基於oled的植物生長光源的製作方法

2023-05-05 08:05:26 2

專利名稱：基於oled的植物生長光源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於OLED(Organic Light Emitting Device)的植物生長光 源及其製作方法，其主要發出適合綠色植物葉綠素吸收的光(光譜為400 480nm的藍紫 光區和600 680nm的紅橙光區)。
背景技術：
目前，用於植物生長照明的光源主要有太陽光、白熾燈、螢光燈、LED等。 可達到地面的太陽光能量90X集中在290 3000nm之間，其中波長300nm以下的 部分光線極易使作物產生病害。在冬季，有些地方的光照時間不夠。室內自然光照不足以 維持植物生長，故需設置人工光照來補充(參見圖1，圖2)。 常用的有白熾燈和螢光燈。二者的優缺點如下前者燈的外形很多，可設計成光強 的聚光燈。優點是光源集中，緊湊，安裝價格低；體積小，種類多，紅光多。缺點是能量功效 低，光強常不能滿足開花植物的要求；溫度高，壽命短；光線分布不均勻等。故應宜與天然 光或具藍光的螢光燈混用，並要考慮與植物間的距離不要太近，以免灼傷。螢光燈是最好的 人工光照。優點是能量功效大，比白熾燈放出的熱量少，壽命長；光線分布均勻，光色多，藍 光較高，有利於植物生長。缺點是安裝成本較高；光強不能聚在一起，燈管中間部分光效比 兩端高。此外，還有水銀燈常用於高屋頂的商業環境，但成本很高。 近年來，LED燈也適用在植物照明上。現有的白光LED，最普遍的是使用藍色核 心，激發黃色螢光粉，由此複合產生視覺上的白光效果。能量分布上，在445nm的藍色區和 550nm的黃綠色區存在兩個峰值。而植物所需的610 720nm的紅光，則非常缺乏。 有機電致發光器件(Organic Light Emitting Device,OLED)由於具有高亮度、響 應快、低功耗、效率高及製作簡單等特性，可用於照明領域，其發光原理為在兩個電極之間 沉積非常薄的有機材料，對該有機發光材料通以直流電使其發光。為了改善光照條件，提高 光能利用率，強化植物的光合作用，本發明提供一種基於OLED的植物生長光源，其主要發 出適合綠色植物葉綠素吸收的光(光譜為400 480nm的藍紫光區和600 680的紅橙光 區)，減少其他植物葉綠素不吸收波段的光。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於提供一種基於OLED的植物生長光源，其主要 發出適合綠色植物葉綠素吸收的光(光譜為400 480nm的藍紫光區和600 680nm的紅 橙光區)。 本設計人為了達成上述目的而進行專心研究，結果發現通過以特定厚度將由特 定的有機化合物構成的有機薄膜層設置於有機電致發光元件的陽極與陰極之間，並且採用 一些特殊的器件結構，可以解決上述課題，從而完成了本發明。 基於上述研究，本實用新型採用下述技術方案一種基於OLED的植物生長光源， 包括基板，其特徵在於在基板一側配置的陽極、陰極和配置於這些電極層間的發光層。在陽極和發光層之間可設置空穴注入層和/或空穴傳輸層，在陰極和發光層之間可設置電子 注入層和/或電子傳輸層，發光層的材料能使光譜為400 480nm的藍紫光區和600 680 的紅橙光區。 同現有的植物生長光源相比，基於OLED的植物生長光源具有以下優點基於OLED 的植物生長光源不是點光源，而是分布式(散布式)平面固體光源，它重量輕、超薄、明亮、 少陰影；能耗低、工作電壓低(3-5V)，使用與維護安全；能效高、壽命長，沒有燈絲斷裂而耐 用；環保，無汙染，不發熱，僅有少量紫外與紅外輻射，能提高植物產量。

圖1 :葉綠素的吸收光譜和植物的吸收光譜； 圖2 :其它光源的發射光譜； 圖3 :本發明的第一、第二實例的製備方法； 圖4 :本發明的第三實例的製備方法。
