CN109755398B - 一种具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于有机半导体领域，公开一种具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件及其制备方法。该电致发光器件包括依次为基板、阳极、空穴层、有机功能层、电子层和阴极，有机功能层介于介于空穴层和电子层之间；有机功能层包括红色磷光层、黄色磷光层、蓝色荧光层和绿色磷光层，蓝色荧光层与红色磷光层不接触，蓝色荧光层与黄色磷光层和绿色磷光层接触，蓝色荧光层为非掺杂发光层，红色磷光层、黄色磷光层和绿色磷光层为掺杂发光层；空穴层按靠近阳极依次包括空穴注入层和空穴传输层，电子层按靠近阴极依次包括电子注入层和电子传输层。该电致发光器件的结构简单，具有较高的效率和较高的显色指数(CRI)，显色指数可高达80以上。

Description

一种具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件及其 制备方法

技术领域

本发明属于机半导体技术领域，更具体地，涉及一种具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件及其制备方法。

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还可以替代普通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。

目前为了获得高效率的杂化白光OLED，器件的结构一般都比较复杂，并且效率还不够高，衰减也比较严重，而CRI也很少考虑。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.)，从而使器件的结构异常复杂。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，由于使用了p型掺杂以及间隔层，器件的最大总效率约为20lm/W(Sci.Rep.2014,4,7198.)。

虽然陆续的有了一些杂化白光OLED的报道，但是其效率有待提升，并且显色指数还不够满足照明需求。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

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明提供了一种具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件。该电致发光器件的结构简单，具有较高的效率和较高的显色指数(CRI)，显色指数可高达80以上。

本发明的另一目的在于提供一种上述杂化白光有机电致发光器件的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件，其特征在于，所述杂化白光有机电致发光器件包括依次为基板、阳极、空穴层、有机功能层、电子层和阴极，所述有机功能层介于介于空穴层和电子层之间；所述有机功能层包括红色磷光层、黄色磷光层、蓝色荧光层和绿色磷光层，所述蓝色荧光层与红色磷光层不接触，所述蓝色荧光层与黄色磷光层和绿色磷光层接触，所述蓝色荧光层为非掺杂发光层，所述红色磷光层、黄色磷光层和绿色磷光层为掺杂发光层；所述空穴层按靠近阳极依次包括空穴注入层和空穴传输层，所述电子层按靠近阴极依次包括电子注入层和电子传输层。

优选地，所述蓝光荧光层为高三线态能级的延迟荧光材料或高三线态能级的常规荧光材料。

更为优选地，所述蓝色荧光层为Bepp₂薄膜。

优选地，所述红色磷光层为NPB:Ir(piq)₃薄膜，所述黄色磷光层为NPB:Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜，所述绿色磷光层为Bepp₂:Ir(ppy)₃薄膜。

优选地，所述阳极的厚度为0.1～50nm，所述阴极的厚度为0.1～200nm；所述红色磷光层、黄色磷光层、蓝色荧光层和绿色磷光层的厚度均为0～200nm，其中，所述蓝色荧光层的厚度为0.1～20nm。

更为优选地，所述红色磷光层、黄色磷光层、蓝色荧光层和绿色磷光层的厚度均为0.01～100nm。

优选地，所述基板为玻璃、硅片、柔性PEN、PI或纸张，所述阳极为透明导电薄膜，所述阴极为金属。

更为优选地，所述透明导电薄膜为ITO薄膜；所述金属为Al、锂、铟、银、铜、镁或钙。

优选地，所述空穴注入层为HAT-CN薄膜，所述空穴注入层的厚度为0.1～100nm；所述空穴传输层包括依次层叠的空穴传输层1和空穴传输层2，所述空穴传输层1为NPB薄膜，所述空穴传输层1的厚度为0.1～30nmnm，所述空穴传输层2为TCTA薄膜，所述空穴传输层2的厚度为0.1～15nm。

