专利名称：同一发光层含有双掺杂染料共发射的有机发光二极管的制作方法
技术领域：
本实用新型属于有机发光二极管(OLED)器件领域，属于一种有机发光二极管器件结构设计。
背景技术：
有机发光二极管发展到今天，已经达到工业化程度，要提高有机发光二极管性能特别是发光效率，一般都采用掺杂式器件结构，即选择一种LUMO-HOMO带隙比较宽且具有某种载流子传输性能的材料作为基质(Host)，选择高发光效率的荧光或磷光染料作为它的掺杂剂(Dopant)材料，目的都是为了提高器件发光效率和工作稳定性，以往为了提高EL效率多采用提高掺杂剂分子浓度，但同种分子浓度的提高往往会产生降低发光效率的分子聚集态或者形成激发二聚体能态(excimer state)，如对比文献[1]T Wakimoto，Y Yonemoto，J Funaki，M Tsuchida，R Murayama，HNakada，H Matsumoto，S Yamamura，M Nomura，Synthetic Metals 91，132(1997)；[2]J.R.Gong，L.Wan，S.B.Lei，C.L.Bai，X.H.Zhang，S.T.Lee，J.Phys.Chem.B 109，1675(2005)。通过分析掺杂型EL器件的发光机制发现有两种占优势的EL机制，一种是基质到掺杂剂的能量传递机制，即载流子在基质分子上复合形成激子，然后把能量传递给掺杂剂分子，最后掺杂剂分子激子辐射衰减而发光即能量传递型电致发光(EL)；还有另外一种发光机制是载流子经由基质分子直接被掺杂剂分子陷获，然后载流子在掺杂剂分子上复合成激子最后辐射衰减而发光即陷获型EL，如对比文献[3]C.W.Tang，S.A.VanSlyke，and C.H.Chen，J.Appl.Phys.65，3610(1989)；[4]C.Adachi，T.Tsutsui，and S.Saito，Optoelectronics 625，(1991)；[5]K.Utsuki and S.Takano，J.Electrochem.Soc.139，3610(1992)；如可以完全避免对比文献[6]A.A.Shoustikov，Y.You，M.E.Thompson，IEEE J.Sel Top Quantum Electron.4，3(1998)描述的高浓度单一掺杂分子间的相互作用以及激发二聚体能态的形成。
另外也有人采用两种掺杂剂分别掺杂到OLED的两个不同发射层中的办法，如对比文献[8]C.-H.Kim，and J.Shina，Appl Phys Lett.，80，2201(2002)，[9]K.O.Cheon and J.Shinar，Appl.Phys.Lett.，81，1738，(2002)，[11]Yen-Shih Huang，Jwo-Huei Jou，Wen-Kuo Weng and Jia-Ming Liu Appl.Phys.Lett.，80，2782(2002)，但是这种方法会出现器件结构复杂，制备工艺不容易控制的不足。
发明内容
为了解决上述背景技术中高浓度单一分子间的相互作用以及激发二聚体能态的形成问题，及克服双掺杂剂掺在不同发光层的器件结构复杂、制备工艺不容易控制的不足，本发明的目的在于利用双掺杂剂掺在同一发光层内，明显降低单一掺杂剂的染料分子浓度，这样不但防止其浓度猝灭，还可以提高发光效率。
为实现上述目的本发明将要提供即可以使OLED器件性能得到明显提高，同时还会使器件结构易于设计，制作工艺简洁、并在同一发光层含有双掺杂染料共发射的有机发光二极管。
1本发明OLED器件结构包括衬底、透明导电膜、空穴注入层，空穴传输层、双掺杂染料发光层、电子传输层、电子注入层阴极。本实用新型的特点是在空穴传输层和电子传输层之间有双掺杂染料发光层。
2或衬底、透明导电膜、空穴注入层、双掺杂染料发光层、电子传输层、电子注入层阴极；在空穴注入层与电子传输层之间有双掺杂染料发光层。
3双掺杂染料发光层是由具有电子传输特性基质①或空穴传输特性基质②(也称为主体或母体)材料和两种掺杂染料分子材料A和B构成。
根据3中①双掺杂染料发光基质是选择具有电子传输特性的材料Alq3或PBD；3中②或者是选择具有空穴传输特性的材料NPB或者TPD；发光层的基质选择Alq3，它的两种掺杂染料A和B分别选择DMQA(N，N′-Dimethyl-quinacridone)和C6(Coumarin6)的组合以便获得高效绿光器件；或者发光层基质选择NPB，它的两种掺杂染料A和B分别选择Rubrene(5，6，11，12-tetra-phenylnaphthacene)和DMQA分别用作白光的黄色和绿光光谱成分，再利用从NPB向DMQA的不完全能量传递产生NPB发的部分蓝光可以获得白光OLED器件，因为DCM2掺杂在NPB中后会产生陷获机制的EL过程，并在NPB中产生橙红色EL发射，再向NPB中掺杂EL过程中能量传递机制占优势的掺杂染料，例如，DMQA，再利用从NPB向DMQA的不完全能量传递产生NPB发的部分蓝光可以获得白光OLED器件。例如发红光磷光掺杂剂Ir；荧光掺杂剂DCJTB；还可以选择发绿光的磷光材料Ir(ppy)3，及DMQA组合。
