CN102148233A

CN102148233A - 图像显示系统

Info

Publication number: CN102148233A
Application number: CN2010101078471A
Authority: CN
Inventors: 颜瑞祥; 徐湘伦; 西川龙司
Original assignee: Toppoly Optoelectronics Corp
Current assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: CN102148233B

Abstract

本发明揭示一种图像显示系统。此系统包括一全彩有机电激发光装置，其包括：一阳极；一第一发光层及一第二发光层，依序配置于阳极之上；一阴极，配置于第二发光层之上。其中，第一及第二发光层分别包含一第一掺杂物及一第二掺杂物，且该第一掺杂物的能隙与该第二掺杂物的能隙不同。

Description

图像显示系统

技术领域

本发明关于一种包含电激发光装置的图像显示系统，特别关于一种包含全彩有机电激发光装置的图像显示系统。

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，像是移动电话及笔记本型计算机的问市，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，由于有机电激发光件具有自发光、高亮度、广视角、高应答速度及制程容易等特性，使得有机电激发光件无疑地将成为下一世代平面显示器的最佳选择。

有机电激发光件为使用有机层作为主动层的发光二极管，近年来已渐渐使用于平面面板显示器(flat panel display)上。开发出具有高发光效率及长使用寿命的有机电激发光元件是目前平面显示技术的主要趋势之一。此外，为进一步达成有机电激发光元件全彩化的目的，一种称为串联式(tandem)有机电激发光装置被业界所提出。

美国5,703,436号专利揭露一种串联式全彩有机电激发光装置，其分别将红、蓝、绿有机发光二极管(oled)垂直堆栈，以串联方式连接在一起，并以单一电源驱动，达到全彩化的目的。然而，上述串联式全彩有机电激发光装置其所需的驱动电压过高，且所发出的光色会随着所提供的电流大小而改变。

为了降低全彩有机电激发光装置的驱动电压，美国7,193,361号专利揭露一全彩有机电激发光装置，其包含一阳极及及一阴极对向设置，在该阳极及阴极间还包含有多个发光层，其特征在于每一发光层其靠阳极层的表面皆形成有一电洞传输层与发光层直接接触。与传统串联式全彩有机电激发光装置相比，上述的美国7,193,361号专利所揭露的全彩有机电激发光装置确实可降低元件的驱动电然，不过其色彩饱合度(NTSC ratio)仍然无法提升。

发明内容

根据本发明提供一种图像显示系统，一全彩有机电激发光装置，其包括：一阳极；一第一发光层及一第二发光层，依序配置于阳极之上；一阴极，配置于第二发光层之上。其中，第一及第二发光层分别包含一第一掺杂物及一第二掺杂物，且第一掺杂物的能隙与第二掺杂物的能隙不同。

附图说明

图1是显示根据本发明一实施例的具有三层发光层的全彩有机电激发光装置的剖面示意图；

图2是显示根据本发明另一实施例的具有三层发光层的全彩有机电激发光装置的剖面示意图；

图3是显示根据本发明又一实施例的具有二层发光层的全彩有机电激发光装置的剖面示意图；

图4是显示根据本发明其它实施例的具有二层发光层的全彩有机电激发光装置的剖面示意图；

图5为有机电激发光装置(1)其第一发光层、阻障层、第二发光层、及第三发光层的能隙关系示意图；

图6是显示比较例1的有机电激发光装置(1)在不同电流密度下的电激发光光谱图；

图7为有机电激发光装置(2)其第一发光层、阻障层、及第二发光层的能隙关系示意图；

图8是显示实施例1的有机电激发光装置(2)在不同电流密度下的电激发光光谱图；

图9是显示实施例1-2的有机电激发光装置其发光效率与电流密度的关系图；以及

图10是绘示出根据本发明另一实施例的图像显示系统方块示意图。

[主要元件标号说明]

100、200～全彩有机电激发光装置；102、202～基板；104、204～阳极；106、206～电洞注入层；108、208～电洞传输层；110、210～第一发光层；111、211～第一掺杂物；112、212～阻障层；114、214～第二发光层；115、215～第二掺杂物；116～第三发光层；117、217～第三掺杂物；118、216～电子传输层；120、218～电子注入层；122、220～阴极；300～平面显示装置；350～输入单元；400～电子装置。

