CN109659440A - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光器件，包括阳极；空穴注入层，形成于阳极上；空穴传输层，形成于空穴注入层上；发光层，形成于空穴传输层上；电子传输层，形成于发光层上；电子注入层，形成于电子传输层上；阴极，形成于电子注入层上；发光层包括N个叠设的发光单元，各发光单元包括热激活延迟荧光材料层和量子点材料层，热激活延迟荧光材料层发射的光与量子点材料层发射的光合成白光，N≥1。上述发光器件，通过设置激活延迟荧光材料层，可以大大提高器件的发光效率。本发明还涉及一种基于上述特征的另一种发光器件。

Description

发光器件
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及一种发光器件。
背景技术
量子点(Quantum Dot)是准零维纳米材料，具有显著的量子尺寸效应，量子点的发光光谱可以通过改变量子点的尺寸来控制，因此量子点材料被广泛应用于显示领域。目前，发射白光的量子点发光器件主要是采用量子点发光层的堆叠，通过混色获取白光，如分别发射红光、绿光、蓝光的量子点发光层堆叠可产生白光。采用量子点发光材料堆叠虽可产生白光，但是量子点材料具有发光效率较低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对合成白光的量子点发光器件发光效率低的问题，提出了一种新的发光器件。
一种发光器件，包括：
阳极；
空穴注入层，形成于所述阳极上；
空穴传输层，形成于所述空穴注入层上；
发光层，形成于所述空穴传输层上；
电子传输层，形成于所述发光层上；
电子注入层，形成于所述电子传输层上；
阴极，形成于所述电子注入层上；
所述发光层包括N个叠设的发光单元，各所述发光单元包括热激活延迟荧光材料层和量子点材料层，所述热激活延迟荧光材料层发射的光与所述量子点材料层发射的光合成白光，N≥1。
上述发光器件，发光层包含多个发光单元，各发光单元包含多层结构，分别包括热激活延迟荧光材料层和量子点材料层，热激活延迟荧光材料层发射的光与量子点材料层发射的光合成白光，从而使发光器件发射白光。由于热激活延迟荧光材料的发光效率较高，且热激活延迟荧光材料不仅自身能发射光，还能将能量传递至量子点材料层，激发量子点材料发光，从而提高发光器件的发光效率。
在其中一个实施例中，所述热激活延迟荧光材料层包括发射蓝光的热激活延迟荧光材料，所述量子点材料层包括发射黄光的第一量子点材料层，所述第一量子点材料层形成于所属发光单元的热激活延迟荧光材料层上。
在其中一个实施例中，所述热激活延迟荧光材料层的厚度范围为10nm～60nm，所述第一量子点材料层的厚度范围为50nm～250nm。
在其中一个实施例中，所述第一量子点材料层形成于所属的发光单元的热激活延迟荧光材料层上背离所述空穴传输层的一侧。
在其中一个实施例中，所述热激活延迟荧光材料的最高占据态分子轨道能级的绝对值大于所述量子点材料的价带顶能级绝对值，所述热激活延迟荧光材料的最低未占据态分子轨道能级的绝对值大于所述量子点材料的导带底能级绝对值。
在其中一个实施例中，所述发光单元还包括发射绿光的第二量子点材料层，所述第二量子点材料层形成于所所属发光单元中的热激活延迟荧光材料层上背离第一量子点材料层的一侧，或形成于所属发光单元中的第一量子点材料层上背热激活延迟荧光材料层的一侧。
在其中一个实施例中，所述空穴传输层包括第一二氧化硅介孔框架和容纳于所述第一二氧化硅介孔框架内的空穴传输材料。
在其中一个实施例中，所述电子传输层包括第二二氧化硅介孔框架和容纳于所述第二二氧化硅介孔框架内的电子传输材料。
一种发光器件，包括：
阳极；
空穴注入层，形成于所述阳极上；
空穴传输层，形成于所述空穴注入层上；
