CN108565346A - 一种双色全荧光白光oled器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双色全荧光白光OLED器件，所述器件的发光层由蓝色荧光发光层和激基掺杂层组成，其蓝色荧光发光层靠近空穴传输层侧，发光材料与电子传输层材料相同，激基掺杂层位于电子传输层侧，通过掺杂激基给体材料在与电子传输层材料相同的激基受体材料中构成。激基掺杂层能实现黄光发射，与蓝色荧光发光层的蓝光发射互补形成白光，从而实现双色白光发射。本发明OLED器件中，蓝色荧光发光层材料和激基受体材料与电子传输层材料均为同一种材料，器件结构简单，制备过程容易，且成本低。

Description

一种双色全荧光白光OLED器件

技术领域

本发明属于有机光电子器件技术领域，涉及有机电致发光器件，特别是涉及一种全荧光白光有机发光二极管。

背景技术

有机发光二极管(Organic light-emitting diodes，OLEDs)因其独特的优势，如快的响应速度、高的颜色品质、轻薄、低的制备成本及可实现柔性、透明制备等特征，被业界广泛认为将成为下一代新型显示和照明技术。

白光OLED是照明领域的主要应用产品。目前制备的白光OLED主要有单发光层、多发光层和叠层发光层三种器件结构。

单发光层白光OLED通常是将两种或三种互补的发光材料同时掺杂在同一主体材料中，或者在发射蓝色荧光的主体材料中掺杂与蓝光互补的发光材料获得。这种器件的结构相对简单，但是要求主体材料中各种互补的发光材料的掺杂浓度要得到很精确的控制，不同发光材料掺杂浓度的轻微变化，都会对白光OLED的发光光谱及器件性能产生很大的影响。因此，单发光层结构白光OLED的制备工艺复杂、重复率低，不利于产业化大批量生产。

叠层发光层白光OLED是将发光颜色互补的两个OLED通过电荷产生层链接起来，该结构能使原本限制在器件内部的一部分光子重新得到利用，有效提高器件的外部量子效率，且叠层OLED的有效厚度相当于常规OLED厚度的两倍，能有效提高器件的寿命。但是，叠层器件更多的层结构使得OLED的器件结构变得复杂化，器件制备过程中对于设备的要求更高，制备成本也更高。此外，叠层结构也不利于三色及多色高品质白光OLED的制备。

相对于上述两种白光OLED，多发光层白光OLED是将不同颜色的发光材料独自掺杂在对应的主体材料中构成的。多发光层白光OLED中，稍微偏高或偏低的发光材料掺杂浓度对器件性能的影响较小，相对于单发光层白光OLED的操控性更高，器件制备过程相对简单、重复率高；同时，多发光层白光OLED的器件结构比叠层白光OLED更简单，制备成本更低，被业界广泛认为是产业化生产将使用到的主流技术。

近年来，多发光层白光OLED得到了广泛关注和研究。如，为了实现高的色品质，三层、四层、甚至五层发光层组成的白光OLED相继被报道。并且，为了对多发光层白光OLED中的载流子及激子实现有效管理，提高器件性能，一系列间隔层也被相继嵌入到不同颜色的发光层之间，使得多发光层白光OLED的器件结构也越趋复杂，制备成本越来越高。同时，将间隔层引入到多发光层白光OLED的不同发光层之间，也增加了多发光层白光OLED中的异质结界面。异质结界面的增加，使得载流子大量在界面处聚集，一方面增加了器件的驱动电压，同时也影响到器件的寿命。这些因素影响了基于多发光层结构的白光OLED的产业化推进。

综上所示，如何通过更简单的器件结构及更容易的器件制备过程，实现高性能的白光发射，一直是OLED科研及产业界追求的目标。这方面的开发，对推动白光OLED的产业化进展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制备容易、低成本、适合于批量生产的双色全荧光白光OLED器件。

本发明所述的双色全荧光白光OLED器件与常规白光OLED器件一样，同样包括有阳极、阴极，以及位于阳极侧的空穴传输层，位于阴极侧的电子传输层，位于上述空穴传输层与电子传输层之间的有机发光层。

其中，所述的有机发光层具有下述两层发光层结构：

——蓝色荧光发光层，靠近于空穴传输层侧，其发光材料与电子传输层材料相同；

——激基掺杂层，位于电子传输层侧，由激基受体材料与激基给体材料掺杂构成，其中激基受体材料与电子传输层材料相同，激基给体材料为具有高的空穴传输能力和最高分子占据能级的有机材料。

