CN113097400B - 一种有机发光二极管结构和显示装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种有机发光二极管结构和显示装置。有机发光二极管结构中的发光层、空穴阻挡层和电子阻挡层满足以下条件：T1(HBL)>T1(Host)；T1(EBL)＞T1(Host)；T1(Dopant)＞T1(Host)；S1(Host)＞S1(Dopant)；其中，T1(HBL)为空穴阻挡层材料的最低三重态能量，T1(Host)为主体材料的最低三重态能量，T1(EBL)为电子阻挡层材料的最低三重态能量，T1(Dopant)为客体材料的最低三重态能量，S1(Host)为主体材料的最低单重态能量，S1(Dopant)为客体材料的最低单重态能量。本公开实施例的技术方案有助于提高显示器件的发光效率和寿命。
Description
技术领域
本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种有机发光二极管结构和显示装置。
背景技术
有机电致发光显示器(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)作为一种新型的显示技术逐渐受到更多的关注。由于其具有主动发光、发光亮度高、分辨率高、宽视角、响应速度快、低能耗以及可柔性化等特点，成为目前市场上炙手可热的主流显示产品。
发明内容
第一方面，本公开实施例提供了一种有机发光二极管结构，包括依次层叠设置的阴极、电子传输层、空穴阻挡层、发光层、电子阻挡层、空穴传输层和阳极，所述发光层包括主体材料和客体材料；
所述主体材料具有结构：
取代基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自：氢原子、氘原子、具有6至60个碳原子的取代或未取代的芳基、具有6至60个碳原子的取代或未取代的杂芳基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的环烷基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷氧基、具有6至50个碳原子的取代或未取代的芳烷基、具有5至50个环原子的取代或未取代的芳氧基、具有5至50个环原子的取代或未取代的芳硫基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷氧基羰基；
取代基Ar1为取代或未取代的芳基；
取代基Ar2选自以下任一项：
其中，L为单键、取代或未取代的芳基；
R为取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基，多个R相同或不同；
a为0～5的整数，b为0～5的整数；
所述发光层、所述空穴阻挡层和所述电子阻挡层满足以下条件：
T1(HBL)>T1(Host)；
T1(EBL)＞T1(Host)；
T1(Dopant)＞T1(Host)；
S1(Host)＞S1(Dopant)；
电子阻挡层和空穴传输层的材料包括芳胺类材料或咔唑材料，空穴传输层的空穴迁移率范围位于10-4～10-6cm2V-1s-1，电子阻挡层的空穴迁移率范围位于10-4～10-7cm2V-1s-1；
其中，所述T1(HBL)为空穴阻挡层材料的最低三重态能量，所述T1(Host)为所述主体材料的最低三重态能量，所述T1(EBL)为电子阻挡层材料的最低三重态能量，T1(Dopant)为所述客体材料的最低三重态能量，所述S1(Host)为所述主体材料的最低单重态能量，所述S1(Dopant)为所述客体材料的最低单重态能量。
可选的，所述空穴阻挡层和所述电子传输层满足以下条件：
0.4eV≤LUMO(HBL)-LUMO(ETL)≤1eV；
其中，所述LUMO(HBL)为所述空穴阻挡层的材料的最低未占分子轨道，所述LUMO(ETL)为所述电子传输层的材料的最低未占分子轨道。
可选的，所述空穴传输层和所述电子阻挡层满足以下条件：
0.3eV≤HOMO(HTL)-HOMO(EBL)≤1eV；
其中，所述HOMO(HTL)为所述空穴传输层的最高占据分子轨道，所述HOMO(EBL)为所述电子阻挡层的最高占据分子轨道。
可选的，空穴阻挡层的电子迁移率范围位于10-7～10-9cm2V-1s-1，电子传输层的电子迁移率范围位于10-5～10-7cm2V-1s-1；
发光层的主体材料的电子迁移率位于10-5～10-8cm2V-1s-1，空穴迁移率位于10-8～10-12cm2V-1s-1。
