CN100452937C - 有机电致发光元件及其显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种有机电致发光元件，包括一第一电极、一有机色转换层、一载子传输层、一发光层及一第二电极，有机色转换层设置于第一电极上；载子传输层设置于有机色转换层上；发光层设置于载子传输层上；第二电极设置于发光层上。

Description

有机电致发光元件及其显示装置

技术领域

本发明关于一种有机电致发光元件，特别是关于一种具有色转换层的有机电致发光元件。

背景技术

目前有机电致发光显示装置广泛使用的全彩化技术大致分为三类，一、红绿蓝序列式蒸镀法(RGB side-by-side pattern)；二、白光光源加上彩色滤光片；三、蓝光光源加上色转换材料法(color change media，CCM)。以下将对上述的三种方法做一简略的介绍和讨论其优缺点。

图1A的有机电致发光显示装置10a是以红绿蓝序列式蒸镀法制造而得。分别在真空下加热蓝光、绿光、红光发光材料，再加上遮罩作对位，将这三种材料蒸镀到基板14上以形成红、绿、蓝三种发光层11，12，13，完成全彩化的动作。这种方法的好处是能够完全表现出各材料的颜色和效率；缺点是目前红、绿、蓝三种发光层11，12，13的寿命各不相同，如此在驱动一段时间后将会出现色偏移的问题。此外，当画素越做越小时，会提高遮罩制作的困难度，如此将会造成整个制程的良率偏低。

以白光光源加上彩色滤光片制作的有机电致发光显示装置10b，是先制作一白光有机发光二极管15当作背光源，然后在有机发光二极管发光面贴合一彩色滤光片16，使白光穿过彩色滤光片16时能够发出红、绿、蓝三种光色，其结构如图1B所示。这种方法的好处是白光有机发光二极管的各有机层只需要做整面蒸镀即可，完全不需要遮罩作对位。画素部分则交由薄膜电晶体(未图示)和彩色滤光片16来决定，如此整个制程的良率将可以大幅提升并有效的增加面板的解析度。但缺点是白光有机发光二极管15在制作上有其困难。

如图2A及2B所示，目前常见白光有机发光二极管为二元发光结构或三元发光结构。图2A所示的白光有机发光二极管15a具有二个发光层包括一蓝光发光层151及一黄光发光层152，图2B所示的白光有机发光二极管15b具有三个发光层包括一红光发光层153、一绿光发光层154及一蓝光发光层155。由激子(exciton)在不同颜色的发光层发出不同光色，进而组合成白光，但激子的分布区域容易受到电场的改变而位移，而使有机发光二极管出现色偏现象。

蓝光加上色转换材料法所制造的有机电致发光显示装置10c如图1C所示。首先制作一个高强度的蓝光有机发光二极管17当作背光源和蓝光光源171。绿光和红光则是采用能够有效转换蓝光的材料18，经由吸收后放射的步骤来得到的。这种方法的优点是蓝光有机发光二极管17只需有一个波段(peakwavelength)，不像白光有机发光二极管需要多个波段，因此又比白光有机发光二极管容易制作，如此良率能够更提升。但缺点为出光的时候会有光散射问题，因此很可能会和其它光色产生加成的现象，导致整个颜色偏移。虽可再加上一个彩色滤光片(未图示)来维持其色纯度，但是因为经过两次滤光后，亮度被大幅减少，因此会使得效率更低。另外，色转换材料的开发也很不容易，既要有高效率又能保持高色纯度，而导致此一全彩化技术较少为业界所采用。

请参照图3，为蓝光有机发光二极管的发光图谱。横轴代表光波长(nm)；纵轴代表光强度。蓝光有机发光二极管的各层材料如下：阳极(如：ITO)/空穴注入层(如：CuPc)/空穴传输层(如：NPB)/蓝光发光层/电子传输层(如：Alq)/电子注入层(如：LiF)/阴极(如：Al)。如图所示，蓝光有机发光二极管发光主波长约456nm，在未辅以色转换材料之前，绿光或红光波长范围的光强度均极微弱。