所述激基掺杂层能实现黄光发射，与所述的蓝色荧光发光层的蓝光发射互补形成白光，从而实现双色白光发射。

进一步地，本发明所述的双色全荧光白光OLED器件还可以包括插入在阳极与空穴传输层之间的空穴注入层，以及插入在阴极与电子传输层之间的电子注入层。

本发明所述的空穴注入层与电子注入层均采用超薄的无机材料构成。

本发明所述的双色全荧光白光OLED器件中，蓝色荧光发光层材料和激基掺杂层中的激基受体材料与电子传输层材料均为同一种材料，因此器件结构非常简单，整个器件的制备仅使用了三种有机材料。

优选地，本发明是采用Bepp₂作为电子传输层材料、蓝色荧光发光层材料和激基受体材料。

本发明所述的双色全荧光白光OLED器件中，通过调整蓝色荧光发光层的厚度、激基掺杂层中激基受体材料的掺杂比例、以及激基掺杂层的厚度，可以实现对白光OLED器件色品质和器件性能的调节。

更具体地，本发明所述的双色全荧光白光OLED器件中，所述蓝色荧光发光层的厚度不大于10nm，激基掺杂层的厚度位于3～15nm之间。

本发明所述的双色全荧光白光OLED器件中，所述激基掺杂层中的激基给体材料为具有高的空穴传输能力，且最高分子占据能级(HOMO)较高的一类有机材料，本发明优选采用的材料为m-MTDATA。

因此，本发明所述双色全荧光白光OLED器件的有机发光层从阳极到阴极依次为蓝色发光层和黄色发光层，其中蓝色发光层与电子传输层是单一的同一种材料，黄色发光层则是通过简单地掺杂激基给体材料在电子传输层材料中，形成黄色激基发射层。

在本发明的双色全荧光白光OLED器件中，由于激基掺杂层中的激基受体材料与电子传输层材料是同一种材料，注入到电子传输层的一部分电子能很容易地通过激基受体材料进一步传输到蓝色荧光发光层，与空穴传输层传来的空穴结合，而实现蓝色荧光发射；同时，由于蓝色荧光发光层很薄，小于10nm，使得注入到蓝色荧光发光层中的空穴能进一步隧穿通过蓝色荧光发光层到达激基掺杂层，与注入到激基掺杂层中的电子形成电荷转移激子，实现黄色激基发射。故而，本发明OLED器件最终结合蓝色荧光发射和黄色激基发射，实现了双色白光发射。

同时，由于激基掺杂层中的给、受体材料分别是空穴传输型和电子传输型材料，通过调整给体材料在受体材料中的掺杂比例，或者通过调整激基掺杂层的厚度，均可以实现激基掺杂层中电子传输性能的调剂，进而实现电子或激子在激基掺杂层和蓝色荧光发光层的分布，实现对白光OLED色品质及器件性能的调节。

进一步，通过调节蓝色荧光发光层的厚度，同样可以实现空穴隧穿到激基掺杂层中的浓度调节，也可以实现对白光OLED色品质及器件性能的调节。

更重要的是，本发明中的白光OLED器件可以简单地通过掺杂激基给体材料到双层结构OLED的电子传输层一侧而实现，且在白光OLED器件的制备中仅仅使用到了三种有机材料，器件结构简单，制备过程很容易实现且成本低，对于推动白光OLED的低成本、大批量生产具有重要意义，在OLED的商业化推广方面具有巨大的潜在价值。

附图说明

图1是本发明双色全荧光白光OLED器件的整体结构示意图。

图2是实施例1涉及器件W1在不同电压下的归一化电致发光光谱及器件实物照片。

图3是实施例1涉及器件W2在不同电压下的归一化电致发光光谱及器件实物照片。

图4是实施例1涉及器件W3在不同电压下的归一化电致发光光谱及器件实物照片。

图5是实施例2涉及器件W4在不同电压下的归一化电致发光光谱图。

图6是实施例2涉及器件W5在不同电压下的归一化电致发光光谱图。

图7是实施例3涉及器件W6在不同电压下的归一化电致发光光谱图。

图8是实施例3涉及器件W7在不同电压下的归一化电致发光光谱图。

具体实施方式

本发明实施例涉及到的所有OLED均通过高真空热蒸镀工艺制备，所有OLED器件均制备在透明导电薄膜ITO玻璃基底上。图案化的ITO玻璃基底购自深圳市华宇联合科技有限公司，面电阻15Ω/□。所有有机、无机功能材料和发光材料均购自上海瀚丰化工科技有限公司，高纯铝丝和钨丝购自北京翠柏林有色金属技术开发中心有限公司。

