CN108023022A - 一种有机电致发光器件及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机电致发光器件和电子设备，所述有机电致发光器件包括基板，以及依次形成在所述基板上的阳极层、发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层，其中，所述第一电子传输层和第二电子传输层的最低未占分子轨道能级的差大于等于‑0.2eV，且小于等于0.2eV。本发明的器件能够通过第二电子传输层来调整顶发射性有机电致发光器件的共振腔，并通过第二电子传输层来分别调整RGB三原色的激子的复合位置，从而达到最佳的器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体地说，涉及一种有机电致发光器件及电子设备。
背景技术
有机电致发光(OLED)器件具有功耗低、轻便、亮度高、视野宽和反应快等优点，广泛应用于便携式电子设备、穿戴式电子设备、车载电子设备等诸多设备中，有望成为下一代平板显示的主流技术。
OLED器件通常包括位于基板上的阳极层(Anode)、阴极层(Cathode)及位于阳极层与阴极层之间的发光层(EML)。其发光原理为：从阳极层注入的空穴和从阴极层注入的电子在发光层中的复合区域结合形成激子，激子衰减辐射出光子，使得OLED器件发光。
发光层与阴极层通常具有不同的最低未占分子轨道(LUMO)能级，为降低电子传输到发光层需要克服的势垒，现有技术中在发光层与阴极层之间通常还设置有电子传输层(ETL)。
请参照图1，图1为现有技术中一种OLED器件的能级示意图，该OLED器件的阳极层与发光层之间还设置有空穴传输层(HTL)和电子阻挡层(EBL)。从图1可以看出，阴极层和电子传输层的LUMO能级接近，均约为-2.6eV，阴极层的电子能够顺利注入至电子传输层中；发光层中包括第一发光材料和第二发光材料，其中，第一发光材料的LUMO能级为-2.1eV，第二发光材料的LUMO能级为-2.9eV，发光层的LUMO能级变化较大，且与电子传输层的LUMO能级差过大，使得电子从电子传输层注入到发光层中需要克服较大的势垒，电子注入效率较低。
因此，发光层的LUMO能级过深或过浅时，发光层与阴极层的LUMO能级差过大，即使改变电子传输层的LUMO能级，电子传输层也会顾此失彼，进而导致电子的注入或传输性能不佳，器件的电压升高，所以电子传输层的厚度不适宜太厚。由于电子传输层的厚度不适宜太厚，电子传输层无法用于调整顶发射型OLED器件的共振腔，同时，可能导致激子复合区域发生偏移，进而使得发光效率不高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种有机电致发光器件，包括基板，以及依次形成在所述基板上的阳极层、发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层，其中，所述第一电子传输层和第二电子传输层的最低未占分子轨道能级的差大于等于-0.2eV，且小于等于0.2eV。
优选地，所述发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层中的相邻两层的最低未占分子轨道能级的差大于等于-0.2eV，且小于等于0.2eV。
优选地，所述发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层的最低未占分子轨道能级依次降低。
优选地，所述发光层的最低未占分子轨道能级为-2eV～-2.2eV；所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级为-2.2eV～-2.4eV；所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级为-2.4eV～-2.6eV；所述阴极层的最低未占分子轨道能级为-2.5eV～-2.6eV。
优选地，所述发光层的最低未占分子轨道能级为-2.1eV；所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级为-2.3eV；所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级为-2.5eV；所述阴极层的最低未占分子轨道能级为-2.6eV。
优选地，所述第一电子传输层的厚度为5nm～15nm，所述第二电子传输层的厚度为15nm～50nm。
