CN113527348B - 化合物、发光层、有机化合物层及发光器件 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及有机发光技术领域，具体而言，涉及一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件，该化合物的结构为，在化合物的共轭平面内，跃迁偶极矩的延伸方向为长轴方向，垂直于所述跃迁偶极矩的方向为短轴方向，所述化合物基于所述共轭平面形成投影面，所述投影面在所述长轴方向上的长度为L,所述投影面在所述短轴方向上的长度为S，所述L与所述S的比值大于1.5。本发明提供了一种通过在共轭平面上，化合物的结构在跃迁偶极矩的方向上的长度相较于其在垂直于跃迁偶极矩的方向上的长度越长，分子越倾向水平蒸镀在基底表面上，提高光耦合效率和光照强度，从而保证发光器件的发光性能。
Description
技术领域
本申请总体来说涉及有机发光技术领域，具体而言，涉及一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件。
背景技术
有机电致发光器件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，作为新一代显示技术逐渐受到人们的广泛关注。有机电致发光器件一般包括依次层叠设置的阳极、空穴传输层、作为能量转化层的电致发光层、电子传输层和阴极。当阴阳两极施加电压时，两电极产生电场，在电场的作用下，阴极侧的电子向电致发光层移动，阳极侧的空穴也向发光层移动，电子和空穴在电致发光层结合形成激子，激子通过Forster能量转移和Dexter能量转移形式，将能量传递给荧光类客体材料并发光。近年来，为了满足用户的需求，提高有机电致发光器件的发光性能变得尤为重要。
发明内容
为了提高现有技术中有机电致发光器件的发光性能，本申请提供一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件。
为实现上述发明目的，本申请采用如下技术方案：
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种化合物，在所述化合物的共轭平面内，跃迁偶极矩的延伸方向为长轴方向，垂直于所述跃迁偶极矩的方向为短轴方向，所述化合物基于所述共轭平面形成投影面，所述投影面在所述长轴方向上的长度为L,所述投影面在所述短轴方向上的长度为S，所述L与所述S的比值大于1.5。
根据本申请的一实施方式，其中所述L与所述S的比值大于1.8。
根据本申请的一实施方式，其中所述化合物的分子量应小于1000g/mol。
根据本申请的一实施方式，其中所述化合物的结构为：
其中，A为独立的芳基环或杂芳基环，B为独立的芳基环或杂芳基环。
根据本申请的一实施方式，其中所述A和/或所述B中的-H至少一个被取代。
根据本申请的一实施方式，其中所述化合物的结构为：
其中，L1、L2、L3、R1和R2均为烷基、芳基或杂芳基。
根据本申请的一实施方式，其中所述L1、所述L2、所述L3、所述R1和所述R2均为可取代的烷基、芳基或杂芳基。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种发光层，包括蓝色荧光发光层，所述蓝色荧光发光层包括上述所述的化合物。
根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种有机化合物层，包括上述所述的发光层。
根据本申请实施例的第四个方面，提供了一种包括第一电极、第二电极和上述所述的有机化合物层，所述有机化合物层位于所述第一电极和所述第二电极之间。
由上述技术方案可知，本申请提供的一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件的优点和积极效果在于：
本申请提供了一种化合物，在所述化合物的共轭平面内，跃迁偶极矩的延伸方向为长轴方向，垂直于所述跃迁偶极矩的方向为短轴方向，所述化合物基于所述共轭平面形成投影面，所述投影面在所述长轴方向上的长度为L,所述投影面在所述短轴方向上的长度为S，所述L与所述S的比值大于1.5。综上所述，在共轭平面上，化合物的结构在跃迁偶极矩的方向上的长度相较于其在垂直于跃迁偶极矩的方向上的长度越长，分子越倾向水平蒸镀在基底表面上，提高光耦合效率和光照强度，从而保证发光器件的发光性能。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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是根据一示例性实施方式示出的一种化合物的分子结构示意图。
