CN115623803A - 一种发光单元、显示面板和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种发光单元、显示面板和电子设备，所述发光单元至少包括阳极层；阴极层，与所述阳极层相对设置；发光层，设于所述阳极层和阴极层之间，包括主体材料和客体材料，所述主体材料为荧光主体材料；其中，所述主体材料的第一三线态能级低于所述客体材料的第一三线态能级。因主体材料第一三线态能级较低，使得客体材料的三线态激子相对更顺利的向主体材料的三线态激子进行转换，从而降低客体材料的三线态激子浓度。因主体材料的三线态激子能量较低，因此即使在主体材料发生TTA和TPA过程产生的激子和极化子能量也较低，对主体材料的化学键破坏性较小，因此提高了发光单元的寿命。

Description

一种发光单元、显示面板和电子设备

技术领域

本公开涉及显示技术领域，特别涉及一种发光单元、显示面板和电子设备。

背景技术

根据所使用发光材料的不同，可将有机发光二极管分为荧光、磷光和热活化延迟荧光(TADF)有机发光二极管。热活化延迟荧光材料被誉为第三代有机发光材料，其第一三线态能级和第一单线态能级差较小(E(S₁)–E(T₁)≤0.3eV)，三线态激子(T₁)可以在环境热辅助下通过反系间穿越(RISC)过程为单线态激子(S₁)，然后辐射发光。相比于荧光材料，热活化延迟荧光材料可以利用T₁发光，内量子效率理论上可达到100％，相比于磷光材料，TADF材料不含有贵金属元素，成本较低。

与已经满足商业使用的红光和绿光热活化延迟荧光材料体系不同，蓝光热活化延迟荧光材料体系对应的发光单元寿命极短，无法商业使用。具体原因为：热活化延迟荧光材料三线态激子寿命较长，在其通过RISC过程转换为单线态S₁之前，有一定概率发生TTA(三线态-三线态湮灭)和TPA(三线态-极化子湮灭)过程，该过程会产生更高能量的激子和极化子并破坏有机材料化学键，导致有机材料的损坏，进而降低了发光单元的寿命。为了发射蓝光，蓝光热活化延迟荧光客体材料(或敏化材料)的三线态能量远高于红光和绿光相应材料，因此对应的发生TTA和TPA过程时产生的激子和极化子的能量也会更高，过程中更容易破坏有机材料化学键，导致有机材料的损坏，进而造成发光单元寿命较短，因此发蓝光的热活化延迟荧光材料体系对应的发光单元寿命远低于发红光和绿光的发光单元的寿命，难以实现发蓝光的热活化延迟荧光材料对应的发光单元的商业使用。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种发光单元、显示面板和电子设备，用以解决现有技术中发蓝光的发光单元寿命短难以商用的问题。

本公开的实施例采用如下技术方案：一种发光单元，所述发光单元至少包括

阳极层；

阴极层，与所述阳极层相对设置；

发光层，设于所述阳极层和阴极层之间，包括主体材料和客体材料，所述主体材料为荧光主体材料；其中，

所述主体材料的第一三线态能级低于所述客体材料的第一三线态能级。

在一些实施例中，所述主体材料的最高占据分子轨道能级高于所述客体材料的最高占据分子轨道能级，所述主体材料的最低未占有分子轨道能级低于所述客体材料的最低未占有分子轨道能级，以使电子和空穴在客体材料上复合形成激子。

在一些实施例中，所述主体材料的第一单线态能级高于客体材料的第一单线态能级。

在一些实施例中，所述客体材料至少包括第一客体材料，在所述发光层中所述主体材料的掺杂浓度为40％至75％，所述第一客体材料的掺杂浓度为15％至60％。

在一些实施例中，所述发光层为二元体系，所述第一客体材料为热活化延迟荧光客体材料。

在一些实施例中，所述发光单元通电时，所述热活化延迟荧光客体材料上复合形成的一部分三线态激子转换为热活化延迟荧光客体材料的单线态激子，另一部分三线态激子将能量转移给主体材料，形成主体材料的三线态激子，主体材料的三线态激子转换为主体材料的单线态激子，主体材料的单线态激子将能量转移给热活化延迟荧光客体材料，形成热活化延迟荧光客体材料的单线态激子，热活化延迟荧光客体材料的单线态激子转换为基态发射荧光，热活化延迟荧光客体材料作为发光材料发光。

在一些实施例中，所述客体材料至少包括第一客体材料和第二客体材料，在所述发光层中所述主体材料的掺杂浓度为40％至75％，所述第一客体材料的掺杂浓度为15％至60％，所述第二客体的掺杂浓度大于0且小于等于2％。

