CN115884613A - 一种有机电致发光器件 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种有机电致发光器件，包括第一电极、第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的有机层；所述有机层包括给体材料和受体材料；所述给体材料的三线态能级比所述给体材料的单线态能级的一半高0.01‑0.3ev；所述给体材料内掺杂有染料；所述染料为聚集诱导材料。本申请提供的有机电致发光器件，通过采用三线态能级比三线态能级的一半高0.01‑0.3ev的给体材料，并在给体材料内掺杂聚集诱导材料，一方面可以降低有机电致发光器件的启亮电压，使其能够应用于更多的应用场景中，另一方面，当增加聚集诱导材料的掺杂浓度时，不会造成淬灭，从而降低了能量传递的逆过程，提高了发光效率。

Description

一种有机电致发光器件

技术领域

本申请涉及有机发光材料技术领域，尤其涉及一种有机电致发光器件。

背景技术

有机电致发光器件(OLED)是目前有机发光显示和照明设备的基础，相比较为目前主流的液晶显示方式，有机发光显示具有显示色域宽、可视角度大、对比度高和显示速度快等优点。OLED照明具有平面发光、形态薄和显色指数高等优点，同时具有高效、环保、安全等优势，还具有的发光均匀、可分区控制、可弯曲等特点，在普通照明，车载和光医疗等领域均有应用优势。

OLED器件的实际电压理论上最低为发光材料的能级差，根据发光波长计算，可见光的波长为380-720nm，则OLED器件的启亮电压最低为1.7-3.2V，而启亮电压过高将限制OLED的应用场景，即启亮电压过高意味着OLED器件发光所需的电源电压就越高，对于一些只能提供较低电源电压的场合，就无法使OLED器件发光。为此，本申请提出一种有机电致发光器件。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种有机电致发光器件。

本申请提供一种有机电致发光器件，包括第一电极、第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的有机层；所述有机层包括给体材料和受体材料；所述给体材料的三线态能级比所述给体材料的单线态能级的一半高0.01-0.3ev并均有TTA效应的物质；所述给体材料内掺杂有染料；所述染料为聚集诱导材料。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述染料的掺杂浓度大于或等于20％。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述染料的三线态能级，大于所述给体材料与所述受体材料二者界面处产生的电荷转移单线态能级和电荷转移三线态能级；所述染料的单线态能级，小于所述给体材料的单线态能级。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述染料为聚集诱导延时荧光材料。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述染料掺杂的位置与所述给体材料和所述受体材料二者界面处之间的距离，大于Dexter能量传递范围、且小于Forster能量传递范围内。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述染料的掺杂位置与所述给体材料和所述受体材料二者界面处的距离大于5nm。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述受体材料为钙钛矿材料、C60、或N,N'-二-辛基-3,4,9,10-苝四羧基二亚胺中的任意一种。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述受体材料包括若干晶粒；相邻的晶粒之间形成有间隙。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述给体材料和所述受体材料之间形成的电荷转移能级，比所述给体材料的三线态能级高0.1-0.3ev；所述给体材料和所述受体材料之间形成的电荷转移能级低于所述给体材料的单线态能级，且低于所述染料的单线态能级和三线态能级。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述给体材料为红荧烯，或者为金属卟啉-蒽衍生物。

与现有技术相比，本申请的有益效果：本申请提供的有机电致发光器件，通过采用三线态能级比三线态能级的一半高0.01-0.3ev的给体材料，并在给体材料内掺杂聚集诱导材料，一方面可以降低有机电致发光器件的启亮电压，使其能够应用于更多的应用场景中，另一方面，当增加聚集诱导材料的掺杂浓度时，不会造成淬灭，从而降低了能量传递的逆过程，提高了发光效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的有机电致发光器件的一种结构示意图；

图2为本申请实施例提供的有机电致发光器件的另一种结构示意图

图3为本申请实施例提供的有机电致发光器件能量传输及发光示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本实施例提供一种有机电致发光器件，所述有机电致发光器件包括第一电极、第二电极以及位于第一电极和第二电极之间的有机层，所述有机层包括给体材料和受体材料；所述给体材料的三线态能级比所述给体材料的单线态能级的一半高0.01-0.3ev；所述给体材料内掺杂有染料；所述染料为聚集诱导材料。

具体地，请参考图1，所述有机电致发光器件包括依次设置的基板、第一电极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及第二电极；其中，所述空穴注入层、所述空穴传输层、所述发光层、所述电子传输层、以及所述电子注入层共同构成所述有机层；所述给体材料和所述染料共同形成所述发光层；所述受体材料形成所述电子传输层。

在本申请的其他实施例中，请参考图2，所述有机电致发光器件的结构还可以设置为：包括依次设置的基板、第一电极、电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层以及第二电极；所述电子注入层、所述电子传输层、所述发光层、所述空穴传输层、以及所述空穴注入层共同构成所述有机层；所述给体材料和所述染料共同形成所述发光层；所述受体材料形成所述电子传输层。

