CN108807706A - 一种白光串联有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白光串联有机电致发光器件，其包括基板、阳极、阴极和介于所述阳极与阴极之间的至少两层的白光发光单元层，所述两层相邻的白光发光单元层之间通过电荷生成层串联，所述白光发光层包括有机功能层，所述有机功能层包括至少一层的掺杂蓝光层和至少一层的非掺杂互补发光层，所述至少一层的掺杂蓝光层和至少一层的非掺杂互补发光层所产生的光色混合后得到白光。本发明利用电荷生成层将白光发光单元层串联形成有机致电发光器件，并通过完善白光发光层中有机功能层各层的特殊选用和叠合形式，从而在保证该器件具有优异发光性能的基材上大大简化了该器件的结构及制备工艺，且该器件发光性能稳定、对角度依赖性低，具有更广阔的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及有机半导体技术领域，特别涉及一种有机电致发光器件。
背景技术
OLED(英文全称为Organic Light Emitting Diodes，意思为有机电致发光器件，简称OLED)具有自主发光、视角广、重量轻、温度适应范围广、面积大、全固化、柔性化，功耗低、响应速度快以及制造成本低等众多优点，在显示与照明领域有着重要应用，因而受到学术界和工业界的广泛关注。
为了进一步提高器件的效率和寿命，研究者将多个独立的发光单元堆叠起来，使同样大小的电流先后流经多个不同的发光单元进行共同发光从而提高发光亮度与效率，形成了串联OLED。串联OLED通常用电荷生成层(charge generation layer，CGL)作为连接层将多个发光单元器件串联起来，其与具有单发光单元器件相比，串联器件的电流效率和发光亮度都能成倍增加，并且在相同亮度下串联器件的电流密度较低，因而其寿命也大大增加。
2005年，长春应化所的马东阁等人首次报道了串联WOLED器件的结构为：ITO/NPB/DNA/BCP/Alq3/BCP:Li/V2O5/NPB/Alq3:DCJTB/Alq3/LiF/Al(Appl.Phys.Lett.2005，87，173510)其中以DNA/BCP/Alq3作为第一发光单元产生蓝光和绿光，Alq3:DCJTB作为第二发光单元产生红光，BCP:Li/V2O5作为电荷生成层有效的连接两个发光单元，空穴和电子在电荷生成层中产生，在电场作用下，分别传输到相邻的NPB和Alq3层中，并且他们通过对比第一发光单元的蓝绿光器件(2.2cd·A-1，0.5lm·W-1，890cd·m-2)和第二发光单元的红光器件(6cd·A-1，2.1lm·W-1，8300cd·m-2)，发现串联WOLED的电流效率和亮度都大于两个单发光单元器件的总和(最大效率可达10.7cd·A-1，最大亮度10200cd·m-2)，而功率效率则等于两个单发光单元器件的总和(2.6lm·W-1)。同时Chang等人采用光学吸收率较低的Mg:Alq3/WO3作为电荷生成层，将两个单白光发光单元连接起来，发现受微腔效应的影响，串联WOLED的效率(22cd·A-1)是单发光单元器件的三倍，并且在100cd·m-2亮度下，寿命超过80000h(Appl.Phys.Lett.2005，87，253501)。最近，Son等人首先合成出一种高效的蓝色磷光主体(TATA)，可以得到基于FIrpic发光高效蓝光OLED(46.2cd·A-1，45.4lm·W-1)，并将高效的黄光单元层(86.8cd·A-1，90.5lm·W-1)通过电荷生成层TmPyPB：Rb2CO3/Al/HAT-CN进行连接，器件的启亮电压(亮度为1cd·m-2)低至4.55V，最大功率效率为65.4lm·W-1，最大电流效率为129.5cd·A-1，最大外量子效率为49.5％。即使在1000cd·m-2亮度下，器件的功率效率仍可高达为63.1lm·W-1，电流效率高达128.8cd·A-1，外量子效率高达49.2％，这充分展示了串联OLED的良好前景(J.Mater.Chem.C 2013，1，5008)。
目前文献上白光串联器件的结构复杂，并且几乎都需要运用到掺杂技术进行制备发光层。此外，串联白色器件中很少对蓝光层进行改善，亦极少对角度依赖性进行考虑。因此，提供一种新颖的、高效率的、结构简单、工艺简单，光谱稳定白光串联有机电致发光器件甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种白光串联有机电致发光器件，其兼具发光效率高、光谱稳定、结构简单、制备工艺简单等多项优点。
本发明所采取的技术方案是：一种白光串联有机电致发光器件，其包括基板、阳极、阴极和介于所述阳极与阴极之间的至少两层的白光发光单元层，所述两层相邻的白光发光单元层之间通过电荷生成层串联，所述白光发光层包括有机功能层，所述有机功能层包括至少一层的掺杂蓝光层和至少一层的非掺杂互补发光层，所述至少一层的掺杂蓝光层和至少一层的非掺杂互补发光层所产生的光色混合后得到白光。
具体地，所述电荷生成层将N层白光发光单元层连接起来，其中N≥2，白光发光单元层通过电荷生成层进行叠加串联，电荷生成层能有效产生空穴与电子，使得该器件的发光效率大大增加，并且有利于该器件的寿命。同时，将白光发光单元层串联起来能有效降低角度依赖性，有利于该器件在显示等领域有更广阔的应用。
作为上述方案的进一步改进，所述至少一层的非掺杂互补发光层包括至少一种光色，即本发明中所述的白光发光单元层可以都是双色白光、三色白光或四色白光，也可以是双色白光、三色白光、四色白光中的任意两种组合。本发明中限定互补发光层为非掺杂层，可有效降低器件的制备工艺、节约时间和成本。当非掺杂互补光发光层为多色时，各互补光发光层可以直接相邻，也可以不相邻，而为了避免过多的能量转移或者浓度淬灭，所述白光发光单元层里面的各发光层需要间隔层分隔开来。所述间隔层的能级与发光层直接的能级要进行匹配，尤其是三线态能级要不低于所接触的发光层的三线态能级0.2eV，避免过多的激子被淬灭，影响器件的效率。本发明中所述非掺杂互补发光层选非掺杂黄光层、非掺杂红光层、非掺杂绿光层中的其中一种。
作为上述方案的进一步改进，为了使器件兼具结构简单和发光效率稳定的特性，所述白光发光单元层的掺杂蓝光层最多为两层。当掺杂蓝光层为两层时，可以将蓝光置于激子的主要产生区域，以保证能产生足够多的蓝光。
作为上述方案的进一步改进，所述掺杂蓝光层中掺杂蓝光的主体为双极性主体。
具体地，本发明中所述掺杂蓝光的主体为双极性主体，其可以有效拓宽激子的产生区域，增强效率、色坐标稳定性、寿命与降低效率滚降现象。本发明所述的双极性主体是指该材料的空穴迁移率与电子迁移率相等或近似。进一步地，所述双极性主体可以为一种材料构成，也可以由p型主体与n型主体混合而成，但优选为单一材料构成。其中p型主体是指该材料的空穴迁移率大于电子迁移率，n型主体是指该材料的空穴迁移率小于电子迁移率。
另外，所述两层掺杂蓝光层可以相邻设置或者不相邻设置。
两层掺杂蓝光层相邻设置时，可以利用两个不同主体之间存在能级不匹配原理，也可以利用两个不同主体的电荷传输性的不同原理，当然也可以同时利用两种原理，其可以有效拓宽激子的产生区域，进一步增强效率、色坐标稳定性、寿命与降低效率滚降现象。所述的能级不匹配原理是指两蓝色发光层主体之间的HOMO，LUMO能级之间至少有一种不同，导致电荷在蓝光层间进行积累，而所述电荷传输性的不同原理是指两蓝色蓝光层中主体所用材料的极性不同，为p型材料、n型材料以及双极性材料的组合任意两种组合，但是不能为p型与p型的组合，或者n型与n型的组合，否则无法保证发光界面位于蓝色发光层间。进一步而言，当两层掺杂蓝光层相邻设置，此时两层发光层主体相同而客体不同时，可以利用两个不同客体之间存在能级不匹配原理，也可以利用两个不同客体的电荷传输性的不同原理，当然也可以同时利用两种原理，其可以有效拓宽激子的产生区域，进一步增强效率、色坐标稳定性、寿命与降低效率滚降现象。所述的能级不匹配原理是指两蓝色发光层客体之间的HOMO，LUMO能级之间至少有一种不同，导致电荷在蓝光层进行积累，而所述的电荷传输性的不同原理是指两蓝色蓝光层中客体所用材料的极性不同，为p型材料、n型材料以及双极性材料的组合任意两种组合，但是不能为p型与p型的组合，或者n型与n型的组合，否则无法保证发光界面位于蓝色发光层间。
两层掺杂蓝光层不相邻设置时，则所述两层掺杂蓝光层分别置于激子的主要产生区域，通过能量转移的方式使得互补光能有效产生。
作为上述方案的进一步改进，所述白光发光单元层中的掺杂蓝光层与非掺杂互补发光层之间设有间隔层。进一步地，所述间隔层为非掺杂间隔层，其可有效简化该器件的制备工艺。所述间隔层的能级与发光层直接的能级要进行匹配，尤其是三线态能级要不低于所接触的发光层的三线态能级0.2eV，避免过多的激子被淬灭，影响器件的效率。
作为上述方案的进一步改进，所述掺杂蓝光层与非掺杂互补发光层的厚度均为0.01～200nm，本发明中优选间隔层的厚度为0.01～100nm，其进一步提高了该器件的稳定性。
作为上述方案的进一步改进，所述间隔层的厚度为0.01～30nm，本发明中优选间隔层的厚度为0.1～10nm，其进一步提高了该器件的稳定性。
作为上述方案的进一步改进，所述有机功能层还包括位于所述有机功能层一侧的电子注入层、电子传输层和位于所述有机功能层另一侧的空穴传输层、空穴注入层。
另外，本发明中所述串联器件中的各个白光发光单元层的位置可以根据实际需要进行互相调换，从而可以优化器件。所述各白光发光单元层中的发光层位置亦可以根据实际需要进行互相调换，从而可以优化器件。
本发明的有益效果是：本发明利用电荷生成层将白光发光单元层串联形成有机致电发光器件，并通过完善白光发光层中有机功能层各层的特殊选用和叠合形式，从而在保证该器件具有优异发光性能的基材上大大简化了该器件的结构及制备工艺，且该器件发光性能稳定、对角度依赖性低，具有更广阔的应用领域。
附图说明
图1是本发明实施例1的白光串联有机电致发光器件的层结构示意图；
图2是本发明实施例2的白光串联有机电致发光器件的层结构示意图；
图3是本发明实施例3的白光串联有机电致发光器件的层结构示意图；
图4是本发明实施例4的白光串联有机电致发光器件的层结构示意图；
图5是本发明实施例5的白光串联有机电致发光器件的层结构示意图；
图6是本发明实施例6的白光串联有机电致发光器件的层结构示意图；
图7是本发明实施例7的白光串联有机电致发光器件的层结构示意图；
图8是本发明实施例1的白光串联有机电致发光器件的性能图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
实施例1
一种白光串联有机致电发光器件，该器件的结构为：
ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/26DCzPPy：FIrpic(10nm，20％)/PO-01(0.5nm)/TmPyPB(15nm)/Bepp2：KBH4(10nm，15％)/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/26DCzPPy：FIrpic(10nm，20％)/PO-01(0.5nm)//TmPyPB(50nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(200nm)。
该器件的结构如图1所述，其依次由以下层叠加：基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层1、空穴传输层2、掺杂蓝光层、非掺杂黄光层、电子传输层、电子注入层、电荷生成层、空穴注入层、空穴传输层、掺杂蓝光层、非掺杂黄光层、电子传输层、电子注入层、阴极。
将本实施例所得的实施例1器件成品进行性能检测，其效率图如图8所示，即该实施例1器件成品的最大效率为65cd/A。
实施例2
一种白光串联有机致电发光器件，该器件的结构为：
ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/PO-01(0.5nm)/m-MTDATA(3nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/TmPyPB(15nm)/Bepp2：KBH4(10nm，15％)/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/PO-01(0.5nm)/Bphen(1.5nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/TmPyPB(50nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(200nm)。
该器件的结构如图2所述，其依次由以下层叠加：基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂黄光层、非掺杂间隔层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、电荷生成层、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂黄光层、非掺杂间隔层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、阴极。
将本实施例所得的实施例2器件成品进行性能检测，测得其最大效率为63.5cd/A。
实施例3
一种白光串联有机致电发光器件，该器件的结构为：
ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/PO-01(0.5nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/TmPyPB(15nm)/Bepp2：KBH4(10nm，15％)/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/Ir(piq)3(0.3nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/TmPyPB(50nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(200nm)。
该器件的结构如图3所述，其依次由以下层叠加：基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂黄光层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、电荷生成层、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂红光层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、阴极。
将本实施例所得的实施例3器件成品进行性能检测，测得其最大效率为71.8cd/A。
实施例4
一种白光串联有机致电发光器件，该器件的结构为：
ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/Ir(piq)3(0.3nm)/Ir(ppy)3(0.3nm)/26DCzPPy：FIrpic(10nm，20％)/TmPyPB(15nm)/Bepp2：KBH4(10nm，15％)/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/Ir(piq)3(0.3nm)/Ir(ppy)3(0.3nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/TmPyPB(50nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(200nm)。
该器件的结构如图4所述，其依次由以下层叠加：基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂红光层、非掺杂绿光层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、电荷生成层、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂红光层、非掺杂绿光层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、阴极。
将本实施例所得的实施例4器件成品进行性能检测，测得其最大效率为69cd/A。
实施例5
一种白光串联有机致电发光器件，该器件的结构为：
ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/Ir(piq)3(0.3nm)/TAPC(3nm)/PO-01(0.5nm)/TAPC(3nm)/26DCzPPy：FIrpic(10nm，20％)/TmPyPB(15nm)/Bepp2：KBH4(10nm，15％)/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/Ir(piq)3(0.3nm)/TPBi(1.5nm)/PO-01(0.5nm)/TPBi(1.5nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/TmPyPB(50nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(200nm)。
该器件的结构如图5所述，其依次由以下层叠加：基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂红光层、非掺杂间隔层、非掺杂黄光层、非掺杂间隔层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、电荷生成层、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂红光层、非掺杂间隔层、非掺杂黄光层、非掺杂间隔层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、阴极。
将本实施例所得的实施例5器件成品进行性能检测，测得其最大效率为72cd/A。
实施例6
一种白光串联有机致电发光器件，该器件的结构为：
ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/PO-01(0.5nm)/26DCzPPy：FIrpic(10nm，20％)/TmPyPB(15nm)/Bepp2：KBH4(10nm，15％)/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/Ir(piq)3(0.3nm)/Ir(ppy)3(0.3nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/TmPyPB(50nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(200nm)。
该器件的结构如图6所述，其依次由以下层叠加：基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂黄光层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、电荷生成层、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂红光层、非掺杂绿光层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、阴极。
将本实施例所得的实施例6器件成品进行性能检测，测得其最大效率为70cd/A。
实施例7
一种白光串联有机致电发光器件，该器件的结构为：
ITO/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/Ir(piq)3(0.3nm)/26DCzPPy：FIrpic(10nm，20％)/TmPyPB(15nm)/Bepp2：KBH4(10nm，15％)/HAT-CN(100nm)/NPB(15nm)/TCTA(5nm)/Ir(piq)3(0.3nm)/Ir(ppy)3(0.3nm)/TCTA：FIrpic(10nm，8％)/TmPyPB(50nm)/Cs2CO3(1nm)/Al(200nm)。
该器件的结构如图7所述，其依次由以下层叠加：基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂红光层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、电荷生成层、空穴注入层、空穴传输层、非掺杂红光层、非掺杂绿光层、掺杂蓝光层、电子传输层、电子注入层、阴极。
将本实施例所得的实施例7器件成品进行性能检测，测得其最大效率为68cd/A。
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。
Claims (10)
1.一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：包括基板、阳极、阴极和介于所述阳极与阴极之间的至少两层的白光发光单元层，所述两层相邻的白光发光单元层之间通过电荷生成层串联，所述白光发光层包括有机功能层，所述有机功能层包括至少一层的掺杂蓝光层和至少一层的非掺杂互补发光层，所述至少一层的掺杂蓝光层和至少一层的非掺杂互补发光层所产生的光色混合后得到白光。
2.根据权利要求1所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述至少一层的非掺杂互补发光层包括至少一种光色。
3.根据权利要求1所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述白光发光单元层的掺杂蓝光层最多为两层。
4.根据权利要求1所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述白光发光单元层中的掺杂蓝光层与非掺杂互补发光层之间设有间隔层。
5.根据权利要求4所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述间隔层为非掺杂间隔层。
6.根据权利要求1所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述掺杂蓝光层中掺杂蓝光的主体为双极性主体。
7.根据权利要求1所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述掺杂蓝光层与非掺杂互补发光层的厚度均为0.01～200nm。
8.根据权利要求4所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述间隔层的厚度为0.01～30nm。
9.根据权利要求1所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述有机功能层还包括位于所述有机功能层一侧的电子注入层、电子传输层和位于所述有机功能层另一侧的空穴传输层、空穴注入层。
10.根据权利要求2所述的一种白光串联有机电致发光器件，其特征在于：所述非掺杂互补发光层选非掺杂黄光层、非掺杂红光层、非掺杂绿光层中的其中一种。
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