CN102171850B - 制造多层磷光有机发光器件的方法及其制品 - Google Patents
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Abstract
形成用于磷光OLED的多个发磷光层的方法,所述方法包括从第一溶剂中涂覆第一磷光材料到第一电极上并除去第一溶剂以形成第一发光层;和从第二溶剂中涂覆第二磷光材料到第一发光层并除去第二溶剂以形成第二发光层,其中第一发光层和第二发光层在涂覆之后没有固化,且其中第一发光层在第二溶剂中具有可忽略的溶解度。
Description
发明背景
总体而言,本发明涉及制造多层磷光有机发光器件的方法及其制品。
通常优选具有多层结构的有机发光器件(OLED)来实现高性能并满足诸如照明所需白光的具体需求。OLED中需要发磷光材料,因为它们可以有效地实现100%内量子效率(IQE),相对而言,发荧光材料的IQE为25%。
可以利用小分子形式的当前现有技术的磷光材料。基于小分子的多层磷光OLED通常通过真空沉积有机材料来制备,其缺点在于成本高且生产量低。
没有说明通过诸如凹版涂布、丝网印刷和其它溶剂涂覆方法的溶剂涂覆制造的多层发磷光OLED,尽管与真空沉积相比,预期有成本和生产量两方面的优势。最大的挑战与磷光材料在大多数有机溶剂中的溶解性有关。用于施用一层发磷光层的溶剂可部分地溶解先前沉积的(一个或多个)下层磷光层,特别是当下层磷光层包含复合型磷光染料(compound phosphorescent dye)时。复合型磷光染料包含通过共价或离子键连接的两个或更多个发色团。
因此,正面临的挑战在于制造包括从溶剂中施用到基材的多个发光层(例如红色、绿色、蓝色(RGB))的低成本、有效磷光OLED。
发明概述
在一个实施方案中,公开了形成用于磷光OLED的多个发磷光层的方法,其包括从第一溶剂中涂覆第一磷光材料到第一电极上并除去第一溶剂以形成第一发光层;和从第二溶剂中涂覆第二磷光材料到第一发光层并除去第二溶剂以形成第二发光层,其中第一发光层和第二发光层在涂覆之后没有固化,且其中第一发光层在第二溶剂中具有可忽略的溶解度。
本发明还公开了由所述方法形成的多层发磷光OLED器件。
在另一实施方案中,公开了多层发磷光OLED器件,其包括基材;置于基材上的阳极层;置于阳极层上的第一发光层,其中第一发光层包含第一聚合磷光材料;置于第一发光层上的第二发光层,其中第二发光层包含第二磷光材料,其中第一发光层和第二发光层没有固化;和置于第二发光层上的阴极层。
在又一实施方案中,公开了制品,其包括所公开的磷光OLED,其中所述制品用于照明应用。
附图简述
在附图中,相似元件类似地编号。
图1为包括两层发光层的磷光OLED的横截面;
图2为包括两层发光层和空穴注入层的磷光OLED的横截面;
图3为包括两层发光层和电子注入层的磷光OLED的横截面;
图4为包括两层发光层、空穴注入层和电子注入层的磷光OLED的横截面。
图5为包括三层发光层、空穴注入层和电子注入层的磷光OLED的横截面。
图6为实施例中制备的磷光OLED器件的电致发光谱图。
发明详述
本发明公开了制备包括至少两层离散的有机发磷光层的多层发磷光有机发光器件(OLED)的方法。将各发光层从溶剂中涂覆,接着在施用下一层之前除去所述溶剂。该涂覆方法依靠干燥的初涂覆的发光层的不同溶解性,而不是涂覆后的化学变化,诸如化学交联(“固化”)。与具有通过真空蒸发方法或通过需要对于发光层进行涂覆后固化步骤的其它涂覆方法形成的发光层的器件相比,该OLED器件可以潜在较高的生产量和较低的成本制造。所述溶剂可为水和/或有机溶剂。涂覆混合物可以溶液、固液分散体和液液分散体形式。该涂覆方法可在任何温度下进行,条件是所涂覆层的发射性质不会受到不利影响。
与从单线态发射(“荧光”)的荧光材料相反,所述发光层包含在周围温度下从三线态发光(“磷光”)或从中间非三线态发光的磷光材料。磷光通常在超过至少10毫微秒、通常大于100毫微秒的时帧内发生。如果磷光的辐射寿命太长,则三线态可因热(非辐射性)机制衰减。非辐射性衰减机制通常与温度有关,因此在液氮温度下发出磷光的有机材料在周围温度下通常不会发出磷光。
图1为磷光OLED 10的示意性横截面,其包括基材12、置于基材12上的第一电极14、置于第一电极14上的包含第一磷光材料的第一发光层16、置于第一发光层16上的包含第二磷光材料的第二发光层18和置于第二发光层18上的第二电极20。
制备磷光OLED的方法包括涂覆包含第一磷光材料和第一溶剂的第一混合物到载体表面表面(例如限定磷光OLED的部件层之一,诸如电极)上,并除去第一溶剂以形成第一发光层16;和在第一发光层上涂覆包含第二磷光材料和第二溶剂的第二混合物并除去第二溶剂以形成第二发光层18。在图1的实施方案中,第一发光层16涂覆在第一电极层14(例如阳极)上。第一发光层在第二溶剂中具有可忽略的溶解度,且第一发光层和第二发光层在涂覆之后没有固化。术语“可忽略的溶解度”是指发光层在涂覆之后保持离散且两个发光层之间的界线在横截面显微照片中可容易地辨别出。
磷光OLED 10还可包括空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层、电子阻挡层等,如下文更详细地描述。
所述磷光材料可为聚合或非聚合的并在电磁光谱的可见光波长区域(波长400纳米-700纳米)中发射。非聚合有机磷光材料(本文中称为磷光染料)包括分子型和复合型有机磷光染料。复合型磷光染料具有两种具有不同磷光发射特性的发色团。磷光发色团由对材料发磷光有贡献的官能团和键组成。
