CN108232025B

CN108232025B - 一种有机电致发光器件

Info

Publication number: CN108232025B
Application number: CN201810096486.1A
Authority: CN
Inventors: 王荷丹; 张晓珍; 何麟
Original assignee: Kunshan Govisionox Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Kunshan Govisionox Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: CN108232025A

Abstract

本发明提供了一种有机电致发光器件，解决了单色光发光层由单纯的发光材料构成所导致的器件驱动电压大、发光效率低的问题。本发明提供的有机电致发光器件包括单色光发光层，单色光发光层包括双主体材料和掺杂的客体材料，双主体材料包括供体主体材料和受体主体材料，且供体主体材料和受体主体材料形成激基复合物。

Description

一种有机电致发光器件

技术领域

本发明涉及显示器件技术领域，具体涉及一种有机电致发光器件。

背景技术

有机电致发光器件是自发光装置，由于其具有宽视角、高对比度、高亮度、低驱动电压、快速的响应时间以及面板轻薄等特性，作为下一代的平板显示器件已受到广泛关注。

有机电致发光器件的发光机理属于载流子注入型，即对夹在阳极层和阴极层之间的发光层施加电压，则从阳极层注入的空穴流经空穴传输层向发光层移动，从阴极层注入的电子流经电子传输层向发光层移动。作为载流子的空穴和电子在发光层复合，以使发光物质激发，当该激发态驰豫至基态时发光。目前，有些现有技术在做全彩蒸镀时，单色光发光层一般采用单纯的发光材料，如蓝光发光层主要运用单纯的荧光材料，这样将增大单色光发光层的电压，从而增大器件的驱动电压，同时单纯的发光材料构成单色光发光层还存在发光效率低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例致力于提供一种有机电致发光器件，以解决单色光发光层由单纯的发光材料构成所导致的器件驱动电压大、发光效率低的问题。

本发明一实施例提供的一种有机电致发光器件包括单色光发光层，单色光发光层包括双主体材料和掺杂的客体材料，双主体材料包括供体主体材料和受体主体材料，且供体主体材料和受体主体材料形成激基复合物。

在一个实施例中，供体主体材料和受体主体材料都为荧光材料。

在一个实施例中，供体主体材料的HOMO能级的范围为5.2～5.5eV，受体主体材料的LUMO能级的范围为2.0～2.8eV。

在一个实施例中，供体主体材料和受体主体材料的掺杂质量比为1～9：9～1。

在一个实施例中，单色光发光层包括蓝光发光层、红光发光层、绿光发光层中的至少一种。

在一个实施例中，客体材料包括蓝光客体材料、红光客体材料、绿光客体材料中的至少一种。

在一个实施例中，蓝光客体材料为蓝光荧光材料，红光客体材料为红光磷光材料，绿光客体材料为绿光磷光材料。

在一个实施例中，客体材料的单线态能级小于或等于激基复合物的三线态能级。

在一个实施例中，有机电致发光器件进一步包括空穴传输层，空穴传输层设置于单色光发光层靠近阳极层的一侧且空穴传输层的材料与供体主体材料相同。

在一个实施例中，有机电致发光器件进一步包括电子传输层，电子传输层设置于单色光发光层靠近阴极层的一侧且电子传输层的材料与受体主体材料相同。

在本发明实施例提供的有机发光器件中，单色光发光层由双主体材料掺杂客体材料形成，这样的材料搭配不仅可以调节发光层载流子的平衡性，而且双主体材料中的供体主体材料作为P型主体材料可与同为P型材料的空穴传输层形成较好的能级匹配，受体主体材料作为N型主体材料可与同为N型材料的电子传输层形成较好的能级匹配，降低了单色光发光层的电压，从而使器件的驱动电压下降。另外，单色光材料作为客体材料分散于双主体材料中也提高了器件的发光效率。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的一种有机电致发光器件的结构示意图。

