CN101114702A - 图像显示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明有关于含电致发光装置的图像显示系统。该图像显示系统包含电致发光装置，其中该电致发光装置包含基板、阳极、电致发光层、电子注入层、及阴极。其中，该阳极形成于该基板之上；该电致发光层形成于该阳极之上；该电子注入层形成于该电致发光层之上，其中该电子注入层包含导电材料，以及掺杂物，该掺杂物为含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物掺杂于该导电材料中；而该阴极形成于该电子注入层之上。
Description
技术领域
本发明关于一种包含电致发光装置的图像显示系统及其制造方法，特别关于一种包含具有较高电子注入能力的电致发光装置的图像显示系统及其制造方法。
背景技术
近年来，随着电子产品发展技术的进步及其日益广泛的应用，像是移动电话、PDA及笔记型计算机的问市，使得与传统显示器相比具有较小体积及电力消耗特性的平面显示器的需求与日俱增，成为目前最重要的电子应用产品之一。在平面显示器当中，由于有机电致发光器件具有自发光、高亮度、广视角、高响应速度及制备工艺容易等特性，使得有机电致发光装置无疑将成为下一代平面显示器的最佳选择。
如图1所示，有机电致发光装置10，其具有阳极14形成于基板12上，以及空穴传输层16、发光层18、电子传输层20、及阴极22依序形成于该阳极14之上。在此，该空穴传输层16、发光层18、电子传输层20由有机材料所构成。为了降低操作电压及改善射出电子跟空穴数目使其达到平衡，实有必要增加电子由阴极射入电子传输层的效率。
为解决上述问题，美国专利5429884，5059862及4885211提出一种方法用以改善电子由阴极射入电子传输层的效率。该方法利用具有低功函数的碱金族金属，例如锂或镁，使其与铝或银共沉积(或形成合金)，来作为阴极。然而，具有低功函数的碱金族金属非常不稳定且具有高活性，因此使得有机电致发光二极管的可加工性及稳定性大幅降低。
美国专利5776622，5776623，5937272，5739635，和Appl.Phy.Lett.73(1988)P.1185也揭露一种增加电子注入能力的方法，其在阴极与电子传输层之间设置电子注入层，该电子注入层为无机材料例如为LiF，CsF，SrO或是Li2O，厚度介于5～20。
近年来，利用金属烷基化物或金属芳基化合物，例如CH3COOLi或C6H5COOLi，来增加电子注入能力的方法，也被业界所提出。其将金属烷基化物或金属芳基化合物形成于阴极与电子传输层之间。然而，由于金属烷基化物或金属芳基化合物不易形成具有均匀厚度的5～40的膜层，因此不适用于大面积的电致发光装置。
因此，为改善电致发光装置的发光效率，研制出具有高电子注入能力的电致发光装置结构，是目前有源有机电致发光装置制备技术上亟需研究的重点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种包含具有高发光效率的电致发光装置的图像显示系统及其制造方法，以符合平面显示器市场的需求。
为达成本发明的目的，该图像显示系统包含电致发光装置，其中该电致发光装置包含基板、阳极、电致发光层、电子注入层、及阴极。其中，该阳极形成于该基板之上；该电致发光层形成于该阳极之上；该电子注入层形成于该电致发光层之上，其中该电子注入层包含导电材料，以及掺杂物，该掺杂物为含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物掺杂于该导电材料中；而该阴极形成于该电子注入层之上，并与该电子注入层直接接触。
根据本发明的另一个优选实施例，本发明所述的图像显示系统包含电致发光装置，其中该电致发光装置包含基板、阳极、电致发光层、及掺杂阴极。其中，该阳极形成于该基板之上；该电致发光层形成于该阳极之上；该掺杂阴极形成于该电致发光层之上，其中该掺杂阴极包含导电材料以及掺杂物，该掺杂物为含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物掺杂于该导电材料中。
