包含有機層的發光元件的製作方法

2023-05-18 10:37:26 1

專利名稱：包含有機層的發光元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及帶有有機層的發光元件，特別是按權利要求1前序部分所述的有機發光二極體。
自從1987年Tang等人[C.W.Tang eta1.Appl.Phys.Lett.51(12)，913(1987)]演示低工作電壓以來，有機發光二極體成為實現大面積顯示器大有希望的候選對象。有機發光二極體由有機材料順序排列的薄膜(典型的是1nm至1μm)層組成，優選真空蒸鍍或者在其聚合狀態下離心塗鍍。在將電接通金屬層後，它們形成各種各樣的電子或者光電子元件，例如像二極體、發光二極體、光敏二極體和電晶體，它們利用自身的特性與建立在無機層基礎上的元件競爭。
在有機發光二極體(OLEDs)中，通過從接觸中向連接的有機層中注入載流子(電子從一面，空穴從另一面)，由於外面施加的電壓，在作用區域內緊接著形成激子、(電子-空穴對)，並且這些激子發光複合產生光並由發光二極體發出。
這種有機基上的元件與無機基上(如矽、鎵砷化物半導體)的傳統元件相比的優點在於，可以製成非常大面積的元件，也就是大的顯示元件(螢光屏、屏幕)。有機原材料與無機材料相比相當便宜(材料費和能源費更低)。此外，由於這些材料的工藝溫度低於無機材料，可以塗覆在揉性的基質上，為顯示器和照明技術開闢了一系列新型用途。
這種元件的基本結構是設置以下一個或者多個層1.載體、基質，
2.基極、注入空穴(正極)，大部分透明，3.注入空穴層，4.輸送空穴層(HTL)，5.發光層(EL)，6.輸送電子層(ETL)，7.注入電子層，8.覆面電極，大部分為低逸出功的金屬，注入電子(負極)，9.封裝，用於消除環境影響。
這是最普遍的情況，大多數情況下省略幾個層(2、5和8除外)，或者一個層組合多個特性於一身。
US 5.093.698公開了空穴導電和/或者電子導電層摻雜其他有機分子，以便提高其電導率。但是沒有對這種方法進一步研究。
為提高OLEDs的電特性(主要是工作電壓和發光效率)公開的其他方法為1)改進發光層(新型材料)[Hsieh等，US 5.674.635]，2)用矩陣材料和摻雜物製造發光層，其中，從矩陣向摻雜物進行能量傳遞，激子的發光複合僅在摻雜物上進行[Tang等，US4.769.292，US 5.409.783，H.Vestweber，W.Rieβ「高效和穩定有機發光二極體」，「合成金屬」91(1997)，pp181-185]，3)兼具多種有益特性(導電性、層形成)的聚合(可離心塗鍍)或者低分子(可蒸鍍)材料，或從不同材料混合中製造這種材料(主要是在聚合層情況下)[Mori等，US 5.281.489]4)通過使用帶有分階段調整其能量位置的多個層或者使用多種物質的相應混合物改進載流子向有機層中的注入[Fujii等，US5.674.597，US 5.601.903，Sato等，US 5.247.226，Tominaga等，Appl.Phys.Lett.70(6)，762(1997)，Egusa等，US 5.674.597]，5)通過將傳輸層與更適合的材料混合改進傳輸層的傳輸特性。在此方面，例如在摻雜物/混合物上的空穴層中進行傳輸(與上述矩陣材料分子上傳輸載流子的摻雜不同[Y.Hamada等，EP 961 330 A2])。