具體實施方式下面，參照附圖說明本實用新型的優選實例如下 參見圖3，圖4，本基於OLED的植物生長光源，包括基板l，其特徵是在基板1的
一側配置陽極2、陰極6以及它們之間的發光層4，在陽極2和發光層4之間配置空穴注入
層和/或空穴傳輸層3，在陰極6和發光層4之間配置電子注入層和/或電子傳輸層5，發
光層的材料能使光譜為400 480nm的藍紫光區和600 680nm的紅橙光區。 各層材料及其製作如下詳述 基板1 :用於支撐有機EL元件，為板狀部件。 基板1優選具有平面平滑型的材料。 基板1位於發光側，相對於植物生長光源發出的光為透明體。 基板1應具有上述性能，可以使用公知的基板，如玻璃基板、矽基板或石英基板， 也可以使用在金屬基板或支撐體上形成金屬箔的基板，還可以使用有多支基板組合而成的 複合片材的基板。 陽極2 :是向本發明的有機EL元件中注入空穴的電極。因此，形成陽極2的材料 只要使陽極2具有該性質的材料即可，通常選擇金屬、合金、導電化合物等公知的材料。 形成陽極2的材料例如有氧化銦錫(ITO) 、 IZO、氧化錫、氧化鋅、氮化鈦、鋅鋁氧 化物等金屬氧化物或金屬氮化物；金、銀、銅、鋁、鉬、鎳、鑽、鉛、鉻、鉬、鎢等金屬；這些金屬
的合金或碘化銅的合金等；聚苯胺、聚苯撐乙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚等導電性高分子等。 陽極2可以只有一種上述材料形成，也可以將多種混合形成。還可以是含有相同 組成或不同組成的多個層的多層結構。 陽極2可以使用上述材料，通過濺射法、離子電鍍法、真空蒸鍍法、旋塗法、電子束 蒸鍍法等公知的薄膜形成法，在基板1上形成。 可以將陽極2的表面用UV臭氧洗滌，或用等離子體洗滌。為抑制有機EL元件的 短路或缺陷的發生，可以通過使粒徑微小化的方法或成膜後研磨的方法，將表面粗糙度的均方值控制在20nm以下。 空穴注入層和/或空穴傳輸層3 :層3可以是空穴注入層，也可以是空穴傳輸層， 還可以既有空穴注入層，也有空穴傳輸層，當兩層都有時，空穴注入層應在陽極和空穴傳輸 層之間。 空穴注入層可以設置在陽極2和後述的空穴傳輸層或發光層4之間。空穴注入層 是將陽極2注入的空穴傳輸到空穴傳輸層或發光層4的層。因此，形成空穴注入層的材料 只要是使空穴注入層具有該性質的材料即可。 可用於空穴注入層的材料例如有酞菁等衍生物、聚硫酮衍生物、聚苯撐乙烯衍生
物、星放射型胺衍生物、聚苯胺衍生物等，其中優選銅酞菁、無金屬酞菁等。 空穴注入層可以如下製備使用濺射法、離子電鍍法、真空蒸鍍法、旋塗法、電子束
蒸鍍法等公知的成膜方法，將這些材料在陽極2上成膜。 空穴傳輸層可以設置在陽極2或空穴注入層與後述發光層4之間，空穴傳輸層是 將由陽極2或空穴注入層注入的空穴傳輸到發光層4的層。因此，形成空穴傳輸層的材料 只要是使空穴傳輸層具有該性質的材料即可。 可用於空穴傳輸層的材料是下面材料中的一種三胺衍生物、四胺衍生物、聯苯胺 衍生物、三芳基胺衍生物、芳撐二胺衍生物、苯二胺衍生物、對苯二胺衍生物、間苯二胺衍生 物、l，l-雙(4-二芳基氨基苯基)環己烷衍生物、4，4' -二 (二芳基氨基)聯苯衍生物、雙 口一 (二芳基氨基)苯基}甲烷衍生物、4，4"-二 (二芳基氨基)三聯苯衍生物、4，4'-二 (二芳基氨基)二苯醚衍生物、4，4'-二 (二芳基氨基)二苯基硫烷衍生物、雙[4-(二芳基 氨基)苯基]二甲基甲烷衍生物、雙[4-(二芳基氨基)苯基]-二 (三氟甲基)甲烷衍生