为使本发明的上述目的、特征能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为剖面示意图，显示现有技术所述的电致发光装置。
图2显示本发明一个优选实施例所述的包含电致发光装置的剖面示意图。
图3显示本发明另一个优选实施例所述的包含电致发光装置的剖面示意图。
图4显示实施例1-4所述的电致发光装置其操作电压与电流密度的关系图。
图5显示实施例1-4所述的电致发光装置其操作电压与亮度的关系图。
图6显示实施例1-4所述的电致发光装置其电流密度与发光效率的关系图。
图7显示实施例1与对比例1所述的电致发光装置其操作电压与亮度的关系图。
图8显示实施例1与对比例1所述的电致发光装置其操作电压与亮度的关系图。
图9显示实施例1与对比例1所述的电致发光装置其电流密度与发光效率的关系图。
图10a及10b显示本发明其它优选实施例所述的包含电致发光装置的剖面示意图。
图11显示本发明所述的包含电致发光装置的图像显示系统的配置示意图。
主要附图标记说明
有机电致发光装置～10；基板～12；阳极～14；空穴传输层～16；发光层～18；电子传输层～20；阴极～22；电致发光装置～100、200；基板～110；阳极～120；电致发光层～130；空穴注入层～131；空穴传输层～132；发光层～133；电子传输层～134；电子注入层～140；导电材料～141；掺杂物(含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物)～142；阴极～150；掺杂阴极～160；显示面板～170；输入单元～180；以及电致发光装置的图像显示系统～300。
具体实施方式
本发明利用电子注入层以促进电子由阴极注入该电致发光层。
请参照图2，显示本发明一个实施例的图像显示系统所包含的电致发光装置100。该电致发光装置100包含基板110、阳极120、电致发光层130、电子注入层140、以及阴极150。该基板110可为玻璃或是塑料基板。该阳极120的材质可为透光的金属或金属氧化物，例如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)或是氧化锌(ZnO)，而形成方法可例如为溅镀、电子束蒸镀、热蒸镀、或是化学气相沉积。
该电致发光层130可包含空穴注入层131、空穴传输层132、发光层133及电子传输层134，其材质可以为有机半导体材料，例如小分子有机材料、高分子化合物材料或有机金属化合物材料，形成方式可为真空蒸镀、旋转涂布、浸没涂布、滚动式涂布、喷墨填充、浮雕法、压印法、物理气相沉积、或是化学气相沉积。该空穴注入层131、空穴传输层132、发光层133及电子传输层134的厚度不是本发明的技术特征，并无特别的限制，可视本领域的技术人员的需要而调整。若是电致发光层厚度太厚，会使得驱动电压上升，相反的，若是太薄，则容易有小洞(pin-hole)产生。该空穴注入层131、空穴传输层132、发光层133及电子传输层134的厚度优选介于1nm至1μm。
本发明的技术特征之一，是该电子注入层140包含导电材料141，且该导电材料141掺杂有掺杂物142，此掺杂物142为含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物。该电子注入层140形成于该电致发光层130以及该阴极150之间。该电子注入层140的厚度介于0.1～50nm，优选介于1-30nm。该含有锕系元素的膜层可为氟化锕、氯化锕、溴化锕、氧化锕、氮化锕、硫化锕、碳酸锕、或其混合。而该含有镧系元素的膜层可包含氟化镧、氯化镧、溴化镧、氧化镧、氮化镧、硫化镧、碳酸镧、或其混合。此外，该含氟的化合物可例如为LiF。其中，该镧系元素或该锕系元素可例如为Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，或是U。举例说，该掺杂物142可为卤化铈、氮化铈、氧化铈、硫化铈、氟氧化铈、碳酸铈(cerium carbonate)、或其混合。卤化铈可为三氟化铈(CeF3)或四氟化铈(CeF4)。