具体实施方式

以下将配合图示，以说明根据本发明所提供的包含全彩有机电激发光装置的图像显示系统。

请参照图1，是显示根据本发明的图像显示系统所包含的全彩有机电激发光装置100。全彩有机电激发光装置100包含一基板102，在基板102之上依序包含一阳极104、一电洞注入层106、一电洞传输层108、一第一发光层110、一阻障层112、一第二发光层114、一第三发光层116、一电子传输层118、一电子注入层120、以及一阴极122。值得注意的是，当阻障层112是形成于第一发光层110及第二发光层114之间时，第二发光层114则是与第三发光层116直接接触，换言之，第二发光层114与第三发光层116之间没有其它的膜层存在。

基板102可为玻璃或是塑料基板。阳极104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。电洞注入层106、电洞传输层108、电子传输层118、及电子注入层120的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，而电洞注入层106、电洞传输层108、电子传输层118、及电子注入层120的厚度则无特别的限制，可视本领域技术人员的需要而调整。

如图1所示，第一发光层110、第二发光层114、及第三发光层116分别掺杂有第一掺杂物111、第二掺杂物115、及第三掺杂物117，且第一掺杂物111的能隙E1、第二掺杂物115的能隙E2、及第三掺杂物117的能隙E3皆不同，因此第一、第二、及该第三掺杂物的能隙关系有以下六种可能：E1＞E2＞E3、E1＞E3＞E2E2＞E3＞E1、E2＞E1＞E3、E3＞E1＞E2、或E3＞E2＞E1。其中，掺杂物可为能量传移(energy transfer)型掺杂材料或是载体捕集(carriertrapping)型掺杂材料。发光层所使用的有机电激发光材料可为荧光(fluorescence)发光材料。在此，第一发光层110、第二发光层114、及第三发光层116由于掺杂物能阶不同的关系，可使其发出蓝红绿等不同光色而混合出白光。

阻障层112可为为双载子(bipolar)材料例如：9，10-双-(2-萘基)(9，10-bis(2-naphthyl)anthracene、ADN)，或是电子或电洞传输材料，例如：N，N’-双[(1-萘基)-N，N’-二苯基-(1’-联苯)4，4’-二胺(N，N′-bis-(1-naphthyl)-N，N′-diphenyl-1′-biphenyl-4，4′-diamine、NPB)、或8-羟基喹啉-铝(8-hydroxyquinoline aluminum、Alq3)。阻障层(blocking layer)112的形成目的在于平衡电子与电洞的迁移率，以最大化有机电激发光装置的效率。

阴极122为可注入电子进入发光层的材质，例如为低功函数的材料，像是Ca、Ag、Mg、Al、Li、Au、Cu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。

根据本发明另一实施例，阻障层112亦可形成于第二发光层114及第三发光层116之间，当阻障层112形成于第二发光层114及第三发光层116之间时，第一发光层110则是与第二发光层114直接接触，请参照图2。

请参照图3，是显示根据本发明另一实施例的全彩有机电激发光装置200，包含一基板202，在基板202之上依序包含一阳极204、一电洞注入层206、一电洞传输层208、一第一发光层210、一阻障层212、一第二发光层214、一电子传输层216、一电子注入层218、以及一阴极220。在此实施例中，第一发光层210、及第二发光层214分别掺杂有第一掺杂物211、及第二掺杂物215。此外，第一发光层210中更进一步掺杂有第三掺杂物217，其中第一掺杂物211的能隙E1、第二掺杂物215的能隙E2、及第三掺杂物217的能隙E3的关系为E1＞E3＞E2或E2＞E3＞E1。根据本发明，对于第一掺杂物211、第二掺杂物215、及第三掺杂物217而言，能隙相差最大的两者是不会同时掺杂在同一层发光层中，以避免色彩饱合度(NTSC ratio)的降低。此外，在此实施例中，第一掺杂物211的能隙E1与第三掺杂物217的能隙E3的差值(|E1-E3|)是小于第二掺杂物215的能隙E2与第三掺杂物217的能隙E3的差值(|E2-E3|)，符合以下关系|E1-E3|＜|E2-E3|。再者，在第一发光层210中，第一掺杂物211的能隙E1与第三掺杂物217的能隙E3的差值不大于0.5eV。在此，第一发光层210可同时包含红光掺杂物及绿光掺杂物或是同时包含蓝光掺杂物及绿光掺杂物。

