專利名稱：采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件，屬于有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)領(lǐng)域。
1987年，美國Kodak公司的C.W.TANG等人(C.W.Tang，S.A.Slyke，Appl.Phys.Lett.51，913(1987))首次采用雙層結(jié)構(gòu)，以芳香二胺類衍生物作為空穴傳輸材料，以一種熒光效率很高且能用真空鍍膜法制成均勻致密的高質(zhì)量薄膜的有機(jī)小分子材料——八羥基喹啉鋁(以下簡(jiǎn)稱Alq3)作為發(fā)光層材料，制備出較高量子效率(1％)、高發(fā)光效率(＞1.51m/W)、高亮度(＞1000cd/m2)和低驅(qū)動(dòng)電壓(＜10V)的有機(jī)電致發(fā)光器件(OrganicElectroluminescent Devices，以下簡(jiǎn)稱OLEDs)，使得該領(lǐng)域的研究工作進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。1990年，英國Cambridge大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的Burroughes和他的同事發(fā)現(xiàn)聚合物材料也具有良好的電致發(fā)光性能，這個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)將有機(jī)電致發(fā)光材料的研究推廣到聚合物領(lǐng)域。十余年來，人們不斷地提高有機(jī)電致發(fā)光器件的制備工藝，其相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速。
OLEDs的內(nèi)量子效率主要取決于載流子的注入、傳輸、復(fù)合效率，也同時(shí)受到載流子注入平衡的重要影響。有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)在幫助降低OLEDs發(fā)光光譜寬度，提高器件發(fā)光效率，轉(zhuǎn)換器件發(fā)光顏色等方面取得了一些成功。但目前的研究中有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)普遍用來提高發(fā)光層的電子和空穴的濃度，進(jìn)而提高載流子的復(fù)合效率。比如，N.Tada等人(N.Tada，S.Tatsuhara，A.Fujii，Y.Ohmori and K.Yoshino，Jpn.J.Appl.Phys.36，421(1997))在OLEDs的發(fā)光層使用Alq3和N，N’-二苯基-N，N’-雙(間甲基苯基)-1，1’-聯(lián)苯基-4，4’-二胺(以下簡(jiǎn)稱TPD)交替多層量子阱結(jié)構(gòu)，器件的發(fā)光效率較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(發(fā)光層僅使用Alq3)有所提高。類似的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，這種性能的改善，主要?dú)w功于發(fā)光層載流子濃度的提高。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件，其包括透明基片、第一和第二電極層，以及夾在所述兩個(gè)電極層之間的緩沖層、空穴傳輸層、過渡層和可傳輸電子的有機(jī)發(fā)光層，其特征在于空穴傳輸層采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)，這種量子阱傳輸結(jié)構(gòu)由兩種有機(jī)材料組成，其中兩種材料的能級(jí)互相匹配，在量子阱界面處形成空穴的勢(shì)阱。
上述技術(shù)方案提出的采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)如下透明基片/第一電極層(陽極層)/緩沖層/空穴傳輸層-有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)/過渡層/可傳輸電子的有機(jī)發(fā)光層/第二電極層(陰極層) (1)其中結(jié)構(gòu)式(1)中的透明基片，可以是玻璃或是柔性基片，如聚酯、聚酰胺；第一電極層(陽極層)為導(dǎo)電薄膜，一般為氧化銦錫(以下簡(jiǎn)稱ITO)、氧化鋅、氧化錫鋅等金屬氧化物或金、銅、銀等功函數(shù)較高的金屬，最優(yōu)化的選擇為ITO；緩沖層一般為酞菁化合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、含氟聚合物，或者LiF、AlF3、CaF2、MgF2、SiO2、MgO、Al2O3和金剛石等無機(jī)物，本發(fā)明優(yōu)選為銅酞菁(以下簡(jiǎn)稱CuPc)；空穴傳輸層為由兩種有機(jī)材料組成的多量子阱傳輸結(jié)構(gòu)，其中兩種材料的能級(jí)互相匹配，并且由于一種材料的能級(jí)勢(shì)壘作用，使得電子和空穴的勢(shì)阱在同一種材料中，本發(fā)明優(yōu)選為[N，N′-二-(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1-聯(lián)苯基-4，4-二胺(以下簡(jiǎn)稱NPB)/CuPc]n的多層量子阱結(jié)構(gòu)，其中量子阱周期數(shù)n為1～10；過渡層采用與發(fā)光層的能級(jí)相匹配的材料，如果空穴傳輸層的多層量子阱結(jié)構(gòu)優(yōu)選為(NPB/CuPc)n，過渡層可優(yōu)選為NPB；可傳輸電子的有機(jī)發(fā)光層一般為金屬配合物，經(jīng)過優(yōu)選為Alq3、(水楊醛縮鄰胺苯酚)-(8-羥基喹啉)合鋁(III)(以下簡(jiǎn)稱Al(Saph-q))、9-羥基吖啶鋅(以下簡(jiǎn)稱Zn(Ac)2)等；第二電極層(陰極層)為金屬層，一般為鋰、鎂、鈣、鍶、鋁、銦等功函數(shù)較低的金屬或它們與銅、金、銀的合金，本發(fā)明優(yōu)選為依次的Mg∶Ag合金層、Ag層。
