CN104659241A - 一种顶发射白光有机电致发光器件 - Google Patents

一种顶发射白光有机电致发光器件 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机电致发光器件领域，具体地涉及一种含有至少两个发光层的顶发射白光有机电致发光器件。本发明所述顶发射白光有机电致发光器件，对倒置结构的顶发射白光有机电致发光器件为研究对象，以具有电子注入和传输作用的光谱调节层为调节对象，通过对其材料的选择和物料厚度的控制使其具有特定的光学厚度；通过光谱调节层的光学厚度的调节，以及发光层和其它功能层的限定，使得倒置结构的顶发射白光有机电致发光器件表现出了较好的光谱特征及效率性能。

Description

一种顶发射白光有机电致发光器件
技术领域
本发明属于有机电致发光器件领域，具体地涉及一种顶发射白光有机电致发光器件。
背景技术
电致发光现象最早在20世纪三十年代被发现，最初的发光材料为ZnS粉末，由此发展出了LED技术，现在广泛的应用在了节能光源上。而有机电致发光现象是1963年Pope等人最早发现的，他们发现蒽的单层晶体在100V以上电压的驱动下，可以发出微弱的蓝光。直到1987年柯达公司的邓青云博士等人将有机荧光染料以真空蒸镀方式制成双层器件，在驱动电压小于10V的电压下，外量子效率达到了1％，使得有机电致发光材料及器件具有了实用性的可能，从此大大推动了OLED材料及器件的研究。
有机电致发光器件(OLED)作为新一代既可以应用于显示又可以应用于照明的技术受到了广泛的关注。在显示领域，OLED与LCD(液晶显示器)相比，具有如响应速度快、视角宽、无需背光源、对比度高、分辨率高等诸多优点；在照明领域，与LED(发光二极管)相比，OLED也具有如呈现连续光谱、显色指数高、更节能环保等诸多优点。
现有OLED按照结构来划分，分为底发射器件和顶发射器件。其中底发射器件结构的OLED，其发射的光从基板一侧发出，其受到基板上TFT阵列的影响，所以底发射显示器件的开口率一般比较低。而顶发射器件结构的OLED，其发射的光从基板上方一侧发出，其不会受到基板上TFT阵列的影响，所以顶发射显示器件的开口率一般比较高，理论上甚至可以达到100％。因此，顶发射器件结构的OLED在性能上具有相当大的优势，但相应的其器件结构设计也具有相当大的难度。
现有顶发射器件结构是一个微腔结构，由于微腔效应的存在，器件的光谱主波长、光谱宽度、色坐标、显色指数、效率、亮度都会随着微腔效应的存在出现变化。对于单色顶发射器件而言，希望微腔效应更强，因为正是借助于微腔效应才能实现更高的效率和更高的色饱和度。但是对于白光顶发射器件而言，希望微腔效应越弱越好，特别是对于两个发光层以上的白光器件。
现有技术中为了改善顶发射器件由于微腔效应对光谱的影响，已进行了诸多研究。如中国专利CN101359721A公开了一种通过光谱调节层来调节顶发射器件的光谱的方案。所述的光谱调节层是指正置结构中的掺杂电子注入层或/和阴极缓冲层，或者是倒置结构中的空穴注入层或/和阳极缓冲层，而且该方案中涉及的发光层为单层发光层。该方案通过将底发射器件中原本发射单一波长的光谱调节成两个波长的光谱，从而实现白光，此光谱中的两个波长,一个为发光层发射的本征波长,另一个长波方向的光谱为谐振波长。虽然通过调节单一发光层的光谱来实现白光是可以的，但是单一发光层一般只能使用蓝色发光层，而与其它颜色的发光层材料相比，蓝色发光层材料在OLED领域内是公认的效率最低、寿命最短的材料。再加上最后得到的光谱中谐振波长与本征波长处在不同的位置处,所以器件的效率也是较低的。因此，即便使用此发光层可以实现白光，但是其白光的效率和寿命也将是最差的，而白光的效率和色度也完全不能满足实际需求。因此，如何降低微腔效应对多发光层顶发射白光器件的光谱的影响，如何调节微腔使得顶发射白光器件发射的谐振光谱与发光层发射的本征光谱相同，从而实现更高的效率是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中顶发射白光有机电致发光器件由于微腔效应对光谱的影响进而影响其性能的问题，进而提供一种顶发射白光有机电致发光器件，其具有更为合理的光谱性能并显示出极好的效率优势。
