CN111081890A - 一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管及其制备方法 - Google Patents

一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机发光二极管技术领域，公开了一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管及其制备方法。所述OLEDs结构依次包括衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极；所述发光层由蓝光发光层和黄光发光层组合而成，蓝光发光层由蓝光磷光敏化剂和蓝光荧光客体掺杂在主体材料中构成，黄光发光层由黄光磷光敏化剂和黄光荧光客体掺杂在主体材料中构成。本发明的白光OLEDs采用了蓝光和黄光双发光层结构，和不同的磷光敏化剂和荧光发光材料掺杂在主体中，实现了宽光谱覆盖和光谱稳定的高效率全荧光白光OLEDs，为制备高效率的白光OLEDs提供一种新的途径。

Description

一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明属于有机发光二极管技术领域，具体涉及一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管及其制备方法。
背景技术
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diodes，OLEDs)是一种基于有机半导体在电场作用下而发光的器件。OLEDs具有高效率、轻薄、柔性、低成本和可以大面积制备的优点，在全彩色显示和固态照明中具有广泛的应用和发展。OLEDs用于白光照明时，为了使白光的发光光谱能够尽量覆盖整个可见光区域，实现高的显色指数(CRI)，通常需要将多种颜色有机发光材料通过合理的结构设计组合在一起，比如蓝光、绿光和红光三基色或者蓝光和黄光两种互补色的方式，这样不同光色发光材料同时发光，最终获得高性能的白光OLEDs。因此，为了能够获得光谱较好而且效率较高的白光OLEDs，优化材料体系和设计合理的器件结构是非常重要的。
全荧光白光OLEDs具有低效率滚降、稳定性好和低成本的优点，引起了广泛的研究和关注。但是根据自旋统计理论，传统荧光材料只有利用25％的单线态激子通过辐射跃迁发光，而75％的三线态激子都是通过非辐射跃迁的方式而损耗掉，这对提高荧光白光OLEDs的效率有很大的限制。因此，实现高效率全荧光白光OLEDs的关键是如何将产生的单线态激子和三线态激子全部用于辐射发光。目前采用磷光敏化荧光的方法被认为是制备高效率荧光白光OLEDs的有效方法，通过敏化剂的引入，将敏化分子上的三线态激子能量有效传递给荧光分子的单线态激子，所有的激子都在荧光分子上进行发光，从而实现100％激子利用率。但是由于磷光敏化荧光白光OLEDs在发光层的设计中，主体材料、磷光材料和荧光发光材料的能级需要有效的匹配，而且不同光色的发光层结构需要合理的设计才能获得高性能的全荧光白光OLEDs，目前采用磷光敏化荧光白光OLEDs一直没有取得显著的进展。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管。
本发明的另一目的在于提供上述磷光敏化荧光白光有机发光二极管的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其结构依次包括衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极；所述发光层由蓝光发光层和黄光发光层组合而成，蓝光发光层由蓝光磷光敏化剂和蓝光荧光客体掺杂在主体材料中构成，黄光发光层由黄光磷光敏化剂和黄光荧光客体掺杂在主体材料中构成。
进一步地，所述蓝光发光层的主体材料为26DCzPPy(2,6-双((9H-咔唑-9-基)-3,1-亚苯基)吡啶)，蓝光磷光敏化剂为fac-Ir(iprpmi)3(三[1-(2,6-异丙基苯)-2-苯基-1H-咪唑]合铱(III))，蓝光荧光客体为TBPe(1,4,7,10-四叔丁基二萘嵌苯)；所述黄光发光层的主体材料为26DCzPPy，黄光磷光敏化剂为Ir(ppy)3(三(2-苯基吡啶)合铱(III))，黄光荧光客体为TBRb(2,8-二叔丁基-5,11-二(4-叔丁基苯)-6,12-二苯基并四苯)。
进一步地，所述蓝光磷光敏化剂fac-Ir(iprpmi)3的掺杂浓度为8wt.％，蓝光荧光客体TBPe的掺杂浓度为1wt.％；黄光磷光敏化剂Ir(ppy)3的掺杂浓度为6wt.％，黄光荧光客体TBRb的掺杂浓度为2wt.％。
进一步地，所述蓝光发光层的厚度为3～15纳米，所述黄光发光层的厚度为5～15纳米。
进一步地，所述衬底为玻璃、石英或者柔性塑料中的一种。
进一步地，所述阳极为氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、掺氟二氧化锡(FTO)或者石墨烯中的一种。
