CN113725377B - 发光器件、发光基板及发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及照明与显示技术领域,尤其涉及一种发光器件、发光基板及发光装置。可以提高发光效率。一种发光器件,包括:层叠设置的第一电极和第二电极,以及设置于第一电极和第二电极之间的发光层;发光层的材料包括主体材料和客体材料,主体材料包括第一主体材料和第二主体材料,第一主体材料的多数载流子为空穴,第二主体材料的多数载流子为电子;第一主体材料的HOMO能级和第二主体材料的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,第一主体材料的LUMO能级和第二主体材料的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;客体材料的HOMO能级与第一主体材料的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;客体材料的LUMO能级与第二主体材料的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV。
Description
技术领域
本发明涉及照明与显示技术领域,尤其涉及一种发光器件、发光基板及发光装置。
背景技术
有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)具有自发光、广视角、反应时间快、发光效率高、工作电压低、基板厚度薄、可制作大尺寸与可弯曲式基板及制程简单等特性,被誉为下一代的“明星”显示技术。
发明内容
本发明的主要目的在于,提供一种发光器件、发光基板及发光装置。可以提高发光效率。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一方面,本发明实施例提供一种发光器件,包括:层叠设置的第一电极和第二电极,以及设置于所述第一电极和所述第二电极之间的发光层;所述发光层的材料包括主体材料和客体材料,所述主体材料包括第一主体材料和第二主体材料,所述第一主体材料中的多数载流子和所述第二主体材料中的多数载流子的极性相反,且所述第一主体材料的多数载流子为空穴;其中,所述第一主体材料的HOMO能级和所述第二主体材料的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,所述第一主体材料的LUMO能级和所述第二主体材料的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;所述客体材料的HOMO能级与所述第一主体材料的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;所述客体材料的LUMO能级与所述第二主体材料的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV。
在一些实施例中,所述第一主体材料的归一化发射光谱和第二主体材料的归一化吸收光谱之间具有交叠区域;所述交叠区域的积分面积大于或等于所述第一主体材料的归一化发射光谱的积分面积的10%。
在一些实施例中,所述第二主体材料为TADF材料。
在一些实施例中,所述第一主体材料和所述第二主体材料之间不形成激基复合物。
在一些实施例中,所述第一主体材料的最低单线态激子能量与所述第二主体材料的最低单线态激子能量之差大于或等于0.1eV,所述第一主体材料的最低三线态激子能量与所述第二主体材料的最低三线态激子能量之差大于或等于0.1eV。
在一些实施例中,所述第一主体材料的最低单线态激子能量大于或等于2.7eV小于或等于3.3eV,所述第二主体材料的最低单线态激子能量大于或等于2.3eV小于或等于2.8eV;所述第一主体材料的最低三线态激子能量大于或等于2.5eV小于或等于3.1eV,所述第二主体材料的最低三线态激子能量大于或等于2.2eV小于或等于2.7eV。
在一些实施例中,所述客体材料为磷光材料;所述第二主体材料的最低三重态激子能量与所述客体材料的最低三重态激子能量之差大于或等于0.1eV。
在一些实施例中,所述客体材料的最低三重态激子能量大于或等于2.1eV小于或等于2.6eV。
在一些实施例中,所述第一主体材料的HOMO能级大于或等于-5.6eV小于或等于-5.3eV,所述第二主体材料的HOMO能级大于或等于-5.8eV小于或等于-5.4eV;所述第一主体材料的LUMO能级大于或等于-2.4eV小于或等于-2.0eV,所述第二主体材料的LUMO能级大于或等于-2.6eV小于或等于-2.2eV。
在一些实施例中,所述客体材料的HOMO能级大于或等于-5.5eV小于或等于-5.0eV,所述客体材料的LUMO能级大于或等于-3.0eV小于或等于-2.5eV。
在一些实施例中,所述第一主体材料选自如下式(I)所示的化合物中的任一种:
其中,R1、R2、R3和R4相同或不同,分别独立地选自氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种,L1和L2相同或不同,分别独立地选自单键、取代或未取代的C6~C30的亚芳基和取代或未取代的C2~C30的亚杂芳基中的任一种;Ar1和Ar2相同或不同,分别独立地选自取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;在R1、R2、R3、R4、L1、L2,以及Ar1和Ar2中,取代的取代基选自C1~C10的烷基中的任一种。
在一些实施例中,所述第二主体材料选自如下式(II-1)和式(II-2)所示的化合物中的任一种:
其中,X1为N,X2选自C(R5)2、N(R6)、O、S、C=O、S=O、P(R7)3、P=O、Se和Si(R8)2中的任一种,X3、X4和X5相同或不同,分别独立地选自C(R9)或N,且至少有一个为N;R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11相同或不同,分别独立地选自氢、氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;L3选自单键、取代或未取代的C6~C30的亚芳基和取代或未取代的C2~C30的亚杂芳基中的任一种;在R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和L3中,取代的取代基选自C1~C10的烷基中的任一种。
在一些实施例中,所述第一主体材料的分解温度和升华温度之差大于或等于20℃,第二主体材料的分解温度和升华温度之差大于或等于20℃,且第一主体材料的升华温度和第二主体材料的升华温度之差的绝对值小于或等于30℃。
在一些实施例中,所述第一主体材料和所述第二主体材料的质量比为1:9~9:1。
在一些实施例中,所述客体材料选自如下式(III)所示的化合物中的任一种:
其中,X6选自N(R15)、C(R16)2、O、S、C=O、S=O、P(R17)3、P=O、Se、Si(R18)2中的任一种,A1~A8相同或不同,分别独立地选自C(R19)或N,且A1~A8中至少一个为N;R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19相同或不同,分别独立地选自氢、氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基、取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;在R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19中,取代的取代基选自C1~C10的烷基中的任一种;n为1或2。
在一些实施例中,所述客体材料在所述发光层中的质量占比为5%~15%。
在一些实施例中,还包括:空穴阻挡层和电子阻挡层;所述空穴阻挡层的最低单重态激子能量与所述第一主体材料的最低单重态激子能量之差大于或等于0.1eV;所述空穴阻挡层的最低三重态激子能量与所述第一主体材料的最低三重态激子能量之差大于或等于0.1eV;所述电子阻挡层的最低单重态激子能量与所述第二主体材料的最低单重态激子能量之差大于或等于0.1eV;所述电子阻挡层的最低三重态激子能量与所述第二主体材料的最低三重态激子能量之差大于或等于0.1eV。
在一些实施例中,所述空穴阻挡层的材料选自三嗪类化合物中的任一种;所述电子阻挡层的材料选自三苯胺类化合物中的任一种。
另一方面,提供一种发光基板,包括:衬底;设置于所述衬底上的多个发光器件;其中,至少一个发光器件为如上所述的发光器件。
再一方面,提供一种发光装置,包括如上所述的发光基板。
本发明实施例提供一种发光器件、发光基板及发光装置。通过使第一主体材料、第二主体材料和客体材料各自的HOMO能级和LUMO能级满足上述关系,即可使第一主体材料、第二主体材料和客体材料各自的HOMO能级和LUMO能级相匹配,与第一主体材料、第二主体材料和客体材料各自的HOMO能级和LUMO能级之间能级不搭配(匹配)相比,直接被客体材料捕获的空穴和电子较少,可以实现主体材料到客体材料的能量充分转移,从而可以提高器件效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种发光基板的剖视结构图;
图2为本发明实施例提供的一种发光基板的俯视结构图;
图3为本发明实施例提供的一种发光功能层中各层之间的能级关系图;
图4为本发明实施例提供的另一种发光基板的剖视结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本文参照作为理想化示例性附图的剖视图和/或平面图描述了示例性实施方式。在附图中,为了清楚,放大了层和区域的厚度。因此,可设想到由于例如制造技术和/或公差引起的相对于附图的形状的变动。因此,示例性实施方式不应解释为局限于本文示出的区域的形状,而是包括因例如制造而引起的形状偏差。例如,示为矩形的蚀刻区域通常将具有弯曲的特征。因此,附图中所示的区域本质上是示意性的,且它们的形状并非旨在示出设备的区域的实际形状,并且并非旨在限制示例性实施方式的范围。
本公开的一些实施例提供了一种发光装置,该发光装置包括发光基板,当然还可以包括其他部件,例如可以包括用于向发光基板提供电信号,以驱动该发光基板发光的电路,该电路可以称为控制电路,可以包括与发光基板电连接的电路板和/或IC(IntegrateCircuit,集成电路)。
在一些实施例中,该发光装置可以为照明装置,此时,发光装置用作光源,实现照明功能。例如,发光装置可以是液晶显示装置中的背光模组,用于内部或外部照明的灯,或各种信号灯等。
在另一些实施例中,该发光装置可以为显示装置,此时,该发光基板为显示基板,用于实现显示图像(即画面)功能。发光装置可以包括显示器或包含显示器的产品。其中,显示器可以是平板显示器(Flat Panel Display,FPD),微型显示器等。若按照用户能否看到显示器背面的场景划分,显示器可以是透明显示器或不透明显示器。若按照显示器能否弯折或卷曲,显示器可以是柔性显示器或普通显示器(可以称为刚性显示器)。示例的,包含显示器的产品可以包括:计算机显示器,电视,广告牌,具有显示功能的激光打印机,电话,手机,个人数字助理(Personal Digital Assistant,PDA),膝上型计算机,数码相机,便携式摄录机,取景器,车辆,大面积墙壁,剧院的屏幕或体育场标牌等。
本发明的一些实施例提供了一种发光基板1,如图1和图2所示,该发光基板1包括衬底11、设置在衬底11上的像素界定层12和多个发光器件13。其中,该像素界定层12具有多个开口Q,多个发光器件13可以与多个开口Q一一对应设置。这里的多个发光器件13可以是发光基板1包含的全部或部分发光器件13;多个开口Q可以是像素界定层12上的全部或部分开口。
其中,该衬底11可以为柔性衬底,或者刚性衬底,在衬底11为柔性衬底的情况下,衬底11的材料可以为PI(Polyimide,聚酰亚胺)材料。在衬底11为刚性衬底的情况下,衬底11可以为玻璃。在此,衬底11可以为已经形成有像素驱动电路的衬底。
该发光基板1可以为顶发光式发光基板(发光器件13发出的光自远离衬底11一侧出射)、底发光式发光基板(发光器件13发出的光自衬底11一侧出射)或双面发光式发光基板。
示例的,如图1所示,以发光基板1为顶发光式发光基板为例,该发光基板1还可以包括:设置于发光器件13远离衬底11一侧的取光层14。取光层14被配置为将每个发光器件13发出的光取出。
每个发光器件13可以包括第一电极131、第二电极132,以及设置于第一电极131和第二电极132之间的发光功能层133,该发光功能层133包括发光层133a。
在一些实施例中,如图1所示,该第一电极131可以为阳极,此时,该第二电极132为阴极。在另一些实施例中,如图2所示,该第一电极131可以为阴极,此时,该第二电极132为阳极。
在一些实施例中,阳极的材料可以选自高功函材料,如ITO(Indium Tin Oxides,氧化铟锡)、IZO(Indium Zinc Oxide,氧化铟锌)或复合材料(如Ag/ITO,Al/ITO,Ag/IZO或Al/IZO,其中,“Ag/ITO”命名由金属银电极和ITO电极堆叠的叠层结构)等,阴极的材料可以选自低功函材料,如金属Al、Ag或Mg,或者低功函的金属合金材料(如镁铝合金、镁银合金)等。
对于OLED发光器件而言,该发光器件13的发光原理为:通过阳极和阴极连接的电路,利用阳极向发光层133a注入空穴,阴极向发光层133a注入电子,所形成的电子和空穴在发光层133a中形成激子,激子通过辐射跃迁回到基态,发出光子。
如图1和图2所示,为了提高电子和空穴注入发光层133a的效率,该发光功能层133还可以包括:空穴注入层(Hole Injection Layer,HIL)133b、电子注入层(ElectronicInjection Layer,EIL)133c、空穴传输层(Hole Transport Layer,HTL)133d和电子传输层(Electronic Transport Layer,ETL)133e的至少一个。示例的,该发光功能层133可以包括设置于阳极和发光层133a之间的空穴传输层(HTL)133d,以及设置于阴极和发光层133a之间的电子传输层(ETL)133e。为了进一步提高电子和空穴注入发光层133a的效率,发光功能层133还可以包括设置于阳极和空穴传输层133d之间的空穴注入层(HIL)133b,以及设置于阴极和电子传输层133e之间的电子注入层(EIL)133c。
在一些实施例中,电子传输层133e可以选自具有良好电子传输特性的有机材料,也可以在有机材料中掺杂有LiQ3、Li和Ca等,厚度可以为10~70nm。空穴传输层133d可以选自N,N’-二苯基-N,N’-(1-萘基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺(N,N’-Bis-(1-naphthalenyl)-N,N’-bis-phenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine)和4,4′-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺](4,4′-cyclohexylidenebis[N,N-bis(p-tolyl)aniline])中的任一种。
在另一些实施例中,电子注入层133c的材料可以选自低功函金属,如Li、Ca和Yb等,或者金属盐LiF、LiQ3等,厚度可以为0.5~2nm。空穴注入层133b的材料可以选自CuPc(Copper(II)phthalocyanine,酞菁铜)、HATCN(2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲,Hexaazatriphenylenehexacabonitrile)、MnO3等,也可以为在这些材料进行P型掺杂后的材料,厚度可以为5~30nm。
发光基板1上还可以设置连接各个发光器件13的驱动电路,驱动电路可以与控制电路连接,以根据控制电路输入的电信号,驱动各个发光器件13发光。该驱动电路可以为有源驱动电路或者无源驱动电路。
该发光基板1可以发白光、单色光(单一颜色的光)或颜色可调的光等。
在第一种示例中,该发光基板1可以发白光。此时,如图1所示,多个发光器件13包括发红光的发光器件13R、发绿光的发光器件13G和发蓝光的发光器件13B。此时,通过控制发红光的发光器件13R、发绿光的发光器件13G和发蓝光的发光器件13B同时发光,即可实现发红光的发光器件13R、发绿光的发光器件13G和发蓝光的发光器件13B的混光,以使发光基板1呈现白光。
在该示例中,该发光基板1可用于照明,即可以应用于照明装置中。
在第二种示例中,该发光基板1可以发单色光。这时,根据多个发光器件13中,至少一个发光器件13为发绿光的发光器件13G,可以得知,该发光基板1可以发绿光,也即,多个发光器件13均为发绿光的发光器件13G的情形。在该示例中,该发光基板1可用于照明,即可以应用于照明装置中,也可以用于显示单一色彩的图像或画面,即可应用于显示装置中。
在第三种示例中,该发光基板1可以发颜色可调的光(即彩色光),该发光基板1与第一种示例所描述的多个发光器件13的结构相类似的,通过对各个发光器件13的亮度进行控制,即可对该发光基板1发出的混合光的颜色和亮度进行控制,从而实现彩色发光。
在该示例中,该发光基板1可用于显示图像或画面,即可应用于显示装置中,当然,该发光基板1也可以用于照明装置中。
在第三种示例中,以该发光基板1为显示基板为例,如全彩显示面板,如图2所示,该发光基板1包括显示区A和设置于显示区A周边的周边区S。显示区A包括多个亚像素区P,每个亚像素区P对应一个开口,一个开口对应一个发光器件13,每个亚像素区P中设置有用于驱动对应的发光器件发光的像素驱动电路200。周边区S用于布线,如连接像素驱动电路200的栅极驱动电路100。
基于以上结构,本公开的一些实施例提供一种发光器件,该发光器件13中的发光层133a的材料包括主体材料H和客体材料D(也称为掺杂材料),也即发光层133a的材料为主客体掺杂体系的材料。主体材料H是具有和客体材料D能够进行能量传递的材料,具有良好的空穴和电子传输能力,良好的热稳定性和成膜性质,在发光层133a中具有较大的占比。客体材料D在发光层133a中的占比较小。
对于主客体掺杂体系,存在主体材料H到客体材料D的能量传递以及激子直接在客体材料D上形成的两种发光机制。
具体的,在外加电场作用下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入发光功能层133,具体过程为:如图3所示,电子从阴极的费米能级跃迁到发光功能层的LUMO(LowestUnoccupied Molecular Orbital,最低未占分子轨道)能级,空穴从阳极的费米能级跃迁到发光功能层的HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital,最高占据分子轨道)能级。接着,电子依次在电子注入层133c和电子传输层133e的LUMO能级上传输,最终注入发光层133a,空穴依次在空穴注入层133b和空穴传输层133d的HOMO能级上传输,跃迁注入发光层133a。电子和空穴注入发光层133a后,在同一个分子或者相邻分子上由于库仑力的作用束缚在一起,形成电子空穴对即激子。激子可以先形成在主体材料H上(此时电子和空穴先被主体材料H捕获),也可以直接形成在客体材料D上(此时,电子和空穴直接被客体材料D捕获)。
当激子先形成在主体材料H上时,这个体系包括主体材料H到客体材料D的Foster能量转移和Dexter能量转移,其中,Foster能量转移依靠电荷的库伦作用,能在较远的距离内实现,而Dexter能量转移需要电子云的交叠,只能在紧邻的分子间完成。用物理掺杂的方法,利用材料间有效的能量转移,可以达到提高发光效率的目的。当激子直接形成在客体材料D上时,电子和空穴直接在客体材料D上复合发光。
对于主客体掺杂体系而言,电子和空穴先被主体材料H捕获还是直接被客体材料D捕获,主要取决于发光功能层133中各层之间的能级匹配关系,而主体材料H的一个作用是对注入到发光层133a中的电子和空穴进行传输(也即主体材料H可以是双极性分子(也即包括给体基团和受体基团的分子,可以同时实现空穴和电子的传输),或者主体材料为双主体材料,包括p型材料(也即空穴传输型材料)和n型材料(电子传输型材料),以实现对电子和空穴进行传输),使得电子和空穴具有较宽的复合区域,因此,主客体掺杂体系更倾向于主体材料H到客体材料D的能量传递的发光机制,而不希望激子直接在客体材料D上形成的发光机制,这就使得发光功能层133中与发光层133a相邻的层的材料的HOMO(HighestOccupied Molecular Orbital,最高占据分子轨道)能级和LUMO(Lowest UnoccupiedMolecular Orbital,最低未占分子轨道)能级与发光层133a中的主体材料D的HOMO能级和LUMO能级相匹配,也即,以发光功能层中与发光层133a相邻的层是电子传输层133e和空穴传输层133d为例,电子传输层133e的材料的LUMO能级与发光层133a的主体材料D的LUMO能级相匹配,空穴传输层133d的材料的HOMO能级与发光层133a中的主体材料H的HOMO能级相匹配。这时,示例的,电子传输层133e的材料的LUMO能级与发光层133a的主体材料H的LUMO能级之差小于或等于0.5eV,使得电子传输层133e中的电子可以在一定的电场作用下克服电子传输层133e和发光层133a的主体材料之间的能级势垒(LUMO能级的能级势垒)注入到发光层133a的主体材料H上,空穴传输层133d的材料的HOMO能级与发光层133a的主体材料H的HOMO能级之差也可以小于或等于0.5eV,使得空穴传输层133d中的空穴可以在一定的电场作用下克服空穴传输层133d和发光层133的主体材料H之间的能级势垒(HOMO能级的能级势垒)注入到发光层133a的主体材料H上,从而使得电子和空穴先形成在主体材料H上。
然而,通过研究发现,在主客体材料的能级搭配不合理的情况下,还是会导致发光层133a中一定比例的空穴和电子直接被客体材料D捕获,降低了发光层133a中的有效载流子数量(可用于能量传递以实现发光的载流子数量),造成了发光效率的降低。
另外,对于双主体材料的体系而言,与双极性分子的主体材料相比,更有利于设计出适合电子传输和空穴传输的材料,因此,在一些实施例中,主体材料H包括第一主体材料H1和第二主体材料H2。第一主体材料H1中的多数载流子和第二主体材料H2中的多数载流子的极性相反,且第一主体材料H1的多数载流子为空穴。
也即,第一主体材料H1和第二主体材料H2可以分别是p型材料和n型材料,对于半导体材料而言,材料中通常存在两种载流子即空穴和电子,根据材料中空穴占比居多还是电子占比居多,可以将半导体材料分成p型材料和n型材料,p型材料中空穴占比居多,其中的多数载流子为空穴,空穴也可被称为多子,此时电子也被称为少子,n型材料中电子占比居多,其中的多数载流子为电子,电子也可被称为多子,此时空穴也被称为少子。
基于以上,如何对第一主体材料H1、第二主体材料H2和客体材料D之间的能级进行合理搭配,实现主体材料H到客体材料D的能量充分转移,进而提高发光器件13的效率,就显得尤为重要。
在本公开的一些实施例中,第一主体材料H1的HOMO能级和第二主体材料H2的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,第一主体材料H1的LUMO能级和第二主体材料H2的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV。客体材料D的HOMO能级与第一主体材料H1的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;客体材料D的LUMO能级与第二主体材料H2的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV。
也即,在本公开的这些实施例中,第一主体材料H1的能级、第二主体材料H2的能级和客体材料D的能级之间的关系如下所示:
∣HOMOH1-HOMOH2∣≤0.4eV;
∣LUMOH1-LUMOH2∣≤0.4eV;
∣HOMOH1-HOMOD∣≤0.4eV;
∣LUMOH2-LUMOD∣≤0.4eV。
其中,上述HOMOH1表示第一主体材料H1的HOMO能级,HOMOH2表示第二主体材料H2的HOMO能级,LUMOH1表示第一主体材料H1的LUMO能级,LUMOH2表示第二主体材料H1的LUMO能级,HOMOD表示客体材料D的HOMO能级,LUMOD表示客体材料D的LUMO能级。
对上述第一主体材料H1、第二主体材料H2和客体材料D各自的HOMO能级和LUMO能级,以及客体材料D的发光颜色均不做具体限定,只要在一个主客体掺杂体系中,第一主体材料H1、第二主体材料H2和客体材料D各自的HOMO能级和LUMO能级满足上述关系即可。
通过实验发现,通过使第一主体材料H1、第二主体材料H2和客体材料D各自的HOMO能级和LUMO能级满足上述关系,即可使第一主体材料H1、第二主体材料H2和客体材料D各自的HOMO能级和LUMO能级相匹配,与第一主体材料H1、第二主体材料H2和客体材料D各自的HOMO能级和LUMO能级之间能级不搭配相比,直接被客体材料D捕获的空穴和电子较少,可以实现主体材料H到客体材料D的能量充分转移,从而可以提高器件效率。
其中,上述主体材料H到客体材料D的能量转移实现客体材料D发光的机理为:在光致激发或电致激发下,空穴和电子在主体材料H上形成激子,通过主体材料H到客体材料D的能量转移,激子从主体材料H传递到客体材料D上,然后通过客体材料D辐射跃迁发光。
通过研究发现,光致发光过程中起主导作用的是Foster能量转移,而电致发光过程中,器件的发光性能受Dexter能量转移和电荷陷获(也即电荷陷阱捕获,也就是说电子和空穴直接形成在客体材料D上)的影响。
具体的,在光致发光过程中,在入射光的照射下,主体材料H吸收光子产生激子,激子通过Foster能量转移将能量传递给客体材料D,使之激发并在客体材料D上形成激子,激子退激辐射发光。Dexter能量转移是直接将处于激发态的电子或空穴转移到其他处于基态分子上形成新的激子的同时完成能量传递过程,它是以载流子的直接交换传递能量的。
在上述能量传递过程中,主要有三种可能的能量传递途径,第一种,第一主体材料H1和第二主体材料H2分别将形成在各自的材料上的激子能量传递给客体材料D。第二种,第一主体材料H1和第二主体材料H2形成激基复合物,将形成在激基复合物上的激子能量传递给客体材料D。第三种,第一主体材料H1和第二主体材料H2中的其中之一将形成在其上的激子能量传递给另外一者(如第一主体材料H1将形成在其上的激子能量传递给第二主体材料H2),激发另外一者(第二主体材料H2)形成激子,而后再通过另外一者(第二主体材料H2)将形成在其上的激子能量传递给客体材料D。
其中,这几种能量传递途径可以同时存在于能量传递过程中,或者,整个能量传递过程中仅存在其中任意两种的组合或一种。
在一些实施例中,第一主体材料H1的归一化发射光谱与第二主体材料H2的归一化吸收光谱之间具有交叠区域,交叠区域的积分面积大于或等于第一主体材料H1的归一化发射光谱的积分面积的10%。
第一主体材料H1的发射光谱是将第一主体材料做成薄片、在波长为320nm的光的激发下所发出的光致发射光谱。
第二主体材料H2的吸收光谱是将第二主体材料H2做成薄片,在200~800nm波段的光(包括紫外光、可见光)照射下可以吸收的光谱,该光谱可反映出200~800nm波段光照下,该第二主体材料H2对不同波长(作为横坐标)的光的吸光度(作为纵坐标)。
光谱的归一化是对光谱进行归一化处理,即,将第一主体材料H1的光致发射光谱的总强度设为一,将第二主体材料H2的吸收光谱的总吸光度设为一,使光致发射光谱的纵坐标上的荧光强度和吸收光谱的吸光度均变为小数。这样,第一主体材料H1的发射光谱和第二主体材料H2的吸收光谱在同一个坐标系下所呈现的光谱即为第一主体材料H1的归一化发射光谱和第二主体材料H2的归一化吸收光谱。
由于第一主体材料H1的归一化发射光谱与第二主体材料H2的归一化吸收光谱之间具有交叠区域,且交叠区域的面积较大,因此,第一主体材料H1和第二主体材料H2之间可以发生有效的Foster能量转移,提高能量传递效率。
在一些实施例中,第二主体材料H2为TADF(Thermally Activated DelayedFluorescence,热致延迟荧光)材料。TADF材料是单重激发态和三重激发态能隙较小的材料,在此材料中,通过热激发可以产生充足的从三重激发态到单重激发态的反向系间窜越,从而可以将三线态激子转变为单线态激子,相比于传统的荧光材料只能利用单线态激子,TADF材料还能够充分利用三线态激子的能量,打破了只有贵金属配合物磷光材料能够有效利用自旋禁阻的三线态激子的僵局。
具体的,在TADF材料中,单线态激子辐射复合的几率远小于系间窜越的几率,即大部分单线态激子通过系间窜越成为三线态激子,而这一部分三线态激子加上直接形成的三线态激子由于自旋禁阻,无法辐射复合;随后通过热激发后的反向系间窜越,三线态激子重新变为单线态激子。这一复杂过程使得激子寿命大大延长将,单线态激子最终辐射失活产生延迟荧光。
在一些实施例中,在第一主体材料H1和第二主体材料H2之间发生有效的Foster能量转移的情况下,第一主体材料H1的最低单线态激子能量S1与第二主体材料H2的最低单线态激子能量S1之差大于或等于0.1eV,第一主体材料H1的最低三线态激子能量T1与第二主体材料H2的最低三线态激子能量T1之差大于或等于0.1eV。
在这些实施例中,通过使第一主体材料H1具有比第二主体材料H2更高的最低单线态激子能量S1和最低三线态激子能量T1,可以有效避免能量从第二主体材料H2反向传给第一主体材料H1,同时,通过使第一主体材料H1的最低三线态激子能量T3与第二主体材料H2的最低三线态激子能量T1之差限定在大于或等于0.1eV,还可以将三线态激子限制在第二主体材料H2上,在第二主体材料为TADF材料的情况下,第二主体材料H2可以将三线态激子通过反向系间窜越转变为单线态激子,从而可以实现对三线态激子的有效利用。另外,对于客体材料D为磷光材料而言,客体材料的发光主要利用的是三线态激子能量,因此,在一些实施例中,不对第一主体材料H1的单线态激子能量和第二主体材料H2的单线态激子能量进行限定,只要第一主体材料的最低三线态激子能量T1与第二主体材料H2的最低三线态激子能量T1之差满足上述条件即可。
在一些实施例中,第一主体材料H1的最低单线态激子能量S1大于或等于2.7eV小于或等于3.3eV,第二主体材料H2的最低单线态激子能量S1大于或等于2.3eV小于或等于2.8eV。第一主体材料H1的最低三线态激子能量T1大于或等于2.5eV小于或等于3.1eV,第二主体材料H2的最低三线态激子能量T1大于或等于2.2eV小于或等于2.7eV。
在一些实施例中,客体材料D为磷光材料,第二主体材料H2的最低三线态激子能量T1与客体材料D的最低三线态激子能量T1之差大于或等于0.1eV。
在这些实施例中,由于客体材料D为磷光材料,因此,通过使第二主体材料H2具有比客体材料D更高的最低三线态激子能量T1,可以有效避免能量从客体材料D反向传给第二主体材料H2,还可以将三线态激子限制在客体材料D上,使客体材料D充分利用三线态激子的能量实现发光。
其中,为了实现理想的主体材料H到客体材料D的Foster能量转移,要求主体材料H和客体材料D的能级匹配,体现在二者的光谱特性上即主体材料H的发射光谱与客体材料D的吸收光谱有很好的重叠。以上述所述的第三种能量传递途径为例,即为第二主体材料H2的归一化发射光谱与客体材料D的归一化吸收光谱有较大的重叠。这里对第二主体材料H2的归一化发射光谱和客体材料D的归一化吸收光谱的解释和二者之间的相互关系说明可以参照上述对第一主体材料H1的归一化发射光谱和第二主体材料H2的归一化吸收光谱的解释和说明,在此不再赘述。
在一些实施例中,第一主体材料H1和第二主体材料H2之间不形成激基复合物。激基复合物是两个不同种分子或原子的聚集体,在激发态时两分子或原子作用较强,产生新的能级,发射光谱不同于单个物种,无精细结构。
在这些实施例中,由于第一主体材料H1和第二主体材料H2之间不形成激基复合物,因此,第一主体材料H1和第二主体材料H2不产生有别于各自本征光谱的光谱,从而能够避免第一主体材料H1和第二主体材料H2的发光性质发生变化,进而能够提高最终客体材料D发光的色纯度。
其中,上述第一主体材料H1和第二主体材料H2可以按照任意比例进行混合,只要第一主体材料H1和第二主体材料H2能够形成Foster能量转移即可。
在一些实施例中,第一主体材料H1和第二主体材料H2的质量比为1:9~9:1。
在一些实施例中,第一主体材料H1的HOMO能级大于或等于-5.6eV小于或等于-5.3eV,第二主体材料H2的HOMO能级大于或等于-5.8eV小于或等于-5.4eV。也即,-5.6eV≤HOMOH1≤-5.3eV,-5.8eV≤HOMOH2≤-5.4eV。
具体的,第一主体材料H1的HOMO能级可以为-5.6eV、-5.5eV、-5.4eV或-5.3eV,第二主体材料H2的HOMO能级可以为-5.8eV、-5.7eV、-5.6eV或-5.4eV,并且,由于第一主体材料H1的HOMO能级和第二主体材料H2的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,因此,在第一主体材料H1的HOMO能级为-5.6eV的情况下,第二主体材料H2的HOMO能级可以为-5.8eV~-5.4eV中的任意值,在第一主体材料H1的HOMO能级为-5.5eV的情况下,第二主体材料H2的HOMO能级可以为-5.8eV~-5.4eV中的任意值,材料H1的HOMO能级为-5.4eV的情况下,第二主体材料H2的HOMO能级可以为-5.8eV~-5.4eV中的任意值,材料H1的HOMO能级为-5.3eV的情况下,第二主体材料H2的HOMO能级可以为-5.7eV~-5.4eV中的任意值。
在这些实施例中,第一主体材料H1和第二主体材料H2可以选自HOMO能级处于上述范围内的材料,也即第一主体材料H1和第二主体材料H2可以为绿光主体材料。
在一些实施例中,第一主体材料H1的LUMO能级大于或等于-2.4eV小于或等于-2.0eV,第二主体材料H2的LUMO能级大于或等于-2.6eV小于或等于-2.2eV。也即,-2.4eV≤LUMOH1≤-2.0eV,-2.6eV≤LUMOH2≤-2.2eV。
具体的,第一主体材料H1的LUMO能级可以为-2.4eV、-2.3eV、-2.2eV、-2.1eV或-2.0eV,第二主体材料H2的LUMO能级可以为-2.6eV、-2.5eV、-2.4eV、-2.3eV或-2.2eV,并且,由于第一主体材料H1的LUMO能级和第二主体材料H2的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,因此,在第一主体材料H1的LUMO能级为-2.4eV的情况下,第二主体材料H2的LUMO能级可以为-2.6eV~-2.2eV中的任意值,在第一主体材料H1的LUMO能级为-2.3eV的情况下,第二主体材料H2的LUMO能级可以为-2.6eV~-2.2eV中的任意值,在第一主体材料H1的LUMO能级为-2.2eV的情况下,第二主体材料H2的LUMO能级可以为-2.6eV~-2.2eV中的任意值,在第一主体材料H1的LUMO能级为-2.1eV的情况下,第二主体材料H2的LUMO能级可以为-2.5eV~-2.2eV中的任意值,在第一主体材料H1的LUMO能级为-2.0eV的情况下,第二主体材料H2的LUMO能级可以为-2.1eV~-2.2eV中的任意值。
在这些实施例中,第一主体材料H1和第二主体材料H2可以选自LUMO能级处于上述范围内的材料,也即第一主体材料H1和第二主体材料H2可以是绿光主体材料。
通过实验发现,通过将第一主体材料H1的HOMO能级和LUMO能级,以及第二主体材料H2的HOMO能级和LUMO能级限定在以上范围内,并通过控制第一主体材料H1的HOMO能级与第二主体材料H2的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,第一主体材料H1的LUMO能级和第二主体材料H2的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,在第一主体材料H1和第二主体材料H2之间发生Foster能量转移的情况下,可以最大程度上提高主体材料H的PLQY(Photoluminescence Quantum Yield,光致发光量子产率)。
光致发光量子产率可以表征样品的发光效率,即测量样品有效利用吸收光的效率,数学上可以表示为发射光子数和吸收光子数的比值,在此是指第一主体材料H1和第二主体材料H2发生Foster能量转移过程中,第二主体材料H2的发射光子数和吸收光子数的比值。
在另一些实施例中,客体材料D的HOMO能级大于或等于-5.5eV小于或等于-5.0eV,客体材料D的LUMO能级大于或等于-3.0eV小于或等于-2.5eV。也即,-5.5eV≤HOMOD≤-5.0eV,-3.0eV≤LUMOD≤-2.5eV。
在这些实施例中,客体材料D可以是绿光发光材料。通过实验发现,在第一主体材料H1的HOMO能级大于或等于-5.6eV小于或等于-5.3eV,第一主体材料H1的LUMO能级大于或等于-2.4eV小于或等于-2.0eV,第二主体材料H2的HOMO能级大于或等于-5.8eV小于或等于-5.4eV,第二主体材料H2的LUMO能级大于或等于-2.6eV小于或等于-2.2eV的情况下,通过将客体材料D的HOMO能级和LUMO能级限定在上述范围内,可以最大程度上提高客体材料D的PLQY。
这里的客体材料D的PLQY具有与上述第二主体材料H2的PLQY的相同的含义,具体可参照上述描述。
需要说明的是,由于客体材料D的HOMO能级与第一主体材料H1的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,客体材料D的LUMO能级与所述第二主体材料H2的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;因此,在第一主体材料H1的HOMO能级为-5.6eV的情况下,客体材料D的HOMO能级可以为-5.5eV~-5.2eV中的任意值,在第一主体材料H1的HOMO能级为-5.5eV的情况下,客体材料D的HOMO能级可以为-5.5eV~-5.1eV中的任意值,在第一主体材料H1的HOMO能级为-5.4eV的情况下,客体材料D的HOMO能级可以为-5.5eV~-5.0eV中的任意值,在第一主体材料H1的HOMO能级为-5.3eV的情况下,客体材料D的HOMO能级可以为-5.5eV~-5.0eV中的任意值。在第二主体材料H2的LUMO能级为-2.6eV的情况下,客体材料D的LUMO能级可以为-3.0eV~-2.5eV中的任意值,在第二主体材料H2的LUMO能级为-2.5eV的情况下,客体材料D的LUMO能级可以为-2.9eV~-2.5eV中的任意值,在第二主体材料H2的LUMO能级为-2.4eV的情况下,客体材料D的LUMO能级可以为-2.8eV~-2.5eV中的任意值,在第二主体材料H2的LUMO能级为-2.3eV的情况下,客体材料D的LUMO能级可以为-2.7eV~-2.5eV中的任意值,在第二主体材料H2的LUMO能级为-2.2eV的情况下,客体材料D的LUMO能级可以为-2.6eV~-2.5eV中的任意值。
在一些实施例中,客体材料在所述发光层中的质量占比为5%~15%。通过将客体材料D的质量占比限定在上述范围内,可以在保证高效率的同时保证较长的寿命。
在一些实施例中,第一主体材料H1选自如下式(I)所示的化合物中的任一种:
其中,R1、R2、R3和R4相同或不同,分别独立地选自氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种,L1和L2相同或不同,分别独立地选自单键、取代或未取代的C6~C30的亚芳基和取代或未取代的C2~C30的亚杂芳基中的任一种;Ar1和Ar2相同或不同,分别独立地选自取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;在R1、R2、R3、R4、L1、L2,以及Ar1和Ar2中,取代的取代基选自C1~C10的烷基中的任一种。
其中,在R1、R2、R3和R4为氘的情况下,表示两个咔唑所对应的每个苯环上均有一个氢被氘取代,结构式可以如下式所示,其中,R1所指代的氘可以连接在1、2、3或4号碳上,R2可以连接在5、6、7或8碳上,R3可以连接在9、10、11或12号碳上,R4可以连接在13、14、15或16号碳上。
以R3和R4均为苯环为例,结构式如下式所示,其中,R1可以连接在1、2、3或4号碳上,R2可以连接在5、6、7或8碳上,R3可以连接在9、10、11或12号碳上,R4可以连接在13、14、15或16号碳上。
在L1和L2选自单键的情况下,结构式可以如下式所示,也即两个咔唑基分别与Ar1和Ar2直接相连。
在L1和L2选自取代或未取代的C6~C30的亚芳基和取代或未取代的C2~C30的亚杂芳基中的任一种的情况下,L1和L2可以均为亚苯基,此时,Ar1可以位于与其连接的亚苯基上咔唑的邻位、间位或对位,Ar2可以位于与其连接的亚苯基上咔唑的邻位、间位或对位。具体结构式如下所示。
或者,L1和L2还可以均具有多个苯环,如稠环、联苯等,除此,L1和L2还可以为杂环,如咔唑、二苯并呋喃等。示例的,以L1和L2为稠环为例,式(I)可以如下式(I)_1所示,以L1和L2为联苯为例,式(I)可以如下式(I)_2所示,以L1和L2为咔唑为例,式(I)可以如下式(I)_3所示。
同理,Ar1和Ar2也可以具有与上述L1和L2所列举的结构相同的结构,不同的是,Ar1和Ar2位于分子的末端,在L1和L2为亚芳基的情况下,Ar1和Ar2为芳基,在L1和L2为亚杂芳基的情况下,Ar1和Ar2为杂芳基。
另外,在R1、R2、R3、R4、L1、L2,以及Ar1和Ar2中,取代的取代基为C1~C10的烷基,是指,在R1、R2、R3、R4、L1、L2,以及Ar1和Ar2选自取代的烷基、芳基或杂芳基的情况下,取代的取代基可以是甲基、乙基、叔丁基等。
示例的,以R1、R2、R3、R4,以及Ar1和Ar2均选自取代的苯基,L1和L2均选自取代的亚苯基,R1、R2、R3、R4,以及Ar1和Ar2中的取代的取代基为叔丁基,L1和L2中取代的取代基为甲基为例,式(I)可以如下式所示。其中,各取代基的个数可以为一个或多个,且各取代基可以位于苯环的邻位、对位或间位。
以上仅示出了R1、R2、R3、R4,以及Ar1和Ar2中取代的取代基相同,L1和L2中取代的取代基相同的情形,本领域技术人员能够理解的是,R1、R2、R3、R4,以及Ar1和Ar2中取代的取代基可以不同,L1和L2中取代的取代基也可以不同。
还需要说明的是,式(I)中两个咔唑基之间的连接关系可以如下式中的任一种所示。
在一些实施例中,Ar1和Ar2分别独立地选自取代或未取代的二苯并呋喃、二苯并噻吩和二苯并吡咯中的任一种。
在这些实施例中,通过在咔唑的N上引入二苯并呋喃等供电子基团,可以提高分子的HOMO能级和三线态激子能量T1,从而可以减小空穴传输层向P型传递空穴时的HOMO势垒,更有利于空穴跃迁到第一主体材料H1上,而通过提高三线态激子能量T1,可以防止激子逆向传递(如从上述第二主体材料H2上传递到第一主体材料H1上),从而可以避免激子淬灭导致效率降低。
在一些实施例中,第二主体材料H2选自如下式(II-1)和式(II-2)所示的化合物中的任一种:
其中,X1为N,X2选自C(R5)2、N(R6)、O、S、C=O、S=O、P(R7)3、P=O、Se和Si(R8)2中的任一种,X3、X4和X5相同或不同,分别独立地选自C(R9)或N,且至少有一个为N;R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11相同或不同,分别独立地选自氢、氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;L3选自单键、取代或未取代的C6~C30的亚芳基和取代或未取代的C2~C30的亚杂芳基中的任一种;在R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和L3中,取代的取代基选自C1~C10的烷基中的任一种。
其中,式(II-1)可以写成如下几种结构:
式(II-2)可以写成如下几种结构:
其中,这里的取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基可以参见上述对式(I)中烷基、芳基和杂芳基的描述,在此不再赘述。
在L3选自单键的情况下,表示苯并五元环(包括茚、吲哚、苯并呋喃/噻吩)并咔唑与吖嗪直接相连。
在L3选自取代或未取代的C6~C30的亚芳基和取代或未取代的C2~C30的亚杂芳基中的任一种的情况下,亚芳基和亚杂芳基的描述也可以参照上述对式(I)中亚芳基和亚杂芳基的描述,在此不再赘述。
另外,这里对R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和L3中取代的取代基的描述也可以参照上述对R1、R2、R3、R4、L1、L2,以及Ar1和Ar2中取代的取代基的描述,在此也不再赘述。
在一些实施例中,L3选自单键。也即上述苯并五元环并咔唑与吖嗪直接相连,这种结构可以增加分子扭曲程度,物性上的表现就是可以进一步减小分子的单重激发态和三重激发态的能隙ΔEst,从而可以更充分地利用三线态激子能量。
在一些实施例中,第一主体材料H1的分解温度Td和升华温度Ts之差大于或等于20℃,第二主体材料H2的分解温度Td和升华温度Ts之差大于或等于20℃,且第一主体材料H1的升华温度Ts和第二主体材料H2的升华温度Ts之差的绝对值小于或等于30℃。
蒸镀是将材料在真空环境中加热,使之气化并沉积到基片(这里是指衬底)而获得薄膜材料的方法。
在实际制作过程中,对于包含有第一主体材料H1、第二主体材料H2和客体材料D的发光层而言,第一主体材料H1和第二主体材料H2混合后共同蒸镀,第一主体材料H1和第二主体材料H2的升华温度Ts即决定了蒸镀温度的高低,若第一主体材料H1和第二主体材料H2的升华温度相差较大,则会出现蒸镀不均匀的问题。在这些实施例中,通过选择升华温度相差较小的第一主体材料H1和第二主体材料H2,可以避免蒸镀不均匀的问题,同时,由于第一主体材料H1的分解温度Td与升华温度Ts相差大于或等于20℃,第二主体材料H2的分解温度Td与升华温度Ts相差大于或等于20℃,因此,在蒸镀时,还能够防止第一主体材料H1和第二主体材料H2中某一个分解温度Td过低而分解的情况发生,提高蒸镀稳定性。
在一些实施例中,第一主体材料H1的升华温度Ts和第二主体材料H2的升华温度Ts均为120℃~250℃,第一主体材料H1的分解温度Td和第二主体材料H2的分解温度Td均为270℃~360℃。
在一些实施例中,第一主体材料H1的玻璃化转变温度Tg与第二主体材料H2的玻璃化转变温度Tg之间的差值的绝对值小于或等于30℃,且所述第一主体材料H1的玻璃化转变温度Tg为80℃~160℃。
在这些实施例中,通过选择玻璃化转变温度Tg为80℃~160℃的第一主体材料H1,并使第一主体材料H1和第二主体材料H2的玻璃化转变温度Tg之间的差值的绝对值控制在30℃的范围内,可以使第一主体材料H1和第二主体材料H2具有较高的玻璃化转变温度Tg,而随着玻璃化转变温度Tg越高,蒸镀所形成的薄膜越均匀,同时稳定性越好。
在一些实施例中,客体材料D选自如下式(III)所示的化合物中的任一种:
其中,X6选自N(R15)、C(R16)2、O、S、C=O、S=O、P(R17)3、P=O、Se、Si(R18)2中的任一种,A1~A8相同或不同,分别独立地选自C(R19)或N,且A1~A8中至少一个为N;R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19相同或不同,分别独立地选自氢、氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基、取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;在R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19中,取代的取代基选自C1~C10的烷基;n为1或2。
其中,这里的取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基可以参见上述对式
(I)中烷基、芳基和杂芳基的描述,在此不再赘述。
另外,这里对R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19中取代的取代基的描述也可以参照上述对R1、R2、R3、R4、L1、L2,以及Ar1和Ar2中取代的取代基的描述,在此也不再赘述。
在这些实施例中,这种结构的客体材料D具有高的PLQY,而且氮杂二苯并呋喃/噻吩联吡啶属于偏刚性的基团,它的引入可以降低客体材料的分子从基态向激发态的分子形变以及振动幅度,进而可以降低光谱的半峰宽,提高绿光器件的色纯度,进而可以提高色域。
另外,通过实验发现,本发明的客体材料D蒸镀温度低,长时间蒸镀也不会造成分子裂解,提高蒸镀过程稳定性。而且,通过引入氮杂二苯并呋喃/噻吩联吡啶基团,可以提高客体材料D的HOMO能级(也即使得客体材料D的HOMO能级变浅),与相关技术中客体材料D的HOMO能级较深,使得空穴和电子容易形成在客体材料D上相比,能够避免电子和空穴陷获,从而可以提高能量传递效率,进而提高发光效率。
在一些实施例中,如图4所示,发光器件13还包括空穴阻挡层133f和电子阻挡层133g。空穴阻挡层133f的最低单重态激子能量S1与第一主体材料H1的最低单重态激子能量S1之差大于或等于0.1eV;空穴阻挡层133f的最低三重态激子能量T1与第一主体材料H1的最低三重态激子能量T1之差大于或等于0.1eV;电子阻挡层133g的最低单重态激子能量S1与第二主体材料H2的最低单重态激子能量S1之差大于或等于0.1eV;电子阻挡层133g的最低三重态激子能量T1与第二主体材料H2的最低三重态激子能量T1之差大于或等于0.1eV。
在这些实施例中,可以将三线态激子和单线态激子均限制在发光层133a中,避免发光层133a中的激子泄露到发光层133a之外导致激子利用率降低,不利于发光效率提高的问题。
在一些实施例中,第二主体材料H2的LUMO能级与电子阻挡层133g的LUMO能级之差的绝对值大于或等于0.5eV,空穴阻挡层133f的HOMO能级与第一主体材料H1的HOMO能级之差的绝对值大于或等于0.5eV。
在这些实施例中,通过对电子阻挡层133g的LUMO能级和空穴阻挡层133f的HOMO能级进行限定,使得电子阻挡层133g可以更便于传输空穴而阻挡电子,空穴阻挡层133f可以更便于传输电子而阻挡空穴,从而可以防止发光层的激子泄露到发光层外导致激子淬灭,效率降低。
在一些实施例中,空穴阻挡层的材料选自三嗪类化合物中的任一种;电子阻挡层133g的材料选自三苯胺类化合物中的任一种。
示例的,空穴阻挡层的材料可以选自如下结构式中的任一种:
再示例的,电子阻挡层的材料可以选自如下结构式中的任一种:
为了对本公开的实施例的技术效果进行客观评价,以下,将通过如下实验例和对比例对本公开所提供的技术方案进行详细地示例性地描述。
在以下的实验例和对比例中,采用器件结构以及器件的测试条件均相同,其中,发光器件的结构均表示为:阳极(ITO)/空穴注入层(材料)/空穴传输层(材料)/电子阻挡层(材料)/发光层(第一主体材料:第二主体材料(质量比为1:1):客体材料(10%))/空穴阻挡层(材料)/电子传输层(材料)/电子注入层(材料)/阴极(镁/银)。
其中,第一主体材料:第二主体材料(1:1):客体材料(10%)是指第一主体材料和第二主体材料的质量比为1:1,客体材料在发光层中的质量占比为10%。镁/银是指镁和银的混合材料。
不同的是,对比例和实验例所采用的第一主体材料H1、第二主体材料H2和客体材料D不完全相同。其中,在实验例1中,第一主体材料的结构如下P1所示,第二主体材料的结构如下N1所示,客体材料的结构如下D1所示;在实验例2中,第一主体材料的结构如下P2所示,第二主体材料的结构如下N2所示,客体材料的结构如下D2所示,在对比例1中,第一主体材料的结构如下P1所示,第二主体材料的结构如下N1所示,客体材料的结构如下D3所示,在对比例2中,第一主体材料的结构如下P2所示,第二主体材料的结构如下N3所示,客体材料的结构如下D2所示。
其中,上述对比例1~对比例2以及实验例1~实验例2所采用的第一主体材料、第二主体材料和客体材料的物理性质如下表1所示。
表1
材料名称 | HOMO/eV | LUMO/eV | T1/eV | Tg/℃ | Ts/℃ | Td/℃ |
P1 | -5.42 | -2.12 | 2.66 | 86 | 131 | 311 |
P2 | -5.46 | -2.13 | 2.68 | 89 | 135 | 306 |
P3 | -5.43 | -2.09 | 2.61 | 90 | 138 | 314 |
N1 | -5.51 | -2.36 | 2.52 | 88 | 128 | 302 |
N2 | -5.54 | -2.31 | 2.54 | 90 | 132 | 308 |
N3 | -5.83 | -2.54 | 2.50 | 91 | 144 | 312 |
D1 | -5.10 | -2.71 | 2.42 | 120 | 262 | 411 |
D2 | -5.12 | -2.69 | 2.39 | 122 | 258 | 406 |
D3 | -5.20 | -2.98 | 2.52 | 144 | 296 | 421 |
基于以上材料,在对对比例1~对比例2以及实验例1~实验例2所采用的第一主体材料、第二主体材料和客体材料制作成薄膜,通过积分球法对PLQY进行测试,测试结果如下表2所示。
表2
组别名称 | PLQY | 激发态寿命τ/μs |
实验例1 | 0.89 | 1.8 |
实验例2 | 0.87 | 1.7 |
对比例1 | 0.72 | 2.1 |
对比例2 | 0.81 | 1.9 |
结合表1和表2,可以得知:与对比例1中客体材料的HOMO能级与第一主体材料的HOMO能级之差的绝对值大于0.4eV,客体材料的LUMO能级与第二主体材料的LUMO能级之差的绝对值大于0.4eV相比,通过将实验例1和实验例2中,客体材料的HOMO能级与第一主体材料的HOMO能级之差的绝对值控制在小于0.4eV的范围内,客体材料的LUMO能级与第二主体材料的LUMO能级控制在小于0.4eV的范围内,可以提高发光层的PLQY,从而可以提高发光效率。
由此可见,通过对第一主体材料、第二主体材料和客体材料的能级进行合理搭配,可以提高整个发光器件的PLQY,从而提高发光效率。而通过对激发态寿命进行测试发现,在激发态寿命在1.7μs~1.8μs的情况下可以最大程度上提高发光效率。
另外,实验例1~实验例2以及对比例1~对比例2的发光器件的IVL(电流-电压-亮度)和寿命测试数据如下表3所示。
表3
组别 | V(V) | Cd/A | CIEx | CIEy | LT95(h) |
实验例1 | 89% | 126% | 0.25 | 0.72 | 132% |
实验例2 | 92% | 121% | 0.25 | 0.72 | 125% |
对比例1 | 100% | 100% | 0.25 | 0.72 | 100% |
对比例2 | 102% | 104% | 0.25 | 0.72 | 105% |
由表3可知,以对比例1中的测试数据作为参比,设定其电压、效率和寿命数据均为100%,对比例2相比对比例1电压、效率和寿命均有所提高,而实验例1和实验例2相比对比例1,电压均有一定程度的下降,效率和寿命则有明显提高。而对比例1、对比例2、实验例1和实验例2的色坐标均为(0.25,0.72),可以得知,对比例1、对比例2、实验例1和实验例2均具有较高的色纯度。
由此可见,通过对第一主体材料、第二主体材料和客体材料的能级进行合理搭配,可以提高发光器件的发光效率,降低电压,并提高寿命,具有良好的应用前景。
上述IVL(电流-电压-亮度)数据是采用IVL设备测试得到,也即在电流密度为15mA/cm2的情况下,得出上述数据,CIEx和CIEy分别表示色坐标的横纵坐标,每一组色坐标对应一个颜色,这个也可以在IVL设备中测试得到,寿命是在专用的寿命设备测试的,在固定的电流密度下(如15mA/cm2)点亮器件,当发光器件的亮度降低到初始亮度的95%时所用的时间即为器件的寿命。
本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
1.一种发光器件,其特征在于,包括:
层叠设置的第一电极和第二电极;
设置于所述第一电极和所述第二电极之间的发光层;
所述发光层的材料包括主体材料和客体材料,所述主体材料包括第一主体材料和第二主体材料,所述第一主体材料中的多数载流子和所述第二主体材料中的多数载流子的极性相反,且所述第一主体材料的多数载流子为空穴;
其中,所述第一主体材料的HOMO能级和所述第二主体材料的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV,所述第一主体材料的LUMO能级和所述第二主体材料的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;
所述客体材料的HOMO能级与所述第一主体材料的HOMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;所述客体材料的LUMO能级与所述第二主体材料的LUMO能级之差的绝对值小于或等于0.4eV;
所述第一主体材料的归一化发射光谱和第二主体材料的归一化吸收光谱之间具有交叠区域;
所述交叠区域的积分面积大于或等于所述第一主体材料的归一化发射光谱的积分面积的10%。
2.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述第二主体材料为TADF材料。
3.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述第一主体材料和所述第二主体材料之间不形成激基复合物。
4.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述第一主体材料的最低单线态激子能量与所述第二主体材料的最低单线态激子能量之差大于或等于0.1eV,所述第一主体材料的最低三线态激子能量与所述第二主体材料的最低三线态激子能量之差大于或等于0.1eV。
5.根据权利要求4所述的发光器件,其特征在于,
所述第一主体材料的最低单线态激子能量大于或等于2.7eV小于或等于3.3eV,所述第二主体材料的最低单线态激子能量大于或等于2.3eV小于或等于2.8eV;
所述第一主体材料的最低三线态激子能量大于或等于2.5eV小于或等于3.1eV,所述第二主体材料的最低三线态激子能量大于或等于2.2eV小于或等于2.7eV。
6.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述客体材料为磷光材料;
所述第二主体材料的最低三重态激子能量与所述客体材料的最低三重态激子能量之差大于或等于0.1eV。
7.根据权利要求6所述的发光器件,其特征在于,
所述客体材料的最低三重态激子能量大于或等于2.1eV小于或等于2.6eV。
8.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述第一主体材料的HOMO能级大于或等于-5.6eV小于或等于-5.3eV,所述第二主体材料的HOMO能级大于或等于-5.8eV小于或等于-5.4eV;
所述第一主体材料的LUMO能级大于或等于-2.4eV小于或等于-2.0eV,所述第二主体材料的LUMO能级大于或等于-2.6eV小于或等于-2.2eV。
9.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,
所述客体材料的HOMO能级大于或等于-5.5eV小于或等于-5.0eV,所述客体材料的LUMO能级大于或等于-3.0eV小于或等于-2.5eV。
10.根据权利要求1~9任一项所述的发光器件,其特征在于,
所述第一主体材料选自如下式(I)所示的化合物中的任一种:
其中,R1、R2、R3和R4相同或不同,分别独立地选自氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种,L1和L2相同或不同,分别独立地选自单键、取代或未取代的C6~C30的亚芳基和取代或未取代的C2~C30的亚杂芳基中的任一种;Ar1和Ar2相同或不同,分别独立地选自取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;
在R1、R2、R3、R4、L1、L2,以及Ar1和Ar2中,取代的取代基选自C1~C10的烷基中的任一种。
11.根据权利要求1~9任一项所述的发光器件,其特征在于,
所述第二主体材料选自如下式(II-1)和式(II-2)所示的化合物中的任一种:
其中,X1为N,X2选自C(R5)2、N(R6)、O、S、C=O、S=O、P(R7)3、P=O、Se和Si(R8)2中的任一种,X3、X4和X5相同或不同,分别独立地选自C(R9)或N,且至少有一个为N;
R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11相同或不同,分别独立地选自氢、氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基和取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;
在R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11中,取代的取代基选自C1~C10的烷基中的任一种。
12.根据权利要求1~9任一项所述的发光器件,其特征在于,
所述第一主体材料的分解温度和升华温度之差大于或等于20℃,第二主体材料的分解温度和升华温度之差大于或等于20℃,且第一主体材料的升华温度和第二主体材料的升华温度之差的绝对值小于或等于30℃。
13.根据权利要求1~9任一项所述的发光器件,其特征在于,
所述第一主体材料和所述第二主体材料的质量比为1:9~9:1。
14.根据权利要求1~9任一项所述的发光器件,其特征在于,
所述客体材料选自如下式(III)所示的化合物中的任一种:
其中,X6选自N(R15)、C(R16)2、O、S、C=O、S=O、P(R17)3、P=O、Se、Si(R18)2中的任一种,A1~A8相同或不同,分别独立地选自C(R19)或N,且A1~A8中至少一个为N;
R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19相同或不同,分别独立地选自氢、氘、取代或未取代的C1~C10的烷基、取代或未取代的C6~C30的芳基、取代或未取代的C2~C30的杂芳基中的任一种;
在R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19中,取代的取代基选自C1~C10的烷基中的任一种;
n为1或2。
15.根据权利要求1~9任一项所述的发光器件,其特征在于,
所述客体材料在所述发光层中的质量占比为5%~15%。
16.根据权利要求1~9任一项所述的发光器件,其特征在于,还包括:空穴阻挡层和电子阻挡层;
所述空穴阻挡层的最低单重态激子能量与所述第一主体材料的最低单重态激子能量之差大于或等于0.1eV;
所述空穴阻挡层的最低三重态激子能量与所述第一主体材料的最低三重态激子能量之差大于或等于0.1eV;
所述电子阻挡层的最低单重态激子能量与所述第二主体材料的最低单重态激子能量之差大于或等于0.1eV;
所述电子阻挡层的最低三重态激子能量与所述第二主体材料的最低三重态激子能量之差大于或等于0.1eV。
17.根据权利要求16所述的发光器件,其特征在于,
所述空穴阻挡层的材料选自三嗪类化合物中的任一种;
所述电子阻挡层的材料选自三苯胺类化合物中的任一种。
18.一种发光基板,其特征在于,包括:
衬底;
设置于所述衬底上的多个发光器件;
其中,至少一个发光器件为如权利要求1~17任一项所述的发光器件。
19.一种发光装置,其特征在于,包括如权利要求18所述的发光基板。
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