CN108321302A - 一种高效稳定的杂化白光有机致电发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，设置有基板、阳极、阴极以及介于所述阳极与所述阴极之间的有机功能层，所述有机功能层包括蓝光复合发光层和叠合在所述蓝光复合发光层的上表面和下表面的磷光发光层，所述蓝光复合发光层由两层蓝光荧光层、一层激子产生区域叠合而成，其中所述激子产生区域位于两层蓝光荧光层之间。本发明通过蓝光复合发光层使激子产生区域位于其中的两层蓝光荧光层的界面处，产生无杂质蓝光，并将磷光发光层相邻设置在其上表面和下表面，即相当于双层白光发光层的复合，使该器件可采用非掺杂技术，其有机功能层各层之间无需间隔层，不仅大大简化了器件结构，而使得该器件的CRI>92，从而获得高效率的白光发光性能稳定的杂化白光有机电致发光器件。
Description
技术领域
本发明涉及有机半导体技术领域，特别涉及一种有机电致发光器件。
背景技术
白光OLED(Organic Light Emitting Diode)属于平面发光器件，具备超薄、形状选择度大、适合作为大面积发光光源、无需散热、加工简单等优点，被认为是下一代理想的照明光源。同时，白光OLED可以替代普通LED光源，作为现代主流液晶显示器的背光源，实现超薄液晶显示。白光OLED还可以结合彩色滤光膜实现彩色OLED显示。并且白光OLED还可以制备成柔性器件，更好的服务于人类生活。因此白光OLED受到越来越多学术界和工业界的关注。
白光OLED根据器件结构可以分为单发光层器件和多发光层器件。实现白光OLED器件的方法主要有三种：1)荧光白光OLED，即发光层全部由荧光材料组成的白光器件；2)磷光白光OLED，即发光层全部由磷光材料组成的白光器件。对于荧光白光OLED而言，其寿命虽然长，但是器件的效率一般都低于20lm/W，对磷光白光OLED而言，其效率虽然高，但是到目前为止还没有发现合适的蓝色磷光材料，导致器件的寿命较短。对于上述两种白光OLED器件各自存在的问题，可通过混合白光器件结构或者也称杂化白光器件(hybrid white OLED)，也就是使用稳定蓝色荧光材料与其他颜色波段的磷光材料相结合实现白光，也被称为第三种白光OLED(即杂化白光器件)。相对于荧光白光OLED和磷光白光OLED，杂化白光器件不仅寿命长，而且效率高。
2006年，普林斯顿大学的Sun等人设计出一种新颖的杂化WOLED，器件效率达到37.6lm/W，但是除开功能层外，还采用了四层发光层以及两层间隔层(Nature 2006,440,908.)，可见该器件的结构异常复杂。2014年，马东阁等人采用一种双极性共混的主体构建蓝色荧光层，从而达到不需要间隔层的目的，但是该器件采用了双电子注入层(一层n型掺杂电子层，以及一层非掺杂的电子注入层)，增加了器件的复杂度，并且器件的最大正视效率也只有41.7lm/W(Adv.Mater.2014,26,1617.)。2014年，华南理工大学的刘佰全等人采用一种红蓝双发光层的杂化白光OLED，但是使用了p型掺杂以及间隔层，器件的最大总效率为20lm/W(Sci.Rep.2014,4,7198.)。因此，虽然陆续出现了一些杂化白光OLED的报道，但是其效率依然不够高。此外，这些器件的结构一般比较复杂，制备工艺要求大大提高，同时成本也高，不利于商业化的推广。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单且效率高的杂化白光有机电致发光器件。
本发明所采取的技术方案是：一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，设置有基板、阳极、阴极以及介于所述阳极与所述阴极之间的有机功能层，所述有机功能层包括蓝光复合发光层和叠合在所述蓝光复合发光层的上表面和下表面的磷光发光层，所述蓝光复合发光层由两层蓝光荧光层、一层激子产生区域叠合而成，其中所述激子产生区域位于两层蓝光荧光层之间。
本发明中所述蓝光荧光层可发出波长小于500nm的蓝色光，即所述蓝光荧光层可使该器件获得蓝色光谱，而所述磷光发光层可发出波长大于500nm的色光，即所述磷光发光层可使该器件获得与蓝色光谱构成白光的光谱。本发明在蓝光复合发光层的上下两表面均设置磷光发光层，其相当于上下两个白光发光层的叠合，从而进一步提高了白光的发光效率及稳定性。
本发明为使蓝光复合发光层中的激子发生区域位于两层蓝光荧光层之间，利用了两层蓝光荧光层之间存在能级匹配的原理和/或其电荷传输性不同的原理。当激子产生区域位于两层蓝光荧光层之间时，由该两层蓝光荧光层所产生的蓝光无杂质，从而大大改善了现有杂化白光器件中蓝光存在杂质光波的现象。
