CN104253146A - 有机发光二极管阵列基板及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有机发光二极管阵列基板及显示装置，属于有机发光二极管显示技术领域，其可解决现有的有机发光二极管阵列基板制备设备复杂或发光效率低的问题。本发明的有机发光二极管阵列基板包括多个有机发光二极管，有机发光二极管包括依次设置的阳极、发光层、阴极，发光层分为多种颜色，并由主体材料和掺杂在主体材料中的客体材料构成，且有机发光二极管还包括设于阴极和发光层间并接触发光层的激子阻挡层，其由一种发光层的主体材料构成，该主体材料在所有发光层的主体材料中具有最大的最高占据分子轨道能级和三线态能级。

Description

有机发光二极管阵列基板及显示装置
技术领域
本发明属于有机发光二极管显示技术领域，具体涉及一种有机发光二极管阵列基板及显示装置。 
背景技术
有机发光二极管(OLED)阵列基板包括多个子像素，每个子像素中有一个可发出特定颜色光的有机发光二极管。一种现有的有机发光二极管结构如图1所示，由在基底9(通常由玻璃构成)上依次设置的阳极1、空穴注入层2(HIL)、空穴传输层3(HTL)、发光层4(EML)、电子传输层5(ETL)、电子注入层6(EIL)、阴极7构成。 
其中，发光层是有机发光二极管的核心，由主体材料和掺杂在主体材料中的客体材料构成，主体材料的最高占据分子轨道(HOMO)能级大于客体材料的HOMO能级，而最低未占分子轨道(LUMO)能级低于客体材料的LUMO能级；从而当有电子和空穴传输到发光层时，客体材料中将产生激子(激发态分子)，当激子回落至基态时以光的形式释放能量即可发光；通过选择主体材料和客体材料，可控制发光的颜色。 
发光层中激子的激发态有单线态和三线态两种，单线态激子从激发态回落至基态的时间较短，故其能量以光能形式释放，可实现发光；而三线态激子直接从激发态回落至基态的过程受限制，弛豫时间长，故其能量可能以非光能(热能、振动能等)形式释放，导致其发光效率降低；尤其是对于荧光发光层，其不像磷光发光层存在自旋轨道耦合作用，故其三线态激子不能发光，导致其理论发光效率只有25％(单线态和三线态激子的产生率比是1∶3)。 
经研究发现，三线态激子间也可相互淬灭，此时其能量可以光能形式释放，从而提高三线态激子的发光效率。为实现三线态 激子间的淬灭，需要在有机发光二极管中增设与发光层接触的“激子阻挡层”，该层的HOMO能级和三线态能级不能低于发光层主体材料的HOMO能级和三线态能级，这样可将三线态激子限定在发光层中，增加三线态激子间相互淬灭的几率，提高发光效率。 
发明人发现现有技术至少存在以下的问题：在有机发光二极管阵列基板中，许多层都是通过蒸镀工艺形成的，而不同材料的层要由不同蒸镀设备(如蒸镀腔室)分别制造，故若要增加激子阻挡层，就要增加相应的蒸镀设备，导致其制备设备复杂、成本高；而若不设置激子阻挡层，则有机发光二极管的发光效率又较低。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题包括，针对现有的有机发光二极管阵列基板制备设备复杂或发光效率低的问题，提供一种制备设备简单且发光效率的高有机发光二极管阵列基板。 
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种有机发光二极管阵列基板，包括多个有机发光二极管，所述有机发光二极管包括依次设置的阳极、发光层、阴极，所述发光层分为多种颜色，并由主体材料和掺杂在主体材料中的客体材料构成，且所述有机发光二极管还包括： 
设于阴极和发光层间并接触发光层的激子阻挡层，其由一种发光层的主体材料构成，该主体材料在所有发光层的主体材料中具有最大的最高占据分子轨道能级和三线态能级。 
本发明的有机发光二极管阵列基板中存在激子阻挡层，故其可增加三线态激子相互淬灭的几率，提高发光效率；同时，该层又是由一种发光层的主体材料(如蓝色发光层的主体材料)构成的，故其可用制备该发光层用的蒸镀设备制造，从而可在不增加制备设备和成本的前提下提高发光效率；另外，对于其他颜色的发光层(如绿色发光层和红色发光层)，该激子阻挡层还可起到“空穴阻挡层”的作用，用于平衡空穴和电子的载流子传输，使二者能更好的在发光层结合并产生激子，以提高其他发光层的发光效率。 
优选的是，所述激子阻挡层的厚度在1至50纳米之间。 
优选的是，所述发光层分为红色发光层、绿色发光层、蓝色发光层；所述激子阻挡层由蓝色发光层的主体材料构成。 
进一步优选的是，所述绿色发光层的主体材料与蓝色发光层的主体材料相同。 