图2是根据一示例性实施方式示出的一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件的蒸镀分子跃迁偶极矩水平方向的结构示意图。
图3是根据一示例性实施方式示出的一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件的蒸镀分子跃迁偶极矩竖直方向的结构示意图。
图4是根据一示例性实施方式示出的一种发光器件的分子结构示意图。
图5是根据一示例性实施方式示出的一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件的图。
图6是根据一示例性实施方式示出的一种发光器件的分子结构示意图。
图7是根据一示例性实施方式示出的一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件的BD-01的性能图。
图8是根据一示例性实施方式示出的一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件的BD-02的性能图。
图9是根据一示例性实施方式示出的一种化合物、发光层、有机化合物层及发光器件的BD-03的性能图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
而且，术语“包括”、“包含”和“具有”以及他们的任何变形或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
需要说明的是，本公开实施例所提供的化合物为蓝色荧光分子结构组成的化合物，并且各附图中的TDM方向即为跃迁偶极矩的方向。
参照图1-图8，本公开实施例提供了一种化合物，在所述化合物的共轭平面内，跃迁偶极矩的延伸方向为长轴方向，垂直于所述跃迁偶极矩的方向为短轴方向，所述化合物基于所述共轭平面形成投影面，所述投影面在所述长轴方向上的长度为L,所述投影面在所述短轴方向上的长度为S，所述L与所述S的比值大于1.5。
具体地，所述化合物的共轭平面为组成化合物的多个原子中，根据多个原子的不同位置，由原子构成的平面就会形成有多个，在各个平面中，原子数量最多的平面则为化合物的共轭平面。在共轭平面中，化合物跃迁偶极矩的延伸方向即为长轴方向，而在共轭平面中垂直于跃迁偶极矩的方向则为短轴方向。随着L的长度与S的长度的比值的增加，则说明在跃迁偶极矩的方向上的原子相对距离越长，随着化合物的原子在跃迁偶极矩的方向上相对长度的增加，分子越倾向于水平方向蒸镀在基底平面上，所以化合物的取向也会随之增加。由于化合物在使用过程中，化合物的发光是各项异性的，即物理性质与取向密切相关，不同取向的测量结果迥异，因此提高化合物的分子取向就可以改善发光性能。
可选地，所述投影面在所述长轴方向的两端沿所述短轴方向延伸形成两个沿短轴方向延伸的两个短边直线。所述投影面在所述短轴方向的两端沿所述长轴方向延伸形成两个沿长轴方向延伸的两个长边直线。通过两个短边直线和两个长边直线在所述共轭平面上合围成矩形形状，其中矩形形状沿跃迁偶极矩的方向延伸的边也就是矩形的长边为，且长边的长度即为L；矩形形状沿垂直于跃迁偶极矩的方向延伸的边也就是矩形的短边，即短边的长度即为S。因此，为了方便圈定围成矩形的两个短边直线的位置以及两个长边直线的位置，所述化合物的原子在所述矩形内的各个边上均至少有一个原子，通过与原子的外边缘相切的且沿跃迁偶极矩或垂直于跃迁偶极矩的方向延伸的直线从而判定矩形的边缘，进而边缘确定L和S的数值。
参照图2和图3，图2中展示了蒸镀分子完全水平状态下，分子跃迁偶极矩的方向，图3中展示了蒸镀分子完全竖直状态下，分子跃迁偶极矩的方向。由于发光方向是垂直于跃迁偶极矩的方向，所以在分子完全水平状态下，发光方向就可以为垂直于基板的方向，进而提高发光效果，减少光损耗。相反的，在蒸镀分子处于竖直状态下，分子跃迁偶极矩的方向越倾向于与基底的表面平行的方向，导致光耦合效率下降，不利于器件的发光性能。
参照图1-图8，进一步地，所述L与所述S的比值大于1.8。进一步优化选择L与S的相对距离增加，通过控制分子的取向状态，可以提高光提取效率，进而使得发光器件的发光性能得到提升。
在实际使用过程中，发光器件的外量子效率可以用以下公式来进行表示：
ηext＝γηrqeffηout≡ηintηout
其中，γ为载流子的平衡因子；ηr为辐射激子的几率，荧光分子最高为25％；qeff辐射跃迁效率,与材料本身的结构相关；ηout为光耦合输出效率,与分子的取向相关；因此，通过改变分子的取向就可以有效的提升发光器件的外量子效率，提高发光器件的发光效果。
