专利名称：一种高效有机发光器件及其制备方法
技术领域：
本发明是一种应用于发光显示和平面光源的器件，涉及有机发光器件的结构 设计和制备方法的技术领域。
背景技术：
有机发光在平板显示和固态光源中具有巨大的应用前景。自从首次提出有机 发光结构以来(US Pat. No. 4,356,429)，人们对有机发光器件开展了大量的研 究。在这些研究中，通常采用掺杂的方法来提高磷光有机发光器件和荧光发光器 件的外部量子效率。在这些器件中，施主材料和掺杂材料采用多个蒸发源同时蒸 发的方法制备发光层(随机掺杂)。在磷光有机发光器件中，通过对三线态的控 制，其效率比普通的荧光有机发光器件高四倍。通过掺杂可以隔离发光分子，从 而降低其在固态中的聚合。精确控制施主材料和掺杂材料的蒸发速率对器件性能 的优化至关重要。对磷光有机发光器件，最优化的掺杂比例大约在6%。而对荧 光有机发光器件，其最优的掺杂比例降低一个数量级。有机发光器件的性能随掺 杂的比例变化非常灵敏，采用现有的有机发光器件结构，其施主材料和掺杂材料 同时蒸发。由于很难通过调节两个蒸发源的不同蒸发速率，实现对施主材料和掺 杂材料比例的精确控制，所以难以实现器件性能的最优化。除此之外，在批量制 备有机发光器件时，很难控制不同批次器件在性能上的一致性。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种高效有机发光器件及其制备方法，采用 该方法可提高器件的发光效率和批量生产中器件性能的可重复性。
技术方案针对传统有机发光器件中的前述技术难点，本发明提出一种新的 有机发光器件发光层结构，从而避免了施主材料和掺杂材料的同时蒸发。在本发 明提出的发光层结构中，施主层和掺杂层按照顺序的方法蒸发，并形成周期性结 构，类似于多层量子阱结构。通过优化一个周期结构中施主层和掺杂层的厚度和周期结构的层数，可以实现与采用施主材料和掺杂材料共同蒸发得到的相同量子 效率。采用顺序蒸发的方法制备周期性结构的施主层和掺杂层，可以简化制备过 程，精确地控制施主材料和掺杂材料的比例，保证批量生产时的器件性能的可重复性。
本发明的高效有机发光器件在基板上设有阳极电极，在阳极电极上设有空穴 传输层,该空穴传输层上设有采用顺序蒸发的方法制备的周期性排列的施主层和 掺杂层构成的发光层；在发光层上设有空穴阻挡层，空穴阻挡层上设有电子传输 层，电子传输层上设有阴极电极。在空穴传输层和发光层之间插入反(苯基吡唑 基)铱作为电子阻挡层。
施主层和掺杂层的施主材料和掺杂材料是小分子有机材料。
施主层的施主材料为以下的材料之一4,4' -AiV -联咔唑基-联苯，1，3-二(9-咔唑)苯,4，4'-二(9-咔唑)-2，2'-二甲基-联苯，1，4-二(三苯基甲硅烷基) 苯，1，3-二(三苯基甲硅烷基)苯，8-羟基喹啉铝。
惨杂层的掺杂材料为磷光材料或者荧光材料，或在一个器件中同时使用磷光 材料和荧光材料。所述的磷光材料或者荧光材料为以下的材料之一顺-反(2-苯基吡啶)铱，2，3,6，7-四羟基-1， 1， 7, 7-四甲基-lH, 5H， 11H - 10 - (2-苯并噻唑基)喹啉-[9， 9a, lgh]香豆素，二 (2-苯基吡啶)乙酰丙酮化铱，4， 4' -二 (9-乙基-3-羧基乙烯基)-1, l'联苯，二(3，5-二氟化-2-(2-吡啶基)苯基-(2-羧 基吡啶基)铱III， 二(48，68-二氟化苯基吡啶基)四(1-吡唑基)硼酸化铱III， 4-(二氰化亚甲基)-2-丁基-6-(1， 1，7，7-四甲基久洛尼定-4-乙烯基)-4H吡喃， 二(l-苯基异喹啉)乙酰基酮化铱III 。
所述的空穴传输层的材料为N,N' -二(2-萘基)-N,N' -二苯基对二氨基联 苯，N，N'-二(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基联苯胺，4，4',4''-反^-3-甲基苯基 -N-苯基氨基)三苯基氨中的一种。
