照明领域有着重要应用，因而受到学术界和工业界的广泛关注。

为了进一步提高器件的效率和寿命，研究者将多个独立的发光单元堆叠起来，使同样大小的电流先后流经多个不同的发光单元进行共同发光从而提高发光亮度与效率，形成了串联OLED.通常用电荷生成层(charge generation layer,CGL)作为连接层将多个发光单元器件串联起来.与具有单发光单元器件相比,串联器件的电流效率和发光亮度都能成倍增加,并且在相同亮度下,串联器件的电流密度较低,因而其寿命也大大增加.2005年,长春应化所的马东阁等人首次报道了串联WOLED,器件的结构为：ITO/NPB/DNA/BCP/Alq₃/BCP:Li/V₂O₅/NPB/Alq₃:DCJTB/Alq₃/LiF/Al(Appl.Phys.Lett.2005,87,173510.).其中以DNA/BCP/Alq₃作为第一发光单元产生蓝光和绿光,Alq₃:DCJTB作为第二发光单元产生红光,BCP:Li/V₂O₅作为电荷生成层有效的连接两个发光单元.空穴和电子在电荷生成层中产生,在电场作用下,分别传输到相邻的NPB和Alq₃层中.并且他们通过对比第一发光单元的蓝绿光器件(2.2cd·A^-1,0.5lm·W^-1,890cd·m^-2)和第二发光单元的红光器件(6cd·A^-1,2.1lm·W^-1,8300cd·m^-2),发现串联WOLED的电流效率和亮度都大于两个单发光单元器件的总和(最大效率可达10.7cd·A^-1,最大亮度10200cd·m^-2),而功率效率则等于两个单发光单元器件的总和(2.6lm·W^-1).同时,Chang等人采用光学吸收率较低的Mg:Alq₃/WO₃作为电荷生成层,将两个单白光发光单元连接起来,发现受微腔效应的影响,串联WOLED的效率(22cd·A^-1)是单发光单元器件的三倍,并且在100cd·m^-2亮度下,寿命超过80000h(Appl.Phys.Lett.2005,87,253501.).最近,Son等人首先合成出一种高效的蓝色磷光主体(TATA),可以得到基于FIrpic发光高效蓝光OLED(46.2cd·A^-1,45.4lm·W^-1),并将高效的黄光单元层(86.8cd·A^-1,90.5lm·W^-1)通过电荷生成层TmPyPB：Rb₂CO₃/Al/HAT-CN进行连接.器件的启亮电压(亮度为1cd·m^-2)低至4.55V,最大功率效率为65.4lm·W^-1,最大电流效率为129.5cd·A^-1,最大外量子效率为49.5％.即使在1000cd·m^-2亮度下,器件的功率效率仍可高达为63.1lm·W^-1,电流效率高达128.8cd·A^-1,外量子效率高达49.2％,这充分展示了串联OLED的良好前景(J.Mater.Chem.C 2013,1,5008.).

而现有技术中的白光串联器件的结构复杂，并且几乎都需要运用到掺杂技术进行制备发光层；此外，串联白色器件中很少对蓝光层进行改善。针对现有技术不足，提供一种新颖的、高效率的、结构简单、工艺简单，光谱稳定串联白色有机电致发光器件以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件及其制备方法，器件发光高效率高、发光光谱稳定、结构简单且制备工艺简单。

本发明的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，包括包括基板、阳极、阴极和介于所述阳极与所述阴极之间的有机功能层和电荷生成层；

所述有机功能层包括至少一层掺杂蓝光层与至少一层非掺杂互补光发光层，所述掺杂发光层与非掺杂发光层分别位于不同的发光单元。

进一步，所述掺杂蓝光层的掺杂主体为双极性主体。

进一步，所述双极性主体为由一种材料制成或由p型主体与n型主体混合而成。

进一步，所述有机电致发光器件的发光单元里面的每层发光层厚度为0.01-200nm。

进一步，所述有机电致发光器件中的间隔层的厚度为0.01-30nm。

进一步，所述间隔层采用非掺杂技术进行制备而成。

进一步，所述有机电致发光器件的结构为：ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/TCTA：FIrpic(10nm,8％)/TPBi：FIrpic(10nm,8％)/TPBi(15nm)/Bepp₂:KBH₄(10nm,15％)/HAT-CN(120nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/Ir(dmppy)₂(dpp)(0.9nm)/TmPyPB(50nm)/Cs₂CO₃(1nm)/Al(200nm)。