本發(fā)明提出的采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件，具有以下優(yōu)點(diǎn)顯著控制空穴載流子在空穴傳輸層中的遷移，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)光層電子和空穴的注入平衡，從而提高了器件的發(fā)光效率和發(fā)光亮度。
下面通過


，本發(fā)明可變得更加清楚。
圖2是本發(fā)明提出的采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件(結(jié)構(gòu)為Glass/ITO/CuPc/(NPB/CuPc)n/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag)的能級(jí)示意圖。
圖3是本發(fā)明提出的采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件(結(jié)構(gòu)為Glass/ITO/CuPc/(NPB/CuPc)n/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag)隨量子阱周期數(shù)n變化的亮度-電流密度曲線。
圖4是本發(fā)明提出的采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件(結(jié)構(gòu)為Glass/ITO/CuPc/(NPB/CuPc)n/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag)隨量子阱周期數(shù)n的變化的發(fā)光效率-電流密度曲線。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
詳細(xì)闡述本發(fā)明的內(nèi)容，應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于下述優(yōu)選實(shí)施方式，優(yōu)選實(shí)施方式僅僅作為本發(fā)明的說明性實(shí)施方案。
根據(jù)本發(fā)明提出的采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)各層采用具體材料時(shí)結(jié)構(gòu)如下(見圖1)Glass/ITO/CuPc/(NPB/CuPc)n/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag (2)其中結(jié)構(gòu)式(2)中n為NPB/CuPc量子阱的周期數(shù)，n值可為1～10。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)式(2)，結(jié)合器件的制備步驟詳細(xì)實(shí)施方式闡述如下①利用洗滌劑煮沸和去離子水超聲的方法對(duì)透明導(dǎo)電基片ITO玻璃進(jìn)行清洗、烘干，其中導(dǎo)電基片上面的ITO膜作為器件的陽極，ITO膜的方塊電阻為5Ω～100Ω，膜厚為80～220nm；②把上述清洗烘干后的ITO玻璃置于壓力為1×10-5～5×10-3Pa的真空腔內(nèi)，在上述ITO膜上蒸鍍一層CuPc作為器件的緩沖層，薄膜的蒸鍍速率為0.02～0.1nm/s，膜厚為0.5～20nm；③在上述CuPc薄膜之上繼續(xù)蒸鍍空穴傳輸層，空穴傳輸層采用有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)，即采用NPB/CuPc交替n層的量子阱結(jié)構(gòu)，n為1～10，其中CuPc的蒸鍍速率為0.02～0.1nm/s，量子阱結(jié)構(gòu)中每一層CuPc的膜厚為0.5～10nm，NPB的蒸鍍速率為0.1～0.6nm/s，量子阱結(jié)構(gòu)中每一層NPB的膜厚為1.5～30nm；④在上述空穴傳輸層上蒸鍍一層NPB作為器件的過渡層，薄膜的蒸鍍速率為0.1～0.6nm/s，膜厚為10～45nm；⑤在上述NPB薄膜之上繼續(xù)蒸鍍Alq3作為器件的發(fā)光層，Alq3也具有傳輸電子的能力，薄膜的蒸鍍速率為0.1～0.6nm/s，膜厚為40～100nm；⑥在上述Alq3薄膜之上依次蒸鍍Mg∶Ag合金層、Ag層作為器件的陰極，其中合金層Mg、Ag蒸鍍速率比為10∶1，蒸鍍總速率為0.6～2.0nm/s，蒸鍍總厚度為50～200nm，Ag保護(hù)層蒸鍍速率為0.3～0.8nm/s，厚度為40～200nm。
