CN115020601A - 一种白光电致发光元件、显示面板、光源和显示装置 - Google Patents

一种白光电致发光元件、显示面板、光源和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种白光电致发光元件、显示面板、光源和显示装置，包括阳极、红色发光层、绿色发光层、蓝色发光层和阴极，红色发光层位于阳极和绿色发光层之间，绿色发光层位于红色发光层与蓝色发光层之间，蓝色发光层位于绿色发光层和阴极之间；红色发光层包括红色主体材料，绿色发光层包括绿色主体材料，蓝色发光层包括蓝色主体材料；绿色主体材料的HOMO能级高于红色主体材料的HOMO能级，绿色主体材料的HOMO能级高于蓝色主体材料的HOMO能级；绿色主体材料的LUMO能级低于红色主体材料的LUMO能级，绿色主体材料的LUMO能级低于蓝色主体材料的LUMO能级。本发明提供一种白光电致发光元件、显示面板、光源和显示装置，以实现提高白光发光效率，提高器件稳定性。

Description

一种白光电致发光元件、显示面板、光源和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种白光电致发光元件、显示面板、光源和显示装置。
背景技术
有机电致发光材料(OLED)作为新一代显示技术，具有超薄、自发光、视角宽、响应快、发光效率高、温度适应性好、生产工艺简单、驱动电压低、能耗低等优点，已广泛应用于平板显示、柔性显示、固态照明和车载显示等行业。
根据发光机制，可用于OLED发光层的材料主要有荧光材料、磷光材料、三线态-三线态湮灭(TTA)材料与热活化延迟荧光(TADF)材料四种。其中，TADF材料具有较低的单三线态能级差，在热扰动下发光层中的三线态激子可以经由TADF材料转换成单线态的激子。理论上采用TADF的原理的发光器件可以获得100％的内量子效率。
发明内容
本发明提供一种白光电致发光元件、显示面板、光源和显示装置，以实现提高白光发光效率，提高器件稳定性。
第一方面，本发明实施例提供一种白光电致发光元件，包括阳极、红色发光层、绿色发光层、蓝色发光层和阴极，所述红色发光层位于所述阳极和绿色发光层之间，所述绿色发光层位于所述红色发光层与所述蓝色发光层之间，所述蓝色发光层位于所述绿色发光层和所述阴极之间；
所述红色发光层包括红色主体材料，所述绿色发光层包括绿色主体材料，所述蓝色发光层包括蓝色主体材料；
所述绿色主体材料的HOMO能级高于所述红色主体材料的HOMO能级，所述绿色主体材料的HOMO能级高于所述蓝色主体材料的HOMO能级；所述绿色主体材料的LUMO能级低于所述红色主体材料的LUMO能级，所述绿色主体材料的LUMO能级低于所述蓝色主体材料的LUMO能级。
第二方面，本发明实施例提供一种显示面板，包括第一幅方面所述的白光电致发光元件。
第三方面，本发明实施例提供一种光源，包括第一方面所述的白光电致发光元件。
第四方面，本发明实施例提供一种显示装置，包括第二方面所述的显示面板，或者，如第三方面所述的光源。
本发明实施例中，绿色主体材料的HOMO能级高于红色主体材料的HOMO能级，绿色主体材料的HOMO能级高于蓝色主体材料的HOMO能级，绿色主体材料的LUMO能级低于红色主体材料的LUMO能级，绿色主体材料的LUMO能级低于蓝色主体材料的LUMO能级。红色主体材料能级较浅，空穴迁移率高，将红色发光层设置为临近阳极，有利于空穴的注入。蓝色主体材料的能级较深，电子迁移率高，将蓝色发光层设置为临近阴极，有利于电子的注入。进一步地，空穴和电子被限制在绿色发光层中，空穴和电子在绿色发光层中复合形成激子，且由于绿色发光层位于红色发光层与蓝色发光层之间，在绿色发光层中形成的激子，将能量向位于绿色发光层两侧的红色发光层和蓝色发光层传播，绿色发光层中形成的激子将能量向红色发光层和蓝色发光层传播的距离均较短，提高了白光发光效率，以及提高了器件稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种白光电致发光元件的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种白光电致发光元件的能级示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能级示意图；
