CN113193129A - 发光器件和显示面板 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种发光器件和显示面板，所述发光器件包括依次层叠设置的N型基板、阴极、载流子产生层、发光层以及阳极，其中，载流子产生层用于向发光层注入电子，其包括N型有机半导体材料以及掺杂在N型有机半导体材料中的无机材料。将无机材料掺杂在N型有机半导体材料中可以提高电子在载流子产生层中的传输速率，使到达发光层的电子浓度提高，更多地与注入发光层的空穴复合发光，提高发光效率。而且，可以选择功函数合适的无机材料，降低从阴极注入电子的势垒，降低驱动电压。此外，N型基板和阴极直接导通，使得本申请可以在N型基板内使用载流子迁移速率更优的N型TFT，将其应用于OLED显示面板的像素电路中时，能够增加驱动电路设计的选择。

Description

发光器件和显示面板
技术领域
本申请涉及显示技术领域，特别是涉及一种发光器件和显示面板。
背景技术
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)具有自发光、驱动电压低、发光效率高、响应时间短、使用温度范围宽、以及可实现柔性显示等诸多优点，被业界公认为是最有发展潜力的显示装置。其中控制OLED器件的薄膜晶体管(Thin filmtransistor，TFT)通常制作于器件阳极一侧，这就要求TFT必须是P型。而N型TFT中电子的迁移率明显大于P型TFT中空穴的迁移率，若采用倒装结构的OLED器件，则能够使用载流子迁移速率更优的N型TFT。但是现有技术中倒装结构的OLED器件为正装结构中各功能层的直接倒置，其发光效率低，且驱动电压高。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种发光器件和显示面板，能够提高发光效率，降低驱动电压。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种发光器件，包括：依次层叠设置的N型基板、阴极、载流子产生层、发光层以及阳极；其中，所述载流子产生层用于向所述发光层注入电子，且所述载流子产生层包括N型有机半导体材料以及掺杂在所述N型有机半导体材料中的无机材料。
其中，所述无机材料在所述N型有机半导体材料中掺杂的质量分数为1％-10％。
其中，所述无机材料的功函数对应能级位于所述N型有机半导体材料的最低未占据分子轨道LOMO的能级与所述阴极包含的导电材料的功函数对应能级之间。
其中，所述无机材料包括Li、Yb、Cs、Ca、Mg、Cs2CO3、Re2CO3、CsN3、LiH、LiNH2中至少一种。
其中，所述阴极为反射电极，所述发光层的载流子复合中心到所述阴极的光学厚度为nλ/2，λ为所述发光层所产生光线的中心波长，n为正整数。
其中，所述阳极为透明电极，所述发光层的载流子复合中心到所述阳极的光学厚度为(2n-1)λ/4，λ为所述发光层所产生的光线的中心波长，n为正整数。
其中，所述发光器件还包括：空穴注入层和空穴传输层，位于所述阳极和所述发光层之间，所述空穴传输层相对所述空穴注入层更靠近所述发光层，其中，所述空穴注入层包括第一P型有机半导体材料，所述空穴传输层包括第二P型有机半导体材料，所述第一P型有机半导体材料的最高占据分子轨道HOMO的能级位于所述第二P型有机半导体材料的最高占据分子轨道HOMO的能级与所述阳极包含的导电材料的功函数对应能级之间。
其中，空穴在所述空穴注入层和所述空穴传输层的传输速率低于电子在所述载流子产生层的传输速率，且所述载流子产生层的厚度大于所述空穴注入层和所述空穴传输层的厚度之和。
其中，所述发光器件还包括：电子阻挡层和空穴阻挡层，其中，所述电子阻挡层位于所述空穴传输层和所述发光层之间，所述空穴阻挡层位于所述载流子产生层和所述发光层之间。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种显示面板，包括上述技术方案所述的发光器件。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供的发光器件包括依次层叠设置的N型基板、阴极、载流子产生层、发光层以及阳极，其中，载流子产生层用于向发光层注入电子，其包括N型有机半导体材料以及掺杂在N型有机半导体材料中的无机材料。