CN108649130A - 一种叠层蓝光有机电致发光器件及其制造工艺 - Google Patents

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王培�
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Abstract

本发明请求保护一种叠层蓝光有机电致发光器件及其制造工艺，包括基板，堆叠设置的阳极、其他功能层、双发光单元、单电荷产生层和阴极，所述双发光单元被电荷产生层隔开，双发光单元均为蓝色发光单元，所述蓝色发光层包括主体材料、客体材料，客体以10wt％掺杂在主体材料中。器件结构中空穴阻挡有效地抑制了蓝色发光单元的空穴扩散到电子传输材料中形成激子辐射发出绿光，形成绿色肩峰。本发明的技术方案不仅提高了器件的发光效率，还使得器件蓝光发射更加纯正。

Description

一种叠层蓝光有机电致发光器件及其制造工艺
技术领域
本发明属于有机电致发光器件技术领域，特别是一种具有绿色肩峰抑制的叠层蓝色有机电致发光器件。
背景技术
叠层有机电致发光器件结构包括至少两个发光单元，并通过该结构中电荷产生层将发光单元串联。该种结构被证实可以显著提高器件性能，有效降低由于电流导致的淬灭效应的发生，进而提高器件的寿命。Kido等人研究发现，理论上含有N个发光单元的有机电致发光器件的工作亮度可以达到单个发光单元器件的N倍，因此叠层有机电致发光器件大大提高了有机电致发光器件的工作效率与寿命。
可见，叠层有机电致发光器件，电荷产生层的性能直接影响了器件的整体性能，设计优良的电荷产生层对获取高效率的器件结构具有重要的指导意义。目前，众多与电致发光相关的科研工作者都在积极寻求良好的电荷产生层。针对不同叠层结构而言，电荷产生层还需要做相应的改良。这就使得对一种特定的叠层器件，设计出与之配套的电荷产生层有一定的困难。同时，叠层蓝光有机电致发光器件一般采用荧光材料形成发光单元或者将磷光材料掺杂进入主体材料中形成发光单元，发光单元一般采用单发光层结构。已有众多文献研究表明，Alq3既是良好的绿色荧光材料，还是优秀的电子传输材料。但是大多数有机材料中空穴迁移率大于电子迁移率，为平衡载流子的传输，抑制载流子不受约束地在其他非发光区域进行复合发光得到非目标光色的现象，就需要限制载流子的位置，控制激子产生区域，调节发光模式。因此，针对器件还需要寻找到相应的限制载流子位置及控制激子产生区域的材料。
本发明设计了与一种基本蓝色发光器件对应的具有良好性能的电荷产生层，实现了基于该电荷产生层设计的叠层蓝光有机电致器件获得最佳性能。同时，选定具有经济优势及良好空穴阻挡特性的材料BCP***到蓝色发光单元与电子传输层材料之间，限制载流子位置以及控制激子产生区域，削弱了因为Alq3自身的绿色荧光发光特性对器件的影响，进而实现了更加纯正以及高效的叠层蓝色磷光器件。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种提高器件发光纯正度、另一方面提高了器件的发光效率的叠层蓝光有机电致发光器件及其制造工艺。本发明的技术方案如下：
一种叠层蓝光有机电致发光器件，其包括：
基板，所述基板上设置有ITO阳极层，所述阳极层上设置有空穴传输层，所述空穴传输层上设置有蓝色发光单元，所述蓝色发光单元上设置有空穴阻挡层，所述空穴阻挡层上设置有电子传输层，所述电子传输层上还设置有电荷产生层，所述电荷产生层上依次设置有空穴传输层、蓝色发光单元、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层及Al阴极，(重复设置是要利用电荷产生层来产生电荷注入到第二个发光单元里面形成激子，这是一种新型结构，与之前两个发光单元直接紧挨着不同)其中ITO阳极层用于作为器件阳极，注入空穴、空穴传输层用于传输空穴较快地达到蓝色发光单元、蓝色发光单元用于作为器件核心部件，性能与电荷产生层性能密切相关、空穴阻挡层用于阻挡空穴，使得更多空穴与电子在发光单元中形成激子复合发光、电子传输层用于既可以作为加快电子传输还可以作为阻挡空穴、电荷产生层用于两个发光单元之间电荷产生泵，一侧产生电子、一侧产生空穴，与电极作用类似注入载流子到各侧邻近发光单元、电子注入层用于较快地传输电子到发光单元以及阻挡空穴、Al阴极用于器件阴极，注入电子。
进一步的，所述蓝色发光单元(3)为两个，被电荷产生层(6)隔开，所述蓝色发光单元(3)包括主体材料、客体材料，客体材料以10wt％(质量分数)掺杂在主体材料中。
进一步的，所述蓝色发光单元的蓝色磷光材料为Firpic。
进一步的，所述空穴阻挡层的材料是具有空穴阻挡特性的功能层材料。
进一步的，所述空穴阻挡层的材料采用BCP溴甲酚紫。
进一步的，所述电子传输层的材料为Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)绿色荧光材料。
进一步的，电荷产生层采用的材料为(Pentacene(并五苯)作为空穴产生材料，C60(足球烯)作为电子产生材料，Al(铝)/Cs2CO3(碳酸铯)共同作为电荷产生层修饰材料提高电荷产生层的电荷产生能力，所述电子注入层采用的材料为Cs2CO3(碳酸铯)，空穴传输层采用的材料为NBP(N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺)。