图2所示为本发明另一实施例提供的一种有机电致发光器件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明一实施例提供的一种有机电致发光器件的结构示意图。如图1所示，该有机电致发光器件属于顶发光器件，包括基板10，基板10上设置有阴极层20，阴极层20上依次层叠设置有电子注入层(EIL)30、电子传输层(ETL)40、单色光发光层(EL)50a、空穴传输层(HTL)60、空穴注入层(HIL)70及阳极层80。单色光发光层50a包括双主体材料和掺杂的客体材料，该双主体材料包括供体主体材料和受体主体材料，且供体主体材料和受体主体材料形成激基复合物。具体而言，该供体主体材料可为偏空穴型(给予电子型)的P型主体材料，受体主体材料可为偏电子型(接受电子型)的N型主体材料，二者作为双主体材料可经预混或共蒸镀形成激基复合物。

对于该单色光发光层50a，其可为蓝光发光层、红光发光层和绿光发光层中的任意一种或多种的组合，客体材料则为蓝光客体材料、红光客体材料和绿光客体材料中的至少一种。例如，当单色光发光层50a为蓝光发光层时，掺杂的客体材料则为蓝光客体材料；当单色光发光层50a为红光发光层时，掺杂的客体材料则为红光客体材料；当单色光发光层50a包括蓝光发光层和绿光发光层两个单色光发光层时，掺杂的客体材料则包括蓝光客体材料和绿光客体材料中的至少一种单色光客体材料，且蓝光客体材料和/或绿光客体材料分别掺杂到各自对应的双主体材料中；当单色光发光层50a包括蓝光发光层和、红光发光层和绿光发光层三个单色光发光层时，客体材料则包括蓝光客体材料、红光客体材料和绿光客体材料三种单色光客体材料中的至少一种且分别掺杂到各自对应的双主体材料中。

在本发明实施例提供的有机发光器件中，单色发光层由双主体材料掺杂客体材料形成，这样的材料搭配不仅可以调节发光层载流子的平衡性，而且双主体材料中的供体主体材料作为P型主体材料可与同为P型材料的空穴传输层形成较好的能级匹配，受体主体材料作为N型主体材料可与同为N型材料的电子传输层形成较好的能级匹配，降低了单色光发光层的电压，从而使器件的驱动电压下降。另外，单色光材料作为客体材料分散于双主体材料中也提高了器件的发光效率。

在本发明一实施例中，单色光发光层50a为蓝光发光层，该蓝光发光层包括双主体材料和蓝光客体材料，该双主体材料包括第一供体主体材料和第一受体主体材料，且第一供体主体材料和第一受体主体材料形成激基复合物。具体地，该第一供体主体材料为偏空穴型(给予电子型)的P型主体材料，第一受体主体材料为偏电子型(接受电子型)的N型主体材料，二者作为双主体材料可经预混或共蒸镀形成激基复合物。

在一个实施例中，第一供体主体材料和第一受体主体材料都为荧光材料。具体地，第一供体主体材料可为具有相对较浅的HOMO能级的荧光材料，第一受体主体材料可为具有相对较深的LUMO能级的荧光材料，这样第一供体主体材料和第一受体主体材料经预混或共蒸镀后更容易形成激基复合物。

在一个具体的实施例中，第一供体主体材料的HOMO能级的范围为5.2～5.5eV，第一受体主体材料的LUMO能级的范围为2.0～2.8eV，则第一供体主体材料和第一受体主体材料按照一定比例预混或共蒸镀后即可形成激基复合物。这样的能级范围的设置更容易使第一供体主体材料的HOMO能级范围与其相邻的空穴传输层的HOMO能级相匹配，第一受体主体材料的LUMO能级范围与其相邻的电子传输层的LUMO能级相匹配，从而进一步降低单色光发光层的电压。形成的激基复合物的LUMO能级和HOMO能级则分别来源于第一供体主体材料和第一受体主体材料，具体地，激基复合物的LUMO能级即为第一受体主体材料的LUMO能级，其HOMO能级即为第一供体主体材料的HOMO能级。一般地，形成的激基复合物的能量值E_T≤E_HOMO(D)-E_LUMO(A)，其中，E_HOMO(D)表示第一供体主体材料的HOMO能级，E_LUMO(A)表示第一受体主体材料的LUMO能级，E_T代表激基复合物的三线态能级。

