专利名称：红光有机电致发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明属于红光有机电致发光器件及其制造方法。
背景技术：
随着电子信息产业的快速发展，显示器作为人机交互必不可少的界面扮演着至关重要的角色。显示技术的不断进步和新技术的不断涌现带动了显示工业的跨越式发展。作为新一代平板显示技术——有机电致发光显示器件，由于其自身的特点，如制备工艺简单、开启电压低、亮度高、效率高、响应速度快、主动发光、视角宽、无辐射、易实现大平面和柔韧弯曲及价格低廉等，和近年来在产业化方面取得的进展，已经给平板显示市场带来了无限商机。然而，对于有机电致发光显示来说，虽然红、绿、蓝有机电致发光器件的性能已经得到了显著提高，并有产品问世，但其效率和稳定性仍有待进一步提高，特别是红光有机电致发光器件更是面临严峻挑战。因此，如何从材料和器件结构设计来解决上述问题是该领域研究的重点。
把红光染料掺杂在有机分子主体材料中是目前制备红光有机电致发光器件最常用的方法，如2001年，S.T.Lee等人在Applied PhysicsLetters上发表了利用2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-领菲洛林(BCP)作为空穴阻挡层，将红光染料2-{2-[2-(4-二甲基胺基-苯基)-乙烯基]-6-甲基-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈(DCM)掺杂到8-羟基喹啉铝(Alq3)里，制备了一种双异质结结构红光器件，其电流效率达到了5.66cd/A；2002年，邱勇等人在Applied Physics Letters上发表了利用镓的双核配合物作为主体材料(host material)，2-{2-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-吡啶并[3，2，1-ij]喹啉-9-基)-乙烯基]-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈(DCJTB)作为掺杂剂，制备了红光电致发光器件，最大亮度为7260cd/cm2，电流效率为2.04cd/A。但是，这种单掺杂实现的红光有机电致发光器件，除了较低的电致发光效率外，发光颜色往往由于受掺杂染料浓度和选择的有机分子主体材料性质的影响而导致色纯度差的问题。近年来，有文献报道，通过双染料共掺杂的方法，即将红光染料和称之为敏化染料的第二掺杂剂同时掺杂到主体材料中，利用从主体材料到敏化染料再到红光染料的瀑布能量传递机制改善了器件的色纯度，如1999年，Yuji Hamada等人在Applied Physics Letters上发表了将5，6，11，12-四苯基-萘并萘(Rubrene)和红光染料2-{2-甲基-6-[2-(2，3，6，7-四氢-1H，5H-吡啶并[3，2，1-ij]喹啉-9-基)-乙烯基]-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈(DCM2)同时掺到8-羟基喹啉铝(Alq3)里，制备出了纯红光电致发光器件，但最大亮度只有7800cd/cm2；2002年，S.Y.liu等人在Applied Physics Letters上发表了将喹吖啶酮(Quinacridone)和DCJTB共掺到8-羟基喹啉铝(Alq3)里，也制备出了纯红光有机电致发光器件，但最大效率却只有3cd/A。可以看到，虽然用双掺杂方法通过瀑布能量传递可以解决单掺杂红光器件的色纯度问题，但并没有得到实质性改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种红光有机电致发光器件；本发明的另一目的是提供一种红光有机电致发光器件的制备方法。
本发明用双染料共掺杂，通过瀑布载流子俘获机制获得高效率、高色纯度红光有机电致发光器件。
本发明中的红光有机染料是DCJTI、DCJTB、DCM、Nile red中的一种；敏化染料是C545T；主体有机分子材料是Alq3。
