有機發光二極體及包含該有機發光二極體的顯示器的製作方法
2023-09-16 04:56:10 4
專利名稱：有機發光二極體及包含該有機發光二極體的顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機電激發光單元，特別是涉及一種有機發光二極體及包含該有機發光二極體的顯示器。
背景技術：
有機電激發光元件(organic electroluminescent devices or polymerelectroluminescent devices)自1987年起，柯達開發第一個高效率有機電激發光元件後，便引起業界的注意，由於有機電激發光元件具有高亮度、輕薄、自發光、低消耗功率、不需背光源、無視角限制、工藝簡易及高反應速率等優良特性，已被視為平面顯示器的明日之星。
電激發光的原理為一有機半導體薄膜元件，在外加電場作用下，電子與空穴分別由陰極與陽極注入，並在此元件中進行傳遞，當電子、空穴在發光層相遇後，電子及空穴再結合(recombination)形成一激發子(exciton)，激發子在電場作用下將能量傳遞給發光分子，發光分子便將能量以光的形式釋放出來。一般簡單的元件結構為在陽極(ITO，indium tin oxide)上蒸鍍空穴傳輸層(hole-transporting layer)，接著蒸鍍發光層(emitting layer)，再蒸鍍空穴阻擋層(hole-blocking layer)及電子傳輸層(electron-transporting layer)，最後於電子傳輸層上蒸鍍電極作為陰極。也有一些多層結構元件，是將適當的有機材料蒸鍍於陽極與空穴傳輸材料之間，當作空穴注入層(hole-injection layer)或是在陰極與電子傳輸材料之間，當作電子注入層(electron-injection layer)，藉以提高載流子注入效率，進而達到降低驅動電壓及增加載流子再結合機率。
傳統使用的發光層主體為有機金屬錯合物，並以Alq3最為常見，其光、熱安定性俱佳，然而，根據文獻報導，此類有機金屬錯合物在空穴過多的狀態下容易產生Alq3+，非常不穩定，為極容易劣化的物質，亦是導致元件壽命變短的元兇，而為有效解決元件壽命問題，可考慮從結構設計上來抑制Alq3+的形成。
文獻上用來解決Alq3+形成，增進元件壽命的方法，包括H.Aziz等人嘗試在空穴傳輸層中加入大量的空穴阻絕(hole-blocking)物質，希望能減少空穴傳送到發光層中Alq3的機率，或在發光層中混入空穴傳輸物質，希望讓發光層中的空穴與電子分別經由空穴傳輸物質與電子傳輸物質(即Alq3)再結合，抑制Alq3+的產生。另T.K.Hatwar等人亦嘗試將空穴捕捉(hole-trapping)物質小量摻雜(0.1～25％)於發光層及/或空穴傳輸層及/或電子傳輸層中，一樣可獲得類似的效果，然而，這些構想雖對抑制Alq3+的形成有些許幫助，但由於發光層主體仍為Alq3，因此效果有限。
發明內容
有鑑於此，本發明提供一種有機發光二極體，包括一陰極與一陽極，以及一發光層，設置於該陰極與該陽極之間，其包含一雙極化合物與一較少量摻雜於該雙極化合物的摻雜劑。
本發明還提供一種顯示器，包括一如上述的有機發光二極體，以及一驅動電路，耦接至該有機發光二極體，以驅動該有機發光二極體。
為使本發明的上述目的、特徵能更明顯易懂，以下配合附圖以及優選實施例，以更詳細地說明本發明。
圖1為本發明有機發光二極體結構的剖面示意圖。
圖2為本發明顯示器結構的上視圖。
圖3顯示本發明有機發光二極體的壽命量測結果。
簡單符號說明10～有機發光二極體；12～陽極；14～空穴注入層；16～空穴傳輸層；18～發光層；20～電子傳輸層；22～電子注入層；24～陰極；100～顯示器；120～有機發光二極體；140～驅動電路。
具體實施例方式
本發明提供一種有機發光二極體，包括一陰極與一陽極，以及一發光層，設置於陰極與陽極之間，其包含一雙極化合物與一較少量摻雜於雙極化合物的摻雜劑。
上述陰極與陽極中至少一者須為一透明電極，另一者可為透明或不透明電極，此即表示兩電極的材料可相同或不同，且其可為金屬或透明氧化物或其組合的單層或多層結構，其中金屬可為鋁、鈣、銀、鎳、鉻、鈦、鎂銀合金或鎂，透明氧化物可為氧化銦錫(ITO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅(ZnO)、氮化銦(InN)或氧化錫(SnO2)。
上述發光層的厚度大體介於50～2000埃。發光層中雙極化合物與摻雜劑的體積比大體介於90∶10～51∶49，優選比例為80∶20。
本發明提供了一種全新的發光層材料，其主體為電性上雙極性的化合物與少量的摻雜劑組成。在本發明中，雙極性材料指電子、空穴遷移率在1*10-7以上的材料，優選者為電子、空穴遷移率大於1*10-5的化合物，利用此發光層製成的有機發光二極體，其效能及壽命皆可有所提升。