进一步地，所述空穴注入层可采用有机材料HAT-CN(2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,2-氮杂苯并菲)，或者采用无机材料MoO3(氧化钼)、WO3(氧化钨)或者V2O5(五氧化二钒)中的一种。
进一步地，所述空穴传输层优选为TAPC(4,4’-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺])。
进一步地，所述电子阻挡层优选为TCTA(4,4’,4”-三(咔唑-9-基)三苯胺)。
进一步地，所述电子传输层优选为TmPyPB(3,3’-[5’-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1’:3’,1”-三联苯]-3,3”-二基]二吡啶)。
进一步地，所述电子注入层可采用LiF(氟化锂)、Liq(八羟基喹啉锂)、Li2CO3(碳酸锂)或者Cs2CO3(碳酸铯)中的一种。
进一步地，所述阴极选用金(Au)、银(Ag)、铝(Al)或者银镁合金中的一种。
进一步地，所述空穴注入层的厚度为5～20纳米，空穴传输层的厚度为50～90纳米，电子阻挡层的厚度为5～15纳米，发光层厚度为15～30纳米，电子传输层的厚度为40～80纳米，电子注入层的厚度为1～5纳米，阴极的厚度为100～200纳米。
上述磷光敏化荧光白光有机发光二极管的制备方法，包括以下步骤：首先对ITO玻璃进行超声、去离子水冲洗、氮气吹干、放在120℃烘箱中烘烤、表面进行紫外臭氧处理，之后将ITO玻璃放入真空镀膜机中，用分子泵抽真空至压强8×10-5Pa以下后，依次蒸镀空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，得到所述的磷光敏化荧光白光有机发光二极管。
本发明原理为：采用蓝光发光层和黄光发光层双层结构，两个发光层分别采用不同的磷光敏化剂和荧光材料掺杂在主体材料中，利用磷光材料的轨道耦合作用来利用三线态激子，将产生的单线态激子和三线态激子都传递给荧光材料而辐射发光。通过主体、磷光敏化剂和荧光材料能级的有效匹配，并且通过对蓝光发光层和黄光发光层的厚度和位置的结构设计，制备出了高效率、低滚降、光谱稳定的全荧光白光OLEDs。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明所涉及的白光OLEDs，采用了磷光材料敏化荧光材料的方式，将磷光材料的三线态激子的能量传递给荧光发光材料的单线态，实现了100％激子利用率，使制备的白光OLEDs具有高效率和低滚降的特点。
(2)本发明所涉及的白光OLEDs，采用了蓝光和黄光双发光层结构，而蓝光发光层和黄光发光层则分别采用不同的磷光敏化剂和不同的荧光发光材料掺杂在主体中，通过优化掺杂浓度，调整蓝光发光层和黄光发光层的厚度和位置，实现了宽光谱覆盖和光谱稳定的高效率全荧光白光OLEDs，为制备高效率的白光OLEDs提供一种新的途径。
附图说明
图1为本发明实施例1的磷光敏化荧光白光OLEDs(W1)的器件结构示意图。其中1代表衬底，2代表阳极，3代表空穴注入层，4代表空穴传输层，5代表电子阻挡层，6代表黄光发光层，7代表蓝光发光层，8代表电子传输层，9代表电子注入层，10代表阴极。
图2为本发明的实施例1所得到的磷光敏化荧光OLEDs(W1)的电流效率、功率效率和外量子效率-亮度特性曲线图。
图3为本发明实施例1所得到的磷光敏化荧光白光OLEDs(W1)在1000cd/m2、3000cd/m2和5000cd/m2亮度下的电致发光光谱图。
图4为本发明实施例1所得到的磷光敏化荧光白光OLEDs(W1)的电流密度-亮度-电压特性曲线图。
图5为本发明的实施例2的磷光敏化荧光白光OLEDs(W2)的器件结构示意图。其中1’代表衬底，2’代表阳极，3’代表空穴注入层，4’代表空穴传输层，5’代表电子阻挡层，6’代表蓝光发光层，7’代表黄光发光层，8’代表电子传输层，9’代表电子注入层，10’代表阴极。
图6为本发明的实施例2所得到的磷光敏化荧光OLEDs(W2)的电流效率、功率效率和外量子效率-亮度特性曲线图。
图7为本发明实施例2所得到的磷光敏化荧光白光OLEDs(W2)在1000cd/m2、3000cd/m2和5000cd/m2亮度下的电致发光光谱图。
图8为本发明实施例2所得到的磷光敏化荧光白光OLEDs(W2)的电流密度-亮度-电压特性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种磷光敏化荧光白光OLEDs(W1)，其结构示意图如图1所示。首先用碱性清洗剂对ITO导电玻璃超声处理60分钟，然后用自来水对ITO导电玻璃搓洗，并用去离子水冲洗干净，用高压氮气将残余的水吹干，再将ITO导电玻璃放入120℃的烘箱烘烤30分钟，之后将ITO导电玻璃表面用紫外臭氧处理6分钟后，放进镀膜机中，用分子泵抽真空，当镀膜机的压强低于8×10-5Pa时，在ITO导电玻璃依次开始蒸镀薄膜。首先在ITO导电玻璃表面蒸镀空穴注入层材料HAT-CN，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000051
厚度为15nm。然后依次蒸镀空穴传输层材料TAPC，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000052