與長期以來實踐中廣泛應用的無機材料基上的發光二極體不同，有機元件迄今為止必須在很高的電壓下工作。此方面的原因在於，載流子從接觸中向有機層中的注入很差和載流子傳輸層的導電性和移動性較差。在接觸材料/載流子傳輸層界面上形成電勢阻擋，顯著提高了工作電壓。作為補救，可以使用帶有較高能量級(＝較低逸出功)的接觸材料，用於向鄰接的有機層中注入電子，像US 5.093.698圖示介紹的那樣，或者使用帶有較低能量級(較高逸出功)的接觸材料，用於向鄰接的有機層中注入空穴。在第一種情況下，相應金屬的極不穩定性和反應性是不利的，在第二種情況下，這些接觸材料的透明度很低是不利的。因此，在實踐中目前幾乎僅將銦-錫氧化物(ITO)作為空穴的注入接觸使用(透明惡化的半導體)，但是其逸出功始終過小。為電子注入使用像鋁(Al)這樣的材料，Al與鋰氟化物(LiF)、鎂(Mg)、鈣(Ca)薄塗層組合，或者使用鎂(Mg)和銀(Ag)的混合層。
US 5.093.698介紹了摻雜載流子傳輸層的應用(HTL通過混合受主型分子p-摻雜，ETL通過混合施主型分子n-摻雜)。這種意義上的摻雜，是指通過向該層中混合摻雜物質，提高該層中相同重量載流子濃度，與由兩種相關物質之一構成的純層相比，表現出從鄰接的接觸層向該混合層內導電性得到提高，載流子注入更好。然後載流子的傳輸始終在矩陣分子上進行。按照US 5.093.698的方法，摻雜層作為與接觸材料的界面上的注入層使用，其間(或者在僅使用一個摻雜層情況下，短時間內進行其他接觸)有發光層。根據通過摻雜提高的相同重量載流子密度和與此相關的帶彎曲，載流子注入變得容易。有機層能量位置(HOMO-最高佔用分子能量級或者最高能量的價電子帶能，LUMO-最低未佔用分子能量級或者最低能量的導帶能量)按照US5.093.698的方法這樣設置，使無論是ETL的電子還是HTL的空穴可以無其他阻擋地注入EL中，它要求HTL-材料的電離能非常高，ETL-材料的電子親合性非常低。但是這種類型的材料很難摻雜，因為需要極強的受主或施主，以至於採用實際可供使用的材料時這些條件不能在兩側上完全得到滿足。如果使用不能滿足該條件的HTL-或ETL-材料，在施加電壓時，傳輸層中的載流子會聚集在與發射層(EL)的界面上。這種聚集原則上有利於激子在界面上不發光複合，例如通過形成激發(它們由HTL或ETL中的載流子和EL中的反向載流子組成)。這樣的激發複合時不發光，以至於激發形成是一種不發光的複合作用原理。如果使用摻雜的HTL或ETL，會使激發形成的問題更為嚴重，因為在摻雜的材料中德拜屏蔽長度非常小，因此在界面上直接出現非常高的載流子密度。此外，EL附近的摻雜物例如通過福斯特傳輸會導致螢光消除。
OLEDs內為改善各自發光層中載流子平衡的阻擋層從該文獻中有所公開。其功能在於阻止載流子離開發光層。因此，發射極層中電子情況下的條件是，電子阻擋層(處於發射極層和空穴傳輸層之間)的LUMO明顯高於發射極層的LUMO，並且阻擋層必須這樣厚，從而不再存在電子進入下一個空穴傳輸層的隧道。HOMOs能量的論證同樣適用於發射極層的這些空穴。對此例如可以找到的有M.-J.Yang和T.Tsutsui「在高效有機發光裝置中使用聚(9-乙烯咔唑)作為銥複合基質材料」，刊於「Jpn.J.Appl.Phys.」39(2000)，Part2，No.8A，pp.L828-L829；R.S.Deshpande等人的「內層連續能量傳輸基礎上白色發光有機電致發光基質」，刊於「Appl.Phys.Lett.」75(1999)7，pp.888-890；M.Hamaguchi和K.Yoshino「在包含電子-阻擋層的多層聚合物電致發光基質中發射色度的變化」，刊於「Jpn.J.Appl.Phys.」35(1996)，Partl，No.9A，pp.4813-4818。對於製造專用藍色OLEDs來說，選擇適當的阻擋層和由此限制可能的發射區具有特別的意義。
