CN1586095A - 高发光效率的有机发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高发光效率的有机发光器件(OLED)，其中大多数电子和空穴在OLED的发光层内结合。该OLED包括形成在基底上的第一电极，包括有机发光层在内的至少一层有机层，形成在所述有机层上的第二电极，以及空穴诱导层和/或电子阻断层，其中所述空穴诱导层含有电离电势高于所述有机发光层的电离电势的材料并形成在所述第一电极与所述有机发光层之间，所述电子阻断层含有电子亲合力高于所述有机发光层的电子亲合力的材料并形成在所述第二电极与所述有机发光层之间。
Description
发明领域
本发明涉及高发光效率的有机发光器件(OLED)，尤其涉及高发光效率和长寿命的OLED，其中大多数空穴和电子在OLED的发光层结合。
发明背景
一般而言，OLED包括透明阳极、金属阴极以及含有小分子或聚合物发光有机化合物并形成于阳极和阴极之间的有机发光层。当在阳极和阴极间施加电压时，光从发光层发出。OLED不仅有快速的响应速度而且有极好的亮度和宽的视角。此外，OLED的优点在于它可以在较低的驱动电压下运行、能够在可见光区域显示全彩色，并且由于其自身的发光特性而不需要发光的背光源。此外，OLED可制成薄膜和柔性装置，并可通过公知的薄膜制造技术而大批量生产。
图1示出了常规OLED的剖面图。如图1所示，OLED包括第一电极12(阳极)、形成在第一电极12上的至少一层有机发光层20及形成在发光层20上并面对第一电极12的第二电极22(阴极)。一般而言，第一电极12由高功函数的材料制成，例如氧化铟锡、聚苯胺及Ag，第二电极22由低高功函数的材料制成(一般小于4eV)，例如Al、Mg-Ag、Li及Ca。有机发光层20由有机发光单一化合物或共轭聚合物组成。此外，可以在第一电极12和发光层20之间设置空穴注入层14和空穴传输层16以便于空穴的注入和传输。空穴注入层14由电离电势高于阳极的电离电势而低于发光层20的电离电势的材料制成，空穴传输层16由电离电势高于空穴注入层14的电离电势而低于发光层20的电离电势的材料制成。此外，通常在第二电极22和发光层20之间设置电子注入层24和电子传输层26以便于电子的注入和传输。电子注入层24由功函数高于阴极22的功函数而电子亲合力低于电子传输层26的电子亲合力的材料制成，电子传输层26由电子亲合力高于电子注入层24的电子亲合力而低于发光层20的电子亲合力的材料制成。
操作时，通过施加电压而在阳极12和阴极16产生空穴和电子。产生的空穴和电子通过空穴注入层14、空穴传输层16、电子注入层24及电子传输层26注入发光层20。注入的空穴和电子在发光层20中复合，从而产生光辐射，并且辐射的光通过阳极12和由光学透明材料制成的基底10而被显示出来。
通过改变空穴注入层14、空穴传输层16、电子注入层24或电子传输层26的厚度，或者改变构成这些层的材料，就可以调节注入到发光层20的空穴和电子的数量。然而，在大尺寸OLED中通常难于精确控制各个层的厚度。此外，随着在阳极12和阴极22之间施加的电压的增加，注入的电子数量也增加。在这种情况下，一部分注入的电子会穿过发光层20并在发光层20之外的层中湮灭。因此这部分电子不能用于发光，从而使OLED的发光效率降低。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种具有高发光效率的OLED，其中大多数电子和空穴在OLED的发光层内结合。
本发明的另一目的是提高OLED的发光效率，从而提高OLED的寿命。
为实现这些目的，本发明提供了一种OLED，其包括形成在基底上的第一电极、包括有机发光层在内的至少一层有机层、形成在所述有机层上的第二电极、含有电离电势高于所述有机发光层的电离电势的材料并形成在所述第一电极和所述有机发光层之间的空穴诱导层、和/或含有电子亲合力高于所述有机发光层的电子亲合力的材料并形成在所述第二电极和所述有机发光层之间的电子阻断层。