电子在N型有机半导体材料中的传输速率较小，而在无机材料中的传输速率较大，将无机材料掺杂在N型有机半导体材料中则可以提高电子在载流子产生层中的传输速率，使到达发光层的电子浓度提高，能够更多地与通过阳极注入发光层的空穴复合发光，从而提高发光效率。而且，可以选择功函数合适的无机材料，降低从阴极注入电子的势垒，从而降低驱动电压。此外，N型基板和阴极直接导通，使得本申请可以在N型基板内使用载流子迁移速率更优的N型TFT，将其应用于OLED显示面板的像素电路中时，能够增加驱动电路设计的选择。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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申请的一些实施方式，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。其中：
图1为本申请发光器件一实施方式的结构示意图；
图2为本申请发光器件一实施方式的能级图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请发光器件一实施方式的结构示意图，该发光器件包括依次层叠设置的N型基板11、阴极12、载流子产生层13、发光层14以及阳极15。
其中，载流子产生层13(N-CGL，Charge Generation Layler)用于向发光层14(EML，Emission Layer)注入空穴，包括N型有机半导体材料以及掺杂在N型有机半导体材料中的无机材料。
将无机材料掺杂在N型有机半导体材料中可以提高电子在载流子产生层中的传输速率，使到达发光层的电子浓度提高，更多地与注入发光层的空穴复合发光，提高发光效率。而且，可以选择功函数合适的无机材料，降低从阴极注入电子的势垒，降低驱动电压。此外，本实施方式能够使用N型基板，从而使得本申请可以在N型基板内使用载流子迁移速率更优的N型TFT，将其应用于OLED显示面板的像素电路中时，能够增加驱动电路设计的选择。
具体地，N型有机半导体材料具有吸电子特性，且其最低未占据分子轨道LOMO的能级与阴极12包含的导电材料的功函数对应能级之间的差异较大，使电子需要克服较大的势垒才能由阴极12跃迁进入载流子产生层13。本实施方式选择合适的无机材料掺杂在N型有机半导体材料中，使无机材料的功函数对应能级位于该LOMO能级与阴极导电材料的功函数对应能级之间，具体可参阅图2，图2为本申请发光器件一实施方式的能级图，其中，LUMO-N、EFN、HOMO-N分别表示载流子产生层13中的N型有机半导体材料的LUMO能级、费米能级、HOMO能级，EV表示真空能级，φ无机和φ阴极分别表示载流子产生层13中的无机材料和阴极12的导电材料的功函数，E无机和E阴极则分别表示各自的功函数对应的能级，图2中用虚线框表示载流子产生层13。可见，本实施方式在N型有机半导体材料中掺杂无机材料形成载流子产生层13，能够降低从阴极12注入电子的势垒，使载流子产生层13具有向发光层14注入电子的功能，且能够降低发光器件的驱动电压。
优选地，无机材料在N型有机半导体材料中掺杂的质量分数为1％-10％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。其中，无机材料包括锂Li、镱Yb、铯Cs、钙Ca、镁Mg、碳酸铯Cs2CO3、碳酸铼Re2CO3、氮化铯CsN3、氢化锂LiH、氮基锂LiNH2中至少一种，N型有机半导体材料包括4,7-二苯基-1,10-菲啰啉Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)、8-羟基喹啉铝Alq3(tris(8-hydroxyquinolinate)aluminium)、4,6-双(3,5-二(4-吡啶)基苯基)-2-甲基嘧啶B4PyMPM(bis-4,6-(3,5-di-4-pyridylphenyl)-2-methylpyrimidine)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯TPBI(2’,2’-(1,3,5-phenylene)-tris(1-phenyl-1H-benzimidazole))、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)、3,3'-[5'-[3-(3-吡啶基)苯基][1,1':3',1”-三联苯]-3,3”-二基]二吡啶TmPyPB(1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene)中至少一种。
