一种白光发光部件、其制备方法和白光电致发光器件

摘要

本发明适用于电致发光技术领域，提供了一种白光电致发光部件、其制备方法和白光电致发光器件。该白光电致发光部件包括相层叠的第一蓝光发光层、第二蓝光发光层及该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层之间的红光和绿光混合发光层，该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层的材质为蓝光磷光材料和能隙在3.5ev以上的空穴传输材料的混合物。本发明白光发光部件，通过使用超宽能隙的空穴传输材料，避免了能量传递过程中能量的损失，大大地提高了发光效率；通过第一蓝光发光层、第二蓝光发光层形成量子陷阱结构，稳定了红光和绿光混合发光层的发光；本发明制备方法，操作简单、成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于电致发光技术领域，尤其涉及一种白光发光部件、其 制备方法和白光电致发光器件。

背景技术

白光电致发光器件有蓝光发光、红光发光及绿光发光组合而成， 蓝光磷光材料是白光电致发光器件发光结构中常用的发光材料。蓝光 磷光材料由于能隙较宽，其主要发光机理是激子首先在主体材料中形 成，然后通过能量转移转移到客体材料中进行发光，能量转移过程中， 能量的损耗较大；一般情况下，随着器件电压的升高，红光发光和绿 光发光存在发光不稳定的现象，影响了白光电致发光器件的整体发 光。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种发光效率高、发光稳定的白光 发光部件。

本发明是这样实现的，

一种白光发光部件，包括相层叠的第一蓝光发光层、第二蓝光发 光层及该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层之间的红光和绿光混合发 光层，该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层的材质为蓝光磷光材料和 能隙在3.5ev以上的空穴传输材料的混合物，该红光和绿光混合发光 层的材质为红光磷光材料、绿光磷光材料、空穴传输材料及电子传输 材料的混合物。

以及，一种白光电致发光器件制备方法，包括如下步骤：

将蓝光磷光材料和能隙在3.5ev以上的空穴传输材料混合，得到 第一混合物，将该第一混合物蒸镀、旋涂或溅射，形成第一蓝光发光 层；

将红光磷光材料、绿光磷光材料、空穴传输材料、电子传输材料 混合，得到第二混合物，将该第二混合物在该第一蓝光发光层上蒸镀、 旋涂或溅射，形成红光和绿光混合发光层；

将蓝光磷光材料和能隙在3.5ev以上的空穴传输材料混合，得到 第三混合物，将该第三混合物在该红光和绿光混合发光层上蒸镀、旋 涂或溅射，形成第二蓝光发光层，得到白光发光部件。

本发明实施例进一步提供一种白光电致发光器件，包括阳极、阴 极，以及该阳极、阴极之间的上述白光发光部件。

本发明实施例白光发光部件，通过使用超宽能隙的空穴传输材 料，使得蓝光磷光材料能够直接捕获空穴和电子形成激子发光，避免 了能量传递过程中能量的损失，大大地提高了发光效率；同时，通过 使用超宽能隙的空穴传输材料及第一蓝光发光层、第二蓝光发光层的 结构，形成了量子陷阱结构，稳定了红光和绿光混合发光层的发光； 通过在红光和绿光混合发光层中同时使用空穴传输材料和电子传输 材料，使得电子和空穴的传递速率大大增加，显著地提升了空穴和电 子在红绿光磷光材料中复合的几率，实现了发光效率的显著提升；本 发明实施例制备方法，操作简单、成本低廉，生产效益高，非常适于 工业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例白光电致发光器件结构图；

图2是本发明实施例制备和对比例制备的白光电致发光器件电 流效率对比图；

图3是本发明实施例一制备的白光电致发光器件各层能级图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种白光发光部件，包括相层叠的第一蓝光发 光层、第二蓝光发光层及该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层之间的 红光和绿光混合发光层，该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层的材质 为蓝光磷光材料和能隙在3.5ev以上的空穴传输材料的混合物，该红 光和绿光混合发光层的材质为红光磷光材料、绿光磷光材料、空穴传 输材料及电子传输材料的混合物。