当本发明主要利用两层蓝光荧光层的能级不匹配原理保证激子产生区域位于其中间界面处时，所述两层蓝光荧光层之间的HOMO，LUMO能级之间至少有一种不同。
作为上述方案的进一步改进，所述蓝光复合发光层的三线能级不低于磷光发光层的三线态能级，从而使得在所述激子产生区域未被俘获的三线态激子可以通过扩散原理被磷光发光层俘获，大大增加器件的效率。
当本发明主要利用两层蓝光荧光层的电荷传输性不同的原理保证激子产生区域位于其中间界面处时，对所述两层蓝光荧光层的材料的极性有特殊限定，即要求所述蓝光复合发光层的材料选自p型半导体材料、n型半导体材料和双极性半导体材料中的任意两种的组合，或所述蓝光复合发光层的材料均为双极性半导体材料，否则无法保证所述激子产生区域位于两层蓝光荧光层之间的界面处。常规地，本发明所述p型半导体材料是指电子迁移率大于本身空穴迁移率的材料，所述n型半导体材料是指电子迁移率小于本身空穴迁移率的材料，双极性型材料是指电子迁移率等于本身空穴迁移率的材料。
同时，本发明中蓝光复合发光层的特殊设置，大大降低了对其中两层蓝光荧光层本体材料要求的苛刻度，因此所述两层蓝光荧光层可以是主客体掺杂结构，亦可以是非掺杂结构。而蓝光荧光层中的发光材料可以为NPB、4P-NPD、NPD、TPD、Bepp2等发光材料。
本发明中所述蓝光复合发光层的上表面和下表面均叠合设置了磷光发光层，同时进一步限定所述磷光发光层的材料为主客体掺杂结构，使得该磷光发光层能将与之相邻的蓝光荧光层作为磷光材料的主体，从而进一步简化器件的结构。本发明的磷光发光层的发光材料可以为Ir(piq)3、(MDQ)2Ir(acac)等。
作为上述方案的进一步改进，为使该器件的结构简化后仍保持优异的稳定性和较长的使用寿命，本发明对有机功能层中各层结构的厚度有所限定。具体地，所述蓝光复合发光层中蓝光荧光层的厚度为0.01～100nm，进一步优选的厚度为1～15nm。所述磷光发光层的厚度为0.01～150nm，进一步优选的厚度为0.01～100nm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过蓝光复合发光层使激子产生区域位于其中的两层蓝光荧光层的界面处，产生无杂质蓝光，并将磷光发光层相邻设置在其上表面和下表面，即相当于双层白光发光层的复合，使该器件可采用非掺杂技术，其有机功能层各层之间无需间隔层，不仅大大简化了器件结构，而使得该器件的CRI>92，从而获得高效率的白光发光性能稳定的杂化白光有机电致发光器件。
(2)现有技术的杂化白光有机电致发光器件需要通过空穴传输层和/或电子传输层改善其光电性能，而本发明的磷光发光层均可作为该器件有机功能层中的空穴传输层或者电子传输层，从而实现进一步简化器件结构的目的。
(3)本发明器件无需间隔层来，工艺简单，生产成本低，有利于大规模工业化生产和商业化。
附图说明
图1是本发明一种杂化白光有机电致发光器件的其中一种结构示意图；
图2是本发明一种杂化白光有机电致发光器件的其中一种结构示意图；
图3是本发明一种杂化白光有机电致发光器件的其中一种结构示意图；
图4是本发明一种杂化白光有机电致发光器件的其中一种结构示意图；
图5是实施例1制备得的杂化白光有机电致发光器件的性能图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
实施例1
一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其器件结构自下而上依次由以下功能层叠加：基板、阳极、磷光发光层、蓝光荧光层1、激子产生区域、蓝光荧光层2、磷光发光层、阴极。其中：
基板为玻璃；
阳极为ITO薄膜；
磷光发光层为35nm厚的NPB：Ir(dmppy)2(dpp)薄膜；
蓝光荧光层1为4.5nm厚的NPB薄膜；
蓝光荧光层2为4.5nm厚的Bepp2薄膜；
磷光发光层为35nm厚的NPB：Ir(dmppy)2(dpp)薄膜；
阴极为Al薄膜。
用常规真空蒸镀方法制备该器件，并对制备得的实施例1成品进行性能检测，其CRI高达96，正视效率特性图如图5所示，器件最大总效率为108.9lm/W，在100cd/m2亮度下，总效率仍然高达90.6lm/W。
实施例2
一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其器件结构自下而上依次由以下功能层叠加：基板、阳极、磷光发光层、蓝光荧光层1、激子产生区域、蓝光荧光层2、磷光发光层、电子传输层、阴极。其中：
基板为玻璃；
阳极为ITO薄膜；
磷光发光层为60nm厚的Ir(piq)3薄膜；
蓝光荧光层1为15nm厚的NPD薄膜；
