CN110335969A - 一种基于激基复合物体系的发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于激基复合物体系的发光二极管及其制备方法，由基板、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极构成，发光层由电子给体2,6‑二咔唑‑1,5‑吡啶和电子受体2,5,8‑三(2,4‑二氟苯基)‑1,3,4,6,7,9,9b‑庚嗪组成。本发明所提供的这种激基复合物体系有机发光二极管有望逐步产业化并降低当前有机发光器件的成本。此外采用本发明所提供的这种激基复合物体系有机发光二极管可通过器件结构化，进一步提高发光器件的外量子效率。

Description

一种基于激基复合物体系的发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)作为电子受体，2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)作为电子给体的发光二极管。
背景技术
有机发光二极管具有面发光、节能、高效等特点，在新一代照明和显示方面占据重要地位。随着有机发光材料与器件技术的进步，有机发光二极管很可能成为未来的主要照明和显示的材料。目前，世界各国都在加大有机发光材料与器件的研究与开发，随着有机发光材料与器件技术的进步与照明显示产业的发展，当前已出现多种结构形式的有机发光二极管。
其中，激基复合物有机发光器件具有材料选择范围广，易于制备等优势，在有机发光二极管中占据重要地位。
激基复合物有机发光材料体系通常具有很强的电荷转移特性，导致激基复合物体系有机发光器件存在发光光谱宽、效率衰减快等缺点，使其应用受限。
因此，基于激基复合物体系开发一种发光光谱窄、效率衰减慢的有机发光器件具有较好的经济价值。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于激基复合物在发光二极管中的应用，具有发光光谱窄、效率衰减慢的特点。
本发明采用如下技术方案：
一种基于激基复合物体系的发光二极管，包括基板、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极，基板上从上至下依次为阴极、电子传输层、发光层、空穴传输层、阳极，发光层由电子给体2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)和电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)组成，其中，2,6-二咔唑-1,5-吡啶结构式为：
2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪的结构式为：
所述基板为玻璃、透明塑料、石英、硅等材料中任意一种。
所述阳极选择功函数为4eV以上的的金属、合金、导电化合物中的任意一种，作为有机电致发光器件。
所述阳极为氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)等导电性透明材料。
所述空穴传输层是具有传输或注入空穴、阻挡电子的任一性质的材料，可为有机物也可为无机物，可为单层也可为多层。
所述空穴传输层材料为咔唑衍生物、苯二胺衍生物、芳胺衍生物等。
有机电致发光器件中的发光层中电子给体2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)占50％(重量)-95％(重量)，电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)占5％(重量)-50％(重量)。
电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)占5％(重量)-10％(重量)。
电子传输材料是具有传输电子、阻挡空穴的材料，可为单层也可为多层。
电子传输材料为二苯基苯醌衍生物、恶二唑衍生物、硝基取代物衍生物中的任意一种。
阴极选择功函数4eV以下的金属、合金、导电性化合物及混合物。
所述阴极选择铝、镁、锂、氟化锂、镁/银混合物、镁/铝混合物、锂/铝混合物。
一种基于激基复合物体系的发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.在ITO玻璃上，通过真空蒸镀法在真空度为5×10-4Pa以下的条件下，蒸镀60nm厚度的N,N'-二(1-萘基)-N,N'-二苯基-4,4'-联苯二胺(α-NPD)，作为空穴传输层。
步骤2.采用双加热源共蒸镀技术蒸镀2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)和2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)，形成20nm厚度、5％(重量)-50％(重量)2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF):50％(重量)-95％(重量)2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)的发光层。
第三步.蒸镀40nm的4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Bphen)作为电子传输层。
第四步.从不同的蒸镀源将银和镁共蒸镀，形成100nm厚的膜，这时，银的浓度为10％(重量)。然后再蒸镀20nm的镁，作为阴极，制成有机发光二极管。
本发明的有益效果：
本发明提供的激基复合物体系有机发光二极管与现有技术相比具有发光光谱窄、效率衰减慢、制备工艺简单等优点。目前商业化的有机发光器件中的发光层主要采用的还是含有铱、铂等贵金属的磷光材料，本发明所提供的这种激基复合物体系有机发光二极管成本较低，有望逐步产业化并降低当前有机发光器件的成本。此外采用本发明所提供的这种激基复合物体系有机发光二极管可通过器件结构化，可使电子和空穴能够更好地在发光层复合，进一步提高发光器件的外量子效率。
附图说明
图1为本发明基于激基复合物的有机电致发光二极管的结构示意图；
图2为本发明实施例1中器件的电流密度-电压-亮度特性曲线及发光光谱；