但是化合物的发光是各项异性的，其物理性质与取向密切相对，不同取向的测量结果迥异，同时发光强度具有角度依存性，发光方向朝向垂直于化合物的跃迁偶极矩的方向，因此，跃迁偶极矩的取向影响发光的角度，进而影响到发光器件的发光效果。并且，在对分子取向进行评价时，不易直接观察到实际的发光元件内的发光层的分子尤其是化合物的跃迁偶极矩是如何取向的，可以采用角度依赖光致发光来进行测试化合物的取向，同时根据分析来指导分子的结构设计。
其中通过分子轨道计算其结构被最优化的分子结构进行上述方法来决定所获得的参数值，在分子轨道计算中，使用量子化学计算程序，利用密度泛函法在B3LYP/6-31G(d,p)计算水平下，计算出单重基态下的最稳定结构，同时利用含时密度泛函方法确定跃迁偶极矩的方向。
进一步地，在化合物的分子有着较高的分子取向，所以L的长度相较于S的长度越长，分子越倾向于水平蒸镀在基底平面上，发光效率就会越高。然而考虑到化合物的可使用性，不能够将化合物的原子在共轭平面沿着跃迁偶极矩的方向无限延长。当化合物的原子在化合物的共轭平面上沿着跃迁偶极矩的方向无限延长后，化合物在实际应用在蒸镀环境中时则无法进行蒸镀，影响性能。因此，所述化合物的分子量应小于1000g/mol。通过控制分子量的大小，从而避免因分子量过大导致蒸镀过程中发生化合物的分子无法蒸镀到基板上的情况。
进一步地，所述化合物的结构为：
其中，A为独立的芳基环或杂芳基环，B为独立的芳基环或杂芳基环。采用上述结构可以保证分子在共轭平面上将L与S的相对取值设置的相对较大，此时分子的取向最好。
可选地，所述A和/或所述B中的-H至少一个被取代。通过-H可以被取代的方式设置，提高上述结构的多元化，以保证化合物的分子结构式的基础为上述提供的结构即可，从而可以保证在共轭平面内，L与S的比值相对较大，分子的取向较好，保证发光性能。
具体地，所述A中的至少一个氢可由经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的二芳基氨基、经取代或未经取代的二杂芳基氨基、经取代或未经取代的芳基杂芳基氨基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烷氧基、或者经取代或未经取代的芳氧基取代。或者，所述B中的至少一个氢可由经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的二芳基氨基、经取代或未经取代的二杂芳基氨基、经取代或未经取代的芳基杂芳基氨基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烷氧基、或者经取代或未经取代的芳氧基取代。
参照图4和图5，对于一般结构平面性较强荧光分子，一般认为将分子结构变的越长，分子的取向就越好，此理论对于目前部分蓝色荧光分子较为实用，但有一定的随机性；主要原因是双芳胺加稠环结构的荧光BD分子，跃迁偶极矩总是沿着N-N方向，N-N方向为长轴，通过增加取代基，尤其是增加N-稠环-N中稠环的长度，取向会明显变好。由于为了保持硼-氮多重共振结构，难以增加中心稠环间距，通过常规增加A或B处长度，对于分子结构的取向改善的并不明显。
本申请实施例发现通过在硼-氮结构的A或B的位置氮的对位增加芳胺结构，可将本公开实施例中结构的跃迁偶极矩方向和常规改善方向重合，以达到最优的性能，值得注意的是，当在A位置和B的对位苯环同时增加芳胺并不能达到改变跃迁偶极矩方向的技术效果，与此同时，当在B的位置和A的对位苯环同时增加芳胺并不能达到改变跃迁偶极矩方向的技术效果。
参照图1和图8，进一步地，所述化合物的结构为：
其中，L1、L2、L3、R1和R2均为烷基、芳基或杂芳基。通过采用上述结构的形式，能够以简单的方式增加化合物在薄膜中的取向。
具体地，所述L1、所述L2、所述L3、所述R1和所述R2均为可取代的烷基、芳基或杂芳基。
同样地，由上述结构形式可知，上述结构为在B的位置增加芳胺，从而改善分子取向。与此同时，将L1及设置在L1上的系列结构设置于A的位置上，同样也可以对分子的取向起到改善作用。
参照图1-图8，本公开实施例还提供了一种发光层，所述发光层包括蓝色荧光发光层，所述蓝色荧光发光层包括上述化合物。需要说明的是，该发光层中关于化合物的技术特征可以参考前文描述，在此不再赘述。本申请实施例所公开的发光层由于包括上述实施例中提供的化合物，因此具有该化合物的发光层也具有上述所有的技术效果，在此不再一一赘述，发光层的其他构成对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。
参照图1-图8，本公开实施例还提供了一种有机化合物层，所述有机化合物层包括上述发光层。
参照图1-图8，本公开实施例还提供了一种发光器件，所述发光器件包括第一电极、第二电极和上述所述有机化合物层，所述有机化合物层位于所述第一电极和所述第二电极之间。
