一種空穴傳輸層結(jié)構(gòu)、有機(jī)電致發(fā)光器件及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種空穴傳輸層結(jié)構(gòu)、有機(jī)電致發(fā)光器件及其制作方法，屬于有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域。通過(guò)固定ITO玻璃基片，并使用兩個(gè)對(duì)位有機(jī)蒸發(fā)源先后蒸鍍兩種不同的空穴傳輸型材料，基于此種方法，可以實(shí)現(xiàn)空穴傳輸速率遞變的新型器件結(jié)構(gòu)。該新方法可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控發(fā)光器件載流子復(fù)合區(qū)域的形狀及位置，減少能量傳遞造成的能量損失，提高有機(jī)電致白光器件的電流效率和色穩(wěn)定性，電流效率可以到達(dá)32cd/A。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種空穴傳輸層結(jié)構(gòu)、有機(jī)電致發(fā)光器件及其制作方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種空穴傳輸層結(jié)構(gòu)、有機(jī)電致發(fā)光器件及其制作方法,屬于有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)被認(rèn)為是下一代顯示、照明技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者，與熒光燈相比它具有有超輕超薄，大面積發(fā)、可折疊、色溫可調(diào)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)顯示和照明領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿ξ舜罅康难芯抗ぷ髡叩年P(guān)注，也加速了其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。目前，有機(jī)電致發(fā)光器件主要分為三類(lèi):全熒光型器件，熒光磷光混合型器件，全磷光型器件。
[0005]其中，有機(jī)電致白光器件發(fā)光層是由紅綠藍(lán)三種顏色組合而成。盡管，隨著有機(jī)材料的種類(lèi)的不斷增多以及單色電致發(fā)光器件的迅速發(fā)展，綠光和紅光器件也已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)光器件的效率也越來(lái)越高，深藍(lán)色材料也得到長(zhǎng)足發(fā)展，但由于有機(jī)電致發(fā)光白光器件本身結(jié)構(gòu)、機(jī)理復(fù)雜等原因，仍然存在有機(jī)電致發(fā)光白光器件效率低，器件容易老化，色穩(wěn)定性差等問(wèn)題。盡管，研究的腳步?jīng)]有停止，但仍有許多機(jī)理方面的問(wèn)題沒(méi)有弄清楚。如果要解決這一系列的問(wèn)題，必須對(duì)有機(jī)電致發(fā)光白光器件工作原理、內(nèi)部機(jī)制進(jìn)行深入全面的理解，其中包括載流子的注入與傳輸機(jī)制，載流子復(fù)合發(fā)光機(jī)制，發(fā)光層能量傳遞機(jī)制等，這樣才能在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)、制作性能優(yōu)越的有機(jī)電致發(fā)光白光器件。
[0006]載流子復(fù)合發(fā)光機(jī)制在有機(jī)電致發(fā)光白光器件中具有關(guān)鍵作用，載流子復(fù)合區(qū)域的不同也會(huì)導(dǎo)致器件性能的差異較大。如果在明白載流子復(fù)合區(qū)域規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過(guò)理性調(diào)控載流子復(fù)合區(qū)域，或許能夠?qū)崿F(xiàn)理想的白光發(fā)射。載流子復(fù)合區(qū)域的位置變化主要是由器件中電子、空穴的注入和傳輸不平衡引起的，所以要想調(diào)控復(fù)合區(qū)域在發(fā)光層中從而獲得性能好的有機(jī)電致白光發(fā)射，就要盡可能地平衡器件中的正、負(fù)載流子。一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極和陰極的能壘是不同的，這樣就會(huì)導(dǎo)致從陽(yáng)極注入的空穴數(shù)目和從陰極注入的電子數(shù)目不同，且空穴在空穴傳輸層和電子在電子傳輸層的傳輸速率也不盡相同，那么電子和空穴到達(dá)發(fā)光層的時(shí)間就會(huì)不同，這樣激子最終可能在發(fā)光層和空穴傳輸層、發(fā)光層和電子傳輸層界面、某一發(fā)光層內(nèi)形成。如果在界面形成激子，激子濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致猝滅現(xiàn)象比較嚴(yán)重，大大降低了器件的效率和壽命。如果在某一發(fā)光層形成激子，會(huì)導(dǎo)致器件光譜偏離標(biāo)準(zhǔn)白光光譜較遠(yuǎn)。
