一种基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构的制作方法

本发明涉及有机电致发光器件领域，具体涉及一种基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构。

背景技术：

有机电致发光二极管（OLED）被认为是下一代梦幻显示与照明技术，因其具有许多传统照明显示技术所不具备的优点。然而，对于目前大多数的白光OLED器件而言，最高的功率效率（Power efficiency）仍然徘徊在40到60流明每瓦（lm·W^-1），这个数值相对于其249流明每瓦的理论最高流明效率，还相差甚远。因此，对于提升器件的性能，器件结构方面仍有较大的挖掘空间。基于这一目的，许多关键的问题需要在设计和制备器件的过程中引起足够的重视。

由于有机磷光材料和热激发延迟荧光材料具有同时利用单线态和三线态的能力，100%的内量子效率早已可以达到。但是，与内量子效率不同的是，光提取效率仍然较低。对于大部分的OLED器件而言，光提取效率仍普遍低于30%。造成这一现象的主要原因是OLED器件内部的各个有机层之间的折射率不匹配、出射光在电极上被吸收等。此外，在电光转化过程中，大量不必要的能量损失也是造成器件效率普遍较低的一个重要原因。各个有机功能层之间的能级不匹配，带来了较高的开启电压，也严重影响了器件的性能。虽然过去有许多文章报导了各种降低能量损失、降低器件驱动电压的方法，但器件的效率仍然没有一个实质性的提高。究其原因，主要是因为大部分的工作主要集中在如何对电极、载流子传输层、载流子注入层材料进行修饰，而忽略了对有机发光层的设计。而目前，已有越来越多的科研工作者注意到了激基复合物在降低器件驱动电压、提高器件功率效率、简化器件结构方面的重要应用前景。大量基于激基复合物的OLED器件层出不穷，器件效率、驱动电压都远远优于以往基于传统单一主体材料的OLED器件。但对于这其中大部分的工作，仍有一些急待改进的地方：（1）传统的基于激基复合物主体的白光OLED器件，其蓝光部分仍依赖于激基复合物主体来发光。而目前蓝光激基复合物的效率普遍都较低，与传统的磷光蓝光效率相比仍有较大差距。 因此，利用激基复合物来发蓝光会使得整个白光器件的效率受到很大影响。（2）在考虑激基复合物能否作为目标客体材料的最优主体之前，还应该考虑该激基复合物的能级与客体发光材料之间的能级是否匹配、激子的激发态寿命是否合适等问题，因为这些参数将严重影响到器件的效率，能量传递过程中的能量损失、大电流密度下效率滚降以及开启电压。

技术实现要素：

要解决的技术问题：本发明所要解决的问题是提供一种高效率、低电压、色稳定性好的基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构，本发明的技术方案为：

一种基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构，所述的OLED器件结构包括有：一基板，一溅射在基板上的作为阳极的复合氧化金属薄膜，一空穴注入层、一空穴传输层、一激子阻挡层、一有机发光层、一电子传输层、一电子注入层、一金属电极。

所述的复合氧化金属薄膜为150 nm的氧化铟锡（ITO）；所述的空穴注入层为10 nm的2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂三亚苯（HAT-CN）；所述的空穴传输层为40 nm的4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]（TAPC）；所述的激子阻挡层为10 nm的4,4',4''-三(咔唑-9-基)三苯胺（TCTA）；所述的电子传输层为50 nm的4,6-双(3,5-二(4-吡啶)基苯基)-2-甲基嘧啶（B4PyMPM）；所述的电子注入层为1 nm的(8-羟基喹啉)锂（Liq）；所述的金属阴极为120 nm的铝。

所述的空穴注入层、空穴传输层、激子阻挡层、有机发光层、电子传输层、电子注入层、金属电极均采用真空热蒸镀的方法实现。

所述的有机发光层中的主体材料由一种有机电子给体材料和一种有机电子受体材料组成，且这两种材料之间形成了一种新型的激基复合物，其中，所述的主体材料为1,3-二-9-咔唑基苯（mCP），所述的电子受体材料为4,6-双(3,5-二(4-吡啶)基苯基)-2-甲基嘧啶（B4PyMPM），按1：1的质量比通过真空热蒸镀形成。