本发明提供了一种顶发射白光有机电致发光器件，其从下至上依次包括基板衬底、反射阴极、光谱调节层、发光层、空穴传输层和空穴注入层、透明阳极以及光耦合输出层；
所述发光层至少包含第一发光层和第二发光层；
所述光谱调节层由具有电子注入传输作用的材料制成，使其具有电子注入传输的作用；
所述光谱调节层的光学厚度为30nm-100nm；
所述发光层的光学厚度为25nm-80nm；
所述空穴传输层和空穴注入层的总的光学厚度为30-100nm；
所述光学厚度为膜层的物理厚度与其制备材料的折射率系数的乘积；
所述顶发射白光有机电致发光器件发射的光谱波长与发光层发射的本征光谱波长相同。
优选的，所述光谱调节层的光学厚度为40nm-70nm。
进一步的，所述光谱宽度调节层的物理厚度为10nm-70nm；
制备所述光谱调节层的材料选自在400nm-700nm波长下，折射率为1.4<n<2.4，消光系数0≤k<0.2的材料。
进一步的，制备所述光谱调节层的材料为现有技术已知的具有电子注入传输作用的材料，即现有技术中已知的用于制备电子注入层和/或电子传输层的材料，具体可以选自苯基吡啶类衍生物，苯并咪唑类衍生物，三嗪类衍生物，嘧啶类衍生物中的一种或几种。
优选的，制备所述光谱调节层的材料含如下通式(E)所示的材料：
其中，n＝2或3；
Ar选自C6-C30的亚稠环芳烃，或选自C6-C30的亚稠杂环芳烃；R1选自苯基、联苯基、萘基、C1-C5的烷基或者氢。
进一步的，制备所述光谱调节层的材料包括：
所述光谱调节层为一层或多层。
本发明所述有机电致发光器件适用于多发光中心的器件，因此，所述发光层还包括第三发光层。
所述第一发光层和第二发光层，彼此独立的为蓝色发光层或黄色发光层；或者为天蓝发光层和橙红发光层。
所述第一发光层、第二发光层、第三发光层，彼此独立的为荧光发光或磷光发光。
所述发光层的第一、第二、第三发光层之间，彼此独立的选择性设置有间隔层。
所述基板衬底为玻璃、塑料、不锈钢或硅片。
所述反射阴极为Ag层、Al层、Cr层、Mo层；或者为Ag层、Al层、Cr层、Mo层与ITO的双层或多层结构；或者为Ag层，其后再加上一层Mg和Ag的掺杂层。
所述的透明阳极为Ag层，Al层，或者与ITO的双层或多层结构。
本发明所述顶发射白光有机电致发光器件，力求使所述顶发光器件具有接近于底发射结构器件的光谱性能，同时又保有顶发射器件的效率优势。本发明所述顶发射白光有机电致发光器件尤为适用于双发光中心、三发光中心的顶发射白光OLED器件的性能调节之用，更有利于提高显色指数。
本发明所述顶发射白光有机电致发光器件以倒置结构的顶发射白光有机电致发光器件为研究对象，以具有电子注入和传输作用的光谱调节层为调节对象，通过对其材料的选择和物料厚度的控制使其具有特定的光学厚度；使得倒置结构的顶发射白光有机电致发光器件表现出了较好的光谱特征及效率性能。
本发明所述顶发射白光有机电致发光器件，通过控制所述光谱调节层的厚度，并对发光层和其它功能层的限定，使其达到了底发射有机电致发光器件的光谱性能，同时又保有了顶发射器件的效率，具有更为全面的性能优势。这是因为通过本发明的限定，使得顶发射白光器件发射的光谱与底发射白光器件发射的本征光谱处于相同的位置，所以才实现了较好的光谱特性，同时实现了较高的效率。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明所述倒置结构的顶发射白光有机电致发光器件的结构示意图；
图2为实施例2中，所述底发射白光器件D2、以及顶发射白光器件2-2和器件2-4的电致发光光谱图；图中1为蓝色发光峰、2为黄色发光峰。
具体实施方式
鉴于底发光有机电致发光器件在光谱宽度这一特征上所表现出的优异性能，本发明下述各实施例的技术效果力求取得与底发光有机电致发光器件相近似的光谱宽度为宜。
本发明下述各器件结构中使用的材料包括：
实施例1
如附图1所示，本发明所述倒置结构顶发射白光有机电致发光器件，其从下至上依次包含基板衬底200，反射阴极201，光谱调节层202，第一发光层203，第二发光层204，第三发光层205，空穴传输层206，空穴注入层207，半透明阳极208及光耦合输出层209。其中，
