螢光淬火器件以及使用螢光淬火器件的顯示器的製作方法
2023-09-12 01:49:20
專利名稱：螢光淬火器件以及使用螢光淬火器件的顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種螢光淬火器件(photoluminescence quenching device)(PQD)，可以按照發射模式驅動所說的器件以轉換信號電壓為光，並且按照再次發射模式抑制光致發光發射，本發明還涉及基於螢光淬火器件(PQD)的顯示器和轉換信號電壓為光學畫面信息的方法。
背景技術：
基於有機發光二極體(OLED)的平板顯示器發光明亮並且視角寬。自發射OLED顯示器不需要背景光，並且作成的顯示器從能量角度看有利於在低度或中度環境光條件下工作。
然而，在強環境光的條件下，如日光直射，在自發射OLED顯示器中，需要相當大的功率來實現合適的亮度。進而，控制發射部分的所需的電流也要相應地變大。因此，在這一方面，例如液晶顯示器的反射和再發射技術都比自發射OLED顯示器優越。自發光OLED顯示器的反射和再發射技術的缺點是在低環境光條件下操作它們需要背光照明，這又以過大的比例增加了能量消籍和形式參數。
在DE10042974A1中公開了基於有機發光二極體並且在發射模式和再次發射模式下操作的器件。這樣一種螢光淬火器件(PQD)的結構類似於有機發光二極體，並且能在自發射模式(即不需要環境光)以及再次發射模式下操作。按再次發射模式，通過在PQD的反方向加一電壓來控制光致發光的光強度。適當地選擇器件的接觸點和發射體材料，可以使這個器件在發射模式和再次發射模式下操作。另一個優點是這種器件不需要背光照明。再次發射模式的條件是從環境可以吸收足夠多的環境光。還必須能向顯示元件施加正的和負的柵電壓。
在器件的基本結構中，螢光淬火器件包括一個透明導電觸點、一個發射體層、和一個對置觸點。為了調節顯示元件的亮度，金屬觸點(即對置觸點)相對於透明觸點正向充電，這對應於反方向(再次發射操作)。但這種結構對於效率的確有所限制，因為在再次發射操作時，反方向的注入勢壘層也是有限的，因而有明顯的暗電流在流動。這些暗電流消弱了能量的平衡，尤其是在低亮度情況下操作時更是如此。進而，金屬觸點必須是鹼金屬(basemetal)，像鋁或鈣，它們需要複雜的封裝來保護觸點不受腐蝕。
從美國專利NO.5294810和美國專利NO.6097147可知，多層結構能夠改善能量平衡。優化這些結構可以在發光二極體的發射操作中得到優化的性能，即實現電荷載流子的最優注入。類似地，公知的是，在有機發光二極體中加入無機材料可改善在發射操作期間電子的注入。
而且，EP1083612描述了加入鹼金屬和鹼土金屬的氟化物和氧化物來改善電子的注入。然而，對於有機發光二極體的所有的已知的多層系統只能實現在發射模式下的有益的電子注入。對於當前已知的器件，不可能減小用於發光二極體的再次發射操作的電子注入。
發明內容
本發明提供一種螢光淬火器件，可以按照發射模式驅動它以轉換信號電壓為光，並且可以按照再次發射模式驅動它以抑制光致發光發射。本發明獨立地提供基於螢光淬火器件(PQD)的並且在再次發射模式期間展現極小暗電流的顯示器，以及轉換信號電壓為光學畫面信息的的方法。藉此可提高顯示器或者PQD在低亮度下的效率。
本發明獨立地提供具有螢光淬火器件(PQD)的顯示器，所說的顯示器包括一個基板、一個透明的安排在發射體層前側的第一電極層、一個發射體層、和設置在發射體層後側的一個第二電極層。顯示器包括一個空穴勢壘層和/或一個電子勢壘層，空穴勢壘層和/或電子勢壘層設置在發射體層與第一電極層或第二電極層之間。空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道的能量小於發射體層的最高被佔據的分子軌道能量，和/或電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道的能量大於發射體層的最低未被佔據的分子軌道的能量。
在本發明的另一個實施例中，提供一種螢光淬火器件(PQD)，所說的螢光淬火器件包括一個透明的定位在有機材料前側的第一電極、有機發光材料、和定位在有機材料後側的一個第二電極。PQD包括一個空穴勢壘層和/或一個電子勢壘層，空穴勢壘層和/或電子勢壘層設置在發光材料和第一電極或第二電極之間。空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道的能量小於發光材料的最高被佔據的分子軌道的能量，和/或電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道的能量大於發光材料的最低未被佔據的分子軌道的能量。
