一種CdS有機(jī)電致發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種白光照明領(lǐng)域的發(fā)光器件，具體的說是一種硫化鎘(CdS)有機(jī)電致發(fā)光器件，該發(fā)光器件由下至上依次包括ITO玻璃陽極襯底、NPB層、Rubrene層、NPB層、DPVBi層、Alq3層、LiF層和Al陰極層，其特征在于：它還包括一個(gè)CdS電子注入層，所述的CdS電子注入層設(shè)置在Alq3層和LiF層之間；本發(fā)明器件提高電子的注入，改善載流子的平衡，同時(shí)提高激子形成的比率，從而提高白色有機(jī)電致發(fā)光器件的效率。
【專利說明】一種CdS有機(jī)電致發(fā)光器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種白光照明領(lǐng)域的發(fā)光器件，具體的說是一種硫化鎘(CdS)有機(jī)電致發(fā)光器件。
【背景技術(shù)】
[0002]白光有機(jī)電致發(fā)光器件(WOLED)既可以作為平面顯示的背光源，還可以用作白光照明，與成熟、廉價(jià)的照明產(chǎn)品如白熾燈泡相競爭，而成為OLED領(lǐng)域新的熱點(diǎn)。這主要是因?yàn)閃OLED具有以下優(yōu)點(diǎn):壽命為普通燈泡光源的20倍；能量的損耗較低；高品質(zhì)的光輸出，紫外(UV)與紅外(IR)輻射很小；驅(qū)動(dòng)電壓低，具有較好的使用安全性。
[0003]如今有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，但仍存在著成品率不高，市場價(jià)格較貴，性能穩(wěn)定性不十分理想等問題。器件結(jié)構(gòu)和工藝的優(yōu)化，是解決這些問題的重要途徑。
[0004]改善有機(jī)材料中載流子注入的平衡或提高激子形成的幾率，是提高器件性能的重要手段。在有機(jī)發(fā)光器件中，電子是少子，設(shè)法增加電子的注入是改善載流子平衡的有效手段。
[0005]熒光是多重度相同的狀態(tài)間發(fā)生輻射躍遷產(chǎn)生的光，而磷光則是不同多重態(tài)間發(fā)生輻射躍遷而產(chǎn)生的光。
[0006]有機(jī)材料的分子或原子在強(qiáng)度適當(dāng)?shù)拇艌鲇绊懴?，化合物在原子吸收和發(fā)射光譜中譜線的數(shù)目是2S+1，這里S是體系內(nèi)電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和。一個(gè)電子的自旋量子數(shù)可以是+1/2或-1/2。根據(jù)Pauli不相容原理，兩個(gè)電子在同一個(gè)軌道里，必須是自旋配對的，也就是一個(gè)電子的自旋量子數(shù)是+1/2 (用丨表示)，另一個(gè)一定是-1/2 (用丨表示)。如果分子軌道里所有電子都是配對的(丨丨)，自旋量子數(shù)的代數(shù)和等于零，(2S+1)為I。(2S+1)是I的分子狀態(tài)稱為單重態(tài)，用符號S表示。大多數(shù)分子的基態(tài)都是單重態(tài)。
[0007]如果分子中一個(gè)電子激發(fā)到能級較高的軌道上去，并且被激發(fā)的電子仍然保持其自旋方向不變，這時(shí)S仍然等于零，體系處于激發(fā)單重態(tài)。如果被激發(fā)的電子在激發(fā)時(shí)自旋方向發(fā)生了改變，不再配對(丨丨)或(丨丨)，由于兩個(gè)電子不在同一條軌道，不違背Pauli原理，這時(shí)自旋量子數(shù)之和S=l，2S+1=3體系處在三重態(tài)，用符號T表示。電子在相同多重態(tài)間的躍遷，可以產(chǎn)生熒光；在不同多重態(tài)間的躍遷可以產(chǎn)生磷光。
[0008]由于受到自旋禁阻的限制，在熒光電致發(fā)光器件中產(chǎn)生熒光的激發(fā)單重態(tài)只占整個(gè)激發(fā)總數(shù)的少部分(25%)，而磷光則充分利用三重態(tài)(占激發(fā)總數(shù)的75%)將器件的效率獲得了很大的提聞。
[0009]有機(jī)電致磷光器件的缺點(diǎn):然而有機(jī)電致磷光器件也存在一些問題需要克服。(I)室溫條件下的發(fā)磷光的有機(jī)材料很少，(2)由于磷光的壽命一般都很長(l(T6s量級),突光的壽命一般都很短(KT9S量級)，這樣當(dāng)磷光材料摻入熒光材料母體時(shí)，如果摻入的濃度低，則會(huì)導(dǎo)致在注入的電流很小的時(shí)候，磷光發(fā)射點(diǎn)就已經(jīng)飽和(saturation of emissionsites)，器件效率很低；如果摻入的濃度過大，則由于三線態(tài)激子之間的相互作用導(dǎo)致濃度淬滅。即使摻入的磷光材料的濃度經(jīng)過優(yōu)化，在注入的電流增大時(shí)，由于磷光發(fā)射位置的飽和，也會(huì)導(dǎo)致器件的效率隨著注入電流的增大而下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種硫化鎘(CdS)有機(jī)電致發(fā)光器件，該有機(jī)電致發(fā)光器件提高電子的注入，改善載流子的平衡，同時(shí)提高激子形成的比率，從而提高白色有機(jī)電致發(fā)光器件的效率。