磷光发色团可包含无机、有机或有机金属化学基团。聚合有机磷光材料(也称作磷光聚合物)为包含通过化学连接基团共价结合到聚合物的磷光发色团或者包含离子结合到盐形式的有机聚合物的磷光染料的有机聚合物。
所述发光层可包含基质材料。通常,基质材料为具有适于发磷光层的电子传输和/或空穴传输性质的电活性有机材料。基质材料还可具有发射特性,但是其主要作用是传输空穴和/或电子并充当包含磷光材料的溶剂混合物的溶媒。同样,磷光材料还可具有空穴或电子传输能力,但是磷光材料的主要作用是发光。本领域技术人员应认识到需要平衡基质和磷光材料的发光和电子/空穴传输性质以提供发光层的最佳性能。
有机发磷光层通常包含至少一种有机材料。所述有机材料可为发光或不发光的,且其可为聚合或非聚合的。应理解术语“有机”是指具有至少一个碳-碳键 和至少一个碳-氢键。有机发磷光层可包含悬浮在有机聚合物基料中的无机或有机磷光材料、悬浮在无机基质材料中的有机磷光染料;和包含共价或离子结合到有机聚合物的无机、有机和有机金属磷光发色团的有机磷光聚合物。
当施加电流时,充当阳极层的电极层将空穴注入发光层,充当阴极层的电极层将电子注入发光层。注入的空穴和电子各自向带相反电荷的电极迁移。当电子和空穴定位在发光层中的相同磷光材料上时,形成具有激发能态的“激子”或电子-空穴对。当激子通过光电发射机制驰豫时,发射光。也可发生诸如热驰豫的非辐射机制。
可在相邻层中使用聚合和/或非聚合的磷光材料和基质材料,条件是各发光层从溶剂中涂覆且已经涂覆的发光层在后续发光层的溶剂中具有可忽略的溶解度。在一个实施方案中,第一发光层包含有机磷光聚合物,第二发光层包含非聚合的磷光材料和聚合的基质材料。第一和/或第二发光层还可包含磷光材料的混合物。发光层的顺序不受限制,条件是所述层的发射性质不会受到不利影响。
任一电极可为阴极或阳极,条件是OLED性能保持稳定。通常,最接近基材的第一电极层为阳极层,最远离基材的第二电极层为阴极层。在一个实施方案中,第一电极层为阴极层,第二电极层为阳极层。空穴注入层和空穴传输层(使用时)最有利地靠近或邻近阳极层放置。同样,电子注入层和电子传输层(使用时)靠近或邻近阴极层放置。
在典型的发磷光装置中,磷光染料通常作为分散在基质材料中的少量掺杂材料提供。为了保持磷光染料的高光致发光(PL)量子效率,相应基质材料应具有不小于染料三线态能隙的三线态能隙,以便防止能量从染料反向转移(PL量子效率损失)到与染料接触的基质和/或任何杂质。基质材料的辅助功能是在涂覆发光层的过程中充当悬浮或另外稳定溶剂和磷光材料的混合物的溶媒。
进行三线态猝灭实验以评价基质材料的能隙是否足够大(和/或材料足够纯)以防止能量从分散在基质材料中的磷光染料反向转移。为此目的,通常使用含有宽带隙的绝缘材料(诸如聚苯乙烯(PS))作为参考。分散在PS中的染料反映出其固有的光物理性质(诸如PL量子效率)和在稀溶液中观察到的特征性磷光寿命。时间分辨PL测量记录随时间而变的磷光强度;比较分散在所关注的基质材料中的染料的磷光衰减曲线与分散在PS中的染料的磷光衰减曲线,提供是 否发生能量反向转移的直接信息。
所述发磷光层可包含至少一种电活性基质材料。电活性材料为当受到偏压时对电荷传导敏感的有机材料,例如在有机发光器件(OLED)中传导电子和/或空穴的有机材料。电活性材料例如包括有机半导电聚合物。本领域技术人员应理解虽然电致发光材料代表一类电活性材料,但电活性材料没有必要是电致发光的。电活性基质材料包括聚合、非聚合、电致发光及其它电活性材料。示例性非聚合基质材料与其化学文摘登记号(CAS No.)一起列在表1。
表1.示例性非聚合基质材料
或者,所述基质材料可为电活性聚合材料,其实例包括聚乙烯基咔唑(PVK)、聚苯乙炔(PPV)、被苯基取代的聚苯乙炔(PhPPV)、聚(9,9-二辛基芴)等。在一个实施方案中,所述发磷光层包含聚合基质材料,所述聚合基质材料包含发蓝光电致发光有机材料,例如聚(9,9-二辛基芴)。
一般而言,希望发光层的磷光材料的特征在于最低可及三线态能量T1,其小于电活性基质材料的最低可及三线态能量T2。如本领域技术人员应理解,在T1小于T2的情况下,可特别有利于能量从电活性基质材料转移到发光层的磷光材料。
基于发光层的总重量计算,基质材料的存在量可为发光层的1-99%重量(重量百分比)、更具体地50-98%重量、甚至更具体地75-95%重量。基质材料可以组合存在,条件是发光层的发射性质和溶解性质不会受到不利影响。
如由凝胶渗透色谱所测定,聚合基质材料的数均分子量(Mn)可大于2,000克/摩尔、大于5000克/摩尔、大于15,000克/摩尔、更具体地大于约25,000克/摩尔。本领域技术人员应理解聚合材料的数均分子量还可通过诸如1H-核磁共振光谱学的其它技术测定。
示例性聚合基质材料包括双酚A聚碳酸酯;包含双酚A聚碳酸酯、双酚A共聚碳酸酯的聚合物共混物;包含双酚A共聚碳酸酯的共混物或类似的聚合材料。其它聚合基质材料包括乙烯基聚合物,诸如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸甲酯);聚合的聚丙烯酸酯,诸如Sartomer 454等;缩醛聚合物;聚酯,诸如聚(对苯二甲酸乙二酯);聚酰胺,诸如尼龙6;聚酰亚胺;聚醚酰亚胺,诸如ULTEM;聚醚醚酮;聚砜;聚醚砜,诸如RADEL和UDEL等。聚合基质材料可为均聚物、无规共聚物、嵌段共聚物、三元共聚物、接枝 共聚物、交替共聚物或类似的聚合材料。可用作聚合基质材料的聚合共混物可使用例如挤出共混的本领域已知的标准技术制备。
