CN1148809C - 双掺杂层有机电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

有机光发射器件，安置在支持光透射的衬底上，该器件包括一安置在衬底的平坦表面上的ITO层。直接由ITO层或由ITO层与其它层，例如它们之间的空穴注入层一起支持掺以荧光染料分子的空穴传输材料层作为荧光中心，在空穴传输材料上安置掺以荧光染料分子的电子传输材料层作为荧光中心以及在电子传输材料层上安置的功函数小于4.0eV的低功函数的金属层。

Description

双掺杂层有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及有机电致发光(EL)器件，尤其是涉及多层有机EL器件。
背景技术
有机电致发光(EL)器件通常由夹在透明金属电极之间的三层有机分子层组成，这三层包括一电子传输层，一发射层和一空穴传输层。
依据于发射层位置有机EL结构有几种变化。Tsutsui和他的合作伙伴提出三种EL单元结构：SH-A单元、SH-B单元和DH单元(T.Tsutsui等，光化学过程机理.Mol.Syst.，Proc.Meml.Conf.已故教授ShigeoTazuke，437-50(1991))。SH-A单元由作为阴极的Mg-Ag层，电子传输层，空穴传输层和作为阳极的铟-锡-氧化物(ITO)层连续地组成，其中靠近空穴传输层的电子传输层部分掺以高效的、热稳定的荧光染料作为发射极。SH-B单元也由作为阴极的Mg-Ag层，电子传输层，空穴传输层和作为阳极的ITO层连续地组成，其中靠近电子传输层的空穴传输层部分掺以高效的、热稳定的荧光染料作为发射极。DH单元由作为阴极的Mg-Ag层，电子传输层、发射层，空穴传输层和作为阳极的ITO层连续地组成，其中发射层是一夹在电子传输层和空穴传输层之间的独立层。
早在美国专利4,539,507里，VanSlyke和Tang也公开了一具有空穴注入区和有机发光区的SH-A型有机EL器件，其中发光区是一电子传输复合区，具有至少0.05％的量子效率，至少9×10-5的w/w效率和小于1μm的厚度。
发明内容
本发明的一个目标是提出一种新的、改进的有机EL器件。
本发明的再一个目标是提出一种附加层用荧光染料掺杂的有机EL器件。
本发明的另一个目标是提出一种具有高亮度和高效率的有机EL器件。
根据本发明，可以得到一有机EL器件，在该器件上加偏压时，从第一载流子传输材料层和第二载流子传输材料层能获得有效的光发射。
根据本发明的一种有机光发射器件，包括：具有第一类型导电性的第一导电层；由第一导电层支持的掺以荧光染料分子作为荧光中心的第一载流子传输材料层；在第一载流子传输材料上安置的掺以荧光染料分子作为荧光中心的第二载流子传输材料层；以及具有第二类型导电性的由第二载流子传输材料支持的第二导电层。
根据本发明上述有机光发射器件的一个实施例，第一载流子传输材料层是空穴传输层，而第二载流子传输材料层是电子传输层。
根据本发明上述有机光发射器件的一个实施例，第一载流子传输材料层是电子传输层，而第二载流子传输材料层是空穴传输层。
根据本发明上述有机光发射器件的一个实施例，荧光染料分子的带宽不大于制作空穴传输层和电子传输层材料的带宽。
根据本发明上述有机光发射器件的一个实施例，在电子传输层和空穴传输层掺入荧光染料分子，其浓度依据空穴传输层和电子传输层中材料的摩尔数取10-3到10的摩尔百分数。
根据本发明上述有机光发射器件的一个实施例，第一和第二导电层对由第一和第二载流子传输层发射的光是透明的。
根据本发明上述有机光发射器件的一个实施例，第一与第二导电层之间有附加材料层。
根据本发明上述有机光发射器件的一个实施例，附加材料层为第一载流子注入层或第二载流子注入层。
根据本发明的另一种有机光发射器件，包括：具有p-导电性的第一导电层；第一导电层支持的掺以荧光染料分子作为荧光中心的空穴传输材料层；在空穴传输材料层上安置的掺以荧光染料分子作为荧光中心的电子传输材料层；以及具有n-导电性的由电子传输材料层支持的第二导电层。
根据本发明的再一种有机光发射器件，包括：光透射支持衬底；在衬底的平坦表面上安置一铟锡氧化物层；在铟锡氧化物层上安置掺以荧光染料分子作为荧光中心的空穴传输材料层；在空穴传输材料层上安置的掺以荧光染料分子作为荧光中心的电子传输材料层；以及在电子传输材料层上安置的功函数小于4.0eV的低功函数金属层。
附图说明
图1是一组成具有ITO//TPD//Alq//MgAg单元结构的典型有机EL器件的所有层的能带带图；以及
图2是一根据本发明的有机电致发光器件的简化截面图。
具体实施方式
在现有技术中，三(8-羟基喹啉)铝(Alq)常用在电子传输层中作为一种电子传输材料，而诸如N，N’-二苯-N，N’-双(3-甲基苯基)-[1，1’-联苯]-4，4’-二胺(TPD)等芳香族双胺化合物已常用在空穴传输层中作为空穴传输材料。图1显示了在现有技术中组成典型有机EL器件的所有层的能带简图。
典型有机EL器件包括一MgAg(在能带图的右边)层，一Alq层，一TPD层，以及一ITO(在能带图的左边)。电子从Alq层导带(Ec，Alq)注入到TPD层导带(Ec，TPD)的势垒大约为0.7eV，而空穴从TPD层价带(EV，TPD)注入到Alq层价带(EV，Alq)的势垒大约为0.3eV。因此，空穴更易于注入到Alq层，电子更易于在接近Alq/TPD界面的Alq部分积累，结果，发射发生在电子和空穴复合的接近Alq/TPD界面的Alq部分。
