CN1855576A - 有机发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了有机发光装置。一种有机发光装置，包括含有基于富勒烯材料的缓冲层和掺杂有基于富勒烯材料的空穴注入层和/或空穴传输层。

Description

有机发光装置
技术领域
本发明涉及一种有机发光装置(OLED)，更具体地说，涉及包括基于富勒烯的材料或掺杂有基于富勒烯材料的层的一种OLED。
背景技术
图1是常规的OLED的截面视图。参见图1，常规的OLED 100通常包括阳极110、有机层120和阴极130。阳极110布置在基板10上。基板10可以具有至少一个薄膜晶体管(未显示)与阳极110相连接。有机层120布置在阳极110上并包括有机发光层123。有机层120可以具有多个构成层，但是通常包括空穴注入层121，空穴传输层122，有机发光层123，电子传输层124和电子注入层125。阴极130安置在有机层120上。
当在阳极110和阴极130之间施加电压时，空穴从阳极110注入到空穴注入层121。注入的空穴通过空穴传输层122传输到有机发光层123。
同样，电子从阴极130注入到电子注入层125，然后通过电子传输层124传输到有机发光层123。
空穴和电子在有机发光层123中结合产生激子，然后激子从其激发态跃迁到基态而发光。
空穴传输层122应该促进空穴注入并具有良好的空穴传输性质。空穴传输层122还可以阻挡电子的传输并具有高的玻璃化转变温度(Tg)从而在即使温度变化时也保持稳定性。
为延长OLED的寿命(寿命是OLED的最大缺点)，必需防止氧、离子或小分子从空穴传输层122扩散。因此，需要形成具有高玻璃化转变温度(Tg)的致密的薄膜，从而最小化由于空穴传输层造成的寿命的衰退。通过改进空穴传输层122延长OLED的寿命的这些方法的例子包括：在空穴传输层122掺杂荧光发光体，以及在空穴传输层122和有机发光层123掺杂荧光发光体。
发明内容
在本发明的一个实施方式中，一种有机发光装置(OLED)由于平稳的空穴注入和调节的电子注入具有增加的寿命和改良的电流注入性质。
在本发明的另一个实施方式中，一种OLED的制造方法在不降低效率的情况下降低了驱动电压并增加了寿命。
根据本发明的一个实施方式，OLED包括基板、形成在基板上的阳极、形成在阳极上的包括基于富勒烯材料的缓冲层、形成在缓冲层上的至少包括有机发光层的有机层和形成在有机层上的阴极。
在另一个实施方式中，OLED包括基板、形成在基板上的阳极、形成在阳极上的包括基于富勒烯材料的缓冲层、形成在缓冲层上的并掺杂有基于富勒烯材料的空穴注入层和空穴传输层中的至少一个、形成在空穴注入层和空穴传输层中的至少一个上的有机发光层和形成在有机发光层上的阴极。
基于富勒烯的材料可以选自由C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94和C96所组成的组中。
缓冲层厚度的范围为约1到约5nm。在一个实施方式中，缓冲层的厚度为约5nm。
空穴注入层或空穴传输层可以包括多层。空穴注入层可以包括选自由CuPc(酞菁铜)、4，4′，4″-三(N-(1-萘基)-N-苯基-胺基)-三苯胺(TNATA)、4，4′，4″-三(N-咔唑基)三苯胺(TCTA)、1，3，5-三(N，N-二-(4，5-甲氧苯基)-胺基苯基)苯、4，4′，4″-三(N，N-二苯基-胺基)-三苯胺(TDATA)、聚苯胺(PANI)和聚3，4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)所组成的组中的材料。空穴注入层可以以约1wt％到约30wt％的浓度掺杂基于富勒烯的材料。