所述的空穴阻挡层的材料为2， 9-二甲基-4， 7-二苯基邻二氮杂，4, 7-二苯基 -l，lO-邻二氮杂菲，二(2-甲基-8-喹啉基)-4-苯基苯酚铝，3-(4-二苯基)-4-苯 基-5-丁基苯基-1, 2, 4-三唑中的一种。
所述的电子传输层的材料为反8-羟基喹啉铝，4， 7-二苯基-1, 10-邻二氮 杂菲，二(2-甲基-8-喹啉基)-4-苯基苯酚铝，3-(4-二苯基)-4-苯基-5-丁基苯 基-1,2,4-三唑中的一种。所述的阴极电极的阴极材料为具有低逸出功的金属或者合金。如Mg:Ag, Li， Ca， Mg:In， Mg:Al， Li:Al，或者复合电极LiF/Al， LiF/Ca/Ag， LiF/Mg:Ag/Ag 等。
采用顺序掺杂的高效有机发光器件的制备方法为
a) .在透明基板上制备透明阳极电极，
b) .超声清洗基板，并进行等离子体处理，
c) .在透明阳极上制备空穴传输层，
d) .在空穴传输层上采用顺序蒸发的方法制备周期性结构的施主层和掺杂层，构 成发光层，
e) .在发光层上制备空穴阻挡层，
f) .在空穴阻挡层上制备电子传输层，
g) .在电子传输层上制备阴极电极，
h) .封装器件。
本发明所提出的有机发光器件结构与普通结构的不同之处在于 在本发明的结构中，发光层是按照施主层一掺杂层的周期结构，或者掺杂层
一施主层的周期结构组成。在普通结构中，发光层内施主材料和掺杂材料相互混
合，没有分层结构。
在本发明结构中，通过顺序蒸发的方式，制备施主层一掺杂层的周期结构，
或者掺杂层一施主层的周期结构。在普通结构中，采用多源同时蒸发的方式制备
发光层。
有益效果在本发明中，发光层是按照施主层一掺杂层的周期结构，或者掺 杂层一施主层的周期结构组成，通过对施主层厚度、掺杂层厚度和周期性结构周 期数的优化，可以较容易实现器件性能的最优化。
在本发明中，采用顺序蒸发的方法制备施主层和掺杂层，通过对这层厚度的 控制，很容易调节施主材料和掺杂材料的比例。避免了普通结构多源同时蒸发方 式中，对不同蒸发源蒸发速率控制的不准确性。提高了批量制备时，不同批次器 件的性能一致性。
图1是本发明的采用顺序蒸发的方法制备的高效有机发光器件结构，发光层由掺杂层-施主层周期结构组成。
图2是本发明的采用顺序蒸发的方法制备的高效有机发光器件结构，发光 层由施主层-掺杂层周期结构组成。
其中有透明基板l、透明阳极电极2、空穴传输层3、发光层4、空穴阻挡 层5、电子传输层6、阴极电极7、掺杂层8、施主层9、电子阻挡层IO。
具体实施例方式
本发明的高效有机发光器件是在基板1上设有阳极电极2，在阳极电极2上 设有空穴传输层3，该空穴传输层3上设有采用顺序蒸发的方法制备的周期性排 列的施主层8和掺杂层9构成的发光层(4);在发光层上设有空穴阻挡层5，空 穴阻挡层5上设有电子传输层6，电子传输层6上设有阴极电极7。在空穴传输 层3和发光层之间插入反(苯基吡唑基)铱作为电子阻挡层。
施主层8和掺杂层9的施主材料和掺杂材料是小分子有机材料。
惨杂层的厚度在0. lnm到5nm。施主层的厚度在lnm到30nm。周期性结构的 层数从1层到12层。
本发明也可采用图2的结构，即在空穴传输层3上先设有施主层9，然后 在施主层9上设有惨杂层8，施主层9和掺杂层8构成周期性结构，在器件中可 同时使用数个周期性结构。
本发明提出的高效有机发光器件的制备方法为在透明基板上通过镀膜的方 法制备透明阳极电极，经过超声清洗后，在透明阳极电极上蒸发制备空穴传输层；
在空穴传输层上蒸发制备惨杂层，在掺杂层上蒸发制备施主层，在施主层上再次 蒸发制备掺杂层，在掺杂层上蒸发制备施主层，由此构成周期性结构。根据具体 的器件要求，可以采用数个周期性结构。该周期性结构也可以先在空穴传输层上 蒸发施主层，然后在施主层上蒸发掺杂层，并由此构成周期性结构。在数个周期
