採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件的製作方法

2023-05-28 04:54:11 1

專利名稱：採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件，屬於有機電致發光技術領域。
1987年，美國Kodak公司的C.W.TANG等人(C.W.Tang，S.A.Slyke，Appl.Phys.Lett.51，913(1987))首次採用雙層結構，以芳香二胺類衍生物作為空穴傳輸材料，以一種螢光效率很高且能用真空鍍膜法製成均勻緻密的高質量薄膜的有機小分子材料——八羥基喹啉鋁(以下簡稱Alq3)作為發光層材料，製備出較高量子效率(1％)、高發光效率(＞1.51m/W)、高亮度(＞1000cd/m2)和低驅動電壓(＜10V)的有機電致發光器件(OrganicElectroluminescent Devices，以下簡稱OLEDs)，使得該領域的研究工作進入一個嶄新的時代。1990年，英國Cambridge大學卡文迪許實驗室的Burroughes和他的同事發現聚合物材料也具有良好的電致發光性能，這個重要的發現將有機電致發光材料的研究推廣到聚合物領域。十餘年來，人們不斷地提高有機電致發光器件的製備工藝，其相關技術發展迅速。
OLEDs的內量子效率主要取決於載流子的注入、傳輸、複合效率，也同時受到載流子注入平衡的重要影響。有機量子阱結構在幫助降低OLEDs發光光譜寬度，提高器件發光效率，轉換器件發光顏色等方面取得了一些成功。但目前的研究中有機量子阱結構普遍用來提高發光層的電子和空穴的濃度，進而提高載流子的複合效率。比如，N.Tada等人(N.Tada，S.Tatsuhara，A.Fujii，Y.Ohmori and K.Yoshino，Jpn.J.Appl.Phys.36，421(1997))在OLEDs的發光層使用Alq3和N，N』-二苯基-N，N』-雙(間甲基苯基)-1，1』-聯苯基-4，4』-二胺(以下簡稱TPD)交替多層量子阱結構，器件的發光效率較傳統結構(發光層僅使用Alq3)有所提高。類似的實驗進一步證實，這種性能的改善，主要歸功於發光層載流子濃度的提高。
為實現上述目的，本發明的技術方案是提供一種採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件，其包括透明基片、第一和第二電極層，以及夾在所述兩個電極層之間的緩衝層、空穴傳輸層、過渡層和可傳輸電子的有機發光層，其特徵在於空穴傳輸層採用有機量子阱結構，這種量子阱傳輸結構由兩種有機材料組成，其中兩種材料的能級互相匹配，在量子阱界面處形成空穴的勢阱。
上述技術方案提出的採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件結構如下透明基片/第一電極層(陽極層)/緩衝層/空穴傳輸層-有機量子阱結構/過渡層/可傳輸電子的有機發光層/第二電極層(陰極層) (1)其中結構式(1)中的透明基片，可以是玻璃或是柔性基片，如聚酯、聚醯胺；第一電極層(陽極層)為導電薄膜，一般為氧化銦錫(以下簡稱ITO)、氧化鋅、氧化錫鋅等金屬氧化物或金、銅、銀等功函數較高的金屬，最優化的選擇為ITO；緩衝層一般為酞菁化合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醯亞胺、含氟聚合物，或者LiF、AlF3、CaF2、MgF2、SiO2、MgO、Al2O3和金剛石等無機物，本發明優選為銅酞菁(以下簡稱CuPc)；空穴傳輸層為由兩種有機材料組成的多量子阱傳輸結構，其中兩種材料的能級互相匹配，並且由於一種材料的能級勢壘作用，使得電子和空穴的勢阱在同一種材料中，本發明優選為[N，N′-二-(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1-聯苯基-4，4-二胺(以下簡稱NPB)/CuPc]n的多層量子阱結構，其中量子阱周期數n為1～10；過渡層採用與發光層的能級相匹配的材料，如果空穴傳輸層的多層量子阱結構優選為(NPB/CuPc)n，過渡層可優選為NPB；可傳輸電子的有機發光層一般為金屬配合物，經過優選為Alq3、(水楊醛縮鄰胺苯酚)-(8-羥基喹啉)合鋁(III)(以下簡稱Al(Saph-q))、9-羥基吖啶鋅(以下簡稱Zn(Ac)2)等；第二電極層(陰極層)為金屬層，一般為鋰、鎂、鈣、鍶、鋁、銦等功函數較低的金屬或它們與銅、金、銀的合金，本發明優選為依次的Mg∶Ag合金層、Ag層。