对于形成的激基复合物的单线态能级和三线态能级，可分别通过对其对应的光致发光峰和电致发光峰的测量而计算得出。具体地，当使用荧光分光光度计中的疝灯激发激基复合物分子时，激基复合物分子中的电子会发生跃迁，从基态跃迁至单线态能级，由于单线态能级的电子不能稳定存在，所以电子会从单线态能级回到基态放出能量，此时所表现的发光峰即为激基复合物的光致发光峰；当对激发激基复合物施加电场时，激发激基复合物分子中的电子在该外加电场的作用下也会发生跃迁，不同的是从基态跃迁至三线态能级，由于三线态能级的电子也不能稳定存在，所以电子会从三线态能级回到基态放出能量，此时所表现的发光峰则为激基复合物的电致发光峰。所以可以认为，激基复合物的单线态能级对应其光致发光峰，三线态能级则对应电致发光峰，而激基复合物的光致发光峰和电致发光峰可分别通过荧光分光光度计和施加电场的方式测量得出，再根据下列公式即可计算出对应的能级：

E_S＝h/k×C/λ_S＝(6.63×10^-34/1.6×10^-19)×(3×10¹⁷/λ_S)＝1240/λ_S，

E_T＝h/k×C/λ_T＝(6.63×10^-34/1.6×10^-19)×(3×10¹⁷/λ_T)＝1240/λ_T，

其中，E_S表示激基复合物的单线态能级，E_T表示激基复合物的三线态能级，λ_S表示激基复合物的光致发光峰，λ_T表示激基复合物的电致发光峰，h表示普朗克常数，为6.63×10^-34J·s，k表示常数，为1.6×10^-19J/eV，C表示光速，为3×10¹⁷nm/s。

在一个实施例中，蓝光客体材料选择蓝光荧光材料。蓝光荧光客体材料掺杂于双主体材料所形成的激基复合物中，不仅可以提高蓝光效率，而且由于荧光材料技术已比较成熟，其可应用于业内的量产过程。

在一个实施例中，所选择的蓝光荧光客体材料的光致发光峰大于或等于激基复合物的电致发光峰。根据上述公式E_S＝1240/λ_S，E_T＝1240/λ_T，可知能量与波长成反比，所以上述条件对应于能级，则需要蓝光荧光客体材料的单线态能级小于或等于激基复合物的三线态能级，这有利于使激基复合物的能量能够很好地传递给客体掺杂材料，从而进一步提高器件的发光效率。

本领域的技术人员可根据实际情况结合上述的条件选择合适的第一供体主体材料、第一受体主体材料及客体材料即可，本发明对此不做限定。

例如，作为第一供体主体材料，可选择4,4′,4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(缩写：TCTA)及其衍生物，其分子结构可为：

作为第一受体主体材料，可选择1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯(缩写：TmPyPB)及其衍生物，其分子结构可为：

作为蓝光客体材料，可选择芘类化合物及其衍生物，其分子结构可为：

需要说明的是，上述材料仅为举例示出，并不用于限制本发明。

在将容易给予电子的P型化合物及容易接受电子的N型化合物分别用作第一供体主体材料和第一受体主体材料时，可以通过设定二者的混合比率来达到最佳的载流子平衡，在该平衡条件下使发光层50a内的空穴和电子的复合概率和发光效率提高。在本发明一实施例中，第一供体主体和第一受体主体的掺杂质量比为1～9:9～1，优选采用质量比例为5～7.5:5～2.5或者1.5～3.5:8.5～6.5。其具体的比例可由本领域的技术人员根据不同情况而做不同设定。

