CN110061143B - 一种具有np型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管及其制备方法 - Google Patents

一种具有np型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管及其制备方法，属于有机电致发光器件技术领域。所述有机发光二极管自下而上依次为基底层、空穴注入层、空穴传输层、超薄发光层、电子传输层、电子注入层和阴极；所述空穴注入层为NP型复合空穴注入层，包括N型半导体材料C60层和P型半导体材料MoO3层；所述超薄发光层的材料为磷光有机材料；本发明的有机发光二极管及其制备方法，其通过引入C60/MoO3复合结构作为空穴注入层，提高了器件的空穴注入能力，减小了阳极层和发光层之间的能级势垒，降低了驱动电压，从而提高了器件的发光效率；同时，所述有机发光二极管采用非掺杂结构，可以简化制备工艺，可重复性强，易于实现规模化生产。

Description

一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管及其制 备方法
技术领域
本发明属于有机电致发光器件技术领域，具体涉及一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管及其制备方法。
背景技术
有机发光二级管(OLEDs)具有高效率、低成本、高分辨率、低能耗以及可柔性显示、大面积制备等优点，在显示和固态照明领域具有广泛的应用前景。
在OLEDs光电性能指标中，发光效率是评价其是否可以商业化应用的关键技术参数之一。为了降低能耗、提高发光效率，器件的驱动电压应尽可能低。OLEDs中电极/有机层界面处通常存在比较高的电荷注入势垒，很难精确调控载流子注入和传输。高的电荷注入势垒通常导致器件的高驱动电压、低发光效率以及稳定性差。
在OLEDs器件阳极一侧，空穴注入能力是影响器件的驱动电压、发光效率和稳定性的重要因素之一。因此，如何提高器件的空穴注入能力，有效降低器件的驱动电压，提高发光效率，成为亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管及其制备方法，以降低器件的驱动电压，提高发光效率。为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管，包括：
所述有机发光二极管包括：ITO基底，以及依次层叠于基底之上的空穴注入层、空穴传输层、超薄发光层、电子传输层、电子注入层和阴极；
所述空穴注入层是一种NP型复合空穴注入层，所述NP型复合空穴注入层包括N型半导体材料和P型半导体材料，所述N型半导体材料为C60，所述P型半导体材料为MoO3。
N型半导体材料厚度0.5～3.0nm，具体为0.5、1.0、2.0和3.0nm中的一种，优选厚度为2.0nm。
所述P型半导体材料MoO3的厚度为3.0nm。
所述空穴传输层的材料为mCP(9,9'-(1,3-苯基)二-9H-咔唑)，所述空穴传输层的厚度为60nm。
所述超薄发光层的材料为PO-01-TB(乙酰丙酮酸二(4-(4-叔丁基-苯基)-噻吩[3,2-c]吡啶-C2,N)合铱(III))，所述超薄发光层的厚度为0.1nm。
所述电子传输层的材料为PO-T2T(2,4,6-三[3-(二苯基膦氧基)苯基]-1,3,5-三唑)，所述电子传输层的厚度为40nm。
所述空穴传输层材料mCP和电子传输层材料PO-T2T之间形成界面激基复合物。
所述电子注入层的材料为Liq(锂喹啉配合物)，所述电子注入层的厚度为2nm。
所述阴极的材料为高纯度金属Al，所述阴极的厚度为120nm。
所述NP型复合空穴注入层的制备方法，包括以下步骤：
所述制备方法为采用蒸镀的方式在ITO基底表面依次蒸镀所述N型半导体材料C60和所述P型半导体材料MoO3，形成所述NP型复合空穴注入层。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明实施例提供的NP型复合空穴注入层空穴注入层，应用于有机发光二极管中，提高器件的空穴注入能力，减小了阳极层和发光层之间的能级势垒，降低了驱动电压，从而提高了器件的发光效率，为改善OLEDs载流子注入提供了新方法。
