有機電激發光元件的製作方法
2023-07-05 14:49:31 2
專利名稱：有機電激發光元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機電激發光元件(OLED)，尤其涉及一種將空穴傳導材料、磷光材料摻雜於有機材料中以作為發光層的有機電激發光元件。
背景技術：
信息通訊產業已成為現今的主流產業，特別是可攜式的各式通訊顯示產品更是發展的重點，而平面顯示器作為人們進行信息溝通的界面，顯得特別重要。現在應用在平面顯示器的技術主要有下列幾種等離子體顯示器(Plasma Display Panel，PDP)、液晶顯示器(LiquidCrystal Display，LCD)、無機電激發光顯示器(Electro-luminescentDisplay)、發光二極體數組顯示器(Light Emitting Diode，LED)、真空螢光顯示器(Vacuum Fluorescent Display)、場致發射顯示器(FieldEmission Display，FED)以及電變色顯示器(Electro-caromic Display)等。然而，與其它平面顯示技術相比，有機電激發光顯示器以其自發光、無視角依存、省電、製作簡易、低成本、低操作溫度範圍、高反應速度以及全彩化等優點而具有極大的應用潛力，可望成為下一代的平面顯示器的主流。
有機電激發光元件是一種利用有機官能性材料(organicfunctional materials)的自發光特性來達到顯示效果的元件，可依照有機官能性材料的分子量不同分為小分子有機發光元件(smallmolecule OLED，SM-OLED)與高分子有機發光元件(polymerlight-emitting device，PLED)兩大類。
對於有機電激發光元件而言，其亮度與發光效率是很重要的，所以，如何增加有機發光二極體的亮度和效率是當前重要的課題。
目前有機電激發光元件中的發光層多採用螢光材料，但以螢光材料作為發光層並無法達到理想的亮度與發光效率，因此，利用磷光材料發光的技術被相繼提出。一般常見的磷光材料發光方式可大致分為兩種(1)直接以磷光材料作為發光層。此方式將會使得元件本身的發光效率(cd/A)隨著電壓或電流的增加而快速衰減，且其色坐標會隨著亮度上升而發生改變。況且，一般使用磷光材料作為發光層的元件並無法在較低的電壓下達到所需的亮度。
(2)將磷光材料(Guest)以1％～10％的比例摻雜於其它發光材料(Host)中作為發光層，利用發光材料(Host)產生能量轉移(energytransfer)來使得磷光材料(Guest)發光，其色坐標也會隨著亮度上升而發生改變，這種方式對亮度與發光效率的提升十分有限。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在於提供一種發光層以及應用此發光層的有機電激發光元件，其可有效地提升亮度以及發光效率。
本發明的另一目的在於提供一種發光層以及應用此發光層的有機電激發光元件，其可使得色坐標與發光效率不會隨著電壓或電流的上升而下降，以改善色坐標與發光效率的衰減率。
為達到上述目的，本發明提供了一種發光層，它是一種摻雜有空穴傳導材料與磷光材料的有機材料，且空穴傳導材料與磷光材料的摻雜濃度介於40％～60％重量百分比之間。其中，有機材料例如小分子的有機材料或是高分子的有機材料，其材質例如為具有Isoquinoline取代基的銥絡合物。空穴傳導材料例如為NPB、TPD、TCTA等具有三苯基胺結構的材料。空穴阻擋層的材質例如為BCP、Balq、TAZ、TPBI等。
本發明還提供了一種有機電激發光元件，其主要由基板、陽極層、發光層、空穴阻擋層以及陰極層構成。其中，陽極層配置於基板上；發光層配置於陽極層上；空穴阻擋層配置於發光層上；而陰極層配置於空穴阻擋層上。此外，上述發光層為一種摻雜有空穴傳導材料與磷光材料的有機材料，且空穴傳導材料與磷光材料的摻雜濃度介於40％～60％重量百分比之間。
本發明將摻雜有空穴傳導材料、具有磷光性質的有機材料作為有機電激發光元件的發光層，對於元件在亮度、發光效率上有所提升，能夠讓元件的色坐標與發光效率的衰減率有所改善，而且，空穴阻擋層可將空穴局限於發光層中，使得空穴和電子在發光層內結合的機率大幅提高，進而提升元件的發光效率。
圖1表示本發明的有機電激發光元件的剖面示意圖；圖2表示本發明的有機電激發光元件中亮度與發光效率的關係圖；圖3表示本發明的有機電激發光元件中色坐標與電壓的關係圖。
具體實施例方式
以下結合附圖，並以實施例詳細說明本發明的有機電激發光元件的原理及特點。
一般的電激發光機制中，光的呈現方式有兩種，一種是激發態電子自旋結構為單重態(Singlet)，另一種是激發態電子自旋結構為三重態(Triplet)。當激發態電子自旋結構為單重態時，所釋放出來的光稱為螢光(Fluorescence)，其結構為S1→S0+hv當激發態電子自旋結構為三重態時，所釋放出來的光稱為磷光(Phosphorescence)，其結構為T1→S0+hv電激發光的外部量子效率ψEL＝xψfηrηe。其中，x為激發態電子自旋量子數；ψf為電荷注入發光層效率；ηr為電子和空穴再結合效率；而ηe為光子的轉換效率。