为了同时改善上述三种现有型式的有机电致发光显示装置的缺点，本案发明人遂提出一种新的全彩化技术，其结合了上述第二及第三种全彩化技术的优点，即不需使用遮罩对位，电致发光的波段亦只有一个，因此制作简单。同时，亦克服第二种方法中色偏的问题以及第三种方法中色纯度的问题。

发明内容

本发明的主要目的在提供一白光有机发光二极管，利用单一发光层配合一光激发的有机色转换层产生白光，该有机色转换层同时可作为载子注入层。

本发明的有机电致发光元件，至少包括一第一电极、一有机色转换层、一载子传输层、一发光层及一第二电极。有机色转换层设置于第一电极上。载子传输层设置于有机色转换层上。发光层设置于载子传输层上。第二电极设置于发光层上。有机色转换层兼具高载子传输能力及高量子效率。除了色转换功能之外，有机色转换层同时作为载子注入层。有机色转换层与发光层之间以载子传输层隔开以避免他种电荷载子通过发光层直接进入有机色转换层。

本发明还提供一种有机电致发光显示装置，包括：一基板；以及一有机电致发光元件，设置于该基板的表面，其包括：一第一电极；一第二电极；一发光层，设置于该第一电极与该第二电极之间；一载子传输层，设置于该第一电极与该发光层之间；以及一有机色转换层，设置于该第一电极与该载子传输层之间。

由于只有单一发光层，因此本发明较现有的白光有机发光二极管容易制作。另外，红、绿、蓝色光是由滤光片决定，并非以色转换的方式产生。因此在有机发光二极管制造阶段，不须于色转换层之间加上阻隔结构(如：ITO，SiNx，SiOx等)以防止光色加成导致的色偏。