优选地，所述发光层的材料选自荧光发光材料或磷光发光材料，所述第一电子传输层的材料选自噁二唑衍生物，所述第二电子传输层的材料选自三嗪衍生物，所述阴极层的材料选自镁银合金。
优选地，所述有机电致发光器件的显示区包括多个像素单元，每个所述像素单元包括显示不同颜色的第一子像素、第二子像素和第三子像素，所述第一子像素、所述第二子像素和所述第三子像素对应的所述第二电子传输层的厚度不同。
优选地，所述第一子像素、所述第二子像素和所述第三子像素分别为R像素、G像素和B像素。
优选地，所述R像素、所述G像素和所述B像素对应的所述第二电子传输层的厚度分别为50nm～30nm、30nm～15nm、15nm～5nm。
优选地，所述有机电致发光器件为顶发射型有机电致发光器件。
优选地，所述阳极层与所述发光层之间还包括依次形成在所述阳极层上的空穴注入层和空穴传输层。
本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的有机电致发光器件。
与现有技术相比，本发明的有机电致发光器件及电子设备至少具有以下有益效果：1、将第一电子传输层和第二电子传输层的最低未占分子轨道能级的差控制在-0.2eV与0.2eV之间，有机电致发光器件的器件亮度、电流、电压和效率等方面的性能主要表现为与发光层相接触的第一电子传输层的性能，第二电子传输层选择电子注入及传输性能较佳的材料即可，且并不会显著影响器件的性能；2、由于第二电子传输层对器件的性能影响不大，因此厚度能够较厚且可以调整，由此可以通过第二电子传输层来调整顶发射性有机电致发光器件的共振腔；3、由于第二电子传输层和空穴传输层对电压的影响都较小，因此，能够通过第二电子传输层来分别调整RGB三原色的激子的复合位置，从而达到最佳的器件性能。
附图说明
图1为现有技术中一种OLED器件的能级示意图；
图2为本发明实施例的有机电致发光器件的结构示意图；
图3为本发明实施例的有机电致发光器件的能级示意图。
图4为本发明实施例1与对比例1、2的电流密度-电压曲线图；
图5为本发明实施例1与对比例1、2的亮度衰减曲线。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
本发明内所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。
请参照图2，本发明的有机电致发光器件，包括基板10，以及依次形成在基板10上的阳极层20、发光层50、第一电子传输层60、第二电子传输层70和阴极层80，其中，第一电子传输层60和第二电子传输层70的最低未占分子轨道能级的差大于等于-0.2eV，且小于等于0.2eV。
其中，基板10可选用刚性基板，也可以选用柔性基板。刚性基板例如可以是玻璃基板、石英基板。柔性基板例如可以是聚酰亚胺基板(PI基板)、聚酰胺基板、聚碳酸酯基板、聚醚砜基板等有机聚合物基板。
其中，阳极层20通常选用高功函数材料，以便顺利将空穴注入发光层50中。阳极层20材料例如包括：金、银、铬、铜、氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺铟氧化锌(IZO)、掺锑二氧化锡(ATO)、掺氟氧化锡(FTO)，但不限于此。
其中，阴极层80通常选用低功函数材料，以便顺利将电子注入发光层50中并与空穴复合。阴极层80材料例如包括：镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅，但不限于此。
其中，发光层50可以由具有空穴和电子传输性能的无掺杂的荧光有机发光材料制成，或由荧光掺杂剂与基质材料组成的荧光有机材料制成，或由磷光掺杂剂与基质材料组成的磷光有机材料制成。
需要说明书的是，图2的有机电致发光器件中，发光层50包括位于同一层的发光层51、52、53，三个发光层51、52、53分别发出不同颜色的光，并构成一个像素单元，每个发光层对应于像素单元的一个子像素，例如三个发光层51、52、53可以分别发出红、绿、蓝三色的光。
在一个实施例中，阳极层20与发光层50之间还包括依次形成在阳极层20上的空穴注入层30和空穴传输层40，进一步地，空穴传输层40与发光层50之间还可以设置有电子阻挡层(未示出)。
本发明中，发光层50和阴极层80之间设置有依次位于发光层50上的第一电子传输层60和第二电子传输层70，用于降低电子的注入势垒，提高电子的传输效率。其中，第二电子传输层70与阴极层80之间还可以进一步设置有电子注入层(未示出)。其中，第一电子传输层60的厚度可以是5nm～15nm，第二电子传输层70的厚度可以是15nm～50nm。
