專利名稱：具有增加的量子效率的發(fā)光器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括至少襯底、陽極、空穴傳輸層、發(fā)光層和陰極的發(fā)光器件。
電控顯示系統(tǒng)已經(jīng)廣為所知而且廣泛用在基于各種原理的各種實施方案中。
一個原理采用有機發(fā)光二極管，即所謂的OLED，作為光源。有機發(fā)光二極管包括多個功能層。在“Philips Journal of Research，1998，51，467”中描述了OLED的典型結構。典型結構包括作為透明電極(陽極)的ITO(氧化銦錫)層、導電聚合物層、含有發(fā)光材料的電致發(fā)光層和由金屬，優(yōu)選具有低功函的金屬，構成的電極(陰極)。這種結構通常施加在襯底，通常是玻璃上。產(chǎn)生的光通過襯底到達觀察者。
使用的發(fā)光材料可以是例如發(fā)光聚合物。在電致發(fā)光層中包含發(fā)光聚合物的OLED也稱作聚LED或PLED。
但是，OLED還可以在電致發(fā)光層中包括小發(fā)光分子作為發(fā)光材料。在電致發(fā)光層中包括小發(fā)光分子的OLED也稱作SMOLED(小分子有機發(fā)光二極管)。在這種實施方案中，發(fā)光材料嵌在由空穴導電材料或電子導電材料構成的基質中。
在電致發(fā)光層中，空穴和電子相遇和復合。結果，發(fā)光材料或者直接被激發(fā)或者通過能量傳遞被激發(fā)。激發(fā)的發(fā)光材料返回基態(tài)，同時發(fā)射光。
電荷載流子的成功復合尤其取決于電荷載流子的量。平衡的空穴和電子電流密度是有效電致發(fā)光的先決條件。在大多數(shù)有機材料中，空穴遷移率大約比電子遷移率大兩個數(shù)量級(10-3cm2/Vs對應于10-5cm2/Vs)。因此，在大多數(shù)情況下，空穴是主要的電荷載流子，并且可以穿過發(fā)光層而不形成激發(fā)子，這是因為它們不會碰到任何用于復合的電子。為了防止這些空穴流到陰極，在電致發(fā)光層和陰極之間插入了空穴阻擋層?？昭ㄗ钃鯇影昭ú蝗菀鬃⑷肫渲泻?或在其中的遷移率低的材料。所以，空穴阻擋層的材料可以僅僅相對難以進行氧化。由于空穴阻擋層，空穴被收集在電致發(fā)光層中。
但是，自由電荷載流子，空穴和電子，可以和已經(jīng)激發(fā)的分子(激發(fā)子)反應，其中所述激發(fā)的分子返回基態(tài)同時沒有任何光發(fā)射。激發(fā)的分子因而猝滅，OLED的量子效率下降。由于過量的空穴被收集在產(chǎn)生激發(fā)分子的區(qū)域，即電致發(fā)光層內(nèi)，所以這些反應在OLED中是大的損失源。
所以，本發(fā)明的目標是提供具有增加的量子效率的發(fā)光器件。
通過包括至少襯底、陽極、空穴傳輸層、發(fā)光層和陰極的發(fā)光器件實現(xiàn)了這個目標，其中在所述空穴傳輸層和發(fā)光層之間設置了第一空穴阻擋層。
由于在所述空穴傳輸層和發(fā)光層之間插入了空穴阻擋層，所以發(fā)光層中的空穴數(shù)下降，而且可以和到達發(fā)光層的電子數(shù)相匹配。大量空穴被收集在空穴傳輸層，而且不能和激發(fā)的發(fā)光分子反應。
為了產(chǎn)生光，權利要求2所述的發(fā)光器件的有利實施方案防止了空穴到達陰極和損失。
根據(jù)權利要求3和4的有利實施方案，可以對空穴流到發(fā)光層進行更精確的調(diào)整。
根據(jù)權利要求5和6的有利選擇的材料，獲得了有效的空穴阻擋層。
根據(jù)權利要求7的有利實施方案，降低了光發(fā)射通過陰極的猝滅，并提高了電子向發(fā)光器件的注入。
參考附圖所示的實施方案的實施例，進一步描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。


圖1-4給出了本發(fā)明的發(fā)光器件。
發(fā)光器件的所有實施方案具有襯底1和在其上施加的至少陽極2、第一空穴傳輸層3、發(fā)光層5和陰極6。
如圖1所示，發(fā)光器件具有襯底1，優(yōu)選是透明玻璃板或透明塑料板。塑料板可以包括例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。鄰近襯底1的是層主體，它包括至少陽極2、空穴傳輸層3、第一空穴阻擋層4、發(fā)光層5和陰極6。
陽極2優(yōu)選是透明的，而且可以包括例如p型摻雜的硅、銦摻雜的錫氧化物(ITO)或者銻摻雜的錫氧化物(ATO)。陽極2優(yōu)選包括ITO。陽極2并沒有結構化，反而設計成平表面形式。陰極6可以包括例如金屬，比如鋁、銅、銀或金，合金或者n型摻雜的硅。陰極6可以優(yōu)選具有兩個或多個導電層。陰極6可以尤其優(yōu)選包括堿土金屬，比如例如鈣或鋇，或堿金屬鹵化物，比如例如LiF，或苯甲酸鋰，的第一層，和鋁的第二層。陰極6可以結構化并包括例如大量導電材料的平行片?；蛘?，陰極6可以不結構化并可以設計為平表面形式。
發(fā)光層5可以包括發(fā)光聚合物或小發(fā)光分子作為發(fā)光材料。采用的發(fā)光聚合物可以是例如聚(對苯基亞乙烯基)(PPV)或取代的PPV，比如例如二烷氧基取代的PPV。如果發(fā)光層5包括小的發(fā)光分子，則它們優(yōu)選嵌入在由空穴或電子傳輸材料構成的基質中?；|材料的選擇取決于小發(fā)光分子的要求。例如，發(fā)光層可以包括嵌在4，4’，4”-三(N-咔唑基)三苯胺(TCTA)基質中的三(2-苯基吡啶)銥(III)(Ir(ppy)3)或者嵌在2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)基質中的Ir(ppy)3。
靠近陽極2的是第一空穴傳輸層，它便于空穴注入和傳輸?shù)狡骷小?br> 位于空穴傳輸層3和發(fā)光層5之間的第一空穴阻擋層4相對難以氧化，因此每單位時間到達發(fā)光層5的空穴數(shù)減少。
第一空穴阻擋層4包括比相鄰空穴傳輸層3更難以氧化的材料。優(yōu)選地，空穴阻擋層4的材料的HOMO(最高占據(jù)分子軌道)能級低于相鄰空穴傳輸層3的材料的HOMO能級。在所述HOMO能級之間的能量差值越大，第一空穴阻擋層4的阻擋性能越強。在該實施方案中，空穴被收集在空穴傳輸層3里，即在和所述第一空穴阻擋層4相鄰的區(qū)域里。
空穴傳輸層3的材料應該具有低的電離電勢以及低的電子親和力。但是，HOMO能級應該高至無需克服能壘在陽極2外面就能夠進行空穴注射?？昭▊鬏攲?的合適材料是例如三芳基胺類、二芳基胺類、三茋胺類或者聚亞乙基二氧噻吩(PDOT)和聚苯乙烯磺酸酯的混合物。
對于第一空穴阻擋層4和空穴傳輸層3而言，這兩層的各自材料的HOMO和LUMO(最低空分子軌道)的距離必須大于發(fā)光層5中的發(fā)光材料的HOMO-LUMO距離，以便在該處產(chǎn)生的光不被吸收。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的又一優(yōu)選實施方案。所述發(fā)光器件另外具有又一第二空穴阻擋層7，它防止空穴穿過發(fā)光層5到達陰極6。第二空穴阻擋層2的材料也相對難以氧化。優(yōu)選，第二空穴阻擋層7的材料的HOMO(最高占據(jù)的分子軌道)能級低于相鄰發(fā)光層5的發(fā)光材料的HOMO能級。此處同樣是HOMO能級之間的能量差值越大，第二空穴阻擋層7的阻擋性能越大。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的另一優(yōu)選實施方案。所述發(fā)光器件具有位于陽極2和第一空穴傳輸層3之間的層結構，它包括大量的層。所述層結構具有至少一個進一步的空穴阻擋層和至少一個進一步的空穴傳輸層。在圖3所示的實施方案中，第一空穴傳輸層3和陽極2之間的層結構具有兩個進一步的空穴傳輸層8、10和兩個進一步的空穴阻擋層9、11。所述空穴傳輸層8，10被設置成使其和所述層結構的空穴阻擋層9、11相互交替。
在所有實施方案中，空穴傳輸層3、8和10通常和陽極2相鄰。
本實施方案的優(yōu)點特征在于到達發(fā)光層5的空穴濃度可以精確匹配通到發(fā)光層5的電子濃度。
各個空穴阻擋層4、7、9、11可以包括相同或不同的材料。對于空穴傳輸層3、8、10而言，這點同樣適用。
用于空穴阻擋層4、7、9、11的合適材料是例如2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(浴銅靈，BCP)、3-(4-聯(lián)苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑(TAZ)、2-(4-聯(lián)苯基)-5-(對叔丁基苯基)-1，3，4-二唑(tBu-PBD)、2-(4-聯(lián)苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-二唑(PBD)、1，3，5-三-(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TBPI)或者具有全氟化側鏈的低聚苯(oligophenyls)。
空穴阻擋層4，7，9，11的層厚取決于在該層中所用材料的類型以及其空穴阻擋性質。當在所有空穴阻擋層4，7，9，11中采用相同材料時，第一、第三和第四空穴阻擋層4、9、11的各自層厚通常比第二空穴阻擋層7的層厚小。優(yōu)選，第一、第三和第四空穴阻擋層4、9、11的層厚在每種情況下是0.1-10nm。特別優(yōu)選在每種情況下的層厚是0.1-5nm。更特別優(yōu)選的，在每種情況下的層厚是0.1-2nm。最特別優(yōu)選的，層厚為0.1-0.5nm。
在所有實施方案中，電子傳輸層12可以位于陰極6和發(fā)光層4之間或者位于陰極6和第二空穴阻擋層7之間。這種電子傳輸層的材料的特征在于高的電子親和力。合適的材料是例如三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)或者貧電子的雜環(huán)類，比如1，3，4-二唑或者1，2，4-三唑。圖4給出了在陰極6和第二空穴阻擋層7之間具有電子傳輸層12的發(fā)光器件。
實施方案的實施例在由玻璃制成的透明襯底1上施加了層厚為150nm的ITO作為陽極2。通過旋涂在陽極2上施加層厚為30nm的α-NPD作為第一空穴傳輸層3。在空穴傳輸層3上施加層厚為1nm的BCP第一空穴阻擋層4。在第一空穴阻擋層4上施加發(fā)光層5，即嵌在TCTA中的Ir(ppy)3。發(fā)光層5的層厚為30nm。在發(fā)光層5上施加10nm厚的BCP第二空穴阻擋層7。在第二空穴阻擋層7上施加層厚為40nm的Alq3作為電子傳輸層12。在電子傳輸層12上施加由1.5nm厚的苯甲酸鋰第一層和150nm厚的鋁第二層構成的151.5nm厚的陰極6。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件和沒有第一空穴阻擋層4的發(fā)光器件相比，量子效率增加了約15％。
權利要求
1.發(fā)光器件，包括至少襯底(1)、陽極(2)、第一空穴傳輸層(3)、發(fā)光層(5)和陰極(6)，其中第一空穴阻擋層(4)設置在所述第一空穴傳輸層(3)和發(fā)光層(5)之間。
2.權利要求1的發(fā)光器件，特征在于第二空穴阻擋層(7)設置在陰極(6)和發(fā)光層(5)之間。
3.權利要求1或2的發(fā)光器件，特征在于在所述第一空穴傳輸層(3)和陽極(2)之間設置了由至少一個進一步的空穴阻擋層(9、11)和至少一個進一步空穴傳輸層(8、10)構成的層結構。
4.權利要求3的發(fā)光器件，特征在于所述進一步的空穴阻擋層(9、11)和空穴傳輸層(8、10)以交替方式設置。
5.權利要求1-4任一的發(fā)光器件，特征在于空穴阻擋層(4、9、11)的材料的氧化電勢高于相鄰空穴傳輸層(3、8、10)的氧化電勢。
6.權利要求1-4任一的發(fā)光器件，特征在于空穴阻擋層(4、7、9、11)的材料選自2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(浴銅靈，BCP)、3-(4-聯(lián)苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑(TAZ)、2-(4-聯(lián)苯基)-5-(對叔丁基苯基)-1，3，4-二唑(tBu-PBD)、2-(4-聯(lián)苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-二唑(PBD)、1，3，5-三-(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TBPI)或者具有全氟化側鏈的低聚苯。
7.權利要求1-6任一的發(fā)光器件，特征在于在陰極(6)和發(fā)光層(5)之間設置了電子傳輸層(12)。
全文摘要
本發(fā)明描述了包括至少襯底(1)、陽極(2)、第一空穴傳輸層(3)、發(fā)光層(5)和陰極(6)的發(fā)光器件，其中第一空穴阻擋層(4)設置在所述第一空穴傳輸層(3)和發(fā)光層(5)之間。空穴阻擋層(4)降低了到達發(fā)光層(5)的空穴濃度，因而通常是主要電荷載流子的空穴的濃度可以和電子電流相匹配。
文檔編號H01L51/00GK1871723SQ200480031476
公開日2006年11月29日 申請日期2004年10月19日 優(yōu)先權日2003年10月29日
發(fā)明者H·F·貝爾納, W·布澤爾特, D·貝特拉姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司