所述基板衬底为玻璃；所述反射阴极为Ag层，厚Ag层，其上再蒸镀一层Mg掺杂Ag层；所述的半透明阳极为薄Ag层。所述空穴传输层为TCTA和NPB，所述空穴注入层为HAT(CN)6。所述第一发光层，第二发光层，第三发光层的发光材料分别为BH-1掺杂BD-1、host-2掺杂GD-1、host-1掺杂RD-1，对应的掺杂浓度分别为5wt％、15wt％、5wt％,并分别控制所述第一发光层，第二发光层，第三发光层的物理厚度分别为15nm、5nm、5nm，使得所述发光层的总的光学厚度为25-80nm范围内。所述第一发光层、第二发光层、第三发光层分别为红色发光层、绿色发光层和蓝色发光层。所述第二发光层、第三发光层为磷光发光，第一发光层为荧光发光。
所述光谱调节层由具有电子注入传输作用的材料E-2制成，化合物E-2的折射率为1.73(500nm)，使其具有电子注入及传输的作用；所述光谱调节层为单层结构，下述器件1-1、1-2、1-3中分别控制所述光谱调节层为不同的物理厚度，使得所述光谱调节层的光学厚度为30nm、50nm及100nm。
本实施例所述有机电致发光器件按照如下方法制备：
1、用煮沸的洗涤剂超声和去离子水超声的方法对玻璃基板进行清洗，并放置在红外灯下烘干；
2、将上述基板置于真空腔室内，抽真空至1×10－5Pa，蒸镀一层Ag层,在Ag层之上再蒸镀一层Mg掺杂Ag层,这两层共同作为反射阴极，Ag膜厚为150nm，Mg掺杂Ag的膜厚为5nm，Mg和Ag的比例为4:1；
3、上述带有反射阴极的玻璃基片继续置于真空腔内，在真空度1×10－5Pa条件下，在上述反射阴极层膜上蒸镀光谱调节层，速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚根据实施例和对比例中确定的厚度而定；
4、然后蒸镀发光层1，发光层2，发光层3，每层发光层采用双源共蒸的方法，速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚和浓度根据实施例和对比例中确定的厚度和浓度而定；
5、然后蒸镀一层空穴传输层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚根据实施例和对比例中确定的厚度而定；
6、然后在空穴传输层之上继续蒸镀空穴注入层，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀膜厚根据实施例和对比例中确定的厚度而定；
7、然后，在上述层上蒸镀半透明的阳极，薄Ag层，厚度为12nm，蒸镀速率0.1nm/S。
本实施例以三发光中心顶发射白光器件为例，其中器件1-1、1-2、1-3为倒置顶发射器件结构，其器件结构为：玻璃/厚Ag(150nm)/Mg:Ag(4nm:1nm)/光谱调节层E-2/发光层1-1(15nm)/发光层1-2(5nm)/发光层1-3(5nm)/TCTA(5nm)/NPB(20nm)/HAT(CN)6(5nm)/薄Ag(12nm)；
器件1-4、1-5的器件结构为：玻璃/厚Ag(150nm)/Mg:Ag(4nm:1nm)/光谱调节层E-2/发光层1-1(15nm)/发光层1-2(5nm)/发光层1-3(5nm)/TCTA(5nm)/NPB(20nm)/HAT(CN)6(5nm)/薄Ag(12nm)；分别控制器件1-4和1-5中化合物E-2的光学总厚度分别为110nm和20nm。
器件D1为倒置底发射器件结构，其器件结构为：玻璃/薄Ag(12nm)/Mg:Ag(4nm:1nm)/化合物E-2/发光层1-1(15nm)/发光层1-2(5nm)/发光层1-3(5nm)/TCTA(5nm)/NPB(20nm)/HAT(CN)6(5nm)/厚Ag(150nm)。
上述器件结构的厚度为物理厚度。
对上述各器件进行其性能检测，检测数据见下表1。
表1 三发光中心器件的实施例数据
