CN111592527A - Tadf材料、发光层、oled发光器件以及显示装置 - Google Patents

Tadf材料、发光层、oled发光器件以及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种热活化延迟荧光TADF材料、发光层、OLED发光器件以及显示装置，涉及显示技术领域，以解决三重态激子与单重态激子之间的能带差ΔEST较大的问题。TADF材料具有D‑L‑A结构；其中，L为芳基；D与L之间的角度θ1满足关系式50°＜θ1＜80°；L与A之间的角度θ2满足关系式0°＜θ2＜80°。

Description

TADF材料、发光层、OLED发光器件以及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种TADF材料、发光层、OLED发光器件以及显示装置。
背景技术
有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)显示装置以其自发光、高发光效率等优点，成为近年来最具有潜力的新型显示装置。
在OLED显示装置发光过程中，向OLED显示装置中包括的发光功能层发射来自阳极的空穴和来自阴极的电子，将这些电子和空穴组合形成电子空穴对，并将形成的电子空穴对从单重态转换为基态以发出荧光。
其中，目前发光功能层的材料通常是热活化延迟荧光(Thermally ActivatedDelayed Fluorescence，TADF)材料，由于TADF材料中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的重叠程度较大，因此会导致三重态激子与单重态激子之间的能带差(ΔEST)较大，进而导致三重态激子无法高效的通过反向系间窜越回到单重态，并从单重态转换为基态发出荧光。
发明内容
本发明的实施例提供一种TADF材料、发光层、OLED发光器件以及显示装置，以解决三重态激子与单重态激子之间的能带差ΔEST较大的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种热活化延迟荧光TADF材料，该热活化延迟荧光TADF材料具有D-L-A结构；
其中，D具有式(I)所示的结构：
Figure BDA0002516863340000011
L为芳基；
A具有式(II)所示的结构：
Figure BDA0002516863340000021
Y为单键、烷基、芳基或者杂芳基；
X1，X2和X3各自独立地为C原子或N原子；
R1和R2各自独立地为芳基或者杂芳基；
其中，D与L之间的角度θ1满足关系式50°＜θ1＜80°；
L与A之间的角度θ2满足关系式0°＜θ2＜80°。
在一些实施例中，TADF材料具有化合物1～化合物4任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000022
Figure BDA0002516863340000031
在一些实施例中，TADF材料中单重态激子与三重态激子之间的能级差小于0.2eV。
第二方面，本发明实施例提供了一种发光层，该发光层可以包括主体材料和客体材料，其中，主体材料可以为第一方面提供的TADF材料。
在一些实施例中，主体材料在77[K]下的能隙Eg77K(H)与客体材料在77[K]下的能隙Eg77K(D)之差满足：Eg77K(H)-Eg77K(D)≥0.65eV。
在一些实施例中，客体材料具有式1～式3任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000032
Figure BDA0002516863340000041
第三方面，本发明实施例提供了一种OLED发光器件，该OLED发光器件可以包括依次设置的第一电极、发光功能层和第二电极，其中，发光功能层包括第二方面提供的发光层。
在一些实施例中，发光功能层还可以包括：电子注入层、电子传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、空穴传输层以及空穴注入层中的至少一层。
在一些实施例中，电子注入层的材料为氟化锂LiF、镱Yb或者为式4所示的结构：
Figure BDA0002516863340000042
电子传输层的材料为式5～式8任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000043
Figure BDA0002516863340000051
电子阻挡层的材料为式9～式10任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000052
空穴阻挡层的材料为式6～式8任一种所示的结构；
空穴传输层的材料为式11～式13任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000053
