CN101710608B - 一种顶发射有机白光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种顶发射有机白光器件，其包括：用于起支撑作用的基底(1)；用于载流子注入和接触的底电极(2)；用于注入或传输或阻挡载流子或阻挡激子的第一载流子传输层或激子阻挡层(3)；用于同时发射蓝光和绿光的有机材料发光层(4)；用于注入或传输或阻挡载流子或阻挡激子的第二载流子传输层或激子阻挡层(5)；用于载流子注入和接触的顶电极(6)；用于发射红光的颜色转换层(7)。本发明公开了一种由同时发射蓝光和绿光的顶发射有机电致发光器件和发射红光的颜色转换层构成的顶发射有机白光器件，可应用于全彩显示及照明。
Description
技术领域
本发明涉及一种顶发射有机白光器件，属于有机电致发光技术领域。
背景技术
有机电致发光器件(有机发光二极管，Organic Light-emitting diodes，简称OLEDs)作为一种新型的平板显示器及光源，兼具主动发光、宽视角、全彩色、可弯曲、高效率、低功耗、低成本等许多优点，该技术领域主要进展如下：
1、1987年，Tang等人报道了采用真空热蒸发镀膜方法制备的、以胺类衍生物为空穴传输层，以8-羟基喹啉铝(Alq3)为发光层的双层结构小分子OLEDs(C.W.Tang and S.A.VanSlyke，Appl.Phys.Lett.51，913(1987))；
2、1990年，Burroughes等人报道了采用溶液方法(solution process)制备的聚合物电致发光器件(Polymer Light-emitting diodes，简称PLEDs)(H.Burroughes，et al.Nature 347，539(1990))；
3、1998年，Baldo等人报道了利用真空热蒸发镀膜的方法、采用高效率有机磷光材料制备的磷光OLEDs(M.A.Baldo，et al.Nature 395，151(1998))。
常规结构OLEDs的电致发光一般通过在可见光范围内透明的基底(如玻璃)和底电极(如铟锡氧化物(ITO))发射出来，称为底发射OLEDs(Bottom-emitting OLEDs，简称BEOLEDs)。而顶发射OLEDs(Top-emitting OLEDs，简称TEOLEDs)可以通过在可见光范围内透明的顶电极发射出来，TEOLEDs可以选择在可见光范围内不透明的基底(如硅片、金属等)和底电极，扩展了基底和底电极材料的选择范围；TEOLEDs还有利于和CMOS或TFT驱动电路集成制备主动式(Active matrix)OLEDs显示器，提高显示其的开口率；该技术领域主要进展如下：
1、1994年，Parker等人报道了以n型或p型硅片为基底和底电极、半透明金属Au或Ca为顶电极的顶发射聚合物发光二极管(TEPLEDs)(I.D.Parker and H.H.Kim，Appl.Phys.Lett.64，1774(1994))；
2、1994年，Baigent等人报道了以硅片为基底、金属Al为底电极、透明ITO为顶电极的顶发射聚合物发光二极管(TEPLEDs)(D.R.Baigent，et al.Appl.Phys.Lett.65，2636(1994))；
3、1997年，Bulovic等人报道了以硅片为基底、金属合金Mg:Ag为底电极、透明ITO为顶电极的顶发射小分子发光二极管(TEOLEDs)(V.Bulovic，et al.Appl.Phys.Lett.70，2954(1997))。
有机白光器件(White OLEDs，简称WOLEDs)可应用于全彩显示及照明，受到人们广泛关注，实现WOLEDs的方法一般为三色(红、绿、蓝，RGB)混合或二色(互补色，如橙红、蓝)混合。
已有的WOLEDs技术方案主要包括：
1、1991年，Tang等人公开了一种WOLEDs，由发射蓝光的有机电致器件和发射绿光和红光的颜色转换层构成(美国专利5294870)；
2、1994年，Kido等人报道了发光层由红、绿、蓝三种有机荧光材料分散在聚合物主体材料中电致发光构成的WOLEDs(J.Kido，et al.Appl.Phys.Lett.64，815(1994))；
3、1995年，Kido等人报道了具有三个发光层的WOLEDs，其中每个发光层分别发射红、绿、蓝电致荧光混合实现白光(J.Kido，et al.Science 267，1332(1995))；
4、2002年，D’Andrade等人报道了具有蓝绿和红色电致磷光多发光层WOLEDs(B.W.D’Andrade，et al.Adv.Mater.12，147(2002))；
