CN113659087A - 一种交流驱动有机发光二极管器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交流驱动有机发光二极管器件，涉及半导体器件领域。该器件的发光组件有两个发光单元，并通过连接层对称设置，两个发光单元可在交流驱动下交替发光，根据交流驱动信号可获得从蓝光到黄光的全光谱发光以及可见光和近红外光谱发光，并且可根据结构的调整实现单面发光或双面发光，极大提升了在集成电路中的应用。该器件的连接层可产生沿电场方向的离子迁移，形成导电介质，即使在反偏的情况下该器件也可正常运作。交流驱动的方式有效节约了变频器和整流器的使用成本，实现了高集成度的电子器件***，在照明、显示、光通讯编码等方面具有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体是指一种可变光的交流驱动有机发光二极管器件。
背景技术
二极管通常具有p-n结构，并且具有单项导电性和整流特性，这限制了其双向驱动的集成功能化的应用。目前的二极管只能进行单向驱动工作，如果可以双向驱动，即交流驱动，将会大大提高其在多种光电子器件方面的使用，具有非常大的市场和潜在的应用价值。如果将二极管制备成多发光层的叠层结构，或排列成像素点将会大大提高其分辨率。特别是在发光领域，简易实用的、多功能的、交流驱动的电子发光器件可以节省从市电到发光器件中逆变器的使用，这将有效节约成本和功耗。所以设计一种具有多功能的交流驱动的发光器件是必要且和急迫的，在显示、照明和光通讯领域具有重大意义。
发明内容
本发明的主要目的是设计一种垂直式交流驱动的多功能有机发光二极管器件，该器件可以在交流驱动下实现不同光色的发光，并且可以实现单面发光或双面发光。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种交流驱动有机发光二极管器件，本发明的技术方案为：
一种交流驱动有机发光二极管器件，包括阳极层、阴极层和设置在所述阳极层和所述阴极层之间的发光组件，所述阳极层设置在基底上。
进一步地，所述发光组件包括对称设置的两个发光单元和连接所述两个发光单元的连接层，所述连接层在电场驱动下能够产生离子迁移形成导电介质。
进一步地，所述发光单元包括：电子传输层，设置在所述连接层的一侧；发光层，设置在所述电子传输层背离所述连接层的一侧；空穴传输层，设置在所述发光层背离所述电子传输层的一侧；空穴注入层，设置在所述空穴传输层背离所述发光层的一侧。
进一步地，所述空穴注入层背离所述空穴传输层的一侧连接所述阳极层或所述阴极层。
进一步地，所述基底为玻璃材料或柔性非导电玻璃材料。
进一步地，所述阳极层的材料为无机材料或有机导电聚合物材料，所述无机材料选自氧化铟锡(ITO)、氧化锌锡和铝中的一种或多种，所述有机导电聚合物材料选自3,4-乙烯二氧噻吩单体、聚苯胺和聚吡咯中的一种或多种。
具体的，所述阳极层的厚度为10-150nm，优选的为150nm的ITO。
进一步地，所述阴极层的材料选自银、金、铝(Al)、镁、PEDOT和PSS中的一种或多种。
优选的，所述阴极层的材料为铝，其厚度为10-150nm。
进一步地，所述连接层的材料选自银(Ag)、铜、金和锡中的一种或多种。
优选的，所述连接层的材料为银，其厚度为1-90nm。
进一步地，所述空穴注入层为三氧化钼(MoO3)、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲、4,4-(9-(2-乙基己基)-9H-咔唑-3,6-二基)二苯酚、HAT-CH和p-型掺杂材料中的一种或多种。
优选的，所述空穴注入层的材料为三氧化钼(MoO3)，其厚度为2-10nm。
进一步地，所述空穴传输层的材料选自4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺](TAPC)、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)、4,4',4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、mCBP、a-NPD、F4-TCNQ和Tris-PCz中的一种或多种。
优选的，所述空穴传输层的材料为TAPC、NPB或TCTA，其厚度为20-60nm。