Figure BDA0002516863340000061
空穴注入层的材料为式14～式15任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000062
第四方面，本发明实施例还提供了一种显示装置，该显示装置可以包括第三方面提供的OLED发光器件。
本发明实施例提供的TADF材料，可以利用供体(Donor，D)与连接基(Linker，L)之间的角度θ1满足关系式50°＜θ1＜80°，L与受体(Accept，A)之间的角度θ2满足关系式0°＜θ2＜80°，以减小TADF材料中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的重叠程度，以使二者基本分离，从而可以减小三重态激子与单重态激子之间的能带差(ΔEST)，进而使得三重态激子可以更容易地通过反向系间窜越回到单重态，并从单重态转换为基态以发出荧光。如果θ1和θ2的角度大于80°，那么会造成激子的振幅很小，从而造成OLED显示装置发光效率较低的问题；如果θ1的角度小于50°，那么将会增大HOMO和LUMO的重叠程度，从而造成ΔEST较大，三重态激子无法通过反向系间窜越回到单重态，并从单重态转换为基态以发出荧光的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一些实施例提供的一种OLED显示装置发光原理图；
图2为本发明一些实施例提供的一种TADF材料中D与L以及L与A之间的角度示意图；
图3为本发明一些实施例提供的化合物1中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的分布图；
图4为本发明一些实施例提供的化合物2中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的分布图；
图5为本发明一些实施例提供的化合物3中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的分布图；
图6为本发明一些实施例提供的化合物4中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的分布图；
图7为OLED发光器件的结构示意图；
图8为本发明一些实施例提供的OLED显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。
除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“示例性实施例(exemplary embodiments)”、“示例(example)”、“特定示例(specific example)”或“一些示例(some examples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在描述一些实施例时，可能使用了“耦接”和“连接”及其衍伸的表达。例如，描述一些实施例时可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或电接触。又如，描述一些实施例时可能使用了术语“耦接”以表明两个或两个以上部件有直接物理接触或电接触。然而，术语“耦接”或“通信耦合(communicatively coupled)”也可能指两个或两个以上部件彼此间并无直接接触，但仍彼此协作或相互作用。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。
“A、B和C中的至少一个”与“A、B或C中的至少一个”具有相同含义，均包括以下A、B和C的组合：仅A，仅B，仅C，A和B的组合，A和C的组合，B和C的组合，及A、B和C的组合。
“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。
“多个”是指至少两个。
本文中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。
另外，“基于”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。
如本文所使用的那样，“约”或“近似”包括所阐述的值以及处于特定值的可接受偏差范围内的平均值，其中所述可接受偏差范围如由本领域普通技术人员考虑到正在讨论的测量以及与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的局限性)所确定。
本文参照作为理想化示例性附图的剖视图和/或平面图描述了示例性实施方式。在附图中，为了清楚，放大了层和区域的厚度。因此，可设想到由于例如制造技术和/或公差引起的相对于附图的形状的变动。因此，示例性实施方式不应解释为局限于本文示出的区域的形状，而是包括因例如制造而引起的形状偏差。例如，示为矩形的蚀刻区域通常将具有弯曲的特征。因此，附图中所示的区域本质上是示意性的，且它们的形状并非旨在示出设备的区域的实际形状，并且并非旨在限制示例性实施方式的范围。