具体地，第一蓝光发光层、第二蓝光发光层的材质为蓝光磷光材 料和能隙在3.5ev以上的空穴传输材料组成的混合物，其中，蓝光磷 光材料的重量百分含量为1-20％；该第一蓝光发光层、第二蓝光发光 层的厚度为5-15纳米；

具体地，该蓝光磷光材料选自：双(4，6-二氟苯基吡啶)-四(1- 吡唑基)硼酸合铱(FIr6)、双(4，6-二氟苯基吡啶-N，C²)吡啶甲酰合 铱(FIrpic)、双(5-氰基-4-氟苯基吡啶--N，C²)吡啶甲酸合铱 (FCNIrpic)、双(4，6-二氟苯基吡啶-N，C²)-[5-(2-吡啶)四氮]合铱 (FIrN4)或三(3，5-二氟-4-苯腈)吡啶合铱(FCNIr)。

进一步，该能隙在3.5ev以上的空穴传输材料，即超宽能隙的空 穴传输材料，不仅具有空穴传输能力，而且其LUMO能级和HOMO 能级之差在3.5ev以上，其他没有限制。该超宽能隙的空穴传输材料 例如，对二苯基二邻甲苯基硅烷(UGH1)、1，4-双(三苯基硅烷)苯 (UGH2)、1，3-双(三苯基硅烷)苯(UGH3)或9，9’-二硅连蒽(UGH4)。 该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层通过使用超宽能隙的空穴传输材 料，由于空穴传输材料的能隙比蓝光磷光材料的能隙宽得多，使得蓝 光磷光材料能够直接捕获空穴和电子形成激子发光，避免了通过空穴 传输材料捕获电子和空穴形成激子，再将能量转移给蓝光磷光材料而 发光，进而避免了能量传递过程中能量的损失，大大的提高了发光效 率；

具体地，该红光和绿光混合发光层的材质为由红光磷光材料、绿 光磷光材料、空穴传输材料及电子传输材料组成的混合物，其中，该 红光磷光材料的质量百分含量为0.5-5％，该绿光磷光材料的质量百分 含量为5-10％，其余的为空穴传输材料和电子传输材料，该空穴传输 材料和电子传输材料的质量比为1∶2-5，该红光和绿光混合发光层的 厚度为5-15纳米；

具体地，该红光磷光材料选自二(2-甲基-二苯基喹喔啉)(乙酰 丙酮)合铱(Ir(MDQ)₂(acac))、二(1-苯基异喹啉)(乙酰丙酮)合 铱(Ir(piq)₂(acac))或三(1-苯基-异喹啉)合铱(Ir(piq)₃)；

该绿光磷光材料选自绿光材料为三(2-苯基吡啶)合铱(Ir(ppy)₃) 或乙酰丙酮酸二(2-苯基吡啶)铱(Ir(ppy)₂(acac))；

该空穴传输材料选自N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-4，4’- 联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、N，N’- (1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)或1，3，5-三苯基苯 (TDAPB)；

该电子传输材料选自2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯基-1，3，4- 噁二唑(PBD)、2，5-二(1-萘基)-1，3，4-二唑(BND)、1，2，4-三唑衍生 物(如TAZ)、N-芳基苯并咪唑(TPBI)或喹喔啉衍生物(TPQ)；