本发明实施例涉及到的所有OLED器件的制备方法如下。

一、ITO玻璃基底的清洗。

用蘸有丙酮的棉球将ITO玻璃基底表面粘附的油脂和脏污擦拭干净，再用去污粉轻轻擦拭ITO玻璃基底，进一步对ITO玻璃进行清洗，之后将ITO玻璃用自来水、去离子水反复冲洗干净，将其依次放入盛有稀释的玻璃清洗液、去离子水、丙酮的烧杯中，各超声清洗20min。

二、ITO玻璃基底的干燥。

将清洗好的ITO玻璃从丙酮溶液中取出，用高纯氮气吹干，放入恒温干燥箱中，120℃干燥处理0.5h。

三、ITO玻璃基底的紫外处理。

从干燥箱中取出干燥好的ITO玻璃基底，放入紫外箱中，紫外灯照射处理20min，以进一步清除ITO玻璃基底粘附的有机物，提高ITO表面的功函数。

四、ITO玻璃基底的装腔。

从紫外箱中取出ITO玻璃基底，放在能装载ITO玻璃的托盘上，并将载有ITO玻璃的托盘导入真空腔体内。

五、设备抽真空。

开启真空镀膜系统的电源、机械泵、分子泵，对真空腔体抽真空。

六、OLED器件的热蒸镀制备。

观察真空系统中腔体真空度显示屏，待真空腔体内真空度低于5×10^-4Pa时，根据图1所示的OLED器件结构，依次开启真空腔体中装有无机和有机功能材料的热蒸发源，在ITO玻璃基板上依次热沉积各种无机和有机功能材料。待无机和有机功能材料沉积完毕后，旋转ITO玻璃基板下面的掩膜板，使沉积铝阴极的掩膜位置对准ITO玻璃基板。加热装有高纯铝丝的热蒸发源，沉积铝阴极，制备出完整的OLED器件。

在器件的制备过程中，材料的蒸镀速率及有机、无机膜层厚度通过连接在真空腔体外的石英晶振频率计监测和控制。其中，有机材料、MoO₃、LiF及铝的蒸镀速率分别为约1Å/s、0.3Å/s、0.1Å/s和3Å/s。ITO玻璃和铝阴极重叠的部分作为器件的有效发光层，有效发光面积3mm×3mm。

本发明实施例中涉及到的OLED器件的性能测试方法如下。

从真空腔体中取出制备好的白光OLED器件，利用计算机集成控制的ST-900M型光度计和Keithley 2400数字源表测量器件的电流密度、亮度、电流效率及功率效率等参数；使用计算机集成控制的Spectra Scan PR655光谱辐射仪测试器件在不同电压下的电致发光光谱和色坐标。在所有器件测试前，均未对器件进行任何封装处理。所有测试均在室温、暗室下完成。

为使本发明的目的、特征和效果能够更充分体现和更容易理解，下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。所述实施例并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1。

根据上述具体实施方式，通过改变间隔在空穴传输层与黄色激基掺杂层之间的蓝色荧光发光层的厚度，制备得到第一组双色全荧光白光OLED器件。

具体器件结构为：ITO/ MoO₃ (3 nm)/ TAPC (40 nm)/ Bepp₂ (x nm)/ Bepp₂:m-MTDATA (1:1 10 nm)/ Bepp₂ (40 nm)/ LiF (1 nm)/ Al (100 nm)。

上述白光OLED器件中，ITO为阳极，3nm厚的MoO₃薄层为空穴注入层，40nm厚的TAPC层为空穴传输层，x nm厚的Bepp₂层为蓝色荧光发光层，其x=5, 7, 9 nm，10nm厚的Bepp₂:m-MTDATA (1:1)层为黄色激基掺杂层，40nm厚的Bepp₂层为电子传输层，1nm厚的LiF层为电子注入层，100nm厚的Al膜为阴极。

将x=5, 7, 9 nm对应的白光OLED器件分别命名为W1、W2和W3。

图2、3和4分别给出了上述器件W1、W2和W3在不同亮度下的归一化电致发光光谱。可以看出，三个白光器件W1、W2和W3的电致发光光谱中都包含两个发射峰，分别位于440nm和560nm左右，很好地对应于x nm Bepp₂层和10nm Bepp₂:m-MTDATA层的发射。所有三个器件都实现了白光发射，证明了本发明提出的双色全荧光白光OLED器件的可行性。

进一步，可以看出，随着蓝色荧光发光层的厚度从5nm增大到7nm、9nm，同一驱动电压下，对应器件的EL光谱中蓝光发射强度逐渐增强，黄光相对发射强度逐渐减弱，进而实现了白光色品质的调剂。其中，器件W2在实际应用亮度5000cd/m²下，实现了超高的显色指数93，体现出极高的色品质。