聚合基质材料可包含电活性聚合物。电活性材料例如包括有机半导电聚合物。本领域技术人员应理解虽然电致发光聚合物代表一类电活性聚合物,但电活性聚合物没有必要是电致发光的。电活性聚合物通常具有非定域的π电子体系,其通常能够使聚合物链以比较高的迁移率承载正电荷载体(空穴)和负电荷载体(电子)。示例性电活性聚合物以以下各物说明:聚(N-乙烯基咔唑)(“PVK”,发射波长范围为约380-约500纳米的紫光-蓝光)和聚(N-乙烯基咔唑)衍生物;聚芴和聚芴衍生物,诸如聚(二烷基芴),例如聚(9,9-二己基芴)(发射波长范围为约410-约550纳米的光)、聚(二辛基芴)(电致发光(EL)发射波长峰值为约436纳米)和聚{9,9-双(3,6-二氧杂庚基)-芴-2,7-二基}(发射波长范围为约410-约550纳米的光);聚(对苯撑)(“PPP”)及其衍生物,诸如聚(2-癸氧基-1,4-亚苯基)(发射波长范围在约400-约550纳米的光)和聚(2,5-二庚基-1,4-亚苯基);聚(对苯乙炔)(“PPV”)及其衍生物,诸如被二烷氧基取代的PPV和被氰基取代的PPV;聚噻吩及其衍生物,诸如聚(3-烷基噻吩)、聚(4,4′-二烷基-2,2′-联噻吩)和聚(2,5-噻吩乙炔);聚(吡啶乙炔)及其衍生物;聚喹喔啉及其衍生物;及聚喹啉及其衍生物。可使用包含上述聚合物中的两种或更多种所共有的结构单元的这些聚合物和/或共聚物的混合物作为聚合组分。
另外,电活性聚合物基质材料可包含聚硅烷。通常聚硅烷为用多种烷基和/或芳基取代的线性硅骨架聚合物。聚硅烷为沿聚合物骨架具有非定域σ共轭电子的准一维材料。合适聚硅烷的实例包括但不限于聚(二正丁基硅烷)、聚(二正戊基硅烷)、聚(二正己基硅烷)、聚(甲基苯基硅烷)和聚{双(对丁基苯基)硅烷}。聚硅烷通常发射波长在约320纳米-约420纳米范围的光。
还公开了图2中示意性展示的磷光OLED器件40,其包括基材12、置于基材层12上的阳极层42、置于第一电极层42上的空穴注入层44、置于空穴注入层44上的第一发光层46、置于第一发光层46上的第二发光层48和置于第二发光层48上的阴极层50。第一发光层46通过以下方式形成:从第一溶剂中涂覆包含第一磷光材料的第一混合物并除去第一溶剂以形成第一发光层46;第二发光层48通过以下方式形成:从第二溶剂中涂覆包含第二磷光材料的第二混 合物并除去第二溶剂以形成第二发光层48。第一发光层和第二发光层在涂覆后没有固化,第一发光层在第二溶剂中具有可忽略的溶解度。各发光层可包含磷光染料、磷光聚合物、基质材料、磷光材料的混合物或上述材料的组合。空穴传输基质材料最有利地用于最接近阳极的第一发光层中,电子传输基质材料最有利地用于最接近阴极的第二发光层中。在一个实施方案中,阴极为包括置于第二发光层上的NaF层和置于NaF层上的铝层的双层。
磷光OLED还可包括电子注入层(EIL)。这在图3的磷光OLED 60中示意性地展示,其中电子注入层66最有利地置于第二电极层20(阴极)和第二发磷光层64之间并与第二电极20和第二发磷光层64接触。还展示了第一发磷光层62、第一电极层14(阳极)和基材12。如上所述,第一发磷光层从第一溶剂中涂覆,第二发磷光层从第二溶剂中涂覆,且两个发光层在涂覆后都没有固化。第一发光层在第二溶剂中具有可忽略的溶解度,且两个发光层在涂覆之后都没有固化。各发光层可包含磷光染料、磷光聚合物、基质材料、磷光材料的混合物或上述材料的组合。如上所述,空穴传输基质材料最有利地用于最接近阳极的第一发光层中,电子传输基质材料最有利地用于最接近阴极的第二发光层中。
在图4中又一示意性描绘的实施方案中,磷光OLED 80包括空穴注入层82和电子注入层88。空穴注入层82安置在第一电极层14(阳极)和第一有机发磷光层84之间且与第一电极层14(阳极)和第一有机发磷光层84接触。电子注入层88安置在第二电极层20(阴极)和第二有机发磷光层86之间且与第二电极层20(阴极)和第二有机发磷光层86接触。还展示了第一电极层14(阳极)和基材12。如上所述,第一发磷光层从第一溶剂中涂覆,第二发磷光层从第二溶剂中涂覆,且两个发光层在涂覆后都没有固化。第一发光层在第二溶剂中具有可忽略的溶解度,且两个发光层在涂覆之后都没有固化。各发光层可包含磷光染料、磷光聚合物、基质材料、磷光材料的混合物或上述材料的组合。如上所述,空穴传输基质材料最有利地用于最接近阳极的第一发光层中,电子传输基质材料最有利地用于最接近阴极的第二发光层中。
所公开的方法还可包括从第三溶剂中涂覆第三磷光材料到第二发光层上并除去第三溶剂以形成置于第二发光层上的第三发光层;其中第二磷光材料和第一磷光材料在第三溶剂中具有可忽略的溶解度。具有三个发光层的磷光 OLED器件100示意性地示于图5中,其中第三发光层(102)安置在第二发光层86和电子注入层88之间且与第二发光层86和电子注入层88接触。空穴注入层82安置在第一电极层14(阳极)和第一发光层84之间且与第一电极层14(阳极)和第一有机发光层84接触。电子注入层88安置在第二电极层20(阴极)和第三有机发磷光层102之间且与第二电极层20(阴极)和第三有机发磷光层102接触。还展示了第一电极层14(阳极)和基材12。如上所述,第三发磷光层从第三溶剂中涂覆,第二发磷光层从第二溶剂中涂覆,且两个发光层在涂覆后都没有固化。第一发光层和第二发光层在第三溶剂中具有可忽略的溶解度,且所有发光层在涂覆后都没有固化。各发光层可包含磷光染料、磷光聚合物、基质材料、磷光材料的混合物或上述材料的组合。如上所述,空穴传输基质材料最有利地用于最接近阳极的第一发光层中,电子传输基质材料最有利地用于最接近阴极的第三发光层中。