由于Alq层在复合通常发生的接近Alq/TPD界面的Alq部分掺入荧光染料，SH-A型的有机EL器件通常比相应的SH-B型有机EL器件更有效，该器件在接近Alq/TPD界面的TPD部分掺入荧光染料。事实上，现今大部分效率和可靠性都足以用在实用的背光灯(backlight)或显示应用的有机EL器件都具有SH-A型单元结构。
Hamada和他的合作伙伴在1995年报导了一种改进的以红荧烯(Rubrene)作为掺杂剂的SH-B型有机EL单元(Y.Hamada等，Jpn.J.Appl.Phys.34(1995)，L824-L826)。该器件在10mA/cm2的电流密度下具有1020cd/m2的亮度，在起始亮度为500cd/m2时，具有3554小时的半衰期，该器件比现在任何知道的SH-B型单元有了极大的提高。
可以确信，Hamada工作的成功显示了尽管电子从Alq层导带(Ec，Alq)注入到TPD层导带(Ec，TPD)的势垒高于空穴从TPD层价带(EV，TPD)注入到Alq层价带(EV，Alq)的势垒，但是有电子跨越势垒从Alq层进入到TPD层。如果从Alq层进入TPD层的电子能用于发射光，则有机EL器件的效率将得到提高。
本发明的目标是一种有机光发射器件，通常该器件由夹在透明金属电极之间的有机分子薄层组成。图2以简化截面图显示了有机EL器件10的一个实施方式。有机EL器件10包括一透明衬底11，在本具体实施方式中，该衬底是一上表面相当平坦的玻璃或塑料板。在衬底11的平坦表面上安置一透明导电层12以形成均匀的电接触。在导电层12的表面安置一第一载流子传输层13，该传输层由有机第一载流子传输材料制成。然后在13的表面安置一由有机第二载流子传输材料制成的第二载流子传输层14，以及在传输层14的上表面安置一第二导电层15以形成第二电接触。
在本具体实施方式中，导电层12由透明有机或无机导体制成，例如导电多苯胺(PANI)或铟-锡-氧化物(ITO)、锌氧化物(ZnOx)、钒氧化物(VOx)、钼氧化物(MoOx)和钌氧化物(RuOx)，它们对可见光有很好的透明度。导电层15由大范围中的任何金属或合金形成，其中至少有一种金属的功函数小于4.0eV。低功函数的金属包括锂、镁、钙等。通过合适选择形成导电层15的材料，很好地匹配形成层14和15的材料的功函数以减少所需的工作电压和提高有机EL器件10的效率。在实践中，在低功函数金属的顶部安置稳定金属的厚层，例如银、铝、铟、或金，作为对低功函数金属和有机EL器件10总体上有害的湿化和/或氧化的壁垒。
在本具体实施方式中，仅作为例子，第一载流子是空穴而第二载流子是电子。这样第一载流子传输层13由有机空穴传输材料制成，而第二载流子传输层14由有机电子传输材料制成。
更进一步，在本具体实施方式中，全部或部分空穴传输层13掺以荧光染料以及全部或部分电子传输层14掺以荧光染料。当在层12和15之间通过电压源17加上电势时，电子从层15注入到电子传输层14和空穴传输层13，以及空穴从层12注入空穴传输层13和电子传输层14，这里，通过电子和空穴的复合发射光子。这样从电子传输层14和空穴传输层13产生光发射。从电子传输层14和空穴传输层13的发光率由施加的电场和形成电子传输层14和空穴传输层13的材料的相对带宽对准决定。
荧光染料能够由空穴-电子的复合发光的必要条件是荧光染料的带宽不大于制作空穴传输层和电子传输层材料的带宽。建议在电子传输层和空穴传输层掺入荧光染料分子，其浓度依据空穴传输层和电子传输层中材料的摩尔数取10-3到10的摩尔百分数。熟练的技术人员都知道如何合适地选择荧光染料以得到所需颜色的发射光以及长寿命的有机EL器件。
通常，空穴传输层13由诸如在美国专利5,061,569和5,256,945中公开的芳香三胺等空穴传输材料组成。电子传输层14由电子传输材料组成，例如在美国专利4,539,507和一未决美国专利申请中公开的金属有机化合物，该未决美国专利申请于1994年9月12日提出，名称为“用于发光器件的新型金属有机化合物”，系列号08/304,451，这两个专利转让给同一个受让人。
在本实施方式的一个变形中，在层12(阳极)和电子传输层13之间夹一厚度最好小于500埃的空穴注入材料薄层以提高从有机EL器件10中阳极的空穴注入。在专利号为3,935,031美国专利或专利号为4,356,429的美国专利中任何卟啉化合物都可用作空穴注入层。
在本实施方式的另一个变形中，在层15(阴极)和电子传输层14之间夹一厚度最好小于600埃的电子注入材料薄层以提高从有机EL器件10中阴极的电子注入。
这样，公开了一种具有双掺杂层的有机电致发光器件。改进的有机EL器件的空穴传输层和电子传输层里都有荧光染料分子分布。这样，得到一种在器件上加偏置时，从第一载流子传输材料层和第二载流子传输材料层能有效发射光的有机EL器件。该有机EL器件提供改善的发光效率和高的光输出(亮度)。
尽管我们已经显示和描述了本发明的具体实施方式，熟练的技术人员将能作更进一步的修改和完善。因此，我希望大家明白本发明不只局限于已显示的个别形式，我打算在附加的权利要求中覆盖所有不背离本发明精神和范围的修改。