一种制造前述叠层蓝光有机电致发光器件的工艺，其包括以下步骤：
对衬底进行常规的去除其表面油污和灰尘的清洗操作，包括采用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗；为了获得较高的表面洁净度和ITO功函数，采用氧等离子体对前期清洗后的衬底进行处理，处理过程中保持O2流量800ml/min，处理设备功率80-100W，处理时间为8mins；然后立即放入蒸发镀膜仪的真空腔体内；采用真空热蒸镀方法，在高真空条件下制备器件，其中，镀第一层NPB材料时，蒸镀速率控制在0.1nm/s，持续时间为400s，蓝色发光单元中TPBi与Firpic同时蒸镀形成发光单元，TPBi(1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)速率控制在0.1nm/s，Firpic的镀膜速率需要调大膜厚检测仪的工具因子，保持在0.1nm/s即可，持续时间为100s，蒸镀BCP与Alq3时，速率控制在0.1nm/s，Al作为电荷产生层的一部分时控制在0.2nm/s，时间持续200s,作为阴极时蒸镀速率控制在0.3nm/s，持续时间大约333s，Cs2CO3蒸镀速率控制在0.02nm/s，持续时间50s，C60与Pentacene蒸镀时速率均控制在0.1nm/s。以上所有蒸镀速率并非完全精确，速率在较小波动范围内(约10％)对器件影响不大。但对于电荷产生层以及发光单元的制备速率控制应更精确，其性能直接影响器件的最大发光效率。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明设计了与一种基本蓝色发光器件对应的具有良好性能的电荷产生层，与传统的掺杂型电荷产生层相比，该电荷产生层采用非掺杂方法制备，制备方法简单，避免了因为掺杂不精确对电荷产生层器件效率的影响。并研究发现该电荷产生层对本发明中基本的蓝色发光单元结构而言具有良好的电荷注入性能，实现了基于该电荷产生层设计的叠层蓝光有机电致器件获得最佳性能。同时，选定具有经济优势及良好空穴阻挡特性的材料BCP***到蓝色发光单元与电子传输层材料之间，限制载流子位置以及控制激子产生区域，削弱了载流子扩散到Alq3区域中形成激子复合发出绿光的现象，减小了绿光对蓝色发光器件色纯度的影响。不仅如此，由于更多的载流子被限制在发光单元中，空穴与电子形成激子复合发出蓝光的概率增加，进而实现了更加纯正以及高效的叠层蓝色磷光器件。该器件与无电荷产生层的双发光层器件相比，电荷产生层的功能类似于阴极与阳极背靠背的结构，使得载流子得以补充，发光单元中的载流子浓度较高，是一种新型的有机电致发光器件结构。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例器件的结构图；
图2是器件与对比器件的归一化电致发光谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示，其器件各层的名称为：1-ITO阳极、2-空穴传输层、3-蓝色发光单元、4-空穴阻挡层、5-电子传输层、6-电荷产生层、7-电子注入层、8-Al阴极。在蓝色发光单元与电子传输材料之间加入了空穴阻挡层材料，使得空穴被有效地限制在蓝色发光层区域内与电子形成激子辐射发光，无法运动到电子传输层Alq3中形成非目的绿光。一方面提高器件发光纯正度，另一方面提高了器件的发光效率。
其具体制备方法如下：在实验前为去除其表面的油污和灰尘对衬底进行常规的清洗操作，丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗。为了获得较高的表面洁净度和ITO功函数，采用氧等离子体对前期清洗后的衬底进行处理。处理过程中保持O2流量800ml/min，处理设备功率80-100W，处理时间为8mins。然后立即放入蒸发镀膜仪的真空腔体内。采用真空热蒸镀方法，在高真空条件下(～10-5Pa)制备器件。其中，镀第一层NPB材料时，蒸镀速率控制在0.1nm/s，持续时间为400s。蓝色发光单元中TPBi与Firpic同时蒸镀形成发光单元，TPBi(1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)速率控制在0.1nm/s，Firpic的镀膜速率需要调大膜厚检测仪的工具因子，保持在0.1nm/s即可，持续时间为100s。蒸镀BCP与Alq3时，速率控制在0.1nm/s。整个电荷产生层的制备需要格外注意。Al作为电荷产生层的一部分时控制在0.2nm/s，时间持续200s,作为阴极时蒸镀速率控制在0.3nm/s，持续时间大约333s。Cs2CO3蒸镀速率控制在0.02nm/s，持续时间50s。C60与Pentacene蒸镀时速率均控制在0.1nm/s。以上所有速率并非完全精确，速率在较小波动范围内(约10％)对器件影响不大。但对于电荷产生层以及发光单元的制备速率控制应更精确，其性能直接影响器件的最大发光效率。
对比例
对比器件的结构为：