而且，电子在N型有机半导体材料中的传输速率较小，而在无机材料中的传输速率较大，本实施方式将无机材料掺杂在N型有机半导体材料中则可以提高电子在载流子产生层13中的传输速率，使到达发光层的电子浓度提高，能够更多地与通过阳极15注入发光层14的空穴复合发光，从而提高发光效率。
此外，N型基板11和阴极12直接导通，使得本申请可以在N型基板与外部驱动电路的阴极导通，从而能够使用载流子迁移速率更优的N型TFT，将其应用于OLED显示面板的像素电路中时，能够增加驱动电路设计的选择。
进一步地，请继续参阅图1，阴极12为反射电极，阳极15为透明电极。也就是说，阴极12对发光层14所产生光线的反射率较高，阳极15对发光层14所产生光线的透射率较高，阳极15一侧为发光器件的出光方向，发光层14所产生的光线向下出射至阴极12时，阴极12将光线向上反射至阳极15一侧出光，如图1中箭头X所示。
其中，发光层14的载流子复合中心到阴极12的光学厚度d1为nλ/2，发光层14的载流子复合中心到阳极15的光学厚度d2为(2n-1)λ/4，λ为发光层14所产生的光线的中心波长，n为正整数。如此设置可使发光器件的内部结构满足光学上的微腔腔长，提高发光层14产生的光线出射的比例，从而提高外量子效率，提高发光效率。
进一步地，请继续参阅图1，发光器件进一步包括空穴注入层16(HIL，HoleInjection Layer)和空穴传输层17(HTL，Hole Transport Layer)，位于阳极15和发光层14之间，空穴传输层17相对空穴注入层16更靠近发光层14。其中，空穴注入层16包括第一P型有机半导体材料，空穴传输层17包括第二P型有机半导体材料，第一P型有机半导体材料的最高占据分子轨道HOMO的能级位于第二P型有机半导体材料的最高占据分子轨道HOMO的能级与阳极15包含的导电材料的功函数对应能级之间。也就是说，阳极15包含的导电材料的功函数对应能级、空穴注入层16的HOMO能级、空穴传输层17的HOMO能级逐渐缓慢变化，逐渐降低空穴从阳极15向发光层14跃迁要克服的势垒，使空穴能够传输至发光层14，与由阴极12经载流子产生层13注入的电子复合发光。其原理与图2所示类似，此处不再作图示意。
本实施方式利用空穴注入层16和空穴传输层17向发光层注入空穴，使载流子浓度提高、迁移速率加快，从而能够提高发光效率、降低驱动电压。
优选地，空穴在空穴注入层16和空穴传输层17的传输速率低于电子在载流子产生层13的传输速率，且载流子产生层13的厚度大于空穴注入层16和空穴传输层17的厚度之和。本申请提供的发光器件实质为倒置的OLED发光器件，可以利用N型TFT增加驱动电路设计的选择。但是为了满足上述光学微腔效应，需要将载流子产生层13加厚，将空穴注入层16和空穴传输层17减薄，而在有机半导体材料中，空穴的传输速率一般高于电子的传输速率，将空穴注入层16和空穴传输层17减薄之后，到达发光层14的空穴浓度将会增加，与电子浓度不平衡。本实施方式则选择合适的无机材料掺杂至N型有机半导体材料中形成载流子产生层13，用来调节电子在载流子产生层13中的传输速率，使其高于空穴在空穴注入层16和空穴传输层17的传输速率，则在载流子产生层13的厚度大于空穴注入层16和空穴传输层17的厚度之和的情况下，仍然可以使到达发光层14的电子浓度和空穴浓度相平衡，提高发光效率。
而且，在载流子产生层13的厚度大于空穴注入层16和空穴传输层17的厚度之和的情况下，可以进一步使发光层14的载流子复合中心到阴极12的光学厚度d1为nλ/2，发光层14的载流子复合中心到阳极15的光学厚度d2为(2n-1)λ/4，λ为发光层14所产生的光线的中心波长，n为正整数，从而提高发光层14产生的光线出射的比例，进一步提高发光效率。
在一些实施方式中，请继续参阅图1和图2，发光器件进一步包括电子阻挡层181和空穴阻挡层182，其中，电子阻挡层181位于空穴传输层171和发光层14之间，空穴阻挡层182位于载流子产生层13和发光层14之间。
当电子和空穴迁移到发光层14中时，由于外部驱动电路形成的外加电场E的存在，空穴可以继续向阴极12的方向迁移，电子可以继续向阳极15的方向迁移，导致发光层14中电子和空穴的浓度下降，发光效率降低。本实施方式通过在发光层14和空穴传输层17之间设置电子阻挡层181，可以形成电子继续向阴极12方向迁移的势垒，通过在发光层14和载流子产生层13之间设置空穴阻挡层182，可以形成空穴可以继续向阳极15方向迁移的势垒，阻止电子和空穴的进一步迁移，从而提高载流子浓度，提高发光效率。
