CN102683599B - 白光电致发光器件的发光层、其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电致发光技术领域，提供了一种白光电致发光器件的发光层、其制备方法和应用。该白光电致发光器件的发光层，包括蓝光发光层、红光和绿光混合发光结构，该红光和绿光混合发光结构包括相层叠的第一势垒层、第二势垒层及位于该第一势垒层、第二势垒层之间的红光和绿光混合发光层，该蓝光发光层、红光和绿光混合发光结构通过该第一势垒层或第二势垒层相层叠。本发明白光电致发光器件的发光层，通过第一势垒层和第二势垒层形成量子陷阱，将空穴限制在该量子陷阱中，限制了空穴和电子复合形成激子而发光的区域，将发光光谱窄化，实现了红光和绿光发光光色的稳定；本发明白光电致发光器件的发光层制备方法，操作简单，成本低廉，生成效益高，非常适于工业化生产。

Description

白光电致发光器件的发光层、其制备方法和应用

技术领域

本发明属于电致发光技术领域，尤其涉及一种白光电致发光器件、其制备方法和应用。

背景技术

白光电致发光器件主要是通过红光发光、蓝光发光及绿光发光从而形成白色发光。现有的白色电致发光器件，在电压升高的情况下，红色或绿色发光的光色会发生变化，导致白色电致发光器件不能发出纯色的白光，这是因为材料的激子复合区域的移动，使发光区域发生了改变，发光材料的发光效率降低所引起的。同时，现有的电致发光器件对荧光三线态的利用率较低，使得电致发光器件的发光效率不高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种发光稳定，发光效率高的白光电致发光器件的发光层。

本发明是这样实现的，

一种白光电致发光器件的发光层，包括蓝光发光层、红光和绿光混合发光结构，该红光和绿光混合发光结构包括相层叠的第一势垒层、第二势垒层及位于该第一势垒层、第二势垒层之间的红光和绿光混合发光层，该蓝光发光层、红光和绿光混合发光结构通过该第一势垒层或第二势垒层相层叠，该蓝光发光层的材质为蓝光荧光材料和空穴传输材料的混合物，该第一势垒层、第二势垒层的材质为电子传输材料，该红光和绿光混合发光层的材质为红光磷光材料、绿光磷光材料及铍配合物的混合物。

以及，

一种白光电致发光器件的发光层的制备方法，包括如下步骤：

将蓝光荧光材料和空穴传输材料混合，得到第一混合物，将该第一混合物蒸镀、溅射或旋涂，形成蓝光发光层；

于该蓝光发光层上将电子传输材料蒸镀、溅射或旋涂，形成第一势垒层；

将红光磷光材料、绿光磷光材料及铍配合物混合得到第二混合物；

于该第一势垒层上将该第二混合物蒸镀、溅射、旋涂，形成红光和绿光混合发光层；

于该红光和绿光混合发光层上将电子传输材料蒸镀、溅射或旋涂，形成第二势垒层，得到白光电致发光器件的发光层。

本发明实施例进一步提供上述白光电致发光器件的发光层在白光电致发光器件中的应用。

本发明实施例白光电致发光器件的发光层，通过第一势垒层和第二势垒层形成量子陷阱，将空穴限制在该量子陷阱中，使红光和绿光混合发光层对其进行充分的捕获，限制了空穴和电子复合形成激子而发光的区域，将发光光谱窄化，实现了红光和绿光发光光色的稳定；本发明实施例白光电致发光器件的发光层制备方法，操作简单，成本低廉，生成效益高，非常适于工业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例的白光电致发光器件的发光层的结构图；

图2是本发明实施例的白光电致发光器件各层的能势图；

图3是本发明实施例与对比例的白光电致发光器件的亮度和电压关系对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种白光电致发光器件的发光层，包括蓝光发光层、红光和绿光混合发光结构，该红光和绿光混合发光结构包括相层叠的第一势垒层、第二势垒层及位于该第一势垒层、第二势垒层之间的红光和绿光混合发光层，该蓝光发光层、红光和绿光混合发光结构通过该第一势垒层或第二势垒层相层叠，该蓝光发光层的材质为蓝光荧光材料和空穴传输材料的混合物，该第一势垒层、第二势垒层的材质为电子传输材料，该红光和绿光混合发光层的材质为红光磷光材料、绿光磷光材料及铍配合物的混合物。