(2)有机发光二极管及其空穴注入层采用非掺杂结构，可以简化制备工艺，可重复性强，提高OLEDs的制备效率，易于实现规模化生产。
(3)以超薄发光层PO-01-TB夹在空穴传输层mCP和电子传输层PO-T2T之间，形成三明治结构，利用mCP和PO-T2T形成的界面激基复合物能量传递实现高效率的磷光发射。基于界面激基复合物能量传递的超薄发光层有机发光二极管结构简单、易于规模化生产。
附图说明
图1为本发明所提供的有机发光二极管的结构示意图；
图2为是本发明所述有机材料mCP和PO-T2T能级结构及形成激基复合物示意图。
图3为是本发明所述mCP薄膜(20nm)，PO-T2T薄膜(20nm)以及mCP:PO-T2T(1:1)薄膜(20nm)的光致发光光谱。
图4为采用实施例1～4和对比例1制备得到的OLEDs器件的电流密度-电压关系曲线图。
图5为采用实施例1～4和对比例1制备得到的OLEDs器件的发光亮度-电压关系曲线图。
图6为采用实施例1～4和对比例1制备得到的OLEDs器件的电流效率-电压关系曲线图。
图7为采用实施例1～4和对比例1制备得到的OLEDs器件的功率效率-电压关系曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管的制备方法作进一步详细说明。
实施例1
一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管的制备方法，如图所示，包括含ITO阳极的玻璃基底100、以及层叠于基底100之上的空穴注入层200、空穴注入层300、空穴传输层400、超薄发光层500、电子传输层600、电子注入层700和阴极800。该方法的步骤如下：
(1)ITO玻璃基底100表面处理。将ITO(厚度为150nm，方块电阻为15Ω/sq2)阳极的玻璃基底(面积为3×3cm2)分别用丙酮、乙醇，去离子水反复擦洗三次，然后分别用丙酮、乙醇、去离子水连续反复超声至少三次(每次10分钟)，用高纯氮气将ITO玻璃基底表面残留水分吹干，置入130℃真空干燥箱中烘干，将清洁的ITO玻璃基底100置入有机及金属沉积系统真空室内。在蒸镀过程中，所述真空室内的真空度优于5×10-4Pa，薄膜厚度由FTM-V膜厚仪在线监测。
(2)在所述ITO玻璃基底之上蒸镀空穴注入层200，空穴注入层200的材料为C60，厚度为0.5nm。
(3)在空穴注入层200之上蒸镀空穴注入层300，空穴注入层300的材料为MoO3，厚度为3nm。
(4)在空穴注入层300之上蒸镀空穴传输层400，空穴传输层400的材料为mCP，厚度为60nm。
(5)在蒸镀空穴传输层400之上蒸镀超薄发光层500，超薄发光层500的材料为磷光材料PO-01-TB，厚度为0.1nm。
(6)在蒸镀超薄发光层500之上蒸镀电子传输层600，电子传输层600的材料为PO-T2T，厚度为40nm。
(7)在电子传输层600之上蒸镀电子注入层700，电子注入层700的材料为Liq，厚度为2nm。
(8)在电子注入层700之上蒸镀阴极800，阴极800的材料为高纯度金属Al，厚度为120nm。
实施例2
一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管的制备方法，其结构与实施例1类似，该方法的步骤如下：
(1)ITO玻璃基底100表面处理方法与实施例1相同。在蒸镀过程中，所述真空室内的真空度优于5×10-4Pa，薄膜厚度由FTM-V膜厚仪在线监测。
(2)在所述ITO玻璃基底之上蒸镀空穴注入层200，空穴注入层200的材料为C60，厚度为1.0nm。
(3)在空穴注入层200之上蒸镀空穴注入层300，空穴注入层300的材料为MoO3，厚度为3nm。
(4)在空穴注入层300之上蒸镀空穴传输层400，空穴传输层400的材料为mCP，厚度为60nm。
(5)在蒸镀空穴传输层400之上蒸镀超薄发光层500，超薄发光层500的材料为磷光材料PO-01-TB，厚度为0.1nm。