在一些实施例中，所述发光层为三元体系，所述第一客体材料为热活化延迟荧光客体材料，所述热活化延迟荧光客体材料作为敏化剂，所述第二客体材料为荧光客体材料；所述第二客体材料的第一三线态能级低于第一客体材料的第一三线态能级。

在一些实施例中，所述发光单元通电时，所述热活化延迟荧光客体材料上复合形成的单线态激子将能量转移给荧光客体材料，形成荧光客体材料的单线态激子；所述热活化延迟荧光客体材料的一部分三线态激子转换为热活化延迟荧光客体材料的单线态激子，另一部分三线态激子将能量转移给主体材料，形成主体材料的三线态激子，主体材料的三线态激子转换为主体材料的单线态激子，主体材料的单线态激子将能量转移给荧光客体材料，形成荧光客体材料的单线态激子，第二客体材料上的单线态激子转换为基态发射荧光，荧光客体材料作为发光材料发光。

在一些实施例中，所述主体材料的三线态激子通过三线态-三线态湮灭转换为所述主体材料的单线态激子。

在一些实施例中，所述客体材料的第一三线态能级与所述主体材料的第一三线态能级差大于0.2eV。

在一些实施例中，还包括依次排列的空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层。

在一些实施例中，所述发光单元发出蓝色光。

还公开了一种显示面板，至少由上述的发光单元排列组成。

还公开了一种电子设备，至少包括上述显示面板。

本公开实施例的有益效果在于：

通过对发光层的主体材料和客体材料进行设计，使得主体材料的第一三线态能级低于所述客体材料的第一三线态能级，在选择相同客体材料条件下，因主体材料第一三线态能级较低，在主体材料的单线态激子能量相同条件下，主体材料的三线态激子的能量降低，使得客体材料的三线态激子相对更顺利的向主体材料进行转移，形成主体材料的三线态激子，从而降低客体材料的三线态激子浓度，因主体材料的三线态激子能量较低，因此即使在主体材料发生TTA和TPA过程产生的激子和极化子能量也较低，对主体材料的化学键破坏性较小，因此提高了发光单元的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，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得其他的附图。

图1为目前用于研究的实现发蓝光的发光单元能量转移方式示意图；

图2为本公开第一实施例中发光单元能量转换方式示意图；

图3为本公开第二实施例中发光单元能量转换方式示意图。

具体实施方式

此处参考附图描述本公开的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

目前用于研究实现发蓝光的发光单元的发光层能量转移方式如图1所示，图1中发光层采用二元体系，即发光层包括主体材料和蓝光热活化延迟荧光客体材料，其中，热活化延迟荧光客体材料的第一单线态的能级低于主体材料的第一单线态的能级，主体材料的第一三线态能级(能量最低的单线态叫第一单线态，能量最低的三线态叫第一三线态)大于热活化延迟荧光客体材料的第一三线态能级，这种设计方式的好处在于，保证了能量从主体材料到蓝光热活化延迟荧光客体材料的有效传递。发光单元通电后，电子、空穴在主体材料上复合形成25％的单线态激子S₁ ^Host和75％的三线态激子T₁ ^Host，然后分别将能量转移给热活化延迟荧光客体材料的单线态激子S₁和热活化延迟荧光客体材料的三线态激子T₁，热活化延迟荧光客体材料的T₁通过RISC过程转换为热活化延迟荧光客体材料的单线态激子S₁，热活化延迟荧光客体材料的单线态激子S₁转换为基态S₀然后辐射发光，最高内量子效率可达100％。但这种发光单元存在两个主要问题：1、由于多数热活化延迟荧光分子刚性较弱，所以电致发光光谱较宽，色纯度较低；2、蓝光热活化延迟荧光客体材料的三线态激子T₁能量较高、激子寿命较长，TTA和TPA过程产生更高能量的激子和极化子，该过程破坏有机材料化学键，进而破坏有机材料，造成发光单元寿命较短。由于发光单元较短的寿命，蓝光热活化延迟荧光材料体系的发光单元难以商业使用。