可选的，取代基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8中，存在相邻的两个取代基键合成环。
可选的，存在相邻的两个R键合成环。
可选的，所述主体材料选自：
可选的，所述电子传输层的材料具有结构：
其中，X1、X2和X3为C或N，且X1、X2和X3中的至少一个为N；
L1为单键、经取代或未经取代的C6至60亚芳基；
Ar3和Ar4为经取代或未经取代的C6至60芳基；或者
Ar3和Ar4为经取代或未经取代的含有O、N、Si和S中的至少一者的C2-60杂芳基；
Ar3和Ar4相同或不同；
取代基A的结构选自以下任一项：
取代基Ar5、Ar6、Ar7各自独立的选自：氢、具有碳原子数为1至20的取代或未取代的烷基、具有碳原子书为3至20的取代或未取代的环烷基、具有碳原子数为1至20的取代或未取代的硅烷基、具有5至30个芳族环原子的芳族或杂芳族环体系；
p为0至4的整数；q为0至4的整数；m为0至4的整数；n为0至4的整数；
Y为C、O、S，N或单键。
可选的，在p、m和n中的至少两个大于0的情况下，取代基(Ar5)p、(Ar6)q、(Ar7)m中存在至少两个取代基相同，或者取代基(Ar5)p、(Ar6)q、(Ar7)m中的任意两个均不相同。
可选的，取代基(Ar5)p、(Ar6)q、(Ar7)m中，存在相邻的两个键合成环。
可选的，所述电子传输层的材料选自：
第二方面，本公开实施例提供了一种显示装置，包括第一方面中任一项所述的有机发光二极管结构。
这样，本公开实施例的提供的一种有机发光二极管结构中的发光层、空穴阻挡层和电子阻挡层满足以下条件：T1(HBL)>T1(Host)；T1(EBL)＞T1(Host)；T1(Dopant)＞T1(Host)；S1(Host)＞S1(Dopant)；其中，所述T1(HBL)为空穴阻挡层材料的最低三重态能量，所述T1(Host)为所述主体材料的最低三重态能量，所述T1(EBL)为电子阻挡层材料的最低三重态能量，T1(Dopant)为所述客体材料的最低三重态能量，所述S1(Host)为所述主体材料的最低单重态能量，所述S1(Dopant)为所述客体材料的最低单重态能量。通过控制发光层、空穴阻挡层和电子阻挡层之间的能级关系，能够减少电子阻挡层界面的载流子积累，此外，还有助于将激子限制在发光层中，防止发光层能量向其他结构扩散，通过对主体材料和客体材料的能级限定，能够使得主体材料中的激子产生三重态-三重态湮灭，并将能量有效的传递至客体材料。这样，本实施例的技术方案有助于提高显示器件的发光效率和寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对本公开实施例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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1是本公开第一实施例提供的有机发光二极管结构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本公开实施例提供了一种有机发光二极管结构。
如图1所示，在一个实施例中，该有机发光二极管结构包括依次层叠设置的阴极101、电子注入层(EIL)102、电子传输层(ETL)103、空穴阻挡层(HBL)104、发光层105、电子阻挡层(EBL)106、空穴传输层(HTL)107、空穴注入层(HIL)108和阳极109，发光层105包括主体材料和客体材料。
本公开的发明人在研究过程中发现，有机发光二极管(OLED)可以分为荧光OLED发光器件和磷光OLED发光器件两种，在工作过程中，当施加电压时，空穴从阳极中注入，电子从阴极中注入。空穴和电子在发光层中复合从而形成激子。根据电子自旋统计理论，单重态激子和三重态激子以25％∶75％的比例被产生。由单重态激子发光的荧光器件中，内量子效率的极限值被认为是25％,如图1，这相当于约5％的外量子效率，导致实际发光效率较低。
发明人经过进一步研究发现，工作过程中，电子的传输速率和空穴的传输速率是不同的，一般来说，电子的传输速率大于空穴的传输速率，这样，激子在发光层中的复合区域更偏向电子阻挡层的，尤其是电子阻挡层和发光层相交的界面。这种现象进而可能导致电子阻挡层的材料上电子的堆积，而电荷可能导致材料劣化，对发光器件的性能造成影响。
被公开实施例中，发光层、空穴阻挡层和电子阻挡层满足以下条件：
T1(HBL)>T1(Host)；
T1(EBL)＞T1(Host)；
T1(Dopant)＞T1(Host)；
S1(Host)＞S1(Dopant)；