空穴传输层可以包括选自由N，N′-二萘基-N，N′-二苯基联苯胺(NPD)、N，N′-二(3-甲基苯基)-N，N′-二-(苯基)-联苯胺(TPD)、2，2′，7，7′-二苯基-胺基螺-9，9′-联芴(s-TAD)、4，4′，4″-三(N-(3-甲基苯基-N-苯基胺基)三苯胺(MTDATA)和聚N-乙烯基咔唑(PVK)所组成的组中的材料。空穴传输层可以以约2wt％或更少的浓度掺杂基于富勒烯的材料。在一个实施方式中，空穴传输层以约2wt％的浓度掺杂基于富勒烯的材料。
空穴传输层的空穴传输材料的最低未占具分子轨道(LUMO)的能量可以比基于富勒烯的材料的LUMO能量低。
OLED可以进一步包括空穴阻挡层、电子传输层和/或电子注入层。
缓冲层可以通过蒸镀方法形成，掺杂有基于富勒烯材料的空穴注入层和/或空穴传输层可以通过蒸镀、旋涂或喷墨打印的方法形成。
有机发光层可以包括三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)，并具有约20到约30nm范围的厚度。在一个实施方式中，有机发光层的厚度为约25nm。阴极可以包括LiF和Al，并具有约250到约350nm范围的厚度。在一个实施方式中，阴极的厚度为约300nm。
附图说明
通过参考结合附图的详细描述，本发明的上述特征和优点将被更好地理解，其中：
图1是现有技术的有机发光装置(OLED)的截面视图。
图2是根据本发明的一个实施方式的OLED的截面视图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明，其中显示示例性的实施方式。但是，应当理解，提供附图仅仅是为了说明性的目的，而不是用来限制本发明。本说明书中相同的标记表示相同的元件。
图2是根据本发明的一个实施方式的OLED的横截面视图。参见图2，OLED200包括形成在基板20上的阳极210、有机层220、阴极230和位于阳极210和有机层220之间的缓冲层240。
基板20可以包括至少一个薄膜晶体管(未显示)与阳极210相连接。
阳极210可以是透明的或者反射的。如果阳极210是透明的，它可以包括氧化铟锡(ITO)层、氧化铟锌(IZO)层、氧化锡(TO)层或氧化锌(ZnO)层。如果阳极210是反射的，它可以包括银层、铝层、镍层、铂层、钯层、含有银、铝、镍、铂或钯合金的金属合金层或具有层叠在金属合金层上的诸如ITO、IZO、TO或ZnO的透明氧化物层的金属合金层。
阳极210可以通过溅镀、气相沉积如蒸镀、离子束沉积、电子束沉积或激光烧蚀形成。
缓冲层240布置在阳极210上。缓冲层240包括基于富勒烯的材料。富勒烯是由象足球接缝一样连接在一起形成所谓巴基球(buckyball)形状的碳原子组成的自然存在的有机材料。富勒烯材料坚硬而且光滑并能限制很小的材料。富勒烯材料也能打开，允许插入另一种材料，而且富勒烯材料可以象管道一样相互连接在一起。
基于富勒烯的材料可以包括选自由C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94和C96所组成的组中的材料。
C60包括60个碳原子，具有足球形的结构。基于富勒烯的材料充当强电子受体并促进空穴向空穴注入层221传输，正如随后将要参照隧道效应和p-掺杂效应解释的一样。如果包括基于富勒烯材料的缓冲层240具有超过5nm的厚度，它起绝缘层的作用并引起驱动电压升高。但是，如果缓冲层240的厚度小于1nm，则不能充分增强空穴传输。因此，缓冲层240的厚度范围为约1到约5nm，以降低驱动电压。在一个实施方式中，缓冲层240的厚度为约5nm。
缓冲层240可以通过蒸镀形成。
有机层220布置在缓冲层240上。有机层220至少包括有机发光层223。在本发明的一个示例性实施方式中，如图2所示，有机层220具有空穴注入层221、空穴传输层222、有机发光层223、电子传输层224和电子注入层225。但是，本发明不限于图示的实施方式，而可以采用不同的结构，例如：去除包括空穴注入层221、空穴传输层222、电子传输层224和电子注入层225的某些层。也可以通过提供多层形成替代的结构。
