CN1599529A

CN1599529A - 具有光电双稳定特性的电致发光器件

Info

Publication number: CN1599529A
Application number: CN 200410053275
Authority: CN
Inventors: 孙润光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2005-03-23

Abstract

具有光电双稳定性的有机电致发光器件，它属于显示器件。本发明是关于有机电致发光器件的结构，更具体地说是一种具有光电双稳定性的有机电致发光显示器件。该装置由阴极、有机电致发光部件单元和光电导层组成的具有周期性的功能层单元、阳极及基板等组成。其中光电导层可以位于有机电致发光部件单元层之间，也可以位于紧靠器件的阴阳两个电极。有机电致发光部件单元是由电子传输层、发光层和空穴传输层等功能层构成，其制作材料可以是迄今已知的有机小分子或聚合物材料。光电导层可以由部分无机物或有机物薄膜或二者共同组成的多层薄膜结构。本发明的优点：可提供一种具有光电双稳定性的有机电致发光器件，在利用无源驱动方式驱动且能够获得类似有源驱动的效果的同时，降低了制作成本。

Description

具有光电双稳定特性的电致发光器件

技术领域

本发明涉及一种有机电致发光器件的结构，尤其涉及一种具有光电双稳定特性的有机电致发光器件的结构及其制造方法。

背景技术

有机电致发光器件作为新一代的平板显示器件，因其具有低压驱动和高效发光、主动发光、宽视角、色彩丰富、响应速度快、成本低廉、可制成柔性显示屏等优点成为人们研究的热点。典型的有机电致发光器件的结构是由阳极、有机薄膜发光层和阴极组成，如附图1(a)所示。其中至少一个电极是透明的。但是这种单层结构的器件由于载流子的复合区域靠离电极，容易引起猝灭，从而导致器件的发光效率和稳定性不佳。

为了提高器件的发光性能，后来在器件中引入了各种功能层(包括电子传输层、空穴传输层以及电子注入层和空穴注入层等等)组成了具有双层、三层以及多层结构的有机电致发光器件，如附图1的(b)(c)(d)(e)所示。这样不但提高了载流子的注入效率，降低了器件的工作电压，增加了载流子的复合几率，从而提高了器件的稳定性，而且也实现了调节各种颜色的发光。

作为能将光能转换为电能的光电池是当今极为重视的可再生绿色能源。尤其是有机光电池，由于相对单晶或非晶硅光电池而言，有机光电池具有制作工艺简单，价格低廉，易实现大面积制备以及广泛普及应用的潜在优势。然而至今为止，没有人提出将这两种器件相结合的方案。

有机光电池具有三种典型的结构：单层结构、单异质结结构(双层结构)和多异质结结构(多层结构)，如附图2所示。所谓单层是指由两个电极以及夹在中间的有机层构成。这种结构其光伏特性很大程度上依赖于电极的性质。而双层结构是由阳极、施主材料层、受主材料层和阴极构成。与单层结构不同的是在单异质结结构中，形成异质结的有机/有机界面为激子的离解阱，对光伏特性起着决定性的作用。对于多异质结结构就是将多个单异质结的器件堆积起来，而每个单异质结结构的器件的有机层都做得很薄，可以使大部分激发产生的激子扩散到施主受主界面，而整个多异质结结构器件又很厚，足以吸收大多数入射光子。也从而解决了激子扩散长度与光吸收长度之间的矛盾。

有机电致发光器件本身是电流型的显示器件，用无源驱动方法驱动显示图像时，为了获得正常的图像平均亮度，需要在很短时间内每个光脉冲必须非常亮，这就意味着产生这样的光脉冲需要大电流和电压，而这会在驱动上造成大量的功率损耗，并使显示器件劣化，这最终将限制无源有机电致发光技术向多像素显示器件发展。在有源驱动中，由于放弃了脉冲式的驱动方式，而采用整个显示器连续发光的主动驱动AMOLED技术，所以对这种器件的驱动是每个发光单元上有源器件的驱动，但其制造成本高，工艺复杂。因此本发明是设计一种器件结构可以采用无源驱动方式，通过光电导层的调解而达到类似有源驱动的效果。

发明内容

本发明提供一种具有光电双稳特性的有机电致发光器件，其方法是在传统的有机电致发光器件中增加了一个或多个光电导层。

本发明的又一个目的是在使器件具有光电双稳定性的同时，由于采用的新的器件结构，在真空镀膜过程中，可以增加有机层的厚度，从而使生产过程中的洁净度的要求降低，从而降低了制作器件的成本，提高了制作器件的成品率。

