一种高效率的有机单层发光二极管及其制备方法与流程

本发明涉及有机电致发光器件(oled)领域。更具体地说，本发明涉及一种有机单层电致发光器件及其简单制备的方法。

背景技术：

随着科学技术水平的提升，显示技术正在从传统的方式如阴极射线管、液晶显示，逐渐向大面积、可弯曲、超薄、超轻等技术发展。有机电致发光器件(oled)是近年发展起来的一种令人瞩目的固体化平板显示技术，与其他显示技术相比，oled具有低直流电压驱动、功耗低、自发光、结构简单、超轻薄、响应速度快、宽视角及实现可弯曲性等优点，因而成为光电子器件和平板显示领域中最有前景的技术之一。(nature,459234(2009))

为了提升有机电致发光器件的效率和寿命，高性能的器件常常包含了空穴注入层，空穴传输层，发光层，电子传输层、电子注入层等功能层。(adv.funct.mater.11310(2010))然而，如此多功能层的器件结构增加了制备的复杂性和生产的成本。因此，有必要简化有机电致发光器件结构，特别是发展有机单层电致发光器件。然而有机功能层能很好的调控空穴电流和电子电流，调节载流子的复合区域，从而提升器件的发光性能，所以与有机多层电致发光器件相比，在不降低外量子效率和在高亮度时保持高效率的前提下，简化有机多层电致发光器件的结构存在着一定的挑战。

对于有机发光器件来说，电流效率是用于表征oled的重要判据之一。在双层的有机电致发光器件中，复合区域在空穴传输层和电子传输层的界面，(appl.phys.lett.51913(1987))但在单层器件中，由于没有异质界面的存在，空穴和电子的复合将在传输的过程中完成，否则传输的空穴和电子将形成暗电流，从而降低器件的效率。因此在有机单层电致发光器件的设计和制备的过程中，应平衡载流子的注入和传输，使复合区域远离阴阳极，减小激子的淬灭。

技术实现要素：

技术问题：本发明就是针对上述问题提出一种高效率的有机单层发光二极管及其制备方法，设计了一种氯化溶剂和ito电极共同紫外处理形成的cl-ito做阳极的高效率有机单层发光二极管及其制备方法。本发明的有机单层发光二极管采用氯化溶剂和ito电极共同紫外处理的方法来修饰ito电极，平衡载流子的注入和传输，提升器件的效率。与用氧化钼修饰ito器件相比，cl-ito减少了一次气相沉积的过程，有效地简化了制造工艺。

技术方案：利用cl-ito具有高功函数、功函数可调、制备方法简单等特性，将其引用作为有机单层发光二极管的阳极，有机单层发光二极管的空穴注入能力得到大幅度提高，同时也提高了器件的电流效率。在紫外射线的照射下，氯(cl)基容易从氯化溶剂(氯仿、氯苯、二氯苯)中释放，取代ito表面的o，形成氯-铟键。经紫外光电子谱测试，cl-ito与ito相比，cl-ito具有更高的功函数。cl-ito的功函数与氯-铟键形成的多少有关，cl-ito的功函数最高可达6.1电子伏特(ev)。利用cl-ito的功函数与氯化溶剂紫外处理时间有关，变化ito与氯化溶剂紫外处理时间，可调节cl-ito的功函数(4.7ev—6.1ev)。

在有机单层发光二极管中，电极与发光材料间的界面是相对重要的部分，电极与发光材料间的能级不匹配，将造成载流子的注入困难，发光二极管的启亮电压高，电流效率低，器件极易恶化等缺点。本发明利用cl-ito具有高功函数且功函数可调等的性质，使用其作为有机单层发光二极管的阳极，平衡了空穴和电子的注入能力，提高整个器件的性能。

本发明的一种高效率有机单层发光二极管的层状结构自下而上的顺序设置为：透明衬底、透明阳极、发光层、电子注入层和金属阴极。

其中，

所述的透明衬底为透明玻璃。

所述的透明阳极为氧化铟锡ito。

所述的发光层主体为1,3,5-三(n-苯基苯并咪唑-2-基)苯，简称tpbi；发光层客体为三(2-苯基吡啶)铱，简称ir(ppy)3。

所述的电子注入层是氟化锂lif。

所述的金属阴极为铝al。

本发明的高效率有机单层发光二极管的制备方法包括以下步骤：

1)预处理ito玻璃：将刻蚀并清洗干净的ito导电玻璃用氮气吹干并进行紫外线臭氧处理；

2)再把预处理好的ito玻璃和氯化溶剂一同放入封闭的玻璃反应釜中，再共同紫外处理，然后把氯化完的ito玻璃即cl-ito阳极装入真空镀膜系统中；

3)在一个真空度为5×10^-4帕斯卡以下的真空镀膜系统中采用真空热蒸发的方法，依次在所述的cl-ito玻璃上蒸镀80-100纳米的发光层tpbi、ir(ppy)3，ir(ppy)3的质量分数占整个发光层质量的30-35％，0.7-1纳米的电子注入层lif，及120-150纳米的金属阴极al；