雙極化合物可包括(anthracene)衍生物、芴(fluorene)衍生物、螺旋芴(spirofluorene)衍生物、芘(pyrene)衍生物、寡聚物或其混合物，其中 衍生物例如為9，10-雙-(2-萘基)(9，10-di-(2-naphthyl)anthracene，ADN)、2-(第三丁基)-9，10-雙-(2-萘基)(2-(t-Butyl)-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，TBADN)或2-(甲基)-9，10-雙-(2-萘基)(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，MADN)，芴(fluorene)衍生物例如為Ter(9，9-diphenylfluorene)或Ter(9，9-dinaphthylfluorene)，螺旋芴(spirofluorene)衍生物例如為2，7-bis[2-(4-tert-butylphenyl)pyrimidine-5-yl]-9，9』-spirobifluorene，芘(pyrene)衍生物例如為1，3，6，8-tetraphenylpyrene、1，3，6，8-tetra(o-methylphenyl)pyrene或1，3，6，8-tetra(2-naphthyl)pyrene。本發明所使用的雙極材料並不限於上述化合物，只要其電子、空穴遷移率在1*10-7以上者均適用於本發明。
摻雜劑可包括有機金屬錯合物，例如為Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))、BAlq3(Aluminum bis(2-methyl-8-quinolinato)phenolates)、Gaq3(Gallium(III)tris(8-hydroxyquinoline))或Inq3(Indium(III)tris(8-hydroxyquinoline))。此外，發光層亦可包括一濃度大體介於0.1％～25％的發光體，例如為C-545T(10-(1，3-benzothiazol-2-yl)-1，1，7，7-tetramethyl-2，3，6，7-tetra-hydro-1H，5H，11Hpyrano[2，3-f]pyrido[3，2，1-ij]quinolin-11-one)或DCJTB(4-(Dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1，1，7，7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran)。
本發明主要是利用電性上為雙極性的材料當作發光層主體，雖然發光層中的Alq3仍無法完全被取代，但由於已添加雙極性材料，遂發光層中僅需再摻雜少量的Alq3即可減少電子、空穴進入發光層的能量障壁，增加電子傳輸的效果，更重要的是由於Alq3的用量減少，使發光層中形成Alq3+的機率大幅降低，明顯提高了元件壽命。根據本發明優選實施例，在2000燭光的初始亮度下，有機發光二極體的半衰期(L50)可達2000小時以上。
本發明有機發光二極體結構除陽極、陰極與發光層外，尚可包括設置於陽極與發光層之間的空穴注入層或空穴傳輸層，以及設置於陰極與發光層之間的電子傳輸層或電子注入層。空穴注入層可為氟碳氫聚合物、紫質(porphyrin)衍生物或摻雜p-型摻雜劑的雙胺(p-doped diamine)衍生物，而紫質衍生物可為金屬酞菁化合物(metallophthalocyanine)衍生物，例如為酞菁銅(copper phthalocyanine)。
空穴傳輸層可為雙胺聚合物，而雙胺衍生物可為N，N』-bis(1-naphyl)-N，N』-diphenyl-1，1』-biphenyl-4，4』-diamine(NPB)、N，N』-Diphenyl-N，N』-bis(3-methylphenyl)-(1，1』-biphenyl)-4，4』-diamine(TPD)、2T-NATA或其衍生物，且空穴傳輸層的厚度大體介於50～5000埃。
電子傳輸層可為有機金屬錯合物，例如為Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))、BAlq3(Aluminum bis(2-methyl-8-quinolinato)phenolates)、Gaq3(Gallium(III)tris(8-hydroxyquinoline))或Inq3(Indium(III)tris(8-hydroxyquinoline))，且電子傳輸層的厚度大體介於50～5000埃。
電子注入層可為鹼金屬滷化物、鹼土金屬滷化物、鹼金屬氧化物或金屬碳酸化合物，例如為氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)、氟化鈉(NaF)、氟化鈣(CaF2)、氧化鋰(Li2O)、氧化銫(Cs2O)、氧化鈉(Na2O)、碳酸鋰(Li2CO3)、碳酸銫(Cs2CO3)或碳酸鈉(Na2CO3)，且電子注入層的厚度大體介於5～1500埃。
本發明還提供一種顯示器，包括一如上述的有機發光二極體，以及一驅動電路，耦接至有機發光二極體，以驅動有機發光二極體。
上述驅動電路可包括一薄膜電晶體。
請參閱圖1，說明本發明有機發光二極體10的詳細構成，有機發光二極體結構10至少包括一陽極12、一空穴注入層14、一空穴傳輸層16、一發光層18、一電子傳輸層20、一電子注入層22以及一陰極24，其中發光層18由雙極化合物與少量摻雜劑所組成。
請續參閱圖1，說明本發明有機發光二極體的製作，首先，提供一陽極12，之後，依序蒸鍍空穴注入層14、空穴傳輸層16、發光層18、電子傳輸層20、電子注入層22與陰極24，進行封裝後，即完成此元件製作。
請參閱圖2，說明本發明顯示器100的詳細構成，顯示器結構100上至少包括一有機發光二極體120與一驅動電路140，其中驅動電路140耦接至有機發光二極體120以驅動有機發光二極體120。