进一步地，所述发光层包括主体材料和客体材料，所述主体材料选自mCP、CBP、26DCzPPY和DPEPD中的一种或多种，所述客体材料选自FIrpic、Ir(ppy)2acac、PO-01、Ir(MDQ)2acac、DCPA-TPA、ALQ、DCJTB、C545T、2CZPN和4CZIPN中的一种或多种。
进一步地，所述客体材料的质量掺杂浓度为5wt％-15wt％。
优选的，所述发光层的材料为有机发光材料或有机无机杂化发光材料，其厚度为10-50nm。
进一步地，所述电子传输层的材料为3,3'-[5'-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1':3',1”-三联苯]-3,3”-二基]二吡啶(TmPyPb)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBI)、4,6-双(3,5-二(4-吡啶)基苯基)-2-甲基嘧啶(B4PyMPM)、三(8-羟基喹啉)合铝(ALQ3)和3,3'-[5'-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1':3',1”-三联苯]-3,3”-二基]二吡啶(TMPYPb)中的一种或多种。
优选的，所述电子传输层的材料为TmPyPb，其厚度为30-80nm。
本发明所用到的部分化合物的化学结构如下：
以ITO作为阳极层材料，Al作为阴极层材料，Ag作为连接层材料为例，本发明交流驱动的有机发光二极管器件的工作原理如下：
当阳极ITO与正极相连，阴极Al与负极相连时，电场方向为ITO指向阴极Al。在交流电源的正半个周期内，第一个发光单元蓝光会发光，而第二个发光单元黄光处于休息状态而不发光，第二个发光单元只是提供了较大的反偏漏电流而使第一个发光单元工作。需要注意的是内部连接层Ag在电场的作用下会产生Ag离子迁移，此时Ag离子沿着电场方向迁移到第二个发光单元内，并且Ag离子会被还原成单质Ag，并形成Ag导电介质，此时Ag导电介质可以传导从阴极Al产生的电子并传输给第一个发光单元的电子传输层，然后电子和ITO侧传输进入的空穴在第一个发光单元复合成激子发光。同理，在负的半个周期内，在第一个发光单元会形成Ag导电介质，而第二个的导电介质在电场驱动下会溶解，残余的Ag会在下一个正向驱动时为Ag导电介质提供生长子晶，此时第二个发光单元将会发光，而第一个发光单元将会处于休息状态。所以器件会在交流驱动下实现蓝光和黄光的交替发光，当交流信号为50HZ时，可以实现白光发光，调节正负幅值，可以实现冷白光到暖白光发光。Ag在器件中充当了必不可少的作用，Ag在电场下会发生离子迁移是实现垂直结构叠层交流驱动器件的前提。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的交流驱动有机发光二极管器件可以实现光色和强度可调、多功能的发光。在一个驱动周期内，该器件可以实现两个发光单元的交替发光，并且可根据交流驱动信号获得从蓝光到黄光的全光谱发光以及可见光和近红外光谱发光，还可以根据结构的调整实现单面发光或双面发光，极大地提升了其在集成电路中的应用；
(2)本发明器件的连接层可产生沿电场方向的离子迁移，形成导电介质，即使在反偏的情况下该器件也可正常运作；
(3)本发明采用的交流驱动方式有效节约了变频器和整流器的使用成本，实现了高集成度的电子器件***，在照明、显示、光通讯编码等方面具有重大意义。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明交流驱动的有机发光二极管器件结构示意图。
图2为本发明器件实施例1器件在矩形波驱动下的蓝光发光光谱图。
图3为本发明器件实施例1器件在方波交流驱动下的白光发光光谱图。
图4本发明器件实施例1器件在矩形波驱动下的黄光光发光光谱图。
图5本发明器件实施例1器件在正向驱动下蓝光发光亮度随电压变化曲线图。
图6为本发明器件实施例1器件在反向驱动下黄光发光亮度随电压变化曲线图。
图7为本发明器件实施例2器件在正向驱动下绿光亮度随电压变化曲线图。
图8为本发明器件实施例2器件在正向驱动下绿光的电致发光光谱图。
图9为本发明器件实施例2器件在反向驱动下红光的亮度随电压的变化曲线图。
图10为本发明器件实施例2器件在反向驱动下红光的电致发光光谱图。
图11为本发明器件实施例3在正向驱动下的绿光亮度随电压变化曲线图。