本领域技术人员应了解磷光OLED还可包括电子传输层(ETL,未示出)、和/或安置在阴极层和发光层之间的空穴阻挡层(HBL,未示出)、和/或空穴传输层(HTL,未示出)、和/或安置在阳极层和发光层之间的电子阻挡层(EBL,未示出)。这些层可通过本领域熟知的方式和材料构造。对于上述层的数量或组合没有限制,条件是磷光OLED器件的发射性质和发光层的层完整性不会受到不利影响。
基材可为柔性或刚性的且可包含透明、半透明或不透明的材料,包括塑料、金属箔和玻璃。基材还可包含诸如硅的半导体材料以便于制造电路。基于但不限于所要结构、导电和光学性质选择基材的材料和厚度。
阳极层可包含具有充分传导性以将空穴传输到发光层且具有高于约4eV(电子伏特)的功函的任何材料。示例性阳极材料包括导电金属氧化物,诸如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AlZnO),和金属。阳极和基材可无分透明以形成底部发射器件。具体地说,阳极包含沉积在诸如玻璃或塑料(基材)的透明基材上的透明市售ITO(阳极)。阳极还可以是不透明和/或反射的。对于一些顶部发射器件,可以优选反射阳极,以增加从器件顶部发射的光的量。基于所要导电和光学性质选择阳极的材料和厚度。
空穴注入层(HIL)的示例性材料包括聚氟烃(polyfluorocarbohydride)、卟啉 或p-掺杂的氨基衍生物。示例性卟啉包括金属酞菁,特别是铜酞菁。另一族HIL材料为p掺杂的导电聚合物,其包括严重p掺杂诸如聚苯乙烯磺酸(PSSA)的多元酸的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)或聚苯胺(PANi)。HIL的厚度可为50-2000埃,更具体为200-1000埃,甚至更具体为400-700埃。
空穴传输层(HTL)的示例性材料包括包含来源于选自以下各物的胺的结构单元的聚合物:N,N′-双(1-萘基)-N,N′-二苯基-1,1′-联苯-4,4′-二胺(NPB)、N,N′-二苯基-N,N′-双(3-甲基苯基)-(1,1′-联苯)-4,4′-二胺(TPD)、2T-NATA、上述胺的衍生物和包括上述胺中的至少一种的组合。
电子注入层(EIL)的示例性材料包括碱金属、碱土金属、碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸盐。更具体地讲,EIL可包含Li、K、Cs、Ca、Ba、LiF、CsF、NaF、CaF2、Li2O、Cs2O、Na2O、Li2CO3、Cs2CO3或Na2CO3。
在一个实施方案中,各发光层包含能够传输电子和/或空穴的基质材料,所述基质材料掺杂有可截留电子、空穴和/或激子的磷光材料,使得激子通过光电发射机制驰豫。在一个实施方案中,各发光层包含组合传输性质和发射性质的单一材料,诸如具有电子传输性质的磷光聚合物。不管发射性材料是掺杂剂还是主要成分,发光层都可包含其它材料,诸如微调磷光材料的发射的掺杂剂。发光层还可包含能够以组合发射所要光谱的光的磷光物质和荧光物质的组合。
磷光材料可通过将磷光分子掺杂到作为通过离子缔合而结合的单独且不同的分子物类的聚合物中而合并到聚合物中;或者通过将小分子合并到聚合物骨架中而合并到聚合物中以形成共聚合物;或者通过将小分子作为侧基结合聚合物上而合并到聚合物中。可使用其它磷光材料和结构。例如,小分子磷光材料可作为树状大分子芯提供。
许多有用的磷光材料包括结合到金属中心的一个或多个配体。如果配体直接提供发射材料的光活性质,则将配体称为“光活的”。“光活”配体与金属结合而可提供当发射光子时电子在其间移动的能级。其它配体被称为“辅助的”。辅助配体例如通过使光活配体的能级移位而改变分子的光活性质,但是辅助配体不直接提供光发射中所涉及的能级。在一个分子中具有光活性的配体可为另一分子中的辅助配体。术语“发射发色团”是指与磷光染料性质相关的单体或聚合 磷光材料的化学结构的部分。因此,两分子或聚合物可能在整个化学结构方面不同,尽管包含相同或基本相同的发射发色团。一个实例在下文以结构FIrpic(3)和丙烯酰基-FIrpic(4)表示。
在一个实施方案中,发光层的磷光材料为有机金属化合物。示例性有机金属化合物包括含有以下物质的有机金属化合物:铱络合物、铂络合物、锇络合物、钌络合物和环金属化铱化合物,诸如具有式(3)的FIrpic(双(3,5-二氟-2-(2-吡啶基)苯基-(2-羧基吡啶基)合铟III):
其可用一个或多个乙烯基、一个或多个苯酚基、一个或多个烯丙基或一个或多个丙烯酰基取代,如式(4)所示,
Ir(PPy)3(三-2-苯基吡啶合铱(III))为另一种众所周知的磷光材料。
其它磷光材料包括聚合和可聚合的染料,例如具有式Ir(RPPy)2QR′3X且由式(4)表示的蓝色磷光染料:
其中X选自卤素、-CN、-CNS、-OCN、-SCN、硫代硫酸根、磺酰基卤离子、叠氮基或其组合;R选自氢、氟或三氟化碳(carbon trifluoride);Q选自氮、磷、砷、锑或铋;R′选自烷基、烷氧基、芳基、芳氧基或其组合。
如本文所用的术语“烷基(alkyl)”用来指直链烷基、支链烷基、芳烷基、环烷基、双环烷基、三环烷基和多环烷基,其包含碳和氢原子且任选含有除碳和氢以外的原子。烷基可为饱和或不饱和的且例如可包含乙烯基或烯丙基。
