CN115172615A - 一种引入金纳米粒子掺杂层的oled器件及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件及制备方法，属于有机发光二极管领域，本发明提供的有机发光二极管采用正型结构，从下至上依次为玻璃基底，透明导电阳极ITO，空穴注入层，空穴运输层，电子阻挡层，发光层，空穴阻挡层，电子传输层，电子注入层，金属阴极；所述一种在透明导电阳极ITO上通过旋涂工艺引入一层海胆状金纳米粒子，由于贵金属会在电磁场作用下产生表面等离子体激源，而其独特的形貌会导致局域表面等离子体激元，在附近电磁场的作用下形成“热点”，从而导致电磁场的强度增强，随后再旋涂PEDOT:PSS作为空穴注入层材料，之后通过化学气相沉积法将其余结构层蒸镀上去制作成器件，最终实现提升器件的总性能。

Description

一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件及制备方法
技术领域
本发明属于有机发光二极管领域，具体涉及一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件及制备方法。
背景技术
有机发光二极管是一种利用有机材料在电场或电流的激发作用下发光的器件，简称OLED。传统的发光二极管是无机半导体材料制备而成，其制作工艺复杂，成本高，且不能实现柔性化。而有机发光二极管由于其使用有机材料制备，可实现柔性化，并且制备工艺简单可使用卷对卷工艺，同时，以健康照明为例，集轻薄、柔软、无蓝光危害、低眩光和类烛光等优点于一身的OLED，被誉为第四次光源革命产品。OLED光线具有高度均匀性，并可以持续进行调光；还可以分割成较小部分，并赋予不同亮度。OLED率先应用在装饰、室内照明和车载照明市场上，OLED照明已经率先在宝马和奥迪的车灯上有所应用，未来将逐步拓展到通用照明及广告、医疗、工业等领域。
传统的OLED器件结构，是在铟锡氧化物(ITO)玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作发光层，发光层上方有一层低功函数的金属电极。构成如三明治结构。但这种单层器件由于有机发光层和无机电极之间的能级不匹配和载流子注入不平衡，导致其启动电压高，发光效率低。所以大多数OLED器件采用在发光层与电极之间蒸镀其他有机材料作为缓冲层构成多层堆栈结构实现了高发光性能和低启动电压。但是还是不能解决因为有机层和ITO之间折射率不匹配以及金属电极带来的光波导和SPPs模式带来的光损耗。这也是造成OLED器件外量子效率低，寿命短的原因。因此，研究如何减少器件中光损耗，提高器件发光效率和寿命，是目前有机发光二极管领域研究的重点及难点之一。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何提供一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件及制备方法。由于OLED器件中从发光层发出的光大部分以衬底模式、光波导模式、SPPs模式损耗造成器件中热量堆积，只有约20％的光逃逸到空气中，这就导致器件的发光效率低和寿命短。所以通过在OLED器件的空穴注入层中掺杂金纳米颗粒，利用局域表面等离子体共振耦合效应实现光强度放大，并且由于纳米颗粒的引入造成光的散射，减少了光波导模式的损耗，大大提高了器件的发光效率。
本发明的技术方案为：
一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，OLED器件的结构从下到上依次为玻璃衬底、透明导电阳极ITO、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电传输层、电子注入层和金属阴极，海胆状金纳米颗粒在空穴注入层中。
优选地，所述空穴注入层材料为PEDOT：PSS，厚度为60nm。
优选地，所述空穴传输层材料为TAPC，厚度为10nm。
优选地，所述发光层材料选用PO-01作为客体，NPB作为主体。
优选地，所述电子传输层材料为Bepp2，厚度为30nm。
优选地，所述电子注入层材料为LiF，厚度为1nm，所述金属阴极材料为AL，厚度为100nm。
优选地，制备过程包括以下步骤：
步骤1：对由透明玻璃衬底及透明导电阳极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
步骤2：将配置好的海胆状金纳米颗粒分散液旋涂至透明导电阳极ITO基板上，并将旋涂后的基片进行热退火处理，蒸发有机溶剂，形成纳米颗粒层；
步骤3：在形成的纳米颗粒层上旋涂PEDOT：PSS，然后退火处理形成空穴注入层；
步骤4：在真空度为3x10^-6Pa条件下，在空穴注入层表面蒸镀空穴传输层TAPC，然后PO-01与NPB共蒸，厚度为5nm，其中PO-01占比5％，再蒸镀15nmNPB最后蒸镀30nm的Bepp2作为电子传输层；
步骤5：在真空度为4x10^-6Pa条件下，蒸镀LiF作为电子注入层和金属阴极Al。
优选地，步骤2所述海胆状金纳米颗粒分散液浓度为20mg/ml。
优选地，步骤2和步骤3所述热退火的温度在130℃，时间范围为15min。
优选地，所述热退火方式采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热中的至少一种。
