CN100536192C - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括印刷电路板和具有有机层的发光构件的发光装置。构件包括至少一个由有机材料制成的用于电子或空穴的载流子传递层(5，9，25，29，45，49)和有机材料的发光层(7，27，47)，并且其特征在于将有机层的顺序应用到作为衬底的印刷电路板，并且提供至少一个掺杂的传递层来改进电子或空穴注入。另外，可以使用用于改进衬底侧电子或空穴注入的层(3，23，43)和平滑层(4，24)。
Description
技术领域
本发明涉及一发光装置，其包括印刷电路板和具有有机层的发光构件，特别是按照权利要求书1概念的一有机发光二极管。
背景技术
自Tang等人1987年的较低工作电压演示[C.W.Tang et al.，Appl.Phys.Lett.51(1987，no.12)，913]以来，有机发光二极管均被用作大面积显示器实现的候选者。其是由一系列薄的(典型的是1nm至1μm)有机材料的层构成，该涂层优选采用在真空中的汽相淀积或通过溶剂的例如离心分离来制得。在通过金属层的电接触后，有机的薄涂层可形成各式各样的电子或光电子的构件，例如二极管，发光二极管，光电二极管和晶体管，其以其所生成构件的特性与无机基涂层进行竞争。对有机的发光二极管(OLED)的情况，其是借助其间有机层由于一外部施加电压的接触而产生的载流子(一侧是电子，另一侧是空穴)的注入，以及随后在一有源区中形成的激子(电子空穴对)和该激子的发射复合，来进行发光和发光二极管的发射。
这类有机基构件相对于传统无机基(半导体如硅，砷化稼)构件的优点是可制造非常大表面的显示元件(显示屏，屏幕)。该有机原料与无机原料相比相对更廉价(少量的材料和能量消耗)。此外该材料相对于无机材料而言可采用更低的工艺温度在柔软衬底上进行涂布，使得其可在一系列的显示和照明技术中加以新的应用。
通常这种构件的布置由一或多个下述的层序列组成：
a)载体，衬底，
b)底基电极，其是空穴注入(正极)的、透明的，
c)空穴注入层，
d)空穴传递层(HTL)，
e)发光层(EL)，
f)电子传递层(ETL)，
g)电子注入层，
h)顶盖电极，通常为一具有较低发射功率的金属，是电子注入的(负极)，
i)封壳，用于排除环境影响。
其为一般的状况，通常还会减除几层(除b，e和h外)，或在一层中组合多种性能。
在所叙述的层序列中光是通过透明的底基电极和衬底发出的，而顶盖电极由不透明的金属层构成。当前用于空穴注入的材料几乎全部是铟-锡-氧化物(ITO)，作为空穴的注入接触(一透明的蜕化半导体)。对电子注入而言可使用比如铝(Al)，氟化锂(LiF)，镁(Mg)，钙(Ca)的薄层或一Mg和银(Ag)的混合层与Al的组合的材料。
对许多应用而言，通常期望所发射的光不进入衬底，而是通过顶盖电极。特别例如有机基发光二极管的显示屏或其它照明元件而言，该显示屏由比如印刷电路板的非透明衬底制成。因为很多应用组合了多种功能，例如电子组件，键盘和显示功能，如果以尽可能低的成本将这些集成在印刷电路板上是格外有益的。可以全自动的装备印刷电路板，意味着可以可观的节省生产大范围集成显示器中的成本。通过根据本发明的印刷电路板，之后，我们表示任意可以将除了OLED的其它功能组件以简单方式集成(例如，通过接合，焊接，粘接，插入联接)的装置或衬底。这些可以是现有的印刷电路板，或者是陶瓷印刷电路板类的衬底，在其一侧上有OLED，并且其另一侧和OLED电气联接，并安装了多种电气功能元件。印刷电路板类的衬底可能是扁平的或弓形的构造。