本发明的技术创新是：将典型有机电致发光器件和有机或无机光电池技术结合起来，提供一种具有光电双稳特性的有机电致发光器件，可以实现类似于主动驱动方式的具有双稳特性有机电致发光器件；同时使制作器件的成本降低的技术问题。

本发明采用的技术方案：该器件中有阳极、有机电致发光部件(其中至少包括电子传输层、发光层和空穴传输层)、光电导层、阴极以及基板等组成，其中至少一个电极是透明的。其器件可以由阳极、有机电致发光器件层(OLEDL)、光电导层(PCL)、阳极组成的下列结构：详见附图3。

a)、阳极/OLEDL/PCL/OLEDL/阴极；

b)、阳极/PCL/OLEDL/PCL/阴极；

c)、阳极/(OLEDL/PCL)_n-1OLED/阴极；

d)、阳极/(PCL/OLEDL)_n-1PCL/阴极；

所述的光电双稳定性器件的光电导层可使用任何具有光电导性的材料，可以是有机材料(如PPV、PVK等)、无机材料(如Si、CdS及ZnS等)或是二者共用(如CuPc/C₆₀等)。

所述的光电双稳定性器件的有机电致发光部件层可使用任何具有有机电致发光特性的材料(如NPD/Alq，TPD/PPV等)。

所述的光电双稳定性器件的阳极为功函数一般高于4.0ev的材料，如ITO或半透明金属Au以及其它具有传导性的透明材料。

所述的光电双稳定性器件的阴极可以使用功函数低于3.1ev的金属(如Al、Li、Ca、In、Mg等)或Mg∶Ag，Li∶Al合金等。另外还可以用金属和金属氧化物或氟化物组成的复合电极组成的复合阴极(如LiF/Al，LiO₂/Al，Mg/Al，Al₂O₃/Al等)。

一种具有光电双稳定性的有机电致发光器件的制作方法，其制作步骤是：

步骤1.清洗：将器件的衬底用清洗剂清洗，然后依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，烘干后用臭氧等离子体处理；根据不同的用途对衬底进行图形处理。

步骤2.镀膜：将处理过的衬底放入真空室内，相继蒸发有机电致发光层(OLEDL)、光电导层(PCL)。蒸发有机电致发光层过程中，可以使有机电致发光层厚度达到500-1000，这样对步骤1的洁净度要求就相对降低了。然后制作器件的阴极。其中对有机小分子材料采用真空蒸发的方法，对聚合物材料采用悬涂或喷墨打印或其它已知的制膜方法。制膜时控制有机材料的蒸发速度约为0.2-0.4nm/s，电极蒸发速度约为5nm/s，蒸发速率用石英晶振检测。

步骤3.器件封装：器件在水、氧小于1ppm的干燥箱内封装。其封装方法可以是用后封盖封装或薄膜封装(如Si₃N₄、SiO₂等)。

步骤4.测试：对制成的器件进行J-V曲线和P-V曲线的测试以确定器件的性能。其方法是对该器件从低到高施加电压(0-15V)和从高到低施加电压(15-0V)时，观察器件的J-V曲线和P-V曲线。如附图4，5所示。

本发明的光电双稳定性有机电致发光器件与现有技术比较，其有益的效果是，在器件中引入了光电导层，(如附图1中的)器件即可呈现出光电双稳定的性能，即同一电压下有两个不同的电流密度值和功率密度值。

另外采用本发明设计的方案制作的器件可以制成大尺寸的矩阵式显示屏，且可采用无源驱动的驱动方式驱动器件而达到与有源驱动相似效果。这样就大大降低了制作器件驱动电路的成本。