本工艺与现有的光提取技术相比，有着如下优势：
(1)通过在透明导电阳极ITO与空穴注入层接触的内表上旋涂一层含有海胆状金纳米颗粒的无水乙醇溶液，后退火蒸发掉有机溶剂，再旋涂空穴注入层材料PEDOT:PSS溶液，退火后再蒸镀其他结构层进而形成器件，这种溶液法处理获得的OLED光提取结构层制备工艺简单，更加节约生产成本。
(2)通过在空穴注入层中引入海胆状金纳米颗粒，由于海胆状金纳米颗粒特殊的形貌会引发更强的局域等离子共振耦合，使得器件的光致发光强度大大提高。进而提高器件效率。
(3)通过引入海胆状金属纳米颗粒掺杂层，使得OLED器件发光层发出的光到达空穴注入层与ITO接触的内表面反射回来的光可经由纳米粒子散射回去，减少器件中的光波导损耗，进而提高器件的发光效率。
通过引入海胆状金属纳米颗粒掺杂层，可以增加金属电极与有机层界面的粗糙度，减少SPPs模式的损耗，进而提高器件的效率。
附图说明
图1是本发明所涉及的一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件的结构示意图；
图2是本发明所涉及的海胆状金纳米颗粒的电镜示意图；
图3是本发明OLED器件的性能曲线示意图；
图中附图标记为：1-玻璃衬底；2-透明导电阳极ITO；3-空穴注入层；4-空穴传输层；5-发光层；6-电子传输层；7-电子注入层。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，其特征在于，OLED器件的结构从下到上依次为玻璃衬底1、透明导电阳极ITO2、空穴注入层3、空穴传输层4、发光层5、电传输层和电子注入层7，海胆状金纳米颗粒在空穴注入层3中，金属阴极在电子注入层7上。
实施例1(对照组)：
对表面粗糙度小于1nm，方阻小于15Ω的透明玻璃衬底1及透明导电阳极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ITO2表面旋涂PEDOT：PSS(3000rpm，60s)，并进行热退火处理(130℃，15min)制备空穴注入层3，在空穴注入层3上采用真空蒸镀法制备在真空度为3x10^-6Pa条件下，在空穴注入层3表面蒸镀空穴传输层4TAPC，然后PO-01与NPB共蒸，厚度为5nm，其中PO-01占比5％，再蒸镀15nmNPB作为发光层5，最后蒸镀30nm的Bepp2作为电子传输层6；然后再转移到无机腔中在真空度为4x10^-6Pa条件下，蒸镀1nm的LiF作为电子注入层6和金属阴极Al，厚度100nm。在标准测试条件下，器件启动电压在3.8V，功率效率最高达到33lm/W，器件的性能曲线如图3所示。
实施例2：
对表面粗糙度小于1nm，方阻小于15Ω的透明玻璃衬底1及透明导电阳极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；先在透明导电阳极ITO2表面旋涂海胆状金纳米颗粒分散液，浓度为(10mg/ml)，后在130°条件下退火15min。再在此之上旋涂PEDOT：PSS(3000rpm，60s)，并进行热退火处理(130℃，15min)制备空穴注入层3，在空穴注入层3上采用真空蒸镀法制备在真空度为3x10^-6Pa条件下，在空穴注入层3表面蒸镀空穴传输层4TAPC，然后PO-01与NPB共蒸，厚度为5nm，其中PO-01占比5％，再蒸镀15nmNPB作为发光层5，最后蒸镀30nm的Bepp2作为电子传输层6；然后再转移到无机腔中在真空度为4x10^-6Pa条件下，蒸镀1nm的LiF作为电子注入层6和金属阴极Al，厚度100nm。在标准测试条件下，器件启动电压在3.1V，功率效率最高达到37lm/W，器件的性能曲线如图3所示。
实施例3
对表面粗糙度小于1nm，方阻小于15Ω的透明玻璃衬底1及透明导电阳极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；先在透明导电阳极ITO2表面旋涂海胆状金纳米颗粒分散液，浓度为(15mg/ml)，后在130°条件下退火15min。再在此之上旋涂PEDOT：PSS(3000rpm，60s)，并进行热退火处理(130℃，15min)制备空穴注入层3，在空穴注入层3上采用真空蒸镀法制备在真空度为3x10^-6Pa条件下，在空穴注入层3表面蒸镀空穴传输层4TAPC，然后PO-01与NPB共蒸，厚度为5nm，其中PO-01占比5％，再蒸镀15nmNPB作为发光层5，最后蒸镀30nm的Bepp2作为电子传输层6；然后再转移到无机腔中在真空度为4x10^-6Pa条件下，蒸镀1nm的LiF作为电子注入层6和金属阴极Al，厚度100nm。在标准测试条件下，器件启动电压在2.5V，功率效率最高达到48lm/W，器件的性能曲线如图3所示。
实施例4：
对表面粗糙度小于1nm，方阻小于15Ω的透明玻璃衬底1及透明导电阳极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；先在透明导电阳极ITO2表面旋涂海胆状金纳米颗粒分散液，浓度为(20mg/ml)，后在130°条件下退火15min。再在此之上旋涂PEDOT：PSS(3000rpm，60s)，并进行热退火处理(130℃，15min)制备空穴注入层3，在空穴注入层3上采用真空蒸镀法制备在真空度为3x10^-6Pa条件下，在空穴注入层3表面蒸镀空穴传输层4TAPC，然后PO-01与NPB共蒸，厚度为5nm，其中PO-01占比5％，再蒸镀15nm的NPB作为发光层5，最后蒸镀30nm的Bepp2作为电子传输层6；然后再转移到无机腔中在真空度为4x10^-6Pa条件下，蒸镀1nm的LiF作为电子注入层6和金属阴极Al，厚度100nm。在标准测试条件下，器件启动电压在2V，功率效率最高达到55lm/W，器件的性能曲线如图3所示。