提出有機發射極材料和帶有低電離能的無摻雜傳輸材料之間激發形成的文獻有K.Itano等人的「有機固態界面上的激發形成使用帶有低電離電勢的綠色螢光三(8-喹啉)鋁和空穴傳輸分子材料的有機發光二極體中發射黃光」，刊於「Appl.Phys.Lett.」72(1998)6，pp.636-638；T.Noda等人的「使用異常發射無定形分子材料發射藍光的有機電致發光裝置，5.5′-bis(Dimesitylboryl)-2.2′-bithiophene」，刊於「Adv.Mater.」11(1999)4，pp.283-285。在最後的文獻中提出使用阻擋層來降低這種效應，當然，與摻雜的傳輸層並無聯繫。原則上難以選擇的是，帶有低位HOMO的材料很難p-摻雜，但帶有高位HOMO的材料在與發射層的界面上有利於激發形成，該專業文獻迄今為止沒有認識到這一兩難境地。與此相應，也沒有發現提出解決這一問題的專利。
本發明的目的在於，提供一種摻雜載流子傳輸層基上的發光元件，它可以採用減少了的工作電壓工作並具有提高了的發光效果。
依據本發明，該目的在與權利要求1前序部分所述特徵的結合下由此得以實現，即在摻雜的載流子傳輸層和發光層之間具有有機材料的阻擋層，其中，特別是通過在與發射極層的界面上形成激發，防止不發光的複合線路出現。元件最好這樣由此實現，即阻擋層的能量位置、載流子傳輸層和發射極層按如下相互配合(參見參考符號表和圖3)a)p-摻雜空穴傳輸層(2)和空穴側阻擋層(3)的條件EVp＞EVblockp(空穴的注入層和傳輸層的最高佔用的分子能量級(價電子能量級中，HOMO＞空穴側阻擋層的HOMO能量)，b)n-摻雜電子傳輸層(2′)和電子側阻擋層(3′)的條件ECn＜ECblockn(電子的注入層和傳輸層的最低未佔用的分子能量級(導帶或LUMO＜電子側阻擋層的LUMO能量)，c)空穴側阻擋層(3)和發光層(4)的條件EVblockp-EVel＜0.3eV(空穴側阻擋層的HOMO能量-發光層的HOMO能量＜0.3eV)，d)電子側阻擋層(3′)和發光層(4)的條件ECblockn-ECel＞-0.3eV(電子側阻擋層的LUMO能量-發光層的LUMO能量＞-0.3eV)。
所說的數值在元件的工作溫度下始終會相差幾個kT(幾個kT是指最多5kT，也就是室溫下約5*25meV)。
載流子傳輸層通過有機或者無機物質(摻雜物)的混合進行摻雜。多數載流子傳輸狀態的能量位置這樣選擇，在給定摻雜物時可以有效摻雜(儘可能完整地從矩陣向摻雜物電荷轉換)。阻擋層依據本發明處於元件的載流子傳輸層和發光層之間，其中將通過元件的電流注入的載流子的電能轉換成光。阻擋層的物質依據本發明這樣選擇，在根據其能量級施加電壓(在工作電壓的方向上)時，在與發光層的界面上的阻擋層中不出現多數載流子(HTL-面空穴，ETL-面電子)的聚集。為在追求有效摻雜性的同時實現這一條件，允許從傳輸層向阻擋層中注入載流子的能量阻擋。
