[发明专利]一种以量子阱结构作发光层的有机电致发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件中有机电致发光技术领域，具体涉及一种以量子阱结构作发光层的有机电致发光器件。

背景技术

有机电致发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)属于载流子双注入型发光器件，在外界电压驱动下，带负电的电子与带正电的空穴在有机层作相向运动，当它们相遇时便可能发生复合而放出能量，并将能量传递给有机发光材料分子，使其受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回到基态时辐射跃迁而产生发光现象。由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制作流程较简单等优异特性，因此有着“梦幻显示器”之称的OLED被认为是新一代的平面显示器新兴应用技术，并以其优异的性能和低廉的生产成本吸引了全球有多家企业研发和生产。

早在1987年，柯达公司的C.W.Tang等人发明了三明治结构的有机电致发光器件，使人们看到了有机电致发光器件作为继液晶显示器之后的具有创新一代平板显示器件的希望。1998年，Princeton大学的Baldo和教授等人发现磷光电致发光的现象，突破了有机电致发光材料量子效率低于25％的限制，甚至可趋近至100％。使得有机电子发光显示器件的研究进入了一个全新的时期。

OLED的工作原理如下：当电压施加于阳极和阴极之间时，空穴从阳极通过空穴注入层和空穴传输层注入到发射层中，同时电子从阴极通过电子注入层和电子传输层注入到发射层中，注入到发射层中的空穴和电子在发光层复合，从而产生激子(exciton)，在从激发态转变为基态的同时，这些激子发光。目前有机电致磷光发光器件中的发光层，几乎都是使用主客体系统的结构，即在主体发光材料中掺杂客体发光材料，由能量较大的主体发光材料传递能量给客体发光材料来发光。

量子阱结构首先是在无机半导体材料中被提出，其基本理论已经成熟。量子阱、量子线以及量子点结构对无机半导体光电器件性能的改进起到了非常重要的作用。量子阱结构是一个能带工程，材料符合能带理论是量子阱结构研究的基础。能带理论的基础是材料的长程有序，但有机材料是短程有序的，目前的研究认为在有机材料禁带中存在很多深能级，作为近似，仍然利用能带理论来分析有机薄膜材料和器件的发光特性。

对于有机量子阱结构器件的研究始于1989年，So和等人首次报道了由聚合物PTCDA和NTCDA交替构成的有机量子阱结构器件。随后国内外开展了关于有机量子阱结构器件的大量研究，在对有机量子阱结构器件的研究中得到了类似无机材料的激子限制效应，并得到了光谱的蓝移和窄化现象，根据无机量子阱的研究，将这些现象归因于量子尺寸效应。

在有机量子阱结构中，由于有机分子间是靠微弱的范德华力束缚，这就允许使用大多数不同晶格常数的有机分子构成层状结构，以致在界面处不会存在较大的应力而产生位错，而有机材料有助于构成这种结构。其主要特性有：发射效率高、发射谱带窄、可调节发射区域、有效提高载流子平衡。

在这种结构中存在着势阱层向势垒层的能量传递，这种能量传递发生的几率正比于势垒层发射光谱与势阱层吸收光谱的交叠程度，这种能量传递为能量传递。当势阱层的厚度变薄时，发光光谱的半波宽会随着阱厚度变小而变窄，峰值波长也会随着阱厚度变小而蓝移，这种能量移动与阱宽的关系符合量子尺寸效应的结果，能量移动的多少与阱宽平方的倒数成正比。

有机量子阱结构在有机电致发光器件中的应用研究也已经开展多年，目前对于阱结构的研究主要是利用这种结构来提高器件发光的亮度和效率。在有机量子阱结构器件的研究中还存在着许多问题有待解决，比如影响阱层与垒层之间能量传递的影响因素还不是十分清楚，只能通过吸收光谱和发光光谱的重叠来简单判断。今后对这种器件结构的研究可以围绕以下几方面展开：深入研究器件和材料的发光机理；利用阱结构器件光谱色坐标可调的特性实现全色显示；材料的性能是影响器件特性的最直接因素，因而需要合成更加高效的有机材料；利用阱结构器件对载流子的限制效应，提升器件的稳定性，从而提高器件的寿命。

制作有机电致磷光发光器件的方法普遍是采用共蒸掺杂的手段，不仅制备工艺复杂、耗时长且掺杂浓度不易控制，这种缺点严重影响了器件的稳定性和发光效率。因此，磷光OLED领域的研究重点之一是，采用性能优良的有机半导体材料，利用主客体材料超薄层堆叠的方法代替掺杂，利用结构尽量简单的器件实现单色光或白光。