按照本發明的另一個方面，提供一種轉換信號電壓為光學畫面信息的方法。該方法包括如下步驟使用基於螢光淬火器件(PQD)的顯示器，所說的器件可以按再次發射模式操作以抑制光致發光發射。通過電子勢壘層可以防止陰極的自由運動電子沿陽極的方向移動，和/或通過空穴勢壘層可以防止陽極的缺電子(electron deficient)區沿陰極方向運動。
通過參照附圖詳細描述本發明的典型實施例，本發明的上述的和其它的特徵和優點都將變得更加清楚。
圖1表示按照本發明的具有電子勢壘層和空穴勢壘層的顯示器的示意剖面圖；圖2是一個顯示器的電子勢壘層、發射體層、和空穴勢壘層中的每一個的價帶和導帶的能態的示意剖面圖，所說的顯示器能在發射模式和再次發射模式之間觸發；圖3是一個顯示器的電子勢壘層、發射體層、和空穴勢壘層中的價帶和導帶的能態的示意剖面圖，所說的顯示器能在再次發射模式下驅動；圖4是按照本發明的顯示器的示意剖面圖，所說的顯示器具有一個基於無機材料的空穴勢壘層；圖5是一個顯示器的發期體層、和空穴勢壘層的價帶和導帶的能態的示意剖面圖，所說的顯示器能在再次發射模式下驅動並且具有一個反向層結構。
具體實施例方式
在本發明的一個典型實施例中，發射體層的最低未被佔據的分子軌道(LUMO)對應於空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道(LUMO)，和/或電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道(HOMO)對應於發射體層的最高被佔據的分子軌道(HOMO)，藉此，在再次發射模式期間，第一電極層(面對基板的電極層)形成顯示器的陰極，並且第二電極層(離開基板的電極層)形成陽極。在發射模式操作期間，第一電極層形成陽極，並且第二電極層形成陰極。如果發射體層的導帶的能量和空穴勢壘層的導帶的能量基本上相等或完全相等，並且發射體層的價帶的能量和電子勢壘層的價帶的能量也是基本上相等或完全相等，則發射模式和再次發射模式這兩者都是可能的。
如果調節空穴勢壘層、發射體層、和電子勢壘層的能級，使電荷載流子可以漏出而不必在再次發射模式操作期間克服勢壘，但必須在發射模式操作期間克服勢壘以便注入，則只有再次發射模式操作是可能的。
在這種情況下，對於金屬觸點選擇的材料不限於鹼金屬，可以使用具有更高抗腐蝕性能的材料。因為可以自由選擇電極材料，所以可以產生反向層結構，其中的透明觸點起金屬觸點的作用，可用於拉出電子。然後，在再次發射模式操作期間，使透明觸點相對於金屬觸點正向極化，沒有電荷載流子注入發生。進而，在最高被佔據的分子軌道(HOMO)和最低未被佔據的分子軌道(LUMO)之間應該有足夠大的距離(所謂的帶隙)。為使在相反方向電荷載流子注入的勢壘最大，電子勢壘層以及空穴勢壘層的帶隙應該足夠大。優選地，在電子勢壘層6的最高被佔據的分子軌道10和電子勢壘層6的最低未被佔據的分子軌道11之間的能量差、以及空穴勢壘層7的最高被佔據的分子軌道(HOMO)12和空穴勢壘層7的最低未被佔據的分子軌道(LUMO)13之間的能量差，都等於至少約3.3電子伏。因此對應的材料不應吸收可見光譜中的光。
另一方面，可能的作法是，電極層包括至少一部分空穴勢壘層和/或電子勢壘層。
至於顯示器，螢光淬火器件包括一個空穴勢壘層和/或電子勢壘層，藉此使空穴勢壘層的價帶能量低於螢光淬火器件PQD的發光材料的價帶的能量，和/或電子勢壘層的導帶的能量高於螢光淬火器件PQD的發光材料的導帶的能量。
圖1用示意剖面圖表示按照本發明的一個典型的顯示器。在玻璃基板1上設置透明觸點2。這個透明觸點在顯示器的發射模式操作期間形成陽極，在顯示器的再次發射模式操作期間形成陰極。在透明觸點2這一層上設置一個電子勢壘層6。在電子勢壘層6設置有機發射體層4，在有機發射體層4上設置空穴勢壘層7。顯示器還包括金屬觸點層5，它具有小的功函數(逸出功)。為了減小在發射模式操作期間在反向流動的暗電流，要對發射體層4、電子勢壘層6、和空穴勢壘層7的材料進行選擇，使發射體層4、電子勢壘層6、和空穴勢壘層7的價帶和導帶的能級符合圖2所示。
選擇發射體層4、電子勢壘層6、和空穴勢壘層7的材料，使得發射體層4的導帶9(最低未被佔據的分子軌道)對應於空穴勢壘層7的導帶13。並且發射體層4的價帶8(最高被佔據的分子軌道)對應於電子勢壘層6的價帶10。進而，電子勢壘層6的導帶11的能量大於發射體層4的導帶9的能量，發射體層4的價帶8的能量大於空穴勢壘層7的價帶12的能量。通過這樣的安排，有可能漏出在發射體層中產生的電荷載流子，沒有勢壘。結果，使顯示器的發射模式操作和再次發射模式操作都是可能的。