[0011]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，該發(fā)光器件由下至上依次包括ITO玻璃陽極襯底、NPB層、Rubrene層、NPB層、DPVBi層、Alq3層、LiF層和Al陰極層，其特征在于:它還包括一個(gè)CdS電子注入層，所述的CdS電子注入層設(shè)置在Alq3層和LiF層之間；
制備過程是:采用ITO玻璃為陽極襯底，將ITO玻璃分別用丙酮、乙醇、去離子水反復(fù)擦洗、超聲，最后干燥；在多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中由下至上依次進(jìn)行NPB層、Rubrene層、NPB層、DPVBi層和Alq3層的蒸鍍，然后在Alq3層上蒸鍍CdS電子注入層，最后在CdS電子注入層上蒸鍍LiF層和Al陰極層。
[0012]本發(fā)明引入電子注入增加層CdS的有機(jī)電致發(fā)光器件具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
1、硫化鎘(CdS)作為一種重要的半導(dǎo)體材料，它具有在光照的情況下，產(chǎn)生光電子的特性。將這種材料應(yīng)用到有機(jī)發(fā)光器件中，使其產(chǎn)生的光電子注入到有機(jī)發(fā)光層中，提高了電子的注入，改善載流子的平衡，同時(shí)提高了激子形成的比率；
2、同等條件下器件的亮度獲得了提高。在電壓為14V時(shí)，當(dāng)CdS的厚度為0.1nm時(shí)，最大亮度為16370cd/m2，加CdS的器件比不加CdS的器件，最大亮度提高到2.42倍。
[0013]3、同等條件下器件的效率獲得了提高。在同一電壓下，當(dāng)CdS的厚度為0.1nm時(shí)，當(dāng)電壓為7V時(shí)最大效率接近9.09cd/A。而不加CdS的器件在電壓是8V時(shí)最大，為5.16cd/A，加CdS的器件的最大效率提高了 1.76倍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明CdS有機(jī)電致發(fā)光器件整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是加CdS層的器件A和不加CdS層的器件B的電流密度-電壓特性曲線圖。
[0016]圖3是加CdS層的器件A和不加CdS層的器件B的效率-電壓特性曲線圖。
[0017]圖4是加CdS層的器件A NPB的發(fā)射光譜與CdS吸收光譜之間的關(guān)系圖。
[0018]圖5是電壓為IlV時(shí)不插入CdS層和插入0.1nm厚CdS層的歸一化光譜圖。
[0019]圖6是CdS層厚度不同時(shí)器件的效率-電壓特性曲線圖。
[0020]圖7是不插入CdS層的器件C和插入0.1nm厚CdS層的器件E的亮度-電壓特性曲線圖。
[0021]上述附圖中坐標(biāo)軸說明:電壓(voltage)、 亮度(Luminance)、效率(Efficiency)、吸收系數(shù)(Absorption)、波長(Wavelength)、發(fā)光強(qiáng)度(EL Intensity)、電流密度(Current Density)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]由附圖1所示:該發(fā)光器件由下至上依次包括ITO玻璃陽極襯底(70nm)、NPB層(50nm)、Rubrene 層(0.2nm)、ΝΡΒ 層(5nm) >DPVBi 層(30nm)、Alq3 層(30nm)、LiF 層(0.5nm)和Al陰極層(IOOnm?120nm)層,其特征在于:它還包括一個(gè)CdS電子注入層(0.1nm),所述的CdS電子注入層設(shè)置在Alq3層和LiF層之間；
制備過程是:采用ITO玻璃為陽極襯底，將ITO玻璃分別用丙酮、乙醇、去離子水反復(fù)擦洗、超聲，最后干燥；器件的制備在多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中進(jìn)行，將所用材料分別放在不同的蒸發(fā)源中，每個(gè)蒸發(fā)源的溫度可以單獨(dú)控制，在多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中由下至上依次進(jìn)行NPB層、Rubrene層、NPB層、DPVBi層和Alq3層的蒸鍍，蒸鍍CdS電子注入層，最后蒸鍍LiF層和Al層(陰極)，所述的有機(jī)膜的厚度由上海產(chǎn)的FTM-V型石英晶體膜厚儀監(jiān)測，在生長的過程中系統(tǒng)的真空度維持在4X 10_4Pa左右，上述制備過程采用的都是本領(lǐng)域的常規(guī)方法和手段。
[0023]本發(fā)明專利在Alq3和LiF之間加CdS層的器件性能提高的機(jī)理分析 器件名稱定義:
A:在Alq3層和LiF層之間不插入CdS層的器件