空穴传输层222布置在空穴注入层221上。空穴传输层222促进空穴传输到有机发光层223，它包括小分子材料例如NPD、TPD、s-TAD或MTDATA或诸如PVK的聚合物材料。
空穴注入层221和空穴传输层222掺杂有基于富勒烯的材料。基于富勒烯的材料用作掺杂剂245，选自由C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94和C96所组成的组中。
掺杂有基于富勒烯材料的空穴注入层221和空穴传输层222可以通过蒸镀、旋涂或喷墨打印而形成。
掺杂剂245掺杂在空穴注入层221中促进空穴传输，其掺杂的浓度为基于空穴注入层221总重量的约1wt％到约30wt％。浓度小于1wt％可能无效，浓度大于30wt％可能妨碍电流注入。
当电子从有机发光层223注入时，空穴传输层222中的掺杂剂245防止空穴传输材料因接受电子而劣化。
在一个实施方式中，空穴传输层222的空穴传输材料的最低未占具分子轨道(LUMO)比掺杂剂245(基于富勒烯的材料)的LUMO低。LUMO是未被电子占具的轨道中具有最低能级的轨道。掺杂剂245由于能级高所以能够接受从有机发光层223注入的电子，从而防止空穴传输材料的劣化。
掺杂剂245掺杂在空穴传输层222中的浓度范围为基于空穴传输层222总重量的约2wt％或更少。在一个实施方式中，掺杂剂245的掺杂浓度为约2wt％。大于2wt％的掺杂浓度降低掺杂效率。
在该实施方式中，空穴注入层221和空穴传输层222各自形成单层。但是在可替代实施方式中，可以去除其中的一层，或者二者之一或二者可以包括多层。有机发光层223布置在空穴传输层222上。有机发光层223可以是磷光层或荧光层。如果有机发光层223是荧光层，可以包括选自由Alq3、联苯乙烯亚芳基(DSA)、DSA的衍生物、联苯乙烯苯(DSB)、DSB的衍生物、4，4’-双(2，2’-二苯乙烯基)-1，1’-联苯(DPVBi)、DPVBi的衍生物、2，2’，7，7’-四(2，2-二苯乙烯基)螺-9，9’-联芴(螺-DPVBi)和2，2′，7，7′-四(联苯基-4-基)-9，9-螺联芴(螺-联六苯或螺-6P)所组成的组中的材料。此外，有机发光层223可以具有选自由苯乙烯胺类、二萘嵌苯类和联苯乙烯基联苯类(DSBPs)所组成的组中的掺杂材料。
如果有机发光层223是磷光层，可以包括选自由芳胺、咔唑和螺环化合物(spiros)所组成的组中的主体材料。在一个实施方式中，主体材料选自由4，4-(N，N-二咔唑基)联苯(CBP)、CBP的衍生物、N，N-二咔唑基-3，5-苯(mCP)、mCP的衍生物和螺环化合物衍生物所组成的组中。此外，有机发光层223可含有包括具有选自Ir、Pt、Tb和Eu的中心金属的磷光有机金属配合物的掺杂材料。磷光有机金属配合物可以选自由三(1-苯基喹啉)合铱(PQIr)、二(1-苯基喹啉)乙酰丙酮合铱(PQIr(acac))、PQ2Ir(acac)、二(1-苯基异喹啉)乙酰丙酮合铱(PIQIr(acac))和八乙基卟啉合铂(PtOEP)所组成的组中。
在全彩色OLED中，有机发光层223可以用高精度掩膜通过蒸镀、喷墨打印或激光热转写(laser thermal transfer)而形成。
有机发光层223的厚度为约15到约40nm。在一个实施方式中，有机发光层223的厚度为约30nm。如果有机发光层223的厚度小于15nm，效率会降低。如果有机发光层223的厚度大于40nm，驱动电压会升高。
空穴阻挡层(HBL)可以布置在有机发光层223上。但是，当有机发光层223是荧光层时空穴阻挡层可以省去。空穴阻挡层防止在有机发光层223中产生的激子在驱动OLED时扩散。空穴阻挡层可以包括二(2-甲基-8-喹啉)4-苯基苯酚)合铝(III)(aluminum(III)bis(2-methyl-8-quinolinato)4-phenylphenolate，Balq)、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(BCP)、聚碳氟化合物(CF-X)、3-(4′-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4″-联苯)-1，2，4-三唑(TAZ)或螺-TAZ。