本发明中，将第一电子传输层60和第二电子传输层70的最低未占分子轨道能级的差控制在-0.2eV与0.2eV之间，有机电致发光器件的亮度、电流、电压和发光效率等方面的主要性能由第一电子传输层60主导。这种情况下，第二电子传输层70对有机电致发光器件的性能影响并不大，因此，其厚度可以增加，并通过第二电子传输层70的厚度变化调整顶发射型有机电致发光器件的共振腔，同时，通过第二电子传输层70的厚度变化调整像素单元中，各子像素的激子复合位置，从而达到最佳的器件性能。
在一个较佳实施例中，发光层50、第一电子传输层60、第二电子传输层70和阴极层80中的相邻两层的最低未占分子轨道能级的差大于等于-0.2eV，且小于等于0.2eV。进步一地，发光层50、第一电子传输层60、第二电子传输层70和阴极层80的最低未占分子轨道能级依次降低。
在一个较佳实施例中，发光层50的最低未占分子轨道能级为-2eV～-2.2eV；第一电子传输层60的最低未占分子轨道能级为-2.2eV～-2.4eV；第二电子传输层70的最低未占分子轨道能级为-2.4eV～-2.6eV；阴极层80的最低未占分子轨道能级为-2.5eV～-2.6eV。
请参照图3，在一个具体实施例中，发光层50的最低未占分子轨道能级为-2.1eV；第一电子传输层60的最低未占分子轨道能级为-2.3eV；第二电子传输层70的最低未占分子轨道能级为-2.5eV；阴极层80的最低未占分子轨道能级为-2.6eV。
有机电致发光器件中其他功能层的最低未占分子轨道能级和最高占据分子轨道能级不做特别限制，图3的有机电致发光器件中，阳极层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、第一电子传输层、第二电子传输层的最高占据分子轨道能级分别为-4.8eV、-5.25eV、-5.62eV、(-5.3eV和-5.56eV)、-6eV、-6eV，空穴传输层、电子阻挡层、发光层的最低未占分子轨道能级分别为-2.18eV、-2.36eV、(-2.1eV和-2.9eV)。
在一个较佳实施例中，为了使得发光层50、第一电子传输层60、第二电子传输层70和阴极层80中的相邻两层的最低未占分子轨道能级的差控制在-0.2eV与0.2eV之间，发光层50的材料选自荧光发光材料或磷光发光材料，第一电子传输层60的材料选自噁二唑(Oxadiazole)衍生物，第二电子传输层70的材料选自三嗪(Trazine)衍生物，阴极层80的材料选自镁银合金。
在一个实施例中，有机电致发光器件的显示区包括多个像素单元，每个像素单元包括显示不同颜色的第一子像素、第二子像素和第三子像素，第一子像素、第二子像素和第三子像素对应的第二电子传输层70的厚度不同。该第一子像素、第二子像素和第三子像素可以分别对应于R像素、G像素和B像素。进一步地，该R像素、G像素和B像素对应的第二电子传输层70的厚度可以分别为50nm～30nm、30nm～15nm、15nm～5nm。
在一个较佳实施例中，本发明的有机电致发光器件为顶发射型有机电致发光器件，换言之，有机电致发光器件发出的光自阴极层80的一侧向外出射。
通过调整各子像素对应的第二电子传输层70的厚度可以调整顶发射型有机电致发光器件的共振腔，进而提高器件的显示对比度。
具体地说，对于顶发射型有机电致发光器件，为提高发光效率，通常将阳极层20制备成反射阳极层，如Ag膜层/ITO膜层结构的阳极层20，其中Ag膜层为光反射层，阴极层80为半反射阴极层，反射阳极层与半反射阴极层形成微共振腔结构。发光层50发出的一部分光经第一电子传输层60、第二电子传输层70和阴极层80直接向外出射，发光层50发出的另一部分光射向阳极层20并经阳极层20反射后，经第一电子传输层60、第二电子传输层70和阴极层80向外出射。
发光层50发出的光会在反射阳极层与半反射阴极层之间相互干扰，造成建设性或破坏性的干涉，结果，只有部分特定波长的光受到增强，有一部分波长的光则被消弱。由于R、G、B三原色所对应的最佳腔长不同，通过调整各子像素对应的第二电子传输层70的厚度来改变改变各子像素对应的反射阳极层与半反射阴极层之间的腔长，从而对出光产生建设性干涉，增强特定波长的光强度，提高器件的显示对比度。
同时，通过调整各子像素对应的第二电子传输层70的厚度并与空穴传输层40的厚度相匹配，能够调整像素单元中各子像素的激子复合位置，从而达到最佳的器件性能。