(6)在蒸镀超薄发光层500之上蒸镀电子传输层600，电子传输层600的材料为PO-T2T，厚度为40nm。
(7)在电子传输层600之上蒸镀电子注入层700，电子注入层700的材料为Liq，厚度为2nm。
(8)在电子注入层700之上蒸镀阴极800，阴极800的材料为高纯度金属Al，厚度为120nm。
实施例3
一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管的制备方法，其结构与实施例1类似，该方法的步骤如下：
(1)ITO玻璃基底100表面处理方法与实施例1相同。在蒸镀过程中，所述真空室内的真空度优于5×10-4Pa，薄膜厚度由FTM-V膜厚仪在线监测。
(2)在所述ITO玻璃基底之上蒸镀空穴注入层200，空穴注入层200的材料为C60，厚度为2.0nm。
(3)在空穴注入层200之上蒸镀空穴注入层300，空穴注入层300的材料为MoO3，厚度为3nm。
(4)在空穴注入层300之上蒸镀空穴传输层400，空穴传输层400的材料为mCP，厚度为60nm。
(5)在蒸镀空穴传输层400之上蒸镀超薄发光层500，超薄发光层500的材料为磷光材料PO-01-TB，厚度为0.1nm。
(6)在蒸镀超薄发光层500之上蒸镀电子传输层600，电子传输层600的材料为PO-T2T，厚度为40nm。
(7)在电子传输层600之上蒸镀电子注入层700，电子注入层700的材料为Liq，厚度为2nm。
(8)在电子注入层700之上蒸镀阴极800，阴极800的材料为高纯度金属Al，厚度为120nm。
实施例4
一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管的制备方法，其结构与实施例1类似，该方法的步骤如下：
(1)ITO玻璃基底100表面处理方法与实施例1相同。在蒸镀过程中，所述真空室内的真空度优于5×10-4Pa，薄膜厚度由FTM-V膜厚仪在线监测。
(2)在所述ITO玻璃基底之上蒸镀空穴注入层200，空穴注入层200的材料为C60，厚度为3.0nm。
(3)在空穴注入层200之上蒸镀空穴注入层300，空穴注入层300的材料为MoO3，厚度为3nm。
(4)在空穴注入层300之上蒸镀空穴传输层400，空穴传输层400的材料为mCP，厚度为60nm。
(5)在蒸镀空穴传输层400之上蒸镀超薄发光层500，超薄发光层500的材料为磷光材料PO-01-TB，厚度为0.1nm。
(6)在蒸镀超薄发光层500之上蒸镀电子传输层600，电子传输层600的材料为PO-T2T，厚度为40nm。
(7)在电子传输层600之上蒸镀电子注入层700，电子注入层700的材料为Liq，厚度为2nm。
(8)在电子注入层700之上蒸镀阴极800，阴极800的材料为高纯度金属Al，厚度为120nm。
对比例1
一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管的制备方法，其结构与实施例1相比除无空穴注入层200外，其它各层类似。该方法的步骤如下：
(1)ITO玻璃基底100表面处理方法与实施例1相同。在蒸镀过程中，所述真空室内的真空度优于5×10-4Pa，薄膜厚度由FTM-V膜厚仪在线监测。
(2)在所述ITO玻璃基底之上蒸镀空穴注入层300，空穴注入层300的材料为MoO3，厚度为5nm。
(3)在空穴注入层300之上蒸镀空穴传输层400，空穴传输层400的材料为mCP，厚度为60nm。
(4)在蒸镀空穴传输层400之上蒸镀超薄发光层500，超薄发光层500的材料为磷光材料PO-01-TB，厚度为0.1nm。
(5)在蒸镀超薄发光层500之上蒸镀电子传输层600，电子传输层600的材料为PO-T2T，厚度为40nm。
(6)在电子传输层600之上蒸镀电子注入层700，电子注入层700的材料为Liq，厚度为2nm。
(7)在电子注入层700之上蒸镀阴极800，阴极800的材料为高纯度金属Al，厚度为120nm。
