一种OLED器件及其复合区识别方法

技术领域

本发明涉及有机半导体器件领域，特别是涉及一种OLED器件及其复合区识别方法。

背景技术

有机电致发光二极管由于具有超薄、自发光、广视角、低功耗等特点，受到学术界和产业界的广泛重视。但高亮度下的有机分子因为焦耳热会造成降解或结晶，影响了器件的性能。因此，OLED发光强度低是阻碍其在照明光源或IT显示中大范围应用的关键因素。影响OLED器件效率的主要因素有以下几个方面：1)合适的异质结结构使得载流子注入平衡并且有效；2)可以充分利用激子的高效磷光材料；3)合适的载流子传输层和发光客体材料，能够使得OLED器件在低电压下正常工作；4)光学优化以使得光输出耦合效率或者外部与内部产生光子的相对耦合部分最大化。其中，载流子平衡是成功制备性能优异的高温OLED器件的关键因素，因为高温下载流子失衡会引起器件中激子复合区发生变化。

与无机材料相比，有机半导体材料依赖于原子之间强共价键的相互作用，通常是弱范德华力。固体半导体中的载流子传输由分子结构和分子间相互作用通过短距离或长距离周期性分子堆积基序决定。然而，当OLED器件处于高温环境下时，温度可能会改变有机材料的分子结构或分子间相互作用。有机材料可能存在诸如微结晶、离子扩散和热应力引起的界面损坏等现象。因此，深入研究器件对热应力的响应对于实现在高亮度和高温环境下稳定工作的OLED至关重要。与无机材料相比，有机半导体材料依赖于原子之间强共价键的相互作用，通常是弱范德华力。固体半导体中的载流子传输由分子结构和分子间相互作用通过短距离或长距离周期性分子堆积基序决定。然而，当OLED器件处于高温环境下时，温度可能会改变有机材料的分子结构或分子间相互作用。有机材料可能存在诸如微结晶、离子扩散和热应力引起的界面损坏等现象。因此，深入研究器件对热应力的响应对于实现在高亮度和高温环境下稳定工作的OLED至关重要。

为确保OLED器件在高温环境下正常工作，器件需要具有优异的热稳定性。一方面，高温会诱导具有较低玻璃化转换温度Tg的有机材料发生结晶或者材料分子发生变化，这将导致其载流子迁移率发生改变，从而影响基于该材料的OLED器件在高温下的光电性能。另一方面，OLED器件通常在阴极和阳极之间有多个功能层，在高温环境下工作时，温度虽然促进了电荷载流子的传输，但是容易导致空穴和电子传输不平衡，使得OLED器件的激子复合区域发生改变。

发明内容

本发明的目的是提供一种OLED器件及其复合区识别方法，以确定器件激子复合区域的分布。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种OLED器件，所述OLED器件包括：器件本体、第一敏化层和第二敏化层；

所述器件本体包括带有ITO电极的玻璃基板，以及在所述玻璃基板的表面由底至顶依次沉积的电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极；

所述第一敏化层沉积设置在所述电子传输层和所述发光层的层级界面处；

所述第二敏化层沉积设置在所述空穴传输层和所述发光层的层级界面处；

所述第一敏化层和所述第二敏化层采用的材料不同。

可选地，所述第一敏化层和所述第二敏化层的厚度均为0.1nm。

可选地，所述电子注入层采用的材料为金属氧化物。

可选地，所述金属氧化物为氧化钼、氧化钨或者氧化钒。

可选地，所述电子注入层的厚度为5nm。

一种OLED器件复合区识别方法，所述方法应用于上述所述的OLED器件，所述方法包括：

获取OLED器件的光谱集；所述光谱集为所述OLED器件在不同的设定温度下对应的EL谱的集合；

对任一EL谱，基于图谱数据按照设定基线确定波峰数据；所述图谱数据包括：光谱强度和波长；

基于所有的所述波峰数据采用高斯函数进行拟合，得到拟合曲线；

根据所述拟合曲线确定分峰拟合结果；所述分峰拟合结果包括：分峰面积和分峰比例值；所述分峰拟合结果用于表征所述OLED器件的在不同温度下激子复合区的空间位置分布。

可选地，所述高斯函数的表达式为：

其中，y为高斯函数的输出；y

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种OLED器件及其复合区识别方法，该OLED器件包括：器件本体、第一敏化层和第二敏化层；器件本体包括带有ITO电极的玻璃基板，以及在玻璃基板的表面由底至顶依次沉积的电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层和阳极；第一敏化层沉积设置在电子传输层和发光层的层级界面处；第二敏化层沉积设置在空穴传输层和发光层的层级界面处；第一敏化层和第二敏化层采用的材料不同；通过采用本发明提供的OLED器件，依据第一敏化层和第二敏化层的材料不同，以确定器件激子复合区域的分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的OLED器件的组成结构图；