请参阅图1，图1显示本发明实施例发光层的结构。具体地，该白光电致发光器件的发光层，包括相层叠的蓝光发光层1和红光和绿光混合发光结构2，该红光和绿光混合发光层结构2包括相层叠的第一势垒层21、第二势垒层23及位于该第一势垒层21和第二势垒层23之间的红光和绿光混合发光层22，该蓝光发光层1和红光和绿光混合发光结构2通过该第一势垒21层或第二势垒层23相层叠；该第一势垒层21和第二势垒层23组成一量子陷阱，将空穴限制在该量子陷阱内，保证红光和绿光混合发光层对其进行充分的捕获(由于第一势垒层和第二势垒层之间是红光和绿光混合发光层)进而与电子复合形成激子而发光，限制了激子发光区域，将发光窄化，实现了稳定光色的稳定。

更进一步，该蓝光发光层1、红光和绿光混合发光结构2之间的第一势垒层21或两者第二势垒层23还能作为蓝光发光层1和红光和绿光混合发光结构2之间的间隔层，防止蓝光发光层1的单线态扩散到红光和绿光混合发光结构2中，保证蓝光发光层1的发光效率。

具体地，该蓝光发光层的厚度为5-15纳米。该蓝光发光层的材质为蓝光荧光材料和空穴传输材料的混合物，其中，该蓝光荧光材料的重量百分含量5-20％；该蓝光荧光材料选自Perylene(苝)、二萘嵌苯衍生物(TBPe)、三苯胺二苯乙烯衍生物(例如：DPAVBi或DPAVB)、三苯胺连萘基乙烯衍生物(例如：BDAVBi)或苯乙烯衍生物(例如：BCzVB或BCzVBi)等；该空穴传输材料选自N，N′-二(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基-4，4′-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、4，4′-二(9-咔唑)联苯(CBP)、N，N′-(1-萘基)-N，N′-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)、1，3，5-三苯基苯(TDAPB)或酞菁铜(CuPc)。

具体地，该第一势垒层厚度为5-10纳米，第二势垒层的厚度为5-10纳米；该第一势垒层、第二势垒层的材质均为电子传输材料。该电子传输材料选自2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4-二唑(PBD)、2，5-二(1-萘基)-1，3，4-二唑(BND)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)、N-芳基苯并咪唑(TPBI)或喹喔啉衍生物(TPQ)。

具体地，该红光和绿光混合发光层的厚度为5-15纳米，该红光和绿光混合发光层的材质为红光磷光材料、绿光磷光材料及铍配合物组成的混合物，其中，红光磷光材料的重量百分含量为0.5-5％；绿光磷光材料的重量百分含量为5-10%。该红光磷光材料选自二(2-甲基-二苯基喹喔啉)(乙酰丙酮)合铱(Ir(MDQ)₂(acac))、二(1-苯基异喹啉)(乙酰丙酮)合铱(Ir(piq)₂(acac))或三(1-苯基-异喹啉)合铱(Ir(piq)₃)；该绿光磷光材料选自三(2-苯基吡啶)合铱(Ir(ppy)₃)或乙酰丙酮酸二(2-苯基吡啶)铱(Ir(ppy)₂(acac))；该铍配合物选自吩基吡啶铍(Bepp₂)、10-羟基苯并喹啉铍(BeBq₂)、8-羟基喹啉铍(BeqQ₂)、2-甲基-8-羟基喹啉铍(BeMQ₂)、8-羟基喹啉铍(BeQ₂)、或7-丙基-8羟基喹啉铍(BePrQ₂)。

本发明实施例白光电致发光器件的发光层，通过第一势垒层和第二势垒层形成量子陷阱，将空穴限制在该量子陷阱中，使红光和绿光混合发光层对其进行充分的捕获，限制了空穴和电子复合形成激子而发光的区域，将发光光谱窄化，实现了红光和绿光发光光色的稳定；另一方面，蓝光发光层和红光和绿光混合发光结构之间的势垒层能够作为蓝光发光层的阻挡层，防止蓝光(荧光)发光层中的单线态扩散到红光和绿光混合发光结构中，保证了蓝光发光层的发光效率；同时，该阻挡层还能够满足蓝光发光层中的三线态扩散到红光和绿光混合发光结构中激发红光磷光材料和绿光磷光材料发光，使得三线态得到充分的利用，使发光效率显著提高。