发光层，形成于所述空穴传输层上；
电子传输层，形成于所述发光层上；
电子注入层，形成于所述电子传输层上；
阴极，形成于所述电子注入层上；
所述发光层包括N个叠设的发光单元，N≥1，各所述发光单元包括：
热激活延迟荧光材料层，包括发射蓝光的热激活延迟荧光材料；
第一量子点材料层，包括发射黄光的量子点材料，形成于所属发光单元的热激活延迟荧光材料层上；
第二量子点材料层，包括发射绿光的量子点材料，形成于所属发光单元中的热激活延迟荧光材料层上背离第一量子点材料层的一侧，或形成于所属发光单元中的第一量子点材料层上背离热激活延迟荧光材料层的一侧，所述热激活延迟荧光材料的最高占据态分子轨道能级的绝对值大于所述量子点材料的价带顶能级绝对值，所述热激活延迟荧光材料的最低未占据态分子轨道能级的绝对值大于所述量子点材料的导带底能级绝对值。
上述发光器件，其发光层包含叠设的热激活延迟荧光材料层、第一量子点材料层和第二量子点材料层，其中热激活延迟荧光材料层发射蓝光，第一量子点材料层发色黄光，第二量子点材料层发射绿光。热激活延迟荧光材料层发射蓝光的同时还可将能量传递至第一量子点材料层和第二量子点发光层，激发第一量子点材料层发射黄光，激发第二量子点材料层发射绿光，三种光色混合可得到纯度较高的白色。同时，热激活延迟荧光材料的最高占据态分子轨道能级的绝对值大于量子点材料的价带顶能级绝对值，热激活延迟荧光材料的最低未占据态分子轨道能级的绝对值小于量子点材料的导带底能级绝对值，可使热激活延迟荧光材料层的能量有效的传递给量子点材料层，激发量子材料层发光，使发光器件发光更为稳定。
附图说明
图1为一实施例中发光器件结构示意图；
图2为一实施例中发光层结构组成示意图；
图3为另一实施例中发光器件结构示意图；
图4为一实施例中TADF材料与量子点材料能级关系图；
图5a为一实施例中发光单元结构示意图；
图5b为另一实施例中发光单元结构示意图；
图6为一实施例中二氧化硅介孔框架局部示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，在一实施例中，发光器件包括依次叠设的阳极100、空穴注入层200、空穴传输层300、发光层400、电子传输层500、电子注入层600和阴极700；发光层400包括N个叠设的发光单元A，各发光单元A包括热激活延迟荧光(Thermally ActivatedDelayed Fluorescence，TADF)材料层和量子点材料层，TADF材料层发射的光与量子点材料层发射的光合成白光，N≥1。
上述发光器件，通过阳极和阴极可连接外部电源，接通电源后，阴极电子通过电子注入层和电子传输层进入发光层，阳极空穴通过空穴注入层和空穴传输层进入发光层，电子和空穴在发光层复合形成激子，使发光层处于激发态，发光层从激发态恢复至平衡态的过程是从高能级跃迁至低能级的过程，从而辐射发光，辐射光的颜色由跃迁能级差决定。由于荧光材料的激发态形成的激子包含25％的单线态激子和75％的三线态激子，其中，只有单线态激子可辐射荧光。若仅通过量子点材料叠设产生白光，由于量子点材料发射的光为荧光，因此量子点材料的内量子效率不超过25％，造成量子点发光材料的发光效率低。在本实施例中，设置TADF材料层，电子和空穴在TADF材料层中复合后产生单线态激子和三线态激子，其中，单线态激子可直接跃迁发射荧光，三线态激子不能直接跃迁辐射荧光，但是可以通过反向系间窜越(reverse intersystem crossing，RISC)过程转化为单线态激子，转化后的单线态激子可辐射荧光，使得TADF材料内量子效率较高，理论下可接近100％。同时，量子材料层形成于TADF材料层上，TADF材料自身不仅能辐射光线，还能将激子能量传递至量子材料层，激发量子材料层发光，量子材料层发射的光与TADF材料发射的光混合后即可生成白光。