附图说明

图1A为现有的有机电致发光显示装置，以红绿蓝序列式蒸镀法制造；

图1B为现有的有机电致发光显示装置，以白光光源加上彩色滤光片制造；

图1C为现有的有机电致发光显示装置，以蓝光加上色转换材料制造；

图2A为二元发光结构的白光有机发光二极管；

图2B为三元发光结构的白光有机发光二极管；

图3为蓝光有机发光二极管的发光图谱；

图4为本发明的有机电致发光元件；

图5A-5B为具有本发明结构的底部发光的有机发光二极管；

图6为红萤烯的结构；

图7为本发明的有机发光二极管各层的能阶图；

图8A为本发明的有机发光二极管发光光谱图，其有机色转换层为第一种厚度的红萤烯材料所制作；

图8B为本发明的有机发光二极管发光光谱图，其有机色转换层为第二种厚度的红萤烯材料所制作；

图9A为本发明的顶部型有机电致发光显示装置；以及

图9B为本发明的底部型有机电致发光显示装置。

符号说明

10a  有机电致发光显示装置(现有)    18  色转换层

10b  有机电致发光显示装置(现有)    20  有机电致发光元件

10c  有机电致发光显示装置(现有)    21  基板

11   蓝光发光层                    22  第一电极

12   绿光发光层                    23  有机色转换层

13   红光发光层                    24  载子传输层

14   基板                          25  发光层

15   白光有机发光二极管(现有)      26  第二电极

15a  白光有机发光二极管(现有)      30  有机发光二极管

15b  白光有机发光二极管(现有)      31  电子传输层

151  蓝光发光层                    32  空穴传输层

152  黄光发光层                    33  电源

153  红光发光层                    40  有机发光二极管

154  绿光发光层                 155  蓝光发光层

50   有机电致发光显示装置       51   薄膜电晶体阵列

60   有机电致发光显示装置       53   滤光片

17   蓝光有机发光二极管(现有)   16   滤光片

171  蓝光发光层                 61   滤光片

具体实施方式

兹配合图示详述本发明有机电致发光元件，并列举较佳实施例说明如下：

请参照图4，一种有机电致发光元件20，至少包括一第一电极22、一有机色转换层23、一载子传输层24、一发光层25及一第二电极26。有机色转换层23设置于第一电极22上。载子传输层24设置于有机色转换层23上。发光层25设置于载子传输层24上。第二电极26设置于发光层25上。本发明的有机色转换层23兼具高载子传输能力(carrier transporting)及高量子效率(high quantum efficiency)，采用光激发光材料。除了色转换功能之外，有机色转换层23同时作为载子注入层。为了达到光激发光的目的，有机色转换层23仅需允许单一种电荷载子通过，例如，电子或空穴其中之一，因此有机色转换层23与发光层25之间需以载子传输层24隔开以避免他种电荷载子通过发光层25直接进入有机色转换层23。

请参照图5A，以一底部发光的有机发光二极管30为例，当载子传输层为一电子传输层31时，其结构如图所示。一透明导电材料制作的第一电极22形成于基板21上，有机色转换层23a位于第一电极22上，其接受蓝光后可激发出黄光，并且具有高电子传输能力，故同时作为电子注入层之用。有机色转换层23a之上为电子传输层31。电子传输层31之上依序为蓝光发光层25a与第二电极26。此处第一电极22连接于电源33负极，第二电极26连接于电源33正极，以反射材料制作。如此，蓝光发光层25a所发出的光线均能朝有机色转换层23a方向放射，使部分蓝光转变为黄光，两色光混合后即为肉眼所见的白光。在一较佳实施方式中，蓝光发光层25a与第二电极26之间更包括一空穴传输层32。

请参照图5B，以另一底部发光的有机发光二极管40为例，与图5A不同者，载子传输层为一空穴传输层32，其结构如图所示。透明导电材料制作的第一电极22形成于基板21上，有机色转换层23b位于第一电极22上，其接受蓝光后可激发出黄光。于本实施例中，有机色转换层23b具有高空穴传输能力，故同时作为空穴注入层之用。有机色转换层23b之上为空穴传输层32。空穴传输层32之上依序为蓝光发光层25a与第二电极26。此处第一电极22系连接于电源33正极，第二电极26连接于电源33负极，以反射材料制作。在一较佳实施方式中，发光层25与第二电极26之间更包括电子传输层31。

综上所述，若上述的第二电极26亦以透明材料制作，再于空穴传输层32与第二电极26之间加上另一有机色转换层(未图示)，该另一有机色转换层于图5A中采用高空穴传输能力，于图5B中采用高电子传输能力者，则可形成一双面发白光的有机发光二极管。考虑亮度的衰减，较佳的有机色转换层厚度范围大体上约为30纳米(nm)至1000纳米(nm)；载子传输层厚度范围大体上约为50埃

至5000埃

；发光层25的厚度范围大体上约为50埃

至2000埃本发明的重点在于有机色转换层与载子传输层及发光层25之间的相关性，因此不需限定色转换作用前后的光线颜色。

材料方面，有机色转换层23的材料可采用红萤烯(rubrene)或其衍生物，红萤烯的结构如图6所示。空穴传输层32的材料可选自二胺(diamine)或衍生物，其中上述二胺衍生物为N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺(NPB)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺(TPD)、4，4′4″-三(N-(2-萘基)-N-苯基-氨基)-三苯胺(4，4′4″-Tris(N-(2-naphthyl)-N-phenyl-amino)-triphenylamine，2T-NATA)或其衍生物。电子传输层31的材料选自8-羟基喹啉铝(Alq)、三聚苯骈咪唑(TPBI)、蒽(anthrac-ene)衍生物或芴衍生物(fluorine，spirofluorine)。第一电极22或第二电极26材料选自氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化锌、氮化铟、二氧化锡或上述之混合层。若第一电极22或第二电极26采用金属材料，则一般选择铝、钙、银、镍、铬、钛、镁、镁银合金、上述金属的合金或上述金属的混合层。