物等，其中優選芳基-二 (4-二芳基氨基苯基)胺衍生物、三苯胺的二聚體、三聚體、四聚體等。 空穴傳輸層可以使用濺射法、離子電鍍法、真空蒸鍍法、旋塗法、電子束蒸鍍法等 公知的成膜方法，將這些材料在陽極2或空穴注入層上成膜。 發光層4 :上述陽極2、空穴注入層和/或空穴傳輸層3上設置發光層4，所述的發 光層有藍色發光層和紅色發光層。 藍色發光層藍色發光層設置於陽極2、空穴注入層和/或空穴傳輸層3與後述電 子傳輸層和/或電子注入層5之間。由陽極2和陰極6分別注入的空穴和電子複合，形成 受激態，其恢復至基態時發出藍色光。可用於藍色發光層的材料可以從具有藍色發光功能 的公知的材料等中選擇使用。 藍色發光層的材料是下面發光材料中的一種二芳香基蒽、二苯乙烯芳香族、芘 的衍生物、二苯乙烯基亞芳基衍生物、咔唑衍生物、蒽衍生物、三芳基胺衍生物、雙(2-甲 基-8-羚基喹啉)(4-苯代苯酚)合鋁等羥基喹啉系金屬絡合物、4，4'-雙(2，2-二芳基乙 烯基)聯苯衍生物等發光波峰在430nm 450nm的藍光主體材料，以及在主體材料中摻雜 有深藍光發光客體材料的摻雜物。客體材料為下面材料中的一種8-羥基喹啉硼化鋰、聯 奈衍生物(如4"，4，" -N，N-diphenylamine-4，4， -diphenyl-l， 1， -bin即hthyl) 、二苯乙烯 基胺衍生物、苯並噻唑衍生物、苯並咪唑衍生物、菲衍生物、二苯乙烯基苯衍生物、二苯乙烯 基亞芳基衍生物、二乙烯基亞芳基衍生物、三苯乙烯基亞芳基衍生物、三芳基乙烯衍生物、 四芳基丁二烯衍生物等。主體材料和客體材料的重量配比為1% 3%。[0037] 藍色發光層可以如下製作使用濺射法、離子電鍍法、真空共蒸鍍法、旋塗法、電子 束共蒸鍍法等公知的成膜方法，將這些材料在陽極2、空穴注入層和/或空穴傳輸層3上成 膜。 紅色發光層紅色發光層設置於陽極2、空穴注入層和/或空穴傳輸層3與後述電 子傳輸層和/或電子注入層5之間。由陽極2和陰極6分別注入的空穴和電子複合，形成 受激態，其恢復至基態時發出紅色光。可用於紅色發光層的材料可以從具有紅色發光功能 的公知的材料等中選擇使用。 紅色發光層的材料是下面發光材料中的一種羅丹明類染料摻雜物、咔啉類 及其稀有金屬配合物、多環芳香族碳氫化合物、銥金屬錯合物(Iridium quinoxaline complexes)、三胺衍生物、四胺衍生物、聯苯胺衍生物、三芳基胺衍生物、芳撐二胺衍生物、 苯二胺衍生物、對苯二胺衍生物、間苯二胺衍生物、l，l-雙(4-二芳基氨基苯基)環己烷衍 生物、4，4' -二 (二芳基氨基)聯苯衍生物、雙[4-(二芳基氨基)苯基]甲烷衍生物、4， 4"-二 (二芳基氨基)三聯苯衍生物、4，4"' -二 (二芳基氨基)四聯苯衍生物、4，4' -二 (二芳基氨基)二苯醚衍生物、4，4'-二 (二芳基氨基)二苯基硫烷衍生物、雙[4-(二芳基 氨基)苯基]二甲基甲烷衍生物、雙[4-(二芳基氨基)苯基]-二 (三氟甲基)甲烷衍生物 等發光波峰在660nm 680nm的紅光螢光或紅光磷光材料，以及在主體材料中摻雜有紅光 發光客體材料的摻雜物。客體材料為下面材料中的一種並四苯衍生物、並五苯衍生物、芘 衍生物、銪等的金屬絡合物、苯並譁喃衍生物、4-(兩個吸電子基取代的亞甲基)-411-吡喃 衍生物、4-(兩個吸電子基取代的亞甲基)-4H-噻喃衍生物、羅丹明衍生物、苯並噻噸衍生 物、嚇琳衍生物、perifranthene衍生物，其中，優選[2-叔丁基_6_[反式-2-(2， 3， 5， 6-四 氫-1 ， 1 ， 7， 7-四甲基苯並[i， j]喹嗪-9-基)乙烯基]普吡喃+亞基]-1 ， 3-丙二腈、 [2-甲基-6-[反式-2-(2，3，5，6-四氫-l，l，7，7-四甲基苯並[[i， j]喹嗪-9-基)乙烯 基]-4H-吡喃_4-亞基]-1，3-丙二腈、二苯並四苯基呋喃等。還優選雙(2-苯基吡啶)(乙 醯基丙酮酸)合銥(ni)，2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H，23H-卟啉合鉑((II)等磷 光物質。主體材料和客體材料的重量配比為1% 10%。 