图4为本发明实施例提供的一种白光电致发光元件的能量传递示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能量传递示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能级示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能量传递示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的剖面结构示意图；
图9为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能级示意图；
图10为本发明实施例提供的一种显示面板的剖面结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种光源的剖面结构示意图；
图12为本发明实施例提供的一种显示装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种白光电致发光元件的剖面结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种白光电致发光元件的能级示意图，参考图1和图2，白光电致发光元件10包括阳极12、红色发光层13、绿色发光层14、蓝色发光层15和阴极16。红色发光层13位于阳极12和绿色发光层14之间，绿色发光层14位于红色发光层13与蓝色发光层15之间，蓝色发光层15位于绿色发光层14和阴极16之间。其中，红色发光层13用于产生红光，绿色发光层14用于产生绿光，蓝色发光层15用于产生蓝光。红光、绿光和蓝光复合形成白光。
红色发光层13包括红色主体材料131，绿色发光层14包括绿色主体材料141，蓝色发光层15包括蓝色主体材料151。绿色主体材料141的HOMO能级高于红色主体材料131的HOMO能级，绿色主体材料141的HOMO能级高于蓝色主体材料151的HOMO能级。绿色主体材料141的LUMO能级低于红色主体材料131的LUMO能级，绿色主体材料141的LUMO能级低于蓝色主体材料151的LUMO能级。
其中，HOMO和LUMO分别指最高占据分子轨道(Highest OccupiedMolecularOrbital)和最低未占分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)。根据前线轨道理论，两者统称前线轨道，处在前线轨道上的电子称为前线电子。HOMO与LUMO之间的能量差称为“能带隙”，这个能量差即称为HOMO-LUMO能级，有时可以用来衡量一个分子是否容易被激发：带隙越小，分子越容易被激发。在有机半导体和量子点中的HOMO与无机半导体中的价带类似，而LUMO则与导带类似。
本发明实施例中，绿色主体材料141的HOMO能级高于红色主体材料131的HOMO能级，绿色主体材料141的HOMO能级高于蓝色主体材料151的HOMO能级，绿色主体材料141的LUMO能级低于红色主体材料131的LUMO能级，绿色主体材料141的LUMO能级低于蓝色主体材料151的LUMO能级。红色主体材料131能级较浅，空穴迁移率高，将红色发光层13设置为临近阳极12，有利于空穴的注入。蓝色主体材料151的能级较深，电子迁移率高，将蓝色发光层15设置为临近阴极16，有利于电子的注入。进一步地，空穴和电子被限制在绿色发光层14中，空穴和电子在绿色发光层14中复合形成激子，且由于绿色发光层14位于红色发光层13与蓝色发光层15之间，在绿色发光层14中形成的激子，将能量向位于绿色发光层14两侧的红色发光层13和蓝色发光层15传播，绿色发光层14中形成的激子将能量向红色发光层13和蓝色发光层15传播的距离均较短，提高了白光发光效率，以及提高了器件稳定性。
图3为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能级示意图，参考图3，红色发光层13还包括红色客体材料132，红色主体材料131的HOMO能级低于红色客体材料132的HOMO能级，红色主体材料131的LUMO能级高于红色客体材料132的LUMO能级。红色客体材料132的HOMO能级与LUMO能级都被包含在红色主体材料131的HOMO能级与LUMO能级内。红色主体材料131的能隙过大时，激子不易将能量传递到红色主体材料131，而容易直接传递到红色客体材料132上，使得红色客体材料132放光。
