CN114551744A - 发光层、包含该发光层的有机电致发光器件及显示装置 - Google Patents

发光层、包含该发光层的有机电致发光器件及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光层，所述发光层中包括发光层主体以及位于该发光层主体内的猝灭层；其中，所述发光层主体内还具有激子复合中心，且所述激子复合中心与猝灭层间的距离大于Forster能量转移半径。该发光层中引入的与激子复合中心间的距离大于Forster能量转移半径的猝灭层可很好的猝灭长寿命三线态激子，改善TADF‑OLED工作寿命。本发明还公开了包含该发光层的有机电致发光器件及显示装置。

Description

发光层、包含该发光层的有机电致发光器件及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域。更具体地，涉及一种发光层、包含该发光层的有机电致发光器件及显示装置。
背景技术
TADF材料能够实现三重态激子的RISC，将75％的三重态激子上转换为单重态激子，因此基于TADF发射体的OLED可以获得100％的内量子效率。但是TADF发射体包含长寿命(微秒级)的三线态激子，较长的激子寿命会增加发光层中三线态激子密度，引起激子与激子的碰撞，加剧TTA/TPA效应，会导致发光层的稳定性下降，降低OLED寿命。受到器件功能层载流子运输能力的影响，OLED中的发光层通常具备较窄的激子复合中心，发光主要来源于此处。短寿命的三线态激子会在此处发生RISC，上转换为单线态激子辐射发光，而长寿命的三线态激子会扩散到发光层中远离激子复合中心的区域，并发生TTA/TPA。
发明内容
基于以上事实，本发明的目的在于提供一种发光层、包含该发光层的有机电致发光器件及显示装置，以至少部分解决目前TADF-OLED器件中，TADF发射体带来的长寿命三线态激子会增加发光层中三线态激子密度，加剧TTA/TPA效应，降低OLED寿命的问题。
一方面，本发明提供一种发光层，所述发光层中包括发光层主体以及位于该发光层主体内的猝灭层；其中，所述发光层主体内还具有激子复合中心，且所述激子复合中心与猝灭层间的距离大于Forster能量转移半径。
可选地，所述激子复合中心与猝灭层间的距离大于10nm。
可选地，所述发光层主体由主体材料与TADF发光材料混合而成。
可选地，所述猝灭层由发光层主体与掺杂在其中的猝灭剂形成。
可选地，所述猝灭剂的吸收光谱与TADF发光材料的发射光谱之间的重叠面积在10％以上。
可选地，所述主体材料的S1和T1能级均大于TADF发光材料的S1和T1能级，TADF发光材料的S1和T1能级之差小于0.3eV，TADF发光材料的S1能级和猝灭剂的S1能级之差小于0.1eV，TADF发光材料的T1能级大于猝灭剂的T1能级。
可选地，所述TADF发光材料的质量占主体材料和TADF发光材料总质量的30％以下，猝灭剂占主体材料和TADF发光材料总质量的2％以下。
可选地，所述发光层的厚度为30-40nm，所述猝灭层的厚度为2-4nm。
又一方面，本发明提供一种有机电致发光器件，其包括如上所述的发光层。
再一方面，本发明提供一种显示装置，其包括如上所述的有机电致发光器件。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的发光层中，引入的与激子复合中心间的距离大于Forster能量转移半径的猝灭层可很好的猝灭长寿命三线态激子，改善TADF-OLED工作寿命。
本发明提供的有机电致发光器件和显示装置中，含有该发光层，故而具有其带来的有益效果，在此不赘述。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例中发光层的结构示意图。
图2示出本发明实施例中发光层的能量传递示意图。
图3示出本发明实施例中有机电致发光器件的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本实施方式中，用到的一些术语表示分别为：
D：供体；A：受体；TADF：热激活延迟荧光；OLED：有机发光二极管；RISC：反系间窜跃；ISC：系间窜跃；TTA：三线态-三线态激子湮灭；TPA：三线态激子-极化子湮灭。
针对目前TADF-OLED器件中，TADF发射体带来的长寿命三线态激子会增加发光层中三线态激子密度，加剧TTA/TPA效应，降低OLED寿命的问题，本发明发明人为了减小TADF发射体的三线态激子寿命以及激子密度，尝试从分子设计入手，增加TADF分子D-A的扭转角，减小△EST，促进三线态激子的RISC，但同时会降低振子强度，减小PLQY，导致OLED的EQE下降。超荧光器件利用敏化剂到荧光发射体的Forster能量转移，分离激子复合区域与发光中心，减小发光层中激子密度和激子寿命，但是还存在主体和敏化剂到荧光发射体的Dexter能量转移，会造成部分能量的损耗，降低OLED效率。
本实施例中发现，对于TADF-OLED，在距离发光层激子复合中心特定距离处掺杂能级匹配的荧光材料，形成猝灭层，可淬灭掉激子复合中心扩散出的长寿命激子，同时不对短寿命激子造成不利影响，保持其发光效率。发光层中三线态激子密度减少，抑制了TTA/TPA效应，增加了发光层稳定性，可提升OLED工作寿命。基于此，本发明实施例提供了一种发光层，如图1所示，该发光层中包括发光层主体2以及位于该发光层主体2内的猝灭层1；其中，所述发光层主体2内还具有激子复合中心3，且所述激子复合中心3与猝灭层1间的距离大于Forster能量转移半径。
上述技术方案中，淬灭层1与激子复合中心3区域的距离大于Forster能量转移半径，不会影响激子复合中心3区域的辐射发光。长寿命激子从激子复合中心3区域扩散出来，单线态和三线态激子会在扩散过程中相互转换，在与淬灭层间距满足Forster能量转移半径时优先发生Forster能量转移，淬灭层消耗掉发光层中长寿命的单线态和三线态激子；当扩散距离更远的激子与淬灭层间距满足Dexter能量转移半径时发生Dexter能量转移时，淬灭层直接消耗掉发光层中长寿命的三线态激子。在一些实施方式中，所述激子复合中心3与猝灭层1间的距离大于10nm。
本实施例中，激子复合中心3位于发光层靠近空穴阻挡层的一侧。
本实施例中，发光层主体2由主体材料与TADF发光材料(客体材料)混合而成。适用于本实施例的主体材料包括但不限于本领域常规使用的红光主体材料、蓝光主体材料、绿光主体材料(例如mCP、CBP、DPEPO等)。
在一些实施方式中，所述猝灭层1由发光层主体2与掺杂在其中的猝灭剂形成。也即，在发光层主体2中的部分区域掺杂猝灭剂，形成猝灭层1。合适的猝灭剂可为荧光材料。
在一些实施方式中，所述猝灭剂的吸收光谱与TADF发光材料的发射光谱之间的重叠面积在10％以上。两者的重叠面积越大越有利于能量转移。
在一些实施方式中，所述主体材料的S1和T1能级均大于TADF发光材料的S1和T1能级，TADF发光材料的S1和T1能级之差小于0.3eV，TADF发光材料的S1能级和猝灭剂的S1能级之差小于0.1eV，TADF发光材料的T1能级大于猝灭剂的T1能级。其中，主体材料的S1和T1能级均大于TADF发光材料的S1和T1能级。利于主体能量转移到客体TADF材料，确保是客体发光；TADF发光材料的S1和T1能级之差小于0.3eV。利于TADF材料发生RISC，产生延迟荧光；TADF发光材料的S1能级和猝灭剂的S1能级之差小于0.1eV，TADF发光材料的T1能级大于猝灭剂的T1能级。利于TADF材料中多余的能量转移到淬灭剂中。
在一些实施方式中，所述TADF发光材料的质量占主体材料和TADF发光材料总质量的30％以下，猝灭剂占主体材料和TADF发光材料总质量的2％以下。其中，TADF客体发光材料浓度高会引起发光分子之前的浓度淬灭，降低发光效率，TADF客体发光材料比例在30wt％以下比较合适；同样的，如果猝灭剂的浓度过高，则会大幅度增大淬灭剂的发光强度，影响器件发光效果。
在一些实施方式中，本实施例中，所述发光层的厚度为30-40nm，猝灭层1的厚度为2-4nm。
图2示出本实施例发光层在使用时的能量传递示意图。其中，能量传递的过程为：空穴和电子在主体材料上结合，产生S1，T1激子，随后能量转移至客体材料，产生客体材料中的S1，T1激子。客体为TADF材料，T1激子通过RISC转化为S1激子辐射荧光。同时客体发光分子中有少部分的S1/T1激子向外扩散，扩散至淬灭材料时会向淬灭材料转移能量，淬灭材料通过辐射或者非辐射过程消耗掉这部分能量。
本发明的又一个实施例提供一种有机电致发光器件，如图3所示，其包括依次设置的阳极301、空穴注入层302、空穴传输层303、电子阻挡层304、如上实施例所述的发光层305、空穴阻挡层306、电子传输层307、电子注入层308、阴极309。
本发明的又一个实施例提供一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的有机电致发光器件。
以下结合一些具体实施例对本发明的技术方案进行说明：
需要说明的是，如无特殊说明，本实施方式中所用材料均可市售商购获得。
各实施例及对比例中，有机电致发光器件的结构如图3所示，下述各实施例及对比例中，有机电致发光器件结构除去发光层结构不一样以外，其余膜层一致。具体器件结构如图3所示，其中301为ITO阳极，在其表面依次蒸镀302空穴注入层TAPC(厚30nm)，303空穴传输层TCTA(厚15nm)，304电子阻挡层mCP(厚10nm)，305发光层(厚30nm)，306空穴阻挡层DPEPO(厚5nm)，307电子传输层TmPyPb(厚45nm)，308电子注入层LiF(厚1nm)，309阴极层Al。
几个对比例和实施例的发光层结构如下，发光层材料结构如下所示，
对比例1：80wt％mCP:20wt％4CzIPN(30nm)。
对比例2：80wt％mCP:20wt％4CzIPN(22nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN:1wt％TAD(3nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN(5nm)。
对比例3：80wt％mCP:20wt％4CzIPN(18nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN:1wt％TAD(3nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN(9nm)。
对比例4：80wt％mCP:20wt％4CzIPN(14nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN:1wt％TAD(3nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN(13nm)。
对比例5：80wt％mCP:20wt％4CzIPN(10nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN:1wt％TAD(3nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN(17nm)。
实施例1：80wt％mCP:20wt％4CzIPN(6nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN:1wt％TAD(3nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN(21nm)。
实施例2：80wt％mCP:20wt％4CzIPN(2nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN:1wt％TAD(3nm)/80wt％mCP:20wt％4CzIPN(25nm)。
其中，对比例1中，整个发光层由主体材料和客体材料TADF混合构成；对比例2至实施例2中，上述组成分别对应图1中A/B/C的组成。进一步举例说明：对比例2的发光层中，A段的组成为80wt％mCP:20wt％4CzIPN，厚度为22nm；B段的组成为80wt％mCP:20wt％4CzIPN:1wt％TAD，厚度为3nm；C段的组成为80wt％mCP:20wt％4CzIPN，厚度为5nm。
上述实施例及对比例中，Forster能量转移半径理论上为小于等于10nm。由于发光层厚都是30nm，故而发光层中，激子复合中心3区域都靠近空穴阻挡层一侧且位置相似。测试激子复合中心位置，发现其大概位于靠近右侧(靠近空穴阻挡层)6nm～10nm。所以淬灭层1设置在靠近电子阻挡层时，图1体现为靠左侧(标记1)，距离激子复合中心3区域越远，淬灭层对于激子复合中心3区域的直接影响越小，对应器件的效率和寿命有逐步提升。测试发现激子复合中心3的位置大概距离EML/HBL界面的距离为6nm，即距离E，激子复合中心3的厚度为4nm，即距离D。
其中，上述mCP、4CzIPN、TAD的化学式如下所示：
Figure BDA0003521849060000051
上述对比例1～5和实施例1～2器件各层蒸镀完成后采用紫外线固化树脂进行封装。对封装好的器件测试电致发光性能，采用IVL测试设备进行性能测试，测试条件均为电流密度15mA/cm2，测试项目包括电流效率(CE@15mA/cm2)，功率效率(PE@15mA/cm2)，外量子效率(EQE@15mA/cm2)，色坐标CIE(x,y)@15mA/cm2，采用lifetime设备测试器件寿命，测试条件为T90@15mA/cm2，具体参数如表1所示。
表1对比例1～5和实施例1～2器件参数
Figure BDA0003521849060000052
由于主体材料mCP为P型host，发光层中激子复合中心位于靠HBL一侧，对于对比例2和3，淬灭层和激子复合中心区域发生重叠，促进了4CzIPN向TAD的Dexter能量转移，造成效率的严重损失，EQE和CE下降明显。对于对比例4和5，淬灭层与激子复合中心区域分离，但是间距小于Forster能量转移半径，诱导激子复合中心区域的部分原本用于辐射发光的短寿命激子通过Forster或者Dexter能量转移到TAD，造成部分能量损失，EQE和CE有所下降，但是同时会淬灭部分激子复合中心区域扩散出的长寿命激子，轻微抑制TTA/TPA，器件工作寿命有所提升。对于实施例1和2，淬灭层与激子复合中心区域分离，且间距大于Forster能量转移半径，不会影响激子复合中心区域由于辐射发光的短寿命激子，保持了原本较高的EQE和CE，同时淬灭了激子复合中心区域扩散出的长寿命激子，有效抑制TTA/TPA，器件工作寿命进一步提升。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种发光层，其特征在于，所述发光层中包括发光层主体以及位于该发光层主体内的猝灭层；其中，所述发光层主体内还具有激子复合中心，且所述激子复合中心与猝灭层间的距离大于Forster能量转移半径。
2.根据权利要求1所述的发光层，其特征在于，所述激子复合中心与猝灭层间的距离大于10nm。
3.根据权利要求1所述的发光层，其特征在于，所述发光层主体由主体材料与TADF发光材料混合而成。
4.根据权利要求3所述的发光层，其特征在于，所述猝灭层由发光层主体与掺杂在其中的猝灭剂形成。
5.根据权利要求4所述的发光层，其特征在于，所述猝灭剂的吸收光谱与TADF发光材料的发射光谱之间的重叠面积在10％以上。
6.根据权利要求4所述的发光层，其特征在于，所述主体材料的S1和T1能级均大于TADF发光材料的S1和T1能级，TADF发光材料的S1和T1能级之差小于0.3eV，TADF发光材料的S1能级和猝灭剂的S1能级之差小于0.1eV，TADF发光材料的T1能级大于猝灭剂的T1能级。
7.根据权利要求4所述的发光层，其特征在于，所述TADF发光材料的质量占主体材料和TADF发光材料总质量的30％以下，猝灭剂占主体材料和TADF发光材料总质量的2％以下。
8.根据权利要求1所述的发光层，其特征在于，所述发光层的厚度为30-40nm，所述猝灭层的厚度为2-4nm。
9.一种有机电致发光器件，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的发光层。
10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的有机电致发光器件。
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