如果，顯示器只用於某種應用的再次發射模式操作，按照本發明的典型實施例，使發射體層的導帶9的能量大於空穴勢壘層7的導帶13的能量。進而，使電子勢壘層6的價帶10的能量大於發射體層4的價帶8的能量，如圖3示意所示。在這種情況下，由於存在來源於這種安排的勢壘，不可能存在任何正向操作。在這個典型實施例中，對於金屬觸點層5的材料的選擇不限於鹼金屬。因此，可以使用對於抗腐蝕性能有所改進的材料。藉此還可能產生反向層結構，這裡，透明觸點起金屬觸點的作用，可以用於拉出電子。還可能像在只使用空穴勢壘層的實施例中所作的那樣，省去一種勢壘層。如果在再次發射模式操作期間不注入電荷載流子，透明觸點要相對於金屬觸點正向極化。
其對應的能級狀態通過選擇分子結構確定的、具有π形共軛(pi-con jugated)電子系統的有機材料例如可用作電子勢壘層6和空穴勢壘層7的材料。用於電子勢壘層6的適當材料種類是三苯胺衍生物、聯苯胺衍生物、和苯二胺衍生物，等等。用於空穴勢壘層7的適當材料種類例如包括惡二唑衍生物、惡唑衍生物、三唑衍生物、和喹喔啉衍生物、以及萘甲酸醯亞胺衍生物和萘二甲酸二醯亞胺衍生物。三苯胺衍生物應該解釋為包括三苯胺本身，聯苯胺衍生物應該解釋為包括聯苯胺本身，如此等等。這些材料可以是低分子量的，並具有聚合物性質。然而，本發明並不局限於這些材料。
尤其是對於空穴勢壘層7，可以使用無機材料，其中包括氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、以及氧化鋯、氧化鉭、硫化鋅、和硒化鋅。將這些材料非損贈地(unendowed)引入層結構中，對於產生反向結構特別有利。
圖4表示按照本發明的一個典型實施例，它只打算用於再次發射模式操作。在圖5中示意地表示出相應的能級結構。空穴勢壘層7的價帶12的能量小於發射體層的價帶8和透明觸點2的價帶這兩者的能量。對於金屬觸點5的功函數進行選擇，以使在金屬觸點5和發射體層4的導帶9之間的能量偏差最大。
從例如用銦錫氧化物(透明觸點層2)塗敷玻璃基板開始，在它的上面旋塗例如聚(乙烯/二羯基三苯)/聚苯乙烯氨基磺酸(poly(ethylenedioxy-thiophene)/polystyrene sulfonic acid)，其厚度為30-100納米，從而形成空穴輸送層3。隨後，例如，在真空中通過反應蒸發塗敷氧化錫SuO2，形成空穴勢壘層7，其厚度約為10-80納米。為此目的，將氧化錫放到約為10-4-10-3毫巴的壓力下進行熱蒸發。發射體層4包括聚(苯二亞乙烯基)(poly(phenylenevinylene)的衍生物，厚度為30-120納米，是通過旋塗它的有機溶液形成的。對於金屬觸點層5，在真空中蒸發厚度為20-100納米的金層，金屬觸點層5具有大的功函數。這個結構是通過一個水和氣密封的封閉容器(這裡未示出)完成的。
本發明例如減小了螢光淬火器件中的暗電流，並且根據在再次發射模式操作期間的螢光淬火器件進行顯示。
按照本發明，顯示器包括一個空穴勢壘層和/或電子勢壘層，使空穴勢壘層和/或電子勢壘層設置在顯示器的發射體層和一個電極層之間。空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道的能量小於發射體層的最高被佔據的分子軌道的能量，和/或電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道的能量大於發射體層的最低未被佔據的分子軌道的能量。通過按照本發明安排空穴勢壘層的分子軌道的能級和/或電子勢壘層的分子軌道的能級，可以設置勢壘，以防止不期望注入的電荷載流子在顯示器的再次發射模式操作期間流到錯誤的方向。
為了充分抑制不期望的暗電流，優選的作法是，使空穴勢壘層的導帶或最低未被佔據的分子軌道與發射體層的價帶的最低未被佔據的分子軌道匹配一致、以及使電子勢壘層的價帶或最高被佔據的分子軌道與發射體層的最高被佔據的分子軌道匹配一致。這就允許在再次發射模式操作期間發射體層產生的電荷載流子漏出而沒有勢壘。
本發明不局限於在此描述的典型實施例。進而，在不脫離本發明的構思和範圍的情況下，有可能產生各種改進、添加、和替換。
權利要求
1.一種基於螢光淬火器件(PQD)的顯示器，所說的顯示器包括一個基板；一個發射體層；一個透明的安排在發射體層前側的第一電極層；和設置在發射體層後側的一個第二電極層；至少一個空穴勢壘層或一個電子勢壘層，空穴勢壘層和/或電子勢壘層設置在發射體層與第一電極層和第二電極層中的一個之間，其中空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道的能量小於發射體層的最高被佔據的分子軌道的能量，和/或電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道的能量大於發射體層的最低未被佔據的分子軌道的能量。