上述数据显示，以三发光中心的倒置结构的顶发射白光器件而言，当光谱调节层的光学厚度x为30-100nm时，顶发射白光器件的色坐标与底发射白光器件的色坐标非常接近，说明顶发射白光器件发射的光谱与底发射白光器件发射的本征光谱几乎相同。尤其当其光学厚度为50nm时，除了顶发射白光器件的色坐标接近底发射器件的色坐标，而且在器件的效率上也有优势，不仅具有顶发射器件的效率优势，且其光谱性能已接近底发射器件的性能，具有极高的性能优势。
实施例2
本实施例所述顶发射白光有机电致发光器件与实施例1相同，均为倒置结构，其区别仅在于为双发光中心结构，即仅包含第一发光层和第二发光层。所述第一发光层和第二发光层分别为蓝色发光层和黄色发光层。所述第一发光层和所述第二发光层均为荧光发光。所述第一发光层，第二发光层的发光材料分别为BH-1掺杂BD-1、host-3掺杂YD-1，对应的掺杂浓度分别为5wt％、3wt％，并分别控制所述第一发光层，第二发光层的物理厚度分别为20nm和10nm，使得所述发光层的总的光学厚度在25nm-80nm范围内。
所述光谱调节层由具有电子注入传输作用的材料E-6制成，化合物E-6的折射率为1.7(470nm)，使其具有电子注入传输的作用；所述光谱调节层为单层结构，下述器件2-1、2-2、2-3中分别控制所述光谱调节层为不同的物理厚度，使得所述光谱调节层的光学厚度为30nm、50nm及100nm。
本实施例以双发光中心顶发射白光器件为例，其中器件2-1、2-2、2-3为倒置顶发射器件结构，其器件结构为：玻璃/厚Ag(150nm)/Mg:Ag(4nm:1nm)/光谱调节层/发光层2-1(20nm)/发光层2-2(10nm)/TCTA(5nm)/NPB(20nm)/HAT(CN)6(5nm)/薄Ag(12nm)。
器件2-4、2-5为倒置顶发射器件结构，其器件结构为：玻璃/厚Ag(150nm)/Mg:Ag(4nm:1nm)/光谱调节层E-6/发光层2-1(20nm)/发光层2-2(10nm)/TCTA(5nm)/NPB(20nm)/HAT(CN)6(5nm)/薄Ag(12nm)；分别控制器件2-4和2-5中化合物E-6的光学总厚度分别为130nm和20nm。
器件D2为倒置底发射器件结构，其器件结构为：玻璃/薄Ag(12nm)/Mg:Ag(4nm:1nm)/化合物E-6/发光层2-1(20nm)/发光层2-2(10nm)/TCTA(5nm)/NPB(20nm)/HAT(CN)6(5nm)/厚Ag(150nm)。
对上述各器件进行其性能检测，检测数据见下表2。
表2 双发光中心器件的实施例数据
上述数据显示，以双发光中心的倒置结构的顶发射白光器件而言，当光谱调节层的光学厚度x为30-100nm时，顶发射白光器件的色坐标与底发射白光器件的色坐标非常接近，说明顶发射白光器件发射的光谱与底发射白光器件发射的本征光谱几乎相同。尤其当其光学厚度为50nm时，除了顶发射白光器件的色坐标接近底发射器件的色坐标，而且在器件的效率上也有优势，不仅具有顶发射器件的效率优势，且其光谱性能已接近底发射器件的性能，具有极高的性能优势。当光谱调节层的光学厚度超过本申请设定的范围时，顶发射白光器件的效率下降很多，器件性能大大处于劣势，而且光谱中出现了非本征的发光峰。在图2的电致发光光谱图中，底发射器件D2光谱中的发光峰波长与器件2-2光谱中的发光峰基本相同(图中1、2所示的发射峰的位置)，而对比例2-4的发射光谱波长与本征光谱不相同，出现了非本征的发光峰波长(图中圈出部分)，这是因为光谱调节层的光学厚度超出了本申请中的厚度，微腔效应较强，出现了谐振的发光峰，光谱虽然变宽了，但是效率已经大大下降。
实施例3
本实施例所述顶发射白光有机电致发光器件与实施例1相同，均为倒置结构，其区别在于所述光谱调节层不同，光谱调节层为单层、或者双层、或者其中一层为掺杂层。
所述光谱调节层由具有电子注入传输作用的材料E-20和E-21制成，化合物E-20的折射率为1.73(470nm)、化合物E-21的折射率为1.63(470nm)，使其具有电子注入传输的作用；下述器件3-1、3-2、3-3中分别控制所述光谱调节层为不同的物理厚度，使得所述光谱调节层的光学厚度为50nm。
本实施例以双发光中心顶发射白光器件为例，其中，