对上述的一系列有机涂层(顶盖电极为阴极)而言，这一通过顶盖电极的发射可借助一非常薄的常用金属电极来激发。因为对一具有足够高透射的顶盖而言，其还无法达到高的横向传导能力，因此其必须被涂布于一透明的接触材料上，例如ITO或掺杂有锌的氧化铟(例如US专利号5,703,436(S.R.Forrest等)，递交于1996年3月6日；US专利号5,757,026(S.R.Forrest等)，递交于1996年4月15日；US专利号5,969,474(M.Arai)，递交于1997年10月24日)。另外该结构已知的实现可见(例如G.Parthasarathy et al.，Appl.Phys.Lett.72(1997)，2138；G.Parthasarathy et al.，Adv.Matter.11(1997)，907)的用于改善电子注入的有机中间层，该有机中间层可以部分利用金属原子如锂掺杂(G.Parthasarathy et al.，Appl.Phys.Lett.76(2000)，2128)。在这些文章中均涂布有一透明的接触层(通常是ITO)。自然，在阴极的电子注入层没有混合锂或其它第一主族的原子的ITO不能很好的适于电子注入，因此提升了LED的工作电压。另一方面，因为原子通过有机层的扩散，锂或类似原子的混合会引起组件的不稳定性。
透明阴极的其它可能性在于层顺序的翻转，即将空穴注入的透明接触(阳极)作为顶盖电极。但是，该在LED上的阳极倒转结构的实现在实践中大大提高了困难度。如果该层顺序采用空穴注入层制成，则要求作为空穴注入ITO(或一其它金属)所使用的金属应涂布于有机层序列上(例如US专利号5,981,306(P.Burrows等)，递交于1997年9月12目)。其所要求的大多数工艺技术与有机层均难以相处并且可能会带来损害。
很多不透明衬底上的倒转OLED的一个决定性缺点是有效的电子注入通常需要具有很低的发射功率的材料。在非倒转结构中，通过引入比如LiF(Hung et al.1997US5677572，Hung et al.，Appl.Phys.Lett.70(1997)，152)的中间层来解决。但是，示出了这些中间层仅在蒸发的情况下有效(M.G.Mason，J.Appl.Phys.89(2001)，2756)。但是它并不能用于倒转的OLED。特别是用到印刷电路板的倒装结构。通常的用于印刷电路板的接触金属(铜，镍，金，铂，锡和铝)，因为它们较高的发射功率，不需要有效的电子注入，和/或不适于因为形成氧化层的载流子注入。
实现有机发光二极管的另一问题包括在粗糙度相对较大的印刷电路板中。因为，在低层厚度点的有机发光二极管遭受场峰(field peak)和短路，这使得故障经常发生。可以由具有厚传递层的OLED解决短路问题。但是这通常使得服务电压更高，并且OLED的效率下降。
实现印刷电路板中的有机发光二极管或有机显示器的另一问题是将OLED密封到衬底。OLED对标准大气很敏感，特别是氧气和水。为防止快速恶化，必须具有良好的密封。在印刷电路板情况中(需要每平方米每天小于10-4克的水和氧气的渗透率)。
在说明中，提出了有机发光二极管和印刷电路板的组合，其中位于启动OLED的驱动器芯片位于印刷电路板上。其中一个形式是由Chingping Wei等(US5703394，1996；US5747363，1997，Motorola Inc.)，Juang Dar-Chang等(US6333603，2000)和E.Y.Park(US2002/44441，2001)提出的，其中在其上生产OLED的衬底和启动OLED的电气构件位于其上的印刷电路板是两个分开的部分，并且彼此顺序连接。
在Kusaka Teruo(US6201346，1998，NEC Corp.)的专利申请中，提出在生产过程中在印刷电路板(OLED位于前面)的相反侧使用“热沉”(就是说，移走热量的元件)。这个热沉意在防止在生产OLED的过程中加热OLED和衬底。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有基于有机发光二极管的显示或发光功能的印刷电路板，其中光的辐射具有高输出效率和长的寿命(高稳定性)。