相关技术中，OLED显示装置中包括的发光功能层的材料可以是荧光材料、磷光材料或者是热活化延迟荧光(Thermally Activated Delayed Fluorescence，TADF)材料。
其中，当发光功能层的材料为荧光材料时，在OLED显示装置发光的过程中，荧光材料在电流激发下，会产生25％的单重态激子和75％的三重态激子，其中单重态激子辐射可以失活为基态激子，发出荧光，但由于产生的75％的三重态激子最终将以热量的形式释放能量，即无法有效地将产生的75％的三重态激子的能量用于发光，因此，会影响OLED显示装置的发光效率。
为了能够充分的利用单重态激子和三重态激子，提出了一种磷光材料(例如贵金属配合物)。
当贵金属配合物作为磷光材料时，可以充分利用单重态激子和三重态激子，相对于荧光材料只能利用单重态激子，该贵金属配合物不仅能够利用单重态激子，还能够利用三重态激子，因此可以使得基于磷光材料的OLED显示装置实现100％的内量子效率。但是，由于需要在磷光材料中添加贵金属(例如Ir)，并且由于该贵金属会污染环境，且会增加制作成本，因此，磷光材料也不是制作发光功能层的最优选项。
基于此，本发明实施例提供了一种TADF材料，以克服上述不利影响。
本领域技术人员应该理解，TADF材料是单重态激子与三重态激子之间的能级差(△EST)较小的材料。如图1所示，e表示电子，h表示空穴，电子和空穴进行结合，以产生25％的单重态激子和75％的三重态激子，其中，单重态激子辐射失活为基态而发出荧光，三重态激子可以发出磷光，为了使得三重态激子可以发出荧光，可以通过反向系间窜越，以使得三重态激子回到单重态，并从单重态转换为基态发出荧光。其中，单重态激子和三重态激子之间的能级差范围一般是0.5eV～1eV，为了使得三重态激子能够更容易地通过反向系间窜越回到单重态，可以通过减小二者之间的能级差，以达到此目的。
其中，可以通过减小TADF材料中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的重叠程度，以使得二者基本分离，从而可以减小单重态激子和三重态激子之间的能级差。
为了减小单重态激子和三重态激子之间的能级差，本发明实施例提供了一种TADF材料，该TADF材料具有D-L-A结构；
其中，D具有式(I)所示的结构：
Figure BDA0002516863340000101
L可以为芳基；
A具有式(II)所示的结构：
Figure BDA0002516863340000102
Y可以为单键、烷基、芳基或者杂芳基；X1，X2和X3可以各自独立地为C原子或N原子；R1和R2可以各自独立地为芳基或者杂芳基。
在一些实施例中，如图2所示，L可以构成一个平面M4；在D中，与N原子相连接的两个化学键可以构成一个平面M1，M2是与M1相平行的平面；在A中，具有X1，X2和X3的环状物可以构成一个平面M3。
在一些实施例中，可以通过分子动力学模拟和DFT模拟，以得到D与L之间的角度θ1，以及A与L之间的角度θ2。示例的，如图2所示，可以通过分子动力学模拟和DFT模拟，以得到D中与N原子相连接的两个化学键构成的平面，与L平面之间的角度θ1，以及A中具有X1，X2和X3的环状物平面，与L平面之间的角度θ2。
D与L之间的角度θ1满足关系式50°＜θ1＜80°，L与A之间的角度θ2满足关系式0°＜θ2＜80°。这样，可以减小TADF材料中的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)的重叠程度，以使得二者基本分离，从而可以使得单重态激子和三重态激子之间的能级差减小至小于0.2eV，并且也可以使得主体(Host)材料在77[K]下的能隙Eg77K(H)与客体(Dopant)材料在77[K]下的能隙Eg77K(D)之差满足：Eg77K(H)-Eg77K(D)≥0.65eV。
在一些实施例中，TADF材料可以为化合物1～化合物4中的任一种：
Figure BDA0002516863340000111
Figure BDA0002516863340000121
示例的，化合物1中D与L之间的角度θ1，以及L与A之间的角度θ2可以如结构式(i)中所示。
Figure BDA0002516863340000122
在一些实施例中，如图3所示，化合物1中的最高占据轨道(HOMO)与最低未占轨道(LUMO)相比，在L处有部分重叠。
再示例的，化合物2中D与L之间的角度θ1，以及L与A之间的角度θ2可以如结构式(ii)中所示。
Figure BDA0002516863340000123
在一些实施例中，如图4所示，化合物2中的最高占据轨道(HOMO)与最低未占轨道(LUMO)相比，在L处也有部分重叠。