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种发光单元，发光单元至少包括阳极、发光层和阴极，阴极与阳极相对设置，发光层设于所述阳极层和阴极层之间。阳极和阴极外接驱动电源，阳极中的空穴在外加驱动电压的驱动下向发光层移动，阴极中的电子会在外加驱动电压的驱动下向发光层移动，电子在发光层与来自阳极的空穴进行再结合，电子和空穴在发光层再结合形成激子，然后辐射发光。上述发光层包括主体材料和客体材料，主体材料为荧光主体材料；主体材料的第一三线态能级低于所述客体材料的第一三线态能级。相较于目前用于研究的发光单元的发光层，本公开使得主体材料的第一三线态能级低于所述客体材料的第一三线态能级，在选择相同客体材料条件下，因主体材料第一三线态能级较小，在主体材料的单线态激子能量相同条件下，主体材料的三线态激子的能量降低，使得客体材料的三线态激子相对更顺利的向主体材料的三线态激子进行转换，从而降低客体材料的三线态激子浓度，转换的过程同时将客体材料的三线态激子将能量传递至主体材料。因主体材料的三线态激子能量较低，因此即使在主体材料发生TTA和TPA过程产生的激子和极化子能量也较低，对主体材料的化学键破坏性较小，从而提高了发光单元的寿命。

在一些实施例中，主体材料的最高占据分子轨道能级低于客体材料的最高占据分子轨道能级，主体材料的最低未占有分子轨道能级高于客体材料的最低未占有分子轨道能级，由于空穴更容易注入到更高的最高占据分子轨道上，电子更容易注入到更低的最低未占有分子轨道上，且TADF客体材料掺杂浓度较高，因此电子和空穴更容易在客体材料上复合形成激子。。

在实际制备发光层时，是将主体材料和客体材料共同蒸镀形成的。如图2示出了第一实施例中发光单元能量转移方式示意图，在一些实施例中，客体材料包括第一客体材料，主体材料的掺杂浓度(主体材料所占的体积百分比)为40％至75％，第一客体材料的掺杂浓度为15％至60％。对应上述掺杂浓度，该发光层采用二元体系，其中，第一客体材料可以为热活化延迟荧光(TADF)客体材料，由于TADF客体材料的掺杂浓度较高，因此发光单元在通电时，电子和空穴主要在第一客体材料上复合形成激子，包括占激子总数25％的单线态激子S₁ ^TADF和75％的三线态激子T₁ ^TADF。热活化延迟荧光客体材料上复合形成的一部分三线态激子T₁ ^TADF通过RISC过程转换为热活化延迟荧光客体材料的单线态激子S₁ ^TADF，另一部分三线态激子T₁ ^TADF转换为给主体材料(Host)的三线态激子T₁ ^Host，降低了热活化延迟荧光客体材料的三线态激子浓度；同时通过Dexter能量转移(激发态分子和相邻基态分子之间的双电子交换过程，Dexter能量转移的距离较小，通常在1至1.5nm的范围)将能量转移给主体材料(Host)的三线态激子T₁ ^Host；由于主体材料本身的三线态激子T₁ ^Host能量较低，因此，主体材料上发生的TTA和TPA产生的激子和极化子能量也较低，该过程对主体材料化学键的破坏程度较小，提高了发光单元的寿命。

基于上述能量转移方式，主体材料的三线态激子T₁ ^Host转换为主体材料的单线态激子S₁ ^Host，主体材料的单线态激子S₁ ^Host转换为热活化延迟荧光客体材料的单线态激子S₁ ^TADF。具体地，由于T₁ ^Host能量较低，且TTA最终产生的S₁ ^Host可将能量转移给TADF客体S₁ ^TADF。然后，对于蓝光的发光实现，热活化延迟荧光客体材料上的单线态激子S₁ ^TADF转换为基态S₀的同时热活化延迟荧光客体材料作为发光材料直接发光。

在上述实施例的基础上，还公开了第二实施例，如图3示出了第二实施例中发光单元能量转换方式示意图。在实际制备发光层时，是将主体材料和客体材料共同蒸镀形成的。掺杂的材料中，主体材料的掺杂浓度为40％至75％，第一客体材料的掺杂浓度为15％至60％，第二客体的掺杂浓度大于0且小于等于2％。对应上述掺杂浓度，该发光层采用三元体系，其中，第一客体材料为热活化延迟荧光客体材料，热活化延迟荧光客体材料作为敏化剂使用；第二客体材料为荧光客体材料，第二客体材料的第一单线态能级低于于第一客体材料的第一单线态能级，使得第二客体材料的单线态激子不容易向第一客体材料的单线态激子进行转换，同时，由于第一客体材料与主体材料之间的第一三线态能级差相对第一客体材料与第二客体材料之间的第一三线态能级差更大，因此，第一客体材料的三线态激子相对更容易向主体材料的三线态激子进行转换，从而降低了第一客体材料上三线态激子的浓度，降低其发生TTA和TPA过程的概率和由此过程带来的对有机材料化学键破坏的程度。与发光层的二元体系不同的是，在发光层的三元体系中，热活化延迟荧光客体材料作为敏化剂不直接发光，而是将能量转移至荧光客体材料，荧光客体材料作为发光材料发光。由于大多数荧光客体材料的分子刚性较强，发射光谱较窄，因此色纯度较高。

