CN102176513A - 白光电致发光元件 - Google Patents
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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Abstract
本发明公开一种白光电致发光元件，其包括第一发光单元、第二发光单元以及于第一发光单元与第二发光单元之间的连接层，且所述连接层将第一发光单元与第二发光单元串联。第一发光单元包括第一电极层以及位于第一电极层上的第一发光层，其中第一发光层包括第一蓝色发光层以及红色发光层，且红色发光层包括第一共主体材料以及第一掺杂材料。第二发光单元包括第二发光层以及位于第二发光层上的第二电极层，其中第二发光层包括第二蓝色发光层以及绿色发光层，且绿色发光层包括第二共主体材料以及第二掺杂材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件，且特别是涉及一种白光电致发光元件。
背景技术
随着半导体科技的进步，现今的发光二极管已具备了高亮度的输出，加上发光二极管具有省电、体积小、低电压驱动以及不含汞等优点，因此发光二极管已广泛地应用在显示器与照明方面的领域。一般常见的白光发光二极管装置，是利用蓝光发光二极管所发出的光线，通过添加不同颜色及比例的荧光材料，利用其被部分蓝光激发后而所放射出不同于蓝光发光二极管颜色的色光，和剩余蓝光混光后可以达到不同的白光色度，而成为目前最常应用于产生白光的技术。
为了提高白光发光二极管装置的使用寿命，现有一种堆叠式白光发光二极管装置，其是不同色光的发光二极管堆叠在一起，以使其发出的色光混成白光。然而，目前堆叠式白光发光二极管装置所面临的问题是难以调整其白光的色光，因而难以在照明应用上满足不同白色色光的需求。
发明内容
本发明提供一种白光电致发光元件，其可以容易地调整白光的色光，以满足在照明应用上不同白光色光的需求。
本发明提出一种白光电致发光元件，其包括第一发光单元、第二发光单元以及于第一发光单元与第二发光单元之间的连接层，且所述连接层将第一发光单元与第二发光单元串联。第一发光单元包括第一电极层以及位于第一电极层上的第一发光层，其中第一发光层包括第一蓝色发光层以及红色发光层，且红色发光层包括第一共主体(co-host)材料以及第一掺杂材料。第二发光单元包括第二发光层以及位于第二发光层上的第二电极层，其中第二发光层包括第二蓝色发光层以及绿色发光层，且绿色发光层包括第二共主体(co-host)材料以及第二掺杂材料。
基于上述，本发明的第一发光单元中包括有第一蓝色发光层以及红色发光层，其中红色发光层包括第一共主体材料以及第一掺杂材料。另外第二发光单元包括第二蓝色发光层以及绿色发光层，其中绿色发光层包括第二共主体材料以及第二掺杂材料。透过调整第一发光单元的红色发光层中的第一共主体材料的比例以及第二发光单元中的绿色发光层的第二共主体材料的比例，便可以轻易地使白光电致发光元件发出所需的白光色光。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明实施例的白光电致发光元件的剖面示意图。
图2以及图3是第一发光单元的红色发光层中不同主体材料比例条件下，其发光波长与发光强度的关系示意图。
图4是第二发光单元的绿色发光层中不同主体材料比例条件下，其发光波长与发光强度的关系示意图。
附图标记说明
102：第一电极层
104：第一空穴注入层
106：第一空穴传输层
108：第一发光层
110：第一电子传输层
202：第二空穴注入层
204：第二发光层
206：第二电子传输层
208：第二电子注入层
210：第二电极层
B1、B2：蓝色发光层
G：绿色发光层
R：红色发光层
U1：第一发光单元
U2：第二发光单元
C：连接层
具体实施方式
图1是根据本发明实施例的白光电致发光元件的剖面示意图。请参照图1，本实施例的白光电致发光元件包括第一发光单元U1、第二发光单元U2以及位于第一发光单元U1以及第二发光单元U2之间的连接层C。
第一发光单元U1包括第一电极层102以及第一发光层108。根据本实施例，第一电极层102为透明导电层，其材料包括金属氧化物，例如是氧化铟锡(Indium-Tin Oxide，ITO)、氧化铟锌(Indium-Zinc Oxide，IZO)、氧化镓锌(Gallium-Zinc Oxide，GZO)、氧化锌锡(Zinc-Tin Oxide，ZTO)或是其他的金属氧化物。
第一发光层108位于第一电极层102上，且第一发光层108包括第一蓝色发光层B1以及红色发光层R。第一蓝色发光层B1可设置在红色发光层R上，或者是红色发光层R是设置在第一蓝色发光层B1上。第一蓝色发光层B1可为蓝色荧光材料或是蓝色磷光材料。红色发光层R可为红色荧光材料或是红色磷光材料。
根据本实施例，第一蓝色发光层B1包括主体材料以及掺杂材料。举例来说，第一蓝色发光层B1的主体材料可为26DCzPPy(2，6-bis(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)pyridine)或BCPO(bis-4-(N-carbazolyl)phenyl)phenyl phosphine oxide)等等，且第一蓝色发光层B1的掺杂材料可为Firpic(Bis(4，6-difluorophenyl-pyridine)(picolinate)iridium(III))或Fir6等等。此外，第一蓝色发光层B1的主体材料与掺杂材料的比例为0.7∶0.3～0.95∶0.05。另外，第一蓝色发光层B1的厚度例如是5～20nm。
另外，红色发光层R包括第一共主体(co-host)材料以及第一掺杂材料。根据本实施例，红色发光层R的第一共主体(co-host)材料的含量为90～99.5wt％，且第一掺杂材料的含量为0.5～10wt％。特别是，红色发光层R的第一共主体(co-host)材料包括第一主体材料(first host material)以及第二主体材料(second host material)，且第二主体材料占第一共主体材料的5～60wt％。根据本实施例，第一主体材料可为PO 1(4，4′-bis(diphenylphosphineoxide)biphenyl)或BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1，O8)-(1，1′-Biphenyl-4-olato)aluminum)等等，且第二主体材料可为TCTA(4，4′，4″-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine)或CBP(4，4-bis(carbazol-9-yl)biphenyl)等等。第一掺杂材料可为Ir(piq)3(Tris(1-phenylquinoline)iridium)或Ir(piq)2(acac)(Bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium(III))等等。一般来说，第二主体材料(例如是TCTA)又可称为p型主体材料。另外，红色发光层R的厚度例如是5～35nm。
第二发光单元U2包括第二发光层204以及第二电极层210。第二发光层204包括第二蓝色发光层B2以及绿色发光层G。第二蓝色发光层B2可设置在绿色发光层G上，或者是绿色发光层G是设置在第二蓝色发光层B2上。第二蓝色发光层B2可为蓝色荧光材料或是蓝色磷光材料。绿色发光层G可为绿色荧光材料或是绿色磷光材料。
根据本实施例，第二蓝色发光层B2包括主体材料以及掺杂材料。举例来说，第二蓝色发光层B2的主体材料可为26DCzPPy或PO15(2，8-bis(diphenylphosphoryl)dibenzothiophene)等等，且第二蓝色发光层B2的掺杂材料可为FIrpic(Bis(4，6-difluorophenyl-pyridine)(picolinate)iridium(III))或FIrN4((iridium(III)bis(4，6-difluorophenylpyridinato)(5-(pyridin-2-yl)-tetrazolate)等等。此外，第二蓝色发光层B2的主体材料与掺杂材料的比例为0.7∶0.3～0.95∶0.05。另外，第二蓝色发光层B2的厚度例如是5～30nm。换言之，在本实施例中，第二蓝色发光层B2的材料可与第一发光单元U1中的第一蓝色发光层B1的材料实质上相同，但本发明不限于此。根据其他实施例，第二蓝色发光层B2的材料也可以与第一蓝色发光层B1的材料不相同。
此外，绿色发光层G包括第二共主体(co-host)材料以及第二掺杂材料。根据本实施例，绿色发光层G的第二共主体材料的含量为75～97％，且第二掺杂材料的含量为3～25wt％。特别是，绿色发光层G的第二共主体材料包括第三主体材料以及第四主体材料，且第四主体材料占第二共主体材料的60～100wt％。根据本实施例，第三主体材料可为BAlq或PO2等等，且第四主体材料可为TCTA或mCP(1，3-bis(9-carbazolyl)benzene)等等。此外，第二掺杂材料可为Ir(ppy3)(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)或Ir-2h(fac-tris[5-fluoro-2-(5-trifloromethyl-2-pyridinyl)phenyl-C，N]iridium)等等。一般来说，第四主体材料(例如是TCTA)又可称为p型主体材料。另外，绿色发光层G的厚度例如是5～35nm。
值得一提的是，在本实施例中，第一发光单元U1的红色发光层G的第二主体材料(例如是TCTA)与第二发光单元U2的绿色发光层G的第四主体材料(例如是TCTA)实质上相同。然，本发明不限于此。
此外，第二电极层212位于第二发光层206上。根据本实施例，第二电极层212包括金属电极材料，例如是铝、铝/锂合金、镁银合金或是其他的金属材料。第二电极层212的厚度例如是150nm。
此外，连接层C是位于第一发光单元U1与第二发光单元U2之间，用以使第一发光单元U1与第二发光单元U2串联在一起。根据本实施例，连接层C包括导电材料，其例如是锂(Li)或铯(Cs)等等。
此外，在本实施例中，为了提高第一发光单元U1中的第一发光层108的电子空穴结合率以提高第一发光单元U1的发光效率，可进一步在第一电极层102与第一发光层108之间设置第一空穴注入层104；于第一电极层102与第一发光层104之间设置第一空穴传输层106；且于连接层C与第一发光层108之间设置第一电子传输层110。根据本实施例，第一空穴注入层104可为掺杂P型掺质的空穴传输材料，且第一空穴传输层106可为未经掺杂的空穴传输材料。类似地，为了提高第二发光单元U2中的第二发光层204的电子空穴结合率以提高第二发光单元U2的发光效率，可进一步在第二发光层204与连接层C之间设置第二空穴传输层202；于第二发光层204与第二电极层210之间设置第二电子注入层206；且于第二发光层204与第二电极层210之间设置第二电子传输层208。根据本实施例，第二电子注入层206可为掺杂P型掺质的电子传输材料，且第二电子传输层208可为未经掺杂的电子传输材料。
值得一提的是，本发明不限制第一发光单元U1与第二发光单元U2中必须设置上述的电子注入层、电子传输层、空穴注入层以及空穴传输层。本发明也不限制第一发光单元1与第二发光单元U2中所设置的电子注入层、电子传输层、空穴注入层以及空穴传输层的层数。换言之，实际上可以根据第一发光单元1与第二发光单元U2中的第一电极层102、第一发光层108、第二发光层204以及第二电极层210以及连接层C的材料的选用，来决定所欲设置的电子注入层、电子传输层、空穴注入层以及空穴传输层。
此外，图1的实施例是以第二发光单元U2是设置在第一发光单元U1上为例来说明。但本发明不限于此。根据其他实施例，也可以将第一发光单元U1设置在第二发光单元U2上。或者是，将第一发光层108设置在第二发光单元U2中，且将第二发光层204设置在第一发光单元U1中(亦即将第一发光层108与第二发光层204的位置交换)。
承上所述，本实施例的第一发光单元U1的第一发光层108中，红色发光层R的第一共主体材料包括第一主体材料以及第二主体材料，且第二主体材料占第一共主体材料的5～60wt％。透过第一共主体材料中第一主体材料以及第二主体材料的比例(5～60wt％)的调整，可以使得第一发光单元U1的蓝光的发光强度有所不同。
如图2以及图3所示，在图2之中，C1、C2、C3分别表示第一发光单元U1的发光波长与发光强度的关系曲线。特别是，C1、C2、C3所代表的第一发光单元U1之中，其第一发光层108具有第一蓝色发光层B1以及红色发光层R，且C1、C2、C3分别代表第一发光单元U1中红色发光层R的第二主体材料(TCTA)占第一共主体材料(BAlq+TCTA)的30wt％、20wt％、10wt％。在图3之中，C4、C5、C6分别表示第一发光单元U1的发光波长与发光强度的关系曲线。特别是，C4、C5、C6所代表的第一发光单元U1之中，其第一发光层108具有第一蓝色发光层B1以及红色发光层R，且C4、C5、C6分别代表第一发光单元U1中红色发光层R的第二主体材料(TCTA)占第一共主体材料(BAlq+TCTA)的60wt％、50wt％、40wt％。特别是，上述C1～C6所表示的第一发光单元U1中，除了红色发光层R的第二主体材料与第一主体材料之间的比例不同之外，其他的膜层条件都是相同的。
由图2至图3可知，当第一发光单元U1中的红色发光层R的第二主体材料的比例越高的时候，第一发光单元U1所发出的蓝光(440～480nm)的强度会越强。而第一发光单元U1的红光的强度(590～650nm)几乎一致。换言之，本实施例可通过调整第一发光单元U1中的红色发光层R的第一主体材料与第二主体材料的比例，即可使第一发光单元U1所发出的蓝光强度有所不同。
类似地，本实施例的第二发光单元U2的第二发光层204中，绿色发光层G的第二共主体材料包括第三主体材料以及第四主体材料，且第四主体材料占第二共主体材料的60～100wt％。透过第二共主体材料中第三主体材料以及第四主体材料的比例(60～100wt％)的调整，可以使得第二发光单元U2的绿光的发光强度有所不同。
如图4所示，C7、C8、C9分别表示第二发光单元U2的发光波长与发光强度的关系曲线。特别是，C7、C8、C9所代表的第二发光单元U2之中，其第二发光层204具有第二蓝色发光层B2以及绿色发光层G，且C7、C8、C9分别代表第二发光单元U2中绿色发光层G的第四主体材料(TCTA)占第二共主体材料(BAlq+TCTA)的60wt％、80wt％、100wt％。同样地，上述C7～C9所表示的第二发光单元U2中，除了绿色发光层G的第四主体材料与第三主体材料之间的比例不同之外，其他的膜层条件都是相同的。
由图4可知，当第二发光单元U2中的绿色发光层G的第四主体材料的比例越低的时候，第二发光单元U2所发出的绿光(520～570nm)的强度会越强。而第二发光单元U2的蓝光的强度(470～480nm)几乎一致。换言之，本实施例可通过调整第二发光单元U2中的绿色发光层G的第三主体材料与第四主体材料的比例，即可使第二发光单元U2所发出的绿光强度有所不同。
因此，本实施例通过调整第一发光单元U1中的红色发光层R的第一主体材料与第二主体材料的比例，以使第一发光单元U1发出所需的蓝光强度，并且搭配第二发光单元U2中的绿色发光层G的第三主体材料与第四主体材料的比例，以使第二发光单元U2发出所需的绿光强度。也就是通过特定的蓝光强度、特定的绿光强度以及特定的红光强度的组合，即可以混合出特定的白光色光。
特别是，本实施例仅需透过调整第一发光单元U1中的红色发光层R的第一主体材料与第二主体材料的比例，即可调整蓝光的强度，透过第二发光单元U2中的绿色发光层G的第三主体材料与第四主体材料的比例，即可调整绿光的强度。因此，本实施例可以轻易的通过调整发光层的主体材料的比例，便可以调配出特定的白光的光色。
举例来说，当希望白光电致发光元件发出低色温的白光时，可以将第一发光单元U1中的红光强度提升，且将第二发光单元U2的绿光强度提高。相反地，当需要白光电致发光元件能够发出高色温的白光的时，可以将第一发光单元U1中的蓝光强度提升，且将第二发光单元U2的蓝光强度提高。而上述的色光的调整，仅需要透过调整各发光层中共主体材料中的比例即可达到。
上述图2～图4的实例是以特定的红色发光层材料、绿色发光层材料以及蓝色发光层材料来组合为例作为说明。然而，本发明不限于此。在其他的实施例中，若使用其他的红色发光层材料、绿色发光层材料以及蓝色发光层材料的组合，便可得到不同的发光波长与发光强度的关系。
虽然本实施例的白光电致发光元件是以两个发光单元为例来说明，但本发明不限制白光电致发光元件中所堆叠的发光单元的数目。换言之，在其他实施例的白光电致发光元件中，可以堆叠3个或3个以上的发光单元。
虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。
Claims (9)
1.一种白光电致发光元件，包括：
第一发光单元，包括：
第一电极层；以及
第一发光层，位于该第一电极层上，其中该第一发光层包括第一蓝色发光层以及红色发光层，且该红色发光层包括第一共主体材料以及第一掺杂材料；
第二发光单元，包括：
第二发光层，其包括第二蓝色发光层以及绿色发光层，且该绿色发光层包括第二共主体材料以及第二掺杂材料；以及
第二电极层，位于该第二发光层上；以及
连接层，位于该第一发光单元与该第二发光单元之间，以使该第一发光单元与该第二发光单元串联。
2.如权利要求1所述的白光电致发光元件，其中该红色发光层的该第一共主体材料包括第一主体材料以及第二主体材料，且该第二主体材料占该第一共主体材料的5～60wt％。
3.如权利要求1所述的白光电致发光元件，其中该红色发光层的该第一掺杂材料的含量0.5～10wt％。
4.如权利要求1所述的白光电致发光元件，其中该绿色发光层的该第二共主体材料包括第三主体材料以及第四主体材料，且该第四主体材料占该第二共主体材料的60～100wt％。
5.如权利要求1所述的白光电致发光元件，其中该绿色发光层的该第二掺杂材料的含量为3～25wt％。
6.如权利要求1所述的白光电致发光元件，其中该红色发光层的该第二主体材料与该绿色发光层的该第四主体材料实质上相同。
7.如权利要求1所述的白光电致发光元件，其中该第一蓝色发光层与该第二蓝色发光层的材料实质上相同。
8.如权利要求1所述的白光电致发光元件，其中该第一蓝色发光层与该第二蓝色发光层分别包括主体材料以及掺杂材料，且该主体材料与该掺杂材料的比例为0.7∶0.3～095∶0.05。
9.如权利要求1所述的白光电致发光元件，还包括：
第一空穴注入层，位于该第一电极层与该第一发光层之间；
第一空穴传输层，位于该第一电极层与该第一发光层之间；
第一电子传输层，位于该连接层与该第一发光层之间；
第二空穴传输层，位于该第二发光层与该连接层之间；
第二电子注入层，位于该第二发光层与该第二电极层之间；以及
第二电子传输层，位于该第二发光层与该第二电极层之间。
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