本发明实施例进一步提供上述白光电致发光器件的发光层的制备方法，包括如下步骤：

S01，制备蓝光发光层

将蓝光荧光材料和空穴传输材料混合，得到第一混合物，将该第一混合物蒸镀、溅射或旋涂，形成蓝光发光层；

S02，制备红光和绿光混合发光结构

于该蓝光发光层上将电子传输材料蒸镀、溅射或旋涂，形成第一势垒层；

将红光磷光材料、绿光磷光材料及铍配合物混合得到第二混合物；

于该第一势垒层上将该第二混合物蒸镀、溅射、旋涂，形成红光和绿光混合发光层；

于该红光和绿光混合发光层上将电子传输材料蒸镀、溅射或旋涂，形成第二势垒层，得到白光电致发光器件的发光层。

具体地，该蓝光发光层的厚度为5-15纳米。该蓝光发光层的材质为蓝光荧光材料和空穴传输材料的混合物，其中，该蓝光荧光材料的重量百分含量5-20％；具体地，该第一势垒层厚度为5-10纳米，第二势垒层的厚度为5-10纳米；该第一势垒层、第二势垒层的材质均为电子传输材料；该红光和绿光混合发光层的厚度为5-15纳米，该红光和绿光混合发光层的材质为红光磷光材料、绿光磷光材料及铍配合物组成的混合物，其中，红光磷光材料的重量百分含量为0.5-5％；绿光磷光材料的重量百分含量为5-10％。

具体地，上述蓝光荧光材料、红光磷光材料、绿光磷光材料、空穴传输材料、电子传输材料及铍配合物和前述的相同，在此不重复阐述。

本发明实施例的白光有机电致发光器件还包括其他功能层结构，具体如下：

ITO玻璃/空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层/蓝光发光层/红光和绿光混合发光结构/电子传输层/电子注入层/阴极；或者

ITO玻璃/空穴注入层/空穴传输层/蓝光发光层/红光和绿光混合发光结构/电子传输层/电子注入层/阴极；或者

ITO玻璃/空穴传输层/蓝光发光层/红光和绿光混合发光结构/电子传输层/电子注入层/阴极；或者

ITO玻璃/空穴注入层/空穴传输层/蓝光发光层/红光和绿光混合发光结构/电子传输层/阴极；或者

ITO玻璃/蓝光发光层/红光和绿光混合发光结构/电子传输层/电子注入层/阴极；或者

ITO玻璃/空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层/蓝光发光层/红光和绿光混合发光结构/电子注入层/阴极；

上述空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层及阴极通过蒸镀、溅射或者旋涂方法制备，上述空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层及阴极的材质如下：

空穴注入层采用三氧化钼(MoO₃)、三氧化钨(WO₃)、VO_x(二氧化钒与五氧化二钒的混合物)或五氧化二钒(V₂O₅)，厚度为5-40nm，优选为MoO₃，厚度为5nm；

空穴传输层与电子阻挡层采用的是N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)、1，3，5-三苯基苯(TDAPB)或酞菁铜CuPc。厚度为20-80nm，空穴传输层优选为NPB，厚度为40nm，电子阻挡层优选为TCTA，厚度为5nm；

电子传输层和空穴阻挡层采用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4-二唑(PBD)、8-羟基喹啉铝(Alq₃)、2，5-二(1-萘基)-1，3，4-二唑(BND)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)、N-芳基苯并咪唑(TPBI)或喹喔啉衍生物(TPQ)。空穴阻挡层厚度为3-10nm，优选为5nm，电子传输层厚度为40-80nm，优选为Alq₃，厚度为60nm；

电子注入层采用Cs₂CO₃，还可采用CsN₃、LiF、CsF、CaF₂、MgF₂或者NaF。厚度为0.5-5nm，优选为LiF，厚度为0.7nm。

金属阴极采用银(Ag)，还可采用铝(Al)、镁:银(Mg:Ag)合金或金(Au)。厚度为20-200nm，优选为Al，厚度为150nm；

以结构如下的白光电致发光器件为例说明本发明实施例的白光电致发光器件制备过程：

ITO玻璃/空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层/蓝光发光层/红光和绿光混合发光结构/电子传输层/电子注入层/阴极，