由于上述敏化剂的掺杂浓度较高，因此发光单元通电时，电子和空穴主要在TADF客体材料，也就是敏化剂上复合形成激子，激子包括占激子总数25％的单线态激子S₁ ^TADF和75％的三线态激子T₁ ^TADF。敏化剂上复合形成的单线态激子S₁ ^TADF转换为荧光客体材料的单线态激子S₁ ^Dopant，并可将能量通过Forster能量转移(分子的共振能量转移，Forster能量转移的距离较大，通常为10nm的范围)给S₁ ^Dopant。敏化剂的一部分三线态激子T₁ ^TADF通过RISC过程转换为敏化剂的单线态激子S₁ ^TADF，另一部分三线态激子T₁ ^TADF转换为主体材料的三线态激子T₁ ^Host，从而降低了敏化剂的三线态激子浓度，同时，T₁ ^TADF通过Dexter能量转移给荧光主体T₁ ^Host，由于主体材料本身的三线态激子T₁ ^Host能量较低，因此，主体材料上发生的TTA和TPA产生的激子和极化子能量也较低，该过程对主体材料化学键的破坏程度较小，进而又在一定程度上提高了发光单元的寿命。

基于上述能量转移方式，主体材料的三线态激子T₁ ^Host转换为主体材料的单线态激子S₁ ^Host，主体材料的单线态激子S₁ ^Host转换为荧光客体材料的单线态激子S₁ ^Dopant，对于蓝光的发光实现，荧光客体材料上的单线态激子S₁ ^Dopant转换为基态S₀的同时荧光客体材料作为发光材料发光。与第一实施例不同的是，由于实际发光的材料为第二客体材料，其分子刚性较强，所以电致发光光谱较窄，色纯度较高。

在实际实现时，客体材料的第一三线态能级与所述主体材料的第一三线态能级差需要保证大于0.2eV，使得客体材料的三线态激子与主体材料的三线态激子之间的能量转移更容易进行同时主体材料的第一单线态能级高于客体材料的第一单线态能级，从而保证确保能量转移能按照以上描述的转换过程进行。在第一实施例中，保证第一客体材料与主体材料的第一三线态能级差大于0.2eV，主体材料的第一单线态能级高于客体材料的第一单线态能级；在第二实施例中，保证第一客体材料与第二客体材料的第一三线态能级差大于0.2eV，第二客体材料与主体材料的第一三线态能级差大于0.2eV，主体材料的第一单线态能级高于第一客体材料的第一单线态能级，第一客体材料的第一单线态能级高于第二客体材料的第一单线态能级，上述能级关系使得第一客体材料的三线态激子的能量更容易转移至与其第一三线态能级差大的主体材料上形成主体材料的三线态激子。

在上述发光单元的基础上，发光单元还包括依次排列的空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、上述发光层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层。

以图1示出的发光层能量转移方式对应的发光层制作的发光单元作为参照例，其结构为：阳极/空穴注入层(10nm)/空穴传输层(110nm)/电子阻挡层(5nm)/发光层(主体材料：蓝光TADF客体材料，30nm)/空穴阻挡层(5nm)/电子传输层(30nm)/电子注入层(2nm)/阴极(100nm)，其中发光层采用二元体系，包括主体材料和热活化延迟荧光客体材料，热活化延迟荧光客体材料的掺杂浓度可根据发光单元性能进行调控。以第二种实施例作为本公开的实施例进行对比，采用该发光层制作的发光单元结构为：阳极/空穴注入层(10nm)/空穴传输层(110nm)/电子阻挡层(5nm)/发光层(主体材料：第一客体材料：第二客体材料，30nm)/空穴阻挡层(5nm)/电子传输层(30nm)/电子注入层(2nm)/阴极(100nm)，其中，发光层中材料的掺杂浓度可根据发光单元性能进行调控，如主体材料的掺杂浓度为40～75％，第一客体材料的掺杂浓度为15～60％，第二客体材料的掺杂浓度为大于0小于等于2％。相比参照例，本公开的实施例的发光单元使用不同的主体材料，其中参照例所用主体材料满足主体材料的第一三线态能级比热活化延迟荧光客体材料的能级答，且两者的能级差大于0.2eV；本公开的实施例所用主体材料满足第一客体材料与第二客体材料的第一三线态能级差大于0.2eV，第二客体材料与主体材料的第一三线态能级差大于0.2eV。参照下表关于两者的寿命及最高电流效率对比：

