红光、绿光、蓝光、白光用高性能有机电子注入层和传输层

红光、绿光、蓝光、白光用高性能有机电子注入层和传输层 红光、绿光、蓝光、白光用高性能有机电子 注入层和传输层 2010年第52卷第l期光电技术ELECTRO—OPTICSTECHNOLOGYVo1.52No.1,2010 红光,绿光,蓝光,白光用高性能有机电子注入层和传输层 摘要研制成功了一种新型提高有机电致发光器件效率,降低其功耗的新型电子注入层.本文讨论了这种 新型电子注入层的性能及其与之相关的电子传输层的性能.与通常使用的LiF注入材料或Li掺杂的Alq3:BPhen电子 传输层器件相比,使用新型电子注入层和电子传输层的性能更加优良.在20mA/cm2的电流密度下,红光器件的 性能为:亮度为l0.8cd/A,工作电压为3.9伏,色座标为(O.66,0.34):绿光器件的性能为:亮度为18.4cd/A,工 作电压为4.2伏,色座标为(0.29,0.62);深蓝色器件的性能为:亮度为7.?cd/A,工作电压为3.7伏,色座标为 (0.14,0.13;蓝绿色器件的性能为:亮度为21.1cd/A,工作电压为3.8伏,色座标为(0.16,0.37);白光器件的 性能为:亮度为13.2cd/A,工作电压为3.80t,色座标为(O.34,O.34).在同样的工作条件下,红光,深蓝色光和 蓝绿光的外部量子效率分别为8.7%,6.6%和9.7%.迄今为止所报告 单色发光器件中,这些器件是效率最高的器件. 1引言 在提高有机电致发光器件性能方面,材料 的改进是一个至关重要的问题,以前,一种含有 新的电子传输材料的电子传输层可提高红光,蓝 光,绿光和白光有机电致发光器件的性能(降低 了驱动电压,提高了光衰稳定性,提高了光效) ,但后来发现这种新的电子传输材料特别适合于 红光电致发光器件.这些器件在红光发光层中含 有柯达公司的RD3掺杂剂,具有最好的红色荧光 性能,其光效为亮度效率为9.3cd/A,在 20mA/cm2的电流密度下,驱动电压为4.6伏.尽 管上述进展进一步提高了红光电致发光器件的性 能,但特别是蓝光,绿光和白光有机电致发光器 件需要进一步降低功耗.此外,普通的电子注入 层以及电子传输层可以使器件的结构简单,这对 于低成本器件的制造是有利的. 在本文中,我们介绍了新研制的有机电子 注入材料与先前介绍的电子传输层和新研制的电 子传输层相结合,既可以提高红光,绿光,蓝光 和白光有机电致发光器件的光效和量子效率,又 可以降低器件的驱动电压.使用新材料所研制成 功器件的性能超过了我们以前所介绍的最好水平 .在通用的红光,绿光,蓝光及白光有机电致发 光器件中,使用新的电子注入材料,器件表现出 优异的特性.对于原先性能很差或性能一般的器 件,使用了这些新材料后,可提高器件的性能. 2实验 使用新的电子注入材料EK.ET703和EK— ET425和电子传输材料EK—BH109以及含有EK. BH109和EK—ET902混合物的新型电子传输层, 制成了实验器件.发光层为红光,绿光和蓝光以 及含有蓝光和黄光——指黄光的双层白光发光层 .将这些实验器件的性能与对照器件的性能相对 比,对照器件除电子注入层或电子传输层的材料 与实验器件不同外,其余的方面完全相同,对红 光,蓝光和绿光对照器件而言,对照器件在电子 注入层中使用LiF,在电子传输层中使用EK— BH109或新研制的电子传输层.对于白光对照器 件而言,对照器件的电子注入层/电子传输层使 用的是锂掺杂的Alq3或锂掺杂Alq:BPhen,实验 器件的通用结构如图l所示. EIL ETL Red.Green.BlueorWbiteLEL HTL optionalHIL 铝阴极 电子注入层 电子传输层 红,绿,蓝或白光发光层 空穴传输层 空穴注入层 I1’0阳极 图1含有新的电子注入层和电子传输层白光,红光, 绿光,蓝光有机电致发光器件的通用结构 3结果和讨论 在最初的研究中,研究的是深蓝色电致发 光显示器件,(发光层:在EK—BH109蓝光宿主 材料中掺杂1.5%的BD3),在5A原的LiF电子注 入层的条件下,研究不同的电子传输材料.这些 电子传输层为含有EK.BH109和EK—ET902的混合 物,图2给出了这些器件的性能,亮度效率和驱 18光电技术第52卷第1期 动电压与EK—BH109:EK—ET902比例之间的函数 关系. 