所述的有机发光层内，同时掺杂了两种有机磷光发光材料，分别为蓝色磷光材料和橙色磷光材料，蓝色磷光材料为二(4,6-二氟苯基吡啶-C2,N)吡啶甲酰合铱（FIrpic），橙色磷光材料为乙酰丙酮酸二(4-苯基-噻吩[3,2-c]吡啶-C2,N)合铱(III)（PO-01），且它们在主体材料中所占的质量比分别为15%、0.2%。

有益效果：本发明的一种基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构创新地摒弃了在白光OLED中激基复合物主体发蓝光的传统，采用额外掺杂一种高效磷光蓝光发光材料的方法，使得白光OLED的器件效率大大提高，驱动电压相比其他结构也有较大幅度的降低，器件的整体性能远远优于其他传统结构。此外，本发明所采用的给体材料和受体材料，与它们之间形成的激基复合物具有非常匹配的能级，使得本专利中的白光器件开启电压降低到只有2.5 V，且具有较高能量传输效率以及利用率。相比传统的基于激基复合物的白光器件而言，本发明采用了一种新的基于激基复合物主体的发光层结构，使得器件的效率得到有效的提升。其中，互补色（即传统的蓝橙双色）白光OLED器件的最大功率效率达到了105 lm·W^-1，且该效率不含任何光提取技术，所测的效率均为正向效率。相比其他已有的基于激基复合物主体的白光OLED器件的工作，效率滚降问题也得到了很大的缓解，在1000 cd·m^-2的常用工作亮度下外量子效率依然保持在21%以上。此外，器件色稳定性良好，且在500 到 5000 cd·m^-2的亮度区间，CIE色坐标的变化量仅为∆CIE = (0.03, 0.01) （从(0.40, 0.48) 到 (0.37, 0.47)），显示出了优越的色稳定性。

附图说明

图1 是本发明的结构图。

图2 是本发明的基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构的电致发光特征曲线：电压-电流密度-亮度曲线。

图3 是本发明的基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构的电致发光特征曲线：功率效率-电流效率-亮度曲线。

图4 是本发明的基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构的电致发光特征曲线：电致发光光谱图。

图5 是其他已报道的基于普通主体材料的白光OLED器件的电致发光特征曲线：功率效率-电流效率-亮度曲线。

图6 是其他已报道的基于激基复合物主体的白光OLED器件的电致发光特征曲线：功率效率-外量子效率-亮度曲线。

具体实施方式

实施例1

基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构，在玻璃基板上溅射一层150 nm厚的ITO薄膜，接着依次通过真空热蒸镀的方法，自下而上沉积10 nm的HAT-CN空穴注入层，X nm的TAPC空穴传输层，10 nm的TCTA激子阻挡层，20 nm的有机发光层，30 nm的B4PyMPM电子传输层，1 nm的Liq电子注入层，120 nm的Al阴极。其中有机发光层需要同时蒸镀4种有机材料，包括mCP、B4PyMPM、FIrpic和PO-01，其质量比为42.4：42.4：15：0.2，此外，该蒸镀工艺需要同时使用4个加热源对4种有机材料加热；另外，需要用4个监测膜厚的探头分别检测4个材料的蒸发速率，通过换算，可以得到4个不同材料按所需比例掺杂时所需要的准确蒸镀速率。其中空穴传输层的厚度由10 nm 逐渐变化到 60 nm的过程中，器件的效率先提高后降低，且在X=40 nm的时候得到最优化的功率效率 85 lm·W^-1。

实施例2

基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构，在玻璃基板上溅射一层150 nm厚的ITO薄膜，接着依次通过真空热蒸镀的方法，自下而上沉积10 nm的HAT-CN空穴注入层，40 nm的TAPC空穴传输层，10 nm的TCTA激子阻挡层，20 nm的有机发光层，X nm的B4PyMPM电子传输层，1 nm的Liq电子注入层，120 nm的Al阴极。其中有机发光层需要同时蒸镀4种有机材料，包括mCP、B4PyMPM、FIrpic和PO-01，其质量比为42.4：42.4：15：0.2，此外，该蒸镀工艺需要同时使用4个加热源对4种有机材料加热；另外，需要用4个监测膜厚的探头分别检测4个材料的蒸发速率，通过换算，可以得到4个不同材料按所需比例掺杂时所需要的准确蒸镀速率。其中电子传输层的厚度由10 nm 逐渐变化到 60 nm的过程中，器件的效率先提高后降低，且在X=50 nm的时候得到器件得到最优化的功率效率为 98 lm·W^-1。

实施例3

基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构，在玻璃基板上溅射一层150 nm厚的ITO薄膜，接着依次通过真空热蒸镀的方法，自下而上沉积10 nm的HAT-CN空穴注入层，40 nm的TAPC空穴传输层，10 nm的TCTA激子阻挡层，X nm的有机发光层，50 nm的B4PyMPM电子传输层，1 nm的Liq电子注入层，120 nm的Al阴极。其中有机发光层需要同时蒸镀4种有机材料，包括mCP、B4PyMPM、FIrpic和PO-01，其质量比为42.4：42.4：15：0.2，此外，该蒸镀工艺需要同时使用4个加热源对4种有机材料加热；另外，需要用4个监测膜厚的探头分别检测4个材料的蒸发速率，通过换算，可以得到4个不同材料按所需比例掺杂时所需要的准确蒸镀速率。其中发光层的厚度由10 nm 逐渐变化到40 nm的过程中，器件的效率先提高后降低，且在X=30 nm的时候得到器件得到最优化的功率效率为 105 lm·W^-1。所得的白光器件的电致发光特征曲线如图1、图2、图3所示，该器件的开启电压仅为2.5V。

实施例4

基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构，在玻璃基板上溅射一层150 nm厚的ITO薄膜，然后旋涂一层PEDOT薄膜，再经过特殊的压印工艺处理形成一种光提取结构，接着依次通过真空热蒸镀的方法，自下而上沉积40 nm的TAPC空穴传输层，10 nm的TCTA激子阻挡层，20 nm的有机发光层，50 nm的B4PyMPM电子传输层，1 nm的Liq电子注入层，120 nm的Al阴极。其中有机发光层需要同时蒸镀4种有机材料，包括mCP、B4PyMPM、FIrpic和PO-01，其质量比为42.4：42.4：15：0.2，此外，该蒸镀工艺需要同时使用4个加热源对4种有机材料加热；另外，需要用4个监测膜厚的探头分别检测4个材料的蒸发速率，通过换算，可以得到4个不同材料按所需比例掺杂时所需要的准确蒸镀速率。该器件由于应用了的光提取结构，功率效率达到了201 lm·W^-1。

实施例5

基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构，在玻璃基板上溅射一层150 nm厚的ITO薄膜，接着依次通过真空热蒸镀的方法，自下而上沉积10 nm的HAT-CN空穴注入层（3），40 nm的TAPC空穴传输层，10 nm的TCTA激子阻挡层，30 nm的有机发光层，50 nm的B4PyMPM电子传输层，1 nm的Liq电子注入层，120 nm的Al阴极。其中有机发光层需要同时蒸镀4种有机材料，包括mCP、B4PyMPM、FIrpic和PO-01，其质量比为42.4：42.4：15：0.2，此外，该蒸镀工艺需要同时使用4个加热源对4种有机材料加热；另外，需要用4个监测膜厚的探头分别检测4个材料的蒸发速率，通过换算，可以得到4个不同材料按所需比例掺杂时所需要的准确蒸镀速率。其中该器件的效率测试在积分球中进行，得到的总功率效率（Total efficiency）为210 lm·W^-1。

对比例1

该对比例中的器件只使用了单一的主体mCP作为白光的主体，其中器件结构为W1：ITO/MoO3 (10 nm)/TCTA (60 nm)/mCP: 6% PO-01 (6 nm)/mCP: 10% FIrpic (14 nm)/3TPYMB (5 nm)/Bphen (45 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm)；其中，该白光器件W1的最大外量子效率、电流效率、功率效率分别为10.5%、28.5 cd·A^-1、18.2 lm·W^-1。其效率-亮度曲线图如图5所示。由于只使用了单一主体，该器件的电荷传输性能不好，导致开启电压高于3 V，器件整体效率较低。此外，由于只使用了单一主体，主体与客体之间的能量传递不够有效，这也是该器件效率低的一个主要原因。

对比例2

该对比例中的器件只使用了单一的主体mCP作为白光的主体。其中器件结构为W2：ITO/MoO3 (10 nm)/TCTA (60 nm)/mCP: 40% FIrpic: 6% PO-01 (6 nm)/mCP: 10% FIrpic (14 nm)/3TPYMB (5 nm)/Bphen (45 nm)/ LiF (1 nm)/Al (100 nm)。其中，该白光器件W2的最大外量子效率、电流效率、功率效率分别为13.2%、37.3 cd·A^-1、26.0 lm·W^-1。其效率-亮度曲线图如图5所示。由于只使用了单一主体，该器件的电荷传输性能不好，导致开启电压高于3 V，器件整体效率较低。此外，由于只使用了单一主体，主体与客体之间的能量传递不够有效，这也是该器件效率低的一个主要原因。

对比例3

该对比例的器件中使用了激基复合物主体TPAPB:TPBi，其中器件结构为ITO/ TPAPB (30 nm)/TPAPB:TPBi:4% Ir(2-phq)3 (30 nm)/TPBi (40 nm)/LiF (1 nm)/Al。其中，该白光器件的最大外量子效率、电流效率、功率效率分别为15.7%、42.5 cd·A^-1、29.6 lm·W^-1。其效率-亮度曲线图如图6所示。本例中，该白光器件的蓝光来源于激基复合物主体，但由于目前还难以得到高效（>40 cd A^-1）蓝光激基复合物，因此使用蓝光激基复合物掺杂橙色有机发光材料制备的白光器件，其效率远远比不上传统的蓝光磷光材料（如FIrpic等）掺杂橙色有机发光材料的白光器件。因此，该发光层结构是限制基于激基复合物主体的白光OLED器件效率的主要原因之一。

本发明的一种基于新型激基复合物主体的高效白光OLED器件结构创新地摒弃了在白光OLED中激基复合物主体发蓝光的传统，采用额外掺杂一种高效磷光蓝光发光材料的方法，使得白光OLED的器件效率大大提高，最大功率效率达到了105 lm·W^-1，此效率没有使用任何外置或者内置的光提取结构，且所测效率都仅为正向效率。图3和图4分别为为传统的基于mcp主体的白光OLED器件以及传统的基于激基复合物的白光OLED器件的效率-亮度曲线，它们最大的功率效率分别为26 lm·W^-1 和29.6 lm·W^-1。由此可见，本专利所使用的新型激基复合物主体以及新型的发光层结构都有效的提高了器件的效率。

同时，本发明所采用的给体材料和受体材料，与它们之间形成的激基复合物具有非常匹配的能级，使得本专利中的白光器件开启电压降低到只有2.5 V。且本专利中的白光器件，相比其他已有的基于激基复合物主体的白光OLED器件的工作，效率滚降问题也得到了很大的缓解，在1000 cd·m^-2的亮度下，外量子效率仍有22%。

简而言之，与现有的相关器件结构相比，本发明所采用的新型激基复合物主体材料，以及不同于传统的基于激基复合物主体的白光OLED的有机发光层结构，使得本发明的器件至少具有以下优点：本发明中所使用的新型激基复合物主体与常用的有机磷光发光材料以及传输材料都具有较好的能级匹配、较高能量传输效率以及利用率。所得OLED器件的功率效率相比其他结构有大幅度的提高，驱动电压相比其他结构也有较大幅度的降低，器件的整体性能远远优于其他传统结构。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。