图4为本发明实施例提供的一种白光电致发光元件的能量传递示意图，由于绿色发光层14中的激子不易将能量传递到红色主体材料131，而容易直接传递到红色客体材料132上。在图4中，未示出红色主体材料131能级，仅示意出红色客体材料132的能级。进一步地，由于红色客体材料132发磷光，不是发荧光。在图4中，未示出红色客体材料132的单线态能级，仅示意出红色客体材料132的三线态能级。参考图3和图4，绿色主体材料141的三线态能级大于红色客体材料132的三线态能级。绿色主体材料141的三线态激子将能量传递给红色客体材料132的三线态激子，绿色主体材料141的三线态激子回到基态。红色客体材料132的三线态激子在回到基态S0的过程中，产生磷光。
需要说明的是，单线态激子发生跃迁产生的光，称之为荧光。三线态激子发生跃迁产生的光，称之为磷光。单线态也称为单重态，三线态也称为三重态。
示例性地，绿色主体材料141的三线态激子可以通过Dexter能量转移的方式将能量传递给红色客体材料132的三线态激子。Dexter能量转移则是由较短距离的电子交换的方式来传递能量，而电子转移时必须遵守Wigner-Witmer选择定则，也就是两者的电子自旋参数在转移过程前后是保持固定的。此机制只与较邻近的分子有作用，因此该程序是较缓慢的。
可选地，参考图3和图4，绿色主体材料141包括热活化延迟发光材料。热活化延迟发光材料的S1态与T1态的能级差较小，T1态可以在热激发的条件下反系间窜越回到S1态，然后辐射跃迁产生荧光。其中，S1态为一级单线态激发态，T1为一级三线态激发态。
示例性地，热活化延迟发光材料的S1态与T1态的能级差记为△Est，△Est＜0.3eV。
图5为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能量传递示意图，参考图3和图5，蓝色主体材料151包括三线态-三线态湮灭材料。其中，三线态-三线态湮灭，也称为TTA(triplet-triplet annihilation)，利用激子在三线态的湮灭效应，提高单线态激子的总量，具体来讲就是两个三线态的激子相互湮灭，生成一个基态电子和一个单线态激子，然后这个生产的单线态的激子再跃迁回基态发出荧光。
可选地，参考图5，绿色主体材料141的三线态能级大于蓝色主体材料151的三线态能级。绿色主体材料141的三线态激子将能量传递给蓝色主体材料151的三线态激子。蓝色主体材料151的三线态激子，通过TTA效应，将能量传递给蓝色主体材料151的单线态激子。
示例性地，绿色主体材料141的三线态激子可以通过Dexter能量转移的方式将能量传递给蓝色主体材料151的三线态激子。
图6为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能级示意图，参考图6，图7为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能量传递示意图，参考图6和图7，蓝色发光层15还包括蓝色客体材料152，蓝色主体材料151的HOMO能级低于蓝色客体材料152的HOMO能级，蓝色主体材料151的LUMO能级低于蓝色客体材料152的LUMO能级。蓝色主体材料151的单线态激子将能量传递给蓝色客体材料152的单线态激子，蓝色客体材料152的单线态激子再跃迁回基态发出荧光。
可选地，参考图7，蓝色主体材料151的三线态能级小于蓝色客体材料152的三线态能级。如果蓝色主体材料151的三线态能级高于蓝色客体材料152的三线态能级，蓝色主体材料151的三线态激子会将能量直接传递到蓝色客体材料152的三线态激子，三线态激子太多，造成三线态激子淬灭。本发明实施例中，通过设置蓝色主体材料151的三线态能级小于蓝色客体材料152的三线态能级，减少三线态激子的数量，避免三线态激子淬灭导致的发光效率的降低，使得蓝色发光层15利用单线态发光，提高白光电致发光元件的发光效率。
可选地，参考图7，蓝色客体材料152包括热活化延迟发光材料。蓝色客体材料152的三线态激子，在热激发的条件下反系间窜越回到单线态，即形成单线态激子，然后辐射跃迁产生荧光。本发明实施例，减少三线态激子的数量，避免三线态激子淬灭导致的发光效率的降低，使得蓝色发光层15利用单线态发光，提高白光电致发光元件的发光效率。
可选地，热活化延迟发光材料包括硼元素。含有硼元素的热活化延迟发光材料，具有较小的S1态与T1态的能级差，可以带来高亮度、低电压、高效率和更长的使用寿命。