有机发光二极管中，阳极的功函数与空穴注入层的最高占有轨域准位(HOMO)、阴极的功函数与电子注入层的最低未占有轨域准位(LUMO)应有良好的匹配。请参照图7，以图5B的有机发光二极管40为例，若有机发光二极管40的各层材料依序为：阳极22(ITO)/有机色转换层23(rubrene)/空穴传输层32(NPB)/蓝光发光层25/电子传输层31(Alq)/阴极(LiF/Al)。阳极22功函数为4.8～5.3eV，有机色转换层23的最高占有轨域准位为5.5eV使空穴能顺利传递至空穴传输层32。来自阴极26的电子流至蓝光发光层25后，受到空穴传输层32的阻挡，无法直接影响有机色转换层23，因此本发明的有机色转换层23作用机制不属于电致发光，而为光激发光。

承上所述，首先，将ITO层经过紫外光/臭氧(UV/Ozone)处理，然后蒸镀适当厚度的红萤烯层在ITO层上方；接着蒸镀NPB层、蓝光发光层25以及Alq层，最后蒸镀LiF及Al。进行封装后，即制作完成有机发光二极管。请参照图8A，为有机发光二极管发光光谱图，其有机色转换层为第一种厚度的红萤烯材料所制作，该有机色转换层的第一种厚度以大体上约为60纳米(nm)为范例。横轴代表光波长(nm)；纵轴代表光强度。各色光的波长范围约为：红(780～630nm)；橙(630～600nm)；黄(600～570nm)；绿(570～500nm)；青(500～470nm)；蓝(470～420nm)；紫(420～380nm)。相较于图3，经过色转换之后，明显地增加黄光波长范围的光强度。

请参照图8B，若以图8A所述相同的方法蒸镀第二种厚度的红萤烯层，该有机色转换层的第一种厚度以大体上约为150纳米(nm)为范例，则明显的增加青绿色光的波峰及黄光的波峰，但蓝光强度并未减弱。证明以红萤烯作为色转换材料，其厚度范围大体上约在60纳米(nm)至150纳米(nm)时，有良好的效果。

请参照图9A-9B，为一种有机电致发光显示装置，包括一基板21及一具有本发明特征的有机电致发光元件20。有机电致发光元件20设置于基板21的表面。第一电极22是以透明材料制作。发光层25设置于第一电极22与第二电极26之间。载子传输层24设置于第一电极22与发光层25之间；以及有机色转换层23设置于第一电极22与载子传输层24之间。

请参照图9A，基板21上方具有一薄膜电晶体阵列51，有机发光二极管20制作于薄膜电晶体阵列51上方，而滤光板53则覆盖于有机发光二极管20之上。当第二电极26以反射材料制作且设置于基板21表面时，则形成一顶部发光型有机电致发光显示装置50。当第一电极22作为阳极时，载子传输层24为空穴传输层；当第一电极22作为阴极时，载子传输层24为电子传输层。空穴传输层的材料选自二胺(diamine)或其衍生物；电子传输层的材料选自8-羟基喹啉铝(Alq)、三聚苯骈咪唑(TPBI)、蒽(anthracene)衍生物或芴衍生物(fluorine，spirofluorine)等。此时，滤光片53贴附于有机发光二极管20上方以决定红绿蓝三色子画素的位置。

请参照图9B，基板21上方具有一薄膜电晶体阵列51，有机发光二极管20制作于薄膜电晶体阵列51上方，而滤光板61则外贴于基板下方。本实施例中，有机发光二极管20各层与基板21的相对位置与图9A不同，第一电极22设置于基板21表面，而第二电极26以反射材料制作，而形成一底部发光型有机电致发光显示装置60。如前所述，载子传输层24可为空穴传输层或电子传输层，视第一电极22作为阳极或阴极而定。此时，将滤光片61贴附于基板21下方以决定红绿蓝三色子画素。

总而言之，图9A-9B的结构中滤光片均贴附于有机电致发光元件的第一电极22(透明电极)外侧，并且有机色转换层23均设置于第一电极22与载子传输层24之间。有机色转换层的较佳厚度范围大体上约为30纳米(nm)至1000纳米(nm)。另外，于有机发光层25与第二电极26之间更可选择性增加一第二载子传输层，视第二电极26作为阳极或阴极以选用空穴传输层或电子传输层的材料。