ITO(200nm)/NPB(40nm)/蓝色发光单元/Alq3(60nm)/电荷产生层/NPB(40nm)/蓝色发光单元/Alq3(60nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(100nm)
器件与对比器件的结构相比，均在电子传输层与蓝色发光单元之间设置了10nm的BCP作为空穴阻挡层。由于无空穴阻挡层，对比器件电子传输层Alq3的厚度均为60nm，其余结构完全一致。器件和对比器件的发光效率对比如表1，发光谱如图2。
通过数据可以发现，通过本例方法实现的器件的最大效率以及色坐标均得到了较大地提升，绿色肩峰得到了较好地抑制。
本次发明中所用到有机物名称及分子结构如下：
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种叠层蓝光有机电致发光器件，其特征在于，包括：基板，所述基板上设置有ITO阳极层(1)，所述阳极层(1)上设置有空穴传输层(2)，所述空穴传输层(2)上设置有蓝色发光单元(3)，所述蓝色发光单元(3)上设置有空穴阻挡层(4)，所述空穴阻挡层(4)上设置有电子传输层(5)，所述电子传输层(5)上还设置有电荷产生层(6)，所述电荷产生层(6)上依次设置有空穴传输层(2)、蓝色发光单元(3)、空穴阻挡层(4)、电子传输层(5)、电子注入层(7)及Al阴极(8)，其中ITO阳极层(1)用于作为器件阳极，注入空穴，空穴传输层(2)用于传输空穴较快地达到蓝色发光单元(3)，蓝色发光单元(3)用于作为器件核心部件，性能与电荷产生层性能密切相关，空穴阻挡层(4)用于阻挡空穴，使得更多空穴与电子在发光单元中形成激子复合发光，电子传输层(5)用于既可以作为加快电子传输还可以作为阻挡空穴，电荷产生层(6)用于两个发光单元之间电荷产生泵，一侧产生电子、一侧产生空穴，与电极作用类似注入载流子到各侧邻近发光单元，电子注入层(7)用于较快地传输电子到发光单元以及阻挡空穴，Al阴极(8)用于器件阴极，注入电子。
2.根据权利要求1所述的叠层蓝光有机电致发光器件，其特征在于，所述蓝色发光单元(3)为两个，被电荷产生层(6)隔开，所述蓝色发光单元(3)包括主体材料、客体材料，客体材料以10wt％(质量分数)掺杂在主体材料中。
3.根据权利要求2所述的叠层蓝光有机电致发光器件，其特征在于，所述蓝色发光单元(3)的蓝色磷光材料为Firpic(双(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱)。
4.根据权利要求1-3之一所述的叠层蓝光有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴阻挡层(4)的材料是具有空穴阻挡特性的功能层材料。
5.根据权利要求4所述的绿光肩峰抑制叠层蓝光有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴阻挡层(4)的材料采用BCP溴甲酚紫。
6.根据权利要求1-3之一所述的绿光肩峰抑制叠层蓝光有机电致发光器件，其特征在于，所述电子传输层(5)的材料为Alq3三(8-羟基喹啉)铝绿色荧光材料。
7.根据权利要求1-3之一所述的绿光肩峰抑制叠层蓝光有机电致发光器件，其特征在于，所述电荷产生层(6)采用的材料为(Pentacene(并五苯)作为空穴产生材料，C60足球烯作为电子产生材料，Al(铝)/Cs2CO3碳酸铯共同作为电荷产生层修饰材料提高电荷产生层的电荷产生能力，所述电子注入层(7)采用的材料为Cs2CO3碳酸铯，空穴传输层(2)采用的材料为NBP(N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺)。
8.一种制造前述权利要求1-7之一叠层蓝光有机电致发光器件的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
对衬底进行常规的去除其表面油污和灰尘的清洗操作，包括采用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗；为了获得较高的表面洁净度和ITO功函数，采用氧等离子体对前期清洗后的衬底进行处理，处理过程中保持O2流量800ml/min，处理设备功率80-100W，处理时间为8mins；然后立即放入蒸发镀膜仪的真空腔体内；采用真空热蒸镀方法，在高真空条件下制备器件，其中，镀第一层NPB材料时，蒸镀速率控制在0.1nm/s，持续时间为400s，蓝色发光单元中TPBi与Firpic同时蒸镀形成发光单元，TPBi(1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)速率控制在0.1nm/s，Firpic的镀膜速率需要调大膜厚检测仪的工具因子，保持在0.1nm/s即可，持续时间为100s，蒸镀BCP与Alq3时，速率控制在0.1nm/s，Al作为电荷产生层的一部分时控制在0.2nm/s，时间持续200s,作为阴极时蒸镀速率控制在0.3nm/s，持续时间大约333s，Cs2CO3蒸镀速率控制在0.02nm/s，持续时间50s，C60与Pentacene蒸镀时速率均控制在0.1nm/s。
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