此外，根据本发明其它实施例，第三掺杂物217亦可掺杂于第二发光层214中，请参照图4，其中第一掺杂物211的能隙E1、第二掺杂物215的能隙E2、及该第三掺杂物217的能隙E3的关系为E1＞E3＞E2或E2＞E3＞E1。由于第三掺杂物217与第二掺杂物215被同时掺杂于第二发光层214中，因此，第一掺杂物211的能隙E1与第三掺杂物217的能隙E3的差值(|E1-E3|)大于第二掺杂物215的能隙E2与第三掺杂物217的能隙E3的差值(|E2-E3|)，符合以下关系|E1-E3|＞|E2-E3|。再者，在第二发光层214中，第二掺杂物215的能隙E2与第三掺杂物217的能隙E3的差值是不大于0.5eV。在此，第二发光层214可同时包含红光掺杂物及绿光掺杂物或是同时包含蓝光掺杂物及绿光掺杂物。

以下，是列举数个实施例，并请配合图示，以说明根据本发明的包含电激发光装置的图像显示系统。

比较例1：

使用中性清洁剂、丙酮、及乙醇，以超音波振荡将90nm厚的具有ITO(30Ω/sq)透明电极(作为阳极)的玻璃基材洗净。于烘箱中将基材烘干(120℃)，进一步以UV/臭氧清洁。接着于5×10^-7Pa的压力下依序沉积一电洞注入层、一电洞传输层、一第一发光层、一阻障层、一第二发光层、一第三发光层、一电子传输层、一电子注入层、以及一阴极于该ITO电极上，以获致有机电激发光装置(1)。以下是列出各层的材质及厚度：

电洞注入层：厚度为60nm，材质为4，4′，4″-三[N-3-甲基苯基-N-苯基氨基]三苯胺(4，4′，4″-tris[N，(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-triphenylamine、m-TDATA)。

电洞传输层：厚度为20nm，材质为4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]联苯(4，4′-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl、α-NPD)。

第一发光层(红光)：厚度为5nm，主体材料为8-羟基喹啉-铝(8-hydroxyquinoline aluminum、Alq3)，并掺杂有一红光掺杂物(产品号为RD3，由Kodak制造贩卖)，其红光掺杂物的重量百分比为0.5wt％。

阻障层：厚度为7nm，材质为4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]联苯(4，4′-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl、α-NPD)。

第二发光层(绿光)：厚度为20nm，主体材料为9，10-双-(2-萘基)，并掺杂有掺杂物10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氢-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-[1]苯并吡喃[6，7-8-i，j]-喹啉-11-酮(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、C545T)，其绿光掺杂物的重量百分比为10wt％。

第三发光层(蓝光)：厚度为20nm，主体材料为9，10-双-(2-萘基)，并掺杂有掺杂物双[4-(二对甲苯基氨基)苯乙烯基]联苯(Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl、DPAVBi)，其蓝光掺杂物的重量百分比为7.5wt％。

电子传输层：厚度为20nm，材质为双-10-羟基苯铍(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium、BeBq2)。

电子注入层：厚度为1nm，材质为氟化锂(LiF)。

铝电极：厚度为150nm。

有机电激发光装置(1)的结构可表示为：ITO(90nm)/m-TDATA(60nm)/α-NPD(20nm)/Alq₃&RD3(0.5wt％)(7nm)/α-NPD(5nm)/ADN&C545T(10wt％)(20nm)/ADN&DPAVBI(7.5wt％)(20nm)/BeBq₂(20nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)。

接着，以程序电流源(Kathelly 2400)及光度计(Minolta TS110)测量有机电激发光装置(1)的光学特性。有机电激发光装置(1)的光电性质(操作电压4.52V)，如表1所示：

	电压(V)	光度(cd/m²)	电流密度(mA/cm²)	发光效率(cd/A)	功率(lm/w)	CIEx	CIEy
								有机电激发光装置(1)	4.52	3242.67	20	16.21	11.27	0.323	0.383

表1

此外，对有机电激发光装置(1)在不同电流密度进行CIE色坐标值的量测，结果如表2所示。

电流密度(mA/cm²)	CIEx	CIEy
			10	0.320	0.396
20	0.322	0.381
			80	0.323	0.350
240	0.316	0.329