厚度为60nm；电子阻挡层材料TCTA，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000053
厚度为10nm；黄光发光层主体材料26DCzPPy以及掺杂的黄光磷光敏化剂Ir(ppy)3(6wt.％)和黄光荧光发光材料TBRb(2wt.％)，蒸镀速率依次为
Figure BDA0002319262340000061
和
Figure BDA0002319262340000062
黄光发光层的厚度为5nm；蓝光发光层主体材料26DCzPPy以及掺杂的蓝光磷光敏化剂fac-Ir(iprpmi)3(8wt.％)和蓝光荧光发光材料TBPe(1wt.％)，蒸镀速率依次是
Figure BDA0002319262340000063
和
Figure BDA0002319262340000064
蓝光发光层的厚度为15nm；电子传输层材料TmPyPB，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000065
厚度为45nm；电子注入层材料LiF，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000066
厚度为1nm。最后蒸镀阴极材料Al，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000067
厚度为100nm。蒸镀的各功能层的速率和厚度采用石英晶振膜厚检测仪进行控制，得到的白光OLEDs器件结构为：ITO/HAT-CN(15nm)/TAPC(60nm)/TCTA(10nm)/26DCzPPy:6wt.％Ir(ppy)3:2wt.％TBRb(5nm)/26DCzPPy:8wt.％fac-Ir(iprpmi)3:1wt.％TBPe(15nm)/TmPyPB(45nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。
本实施获得的磷光敏化荧光白光器件W1的电流效率、功率效率和外量子效率-亮度特性曲线图、电致发光光谱图和电流密度-亮度-电压特性曲线图分别如图2、图3和图4所示。
实施例2
本实施例的一种磷光敏化荧光白光OLEDs(W2)，其结构示意图如图5所示。首先用碱性清洗剂对ITO导电玻璃超声处理60分钟，然后用自来水对ITO导电玻璃搓洗，并用去离子水冲洗干净，用高压氮气将残余的水吹干，再将ITO导电玻璃放入120℃的烘箱烘烤30分钟，之后将ITO导电玻璃表明用紫外臭氧处理6分钟后，放进镀膜机中，用分子泵抽真空，当镀膜机的压强低于8×10-5Pa时，在ITO导电玻璃依次开始蒸镀薄膜。首先在ITO导电玻璃表面蒸镀空穴注入层材料HAT-CN，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000068
厚度为15nm。然后依次蒸镀空穴传输层材料TAPC，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000069
厚度为60nm；电子阻挡层材料TCTA，蒸镀速率控制在
Figure BDA00023192623400000610
厚度为10nm；蓝光发光层主体材料26DCzPPy以及掺杂的蓝光磷光敏化剂fac-Ir(iprpmi)3(8wt.％)和蓝光荧光发光材料TBPe(1wt.％)，蒸镀速率依次是
Figure BDA0002319262340000071
和
Figure BDA0002319262340000072
蓝光发光层的厚度为3nm；黄光发光层主体材料26DCzPPy以及掺杂的黄光磷光敏化剂Ir(ppy)3(6wt.％)和黄光荧光发光材料TBRb(2wt.％)，蒸镀速率依次为
Figure BDA0002319262340000073
和
Figure BDA0002319262340000074
黄光发光层的厚度为15nm；电子传输层材料TmPyPB，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000075
厚度为45nm；电子注入层材料LiF，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000076
厚度为1nm。最后蒸镀阴极材料Al，蒸镀速率控制在
Figure BDA0002319262340000077
厚度为100nm。蒸镀的各功能层的速率和厚度采用石英晶振膜厚检测仪进行控制，得到的白光OLEDs器件结构为：ITO/HAT-CN(15nm)/TAPC(60nm)/TCTA(10nm)/26DCzPPy:8wt.％fac-Ir(iprpmi)3:1wt.％TBPe(3nm)/26DCzPPy:6wt.％Ir(ppy)3:2wt.％TBRb(15nm)/TmPyPB(45nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。
本实施获得的磷光敏化荧光器件W2的电流效率、功率效率和外量子效率-亮度特性曲线图、电致发光光谱图和电流密度-亮度-电压特性曲线图分别如图6、图7和图8所示。