如本文所用术语“脂族基”是指具有至少一价的由非环状直链或支链原子排列组成的有机基团。脂族基团被定义为包含至少一个碳原子。包含原子陈列的脂族基团可包括杂原子,诸如氮、硫、硅、硒和氧,或者可排他性地由碳和氢构成。为了方便起见,术语“脂族基团”在本文中定义涵盖作为“非环状直链或支链原子排列”的一部分的宽范围的官能团,诸如烷基、烯基、炔基、卤代烷基、共轭二烯基、醇基、醚基、醛基、酮基、羧酸基、酰基(例如羧酸衍生物,诸如酯和酰胺)、胺基、硝基等。例如,4-甲基戊-1-基为包含甲基的C6脂族基团,所述甲基为作为烷基的官能团。类似地,4-硝基丁-1-基为包含硝基的C4脂族基团,所述硝基为官能团。脂族基团可为包含一个或多个可相同或不同的卤素原子的卤代烷基。卤素原子例如包括氟、氯、溴和碘。包含一个或多个卤素原子的脂族基团包括烷基卤化物三氟甲基(alkyl halides trifluoromethyl)、溴二氟甲基、氯二氟甲基、六氟异丙叉基、氯甲基、二氟乙烯叉基、三氯甲基、溴二氯甲基、溴甲基、2-溴三亚甲基(例如-CH2CHBrCH2-)等。脂族基团的其它实例包括烯丙基、氨基羰基(即-CONH2)、羰基、2,2-二氰基异丙叉基(即-CH2C(CN)2CH2-)、甲基(即-CH3)、亚甲基(即-CH2-)、乙基、亚乙基、甲酰基(即-CHO)、己基、1,6-亚己基、羟甲基(即-CH2OH)、巯甲基(即-CH2SH)、甲 硫基(即-SCH3)、甲硫基甲基(即-CH2SCH3)、甲氧基、甲氧基羰基(即CH3OCO-)、硝基甲基(即-CH2NO2)、硫代羰基、三甲基甲硅烷基(即(CH3)3Si-)、叔丁基二甲基甲硅烷基、3-三甲氧基甲硅烷基丙基(即(CH3O)3SiCH2CH2CH2-)、乙烯基、乙烯叉基等。进一步举例,C1-C10脂族基团含有至少一个、至多10个碳原子。甲基(即CH3-)为C1脂族基团的实例。癸基(即CH3(CH2)9-)为C10脂族基团的实例。
如本文所用,术语“环脂族基团”是指具有至少一价且包含环状但非芳族的原子排列的基团。如本文所限定,“环脂族基团”不含芳基。“环脂族基团”可包含一个或多个非环状组分。
例如,环己基甲基(C6H11CH2-)为包含环己基环(其为环状但非芳族的原子排列)和亚甲基(非环状组分)的环脂族基团。环脂族基团可包括杂原子,诸如氮、硫、硒、硅和氧,或者可排他性地由碳和氢构成。为了方便起见,术语“环脂族基团”在本文中定义涵盖宽范围的官能团,诸如烷基、烯基、炔基、卤代烷基、共轭二烯基、醇基、醚基、醛基、酮基、羧酸基、酰基(例如羧酸衍生物,诸如酯和酰胺)、胺基、硝基等。例如,4-甲基环戊-1-基为包含甲基的C6环脂族基团,所述甲基为作为烷基的官能团。类似地,2-硝基环丁-1-基为包含硝基的C4-环脂族基团,所述硝基为官能团。环脂族基团可包含一个或多个可相同或不同的卤素原子。卤素原子例如包括氟、氯、溴和碘。包含一个或多个卤素原子的环脂族基团包括2-三氟甲基环己-1-基、4-溴二氟甲基环辛-1-基、2-氯二氟甲基环己-1-基、六氟异丙叉基-2,2-双(环己-4-基)(即-C6H10C(CF3)CeH10-)、2-氯甲基环己-1-基、3-二氟亚甲基环己-1-基、4-三氯甲基环己-1-基氧基、4-溴二氯甲基环己-1-基硫基、2-溴乙基环庚-1-基、2-溴丙基环己-1-基氧基(例如CH3CHBrCH2C6H10-)等。环脂族基团的其它实例包括4-烯丙氧基环己-1-基、4-氨基环己-1-基(即H2NC6H10-)、4-氨基羰基环戊-1-基(即NH2COC5H8-)、4-乙酰氧基环己-1-基、2,2-二氰基异丙叉基双(环己-4-基氧基)(即-OC6H10C(CN)2C6H10O-)、3-甲基环己-1-基、亚甲基双(环己-4-基氧基)(即-OC6H10CH2C6H10O-)、1-乙基环丁-1-基、环丙基乙烯基、3-甲酰基-2-四氢呋喃基、2-己基-5-四氢呋喃基、1,6-亚己基-1,6-双(环己-4-基氧基)(即-OC6H10CH2C6H10O)、4-羟甲基环己-1-基(即4-HOCH2C6H10-)、4-巯基甲基环己-1-基(即4-HSCH2C6H10-)、4-甲硫基环己-1-基(即4-CH3SC6H10-)、4-甲氧基环己 -1-基、2-甲氧基羰基环己-1-基氧基(2-CH3OCOC6H10O-)、4-硝基甲基环己-1-基(即NO2CH2C6H10-)、3-三甲基甲硅烷基环己-1-基、2-叔丁基二甲基甲硅烷基环戊-1-基、4-三甲氧基甲硅烷基乙基环己-1-基(例如(CH3O)3SiCH2CH2C6H10-)、4-乙烯基环己烯-1-基、乙烯叉基双(环己基)等。术语“C3-C10环脂族基团”包括含有至少三个、至多10个碳原子的环脂族基团。环脂族基团2-四氢呋喃基(C4H7O-)代表C4环脂族基团。环己基甲基(C6H11CH2-)代表C7环脂族基团。
在一个更具体的实施方案中,磷光材料选自双(2-(9,9-二己基芴基)-1-吡啶)(乙酰丙酮酸根)合铱(III)(作为ADS078GE由American Dye Source Inc.销售),式(5):
1,3-双[(对叔丁基)苯基-1,3,4- 二唑基]苯,OXD-7,得自H.W.Sands,式(6):
发红光二聚体,ADS067RE,式(7):
发红光ADS069RE,得自American Dye Source Inc.,式(8):
发蓝光磷光聚合染料275-44-5,式(9)
其中x和y为大于1的整数;
三[2-(2-吡啶基)苯基-C,N]-合铱(Ir(ppy)3);三(苯基吡啶)合铱(III);聚STPPB_Irppy);聚(咔唑_F(lr)pic);及其组合。一般而言,与固态薄膜相比,诸如FIrpic的有机磷光染料在稀溶液中具有较高光致发光量子效率,这是因为在固态薄膜中自猝灭。
磷光OLED还可包含非聚合电子传输材料作为先前描述层之一的组分或 作为单独层。电子传输材料可为固有的(无掺杂的)或掺杂的。可使用掺杂来增强导电率。Alq3(三(8-羟基喹啉)合铝)为非聚合固有电子传输材料的实例。n掺杂电子传输材料的实例为用Li以1∶1摩尔比掺杂的BPhen(4,7-二苯基-1,10-菲咯啉)。可使用其它电子传输材料,只要磷光材料的发射性质没有受到不利影响即可。