该红光和绿光混合发光层，通过使用空穴传输材料和电子传输材 料作为掺杂主体，使得电子和空穴的传递速率大大增加，显著地提升 了空穴和电子在红绿光磷光材料中复合的几率，实现了发光效率的显 著提升；进一步，由于第一蓝光发光层、第二蓝光发光层使用了超宽 能隙的空穴传输材料，使得该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层形成 一量子陷阱结构，一方面，将空穴和电子限制在该量子陷阱结构内(即 红光和绿光混合发光层)，使红光磷光材料和绿光磷光材料对其进行 充分的捕获，形成激子而发光，实现了对激子发光区域的限制，将光 谱窄化，实现了发光光色的稳定；另一方面，该量子陷阱结构的存在， 避免了另外制备量子陷阱，简化了制备流程，减少了白光发光部件中 的层数，降低了空穴、电子在传递中的受到的阻碍，大大的提高了发 光效率。

本发明实施例白光发光部件，通过使用超宽能隙的空穴传输材 料，并且形成量子陷阱结构，一方面使得发光效率大大提高，另一方 面实现了稳定发光。

本发明实施例进一步提一种白光电致发光器件，该白光电致发光 器件的发光结构为上述本发明实施例的白光发光部件。该白光电致发 光器件包括相层叠的阳极、阴极及该阳极、阴极之间的上述白光发光 部件，请参阅图1，图1显示使用本发明实施例白光电致发光器件的 结构，该白光电致发光器件包括阳极1、阴极3及该阳极1和阴极3 之间的白光发光部件2，该白光发光部件包括第一蓝光发光层21、第 二蓝光发光层22，该第一蓝光发光层21和第二蓝光发光层22相层 叠，在该第一蓝光发光层21、第二蓝光发光层22之间还包括红光和 绿光混合发光层23。

进一步，该白光电致发光器件还包括其他功能层，例如，空穴注 入层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层及电子注 入层中的一种或多种。结合上述图1，该空穴注入层、空穴传输层、 电子阻挡层、空穴阻挡层、电子传输层及电子注入层的结构如下

A、该空穴传输层、空穴注入层及电子阻挡层位于阳极1与白光 发光部件2之间，顺序为阳极/空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层/ 白光发光部件；如果没有空穴注入层、空穴传输层或电子阻挡层中任 意一个或以上，即在上述顺序的基础上删除，例如没有空穴注入层， 那么，顺序为：阳极/空穴传输层/电子阻挡层/白光发光部件；

B、该电子注入层、电子传输层及空穴阻挡层位于阴极3与白光 发光部件2之间，顺序为白光发光部件/空穴阻挡层/电子传输层/电子 注入层/阴极，如果没有上述电子注入层、电子传输层及空穴阻挡层， 则在前述顺序的基础上删除，删除方法和前述A中相同，在此不重 复阐述。

上述A、B中空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡 层、电子传输层、电子注入层及阳极、阴极通过使用如下材质，使用 溅射、旋涂或蒸镀方法制备，具体没有限制；

阳极采用铟锡氧化物(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺铝的氧化 锌(AZO)或掺铟的氧化锌(IZO)，优选为ITO。

空穴注入层采用三氧化钼(MoO₃)、三氧化钨(WO₃)、VO_x(二 氧化钒与五氧化二钒的混合物)或五氧化二钒(V₂O₅)，厚度为 5-40nm，优选为MoO₃，厚度为5nm。

空穴传输层与电子阻挡层采用的是N，N’-二(3-甲基苯基)-N， N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(TPD)、4，4′，4″-三(咔唑-9-基)三苯胺 (TCTA)、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)、 1，3，5-三苯基苯(TDAPB)或酞菁铜CuPc。厚度为20-80nm，空穴 传输层优选为NPB，厚度为40nm，电子阻挡层优选为TCTA，厚度 为5nm。

电子传输层与空穴阻挡层采用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基)苯 基-1，3，4-噁二唑(PBD)、8-羟基喹啉铝(Alq₃)、2，5-二(1-萘基)-1，3，4- 二唑(BND)、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(Bphen)、1，2，4-三唑衍生物(如 TAZ)、N-芳基苯并咪唑(TPBI)或喹喔啉衍生物(TPQ)。空穴阻挡 层厚度为3-10nm，优选为TPBi，厚度为5nm，电子传输层厚度为 40-80nm，优选为Bphen，厚度为60nm。

电子注入层为Cs₂CO₃、CsN₃、LiF、CsF、CaF₂、MgF₂或者NaF。 厚度为0.5-5nm，也可采用以上材料与电子传输材料的掺杂，掺杂比 例为20-60％，厚度为20-60nm。优选Bphen∶CsN₃，优选比例为20％， 厚度为40nm

金属阴极采用银(Ag)、铝(Al)、镁:银(Mg:Ag)合金或金 (Au)。厚度为20-200nm，优选为Al，厚度为150nm。

本发明实施例白光电致发光器件，通过使用上述白光发光部件， 实现了发光效率的显著提升。请参阅图2，图2显示本发明实施例白 光电致发光器件和对比例的白光电致发光器件发光强度(电流密度) 和电压关系的对比图，从图2中可知，在10V时，实施例的白光电 致发光器件电流密度为293mA/cm²，而对比例白光电致发光器件电流 密度为192mA/cm²，而且随着电压的增大，这个差距在逐渐增大， 这说明，实施例中电子和空穴得到限制，激子的复合几率提高，白光 电致发光器件的电流密度得到了增大，发光强度得到提高。

本发明实施例进一步提供上述白光发光部件制备方法，包括如下 步骤：

将蓝光磷光材料和能隙在3.5ev以上的空穴传输材料混合，得到 第一混合物，将该第一混合物蒸镀、旋涂或溅射，形成第一蓝光发光 层；

将红光磷光材料、蓝光磷光材料、空穴传输层、电子传输层混合， 得到第二混合物，将该第二混合物在该第一蓝光发光层上蒸镀、旋涂 或溅射，形成红光和绿光混合发光层；

将蓝光磷光材料和能隙在3.5ev以上的空穴传输材料混合，得到 第三混合物，将该第三混合物在该红光和绿光混合发光层上蒸镀、旋 涂或溅射，形成第二蓝光发光层，得到白光发光部件。

具体地，该第一混合物、第三混合物中，蓝光磷光材料的重量百 分含量为1-20％；该第一蓝光发光层、第二蓝光发光层的厚度为5-15 纳米；该第二混合物中，该红光磷光材料的质量百分含量为0.5-5％， 该绿光磷光材料的质量百分含量为5-10％，其余的为空穴传输材料和 电子传输材料，该空穴传输材料和电子传输材料的质量比为1∶2-5， 该红光和绿光混合发光层的厚度为5-15纳米。

进一步，本发明实施例制备方法中，在制备白光发光部件之前， 还包括在阳极上制备空穴注入层、空穴传输层或电子阻挡层的步骤； 在制备白光发光部件之后还包括在白光发光部件上制备空穴阻挡层、 电子传输层、电子注入层及阴极的步骤，具体方法和前述相同，在此 不重复阐述。

本发明实施例制备方法，操作简单、流程简便、成本低廉，生产 效益高，适于工业化生产。

以下结合具体实施例说明上述白光电致发光器件制备方法。

实施例一

在ITO玻璃上蒸镀、形成三氧化钼空穴注入层；

在该空穴注入层蒸镀、形成NPB的空穴传输层；

在该空穴传输层上蒸镀、形成TPD电子阻挡层；

制备第一蓝光发光结构：

将Fir6与UGH2混合得到第一混合物，其中，Fir6的质量百分 含量5％，将该第一混合物在该电子阻挡层上蒸镀、形成第一蓝光光 发光层，该第一蓝光发光层厚度为10nm；

制备红光和绿光混合发光层：

将Ir(MDQ)₂(acac)、Ir(ppy)₃、TCTA及TPBi混合，其中，Firpic 的重量百分含量为1％，Ir(ppy)₃的重量百分含量5％，TCTA及TPBi 的质量比为1∶3，得到第二混合物；

制备第二蓝光发光结构：

将Fir6与UGH2混合得到第三混合物，其中，Fir6的质量百分 含量5％，将该第三混合物在该红光和绿光混合发光层上蒸镀、形成 第二蓝光光发光层，该第二蓝光发光层厚度为10nm；

在该第二蓝光发光层上蒸镀、形成BND空穴阻挡层；

在该空穴阻挡层蒸镀、形成BND的电子传输层；

在该电子传输层上蒸镀、形成TDAPB电子注入层；

在该电子注入层上蒸镀、形成铝阴极，得到白光电致发光器件。

请参阅图3，图3显示本发明实施例一制备的白光电致发光器件 各层的能级图，从图3中可以知道，UGH2的HOMO能级比TCTA 的HOMO能级要低约1.7ev，而比绿光-红光层的主体材料低约0.9ev， 这就保证了Fir6可以不经过UGH2而直接捕获从TCTA传输过来的 空穴，直接复合发光，同时由于UGH2与红光-绿光主体材料形成了 空穴陷阱的关系，因此，使到达的空穴可以直接被限制在红光-绿光 层，限制了形成激子的区域。

实施例二

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 一混合物、第三混合物中，Fir6的质量百分含量1％，第二混合物中， Ir(MDQ)₂(acac)的质量百分含量为0.5％，Ir(ppy)₃的质量百分含量为 7％。

实施例三

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 一混合物、第三混合物中，Fir6的质量百分含量为20％，第二混合物 中，Ir(MDQ)₂(acac)的质量百分含量为5％，Ir(ppy)₃的质量百分含量 为10％。

实施例四

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 二混合物中，红光磷光材料为Ir(piq)₃，绿光磷光材料为Ir(ppy)₂(acac)。

实施例五

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 一混合物、第三混合物中，蓝光磷光材料为FIrpic；第二混合物中， 红光磷光材料为Ir(piq)₃，绿光磷光材料为Ir(ppy)₂(acac)。

实施例六

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，蓝 光发光层厚度为15nm，红光和绿光混合发光层厚度为5nm。

实施例七

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 二混合物中，TCTA和TPBi的质量比为1∶2。

实施例八

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 二混合物中，TCTA和TPBi的质量比为1∶5。

实施例九

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 二混合物中，红光磷光材料为Ir(piq)₂(acac)，绿光磷光材料为 Ir(ppy)₂(acac)。

实施例十

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 一混合物、第三混合物中，蓝光磷光材料为Firpic，质量百分含量为 15％，超宽能隙空穴传输材料为UGH1，第一蓝光发光层的厚度为12 纳米。

实施例十一

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 一混合物中，蓝光磷光材料为Firpic，质量百分含量为20％，超宽能 隙空穴传输材料为UGH1，第一蓝光发光层的厚度为15纳米。

实施例十二

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 三混合物中，蓝光磷光材料为Firpic，质量百分含量为20％，超宽能 隙空穴传输材料为UGH1，第二蓝光发光层的厚度为15纳米。

实施例十三

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 一混合物、第三混合物中，蓝光磷光材料为Firpic，质量百分含量为 18％，超宽能隙空穴传输材料为UGH3，第一蓝光发光层的厚度为18 纳米。

实施例十四

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 二混合物中，Ir(MDQ)₂(acac)的质量百分含量为2.5％，Ir(ppy)₃的质 量百分含量为6％，红光和绿光混合发光层的厚度为7纳米。

实施例十五

本实施例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中，第 二混合物中，Ir(MDQ)₂(acac)的质量百分含量为0.5％，Ir(ppy)₃的质 量百分含量为7％，红光和绿光混合发光层的厚度为10纳米，TCTA 和TPBi的质量比为1∶4。

对比例

本对比例白光电致发光器件制备方法，依照实施例一，其中发光 层中只有第一蓝光发光层，第一蓝光发光层中，使用TCTA作为掺杂 主体，红光和绿光混合发光层中，没有TPBi。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。