在激發態電子自旋結構為單重態的情況下，電子自旋量子數x為0.25，假設整個發光過程的各種效率均為100％，則實際可得到最大的外部量子效率只有25％。相反的，在激發態電子自旋結構為三重態的情況下，電子自旋量子數x為0.75，假設整個發光過程的各種效率均為100％，則實際可得到最大的外部量子效率將可高達75％。由上述可知，使用磷光材料作為發光材料將可獲得較高的發光效率。
本實施例的有機電激發光元件是利用磷光材料來發光的，從而獲得較佳的發光效率。此外，本實施例針對現有的兩種發光方式的缺點進行改進，進而改善發光效率(cd/A)隨著電壓或電流的增加快速衰減、色坐標隨著亮度上升發生改變，以及亮度與發光效率不好等問題。
圖1表示本發明的較佳實施例的有機電激發光元件的剖面示意圖。如圖1所示，本實施例的有機電激發光元件主要設在一塊基板100上，此基板100例如為玻璃基板、塑料基板及柔性(flexible)基板等透明基板。基板100上配置有陽極層102、發光層104、陰極層106、空穴注入層108(Hole Injecting Layer，HIL)、空穴傳導層110(HoleTransporting Layer，HTL)、電子注入層112(Electron InjectingLayer，EIL)、電子傳導層l14(Electron Transporting Layer，ETL)，以及空穴阻擋層116(Hole Blocking Layer，HBL)。然而，本領域的技術人員可以知道，上述的空穴注入層108、空穴傳導層110、電子注入層112、電子傳導層114以及空穴阻擋層116可視需求而省略其配置。
以下針對上述各膜層的相對位置、型態以及材質作進一步的說明。基板100上的陽極層102例如為多個條狀的透明電極，其材質例如為銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁鋅氧化物等透明材質；空穴注入層108覆蓋於陽極層102上，其材質例如為CuPc、m-MTDATA等材料；空穴傳導層110配置於空穴注入層108上，其材質例如為NPB、TPD、TCTA等具有三苯基胺架構的材料。
發光層104配置於空穴傳導層110上，發光層104是摻雜有空穴傳導材料104b以及具有磷光性質的有機材料104a。其中，有機材料104a例如是小分子的有機材料或是高分子的有機材料，其材質例如為具有Isoquinoline取代基的銥絡合物；空穴傳導材料104b例如為NPB、TPD、TCTA等具有三苯基胺結構的材料。此外，發光層104內空穴傳導材料與磷光材料的摻雜濃度例如是40％～60％重量百分比之間。
空穴阻擋層116配置於發光層104上，其材質例如為BCP、Balq、TAZ、TPBI等，此空穴阻擋層116主要功能是將空穴局限在發光層104中，以增進發光效率；電子傳導層114配置於空穴阻擋層116上，其材質例如為A1Q、BeBq2等金屬絡合物及PBD、TAZ、TPBI等雜環化合物；電子注入層112配置於電子傳導層114上；陰極層106配置於電子注入層112上，陰極層106例如為多個條狀之金屬電極，而其材質例如為鋁、鈣、鎂銀合金等導體材料。
以下針對有機電激發光元件的發光機制進一步說明。在有機電激發光元件的陽極層102與陰極層106連接至一定電壓之後，由於電場的作用，電子會由陰極層106注入到發光層104的LUMO層而形成負粒子，空穴則會由陽極層102注入到發光層104的HOMO層而形成正粒子。正粒子與負粒子分別往相對方向移動，在發光層104內結合形成單態激子(exciton)，發光層104內部分的單態激子會以電激發光的方式釋放出多餘能量以回到基態。
本實施例中，由於空穴傳導材料104b與具有磷光性質的有機材料104a相比具有較低HOMO，故未與電子結合(recombination)的多餘空穴便會被阻陷(trap)在發光層104中的空穴傳導材料104b內，發生所謂空穴俘獲(Hole trapping)的情形。由於空穴俘獲的緣故，被限制在發光層104中的空穴與電子在此結合的機率增加(單態激子形成的機率增加)，故本實施例可利用摻雜於發光層104中的空穴傳導材料104b來限制空穴的位置，進而達到改善磷光材料的色坐標、降低發光效率的衰減率、提高發光效率與亮度等目的。除此之外，本實施例的色坐標並不會隨著電壓的上升而大幅改變。
圖2表示本發明的較佳實施例的有機電激發光元件中亮度與發光效率的關係圖，而圖3圖表示本發明的較佳實施例的有機電激發光元件中色坐標與電壓的關係圖。由圖2所示可知，本實施例可使得元件的發光效率達到最高，且令元件的發光效率衰減率降低。而由圖3可知，本實施例的色坐標並不會因電壓的上升而有大幅度的改變。
以上所述只是本發明的有機電激發光元件的較佳實施例，並不構成對本發明的實質技術內容範圍的限制。本發明的有機電激發光元件其實質技術內容廣義地定義於本發明的權利要求書中，任何他人所完成的技術實體或方法，若與本發明的權利要求所定義的完全相同，或為等效的變更，均被視為涵蓋於本發明的保護範圍中。