本發明提出的採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件，具有以下優點顯著控制空穴載流子在空穴傳輸層中的遷移，從而實現了發光層電子和空穴的注入平衡，從而提高了器件的發光效率和發光亮度。
下面通過


，本發明可變得更加清楚。
圖2是本發明提出的採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件(結構為Glass/ITO/CuPc/(NPB/CuPc)n/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag)的能級示意圖。
圖3是本發明提出的採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件(結構為Glass/ITO/CuPc/(NPB/CuPc)n/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag)隨量子阱周期數n變化的亮度-電流密度曲線。
圖4是本發明提出的採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件(結構為Glass/ITO/CuPc/(NPB/CuPc)n/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag)隨量子阱周期數n的變化的發光效率-電流密度曲線。
下面結合附圖和具體實施方式
詳細闡述本發明的內容，應該理解本發明並不局限於下述優選實施方式，優選實施方式僅僅作為本發明的說明性實施方案。
根據本發明提出的採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件的結構，當各層採用具體材料時結構如下(見圖1)Glass/ITO/CuPc/(NPB/CuPc)n/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag (2)其中結構式(2)中n為NPB/CuPc量子阱的周期數，n值可為1～10。根據上述結構式(2)，結合器件的製備步驟詳細實施方式闡述如下①利用洗滌劑煮沸和去離子水超聲的方法對透明導電基片ITO玻璃進行清洗、烘乾，其中導電基片上面的ITO膜作為器件的陽極，ITO膜的方塊電阻為5Ω～100Ω，膜厚為80～220nm；②把上述清洗烘乾後的ITO玻璃置於壓力為1×10-5～5×10-3Pa的真空腔內，在上述ITO膜上蒸鍍一層CuPc作為器件的緩衝層，薄膜的蒸鍍速率為0.02～0.1nm/s，膜厚為0.5～20nm；③在上述CuPc薄膜之上繼續蒸鍍空穴傳輸層，空穴傳輸層採用有機多量子阱結構，即採用NPB/CuPc交替n層的量子阱結構，n為1～10，其中CuPc的蒸鍍速率為0.02～0.1nm/s，量子阱結構中每一層CuPc的膜厚為0.5～10nm，NPB的蒸鍍速率為0.1～0.6nm/s，量子阱結構中每一層NPB的膜厚為1.5～30nm；④在上述空穴傳輸層上蒸鍍一層NPB作為器件的過渡層，薄膜的蒸鍍速率為0.1～0.6nm/s，膜厚為10～45nm；⑤在上述NPB薄膜之上繼續蒸鍍Alq3作為器件的發光層，Alq3也具有傳輸電子的能力，薄膜的蒸鍍速率為0.1～0.6nm/s，膜厚為40～100nm；⑥在上述Alq3薄膜之上依次蒸鍍Mg∶Ag合金層、Ag層作為器件的陰極，其中合金層Mg、Ag蒸鍍速率比為10∶1，蒸鍍總速率為0.6～2.0nm/s，蒸鍍總厚度為50～200nm，Ag保護層蒸鍍速率為0.3～0.8nm/s，厚度為40～200nm。