图2为本发明实施例提供的器件A的组成结构图；

图3为本发明实施例提供的器件B的组成结构图；

图4为本发明实施例提供的器件C的组成结构图；

图5为本发明实施例提供的OLED器件在低电压4V下的EL谱示意图；

图6为本发明实施例提供的OLED器件处于高电压8V时EL谱的复合峰示意图。

符号说明：

玻璃基板-1、电子注入层-2、电子传输层-3、发光层-4、空穴传输层-5、空穴注入层-6、阳极-7、第一敏化层-8、第二敏化层-9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术存在的问题，需要研究高温对OLED器件载流子的影响，以及探究器件激子复合区域在不同温度下的分布，从而方便在高温条件下对OLED器件中激子复合区域的调控。

本发明的目的是提供一种OLED器件及其复合区识别方法，以确定器件激子复合区域的分布。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种OLED器件，该OLED器件包括：器件本体、第一敏化层8和第二敏化层9。

器件本体包括带有ITO电极的玻璃基板1，以及在玻璃基板1的表面由底至顶依次沉积的电子注入层2、电子传输层3、发光层4、空穴传输层5、空穴注入层6和阳极7。其中，电子注入层2的厚度为5nm。

第一敏化层8沉积设置在电子传输层3和发光层4的层级界面处。第二敏化层9沉积设置在空穴传输层5和发光层4的层级界面处。

第一敏化层8和第二敏化层9采用的材料不同。第一敏化层8和第二敏化层9的厚度均为0.1nm。

电子注入层2采用的材料为金属氧化物。其中，金属氧化物可以为氧化钼、氧化钨或者氧化钒。

此外，在一种实施例中，玻璃基板1上带有的ITO电极作为OLED器件的阴极，电子注入层2采用5nm的MoO

其中，DCJTB的化学名称为：

4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran。

发光层4采用30nm的ADN：5wt％DSA-ph；第二敏化层9采用0.1nm的Rubrene。

Rubrene的化学名称为：

5,6,11,12-tetraphenyltetracene。

空穴传输层5采用40nm的TPBi。空穴注入层6采用1nm的Liq。阳极7采用150nm的Al。

本发明还提供了一种OLED器件复合区识别方法，该方法应用于上述的OLED器件，该方法包括：

获取OLED器件的光谱集；光谱集为所述OLED器件在不同的设定温度下对应的EL谱的集合。

对任一EL谱，基于图谱数据按照设定基线确定波峰数据；图谱数据包括：光谱强度和波长。

基于所有的波峰数据采用高斯函数进行拟合，得到拟合曲线。

根据拟合曲线确定分峰拟合结果；分峰拟合结果包括：分峰面积和分峰比例值；分峰拟合结果用于表征OLED器件的在不同温度下激子复合区的空间位置分布。

其中，高斯函数的表达式为：

其中，y为高斯函数的输出；y

在实际应用中，通过设计一种蓝色荧光的OLED器件，研究其在不同温度下的光电特性。为了确定该器件激子复合区域在不同温度下的分布，开发了一种导入双荧光探针(Dual Fluorescent Probes，DFP)材料的器件，即通过在空穴传输层(Hole TransportLayer，HTL)和发光层(Emitting Layer，EML)界面插入0.1nm厚的第二敏化层即超薄橙色敏化层Rubrene，在发光层(Emitting Layer，EML)和电子传输层(Electron TransportLayer，ETL)界面插入0.1nm厚的第一敏化层即超薄红色敏化层DCJTB作为探针来判断不同温度下器件的激子复合区域位置，并且可以借助软件Origin拟合不同发光颜色的EL谱面积，从而获得激子的空间分布信息。