附图说明

附图1是有机电致发光器件结构简图；

附图2是有机光电池的典型结构简图；

附图3是本发明的器件结构简图；

附图4是本发明器件的J-V曲线图；

附图5是本发明器件的P-V曲线图；

附图6是本发明双稳器件A的结构示意图；

附图7是本发明双稳器件B的结构示意图；

附图8是本发明器件的驱动原理图；

附图中标号说明：

1—器件阴极； 10—有机层；

2—器件阳极； 11—受主材料；

3—有机发光层； 12—施主材料；

4—电子传输层； 13—有机电致发光器件；

5—空穴传输层； 14—光电导层；

6—基板； 15—直流电源；

7—电子注入层； 16—被选中像源；

8—空穴阻挡层； 17—未选中像源；

9—空穴注入层；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述。

本发明所描述的有机电致发光器件是一种新型器件结构。当在器件中引入了光传导层和其它功能层构成阴阳两极之间的器件单元时，这种新型的器件具有若干优点。

采用本发明设计的双稳有机电致发光器件有A、B两种结构，其结构A见附图6。这种结构的器件具有一个阴极1和一个阳极2，其中至少一种材料具有透明性。另外在器件的阴极1和阳极2之间具有N个有机电致发光器件13(这里N≥2)。靠近器件阴极1的为第1个有机电致发光器件，记为有机电致发光器件13.1，在靠近器件阳极2的方向上依次为第2，3，4......N个有机电致发光器件依次记为有机电致发光单元层13.2，13.3，13.4......13.N。在本发明中有机电致发光器件13代表所指的有机电致发光器件13.1，13.2，......13.N。在任意两个相邻的有机电致发光器件13之间就有一个单元层，即为本发明所指出的光电导层14。在整个器件A中共有N-1个光电导层14，同上从靠近器件阴极1至器件阳极2的方向依次为光电导层14.1，14.2，14.3......14.(N-1)。它们同器件阴阳两级构成了N-1个光电池。双稳有机电致发光器件A是在直流电源15下工作的。

本发明设计的光电双稳定性有机电致发光器件B与A基本相同，不同之处是靠近器件阳极和阴极的不是有机电致发光器件13，而是光电导层14。器件B的结构与器件A很相似，共有N个光电导层4，N-1个有机电致发光器件13，每个器件的标记方法与器件A基本相同。如附图7所示。

本发明的光电双稳定性有机电致发光器件A、B是在器件阳极1阴极2之间的直流电源15下工作的。外部的电压根据电阻的不同按不同比例的分布到每一个器件中，使每一个分支器件工作。其器件的工作原理是：

当在器件A、B两端施加电压时，从阴阳两级注入的电子和空穴向中间的功能层扩散，并在相应的界面复合发光，而发出的光又被器件中的由光电导层14和阴极1和阳极极2构成的光电池吸收，它把吸收的光子转化成载流子，再通过电场扫向器件的阴阳两极。从而在一个器件里面中包含了两种物理现象：光现象和电现象，这也正式我们所要研究的出发点。

本发明的光电双稳定性有机电致发光器件A、B中的有机电致发光器件13中的每一个有机电致发光器件的结构都是相同的，可以采用发光层制成的薄层，或是由空穴传输层、发光层、电子传输层通过叠压制成的多层结构。例如可以是：阳极/发光层/阴极；阳极/空穴传输层/发光层/阴极；阳极/发光层/电子传输层/阴极；阳极/空穴传输层/发光层/电子传输层/阴极。

本发明的光电双稳定性有机电致发光器件A、B中有机电致发光器件13的各功能层所采用的材料没有特别限制，可以采用迄今已知的有机材料，可以是有机小分子或者是聚合物材料，例如NPB，Alq，PPV，PEDOT，PVK等等。

本发明的光电双稳定性有机电致发光器件A、B中光电导层14中的每一个光电导层的结构也同有机电致发光器件13一样。其结构可以采用有机物制成的薄膜(如C₆₀等)，也可以采用无机物制成的薄膜(如Si，CdS，ZnS等)或者是由无机物和有机物组成的多层薄膜结构(如CuPc/C₆₀等)。

本发明的另一个优点是所制成的器件可以采用无源驱动方式驱动，其驱动原理如附图8所示。当在器件阳极2加上正电压，阴极1加上负电压时，矩阵屏上被选中的交叉像源16开始发光，但是当扫描信号扫到下一个像源17时，此时像源16成为未选中像源。若是无源驱动的话，像源16此时不发光。但是由于在该器件中引入了光电导层14，它与器件阳极2和阴极1构成的光电池开始工作，它在电路中起到一个开关的作用(即当电压达到一定的数值才可经由此进入到有机电致发光器件13中，使器件13开始工作，否则将不工作)。由于此光电池得到电压开始工作，将吸收的光以电的形式释放出，从而维持此像源16继续发光。这种驱动方式使显示像素上有了一个恒定的电流，从而使器件具有很好的发光效率和寿命。同时由于避免了大电流，也使加在像素上的电压降低了，减少了功率损耗。该驱动方式驱动有机EL器件给每一个像素配备了一个恒流源，这样不仅解决了有机EL器件发光的不均匀性问题，同时也提高了响应速度。并且由于每个单独像素是在帧周期内开启或关闭的，因此器件显示不受扫描线数的限制，也不用考虑无源设计的瞬时性，因此可以使显示屏向更大的尺寸迈进。综上可以看出本发明的结构的器件采用无源驱动达到了有源驱动的效果。