由于TADF材料内量子效率较高，使用TADF材料层，可整体提高发光器件的发光效率。同时，在量子材料层中，激发量子材料层发光的激子来源于两方面，一部分能量是传输至量子层中的电子空穴复合生成的激子，该激子只能部分可辐射荧光，发光效率较低，而另一部分是获取TADF材料中的单线态激子以及可通过反向系间穿越(RISC)过程转化为单线态激子的三线态激子，该激子可全部辐射荧光，发光效率较高，通过从TADF材料层中获取激子能量，可提高量子层的发光效率，从而进一步提高发光器件的发光效率。
在一实施例中，如图1所示，发光器件还包括基板800，一般为玻璃基板。发光层两侧的至少其中一侧可透光，在本实施例中，发光器件从其阳极侧发射光线，对应的，阳极因为可透光材料，通常可为ITO(铟锡氧化物半导体)薄膜。
在一实施例中，TADF材料层包括发射蓝光的TADF材料，量子点材料层包括发射黄光的第一量子点材料，发射黄光的第一量子点材料层形成于发射蓝光的TADF材料上，蓝光与黄光结合，可产生白光。在一实施例中，热激活延迟荧光材料层的厚度范围为10nm～60nm，第一量子点材料层的厚度范围为50nm～250nm，在此范围内，既能产生稳定的白光，也能尽量降低产品的厚度。
在一实施例中，上述第一量子点材料层形成于TADF材料层上背离空穴传输层的一侧，即第一量子点材料层更靠近阴极侧，TADF材料层更靠近阳极侧。如图3所示，当N＝1时，发光器件包括依次叠设的阳极100、空穴注入层200、空穴传输层300、发射蓝光的TADF材料层410、发射黄光的第一量子点材料层420、电子传输层500、电子注入层600和阴极700，其中，发射蓝光的TADF材料层410和发射黄光的第一量子点材料层420构成发光层400。在本实施例中，电子通过电子注入层、电子传输层进入第一量子点材料层，进入第一量子点材料层中的电子一部分滞留于第一量子点材料层内，一部分继续传输至TADF材料层；空穴通过空穴注入层、空穴传输层进入TADF材料层，进入TADF材料层的空穴一部分滞留于TADF材料层内，另一部分继续传输至第一量子点材料层。传输至TADF材料层中的电子和空穴复合产生激子，激发TADF材料发射蓝光。而致使第一量子材料层发光的激子来源于两个方面，一方面是传输至第一量子点材料层中的电子和空穴复合产生激子，激发第一量子点材料层产生黄光；另一方面是TADF材料层通过荧光共振(Forster)能量转移方式，将其内部激子转移至第一量子点材料层，激发第一量子点材料发射黄光。可以理解的，TADF材料层通过荧光共振(Forster)能量转移方式将其内部激子转移至第一量子点材料层的前提为TADF材料的发射光谱与第一量子点材料的吸收光谱有重叠部分。TADF材料层发射的蓝光与第一量子点材料层发射的黄色混色后形成白光，致使发光器件最终发出白光。由于从阳极注入的空穴通常比从阴极注入的电子要多，会导致载流子复合区域往阴极侧偏移，在本方案中，通过将TADF材料层设置在阳极侧，TADF材料可以更有效地俘获电子，减弱复合区偏移问题。在其他实施例中，N可大于1，即发光层包含多个由上述发射蓝光的TADF材料层和发射黄光的第一量子点材料层构成的发光单元，各发光单元依次叠设形成发光层，发光单元的数量根据具体需要确定，增加发光单元，可提高发光亮度和效率。