为了方便描述，将给体材料的单线态能级和三线态能级分别表示为S1和T1，将受体材料的单线态能级和三线态能级分别表示为A-S1和A-T1，将染料的单线态能级和三线态能级分别表示为D-S1和D-T1，将给体材料和受体材料二者界面处产生的电荷转移单线态能级和电荷转移三线态能级分别表示为CT1和CT3。

为降低启亮电压，本申请采用上转换发光器件结构，其主要发光过程如图3所示，其有机层包括一个给体材料和一个受体材料，在两者的界面处产生电荷转移能级CT1和CT3，然后能量传递至给体材料的三线态能级T1，在给体材料上两个三线态能级T1激子淬灭成一个单线态能级S1，之后传递至染料的单线态能级D-S1，进行复合发光，如此启亮电压最低可至发光波长对应能级的一半，即0.9-1.6V。

虽然上述上转换发光器件结构可以降低启亮电压，但是在能量传递过程中，会存在逆向的BCS(反向电荷分离)和SF(单线态裂变)过程，逆向的BCS和SF过程会大幅降低器件的发光效率。为降低上述能量传递的逆过程、提高发光效率，需要将能量从给体材料单线态能级S1迅速传递至染料的单线态能级D-S1上。在传统的上转换发光器件结构中，如果单纯的TTA材料发光或采用传统的磷光或荧光染料发光的方式，其掺杂浓度提高会造成淬灭，从而影响发光效率。

TTA(triple-tripleannihilation)效应是利用电子在三重态的湮灭效应，提高单重态电子的总量，具体来讲就是两个三重态的电子相互湮灭，生成一个基态电子和一个单重态电子，然后这个生产的单重态的电子再跃迁回基态发出荧光。

BCS(back charge separation)过程是指发生在给体材料和受体材料界面处的给体材料单线态能级S1到电荷转移单线态能级CT1的反向电荷分离过程。

SF(singlet fission)过程是指单线态裂变过程，即TTA过程的逆过程。

在本实施例中，所述给体材料中掺杂的染料为聚集诱导材料，该聚集诱导材料的掺杂浓度大于20％；该聚集诱导材料的三线态能级D-T1，大于所述给体材料与所述受体材料二者界面处产生的电荷转移单线态能级CT1和电荷转移三线态能级CT3；同时，该聚集诱导材料的单线态能级D-S1略小于所述给体材料的单线态能级S1。所述聚集诱导材料，例如可以为吡啶修饰的四苯乙烯(TPE-2Py)，四苯乙烯-2三苯胺(TPE-2TPA)等。

现有技术中，给体材料内掺杂的多为常规材料，即不具有聚集诱导作用的材料，常规材料的掺杂浓度相对较低，一般小于15％，这是因为若掺杂浓度过高容易造成淬灭，从而影响发光效率；而本申请中所掺杂的染料为聚集诱导材料，增大聚集诱导材料的掺杂浓度不会造成淬灭，不会影响发光效率，相反，通过将聚集诱导材料的掺杂浓度加大，使给体材料的单线态能级S1可以迅速的传递到染料的单线态能级D-S1上，降低逆向过程发生的概率，从而提高器件的发光效率。

进一步地，所述染料为聚集诱导延时荧光材料，例如可以为基于2,4,5,6-四(咔唑-9-基)-1,3-双氰苯的衍生物(4CzPhIPN-MO)；通过采用聚集诱导延时荧光材料，可进一步提高器件的效率，当能量非预期的传递至染料的D-T1能级或在其上形成激子时，可通过延时荧光效应，将能量传递至染料的D-S1，避免能量的非辐射复合，提高荧光量子产率。

进一步地，所述染料掺杂的位置与所述给体材料和所述受体材料二者界面处之间的距离，大于Dexter能量传递范围、且小于Forster能量传递范围内。

通过采用上述技术方案，使得给体材料单线态能级S1与染料单线态能级D-S1之间的传递方式为Forster能量传递方式，优选的，所述染料的掺杂位置与所述给体材料和所述受体材料二者界面处的距离大于5nm。

进一步地，由于受体材料相当于传输材料，其需要具有较高的载流子迁移率，为此，在本实施例中，选用钙钛矿材料作为受体材料，同时将钙钛矿材料制备成细小的晶粒，各相邻的晶粒之间留有间隙，提高了受体材料的间隙率，当将给体材料制备在受体材料上时，增大了二者的可接触面积，即增大了给体材料和受体材料二者之间的界面面积，从而有利于提高载流子迁移率，进而提高激子浓度。其中，所述给体材料可选用红荧烯。