就此而言，這種方法與Ogura等人在專利文獻EP 1017118A2中介紹的明顯不同該文獻中列舉的實施例沒有滿足上述條件。與此相應，那裡提及的發光二極體無論是工作電壓還是效率，都明顯差於我們介紹的實施例。專利文獻EP 1017118A2中提出的阻擋層的作用僅是阻止注入少數載流子。我們提出的阻擋層也可以滿足這種功能，因此它另外還可滿足這種條件，即將少數載流子有效攔截在發光層/阻擋層的邊界層上。因此，在元件的一優選實施中，阻擋層和發射極層的能量級滿足下列條件a)空穴側阻擋層(3)和發光層(4)的條件ECblockp＞ECel(空穴側阻擋層的LUMO能量＞發光層的LUMO能量)，b)電子側阻擋層(3′)和發光層(4)的條件EVblockn＜EVel(電子側阻擋層的HOMO能量＜發光層的HOMO能量)。
此外，本專利元件具有優點的是，摻雜的傳輸層的帶空位可以選擇的這樣大，從而在阻擋層即使薄得可以產生隧道效應的情況下也不可能從發光層向摻雜的傳輸層中注入少數載流子。
這一點依據本發明通過滿足下列條件得以實現a)p-摻雜的空穴傳輸層(2)和發光層(4)的條件ECp＞ECel(空穴的注入層和傳輸層的LUMO能量＞發光層的LUMO能量)，b)電子側阻擋層(2′)和發光層(4)的條件EVn＜EVel(電子的注入層和傳輸層的HOMO能量＜發光層的HOMO能量)。
依據本發明OLED結構的一具有優點的實施方式包括下列層1.載體、基質，2.基極、注入空穴(陽極＝正極)，最好透明，3.注入和傳輸p-摻雜空穴的層，4.空穴側的阻擋層(典型地薄於第三點的p-摻雜層)，由一種材料構成，其帶位置與環繞它的層的帶位置相配合，5.發光層，6.更薄的電子側阻擋層，由一種材料構成，其帶位置與環繞它的層的帶位置相配合，7.注入和傳輸高n-摻雜電子的層，8.覆面電極，大部分為低逸出功的金屬，注入電子(陰極＝負極)，9.封裝，用於消除環境影響。
阻擋層的物質依據本發明這樣選擇，在根據其能量級施加電壓(在工作電壓的方向上)時，它們可以將載流子有效注入發光層(EL)中，並在與EL的界面上不會出現像激發形成這樣的不發光的複合過程，但是EL的載流子不會注入所稱的第二個層。這意味著，阻擋層的物質依據本發明這樣選擇，在根據其能量級施加電壓(在工作電壓的方向上)時，它們將多數載流子(空穴側空穴，電子側電子)大多數攔截在摻雜載流子傳輸層/阻擋層的邊界層上，但將少數載流子有效地攔截在發光層/阻擋層的邊界層上。
在本發明的意義上也可以僅使用一個阻擋層，因為注入和傳輸的層與發光層的帶位置在一側上已經相互配合。也可以只在一側(空穴導電或者電子導電側)摻雜。此外，第3和第7層中載流子注入和載流子傳輸的功能可以分配到其中至少有一個層摻雜的多個層上。克分子的摻雜濃度典型地處於1∶10至1∶10000的範圍內。如果摻雜物大大小於矩陣分子，在特殊情況下層中也可以有更多的摻雜物超過矩陣分子的數量(至5∶1)。摻雜物可以是有機的或者無機的。阻擋層的典型層厚度處於1nm至20nm範圍內，但也可以更厚些。阻擋層典型地薄於其相應鄰接的摻雜層。阻擋層的層厚度必須足夠大，以便防止相應鄰接的摻雜層中物質的電荷分子和電致發光層中的電荷分子之間形成激發並通過摻雜物消除發光。
依據本發明的工作性能可作如下概括為了有機傳輸材料(這裡只對空穴側進行闡述，電子側與此相似，只需對概念HOMO和LUMO進行置換)能夠有效地p-摻雜，其電離電勢必須相當小，由此在傳輸層和發射極層之間產生較大的HOMO-距離。有效摻雜的結果是，所有摻雜物在層內完全電離(在p-摻雜的情況下，摻雜物，受主，全部負極電荷)。因此，再也不可能從發射極層向傳輸層的摻雜物注入電子。對在有效摻雜下不再存在的缺陷，即傳輸層中無電荷的摻雜物，在Ogura等人的專利文獻EP 1017118A2中得到探討。在那裡，它是通過用於阻止從發射極層向空穴傳輸層注入電子的阻擋層得到解決。