本发明还公开了一种制备掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件的方法，包括下列步骤：

(1)、在基板上以溅射方法制备ITO薄膜作为阳极。

(2)、再在阳极上以真空蒸镀方法制备100nm的HAT-CN作为空穴注入层。

(3)、在上述空穴注入层上以真空蒸镀方法制备15nm厚度的NPB薄膜作为空穴传输层1。

(4)、在上述空穴注入层1上以真空蒸镀方法制备5nm厚度的TCTA薄膜作为空穴传输层2。

(5)、在上述空穴注入层2上以真空蒸镀方法制备10nm的TCTA：FIrpic与10nm的TPBi：FIrpic薄膜作为蓝色磷光层。

(6)、在上述蓝色磷光层上以真空蒸镀方法制备15nm厚度的TPBi薄膜作为电子传输层。

(7)、在上述电子传输层层上以真空蒸镀方法制备10nm厚度的Bepp₂：KBH4薄膜作为电子注入层。

(8)在上述电子注入层上以真空蒸镀方法制备120nm厚的HAT-CN与15nm的NPB薄膜厚作为电荷生成层。

(9)、在上述电荷生成层上以真空蒸镀方法制备5nm厚度的TCTA薄膜作为空穴传输层。

(10)、在上述空穴注入层上以真空蒸镀方法制备0.9nm厚度的Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜作为黄色磷光层。

(11)，在上述黄色磷光层上以真空蒸镀方法制备50nm厚度的TmPyPB薄膜作为电子传输层。

(12)、在上述电子传输层上以真空蒸镀方法制备1nm的Cs₂CO₃薄膜作为电子注入层。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件及其制备方法，器件发光高效率高、发光光谱稳定、结构简单且制备工艺简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2–图8为本发明中器件其他组合的结构示意图；

图9为本发明中器件A的发光效率图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2–图8为本发明中器件其他组合的结构示意图，图9为本发明中器件A的发光效率图，如图所示，本实施例中的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，包括基板、阳极、阴极和介于所述阳极与所述阴极之间的有机功能层和电荷生成层；

所述有机功能层包括至少一层掺杂蓝光层与至少一层非掺杂互补光发光层，且掺杂发光层与非掺杂发光层分别位于不同的发光单元；当然，器件还包括其他现有的功能层，属于现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，所述掺杂蓝光主体优选为双极性主体，可以有效拓宽激子的产生区域，进一步增强效率、色坐标稳定性、寿命与降低效率滚降现象；双极性主体是指该材料的空穴迁移率与电子迁移率相等或近似；

本实施例中，所述双极性主体可以为一种材料构成，也可以由p型主体与n型主体混合而成；p型主体是指该材料的空穴迁移率大于电子迁移率，n型主体是指该材料的空穴迁移率小于电子迁移率

本实施例中，所述掺杂蓝光层为两层时，如果此时两层发光层主体不同，则可以利用两个不同主体之间存在能级不匹配原理；也可以利用两个不同主体的电荷传输性的不同原理，当然也可以同时利用两种原理；可以有效拓宽激子的产生区域，进一步增强效率、色坐标稳定性、寿命与降低效率滚降现象；所述的能级不匹配原理是指两蓝色发光层主体之间的HOMO，LUMO能级之间至少有一种不同，导致电荷在蓝光层间进行积累；上述所述的电荷传输性的不同原理是指两蓝色蓝光层中主体所用材料的极性不同，为p型材料、n型材料以及双极性材料的组合任意两种组合，但是不能为p型与p型的组合，或者n型与n型的组合，否则无法保证发光界面位于蓝色发光层间。

本实施例中，所述掺杂蓝光层为两层时，如果此时两层发光层主体相同而此时客体不同，则可以利用两个不同客体之间存在能级不匹配原理；也可以利用两个不同客体的电荷传输性的不同原理，当然也可以同时利用两种原理；可以有效拓宽激子的产生区域，进一步增强效率、色坐标稳定性、寿命与降低效率滚降现象；上述所述的能级不匹配原理是指两蓝色发光层客体之间的HOMO，LUMO能级之间至少有一种不同，导致电荷在蓝光层进行积累；上述所述的电荷传输性的不同原理是指两蓝色蓝光层中客体所用材料的极性不同，为p型材料、n型材料以及双极性材料的组合任意两种组合，但是不能为p型与p型的组合，或者n型与n型的组合，否则无法保证发光界面位于蓝色发光层间。