优选地，所述空穴诱导层被插入在形成于所述第一电极上的空穴传输层和所述发光层之间，所述电子阻断层被插入在形成于所述发光层上的电子传输层与所述发光层之间。可选择地，所述空穴诱导层和所述电子阻断层可以通过分别与所述空穴传输层和所述电子传输层混合而形成。
附图的简要说明
通过参考下面的详细说明并结合附图，对本发明更全面的认识及其附随的多种优点会更清晰，附图中相似的标号表示相同或相似的元件，其中：
图1是常规OLED的剖面图；
图2是本发明一个实施方案的OLED的剖面图；
图3a和图3b分别是现在技术和本发明一个实施方案的OLED的能带图；
图4a和图4b分别是现在技术和本发明一个实施方案的OLED中施加的电压与电流密度和亮度的关系的曲线图；及
图5a和图5b分别是现在技术和本发明一个实施方案的OLED中施加的电压与发光效率的关系的曲线图。
发明的详细说明
图2是本发明一个实施方案的OLED的剖面图。如图2所示，本发明的OLED通过在两个电极间插入可发光的有机材料并在两个电极间施加操作电压而发光。这两个电极中的一个必须是透明的用以传输发出的光。
如图2所示，本发明一个实施方案的OLED包括依次形成在基底10上的阳极12、空穴注入层14、空穴传输层16、空穴诱导层18、发光层20、电子阻断层28、电子传输层26、电子注入层24以及阴极22。根据OLED的结构，空穴注入层14和电子注入层24可以选择性地形成。
空穴诱导层18可通过掺杂或淀积电离电势高于发光层20的电离电势的材料而在空穴传输层16上形成。可选择地，空穴诱导层18可以通过混合用于产生空穴诱导层18的材料与用于产生空穴传输层16的材料，然后对其进行淀积，从而以混合的形式形成在空穴传输层16中。在这种情况下，空穴诱导层的实际厚度可以为0～500，优选地为1～100。
为了控制注入到发光层20的电子的数量，电子阻断层28可通过掺杂或沉积电子亲合力高于发光层20的电子亲合力的材料而在发光层20上形成。可选择地，电子阻断层28可以通过混合用于产生电子阻断层18的材料与用于产生电子传输层26的材料，然后对其进行淀积，从而以混合的形式形成在电子传输层26中。在这种情况下，电子阻断层的实际厚度可以为0～500，优选地为1～100。
在本发明的OLED中，空穴诱导层18利用电离电势高于发光层20的电离电势的材料形成，即用HOMO能级低于该发光层20的HOMO能级的材料形成。这样，发光层20中的电子可被诱导性地注入到空穴诱导层18。由此使发光层20的空穴密度增加，OLED的发光效率提高。电子阻断层28利用电子亲合力高于发光层20的电子亲合力的材料形成，即用LUMO能级高于发光层20的LUMO能级的材料形成。这样注入进发光层20中的电子的数量可由电子阻断层28控制。因此，注入到发光层20中的电子的数量和空穴的数量可以获得均衡，并且发光层20中的电子和空穴的复合几率增加，从而提高了OLED的发光效率。尽管图2的OLED包括空穴诱导层18和电子阻断层28，但是本发明的OLED也可以只包括这两层中的一层。
现在技术和本发明一个实施方案的OLED的能带图分别表示在图3a和图3b中。图3a和图3b中的能带中所标出的标号表明，该能带是图2中由相同标号指代的层的能带。如图3A所示，常规OLED的阳极12、空穴注入层14、空穴传输层16和发光层20的电离电势逐渐增加从而自然地将空穴诱导进发光层20，并且常规OLED的阴极14、电子注入层24、电子传输层26和发光层20的电子亲合力逐渐增加从而自然地将电子诱导进发光层20。
相比而言，在图3b所示的本发明一个实施方案的OLED中，电子亲合力高于发光层20的电子亲合力的电子阻断层28形成在电子传输层26和发光层20之间用以控制注入到发光层20的电子的数量。此外，电离电势高于发光层20的电离电势的空穴诱导层18形成在空穴传输层16和发光层20之间用以提高发光层20的空穴密度。