进一步地，所述有机发光器件还包括依次设置于第一电极和第二电极之间的空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层和电子注入层，所述有机化合物层设置于电子阻挡层和空穴阻挡层之间。所述第一电极为阳极，所述阳极设置于所述空穴注入层背离所述空穴传输层的一侧，所述第二电极为阴极，所述阴极设置于所述电子注入层背离所述电子传输层一侧；所述阴极背离所述电子注入层的一侧还设置有光取出层。需要说明的是，由于发光器件的层状结构为现有技术，本领域的普通技术人员根据公知常识即可知道上述各层的布置情况以及有机发光器件的所有结构组成，因此本公开实施例中未提供发光器件的结构设置图。
参照图1-图8，本公开实施例还提供了一种发光器件的制备方法，包括：
在真空度为1×10-5Pa，在含有阳极为氧化铟锡的玻璃基板上，通过真空蒸镀法沉积薄膜；
玻璃基板上按照1:1的比例共蒸镀p型掺杂剂和空穴传输层，形成厚度为10nm的空穴注入层，所述p型掺杂剂为P-dopant，所述空穴传输层为HTL；
在空穴注入层上接着蒸镀空穴输入材料，厚度50nm，作为空穴传输层发挥功能；
在空穴传输层上蒸镀厚度为5nm的电子阻挡层；
电子阻挡层上共蒸镀主体化合物和客体化合物成膜为膜厚35nm的有机化合物层。其中，主体化合物为BH，所述BH的浓度为97％，客体化合物为BD,所述BD的浓度为3％，；
有机化合物层上共蒸镀电子运输材料和光电材料，膜厚30nm，作为电子传输层发挥功能，所述电子传输层为ET；
电子传输层上蒸镀电子材料，形成膜厚1nm的电子注入层；
电子注入层膜上共同蒸镀金属镁和金属银，其中金属镁和金属银的比例为8:2，形成膜厚15nm的金属阴极；
在阴极上真空蒸镀化合物作为光取出层，蒸镀厚度为50nm。
本领域的普通技术人员可以根据上述操作步骤，进行加工从而获得发光器件。
本公开实施例中采用三中不同的客体化合物通过上述制备方法进行制备形成三种发光器件，并将三种发光器件分别进行实验，所得实验数据参照图6-图8中所示，其中三种不同的客体化合物分别为BD01、BD02和BD03；且三种不同的客体化合物BD01、BD02和BD03的分子结构式如图6中所示；三种不同材料的具体参数如下表，
| Materials | L | S | L/S | Orientation | EQE |
| BD01 | 14.11 | 13.76 | 1.03 | 84％ | 5.83 |
| BD02 | 21.72 | 11.42 | 1.90 | 86％ | 6.07 |
| BD03 | 25.06 | 9.63 | 2.60 | 92％ | 6.42 |
在上表中，Orientation表示为分子的取向，EQE表示为外量子效率。由上表可知，随着L/S的比值的增加，外量子效率和分子的取向也随之增大，进而使得发光器件的发光性能较好，发光效率较高。
参照图6-图8中所述，图中展示了使从发光层取出的发光线偏振化来提取p偏振发光成分，并对得到的从可见光区域至近红外区域(440nm至956nm)的波长的p偏振发射光谱的积分强度的角度依存性进行测定，通过利用计算对其结果进行分析，通过模拟的技术手段，来导出发光层内的发光材料的分子取向。根据实验数据可知，发光强度随着角度的变化而变化，分子具有角度依存性，当L与S的比值达到一定的数值之后就会得到较好的分子取向，由图中可根据实验值进行评估如何是好的取向。具体地，根据实验数据可知，本公开实施例中提供的参数设置与化合物的分子取向有着明显的关系，当L/S大于1.5时，分子的取向变好。进一步地，当L/S大于1.8时，通过控制分子的取向状态，可以提高光提取效率，进一步地对发光器件的发光性能进行提升。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改和变化对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种发光层，其特征在于，包括蓝色荧光发光层，所述蓝色荧光发光层包括化合物，在所述化合物的共轭平面内，跃迁偶极矩的延伸方向为长轴方向，垂直于所述跃迁偶极矩的方向为短轴方向，所述化合物基于所述共轭平面形成投影面，所述投影面在所述长轴方向上的长度为L,所述投影面在所述短轴方向上的长度为S，所述L与所述S的比值大于1.5；
所述化合物选自BD02和BD03，BD02和BD03的结构式为：
2.一种有机化合物层，其特征在于，包括如权利要求1所述的发光层。
3.一种发光器件，其特征在于，包括第一电极、第二电极和如权利要求2所述的有机化合物层，所述有机化合物层位于所述第一电极和所述第二电极之间。
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