2.權利要求1的顯示器，其中發射體層的最低未被佔據的分子軌道對應於空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道，和/或電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道對應於發射體層的最高被佔據的分子軌道，藉此在顯示器的再次發射模式操作期間第一電極層形成陰極，第二電極層形成陽極，並且在顯示器的發射模式操作期間第一電極層形成陽極，第二電極層形成陰極。
3.權利要求2的顯示器，其中在電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道和電子勢壘層的最低來被佔據的分子軌道之間的能量差、以及在空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道和空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道之間的能量差都等於至少約3.3電子伏特。
4.權利要求2的顯示器，其中電子勢壘層包括從以下的組中選出的至少一種化合物三苯胺衍生物、聯苯胺衍生物、和苯二胺衍生物。
5.權利要求2的顯示器，其中空穴勢壘層包括從以下的組中選出的至少一種化合物惡二唑衍生物、惡唑衍生物、三唑衍生物、和喹喔啉衍生物，和/或從以下的組中選出的至少一種化合物萘甲酸醯亞胺衍生物、萘二甲酸二醯亞胺衍生物、寬帶隙無機半導體。
6.權利要求5的顯示器，其中寬帶隙有機半導體是以下各種中的至少一種氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉭、硫化鋅、和硒化鋅。
7.權利要求1的顯示器，其中發射體層的最低未被佔據的分子軌道的能量大於空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道的能量，和/或電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道的能量大於發射體層的最高被佔據的分子軌道的能量，藉此在顯示器的再次發射模式操作期間第一電極層形成陰極，第二電極層形成陽極。
8.權利要求1的顯示器，其中在電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道和電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道之間的能量差、以及在空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道和空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道之間的能量差都等於至少約3.3電子伏特。
9.權利要求1的顯示器，其中電子勢壘層包括從以下的組中選出的至少一種化合物三苯胺衍生物、聯苯胺衍生物、和苯二胺衍生物。
10.權利要求1的顯示器，其中空穴勢壘層包括從以下的組中選出的至少一種化合物惡二唑衍生物、惡唑衍生物、三唑衍生物、和喹喔啉衍生物，和/或從以下的組中選出的至少一種化合物萘甲酸醯亞胺衍生物、萘二甲酸二醯亞胺衍生物、寬帶隙無機半導體。
11.權利要求6的顯示器，其中寬帶隙有機半導體是以下各種中的至少一種氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉭、硫化鋅、和硒化鋅。
12.權利要求1的顯示器，其中空穴勢壘層設置在發射體層面向基板的一側，電子勢壘層設置在發射體層離開基板的一側。
13.一種螢光淬火器件(PQD)，包括一種有機發光材料；一個透明的定位在有機發光材料前側的第一電極；和定位在有機發光材料後側的一個第二電極，其中PQD包括至少一個空穴勢壘層或一個電子勢壘層，空穴勢壘層或電子勢壘層設置在發光材料與第一電極或第二電極中的一個之間，空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道的能量小於發光材料的最高被佔據的分子軌道的能量，和/或電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道的能量大於發光材料的最低未被佔據的分子軌道的能量。