與此相反，在這裡提出的解決方案中，阻擋層選擇的極薄，因為它主要是阻止激發形成，但不必是載流子的隧道阻擋層(與Ogura等人的專利文獻EP 1017118A2的區別)。
下面，藉助實施例對本發明作詳細說明。其中

圖1示出理論上理想的摻雜OLED的結構圖2示出實踐上存在的無阻擋層的摻雜的OLED圖3示出帶阻擋層的摻雜的OLED圖4示出帶阻擋層僅在空穴側上摻雜的OLED圖1中示出理論上理想的結構，組成包括陽極(EA)、高p-摻雜的空穴注入層和傳輸層(EVp，ECp，EFp)、電致發光層(EVel，ECel，EFel)、高n-摻雜的電子注入層和傳輸層(EVn，ECn，EFn)和陰極。利用施加的電壓(陽極正極性)，在發光層的方向上，空穴從陽極，電子從陰極注入。因為對p-摻雜層與發光層界面上的空穴沒有出現阻擋(EVp＞EVel)，對n-摻雜層與發光層界面上的電子同樣沒有阻擋(ECn＞ECel)，以及在發光層與p-摻雜層或n-摻雜層的界面上對電子或空穴形成高阻擋(ECel＜ECp或EVel＞Evn)，載流子(電子和空穴)聚集在發光層中，有效形成激子並可以發光複合。事實上，帶有上述參數的層組合至今沒有找到，也許永遠也不會找到，因為這些層不得不兼有大量部分相反特性。可實現的層結構如圖2(圖示帶位置)所示。
迄今為止公知的對有機材料p-摻雜的有機受主(Tetra-fluoro-tetracyano-chinodimethan F4-TCNQ)，可以根據其帶位置ECpdot有效摻雜帶有價電子能量級位置約EVp＝-5.0…-5.3eV的材料。製造電致發光所用的大部分材料，鋁-trisquinolinate(Alq3)，具有EVel＝-5.65eV的價電子能量級位置。因此，在p-摻雜層中導電的空穴在與電致發光層的界面上受到阻擋(EVp＞EVel)。這同樣適用於n-摻雜層和發光層之間的界面(ECn＜ECel)，因為綠色或者藍色發射極材料的導帶距價電子能量級非常遠(大的帶空位ECel-EVel)。但為了根本上達到良好的轉換效果，在發光層向電子的p-導電層和發光層向空穴的n-導電層過渡上的帶位置必須這樣獲得，使電子或空穴在那裡也受到有效阻擋(ECel＜ECp或EVel＞EVn)，如前面對理論上理想的情況所介紹的那樣。由此得出，在施加電壓時，載流子聚集在摻雜層與發光層的界面上。在向界面的兩側上反向加荷聚集時，例如通過形成激發，增加出現了不發光的複合過程，再次降低了電能轉換成光能的效果。利用帶有這種層結構的LED可以通過摻雜降低工作電壓，但卻損害了轉換效果。
依據本發明，通過帶有與阻擋層結合下摻雜注入層和傳輸層的OLEDs，避免了迄今為止結構的缺陷。圖3示出相應的設置。
在這裡，在空穴注入層和空穴導電層與發光層之間有另外一層，空穴側的阻擋層。選擇該層最主要的條件是EVblockp-EVel＜0.3eV，由此，空穴導電阻擋層/發光層界面上的空穴沒有受到阻擋。此外必須ECblockp＞ECe1，由此，電子不會離開發光層。在電子側上也必須與此相似並帶有相同自變數ECblockn-ECel＞-0.3eV和EVblockn＜EVel。因為對實際材料來說，只有在EVp＞EVel和ECn＜ECel情況下才能有效摻雜，此時，空穴在p-摻雜層-空穴側阻擋層的界面上和發光層/電子側阻擋層的界面上受到較弱阻擋，電子在n-摻雜層與電子側阻擋層的界面上和發光層與空穴側阻擋層的界面上受到較弱阻擋。因此，不同極性的載流子分別通過阻擋層的厚度在空間上分離。因為這種分離通過幾個分子單一位置已經非常有效地阻止激發形成，所以幾nm的非常小的層厚度對阻擋層來說就足夠了。這種設置的另一個優點是，發光層中激子的附近不再有摻雜物，從而不會通過摻雜物產生電致發光的消除。