本实用发明的优点在于1利用两种掺杂染料共掺杂的器件基质薄膜层的材料选择范围宽这是因为许多电子传输材料和空穴传输材料都可以用作双掺杂染料的OLED基质薄膜层；2薄膜层中的双掺杂染料可以克服单个掺杂型器件的浓度猝灭问题；3通过双掺杂剂的染料在薄膜层中的不同组合，有机发光二极管(OLED)的发射层含有双发射掺杂染料时不但可以提高OLED器件的EL性能，还可以获得需要的发光颜色，原则上可以获得高效绿色，红色以及白光OLED器件4双掺杂剂的染料的OLED器件制作工艺简单用本实新型在同一基质中掺杂EL机制不同的两种发光染料分子，在保持各自最佳掺杂浓度的同时仍然可以获得高的EL效率，其理由是电荷陷获过程要比Frster能量传递过程快得多，可以大大减弱两种掺杂分子间相互作用引起的浓度猝灭，因为浓度猝灭主要产生于同种分子间的相互作用。
利用两种的不同发光机制即一种EL过程为载流子陷获机制，而另外一种EL过程为能量传递机制，最后即使两种浓度总和与原来任意一种单独掺杂时的浓度一样高，器件的发光也不会产生浓度猝灭。
图1是本发明有机发光二极管结构示意图，也是摘要附图；图2是第二种结构示意图；其中包括衬底1、透明导电膜2、空穴注入层3、空穴传输层4、含双掺杂染料的发光层5、电子传输层6、电子注入层阴极7。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本实用新型不限于这些实施例。
本发明的器件中包括衬底1、透明导电膜2、空穴注入层3、空穴传输层4、含双掺杂染料的发光层5、电子传输层6、电子注入层阴极7、外电路8、发射光线9。
衬底1用玻璃或透明塑料；透明导电膜(空穴收集电极)2选用ITO透明导电膜；空穴注入层材料3可以选用CuPc、m-MTDATA或2-TNATA，当选择CuPc时，厚度选取1nm～5nm，当选择m-MTDATA或2-TNATA时厚度选取10nm～30nm；空穴传输层4的材料采用二胺衍生物(diamine derivative)可以选用NPB或TPD如TPD、NPB，厚度选取10nm～30nm；含双掺杂染料的发光层5的基质材料可以是具有电子传输特性的材料Alq3或PBD，Alq3为[tris(8-hydroxyquinoline)aluminum]，PBD为[2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)1，3，4-oxadiazole]等；含双掺杂染料的发光层5的基质材料或者是选择具有空穴传输特性的材料NPB或者TPD等，也可以是双极性的CBP(4‘4-N’，N″-8-dicarbazolebiphenyl)；发光层5的基质两种掺杂剂材料A和B选择NPB，它的掺杂剂材料A和B分别选择Rubrene(5，6，11，12-tetra-phenylnaphthacene)和DMQA分别用作白光的黄色和绿光光谱成分，DCM2和DMQA、Ir(DPF)3和DCJTB或Ir(ppy)3和DMQA等，掺杂剂材料A和B要与发光层5的基质材料采用共蒸发技术成均匀的薄膜，掺杂剂材料A和B的质量百分比含量分别为0.01-3％和0.01-5％。电子传输层材料6选择Alq3或PBD，它们的厚度可选取20nm～30nm，电子注入层7可以选择LiF，CsF，BaF2或NaCl等，阴极薄膜材料一般选择金属铝。
本发明的器件在外电路8的3V～20V直流电压驱动下，可以从透明导电膜2(ITO)的底部透明基板给出EL发射光线9，这种EL发射可以是共发射的绿光或红光，或者共发射黄光，红光和基质发射的蓝光组成的白光。
实施例1本实用新型选用图1所示的结构。在本实施例中，首先透明导电膜2选择ITO膜作为作为阳极(20Ω/□)，洗净并经过O2等离子等处理之后，在高真空(3-2×10-4帕)下依次在ITO膜上热蒸发有机物和金属电极，晶体震荡器监控所有被蒸发物质的薄膜厚度；所有物质在蒸发过程中不破坏真空。具体是空穴注入层3采用CuPc(厚度为1.5nm)，空穴传输层4采用NPB材料，(厚度50nm)，双掺杂发光层5采用三源同时蒸发Alq30.8％DMQA+0.8％Coumarin6(厚度为30nm)，Alq3(厚度为30nm)，LiF(0.8nm)，Al(150nm)。
在13V驱动下最大亮度可达50,000cd/m2；在20mA/cm2电流驱动下，EL效率可达9.33 cd/A，比单掺杂同样浓度(1.6％)的DMQA (～5.0cd/A)和.6％C6(～6.0cd/A)时的效率都有明显增加。
