CN106981578B - 一种倒置结构有机发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒置结构有机发光二极管,属于有机光电显示器件技术领域,包括从下至上依次设置的基底、阴极、氧化锌层、银修饰层、空穴阻挡层、有机发光层、空穴传输层和背电极层,银修饰层的厚度为0.2~0.6nm,空穴阻挡层厚度为15~25nm。本发明还公开了一种倒置结构有机发光二极管的制备方法。本发明的一种倒置结构有机发光二极管,当发光层为荧光材料时,倒置结构OLED器件的寿命比无金属银修饰层的器件的延长了23%;当发光层为磷光材料时,倒置结构OLED器件同样具备较低开启电压的低功耗特性,倒置结构OLED器件的寿命比无金属银修饰层的器件的延长了25%;本发明的制备方法,制备工艺简单,与本领域传统热蒸发工艺相兼容,适合于工业化批量生产。
Description
技术领域
本发明属于有机光电显示器件技术领域,具体涉及一种倒置结构有机发光二极管及其制备方法。
背景技术
有机发光器件(OLED)是有机电子器件中最早问世的器件之一,由于OLED技术具有低功耗、主动发光、全固态、发光亮度高、色彩丰富、易于实现柔性显示等诸多优点,被业界认为是最具有发展前景的下一代平板显示和照明技术之一,并已在商业产品中应用并表现出了强劲的发展势头。
通常,OLED的阳极设置基底上表面,这种常规结构被称为正置型OLED器件。而在实际应用中,低能耗的OLED显示器件通常采用有源矩阵背板,其中薄膜晶体管驱动电流流向OLED,但是薄膜晶体管的迁移率很低,只能使用n沟道管子。因此,为了更好地实现有源驱动,OLED要求接在薄膜晶体管漏极与电源之间,这就要求OLED是底电极为阴极的倒置结构。
倒置结构OLED实例在本领域中是已知的,已有诸多报道。如:文献《Highlyefficient electron injection from indium tin oxide/cross-linkable amino-functionalized polyfluorene interface in inverted organic light emittingdevices》(Chemistry of Materials,23(21),4870-4876)和文献《Highly efficient andstable electron injection layer for inverted organic light-emitting diodes》(ACS applied materials&interfaces,2015,7(12):6438-6443)描述了倒置型OLED的一些结构实例。此外,采用金属薄层来修饰调控阴极的倒置结构OLED器件也有报道:如文献《Small-sized Al nanoparticles as electron injection hotspots in invertedorganic light-emitting diodes》(Organic Electronics,2016,28,88-93)描述了一种采用薄层铝金属修饰ITO阴极的倒置结构。
然而,目前这些器件结构由于阳极和阴极界面处空穴和电子的注入不足而表现不是很好。更为重要的是,目前倒置结构中,还存在如下一些问题:电压随时间升高可能非常大,有机物掺杂的阴极容易造成器件寿命减少,器件的效率仍需进一步提高。
发明内容
发明目的:本发明提供一种倒置结构有机发光二极管,可有效大幅降低开启电压,大幅提升器件的出光效率和寿命;本发明还提供了一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,制备工艺简单,与本领域传统热蒸发工艺相兼容,适合于工业化批量生产。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种倒置结构有机发光二极管,包括从下至上依次设置的基底、阴极、氧化锌层、银修饰层、空穴阻挡层、有机发光层、空穴传输层和背电极层,其中,所述的银修饰层的厚度为0.2~0.6nm,所述的空穴阻挡层厚度为15~25nm。
所述的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,包括如下步骤:
S1,以玻璃为基底,以ITO为OLED器件的阴极,将ITO玻璃基片放入超声水浴中,清洗后干燥该ITO玻璃基片;将干燥后的ITO玻璃基片放置到旋涂仪的旋涂台上,滴注氧化锌前聚体溶液,然后将ITO玻璃基片放置到加热板上150℃退火30s,从而在ITO玻璃基片上制备出ZnO薄膜,得到氧化锌层;接着将ITO玻璃放入蒸发仪的真空蒸镀舱中,关闭舱门,抽真空,热蒸发Ag层;
S2,在热蒸发Ag层时,通过蒸发仪的膜层厚度监测仪控制银的厚度为0.2~0.6nm,表面张力使得金属银膜裂解成银纳米颗粒,得到银修饰层;
S3,在蒸发金属银薄膜之后,将蒸发速率调整并保持在2-4依次蒸发有机材料:依次得到空穴阻挡层、有机发光层和空穴传输层;
S4,最后,将蒸发速率控制在4-5蒸镀5~8nm厚的氧化钼和100nm厚的金属银或金属铝背电极层,完成倒置结构有机发光二极管的制备。
步骤S1中,所述的氧化锌前聚体溶液制备步骤为:将220mg的二水乙酸锌与2ml的甲氧基乙醇和61μL的乙醇胺溶液放置于配液瓶中,在放入磁力搅拌子搅拌4小时,得到氧化锌前聚体溶液。
步骤S1中,所述的旋涂台调节转速为2400r/min,旋涂时间为40s。
步骤S1中,所述的热蒸发Ag层是当舱体的真空度达到4×10-4Pa时进行蒸镀金属银,蒸发速率控制在4-5
步骤S3中,所述的空穴阻挡层为20nm厚的Bphen,有机发光层为30nm厚的Alq3,空穴传输层为30nm厚的NPB。
步骤S3中,所述的空穴阻挡层为25nm厚的Bphen,有机发光层为质量掺杂百分比为8%的CBP:Ir(ppy)2(acac),空穴传输层为30nm厚的TCTA。
有益效果:与现有技术相比,本发明的一种倒置结构有机发光二极管,当发光层为荧光材料时,倒置结构OLED器件具备高效率的特性,而且在相同电流密度下,经测试有金属银修饰层的倒置结构OLED器件的寿命比无金属银修饰层的器件的延长了23%;当发光层为磷光材料时,本发明的倒置结构OLED器件同样具备较低开启电压的低功耗特性,在相同电流密度下,经测试有金属银修饰层的倒置结构OLED器件的寿命比无金属银修饰层的器件的延长了25%;本发明的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,制备工艺简单,与本领域传统热蒸发工艺相兼容,适合于工业化批量生产。
附图说明
图1是倒置结构OLED器件示意图;
图2是实施例的制备步骤示意图;
图3是实施例一的倒置结构OLED器件电流-电压测试曲线图;
图4是实施例一的倒置结构OLED的发光效率测试曲线图;
图5是实施例二的倒置结构OLED器件电流-电压测试曲线图;
图6是实施例二的倒置结构OLED的发光效率测试曲线图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种倒置结构有机发光二极管进行详细描述。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
此外,应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示,一种倒置结构有机发光二极管,包括从下至上依次设置的基底1、阴极2、氧化锌层3、银修饰层4、空穴阻挡层5、有机发光层6、空穴传输层7和背电极层8,在阴极2上表面设有氧化锌层3,在氧化锌层3上表面设有银修饰层4,银修饰层4的厚度为0.2~0.6nm,在银修饰层4上表面设有空穴阻挡层5,空穴阻挡层5厚度为15~25nm。其中,玻璃为基底1。
实施例一
如图2所示,实施例一的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,包括如下步骤:
S1,以玻璃为基底,以ITO为OLED器件的阴极,首先将ITO玻璃基片放入超声水浴中,分别用丙酮、无水乙醇和去离子水作为溶剂依次清洗15min,在烘箱中干燥该玻璃衬底。接着将220mg的二水乙酸锌与2ml的甲氧基乙醇和61μl的乙醇胺溶液放置于配液瓶中,在放入磁力搅拌子搅拌4小时,制备出氧化锌前聚体溶液。接着将上述ITO玻璃基片放置到旋涂仪的旋涂台上,调节转速为2400r/min,滴注氧化锌前聚体溶液,旋涂时间为40s,然后将基片放置到加热板上150℃退火30s,从而在ITO玻璃基片上制备出ZnO薄膜。接着将处理好的ITO玻璃放入蒸发仪的真空蒸镀舱中,关闭舱门,抽真空。当舱体的真空度达到4×10-4Pa时进行蒸镀金属银,蒸发速率控制在4-5