所述非掺杂互补光发光层，是指能与蓝光互补得到白光的发光层，至少包含一种光色；

所述非掺杂互补光发光单元与蓝光发光单元的在器件中的位置可以进行调换，通过调节光学效应以得到最佳器件；

所述非掺杂互补光发光单元中的发光层都是由非掺杂层构成，这样可以大大降低器件工艺，节约时间和成本；

所述发光单元里面的每层发光层厚度可以为0.01-200nm；

本实施例中，所述发光单元里面的每层发光层厚度优选为0.01-100nm；

所述非掺杂互补光发光层发光单元里面的发光层可以直接相邻，也可以不相邻；为了避免过多的能量转移或者浓度淬灭时，则所述发光单元里面的发光层需要间隔层分隔开来；

所述间隔层的厚度可以为0.01-30nm；

本实施例中，间隔层的厚度优选为0.1-10nm；

所述间隔层也采用非掺杂技术进行制备，可以简化工艺；

所述间隔层的能级与发光层直接的能级要进行匹配，尤其是三线态能级要不低于所接触的发光层的三线态能级0.2eV，避免过多的激子被淬灭，影响器件的效率；

所述电荷生成层将N层非掺杂白光发光单元连接起来，其中N≥2，电荷生成层能有效产生空穴与电子，使得器件的效率大大增加，并且有利于器件的寿命；

所述电荷生成层将发光单元连接起来，各发光单元的位置可以根据需要进行调换，而不影响本发明。

在另一实施例中，一种掺杂蓝光层与非掺杂互补光的串联白光有机电致发光器件为A，该器件A的结构为：ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/TCTA：FIrpic(10nm,8％)/TPBi：FIrpic(10nm,8％)/TPBi(15nm)/Bepp₂:KBH₄(10nm,15％)/HAT-CN(120nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/Ir(dmppy)₂(dpp)(0.9nm)/TmPyPB(50nm)/Cs₂CO₃(1nm)/Al(200nm)。

该器件A的结构依次由以下功能层叠加：

基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、蓝色磷光层、电子传输层、电子注入层、电荷生成层、空穴传输层、黄色磷光层、电子传输层、电子注入层、阴极。