根据本发明，通过权利要求1中所述的特征实现这个目的。有益的改进和变型是从属权利要求的主题。
有机发光二极管的兼容性由根据权利要求1的合适的新颖层顺序实现。为了这个目的，使用高掺杂的有机中间层，提供载流子的有效注入，以及优选的以本发明的精神采用与晶体部分形态相同的层。之后，为了平滑，采用高玻璃化温度的有机中间层，为了有效的注入和产生高传导性将其掺杂。在下面的叙述中，层结构可能类似于现有的(阳极在衬底侧)或倒转的(阴极在衬底侧)的有机发光二极管。
例如，在德国专利申请DE 101 35 513.0(2001)，X.Zhou et al.，Appl.Phys.Lett.81(2002)，922中，给出了具有掺杂传递层和隔离层的有机发光二极管。相似的优点是在构件上放置透明阳极(或阴极，在正常的层结构中)之前使用高掺杂保护的阳极。通过根据本发明的掺杂，我们意在混合有机或无机分子来增加层的传递性。为了那个目的，采用受主类的分子用于空穴传递材料的p掺杂，以及采用施主类的分子用于电子传递层的n掺杂。所有这些在专利申请DE 10 13 551.3中完全提出。
对于接触衬底(例如，印刷电路板)一侧的单独的OLED和安装在衬底(例如，印刷电路板)另一侧上的电子构件的电气连接，需要直通接触。这可以以已知技术执行。
因为，掺杂层对放出的热十分稳定并且能够将其移走，在这里提出的解决方案中加热OLED和衬底不产生问题。从而不需要在US6,201,346中所需的“热沉”。
附图说明：
本发明将在随后通过以实例和材料方式的实施例来详细阐述。在附图中：
图1以实例的方式示出了根据本发明的发光装置的第一实施例，其具有倒转的掺杂OLED层顺序，其中有保护层；
图2以实例的方式示出了根据本发明的发光装置的第二实施例，其结构为OLED具有布置在非透明衬底下的阳极；
图3以实例的方式示出了根据本发明的发光装置的第三实施例，其和图2的相似，但是没有分开的平滑层；并且
图4以实例的方式示出了根据本发明的发光装置的第四实施例，其和图2的相似，具有组合的空穴注入和空穴传递层。
具体实施方式
如图1所示，有益的实施例包括表现根据本发明的有机发光二极管(以倒转的形式)的结构，如果印刷电路板材料同样已经显示出对氧气和水的足够低的渗透率，或通过其它方式而显示出同样性能，该有机发光二极管在包括下面的层的印刷电路板上：
-印刷电路板1
-由印刷电路板制造中常的用材料制成的电极2(阴极＝负极)
-n掺杂的电子注入和传递层3
-n掺杂的平滑层4
-n掺杂的电子传递层5
-更薄的电子侧隔离层6，其由带层和周围层的带层匹配的材料制成
-空穴侧隔离层8(通常比层7更薄)，其由带层和周围层的带层匹配的材料制成
-p掺杂的空穴注入和传递层9
-保护层10(通常比层7更薄)，和高晶体部分形态相同，高度p掺杂
-保护层10(通常比层7更薄)，和高晶体部分形态相同，高度p掺杂
-保护层10(通常比层7更薄)，和高晶体部分形态相同，高度p掺杂
-电子11，空穴注入(阳极＝正极)，优选为透明的
-封壳12，用于排出环境影响
在图2中示出了根据本发明的OLDE的结构的一个有益的实施例，其具有现有的层顺序(阳极在非透明衬底以下)：
-印刷电路板21
-由印刷电路板制造中常用的材料制成的电极22(阳极＝正极)
-p掺杂的空穴注入和传递层23
-p掺杂的平滑层24
-p掺杂的空穴传递层25
-更薄的电子侧隔离层26，其由带层和周围层的带层匹配的材料制成
-发光层27
-电子侧隔离层28(通常比层7更薄)，由带层和周围层的带层匹配的材料制成
-n掺杂的电子注入和传递层29