性结构的最后一层施主层或者掺杂层上蒸发空穴阻挡层;在空穴阻挡层上蒸发电 子传输层；在电子传输层上蒸发阴极电极；最后完成器件的封装。
在本发明的采用顺序掺杂的高效有机发光器件中，透明基板可采用玻璃、蓝 宝石、石英或者塑料。阳极电极采用透明导电材料，如IT0等。阴极电极则采用 Mg， Mg/Ag, and Li/Al. Mg:Ag， Li, Ca, Mg:In, Mg:Al, Li:Al，或者LiF/Al， LiF/Ca/Ag, LiF/Mg:Ag/Ag。
7空穴传输层采用具有较浅的最高被占用分子轨道(〈5. 5eV)有机材料，而且空 穴的迁移率高于电子的迁移率。空穴传输层还需要具有较大的能带宽度，以阻止 电子空穴对的扩散。可采用N，N' -二(2-萘基)-N，N' -二苯基对二氨基联苯， N, N' -二 (3-甲基苯基)-N, N' -二苯基联苯胺，4, 4' ， 4''-反(N-3-甲基苯基-N-苯 基氨基)三苯基氨.等作为空穴传输层材料。
施主有机材料需具有较大的能带宽度(大于掺杂的发射能量)，如 4， 4' U -联咔唑基-联苯，1， 3-二(9-咔唑)苯，4，4'-二(9-咔唑)-2，2'-二 甲基-联苯，1,4-二(三苯基甲硅垸基)苯，1,3-二(三苯基甲硅烷基)苯，8-羟基 喹啉铝。
惨杂有机材料具有较高的内量子效率，可以采用磷光掺杂或者荧光掺杂，也 可以在器件中同时采用上述两种掺杂方式。采用的掺杂材料有顺-反(2-苯基吡P定) 铱，2,3,6,7-四羟基-1， 1, 7， 7-四甲基-1H, 5H， 11H - 10 - (2-苯并噻唑基) 喹啉-[9,9a, lgh]香豆素，二(2-苯基吡啶)乙酰丙酮化铱，4,4'-二(9-乙基-3-羧基乙烯基)- l，l'联苯，二(3，5-二氟化-2-(2-吡啶基)苯基-(2-羧基吡啶基) 铱III, 二(48，68-二氟化苯基吡淀基)四(l-吡唑基)硼酸化铱in, 4-(二氰化亚 甲基)-2-丁基-6-(1， 1， 7， 7-四甲基久洛尼定-4-乙烯基)-4H吡喃，二(l-苯基异 喹啉)乙酰基酮化铱III
空穴阻挡层有机材料须具有很高的最高被占用分子轨道，另外还需要有很大 的能带宽度，防止空穴电子对的扩散。所用材料为2，9-二甲基-4，7-二苯基邻二 氮杂，4，7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲，二(2-甲基-8-喹啉基)-4-苯基苯酚铝， 3-(4-二苯基)-4-苯基-5-丁基苯基-1， 2， 4-三唑等。
电子传输层有机材料具有较深的最低未占用分子轨道(〉3eV),而且电子迁移 率大于空穴迁移率，所采用的材料如反8-羟基喹啉铝，4, 7-二苯基-1, 10-邻二 氮杂菲，二(2-甲基-8-喹啉基)-4-苯基苯酚铝，3-(4-二苯基)-4-苯基-5-丁基 苯基-l，2，4-三唑等。
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权利要求
1、一种高效有机发光器件，其特征是在基板(1)上设有阳极电极(2)，在阳极电极(2)上设有空穴传输层(3)，该空穴传输层(3)上设有采用顺序蒸发的方法制备的周期性排列的施主层(8)和掺杂层(9)构成的发光层(4)；在发光层(4)上设有空穴阻挡层(5)，空穴阻挡层(5)上设有电子传输层(6)，电子传输层(6)上设有阴极电极(7)。
2、 如权利要求1所述的高效有机发光器件，其特征是在空穴传输层(3)和 发光层(4)之间插入反苯基吡唑基铱作为电子阻挡层(10)。
3、 如权利要求1所述的高效有机发光器件，其特征是施主层(8)和掺杂层(9) 的施主材料和掺杂材料分别是小分子有机材料。
4、 如权利要求1所述的高效有机发光器件，其特征是施主层(8)的施主材料 为以下的材料之一4， 4' -联咔唑基-联苯，1,3-二(9-咔唑)苯，4,4'-二(g-咔唑)-2，2'-二甲基-联苯，1，4-二(三苯基甲硅烷基)苯，1,3-二(三苯基 甲硅烷基)苯，8-羟基喹啉铝。