下面简单说明制备上述发光器件一实施方式的过程。首先，在包括不同发光颜色像素区域的N型TFT基板上形成阴极12(反射电极)，然后在阴极12上沉积载流子产生层13，然后按照应用需要依次沉积各功能层(例如空穴阻挡层182、发光层14、电子阻挡层181、空穴传输层17、空穴注入层16)，最后在空穴注入层16上形成阳极15(透明电极)，形成本申请提供的发光器件。该发光器件对应OLED显示面板中的一个发光像素，例如红光像素、绿光像素、蓝光像素等，因此需要根据发光像素所需要发光的颜色设计发光层14。
本申请提供的发光器件中，流入发光层的载流子浓度较为平衡，内部结构满足光学上的微腔结构，且充分利用N型TFT基板电子迁移率高的特点，降低TFT基板的功耗损失，因此，本申请能够提高发光器件的发光效率，降低驱动电压。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种显示面板，包括上述实施方式所述的发光器件，如上所述，本申请发光器件对应显示面板中的一个发光像素，因此本申请显示面板包括多个上述发光器件，按照像素排布规则排布形成。这些发光器件发光效率高，驱动电压低，能够提高显示面板的各项性能。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种发光器件，其特征在于，包括：
依次层叠设置的N型基板、阴极、载流子产生层、发光层以及阳极；
其中，所述载流子产生层用于向所述发光层注入电子，且所述载流子产生层包括N型有机半导体材料以及掺杂在所述N型有机半导体材料中的无机材料。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述无机材料在所述N型有机半导体材料中掺杂的质量分数为1％-10％。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其特征在于，所述无机材料的功函数对应能级位于所述N型有机半导体材料的最低未占据分子轨道LOMO的能级与所述阴极包含的导电材料的功函数对应能级之间。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其特征在于，所述无机材料包括Li、Yb、Cs、Ca、Mg、Cs2CO3、Re2CO3、CsN3、LiH、LiNH2中至少一种。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，
所述阴极为反射电极，所述发光层的载流子复合中心到所述阴极的光学厚度为nλ/2，λ为所述发光层所产生光线的中心波长，n为正整数。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其特征在于，
所述阳极为透明电极，所述发光层的载流子复合中心到所述阳极的光学厚度为(2n-1)λ/4，λ为所述发光层所产生的光线的中心波长，n为正整数。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，还包括：
空穴注入层和空穴传输层，位于所述阳极和所述发光层之间，所述空穴传输层相对所述空穴注入层更靠近所述发光层，其中，所述空穴注入层包括第一P型有机半导体材料，所述空穴传输层包括第二P型有机半导体材料，所述第一P型有机半导体材料的最高占据分子轨道HOMO的能级位于所述第二P型有机半导体材料的最高占据分子轨道HOMO的能级与所述阳极包含的导电材料的功函数对应能级之间。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其特征在于，空穴在所述空穴注入层和所述空穴传输层的传输速率低于电子在所述载流子产生层的传输速率，且所述载流子产生层的厚度大于所述空穴注入层和所述空穴传输层的厚度之和。
9.根据权利要求7所述的发光器件，其特征在于，还包括：
电子阻挡层和空穴阻挡层，其中，所述电子阻挡层位于所述空穴传输层和所述发光层之间，所述空穴阻挡层位于所述载流子产生层和所述发光层之间。
10.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的发光器件。
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