為了便于本發(fā)明提出的采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件的性能和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(即n＝0)器件的性能的對(duì)比，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(n＝0)各層使用的材料和本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中使用的相同，其結(jié)構(gòu)如下Glass/ITO/CuPc/NPB/Alq3/Mg∶Ag/Ag (3)而且為了便于器件性能的對(duì)比，保持器件中所有CuPc薄膜(包括緩沖層部分)總厚度為12nm，所有NPB薄膜(包括過渡層部分)總厚度為30nm，即結(jié)構(gòu)式(2)中緩沖層CuPc膜厚為6nm，過渡層NPB膜厚為15nm，空穴傳輸層中n層CuPc薄膜的總厚度為6nm，n層NPB薄膜的總厚度為15nm，結(jié)構(gòu)式(3)中緩沖層CuPc及過渡層NPB的膜厚分別為12nm、30nm。隨量子阱周期數(shù)n不同時(shí)，OLEDs的結(jié)構(gòu)如表1所示，器件的亮度-電流密度曲線、發(fā)光效率-電流密度曲線分別見圖3、圖4。
表1n OLEDs的結(jié)構(gòu)0 Glass/ITO/CuPc(12.0nm)/NPB(30.0nm)/Alq3(60.0nm)/Mg∶Ag/Ag2 Glass/ITO/CuPc(6.0nm)/[NPB(7.5nm)/CuPc(3.0nm)]2/NPB(15.0nm)/Alq3(60.0nm)/Mg∶Ag/Ag4 Glass/ITO/CuPc(6.0nm)/[NPB(3.8nm)/CuPc(1.5nm)]4/NPB(15.0nm)/Alq3(60.0nm)/Mg∶Ag/Ag
盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明構(gòu)思的引導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行各種修改和改進(jìn)，所附權(quán)利要求概括了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件，其包括透明基片(1)、第一(2)和第二電極層(7)，以及夾在所述兩個(gè)電極層之間的緩沖層(3)、空穴傳輸層(4)、過渡層(5)和可傳輸電子的有機(jī)發(fā)光層(6)，其特征在于空穴傳輸層(4)采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)，這種量子阱傳輸結(jié)構(gòu)由兩種有機(jī)材料組成，其中兩種材料的能級(jí)互相匹配，在量子阱界面處形成空穴的勢(shì)阱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于其中所述的空穴傳輸層(4)采用的有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為1～10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于其中所述的空穴傳輸層(4)采用的有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)的材料優(yōu)選為N，N′-二-(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1-聯(lián)苯基-4，4-二胺/銅酞菁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于其中所述的第一電極層(2)材料優(yōu)選為氧化銦錫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于其中所述的緩沖層(3)材料優(yōu)選為銅酞菁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于其中所述的過渡層(5)材料優(yōu)選為N，N′-二-(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1-聯(lián)苯基-4，4-二胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于其中所述的可傳輸電子的有機(jī)發(fā)光層(6)材料優(yōu)選為八羥基喹啉鋁或(水楊醛縮鄰胺苯酚)-(8-羥基喹啉)合鋁(III)或9-羥基吖啶鋅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于其中所述的第二電極層(7)材料優(yōu)選為依次的Mg∶Ag合金層、Ag層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)作空穴傳輸層的有機(jī)電致發(fā)光器件，屬于有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)領(lǐng)域。該器件的空穴傳輸層(4)采用有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)，這種量子阱傳輸結(jié)構(gòu)由兩種有機(jī)材料組成，其中兩種材料的能級(jí)互相匹配，在量子阱界面處形成空穴的勢(shì)阱。本發(fā)明在空穴傳輸層采用的有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)能夠顯著控制空穴載流子在空穴傳輸層中的遷移，實(shí)現(xiàn)了發(fā)光層電子和空穴的注入平衡，從而提高了器件的發(fā)光效率和發(fā)光亮度。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1409412SQ0211653
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月3日
發(fā)明者邱勇, 王立鐸, 高裕弟 申請(qǐng)人:清華大學(xué)