以下藉由多個實施例以更進一步說明本發明的特徵及優點。
實施例比較例1請參閱圖1，說明一有機發光二極體(元件A)的製作，首先，提供一氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)陽極12並以紫外線臭氧處理之，接者，在ITO陽極12上蒸鍍酞菁銅(copper phthalocyanine)作為一空穴注入層14，之後，在空穴注入層14上蒸鍍NPB(4，4』-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)作為一空穴傳輸層16，接著，在空穴傳輸層16上共蒸鍍Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))與發光體C-545T作為一發光層(emitting layer)18，其中Alq3與C-545T的體積比為100∶1，之後，在發光層18上蒸鍍Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))作為一電子傳輸層20，接著，在電子傳輸層20上蒸鍍氟化鋰(LiF)作為一電子注入層22，最後，在電子注入層22上鍍上鋁(Al)金屬作為一陰極24，進行封裝後，即完成一有機發光二極體10的製作。其壽命量測結果如圖3中的曲線A所示。
比較例2請參閱圖1，說明一有機發光二極體(元件B)的製作，首先，提供一氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)陽極12並以紫外線臭氧處理之，接者，在ITO陽極12上蒸鍍酞菁銅(copper phthalocyanine)作為一空穴注入層14，之後，在空穴注入層14上蒸鍍NPB(4，4』-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)作為一空穴傳輸層16，接著，在空穴傳輸層16上共蒸鍍Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))、MADN(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)與發光體C-545T作為一發光層(emitting layer)18，其中Alq3、MADN與C-545T的體積比為90∶10∶1，之後，在發光層18上蒸鍍Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))作為一電子傳輸層20，接著，在電子傳輸層20上蒸鍍氟化鋰(LiF)作為一電子注入層22，最後，在電子注入層22上鍍上鋁(Al)金屬作為一陰極24，進行封裝後，即完成一有機發光二極體10的製作。其壽命量測結果如圖3中的曲線B所示。
實施例1請參閱圖1，說明一有機發光二極體(元件C)的製作，首先，提供一氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)陽極12並以紫外線臭氧處理之，接者，在ITO陽極12上蒸鍍酞菁銅(copper phthalocyanine)作為一空穴注入層14，之後，在空穴注入層14上蒸鍍NPB(4，4』-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)作為一空穴傳輸層16，接著，在空穴傳輸層16上共蒸鍍MADN(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)、Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))與發光體C-545T作為一發光層(emitting layer)18，其中MADN、Alq3與C-545T的體積比為80∶20∶1，之後，在發光層18上蒸鍍Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))作為一電子傳輸層20，接著，在電子傳輸層20上蒸鍍氟化鋰(LiF)作為一電子注入層22，最後，在電子注入層22上鍍上鋁(Al)金屬作為一陰極24，進行封裝後，即完成一有機發光二極體10的製作。其壽命量測結果如圖3中的曲線C所示。
實施例2請參閱圖1，說明一有機發光二極體(元件D)的製作，首先，提供一氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)陽極12並以紫外線臭氧處理之，接者，在ITO陽極12上蒸鍍酞菁銅(copper phthalocyanine)作為一空穴注入層14，之後，在空穴注入層14上蒸鍍NPB(4，4』-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)作為一空穴傳輸層16，接著，在空穴傳輸層16上共蒸鍍MADN(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)、Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))與發光體C-545T作為一發光層(emitting layer)18，其中MADN、Alq3與C-545T的體積比為60∶40∶1，之後，在發光層18上蒸鍍Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))作為一電子傳輸層20，接著，在電子傳輸層20上蒸鍍氟化鋰(LiF)作為一電子注入層22，最後，在電子注入層22上鍍上鋁(Al)金屬作為一陰極24，進行封裝後，即完成一有機發光二極體10的製作。其壽命量測結果如圖3中的曲線D所示。