5、2002年，Duggal等人报道了一种WOLEDs，由发射蓝光的聚合物电致发光器件和发射黄、橙、及红光的颜色转换层构成，其中聚合物发光层采用溶液方法制备(A.Duggal，et al.Appl.Phys.Lett.80，3470(2002)，A.Duggal，et al.SID Int.Symp.Digest Tech.Papers 28(2005))，Duggal等人还公开了一种WOLEDs，由发射蓝光和红光的有机电致发光器件和发射绿光的颜色转换层构成(中国发明专利申请号200310123726.6，公开号CN1520237)；
6、2004年，D’Andrade等人报道了发光层由红、绿、蓝三种有机磷光材料掺杂在主体材料中电致磷光混合形成WOLEDs(B.W.D’Andrade，et al.Adv.Mater.16，624(2004))；
7、2006年，Sun等人报道了具有蓝色电致荧光和红、绿电致磷光的多发光层WOLEDs(Y.R.Sun，et al.Nature.440，908(2006))；
8、2006年，Krummacher等人报道了发射蓝光的有机电致发光器件和发射黄光的颜色转换层构成，电致发光层由发蓝光的有机小分子磷光材料分散在聚合物主体材料中采用溶液方法制备(B.C.Krummacher，et al.Appl.Phys.Lett.88，113506(2006))；
9、2007年，邱勇等人公开了包含颜色转换传输层的WOLEDs，其中颜色转换传输层兼具颜色转换和载流子传输的功能(中国发明专利申请号200610137754.7，公开号CN1937277A)。
10、2009年，袁永波等人报道了一种小分子WOLEDs，由发射蓝光的有机电致发光器件和发射橙红光的颜色转换层构成，电致发光层由发蓝光的有机小分子磷光材料掺杂在有机小分子主体材料中采用真空热蒸发方法制备(Y.B.Yuan，et al.Optics Express 17，1577(2009))。
已有的顶发射WOLEDs(Top-emitting WOLEDs，简称TEWOLEDs)技术方案主要包括：
1、2005年，Hsu等人报道了以玻璃为基底、经过CFx表面修饰的金属Ag为底电极、SnO2覆盖的金属Ca/Ag为透明顶电极的TEWOLEDs，TEWOLEDs的电致发光层由发射蓝光和发射黄光的有机小分子荧光材料掺杂在有机小分子主体材料构成(S.F.Hsu，et al.Appl.Phys.Lett.86，253508(2005))；
2、2005年，Kanno等人报道了以硅片为基底、金属Al/Ni为底电极、透明ITO为顶电极的TEWOLEDs，TEWOLEDs的电致发光层由发射蓝光和发射红光的有机小分子磷光材料掺杂在有机小分子主体材料构成(H.Kanno，et al.Appl.Phys.Lett.86，263502(2005))；
3、2008年，Ji等人报道了一种TEWOLEDs，由发射蓝光的顶发射电致发光器件和其上发射黄光的颜色转换层构成；发射蓝光的顶发射电致发光器件以硅片为基底、金属Ag为底电极、半透明金属Al/Ag为顶电极，其电致发光层由发射蓝光的有机小分子荧光材料构成(W.Y.Ji，et al.Optics Express 16，15489(2008))。
发明内容
本发明提出了一种由同时发射蓝光和绿光的顶发射有机电致发光器件和发射红光的颜色转换层构成的新型顶发射有机白光器件，可应用于全彩显示及照明。
本发明提出的顶发射有机白光器件，其包括：用于起支撑作用的基底(1)、用于载流子注入和接触的底电极(2)、用于注入或传输或阻挡载流子或阻挡激子的第一载流子传输层或激子阻挡层(3)、用于同时发射蓝光和绿光发射的有机材料发光层(4)、用于注入或传输或阻挡载流子或阻挡激子的第二载流子传输层或激子阻挡层(5)、用于载流子注入和接触的顶电极(6)、用于发射红光的颜色转换层(7)。
本发明提出的顶发射有机白光器件，其基底(1)厚度为1微米-1厘米；可以是刚性或柔性；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于金属、玻璃、塑料、硅片、纸片、木片、竹片、有机小分子、聚合物、卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、碳族化合物、或由上述材料构成的复合材料。
本发明提出的顶发射有机白光器件，其底电极(2)厚度为0.1纳米-1微米；导电并在可见光范围内具有高反射率；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于金属、导电的氧族化合物、导电的有机小分子、导电的聚合物、或由上述材料构成的复合材料。