优选地，所述电子传输层为Bepp₂薄膜，所述电子传输层的厚度为0.1～40nm；所述电子注入层为Cs₂CO₃薄膜，所述电子注入层的厚度为0.1～5nm。

所述的具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件的制备方法，包括如下步骤：

S1.用溅射方法在基板上制备阳极；

S2.采用真空蒸镀方法，依次在阳极上制备空穴注入层、空穴传输层1、空穴传输层2、有机功能层、电子传输层、电子注入层和阴极，制得具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件。

本发明的有机功能层包含红色磷光层、黄色磷光层、蓝色荧光层和绿色磷光层，使得器件的显色指数高达80以上，四色光中的各色光可以进行相互补偿，从而保证高显色指数，通过调节各发光层中掺杂浓度或各发光层厚度中的至少一种手段进行调节各色光谱；其中，发光层中的蓝色荧光层为非掺杂发光层，可以简化器件工艺；发光层中的蓝色荧光层为高三线态能级的延迟荧光材料或者高三线态能级的常规荧光材料；所述高三线态能级是指蓝色荧光发光体的能级至少高于黄色磷光发光体的三线态能级，优选为高于绿色磷光发光体的三线态能级。蓝色延迟荧光材料能有效俘获三线态激子和单线态激子，延迟荧光材料内量子效率为100％，可以保证足够多的蓝光出射，以及高效率；高三线态能级的蓝色常规荧光材料能有效利用单线态激子，而未被使用的三线态激子则可以扩散至其他磷光发光层，被其利用，从而器件可以得到非常高的效率。常规荧光材料只能俘获单线态激子，由于单线态激子与三线态激子比例为1：3，内量子效率只有25％。所谓高三线态能级材料，指的是三线态能级比较高，带隙比较宽的材料。红色磷光层与黄色磷光层/绿色磷光层相邻，可以利用从相邻发光层的能量转移进一步增强红光；红色磷光层中的主体为p型主体或者n型主体，当红色磷光层更靠近阳极时，则为p型主体；当红色磷光层更靠近阴极时，则为n型主体；从而避免过多的电荷传输被该发光层所阻挡。其中，红色磷光层中的主体与相邻绿色磷光层/黄色磷光层主体优选为同一主体，可以简化工艺，避免过多异质结；绿色磷光层与黄色磷光层分别位于蓝色荧光层两侧，俘获在非掺杂蓝光层中未被利用的三线态激子。发光层中的主要激子产生区域位于非掺杂蓝光层中，或者非掺杂蓝光层更靠近红光发光层的界面，保证足够多的蓝光出射。其中，位于蓝色荧光层与红色磷光层之间的绿色磷光层或者黄色磷光层的主体为双极性材料，或者当其相较于蓝色荧光层更靠近阳极时则为p型材料，反之则为n型材料；从而保证主要激子产生区的位置。当主要激子产生区域位于非掺杂蓝色荧光层与黄色磷光层之间时，此时蓝光材料的三线态能级需要高于绿色磷光材料的三线态能级；当主要激子产生区域位于非掺杂蓝光层与绿光层之间时，此时蓝光材料的三线态能级需要不低于绿色磷光材料的三线态能级的0.2eV。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的电致发光器件的结构简单，具有较高的效率和较高的显色指数(CRI)，显色指数可高达80以上。

2.本发明的电致发光器件制造方便，利于商业化的推广，具有良好的市场前景。

附图说明

图1是实施例1中的杂化白光有机电致发光器件的结构示意图。

图2为实施例1制得的杂化白光有机电致发光器件的性能图。

图3是实施例2中的杂化白光有机电致发光器件的结构示意图。

图4是实施例3中的杂化白光有机电致发光器件的结构示意图。

图5是实施例4中的杂化白光有机电致发光器件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

1.本实施例中的杂化白光有机电致发光器件的结构示意图如图1所示：所制备的有机电致发光器件的结构为：ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/NPB:Ir(piq)₃(15nm,10％)/NPB:Ir(dmppy)₂(dpp)(5nm,5％)/Bepp₂(4nm)/Bepp₂:Ir(ppy)₃(10nm,6％)/Bepp₂(40nm)/Cs₂CO₃(1nm)/Al(200nm)。