5、 如权利要求1所述的高效有机发光器件，其特征是掺杂层(9)的掺杂材料 为磷光材料或者荧光材料，或在一个器件中同时使用磷光材料和荧光材料。
6、 如权利要求5所述的高效有机发光器件，其特征是所述的磷光材料或者 荧光材料为以下的材料之一顺-反(2-苯基吡啶)铱，2， 3， 6， 7-四羟基-1, 1， 7， 7-四甲基-1H， 5H， 11H-10 - (2-苯并噻唑基)喹啉-[9,9a， lgh]香豆素，二(2-苯基吡啶)乙酰丙酮化铱，4,4'-二(9-乙基-3-羧基乙烯基)-l，l'联苯,二(3'5-二氟化-2-(2-吡啶基)苯基-(2-羧基吡啶基)铱III， 二(48，68-二氟化苯基吡啶 基)四(l-吡唑基)硼酸化铱III, 4-(二氰化亚甲基)-2-丁基-6-(1， 1， 7， 7-四甲基 久洛尼定-4-乙烯基)-4H吡喃，二(l-苯基异喹啉)乙酰基酮化铱III 。
7、 如权利要求1所述的高效有机发光器件，其特征是所述的空穴传输层(3) 的材料为N，N' -二(2-萘基)-N,N， -二苯基对二氨基联苯，N，N'-二(3-甲基苯 基)-N， N' -二苯基联苯胺，4, 4' ， 4''-反(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯基氨中 的一种。
8、 如权利要求1所述的高效有机发光器件，其特征是所述的空穴阻挡层(5) 的材料为2,9-二甲基-4,7-二苯基邻二氮杂，4， 7-二苯基-1， 10-邻二氮杂菲，二(2-甲基-8-喹啉基)-4-苯基苯酚铝，3-(4-二苯基)-4-苯基-5-丁基苯基-1， 2, 4-三唑中的一种。
9、如权利要求1所述的有机发光器件，其特征是所述的电子传输层(6)的 材料为反8-羟基喹啉铝，4，7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲，二(2-甲基-8-喹啉 基)-4-苯基苯酚铝，3- (4-二苯基)-4-苯基-5-丁基苯基-l， 2， 4-三唑中的一种。
10、 一种如权利要求1所述的高效有机发光器件的制备方法，其特征是采用 顺序蒸发的方法制备周期性排列的施主层(8)和掺杂层(9)构成发光层，发光器件 完整的制备方法为a) .在透明基板(1)上制备透明阳极电极(2)，b) .超声清洗以上的基板，并进行等离子体处理，c) .在透明阳极电极(2)上制备空穴传输层(3)，d) .在空穴传输层(3)上采用顺序蒸发的方法制备周期性结构的施主层(9)和 掺杂层(8)，构成发光层(4)，e) .在发光层(4)上制备空穴阻挡层(5),f) .在空穴阻挡层(5)上制备电子传输层(6)，g) .在电子传输层(6)上制备阴极电极(7)，h) .封装器件。
全文摘要
一种高效有机发光器件及其制备方法涉及有机发光器件的结构设计和制备方法，可以应用于发光显示和平面光源，在基板(1)上设有阳极电极(2)，在阳极电极(2)上设有空穴传输层(3)，该空穴传输层(3)上设有采用顺序蒸发的方法制备的周期性排列的施主层(8)和掺杂层(9)构成的发光层(4)；在发光层上设有空穴阻挡层(5)，空穴阻挡层(5)上设有电子传输层(6)，电子传输层(6)上设有阴极电极(7)。采用顺序掺杂制备高效有机发光器件，施主层厚度、掺杂层厚度和发光层中周期结构的数目都是可以优化的设计参数。因此，采用本发明的结构和制备方法，可以制备效率更高的有机发光器件，应用于全彩色显示、固态光源、LCD背光源和微显示器件。
文档编号H01L51/56GK101499518SQ20091002445
公开日2009年8月5日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者卫 大, 孙小卫, 张晓兵, 王保平, 威 雷 申请人:东南大学