具体地说，现有空穴传输能力优良的半导体材料较多，而电子传输能力优良的半导体材料较少，导致现有的有机电致发光器件中电子和空穴的注入不平衡，像素单元中各子像素的激子复合位置不在发光层50的中心位置，不仅发光效率较低，而且发光层50发出的光的颜色也将发生改变。通过改变各子像素对应的第二电子传输层70的厚度并与空穴传输层40的厚度相匹配，使得电子在第一电子传输层60和第二电子传输层70中的迁移率与空穴在空穴传输层40中的迁移率相匹配，使得各子像素的激子复合位置和发光中心位于最佳位置，进而提高发光效率。
实施例1：
本实施例提供一种有机电致发光器件，该器件包括基板、依次形成于基板上的阳极层(ITO，100nm)、第一空穴注入层(10nm)、第二空穴注入层(120nm)、空穴传输层(10nm)、发光层(20nm)、第一电子传输层(15nm)、第二电子传输层(15nm)和阴极层(Mg/Ag，15nm)。
基于含时密度泛函理论(Time-Dependent Density Functional Theory)，利用高斯(Gaussian)09程序包(Gaussian Inc.)，在B3LYP/6-31G(d)计算水平下，优化并计算得到发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层的分子前线轨道的分布情况，其中，发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层的最低未占分子轨道能级分别为-2.1eV、-2.3eV、-2.5eV、-2.6Ev，如图3所示。
采用Spectroscan PR 670光谱仪和Keithley 236电流电压源测量系统检测该器件的性能，结果见表1和图4、图5。
对比例1：
本实施例提供一种有机电致发光器件，该器件包括基板、依次形成于基板上的阳极层(ITO，100nm)、第一空穴注入层(10nm)、第二空穴注入层(120nm)、空穴传输层(10nm)、发光层(20nm)、第二电子传输层(15nm)和阴极层(Mg/Ag，15nm)。其中，发光层、第二电子传输层和阴极层的最低未占分子轨道能级分别为-2.1eV、-2.5eV、-2.6eV。
采用Spectroscan PR 670光谱仪和Keithley 236电流电压源测量系统检测该器件的性能，结果见表1和图4、图5。
对比例2：
本实施例提供一种有机电致发光器件，该器件包括基板、依次形成于基板上的阳极层(ITO，100nm)、第一空穴注入层(10nm)、第二空穴注入层(120nm)、空穴传输层(10nm)、发光层(20nm)、第一电子传输层(15nm)和阴极层(Mg/Ag，15nm)。其中，发光层、第一电子传输层和阴极层的最低未占分子轨道能级分别为-2.1eV、-2.3eV、-2.6eV。
采用Spectroscan PR 670光谱仪和Keithley 236电流电压源测量系统检测该器件的性能，结果见表1和图4、图5。
表1
表1中：Cd表示：电流效率；
Im表示：流明效率；
Vturn-on表示：启动电压；
CIEx和CIEy表示：色度坐标；
Blue index表示：蓝光效率指数；
T95表示：有机电致发光器件使用寿命达到约95％的时间。
图4中：J表示：电流密度：V表示：电压。
图5中：Time表示：衰减时间；Brightness表示：亮度。
从表1、图4和图5可以看出，实施例1与对比例2的有机电致发光器件在器件亮度、电流、电压和效率等方面的性能基本一致，而且实施例1的器件中，将发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层中的相邻两层的最低未占分子轨道能级的差控制在-0.2eV与0.2eV之间，由于第二电子传输层的注入优势，使得器件的电子注入及传输能力增加，电压下降。从本组试验可以看出，本发明充分发挥了第一电子传输层的效率高、寿命长的优势，且通过加入第二电子传输层解决了单独使用第一电子传输层需要较高启动电压的问题。
综上所述，可以看出，1、将发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层中的相邻两层的最低未占分子轨道能级的差控制在-0.2eV与0.2eV之间，有机电致发光器件的器件亮度、电流、电压和效率等方面的性能主要表现为与发光层相接触的第一电子传输层的性能，第二电子传输层选择电子注入及传输性能较佳的材料即可，且并不会显著影响器件的性能；2、由于第二电子传输层对器件的性能影响不大，因此厚度能够较厚且可以调整，由此可以通过第二电子传输层来调整顶发射性有机电致发光器件的共振腔；3、由于第二电子传输层和空穴传输层对电压的影响都较小，因此，能够通过第二电子传输层来分别调整RGB三原色的激子的复合位置，从而达到最佳的器件性能。