选择室温、60、80和100℃这四种温度，对图2中的OLED器件即器件(Device)A分别退火30min。等待器件A的退火完成后，再在手套箱内氮气环境中把退火过后的器件A放至室温，统一测试器件A的光电性能，性能数据如表1所示。得到不同温度下工作环境对OLED器件性能的影响。即随着退火温度的增加，器件的CE-L等光电性能逐步降低。当退火温度高于OLED器件中有机材料功能层的Tg时，器件中载流子传输不平衡，从而导致了器件性能下降，所以研究并对器件处于不同温度下的激子复合区进行调控对制备高温OLED器件有着重要的意义。在化学中，Tg是指玻璃化转变温度。即随着温度的升高，高分子物质(通常为非晶体，晶体有明显的熔点，melting point，Tm)从玻璃态到高弹态之间的转变温度。通常是转化曲线中间作一条切线，其切点所对应的温度，作为玻璃化转变温度。是高分子领域重要的概念。

表1性能数据

可以使用“PR650光谱仪(Photo Research,Inc.,Chatsworth,CA,USA)”和“Keithley 2400 Source Meter数字源表”协同测试OLED器件的光电性能。具体包括启亮电压V

将PR650的中心区域对焦到器件的发光区域。调节Keithley2400 Source Meter数字源表电压，使PR650测得器件发光为1cd/m

选择DCJTB和Rubrene，进行了两种OLED器件，即Device B和Device C的制备，如图3和图4所示。

具体地，图3中的发光层4采用的是30nm的Alq

并对这两组器件进行了30min的退火，退火完成后用PR-650测试仪器统一测得器件在不同温度下的EL谱，由此确定这两种材料在不同温度下EL谱的发光峰位置。

在低电压下的时候，Device B的EL谱的波峰位置在随着温度的升高而发生略微的偏移，发光峰峰位在室温、60、80和100℃时依次为：644、644、644和640nm；高电压下的时候，Device B的EL峰峰位在室温、60、80和100℃时依次为：632、636、632和632nm。Device C的EL谱可以知道，在低电压下的时候，其主峰位置均为564nm，侧峰的位置在592～596nm之间；处于高电压下的时候，器件的主峰位置均为560nm，侧峰位置均为592nm。

由得到的光电性能的结果说明，受温度和电场的影响，器件性能下降，这是因为退火温度高于OLED器件中有机材料功能层的Tg时，器件中载流子传输不平衡。所以需要研究器件处于不同温度下的激子复合区的位置，由此采用本发明所提供的OLED器件复合区识别方法，基于DCJTB和Rubrene这两种探针在不同温度下的EL谱大致峰位之后，并将它们作为DFP插入EML的两侧，将使用DFP之后的OLED器件DeviceD，如图1所示。用PR-650测试仪测得其EL谱，并将所得光谱使用Origin进行分峰拟合的操作。通过该拟合可以得出不同颜色光谱的面积，再结合之前“探针”材料的位置，可以知道激子复合区的大致位置，并且可以判断不同温度和电压下器件中激子复合区的移动趋势。

具体地，使用Origin软件进行分峰拟合的步骤如下：

1)打开Origin，将实验数据归一化后导入到表格中，生成加入DFP器件的EL谱，为后续的分峰做准备；实验数据：光谱强度和波长，归一化后即数据图的纵坐标和横坐标。

2)将EL谱进行峰值分析，选定基线，再点击分析软件中的“峰拟合”，根据步骤1)所得波峰数值来手动进行寻找波峰的操作。

3)随后选择“拟合控制”选项，进行参数初始化。

4)选择高斯函数(Gaussian函数)对数据进行拟合。

将拟合好后的曲线迭代至收敛，最后得出分峰拟合的结果。

得到分峰拟合的图和数据后可以知道各曲线和坐标轴围成的面积，计算其所占比例后进行比较，即可判断器件的激子复合区位置。

以Device D，即本发明提供的OLED器件为例，处于室温下的Device D在低电压4V下的EL谱如图5所示。4V电压下，器件在不同温度下的发光主峰位于橙光探针(大致560nm)一侧。通过Origin进行分峰拟合后可以知道，此时Device D中蓝光(480nm/503nm)波峰所占的面积(空心三角和空心原点所示曲线与坐标轴围成的面积)比例仅有2.3％，而器件中的橙光(558nm/595nm)(实心三角和实心原点与坐标轴围成的面积)所占比例为97.7％，橙光所占比例明显高于蓝光所占的比例，所以由实验结果可以知道的是，器件处于室温下低电压时候的激子复合区并不完全位于EML而是大部分靠近EML/ETL界面处。即可以判断其在4V电压下的激子复合区大部分靠近ADN:5wt％DSA-ph/TPBi界面处。室温下的Device D处于高电压8V时EL谱的复合峰如附图6所示。8V电压下，器件在室温和60℃的发光主峰大致在560nm，当退火温度上升至80和100℃时，发光主峰从560nm移动到了480nm，480nm是该蓝光OLED器件的本征发光峰。通过Origin进行分峰拟合后发现此时器件中蓝光发光峰的所占面积(空心三角和空心原点所示曲线与坐标轴围成的面积)比例有所增加，为20.2％，橙光(实心三角和实心原点与坐标轴围成的面积)所占比例为48.4％，除了蓝光和橙光之外，在进行分峰的时候还发现了红光(双点划线与坐标轴围成的面积)的存在，并且拟合后的红光波峰为631nm，波峰所占面积比例为31.4％。由前文可以知道，DCJTB在高电压下室温的EL波峰为632nm，所以由此可知，器件的激子复合区扩散到了HTL/EML的界面。