C545T和Alq3发绿色光，它们的吸收光谱和荧光光谱之间没有重叠，表明它们之间不存在能量传递过程。DCJTI、DCJTB、DCM、Nile red染料发红色光，它们的吸收光谱和C545T、Alq3的发射光谱有叠加，因此，从C545T和Alq3到红光染料有能量传递。根据C545T、Alq3和红光染料的能级位置，可以推断出，掺杂在Alq3红光染料混合体系中的C545T在电致发光过程中只起载流子俘获作用。这样，整个电致发光可能包括两个过程一种是C545T首先从Alq3俘获注入的电子和空穴，然后被俘获在C545T的电子和空穴再被红光染料俘获，最终导致红色发光，这就是所谓的瀑布载流子俘获过程；另一种是被俘获在C545T的电子和空穴首先复合形成激子，再把能量传递给红光染料而导致红光染料发光。实验已经明，上述两种过程同时存在于整个电致发光过程中，且以瀑布载流子俘获为主要过程。可以看到，这种瀑布载流子俘获过程的存在不但可以有效地改善色纯度，重要的是，它还可以更有效地减少过剩空间电荷积累所造成的器件发光效率退化问题，从而制造出高色纯度、高效率红光有机电致发光器件。
本发明使用的主体有机分子材料是8-羟基喹啉铝(Alq3)，其分子结构如下 敏化有机染料的分子结构式如下 10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氢-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-(1)-苯并呲喃酮基-(6，7，8-ij)喹嗪-11-酮(C545T)红光掺杂剂的分子结构式如下 2-{2-异丙基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-吡啶并[3，2，1-ij]喹啉-9-基)-乙烯基]-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈(DCJTI)
2-{2-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-吡啶并[3，2，1-ij]喹啉-9-基)-乙烯基]-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈(DCJTB) 2-{2-[2-(4-二甲基胺基-苯基)-乙烯基]-6-甲基-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈(DCM) 9-二乙基胺-7a，12a-二氢-苯并[α]吩噁嗪-5-酮(Nile red)制备过程将敏化染料C545T与红光有机染料DCJTB、DCJTI、DCM或Nile red分别按照0.2％-2％、0.5％-5％的浓度同时掺杂到Alq3中，制备成结构为ITO/NPB/Alq3∶C545T红光染料/Alq3/LiF/金属电极的电致发光器件，有机层和金属电极是在真空度10-4帕的压力下蒸镀的，有机层的蒸发速率控制在0.1-4/s，LiF的蒸发速率控制在0.1-0.5/s，金属的蒸发速率控制在5-10/s。其中，NPB层厚度为50nm，Alq3∶C545T红光染料层厚度为30nm，Alq3层为20nm，LiF层为1nm，金属Al为100nm。所得器件用直流电压驱动，得到了发光完全来至红光染料的红色电致发光，最大功率效率达到了9.4Lm/W，最大电流效率11.2cd/A，最大亮度29500cd/m2，比单掺杂发光器件的效率和亮度有了显著的提高，这些可以从附图2-6得到认证。
本发明的优点是在发光层中掺杂另一种敏化有机染料，利用瀑布能量传递机制在保证红光有机电致发光器件的色纯度的同时，进一步改善了电致发光性能。
本发明的另一个优点是通过敏化有机染料掺杂制备的红光有机电致发光器件具有高色纯度、高效率、高亮度的特点。
图1是电致发光器件的结构剖面示意图1、玻璃衬底2、ITO电极3、空穴传输层4、掺杂的发光层5、电子传输层6、缓冲层7、金属阴极。
图2是双掺杂和单掺杂红光电致发光器件电流-电压特性的比较曲线。
图3是双掺杂和单掺杂红光电致发光器件亮度-电压特性的比较曲线。
图4是双掺杂和单掺杂红光电致发光器件功率效率-电压特性的比较曲线。
图5是双掺杂和单掺杂红光电致发光器件电流效率-电压特性的比较曲线。
图6是器件的电致发光光谱，光谱全部来源于红光染料的发射，主峰在615nm。
具体实施例方式实施例1将C545T和DCJTI掺杂到Alq3中作为发光层，制备成结构为ITO/NPB/Alq3∶C545T∶DCJTI/Alq3/LiF/Al的电致发光器件。在10-4帕的真空下蒸镀有机和金属电极层，有机层的蒸镀速率控制在0.1-4/s，LiF的蒸发速率控制0.2/s，金属的蒸镀速率控制在5/s。Alq3∶C545T∶DCJTI的掺杂浓度比控制在1∶0.5％∶2％。其中，NPB层厚度为50nm，掺杂的发光层为30nm，Alq3层为20nm，LiF层为1nm，Al层为100nm。所得器件用直流电压驱动，可得到DCJTI的红色发光，最大功率效率为9.4lm/W，最大电流效率为11.2cd/A，最大亮度可达29500cd/m2，发光的主峰为615nm。而相同条件下不加C545T的器件的最大功率效率仅为2.9lm/W，最大电流效率仅为6.3cd/A，最大亮度仅为10450cd/m2。
实施例2将C545T和DCJTI掺杂到Alq3中作为发光层，制备成结构为ITO/NPB/Alq3∶C545T∶DCJTI/Alq3/LiF/Al的电致发光器件。在10-4帕的真空下蒸镀有机和金属电极层，有机层的蒸镀速率控制在0.1-4/s，LiF的蒸发速率控制0.2/s，金属的蒸镀速率控制在5/s。Alq3∶C545T∶DCJTI的掺杂浓度比控制在1∶0.5％∶1％。其中，NPB层厚度为50nm，掺杂的发光层为30nm，Alq3层为20nm，LiF层为1nm，Al层为100nm。所得器件用直流电压驱动，可得到DCJTI的红色发光，最大功率效率为8.9lm/W，最大电流效率为12.6cd/A，最大亮度可达33200cd/m2，发光的主峰为607nm。而相同条件下不加C545T的器件的最大功率效率仅为2.7lm/W，最大电流效率仅为7.2cd/A，最大亮度仅为19600cd/m2。
实施例3将C545T和DCJTB掺杂到Alq3中作为发光层，制备成结构为ITO/NPB/Alq3∶C545T∶DCJTB/Alq3/LiF/Al的电致发光器件。在10-4帕的的真空下蒸镀有机和金属电极层，有机层的蒸镀速率控制在0.1-4/s，LiF的蒸发速率控制0.2/s，金属的蒸镀速率控制在5/s。Alq3∶C545T∶DCJTB的掺杂浓度比控制在1∶0.5％∶0.5％。其中，NPB层厚度为50nm，掺杂的发光层为30nm，Alq3层为20nm，LiF层为1nm，Al层为100nm。所得器件用直流电压驱动，可得到DCJTB的红色发光，最大功率效率为10.9lm/W，最大电流效率为11.7cd/A，最大亮度可达23700cd/m2，发光的主峰为612nm。而相同条件下不加C545T的器件的最大功率效率仅为3.9lm/W，最大电流效率仅为8.3cd/A，最大亮度仅为13300cd/m2，且光谱明显蓝移，在520nm有Alq3的光。
实施例4将C545T和DCJTB掺杂到Alq3中作为发光层，制备成结构为ITO/NPB/Alq3∶C545T∶DCJTB/Alq3/LiF/Al的电致发光器件，在10-4帕的真空下蒸镀有机和金属电极层，有机层的蒸镀速率控制在0.1-4/s，LiF的蒸发速率控制0.2/s，金属的蒸镀速率控制在5/s。Alq3∶C545T∶DCJTB的掺杂浓度比控制在1∶1％∶1％。其中，NPB层厚度为50nm，掺杂的发光层为30nm，Alq3层为20nm，LiF层为1nm，Al层为100nm。所得器件用直流电压驱动，可得到DCJTB的红色发光，最大功率效率为3.9lm/W，最大电流效率为6.7cd/A，最大亮度可达23500cd/m2，发光的主峰为617nm。而相同条件下不加C545T的器件的最大功率效率仅为1.2lm/W，最大电流效率仅为3.1cd/A，最大亮度仅为9750cd/m2。