本发明提出的顶发射有机白光器件，其第一载流子传输层或激子阻挡层(3)厚度为0.1纳米-1微米；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于有机小分子、聚合物、卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、碳族化合物、或上述材料构成的复合材料。
本发明提出的顶发射有机白光器件，其有机材料发光层(4)厚度为0.1纳米-1微米；可以由发射蓝光和绿光的有机荧光或磷光材料构成；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；由有机材料构成，包括但不局限于各种发射蓝光和绿光的有机荧光或磷光材料掺杂的有机小分子、聚合物、或两者构成的复合材料，掺杂的质量百分比大于0.01％。
本发明提出的顶发射有机白光器件，其第二载流子传输层或激子阻挡层(5)厚度为0.1纳米-1微米；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于有机小分子、聚合物、卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、碳族化合物、或上述材料构成的复合材料。
本发明提出的顶发射有机白光器件，其顶电极(6)厚度为0.1纳米-1微米；导电并在可见光范围内透明；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于铟锡氧化物(ITO)、其它导电透明的氧族化合物、导电透明的有机小分子、导电透明的聚合物、导电半透明的金属、或上述材料构成的复合材料。
本发明提出的顶发射有机白光器件，其颜色转换层(7)厚度为0.1纳米-1厘米；可以吸收蓝光或绿光并发射红光；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机或有机材料构成，包括但不局限于各种发射红光的无机或有机荧光或磷光材料掺杂的塑料、有机小分子、聚合物、卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、碳族化合物、或上述材料构成的复合材料，掺杂的质量百分比大于0.01％。
本发明提出的顶发射有机白光器件，由基底(1)、底电极(2)、第一载流子传输层或激子阻挡层(3)、有机材料发光层(4)、第二载流子传输层或激子阻挡层(5)、顶电极(6)构成的顶发射电致发光器件在外加电源的驱动下同时发射蓝光和绿光。
本发明提出的顶发射有机白光器件，由同时发射蓝光和绿光的顶发射有机电致发光器件和发射红光的颜色转换层构成，颜色转换层(7)吸收部分顶发射有机电致发光器件同时发射的蓝光和绿光并将之转换为红光发射，该红光发射与透过颜色转换层(7)的另一部分蓝光和绿光三色混合形成白光。
本发明提出的顶发射有机白光器件，所述的底电极(2)、第一载流子传输层或激子阻挡层(3)、有机材料发光层(4)、第二载流子传输层或激子阻挡层(5)、顶电极(6)、颜色转换层(7)，可采用但不局限于真空热蒸发、电子束蒸发、激光闪蒸、溅射或分子束外延等薄膜或薄层干法制备工艺制备，也可采用但不局限于旋涂、浇铸、提拉、印刷、沉淀等薄膜或薄层湿法制备工艺制备，或可采用本领域技术人员所公知的其它薄膜或薄层制备工艺制备。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，其详细的技术手段，可依照说明书的内容予以实施。为了让本发明特征能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图进行详细说明，如下。
附图说明
图1是本发明顶发射有机白光器件的结构示意图。
1：基底
2：底电极
3：第一载流子传输层或激子阻挡层
4：有机材料发光层
5：第二载流子传输层或激子阻挡层
6：顶电极
7：颜色转换层
图1中，本发明顶发射有机白光器件由用于起支撑作用的基底(1)、用于载流子注入和接触的底电极(2)、用于注入或传输或阻挡载流子或阻挡激子的第一载流子传输层或激子阻挡层(3)、用于同时发射蓝光和绿光的有机材料发光层(4)、用于注入或传输或阻挡载流子或阻挡激子的第二载流子传输层或激子阻挡层(5)、用于载流子注入和接触的顶电极(6)、用于发射红光的颜色转换层(7)依次构成。