紅色發光層可以如下製作使用濺射法、離子電鍍法、真空共蒸鍍法、旋塗法、電子 束共蒸鍍法等公知的成膜方法，將這些材料在陽極2、空穴注入層和/或空穴傳輸層3上成 膜。 電子傳輸層和/或電子注入層5 :層5可以是電子傳輸層，也可以是電子注入層， 還可以既有電子傳輸層，也有電子注入層，當兩者都有時，電子傳輸層應在發光層和電子注 入層之間。 電子傳輸層可以是單層結構，從減少電子傳輸性材料和發光層材料的激基複合物 或CT絡合物形成等的相互作用的角度考慮，優選為雙層結構。由此，可以提高有機EL元件 的發光效率，延長元件壽命。 電子傳輸層可如下製備使用濺射法、離子電鍍法、真空蒸鍍法、旋塗法、電子束蒸 鍍法等公知的成膜方法，將上述材料在發光層4上成膜。 可用於電子注入層的材料只要是使電子注入層具有上述性能的物質即可，沒有特 別限制，例如有鋰、鈉、銫等鹼金屬，鈣、鎂、鍶等鹼土金屬，氟化鋰、氟化鋇、氟化鎂、氧化 鋰、氟化鈣、氟化鍶等鹼金屬化合物、鹼土金屬的氟化物、氧化物、氯化物、硫化物等，其中優
6選氟化鋰。電子注入層可以由單獨的材料形成，也可以由多種材料形成。 電子注入層可如下製備通過濺射法、離子電鍍法、真空蒸鍍法、旋塗法、電子束蒸 鍍法等公知的成膜方法，將上述材料在電子傳輸層上成膜。 陰極6 :是向上述發光層4、電子傳輸層和/或電子注入層5注入電子的電極，為提 高電子注入效率，採用功函數例如低於4. 5eV的金屬或合金、導電性化合物以及它們的混 合物作為電極物質。 所述陰極材料例如有鋰、鈉、f丐、錫、鈦、錳、鉻、鋁、銦、鎂、銀、銅、鋁-f丐合金、 鋁-鎂合金、鋁-鋰合金、鎂-銦合金、鋰-銦合金、鈉-鉀合金、鎂-銀合金、鎂/銅混合物、 鋁/氧化鋁混合物等。還可以使用作為陽極2所採用的材料。 陰極6可以由上述材料單獨形成，也可以由多種材料形成。 陰極6可通過真空蒸鍍法、濺射法、離子蒸鍍法、離子電鍍法、電子束蒸鍍法等公 知的薄膜成膜法，在電子傳輸層和/或電子注入層5或上述保護層上形成。 除上述設置外，還可以適當設定上述以外的層。 下面給出三個實例的製備方法[實例一]:參見圖3。 準備形成IT0層陽極層2的玻璃基板l，將該基板進行洗滌。基板洗滌依次進行鹼 洗滌、純水洗滌，乾燥後進行紫外線臭氧洗滌。 通過真空蒸鍍裝置，依次製作空穴注入層和空穴傳輸層3，藍色發光層和紅色發光 層(同一層)，電子傳輸層和電子注入層5，金屬電極層6，從而形成本實用新型有機電致發 光光源。[實例二]:參見圖3。 準備形成IT0層陽極層2的玻璃基板l，將該基板進行洗滌。基板洗滌依次進行鹼 洗滌、純水洗滌，乾燥後進行紫外線臭氧洗滌。 通過真空蒸鍍裝置，依次製作空穴注入層和空穴傳輸層3，藍色發光層，紅色發光 層，電子傳輸層和電子注入層5，金屬電極層6，從而形成本實用新型有機電致發光光源。[實例三]:參見圖4。 準備形成IT0層陽極層2的玻璃基板l，將該基板進行洗滌。基板洗滌依次進行
鹼洗滌、純水洗滌，乾燥後進行紫外線臭氧洗滌。在與ITO玻璃基板相反的一面塗上紅色轉
換層7，紅色轉換層7材料是螢光效率較高的有機或者無機染料，發射光譜在64(T680nm之
間。根據植物生長需要調整膜厚，膜厚通過染料溶液的濃度和甩膠速率來控制。 通過真空蒸鍍裝置，依次製作空穴注入層和空穴傳輸層3，藍色發光層，電子傳輸
層和電子注入層5，金屬電極層6，從而形成本實用新型有機電致發光光源。 圖1給出葉綠素的吸收光譜和植物的吸收光譜，圖2給出日光、白熾燈和白色螢光
燈的發射光譜，供參考研究。
權利要求一種基於OLED的植物生長光源，發出適合綠色植物葉綠素吸收的光，包括基板(1)，其特徵是在基板(1)的一側配置陽極(2)、陰極(6)以及它們之間的發光層(4)，在陽極(2)和發光層(4)之間配置空穴注入層和/或空穴傳輸層(3)，在陰極(6)和發光層(4)之間配置電子注入層和/或電子傳輸層(5)，發光層(4)的材料能使光譜為400nm～480nm的藍紫光區和600nm～680nm的紅橙光區。