对于基板10，其可为透明基板，如可采用玻璃基板或者由聚酯类、聚酰亚胺类等化合物材料构成的柔性基板。

阴极层20一般选择功函数小的材料，如可采用锂、镁、钙、锶、铝或铟等功函数较低的金属或它们中的一种与铜、金或银的合金，或上述金属分别与合金或金属氟化物形成的电极层，例如Mg:Ag合金层/Al层、LiF/Ag层等。

电子注入层30为包含具有高电子注入性物质的层，使用电子迁移率大的材料，如可选择碱金属、碱土金属和其化合物，如锂、铯、钙、氟化锂、氟化铯、氟化钙、氟化铒或者氧化锂等。

电子传输层40设置于发光层50a靠近阴极层20的一侧，即设置于发光层50a和电子注入层30之间，其使用电子迁移率大的化合物。在一个实施例中，电子传输层40的材料与第一受体主体的材料相同，二者都为N型材料且为相同的材料，这更利于第一受体主体材料与电子传输层40间的能级匹配，进一步降低电压。

空穴传输层60设置于发光层50a靠近阳极层80的一侧，即设置于发光层50a和空穴注入层70之间，其使用空穴迁移率大、电离能小的化合物。在一个实施例中，空穴传输层60的材料与第一供体主体的材料相同，二者都为P型材料且为相同的材料，其更利于第一供体主体材料与空穴传输层60间的能级匹配，进一步降低了电压。

空穴注入层70为包含具有高空穴注入性物质的层，具体可选择如氧化钼、氧化钛、氧化钒、氧化铼、氧化钌、氧化铬、氧化锆、氧化银、氧化钨和氧化锰等金属氧化物。此外，还可选择如酞菁(缩写：H₂Pc)或酞菁铜(Ⅱ)(缩写：CuPc)等酞菁类化合物。

阳极层80可采用无机材料或有机导电聚合物，无机材料一般为氧化铟锡、氧化锌、氧化铟锌等金属氧化物或金、铜、银等功函数较高的金属，其中，优选为氧化铟锡(ITO)，有机导电聚合物优选为聚噻吩/聚乙烯基苯磺酸钠(缩写：PEDOT:PSS)、聚苯胺(缩写：PANI)中的一种材料。

图2所示为本发明另一实施例提供的一种有机电致发光器件的结构示意图。如图2所示，本实施例的有机电致发光器件中的单色光发光层50b包括并列排布的红光发光层51、绿光发光层52及蓝光发光层53。在该实施例中，除蓝光发光层53由双主体材料掺杂客体材料形成，红光发光层51和绿光发光层52中的至少一层也由双主体材料掺杂客体材料形成。

具体地，红光发光层51包括第二双主体材料和掺杂的红光客体材料，其中，第二双主体材料包括第二供体主体材料和第二受体主体材料，且该第二供体主体材料和第二受体主体材料可经预混或共蒸镀形成激基复合物；和/或，绿光发光层52包括第三双主体材料和掺杂的绿光客体材料，其中第三双主体材料包括第三供体主体材料和第三受体主体材料，且该第三供体主体材料和第三受体主体材料可经预混或共蒸镀形成激基复合物。此材料搭配可进一步调节发光层载流子的平衡性及能级匹配，同时红光材料和/或绿光材料作为客体材料分散于各自对应的双主体材料中也进一步提高了器件的发光效率。

在本发明一实施例中，用于形成红光发光层51的第二双主体材料(第二供体主体材料和第二受体主体材料)和/或用于形成绿光发光层52的第三双主体材料(第三供体主体材料和第三受体主体材料)都为荧光材料；同时，红光客体材料为红光磷光材料，和/或，绿光客体材料为绿光磷光材料。

当红光发光层51采用上述双主体材料与客体材料进行搭配时，在一个实施例中，第二供体主体材料为具有相对较浅的HOMO能级的荧光材料，第二受体主体材料则为具有相对较深的LUMO能级的荧光材料，这样二者经共蒸镀后较易形成激基复合物。