Claims (10)

1.有机光发射器件，包括：
具有第一类型导电性的第一导电层；
由第一导电层支持的掺以荧光染料分子作为荧光中心的第一载流子传输材料层；
在第一载流子传输材料上安置的掺以荧光染料分子作为荧光中心的第二载流子传输材料层；以及
具有第二类型导电性的由第二载流子传输材料支持的第二导电层。
2.如权利要求1所述的有机光发射器件，其特征在于：第一载流子传输材料层是空穴传输层，而第二载流子传输材料层是电子传输层。
3.如权利要求1所述的有机光发射器件，其特征在于：第一载流子传输材料层是电子传输层，而第二载流子传输材料层是空穴传输层。
4.如权利要求2或3所述的有机光发射器件，其特征在于：荧光染料分子的带宽不大于制作空穴传输层和电子传输层材料的带宽。
5.如权利要求2或3所述的有机光发射器件，其特征在于：在电子传输层和空穴传输层掺入荧光染料分子，其浓度依据空穴传输层和电子传输层中材料的摩尔数取10-3到10的摩尔百分数。
6.如权利要求1所述的有机光发射器件，其特征在于：第一和第二导电层对由第一和第二载流子传输层发射的光是透明的。
7.如权利要求1所述的有机光发射器件，其特征在于：第一与第二导电层之间有附加材料层。
8.如权利要求7所述的有机光发射器件，其特征在于：附加材料层为第一载流子注入层或第二载流子注入层。
9.有机光发射器件，包括：
具有p-导电性的第一导电层；
第一导电层支持的掺以荧光染料分子作为荧光中心的空穴传输材料层；
在空穴传输材料层上安置的掺以荧光染料分子作为荧光中心的电子传输材料层；以及
具有n-导电性的由电子传输材料层支持的第二导电层。
10.有机光发射器件，包括：
光透射支持衬底；
在衬底的平坦表面上安置一铟锡氧化物层；
在铟锡氧化物层上安置掺以荧光染料分子作为荧光中心的空穴传输材料层；
在空穴传输材料层上安置的掺以荧光染料分子作为荧光中心的电子传输材料层；以及
在电子传输材料层上安置的功函数小于4.0eV的低功函数金属层。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: MOTOROLA SOLUTIONS INC.

Free format text: FORMER NAME: MOTOROLA INC.

CP03 Change of name, title or address

Address after: Illinois State

Patentee after: Motorala Solutions

Address before: Illinois Instrunment

Patentee before: Motorola Inc.

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: UNIVERSAL DISPLAY CORP.

Free format text: FORMER OWNER: MOTOROLA SOLUTIONS INC.

Effective date: 20120119

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20120119

Address after: new jersey

Patentee after: Universal Display Corp.

Address before: Illinois State

Patentee before: Motorala Solutions

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20040505

Termination date: 20140623

EXPY Termination of patent right or utility model