其中，T1(HBL)为空穴阻挡层材料的最低三重态能量，T1(Host)为主体材料的最低三重态能量，T1(EBL)为电子阻挡层材料的最低三重态能量，T1(Dopant)为客体材料的最低三重态能量，S1(Host)为主体材料的最低单重态能量，S1(Dopant)为客体材料的最低单重态能量。
本公开实施例中，通过控制空穴阻挡层和电子阻挡层的能级，能够减小电子阻挡层和发光层的界面处的载流子积累，有助于降激子更有效的限制在发光层中，防止发光层的能量向其他结构和膜层扩散，从而有助于提高使用寿命。
通过对主体材料和客体材料的能级限定，能够使得主体材料中的激子产生三重态-三重态湮灭(Triple-Triple Annihilation，缩写为TTA)，TTA指的是通过两个三重态激子的碰撞和融合来产生单重态激子的现象，能够产生更多的单重态激子，将能量有效的传递至客体材料，有助于提高发光效率。
在其中一些实施例中，空穴阻挡层和电子传输层满足以下条件：
0.4eV≤LUMO(HBL)-LUMO(ETL)≤1eV；本实施例中，LUMO代表最低未占分子轨道，LUMO(HBL)为空穴阻挡层的材料的最低未占分子轨道，LUMO(ETL)为电子传输层的材料的最低未占分子轨道，这样，本实施例通过增加空穴阻挡层与电子传输层之间的能级势垒，能够减缓电子的传输速率，降低由于电子传输速率大于空穴传输速率导致激子复合区域偏向电子阻挡层一侧的可能性。
在其中一些实施例中，空穴传输层和电子阻挡层满足以下条件：
0.3eV≤HOMO(HTL)-HOMO(EBL)≤1eV；本实施例中，HOMO代表最高占据分子轨道，HOMO(HTL)为空穴传输层的最高占据分子轨道，HOMO(EBL)为电子阻挡层的最高占据分子轨道。这样，本实施例能够降低由于能级势垒造成的空穴传输慢的现象，有助于提高空穴传输速度，从而降低由于空穴传输速率小于电子传输速率导致激子复合区域偏向电子阻挡层一侧的可能性。
在其中一些实施例中，主体材料具有结构：
通式(1)
在其中一些实施例中，取代基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自：氢原子H、氘原子D、具有6至60个碳原子的取代或未取代的芳基、具有6至60个碳原子的取代或未取代的杂芳基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的环烷基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷氧基、具有6至50个碳原子的取代或未取代的芳烷基、具有5至50个环原子的取代或未取代的芳氧基、具有5至50个环原子的取代或未取代的芳硫基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷氧基羰基。
本实施例中，取代基R1至R8中的任意两个可以相同，也可以不相同。
在其中一些实施例中，取代基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8中，存在相邻的两个取代基键合成环。
在其中一些实施例中，取代基Ar1为取代或未取代的芳基；
取代基Ar2选自以下取代基Ar-1至Ar-7中的任一项：
其中，L为单键、取代或未取代的芳基；R为取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基；a为0～5的整数，b为0～5的整数。
本实施例中，主体材料的通式代表蒽类化合物，其最高占据分子轨道/最低未占分子轨道的电子云集中在蒽核上，能够使得电子和空穴相对稳定。进一步的，通过在蒽核上引入含氧O、硫S的基团，例如二苯并呋喃等集团，能够一定程度上减低器件的电压，通式，通过引入含氧O、硫S的基团，能够使得分子呈现一定的极性，有助于提高主体材料和电子阻挡层之间的相互作用，有助于优化发光层和电子阻挡层相邻的界面的能级。
在其中一些实施例中，主体材料选自以下Host-1至Host-6中的任一项：
在其中一些实施例中，电子传输层的材料具有结构：
通式(3)
其中，X1、X2和X3为C或N，且X1、X2和X3中的至少一个为氮N。
在其中一些实施例中，L1为单键、经取代或未经取代的C6至60亚芳基；
Ar3和Ar4为经取代或未经取代的C6至60芳基；或者
Ar3和Ar4为经取代或未经取代的含有氧O、氮N、硅Si和硫S中的至少一者的C2-60杂芳基；
Ar3和Ar4相同或不同。
在其中一些实施例中，取代基A的结构选自以下A-1至A-3中的任一项：