从图2、图3、图4、图6、图7和图8中可以看出，通过采用磷光敏化荧光的方式，设计蓝光发光层和黄光发光层的位置和厚度能够制备出高效率、低滚降和光谱稳定的全荧光白光OLEDs。从电致发光光谱来看，器件W1和器件W2都表现出蓝光荧光TBPe和黄光荧光TBRb的发光峰，而且两个器件的电致发光光谱在1000cd/m2到5000cd/m2的亮度下都保持非常稳定，实现了很好的白光发射。器件W1和器件W2获得最大的电流效率、功率效率和外量子效率分别为27.5cd/A，25.8lm/W，10.3％和42.4cd/A，36.4lm/W，14.3％，并且在1000cd/m2的亮度下，仍然保持在25.8cd/A、15.0lm/W、9.5％和34.0cd/A、19.8lm/W、11.6％，两个器件都表现出高效率特性同时，在高亮度下的效率滚降也得到了很好的改善。证明本发明采用的磷光敏化荧光方法制备高效率、低滚降全荧光白光OLEDs的优越性能，具有潜在的应用前景。
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，其它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、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 (10)

1.一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：结构依次包括衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极；所述发光层由蓝光发光层和黄光发光层组合而成，蓝光发光层由蓝光磷光敏化剂和蓝光荧光客体掺杂在主体材料中构成，黄光发光层由黄光磷光敏化剂和黄光荧光客体掺杂在主体材料中构成。
2.根据权利要求1所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：所述蓝光发光层的主体材料为26DCzPPy，蓝光磷光敏化剂为fac-Ir(iprpmi)3，蓝光荧光客体为TBPe；所述黄光发光层的主体材料为26DCzPPy，黄光磷光敏化剂为Ir(ppy)3，黄光荧光客体为TBRb。
3.根据权利要求2所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：所述蓝光磷光敏化剂fac-Ir(iprpmi)3的掺杂浓度为8wt.％，蓝光荧光客体TBPe的掺杂浓度为1wt.％；所述黄光磷光敏化剂Ir(ppy)3的掺杂浓度为6wt.％，黄光荧光客体TBRb的掺杂浓度为2wt.％。
4.根据权利要求3所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：所述蓝光发光层的厚度为3～15纳米，黄光发光层的厚度为5～15纳米。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：所述衬底为玻璃、石英或者柔性塑料中的一种；所述阳极为ITO、ZnO、FTO或者石墨烯中的一种。
6.根据权利要求1～4任一项所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：所述空穴注入层采用有机材料HAT-CN，或者采用无机材料MoO3、WO3或者V2O5中的一种；所述空穴传输层为TAPC；所述电子阻挡层为TCTA。
7.根据权利要求1～4任一项所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：所述电子传输层为TmPyPB；所述电子注入层采用LiF、Liq、Li2CO3或者Cs2CO3中的一种。
8.根据权利要求1～4任一项所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：所述阴极选用金、银、铝或者银镁合金中的一种。
9.根据权利要求1～4任一项所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管，其特征在于：所述空穴注入层的厚度为5～20纳米，空穴传输层的厚度为50～90纳米，电子阻挡层的厚度为5～15纳米，发光层厚度为15～30纳米，电子传输层的厚度为40～80纳米，电子注入层的厚度为1～5纳米，阴极的厚度为100～200纳米。
10.权利要求1～9任一项所述的一种磷光敏化荧光白光有机发光二极管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：首先对ITO玻璃进行超声、去离子水冲洗、氮气吹干、放在120℃烘箱中烘烤、表面进行紫外臭氧处理，之后将ITO玻璃放入真空镀膜机中，用分子泵抽真空至压强8×10-5Pa以下后，依次蒸镀空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极，得到所述的磷光敏化荧光白光有机发光二极管。
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