請參閱圖3，說明上述有機發光二極體的壽命量測結果。由圖中可看出，隨著元件使用時間的增長，本發明以體積百分比超過51％的MADN(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)為發光層主體製作而成的有機發光二極體(元件C與D)其亮度下降的比率明顯較現有僅以MADN為摻雜物(體積百分比未達51％以上)製作而成的有機發光二極體(元件A與B)為緩，具有優選的壽命表現。
雖然本發明以優選實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應當以後附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種有機發光二極體，包括一陰極與一陽極；以及一發光層，設置於該陰極與該陽極之間，其包含一雙極化合物與一較少量摻雜於該雙極化合物的摻雜劑。
2.如權利要求1所述的有機發光二極體，其中該陰極與該陽極的至少一者為一透明電極。
3.如權利要求2所述的有機發光二極體，其中該陰極與該陽極由金屬或透明氧化物或其組合的單層或多層結構。
4.如權利要求2所述的有機發光二極體，其中該陰極與該陽極的材料相同。
5.如權利要求2所述的有機發光二極體，其中該陰極與該陽極的材料不相同。
6.如權利要求1所述的有機發光二極體，其中該發光層的厚度大體介於50～2000埃。
7.如權利要求1所述的有機發光二極體，其中該雙極化合物與該摻雜劑的體積比大體介於90∶10～51∶49。
8.如權利要求1所述的有機發光二極體，其中該雙極化合物的電子及空穴遷移率大於10-7平方釐米/伏特·秒。
9.如權利要求1所述的有機發光二極體，其中該雙極化合物包括(anthracene)衍生物。
10.如權利要求9所述的有機發光二極體，其中該(anthracene)衍生物包括9，10-雙-(2-萘基)(9，10-di-(2-naphthyl)anthracene，ADN)、2-(第三丁基)-9，10-雙-(2-萘基)(2-(t-Butyl)-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，TBADN)或2-(甲基)-9，10-雙-(2-萘基)(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，MADN)。
11.如權利要求1所述的有機發光二極體，其中該摻雜劑包括有機金屬錯合物。
12.如權利要求11所述的有機發光二極體，其中該有機金屬錯合物包括Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))、BAlq3(Aluminumbis(2-methyl-8-quinolinato)phenolates)、Gaq3(Gallium(III)tris(8-hydroxyquinoline))或Inq3(Indium(III)tris(8-hydroxyquinoline))及其衍生物。
13.如權利要求1所述的有機發光二極體，該發光層還包括一濃度大體介於0.1％～25％的發光體。
14.如權利要求13所述的有機發光二極體，其中該發光體包括10-(1，3-苯唑-2-基)-1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四-氫-1H，5H，11H-喃[2，3-f]瑞多[3，2，1-ij]嚀-11-酮(10-(1，3-benzothiazol-2-y1)-1，1，7，7-tetramethyl-2，3，6，7-tetra-hydro-1H，5H，11H-pyrano[2，3-f]pyrido[3，2，1-ij]quinolin-11-one，C-545T)或4-(二氰甲基)-2-第三丁基-6-(1，1，7，7-四甲基嚀-9-烯基)-四氫-喃(4-(Dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1，1，7，7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran，DCJTB)。
15.如權利要求1所述的有機發光二極體，還包括一電子注入層或一電子傳輸層，設置於該陰極與該發光層之間。
16.如權利要求1所述的有機發光二極體，還包括一空穴注入層或一空穴傳輸層，設置於該陽極與該發光層之間。
17.一種顯示器，包括一如權利要求1所述的有機發光二極體；以及一驅動電路，耦接至該有機發光二極體，以驅動該有機發光二極體。
18.如權利要求17所述的顯示器，其中該驅動電路包括一薄膜電晶體。
全文摘要
本發明提供一種有機發光二極體，包括一陰極與一陽極，以及一發光層，設置於該陰極與該陽極之間，其包含一雙極化合物與一較少量摻雜於該雙極化合物的摻雜劑。本發明亦提供一種包含該有機發光二極體的顯示器。
文檔編號H05B33/00GK1645642SQ20051005162
公開日2005年7月27日 申請日期2005年2月8日 優先權日2005年2月8日
發明者李重君 申請人:友達光電股份有限公司