表2

图5为有机电激发光装置(1)，其第一发光层、阻障层、第二发光层、及第三发光层的能隙关系示意图(虚线代表掺杂物的能阶，HOMO及LUMO的差值即为能隙)，由图中可知，其第一掺杂物(即红光掺杂物)的能隙E1、第二掺杂物(即绿光掺杂物)的能隙E2、及该第三掺杂物(即蓝光掺杂物)的能隙E3关系为E2＝E3＞E1。图6为有机电激发光装置(1)在不同电流密度下的电激发光光谱图。由图可知，虽然发光效率提升但光谱会随电流密度大小而有所变化。

实施例1：

使用中性清洁剂、丙酮、及乙醇，以超音波振荡将90nm厚的具有ITO(30Ω/sq)透明电极(作为阳极)的玻璃基材洗净。于烘箱中将基材烘干(120℃)，进一步以UV/臭氧清洁。接着于5×10^-7Pa的压力下依序沉积一电洞注入层、一电洞传输层、一第一发光层、一阻障层、一第二发光层、一电子传输层、一电子注入层、以及一阴极于该ITO电极上，以获致有机电激发光装置(2)。以下是列出各层的材质及厚度：

电洞注入层：厚度为60nm，材质为4，4′，4″-三[N-3-甲基苯基-N-苯基氨基]三苯胺。

电洞传输层：厚度为20nm，材质为4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]联苯(α-NPD)。

第一发光层(红光)：厚度为5nm，主体材料为8-羟基喹啉-铝，并掺杂有一红光掺杂物4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-(对二甲基氨苯乙烯)-4H-吡喃(DCM1、4-(dicyanomethylene)-2，8-dimethyl-5，6，7，8-tetrahydro-4H-1-benzopyran)，其红光掺杂物的重量百分比为重量比例为0.5wt％。

阻障层：厚度为7nm，材质为4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]联苯。

第二发光层(绿光及蓝光)：厚度为40nm，主体材料为2-(第三丁基)-9，10-双-(2-萘基)葱(TBADN、2-(t-Butyl)-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)，并掺杂有绿光掺杂物香豆素6(Coumarin6、diethylaminocoumarin)及蓝光掺杂物对-双(对-N，N-二-苯基-苯乙烯基)苯(DSA-ph、p-bis(p-N，N-di-phenyl-aminostyryl)benzene)，其绿光掺杂物与主体材料的重量百分比为10wt％、而蓝光掺杂物与主体材料的重量百分比为7.5wt％。

电子传输层：厚度为20nm，材质为双-10-羟基苯铍。

电子注入层：厚度为1nm，材质为氟化锂(LiF)。

铝电极：厚度为150nm。

有机电激发光装置(2)的结构可表示为：ITO(90nm)/m-TDATA(60nm)/α-NPD(20nm)/Alq₃&DCM1(0.5wt％)(7nm)/α-NPD(5nm)/TBADN&Coumarin 6(10wt％)&DSA-ph(7.5wt％)(40nm)/BeBq₂(20nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)。

接着，以程序电流源(Kathelly 2400)及光度计(Minolta TS110)测量有机电激发光装置(2)的光学特性。有机电激发光装置(2)的光电性质(操作电压4.52V)，如表3所示：

	电压(V)	光度(cd/m²)	电流密度(mA/cm²)	发光效率(cd/A)	功率(lm/w)	CIEx	CIEy
								有机电激发光装置(2)	4.52	3338	20	18.42	11.60	0.357	0.347

表3

此外，对有机电激发光装置(2)在不同电流密度进行CIE色坐标值的量测，结果如表4所示。

电流密度(mA/cm²)	CIEx	CIEy
			10	0.351	0.492
20	0.354	0.490

80	0.356	0.485
			240	0.351	0.483

表4

由表2及表4可知，根据本发明的全彩有机电激发光装置其光色(CIE色坐标值)较不会随着电流密度的改变而被影响。

图7为有机电激发光装置(2)，其第一发光层、阻障层、及第二发光层的能隙关系示意图(虚线代表掺杂物的能阶，HOMO及LUMO的差值即为能隙)，由图中可知，其第一掺杂物(即红光掺杂物)的能隙E1、第二掺杂物(即绿光掺杂物)的能隙E2、及该第三掺杂物(即蓝光掺杂物)的能隙E3关系为E3＞E2＞E1。图8为有机电激发光装置(2)在不同电流密度下的电激发光光谱图。由图可知，根据本发明的全彩有机电激发光装置，其红、蓝、绿主峰强度可达0.3左右，与已知的有机电激发光装置(1)相比，有机电激发光装置(2)具有较高的色彩饱合度(NTSC ratio)。