器件3-1、3-2、3-3为倒置顶发射器件结构，其器件结构为：玻璃/厚Ag(150nm)/Mg:Ag(4nm:1nm)/光谱调节层/发光层3-1(20nm)/发光层3-2(10nm)/TCTA(5nm)/NPB(20nm)/HAT(CN)6(5nm)/薄Ag(12nm)；其区别仅在于，
器件3-1的光谱调节层为化合物E-20/化合物E-21的双层结构；
器件3-2的光谱调节层为掺杂单层结构，即化合物E-20掺杂化合物E-21形成的单层结构，二者的质量比是1:1；
器件3-3的光谱调节层为掺杂单层结构，即化合物E-20掺杂Liq形成的单层结构，化合物E-20与Liq的质量比是2:1。
器件D3为倒置底发射器件结构，其器件结构为：玻璃/薄Ag(12nm)/Mg:Ag(4nm:1nm)/化合物E-20(14.5nm)/化合物E-21(15nm)/发光层3-1(20nm)/发光层3-2(10nm)/TCTA(5nm)/NPB(20nm)/HAT(CN)6(5nm)/厚Ag(150nm)。
上述器件结构的厚度为物理厚度。
对上述各器件进行其性能检测，检测数据见下表3。
表3 双发光中心器件的实施例数据
上述数据显示，以双发光中心的倒置结构的顶发射白光器件而言，当光谱调节层的光学厚度x为50nm时，光谱调节层可以为单层结构，也可以为双层结构，双层结构还可以一层为非掺杂，另一层为掺杂层。其最终表现的性能不仅具有顶发射器件的效率优势，且其光谱性能已接近底发射器件的性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于：
从下至上依次包括基板衬底、反射阴极、光谱调节层、发光层、空穴传输层和空穴注入层、透明阳极以及光耦合输出层；
所述发光层至少包含第一发光层和第二发光层；
所述光谱调节层由具有电子注入传输作用的材料制成，使其具有电子注入传输的作用；
所述光谱调节层的光学厚度为30nm-100nm；
所述发光层的光学厚度为25nm-80nm；
所述空穴传输层和空穴注入层的总的光学厚度为30-100nm；
所述光学厚度为膜层的物理厚度与其制备材料的折射率系数的乘积；
所述顶发射白光有机电致发光器件发射的光谱波长与发光层发射的本征光谱波长相同。
2.根据权利要求1所述的顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于：
所述光谱调节层的光学厚度为40nm-70nm。
3.根据权利要求1或2所述的顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于：
所述光谱调节层的物理厚度为10nm-70nm；
制备所述光谱调节层的材料选自在400nm-700nm波长下，折射率为1.4<n<2.4，消光系数0≤k<0.2的材料。
4.根据权利要求1-3任一所述的顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于，制备所述光谱调节层的材料选自苯基吡啶类衍生物，苯并咪唑类衍生物，三嗪类衍生物，嘧啶类衍生物中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于，制备所述光谱调节层的材料含如下通式(E)所示的材料：
其中，n＝2或3；
Ar选自C6-C30的亚稠环芳烃，或选自C6-C30的亚稠杂环芳烃；R1选自苯基、联苯基、萘基、C1-C5的烷基或者氢。
6.根据权利要求5所述的顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于，制备所述光谱调节层的材料包括：
7.根据权利要求1-6任一所述的顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于，所述光谱调节层为一层或多层。
8.根据权利要求1-7任一所述的顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于，所述发光层还包括第三发光层。
9.根据权利要求8所述的顶发射白光有机电致发光器件，其特征在于，所述第一发光层、第二发光层及第三发光层之间彼此独立的设置有间隔层。
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