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OLED器件的六大核心材料

OLED显示元件的基本结构包括阳极、阴极以及夹在其间的发光层例如,在透明基板上依次层叠阳极的铟锡氧化物(ITO)透明电极、有机功能层阴极Mg / Ag金属电极。

Ag金属电极 

 

依据OLED材料在器件中的功能及器件结构的不同,OLED材料可区分为空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、发光层(EML)、电子传输层(ETL)、电子注入层(EIL)等材料。

 

下面我们就综合说说各类材料:

 

1、阴极和阳

 

作为阳极材料的条件

 良好的导电性

 良好化学及形态稳定性

 功函数需要与空穴注入材料的HOMO能级匹配

 

常用阳极材料:透明导电氧化物金属两大类。

 

 导电氧化物ITO、ZnO、AZO(Al:ZnO)等,导电氧化物通常在可见光区接近透明

 

 金属:高导电性,不透光。如果要让金属电极透光,其厚度要足够薄。膜厚需小于15nm才在可见光区有足够穿透度。

 

阴极和阳 

 

低功函数碱金属和碱土族金属或镧系元素均可以做为阴极材料,但是由于低功函数金属在大气中稳定性差,抗腐蚀能力不好,具有易被氧化或玻璃的缺点。

 

一般会选用MgAg(1:9)合金

 Ag改善阴极稳定性,蒸镀过程中,提升在Alq3附着性。

 Mg低功函数,作为阴极组件时在电流驱动下不会发生镁扩散。

 MgAg厚度:在500nm处透过率为43%。

 

2、空穴注入层

 

引入空穴注入材料的目的

由于阳极与空穴运输材料的HOMO能级差较大,增加空穴注入材料将利于增加界面间电荷注入,最后还能改进器件的效率与寿命

 

要求:HOMO能级与ITO功函数最匹配。

有时会与空穴运输材料混合采用,有机空穴注入材料通常也有空穴运输能力。

 

另一种帮助注入空穴办法--缓冲层:在ITO上蒸镀一层非常薄的0.5~2nm绝缘物质,如SiO2、CFx、LiF等,都可以改进空穴注入效率,降低驱动电压。

 

但是缓冲层都有最佳厚度,超过厚度,驱动电压反而会增加。

注入能障越大,最佳缓冲层厚度越大。

 

空穴注入层 

 

3,电子注入层

 

电子注入材料作用

帮助电子从阴极注入有机材料。

通过采用电子注入材料,以便能使用抗腐蚀高功函数金属,如Al、Ag作为阴极。

 

常用材料

 碱金属化合物,如氧化锂,硅酸钾等;

 碱金属醋酸盐类;

 碱金属氟化物,常用是LiF。

 

4,空穴运输层

 

空穴运输材料要求

 高迁移率,在HTL/阳极界面能够减少能垒,

 高耐热稳定性

 及自然形成无针孔缺陷的好的薄膜状态

 具有高玻璃化温度(Tg)的空穴运输材料能够在蒸镀器件过程中形成稳定的非结晶形结构,那么形成的薄膜将不易产生针孔。

 

常用材料

三芳香胺类化合物,优点具有高Tg,和优良表面稳定性。

空穴传输材料大多数空穴传输材料属于芳香胺类荧光化合物。

 

因为多级胺上N原子具有很强的给电子能力而显示出电正性,在电子的不间断地给出过程中表现出空穴迁移特性,并且具有高的空穴迁移率。

三种空穴传输材料 

三种空穴传输材料

 

非结晶形分子材料结构设计方案

 以非平面分子结构增加分子几何构形

 导入巨大及高分子质量取代基,借以提高分子体积及分子质量;

 利用刚硬基团或由有机分子间氢键与非平面分子的结合,以提高分子有效质量。

 

5,电子运输层

 

能使OLED效率显著提升的电子传输材料需具备以下性质:

 良好的电子迁移率(大部分有机材料电子传导速率远远小于空穴传导速率)

 合适的LUMO和HOMO值,使电子有小的注入能障,减小起始工作电压,且具有最好的空穴阻挡能力。

 必须具备高玻璃转移温度热稳定性,这样可以避免组件在驱动时产生焦耳热,避免缩短组件寿命,特别是在高电场强度和高电流密度下。

 经过热蒸镀或者旋转涂布的方式形成均匀、无微孔的薄膜。

 具有形成非结晶性薄膜的能力,以避免光散射或结晶所产生的衰变。

 

在有机电致发光器件中电子传输材料占有特殊重要的地位。

 

一般来说,电子传输材料都是具有大的共轭平面的芳香族化合物,它们大都有较好的接受电子能力,同时在一定正向偏压下又可以有效的传递电子

 

其中,1, 3, 4- 二唑和1,2, 4- 三唑是目前应用最广泛的电子传输材料。

电子传输材料 

 

此外,增加二唑结构单元数有利于改善其电子传输性能,为此许多超支化结构高度对称的星型和树枝型二唑衍生物被合成出来。

 

星型和树枝型 

 

6,发光材料

 

二十世纪80年代末发展起来的有机薄膜电致发光材料,由于其具有低压直流驱动、高发光效率和亮度及颜色可调、易加工成膜等优良特性而备受人们关注。

 

到目前为止,已合成出了包括有机小分子高分子在内的各种性能优良的有机薄膜电致发光材料。

 

小分子OLED材料:有机染料、颜料、金属配合物、共轭分子、共轭寡聚物等;

高分子OLED材料:聚苯乙炔,聚噻吩类的有机共轭聚合物等;

 

这些材料的性能与质量直接关系到OLED器件的性能和寿命。

 

发光层基本上可以分为两类, 最常见的是电致发光体本身已具有载流子输送的性质,即主发光体

它又可分为传输电子传输空穴两种。

 

另外一种为客发光体,通常是一些强荧光的有机染料,用共蒸镀的方法分散在主发光体中,它们接受来自被激发的主激发体的能量,经能量传递而导致不同颜色(蓝、绿、红)的产生。

 

发光层作用

电子空穴注入复合形成激子,激子不稳定释放能量或者光子回到基态。

 

发光层要求以下性质:

 固态下有高荧光或磷光效率

 良好热稳定性和化学稳定性

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