图12为本发明器件实施例3器件在正向驱动下绿光的电致发光光谱图。
图13为本发明器件实施例3器件在反向驱动下近红外的外量子效率随电压的变化曲线图。
图14为本发明器件实施例3器件在反向驱动下近红外的电致发光光谱图。
说明书附图标记说明：1、阴极层；2、空穴注入层；3、空穴传输层；4、发光层；5、电子传输层；6、连接层；7、阳极层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
将图案化ITO阳极层7的导电玻璃基底用丙酮、乙醇、去离子水反复在超声机中超声三次后，放在100℃烘箱中烘烤至干以待备用。紧接着通过蒸镀的方式依次自上而下沉积5nm的MoO3空穴注入层2，40nm的TAPC空穴传输层3，第一发光层(阳极层一侧的发光层4，主体材料为mCP，客体材料为FIrpic(15wt％质量掺杂浓度))，45nm的TmPyPb电子传输层5，6nm的Ag连接层6，45nm的TmPyPb电子传输层，第二发光层(阴极层一侧的发光层4，主体材料为mCP，客体材料为PO-01(6wt％质量掺杂浓度))，40nm的TAPC空穴传输层，5nm的MoO3空穴注入层，然后沉积120nm的铝阴极层1，最终获得交流驱动的可变色的有机发光器件，器件结构如图1所示(基底未画出)。
本实施例器件可以根据交流驱动信号获得从蓝光到黄光的全光谱发光。该器件在矩形波驱动下的蓝光发光光谱图如图2所示；在方波交流驱动下的白光发光光谱图如图3所示；在矩形波驱动下的黄光光发光光谱图如图4所示；在正向驱动下蓝光发光亮度随电压变化曲线图如图5所示；在反向驱动下黄光发光亮度随电压变化曲线图如图6所示。
结合图2、图3、图4、图5和图6可知，当蓝光发射时光谱发光峰为472nm，亮度为3000cdm-2；当黄光发射时光谱发光峰为600nm，亮度为12000cdm-2；当使用交流驱动时，频率为50HZ可以形成暖白光的发光光谱。
实施例2
在实施例1的基础上将Ag的厚度增加到60nm，形成全反射薄膜，而阴极铝的厚度降低到25nm的半透明状态；将第一发光层(阳极层一侧的发光层)的客体材料替换为Ir(ppy)2acac(12wt％质量掺杂浓度)；将第二发光层(阴极层一侧的发光层)的客体材料替换为Ir(MDQ)2acac(5wt％质量掺杂浓度)，其他条件不变。
本实施例器件可以实现双面发光，该器件在正向驱动下绿光亮度随电压变化曲线图如图7所示；在正向驱动下绿光的电致发光光谱图如图8所示；在反向驱动下红光的亮度随电压的变化曲线图如图9所示；在反向驱动下红光的电致发光光谱图如图10所示。
结合图7、图8、图9和图10可知，此时的Ag充当全反射薄膜，ITO和Al为透明状态，在交流驱动下实现双面发光，即从阳极侧可以观察到绿光，亮度为2701cdm-2，发光峰为512nm，从阴极侧可以观察到红光发光，亮度为1270cdm-2，发光峰为612nm。
实施例3
在实施例1的基础上将所述第二发光层(阴极层一侧的发光层)的客体材料替换为DCPA-TPA，其他条件不变。
本实施例器件可以在交流下实现可见光和近红外的发光。该器件在正向驱动下的绿光亮度随电压变化曲线图如图11所示；在正向驱动下绿光的电致发光光谱图如图12所示；在反向驱动下近红外的外量子效率随电压的变化曲线图如图13所示；在反向驱动下近红外的电致发光光谱图如图14所示。
结合图11、图12、图13和图14可知，在正向驱动时，绿光的最大亮度为4580cdm-2，发光峰的色坐标为(0.43，0.53)；在反向驱动时，近红外的发光峰为810nm，器件的最大外量子效率为0.08％。
此器件的成功获得广泛的应用，可以用在光通讯中，也可以作为可见光近红外交换功能的器件，白天使用可见光可以作为显示，夜间使用近红外来进行红外成像。
实施例4-8
在实施例1的基础上将ITO替换为氧化锌锡、铝、3,4-乙烯二氧噻吩单体、聚苯胺或聚吡咯。
实施例9-13
在实施例1的基础上将铝替换为银、金、镁、PEDOT或PSS。
实施例14-16
在实施例1的基础上将Ag替换为铜、金或锡。
实施例17-20
在实施例1的基础上将MoO3替换为2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲、4,4-(9-(2-乙基己基)-9H-咔唑-3,6-二基)二苯酚、HAT-CH或p-型掺杂材料。
实施例21-26