在本申请的其他实施例中，所述受体材料还可以选用C60或N,N'-二-辛基-3,4,9,10-苝四羧基二亚胺(C8-PTCDI)等。

进一步地，因为器件的启亮电压主要取决于所述给体材料的三线态能级T1，所以所述给体材料的三线态能级T1要尽可能的低，但是为保证能量可以传递，又需要将TTA上去之后的能级比所述给体材料的单线态能级S1高，因此，本申请将所述给体材料的三线态能级T1设置为比所述给体材料的单线态能级S1的一半高0.01-0.3ev；通过采用上述技术方案，能够最大可能的降低器件的启亮电压。

进一步地，所述给体材料和所述受体材料之间形成的电荷转移能级CT1和CT3，比所述给体材料的三线态能级T1高0.1-0.3ev；通过采用上述技术方案，使得能量可以顺利传递到所述给体材料的三线态能级T1，同时尽量降低能量的损失。

进一步地，所述给体材料和所述受体材料之间形成的电荷转移能级CT1和CT3低于所述给体材料的单线态能级S1，且低于所述染料的单线态能级D-S1和三线态能级D-T1；通过采用上述技术方案，能够避免能量直接从所述给体材料和所述受体材料之间形成的电荷转移能级CT1和CT3传递到所述给体材料的单线态能级S1，还能够避免能量直接从所述给体材料和所述受体材料之间形成的电荷转移能级CT1和CT3传递到所述染料的单线态能级D-S1和三线态能级D-T1，从而能够避免降低TTA效应发生的概率，进而提高器件的发光效率。

具体地，各材料的能级之间满足如下关系：

0.01ev≤T1-0.5S1≤0.3ev；

0.1ev≤CT1-T1≤0.3ev；

0.1ev≤CT3-T1≤0.3ev；

CT1<S1，CT3<S1；

CT1<D-S1，CT3<D-S1；

CT1<D-T1，CT3<D-T1。

本申请实施例提供的有机电致发光器件，通过采用具有TTA效应的给体材料，给体材料的三线态能级比给体材料的单线态能级的一半高0.01-0.3ev，并在给体材料内掺杂聚集诱导材料，一方面可以降低有机电致发光器件的启亮电压，使其能够应用于更多的应用场景中，另一方面，当增加聚集诱导材料的掺杂浓度时，不会造成淬灭，从而降低了能量传递的逆过程，提高了发光效率。

为了验证本申请提供的有机电致发光器件的良好性能，进行了如下试验：

试验组1

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其染料采用的是聚集诱导材料，具体地，给体材料为：红荧烯；给体材料内掺杂的染料为：四苯乙烯-2三苯胺；染料的掺杂浓度为：20％；受体材料为：钙钛矿材料；其中，红荧烯的三线态能级T1为1.14ev，红荧烯的单线态能级S1为2.21ev，二者的关系满足0.01ev<T1-0.5S1<0.3ev。

试验组2

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其染料采用的是聚集诱导延时荧光材料，具体地，给体材料为：红荧烯；给体材料内掺杂的染料为：基于2,4,5,6-四(咔唑-9-基)-1,3-双氰苯的衍生物；染料的掺杂浓度为：20％；受体材料为：钙钛矿材料；其中，红荧烯的三线态能级T1为1.12ev，红荧烯的单线态能级S1为2.21ev，二者的关系满足0.01ev<T1-0.5S1<0.3ev。

对比组1

本对比组为现有技术中一种常规的发光器件，其染料采用的不是聚集诱导材料，具体地，给体材料为：4CZPBP(4,4’-双[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯双[4-(p,p’-二甲苯基-氨基)苯基]二苯基硅烷)；给体材料内掺杂的染料为：DCM(双(4-氰基苯基)甲醇)；染料的掺杂浓度为：2％；受体材料为：AlQ3(喹啉铝)。

需要说明的是，本申请提供的各试验组和对比组的发光器件的结构、以及除去给体材料、受体材料以及染料外的其他层的材料是相同的，例如，阳极材料为ITO、阴极材料为Al、空穴传输层的材料为MoO3、电子注入层的材料为LiF。

对上述试验组1、试验组2和对比组1中的发光器件的启亮电压和EQE分别进行测试，测试结果如表1所示。

表1

	启亮电压(V)	EQE
			试验组1	1.29	12％
试验组2	1.28	10.25％
			对比组1	2.0	5％

通过表1可以看出，本申请提供的有机电致发光器件与现有技术中的有机发光器件相比，启亮电压大大降低、并且发光效率大大提高；此外，采用聚集诱导延时荧光材料作为染料，与采用普通的聚集诱导材料作为染料相比，发光器件的发光效率也得到了一定程度的提高。