-保护层30(通常比层7更薄)，和高晶体部分形态相同，高度n掺杂
-电极31，是电子注入的(阴极＝负极)，优选的是透明的
-封壳32，用于排出环境影响
在本发明的精神中，还可以省略各个平滑层4或24，或者包括和相应注入层3或23或者相应传递层5或25和6或26的材料相同或类似的材料。在图3中示出了这种有益的实施例。
-印刷电路板21
-由印刷电路板制造中常用的材料制成的电极22(阳极＝正极)
-p掺杂的空穴注入和传递层23
-p掺杂的空穴传递层25
-更薄的电子侧隔离层26，由带层和周围层的带层匹配的材料制成
-发光层27
-电子侧隔离层28(通常比层27更薄)，由带层和周围层的带层匹配的材料制成
-n掺杂的电子注入和传递层29
-保护层30(通常比层7更薄)，和高晶体部分形态相同，高度n掺杂
-电极31，是电子注入的(阴极＝负极)，优选的是透明的
-封壳32，用于排出环境影响
在具有两个电子传递层的情况中，倒转的层结构具有类似的结构。
有时可以组合空穴注入层和空穴传递层，在图4中示出了这种有益的实施例。
-印刷电路板21
-由印刷电路板制造中常用的材料制成的电极22(阳极＝正极)
-p掺杂的空穴注入和传递层23
-更薄的电子侧隔离层26，由带层和周围层的带层匹配的材料制成
-发光层27
-电子侧隔离层28(通常比层27更薄)，由带层和周围层的带层匹配的材料制成
-n掺杂的电子注入和传递层29
-保护层30(通常比层7更薄)，和高晶体部分形态相同，高度n掺杂
-电极31，是电子注入的(阴极＝负极)，优选的是透明的
-封壳32，用于排出环境影响
仅有一个电子传递层的倒转的层结构被类似构成。
另外，本发明的精神还包括仅掺杂一侧(空穴或电子传导)。摩尔掺杂浓度通常在1∶10到1∶10,000的范围。如果掺杂物基本小于矩阵分子，在例外的情况中在层中可能有比矩阵分子更多的掺杂杂质(多达5∶1)。掺杂杂质可以是有机或无机分子。
在下述中，通过实例的方式给出另外的实施例，但是没有附图。
作为以实例的方式的优选实施例，将在下面说明用于具有倒转层顺序的结构的解决方案。
以实例方式的第五实施例
41.衬底(印刷电路板)
42.电极：铜(阴极)
43.5nm Alq3(三醌铝)，以5∶1掺杂铯
44.40nm红菲绕啉(Bphen)，以5∶1掺杂铯
45.5nm Bphen，不掺杂
47.场致发光和电子传导的层：20nm Alq3
48.空穴侧隔离层：5nm三苯二铵(TPD)
49.P掺杂层：100nm Starburst 2-TNATA以50∶1掺杂F4-TCNQ
50.保护层：20nm酞花菁锌，多晶体，以50∶1掺杂F4-TCNQ，作为另一选择的：20nm并五苯，多晶体，以50∶1掺杂F4-TCNQ
51.透明电极(阳极)：铟-锡-氧化物(ITO)
这里层45作为电子传导和隔离层。在实例6中，以分子介质(铯)掺杂经掺杂的电子传导层(43，44)。在下面的实例中，以分子介质执行这个掺杂：
以实例方式的第六实施例
41.衬底(印刷电路板)
42.电极：铜(阴极)
43.5nmAlq3(三醌铝)，以50∶1掺杂焦宁B
44.40nm红菲绕啉(Bphen)，以50∶1掺杂焦宁B
45.5nm Bphen，不掺杂
47.场致发光和电子传导的层：20nm Alq3
48.空穴侧隔离层：5nm三苯二铵(TPD)
49.P掺杂层：100nm Starburst 2-TNATA以50∶1掺杂F4-TCNQ
50.保护层：20nm酞花菁锌，多晶体，以50∶1掺杂F4-TCNQ，另一选择：20nm并五苯，多晶体，以50∶1掺杂F4-TCNQ
51.透明电极(阳极)：铟-锡-氧化物(ITO)
由在真空中的汽相淀积处理在混合的蒸汽中生产混合的层(43，44，49，50)。理论上，也可以由其它方法生产这种层，例如，将物质一个在另一个上汽相淀积，同时保证物质可能的受温度控制的彼此扩散；或者通过在真空下或不在真空下的混合物质的其它应用(例如，离心或打印)。有时，掺杂物在生产过程中或在层中以合适的物理和/或化学方法(例如，光，电或磁场)保持要被激发。层(45)，(47)，(48)在真空下被类似地汽相淀积，但是也可以另外以其它方式生产，例如，通过真空下或不在真空下的离心分离。
另外，可以采用密封层。一个实例是通过SiOx(氧化硅)层的方式的密封，由具有可和玻璃相比的特性，比如无色性和透明性，的SiOx层的等离子上光(CVD处理，“化学蒸发”)而生产。类似的，可以采用氮氧化层(NOx)，类似的以等离子支持的过程生产。
参考符号列表
1印刷电路板
2电极(阴极＝负极)
3n掺杂的电子注入和传递层
4n掺杂的平滑层
5n掺杂的电子传递层
6电子侧隔离层
7发光层
8空穴侧隔离层
9p掺杂的空穴注入和传递层
10保护层
11电极，空穴注入的(阳极＝正极)
12封壳
21印刷电路板
22电极(阳极＝正极)
23p掺杂的空穴注入和传递层
24p掺杂的平滑层
25p掺杂的空穴传递层
26空穴侧隔离层
27发光层
28电子侧隔离层
29n掺杂的电子注入和传递层
30保护层
31电极(阴极＝负极)
32封壳
Claims (8)
1.一种装置，包括印刷电路板(1；21)和设置在印刷电路板(1；21)上的具有有机层的发光构件，其中有机层包括有机掺杂的载流子传递层(5；25)以及由有机材料制成的发光层(7；27)，其中：
发光构件包括掺杂的有机中间层(3；23)，其进行载流子注入及传递并且设置在印刷电路板(1；21)的接触层(2；22)上；
对于印刷电路板(1)的接触层(2)作为阴极形成的情况，掺杂的中间层是n掺杂的电子注入及传递层；或者对于印刷电路板(21)的接触层(22)作为阳极形成的情况，掺杂的中间层是p掺杂的空穴注入及传递层。
2.如权利要求1所述的装置，其中在掺杂的有机中间层(3；23)和掺杂的载流子传递层(5；25)之间，应用一个掺杂的平滑层(4；24)。
3.如权利要求1所述的装置，其中掺杂的中间层(3；23)具有带有晶体部分的形态。
4.如权利要求2所述的装置，其中关于掺杂的分子和主要物质分子的比率，在掺杂的中间层(3；23)，掺杂的平滑层(4；24)和掺杂的载流子传递层(5；25)中杂质的摩尔浓度在范围1∶100,000到5∶1之间。
5.如权利要求1所述的装置，其中作为阳极或阴极实现的顶盖电极(11；31)是透明的或半透明的，并且具有保护层(12；32)。
6.如权利要求5所述的装置，其中作为阳极或阴极实现的顶盖电极(11；31)由金属制成并且是半透明的。
7.如权利要求6所述的装置，其中在作为阳极或阴极实现的金属制成的半透明的顶盖电极(11；31)上，应用用于横向传导的另外的透明接触层。
8.如权利要求1到7中任意一个所述的装置，其中印刷电路板(1；21)由衬底制成，发光构件设置在该衬底上并且和衬底上设置的电气构件组合及电气连接，其中电气构件不是在衬底上直接生产的。
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| Low-voltage inverted transparent vacuum desosited organiclight-emitting diods using electrical doping. ZHOU X ET AL.APPLITED PHYSICS LETTERS,AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS,Vol.81 No.5. 2002 * |
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