在一个具体的实施例中，第二供体主体材料的HOMO能级的范围为5.2～5.5eV，第二受体主体材料的LUMO能级的范围为2.0～2.8eV，这样的能级搭配更容易使第二供体主体材料的HOMO能级范围与其相邻的空穴传输层的HOMO能级相匹配，第二受体主体材料的LUMO能级范围与其相邻的电子传输层的LUMO能级相匹配。二者经预混或共蒸镀后形成的激基复合物的LUMO能级和HOMO能级分别来源于第二供体主体材料和第二受体主体材料，该激基复合物的三线态能级可通过对其电致发光峰的测量及公式E_T＝1240/λ_T计算得出。

在一个实施例中，所选择的红光磷光客体材料的光致发光峰大于等于激基复合物的电致发光峰，对应于能级，则需要红光磷光客体材料的单线态能级小于或等于激基复合物的三线态能级，以利于能量从激基复合物传递给红光客体掺杂材料。

同样的道理，对于绿光发光层52的材料，也可采用与上述方案相对应的条件进行选择。具体地，第三供体主体选择其HOMO能级范围为5.2～5.5eV的材料，第二受体主体选择其LUMO能级范围为2.0～2.8eV的材料，并使绿光磷光客体材料的光致发光峰大于等于激基复合物的电致发光峰，也就是说，使绿光磷光客体材料的单线态能级小于或等于激基复合物的三线态能级，这样有利于能量从激基复合物传递给绿光客体掺杂材料，从而提高绿光的发光效率。

本领域的技术人员可以理解，在红光、绿光和蓝光中，红光波长最大、绿光次之、蓝光最小，所以对应于能量，红光的能量最小、蓝光最大、绿光则位于红光和蓝光之间，所以根据激基复合物的能量值的计算结果可知该激基复合物具体可适用于哪种颜色的光材料的匹配。具体而言，针对每个颜色的发光层，可为其设定适用该发光层的激基复合物的三线态能级的阈值，当计算所得的某一激基复合物的三线态能级值大于某个阈值时，则代表该激基复合物可用作该颜色发光层的双主体材料，例如，可为蓝光设定阈值为2.6eV，当计算所得的激基复合物的三线态能级值大于2.6eV时，则该激基复合物可用作蓝光发光层的主体材料，同时也可用作红光和绿光发光层的主体材料；当激基复合物的三线态能级值小于2.6eV时，则不可用作蓝光发光层的主体材料，至于是否适合用作红光或绿光发光层的主体材料，还要根据为红光和绿光设定的阈值来判定。针对某个颜色的发光层，当为其选定好激基复合物后，再根据选定的激基复合物(即供体主体和受体主体)和客体材料的光致发光峰大于等于激基复合物的电致发光峰这个条件来选择对应的客体材料即可。上述具体的材料选择过程可在量产/制备之前通过大量的实验来完成。

在本发明实施例提供的有机电致发光器件中，在蓝光发光层、绿光发光层和红光发光层中的一层或多层中采用双主体荧光材料掺杂对应颜色的客体材料进行搭配，不仅降低了器件的驱动电压，调节了单色光发光层中载流子的平衡性，也提高了单色光发光层的发光效率。

下面将通过具体实施例进一步说明本发明提供的有机电致发光器件。但是，本发明并不局限于下列实施例。

实施例1

本实施例中的有机电致发光器件蓝光发光层的主体材料由质量比为1：5的供体主体材料与受体主体材料预混而成，该器件的结构如图1所示。单色光发光层50a的主体材料为激基复合物(其中，供体主体材料为1-1，受体主体材料为2-1)，主体材料中掺杂客体材料为蓝光荧光材料3-1。

本实施例的器件结构如下：

阳极(ITO，20nm)/空穴注入层(HAT-CN，10nm)/空穴传输层(NPB，10nm)/供体主体材料(1-1，10nm)：受体主体材料(2-1，10nm)：5％蓝光荧光材料(3-1)/电子传输层(TPBi，10nm)/电子注入层(Bphen，10nm)/阴极(Al，10nm)