S2,在热蒸镀金属银的时候,通过蒸发仪的膜层厚度监测仪控制银的厚度为0.2nm;由于基底材料和金属银材料之间的受热之后的应变力不同,表面张力使得金属银膜裂解成银纳米颗粒;
S3,在蒸发金属银薄膜之后,将蒸发速率调整并保持在2-4依次蒸发有机材料:空穴阻挡层BPhen(厚度为20nm),发光层Alq3(厚度为30nm),空穴传输层NPB(厚度为30nm);
S4,最后,将蒸发速率控制在4-5蒸镀5nm厚的氧化钼和100nm厚金属银背电极,从而完成本发明提出的倒置结构OLED器件的制备(具体结构总结为:ITO/ZnO/Ag(0.2nm)/4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(Bphen,30nm)/三(8-羟基喹啉)铝(Alq3,30nm)/N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB,30nm)/MoO3(5nm)/Ag(100nm))。
进一步地,为了更清晰阐释本发明的突出优点,我们在相同条件下还制备了无银修饰层的倒置OLED器件作为参考(具体结构为:ITO/ZnO/BPhen(30nm)/Alq3(30nm)/NPB(30nm)/MoO3(5nm)/Ag(100nm))。
如图3所示,给出了实施例一的OLED倒置结构器件的电流-电压曲线图。从图中可以看出,有0.2nm金属银修饰层的器件的开启电压为3.53伏特,而无金属银修饰层的参考器件的开启电压为5.2伏特。为了更加清晰阐明本发明的突出优点,我们将此测试结果与近期一篇学术文献(Organic Electronics,2016,28,88-93)进行对比,该文献采用金属铝薄层直接修饰ITO阴极,制备倒置结构器件,器件发光层材料与本实施例一完全相同,该文献最优的倒置OLED器件的开启电压为3.95伏特,大于本实施例的3.53伏特。因此,当发光层为荧光材料时,本发明的倒置结构OLED器件具备较低开启电压的低功耗特性,可克服现有技术的高功耗的缺陷。
如图4所示,给出了实施例一的OLED倒置结构器件的电流密度-电流效率测试曲线图。从图中可以看出,有0.2nm金属银修饰层的器件的最高电流效率高达8.9cd A-1,而无金属银修饰层的参考器件的最高电流效率仅仅为5.1cd A-1。显然,本发明提出的倒置OLED器件结构可以实现高效率器件的制备。同样以学术文献(Organic Electronics,2016,28,88-93)报道的结构进行对比,该文献最佳倒置器件的电流效率仅为5.0cd A-1,显而易见,本实施例一的器件的电流效率是该文献的1.78倍。所以,与现有技术相比,当发光层为荧光材料Alq3时,本发明的倒置结构OLED器件具备高效率的特性。而且在相同电流密度下,经测试有金属银修饰层的倒置结构OLED器件的寿命比无金属银修饰层的器件的延长了23%。
实施例二
如图2所示,实施例二的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,包括如下步骤:
S1,重复实施例一的相同的制备步骤;
S2,在热蒸镀金属银的时候,通过蒸发仪的膜层厚度监测仪控制银的厚度为0.3nm。同理,表面张力使得金属银膜裂解成银纳米颗粒;
S3,在蒸发金属银薄膜之后,将蒸发速率保持在2-4依次蒸发有机材料:空穴阻挡层BPhen(厚度为25nm),发光层是磷光主体材料4'-Bis(9H-carbazol-9-yl)biphenyl(简称:CBP),掺杂了质量百分比为8%的客体磷光材料Bis(2-Phenylpyridine)(Acetylacetonate)Iridium(Iii)(简称:Ir(ppy)2(acac),厚度为15nm),空穴传输层是4,4’,4”-Tri(9-carbazoyl)triphenylamine(简称TCTA,厚度为30nm);
S4,最后,将蒸发速率控制在4-5蒸镀8nm厚的氧化钼和100nm厚金属铝背电极,从而完成本发明提出的倒置结构OLED器件的制备(具体结构总结ITO/ZnO/Ag(0.3nm)/BPhen(25nm)/CBP:Ir(ppy)2(acac)(15nm)/TCTA(30nm)/MoO3(8nm)/Al(100nm))。