示例性地，热活化延迟发光材料包括硼杂环化合物，其具有化学式I所示的结构，其中X1和X2各自独立地选自单键、-(R1)C(R2)2、-NR2、BR3、O原子、S原子；R1、R2和R3主要各自独立地选自芳基、杂芳基、稠芳基、稠杂芳基中的任意一种；D1和D2各自独立地选自氢原子C12-C40的咔唑基及其衍生物基团、C12-C40的二苯胺基及其衍生物基团、C13-C40的吖啶基及其衍生物基团；D1和D2分别连接至化学式I所示结构的苯环上，且D1和D2不同时为氢原子。其中，化学式I为：
Figure BDA0003677782270000081
图8为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的剖面结构示意图，图9为本发明实施例提供的另一种白光电致发光元件的能级示意图，参考图8和图9，白光电致发光元件10还包括空穴传输层17，空穴传输层17位于阳极12与红色发光层13之间。红色主体材料131与空穴传输层17具有相同的材料。红色主体材料131与空穴传输层17具有相同的LUMO能级和HOMO能级。通过设置空穴传输层17，增强了空穴的注入能力。
可选地，参考图8和图9，白光电致发光元件10还包括空穴阻挡层18，空穴阻挡层18位于蓝色发光层15与阴极16之间。空穴阻挡层18的HOMO能级小于蓝色主体材料151的HOMO能级。在空穴阻挡层18与蓝色发光层15之间产生很大的能垒，空穴的传递会被阻挡在空穴阻挡层18与蓝色发光层15之间的界面，如此可增加电子、空穴在发光层(发光层包括红色发光层13、绿色发光层14和蓝色发光层15)发生复合的几率。
可选地，参考图1，一方面，由于Dexter能量转移则是由较短距离的电子交换的方式来传递能量，能量传递的范围一般在10nm以内；另一方面，如果将膜层设置得太薄，由于成膜工艺的限制，无法有效成膜，或者，成膜质量过差。故而，本发明的一个实施方式中，红色发光层13的厚度H1为5nm-10nm，蓝色发光层15的厚度H3为5nm-10nm。即，红色发光层13的厚度H1大于或者等于5nm且小于或者等于10nm，蓝色发光层15的厚度H3大于或者等于5nm且小于或者等于10nm。
示例性地，参考图1，为配合红色发光层13和蓝色发光层15的膜层厚度，可以将绿色发光层14的厚度H2限制为小于或者等于10nm。进一步地，考虑到成膜性能，优选地，绿色发光层14的厚度H2大于或者等于5nm且小于或者等于10nm。
可选地，在一实施方式中，绿色发光层14还包括绿色客体材料，绿色客体材料在绿色发光层14中的掺杂比例小于50％。本发明对于绿色客体材料的LUMO能级和HOMO能级不作要求，绿色客体材料的LUMO能级和HOMO能级不影响将发光中心限定在绿色发光层14的过程。
示例性地，绿色客体材料与空穴传输层17具有相同的材料。
图10为本发明实施例提供的一种显示面板的剖面结构示意图，参考图10，显示面板包括上述任一实施例中的白光电致发光元件10。由于本发明实施例提供的显示面板包括白光电致发光元件10，因此具有上述白光电致发光元件10的有益效果，即，提高白光发光效率，提高器件稳定性。
示例性地，参考图10，显示面板还包括衬底11、像素驱动电路21和像素限定层22。白光电致发光元件10位于衬底11的一侧。像素驱动电路21位于衬底11与白光电致发光元件10之间，像素驱动电路21与白光电致发光元件10相连接，用于为白光电致发光元件10提供驱动电压或者驱动电流。像素驱动电路21可以包括多个薄膜晶体管(图10中示例性地示意出一个薄膜晶体管)，像素驱动电路21还可以包括至少一个电容。像素限定层22位于像素驱动电路21远离衬底11一侧。像素限定层22设置有多个像素限定层开口，红色发光层13、绿色发光层14和蓝色发光层15位于像素限定层开口中。
图11为本发明实施例提供的一种光源的剖面结构示意图，参考图11，光源包括上述任一实施例中的白光电致发光元件10。由于本发明实施例提供的光源包括白光电致发光元件10，因此具有上述白光电致发光元件10的有益效果，即，提高白光发光效率，提高器件稳定性。
在一实施方式中，光源可以作为液晶显示面板提供背光，即作为背光源使用。作为背光源使用的背光，可以为侧入式背光源，或者直下式背光源。在侧入式背光源中，多个白光电致发光元件10排列成一排，并位于背光源的导光板的侧端，由导光板的侧端入光。在直下式背光源中，多个白光电致发光元件10排列行列排布的矩阵，并位于背光源的导光板的底面，由导光板的底面入光。
