專利名稱：有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光電致發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種有機(jī)白光電致發(fā)光顯示器件。
白光發(fā)光器件應(yīng)用非常廣泛，常用的有液晶、腕表等所用背照明光源。目前制備有機(jī)白光電致發(fā)光器件的方法主要有四種(1)染料摻雜聚合物電發(fā)光器件要產(chǎn)生白光需要三原色，即紅、綠、藍(lán)三種顏色。在日本，有人將紅、綠、藍(lán)三種發(fā)光染料同時(shí)摻雜到聚合物母體中(如聚乙烯咔唑)，實(shí)現(xiàn)了白光發(fā)射。缺點(diǎn)是開啟電壓比較高達(dá)10V，發(fā)光效率低。(2)聚合物共混白光器件將不同發(fā)光顏色的聚合物共溶到一種溶劑中通過旋涂的辦法制備白光發(fā)光器件。(3)微腔結(jié)構(gòu)白光發(fā)光器件利用有機(jī)電致發(fā)光光譜比較寬的特點(diǎn)，采用微腔的辦法，使其分別產(chǎn)生藍(lán)、綠、紅等三原色的光，實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射，其缺點(diǎn)是工藝比較復(fù)雜。
與本發(fā)明最相近的已有技術(shù)是多層白光器件，J.Kido等人將紅、綠、藍(lán)熒光染料用蒸鍍的方法逐層堆積到一起。利用激子的能量轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。這種結(jié)構(gòu)要求發(fā)光材料的能帶匹配十分嚴(yán)格，而且色度不易調(diào)節(jié)。
和多層白光器件相比，采用有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)制備白光電致發(fā)光器件的目的在于這種結(jié)構(gòu)對(duì)材料能帶匹配的要求不是十分嚴(yán)格，從而給材料的選擇以更大的自由度，同時(shí)由于量子阱的限制作用也有利于改善器件的發(fā)光效率。將發(fā)光層(紅、綠、藍(lán)三基色發(fā)光材料)以阱的形式束縛在壘層之間，結(jié)果這種量子阱結(jié)構(gòu)將載流子和激子束縛在各層的阱中，從不同的阱中發(fā)出不同顏色的光，從而實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。
無機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)對(duì)改善器件性能有諸多優(yōu)點(diǎn)如降低狀態(tài)密度，提高增益，降低閾值，改善注入穩(wěn)定性，提高調(diào)制帶寬。有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)也是目前的研究熱點(diǎn)，它不是晶體材料，但由于它具有光吸收邊和e指數(shù)的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系，因此，也可以借用無機(jī)能帶理論來研究有機(jī)量子阱的一些基本問題。
當(dāng)阱數(shù)不多時(shí)，在有機(jī)/聚合物量子阱中也能實(shí)現(xiàn)載流子均勻分布，由于在有機(jī)材料中，載流子的有效質(zhì)量m*比較大，遂穿幾率比較小，因此，壘的厚度要比較薄，但不要影響膜的質(zhì)量，阱的厚度也不要太厚以利于更有效地束縛激子。目前的量子阱發(fā)光器件，無論是有機(jī)還是無機(jī)，都是單色發(fā)光器件，即阱的材料是相同的，結(jié)合量子阱器件的特點(diǎn)，我們提出有機(jī)白光量子阱發(fā)光器件，即在不同的阱中摻入不同發(fā)光顏色的熒光染料，實(shí)現(xiàn)多色發(fā)光，通過調(diào)節(jié)發(fā)光顏色(即三基色紅、綠、藍(lán))的比例實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。因此結(jié)合材料的特點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)該器件的結(jié)構(gòu)。
有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光電發(fā)光器件的設(shè)計(jì)及制備工藝是在導(dǎo)電玻璃(1)上生長空穴傳輸層(2)，再順次生長藍(lán)光發(fā)光層(3)、勢壘層(6)、黃光發(fā)光層(4)、勢壘層(6)，綠光發(fā)光層(5)，最后是金屬電極(7)。
導(dǎo)電玻璃層(1)、空穴傳輸層(2)及各發(fā)光層的材料可以是(PP2Be)，藍(lán)光染料，發(fā)光峰值波長為450nm左右。
8-羥基喹啉鋁(Alq3)，發(fā)光峰值波長為520nm。
紅熒烯(Rubrene)，黃光染料，發(fā)光峰值波長為560nm。
四苯基二胺(TPD)，空穴傳輸材料，Aldrich公司產(chǎn)品。
ITO導(dǎo)電玻璃，方塊電阻為40Ω/□，平整精度2～10nm。
各種材料的分子結(jié)構(gòu)可參見附圖2至附圖5。
器件結(jié)構(gòu)為ITO/TPD(50-70nm)/PP2Be(5-7nm)/TPD(4-6nm)/PP2Be:Rubrene(5-7nm)/TPD(4-6nm)/Alq3(10-20nm)/Al，分別以PP2Be和PP2Be:Rubreue為藍(lán)光和黃光量子阱發(fā)光層，以TPD作為空穴傳輸層及勢壘層，以Alq3為綠光發(fā)光層，Al為電子注入電極。