请参照图9，是显示比较例1及实施例1的有机电激发光装置其发光效率及电流密度的关系。如图所示，根据本发明的有机电激发光装置亦具有不错的发光效率。

与已知技术相比，根据本发明的全彩有机电激发光装置由于仅使用一组电极组，因此可有效降低操作电压。此外，根据本发明的全彩有机电激发光装置，利用一阻障层及具有特定掺杂物能阶关系的发光迭层所构成的结构，在不同电流密度下可维持稳定的光色，并且具有较高对色彩饱合度(NTSCratio)。

图10是绘示出根据本发明另一实施例的图像显示系统方块示意图，其可实施于平面显示装置300或电子装置400，例如笔记本型计算机、移动电话、数字相机、个人数字助理、桌上型计算机、电视机、车用显示器、或携带式数字激光视盘播放器。根据本发明的全彩有机电激发光装置100(例如第1-2图所示的有机电激发光装置)可设置于平面显示装置300，而平面显示装置300可为全彩有机电激发光显示器。在其它实施例中，平面显示装置300可设置于电子装置400中。如图8所示，电子装置400包括：平面显示装置300及输入单元350。输入单元350耦接至平面显示器装置300，用以提供输入信号(例如，图像信号)至平面显示装置300以产生图像。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种图像显示系统，包括：

一全彩有机电激发光装置，包括：

一第一电极；

一第一发光层、及一第二发光层，依序配置于该第一电极之上，其中该第一及第二发光层分别包含一第一掺杂物及一第二掺杂物，且该第一掺杂物的能隙E1、及该第二掺杂物的能隙E2皆不同；以及

一第二电极，配置于该第二发光层之上。

2.根据权利要求1所述的图像显示系统，其中该全彩有机电激发光装置还包含一第三发光层，该第三发光层包含一第三掺杂物，且该第一掺杂物的能隙E1、该第二掺杂物的能隙E2、及该第三掺杂物的能隙E3皆不同。

3.根据权利要求2所述的图像显示系统，其中该全彩有机电激发光装置还包含一阻障层，其中该阻障层被配置于该第一发光层及该第二发光层之间，且该第二发光层及该第三发光层是直接接触，或是该阻障层被配置于该第二发光层及该第三发光层之间，且该第一发光层及该第二发光层是直接接触。

4.根据权利要求3所述的图像显示系统，其中该阻障层为双载子材料、电洞传输材料、或电子传输材料。

5.根据权利要求1所述的图像显示系统，其中该全彩有机电激发光装置还包含一第三掺杂物，掺杂于该第一发光层或该第二发光层中，其中该第一掺杂物的能隙E1、该第二掺杂物的能隙E2、及该第三掺杂物的能隙E3的关为E1＞E3＞E2或E2＞E3＞E1。

6.根据权利要求5所述的图像显示系统，其中该全彩有机电激发光装置还包含一阻障层，形成于该第一发光层及该第二发光层之间。

7.根据权利要求5所述的图像显示系统，其中该第三掺杂物是掺杂于该第一发光层，且该第一、第二、及该第三掺杂物的能隙关系符合|E1-E3|＜|E2-E3|。

8.根据权利要求7所述的图像显示系统，其中该第一掺杂物的能隙E1与该第三掺杂物的能隙E3的差值不大于0.5eV。

9.根据权利要求5所述的图像显示系统，其中该第三掺杂物是掺杂于该第二发光层，且该第一、第二、及该第三掺杂物的能隙关系符合|E1-E3|＞|E2-E3|。

10.根据权利要求9所述的图像显示系统，其中该第二掺杂物的能隙E2与该第三掺杂物的能隙E3的差值不大于0.5eV。

11.根据权利要求1所述的图像显示系统，还包含：

一电子装置，其中该电子装置包含：

一平面显示装置，其中该全彩有机电激发光装置是构成该平面显示装置的一部分；以及

一输入单元，与该平面显示装置耦接，其中该输入单元传输一信号至该平面显示装置以显示图像。

12.根据权利要求11所述的图像显示系统，其中该电子装置为移动电话、数字相机、个人数字助理、笔记本型计算机、桌上型计算机、电视、车用显示器或携带式数字激光视盘播放器。