对比例1

该器件结构如下：

阳极(ITO，20nm)/空穴注入层(HAT-CN，10nm)/空穴传输层(NPB，10nm)/蓝光荧光材料(3-1，10nm)/电子传输层(TPBi，10nm)/电子注入层(Bphen，10nm)/阴极(Al，10nm)

对比例2

阳极(ITO，20nm)/空穴注入层(HAT-CN，10nm)/空穴传输层(NPB，10nm)/供体主体材料(1-1，10nm)：5％蓝光荧光材料(3-1，10nm)/电子传输层(TPBi，10nm)/电子注入层(Bphen，10nm)/阴极(Al，10nm)

对比例3

阳极(ITO，20nm)/空穴注入层(HAT-CN，10nm)/空穴传输层(NPB，10nm)/受体主体材料(2-1，10nm)：5％蓝光荧光材料(3-1，10nm)/电子传输层(TPBi，10nm)/电子注入层(Bphen，10nm)/阴极(Al，10nm)

将上面实施例1和对比例的有机电致发光器件的性能表示在下表1中：

由表1的数据可看出，蓝光发光层由供体主体材料和受体主体材料预混、掺杂蓝光荧光材料后，其电压比采用单纯的荧光材料(对比例1)降低了1.4V，相当于降低了近30％，同时电流效率也比采用单纯的荧光材料有所提高。

实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于：供体主体材料与受体主体材料的质量比为5:5。

实施例3本实施例与实施例1的不同之处在于：供体主体材料与受体主体材料的质量比为7.5:2.5。

实施例4本实施例与实施例1的不同之处在于：供体主体材料与受体主体材料的质量比为5.6:4.4。

实施例5本实施例与实施例1的不同之处在于：供体主体材料与受体主体材料的质量比为1.5:8.5。

实施例6本实施例与实施例1的不同之处在于：供体主体材料与受体主体材料的质量比为3.5:6.5。

实施例7本实施例与实施例1的不同之处在于：供体主体材料与受体主体材料的质量比为3.9:4.1。

将上面实施例2-7的有机电致发光器件的性能表示在下表2中。

编号	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
							电压(V)	3.3	3.2	2.9	3.2	3.1	3.0

由上表可知，供体主体和受体主体的掺杂质量比优选采用5～7.5:5～2.5或者1.5～3.5:8.5～6.5。

以上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、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种有机电致发光器件，其特征在于，包括单色光发光层、空穴传输层和电子传输层，所述单色光发光层包括双主体材料和掺杂的客体材料，所述双主体材料包括供体主体材料和受体主体材料，且所述供体主体材料和所述受体主体材料形成激基复合物；

其中，所述空穴传输层设置于所述单色光发光层靠近阳极层的一侧，所述空穴传输层的材料与所述供体主体材料同为P型材料；

其中，所述电子传输层设置于所述单色光发光层靠近阴极层的一侧，所述电子传输层的材料与所述受体主体材料同为N型材料；

其中，所述客体材料为单色光材料，所述客体材料的单线态能级小于或等于所述激基复合物的三线态能级；

所述供体主体材料和所述受体主体材料都为荧光材料；

所述供体主体材料的HOMO能级的范围为5.2～5.5eV，所述受体主体材料的LUMO能级的范围为2.0～2.8eV；

所述供体主体材料和所述受体主体材料的掺杂质量比为5～7.5:5～2.5；或所述供体主体材料和所述受体主体材料的掺杂质量比为1.5～3.5:8.5～6.5。

2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述单色光发光层包括蓝光发光层、红光发光层、绿光发光层中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述客体材料包括蓝光客体材料、红光客体材料、绿光客体材料中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述蓝光客体材料为蓝光荧光材料，所述红光客体材料为红光磷光材料，所述绿光客体材料为绿光磷光材料。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴传输层的材料与所述供体主体材料相同。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述电子传输层的材料与所述受体主体材料相同。