2. 根據權利要求1所述的基於OLED的植物生長光源，其特徵是所述發光層(4)為藍 光材料層和紅光材料層在同一層構成。
3. 根據權利要求1所述的基於OLED的植物生長光源，其特徵是所述在發光層(4)為 先配置一層藍光材料層，再配置一層紅光材料層。
4. 根據權利要求1所述的基於OLED的植物生長光源，其特徵是發光層(4)為一層藍 光材料層。
5. 根據權利要求4所述的基於0LED的植物生長光源，其特徵是在所述基板(1)與陽 極(2)相反的一側配置一層紅色轉換層(7)，該紅色轉換層(7)能將部分藍光轉換為紅光。
6. 根據權利要求2、或3、或4所述的基於OLED的植物生長光源，其特徵是所述藍光 材料層的材料是以下材料中的任一種二芳香基蒽、二苯乙烯芳香族、芘的衍生物、二苯乙 烯基亞芳基衍生物、咔唑衍生物、蒽衍生物、三芳基胺衍生物、雙(2-甲基-8-羚基喹啉) (4-苯代苯酚)合鋁等羥基喹啉系金屬絡合物、4，4'-雙(2，2-二芳基乙烯基)聯苯衍生 物等發光波峰在430nm 450nm的藍光主體材料，以及在主體材料中摻雜有深藍光發光客 體材料的摻雜物。客體材料為下面材料中的任一種8-羥基喹啉硼化鋰、聯奈衍生物(如 4〃 ，4〃 ' -N， N-diphenylamine-4，4' -diphenyl-l， 1' -bin即hthyl) 、二苯乙烯基胺衍 生物、苯並噻唑衍生物、苯並咪唑衍生物、菲衍生物、二苯乙烯基苯衍生物、二苯乙烯基亞芳 基衍生物、二乙烯基亞芳基衍生物、三苯乙烯基亞芳基衍生物、三芳基乙烯衍生物、四芳基 丁二烯衍生物等。主體材料和客體材料的重量配比為1% 3%。
7. 根據權利要求2、或3所述的基於0LED的植物生長光源，其特徵是所述紅光材料層 的材料是以下材料中的任一種羅丹明類染料摻雜物、咔啉類及其稀有金屬配合物、多環芳 香族碳氫化合物、銥金屬錯合物(Iridium quinoxaline complexes)、三胺衍生物、四胺衍 生物、聯苯胺衍生物、三芳基胺衍生物、芳撐二胺衍生物、苯二胺衍生物、對苯二胺衍生物、 間苯二胺衍生物、l，l-雙(4-二芳基氨基苯基)環己烷衍生物、4，4' -二 (二芳基氨基) 聯苯衍生物、雙[4-(二芳基氨基)苯基]甲烷衍生物、4，4"-二 (二芳基氨基)三聯苯衍 生物、4，4"'-二 (二芳基氨基)四聯苯衍生物、4，4'-二 (二芳基氨基)二苯醚衍生物、4， 4'-二 (二芳基氨基)二苯基硫烷衍生物、雙[4-(二芳基氨基)苯基]二甲基甲烷衍生物、 雙[4- ( 二芳基氨基)苯基]-二 (三氟甲基)甲烷衍生物等發光波峰在660nm 680nm的 紅光螢光或紅光磷光材料，以及在主體材料中摻雜有紅光發光客體材料的摻雜物。客體材 料為下面材料中的任一種並四苯衍生物、並五苯衍生物、芘衍生物、銪等的金屬絡合物、苯 並嗶喃衍生物、4-(兩個吸電子基取代的亞甲基)-4H-吡喃衍生物、4-(兩個吸電子基取代 的亞甲基)-4H-噻喃衍生物、羅丹明衍生物、苯並噻噸衍生物、嚇琳衍生物、perifranthene 衍生物。主體材料和客體材料的重量配比為1% 10%。
專利摘要本實用新型涉及一種基於OLED的植物生長光源。它包括基板，在基板的一側配置陽極、陰極以及它們之間的發光層，在陽極和發光層之間配置空穴注入層和/或空穴傳輸層，在陰極和發光層之間配置電子注入層和/或電子傳輸層；發光層的材料能使光譜為400～480nm的藍紫光區和600～680nm的紅橙光區。本實用新型為分布式平面光源，能耗低，工作電壓低，使用維護安全，壽命長，環保，能提高植物產量。
文檔編號H01L51/50GK201527998SQ20092021022
公開日2010年7月14日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者張勇, 張建華, 曹進, 汪敏, 魏斌 申請人:上海大學