可选择电子传输层的带电荷组分,使得电子可从阴极有效注入电子传输层的LUMO(最低未占据分子轨道)能级中。“带电荷组分”为负责LUMO能级的实际传输电子的材料。该组分可为基质材料、或者其可为掺杂剂。有机材料的LUMO能级通常以该材料的电子亲合性为特征,且阴极的相对电子注入效率通常以阴极材料的功函数为特征。这意味着就电子传输层的带电荷组分的电子亲合性和阴极材料的功函数来说明电子传输层及邻近阴极的优选性质。具体地说,为了实现高电子注入效率,阴极材料的功函数优选比电子传输层的带电荷组分的电子亲合性大不超过约0.75eV、更优选不超过约0.5eV。类似考虑适用于正向其中注入电子的任何层。
阴极层和阳极层可包含相同或不同的材料,包括但不限于金属、合金、透明金属氧化物或其混合物。在一个实施方案中,阴极层和阳极层中的至少一个为透明的。
磷光OLED的阳极材料通常包括具有高功函数值的阳极材料。阳极材料的非限制性实例包括但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化铟锌、镍、金和类似材料及其混合物。
阴极层可为本领域已知的任何材料或材料组合,使得阴极层能够传导电子并将其注入发光层中。示例性阴极材料通常包括具有低功函值的材料。阴极材料的非限制性实例包括如下材料,诸如K、Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ag、Au、In、Sn、Zn、Zr、Sc、Y、Mn、Pb、镧系元素、其合金,特别是Ag-Mg合金、Al-Li合金、In-Mg合金、Al-Ca合金和Li-Al合金及其混合物。阴极材料的其它实例可包括碱金属氟化物或碱土金属氟化物或氟化物混合物。其它阴极材料诸如为氧化铟锡、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化铟锌、氧化锌铟锡、氧化锑、碳纳米管及其混合物。或者,阴极可由两层制成以便增强电子注入。非限制性实例包括但不限于LaF或NaF的内层、接着铝或银的外层;或者钙内 层、接着铝或银的外层。
阴极层可为透明或不透明的,且可为反射的。金属和金属氧化物是合适阴极材料的实例。阴极层可为单层,或者可具有包含例如薄金属层和较厚导电金属氧化物层的复合结构。在复合阴极中,较厚层的优选材料包括ITO、IZO和本领域已知的其它材料。示例性复合阴极包括诸如Mg:Ag的金属薄层以及上覆的透明导电溅射沉积ITO层。与下层有机层接触的阴极层的部分(不管是单层阴极、复合阴极的薄金属层,还是一些其它部分)由具有低于约4eV的功函数的材料(“低功函数材料”)制成。可使用其它阴极材料和结构。
通常,注入层包含可改善载荷子从诸如电极或有机层的一层到邻近有机层的注入的材料。注入层还可以执行电荷传输作用。空穴注入层可为改善空穴从阴极层到发光层或空穴传输层(未图示)的注入的任何层。CuPc为可用于从ITO阳极和其它阳极的空穴注入层的材料的实例。类似地,电子注入层为改善电子向电子传输层或发光层的注入的任何层。LiF/Al为可用作从相邻层例如阴极层向电子传输层的电子注入层的材料的实例。对于注入层,可使用其它材料或材料组合。根据特定器件的构造,可将注入层安置在除了在图2-4中所示之外的位置。空穴注入层可包含溶液沉积的材料,诸如旋涂的聚合物,例如聚(3,4-亚乙二氧基噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS),或者其可为蒸汽沉积的小分子材料,例如铜酞菁(CuPc)或4,4′,4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)-三苯胺(MTDATA)。
空穴注入层(HIL)可使阳极表面平坦或湿润以提供从阳极到空穴注入材料的有效空穴注入。空穴注入层还可具有带电荷组分,该带电荷组分具有有利地匹配(如本文所述的相对电离势(IP)能量所定义)在HIL一侧的邻近阳极层和在HIL相对侧的空穴传输层的HOMO(最高占据分子轨道)能级。“带电荷组分”为负责HOMO能级的实际传输空穴的材料。该组分可为HIL的基质材料、或者其可为掺杂剂。掺杂的HIL允许针对电性质选择掺杂剂,且针对诸如湿润、柔韧性、坚韧性等的形态性质选择基质。HIL材料的优选性质是使得空穴可以从阳极有效地注入HIL材料中。具体地说,HIL的带电荷组分优选具有比阳极材料的IP大不超过约0.7eV的IP。更优选所述带电荷组分具有比阳极材料大不超过约0.5eV的IP。类似考虑适用于正向其中注入空穴的任何层。HIL材料与 通常用于OLED的空穴传输层的常规空穴传输材料的区别之处还在于这类HIL材料的空穴电导率可明显小于常规空穴传输材料的空穴电导率。HIL的厚度可以足够厚,以帮助使阳极层的表面平坦或湿润。例如,仅仅约10纳米的HIL厚度可适用于非常光滑的阳极表面。然而,因为阳极表面倾向于非常粗糙,所以在一些情况下希望HIL的厚度最多达约50纳米。
磷光OLED还可包括阻挡层。阻挡层减少离开发光层的载流子(电子或空穴)和/或激子的数量。电子阻挡层可安置在发光层和空穴传输层之间,以阻挡电子在空穴传输层方向上离开发光层。类似地,空穴阻挡层可安置在发光层和电子传输层之间,以阻挡空穴在电子传输层方向上离开发光层。阻挡层还可用以阻挡激子从发光层扩散出来。
如本文所用且如本领域技术人员所了解,术语“阻挡层”是指该层提供显著抑制载流子和/或激子经器件的传输的障壁,而不是表示该层必定完全阻挡载流子和/或激子。与没有阻挡层的相似器件相比,器件中存在这类阻挡层可产生明显更高的效率。并且,阻挡层可用以限制向OLED的所要区域的发射。