在一实施例中，如图4所示为TADF材料的能级与量子点材料的能级的关系图，其中，TADF材料的最高占据态分子轨道(highest occupied molecular orbital，HOMO)能级e1的绝对值大于量子点材料的价带顶能级e3的绝对值，TADF材料的最低未占据态分子轨道(lowest unoccupied molecular or-bital,LUMO)能级e2的绝对值大于量子点材料的导带底能级e4的绝对值。在本实施例中，TADF材料的LUMO能级低于量子点材料导带底能级，有利于电子(图4中实心圆)有效地从量子点材料层传输到TADF材料层；TADF材料的HOMO能级低于量子点材料价带底能级，有利于空穴(图4中空心圆)有效地从激活延迟荧光材料层传输至量子点材料层，从而使得TADF材料层和量子点材料层均有载流子复合而使各层材料发光，最后混合形成白光。需要说明的是，虽然量子点材料层中也有载流子的复合作用，但是大部分载流子均流向TADF材料层，在TADF材料层的复合作用远大于在量子点材料层的复合作用，在TADF材料层中复合产生的激子部分又转移至量子材料层，由于在量子材料层内通过内部载流子复合激发发光的效率较低，在本实施例中，通过设置TADF材料层以及通过能量转移方式激发量子点材料层发光，可大大增强发光器件的发光效率。
在一实施例中，如图5a所示，发光单元A除包含发射蓝光的TADF材料层410和发射黄光的第一量子点材料层420外，还包含发射绿光的第二量子点材料层430，第二量子点材料层430形成于发射蓝光的TADF材料层410上背离第一量子点材料层420的一侧，即第二量子点材料层位于靠近空穴输出层的一侧。在另一实施例中，如图5b所示，发射绿光的第二量子点材料层形430成于发射黄色的第一量子点材料层420上背离发射蓝色的TADF材料层410的一侧。由于黄光和蓝光结合生成的白光纯度不高，通过添加一层发射绿光的第二量子材料层，可以提高白光的纯度。
在一实施例中，空穴传输层包括第一二氧化硅介孔框架和容纳于第一二氧化硅介孔框架内的空穴传输材料。如图6所示，二氧化硅介孔框架60内形成有规则排布的介孔61，介孔孔径范围为2nm～50nm。在本实施例中，在空穴注入层上形成第一二氧化硅介孔框架，再在该第一二氧化硅介孔框架内的介孔内填充空穴传输材料以形成空穴传输层，该空穴传输材料具有较强的空穴传输性能，通常使用芳香叔胺作为空穴传输材料。在一实施例中，电子传输层包括第二二氧化硅介孔框架和容纳于第二二氧化硅介孔框架内的电子传输材料，具体可为在发光层上形成第二二氧化硅介孔框架，再在该第二二氧化硅介孔框架内的介孔内填充电子传输材料以形成电子传输层。在一实施例中，量子点材料层包括第三二氧化硅介孔框架和容纳于第三二氧化硅介孔框架内的量子点材料。将材料填充在介孔内，一方面可以使材料分布均匀，另一方面，相对于蒸镀镀膜方式形成膜层，利用溶液加工工艺使材料填充在介孔内，可以减少浪费，提高材料的利用率，能有效降低成本。
本发明还公开了另一种发光器件，包括依次叠设的阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极；发光层包括N个叠设的发光单元，各发光单元包括发射蓝光的TADF材料层和形成于TADF材料层上的发射黄光的第一量子点材料层，以及形成于TADF材料层上背离第一量子点材料层的一侧或形成于第一量子点材料层上背离TADF材料层的一侧的发射绿光的第二量子点材料层，TADF材料的最高占据态分子轨道能级的绝对值大于量子点材料的价带底能级绝对值，TADF材料的最低未占据态分子轨道能级的绝对值大于量子点材料层的导带能级绝对值。
上述发光器件，通过TADF材料层、第一量子材料层、第二量子材料层分别发射蓝光、黄光和绿光，三种光色混合后可形成纯度较高的白光。同时，由于使用TADF材料层，TADF材料的内量子效率较高，且TADF材料层中的激子可转移至量子点材料层，激发量子点材料层发光，从而大大提高发光器件的发光效率。同时TADF材料的最高占据态分子轨道能级的绝对值大于量子点材料层的价带能级绝对值，TADF材料的最低未占据态分子轨道能级的绝对值大于量子点材料层的导带能级绝对值，有利于载流子的传输，使载流子在发光层中充分复合，进一步提高了发光器件的发光效率，其中，发光器件的发光过程已在上文详细分析，此处不再赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发光器件，包括：