图3为本发明实施例1中器件的外量子效率随电流密度变化的曲线；
图4为本发明实施例2中器件的电流密度-电压-亮度特性曲线及发光光谱；
图5为本发明实施例2中器件的外量子效率随电流密度变化的曲线；
图6为本发明实施例3中器件的电流密度-电压-亮度特性曲线及发光光谱；
图7为本发明实施例3中器件的外量子效率随电流密度变化的曲线；
图8为2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)电子受体的合成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
一种基于激基复合物体系的发光二极管，包括基板、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极，基板上从上至下依次为阴极、电子传输层、发光层、空穴传输层、阳极，发光层由电子给体2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)和电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)组成，2,6-二咔唑-1,5-吡啶结构式为：
2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪的结构式为：
进一步的技术方案是，所述基板可选择玻璃、透明塑料、石英、硅等材料中任意一种。
进一步的技术方案是，所述阳极选择功函数为4eV的金属、合金、导电化合物中的任意一种作为有机电致发光器件中的阳极，优选氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)等导电性透明材料。
进一步的技术方案是，所述空穴传输层是具有传输或注入空穴、阻挡电子的任一性质的材料，可为有机物也可为无机物，可为单层也可为多层，优选咔唑衍生物、苯二胺衍生物、芳胺衍生物等。
进一步的技术方案是，有机电致发光器件中的发光层中电子给体2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)占50％(重量)-95％(重量)，电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)占5％(重量)-50％(重量)。
本发明优选的技术方案是，电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)占5％(重量)-10％(重量)。
本发明进一步的技术方案是，电子传输材料是具有传输电子、阻挡空穴的材料，可为单层也可为多层，如二苯基苯醌衍生物、恶二唑衍生物、硝基取代物衍生物。
本发明进一步的技术方案是，阴极选功函4eV以下的金属、合金、导电性化合物及混合物中任意一种作为阴极，优选铝、镁、锂、氟化锂、镁、银混合物、镁/铝混合物、锂/铝混合物。
实施例1.
如图1所示，器件结构中阳极为氧化铟锡(ITO)，空穴传输材料为N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)，发光层为5％(重量)2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF):95％(重量)2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)，电子传输层为4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Bphen)，阴极为10％(重量)Ag：90％(重量)Mg的镁/银混合物和镁。
一种基于激基复合物体系的有机发光器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.在ITO玻璃上，通过真空蒸镀法在真空度为5×10-4Pa以下的条件下，蒸镀60nm厚度的N,N'-二(1-萘基)-N,N'-二苯基-4,4'-联苯二胺(NPB)，作为空穴传输层。
步骤2.采用双加热源共蒸镀技术蒸镀2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)和2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)，形成20nm厚度、5％(重量)2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF):95％(重量)2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)的发光层。
第三步.蒸镀40nm的4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Bphen)作为电子传输层。
第四步.以10％(重量)Ag：90％(重量)Mg的比例蒸镀100nm的镁/银混合物和20nm的镁作为阴极，制成基于激基复合物体系的发光二极管。
从图2、图3可以看出其测试结果。电致发光器件的发射光谱峰值为552nm，最大电流密度,668mA/cm2，最大亮度为14863cd/m2.最大外量子效率(EQE)为6.2％。
实施例2.
如图1所示，器件结构中阳极为氧化铟锡(ITO)，空穴传输材料为N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)，发光层为10％(重量)2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF):90％(重量)2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)，电子传输层为4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Bphen)，阴极为10％(重量)Ag：90％(重量)Mg的镁/银混合物和镁。
器件的制备流程与实施例1相似。
从图4、图5可以看出其测试结果。电致发光器件的发射光谱峰值为552nm，最大电流密度759mA/cm2，最大亮度为18478cd/m2.最大外量子效率(EQE)为6.2％。性能与实施例1相比有所提升。
实施例3.