此外，关于器件的制备，首先对ITO玻璃基板或玻璃基板进行清洗，因为基板的表面清洁程度会直接影响到OLED器件的性能，所以在制备OLED器件之前，对ITO玻璃基板和玻璃基板进行清洗十分必要。

清洗基板所涉及的步骤如下：(1)将去离子水与去污剂混合倒入干净的烧杯中，而后将基板放于其内，用保鲜膜和铝箔对烧杯进行封口后，将其置于超声仪器中超声波清洗90min；(2)取出第一次超声处理过的基板，用湿润的无尘布混合去污剂进行逐个搓洗，直至基板表面用去离子水冲洗后覆盖上一层水膜，并且将基板垂直放置后，能够看到去离子水在玻璃基板底端均匀地悬挂；(3)将清洗过的基板放入含有去离子水的烧杯中进行超声清洗，每90min更换一次去离子水，直至基板表面的去污剂完全去除；(4)用去离子水清洗完后，将烧杯内的去离子水倒入废液桶中，将丙酮倒入烧杯内，再次把基板置于烧杯内，用保鲜膜和铝箔将烧杯盖上，进行超声清洗，这样做的目的是利用丙酮去除掉基板表面预留的有机污垢，清洗3次，在此期间需要保持烧杯是密封的状态防止丙酮的挥发。以上的四个步骤即为基板清洗的全部过程，清洗完成后的基板需要密封保存在异丙醇中，留待后续使用。

然后是对于器件和薄膜的制备。

首先，将密封保存在异丙醇中的基板根据实验需要取出相应的片数，把基板放入包有铝箔的培养皿内，置于钨灯下烤干，烘烤时间设为15min；其次，将烤干的基板放于紫外-臭氧仪箱内进行紫外线(Ultraviolet，UV)处理，处理时间为15min，UV处理的ITO基板的目的是为了使得后续沉积的有机层薄膜表面更加平滑，增加其表面能量和极性，还可以去除ITO基板表面的有机杂质和其他污染物，从而获得更好的电学性能；最后，将基板放于真空蒸镀室内，将真空抽至4×10

本发明可以针对深蓝光激子复合区在不同温度和电压下分布区域进行识别。有机半导体材料的载流子迁移率会随着温度的升高而有所提升。器件内部会因为热应力的作用，材料的分子取向会发生改变，从而导致高温环境下OLED器件的内部载流子传输不平衡，有机材料中因此形成了空间电荷。器件内部因为空间电荷的存在，所以形成了内建电场，这与外加电场的方向相反。内建电场与外加电场相互叠加，使得载流子复合效率降低，从而导致器件效率降低。器件Device D外加电压的时候，在外电场的作用下，电子和空穴分别从ETL和HTL注入和传输，在HTL/EML或者ETL/EML的界面处，一部分的载流子会越过势垒在EML附近进行复合。观察加入DFP之后的蓝光OLED器件Device D在不同电压下的EL谱随温度变化的关系。不同温度下器件的激子复合位置变化影响到了器件的出光效率，从而影响了器件的光电性能。激子复合区的变化会引起器件中载流子复合效率的变化，进而将影响器件的发光性能，所以研究并对器件处于不同温度下的激子复合区进行调控对制备高温OLED器件有着重要的意义。

本方法中使用软件Origin对DFP蓝光器件EL进行分峰拟合，并将拟合后不同颜色的波峰面积所占比例与载流子迁移率结合进行分析，可以获得激子的空间分布信息。结果表示该蓝光OLED器件的激子复合区域在高电压高温下发生了移动，不利于器件在高温环境下的正常工作，故需要对其进行进一步调控，而通过数据分析获得的激子空间分布信息，有利于对其进行调控，进一步提升器件性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。