在本实施例中，取代基Ar5、Ar6、Ar7各自独立的选自：氢H、具有碳原子数为1至20的取代或未取代的烷基、具有碳原子书为3至20的取代或未取代的环烷基、具有碳原子数为1至20的取代或未取代的硅烷基、具有5至30个芳族环原子的芳族或杂芳族环体系。其中，p为0至4的整数；q为0至4的整数；m为0至4的整数；n为0至4的整数；Y为碳C、氧O、硫S，氮N或单键。
在其中一些实施例中，在p、m和n中的至少两个大于0的情况下，取代基(Ar5)p、(Ar6)q、(Ar7)m中存在至少两个取代基相同，或者取代基(Ar5)p、(Ar6)q、(Ar7)m中的任意两个均不相同。
在其中一些实施例中，取代基(Ar5)p、(Ar6)q、(Ar7)m中，存在相邻的两个键合成环。
本实施例的电子传输层的材料中，含氮的吖嗪为很强的吸电子基团，具有这样取代基的电子传输层的材料具有较深的HOMO/LUMO能级，有助于电荷的传输。
螺环结构为具有较高T1能级的片段，可将激子有效的限制在发光层较高的T1，更为具体的，主要由片段的T1决定；此外、螺环为较好的空间构型、较大的空间位阻基团，在一定程度上可以抑制材料的结晶。
在其中一些实施例中，电子传输层的材料选自以下ETL-1至ETL-11中的任一项：
本实施例中，空穴阻挡层的迁移率小于电子传输层的迁移率，以减缓电子传输速度。
在其中一些实施例中，控制空穴阻挡层的电子迁移率范围在10-7～10-9cm2V-1s-1，控制电子传输层的电子迁移率范围在10-5～10-7cm2V-1s-1，这样，能够一定程度上抑制电子的传输效率。空穴传输层的空穴迁移率范围在10-4～10-6cm2V-1s-1，电子阻挡层的空穴迁移率范围在10-4～10-7cm2V-1s-1，从而提高空穴传输效率。发光层的主体材料的电子迁移率控制在10-5～10-8cm2V-1s-1，空穴迁移率控制在10-8～10-12cm2V-1s-1，从而有助于提高空穴电子传输速度并抑制电子传输速度。
本公开实施例提供了一种显示装置，包括以上任一项的有机发光二极管结构。
由于本实施例的显示装置包括了上述有机发光二极管结构实施例的全部技术方案，因此至少能够实现上述全部技术效果，此处不再赘述。
下面，参考具体实施例对本公开作进一步的示例性说明。
如图1所示，在一个实施例中，有机发光二级管有结构包括依次层叠设置的阴极101、电子注入层(EIL)102、电子传输层(ETL)103、空穴阻挡层(HBL)104、发光层105、电子阻挡层(EBL)106、空穴传输层(HTL)107、空穴注入层(HIL)108和阳极109，发光层105包括主体材料和客体材料。
本公开实施例中，电子注入层的材料可以选择金属或碱金属，例如氟化锂LiF、镱Yb、LIQ(C9H6NOLi，8-羟基喹啉-锂)等材料。
相关技术中的电子传输层的材料通常为芳族杂环化合物，TPBi，Bphen等材料，本实施例中具体以上述通式(2)的材料。
空穴阻挡层的材料通常为芳族杂环化合物，如BCP、Bphen等材料。
本实施例中发光层的主体材料选择上述通式(1)的材料，客体材料可以选择Dpvbi、DPAVB、DSA-Ph等材料。
电子阻挡层的材料可以选择空穴传输特性的芳胺类或者咔唑材料，如mCBP、Tris-PCz等材料。
空穴传输层的材料可以选择具有空穴传输特性的芳胺类或者咔唑材料，如NPB、m-MTDATA、TPD等材料。
空穴注入层的材料可以为无机氧化物，如三氧化钼MoO3，F4-TCNQ、HAT-CN等材料。
本公开实施例和对比例中，空穴注入层的P形掺杂材料选择：
本公开实施例和对比例中，空穴注入层材料选择：
本公开实施例和对比例中，电子阻挡层的材料选择：
对比例中的电子传输层材料可以选择对比ETL：
本公开实施例和对比例中，空穴阻挡层的材料选择：
对比例的主体材料可以选择对比Host：
本公开实施例和对比例中，客体材料选择：
本公开示例性的提供多个对比例和实施例。
在对比例1中，电子传输层材料选择对比ETL，主体材料选择对比Host。
在对比例2中，电子传输层材料选择上述ETL-2，主体材料选择对比Host。
在对比例3中，电子传输层材料选择上述ETL-3，主体材料选择对比Host。
在对比例4中，电子传输层材料选择对比ETL，主体材料选择上述Host-1。
在对比例5中，电子传输层材料选择对比ETL，主体材料选择上述Host-4。
在实施例1中，电子传输层材料选择上述ETL-2，主体材料选择上述Host-1。
在实施例2中，电子传输层材料选择上述ETL-2，主体材料选择上述Host-4。
在实施例3中，电子传输层材料选择上述ETL-3，主体材料选择上述Host-1。
在实施例4中，电子传输层材料选择上述ETL-3，主体材料选择上述Host-4。