电子传输层(ETL)224和电子注入层(EIL)225形成在有机发光层223上。电子传输层224促进电子向有机发光层223传输，并可以包括聚合物材料例如2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-恶二唑(PBD)、TAZ或螺-PBD，或小分子材料例如Alq3、BAlq或二(2-甲基-8-喹啉)(三苯基甲硅烷氧基)合铝(III)(SAlq)。电子注入层225促进电子向有机发光层223的注入，并可以包括Alq3、LiF、Ga配合物或PBD。
电子传输层224和电子注入层225可以通过真空蒸镀、旋涂、喷墨打印或激光热转写形成。
根据一个实施方式，有机层220包括掺杂有富勒烯材料的空穴注入层221，空穴传输层222，有机发光层223，电子传输层224和电子注入层225。
阴极230可以包括LiF或Al，并位于有机层220上，所以包括有机发光层223的有机层220位于阳极210和阴极230之间。
阴极230的厚度为约250nm到约350nm。在一个实施方式中，阴极230的厚度为约300nm。
有机发光装置200用氧化钡封装在金属盒中。
下面给出本发明的实施例。提供这些实施例仅仅是为了说明性的目的，而不是用来限制本发明的范围。
实施例1
为OLED制造1nm厚的C60缓冲层。真空蒸镀NPD空穴传输层。然后蒸镀25nm厚的Alq3有机发光层。在有机发光层上形成电子传输层。然后蒸镀300nm厚的LiF/Al阴极。然后，用氧化钡将OLED封装在金属盒中。
实施例2
按照实施例1中的方法制造OLED，区别在于缓冲层的厚度为3nm。
实施例3
按照实施例2中的方法制造OLED，区别在于缓冲层的厚度为5nm。
实施例4
按照实施例1中的方法制造OLED，区别在于真空蒸镀空穴传输层。该空穴传输层包括比例为1∶0.02的NPD和C60，并且C60以2wt％的浓度存在。
实施例5
按照实施例4中的方法制造OLED，区别在于缓冲层的厚度为3nm。
实施例6
按照实施例4中的方法制造OLED，区别在于缓冲层的厚度为5nm。
对比例
按照实施例1中的方法制造OLED，区别在于不采用缓冲层。
表1列出测定的实施例1-6和对比例的OLED的驱动电压和效率。参见表1，在实施例1到6中，测得驱动电压为7.5-8.6V，优于对比例中测得的9V驱动电压。而且，当空穴传输层含有浓度为2wt％的富勒烯作为掺杂剂时(实施例4到6)，驱动电压为比实施例1-3中采用不含富勒烯掺杂剂的NPD作为空穴传输层的OLED的驱动电压低0.3到1.1V。实施例1-6和对比例的OLED间的效率测量相似。
                            表1
  缓冲层的厚度(nm)   HTL(组成比例)NPB∶C60   驱动电压(V)   效率
 对比例   0   100∶0   9   2.8
 实施例1   1   100∶0   8.6   2.6
 实施例2   3   100∶0   8.4   2.6
 实施例3   5   100∶0   8.3   2.7
 实施例4   1   100∶2   7.5   2.8
 实施例5   3   100∶2   7.8   2.7
 实施例6   5   100∶2   8   2.8
当实施例1-6的OLED在亮度为900cd/m2下驱动时，其平均半衰期为至少500小时。这意味着与空穴传输层中不掺杂富勒烯且不采用缓冲层的对比例所显示的100小时的半衰期相比，寿命提高了5倍或更多。
当使用基于富勒烯的材料以促进空穴注入和调节电子注入时，OLED的电流注入性质和寿命得到提高。另外，降低驱动电压和提高寿命的同时没有降低效率。