[0007]目前，國(guó)內(nèi)外很多課題組在合成新型的材料的同時(shí)將材料的載流子傳輸能力作為重要參數(shù)，其目的就是為了平衡有機(jī)電子發(fā)光器件中載流子的傳輸，進(jìn)一步提高有機(jī)電致發(fā)光白光器件的效率、穩(wěn)定性等。如雙極性的主體材料、LUMO能級(jí)低且電子傳輸能力強(qiáng)的電子傳輸型材料、HOMO能級(jí)高且空穴傳輸能力強(qiáng)的空穴傳輸型材料、電子阻擋層材料、空穴阻擋層材料等。如黑龍江大學(xué)許輝課題組合成出一些適合做有機(jī)電致發(fā)光白光器件的雙極性主體材料，其器件功率效率可以達(dá)35.7 lm/W。另外，有的課題組致力于通過(guò)改變器件結(jié)構(gòu)，從而平衡載流子傳輸控制復(fù)合區(qū)域，實(shí)現(xiàn)高效率，光譜穩(wěn)定性好的有機(jī)電致發(fā)光白光器件。如謝文法課題組制作的電致發(fā)光器件功率效率達(dá)到39.6 lm/W，趙毅課題組制作的電致發(fā)光器件功率效率達(dá)到40 lm/W等。
[0008]綜上所述，載流子復(fù)合區(qū)域的調(diào)控對(duì)有機(jī)電致發(fā)光器件的性能提高具有關(guān)鍵作用，特別對(duì)有機(jī)電致發(fā)光白光器件性能的影響尤為突出。通過(guò)對(duì)載流子復(fù)合區(qū)域的研究，可以理性設(shè)計(jì)有機(jī)電致發(fā)光白光器件。所以，載流子復(fù)合區(qū)域的研究對(duì)設(shè)計(jì)效率高、色穩(wěn)定性好的有機(jī)電致發(fā)光白光器件具有非常重要的意義。
[0009]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:0LED器件存在的發(fā)光效率不高的問(wèn)題，提出一種空穴傳輸層結(jié)構(gòu)、有機(jī)電致發(fā)光器件及其制作方法。該器件結(jié)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)器件載流子的復(fù)合區(qū)域，從而減少藍(lán)光與黃光之間的能量傳遞，提高有機(jī)電致白光器件的電流效率和色穩(wěn)定性。
[0011]技術(shù)方案:
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種空穴傳輸層結(jié)構(gòu)，由從上至下排列的第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層所構(gòu)成，空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的頂部和底部平面相互平行，第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層的交界面與空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的頂部和底部平面不平行，第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層所用的材料的空穴傳輸能力不同。
[0012]第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層的材料分別獨(dú)立地選自mCP、TAPC, NPB、m-MTDATA、TCTA, Bphen, TPB1、Alq3、TmPyPB 中的一種。
[0013]第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層的材料的純度大于99.5%。
[0014]第一空穴傳輸層的一條側(cè)邊的厚度是1nm ;空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的厚度是40nm。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種包含有上述的空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的有機(jī)電致發(fā)光器件。