這種設置具有下列優點·在低電壓情況下發光層中就已經形成兩種類型的高載流子密度，·陽極和陰極的載流子極好地注入p-和n-摻雜的載流子傳輸層，·摻雜層中極好的導電性，·由於其很小的厚度，阻擋層中只有很小的電壓損耗，·由於不同極性的載流子空間上分離，不形成激發，·不會通過摻雜物猝熄。
這些優點共同為帶有這種層結構的OLEDs在低工作電壓下產生較高的轉換效果。在此方面，也可以為發光層使用文獻中公開的提高激子複合效率的混合層，或者使用同樣公開的具有更高量子效率的發磷光的材料系。
依據本發明，也可以使用在與上述阻擋層(只一層)組合下只在一側上(空穴或者電子側)摻雜的層(圖4)。
依據本發明的層順序必然導致分段提高空穴側上的傳輸級EA＜EVp＜EVblockp或相反，分段降低電子側上的傳輸級EK＜ECn＜ECblockn。依據本發明結構(如上所述)中的能量關係出於下列原因這樣選擇從接觸向傳輸層的注入阻擋問題通過在摻雜層中帶彎曲並由此通過隧道注入得到解決，從而能量級對此並不重要。所要摻雜的層的能量級由於可供使用的摻雜物的濃度有限作如上所述的選擇，而阻擋層能量級的作用是阻止激發形成。
作為優選的實施例，這裡提供一種解決方案，其中，只在空穴側上使用p-摻雜的注入層和傳輸層與阻擋層的組合。OLED具有下列層結構1.陽極銦-錫氧化物(ITO)2.P-摻雜層100nm「星爆炸」TDATA501摻雜F4-TCNQ3.空穴側阻擋層10nm三苯二胺(TPD)4.電致發光層和(在這種情況下)傳統的電子導電層65nm Alq35.陰極1nm與鋁組合下的LiF(LiF改善接觸上的注入)。
混合層(2.)在混合蒸鍍的真空中採用蒸鍍工藝製造。原則上這些層也可以通過其他方法製造，例如物質的依次蒸鍍，利用隨後可以對物質進行溫度控制的相互滲透進行；或者通過其他方法(例如離心塗鍍)將已經混合的物質真空內或者真空外進行塗覆。阻擋層同樣在真空下蒸鍍，但也可以採用其他方法製造，例如通過在真空內或者真空外離心塗鍍。
HOMO和LUMO-能量的能量位置為1.ITO逸出功EA≈-4.6eV(非常依賴製造)2.TDATAEVp＝-5.1eV，ECp≈-2.6eV3.TPDEVblockp＝-5.4eV，ECblockp＝-2.3eV4.Alq3EVel＝-5.65eV，ECel＝-2.9eV5.AlEK＝-4.3eV在這種設置中，滿足了EVblockp-EVel＜0.3eV(0.25eV差值)和ECblockp＞ECel(0.6eV)，以及Evp＞EVblockp(0.3eV)的要求。在這一優選的實施例中，空穴傳輸層(TDATA ECp)的LUMO明顯高於(0.3eV)發射極層(Alq3ECel)的LUMO。這一點並非一定是絕對必要的，但是具有優點，以便不會有電子從發射極層穿過薄阻擋層的隧道進入空穴傳輸層。這種OLED在3.4V時具有100cd/m2的電致發光，效率為5cd/A。採用無摻雜層TDATA在約7.5V時才能取得100cd/m2。在上述的但無TPD-阻擋層的OLED中的參數為8V時達到100cd/m2，效率差了10個因數！這一實施例表明，摻雜傳輸層和阻擋層的組合在工作電壓和發光效率方面非常有效。