其中该导电材料141可例如为ITO(indium tin oxide)、IZO(indium zincoxide)、AZO(aluminum zinc oxide)、ZnO(zinc oxide)、Ca、Ag、Mg、Al、Li、或其混合。值得注意的是，该导电材料141与该掺杂物(含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物)142的重量比介于10∶1～200∶1之间。
该阴极150为可注入电子于该有机电致发光层130的材质，例如为低功函数的材料，像是Ca、Ag、Mg、Al、Li、或是其任意的合金，形成方法可例如为溅镀、电子束蒸镀、热蒸镀、或是化学气相沉积。
请参照图3，显示本发明另一个优选实施例所述的电致发光装置200，该阴极可与该电子注入层具有相同的组成，因此该阴极可与该电子注入层构成掺杂阴极160。该掺杂阴极160可包含导电材料141，以及掺杂物142，如含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物掺杂于该导电材料141中。
以下，列举数个实施例，并请配合附图，以说明符合本发明的包含电致发光装置的图像显示系统。
实施例1：
使用中性清洁剂、丙酮、及乙醇以超音波振荡将100nm厚的具有ITO透明电极(阳极)的玻璃基材洗净。以氮气将基材吹干，进一步以UV/臭氧清洁。接着于10-5Pa的压力下依序沉积空穴传输层，发光层，电子传输层，电子注入层及铝电极于该ITO电极上，以获得该电致发光装置(1)。以下列出各层的材质及厚度。
空穴传输层：厚度为150nm，材质为NPB(N，N′-di-1-naphthyl-N，N′-diphenyl-1，1′-biphenyl-1，1′-biphenyl-4，4′-diamine)。
该发光层：厚度为40nm，材质为掺杂有C545T(10-(2-Benzothiazolyl)-2，3，6，7-tetrahydro-1，1，7，7-tetramethyl-1H，5H，11H-(1)-benzopyropyrano(6，7-8-i，j)quinolizin-11-one)的Alq3(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum)层，其中该Alq3以及C545T的重量比为100∶1。
该电子传输层：厚度为10nm，材质为Alq3(b tris(8-hydroxyquinoline)aluminum)。
该电子注入层：厚度为20nm，材质为掺杂有CeF4(cerium fluoride)的Al金属层，其中该Al以及CeF4的重量比为20∶1。
铝电极：厚度为130nm。
该电致发光装置(1)的结构可表示为：ITO 100nm/NPB150nm/Alq3∶C545T 100∶1 40nm/Alq3 10nm/Al∶CeF4 20∶1 20nm/Al 130nm
接着，以PR650及Minolta TS110测量该电致发光装置(1)的光学特性，其测量结果如图4-6所示。
实施例2～3
实施例2及3所述的电致发光装置(2)及(3)除了电子注入层的Al与CeF4的重量比分别调整为40∶1及200∶1外，其余皆与实施例1相同。
接着，以PR650及Minolta TS110测量该电致发光装置(2)及(3)的光学特性，其测量结果如图4-6所示。
实施例4
实施例4所述的电致发光装置(4)除了电子注入层的作为掺杂物的CeF4以LiF取代，其余皆与实施例1相同。该电致发光装置(4)的结构可表示为：
ITO 100nm/NPB 150nm/Alq3∶C545T 100∶1 40nm/Alq3 10nm/Al∶LiF 20∶120nm/Al 130nm
请参照图4-6，为实施例1～4一系列的光电特性比较。如图所示，电致发光装置(1)(Al与CeF4的重量比为20∶1)具有较低的操作电压及较高的效率。
对比例1
使用中性清洁剂、丙酮、及乙醇以超音波振荡将100nm厚的具有ITO透明电极(阳极)的玻璃基材洗净。以氮气将基材吹干，进一步以UV/臭氧清洁。接着，形成厚度为150nm的NPB膜层形成于该ITO透明电极之上，以作为空穴传输层。接着，厚度为40nm的发光层形成于该空穴转输层之上，其中该发光层的材质为掺杂有C545T的Alq3层，其中该Alq3以及C545T的重量比为100∶1。接着，厚度为10nm的Alq3膜层形成于该发光层上，以作为电子传输层。接着，形成厚度为1nm的LiF层于该电子传输层之上，以作为电子注入层。最后，形成厚度为150nm的铝电极于该电子注入层之上，以获得该电致发光装置(5)。以下列出各层的材质及厚度：