尽管本文描述了本发明的优选实施方式，但是这些实施方式仅作为示例提供。应理解本文所述的本发明实施方式的变体也可用于实施本发明。本领域普通技术人员应理解，可出现多种变体、变化和替换而不脱离本发明的范围。应理解本发明各个方面的保护范围由权利要求书决定，并且这些权利要求范围内的方法和结构以及其等价的方法和结构均在本权利要求书涵盖的范围之内。
Claims (13)
1.一种有机电致发光器件，其特征在于，包括基板，以及依次形成在所述基板上的阳极层、发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层，其中，所述第一电子传输层和第二电子传输层的最低未占分子轨道能级的差大于等于-0.2eV，且小于等于0.2eV。
2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层中的相邻两层的最低未占分子轨道能级的差大于等于-0.2eV，且小于等于0.2eV。
3.根据权利要求2所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述发光层、第一电子传输层、第二电子传输层和阴极层的最低未占分子轨道能级依次降低。
4.根据权利要求2所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述发光层的最低未占分子轨道能级为-2eV～-2.2eV；所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级为-2.2eV～-2.4eV；所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级为-2.4eV～-2.6eV；所述阴极层的最低未占分子轨道能级为-2.5eV～-2.6eV。
5.根据权利要求4所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述发光层的最低未占分子轨道能级为-2.1eV；所述第一电子传输层的最低未占分子轨道能级为-2.3eV；所述第二电子传输层的最低未占分子轨道能级为-2.5eV；所述阴极层的最低未占分子轨道能级为-2.6eV。
6.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述第一电子传输层的厚度为5nm～15nm，所述第二电子传输层的厚度为15nm～50nm。
7.根据权利要求2所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述发光层的材料选自荧光发光材料或磷光发光材料，所述第一电子传输层的材料选自噁二唑衍生物，所述第二电子传输层的材料选自三嗪衍生物，所述阴极层的材料选自镁银合金。
8.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件的显示区包括多个像素单元，每个所述像素单元包括显示不同颜色的第一子像素、第二子像素和第三子像素，所述第一子像素、所述第二子像素和所述第三子像素对应的所述第二电子传输层的厚度不同。
9.根据权利要求8所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述第一子像素、所述第二子像素和所述第三子像素分别为R像素、G像素和B像素。
10.根据权利要求9所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述R像素、所述G像素和所述B像素对应的所述第二电子传输层的厚度分别为50nm～30nm、30nm～15nm、15nm～5nm。
11.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述有机电致发光器件为顶发射型有机电致发光器件。
12.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述阳极层与所述发光层之间还包括依次形成在所述阳极层上的空穴注入层和空穴传输层。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1至12任意一项所述的有机电致发光器件。
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