其中cl-ito阳极和金属阴极的相互交叉部分形成器件的发光区。

其中，

所述的所述的氯化溶剂为氯仿、氯苯或二氯苯中的一种。

所述的tpbi的蒸发速率控制在0.05-0.1纳米每秒，ir(ppy)3的蒸发速率控制在0.015-0.033纳米每秒，lif的蒸发速率控制在0.005-0.01纳米每秒，厚金属阴极的蒸发速率控制在0.3-0.5纳米每秒。材料生长的厚度及生长速率由膜厚仪实时监控。

本发明的有机单层发光二极管采用氯化溶剂和ito电极共同紫外处理的方法来修饰ito电极，平衡载流子的注入和传输，提升器件的效率。与用氧化钼修饰ito器件相比，cl-ito减少了一次气相沉积的过程，有效地简化了制造工艺。

有益效果：本发明的上述技术方案相比于现有技术具有以下优点：

1.本发明所述的高效率有机单层发光器件，可通过调节氯化溶剂紫外处理的时间来改变ito的功函数，从而平衡载流子的注入和传输，提升器件的效率。

2.本发明所述的高效率有机单层发光器件，cl-ito在制备时不需要气相沉积，只要将ito表面和氯化溶剂共同紫外处理即可，可以有效地简化了制造工艺。

3.本发明所述的高效率有机单层发光器件，可使用的氯化溶剂的种类多，如氯仿，氯苯，二氯苯等。

4.本发明使用材料：tpbi、ir(ppy)3、lif和al均为商业化的材料，取材方便。

附图说明

图1是实施案例一所作出的有机单层电致发光器件结构图。

图2是实施案例二、三、四所作出的有机单层电致发光器件结构图。

图3给出了四组器件的电流效率－亮度特性曲线。

图4给出了四组器件的光谱图。

具体实施方式

实施例一:

将刻蚀好的ito导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各超声15分钟两遍。清洗干净的ito导电玻璃用氮气吹干之后，将其放置紫外臭氧仪中处理5分钟，最后把该玻璃衬底放到真空镀膜系统中。将有机材料放置在不同的蒸发源，每个蒸发源的温度可以单独控制。当真空镀膜系统真空度达到5×10^-4帕斯卡以下的时候，在阳极上蒸镀1纳米的空穴注入层moo3、100纳米的发光层tpbi：ir(ppy)3,ir(ppy)3的质量分数占整个发光层质量的33％、0.7纳米的电子注入层lif和150纳米的厚金属阴极al，其中两个电极相互交叉的部分形成器件的发光区，发光区有效面积为16平方毫米。材料生长的厚度及生长速率由膜厚仪实时监控。moo3的蒸发速率控制在0.005纳米每秒，tpbi的蒸发速率控制在0.1纳米每秒，ir(ppy)3的蒸发速率控制在0.033纳米每秒，lif的蒸发速率控制在0.005纳米每秒，厚金属阴极的蒸发速率控制在0.3纳米每秒到0.5纳米每秒。在蒸镀完成之后,器件拿到大气环境中进行电流密度-电压-亮度关系的测试和光谱的测试。最终制备成结构为:glass/ito/moo3(1nm)/tpbi：ir(ppy)3(100nm，33wt％)/lif(0.7nm)/al(150nm)有机单层发光二极管。其器件结构图为说明书附图图(1)，其器件的电流密度-电压-亮度关系曲线图为说明书附图图(3)，其器件的光谱图为说明书附图图(4)。

实施例二:

将刻蚀好的ito导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各超声15分钟两遍。清洗干净的ito导电玻璃用氮气吹干之后，将其放置紫外臭氧仪中处理5分钟，然后把预处理好的ito玻璃和氯仿溶剂一同放入封闭的玻璃反应釜中，再共同紫外处理2分钟。最后把该玻璃衬底放到真空镀膜系统中。将有机材料放置在不同的蒸发源，每个蒸发源的温度可以单独控制。当真空镀膜系统真空度达到5×10^-4帕斯卡以下的时候，在阳极上、90纳米的发光层tpbi：ir(ppy)3,ir(ppy)3的质量分数占整个发光层质量的33％、0.7纳米的电子注入层lif和150纳米的厚金属阴极al，其中两个电极相互交叉的部分形成器件的发光区，发光区有效面积为16平方毫米。材料生长的厚度及生长速率由膜厚仪实时监控。tpbi的蒸发速率控制在0.1纳米每秒，ir(ppy)3的蒸发速率控制在0.033纳米每秒，lif的蒸发速率控制在0.005纳米每秒，厚金属阴极的蒸发速率控制在0.3纳米每秒到0.5纳米每秒。在蒸镀完成之后,拿到大气环境中进行电流密度-电压-亮度关系的测试和光谱。最终制备成结构为:glass/cl-ito/tpbi：ir(ppy)3(90nm，33wt％)/lif(0.7nm)/al(150nm)有机单层发光二极管。其器件结构图为说明书附图图(2)，其器件的电流密度-电压-亮度关系曲线图为说明书附图图(3)，其器件的光谱图为说明书附图图(4)。

实施例三:

将刻蚀好的ito导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各超声15分钟两遍。清洗干净的ito导电玻璃用氮气吹干之后，将其放置紫外臭氧仪中处理5分钟，然后把预处理好的ito玻璃和氯苯溶剂一同放入封闭的玻璃反应釜中，再共同紫外处理5分钟。最后把该玻璃衬底放到真空镀膜系统中。将有机材料放置在不同的蒸发源，每个蒸发源的温度可以单独控制。当真空镀膜系统真空度达到5×10^-4帕斯卡以下的时候，在阳极上、90纳米的发光层tpbi：ir(ppy)3,ir(ppy)3的质量分数占整个发光层质量的33％、0.7纳米的电子注入层lif和150纳米的厚金属阴极al，其中两个电极相互交叉的部分形成器件的发光区，发光区有效面积为16平方毫米。材料生长的厚度及生长速率由膜厚仪实时监控。tpbi的蒸发速率控制在0.1纳米每秒，ir(ppy)3的蒸发速率控制在0.033纳米每秒，lif的蒸发速率控制在0.005纳米每秒，厚金属阴极的蒸发速率控制在0.3纳米每秒到0.5纳米每秒。在蒸镀完成之后,拿到大气环境中进行电流密度-电压-亮度关系的测试和光谱。最终制备成结构为:glass/cl-ito/tpbi：ir(ppy)3(90nm，33wt％)/lif(0.7nm)/al(150nm)有机单层发光二极管。其器件结构图为说明书附图图(2)，其器件的电流密度-电压-亮度关系曲线图为说明书附图图(3)，其器件的光谱图为说明书附图图(4)。

实施例四:

将刻蚀好的ito导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各超声15分钟两遍。清洗干净的ito导电玻璃用氮气吹干之后，将其放置紫外臭氧仪中处理5分钟，然后把预处理好的ito玻璃和二氯苯溶剂一同放入封闭的玻璃反应釜中，再共同紫外处理5分钟。最后把该玻璃衬底放到真空镀膜系统中。将有机材料放置在不同的蒸发源，每个蒸发源的温度可以单独控制。当真空镀膜系统真空度达到5×10^-4帕斯卡以下的时候，在阳极上、90纳米的发光层tpbi：ir(ppy)3,ir(ppy)3的质量分数占整个发光层质量的33％、0.7纳米的电子注入层lif和150纳米的厚金属阴极al，其中两个电极相互交叉的部分形成器件的发光区，发光区有效面积为16平方毫米。材料生长的厚度及生长速率由膜厚仪实时监控。tpbi的蒸发速率控制在0.1纳米每秒，ir(ppy)3的蒸发速率控制在0.033纳米每秒，lif的蒸发速率控制在0.005纳米每秒，厚金属阴极的蒸发速率控制在0.3纳米每秒到0.5纳米每秒。在蒸镀完成之后,拿到大气环境中进行电流密度-电压-亮度关系的测试和光谱。最终制备成结构为:glass/cl-ito/tpbi：ir(ppy)3(90nm，33wt％)/lif(0.7nm)/al(150nm)有机单层发光二极管。其器件结构图为说明书附图图(2)，其器件的电流密度-电压-亮度关系曲线图为说明书附图图(3)，其器件的光谱图为说明书附图图(4)。

从图3中可以看出单层发光器件中实施例二、三、四的电流效率均高于实施例一，实施例四的电流效率最高，达到33.48坎德拉每安培，实施例一的电流效率为28.40坎德拉每安培，实施例二的电流效率为31.39坎德拉每安培，实施例三的电流效率为32.50坎德拉每安培。说明了cl-ito电极能很好的制备有机单层电致发光器件。且从图4中可以看出所有的单层器件的光谱几乎是重叠的，说明使用氯化溶剂修饰的ito电极对器件光谱并没有影响。