ITO 100nm/NPB 150nm/Alq3∶C545T 100∶1 40nm/Alq3 10nm/LiF 1nm/Al150nm
请参照图7～9，为实施例1及对比例1所述的发光组件一系列的光电特性比较。如图所示，与对比例相比，电致发光装置(1)(Al与CeF4的重量比为20∶1)具有较低的操作电压及较高的效率。
依据本发明又一个优选实施例，图3所示的电致发光装置200，可还包含阴极层150形成于该掺杂阴极160之上，如图10a所示。该阴极150为可注入电子于该有机电致发光层的材质，例如为低功函数的材料，像是Ca、Ag、Mg、Al、Li、或是其任意的合金，形成方法可例如为溅镀、电子束蒸镀、热蒸镀、或是化学气相沉积。该阴极150的材质可跟导电材料141相同或不同。
此外，请参照图10b，该电致发光装置200可还包含如本发明所述的电子注入层140，且该电子注入层140形成于该掺杂阴极160与该电致发光层130之间。
请参照图11，显示本发明所述的包含电致发光装置的图像显示系统的配置示意图，其中该包含电致发光装置的图像显示系统300包含显示面板170，该显示面板可包括本发明所述的有源有机电致发光装置(例如图2、3、10a、10b所示的有机电致发光装置)。仍请参照图11，该显示面板170可为电子装置(如图所示的图像显示系统300)的一部分。一般来说，该图像显示系统300包含显示面板170；以及输入单元180，与该显示面板耦接。其中该输入单元180传输信号至该显示面板170，以使该显示面板170显示图像。该图像显示系统300可例如为移动电话、数字相机、PDA(个人数据助理)、笔记型计算机、桌上型计算机、电视、车用显示器、或是可携式DVD放映机。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所定义的范围为准。
Claims (10)
1.一种图像显示系统，包含：
电致发光装置，该电致发光装置包含：
基底；
阳极形成于该基底之上；
电致发光层形成于该阳极之上；
电子注入层形成于该电致发光层之上，其中该电子注入层包含导电材料，以及掺杂物，该掺杂物为含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物掺杂于该导电材料中；以及
阴极直接形成于该电子注入层之上。
2.根据权利要求1的图像显示系统，其中该电子注入层的厚度介于0.1～50nm之间。
3.根据权利要求1的图像显示系统，其中该含锕系元素的化合物包含氟化锕、氯化锕、溴化锕、氧化锕、氮化锕、硫化锕、碳酸锕、或其混合。
4.根据权利要求1的图像显示系统，其中该含镧系元素的化合物包含氟化镧、氯化镧、溴化镧、氧化镧、氮化镧、硫化镧、碳酸镧、或其混合。
5.根据权利要求1的图像显示系统，其中该含镧系元素的化合物包含卤化铈、氮化铈、氧化铈、硫化铈、氟氧化铈、碳酸铈、或其混合。
6.根据权利要求1的图像显示系统，其中该含镧系元素的化合物包含三氟化铈(CeF3)、四氟化铈(CeF-4)、或其混合。
7.根据权利要求1的图像显示系统，其中该导电材料与该含镧系元素的化合物、该含锕系元素的化合物、或含氟的化合物的重量比介于10∶1～200∶1之间。
8.根据权利要求1的图像显示系统，还包含显示面板，其中该电致发光装置是构成该显示面板的一部分。
9.根据权利要求8的图像显示系统，还包含电子装置，其中该电子装置包含：
该显示面板；以及
输入单元，与该显示面板耦接，其中该输入单元传输信号至该显示面板，以使该显示面板显示图像。
10.一种图像显示系统，包含：
电致发光装置，其中该电致发光装置包含：
基底；
阳极形成于该基底之上；
电致发光层形成于该阳极之上；以及
掺杂阴极形成于该电致发光层之上，其中该掺杂阴极包含导电材料以及掺杂物，该掺杂物为含镧系元素的化合物、含锕系元素的化合物、或含氟的化合物掺杂于该导电材料中。
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