为了进一步阐明本发明的优点,我们在相同条件下也制备了无银修饰层的倒置OLED参考器件(具体结构为:ITO/ZnO/BPhen(25nm)/CBP:Ir(ppy)2(acac)(15nm)/TCTA(30nm)/MoO3(8nm)/Al(100nm))。
如图5所示,给出了实施例二的OLED倒置结构器件的电流-电压测试曲线图。从测试曲线可以看出,无金属银修饰层的参考器件的开启电压为5.5伏特,而有0.3nm金属银修饰层的器件的开启电压为3.48伏特。显然,当发光层为磷光材料CBP:Ir(ppy)2(acac)时,本发明的倒置结构OLED器件同样具备较低开启电压的低功耗特性。
如图6所示,给出了实施例二的OLED器件的电流密度-电流效率测试曲线图。从图中容易看出,有0.3nm金属银修饰层的器件的最高电流效率高达98.6cdA-1,而金属银修饰层的参考器件的最高电流效率仅为41.3cd A-1,显而易见,本实施例二的倒置结构的电流效率是无修饰层的器件的电流效率的2.39倍。而且在相同电流密度下,经测试有金属银修饰层的倒置结构OLED器件的寿命比无金属银修饰层的器件的延长了25%。
Claims (6)
1.一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,其特征在于:该一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,包括从下至上依次设置的基底(1)、阴极(2)、氧化锌层(3)、银修饰层(4)、空穴阻挡层(5)、有机发光层(6)、空穴传输层(7)和背电极层(8),其中,所述的银修饰层(4)的厚度为0.2~0.6nm,所述的空穴阻挡层(5)为Bphen,其厚度为15~25nm;其制备方法,包括如下步骤:
S1,以玻璃为基底(1),以ITO为OLED器件的阴极(2),将ITO玻璃基片放入超声水浴中,清洗后干燥该ITO玻璃基片;将干燥后的ITO玻璃基片放置到旋涂仪的旋涂台上,滴注氧化锌前聚体溶液,然后将ITO玻璃基片放置到加热板上150℃退火30s,从而在ITO玻璃基片上制备出ZnO薄膜,得到氧化锌层(3);接着将ITO玻璃放入蒸发仪的真空蒸镀舱中,关闭舱门,抽真空,热蒸发Ag层;
S2,在热蒸发Ag层时,通过蒸发仪的膜层厚度监测仪控制银的厚度为0.2~0.6nm,表面张力使得金属银膜裂解成银纳米颗粒,得到银修饰层(4);
S3,在蒸发金属银薄膜之后,将蒸发速率调整并保持在依次蒸发有机材料:依次得到空穴阻挡层(5)、有机发光层(6)和空穴传输层(7);
S4,最后,将蒸发速率控制在蒸镀5~8nm厚的氧化钼和100nm厚的金属银或金属铝背电极层(8),完成倒置结构有机发光二极管的制备。
2.根据权利要求1所述的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述的氧化锌前聚体溶液制备步骤为:将220mg的二水乙酸锌与2ml的甲氧基乙醇和61μL的乙醇胺溶液放置于配液瓶中,在放入磁力搅拌子搅拌4小时,得到氧化锌前聚体溶液。
3.根据权利要求1所述的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述的旋涂台调节转速为2400r/min,旋涂时间为40s。
4.根据权利要求1所述的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述的热蒸发Ag层是当舱体的真空度达到4×10-4Pa时进行蒸镀金属银,蒸发速率控制在
5.根据权利要求1所述的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,其特征在于:步骤S3中,所述的空穴阻挡层(5)为20nm厚的Bphen,有机发光层(6)为30nm厚的Alq3,空穴传输层(7)为30nm厚的NPB。
6.根据权利要求 1所述的一种倒置结构有机发光二极管的制备方法,其特征在于:步骤S3中,所述的空穴阻挡层(5)为25nm厚的Bphen,有机发光层(6)为质量掺杂百分比为8%的CBP:Ir(ppy)2(acac),空穴传输层(7)为30nm厚的TCTA。
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