一種基于雙重態(tài)電子在中性自由基分子不同的軌道間躍遷發(fā)光的有機(jī)電致發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】一種基于雙重態(tài)電子在中性自由基分子不同的軌道間躍遷發(fā)光的有機(jī)電致發(fā)光器件，屬于有機(jī)電致發(fā)光領(lǐng)域，具體涉及一種基于新的發(fā)光原理的有機(jī)電致發(fā)光器件。本發(fā)明的關(guān)鍵是利用雙重態(tài)電子在中性自由基分子不同的軌道間的躍遷來發(fā)光，非摻雜的中性自由基材料或者中性自由基材料摻雜到母體材料中構(gòu)成器件的發(fā)光層。本發(fā)明由于利用的是中性自由基分子的電子從高能分子軌道向空的SOMO軌道的躍遷，不存在自旋禁阻，所以理論上器件的內(nèi)量子效率的上限是100%。有機(jī)電致發(fā)光器件為單發(fā)光層結(jié)構(gòu)、空穴傳輸層/發(fā)光層結(jié)構(gòu)、發(fā)光層/電子傳輸層結(jié)構(gòu)或空穴傳輸層/發(fā)光層/電子傳輸層結(jié)構(gòu)。
【專利說明】—種基于雙重態(tài)電子在中性自由基分子不同的軌道間躍遷發(fā)光的有機(jī)電致發(fā)光器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)電致發(fā)光領(lǐng)域，具體涉及一種基于新的發(fā)光原理的有機(jī)電致發(fā)光器件，即利用雙重態(tài)電子在中性自由基分子不同的軌道間的躍遷來發(fā)光的有機(jī)電致發(fā)光器件。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)電致發(fā)光器件因其具有制作工藝簡單，取材廣泛，結(jié)構(gòu)可控，并且超薄、可卷曲等諸多優(yōu)點，在顯示和照明領(lǐng)域顯示出極大的應(yīng)用前景。一些實用或者接近實用的有機(jī)顯示器件已經(jīng)問世，例如三星公司基于主動矩陣有機(jī)電致發(fā)光二極管(AMOLED)的顯示屏已經(jīng)大面積應(yīng)用于Galaxy系列手機(jī)，其大尺寸的電視也已上市。有機(jī)白光照明技術(shù)也正在向著低成本、高效率、長壽命面光源的目標(biāo)前進(jìn)。
[0003]1987年C.W.Tang等人發(fā)明的有機(jī)熒光電致發(fā)光器件(美國專利號:4，769，292 ；C.ff.Tang et al.，Appl.Phys.Lett51，913 (1987))利用有機(jī)熒光材料發(fā)光。在電場的作用下，分別由器件的陽極和陰極注入空穴和電子，它們在發(fā)光區(qū)相遇，形成激子，激子退激輻射而發(fā)光。在注入的電子和空穴的自旋方向隨機(jī)的情況下，形成單重態(tài)激子和三重態(tài)激子的比例為1:3，對于有機(jī)熒光材料，三重態(tài)激子到基態(tài)的躍遷是禁阻的，只有單重態(tài)激子到基態(tài)的躍遷才發(fā)光，因而器件的內(nèi)量子效率的上限是25%。
[0004]為了突破有機(jī)熒光電致發(fā)光器件內(nèi)量子效率25%的上限，M.E.Thompson等人以及馬於光等人發(fā)明了有機(jī)磷光電致發(fā)光器件(即利用有機(jī)磷光材料發(fā)光的器件)(美國專利號 6, 303, 238 ;M.A.Baldo, et al., Nature395, 151, (1998) ; Y.G.Ma, et al., Synth.Met.94, 245, (1998))。他們分別在有機(jī)發(fā)光材料中引入重金屬原子，利用重金屬原子強(qiáng)的自旋-軌道耦合使三線態(tài)激子到基態(tài)的躍遷由禁阻變?yōu)榭赡?，即為有機(jī)磷光發(fā)光材料。有機(jī)磷光電致發(fā)光器件，內(nèi)量子效率的上限可達(dá)100%，極大地提高了有機(jī)電致發(fā)光器件的效率。然而目前高效率的有機(jī)磷光材料全部都是昂貴的稀有金屬配合物，導(dǎo)致有機(jī)磷光電致發(fā)光器件的成本大大增加。
[0005]有機(jī)熒光電致發(fā)光器件是利用單重態(tài)激子發(fā)光(內(nèi)量子效率的上限只有25%)，有機(jī)磷光電致發(fā)光器件是利用三重態(tài)激子發(fā)光(有機(jī)磷光材料價格昂貴)，它們都有各自的缺點。激子是由一個電子和一個空穴組成，它們總的自旋量子數(shù)分為O和1，對應(yīng)于單重態(tài)激子和三重態(tài)激子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種可替代有機(jī)磷光電致發(fā)光器件、成本相對較低的內(nèi)量子效率上限可達(dá)100%的基于雙重態(tài)電子在有機(jī)中性自由基分子不同的軌道間躍遷發(fā)光的有機(jī)電致發(fā)光器件。
[0007]本發(fā)明中，使用有機(jī)中性自由基分子作為發(fā)光層，由于有機(jī)中性自由基分子的最外層分子軌道(SOMO)上只有一個電子，一個電子的自旋量子數(shù)是1/2，對應(yīng)于雙重態(tài)，因而與利用單重態(tài)激子或三重態(tài)激子發(fā)光不同，本發(fā)明有機(jī)電致發(fā)光器件的發(fā)光來源于有機(jī)中性自由基分子的最外層雙重態(tài)電子由高能分子軌道向低能單占據(jù)分子軌道(singlyoccupied molecular orbit (SOMO))躍遷所發(fā)出的光子。
[0008]中性自由基分子的最外層分子軌道(SOMO)的一個電子被激發(fā)到高能分子軌道上，其向下躍遷時，面對的是一個空的SOMO軌道(低能單占據(jù)分子軌道)，不存在自旋躍遷禁阻的限制，因而利用中性自由基分子發(fā)光的器件其內(nèi)量子效率的上限是100%。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]I)本發(fā)明中有機(jī)電致發(fā)光器件的發(fā)光原理
[0011]如圖1所示，由陽極注入的空穴首先傳輸?shù)脚c中性自由基分子相鄰的空穴傳輸材料分子或者摻雜母體材料分子的HOMO (最高占據(jù)分子軌道)上，然后再跳躍到中性自由基分子的SOMO上。由于中性自由基分子的SOMO軌道上只有一個電子，在接收一個空穴后，SOMO軌道就成為了一個空軌道。由陰極注入的電子首先傳輸?shù)脚c中性自由基分子相鄰的電子傳輸材料分子或者摻雜母體材料分子的LUMO (最低未占據(jù)分子軌道)上，然后再跳躍到中性自由基分子的LUMO上，最后向未被電子占據(jù)的SOMO空軌道上躍遷，發(fā)出光子。另外，中性自由基分子SOMO軌道上的電子還可以通過Forrest能量轉(zhuǎn)移接收在母體材料上形成的激子的能量，躍遷到高能分子軌道上，之后輻射躍遷，回到SOMO軌道。由于電子從中性自由基分子的高能分子軌道向空的SOMO軌道的躍遷不存在自旋禁阻，所以理論上器件的內(nèi)量子效率的上限是100%。
[0012]2)本發(fā)明中有機(jī)中性自由基分子
[0013]本發(fā)明所述的可穩(wěn)定存在的有機(jī)中性自由基化合物為-自由基(J1-radical)化合物。經(jīng)過優(yōu)化篩選，我們選擇如式(I )所示的η -自由基材料。凡、R2> R3分別是氫、氟、氰基、苯、聯(lián)苯、芴、酯基、苯胺、咔唑、烷基、烷氧基等，如(II)所示。其中P為整數(shù)，且OSpS 20，RpR2和R3可以相同，也可以不同。在進(jìn)一步優(yōu)選中，從具體實施角度出發(fā)，我們選擇％、R2和R3為氫，其結(jié)構(gòu)式如(III)所示。
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于:使用非摻雜的中性自由基材料或者中性自由基材料摻雜到母體材料中構(gòu)成器件的發(fā)光層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)電致發(fā)光器件，有機(jī)中性自由基分子的結(jié)構(gòu)式如(I)所示，
3.如權(quán)利要求2所述的一種有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于:有機(jī)中性自由基分子的結(jié)構(gòu)式如(ΠΙ)所示，
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于:有機(jī)電致發(fā)光器件為單發(fā)光層結(jié)構(gòu)、空穴傳輸層/發(fā)光層結(jié)構(gòu)、發(fā)光層/電子傳輸層結(jié)構(gòu)或空穴傳輸層/發(fā)光層/電子傳輸層結(jié)構(gòu) 。
【文檔編號】H01L51/50GK103715361SQ201410018393
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】李峰 申請人:吉林大學(xué)