又示例的，化合物3中D与L之间的角度θ1，以及L与A之间的角度θ2可以如结构式(iii)中所示。
Figure BDA0002516863340000131
在一些实施例中，如图5所示，化合物3中的最高占据轨道(HOMO)与最低未占轨道(LUMO)相比，在L处也有部分重叠。
又示例的，化合物4中D与L之间的角度θ1，以及L与A之间的角度θ2可以如结构式(iv)中所示。
Figure BDA0002516863340000132
在一些实施例中，如图6所示，化合物4中的最高占据轨道(HOMO)与最低未占轨道(LUMO)相比，在L处也有部分重叠。
下面参照表1，说明化合物1、化合物2、化合物3以及化合物4中的发光功能层中发出的光的波长(PL)，D与L之间的θ1的角度，A与L之间的θ2的角度，单重态激子与三重态激子之间的能级差△EST，以及内量子效率EQE。
表1
Figure BDA0002516863340000133
在一些实施例中，如图7所示，本发明实施例提供了一种OLED发光器件100，该OLED发光器件100可以包括依次设置的第一电极110、发光功能层120和第二电极130。
在一些实施例中，第一电极110可以是阳极，第二电极130可以是阴极层。在另一些实施例中，第一电极110可以是阴极，第二电极130可以是阳极层。
在另一些实施例中，如图7所示，上述OLED发光器件100还可以包括光取出层(capping layer，CPL)128。通过设置该光取出层，可以增加OLED发光器件的出光率。
其中，在第一电极110是阳极，第二电极130是阴极层的情况下，在电场的作用下，由第一电极110产生的空穴和第二电极130产生的电子发生移动，从而移动到发光功能层120。当空穴和电子在发光功能层120相遇时，产生能量激子，从而激发发光分子最终产生可见光。
在一些实施例中，发光功能层120可以仅包括发光层(EL，Emission layer)。在另一些实施例中，如图7所示，发光功能层120除包括发光层(Emission layer，EL)外，还可以包括电子注入层(Electron Injection Layer，EIL)、电子传输层(Electron TransportLayer，ETL)、电子阻挡层(Electron Barrier Layer，EBL)、空穴阻挡层(Hole BarrierLayer,HBL)、空穴传输层(Hole Transport Layer，HTL)以及空穴注入层(Hole InjectionLayer，HIL)中的至少一层(一层或多层)。例如，该发光功能层120可以包括依次设置的空穴注入层127、空穴传输层126、电子阻挡层123、发光层124、空穴阻挡层125、电子传输层122以及电子注入层121。
在又一些实施例中，发光功能层120也可以包括具有如下功能的功能层：能够降低空穴或电子的注入势垒；能够提高空穴或电子的传输性；能够阻碍空穴或电子的传输性。示例的，电子注入层121能够降低电子的注入势垒，电子传输层122能够提高电子的传输性，电子阻挡层123能够阻碍电子的传输性，空穴阻挡层125能够阻碍空穴的传输性，空穴传输层126能够提高空穴的传输性，空穴注入层127能够降低空穴的注入势垒。
其中，电子注入层121的材料可以为LiF(氟化锂)、Yb(镱)或者为如下所示的LIQ。
Figure BDA0002516863340000151
电子传输层122的材料可以为以下任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000152
电子阻挡层123的材料可以为以下任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000153
空穴阻挡层125的材料可以为以下任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000161
空穴传输层126的材料可以为以下任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000162
空穴注入层127的材料可以为MoO3(三氧化钼)，或者是以下任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000171
在一些实施例中，包括在发光功能层120中的各个层的厚度范围不同。示例的，电子注入层121的厚度范围可以是1～3nm，电子传输层122的厚度范围可以是20～35nm，电子阻挡层123的厚度范围可以是10～80nm，发光层124的厚度范围可以是20～40nm，空穴阻挡层125的厚度范围可以是5～10nm，空穴传输层126的厚度范围可以是1000～1300nm，空穴注入层127的厚度范围可以是5～30nm。其中，如果各个层的厚度在上述厚度范围内变化，那么发出的光的颜色会在同一色系内变化。例如，以发光功能层120发出的光为红光，且电子传输层122的厚度为30nm为例，如果该子传输层122的厚度由30nm变化为25nm，那么发光功能层120发出的光可能会由红色变成浅红色；相应的，如果电子传输层122的厚度由30nm变化为33nm，那么发光功能层120发出的光可能会由红色变成深红色。
