一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件，屬于有機光電子器件【技術領域】。本發(fā)明所述結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件依次由襯底、陰極、單層有機功能層、透明陽極組成。單層有機功能層由兩種有機染料以摻雜劑的形式共同摻雜在單一母體材料中構成，其中母體材料采用電子遷移率較高的有機材料，而兩種有機染料各司其職，一種有機染料作用是俘獲空穴，另一種有機染料用于發(fā)光。本發(fā)明所述結構的器件，擴大了激子復合區(qū)域，有利于實現(xiàn)單層有機功能層內的電子、空穴的平衡，具有高效率、低效率滾降、電致發(fā)光光譜穩(wěn)定等優(yōu)點。
【專利說明】一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于有機光電子器件【技術領域】，具體涉及一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件。
【背景技術】
[0002]有機電致發(fā)光器件(0LED)具有很多優(yōu)點，比如固態(tài)發(fā)光、能耗小、主動發(fā)光、視角廣、響應速度快、易于實現(xiàn)柔性顯示、成本低等，在彩色顯示、固態(tài)照明等領域具有巨大的應用價值，國際上很多研究機構都投入了大量的人力物力，推動了 0LED技術的迅猛發(fā)展。
[0003]0LED按光的取出方式可分為底發(fā)射0LED和頂發(fā)射0LED。底發(fā)射0LED存在顯示發(fā)光面積與像素的驅動電路相互競爭的矛盾，但若采用頂發(fā)射0LED，由于光的取出端是頂端，就可以獲得更高的開口率，有利于實現(xiàn)高顯示亮度、高分辨率的有機發(fā)光顯示。此外，對于使用η溝道TFT的有源有機發(fā)光顯示，0LED需采取底電極為陰極的倒置結構。因此若想利用0LED的低成本、高開口率及易于實現(xiàn)大面積顯示的優(yōu)勢，對倒置頂發(fā)射0LED開展研究是十分必要的。
[0004]基于倒置頂發(fā)射0LED潛在的應用前景，國際上很多科研機構相繼開展了這方面的工作。1997年，美國普林斯頓大學的S.R.Forrest研究組[Appl.Phys.Lett.70，(1997) 2954.]報道了采用鎂、銀合金為陰極的倒置頂發(fā)射0LED，但該器件的性能較差，外量子效率不到1%。2003年，德國的W.Kowalsky等人[Appl.Phys.Lett.82, (2003)284.]采用Au (lOOnm)/Mg (lOOnm)為底陰極，制備了基于Alq3發(fā)光的倒置頂發(fā)射綠光0LED，器件的效率達到3.9cd/A。2002年，德國德累斯頓大學的K.Leo研究組[Appl.Phys.Lett.81, (2002) 922.]制備了基于p-1_n結構的倒置頂發(fā)射0LED，綠光器件在4V 下的亮度可達 100cd/m2。2011 年，他們又報道了 [Appl.Phys.Lett.98, (2011)083304.]采用高效率黃光磷光材料的倒置頂發(fā)射0LED，通過對整個器件退火處理，發(fā)光區(qū)內的載流子達到平衡，器件的外量子效率達到15%，2.9V下的亮度達到lOOOcd/m2。
[0005]但由于制備順序與傳統(tǒng)的正置結構0LED不一樣，導致在倒置0LED中電子的注入、傳輸相對于空穴更困難，電子、空穴不平衡的現(xiàn)象更嚴重，這也是為什么倒置0LED的性能相對于正置0LED較差的原因。目前來看，國際上報道的關于倒置頂發(fā)射0LED的研究大多集中在如何提高電子的注入與傳輸，比如設計新的陰極及陰極修飾層、采用p-1-n結構等方面?？紤]到單層結構0LED的有機功能層一般只能傳輸某一種載流子，因此若在倒置頂發(fā)射0LED中引入電子遷移率較高的單層有機材料作為母體材料，不但可以簡化器件的制備過程，而且通過器件結構設計，引入一種俘獲空穴的有機摻雜劑，就可以解決倒置頂發(fā)射0LED中電子與空穴不平衡的問題，但這種結構的倒置頂發(fā)射0LED器件在國際上還未見報道。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明針對影響倒置頂發(fā)射0LED性能的關鍵因素，提供了一種單層結構的倒置頂發(fā)射0LED器件。[0007]不同于傳統(tǒng)的由空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層組成的多層有機功能層，本發(fā)明所述結構的倒置頂發(fā)射0LED位于陰極、陽極之間的有機功能層為單層結構。該器件依次由襯底、陰極、單層有機功能層、透明陽極組成:
[0008]襯底；襯底材料可以是玻璃、硅等剛性襯底，或者是聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲脂等柔性襯底。
[0009]陰極；陰極為鑰/低功函數(shù)金屬層所構成的復合陰極。鑰層的厚度為10?200nm，低功函數(shù)的金屬可為Al、Ca、Ba、Sm等金屬，或者為其它陰極材料，厚度為1?lOOnm。也可在有機功能層與復合陰極中間插入A1203、CsF、CaF2、MgF2、NaF、LiF、Cs2C03等陰極修飾層來提高電子的注入，陰極修飾層的厚度為0.5?5nm，可通過熱蒸發(fā)、濺射等工藝制備。
[0010]陽極；陽極可以為透明金屬氧化物，如氧化銦錫(IT0)、氧化鋁鋅(AZ0)等，或者為Ag、Au、Cu等高功函數(shù)的金屬，也可以使用任何陽極材料，所述陽極厚度為15?lOOnm。也可在陽極和有機功能層間插入陽極修飾層提高空穴的注入，陽極修飾層可以采用
2,3, 5, 6-四氟 _7，7，，8，8，-四氰基喹啉二甲(tetrafluorotetracyanoquinodimethane,F4-TCNQ)、FeCl3、或者采用Mo03、W03、V205等氧化物，可以使用任何陽極修飾層且不限于此，陽極修飾層的厚度一般為1?10nm。
[0011]陰極與陽極之間的單層有機功能層的厚度為50?150nm，由有機染料1、有機染料2以摻雜劑的形式共同摻雜在單一母體材料中構成，其中母體材料采用電子遷移率較高的有機材料，比如1，3，5_三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(l，3，5-Tris(l-phenyl-lH-benzimidazol-2-yl) -benzene, TPBi), 2, 9- 二甲基-4,7-聯(lián)苯-1，10-菲羅啉(2，9-Dimethyl_4, 7-diphenyl-l，10-phenanhroline, BCP),4, 7- 二苯基-1, 10-菲羅啉(4, 7-diphenyl-l, 10-Phenanthroline, Bphen)，三(8-輕基喹啉)招(AluminumTris (8-Hydroxyquinolinate), Alq3)等，且不限于此。有機染料1、2可以采用有機突光發(fā)光材料或者有機磷光發(fā)光材料，比如二(4，6-二氟苯基吡啶42，沁吡啶甲酰合銥(Bis[2-(4, 6-difluorophenyl)pyridinato-C2, N](picolinato)iridium(III), FIrPic)，三(2-苯基批 P定-C2, N)合銥(III) (Tris (2-phenylpyridinato-C2, Ν)iridium(III), Ir(ppy)3)，乙酰丙酮酸二(1_ 苯基異喹啉 _C2，N)合銥(III)(Bis (l-phenyl-1soquinoline-C2, N) (acetylacetonato)iridium (III),Ir (piq)2(acac)),乙酰丙酮酸二(2-苯基苯并噻唑 _C2, N)合銥(III) (Bis (2-phenyl-benzothiazole-C2, N) (acetylacetonate) iridium (111), Ir (bt) 2 (acac)), 二(4_ 苯基噻吩并[3, 2-c]批 P定-N, C2，)乙酞丙酮合銥(iridium (111) bis (4-phenyl thieno [3, 2-c]pyridinato-N, C20)acetylacetonate, P0-01),三(1_ 苯基-異喹啉 _C2, N)合銥(III)(Tris (l-phenylisoquinolinato-C2, N) iridium(III), Ir (piq) 3),三[2-(對甲苯基)批P定-C2, N)合銥(III) (Tris [2- (p-tolyl) pyridine-C2, N) ] iridium (111), Ir (mppy) 3)等，可以使用任何高性能的有機染料且不限于此。有機染料的摻雜濃度范圍為0.lwt%?40wt%,以利于載流子的傳輸與激子的能量轉移。
[0012]本發(fā)明所述結構的器件，有機染料1的主要作用是為了實現(xiàn)單層有機功能層內的電子、空穴的平衡，有機染料2主要利用從母體材料、有機染料1上轉移來的激子復合發(fā)光。本發(fā)明所采用的有機染料需滿足以下條件:首先，有機染料1的Η0Μ0能級需介于陽極的功函數(shù)與母體材料的Η0Μ0能級之間，可以直接俘獲從陽極注入的空穴。其次，有機染料1的光致發(fā)光光譜與有機染料2的吸收光譜有較好的重合。本發(fā)明所述結構的器件的具體工作原理如下:電子通過母體材料傳輸，有機染料1可以直接俘獲空穴，然后在有機染料1上以跳躍的形式傳輸，激子主要在母體材料和有機染料1上形成，形成后的激子通過能量轉移到有機染料2上復合發(fā)光。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:采用一種新的復合陰極，結合使用電子遷移率較大的單層有機功能層的母體材料，有利于電子的注入與傳輸。有機染料1的HOMO能級與陽極的功函數(shù)相匹配，可以俘獲空穴，易于實現(xiàn)倒置頂發(fā)射0LED內的電子、空穴數(shù)目的平衡，有利于獲得高效率的發(fā)光。此外，由于擴大了激子的復合區(qū)域，本發(fā)明的器件具有低的效率滾降，可以保證在高亮度下依然保持較高的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1:本發(fā)明所述的基于單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件的結構示意圖。
[0015]其中1為襯底，2為陰極，3為單層有機功能層、4為透明陽極。
[0016]圖2:實施例1制備器件的電流效率-電流密度曲線。
[0017]圖3:實施例2制備器件的亮度-電流密度曲線。
[0018]圖4:實施例2制備器件的電流效率-亮度曲線。
【具體實施方式】
[0019]實例中有關縮與名稱的含義如下:
[0020]Mo/Al:鑰/鋁；用作陰極。
[0021]Mo/Mg:Ag:鑰/鎂；銀，Mg:Ag的摻雜的體積比為10:1，用作陰極。
[0022]Cs2C03:碳酸銫；用作陰極修飾層；
[0023]TPB1:1，3，5-三(1_苯基_1Η_苯并咪唑_2_基)苯；用作單層有機功能層的母體材料或電子傳輸材料，電子傳輸能力強；
[0024]FIrPic:二(4，6_ 二氟苯基吡啶_C2，N)吡啶甲酰合銥；用作有機染料1 ;
[0025]Ir (ppy) 3:三(2_苯基吡啶_C2，N)合銥；用作有機染料1 ;
[0026]P0-01:二 (4-苯基噻吩并[3，2_c]吡啶_N，C2’ )乙酞丙酮合銥；用作有機染料2 ；
[0027]TAPC:4，4’ -環(huán)己基二 [N，N- 二(4-甲基苯基)苯胺];用作空穴傳輸層；
[0028]Mo03:氧化鑰；用作陽極修飾層；
[0029]Ag:銀；用作透明陽極。
[0030]實施例1:
[0031]制備的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件的結構為:
[0032]器件A:娃襯底 /Mo(50nm)/Al (5nm) / Cs2C03 (lnm) /TPB1: 10wt%FIrPic: 6wt%P0-01 (lOOnm) /Mo03 (lOnm) /Ag (20nm)
[0033]器件B:硅襯底 /Mo(50nm)/Al(5nm)/Cs2C03(lnm)/TPB1:6wt%P0-01(100nm)/Mo03 (lOnm) /Ag (20nm)
[0034]其中器件A是采用本發(fā)明設計的結構，器件B為僅摻雜有機染料1的對比器件。[0035]器件的制備可以通過多源有機金屬分子氣相沉積系統(tǒng)進行，詳細過程如下:
[0036][1]實驗中的襯底材料選用表面覆蓋二氧化硅絕緣層的硅襯底，首先將硅襯底用丙酮、乙醇棉球反復擦洗；
[0037][2]將擦洗干凈的硅襯底放入干凈的燒杯中依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲10分鐘，再放在烘箱中烘干；
[0038][3]將處理好的硅襯底置于多源有機金屬分子氣相沉積系統(tǒng)中(參見中國專利:ZL03110977.2，“用于有機電致發(fā)光鍍膜機的增鍋式蒸發(fā)源”)，蒸發(fā)系統(tǒng)的真空腔體中包含有機蒸發(fā)區(qū)(8個蒸發(fā)源)和金屬蒸發(fā)區(qū)(3個蒸發(fā)源)，兩區(qū)之間及各個蒸發(fā)源之間相互隔絕，避免了相互污染。每兩個蒸發(fā)源共用一套溫度控制系統(tǒng)，可同時進行2種金屬材料或4種有機材料的蒸鍍，為保證蒸鍍均勻性，襯底距離蒸發(fā)源25cm，同時可以自轉或公轉以保證蒸發(fā)薄膜的均勻性，系統(tǒng)的真空度可以達到10_5Pa，在薄膜生長的過程中系統(tǒng)的真空度維持在3X 10_4Pa左右。材料生長的厚度和生長速率由美國IL-400型膜厚控制儀進行控制。器件的電致發(fā)光光譜、亮度以及電流電壓特性由光譜儀PR655、電流計Keithley-2400及電腦組成的測試系統(tǒng)同步測量。所有的測試都是在室溫大氣中完成。
[0039]本發(fā)明的倒置頂發(fā)射器件的電流效率-電流密度如圖2所示。從圖中可以看出，本發(fā)明設計的器件A和對比器件B相比具有更高的效率。器件A和B的最大區(qū)別僅在于在器件A中，引入10wt%的FIrPic。器件A的最大電流效率可達32.4cd/A，器件B的最大電流效率僅為20.3cd/A。在lOOOcd/m2的亮度下，器件A的電流效率為31.8cd/A，而器件B僅為 20.2cd/A。
[0040]實施例2:
[0041 ] 制備的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件C的結構為:娃襯底/Mo (50nm) /Mg: Ag (5nm) /Cs2C03 (lnm) /TPB1: 10wt%Ir (ppy) 3: 6wt%P0-01 (lOOnm) /Mo03 (lOnm) /Ag (20nm)。其中Mg:Ag摻雜的體積比為10:1，器件制備的詳細過程如實施例1。
[0042]本發(fā)明的倒置頂發(fā)射器件的亮度-電流密度如圖3所示。從圖中可以看出，本發(fā)明設計的器件C的最大亮度可達57384cd/m2。器件C的最大電流效率可達30.lcd/A。器件C的電流效率-亮度曲線如圖4所示，器件C在lOOOcd/m2的亮度下的電流效率為26.3cd/L.[0043]盡管結合實例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實例及附圖，對于本【技術領域】的研究人員來說，還可以對本發(fā)明進行修改，這些改進也屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件，其特征在于:依次由襯底、陰極、單層有機功能層、透明陽極組成；單層有機功能層由有機染料1和有機染料2以摻雜劑的形式共同摻雜在單一母體材料中構成；有機染料1的HOMO能級介于陽極材料的功函數(shù)與母體材料的HOMO能級之間，且有機染料1的光致發(fā)光光譜與有機染料2的吸收光譜有較好的重入口 ο
2.如權利要求1所述的一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件，其特征在于:單層有機功能層的厚度為50?150nm。
3.如權利要求1所述的一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件，其特征在于:母體材料為1，3，5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯、2，9-二甲基-4，7-聯(lián)苯-1，10-菲羅啉、4，7- 二苯基-1，10-菲羅啉或三(8-羥基喹啉)鋁。
4.如權利要求1所述的一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件，其特征在于:有機染料1和有機染料2為二(4，6- 二氟苯基吡啶-C2，N)吡啶甲酰合銥、三(2-苯基吡啶-C2，N)合銥、乙酰丙酮酸二(1-苯基異喹啉-C2，N)合銥(III)、乙酰丙酮酸二(2-苯基苯并噻唑-C2，N)合銥(III)、二(4-苯基噻吩并[3，2-c]吡啶_N，C2’)乙酞丙酮合銥或三(1-苯基-異喹啉-C2，N)合銥。
5.如權利要求1所述的一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件，其特征在于:有機染料1和有機染料2的摻雜濃度的范圍為0.lwt%?40wt%。
6.如權利要求1所述的一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件，其特征在于:襯底為玻璃、硅、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚甲基丙烯酸甲脂。
7.如權利要求1所述的一種基于單層有機發(fā)光單元的疊層有機電致發(fā)光器件，其特征在于:陰極為鑰/低功函數(shù)金屬層所構成的復合陰極，低功函數(shù)金屬為Al、Ca、Ba或Sm ;鑰層的厚度為10?200nm,低功函數(shù)金屬層的厚度為1?100nm。
8.如權利要求1所述的一種單層結構的倒置頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件，其特征在于:陽極為11'032048、411或01，厚度為15?lOOnm。
【文檔編號】H01L51/52GK103746079SQ201410035606
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2014年1月24日
【發(fā)明者】陳平, 段羽, 薛凱文, 趙毅, 劉式墉 申請人:吉林大學