如图2所示，有机材料mCP为电子给体，其LUMO和HOMO能级分别为-2.4eV和-6.1eV。所述有机材料PO-T2T为电子受体，其LUMO和HOMO能级分别为-3.5eV和-7.5eV。所述有机材料mCP和PO-T2T之间形成的激基复合物能量与所述有机材料mCP的HOMO和PO-T2T的LUMO能级差2.6eV接近。
如图3所示，光致发光光谱图中位于375nm的发射峰及其395nm的肩峰为所述mCP薄膜的光致发光，位于382nm的发射峰为所述PO-T2T薄膜的光致发光，位于472nm的发射峰为所述mCP:PO-T2T薄膜的光致发光。所述mCP:PO-T2T薄膜的发光峰472nm对应的能量约为2.63eV，与有机材料mCP的HOMO能级和PO-T2T的LUMO能级差2.6eV接近，为mCP与PO-T2T所形成的激基复合物辐射发光。
如图4所示，在相同电流密度下，实施例1～4的驱动电压低于对比例1的驱动电压。通过OLEDs器件的电流密度为1mA/cm2时，实施例1～4的驱动电压分别为3.83、3.67、3.51和4.18V，对比例1的驱动电压为5.05V。其中，实施例3驱动电压最低。
如图5所示，在相同发光亮度下，实施例1～4的驱动电压低于对比例1的驱动电压。发光亮度为1000cd/m2时，实施例1～4的驱动电压分别为4.21、3.98、3.82和4.59V，对比例的驱动电压为5.90V。其中，实施例3的驱动电压最低。
如图6所示，实施例1～4的电流效率优于对比例1的电流效率。实施例1～4的最大电流效率分别为47.9、52.6、56.7和52.5cd/A，对比例1的最大电流效率为29.1cd/A。其中，实施例3的电流效率最优。
如图7所示，实施例1～4的功率效率优于对比例1的功率效率。实施例1～4的最大功率效率分别为55.2、67.2、71.6和62.6lm/W，对比例1的最大功率电流效率为20.8lm/W。其中，实施例3的功率效率最优。

Claims (6)

1.一种具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管，包括：ITO基底，以及依次层叠于基底之上的空穴注入层、空穴传输层、超薄发光层、电子传输层、电子注入层和阴极；其特征在于，
所述空穴注入层是一种NP型复合空穴注入层，所述NP型复合空穴注入层包括N型半导体材料和P型半导体材料，所述N型半导体材料为C60，所述P型半导体材料为MoO3；N型半导体材料厚度0.5~3.0nm，所述P型半导体材料MoO3的厚度为3.0 nm；所述空穴传输层的材料为9,9'-(1,3-苯基)二-9H-咔唑，所述空穴传输层的厚度为60nm；所述电子传输层的材料为2,4,6-三[3-(二苯基膦氧基)苯基]-1,3,5-三唑，所述电子传输层的厚度为40nm；所述空穴传输层材料mCP和电子传输层材料PO-T2T之间形成界面激基复合物。
2.根据权利要求1所述的具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管，其特征在于，所述超薄发光层的材料为乙酰丙酮酸二(4-(4-叔丁基-苯基)-噻吩[3,2-c]吡啶-C2,N)合铱(III)，所述超薄发光层的厚度为0.1nm。
3.根据权利要求1所述的具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管，其特征在于，所述电子注入层的材料为锂喹啉配合物，所述电子注入层的厚度为2nm。
4.根据权利要求1所述的具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管，其特征在于，所述阴极的材料为高纯度金属Al，所述阴极的厚度为120nm。
5.根据权利要求1所述的具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管，其特征在于，N型半导体材料厚度具体为0.5、1.0、2.0和3.0 nm中的一种。
6.根据权利要求5所述的具有NP型复合空穴注入层的磷光有机发光二极管，其特征在于，N型半导体材料厚度为2.0nm。
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