耋 8 料6 较4 2 兰三二/\./ / . . . \. 电子传输层中EK—ET902与EK.BH109的比例 10 8 e 髻 2 O 图2在不I司的EK—ET902:EK—BH109比例下所测得的 蓝光有机发光器件的性能数据 当电子传输层为单独的EK—BH1O9或EK— ET902,器件的效率非常低,而器件的驱动电压 则较高(大约为l0伏),当在电子传输中将上述 两种材料混合之后,就观察到了协同增强效应. 随着EK—ET902含量的增加(同时EK.BH109的含 量在降低),驱动电压在下降,同时亮度效率在 增加,当EK—BH109的浓度在50%左右时,器件 的性能达到最佳,此时驱动电压最低,亮度效率 最高.在此浓度下,驱动电压为5.4伏,亮度效 率则为5.44cd/A.在Alq和BPhen混合物中,也观 察到有类似浓度与性能之间相互关系的结果.可 以推断随着向发光层提供电子的能力提高, Alq:BPhen混合物的导电性更好. 在另一个实验中,使用50%的EK—ET902和 EK.BH109混合物作电子传输层,用ET703作新 的电子注入层取代LiF.图3给出了当EK— ET703电子注入层厚度在0,120A之间变化而电 子注入层和电子传输层的总厚度保持350A不变 时,器件的性能特性.由图3可知,当电子注入 层的厚度在20~60A时,器件的性能达到最佳. 使用新的电子注入层,效率从使用LiF的 5.44cd/A提高到大约7cd/A,更重要的是驱动电 压从5.4伏降’fk~lJ4伏. 12 1o 8 —6 碍4 狡2 0 EK—ET703~J厚度(A) 图3在20mA/cm2的电流密度下,在不同的EK—ET703 的电子注入层厚度下,蓝光发光器件的性能.电子传 输材料为(50:50) 我们相信性能的改善和驱动电压的降低是 由于新的电子注入材料的缘故,新的电子注入材 料比LiF具有更好的电子注入能力.这种电子注 入层的厚度范围很大(从20A~60),此时可 获得最好的亮度效率和最低的驱动电压.与之相 反,LiF的有效厚度范围为5A,15A.借助于简 单的器件结构,我们制成了亮度效率为 7.7c(1/A,驱动电压为3.8伏,色座标为(0.14, 0.13)的蓝光有机电致发光器件.这是目前深蓝 光有机电致发光器件中效率最高的,与以LiF为 电予注入层的器件相比,亮度效率提高42%,驱 动电压降低30%,在电子传输层中,EK— ET902和EK—BH109在电子传输层中的协同增强 作用,结合新的电子注入材料EK—ET703,不仅 适用于蓝光有机电致发光器件,同时也适用于红 光和绿光和白光有机电致发光器件.将混合的电 子传输层和新型的电子注入层结合在一起,可得 到高效率,低驱动电压的红光,绿光,蓝光及白 光有机电致发光器件,使用黄光宿主YDl材料和 RD3掺杂的红光荧光有机电致发光器件,则更进 一 步用实例说明了这种新型电子注入材料的独特 性.图4给出了这种.BH109作 电子传输材料,在不同的电子注入材料下,红光有机 电致发光器件的性能数据 更为重要的是,同样的红光有机电致发光 器件,当电子传输材料改为EK—ET902和EK. BH109后,电子注入材料就变得非常优良,如图 第52卷第】期红光,绿光,蓝光,白光用高性能有机电子注入层和传输 层19 5所示.没有电子注入层的器件亮度效率为 9.2cd/A,驱动电压为5.5伏,以LiF作电子注入层 时,器件的亮度效率为9.5cd/A,驱动电压为 4.9伏,而以EK.ET103 电子注入层材料 图7在20mA/cm的电流密度下,以EK—ET90:与 EKBH109混合物作电了传输材料,在使用不I刮的 电子注入材料时器件的性能数据 以EK—BH109作电子传输材料,有无LiF作电 子注入层都没有观察到任何发光,驱动电压大约 为10伏,但以EK.ET703作电子注入层材料,亮 度效率提高~28cd/A,驱动电压降N3.8伏.图 7给出了在不同的电子注入材料下,以混合的 EK.ET902~NEK—BH109作电子传输材料时,器件 的性能数据,由图7可知,以EK—ET703作电子注 入材料,绿光有机电致发光器件的最大效率可达 N21.9cd/A.但单独使用混合的电子传输层(无 电子注入材料)或以LiF为电子注入材料也可以 获得较好的性能. 