蓝光荧光层2为10nm厚的Bepp2薄膜；
磷光发光层为60nm厚的Ir(piq)3薄膜；
电子传输层为1nm厚的LiF薄膜；
阴极为Al薄膜。
用常规真空蒸镀方法制备该器件，并对制备得的实施例2成品进行性能检测，其检测结果表明该器件CRI高达94，其最大总效率为108.2lm/W，在100cd/m2亮度下，总效率仍然高达90.1lm/W。
实施例3
一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其器件结构自下而上依次由以下功能层叠加：基板、阳极、空穴传输层、磷光发光层、蓝光荧光层1、激子产生区域、蓝光荧光层2、磷光发光层、阴极。其中：
基板为玻璃；
阳极为ITO薄膜；
空穴传输层为100nm厚的HAT-CN薄膜；
磷光发光层为5nm厚的(MDQ)2Ir(acac)薄膜；
蓝光荧光层1为2.5nm厚的NPD薄膜；
蓝光荧光层2为15nm厚的TPD薄膜；
磷光发光层为5nm厚的(MDQ)2Ir(acac)薄膜；
阴极为Al薄膜。
用常规真空蒸镀方法制备该器件，并对制备得的实施例3成品进行性能检测，其检测结果表明该器件CRI高达95，其最大总效率为108.4lm/W，在100cd/m2亮度下，总效率仍然高达89.8lm/W。
实施例4
一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其器件结构自下而上依次由以下功能层叠加：基板、阳极、空穴传输层、磷光发光层、蓝光荧光层1、激子产生区域、蓝光荧光层2、磷光发光层、电子传输层、阴极。其中：
基板为玻璃；
阳极为ITO薄膜；
空穴传输层为100nm厚的HAT-CN薄膜；
磷光发光层为80nm厚的(MDQ)2Ir(acac)薄膜；
蓝光荧光层1为5nm厚的4P-NPD薄膜；
蓝光荧光层2为5nm厚的TPD薄膜；
磷光发光层为80nm厚的(MDQ)2Ir(acac)薄膜；
电子传输层为1nm厚的LiF薄膜；
阴极为Al薄膜。
用常规真空蒸镀方法制备该器件，并对制备得的实施例4成品进行性能检测，其检测结果表明该器件CRI高达96，其最大总效率为109.4lm/W，在100cd/m2亮度下，总效率仍然高达90.8lm/W。
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。
Claims (9)
1.一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，设置有基板、阳极、阴极以及介于所述阳极与所述阴极之间的有机功能层，其特征在于：所述有机功能层包括蓝光复合发光层和叠合在所述蓝光复合发光层的上表面和下表面的磷光发光层，所述蓝光复合发光层由两层蓝光荧光层、一层激子产生区域叠合而成，其中所述激子产生区域位于两层蓝光荧光层之间。
2.根据权利要求1所述的一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其特征在于：所述蓝光复合发光层的材料选自p型半导体材料、n型半导体材料和双极性半导体材料中的任意两种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其特征在于：所述蓝光复合发光层的材料均为双极性半导体材料。
4.根据权利要求1所述的一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其特征在于：所述蓝光复合发光层的三线能级不低于磷光发光层的三线态能级。
5.根据权利要求1所述的一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其特征在于：所述磷光发光层的材料为主客体掺杂结构。
6.根据权利要求1所述的一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其特征在于：所述蓝光荧光层的厚度为0.01～100nm。
7.根据权利要求6所述的一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其特征在于：所述蓝光荧光层的厚度为1～15nm。
8.根据权利要求1所述的一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其特征在于：所述磷光发光层的厚度为0.01～150nm。
9.根据权利要求8所述的一种高效稳定的杂化白光有机电致发光器件，其特征在于：所述磷光发光层的厚度为0.01～100nm。
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