B:在Alq3層和LiF層之間插入0.3nm厚的CdS層的器件
C:在Alq3層和LiF層之間不插入CdS層的器件
E:在Alq3層和LiF層之間插入0.1 nm厚的CdS層的器件
1、同一電壓下在Alq3和LiF之間加CdS的器件B的電流密度增大。
[0024]器件A、B的電流密度-電壓特性曲線如圖2所示。由該圖可以看出，當(dāng)電壓高于9V時(shí)，在同一電壓下，加CdS的器件B的電流密度明顯高于器件A.這表明CdS對改善載流子的注入起到了非常好的作用。
[0025]2、同一電壓下在Alq3層和LiF層之間加CdS層的器件B的電流效率增大。
[0026]圖3為這組器件的效率-電壓特性曲線。由該圖可以看出，在同一電壓下，力口CdS的器件B的發(fā)光效率明顯高于器件A.這充分的表明了，在Alq3和LiF之間插入CdS(0.3nm)，對提高器件的發(fā)光效率起到了很好的作用。
[0027]3、同一電壓下在Alq3層和LiF層之間加CdS層的器件B性能改善的原因 產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是，因?yàn)樵谟袡C(jī)電致發(fā)光器件中空穴是多子，電子是少子。CdS層
的存在，吸收了 NPB產(chǎn)生的部分藍(lán)光，相應(yīng)的產(chǎn)生了光電子，增強(qiáng)了電子的注入，使得產(chǎn)生激子的幾率增加，從而提高了器件的效率。
[0028]圖4是NPB的發(fā)射光譜與CbS吸收光譜之間的關(guān)系。該圖反映了 NPB的發(fā)射光譜與CbS吸收譜之間有一定的重疊，這就形成了 CbS吸收NPB產(chǎn)生的藍(lán)光進(jìn)而產(chǎn)生光電子的可能。
[0029]圖5是電壓為IlV時(shí)，沒有插入CdS層和插入0.1nm厚CdS層的器件的歸一化光譜圖。從圖中可以看出，插入0.1nm厚的CdS吸收了 444nm附近的藍(lán)光，使該波段的光強(qiáng)相對減小，而增強(qiáng)了 560nm和596nm附近的黃光。這種變化使器件的色度也得到了改善。色坐標(biāo)由(0.2855，0.2706)變?yōu)?0.3296，0.3178)。這個(gè)結(jié)果證明了 CdS薄層加在Alq3層和LiF層之間使器件效率提高所起到的重要作用。
[0030]4、同一電壓下在Alq3層和LiF層之間加CdS層的器件的性能的進(jìn)一步優(yōu)化
為了進(jìn)一步研究CdS層的厚度對器件性能的影響，通過改變CdS層的厚度n，研究器件的效率和電壓的關(guān)系。使η的厚度分別為0、0.05,0.1,0.3,0.5和0.1xm時(shí)，對應(yīng)的器件的編號分別為C、D、E、F、G和H。
[0031]CdS層厚度不同時(shí)器件的效率-電壓特性曲線如圖6所示。在同一電壓下，當(dāng)CdS層的厚度為0.1nm時(shí)，器件的效率最大，當(dāng)電壓為7V時(shí)最大效率接近9.09cd/A。而不加CdS的器件C在電壓是8V時(shí)最大，為5.16cd/A,加CdS層的器件的最大效率提高了 1.76倍。
[0032]CdS層的厚度過厚或過薄時(shí)，器件的效率均不高。CdS層厚度過厚時(shí)，由于其載流子傳輸能力較差的因素占了主要方面，造成了發(fā)光區(qū)中激子形成的幾率和數(shù)量大幅度減小，從而造成了器件的發(fā)光效率不高的結(jié)果；當(dāng)CdS層過薄時(shí)，很難形成有效的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)，形成的光生載流子很少，沒有形成增強(qiáng)電子注入的事實(shí)，從而影響了器件的性能。
[0033]圖7是不插入CdS層的器件C和插入0.1nm厚的CdS層器件E的亮度-電壓特性曲線。由該圖可以看出，當(dāng)電壓為14V時(shí)，器件E的最大亮度達(dá)到16370cd/m2，而器件C的最大亮度為6752 cd/m2，最大亮度達(dá)到2.42倍。
【權(quán)利要求】
1.一種CdS有機(jī)電致發(fā)光器件，該發(fā)光器件由下至上依次包括ITO玻璃陽極襯底、NPB層、Rubrene層、NPB層、DPVBi層、Alq3層、LiF層和Al陰極層，其特征在于:它還包括一個(gè)CdS電子注入層，所述的CdS電子注入層設(shè)置在Alq3層和LiF層之間； 制備過程是:采用ITO玻璃為陽極襯底，將ITO玻璃分別用丙酮、乙醇、去離子水反復(fù)擦洗、超聲，最后干燥；在多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中由下至上依次進(jìn)行NPB層、Rubrene層、NPB層、DPVBi層和Alq3層的蒸鍍，然后在Alq3層上蒸鍍CdS電子注入層，最后在CdS電子注入層上蒸鍍LiF層和Al陰極層。
【文檔編號】H01L51/54GK103915568SQ201310003237
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月6日
【發(fā)明者】姜文龍, 汪津, 丁桂英, 薛志超 申請人:吉林師范大學(xué)