图8至图11给出了与参考电子材料相比,这 种新的电子传输层和电子注入层对红光,绿光和 蓝光,白光有机电致发光器件的影响,图中的横 座标为电流密度,纵坐标为亮度效率.在每一种 情形下,与相对照的器件相比,加入混合电子传 输层或单独使用新的电子注入层后,器件的件亮度效率与电流密度 之问的关系 图1O蓝光有机电致发光器件亮度效率与电流密度之间的关系 2O光电技术第52卷第1期 0501? 电流密度(mA/cm) 图11白光有机电致发光器件亮度效率与电流密度之间的关系 白光有机电致发光器件的亮度效率与电流 密度之问的关系如图11所示,对照器件中含有用 掺杂金属锂的Alq3或在Alq3和BPhen混合中掺杂 金属锂作为电子传输层,由图11可知,当使用 EK—ET703作电子注入材料时,器件的性能得到 了提高.但当器件中既有新的混合电子传输材料 制成的传输层,又有新的电子注入层时,白光器 件的亮度效率最大,达到14.3cd/A.此时器件的 驱动电压为3.8伏,电流密度为20mA/cm2. 表1列出了使用新的电子传输层和电子注入 层的红光,绿光,蓝光,白光有机电致发光器件 性能的数据.注意:在红光有机电致发光数据中 ,使用EK.ET425作电子注入材料的性能优于使 用EK—ET703作电子注入材料的性能,前者亮度 效率为10.8cd/A,驱动电压为3.8伏,色座标为也 非常符合要求,是迄今为止同类器件中性能最好 的产品.同样,亮度效率为7.3cd/A,驱动电压 为3.4伏的深蓝光有机电致发光显示器件也是同 类器件中性能最好的器件. 表1在20mA/cm2的电流密度下,红光,绿光,蓝光和自光荧光 有机电致发光器件性能数据 器外 件新的电子效率部驱动电 类电子传输材料色座标注入材料( cd/A)效压(伏) 型室 红EK.BHl09+EK.ET902EK.ET425l088.2O66,0.343.9 红EK.BH】09+EK-ET902EK.ET703l0.17.60.66,0.3441 绿EK-13H109+EK.ET902EK.ETT0318.45_3029,0624.2 蓝EK_BH109+EK.ET902EK.ET7037-36.6O.14,0.133.4 白EK.BHlOEK.ET902EK_ET70313.25.70.34,0.343.9 必须要指出的是表中的数据是以图1所示的 简单器件结构而得出的,并没有对器件的结构进 行优化.毫无疑问,如果对器件的结构作进一步 的优化,可以进一步提高效率,降低驱动电压. 表2YU出了使用新的电子发光材料和电子传 输材料,但使用不同的电子注入材料的器件性能 对比.由表2可知,以LiF为电子注入材料,其亮 度效率为12.5cd/A,驱动电压为7.2伏,而使用 EK—ET7.3为电子注入材料,其亮度效率为 21.1cd/A,驱动电压为4.2伏,器件的性能明显提 高.外部量子效率为9.7%,这是蓝——绿光有机 电致发光器件中外部量子效率最高的.不久前 Okumoto等人制成了外部量子效率达N9.9%的蓝 光有机电致发光器件. 表2在20mA/cm2的电流密度下,两种不同电子注入材料的器件性能 器电子电子亮外部 件发光层传输注入度量子色座标驱动电 类效效率压(伏) 型,层塞% 蓝EK—E0.16, 光BH3+3%OP3lLiF12.55.87.2T440.37 蓝EK.EEK.EO.16, 光BH3+3%OP3121.19.74.2T44T703O-37 图l3以图形的方式给出了红光有机电致发光 器件性能的发展历史,在过去的几年中,有机电 致发光器件总的性能的提高是相当明显的,特别 是红光有机电致发光器件,图中的数据是以红光 掺杂剂DCJTB和RD3为基础的,这两种掺杂剂是 柯达公司分别于1997年和2003年研制成功的.很 明显,以亮度效率为例,几乎每年亮度效率提高 一 个百分点,这在过去的十年内是一个明显的进 步. 图l3红光荧光有机史 4结论 使用新的电子传输层和新的电子注入层, 制成了高效低驱动电压的红光,绿光和蓝光有机 电致发光器件.在电流密度为20mA/cm2的工作 条件下,红光,深蓝光和蓝绿光有机电致发光器 件的电子注入层效率更高.对于效率更高 ,驱动电压更低的有机电致发光器件而言,这种 电子注入层厚度优化的范围非常大,从20A~60 A,而LiF作电子注入层的厚度优化范围为5A, 15A. 卢有祥译自SID07DIGEST1286—1289 季旭东校