尽管参照某些示例性的实施方式描述了本发明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对描述的实施方式进行各种修改，而不背离如所附权利要求中所列的本发明的精神或范围。

Claims (20)

1、一种有机发光装置，包括：
基板；
形成在基板上的阳极；
形成在阳极上的、包括基于富勒烯材料的缓冲层；
形成在缓冲层上的包括有机发光层的有机层；和
形成在该有机层上的阴极。
2、根据权利要求1所述的装置，其中基于富勒烯的材料选自由C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94和C96所组成的组中。
3、根据权利要求1所述的装置，其中缓冲层厚度在约1nm至约5nm的范围内。
4、根据权利要求3所述的装置，其中缓冲层的厚度为约5nm。
5、根据权利要求1所述的装置，其中缓冲层通过真空蒸镀形成。
6、一种有机发光装置，包括：
基板；
形成在基板上的阳极；
形成在阳极上的、包括基于富勒烯材料的缓冲层；
至少一个第一层，选自由空穴注入层、空穴传输层及其组合所组成的组中，其中空穴注入层和空穴传输层掺杂有缓冲层的基于富勒烯的材料，并形成在缓冲层上；
形成在所述至少一个第一层上的有机发光层；和
形成在有机发光层上的阴极。
7、根据权利要求6所述的装置，其中基于富勒烯的材料选自由C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94和C96所组成的组中。
8、根据权利要求6所述的装置，其中缓冲层的厚度在约1nm至约5nm的范围内。
9、根据权利要求8所述的装置，其中缓冲层的厚度为约5nm。
10、根据权利要求6所述的装置，其中缓冲层通过真空蒸镀形成。
11、根据权利要求6所述的装置，其中空穴注入层包括选自由CuPc、TNATA、TCTA、TDAPB、TDATA、PANI和PEDOT所组成组中的材料。
12、根据权利要求11所述的装置，其中基于富勒烯的材料以基于空穴注入层总重量的1wt％至30wt％的浓度存在于空穴注入层中。
13、根据权利要求6所述的装置，其中空穴传输层包括选自由NPD、TPD、s-TAD、MTDATA和PVK所组成组中的材料。
14、根据权利要求13所述的装置，其中基于富勒烯的材料以基于空穴传输层总重量的约2wt％或更少的浓度存在于空穴传输层中。
15、根据权利要求14所述的装置，其中基于富勒烯的材料以约2wt％的浓度存在于空穴传输层中。
16、根据权利要求6所述的装置，其中空穴传输层包括最低未占具分子轨道LUMO的能量比基于富勒烯材料的最低未占具分子轨道能量低的材料。
1 7、根据权利要求6所述的装置，其中掺杂有基于富勒烯材料的所述至少一个第一层采用选自由真空蒸镀、旋涂和喷墨打印所组成组中的方法形成。
18、根据权利要求6所述的装置，其中所述至少一个第一层包括多层。
19、根据权利要求6所述的装置，进一步包括选自由空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层及其组合所组成组中的至少一个第二层，其中所述至少一个第二层布置在有机发光层上。
20、一种有机发光装置，包括：
基板；
形成在基板上的阳极；
形成在阳极上的、包括基于富勒烯材料的缓冲层；
至少一个第一层，选自由空穴注入层、空穴传输层及其组合所组成的组中，其中空穴注入层和空穴传输层掺杂有缓冲层的基于富勒烯的材料，并形成在缓冲层上；
形成在所述至少一个第一层上的有机发光层；
至少一个第二层，选自由空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层及其组合所组成的组中，其中所述至少一个第二层形成在有机发光层上；和
形成在所述至少一个第二层上的阴极。
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