实施例5：
对表面粗糙度小于1nm，方阻小于15Ω的透明玻璃衬底1及透明导电阳极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；先在透明导电阳极ITO2表面旋涂海胆状金纳米颗粒分散液，浓度为(25mg/ml)，后在130°条件下退火15min。再在此之上旋涂PEDOT：PSS(3000rpm，60s)，并进行热退火处理(130℃，15min)制备空穴注入层3，在空穴注入层3上采用真空蒸镀法制备在真空度为3x10^-6Pa条件下，在空穴注入层3表面蒸镀空穴传输层4TAPC，然后PO-01与NPB共蒸，厚度为5nm，其中PO-01占比5％，再蒸镀15nmNPB作为发光层5，最后蒸镀30nm的Bepp2作为电子传输层6；然后再转移到无机腔中在真空度为4x10^-6Pa条件下，蒸镀1nm的LiF作为电子注入层6和金属阴极Al，厚度100nm。在标准测试条件下，器件启动电压在2V，功率效率最高达到45lm/W，OLED器件的性能曲线如图3所示。
可以看出：通过引入海胆状金纳米粒子掺杂层(即实施例2-5制备而成的)OLED)相比于未加入海胆状纳米粒子掺杂层(即实施例1制备而成的OLED)，其发光强度更大，发光效率更高。这是由于通过在空穴注入层3中引入海胆状金纳米颗粒，由于海胆状金纳米颗粒特殊的形貌会引发更强的局域等离子共振耦合及纳米粒子的散射作用，使得器件的光致发光强度大大提高并且促进了更多的光耦合到空气中，进而提高器件效率。而且这种溶液法处理获得的OLED光提取结构层制备工艺简单，更加节约生产成本，更有利于大面积生产。通过反复实验表明当旋涂所用海胆状金纳米颗粒分散液溶度为20mg/ml时，器件性能最优。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，其特征在于，OLED器件的结构从下到上依次为玻璃衬底(1)、透明导电阳极ITO(2)、空穴注入层(3)、空穴传输层(4)、发光层(5)、电传输层、电子注入层(7)和金属阴极，海胆状金纳米颗粒在空穴注入层(3)中。
2.根据权利要求1所述的一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，其特征在于，所述空穴注入层(3)材料为PEDOT：PSS，厚度为60nm。
3.根据权利要求1所述的一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，其特征在于，所述空穴传输层(4)材料为TAPC，厚度为10nm。
4.根据权利要求1所述的一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，其特征在于，所述发光层(5)材料选用PO-01作为客体，NPB作为主体。
5.根据权利要求1所述的一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，其特征在于，所述电子传输层(6)材料为Bepp2，厚度为30nm。
6.根据权利要求1所述的一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，其特征在于，所述电子注入层(7)材料为LiF，厚度为1nm，所述金属阴极材料为AL，厚度为100nm。
7.一种OLED器件的制备方法，用于制备如权利要求1-6任一项所述的一种引入金纳米粒子掺杂层的OLED器件，其特征在于，制备过程包括以下步骤：
步骤1：对由透明玻璃衬底(1)及透明导电阳极ITO(2)所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
步骤2：将配置好的海胆状金纳米颗粒分散液旋涂至透明导电阳极ITO(2)基板上，并将旋涂后的基片进行热退火处理，蒸发有机溶剂，形成纳米颗粒层；
步骤3：在形成的纳米颗粒层上旋涂PEDOT：PSS，然后退火处理形成空穴注入层(3)；
步骤4：在真空度为3x10^-6Pa条件下，在空穴注入层(3)表面蒸镀空穴传输层(4)TAPC，然后PO-01与NPB共蒸，厚度为5nm，其中PO-01占比5％，再蒸镀15nmNPB最后蒸镀30nm的Bepp2作为电子传输层(6)；
步骤5：在真空度为4x10^-6Pa条件下，蒸镀LiF作为电子注入层(6)和金属阴极Al。
8.根据权利要求7所述的一种OLED器件的制备方法，其特征在于，步骤2所述海胆状金纳米颗粒分散液浓度为20mg/ml。
9.根据权利要求7所述的一种OLED器件的制备方法，其特征在于，步骤2和步骤3所述热退火的温度在130℃，时间范围为15min。
10.根据权利要求7所述的一种OLED器件的制备方法，其特征在于，所述热退火方式采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热中的至少一种。
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