图1中，基底(1)厚度为1微米-1厘米；可以是刚性或柔性；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于金属、玻璃、塑料、硅片、纸片、木片、竹片、有机小分子、聚合物、卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、碳族化合物、或由上述材料构成的复合材料。
图1中，底电极(2)厚度为0.1纳米-1微米；导电并在可见光范围内具有高反射率；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于金属、导电的氧族化合物、导电的有机小分子、导电的聚合物、或由上述材料构成的复合材料。
图1中，第一载流子传输层或激子阻挡层(3)厚度为0.1纳米-1微米；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于有机小分子、聚合物、卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、碳族化合物、或上述材料构成的复合材料。
图1中，有机材料发光层(4)厚度为0.1纳米-1微米；可以由发射蓝光和绿光的有机荧光或磷光材料构成；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；由有机材料构成，包括但不局限于各种发射蓝光和绿光的有机荧光或磷光材料掺杂的有机小分子、聚合物、或两者构成的复合材料，掺杂的质量百分比大于0.01％。
图1中，第二载流子传输层或激子阻挡层(5)厚度为0.1纳米-1微米；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于有机小分子、聚合物、卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、碳族化合物、或上述材料构成的复合材料。
图1中，顶电极(6)厚度为0.1纳米-1微米；导电并在可见光范围内透明；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机材料或有机材料构成，包括但不局限于铟锡氧化物(ITO)、其它导电透明的氧族化合物、导电透明的有机小分子、导电透明的聚合物、导电半透明的金属、或上述材料构成的复合材料。
图1中，颜色转换层(7)厚度为0.1纳米-1厘米；可以吸收蓝光或绿光并发射红光；可以是单层或多层结构，其中每层可以由单一组分或多组分构成；可以由无机或有机材料构成，包括但不局限于各种发射红光的无机或有机荧光或磷光材料掺杂的塑料、有机小分子、聚合物、卤族化合物、氧族化合物、氮族化合物、碳族化合物、或上述材料构成的复合材料，掺杂的质量百分比大于0.01％。
图2是本发明实施例中顶发射有机白光器件的结构示意图。
图2中，基底(1)由玻璃构成。
图2中，底电极(2)由金属Al构成，导电并在可见光范围内具有高反射率。
图2中，第一载流子传输层或激子阻挡层(3)由MoO3、NPB、TCTA三层薄膜构成。
图2中，有机材料发光层(4)由发射蓝光的有机小分子磷光材料(FIrpic)掺杂有机小分子主体材料(TCTA)的蓝光发射层、TPBi薄膜隔离层、发射绿光的有机小分子磷光材料(Ir(ppy)3)掺杂有机小分子主体材料(TPBi)的绿光发射层构成。
图2中，第二载流子传输层或激子阻挡层(5)为TPBi、Cs2CO3双层薄膜构成。
图2中，顶电极(6)由导电并在可见光范围内具有一定透过率的半透明纳米量级金属Al薄膜构成。
图2中，颜色转换层(7)由发射红光的有机荧光材料DCJTB掺杂有机小分子Alq3薄膜构成，可以吸收蓝光或绿光并发射红光。
图3是本发明实施例中顶发射有机白光器件的输出光谱图。
图3中，顶发射有机白光器件的输出光谱分别由蓝光(峰值波长约为470nm)、绿光(峰值波长约为520nm)及红光(峰值波长约为640nm，600-700nm范围的多峰结构是因为顶发射有机电致发光器件的底电极和顶电极反射导致的干涉效应)构成，蓝、绿、红三色共混形成白光，其中蓝光和绿光发射来自顶发射有机电致发光器件中的有机材料发光层(4)的电致发光，而红光发射来自颜色转换层(7)吸收部分有机材料发光层(4)发射的蓝光和绿光并将之转换为红光发射(峰值波长约为640nm，600-700nm范围的多峰结构是因为顶发射电致发光器件的底电极和顶电极反射导致的干涉效应)，该红光发射与透过颜色转换层(7)的另一部分蓝光和绿光三色混合形成白光。
实施例