进一步优选的是，所述蓝色发光层的主体材料为双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8)-(1,1'-联苯-4-羟基)铝、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲、3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-***中的任意一种。 
进一步优选的是，所述蓝色发光层为荧光发光层。 
进一步优选的是，所述红色发光层和绿色发光层为磷光发光层。 
优选的是，所述有机发光二极管还包括：设于阳极与发光层之间的空穴传输层；设于阴极与激子阻挡层之间的电子传输层。 
进一步优选的是，所述有机发光二极管还包括：设于空穴传输层与阳极之间的空穴注入层；设于电子传输层与阴极之间的电子注入层。 
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置，其包括上述的有机发光二极管阵列基板。 
附图说明
图1为现有的有机发光二极管阵列基板中的有机发光二极管的剖面结构示意图； 
图2为本发明的实施例2的有机发光二极管阵列基板中的有机发光二极管的剖面结构示意图； 
图3为本发明的实施例2的有机发光二极管阵列基板中的有机发光二极管的部分层的能及对比示意图； 
其中附图标记为：1、阳极；2、空穴注入层；3、空穴传输层； 
4、发光层；5、电子传输层；6、电子注入层；7、阴极；8、激子阻挡层；9、基底。 
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。 
实施例1： 
本实施例提供一种有机发光二极管阵列基板，其包括多个有机发光二极管，有机发光二极管包括依次设置的阳极、发光层、阴极，发光层分为多种颜色，并由主体材料和掺杂在主体材料中的客体材料构成；且有机发光二极管还包括： 
设于阴极和发光层间并接触发光层的激子阻挡层，其由一种发光层的主体材料构成，该主体材料在所有发光层的主体材料中具有最大的最高占据分子轨道能级和三线态能级。 
本实施例的有机发光二极管阵列基板中存在激子阻挡层，故其可增加三线态激子相互淬灭的几率，提高发光效率；同时，该层又是由一种发光层的主体材料(如蓝色发光层的主体材料)构成的，故其可用制备该发光层用的蒸镀设备制造，从而可在不增加制备设备和成本的前提下提高发光效率；另外，对于其他颜色的发光层(如绿色发光层和红色发光层)，该激子阻挡层还可起到“空穴阻挡层”的作用，用于平衡空穴和电子的载流子传输，使二者能更好的在发光层结合并产生激子，以提高其他发光层的发光效率。 
优选的是，所述激子阻挡层的厚度在1至50纳米之间。 
经研究发现，以上厚度范围内的激子阻挡层即可达到提升发光效率的作用，又不会对有机发光二极管的其他性能产生不良影响。 
优选的，发光层分为红色发光层、绿色发光层、蓝色发光层；而激子阻挡层由蓝色发光层的主体材料构成。 
红绿蓝三色模式(RGB模式)是显示中最常用的模式，在这三种颜色的发光层中，蓝色发光层的主体材料通常具有大于或等于其他两种发光层主体材料的HOMO能级和三线态能级，故此时可用蓝色发光层的主体材料制造激子阻挡层。 
优选的，绿色发光层的主体材料与蓝色发光层的主体材料相同。 
也就是说，绿色发光层可采用与蓝色发光层相同的主体材料(当然客体材料不同)，从而进一步简化制备设备和工艺。而红色发光层理论上也可采用与蓝色发光层相同的主体材料，但其实现比较困难。 
优选的，蓝色发光层的主体材料为双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8)-(1,1'-联苯-4-羟基)铝(BAlq)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BPhen)、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)、3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-***(TAZ)中的任意一种。 
经研究发现，以上材料在导电性、能级、空穴和电子传输性能等各方面均比较适于作为本发明的蓝色发光层的主体材料。 
优选的，蓝色发光层为荧光发光层。优选的是，红色发光层和绿色发光层为磷光发光层。 
如前所述，磷光发光层通常比荧光发光层具有更高的发光效率，故红色发光层和绿色发光层优选为磷光发光层；而由于目前蓝色磷光发光层在寿命、色纯度等方面还有一定的问题，实际应用比较困难，故蓝色发光层优选采用荧光发光层。 
优选的，有机发光二极管还包括：设于阳极与发光层之间的空穴传输层；设于阴极与激子阻挡层之间的电子传输层。优选的是，有机发光二极管还包括：设于空穴传输层与阳极之间的空穴注入层；设于电子传输层与阴极之间的电子注入层。 