试验组3

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其与试验组1的不同之处仅仅在于：给体材料为金属卟啉-蒽衍生物A，金属卟啉-蒽衍生物A的三线态能级T1为1.135ev，金属卟啉-蒽衍生物A的单线态能级S1为2.25ev，二者的关系满足T1-0.5S1＝0.01ev。

试验组4

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其与试验组1的不同之处仅仅在于：给体材料为金属卟啉-蒽衍生物B，金属卟啉-蒽衍生物B的三线态能级T1为1.35ev，金属卟啉-蒽衍生物B的单线态能级S1为2.4ev，二者的关系为：T1-0.5S1＝0.15ev。

试验组5

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其与试验组1的不同之处仅仅在于：给体材料为金属卟啉-蒽衍生物C，金属卟啉-蒽衍生物C的三线态能级T1为1.7ev，金属卟啉-蒽衍生物C的单线态能级S1为2.8ev，二者的关系为：T1-0.5S1＝0.3ev。

对比组2

本对比组的发光器件与试验组1的不同之处仅仅在于：给体材料为金属卟啉-蒽衍生物D，金属卟啉-蒽衍生物D的三线态能级T1为1.25ev，金属卟啉-蒽衍生物D的单线态能级S1为2.5ev，二者的关系为：T1-0.5S1<0.01ev。

对比组3

本对比组的发光器件与试验组1的不同之处仅仅在于：给体材料为金属卟啉-蒽衍生物E，金属卟啉-蒽衍生物E的三线态能级T1为1.9ev，金属卟啉-蒽衍生物E的单线态能级S1为3.0ev，二者的关系为：T1-0.5S1>0.3ev。

对上述试验组3、试验组4、试验组5和对比组2、对比组3中的发光器件的启亮电压和EQE分别进行测试，测试结果如表2所示。

表2

	启亮电压(V)	EQE
			试验组3	1.3	10.25％
试验组4	1.2	12.5％
			试验组5	1.5	10％
对比组2	2	5％
			对比组3	1.8	8.1％

通过表2可以看出，当给体材料的三线态能级T1与所述给体材料的单线态能级S1满足0.01ev≤T1-0.5S1≤0.3ev时，发光器件的启亮电压相对较低、并且发光效率相对较高。

试验组6

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其与试验组1的不同之处仅仅在于：染料的掺杂浓度为：40％。

试验组7

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其与试验组1的不同之处仅仅在于：染料的掺杂浓度为：60％。

试验组8

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其与试验组1的不同之处仅仅在于：染料的掺杂浓度为：80％。

试验组9

本试验组为本申请提供的一种发光器件，其与试验组1的不同之处仅仅在于：染料的掺杂浓度为：100％。

对比组4

本试验组为一种发光器件，其与试验组1的不同之处仅仅在于：染料的掺杂浓度为：10％。

对上述试验组1、试验组6、试验组7、试验组8、试验组9和对比组4中的发光器件的启亮电压和EQE分别进行测试，测试结果如表3所示。

表3

	启亮电压(V)	EQE
			试验组1	1.29	12％
试验组6	1.35	12.3％
			试验组7	1.3	12.18％
试验组8	1.3	12.35％
			试验组9	1.3	12.4％
对比组4	1.3	8％

通过表3可以看出，当染料的掺杂浓度大于或等于20％时，发光器件的发光效率相对较高；当染料的掺杂浓度小于20％时，发光器件的发光效率相对较低。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种有机电致发光器件，其特征在于，包括第一电极、第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的有机层；所述有机层包括给体材料和受体材料；所述给体材料的三线态能级比所述给体材料的单线态能级的一半高0.01-0.3ev；所述给体材料内掺杂有染料；所述染料为聚集诱导材料。

2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述染料的掺杂浓度大于或等于20％。

3.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述染料的三线态能级，大于所述给体材料与所述受体材料二者界面处产生的电荷转移单线态能级和电荷转移三线态能级；所述染料的单线态能级小于所述给体材料的单线态能级。

4.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述染料为聚集诱导延时荧光材料。

5.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述染料掺杂的位置与所述给体材料和所述受体材料二者界面处之间的距离，大于Dexter能量传递范围、且小于Forster能量传递范围内。

6.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述染料的掺杂位置与所述给体材料和所述受体材料二者界面处的距离大于5nm。

7.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述受体材料为钙钛矿材料、C60、或N,N'-二-辛基-3,4,9,10-苝四羧基二亚胺中的任意一种。

8.根据权利要求7所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述受体材料包括若干晶粒；相邻的晶粒之间形成有间隙。

9.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述给体材料和所述受体材料之间形成的电荷转移能级，比所述给体材料的三线态能级高0.1-0.3ev；所述给体材料和所述受体材料之间形成的电荷转移能级低于所述给体材料的单线态能级，且低于所述染料的单线态能级和三线态能级。

10.根据权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述给体材料为红荧烯，或者为金属卟啉-蒽衍生物。

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