在ITO玻璃上蒸镀、形成空穴注入层；

在该空穴注入层上蒸镀、形成空穴传输层；

在该空穴传输层上蒸镀、形成电子阻挡层；

在该电子阻挡层上依照前述方法制备、形成蓝光发光层；

在该蓝光发光层上依照前述方法制备、形成红光和绿光混合发光结构；

在该红光和绿光混合发光结构上蒸镀、形成电子传输层；

在该电子传输层上蒸镀、形成电子注入层；

在该电子注入层上蒸镀、形成阴极。

本发明实施例白光电致发光器件的发光层制备方法，操作简单、成本低廉，非常适于工业化生产。

以下结合具体实施例对上述白光电致发光器件制备过程进行详细阐述。

实施例一

本发明实施例的白光电致发光器件制备过程，包括如下步骤：

在ITO玻璃上蒸镀、形成三氧化钼空穴注入层；

在该空穴注入层上蒸镀、形成NPB空穴传输层；

在该空穴传输层上蒸镀、形成TCTA电子阻挡层；

制备蓝光发光层：

将BCzVB和TCTA混合，得到第一混合物，其中BCzVB的重量百分含量为10％，在该电子阻挡层上将该第一混合物蒸镀、形成蓝光发光层，厚度为10纳米；

制备红光和绿光混合发光结构：

在该蓝光发光层上蒸镀、形成TPBI第一势垒层，厚度为5纳米，将Ir(MDQ)₂(acac)、Ir(ppy)₃及Bepp₂混合，得到第二混合物，其中Ir(MDQ)₂(acac)的重量百分含量为1％、Ir(ppy)₃的重量百分含量为5％，在该第一势垒层上将该第二混合物蒸镀、形成红光和绿光混合发光层，厚度为10纳米，在该红光和绿光混合发光层上蒸镀、形成TPBI第二势垒层，厚度为5纳米；

在该第二势垒层上蒸镀、形成Alq₃电子传输层；

在该电子传输层上蒸镀、形成LiF电子注入层；

在该电子注入层上蒸镀、形成铝阴极，得到白光电致发光器件。

实施例二

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

BCzVB的重量百分含量为5％；Ir(MDQ)₂(acac)的重量百分含量为0.5％；Ir(ppy)₃的重量百分含量为7％。

实施例三

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

BCzVB的重量百分含量为20％；Ir(MDQ)₂(acac)的重量百分含量为5％；Ir(ppy)₃的重量百分含量为10％。

实施例四

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

红光磷光材料为Ir(piq)₃，绿光磷光材料为Ir(ppy)₂(acac)。

实施例五

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

红光磷光材料为Ir(piq)₃，绿光磷光材料为Ir(ppy)₂(acac)，蓝光材料改为DSA-Ph。

实施例六

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

第一势垒层的材质为TPD，第二层量子阱材料不变，红光和绿光混合发光层厚度为3nm。

实施例七

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

蓝光荧光材料为Perylene，Perylene的重量百分含量为5％，第一势垒层的厚度为10nm，第二势垒层的厚度为10纳米。

实施例八

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

红光磷光材料为Ir(piq)₂(acac)、绿光磷光材料改为Ir(ppy)₂(acac)，铍配合物为BeBq₂，红光和绿光混合发光层的厚度为9nm。

实施例九

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

蓝光荧光材料为DPAVBi，第一势垒层的材质为NPB，第二势垒层的材质为TAZ。

实施例十

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

蓝光荧光材料为DPAVB，空穴传输材料为CBP，第一势垒层的材质为CBP、第二势垒层的材质为TPBi。

实施例十一

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

空穴传输材料为CBP，第一势垒层的材质为CBP、第二势垒层的材质为PBD。

实施例十二

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

空穴传输材料为CBP，BCzVB的重量百分含量为5％，第一势垒层的材质为PBD、第二势垒层的材质为TPBi，Ir(MDQ)₂(acac)的重量百分含量为3％、Ir(ppy)₃的重量百分含量为8％。

实施例十三

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

蓝光荧光材料为TBPe，蓝光发光层的厚度为15nm，第一势垒层、第二势垒层厚度为10nm，Ir(MDQ)₂(acac)的重量百分含量为2.5％、Ir(ppy)₃的重量百分含量为6％，红光和绿光混合发光层的厚度为7nm。