銦錫氧化物(ITO)導(dǎo)電玻璃用作電致發(fā)光器件的透明正極。將ITO導(dǎo)電玻璃依次用甲苯、丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗，再用乙醇蒸汽沖干以除去襯底表面的油污和灰塵，最后用氧等離子體處理ITO表面。器件的制備在多源有機(jī)分子沉積系統(tǒng)中進(jìn)行。在制備過程中系統(tǒng)的真空度保持在3×10-6Torr左右。將BePP2、Alq3等有機(jī)材料放在不同的蒸發(fā)源(石英坩堝)中，蒸發(fā)源的溫度可以單獨(dú)控制，控制的精度可達(dá)±1℃。將各蒸發(fā)源升到指定的溫度，然后按設(shè)計(jì)的器件結(jié)構(gòu)在ITO玻璃襯底上生長有機(jī)材料。有機(jī)材料的蒸發(fā)速度一般控制在(由爐溫控制)在0.2nm/sec左右，蒸發(fā)厚度由膜厚控制儀監(jiān)控。其中PP2Be:Rubreue層以共源蒸發(fā)的方式制得，PP2Be和Rubreue的比例為100:1-5左右。最后蒸發(fā)高純度的鋁(Al)200 nm作為電極。由此制得有機(jī)多量子阱白光電致發(fā)光器件。


圖1為有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光器件結(jié)構(gòu)圖。
圖2-圖5所用有機(jī)材料的分子結(jié)構(gòu)。
圖-6分別為(a)ITO/TPD(50nm)/PP2Be(50nm)/Al,(c)ITO/TPD(50nm)/PP2Be:Rubrene(50nm)/Al,(b)ITO/TPD(50nm)/Alq3(50nm)/Al的電致發(fā)光光譜，其發(fā)光分別來源于PP2Be、Rubrene和Alq3。
圖-7為有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光電致發(fā)光器件的電致發(fā)光光譜。
由于TPD的禁帶寬度Eg要大于PP2Be和Rubrene的禁帶寬度，所以PP2Be和Rubrene的激子能夠被限制在阱中。整個(gè)器件的發(fā)光分別來自PP2Be,Rubrene和Alq3的發(fā)光，達(dá)到了預(yù)先的設(shè)計(jì)目的，實(shí)現(xiàn)了多阱的發(fā)光。TPD勢壘層在該器件中起著非常重要的作用，它的厚度直接影響到兩種載流子在各發(fā)光層中的分布，通常采用的厚度為4-6nm。該有機(jī)多量子阱白光器件發(fā)射光的色坐標(biāo)為(0.32,0.38)(在9V電壓下測得)，白光的等能點(diǎn)坐標(biāo)為(0.33,0.33)。該器件的最大發(fā)光亮度和流明效率為4000cd/m2和0.41m/W。已接近國際先進(jìn)水平。
權(quán)利要求
1 一種有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光電致發(fā)光器件，其特征是以導(dǎo)電玻璃(1)為襯底，上面生長有藍(lán)光發(fā)光層(3)、綠光發(fā)光層(5)，綠光發(fā)光層(5)上長有鋁電極(7)，其特征在于導(dǎo)電玻璃(1)及藍(lán)光發(fā)光層(3)之間還生長有空穴傳輸層(2)；在藍(lán)光發(fā)光層(3)與黃光發(fā)光層(4)之間有勢壘層(6)、黃光發(fā)光層(4)和綠光發(fā)光層(5)之間有勢壘層(6)。
2 按照權(quán)項(xiàng)要求1所述的有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光電致發(fā)光器件，其特征在于藍(lán)光發(fā)光層(3)、黃光發(fā)光層(4)、綠光發(fā)光層(5)的材料分別是酚基吡嘧鈹配合物、紅熒烯、8-羥基喹啉鋁，空穴傳輸層(2)及勢壘層(6)的材料是四苯基二胺。
3 按照權(quán)項(xiàng)要求1所述的有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光電致發(fā)光器件，其特征在于將各發(fā)光層以量子阱的形式束縛在勢壘層(6)中間，從而將載流子和激子束縛在各個(gè)阱中。
4 按照權(quán)項(xiàng)要求1所述的有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光電致發(fā)光器件，其特征在于勢壘層(6)的厚度為(4-6)nm，各量子阱發(fā)光層的厚度為(5-7)nm。
全文摘要
本發(fā)明為一種有機(jī)多量子阱結(jié)構(gòu)白光電致發(fā)光器件。從屬于光學(xué)光電子領(lǐng)域。采用量子阱結(jié)構(gòu)制備有機(jī)白光器件,可以不考慮各發(fā)光層之間的能帶匹配問題,有利于提高器件的發(fā)光效率。以紅,綠和藍(lán)三種不同有機(jī)染料為量子阱發(fā)光層,載流子被限制在這些量子阱發(fā)光層中,從不同的阱中分別產(chǎn)生黃,綠和藍(lán)三色光,從而產(chǎn)生白光。目前該器件的最大亮度為4000尼特,發(fā)光效率為0.4流明/瓦,在電壓變化過程中該器件的色坐標(biāo)都在白光區(qū)內(nèi)。
文檔編號(hào)H01L23/00GK1221215SQ9812426
公開日1999年6月30日 申請日期1998年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月6日
發(fā)明者謝志元, 劉式墉, 黃勁松, 侯晶瑩, 李傳南, 肖步文, 馮晶 申請人:吉林大學(xué)