该器件的结构包括依次为基板(玻璃)、阳极(ITO薄膜)、空穴注入层(100nm厚的HAT-CN薄膜)、空穴传输层、红色磷光层(15nm厚的NPB:Ir(piq)₃薄膜)、黄色磷光层(5nm厚的NPB:Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜)、蓝色荧光层(4nm厚的Bepp₂薄膜)、绿色磷光层(10nm厚的Bepp₂:Ir(ppy)₃薄膜)、电子传输层(40nm厚的Bepp₂薄膜)、电子注入层(1nm厚的Cs₂CO₃薄膜)和阴极(200nm厚的Al薄膜)。其中，空穴传输层包括依次层叠的空穴传输层1和空穴传输层2，所述空穴传输层1为15nm厚的NPB薄膜，所述空穴传输层2为5nm厚的TCTA薄膜。

2.上述有机电致发光器件采用如下方法制备：

(1)在玻璃基板上以溅射方法制备ITO薄膜作为阳极；

(2)采用真空蒸镀方法，依次在阳极ITO薄膜上以制备100nm的空穴注入层HAT-CN薄膜、15nm厚度的空穴传输层1-NPB薄膜、5nm厚度的空穴传输层2-TCTA薄膜、15nm的红色发光层NPB:Ir(piq)₃薄膜、5nm厚度的黄色磷光层NPB:Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜、4nm厚度的蓝色荧光层Bepp₂薄膜、10nm厚度的绿色发光层Bepp₂:Ir(ppy)₃薄膜、40nm厚度的电子传输层Bepp₂薄膜、1nm的电子注入层Cs₂CO₃薄膜和200nm的阴极Al薄膜。

3.性能测试：对上述制得的有机电致发光器件的性能进行检测，该器件的效率特性如图2所示。杂化白光有机电致发光器件的最大总效率为48cd/A，并且CRI高达87，可见该器件具有简单、高效且高显色指数。

实施例2

图2是本实施例中的杂化白光有机电致发光器件的结构示意图。与实施例1的区别在于：所述绿色磷光层、黄色磷光层、红色磷光层和蓝色荧光层之间顺序不同。

该器件的结构包括依次为基板(玻璃)、阳极(ITO薄膜)、空穴注入层(100nm厚的HAT-CN薄膜)、空穴传输层、绿色磷光层(10nm厚的Bepp₂:Ir(ppy)₃薄膜)、蓝色荧光层(4nm厚的Bepp₂薄膜)、黄色磷光层(5nm厚的NPB:Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜)、红色磷光层(15nm厚的NPB:Ir(piq)₃薄膜)、电子传输层(40nm厚的Bepp₂薄膜)、电子注入层(1nm厚的Cs₂CO₃薄膜)和阴极(200nm厚的Al薄膜)。其中，空穴传输层包括依次层叠的空穴传输层1和空穴传输层2，所述空穴传输层1为15nm厚的NPB薄膜，所述空穴传输层2为5nm厚的TCTA薄膜。

实施例3

图3是本实施例中的杂化白光有机电致发光器件的结构示意图。与实施例1的区别在于：所述绿色磷光层、黄色磷光层、红色磷光层和蓝色荧光层之间顺序不同。

该器件的结构包括依次为基板(玻璃)、阳极(ITO薄膜)、空穴注入层(100nm厚的HAT-CN薄膜)、空穴传输层、红色磷光层(15nm厚的NPB:Ir(piq)₃薄膜)、绿色磷光层(10nm厚的Bepp₂:Ir(ppy)₃薄膜)、蓝色荧光层(4nm厚的Bepp₂薄膜)、黄色磷光层(5nm厚的NPB:Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜)、电子传输层(40nm厚的Bepp₂薄膜)、电子注入层(1nm厚的Cs₂CO₃薄膜)和阴极(200nm厚的Al薄膜)。其中，空穴传输层包括依次层叠的空穴传输层1和空穴传输层2，所述空穴传输层1为15nm厚的NPB薄膜，所述空穴传输层2为5nm厚的TCTA薄膜。

实施例4

图4是本实施例中的杂化白光有机电致发光器件的结构示意图。与实施例1的区别在于：所述绿色磷光层、黄色磷光层、红色磷光层和蓝色荧光层之间顺序不同。

该器件的结构包括依次为基板(玻璃)、阳极(ITO薄膜)、空穴注入层(100nm厚的HAT-CN薄膜)、空穴传输层、黄色磷光层(5nm厚的NPB:Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜)、蓝色荧光层(4nm厚的Bepp₂薄膜)、绿色磷光层(10nm厚的Bepp₂:Ir(ppy)₃薄膜)、红色磷光层(15nm厚的NPB:Ir(piq)₃薄膜)、电子传输层(40nm厚的Bepp₂薄膜)、电子注入层(1nm厚的Cs₂CO₃薄膜)和阴极(200nm厚的Al薄膜)。其中，空穴传输层包括依次层叠的空穴传输层1和空穴传输层2，所述空穴传输层1为15nm厚的NPB薄膜，所述空穴传输层2为5nm厚的TCTA薄膜。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件，其特征在于，所述杂化白光有机电致发光器件包括依次为基板、阳极、空穴层、有机功能层、电子层和阴极，所述有机功能层介于介于空穴层和电子层之间；所述有机功能层包括红色磷光层NPB:Ir(piq)₃薄膜、黄色磷光层NPB:Ir(dmppy)₂(dpp)薄膜、蓝色荧光层Bepp₂薄膜和绿色磷光层Bepp₂:Ir(ppy)₃薄膜，所述蓝色荧光层与红色磷光层不接触，所述蓝色荧光层与黄色磷光层和绿色磷光层接触，所述蓝色荧光层为非掺杂发光层，所述红色磷光层、黄色磷光层和绿色磷光层为掺杂发光层；所述空穴层按靠近阳极依次包括空穴注入层HAT-CN薄膜和空穴传输层，所述空穴传输层包括依次层叠的NPB薄膜和TCTA薄膜；所述电子层按靠近阴极依次包括电子注入层Cs₂CO₃薄膜和电子传输层Bepp₂薄膜。

2.根据权利要求1所述的具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件，其特征在于，所述阳极的厚度为0.1～50nm，所述阴极的厚度为0.1～200nm；所述红色磷光层、黄色磷光层、蓝色荧光层和绿色磷光层的厚度均为0～200nm，其中，所述蓝色荧光层的厚度为0.1～20nm。

3.根据权利要求2所述的具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件，其特征在于，所述红色磷光层、黄色磷光层、蓝色荧光层和绿色磷光层的厚度均为0.01～100nm。

4.根据权利要求1所述的具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件，其特征在于，所述基板为玻璃、硅片、柔性PEN、PI或纸张，所述阳极为透明导电薄膜，所述阴极为金属。

5.根据权利要求4所述的具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件，其特征在于，所述透明导电薄膜为ITO薄膜；所述金属为Al、锂、铟、银、铜、镁或钙。

6.根据权利要求1所述的具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件，其特征在于，所述空穴注入层HAT-CN薄膜的厚度为0.1～100nm；所述NPB薄膜的厚度为0.1～30nmnm，所述TCTA薄膜的厚度为0.1～15nm。

7.根据权利要求1所述的具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件，其特征在于，所述电子传输层Bepp₂薄膜的厚度为0.1～40nm；所述电子注入层Cs₂CO₃薄膜的厚度为0.1～5nm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.用溅射方法在基板上制备阳极；

S2.采用真空蒸镀方法，依次在阳极上制备空穴注入层HAT-CN薄膜、NPB薄膜、TCTA薄膜、有机功能层、电子传输层、电子注入层和阴极，制得具有高显色指数的高效杂化白光有机电致发光器件。

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