保护层可用以在随后制造工艺期间保护下层。例如,用以制造金属或金属氧化物顶部电极的工艺会损害有机层,且可使用保护层来降低或消除这种损害。具体地说,保护层对于传输的载流子类型具有高载流子迁移率,使得其不显著增加OLED器件的操作电压。CuPc(2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP))和各种金属酞菁是可用于保护层中的材料的实例。可使用其它材料或材料组合。保护层通常具有能够防止在沉积有机保护层之后发生由制造工艺引起的对下层的损害的厚度,然而该厚度没有达到显著增加OLED器件的操作电压的程度。可将保护层掺杂以增加其导电率。例如,可将CuPc或BCP保护层用Li掺杂。
发光层的厚度可为约0.01微米-约100微米、更特别为约0.02微米-约100微米、甚至更特别为约0.1微米-约10微米,且可包含重量比为100∶1-100∶30的基质材料和磷光材料。发光层基质材料例如可包含不对称的铝络合物,诸如双(2-甲基-8-喹啉酚根)(对苯基苯酚根)合铝(Balq)或8-(羟基喹啉)-4-(苯基苯酚)铝;或咔唑,诸如4,4′-N,N′-二咔唑-联苯(CBP)或其衍生物。在不受理论限制的情况下,磷光材料的最高占据分子轨道(HOMO)必须小于基质材料的HOMO,例如Balq的5.7eV。这意味着磷光材料的空穴迁移率比基质材料的空穴迁移率 快。实验展示掺杂到发光层中的三芳胺可降低驱动电压。
还考虑到涂覆在磷光OLED器件的发光层之间的夹层抑制有机层的互混。
示例性涂覆方法包括但不限于旋转涂覆、浸渍涂覆、逆辊涂覆、绕线或迈尔(Mayer)棒涂覆、直接凹版涂覆、间接凹版涂覆、槽模涂覆、刮刀涂覆、热熔涂覆、幕帘涂覆、辊刀涂覆(knife over roll coating)、挤出、气刀涂覆、喷雾、旋转筛涂覆、多层滑动涂覆、半月板涂覆、弧形涂覆、微凹版涂覆、喷墨涂覆和液体电子照相涂覆。
可使用包括水性溶剂和有机溶剂的任何溶剂或溶剂组合来涂覆包含发光层组分的混合物,条件是邻近的先前涂覆的发光层不易溶于该溶剂中,且不会不利地影响OLED器件的发射性质。具体溶剂包括烃,诸如邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、甲苯、己烷、类似的溶剂或两种或更多种上述溶剂的组合。其它溶剂包括卤化溶剂,例如氯苯。其它溶剂包括水和/或醇,诸如甲醇、乙醇和2-乙氧基乙醇。
对于具有两个发磷光层的OLED器件可考虑其它实施方案。在一个实施方案中,第一发光层和第二发光层包含在不同化学组合物中展现不同溶解行为的相同发射发色团。例如,第一发光层可包含来源于空穴传输基质材料(HTM)和FIrpic可聚合单体的共聚物(HTM-FIrpic共聚物),第二发光层可包含以共混物或共聚物(ETM-FIrpic共聚物)形式的电子传输基质材料(ETM)和FIrpic。第一发光层在用于涂覆第二发光层的溶剂中具有可忽略的溶解度。
第一发光层和第二发光层可包含当在熔体或溶液中混合时不相容的基质材料和/或磷光材料,以形成具有多个相的膜。在一个实施方案中,第一发光层的基质材料和第二发光层的磷光聚合物在熔体或溶液中不相容,以形成具有多个相的膜。从这类材料中涂覆的发光层以轮廓分明的重组区(recombination zone)和高性能为特征。
在一个更具体的实施方案中,磷光OLED包括基材,基材包括玻璃;置于玻璃上的阳极层,阳极层包含氧化铟锡(ITO);置于阳极层上的空穴注入层,空穴注入层包含PEDOT:PSS;从氯苯中涂覆到空穴注入层上的第一发光层,第一发光层包含空穴传输基质材料和发蓝光磷光染料的共聚物(HTM-发蓝光磷光染料共聚物);从甲苯中涂覆在第一发光层上的第二发光层,第二发光层包含电子 传输基质材料和发橙光磷光染料ADS078GE;和阴极双层,阴极双层包括置于第二发光层上的NaF层和置于NaF层上的铝层。
在包括三个发光层的磷光OLED的一个具体实施方案中,第一发光层可包含空穴传输基质材料和发蓝光磷光材料的共聚物(HTM-发蓝光磷光材料共聚物);第二发光层可包含以共聚物(ETM-发绿光磷光材料共聚物)或共混物形式的电子传输基质材料和发绿光磷光材料;第三发光层可包含以共聚物(ETM-发红光磷光材料共聚物)或共混物形式的电子传输基质材料和发红光磷光材料。更加具体地说,第一磷光材料为发蓝光聚(咔唑_FIrpic),第一溶剂为氯苯,第二发磷光染料为发绿光聚(STPPB_IrPPy),第二溶剂为2-乙氧基乙醇,第三发磷光染料为发红光ADS067GE,第三溶剂为甲苯,阴极层包括NaF/Al双层,阳极层包含ITO。上述实施方案生成具有高性能的发白光OLED。
在一个实施方案中,磷光OLED包括包含发蓝光磷光聚合染料275-44-5的第一发光层和包含橙色磷光染料ADS078GE的第二发光层。在一个实施方案中,磷光OLED还包括置于第二发光层上的第三有机发磷光层;其中第三发光层没有固化。在一个实施方案中,磷光OLED包括包含发蓝光聚(咔唑_FIrpic)的第一发光层,第二发光层包含发绿光聚(STPPB_IrPPy),第三发光层包含发红光ADS067GE,阴极层为包含NaF/Al的双层,且阳极层包含ITO。
还公开了用于照明应用的包括所公开OLED器件的制品,包括室内灯、室外灯、吊灯、汽车前灯、闪光灯和街灯。
OLED器件可由信号(诸如在发光器件中)或在有或没有外加电势的情况下响应辐射能并产生信号的材料层(诸如检测器或伏打电池)起动。可响应辐射能的电子器件的实例选自光导电池、光敏电阻器、光敏开关、光敏晶体管和光电管及光电电池。本领域普通技术人员将能够选择适于特定应用的材料。