以上的各层可改善电子和空穴的传输，从而提升有机发光二极管的性能。 
实施例2： 
如图2、图3所示，本实施例提供一种有机发光二极管阵列基板。 
该有机发光二极管阵列基板中包括多个子像素，每个子像素中设有一个有机发光二极管；同时，子像素分为红色、绿色、蓝色三种颜色，即子像素中的有机发光二极管也分为红色、绿色、蓝色三种颜色。 
具体的，如图2所示，有机发光二极管设在基底9(通常由玻璃构成)上，在远离基底9的方向上，其依次包括： 
(1)阳极1，其由透明的氧化铟锡材料(ITO)构成，厚度为130nm。 
(2)空穴注入层2，其由4,4′,4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA，HOMO能级5.1eV，LUMO能级2.0eV)构成，厚度为65nm。 
(3)空穴传输层3，其由N,N′-二(1-萘基)-N,N′-二苯基-1,1′-联苯-4-4′-二胺(NPB，HOMO能级5.4ev，LUMO能级2.4eV)构成，厚度为20nm。 
(4)发光层4，对不同颜色的有机发光二极管，其中的发光层4也为相应的颜色，其中： 
绿色有机发光二极管中有绿色发光层4，其主体材料为Green Host1(HOMO能级5.39eV，LUMO能级1.95eV，三线态能级2.38eV)，客体材料为Green Dopant1(HOMO能级5.14eV，LUMO能级2.74eV，三线态能级2.36eV，掺杂质量百分比3％)，厚度为30nm。 
红色发光二极管中有红色发光层4，其主体材料为Red Host1(HOMO能级5.4eV，LUMO能级2.8eV，三线态能级2.2eV)，客体材料为Red Dopant1(HOMO能级5.1eV，LUMO能级3.1eV，三线态能级2eV，掺杂质量百分比4％)，厚度为40nm。 
蓝色有机发光二极管中有蓝色发光层4，其主体材料为3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-***(TAZ，HOMO能 级6.4ev，LUMO能级2.8eV，三线态能级为2.55)，客体材料为Blue Dopant1(HOMO能级5.6eV，LUMO能级2.4eV，三线态能级2.5eV，掺杂质量百分比2％)，厚度为20nm。 
其中，Green Host1、Green Dopant1、Red Host1、Red Dopant1、Blue Dopant1等均为市场上出售的发光层主体材料、客体材料的商品名，其均为常规物质，故此处对其具体成分不再进行限定。应当理解，本领域技术人员也可选择其他已知的物质或产品用作这些发光层的主体材料和客体材料。 
(5)激子阻挡层8，不论对于何种颜色的有机发光二极管，其激子阻挡层8的材料都与蓝色发光层4的主体材料相同，均为主体材料为3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-***(TAZ，HOMO能级6.4ev，LUMO能级2.8eV，三线态能级为2.55)，厚度为10nm。 
图3示出了本实施例中激子阻挡层8与各颜色发光层4的HOMO能级和LUMO能级的关系，其中，越高的位置表示能级越高，实线框表示主体材料的能级，虚线框表示客体材料的能级。可见，由于材料相同，故激子阻挡层8与蓝色发光层4主体材料的HOMO能级相等，且均高于绿色发光层4和红色发光层4主体材料的HOMO能级，从而保证激子阻挡层8可起到阻挡激子的作用。 
(6)电子传输层5，其材料为双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-联苯氧基)铝(BAlq，HOMO能级5.9ev，LUMO能级2.9eV)，厚度20nm。 
(7)电子注入层6，其材料为氟化锂(LiF)，厚度1.5nm。 
(8)阴极7，其材料为铝，厚度为80nm。 
该阴极7厚度较大，故具有较强的反射性，可将射到其上的光反射回去并从基底9射出，故本实施例的有机发光二极管为底发射型。 
其中，上述各有机发光二极管的阳极1应相互独立，以使各有机发光二极管的发光亮度可被独立控制；而不同颜色发光层4的材料不同，故它们也应当相互独立；而相对的，为便于制造， 不同有机发光二极管的其他层可连为一体。 
在最大灰阶下，对本实施例的有机发光二极管阵列基板的各颜色的有机发光二极管的发光亮度进行测试，得到绿色有机发光二极管的发光亮度为27cd/A，红色有机发光二极管的发光亮度为14cd/A，蓝色有机发光二极管的发光亮度为7.5cd/A。 
相应的，在最大灰阶下，对作为对比例的有机发光二极管阵列基板(区别仅在于其中没有激子阻挡层8)的各颜色的有机发光二极管的发光亮度进行测试，得到绿色有机发光二极管的发光亮度为21cd/A，红色有机发光二极管的发光亮度为12cd/A，蓝色有机发光二极管的发光亮度为7cd/A。 
可见，在增加激子阻挡层8后，绿色有机发光二极管、红色有机发光二极管、蓝色有机发光二极管的发光效率分别提升28％、16％、7％，也就是说，通过设置激子阻挡层8，可大幅提高有机发光二极管阵列基板中的各颜色有机发光二极管的发光效率；同时，由于该激子阻挡层8是由蓝色发光层4的主体材料构成的，故其可用制备蓝色发光层4的蒸镀设备制备，这样就不必增加新设备，成本低。 
实施例3： 
如图2所示，本实施例提供一种有机发光二极管阵列基板。 
该有机发光二极管阵列基板中包括多个子像素，每个子像素中设有一个有机发光二极管；同时，子像素分为红色、绿色、蓝色三种颜色，即子像素中的有机发光二极管也分为红色、绿色、蓝色三种颜色。 
具体的，如图2所示，各有机发光二极管设在基底9(通常由玻璃构成)上，在远离基底9的方向上，有机发光二极管依次包括： 
(1)阳极1，其由透明的氧化铟锡材料构成，厚度为15nm；且在阳极靠近基底9一侧还设有金属反射层(例如银反射层)。 
之所以要设置反射层，是因为本实施例的有机发光二极管阵列基板为顶发射型，即发光层4发出的光要经反射后从阴极7射 出。 
(2)空穴注入层2，其由4,4′,4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA，HOMO能级5.1eV，LUMO能级2.0eV)构成，厚度为70nm。 
(3)空穴传输层3，其由N,N′-二(1-萘基)-N,N′-二苯基-1,1′-联苯-4-4′-二胺(NPB，HOMO能级5.4ev，LUMO能级2.4eV)构成；且不同颜色的有机发光二极管中的空穴传输层3厚度不同：绿色有机发光二极管中的空穴传输层3厚度为35nm，红色有机发光二极管中的空穴传输层3厚度为45nm，蓝色有机发光二极管中的空穴传输层3厚度为15nm。 
在顶发射型有机发光二极管阵列基板中，发光层4发出的光要在阴极7和阳极1之间的谐振腔中反复振荡后才能射出，而其出射光的波长与谐振腔的厚度有关；因此，不同颜色的有机发光二极管中谐振腔的厚度也应不同，以使其出射光的波长范围与颜色更好的匹配；而出于导电性、制备难度等方面的综合考虑，谐振腔的厚度通常可通过调整空穴传输层3的厚度来调节，故不同颜色有机发光二极管中的空穴传输层3厚度应不同。 
(4)发光层4，不同颜色的有机发光二极管中的发光层4也为相应的颜色，其中： 
绿色有机发光二极管中有绿色发光层4，其主体材料为Green Host1(HOMO能级5.39eV，LUMO能级1.95eV，三线态能级2.38eV)，客体材料为Green Dopant1(HOMO能级5.14eV，LUMO能级2.74eV，三线态能级2.36eV，掺杂质量百分比3％)，厚度为30nm。 
红色发光二极管中有红色发光层4，其主体材料为Red Host1(HOMO能级5.4eV，LUMO能级2.8eV，三线态能级2.2eV)，客体材料为Red Dopant1(HOMO能级5.1eV，LUMO能级3.1eV，三线态能级2eV，掺杂质量百分比4％)，厚度为40nm。 
蓝色有机发光二极管中有蓝色发光层4，其主体材料为3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-***(TAZ，HOMO能 级6.4ev，LUMO能级2.8eV，三线态能级为2.55)，客体材料为Blue Dopant1(HOMO能级5.6eV，LUMO能级2.4eV，三线态能级2.5eV，掺杂质量百分比2％)，厚度为20nm。 
(5)激子阻挡层8，不论对于何种颜色的有机发光二极管，其激子阻挡层8的材料均与蓝色发光层4的主体材料相同，均为主体材料为3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-***(TAZ，HOMO能级6.4ev，LUMO能级2.8eV，三线态能级为2.55)(HOMO能级6.4eV，LUMO能级2.8eV，三线态能级2.55eV)，厚度为10nm。 
(6)电子传输层5，其材料为双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-联苯氧基)铝(BAlq，HOMO能级5.9ev，LUMO能级2.9eV)，厚度20nm。 
(7)电子注入层6，其材料为氟化锂(LiF)，厚度1.5nm。 
(8)阴极7，其材料为镁银合金，厚度为15nm。 
该阴极7厚度较小，故为透明状态，允许光经其射出，从而本实施例的有机发光二极管阵列基板为顶发射型。 
其中，上述各有机发光二极管的阳极1应相互独立，以使各有机发光二极管的发光亮度可被独立控制；而不同颜色的有机发光二极管中发光层4的材料、空穴传输层3厚度不同，故它们应相互独立；而相对的，为便于制造，不同有机发光二极管的其他层可连为一体。 
在最大灰阶下，对本实施例的有机发光二极管阵列基板的各颜色的有机发光二极管的发光亮度进行测试，得到绿色有机发光二极管的发光亮度为47cd/A，红色有机发光二极管的发光亮度为25cd/A，蓝色有机发光二极管的发光亮度为5.5cd/A。 
相应的，在最大灰阶下，对作为对比例的有机发光二极管阵列基板(区别仅在于其中没有激子阻挡层8)的各颜色的有机发光二极管的发光亮度进行测试，得到绿色有机发光二极管的发光亮度为38cd/A，红色有机发光二极管的发光亮度为21cd/A，蓝色有机发光二极管的发光亮度为5cd/A。 
可见，在增加激子阻挡层8后，绿色有机发光二极管、红色 有机发光二极管、蓝色有机发光二极管的发光效率分别提升23％、19％、10％，也就是说，通过设置激子阻挡层8，可大幅提高有机发光二极管阵列基板中的各颜色有机发光二极管的发光效率；同时，由于该激子阻挡层8是由蓝色发光层4的主体材料构成的，故其可用制备蓝色发光层4的蒸镀设备制备，这样就不必增加新设备，成本低。 
当然，上述各实施例的有机发光二极管阵列基板中还应包括许多其他的结构，如用于驱动各有机发光二极管发光的驱动电路、栅极线、数据线等；由于这些结构均可采用已知的形式，故在此不再详细描述。 
应当理解，以上实施例还可进行许多的变化： 
例如，以上实施例均以发光层分为红色、绿色、蓝色三种作为例子，但发光层也具有更多的颜色(如还有黄色发光层)，但不论有多少种颜色的发光层，其必须用具有最高HOMO能级和三线态能级的发光层主体材料作为激子阻挡层。 
再如，有机发光二极管中的空穴注入层、空穴传输层、电子注入层、电子传输层主要起到改善空穴和电子传输的作用，故这些层中的一个或多个可以没有。 
再如，上述各层的具体材料、厚度等都可由本领域技术人员根据需要进行改变。 
实施例4： 
本实施例提供了一种显示装置，其包括上述任意一种有机发光二极管阵列基板，该显示装置可为OLED面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。 
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领 域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种有机发光二极管阵列基板，包括多个有机发光二极管，所述有机发光二极管包括依次设置的阳极、发光层、阴极，所述发光层分为多种颜色，并由主体材料和掺杂在主体材料中的客体材料构成，其特征在于，所述有机发光二极管还包括：
设于阴极和发光层间并接触发光层的激子阻挡层，其由一种发光层的主体材料构成，该主体材料在所有发光层的主体材料中具有最大的最高占据分子轨道能级和三线态能级。
2.根据权利要求1所述的有机发光二极管阵列基板，其特征在于，
所述激子阻挡层的厚度在1至50纳米之间。
3.根据权利要求1所述的有机发光二极管阵列基板，其特征在于，
所述发光层分为红色发光层、绿色发光层、蓝色发光层；
所述激子阻挡层由蓝色发光层的主体材料构成。
4.根据权利要求3所述的有机发光二极管阵列基板，其特征在于，
所述绿色发光层的主体材料与蓝色发光层的主体材料相同。
5.根据权利要求3所述的有机发光二极管阵列基板，其特征在于，所述双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8)-(1,1'-联苯-4-羟基)铝、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲、3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-***中的任意一种。
6.根据权利要求3所述的有机发光二极管阵列基板，其特征在于，
所述蓝色发光层为荧光发光层。
7.根据权利要求3所述的有机发光二极管阵列基板，其特征在于，
所述红色发光层和绿色发光层为磷光发光层。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的有机发光二极管阵列基板，其特征在于，所述有机发光二极管还包括：
设于阳极与发光层之间的空穴传输层；
设于阴极与激子阻挡层之间的电子传输层。
9.根据权利要求8所述的有机发光二极管阵列基板，其特征在于，所述有机发光二极管还包括：
设于空穴传输层与阳极之间的空穴注入层；
设于电子传输层与阴极之间的电子注入层。
10.一种显示装置，其特征在于，包括：
权利要求1至9中任意一项所述的有机发光二极管阵列基板。
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