上述基板为玻璃。

上述阳极为ITO薄膜。

上述空穴注入层为100nm厚的HAT-CN薄膜。

上述空穴传输层包括依次层叠的空穴传输层1和空穴传输层2，所述空穴传输层1为15nm厚的NPB薄膜，所述空穴传输层2为5nm厚的TCTA薄膜。

上述蓝色磷光层为10nm的TCTA：FIrpic与10nm的TPBi：FIrpic薄膜。

上述电子传输层为15nm厚的TPBi薄膜。

上述电子传输层为10nm厚的Bepp₂:KBH₄薄膜。

上述电荷生成层为120nm厚的HAT-CN与15nm的NPB薄膜。

上述空穴传输层为5nm厚的TCTA薄膜。

上述黄色磷光层为0.9nm厚的Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜。

上述电子传输层为50nm厚的TmPyPB薄膜。

上述电子注入层为1nm厚的Cs₂CO₃薄膜。

上述阴极为200nm厚的Al薄膜。

该一种掺杂蓝光层与非掺杂互补光的串联白光有机电致发光器件A通过以下方法制备：

1、在基板上以溅射方法制备ITO薄膜作为阳极。

2、再在阳极上以真空蒸镀方法制备100nm的HAT-CN作为空穴注入层。

3、在上述空穴注入层上以真空蒸镀方法制备15nm厚度的NPB薄膜作为空穴传输层1。

4、在上述空穴注入层1上以真空蒸镀方法制备5nm厚度的TCTA薄膜作为空穴传输层2。

5、在上述空穴注入层2上以真空蒸镀方法制备10nm的TCTA：FIrpic与10nm的TPBi：FIrpic薄膜作为蓝色磷光层。

6、在上述蓝色磷光层上以真空蒸镀方法制备15nm厚度的TPBi薄膜作为电子传输层。

7、在上述电子传输层层上以真空蒸镀方法制备10nm厚度的Bepp₂：KBH4薄膜作为电子注入层。

8在上述电子注入层上以真空蒸镀方法制备120nm厚的HAT-CN与15nm的NPB薄膜厚作为电荷生成层。

9、在上述电荷生成层上以真空蒸镀方法制备5nm厚度的TCTA薄膜作为空穴传输层。

10、在上述空穴注入层上以真空蒸镀方法制备0.9nm厚度的Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜作为黄色磷光层。

11，在上述黄色磷光层上以真空蒸镀方法制备50nm厚度的TmPyPB薄膜作为电子传输层。

12、在上述电子传输层上以真空蒸镀方法制备1nm的Cs₂CO₃薄膜作为电子注入层。

13、在上述电子注入层上以真空蒸镀方法制备200nm的Al薄膜作为阴极。

对上述制备得到的器件A的性能进行检测，该器件A的效率图如图9所示。器件A此外器件的最大效率为78cd/A。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，其特征在于：包括基板、阳极、阴极和介于所述阳极与所述阴极之间的有机功能层和电荷生成层；

所述有机功能层包括至少一层掺杂蓝光层与至少一层非掺杂互补光发光层，所述掺杂发光层与非掺杂发光层分别位于不同的发光单元。

2.根据权利要求1所述的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，其特征在于：所述掺杂蓝光层的掺杂主体为双极性主体。

3.根据权利要求2所述的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，其特征在于：所述双极性主体为由一种材料制成或由p型主体与n型主体混合而成。

4.根据权利要求3所述的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，其特征在于：所述有机电致发光器件的发光单元里面的每层发光层厚度为0.01-200nm。

5.根据权利要求4所述的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，其特征在于：所述有机电致发光器件中的间隔层的厚度为0.01-30nm。

6.根据权利要求5所述的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，其特征在于：所述间隔层采用非掺杂技术进行制备而成。

7.根据权利要求1所述的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件，其特征在于：所述有机电致发光器件的结构为：ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/TCTA：FIrpic(10nm,8％)/TPBi：FIrpic(10nm,8％)/TPBi(15nm)/Bepp₂:KBH₄(10nm,15％)/HAT-CN(120nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/Ir(dmppy)₂(dpp)(0.9nm)/TmPyPB(50nm)/Cs₂CO₃(1nm)/Al(200nm)。

8.一种制备权利要求7所述的掺杂与非掺杂互补型白光有机电致发光器件的方法，其特征在于：包括下列步骤：

(1)、在基板上以溅射方法制备ITO薄膜作为阳极。

(2)、再在阳极上以真空蒸镀方法制备100nm的HAT-CN作为空穴注入层。

(3)、在上述空穴注入层上以真空蒸镀方法制备15nm厚度的NPB薄膜作为空穴传输层1。

(4)、在上述空穴注入层1上以真空蒸镀方法制备5nm厚度的TCTA薄膜作为空穴传输层2。

(5)、在上述空穴注入层2上以真空蒸镀方法制备10nm的TCTA：FIrpic与10nm的TPBi：FIrpic薄膜作为蓝色磷光层。

(6)、在上述蓝色磷光层上以真空蒸镀方法制备15nm厚度的TPBi薄膜作为电子传输层。

(7)、在上述电子传输层层上以真空蒸镀方法制备10nm厚度的Bepp₂：KBH4薄膜作为电子注入层。

(8)在上述电子注入层上以真空蒸镀方法制备120nm厚的HAT-CN与15nm的NPB薄膜厚作为电荷生成层。

(9)、在上述电荷生成层上以真空蒸镀方法制备5nm厚度的TCTA薄膜作为空穴传输层。

(10)、在上述空穴注入层上以真空蒸镀方法制备0.9nm厚度的Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜作为黄色磷光层。

(11)、在上述黄色磷光层上以真空蒸镀方法制备50nm厚度的TmPyPB薄膜作为电子传输层。

(12)、在上述电子传输层上以真空蒸镀方法制备1nm的Cs₂CO₃薄膜作为电子注入层。