表1总结出了器件W1、W2和W3的电致发光性能，可以看出，器件W2取得了相似于器件W1的器件性能，最大亮度、电流效率和功率效率分别达到5561cd/m²、9.52cd/A和11.08lm/W。

实施例2。

为进一步验证本发明双色全荧光白光OLED器件结构的可行性，以实施例1中获得最优器件性能的器件W2为参考，改变激基掺杂层中给、受体的掺杂浓度，制备了器件W4和W5。

具体器件结构为：ITO/ MoO₃ (3 nm)/ TAPC (40 nm)/ Bepp₂ (7 nm)/ Bepp₂:m-MTDATA (2:1或1:2 10 nm)/ Bepp₂ (40 nm)/ LiF (1 nm)/ Al (100 nm)。

其中，激基掺杂层中受体与给体的掺杂浓度为2:1对应的器件命名为W4，掺杂浓度1:2对应的器件命名为W5。

图5和图6分别给出了器件W4和W5在不同亮度下的归一化电致发光光谱。与器件W2相比，激基掺杂层中给、受体或高或低的掺杂浓度都对器件的电致发光光谱产生明显影响。如Bepp₂:m-MTDATA的掺杂浓度为2:1时，由于更多的电子能通过激基掺杂层注入到7nm厚的蓝色荧光发光层，使得器件电致发光光谱中蓝光发射明显增强。相反，掺杂浓度为1:2时，使得更多的电子限制在激基掺杂层中，器件电致发光光谱中蓝光发射强度明显减弱，黄光相对发射强度明显增强。

实施例3。

为进一步验证本发明双色全荧光白光OLED器件结构的可行性，以实施例1中获得最优器件性能的器件W2为参考，改变激基掺杂层的厚度，制备了器件W6和W7。

具体器件结构为：ITO/ MoO₃ (3 nm)/ TAPC (40 nm)/Bepp₂ (7 nm)/ Bepp₂:m-MTDATA (1:1, 5 nm或 15 nm)/ Bepp₂ (40 nm)/ LiF (1 nm)/ Al (100 nm)。

其中，激基掺杂层厚度5nm的器件命名为W6，厚度15nm的器件命名为W7。

图7和图8分别给出了器件W6和W7在不同亮度下的归一化电致发光光谱。与器件W2相比，更薄或更厚的激基掺杂层都对器件的电致发光光谱产生明显影响。如厚度为5nm时，由于更多的电子能容易地穿过激基掺杂层注入到7nm厚的蓝色荧光发光层，使得器件电致发光光谱中蓝光发射明显增强。相反，厚度增大到15nm时，激基掺杂层阻挡电子的能力增强，更多的电子限制在激基掺杂层中形成激基黄光发射，使得器件电致发光光谱中黄光发射强度明显增强。

本发明中所涉及化学物质的缩写对应的具体化合物名称如下。

TAPC：di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexane。

Bepp₂：bis(2-(2-hydroxyphenyl)-pyridine)beryllium。

m-MTDATA：4,4',4''-Tris[phenyl(m-tolyl)amino] triphenylamine。

Claims (7)

1.一种双色全荧光白光OLED器件，包括阳极、阴极，以及位于阳极侧的空穴传输层，位于阴极侧的电子传输层，位于上述空穴传输层与电子传输层之间的有机发光层，其中，所述的有机发光层具有下述两层发光层结构：

——蓝色荧光发光层，靠近于空穴传输层侧，其发光材料与电子传输层材料相同；

——激基掺杂层，位于电子传输层侧，由激基受体材料与激基给体材料掺杂构成，其中激基受体材料与电子传输层材料相同，激基给体材料为具有高的空穴传输能力和最高分子占据能级的有机材料；

所述激基掺杂层能实现黄光发射，与所述的蓝色荧光发光层的蓝光发射互补形成白光，实现双色白光发射。

2.根据权利要求1所述的双色全荧光白光OLED器件，其特征是还包括插入在阳极与空穴传输层之间的空穴注入层，以及插入在阴极与电子传输层之间的电子注入层。

3.根据权利要求2所述的双色全荧光白光OLED器件，其特征是所述空穴注入层和电子注入层由超薄无机材料构成。

4.根据权利要求1或2所述的双色全荧光白光OLED器件，其特征是采用Bepp₂作为电子传输层材料、蓝色荧光发光层材料和激基受体材料。

5.根据权利要求1或2所述的双色全荧光白光OLED器件，其特征是所述蓝色荧光发光层的厚度不大于10nm。

6.根据权利要求1或2所述的双色全荧光白光OLED器件，其特征是所述激基掺杂层的厚度位于3～15nm之间。

7.根据权利要求1或2所述的双色全荧光白光OLED器件，其特征是所述激基给体材料为m-MTDATA。