[0016]所述的有機(jī)電致發(fā)光器件，空穴傳輸層結(jié)構(gòu)設(shè)置于ITO玻璃基板與發(fā)光層之間。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種上述的有機(jī)電致發(fā)光器件的制作方法，包括如下步驟:
第I步、在ITO玻璃基板的一端，通過(guò)第一有機(jī)蒸發(fā)源進(jìn)行蒸鍍，形成第一空穴傳輸層；再在ITO玻璃基板的另一端，通過(guò)第二有機(jī)蒸發(fā)源進(jìn)行蒸鍍，形成第二空穴傳輸層；
第2步，再在第二空穴傳輸層上部依次蒸鍍發(fā)光層、電子傳輸層及電極。
[0018]有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(I)由于傾斜斜面的角度可以人為控制，空穴傳輸?shù)乃俣纫部梢岳硇缘目刂啤亩刂茝?fù)合區(qū)域的位置的偏轉(zhuǎn)角度。(2)減少藍(lán)光和黃光兩種激子的接觸，降低能量損失，提高器件效率。(3)由于能量傳遞減少，所以能夠增強(qiáng)器件的色穩(wěn)定性。(4)白光器件電流效率達(dá)到32 cd/A。
[0019]

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為有機(jī)電致白光器件的器件結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2為器件結(jié)構(gòu)中的空穴傳輸層的制作方法示意圖。
[0022]圖3為器件結(jié)構(gòu)中空穴與電子的復(fù)合發(fā)光的過(guò)程示意圖。
[0023]

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。
[0025]本發(fā)明中所述的“ΙΤ0玻璃基板的一端”、“ΙΤ0玻璃基板的另一端”是指處于ITO玻璃基板的同一面的兩側(cè)的位置。
[0026]實(shí)施例1
如圖1所示，以制作有機(jī)電致白光器件(WOLED)為例，器件結(jié)構(gòu)為:
IT0/PED0T:PSS (30nm)/TAPC (10?30nm)/mCP(30?10nm)/mCP:Firpic(1nm)/mCP:1r (bt) 2acac (1nm) /TmPyPB (35nm) /LiF (Inm) /Al (10nm)。
[0027]制作方法
(I)用去離子水、丙酮、乙醇等溶劑清洗ITO玻璃基底。
[0028](2)旋涂一層 PED0T:PSS，厚度約為 30?60nm。
[0029](3)旋涂完后分別蒸鍍傾斜的TAPC和mCP有機(jī)層；
具體的制作方法如圖2所示，包括兩個(gè)對(duì)位有機(jī)蒸發(fā)源，都位于ITO基板的同一面的方向，且處于該面的兩端。兩個(gè)有機(jī)蒸發(fā)源與基片保持垂直距離相等(一般在50cm以上)，兩個(gè)有機(jī)蒸發(fā)源之間的水平位置相互對(duì)稱(chēng)，分別在基片的兩端，兩者之間的水平距離保持在30cm以上，有機(jī)蒸發(fā)源是真空蒸鍍?cè)O(shè)備中溫控加熱源，與溫度控制電路連接，主要用來(lái)加熱有機(jī)材料。由其中一個(gè)先蒸發(fā)mCP實(shí)現(xiàn)傾斜的空穴傳輸層，接下來(lái)，位于相對(duì)一側(cè)的另外一個(gè)有機(jī)蒸發(fā)源進(jìn)行蒸發(fā)TAPC，實(shí)現(xiàn)一個(gè)互補(bǔ)的傾斜斜面空穴傳輸層，最終形成為如圖1中所示的結(jié)構(gòu)。
[0030](4)再依次蒸鍍發(fā)光層、電子傳輸層及鋁電極。
[0031]以下結(jié)合具體的使用過(guò)程對(duì)該器件作進(jìn)一步地說(shuō)明:
器件制作好后在兩端加一個(gè)(T15V的直流電壓進(jìn)行測(cè)試和數(shù)據(jù)采集，當(dāng)器件在電壓作用下空穴從陽(yáng)極注入、電子從陰極注入并在電場(chǎng)的作用下向器件發(fā)光層運(yùn)動(dòng)，即載流子的注入。由于TAPC的空穴傳輸速率比mCP快，所以總厚度相同的情況下TAPC厚的那一段空穴較快傳輸?shù)桨l(fā)光層，而電子各部分傳輸速度相同。所以空穴和電子相遇時(shí)，空穴傳輸快的和電子在黃光層相遇，空穴傳輸慢的和電子在藍(lán)光層相遇，并分別產(chǎn)生黃光激子和藍(lán)光激子，即空穴與電子復(fù)合產(chǎn)生激子。由于產(chǎn)生的藍(lán)光激子和黃光激子只有在TAPC和mCP厚度相等的水平位置對(duì)應(yīng)發(fā)光層位置的藍(lán)光和黃光激子才有大量接觸，產(chǎn)生能量傳遞。由于藍(lán)光激子的能量比黃光激子高，所以能量是從藍(lán)光激子轉(zhuǎn)移到黃光激子上，使得黃發(fā)光增強(qiáng)。從而導(dǎo)致光譜黃光部分增強(qiáng)。由于基于新型的器件結(jié)構(gòu)，使得藍(lán)光激子和黃光激子接觸數(shù)量減少，降低了藍(lán)光和黃光激子的能量傳遞，減少了能量損失，提高器件電流效率，并增強(qiáng)了白光器件的光譜穩(wěn)定性，最終可以實(shí)現(xiàn)空穴傳輸層不同的空穴傳輸速率，導(dǎo)致EML中載流子復(fù)合位置形狀發(fā)生改變，位置發(fā)生偏移，減少不同發(fā)光激子之間的能量傳遞，減少能量損失，提聞?dòng)袡C(jī)電致白光器件的電流效率和色穩(wěn)定性。