本实用新型选用图1所示的器件结构。在本实施例中，首先透明导电膜2选择ITO膜作为作为阳极(20Ω/□)，洗净并经过O2等离子等处理之后，在高真空(3-2×10-4帕)下依次在ITO膜上热蒸发有机物和金属电极，适应晶体震荡器监控所有被蒸发物质的薄膜厚度；所有物质在蒸发过程中不破坏真空。具体是空穴注入层CuPc(1.5nm)，空穴传输层NPB(50-nm)，双掺杂发射层采用三源同时蒸发Alq30.8％DMQA0.8％+Coumarin6(30-nm)，Alq3(30-nm)，LiF(0.8nm)，Al(150nm)。
在13V驱动下最大亮度可达50,000cd/m2；在20mA/cm2电流驱动下，EL效率可达9.4cd/A，在不降低色纯度的情况下，比单掺杂同样浓度(1.6％)的DMQA(～5.0 cd/A)和.6％C6(～6.0 cd/A)时的效率都有明显增加。
实施例2在实施例1基础上，空穴注入层3选用m-MTDATA(厚度为20nm)，空穴传输层4选用NPB材料，厚度采用(50nm)，双掺杂发光层5采用三源同时蒸发Alq3(2％DCJTB+1％Ir(DPF)3)(厚度为30nm)，Alq3(厚度为30nm)，LiF(厚度为0.8nm)，Al(厚度为150nm)。在13V驱动下最大亮度可达6,000cd/m2；在17V下，EL效率13.2cd/A。
实施例3在实施例1基础上，空穴注入层选用2--TNATA(25nm)，空穴传输层4选用NPB材料，厚度采用(50-nm)，双掺杂发光层5采用三源同时蒸发NPB(2％Rubrene1％+Ir(DPF)3 1％)(10nm)，Alq3(30-nm)，LiF(0.8nm)，Al(150nm)。该器件利用了Rubrene的部分黄光发射，Ir(DPF)3的部分红光发射和基质的部分蓝光发射，获得结果是8V时的色度坐标为(x＝0.319，y＝0.337)，对应的显色指数(Ra)为83，该器件在直流电流密度为0.1mA/cm2时最大白光发光效率可达5.6cd/A(3.91m/W)，在15V时达到的最大亮度为5，100cd/m2。其性能参数达到了白光照明光源的要求。
本实用新型关键是器件的结构设计，只要结构设计合理，采用优质的发光基质和发光掺杂剂材料，就可以根据需要制作出希望发光色的OLED器件。
权利要求1同一发光层含有双掺杂染料共发射的有机发光二极管，包括衬底(1)、透明导电膜(2)、空穴注入层(3)、空穴传输层(4)、双掺杂染料的发光层(5)、电子传输层(6)、电子注入层/阴极(7)；其特征在于a、在空穴传输层(4)和电子传输层(6)之间夹着一层双掺杂染料发光层(5)；b、在空穴注入层(3)与电子传输层(6)之间夹着一层双掺杂染料发光层(5)。
2.根据权利要求1所述的同一发光层含有双掺杂染料共发射的有机发光二极管，其特征在于双掺杂染料的发光层(5)基质材料是具有电子传输特性的材料①Alq3或PBD，或是具有空穴传输特性的材料②NPB，TPD或双极性的CBP；基质材料的厚度选取10nm-30nm。
3.根据权利要求1所述的同一发光层含有双掺杂染料共发射的有机发光二极管，其特征在于衬底(1)用玻璃或透明塑料；透明导电膜(2)选用ITO透明导电膜；空穴注入层材料(3)选用CuPc，m-MTDATA或2-TNATA，当选择CuPc时，厚度选取1nm～5nm，当选择m-MTDATA或2-TNATA时厚度选取10nm～30nm；空穴传输层材料(4)选用NPB或TPD，厚度选取10nm～30nm；电子传输层材料(6)选择Alq3或PBD，它们的厚度可选取20nm～30nm，电子注入层(7)可以选择LiF，CsF，BaF2或NaCl。
专利摘要本实用新型是一种同一发光层含有双掺杂染料共发射的有机发光二极管，属于有机发光二极管(OLED)器件领域，该有机发光二极管的特征是在空穴传输层(4)和电子传输层(6)之间有双掺杂染料发光层(5)；或在空穴注入层(3)与电子传输层(6)之间有双掺杂染料发光层(5)；双掺杂染料的发光层(5)的基质材料与掺杂剂材料(A)和(B)采用共蒸发技术制成均匀的薄膜；在发光层(5)掺杂EL机制不同的两种发光染料分子，大大减弱两种掺杂分子间相互作用引起的浓度猝灭，可以完全避免形成激发二聚体能态，还可以克服两种掺杂剂分别掺杂到两个不同发射层基质的工艺不容易控制的缺点，不但可以提高OLED器件的电致发光性能，还可以获得需要的发光颜色。
文档编号H01L51/54GK2935479SQ20062002860
公开日2007年8月15日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者李文连, 苏文明, 初蓓, 毕德锋 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所