本实施例中所使用的电子传输层的材料物性如表1所示，所使用的发光层的主体材料的物性如表2所示。对对比例1至5以及实施例1至4的有机发光二极管结构进行电压、发光效率和寿命测试，其中，寿命测试按照LT95@1000nit进行，测试结果见表3。
表1：电子传输层材料物性
| ETL | HOMO(eV) | LUMO(eV) | T1(eV) |
| ETL-2 | -6.50 | -3.4 | 2.52 |
| ETL-3 | -6.4 | -2.51 | 2.58 |
表2：主体材料物性
| Host | HOMO | LUMO | T1 |
| Host-1 | -6.00 | -3.01 | 1.77 |
| Host-4 | -6.01 | -2.98 | 1.71 |
表3：对比例和实施例的OLED结构测试结果
由上表可知，通过对电子传输层的材料和发光层的主体材料进行改进，使得发光器件的发光效率提高，使用寿命增加。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种有机发光二极管结构，包括依次层叠设置的阴极、电子传输层、空穴阻挡层、发光层、电子阻挡层、空穴传输层和阳极，所述发光层包括主体材料和客体材料；
所述主体材料具有结构：
取代基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自：氢原子、氘原子、具有6至60个碳原子的取代或未取代的芳基、具有6至60个碳原子的取代或未取代的杂芳基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的环烷基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷氧基、具有6至50个碳原子的取代或未取代的芳烷基、具有5至50个环原子的取代或未取代的芳氧基、具有5至50个环原子的取代或未取代的芳硫基、具有1至50个碳原子的取代或未取代的烷氧基羰基；
取代基Ar1为取代或未取代的芳基；
取代基Ar2选自以下任一项：
其中，L为单键、取代或未取代的芳基；
R为取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基，多个R相同或不同；
a为0～5的整数，b为0～5的整数；
所述发光层、所述空穴阻挡层和所述电子阻挡层满足以下条件：
T1(HBL)>T1(Host)；
T1(EBL)＞T1(Host)；
T1(Dopant)＞T1(Host)；
S1(Host)＞S1(Dopant)；
电子阻挡层和空穴传输层的材料包括芳胺类材料或咔唑材料，空穴传输层的空穴迁移率范围位于10-4～10-6cm2V-1s-1，电子阻挡层的空穴迁移率范围位于10-4～10-7cm2V-1s-1；
其中，所述T1(HBL)为空穴阻挡层材料的最低三重态能量，所述T1(Host)为所述主体材料的最低三重态能量，所述T1(EBL)为电子阻挡层材料的最低三重态能量，T1(Dopant)为所述客体材料的最低三重态能量，所述S1(Host)为所述主体材料的最低单重态能量，所述S1(Dopant)为所述客体材料的最低单重态能量；
所述主体材料选自：
所述电子传输层的材料选自：
2.根据权利要求1所述的有机发光二极管结构，其中，所述空穴阻挡层和所述电子传输层满足以下条件：
0.4eV≤LUMO(HBL)-LUMO(ETL)≤1eV；
其中，所述LUMO(HBL)为所述空穴阻挡层的材料的最低未占分子轨道，所述LUMO(ETL)为所述电子传输层的材料的最低未占分子轨道。
3.根据权利要求1所述的有机发光二极管结构，其中，所述空穴传输层和所述电子阻挡层满足以下条件：
0.3eV≤HOMO(HTL)-HOMO(EBL)≤1eV；
其中，所述HOMO(HTL)为所述空穴传输层的最高占据分子轨道，所述HOMO(EBL)为所述电子阻挡层的最高占据分子轨道。
4.根据权利要求1所述的有机发光二极管结构，其中，空穴阻挡层的电子迁移率范围位于10-7～10-9cm 2V-1s-1，电子传输层的电子迁移率范围位于10-5～10-7cm 2V-1s-1；
发光层的主体材料的电子迁移率位于10-5～10-8cm 2V-1s-1，空穴迁移率位于10-8～10- 12cm 2V-1s-1。
5.一种显示装置，包括权利要求1至4中任一项所述的有机发光二极管结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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