结合图9A-9B，若在透明基板上形成一具有两透明电极的有机发光元件，于两电极内侧均形成有机色转换层，而两电极外侧均贴附滤光片而形成一双面发光的有机电致发光装置亦属可推知。

本发明与现有技术相较之下，具有下列特性及优点：

1.不由多重发光层产生白光，因此能避免激子分布不均而造成的色偏问题。

2.色转换层不作为发光层，而兼作为载子注入层。

3.只有一种发光层，因此较现有白光有机发光二极管容易制作。

4.红、绿、蓝色光由滤光片决定，并非以色转换的方式产生。因此在有机发光二极管制造阶段，不须于色转换层之间加上阻隔结构以防止光色加成导致的色偏。

上列详细说明是针对本发明较佳实施例的具体说明，惟上述实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (21)

1.一种有机电致发光元件，其特征在于，包括：

一第一电极；

一有机色转换层，设置于该第一电极上，其中该有机色转换层同时作为载子注入层；

一载子传输层，设置于该有机色转换层上；

一发光层，设置于该载子传输层上；以及

一第二电极，设置于该发光层上。

2.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该载子传输层为一电子传输层。

3.如权利要求2所述的有机电致发光元件，其特征在于，更包括一空穴传输层，设置于该发光层与该第二电极之间。

4.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该载子传输层为一空穴传输层。

5.如权利要求4所述的有机电致发光元件，其特征在于，更包括一电子传输层，设置于该发光层与该第二电极之间。

6.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该第一电极及该第二电极至少一者为透明电极。

7.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该有机色转换层厚度范围为30纳米至1000纳米。

8.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该有机色转换层的材料选自红荧烯及其衍生物所组成的群组。

9.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该载子传输层的材料选自二胺及其衍生物所组成的群组。

10.如权利要求9所述的有机电致发光元件，其特征在于，该二胺衍生物选自N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺(NPB)、N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺(TPD)、4，4′4″-三(N-(2-萘基)-N-苯基-氨基)-三苯胺(2T-NATA)或其衍生物所组成的群组。

11.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该载子传输层厚度范围为50埃至5000埃。

12.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该发光层的厚度范围为50埃至2000埃。

13.如权利要求1所述的有机电致发光元件，其特征在于，该载子传输层的材料选自8-羟基喹啉铝、三聚苯骈咪唑、蒽衍生物、芴衍生物所组成的群组。

14.一种有机电致发光显示装置，其特征在于，包括：

一基板；以及

一有机电致发光元件，设置于该基板的表面，包括：

一第一电极；

一第二电极；

一发光层，设置于该第一电极与该第二电极之间；

一载子传输层，设置于该第一电极与该发光层之间；以及

一有机色转换层，设置于该第一电极与该载子传输层之间，其中该有机色转换层同时作为载子注入层。

15.如权利要求14所述的有机电致发光显示装置，其特征在于，更包括一滤光片，贴附于该有机电致发光元件的该第一电极外侧。

16.如权利要求14所述的有机电致发光显示装置，其特征在于，该第一电极与该第二电极至少一者包括一透明材料，且该第一电极或该第二电极设置于该基板表面。

17.如权利要求14所述的有机电致发光显示装置，其特征在于，该载子传输层为一空穴传输层，其材料选自二胺及其衍生物所组成的群组。

18.如权利要求14所述的有机电致发光显示装置，其特征在于，该载子传输层为一电子传输层，其材料选自8-羟基喹啉铝、三聚苯骈咪唑、蒽衍生物、芴衍生物所组成的群组。

19.如权利要求14所述的有机电致发光显示装置，其特征在于，该有机色转换层厚度范围为30纳米至1000纳米。

20.如权利要求14所述的有机电致发光显示装置，其特征在于，该有机色转换层的材料选自红荧烯及其衍生物所组成的群组。

21.如权利要求14所述的有机电致发光显示装置，其特征在于，更包括一第二载子传输层，设置于该发光层与该第二电极之间。

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