一种平面异质结敏化的有机荧光发光二极管及其制备方法

日期:2019-06-12 21:37:34

一种平面异质结敏化的有机荧光发光二极管及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机光电材料技术领域,具体涉及一种平面异质结敏化的有机荧光发 光二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前,有机发光二极管(0LED)的研究已经进入到产业化应用阶段,科研院所,高 校,企业都投入了大量的人力、物力、财力开展相关的研究和应用工作。该研究始于1987 年,美国柯达公司的邓青云博士等在专利US4356429中采用三明治器件结构研制出的0LED 器件在10V直流电压驱动下发光亮度达到lOOOcd/m2,使0LED获得了划时代的发展。然而, 在该类型的荧光0LED器件中,由于自旋统计规则的限定,仅仅能够实现25%的激子利用效 率,使得器件的最大外量子效率限制在5%左右(假定光取出效率为20%)。1998年,吉林大 学的马於光教授以及普林斯顿大学的Forrest教授等研究小组在磷光0LED器件的研制中 取得重大突破(Synthetic Metals, 1998, 94:245-248 ;Nature, 1998, 395(6698) :151-154), 使得磷光0LED器件的理论最大内量子效率提升到100%。然而,磷光发光材料中含有稀有 金属,会极大限制磷光0LED器件成本降低,同时蓝色磷光0LED器件寿命短、光色纯度差等 问题一直难以解决。因而,发展低成本的荧光发光材料,并且制备内量子效率达到100%的 全荧光0LED器件成为有机光电领域的研究热点。近些年,日本九州大学Adachi教授小组 利用热活化延迟荧光机制实现了一系列高效的荧光0LED器件,其中某些类型器件内量子 效率已经达到或者接近100%,器件效率已经可以比拟磷光0LED。然而,这些利用热活化延 迟荧光机制工作的0LED器件大多具有较宽的发光光谱,使得器件发光的色纯度不高。为 解决此问题,业内已经开发了利用具有热活化延迟荧光特性的材料作为敏化主体或者辅助 主体,以发光峰型较窄的传统荧光材料作为掺杂客体,从而实现敏化客体荧光发射,获得高 效率、高色纯度的荧光0LED器件。作为敏化荧光主体或者辅助敏化主体的材料主要有以 下这些种类:一是具有较小三线态和单线态劈裂能的单一荧光材料,一般是一些典型的电 荷转移态(CT)分子(Nature Communications,2014,5:4016,D0I:10.1038/ncomms5016; Advanced Materials, 2014, 26(29) :5050-5055);二是物理共混的两种材料共同作为荧光 客体的主体材料(Advanced Materials, 2015, 27(12) :2025-2030)。在这种器件结构中,一 般至少存在这些功能层:空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层,其中 发光层由两种或者三种材料掺杂而成。
[0003] 这些利用具有热活化延迟荧光特性的材料作为敏化主体或者辅助主体的敏化型 荧光0LED器件存在以下不足之处:(1)多层有机层使得器件制备流程繁琐,不利于时间成 本的降低;(2)多层多种类的材料使得器件制备需要材料的成本也大大升高;(3)不同有机 相之间容易存在相稳定的问题,从而可能影响器件寿命;(4)不同有机层之间容易存在界 面压降,使得器件的驱动电压较难降低,增加了器件工作时的耗电量。
[0004] 基于以上考虑,开发一种新型的结构简单的利用传输材料构成的平面PN异质结 作为敏化中心,实现利用传统荧光有机材料作为掺杂剂的高效率、高色纯度的荧光0LED器 件就显得尤为重要。

【发明内容】

[0005] 为了解决以上现有技术的缺点和不足之处,本发明的首要目的在于提供一种平面 异质结敏化的有机荧光发光二极管。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种上述平面异质结敏化的有机荧光发光二极管的 制备方法。
[0007] 本发明目的通过以下技术方案实现:
[0008] -种平面异质结敏化的有机荧光发光二极管,包括依次层叠的衬底、阳极、P型有 机半导体层、N型有机半导体层和阴极,其层列结构示意图如图1所示;所述的P型有机半 导体层和N型有机半导体层中至少有一层参杂荧光材料。
[0009] 所述的P型有机半导体层的制备材料包括但不限于以下材料:
[0010]









[0024] 所述的P型有机半导体层和N型有机半导体层可以是单层或多层;P型有机半导 体层和N型有机半导体层的制备材料为单组份材料或多组分材料的共混。
[0025] 所述的阳极与P型有机半导体层之间还可加入一层阳极缓冲层;阴极与N型有机 半导体层之间还可加入一层阴极缓冲层。
[0026] 所述的衬底为硬性衬底如玻璃、石英、蓝宝石等,以及柔性衬底如聚酰亚胺、聚对 苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯对苯二酸脂、聚萘二甲酸乙二醇酯或其它聚酯类材料以及金属、 合金或不锈钢薄膜等。
[0027] 所述的阳极和阴极为金属或者金属氧化物;所述的金属氧化物优选氧化铟锡 (ΙΤ0)、掺氟二氧化锡(FT0)、氧化锌(ZnO)和铟镓锌氧化物(IGZ0)中的一种或两种以上的 组合。
[0028] 所述平面异质结敏化的有机荧光发光二极管的发光光谱来源于参杂的荧光材料。
[0029] 上述平面异质结敏化的有机荧光发光二极管的制备方法,包括以下步骤:
[0030] 取带有阳极层的衬底材料,然后在阳极层上依次制备P型有机半导体层、N型有机 半导体层和阴极层,得到平面异质结敏化的有机荧光发光二极管。
[0031] 所述制备的方法包括热蒸镀、旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、印刷或喷墨打印。
[0032] 本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果:
[0033] (1)本发明所涉及的器件结构简单,制备流程少,同时可以实现低的驱动电压和高 的外量子效率;
[0034] (2)本发明所涉及的器件有机层不含有贵金属元素,利于降低器件的材料成本;
[0035] (3)发明所涉及的器件不需要特别增加敏化主体或者辅助敏化主体材料,只需要 利用电荷传输材料构成的平面PN异质结作为敏化中心,减少了器件制备所需要的材料种 类;
[0036] (4)本发明所涉及的器件可以同时利用单线态和三线态激子进行辐射发光,理论 内量子效率达到100%,可以同时实现高的色纯度和以及高的发光效率。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明的平面异质结敏化的有机荧光发光二极管的层列结构示意图;
[0038] 图2为实施例1得到的平面异质结敏化的有机荧光发光二极管的电流密度-亮 度-电压特性曲线图;
[0039] 图3为实施例1得到的平面异质结敏化的有机荧光发光二极管的电流效率-外量 子效率-电流密度特性曲线图;
[0040] 图4为实施例1得到的DMQA掺杂浓度为0. 1 % (a)、0. 2 % (b)、0. 4 % (c)和0. 6 % (d)的平面异质结敏化的有机荧光发光二极管在不同电流密度下的电致发光光谱图;
[0041] 图5为实施例2得到的平面异质结敏化的有机荧光发光二极管器件1和器件2的 电流密度-亮度-电压特性曲线图;
[0042] 图6为实施例2得到的平面异质结敏化的有机荧光发光二极管器件1和器件2的 电流效率-外量子效率-电流密度特性曲线图;
[0043] 图7为实施例2得到的平面异质结敏化的有机荧光发光二极管器件1 (a)和器件 2(b)的在不同电流密度下的电致发光光谱图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限 于此。
[0045] 实施例1
[0046] 取同批号ΙΤ0导电玻璃衬底若干,规格为30毫米X 30毫米,ΙΤ0厚度约为90纳 米,其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙 醇超声清理15分钟,以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干待用。烘 干后的ΙΤ0衬底用等离子体起辉设备处理4分钟,进一步除去表面附着的有机污

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