在本发明中，阳极12可由高功函数的材料制成，例如氧化铟锡(ITO)、聚苯胺及Ag，阴极22可由低高功函数的材料制成，例如Al、Mg-Ag、Li及Ca。有机发光层20可由各种常规有机化合物在这样的条件下制成，即，有机化合物与用于产生空穴诱导层18和/或电子阻断层28的材料需满足上述的能量关系。用于产生有机发光层20的有机化合物的例子包括发绿色光(550nm)的三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、10-苯并[h]喹啉铍配合物(BeBq2)或三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(Almq)。发蓝色光(460nm)的单一化合物的例子包括金属配合物，如双[2-(2-苯并噁唑基)苯酚]锌(II)(ZnPBO)或双(2-甲基-8-羟基喹啉)(p-苯基-苯酚)铝(Balq)或有机化合物，如苯乙烯基芳撑衍生物、4，4’-双(2，2’-二苯乙烯基)-1，1’-联苯(DPVBi)，或噁二唑基衍生物或双苯乙烯基蒽基衍生物，如4，4’-双((2-咔唑)乙烯基)联苯(BczVBi)。发红色光(590nm)的有机化合物的例子包括4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(对-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(DCM)或DCM基4-二氰基亚甲基-6-cp-julolidino苯乙烯基-2-叔丁基-4H-吡喃(DCJTB)。除了这些化合物外，其它的有机化合物或共轭低聚物可用于形成发光层20。此外，可以将具有良好的电子/空穴迁移率和发光效率的宿主材料及具有各种颜色的掺杂剂混合起来以形成发光层20，这种发光层通常称为客主掺杂体系。
形成空穴注入层14和空穴传输层的材料的例子包括卟啉类化合物，如酞菁铜(CuPc，参见美国专利第4,356,429号)，三(苯二胺)衍生物，如N，N’-二苯基-N，N’-双(3-甲基苯基)-[1，1’-联苯]-4，4’-二胺(TPD)、4，4’，4”-三[3-甲基苯基(苯基)氨基]三苯胺(m-MTDATA)、N，N’-二苯基-N，N’-双(1-萘基苯基)-1，1’-联苯-4，4’-二胺(α-NPD)、N，N，N，N’-四(m-甲基苯基)-1，3-二氨基苯(PDA)、1，1-双[N，N-二(p-甲苯基)氨基苯基]环己烷(TPAC)，带有稠芳环的苯乙烯基胺衍生物和胺的衍生物，如N，N’-双(1-萘基)-N，N’-二苯基-联苯胺。形成电子注入层24和电子传输层26的材料的例子包括LiF、1，2，4-三唑(TAZ)、喹啉衍生物和Alq3。形成空穴诱导层18或电子阻断层28的材料可以包含形成空穴注入层14、空穴传输层16、电子注入层24和电子传输层26的材料，其条件是产生空穴诱导层18和/或电子阻断层28的材料与产生发光层20的材料需满足上述的能量关系。如果需要，空穴诱导层18和/或电子阻断层28可由能够满足上述能量关系的一种或多种材料制成。
包括空穴诱导层18和电子阻断层28在内的层可通过各种常规方法制备，如旋转涂布法、热蒸发法、旋转铸造法、喷溅法、电子束蒸发法及化学气相沉积法(CVD)。可选择地，制备层的两种或多种材料可按上述方法共同淀积。可通过常规方法制备阳极12和阴极22，如喷溅法、离子电镀法、热蒸或电子束蒸发法或化学气相沉积法。有机层的厚度没有具体的限制，并且厚度可按操作条件和所需要的OLED结构确定。然而，优选地，每个层的厚度在5nm～500nm的范围内。
下面结合实施例和比较例详细说明本发明。
[实施例]