首先，在玻璃基底(1)(厚度约为1毫米)上采用真空热蒸发镀膜的方法制备厚度为纳米量级(厚度约为100纳米)的、在可见光范围内具有高反射率的金属Al薄膜作为底电极(2)。
其次，在玻璃基底(1)、金属Al薄膜底电极(2)上采用真空热蒸发镀膜的方法连续制备厚度为纳米量级的MoO3、NPB、TCTA薄膜作为多层结构第一载流子传输层或激子阻挡层(3)用于注入和传输空穴、阻挡电子；然后采用共蒸发镀膜的方法制备厚度为纳米量级的、由发射蓝光的有机小分子磷光材料(FIrpic)掺杂有机小分子主体材料(TCTA)的蓝光发射层，再采用热蒸发镀膜的方法制备厚度为纳米量级的TPBi薄膜隔离层，然后采用共蒸发镀膜的方法制备厚度为纳米量级的、由发射绿光的有机小分子磷光材料(Ir(ppy)3)掺杂有机小分子主体材料(TPBi)的绿光发射层，上述蓝光发射层、隔离层、绿光发射层构成多层结构有机材料发光层(4)；随后采用热蒸发镀膜的方法制备厚度为纳米量级的TPBi、Cs2CO3薄膜作为多层结构第二载流子传输层或激子阻挡层(5)用于注入和传输电子、阻挡空穴；最后利用真空热蒸发镀膜的方法制备厚度为纳米量级(厚度约为15纳米)的在可见光范围内具有一定透过率的导电金属Al薄膜作为半透明顶电极(6)。
然后，在半透明金属Al薄膜顶电极(6)上采用真空共蒸发镀膜的方法制备厚度为微米量级(厚度约为2-3微米)的由发射红光的有机荧光材料DCJTB按一定质量百分比(约为3％)掺杂有机小分子Alq3薄膜构成的颜色转换层(7)。
最终，本发明实施例中顶发射有机白光器件结构如图2所示，Glass/Al(100nm)/MoO3(3nm)/NPB(25nm)/TCTA(5nm)/FIrpic:TCTA(10％，20nm)/TPBi(2nm)/Ir(ppy)3:TPBi(10％，10nm)/TPBi(30nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(12nm)/DCJTB:Alq3(3％，2400nm)颜色转换层。
如图3所示，是本发明实施例中顶发射有机白光器件的输出光谱图，顶发射有机白光器件的输出光谱分别由蓝光(峰值波长约为470nm)、绿光(峰值波长约为520nm)及红光(峰值波长约为640nm，600-700nm范围的多峰结构是因为顶发射电致发光器件的底电极和顶电极反射导致的干涉效应)构成，蓝、绿、红三色共混形成白光，其中蓝光和绿光发射来自顶发射有机电致发光器件中的有机材料发光层(4)的电致发光，而红光发射来自颜色转换层(7)吸收部分有机材料发光层(4)发射的蓝光和绿光并将之转换为红光发射(峰值波长约为640nm，600-700nm范围的多峰结构是因为顶发射电致发光器件的底电极和顶电极反射导致的干涉效应)，该红光发射与透过颜色转换层(7)的另一部分蓝光和绿光三色混合形成白光。
本发明实施例中根据上述制备方法获得的顶发射有机白光器件的性能如表1所示：
表1 本发明实施中顶发射有机白光器件性能
| 最大亮度(cd/m2) | 2000 |
| 最大效率(lm/W) | 8 |
| CIE色坐标 | (0.35，0.55) |
| 显色指数 | 57 |
| 色温(K) | 5250 |
本发明中提及的技术术语为本领域技术人员所公知，本发明实施例中提及的材料及其英文缩写和制备方法为本领域技术人员所公知，但本领域技术人员应当理解，本发明并不受本实施例所述的材料和制备方法所限制，本发明权利要求及发明内容概括了本发明的范围和精神。
Claims (1)
1.一种顶发射有机白光器件，由用于起支撑作用的基底(1)、用于载流子注入和接触的底电极(2)、用于注入或传输或阻挡载流子或阻挡激子的第一载流子传输层或激子阻挡层(3)、用于同时发射蓝光和绿光的有机材料发光层(4)、用于注入或传输或阻挡载流子或阻挡激子的第二载流子传输层或激子阻挡层(5)、用于载流子注入和接触的顶电极(6)、用于发射红光的颜色转换层(7)依次构成，其特征在于：
所述的基底(1)可以是刚性或柔性材料；
所述的底电极(2)导电并在可见光范围内具有高反射率；
所述的有机材料发光层(4)包括蓝光发光层和绿光发光层两个发光层；
所述的顶电极(6)导电并在可见光范围内透明或半透明；
所述的颜色转换层(7)可以吸收蓝光或绿光并发射红光，该红光与透过颜色转换层(7)的另一部分蓝光和绿光三色混合形成白光。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120808 Termination date: 20151201 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |