CN100456489C

CN100456489C - 串联式有机电激发光元件及其应用

Info

Publication number: CN100456489C
Application number: CNB2006101082292A
Authority: CN
Inventors: 李重君; 李兴铨
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2026-08-01
Also published as: CN1917229A

Abstract

一种用于有机电激发光显示器的串联式有机电激发光元件，包括阳极、阴极、第一有机电激发光单元、第二有机电激发光单元和连接层。第一有机电激发光单元和第二有机电激发光单元都位于阳极和阴极之间。连接层介于第一单元和第二单元之间，且包括有机双极化合物和导电性掺杂物。

Description

串联式有机电激发光元件及其应用

技术领域

本发明涉及一种串联式有机电激发光元件，特别是涉及一种用于有机电激发光显示器的串联式有机电激发光元件。

背景技术

有机电激发光元件(organic electroluminescent device)具有高亮度、轻薄、自发光、低消耗功率、不需背光源、无视角限制、高对比度、操作温度范围广、发光效率高、制造工艺简易和高反应速率等优点，已成为全球科技重要焦点，更受到平面显示器领域的高度重视。有机电激发光元件依其所使用有机发光材料，可分为两种技术类型：一为以低分子(small molecular)作为有机发光层，泛称为有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED，或organic electroluminescence)；另一为以π共轭高分子(polymer)为有机发光层，统称为高分子发光二极管(polymer light emitting diode，PLED，或1ightemitting polymer，LEP)。

一般而言，有机电激发光元件包括阴极、阳极和位于阴/阳极之间的发光单元，其作用原理为：在外加电场作用下，电子与空穴分别由阴极与阳极注入，并在此元件中进行传递，当电子、空穴在发光单元相遇后，电子和空穴再结合(recombination)形成激发子(exciton)，激发子在电场作用下将能量传递给存在于发光单元中的发光分子，发光分子便将能量以光的形式释放出来。常见有机电激发光元件是在发光单元中包括空穴传输层、发光层和电子传输层等多层结构，经由以下方式制得：在阳极(indium tin oxide，ITO)上蒸镀空穴传输层(hole transporting layer，HTL)，接着蒸镀发光层(emitting layer，EL)，再蒸镀电子传输层(electron transporting layer，ETL)，最后在电子传输层上蒸镀电极作为阴极。在此，为提高电子/空穴等载流子的注入效率，业经建议将适当有机材料蒸镀在阳极与空穴传输材料之间作为空穴注入层(holeinjection layer，HIL)，或蒸镀在阴极与电子传输材料之间当作电子注入层(electron injection layer，EIL)，或者施用在发光层与电子传输材料之间作为空穴阻挡层(hole blocking layer)，进而达到降低驱动电压或增加载流子再结合几率等目的。

为进一步改良有机电激发光元件的效能，业经揭示在阴极与阳极之间含有多个以串联方式连接的发光单元的串联式有机电激发光元件，其中，发光单元间通过连接层而相互联结。在此，为使串联式有机电激发光元件的效能增高，用以连接发光单元的连结层必须同时具备有传递电子到电子传输层和传递空穴到空穴传输层的能力，且通常来说，连结层需同时具备高的光学穿透度和高的载流子传递速率，以确保串联式有机电激发光元件能发挥预期功效。

已知连接层类型为经掺杂的有机层，该有机层包括至少一个经n-型掺杂的有机层或经p-型掺杂的有机层或该二者的组合，以提供高载流子传递速率。其中，当连结经n-型掺杂有机层和经p-型掺杂有机层以提供该连接层时，会因形成p-n结(p-n junction)而有更大的效益。在此，经n-型掺杂有机层代表该有机层在受掺杂后可具有半导体的特性，且主要作用为传递电子；经p-型掺杂有机层则代表该有机层在受掺杂后可具有半导体的特性，且主要作用为传递空穴。

串联式有机电激发光元件的操作稳定性大多取决于连接层的安定性，操作电压也会视连接层是否能提供足够的电子、空穴注入能力而有所变动。当两种不同物质非常接近时，可能因温度或电场而产生扩散情形，进而使接口模糊。当利用n-型掺杂或p-型掺杂来制作串联式有机电激发光元件，连接层的注入能力便可能因相互扩散现象而减弱，尤其串联式有机电激发光元件的操作电场较一般有机电激发光元件结构高，更可能发生前述现象。

另一现有串联式有机电激发光元件的连接层类型为具高功函数(高于4eV)且表面电阻高于100kΩ/□的金属或金属化合物层，如美国专利申请号第10/857,516号所示，其可有效增加串联式有机电激发光元件的稳定性。由于前述含金属连接层的电阻较有机材料低，因此载流子可轻易地注入，然而也会导致像素间的串音(crosstalk)。于是，若欲降低邻侧像素串音的横向电流至低于驱动像素所需电流的百分之十，则连接层的横向电阻至少需为串联式有机电激发光元件电阻值的八倍。一般而言，常见有机电激发光元件的静态电阻值约为数千欧姆，而串联式有机电激发光元件的电阻值则约为一万至数万欧姆，从而，连接层的横向电阻值需至少高于十万欧姆。由于面电阻由电阻和膜厚所决定，若欲使用金属连接层，则必须将其厚度降至非常薄或以图案化(pattern)方式将不同像素间的连接层阻断，以提高其电阻。然而，太薄的连接层制造方法易导致再现性不佳，而图案化工艺则需依赖遮光掩模(shadow mask)，使其无法应用于大尺寸面板工艺中。此外，金属制成的连接层更有穿透率不佳和容易产生侧向漏电等缺点。

由上述说明可知，现今用于串联式有机电激发光元件的连接层，若非其载流子注入能力易因扩散现象而减弱的经掺杂有机层，便为穿透率不佳且易产生侧向漏电等问题的具高功函数的金属或金属化合物层，均无法符合本领域的需求。即本领域亟需一种具有高光学穿透度和高载流子传递速率特性的连接层，其可改善或免除既有连接层的串音、载流子注入能力减弱、金属太薄致使工艺再现性不佳、穿透率差和/或容易侧向漏电等缺点。

发明内容

本发明的目的，即在于提供一种串联式有机电激发光元件以解决上述一个或多个问题。

根据本发明的一个方面，提供一种串联式有机电激发光元件，包括阳极、阴极、第一有机电激发光单元、第二有机电激发光单元和连接层。该第一有机电激发光单元位于阳极和阴极之间，第二有机电激发光单元位于阳极与阴极之间，连接层则位于该二单元之间。其中，该连接层包括有机双极化合物和导电性掺杂物，且具有高穿透度和高载流子传递速率的特性，并可免除串音、载流子注入能力减弱、金属太薄致使工艺再现性不佳、穿透率差和/或容易侧向漏电等缺点，因此更能提升元件发光效能。

本发明的另一方面提供一种有机电激发光显示器，此有机电激发光显示器包括如前所述的串联式有机电激发光元件，借此串联式有机电激发光元件，本发明可避免串音、载流子注入能力减弱、金属太薄致使工艺再现性不佳、穿透率差和/或容易侧向漏电的情况发生，且具有高穿透度和高载流子传递速率的特性，因此更能提升显示器内部发光效能。

在参阅附图和随后描述的实施方式后，本技术领域的普通技术人员可轻易了解本发明的基本精神和其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与优选实施方式。

附图说明

图1为本发明第一实施例的示意图；

图2为本发明第二实施例的示意图；

图3A为本发明第二实施例使用不同材料的连接层与单一有机电激发光单元比较电压与电流密度的关系图；

图3B为本发明第二实施例使用不同材料的连接层与单一有机电激发光单元比较电压与亮度的关系图；

图3C为本发明第二实施例使用不同材料的连接层与单一有机电激发光单元比较亮度与发光效率的变化图；

图3D为本发明第二实施例使用不同材料的连接层与单一有机电激发光单元比较亮度与光色的关系图；和

图4为本发明第四实施例的示意图。

简单符号说明

1：串联式有机电激发光元件

11：阴极

13：阳极

15：第一有机电激发光单元

17：第二有机电激发光单元

19：连接层

2：串联式有机电激发光元件

21：阴极

23：阳极

25：第一有机电激发光单元

27：第二有机电激发光单元

29：连接层

4：串联式有机电激发光元件

41：阴极

43：阳极

45：有机电激发光单元

47：连接层

具体实施方式

本发明的第一实施例为一种串联式有机电激发光元件，如图1所示。此串联式有机电激发光元件1包括阴极11、阳极13、第一有机电激发光单元15、第二有机电激发光单元17和连接层19。其中，第一单元15与第二单元17位于阳极13和阴极11之间，且连接层19介于第一单元15和第二单元17之间。

在串联式有机电激发光元件1中，阳极13由具相对高功函数的材料所构成，阴极11则由具相对低功函数的材料所构成，其条件为阴极11与阳极13中的一个须为透明电极，另一个可为透明电极或不透明电极。举例来说，可在阳极13采用铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)透明电极，在阴极11采用如镁、镁银合金、钙和锂铝合金等材料。

第一有机电激发光单元15和第二有机电激发光单元17可为任何已知有机电激发光单元，其包括发光层，且可视需要另包括下列一或多层的多层结构：电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层、电子阻挡层(electronblocking layer)和空穴阻挡层等。举例来说、但不限于，该多层结构可为：空穴传输层/发光层/电子传输层、空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层、空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/电子注入层、空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层或空穴阻挡层/发光层/电子传输层/电子注入层、空穴注入层/空穴传输层/发光层/空穴阻挡层/电子传输层/电子注入层等数种结构。在串联式有机电激发光元件中，各有机电激发光单元的结构可为相同或不同，且可采用相同或不同材料，只要其具所需的电子和空穴传输能力。

连接层19包括有机双极化合物和导电性掺杂物。其中，可采用任何载流子迁移率为至少1×10^-7平方厘米/伏特。秒的适宜有机双极化合物。举例来说、但不限于，该有机双极化合物可为葱(anthracene)衍生物、芴(fluorene)衍生物、螺旋芴(spirofluorene)衍生物、芘(pyrene)衍生物、低聚物或其混合物。具体地讲，可在连接层19采用如9，10-双-(2-萘基)葱(9，10-di-(2-naphthyl)anthracene，ADN)、2-(第三丁基)-9，10-双-(2-萘基)葱(2-(t-Butyl)-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，TBADN)或2-(甲基)-9，10-双-(2-萘基)葱(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，MADN)的葱衍生物为该有机双极化合物。

连接层19中的导电性掺杂物则可为任何适宜的导电性金属或金属氧化物，对其选用需考虑材料的穿透度和导电度。举例来说、但不限于，可采用铝、钙、银、镍、钛、镁或其合金的金属，或采用氧化铟锡、氧化铝锌(ZnO:Al)、氧化锌(ZnO)、氮化铟(InN)或二氧化锡(SnO2)的金属氧化物，或前述二者的组合。在此，由于金属的穿透度较差，故其浓度不应过高。此外，导电性掺杂物的浓度偏高时，也易产生侧向漏电，使串联式有机电激发光元件效率降低。基于上述考虑，连接层19中的导电性掺杂物浓度通常为5至65重量百分比，优选为10至60重量百分比，更优选为20至50重量百分比。

当混合导电性掺杂物和有机双极化合物时，连接层19的整体导电度参考量包括：导电性物质的导电度、连接层19的厚度、导电性物质浓度，将此三者条件进行适当调配后，便可得最优选的连接层导电度。

本发明的第二实施例为一种串联式有机电激发光元件2。此串联式有机电激发光元件2包括阴极21、阳极23、第一有机电激发光单元25、第二有机电激发光单元27和连接层29。其中，第一单元25和第二单元27位于阴极21和阳极23之间，连接层29则介于第一单元25和第二单元27之间。连接层29包括有机双极化合物和导电性掺杂物，此有机双极化合物为MADN，且此掺杂物为银，如图2所示。连接层29中的银含量以10至60重量百分比为优选，尤其以20至50重量百分比更优选。

图2中的串联式有机电激发光元件2的功效如图3A至图3D所示。其中，图3A为电压与电流密度的关系图，横轴与纵轴分别代表以含单一有机电激发光单元的发光元件在电压V₁伏特下所产生的电流密度Id₁毫安/平方厘米为基准的比值。图3B则为电压对亮度的关系图，横轴与纵轴分别代表以含单一有机电激发光单元的发光元件在电压V₁伏特下所产生的亮度L₁烛光/平方米为基准的比值。图3C为发光效率与亮度的关系图，横轴与纵轴分别代表以含单一有机电激发光单元的发光元件在亮度L₁烛光/平方米的发光效率Y₁烛光/安培为基准的比值。图3D为亮度对光色的关系图，横轴与纵轴分别代表以含单一有机电激发光单元的发光元件在亮度L₁烛光/平方米的光色CIEy₁为基准的比值。

在图3A至图3D中，线a代表在有机电激发光元件中仅存在单一有机电激发光单元的表现；线b、c和d分别代表在串联式有机电激发光单元2的第一单元25和第二单元27具有与该单一有机电激发光单元相同结构和材料，且第一单元25与第二单元27间的连接层29分别为：MADN(线b)、掺杂20重量百分比银的MADN(线c)，以及掺杂50重量百分比银的MADN(线d)。

如图3C所示，串联式发光单元可提供比单一发光单元高的发光效率(线b与线a)，且在串联式发光单元的连接层采用有机双极化合物与导电性掺杂物的组合，所提供的发光效率尤佳(线c与线d)。由图3A和3B可知，串联式发光单元虽可提供优选的发光效率，但其产生相同电流密度与亮度所需的电压远比单一发光单元为高(线b与线a)，在串联发光单元的连接层采用有机双极化合物与导电性掺杂物的组合则可有效改善前述缺点(线c与线d)。此外，由图3D可知，采用单一发光单元或串联式发光单元，在光色上的表现均无实质上的差异(线a与线b)，即使在串联发光单元的连接层采用有机双极化合物与导电性掺杂物的组合亦然(线c与线d)。

此外，由于本发明串联式元件的连接层并非仅采用金属导电性物质，故其电阻值相对较高、横向电流较低，不会有串音的情况发生。综上，本发明串联式有机电激发光元件可有效提高发光效率但不影响光穿透力，且可避免载流子注入能力减弱、串音和/或侧向漏电等问题发生。

本发明的第三实施例为一种有机电激发光显示器。此有机电激发光显示器包括如前实施例所述的多个串联式有机电激发光元件和多个基板，多个基板包括相应多个像素薄膜晶体管，而此多个像素薄膜晶体管与相应多个串联式有机电激发光元件的电极电连接。借此串联式有机电激发光元件，本发明可避免有机电激发光显示器的内部发生串音、载流子注入能力减弱、金属太薄致使工艺再现性不佳、穿透率差和/或容易侧向漏电的情形，且其内部更具有高穿透度和高载流子传递速率的特性。

虽然根据本发明的串联式有机电激发光元件实施例具有阳极、阴极、第一有机电激发光单元、第二有机电激发光单元和连接层，但现有此项技艺者可推及含有一阴极41、一阳极43、N个有机电激发光单元45和(N-1)个连接层47的串联式有机电激发光元件4，如图4所示的第四实施例。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式，和阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范围。任何本领域的技术人员可轻易完成的改变或均等性的安排均属本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以所附权利要求为准。

Claims

1、一种串联式有机电激发光元件，包括：

阳极；

阴极；

第一有机电激发光单元，位于该阳极和该阴极之间；

第二有机电激发光单元，位于该阳极和该阴极之间；和

连接层，介于该第一单元和该第二单元之间；

其中该连接层包括有机双极化合物和导电性掺杂物。

2、如权利要求1所述的串联式有机电激发光元件，其中该掺杂物选自由金属和金属化合物所组成的群组。

3、如权利要求2所述的串联式有机电激发光元件，其中该掺杂物包括金属。

4、如权利要求3所述的串联式电激发光元件，其中该金属包括银。

5、如权利要求1所述的串联式有机电激发光元件，其中该掺杂物在连接层中的含量为10至60重量百分比。

6、如权利要求5所述的串联式有机电激发光元件，其中该掺杂物的含量为20至50重量百分比。

7、如权利要求1所述的串联式有机电激发光元件，其中该有机双极化合物包括MADN。

8、一种有机电激发光显示器，其包括如权利要求1所述的串联式有机电激发光元件。

9、如权利要求8所述的显示器，其还包括基板，该基板包括像素薄膜晶体管，其中该像素薄膜晶体管与该串联式有机电激发光元件的电极电连接。