图12为本发明实施例提供的一种显示装置的示意图，参考图12，显示装置包括上述实施例中的显示面板或者包括上述实施例中的光源。显示装置具体可以为手机、平板电脑以及智能可穿戴设备等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (17)

1.一种白光电致发光元件，其特征在于，包括阳极、红色发光层、绿色发光层、蓝色发光层和阴极，所述红色发光层位于所述阳极和绿色发光层之间，所述绿色发光层位于所述红色发光层与所述蓝色发光层之间，所述蓝色发光层位于所述绿色发光层和所述阴极之间；
所述红色发光层包括红色主体材料，所述绿色发光层包括绿色主体材料，所述蓝色发光层包括蓝色主体材料；
所述绿色主体材料的HOMO能级高于所述红色主体材料的HOMO能级，所述绿色主体材料的HOMO能级高于所述蓝色主体材料的HOMO能级；所述绿色主体材料的LUMO能级低于所述红色主体材料的LUMO能级，所述绿色主体材料的LUMO能级低于所述蓝色主体材料的LUMO能级。
2.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述红色发光层还包括红色客体材料，所述红色主体材料的HOMO能级低于所述红色客体材料的HOMO能级，所述红色主体材料的LUMO能级高于所述红色客体材料的LUMO能级。
3.根据权利要求2所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述绿色主体材料的三线态能级大于所述红色客体材料的三线态能级。
4.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述绿色主体材料包括热活化延迟发光材料。
5.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述蓝色主体材料包括三线态-三线态湮灭材料。
6.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述绿色主体材料的三线态能级大于所述蓝色主体材料的三线态能级。
7.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述蓝色发光层还包括蓝色客体材料，所述蓝色主体材料的HOMO能级低于所述蓝色客体材料的HOMO能级，所述蓝色主体材料的LUMO能级低于所述蓝色客体材料的LUMO能级。
8.根据权利要求7所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述蓝色主体材料的三线态能级小于所述蓝色客体材料的三线态能级。
9.根据权利要求7所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述蓝色客体材料包括热活化延迟发光材料。
10.根据权利要求9所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述热活化延迟发光材料包括硼元素。
11.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，还包括空穴传输层，所述空穴传输层位于所述阳极与所述红色发光层之间；
所述红色主体材料与所述空穴传输层具有相同的材料。
12.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，还包括空穴阻挡层，所述空穴阻挡层位于所述蓝色发光层与所述阴极之间；
所述空穴阻挡层的HOMO能级小于所述蓝色主体材料的HOMO能级。
13.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述绿色发光层还包括绿色客体材料，所述绿色客体材料在所述绿色发光层中的掺杂比例小于50％。
14.根据权利要求1所述的白光电致发光元件，其特征在于，所述红色发光层的厚度为5nm-10nm；
所述蓝色发光层的厚度为5nm-10nm。
15.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-14任一项所述的白光电致发光元件。
16.一种光源，其特征在于，包括权利要求1-14任一项所述的白光电致发光元件。
17.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求15所述的显示面板，或者，如权利要求16所述的光源。
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