可以看出，基于本公开的实施例体系的蓝光发光单元寿命得到大幅提高，寿命达到了参照例的四倍以上，这有利于实现蓝光发光单元的商业应用。

在上述发光单元的基础上，还公开了一种显示面板，至少由上述发光单元排列组成。

还公开了一种电子设备，至少包括上述显示面板。

以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种发光单元，其特征在于，所述发光单元至少包括：

阳极层；

阴极层，与所述阳极层相对设置；

发光层，设于所述阳极层和阴极层之间，包括主体材料和客体材料，所述主体材料为荧光主体材料；其中，

所述主体材料的第一三线态能级低于所述客体材料的第一三线态能级。

2.根据权利要求1所述的发光单元，其特征在于，所述主体材料的最高占据分子轨道能级低于所述客体材料的最高占据分子轨道能级，所述主体材料的最低未占有分子轨道能级高于所述客体材料的最低未占有分子轨道能级，以使电子和空穴在客体材料上复合形成激子。

3.根据权利要求1所述的发光单元，其特征在于，所述主体材料的第一单线态能级高于客体材料的第一单线态能级。

4.根据权利要求1所述的发光单元，其特征在于，所述客体材料至少包括第一客体材料，在所述发光层中所述主体材料的掺杂浓度为40％至75％，所述第一客体材料的掺杂浓度为15％至60％。

5.根据权利要求4所述的发光单元，其特征在于，所述发光层为二元体系，所述第一客体材料为热活化延迟荧光客体材料。

6.根据权利要求5所述的发光单元，其特征在于，所述发光单元通电时，所述热活化延迟荧光客体材料上复合形成的一部分三线态激子转换为热活化延迟荧光客体材料的单线态激子，另一部分三线态激子将能量转移给主体材料，形成主体材料的三线态激子，主体材料的三线态激子转换为主体材料的单线态激子，主体材料的单线态激子将能量转移给热活化延迟荧光客体材料，形成热活化延迟荧光客体材料的单线态激子，热活化延迟荧光客体材料的单线态激子转换为基态发射荧光，热活化延迟荧光客体材料作为发光材料发光。

7.根据权利要求1所述的发光单元，其特征在于，所述客体材料至少包括第一客体材料和第二客体材料，在所述发光层中所述主体材料的掺杂浓度为40％至75％，所述第一客体材料的掺杂浓度为15％至60％，所述第二客体的掺杂浓度大于0且小于等于2％。

8.根据权利要求7所述的发光单元，其特征在于，所述发光层为三元体系，所述第一客体材料为热活化延迟荧光客体材料，所述热活化延迟荧光客体材料作为敏化剂，所述第二客体材料为荧光客体材料；所述第二客体材料的第一单线态能级低于第一客体材料的第一单线态能级，第二客体材料的第一三线态能级低于第一客体材料的第一三线态能级。

9.根据权利要求8所述的发光单元，其特征在于，所述发光单元通电时，所述热活化延迟荧光客体材料上复合形成的单线态激子将能量转移给荧光客体材料，形成荧光客体材料的单线态激子；所述热活化延迟荧光客体材料的一部分三线态激子转换为热活化延迟荧光客体材料的单线态激子，另一部分三线态激子将能量转移给主体材料，形成主体材料的三线态激子，主体材料的三线态激子转换为主体材料的单线态激子，主体材料的单线态激子将能量转移给荧光客体材料，形成荧光客体材料的单线态激子，第二客体材料上的单线态激子转换为基态发射荧光，荧光客体材料作为发光材料发光。

10.根据权利要求6或9所述的发光单元，其特征在于，所述主体材料的三线态激子通过三线态-三线态湮灭转换为所述主体材料的单线态激子。

11.根据权利要求1所述的发光单元，其特征在于，所述客体材料的第一三线态能级与所述主体材料的第一三线态能级差大于0.2eV。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的发光单元，其特征在于，还包括依次排列的空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层、电子注入层。

13.根据权利要求12所述的发光单元，其特征在于，所述发光单元发出蓝色光。

14.一种显示面板，其特征在于，至少由权利要求1至13中任一所述的发光单元排列组成。

15.一种电子设备，其特征在于，至少包括权利要求14所述的显示面板。

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