实施例十四

本实施例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

空穴传输材料为TPD，蓝光发光层的厚度为8nm，第一势垒层、第二势垒层的材质均为TPD，Ir(MDQ)₂(acac)的重量百分含量为1.5％、Ir(ppy)₃的重量百分含量为7％，红光和绿光混合发光层的厚度为7nm。

对比例

本对比例的白光电致发光器件的制备过程依照实施例一，其中，

制备红光和绿光混合发光结构步骤中，没有制备第一势垒层和第二势垒层的步骤。

请参阅图2，图2显示本发明实施例制备的白光电致发光器件各层的能级图，从图2中可以看出，本发明实施例的白光电致发光器件的红光和绿光混合发光结构中，第一势垒层、第二势垒层及红光和绿光混合发光层的能势差不多，能势差较小，实现了白光电致发光器件的低电压启动。

请参阅图3，图3显示本发明实施例制备的白光电致发光器件和对比例制备的白光电致发光器件的亮度和电压关系对比图，从图3中可以看出，在10V时，实施例的白光电致发光器件亮度为4778cd/cm²，而对比例的白光电致发光器件的亮度为2851cd/cm²，而且随着电压的增大，实施例制备的器件的亮度和对比例制备的器件的亮度差距越来越大，这说明，当加入量子阱之后，电子和空穴的复合几率得到提高，因此，器件的亮度得到了增大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种白光电致发光器件的发光层，包括蓝光发光层、红光和绿光混合发光结构，所述红光和绿光混合发光结构包括相层叠的第一势垒层、第二势垒层及位于所述第一势垒层、第二势垒层之间的红光和绿光混合发光层，所述蓝光发光层、红光和绿光混合发光结构通过所述第一势垒层或第二势垒层相层叠，所述蓝光发光层的材质为蓝光荧光材料和空穴传输材料的混合物，所述第一势垒层和第二势垒层的材质为电子传输材料，所述红光和绿光混合发光层的材质为红光磷光材料、绿光磷光材料及铍配合物的混合物；

其中，以所述红光和绿光混合发光层的总重为100％计，所述红光磷光材料的重量百分含量0.5-5％，所述绿光磷光材料的重量百分含量为5-10％。

2.如权利要求1所述的白光电致发光器件的发光层，其特征在于，所述蓝光发光层的厚度为5-15纳米。

3.如权利要求1所述的白光电致发光器件的发光层，其特征在于，所述第一势垒层、第二势垒层的厚度均为5-10纳米。

4.如权利要求1所述的白光电致发光器件的发光层，其特征在于，所述红光和绿光混合发光层的厚度为5-15纳米。

5.如权利要求1所述的白光电致发光器件的发光层，其特征在于，以所述蓝光发光层的总重为100％计，所述蓝光荧光材料的重量百分含量为5-20％。

6.一种白光电致发光器件的发光层制备方法，包括如下步骤：

将蓝光荧光材料和空穴传输材料混合，得到第一混合物，将所述第一混合物蒸镀、溅射或旋涂，形成蓝光发光层；

于所述蓝光发光层上将电子传输材料蒸镀、溅射或旋涂，形成第一势垒层；

将红光磷光材料、绿光磷光材料及铍配合物混合得到第二混合物；

于所述第一势垒层上将所述第二混合物蒸镀、溅射、旋涂，形成红光和绿光混合发光层；

于所述红光和绿光混合发光层上将电子传输材料蒸镀、溅射或旋涂，形成第二势垒层，得到白光电致发光器件的发光层。

7.如权利要求6所述的白光电致发光器件的发光层制备方法，其特征在于，所述蓝光发光层的厚度5-15纳米，所述第一混合物中蓝光荧光材料的重量百分含量5-20％。

8.如权利要求6所述的白光电致发光器件的发光层制备方法，其特征在于，

所述第一势垒层、第二势垒层的厚度均为5-10纳米，所述红光和绿光混合发光层的厚度为5-15纳米，所述第二混合物中红光磷光材料的重量百分含量为0.5-5％；绿光磷光材料的重量百分含量为5-10％。

9.如权利要求1-5任一项所述的白光电致发光器件的发光层在白光电致发光器件中的应用。