CN103280534A

CN103280534A - 基于掺杂型双空穴传输层的高效率低电压有机电致发光器件

Info

Publication number: CN103280534A
Application number: CN2013101869166A
Authority: CN
Inventors: 张小文; 许积文; 王�华; 陈国华
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明公开了一种基于掺杂型双空穴传输层的高效率低电压有机电致发光器件，包括顺序叠接的衬底、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、反射金属阴极、阳极由正向负连接反射金属阴极的外电路及从衬底射出的出射发光线，其特征是：空穴传输层为掺杂型双空穴传输层。该器件与传统空穴传输层构建的器件相比，其发光效率可以提高1.5-2倍，而驱动电压降低1V-1.5V。

Description

基于掺杂型双空穴传输层的高效率低电压有机电致发光器件

技术领域

本发明涉及有机电致发光器件，具体是一种基于掺杂型双空穴传输层的高效率低电压有机电致发光器件。

背景技术

OLED属于自发光器件，具有色彩丰富、发光效率高、机械可柔、超薄便携等优异性能在新型显示和固态照明等领域中获得了广泛的应用。由于有机材料本身具有很低的载流子浓度、载流子迁移率、以及有机材料与金属电极之间的能级匹配不理想等实际情况，导致了OLED的电流－电压（I-V）特性关系主要表现为载流子注入限制和传输限制，所以载流子注入与传输两方面是OLED的主要问题和核心内容。另一方面，构成OLED的载流子传输材料（包括电子传输材料和空穴传输材料）的电子和空穴在注入与传输能力方面也存在很大的差别，通常来说空穴传输材料的空穴迁移率远大于电子传输材料的电子迁移率，因而导致了OLED发光层中的电子数量比空穴数量少很多，电子和空穴很难达到平衡，限制了器件发光效率的提高。此外，功耗也是OLED研究及其应用需解决的关键问题，低驱动电压的OLED器件有利于提高功率转换效率。因此开发具有高发光效率和低驱动电压的OLED器件一直以来都是有机发光领域科研工作者的研究热点。从载流子注入和传输的角度来考虑，目前实现高发光效率和低驱动电压的技术路线主要有以下几种：

（1）研发具有高电子迁移特性的新型有机材料，提高电子迁移率，增加进入发光层中电子的数量，改善电子-空穴的平衡，因此提高器件的发光效率，降低驱动电压。

（2）在电子传输层和电极之间引入合适的电子注入层，降低电子注入势垒高度,提高电子注入能力，增加进入发光层中电子的数量，从而改善电子-空穴的平衡，提高器件的发光效率，降低驱动电压。

（3）在电子传输材料中掺入n型掺杂剂提高电子迁移率，增加进入发光层中电子的数量，改善发光层中电子-空穴的平衡性，提高器件的发光效率、降低驱动电压。

（4）在发光层与空穴传输层（或电子传输层）之间引入电子阻抗层（或空穴阻挡层）将载流子限制在发光层中，改善发光层中电子-空穴的平衡性，提高器件的发光效率。

（5）在空穴传输材料中掺入某些掺杂剂降低空穴的迁移率，减少进入发光层中空穴的数量来改善发光层中电子-空穴的平衡性，提高器件的发光效率。

（6）选用多功能电极或复合电极，以更好地实现有机材料与电极之间的能级匹配，提高载流子注入能力，降低器件的驱动电压。

显然，第（1）、（2）、（3）种方法在提高器件发光效率的同时还有利于降低器件的驱动电压。但是很难找到非常有效的n型电学掺杂剂或电子注入材料，目前比较常用的n型电学掺杂剂主要是一些具有给电子特性的有机材料（如8-hydroquinolatolithium）、活泼金属（如Cs、Li）以及含有活泼金属的复合物（如Cs₂CO₃、CsOH），活泼金属由于容易氧化而在实际操作过程中很难控制。另外，有机材料的n型电学掺杂提高电子迁移特性的能力也是有限的。第（4）种方法对改善载流子平衡特性也比较明显，但通常使器件的结构更加复杂化。第（5）种方法能显著提高器件的发光效率，但不利于器件驱动电压的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂型双空穴传输层并以此构建的高效率低驱动电压OLED器件，该器件与传统空穴传输层构建的器件（传输层材料和器件结构均相同，区别在于传输层不进行任何掺杂）相比，其发光效率可以大幅度提高（提高1.5-2倍）而驱动电压也可以降低很多（降低1V-1.5V）。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于掺杂型双空穴传输层的高效率低电压有机电致发光器件，包括顺序叠接的衬底、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、反射金属阴极、阳极由正向负连接反射金属阴极的外电路及从衬底射出的出射发光线，与现有技术不同的是：空穴传输层为掺杂型双空穴传输层，即第一空穴传输层（与阳极相连接的部分）采用p型电学掺杂提高传输层中空穴的迁移率，并有效降低空穴从阳极到空穴传输层的势垒高度（无需额外的空穴注入层）；第二空穴传输层（与发光层相连接的部分）掺入阻碍或抑制空穴迁移的掺杂剂以减少进入到发光层中的空穴数量，从而实现发光层中电子-空穴的平衡，提高器件的发光效率并有效降低驱动电压。

在空穴传输材料中分别掺杂两种不同功能作用的掺杂剂构成双空穴传输层。

所述掺杂型双空穴传输层的总厚度为40nm-70nm，且第一空穴传输层的厚度大于第二空穴传输层的厚度。

本发明OLED器件的制备方法为现有技术，具体是：

（1）洗净衬底和阳极；

（2）在高真空（优于5X10^-4Pa）条件下采用热蒸镀依次沉积空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、反射金属阴极，薄膜的厚度使用膜厚监控仪器监测，空穴传输层的掺杂采用双源共沉积技术实现；

（3）器件制作完毕后施加外电路时，就会从阳极一侧观察到绿色出射发光线。

本发明的优点在于：

（1）采用调控空穴传输层中空穴迁移特性的方法实现高发光效率和低驱动电压的OLED器件，避免了使用活泼金属调控电子传输层中电子迁移特性所带来的操作困难。

（2）在空穴传输材料中分别掺杂两种不同功能作用的掺杂剂构成双空穴传输层，既能有效地调控空穴的注入能力、空穴在有机材料中的传输能力、以及进入到发光层中的空穴数量，又能简化器件结构。

（3）由于阳极与p型电学掺杂的空穴传输层（第一空穴传输层）连接，空穴注入能力很强，不需要再增加额外的空穴注入层，进一步简化器件结构，制作过程易于操作，可以应用于高效率有机发光显示与照明等领域。

附图说明

图1是掺杂型双空穴传输层的OLED器件结构示意图。1—衬底、2—阳极、3—掺杂型双空穴传输层、4—发光层、5—电子传输层、6—电子注入层、7—反射金属阴极、8—外电路、9—出射发光线。

图2是传统结构的OLED器件结构示意图。1—衬底、2—阳极、3—传统空穴传输层（非掺杂）、4—发光层、5—电子传输层、6—电子注入层、7—反射金属阴极、8—外电路、9—出射发光线。

图3是掺杂型双空穴传输层OLED器件与传统结构器件发光效率的对比。

图4是掺杂型双空穴传输层OLED器件与传统结构器件驱动电压的对比。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于这些实施例。

本发明的掺杂型双空穴传输层OLED器件包括衬底1、阳极2、掺杂型双空穴传输层3、发光层4、电子传输层5、电子注入层6、反射金属阴极7、外电路8、出射发光线9。外电路8通过阳极2由正向负连接反射金属阴极7通以直流电构成。

OLED器件的制备与测试方法：洗净衬底1和阳极2后，在高真空（优于5X10^-4Pa）条件下采用热蒸镀依次沉积空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、反射金属阴极。薄膜的厚度使用膜厚监控仪器监测。空穴传输层的掺杂采用双源共沉积技术实现。器件制作完毕后施加外电路8时，就会从阳极2一侧观察到出射发光线9。用电压电流源表测量器件的驱动电压和电流，用光谱光度计测量器件的发光亮度。

实施例1：氧化物掺杂型双空穴传输层OLED器件（器件一）

衬底1可以采用玻璃；阳极2选用ITO，方阻约为10Ω/□；掺杂型双空穴传输层3是在传统应用的空穴传输材料NPB中掺入促进或抑制空穴传输的物质，NPB表示N,N’-bis(naphthalen-1-yl)-N,N’-bis(phenyl) benzidine，总厚度为40nm-70nm，在NPB中掺入MoO₃作为第一空穴传输层，掺杂量控制在2wt%-10wt%范围，厚度30nm-50nm，第二空穴传输层为NPB中掺入2wt-5wt%的TiO₂，厚度为10-20nm。发光层4是传统应用的Alq₃，Alq₃表示tris(8-hydroquinoline) aluminum ，厚度为15nm-25nm；电子传输层5是传统应用的BPhen做电子传输层材料，BPhen表示4,7-diphyenyl-1,10-phenanthroline，厚度为10nm-40nm，；电子注入层6可以采用LiF（厚度0.5nm-1nm）或Cs₂CO₃（厚度1nm-3nm）材料；反射金属阴极7可采用Al，厚度大于100nm；外电路8为驱动电源，可选择直流3V-20V。本发明的器件以阳极2加电源正极，反射金属阴极8加电源负极，施加电压会从阳极2一侧观察到绿色出射发光线9。

实施例2：有机物掺杂型双空穴传输层OLED器件（器件二）

衬底1可以采用玻璃；阳极2选用ITO，方阻约为10Ω/□；掺杂型双空穴传输层3是在传统应用的空穴传输材料NPB中掺入促进或抑制空穴传输的物质，总厚度为40nm-70nm，在NPB中掺入F₄-TCNQ作为第一空穴传输层，F₄-TCNQ表示2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane，掺杂量控制在2wt%-6wt%范围，厚度30nm-50nm，第二空穴传输层为NPB中掺入2wt-10wt%的CuPc，CuPc表示Copper-phthalocyanine，厚度为10-20nm。其余与实施例1相同。

实施例3：传统结构OLED器件（器件三）

制备传统结构OLED器件（结构如图2所示）用于与本发明器件作性能对比分析。衬底1可以采用玻璃；阳极2选用ITO，方阻约为10Ω/□；空穴传输层3是传统应用的空穴传输材料NPB（非掺杂），厚度为40nm-70nm。其余与实施例1相同。

效果：图3表示了掺杂型双空穴传输层OLED器件（器件一和器件二）与传统结构器件（器件三）发光效率的对比。由图可知，器件三的最大发光效率为3.5cd/A，器件一、器件二的最大发光效率分别达到了5.1cd/A和5.5cd/A，比传统结构OLED器件分别提高1.4倍和1.6倍。

图4是掺杂型双空穴传输层OLED器件（器件一和器件二）与传统结构器件（器件三）驱动电压的对比。器件一和器件二在12mA/cm²电流密度时的驱动电压下分别为6.3V和6.7V，该电流下器件三的驱动电压为7.8V；器件一和器件二在20mA/cm²电流密度时的驱动电压下分别为6.8V和7.2V，该电流下器件三的驱动电压为8.4V；器件一和器件二在120mA/cm²电流密度时的驱动电压下分别为8.5V和8.9V，该电流下器件三的驱动电压为10.1V；器件一和器件二在200mA/cm²电流密度时的驱动电压下分别为9.1V和9.5V，该电流下器件三的驱动电压为10.6V。因此，采用掺杂型双空穴传输层可以使器件的驱动电压降低1V-1.5V。

总体来说，采用掺杂型双空穴传输层构建的OLED器件可以使发光效率提高1.5-2倍，驱动电压则降低1V-1.5V。

Claims

1.一种基于掺杂型双空穴传输层的高效率低电压有机电致发光器件，包括顺序叠接的衬底、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、反射金属阴极、阳极由正向负连接反射金属阴极的外电路及从衬底射出的出射发光线，其特征是：空穴传输层为掺杂型双空穴传输层，即第一空穴传输层（与阳极相连接的部分）采用p型电学掺杂提高传输层中空穴的迁移率，并有效降低空穴从阳极到空穴传输层的势垒高度（无需额外的空穴注入层）；第二空穴传输层（与发光层相连接的部分）掺入阻碍或抑制空穴迁移的掺杂剂以减少进入到发光层中的空穴数量。

2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征是：在空穴传输材料中分别掺杂两种不同功能作用的掺杂剂构成双空穴传输层。

3.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征是：所述掺杂型双空穴传输层的总厚度为40nm-70nm，且第一空穴传输层的厚度大于第二空穴传输层的厚度。