依據本發明元件的另一實施例，在發射極層再額外摻入少量(0.1-50％)的發光顏料(這種混合在文獻中也稱為摻雜-但不是本專利意義上的摻雜，因此混合稱為發射極摻雜物)。在上述實施例中，它們可以是Alq3中的喹吖酮或者三重線-發射極，像TCTA(tris(carbazolyl)-triphenylamine，三咔唑基-三苯基胺)、BCP(Bathocuproine，浴銅靈)、CBP(dicarbazole-biphenyl，二咔唑基-聯苯)等矩陣材料中的Ir(ppy)3(tris(2-phenylpyridine)iridium，三(2-苯基吡啶)銥)。對於三重線-發射極來說，發射極摻雜物的濃度通常高於1％。對於這種材料組合來說，必須通過阻擋層阻止阻擋層材料和發射極摻雜物之間形成激發。只要像多數載流子那樣可以直接(即使在阻擋層分子和發射極摻雜物分子上的電子-空穴對沒有激發形成情況下)過渡到發射極摻雜物狀態，阻擋層材料和矩陣材料分子上的電子-空穴對就有可能形成激發，因此要阻止阻擋層分子/矩陣分子上形成激發。因此，作為阻擋層連接在發光層上的能量條件，發射極摻雜物的HOMO和LUMO-能級的位置是決定性的a)空穴側阻擋層(3)和帶發射極摻雜物的發光層(4)的條件EVblockp-EVeldotand＜0.3eV(空穴側阻擋層的HOMO能量-發光層中發射極摻雜物的HOMO能量＜0.3eV)，b)電子側阻擋層(3′)和帶發射極摻雜物的發光層(4)的條件ECblockn-ECel＞-0.3eV(電子側阻擋層的LUMO能量-發光層中發射極摻雜物的LUMO能量＞-0.3eV)。
參考符號表EA陽極的逸出功EVp空穴注入層和傳輸層最高佔用的分子能量級(價電子能量級中，HOMO)ECp空穴注入層和傳輸層最最低未佔用的分子能量級(導帶或LUMO)ECpdotp-摻雜材料(受主)的LUMO能量EFpp-摻雜層的費米能級EVblockp空穴側阻擋層的HOMO能量ECblockp空穴側阻擋層的LUMO能量EFblockp空穴側阻擋層的費米能級EVel發光層的HOMO能量ECel發光層的LUMO能量EFel發光層的費米能級EVblockn電子側阻擋層的HOMO能量
ECblockn電子側阻擋層的LUMO能量EFblockn電子側阻擋層的費米能級EVn電子注入層和傳輸層的HOMO能量ECn電子注入層和傳輸層的LUMO能量EVndotn-摻雜材料(施主)的HOMO能量EFn電子注入層和傳輸層的費米能級EK陰極的逸出功1- 陽極2- 空穴傳輸層2′- 電子傳輸層3- 空穴側阻擋層3′- 電子側阻擋層4- 發光層5- 陰極6- 電子傳輸和發光層
權利要求
1.一種帶有有機層的發光元件，特別是有機發光二極體，由至少一個摻雜的載流子傳輸層(2)、一個發光層(4)和接觸層(1，5)組成，其特徵在於，在載流子傳輸層(2)和發光層(4)之間具有由有機材料構成的阻擋層(3)。
2.如權利要求1所述的元件，其特徵在於，該元件的組成包括注入空穴的陽極(1)，用於從有機主要物質和受主型摻雜物質中空穴導電的空穴傳輸層(2)，空穴側第一個有機阻擋層(3)，發光層(4)，電子側第二個有機阻擋層(3′)，用於從有機主要物質和施主型摻雜物質中電子導電的電子傳輸層(2′)，以及用於注入電子的陰極(5)。
3.如權利要求1或2所述的元件，其特徵在於，陽極(1)和陰極(5)為金屬。
4.如權利要求1至3所述的元件，其特徵在於，層順序由空穴傳輸層(2)、阻擋層(3)和發光層(4)幾部分多次組成。