这种器件在光存储、数字开关等应用领域有着巨大的潜力：相同的V对应不同的I，较大的I记为“1”，表示导通；较小的V记为“0”，表示截止。这是运用于数字型开关器件的一种设想。

以下为本发明实施例中的符号说明：

ITO：氧化铟锡(Indium Tin Oxide)；

NPB：(N，N′-二萘基-N，N′-二苯基-4，4′-联苯二胺)；

Alq：(8-羟基喹啉铝)；

CuPc：(钛青铜)；

本发明的实施例1：

器件结构：glass/ITO/(NPB/Alq/CuPc∶C₆₀)_n/Mg∶Ag(镁银合金)。其中，glass为玻璃衬底，ITO为器件透明阳极，NPB为空穴传输层，Alq为电钻传输层兼发光层，Mg∶Ag合金作为金属阴极，n表示重复周期，本实施例中的n值取1。ITO用反应溅射的方法制作，而其它几层薄膜用真空蒸发的方法制作。光电导层CuPc∶C₆₀薄膜的引入，使器件具有双稳特性。

本发明的实施例2：

器件结构：glass/ITO/(PEDOT/PPV/CdS)_n/LiF∶Al。其中Glass和ITO与实施例1中的作用一样。PEDOT作为器件的空穴传输层，聚合物PPV作为电子传输层兼发光层，LiF作为电子注入层与金属Al共同组成复合阴极。n同样为重复周期，本实施例中n值也取1。PEDOT薄膜和PPV薄膜采用悬涂或喷墨打印的方法制作，复合阴极LiF∶Al用真空蒸发的方法制作。光电导层CdS薄膜的引入，使器件具有双稳特性。其中：

PEDOT：聚亚乙基二氧噻吩

PPV：聚乙烯醇

本发明的实施例3：

与实施例1基本相同，不同之处是器件的光电导层是由无机物Si薄膜或者是ZnS薄膜构成的。其器件结构：Glass/ITO/(NPB/Alq/Si)_n/Mg∶Ag或Glass/ITO/(NPB/Alq/ZnS)_n/Mg∶Ag。

本发明的实施例4：

与实施例2基本相同，不同之处是器件的光电导层是由无机物GaN薄膜构成的。其器件结构：Glass/ITO/(PEDOT/PPV)_n/LiF/Al。

本发明的实施例5：

器件结构：Glass/ITO/(PPV/PVK/PPV)_n/Ca/Al。其中聚合物PPV作为电子传输层兼发光层，聚合物PVK为光电导层，金属Ca和Al构成复合金属阴极。

Claims

1.一种有机电致发光器件，该器件包括电源、阴极[1]、阳极[2]、有机发光层[5]、基板[6]，其特征在于：在有机发光层[5]和阳极[2]或阴极[1]之间增加由光电导特性的材料构成的具有光电导功能的单元层[14]，在有机电致发光器件中引入了光电导层[14]，使有机电致发光器件具有光电双稳定特性。

2.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：其器件结构为：阳极[2]/有机发光层[5]/光电导层[14]/有机发光层[5]/阴极[1]；

3.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：其器件结构为：阳极[2]/光电导层[14]/有机发光层[5]/光电导层[14]/阴极[1]；

4.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：其器件结构为：阳极[2]/{有机发光层[5]/光电导层[14]}_n-1/有机发光层[5]/阴极[1]，其中n为自燃数。

5.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：其器件结构为：阳极[2]/{光电导层[14]/有机发光层[5]}_n-1/光电导层[14]/阴极[1]，其中n为自燃数。

6.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：所述的光电导层[14]使用任何具有光电导特性的材料，可以是有机材料(如PPV、PVK等)、无机材料(如Si、CdS及ZnS等)或是二者共用(如CuPc/C₆₀等)。

7.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：所述的有机发光层[5]可使用任何具有有机电致发光特性的材料(如NPD/Alq，TPD/PPV等)。

8.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：所述的器件阳极[2]为功函数一般高于4.0ev的材料，如ITO或半透明金属Au以及其它具有传导性的透明材料。

9.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：所述的器件阴极[1]可以使用功函数低于3.1ev的金属(如Al、Li、Ca、In、Mg等)或Mg∶Ag，Li∶Al合金等。另外还可以用金属和金属氧化物或氟化物组成的复合电极组成的复合阴极(如LiF/Al，LiO₂/Al，Mg/Al，Al₂O₃/Al等)。

10.根据权利要求1所述的光电双稳有机电致发光器件，其特征在于：所述有机电致发光器件中的光电导层[14]在器件中起到开关的作用，使有机电致发光器件在一定电压下才能启动或关闭。