阳极；
空穴注入层，形成于所述阳极上；
空穴传输层，形成于所述空穴注入层上；
发光层，形成于所述空穴传输层上；
电子传输层，形成于所述发光层上；
电子注入层，形成于所述电子传输层上；
阴极，形成于所述电子注入层上；
其特征在于，所述发光层包括N个叠设的发光单元，各所述发光单元包括热激活延迟荧光材料层和量子点材料层，所述热激活延迟荧光材料层发射的光与所述量子点材料层发射的光合成白光，N≥1。
2.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述热激活延迟荧光材料层包括发射蓝光的热激活延迟荧光材料，所述量子点材料层包括发射黄光的第一量子点材料层，所述第一量子点材料层形成于所属发光单元的热激活延迟荧光材料层上。
3.如权利要求2所述的发光器件，其特征在于，所述热激活延迟荧光材料层的厚度范围为10nm～60nm，所述第一量子点材料层的厚度范围为50nm～250nm。
4.如权利要求2所述的发光器件，其特征在于，所述第一量子点材料层形成于所属的发光单元的热激活延迟荧光材料层上背离所述空穴传输层的一侧。
5.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述热激活延迟荧光材料的最高占据态分子轨道能级的绝对值大于所述量子点材料的价带顶能级绝对值，所述热激活延迟荧光材料的最低未占据态分子轨道能级的绝对值大于所述量子点材料的导带底能级绝对值。
6.如权利要求2所述的发光器件，其特征在于，所述发光单元还包括发射绿光的第二量子点材料层，所述第二量子点材料层形成于所属发光单元中的热激活延迟荧光材料层上背离第一量子点材料层的一侧，或形成于所属发光单元中的第一量子点材料层上背离热激活延迟荧光材料层的一侧。
7.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述空穴传输层包括第一二氧化硅介孔框架和容纳于所述第一二氧化硅介孔框架内的空穴传输材料。
8.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述电子传输层包括第二二氧化硅介孔框架和容纳于所述第二二氧化硅介孔框架内的电子传输材料。
9.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述量子点材料层包括第三二氧化硅介孔框架和容纳于所述第三二氧化硅介孔框架内的量子点材料。
10.一种发光器件，包括：
阳极；
空穴注入层，形成于所述阳极上；
空穴传输层，形成于所述空穴注入层上；
发光层，形成于所述空穴传输层上；
电子传输层，形成于所述发光层上；
电子注入层，形成于所述电子传输层上；
阴极，形成于所述电子注入层上；
其特征在于，所述发光层包括N个叠设的发光单元，N≥1，各所述发光单元包括：
热激活延迟荧光材料层，包括发射蓝光的热激活延迟荧光材料；
第一量子点材料层，包括发射黄光的量子点材料，形成于所属发光单元的热激活延迟荧光材料层上；
第二量子点材料层，包括发射绿光的量子点材料，形成于所属发光单元中的热激活延迟荧光材料层上背离第一量子点材料层的一侧，或形成于所属发光单元中的第一量子点材料层上背离热激活延迟荧光材料层的一侧，所述热激活延迟荧光材料的最高占据态分子轨道能级的绝对值大于所述量子点材料的价带顶能级绝对值，所述热激活延迟荧光材料的最低未占据态分子轨道能级的绝对值大于所述量子点材料的导带底能级绝对值。
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