如图1所示，器件结构中阳极为氧化铟锡(ITO)，空穴传输材料为N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)，发光层为50％(重量)2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF):50％(重量)2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)，电子传输层为4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Bphen)，阴极为10％(重量)Ag：90％(重量)Mg的镁/银混合物和镁。
器件的制备流程与实施例1相似。
从图6、图7可以看出其测试结果。电致发光器件的发射光谱峰值为551nm，最大电流密度589/cm2，最大亮度为9876cd/m2.最大外量子效率(EQE)为1.0％。性能和实施例1和实施例2相比较低。
电子给体2,6-二咔唑-1,5-吡啶(PYD2)是普通的市场在售材料。
如图8所示，2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪(HAP-3DF)的合成方法为：
在0℃，将2,5,8-三氯-1，3，4，6，7,9,9b-庚嗪、三氯化铝、1，3-二氟苯按照物质的量之比为1:5:30加入到三口烧瓶中，搅拌30-90分钟；
然后加热至60-100℃，搅拌6-10小时，将溶液放置冷却至室温后，加入冰水，搅拌30-90分钟；
随后，将溶液加热到60-100℃，搅拌30-90分钟；
将溶液自然冷却到室温后过滤，用水洗涤过滤后的固体，用甲苯溶解；
接着用柱层析法精制，得到2,5,8-三(2,4-二-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9，9b-庚嗪。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，包括基板、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极，基板上从上至下依次为阴极、电子传输层、发光层、空穴传输层、阳极，发光层由电子给体2,6-二咔唑-1,5-吡啶和电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪组成，其中，2,6-二咔唑-1,5-吡啶结构式为：
2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪的结构式为：
2.根据权利要求1所述一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，所述基板为玻璃、透明塑料、石英、硅材料中任意一种。
3.根据权利要求1所述一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，所述阳极选择功函数为4eV以上的金属、合金、导电化合物中任意一种作为有机电致发光器件，所述阳极为氧化铟锡、氧化锌导电性透明材料中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，所述空穴传输层是具有传输或注入空穴、阻挡电子的任一性质的材料，所述空穴传输层材料为咔唑衍生物、苯二胺衍生物、芳胺衍生物中任意一种。
5.根据权利要求1所述一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，有机电致发光器件中的发光层中电子给体2,6-二咔唑-1,5-吡啶占50％(重量)-95％(重量)，电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪占5％(重量)-50％(重量)。
6.根据权利要求5所述一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，所述电子受体2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪占5％(重量)-10％(重量)。
7.根据权利要求1所述一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，电子传输材料是具有传输电子、阻挡空穴的材料，电子传输材料为二苯基苯醌衍生物、恶二唑衍生物、硝基取代物衍生物中的任意一种。
8.根据权利要求1所述一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，阴极选择功函数4eV以下的金属、合金、导电性化合物及混合物中的任意一种。
9.根据权利要求8所述一种基于激基复合物体系的发光二极管，其特征在于，所述阴极选择铝、镁、锂、氟化锂、镁/银混合物、镁/铝混合物、锂/铝混合物中的任意一种。
10.一种基于激基复合物体系的发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.在ITO玻璃上，通过真空蒸镀法在真空度为5×10-4Pa以下的条件下，蒸镀60nm厚度的N,N'-二(1-萘基)-N,N'-二苯基-4,4'-联苯二胺，作为空穴传输层；
步骤2.采用双加热源共蒸镀方法蒸镀2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪和2,6-二咔唑-1,5-吡啶，形成20nm厚度、5％(重量)-50％(重量)2,5,8-三(2,4-二氟苯基)-1,3,4,6,7,9,9b-庚嗪:50％(重量)-95％(重量)2,6-二咔唑-1,5-吡啶的发光层；
第三步.蒸镀40nm的4,7-二苯基-1,10-菲咯啉作为电子传输层；
第四步.从不同的蒸镀源将银和镁共蒸镀，形成100nm厚的膜，银的浓度为10％(重量)，然后再蒸镀20nm的镁，作为阴极，制成有机发光二极管。
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