[0032]在本實(shí)施例的條件下，兩個(gè)空穴傳輸層作為整體的厚度約為40nm，其中，下層的TAPC空穴傳輸層的最厚的一側(cè)的厚度約是30nm (即另一側(cè)邊的側(cè)度是10 nm)，經(jīng)測(cè)定，該器件的電流效率是32 cd/A。
[0033]作為對(duì)比試驗(yàn)，與上述的器件的區(qū)別在于:兩個(gè)空穴傳輸層作為整體的厚度仍然約為40nm，但是上下層空穴傳輸層的交界面與基板平行，且交界面與基板的距離約為20nm，在相同的測(cè)定條件下，該器件的電流效率是25cd/A。
[0034]上述的實(shí)現(xiàn)傳輸能力梯度變化的器件結(jié)構(gòu)不僅可以用在OLED器件中，還可以應(yīng)用在有機(jī)太陽(yáng)能電池(OPV)、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET )等器件中，例如應(yīng)用于OPV的空穴傳輸層、電子傳輸層；應(yīng)用于OFET的有機(jī)層。
【權(quán)利要求】
1.一種空穴傳輸層結(jié)構(gòu)，其特征在于:由從上至下排列的第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層所構(gòu)成，空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的頂部和底部平面相互平行，第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層的交界面與空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的頂部和底部平面不平行，第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層所用的材料的空穴傳輸能力不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空穴傳輸層結(jié)構(gòu)，其特征在于:第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層的材料分別獨(dú)立地選自 mCP、TAPC, NPB, m_MTDATA、TCTA, Bphen, TPB1、Alq3、TmPyPB等中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空穴傳輸層結(jié)構(gòu)，其特征在于:第一空穴傳輸層和第二空穴傳輸層的材料的純度大于99.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空穴傳輸層結(jié)構(gòu)，其特征在于:第一空穴傳輸層的一條側(cè)邊的厚度是1nm ;空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的厚度是40nm。
5.包含有權(quán)利要求1所述的空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的有機(jī)電致發(fā)光器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)電致發(fā)光器件,其特征在于,空穴傳輸層結(jié)構(gòu)設(shè)置于ITO玻璃基板與發(fā)光層之間。
7.權(quán)利要求5或6所述的有機(jī)電致發(fā)光器件的制作方法，包括如下步驟:第I步、在ITO玻璃基板的一端，通過(guò)第一有機(jī)蒸發(fā)源進(jìn)行蒸鍍，形成第一空穴傳輸層；再在ITO玻璃基板的另一端，通過(guò)第二有機(jī)蒸發(fā)源進(jìn)行蒸鍍，形成第二空穴傳輸層;第2步，再在第二空穴傳輸層上部依次蒸鍍發(fā)光層、電子傳輸層及電極。
【文檔編號(hào)】H01L51/56GK104409643SQ201410623469
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】陳潤(rùn)鋒, 劉慶慶, 鄭春華, 黃維 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)