实施例5将C545T和DCM掺杂到Alq3中作为发光层，制备成结构为ITO/NPB/Alq3∶C545T∶DCM/Alq3/LiF/Al的电致发光器件，在10-4帕的真空下蒸镀有机和金属电极层，有机层的蒸镀速率控制在0.1-4/s，LiF的蒸发速率控制0.2/s，金属的蒸镀速率控制在5/s。Alq3∶C545T∶DCM的掺杂浓度比控制在1∶1％∶2％。其中，NPB层厚度为50nm，掺杂的发光层为30nm，Alq3层为20nm，LiF层为1nm，Al层为100nm。所得器件用直流电压驱动，可得到DCM的红色发光，最大功率效率为4.3lm/W，最大电流效率为6.3cd/A，最大亮度可达16000cd/m2，发光的主峰为608nm。而相同条件下不加C545T的器件的最大功率效率仅为0.9lm/W，最大电流效率仅为2.8cd/A，最大亮度仅为8380cd/m2，且光谱明显蓝移。
实施例6将C545T和Nile red掺杂到Alq3中作为发光层，制备成结构为ITO/NPB/Alq3∶C545T∶Nile red/Alq3/LiF/Al的电致发光器件，在10-4帕的真空下蒸镀有机和金属电极层，有机层的蒸镀速率控制在0.1-4/s，LiF的蒸发速率控制0.2/s，金属的蒸镀速率控制在5/s。Alq3∶C545T∶Nile red的掺杂浓度比控制在1∶1％∶1％。其中，NPB层厚度为50nm，掺杂的发光层为30nm，Alq3层为20nm，LiF层为1nm，Al层为100nm。所得器件用直流电压驱动，可得到Nile red的红色发光，最大功率效率为0.8lm/W，最大电流效率为1.5cd/A，最大亮度为4950cd/m2，发光的主峰为618nm。而相同条件下不加C545T的器件的最大功率效率仅为0.22lm/W，最大电流效率仅为0.66cd/A，最大亮度仅为1770cd/m2。
权利要求
1.一种红光有机电致发光器件，其特征在于器件由1)玻璃衬底、2)ITO电极、3)空穴传输层、4)掺杂的发光层、5)电子传输层、6)缓冲层、7)金属阴极组成。
2.如权利要求1所述的红光有机电致发光器件，其特征在于空穴传输层的厚度为50nm，掺杂的发光层Alq3C545T红光染料的厚度为30nm，电子传输层的厚度为20nm，缓冲层的厚度为1nm，金属阴极的厚度为100nm。
3.一种红光有机电致发光器件的制备方法，其特征在于选择的主体有机分子材料是8-羟基喹啉铝； 敏化有机染料为10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氢-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-(1)-苯并呲喃酮基-(6，7，8-ij)喹嗪-11-酮；红光掺杂剂为2-{2-异丙基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-吡啶并[3，2，1-ij]喹啉-9-基)-乙烯基]-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈、2-{2-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H-吡啶并[3，2，1-ij]喹啉-9-基)-乙烯基]-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈、2-{2-[2-(4-二甲基胺基-苯基)-乙烯基]-6-甲基-吡喃-4-内鎓盐烯}-丙二腈或9-二乙基胺-7a，12a-二氢-苯并[α]吩噁嗪-5-酮；所制得的器件用直流电压驱动，得到红色的电致发光，最大功率效率为9.4Lm/W，最大电流效率为11.2cd/A，最大亮度为29500cd/m2。
全文摘要
本发明属于红光有机电致发光器件及其制造方法。将起敏化作用的荧光染料C545T和红光有机染料分别按照0.2％－2％、0.5％－5％的浓度同时掺杂到8－羟基喹啉铝中，制备成结构为ITO/NPB/Alq
文档编号H05B33/20GK1547423SQ20031011587
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月4日 优先权日2003年12月4日
发明者马东阁, 陈江山, 周全国, 陈振宇 申请人:中国科学院长春应用化学研究所