14.權利要求13的螢光淬火器件，其中發光材料的最低未被佔據的分子軌道對應於空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道，和/或電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道對應於發光材料的最高被佔據的分子軌道，藉此在PQD的再次發射模式操作期間第一電極形成陰極，第二電極形成陽極，並且在PQD的發射模式操作期間第一電極形成陽極，第二電極形成陰極。
15.權利要求13的螢光淬火器件，其中發光材料的最低未被佔據的分子軌道的能量大於空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道的能量，和/或電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道的能量大於發光材料的最高被佔據的分子軌道的能量，藉此在PQD的再次發射模式操作期間第一電極形成陰極，第二電極形成陽極。
16.權利要求13的螢光淬火器件，其中在電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道和電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道之間的能量差、以及在空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道和空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道之間的能量差都等於至少約3.3電子伏特。
17.權利要求13的螢光淬火器件，其中電子勢壘層包括從以下的組中選出的至少一種化合物三苯胺衍生物、聯苯胺衍生物、和苯二胺衍生物。
18.權利要求13的螢光淬火器件，其中空穴勢壘層包括從以下的組中選出的至少一種化合物惡二唑衍生物、惡唑衍生物、三唑衍生物、和喹喔啉衍生物，和/或從以下的組中選出的至少一種化合物萘甲酸醯亞胺衍生物、萘二甲酸二醯亞胺衍生物、寬帶隙無機半導體。
19.權利要求18的螢光淬火器件，其中寬帶隙有機半導體是以下各種中的至少一種氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉭、硫化鋅、和硒化鋅。
20.權利要求14的螢光淬火器件，其中在電子勢壘層的最高被佔據的分子軌道和電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道之間的能量差、以及在空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道和空穴勢壘層的最低未被佔據的分子軌道之間的能量差都等於至少約3.3電子伏特。
21.權利要求14的螢光淬火器件，其中電子勢壘層包括從以下的組中選出的至少一種化合物三苯胺衍生物、聯苯胺衍生物、和苯二胺衍生物。
22.權利要求14的螢光淬火器件，其中空穴勢壘層包括從以下的組中選出的至少一種化合物惡二唑衍生物、惡唑衍生物、三唑衍生物、和喹喔啉衍生物，和/或從以下的組中選出的至少一種化合物萘甲酸醯亞胺衍生物、萘二甲酸二醯亞胺衍生物、氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉭、硫化鋅、和硒化鋅。
23.權利要求22的螢光淬火器件，其中寬帶隙有機半導體是以下各種中的至少一種氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯、氧化鉭、硫化鋅、和硒化鋅。
24.一種轉換信號電壓為光學畫面信息的方法，該方法包括如下步驟使用基於螢光淬火器件(PQD)的顯示器，所說的器件可以按再次發射模式操作以抑制光致發光發射，其中通過電子勢壘層可以防止陰極的自由運動電子沿陽極的方向移動，和/或通過空穴勢壘層可以防止陽極的缺電子區域沿陰極方向運動。
全文摘要
一種具有空穴勢壘層和/或電子勢壘層的顯示器，藉此空穴勢壘層和/或電子勢壘層設置在顯示器的發射體層和第一電極層或第二電極層之間。空穴勢壘層的最高被佔據的分子軌道的能量小於發射體層的最高被佔據的分子軌道的能量，和/或電子勢壘層的最低未被佔據的分子軌道的能量大於發射體層的最低未被佔據的分子軌道的能量。通過安排空穴勢壘層和/或電子勢壘層的分子軌道的能級，可以產生勢壘，阻止不期望的電荷載流子在顯示器的再次發射模式操作期間沿相反方向的注入。
文檔編號H05B33/14GK1551698SQ200410028419
公開日2004年12月1日 申請日期2004年3月11日 優先權日2003年5月15日
發明者M·雷德克, J·費希爾, 6, M 雷德克 申請人:三星Sdi株式會社