在一些实施例中，发光层124至少包括主体(Host)材料和客体(Dopant)材料，其中，主体材料可以为如上所述的TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence，热活化延迟荧光)材料，客体材料可以为以下任一种所示的结构：
Figure BDA0002516863340000172
Figure BDA0002516863340000181
在一些实施例中，当主体材料为TADF材料时，客体材料为PPF材料时，TADF和PPF的掺杂比例可以为80:20～99:1。
在一些实施例中，本发明实施例还提供了一种显示装置200，该显示装置包括上述OLED发光器件。示例的，如图8所示，该显示装置200中可以包括显示面板，该显示面板中具有显示区AA，以及该显示面板中还可以包括阵列分布的多个亚像素SP以及多个像素驱动电路，其中，一个像素驱动电路位于一亚像素SP中。显示装置还可以包含与显示面板邦定的FPC等部件。该显示装置可以是OLED(Organic Light Emitting Diode，有机电致发光)显示装置、QLED(Quantum Dot Light Emitting Diodes)显示装置等自发光的显示装置，也可以是显示器、电视、数码相机、手机、平板电脑等具有任何显示功能的产品或者部件。
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)

1.一种热活化延迟荧光TADF材料，其特征在于，具有D-L-A结构；
其中，D具有式(I)所示的结构：
Figure FDA0002516863330000011
L为芳基；
A具有式(II)所示的结构：
Figure FDA0002516863330000012
Y为单键、烷基、芳基或者杂芳基；
X1，X2和X3各自独立地为C原子或N原子；
R1和R2各自独立地为芳基或者杂芳基；
其中，D与L之间的角度θ1满足关系式50°＜θ1＜80°；
L与A之间的角度θ2满足关系式0°＜θ2＜80°。
2.根据权利要求1所述的TADF材料，其特征在于，所述TADF材料具有化合物1～化合物4任一种所示的结构：
Figure FDA0002516863330000013
Figure FDA0002516863330000021
3.根据权利要求1所述的TADF材料，其特征在于，所述TADF材料中单重态激子与三重态激子之间的能级差小于0.2eV。
4.一种发光层，其特征在于，包括主体材料和客体材料，其中，所述主体材料如权利要求1所述的TADF材料。
5.根据权利要求4所述的发光层，其特征在于，所述主体材料在77[K]下的能隙Eg77K(H)与所述客体材料在77[K]下的能隙Eg77K(D)之差满足：Eg77K(H)-Eg77K(D)≥0.65eV。
6.根据权利要求4所述的发光层，其特征在于，所述客体材料具有式1～式3任一种所示的结构：
Figure FDA0002516863330000022
Figure FDA0002516863330000031
7.一种OLED发光器件，其特征在于，包括：依次设置的第一电极、发光功能层和第二电极，其中，所述发光功能层包括权利要求4所述的发光层。
8.根据权利要求7所述的OLED发光器件，其特征在于，所述发光功能层还包括：电子注入层、电子传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、空穴传输层以及空穴注入层中的至少一层。
9.根据权利要求8所述的OLED发光器件，其特征在于，所述电子注入层的材料为氟化锂LiF、镱Yb或者为式4所示的结构：
Figure FDA0002516863330000032
所述电子传输层的材料为式5～式8任一种所示的结构：
Figure FDA0002516863330000033
Figure FDA0002516863330000041
所述电子阻挡层的材料为式9～式10任一种所示的结构：
Figure FDA0002516863330000042
所述空穴阻挡层的材料为式6～式8任一种所示的结构；
所述空穴传输层的材料为式11～式13任一种所示的结构：
Figure FDA0002516863330000043
Figure FDA0002516863330000051
所述空穴注入层的材料为式14～式15任一种所示的结构：
Figure FDA0002516863330000052
10.一种显示装置，包括如权利要求7～9任一项所述的OLED发光器件。
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