為了便於本發明提出的採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件的性能和傳統結構(即n＝0)器件的性能的對比，傳統結構(n＝0)各層使用的材料和本發明的具體實施方式
中使用的相同，其結構如下Glass/ITO/CuPc/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag (3)而且為了便於器件性能的對比，保持器件中所有CuPc薄膜(包括緩衝層部分)總厚度為12nm，所有NPB薄膜(包括過渡層部分)總厚度為30nm，即結構式(2)中緩衝層CuPc膜厚為6nm，過渡層NPB膜厚為15nm，空穴傳輸層中n層CuPc薄膜的總厚度為6nm，n層NPB薄膜的總厚度為15nm，結構式(3)中緩衝層CuPc及過渡層NPB的膜厚分別為12nm、30nm。隨量子阱周期數n不同時，OLEDs的結構如表1所示，器件的亮度-電流密度曲線、發光效率-電流密度曲線分別見圖3、圖4。
表1n OLEDs的結構0 Glass/ITO/CuPc(12.0nm)/NPB(30.0nm)/Alq3(60.0nm)/Mg∶Ag/Ag2 Glass/ITO/CuPc(6.0nm)/[NPB(7.5nm)/CuPc(3.0nm)]2/NPB(15.0nm)/Alq3(60.0nm)/Mg∶Ag/Ag4 Glass/ITO/CuPc(6.0nm)/[NPB(3.8nm)/CuPc(1.5nm)]4/NPB(15.0nm)/Alq3(60.0nm)/Mg∶Ag/Ag
儘管結合優選實施例對本發明進行了說明，但本發明並不局限於上述實施例，應當理解，在本發明構思的引導下，本領域技術人員可進行各種修改和改進，所附權利要求概括了本發明的範圍。
權利要求
1.一種採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件，其包括透明基片(1)、第一(2)和第二電極層(7)，以及夾在所述兩個電極層之間的緩衝層(3)、空穴傳輸層(4)、過渡層(5)和可傳輸電子的有機發光層(6)，其特徵在於空穴傳輸層(4)採用有機量子阱結構，這種量子阱傳輸結構由兩種有機材料組成，其中兩種材料的能級互相匹配，在量子阱界面處形成空穴的勢阱。
2.根據權利要求1的有機電致發光器件，其特徵在於其中所述的空穴傳輸層(4)採用的有機量子阱結構的周期數為1～10。
3.根據權利要求1的有機電致發光器件，其特徵在於其中所述的空穴傳輸層(4)採用的有機量子阱結構的材料優選為N，N′-二-(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1-聯苯基-4，4-二胺/銅酞菁。
4.根據權利要求1的有機電致發光器件，其特徵在於其中所述的第一電極層(2)材料優選為氧化銦錫。
5.根據權利要求1的有機電致發光器件，其特徵在於其中所述的緩衝層(3)材料優選為銅酞菁。
6.根據權利要求1的有機電致發光器件，其特徵在於其中所述的過渡層(5)材料優選為N，N′-二-(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1-聯苯基-4，4-二胺。
7.根據權利要求1的有機電致發光器件，其特徵在於其中所述的可傳輸電子的有機發光層(6)材料優選為八羥基喹啉鋁或(水楊醛縮鄰胺苯酚)-(8-羥基喹啉)合鋁(III)或9-羥基吖啶鋅。
8.根據權利要求1的有機電致發光器件，其特徵在於其中所述的第二電極層(7)材料優選為依次的Mg∶Ag合金層、Ag層。
全文摘要
本發明涉及一種採用有機量子阱結構作空穴傳輸層的有機電致發光器件，屬於有機電致發光技術領域。該器件的空穴傳輸層(4)採用有機量子阱結構，這種量子阱傳輸結構由兩種有機材料組成，其中兩種材料的能級互相匹配，在量子阱界面處形成空穴的勢阱。本發明在空穴傳輸層採用的有機量子阱結構能夠顯著控制空穴載流子在空穴傳輸層中的遷移，實現了發光層電子和空穴的注入平衡，從而提高了器件的發光效率和發光亮度。
文檔編號H01L33/00GK1409412SQ0211653
公開日2003年4月9日 申請日期2002年4月3日 優先權日2002年4月3日
發明者邱勇, 王立鐸, 高裕弟 申請人:清華大學