以下非限制性实例进一步说明通过依次从溶剂中涂覆各发光层制备磷光OLED器件的方法。
实施例
如下构造多层磷光OLED。磷光OLED包括蓝色磷光聚合物发光层和红色发磷光层。将预图案化的涂覆有ITO的玻璃用作阳极基材,且用UV-臭氧清洁 10分钟。将从H.C.Starck得到的聚苯乙烯磺酸掺杂的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT:PSS)的层(60nm)通过旋转涂覆沉积在ITO顶上,随后在空气中在180℃下烘烤1小时。随后将涂覆的基材转移到充满氩气的手套箱(湿度和氧气小于1ppm)中。随后从氯苯溶液中将275-44-5的蓝色磷光聚合物发光层(约30nm厚)旋转涂覆在PEDOT:PSS层顶上并在扁平烤盘(预热到120℃)上烘烤10分钟。其次,将从H.W.Sands购得并以原样使用的OXD-7(1,3-双[(对叔丁基)苯基-1,3,4- 二唑基]苯)和ADS069RE以90∶10(OXD-7∶ADS069RE)重量比的混合物从其甲苯溶液中旋转流延到蓝色发光层顶上,以形成红色发光层(约10nm厚)。最后,在2.67×10-4Pa(2×10-6托)的基础真空下使包含NaF(4nm厚)/Al(1000nm厚)的双层阴极热蒸发在红色发光层之上。在金属化之后,将器件用以从Norland products,Inc,Cranbury,NJ 08512,USA得到的光学粘合剂Norland 68密封的玻璃盖片封装。有效面积为约0.2cm2。
图6展示具有在约495nm下的蓝色组分峰(277-44-5的发射特征)和在628nm下的红色组分峰(ADS069RE的发射特征)的器件的电致发光谱。
除非上下文明确规定,否则单数形式包括复数指代物。除非另作说明,否则本文所用的所有量、份数、比率和百分数都是以重量计。涉及相同特征或组分的所有范围的端点可以独立地组合并将所列举的端点包括在内。
虽然已参考本发明的实施方案描述了本发明,但本领域的技术人员应当理解的是,在不偏离本发明的范围的情况下可进行多种改变且可用等效物替代其要素。另外,可在不脱离本发明的基本范围的情况下进行许多修改以适应本发明的教导的特定情形或材料。因此,并非想要将本发明限制于作为针对实施本发明所考虑的最佳模式公开的特定实施方案,而是本发明将包括落入附加权利要求书范围内的所有实施方案。
Claims (19)
1.形成用于磷光OLED的多个发磷光层的方法,其包括:
从第一溶剂中涂覆第一磷光材料到第一电极上并除去第一溶剂以形成第一发光层;和
从第二溶剂中涂覆第二磷光材料到第一发光层并除去第二溶剂以形成第二发光层,其中第一发光层和第二发光层在涂覆之后未化学交联,且其中第一发光层在第二溶剂中具有可忽略的溶解度。
2.权利要求1的方法,其还包括在第一电极和第一发光层之间从溶剂中涂覆包含掺杂有聚苯乙烯磺酸的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT:PSS)的空穴注入层。
3.权利要求1的方法,其还包括在第一发光层和第二发光层之间涂覆电活性材料的夹层。
5.权利要求1的方法,其还包括从第三溶剂中涂覆第三磷光材料到第二发光层并除去第三溶剂以形成第三发光层,其中第二磷光材料和第一磷光材料在第三溶剂中具有可忽略的溶解度,且第三发光层在涂覆之后未化学交联。
6.权利要求5的方法,其还包括沉积第二电极到第三发光层上,其中第一磷光材料为发蓝光聚(咔唑_FIrpic),第一溶剂为氯苯,第二磷光材料为发绿光聚(STPPB_IrPPy),第二溶剂为2-乙氧基乙醇,第三磷光材料为发红光ADS067GE,第三溶剂为甲苯,第二电极包含NaF/Al,且第一电极包含ITO;
其中发红光ADS067GE具有下式:
。
7.多层发磷光OLED器件,其包括:
基材;
置于基材上的阳极层;
置于阳极层上的第一发光层,其中第一发光层包含第一聚合磷光材料;
置于第一发光层上的第二发光层,其中第二发光层包含第二磷光材料,其中第一发光层和第二发光层未化学交联;和
置于第二发光层上的阴极层。
8.权利要求7的磷光OLED器件,其还包括空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层、电子阻挡层或其组合。
9.权利要求7的磷光OLED器件,其中第一发光层和/或第二发光层包含磷光材料的混合物。
12.权利要求7的磷光OLED器件,其还包括空穴注入层,其包含掺杂有聚苯乙烯磺酸的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT:PSS)。
13.权利要求7的磷光OLED器件,其中第二发光层还包含电子传输基质材料。
14.权利要求7的磷光OLED器件,其中第一发光层还包含空穴传输基质材料。
15.权利要求7的磷光OLED器件,其中第二磷光材料共价结合到电子传输聚合基质材料。
16.权利要求7的磷光OLED器件,其中所述OLED器件发射白光。
17.权利要求7的磷光OLED器件,其还包括通过以下步骤形成的第三发光层:在第二发光层上涂覆包含第三磷光材料和第三溶剂的第三混合物,并除去溶剂以形成第三发光层,其中第一发光层和第二发光层在第三溶剂中具有可忽略的溶解度,且第三发光层在涂覆之后未化学交联。
18.包括权利要求7的多层发磷光OLED器件的制品,其中所述制品用于照明应用。
19.权利要求18的制品,其中所述制品为室内灯、室外灯、吊灯、汽车前灯、闪光灯或街灯。
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