在实施例1的基础上将TAPC替换为NPB、TCTA、mCBP、a-NPD、F4-TCNQ或Tris-PCz。
实施例27-30
在实施例1的基础上将TmPyPb替换为TPBI、B4PyMPM、ALQ3或TMPYPb。
实施例31-33
在实施例1的基础上将mCP替换为CBP、26DCzPPY或DPEPD。
实施例34-38
在实施例1的基础上将FIrpic替换为ALQ、DCJTB、C545T、2CZPN或4CZIPN。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种交流驱动有机发光二极管器件，包括阳极层、阴极层和设置在所述阳极层和所述阴极层之间的发光组件，所述阳极层设置在基底上，其特征在于，
所述发光组件包括对称设置的两个发光单元和连接所述两个发光单元的连接层，所述连接层在电场驱动下能够产生离子迁移形成导电介质；
所述发光单元包括：
电子传输层，设置在所述连接层的一侧；
发光层，设置在所述电子传输层背离所述连接层的一侧；
空穴传输层，设置在所述发光层背离所述电子传输层的一侧；
空穴注入层，设置在所述空穴传输层背离所述发光层的一侧；
所述空穴注入层背离所述空穴传输层的一侧连接所述阳极层或所述阴极层。
2.根据权利要求1所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述基底为玻璃材料或柔性非导电玻璃材料。
3.根据权利要求1所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述阳极层的材料为无机材料或有机导电聚合物材料，所述无机材料选自氧化铟锡、氧化锌锡和铝中的一种或多种，所述有机导电聚合物材料选自3,4-乙烯二氧噻吩单体、聚苯胺和聚吡咯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述阴极层的材料选自银、金、铝、镁、PEDOT和PSS中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述连接层的材料选自银、铜、金和锡中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述空穴注入层的材料选自三氧化钼、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲、4,4-(9-(2-乙基己基)-9H-咔唑-3,6-二基)二苯酚、HAT-CH和p-型掺杂材料中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述空穴传输层的材料选自4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺、4,4',4”-三(咔唑-9-基)三苯胺、mCBP、a-NPD、F4-TCNQ和Tris-PCz中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述发光层包括主体材料和客体材料，所述主体材料选自mCP、CBP、26DCzPPY和DPEPD中的一种或多种，所述客体材料选自FIrpic、Ir(ppy)2acac、PO-01、Ir(MDQ)2acac、DCPA-TPA、ALQ、DCJTB、C545T、2CZPN和4CZIPN中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述客体材料的质量掺杂浓度为5wt％-15wt％。
10.根据权利要求1所述的交流驱动有机发光二极管器件，其特征在于，所述电子传输层的材料选自3,3'-[5'-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1':3',1”-三联苯]-3,3”-二基]二吡啶、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯、4,6-双(3,5-二(4-吡啶)基苯基)-2-甲基嘧啶、三(8-羟基喹啉)合铝和3,3'-[5'-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1':3',1”-三联苯]-3,3”-二基]二吡啶中的一种或多种。
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