5.如權利要求1至4所述的元件，其特徵在於，發光層由多個層組成。
6.如權利要求1至5所述的元件，其特徵在於，在陽極(1)和空穴傳輸層(2)之間和/或者在電子傳輸層(2′)和陰極(5)之間分別具有改善接觸的層。
7.如權利要求1至6所述的元件，其特徵在於，空穴傳輸層(2)和/或者電子傳輸層(2′)中的混合物的克分子濃度根據摻雜分子與主要物質分子的比例處於1∶100000至5∶1的範圍內。
8.如權利要求1至7所述的元件，其特徵在於，空穴傳輸層(2)和/或者電子傳輸層(2′)和阻擋層(3，3′)的層厚度處於0.1nm至50μm範圍內。
9.如權利要求8所述的元件，其特徵在於，阻擋層(3；3′)薄於其相應鄰接的摻雜層。
10.如權利要求1至9所述的元件，其特徵在於，阻擋層(3；3′)在鄰接的能量位置方面這樣確定多數載流子絕大部分攔截在載流子傳輸層/阻擋層界面上；少數載流子攔截在發光層/阻擋層界面上。
11.如權利要求1至10所述的元件，其特徵在於，阻擋層(3；3′)的層厚度這樣確定，從而防止相應鄰接的傳輸層(2；2′)中物質的電荷分子和電致發光層中的電荷分子之間形成激發和通過摻雜物產生發光的消除。
12.如權利要求1至11所述的元件，其特徵在於，層的能量級按如下確定，a)EVp，ECp空穴導電混合層主要物質的最高佔用的能量級(相當於價電子能量級)或最低未佔用的能量級(相當於導帶)；b)EVblockp，ECb1ockp空穴側阻擋層的最高佔用的能量級(價電子能量級)或最低未佔用的能量級(導帶)；c)EVelp，ECelp(空穴注入面上)電致發光層的最高佔用的能量級(價電子能量級)或最低未佔用的能量級(導帶)；d)EVeln，ECeln(電子注入面上)電致發光層的最高佔用的能量級(價電子能量級)或最低未佔用的能量級(導帶)，其中，在僅由一個層構成的電致發光層的典型情況下適用EVelp＝EVeln，ECelp＝ECeln；e)EVblockn，ECblockn電子側阻擋層的最高佔用的能量級(價電子能量級)或最低未佔用的能量級(導帶)；f)EVn，ECn電子導電混合層主要物質的最高佔用的能量級(價電子能量級)或最低未佔用的能量級(導帶)；其中g)EVblockp-EVelp＜0.3eV；ECblockn-ECeln＞-0.3eV，h)ECblockp＞ECelp；EVblockn＜EVeln(室溫下大/小几個kT)i)如果EVp＞EVelp或ECn＜ECeln適用，EVp＞EVblockp或ECn＜ECblockn(室溫下大/小几個kT)也應適用。
13.如權利要求12所述的元件，其特徵在於，所述的能量級涉及層的連接狀態。
全文摘要
本發明涉及帶有有機層的發光元件，特別是有機發光二極體，由至少一個摻雜的載流子傳輸層(2)、一個發光層(4)和接觸層(1，5)組成，其特徵在於，在載流子傳輸層(2，2′)和發光層(4)之間具有由有機材料構成的阻擋層(3，3′)。載流子傳輸層的能量級依據本發明這樣選擇，從而可以有效摻雜，阻擋層的作用是，仍然要避免在與發光層的界面上產生不發光的複合過程。
文檔編號H01L51/50GK1475035SQ01819192
公開日2004年2月11日 申請日期2001年11月20日 優先權日2000年11月20日
發明者梅爾廷·法伊弗, 梅爾廷 法伊弗, 卡爾·萊奧, 萊奧, 揚·布洛赫維茨-尼默斯, 洛赫維茨-尼默斯, 周翔 申請人:諾瓦萊德有限公司