權利要求
1.一種有機電激發光元件，其特徵在於，包括基板；陽極層，配置於該基板上；發光層，配置於該陽極層上，其中該發光層為摻雜有空穴傳導材料與磷光材料的有機材料，且該空穴傳導材料與該磷光材料的摻雜濃度介於40％～60％重量百分比之間；空穴阻擋層，配置於該發光層上；陰極層，配置於該空穴阻擋層上。
2.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該基板為透明材質。
3.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該陽極層包括多個條狀的透明電極。
4.如權利要求3所述的有機電激發光元件，其特徵在於，這些透明電極的材質包括銦錫氧化物、銦鋅氧化物及鋁鋅氧化物至少其中之一。
5.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該有機材料包括小分子的有機材料。
6.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該有機材料包括高分子的有機材料。
7.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該有機材料包括具有Isoquinoline取代基的銥絡合物。
8.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該空穴傳導材料包括NPB、TPD及TCTA等具有三苯基胺結構的材料至少其中之一。
9.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該空穴阻擋層的材質包括BCP、Balq、TAZ及TPBI至少其中之一。
10.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該陰極層包括多個條狀的金屬電極。
11.如權利要求10所述的有機電激發光元件，其特徵在於，這些金屬電極的材質包括鋁、鈣、鎂銀合金至少其中之一。
12.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，它還包括一個空穴注入層，該空穴注入層配置於該陽極層與該發光層之間。
13.如權利要求12所述的有機電激發光元件，其特徵在於，還包括一個空穴傳導層，該空穴傳導層系配置於該空穴注入層與該發光層之間。
14.如權利要求13所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該空穴注入層的材質包括CuPc、m-MTDATA等材料至少其中之一。
15.如權利要求13所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該空穴傳導層的材質包括NPB、TPD及TCTA等具有三苯基胺結構的材料至少其中之一。
16.如權利要求1所述的有機電激發光元件，其特徵在於，還包括一個電子傳導層，該電子傳導層系配置於該空穴阻擋層與該陰極層之間。
17.如權利要求16所述的有機電激發光元件，其特徵在於，還包括一個電子注入層，該電子注入層系配置於該電子傳導層與該陰極層之間。
18.如權利要求17所述的有機電激發光元件，其特徵在於，該電子傳導層的材質包括AlQ、BeBq2等金屬絡合物及PBD、TAZ、TPBI等雜環化合物至少其中之一。
19.一種發光層，適於配置於有機電激發光元件中，其特徵在於，該發光層為摻雜有空穴傳導材料與磷光材料的有機材料，且該空穴傳導材料與該磷光材料的摻雜濃度介於40％～60％重量百分比之間。
20.如權利要求19所述的發光層，其特徵在於，該有機材料包括小分子的有機材料。
21.如權利要求19所述的發光層，其特徵在於，該有機材料包括高分子的有機材料。
22.如權利要求19所述的發光層，其特徵在於，該有機材料包括具有Isoquinoline取代基的銥絡合物。
23.如權利要求19所述的發光層，其特徵在於，該空穴傳導材料包括NPB、TPD及TCTA等具有三苯基胺結構的材料至少其中之一。
24.如權利要求19所述的發光層，其特徵在於，該空穴阻擋層的材質包括BCP、Balq、TAZ及TPBI至少其中之一。
全文摘要
一種有機電激發光元件，主要由基板、陽極層、發光層、空穴阻擋層以及陰極層所構成。其中，陽極層配置於基板上；發光層配置於陽極層上；空穴阻擋層配置於發光層上；而陰極層配置於空穴阻擋層上。此外，上述發光層為摻雜有空穴傳導材料與磷光材料的有機材料，且空穴傳導材料與磷光材料的摻雜濃度介於40％～60％重量百分比之間。
文檔編號H05B33/26GK1505447SQ02153039
公開日2004年6月16日 申請日期2002年11月29日 優先權日2002年11月29日
發明者李勇志, 陳維恕, 廖啟智, 李君浩 申請人:錸寶科技股份有限公司