涂布在玻璃基底上的氧化铟锡(ITO)经超声波清洗，然后用去离子水洗涤。用气相甲苯除去经洗涤的基底上的油脂，然后干燥。为制备OLED，通过在ITO层上真空淀积m-MTDATA而形成400厚的空穴注入层，通过在空穴注入层上真空淀积α-NPD形成300厚的空穴传输层。然后，在空穴传输层上真空淀积α-NPD和TAZ的混合物以形成约200厚空穴诱导层。α-NPD∶TAZ的重量比可以是1∶0.5-1.5，在此实施例中比例是1∶1。对于有机发光化合物而言，将Alq3真空淀积成600的厚度以形成有机发光层。然后，将TAZ(3-(4-联苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑)真空淀积成380的厚度以在有机发光层上形成电子传输层，随后在电子传输层上沉积厚为7的LiF和厚为2000的Ag以形成电子注入层和阴极。
[比较例]
除了没有沉积α-NPD和TAZ的混合物以形成空穴诱导层外，按上面实施例所述的方法制作OLED。
比较例和实施例的OLED中施加的电压与电流密度和亮度的关系被测量出来，并分别表示在图4a和图4b中。在图4a和图4b中，符号“□”代表亮度，符号“■”代表电流密度。如图4a和图4b所示，实施例的OLED(图4B)的亮度与比较例的OLED(图4A)的亮度相比非常高。比较例和实施例的OLED中施加的电压与发光效率的关系被测量出来，并分别表示在图5a和图5b中。通过方程式η＝πxL/[VxJ]计算发光效率η，其中L代表亮度，V代表施加的电压，J代表电流密度。如图5a和图5b所示，实施例的OLED(图5B)的发光效率与比较例的OLED(图5A)的发光效率相比非常高，尤其是在较低的施加电压下。
在本发明的OLED中，电离电势高于发光层20的电离电势的材料被混合在阳极12和发光层20间，其可诱导发光层20中的空穴产生并提高空穴密度。另外，电子亲合力高于发光层20的电子亲合力的材料混合在阴极22和发光层20之间，其可控制或减小注入的电子的数量，并最小化在发光层20之外的层中湮灭的电子数量。因此，发光层20中的电子和空穴的复合几率增加，并且OLED的发光效率和寿命增加。
尽管结合优选的实施方案已经详细地说明了本发明，但本领域所属技术应该理解可对本发明做出各种修改和取代而不会脱离所附的权利要求书中所示的本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种有机发光器件，其包括：
形成在基底上的第一电极；
形成在所述第一电极上并包括有机发光层在内的至少一层有机层；
形成在所述有机层上的第二电极；以及
空穴诱导层和/或电子阻断层，所述空穴诱导层含有电离电势高于所述有机发光层的电离电势的材料并形成在所述第一电极与所述有机发光层之间，所述电子阻断层含有电子亲合力高于所述有机发光层的电子亲合力的材料并形成在所述第二电极与所述有机发光层之间。
2.如权利要求1所述的有机发光器件，进一步包括形成在所述第一电极上的空穴传输层。
3.如权利要求2所述的有机发光器件，其特征在于，所述空穴诱导层形成在所述空穴传输层与所述有机发光层之间。
4.如权利要求2所述的有机发光器件，其特征在于，所述空穴诱导层通过与所述空穴传输层混合而形成。
5.如权利要求1所述的有机发光器件，进一步包括形成在所述发光层上的电子传输层。
6.如权利要求5所述的有机发光器件，其特征在于，所述电子阻断层形成在所述电子传输层与所述有机发光层之间。
7.如权利要求5所述的有机发光器件，其特征在于，所述电子阻断层通过与所述电子传输层混合而形成。
8.如权利要求1所述的有机发光器件，还包括在所述第一电极之上的空穴注入层和在所述第二电极之下的电子注入层。
9.如权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述第一电极由ITO制成，所述的第二电极由Ag制成，所述的空穴诱导层包括α-NPD和TAZ的混合物，所述有机发光层由Alq3制成。
10.如权利要求9所述的有机发光器件，还包括形成在所述第一电极上并包含m-MTDATA的空穴注入层，形成在所述空穴注入层上并包含α-NPD的空穴传输层，并且其中所述空穴诱导层形成在所述空穴传输层上并由α-NPD和TAZ的混合物制成。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |