[发明专利]一种具有超强磁效应的有机发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及与磁学相关的有机光电器件，特别适用于有机发光二极管。

背景技术

近年来，Kalinowski等在以小分子tri-(8-hydroxyquinoline)aluminum(III)(Alq3)为发光层且不包含任何磁性功能层的有机发光二极管中发现，在外加磁场的作用下，器件的注入电流和电致发光强度将随磁场的改变而发生改变，并将这种现象称为有机磁效应。有机磁效应不仅可作为一种实验手段用于研究器件内部的激子的形成、载流子输运等物理机制，而且也可以作为一种实际运用工具（如有机磁探测等），从而进一步扩大有机半导体器件的应用范围。因此，这一奇特现象引起了人们的普遍关注。但如何在室温条件下的有机发光二极管中，同时获得超强的电流、发光有机磁效应值一直是该领域研究的热点和难点。

总的来说，室温条件下，在常规激子型器件中的电流、发光的磁效应值通常只有百分之几，且磁效应值将不随器件的厚度发生变化。最近Chihaya Adachi等，在结构：

ITO(110nm)/m-MTDATA(20nm)/50mol%m-MTDATA:3TPYMB(60nm)/3TPYMB(20nm)/LiF(0.8nm)/Al(50nm)中，其中50mol%(质量百分比130%wt%)表示电子给体材料占激基复合物中的摩尔百分比；利用电子给体材料（D）的HOMO能级与电子受体材料(A)的LUMO之间的能级差，形成一种中间电荷转移状态，称之为激基复合物(exciplex)，得到了外量子效率高达5.4%的发光器件，并证实而ΔEst正比与电子给体材料HOMO能级（D_HOMO）与电子受体材料LUMO能级（A_LUMO）间的能级差（D_HOMO-A_LUMO），但经测试发现，该器件的发光磁效应值最大为28%，电流磁效应最大为14%；而P.Chen等人仍在以发光层为激基复合物的二极管中，发现磁效应值与单重态向三重态间的转化效率有关，得到了发光磁效应值为16%，电流磁效应为3%；然而在以电子给体材料和电子受体材料形成激基复合物的有机发光二极管中，磁效应值除了与单重态向三重态间的转化有关外，器件的结构、各功能层的厚度等其他众多的因素都将器件影响磁效应值的变化。

发明内容

而本发明正是基于有机磁效应与与激基复合物器件中的结构、电子给体材料浓度以及各功能层的厚度有密切关系这一出发点，选取三线态能量高、HOMO能级高的空穴传输材料作为电子给体和选取具有三线态能量高、LUMO能级低、电子迁移率高的电子传输材料作为电子受体，采用共蒸发技术，制备发光层为激基复合物的有机发光二极管，通过精确调控有机发光二极管中激基复合发光层的电子给体浓度、厚度，从而制备了具有超强磁效应值的有机发光二极管。

在本发明的有机发光二极管中，发光层中受体分子LUMO能级上的电子将与给体分子HOMO能级上的空穴形成分子间极化子对，使得激基复合物中单、三重态间的交换能较分子内单、三重态的交换能低（ΔE_ST～0），单、三重态能级更接近，利于发生反系间窜越（RISC）过程。当外加磁场时，磁场将同时调控单、三重态激发态间的系间窜越、反系间窜越两个过程，使得单、三重态激发态间的数目或比例发生变化，得到超强的磁效应值。

本发明所述的有机发光二极管，包括彼此层叠的阳极、空穴传输层、激基复合物发光层、电子传输层和阴极；其特征在于激基复合物发光层由空穴传输层材料（电子给体D）与电子传输层材料（电子受体A）共掺形成。激基复合物发光层中给体材料HOMO能级上的空穴与电子受体材料LUMO能级上的电子结合，形成一种三重态能量不容易通过能量转移方式淬灭的电荷转移复合物或激基复合物。

所述器件形成的激基复合物单、三重激发态的能级差为零ΔE_ST～0，易于发生系间窜越（ISC）与反系间窜越（RISC）过程。

所述器件的电子给体材料是具有三线态能量高、给电子能力强的有机小分子材料，优先选择材料：m-MTDATA、MeO-TPD；电子受体材料是具有三线态能量高、电子迁移率快、接受电子能力强的有机小分子材料，优先选择材料：3TPYMB。

所述器件的电子给体材料占复合物中的重量百分比为15%～30%之间。

所述器件的复合物发光层的厚度大于90纳米时，发光磁效应将超过100%，电流磁效应超过60%；所述器件复合物发光层厚度大于等于200纳米时，发光、电流磁效应都将超过100%。