CN102790185B - 有机发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种有机发光装置，依序包含第一电极、载子传输层、发光层以及第二电极。其中，载子传输层包括基质与掺质。掺质掺杂于基质中，且掺质的重量百分浓度是由第一电极至发光层方向连续降低。

Description

有机发光装置
技术领域
本发明是关于一种发光装置，明确而言，是关于一种有机发光装置。
背景技术
近年来，在平面显示器领域中，由于有机发光装置具有自发光、高亮度和面光源等特性，使得越来越多研究者投入有机发光装置的研究。
典型的有机发光装置包含有阳极、发光层与阴极，其发光原理是通过阳极和阴极分别注入空穴和电子到发光层中，使空穴和电子在发光层中结合，而将处于基态的发光层材料激发至激态。当发光层材料从激态重返基态时，释出能量而放光，将电能转换成光波。
为了使空穴和电子能够在较低的操作电压下就能分别从阳极和阴极注入至发光层中，阳极与发光层之间可配置有空穴注入层和空穴传输层，阴极与发光层之间可配置有电子注入层和电子传输层。其中空穴注入层和空穴传输层中具有P型掺杂材料，电子注入层和电子传输层具有N型掺杂材料。
然而，载子从电极注入到发光层的过程中，还需克服电极与注入层、注入层与传输层以及传输层与发光层间界面所存在的能障，才得以到达发光层。当界面存在有较大的能障时，载子就不容易进入到发光层中，而会累积在界面上，导致有机发光装置的操作电压上升。
另外，为降低激子焠熄(exciton quenching)而导致发光效率降低的问题，通常还会设置缓冲层于传输层与发光层之间。但层的数目越多，其制程成本也就越高。
因此，对于已知的有机发光装置而言，仍存有降低操作电压、减少界面能障以及提高发光效率的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机发光装置。
本发明的一方面是提供一种有机发光装置，依序包含第一电极、载子传输层、发光层以及第二电极。其中，载子传输层包括基质与掺质。掺质掺杂于基质中，且此掺质的重量百分浓度是由第一电极至发光层方向连续降低。
本发明的实施方式可有效解决激子焠熄问题，且可降低操作电压以及提升载子注入的效率。
附图说明
图1显示根据本发明的一实施方式的有机发光装置；
图2显示根据本发明的一实施方式的基质与掺质在不同位置的重量百分浓度的示意图；
图3显示根据本发明的另一实施方式的有机发光装置；
图4显示根据本发明的另一实施方式的有机发光装置；
图5A显示根据本发明的实施例一的掺质的重量百分浓度与厚度的关系图；
图5B为图5A的局部放大图；
图6显示根据本发明的比较例1、比较例2、比较例3与实施例一的电流密度与电压的关系图；
图7显示根据本发明的比较例1、比较例2、比较例3与实施例一的亮度与电压的关系图；
图8显示根据本发明的比较例1、比较例2、比较例3与实施例一的外部量子效率与电流密度的关系图。
【主要元件符号说明】
10、100a、100b：有机发光装置
10a：第一电极
10b：第二电极
20：载子传输层
20a：基质
20b：掺质
30：发光层
40：载子注入层
50：缓冲层
110a：阳极
110b：阴极
120a、172：空穴传输层
120b、162：电子传输层
140a、174：空穴注入层
140b、164：电子注入层
150a、150b、166、176：缓冲层
具体实施方式
本发明的目的及优点，通过下列实例方式与实施例中伴随附图与元件符号的详细叙述后，将更为显著。
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件，并且为求清楚说明，元件的大小或厚度可能夸大显示，并未依照原尺寸作图。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。然而，应了解到所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围。这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。
图1为显示根据本发明的一实施方式的有机发光装置10，其依序包含第一电极10a、载子传输层20、发光层30以及第二电极10b。
载子传输层20包括掺质20b与基质20a。掺质20b可为一种电致发光染料。图2为根据本发明的一实施方式的基质20a与掺质20b在不同位置的重量百分浓度的示意图。图2例示的是有机发光装置中的一部分，包含第一电极10a、载子传输层20以及发光层30。在本实施方式中，以连续掺杂方式，使掺质20b的重量百分浓度由第一电极10a往发光层30方向连续降低。所谓“连续降低”是指，由第一电极10a往发光层30方向来看，掺质浓度持续降低，使得在掺质浓度与厚度(或可称深度)的关系图中，未见到掺质浓度的断层。一般而言，梯度掺杂(stepwisely doping)会形成掺质浓度的断层，使载子在传输时必须克服这些断层造成的能障，而导致操作电压增加。因此，相较于梯度掺杂方式，以连续掺杂方式形成载子传输层可降低操作电压。
在本实施方式中，通过降低载子传输层20中靠近发光层30一侧的掺质20b浓度，以改善激子焠熄的问题。在一实施例中，载子传输层20中靠近发光层30的界面的掺质20b的重量百分浓度为零，而能够有效避免激子焠熄的发生。
另一方面，在本实施方式中，利用增加载子传输层20中靠近第一电极10a一侧的掺质浓度，而可提升载子注入的效率。因此，在一实施例中，载子传输层20的靠近第一电极10a的界面的掺质的重量百分浓度大于或等于90wt%。而相应地，基质20a的重量百分浓度则是由第一电极10a往发光层30方向连续增加。与均匀掺杂(uniformly doping)相比，以连续掺杂方式制成的有机发光装置的载子注入效率会比以均匀掺杂方式制成的有机发光装置的载子注入效率更高。由上述可知，掺质20b的重量百分浓度及基质20a的重量百分浓度在第一电极10a至发光层30方向上的两分布曲线呈相反变化趋势，且两分布曲线存在有交叉点。
综上所述，本发明的实施方式可有效解决激子焠熄问题，且可降低操作电压以及提升载子注入的效率。
图3为显示根据本发明的另一实施方式的有机发光装置100a。为了改善传输层20与发光层30之间的界面接合特性，可增设缓冲层50于传输层20与发光层30之间。为了增加载子注入效率，可设置载子注入层40于电极与载子传输层20之间。因此，如图3所示，有机发光装置100a可包含阳极110a、载子传输层20(空穴传输层120a)、发光层30、阴极110b，还包含有载子注入层40(空穴注入层140a)以及缓冲层150a。此外，为了增进电子注入效率，可选择性增设电子传输层162、电子注入层164与缓冲层166于发光层30与阴极110b之间。然图3仅为其中一实施方式的概要附图，并非用以限定本发明。
在另一方面，在本发明的另一实施例中，在阴极和发光层之间夹设一层掺质浓度由阴极往发光层方向连续降低的电子传输层，且基质与掺质的浓度呈相反变化趋势的电子传输层，也具有上述的效果。具体来讲，请参看图4，阴极110b与发光层30之间设有一层电子传输层120b，因此，如图4所示，有机发光装置100b可包含阳极110a、载子传输层20(电子传输层120b)、发光层30、阴极110b，还包含有载子注入层40(电子注入层140b)以及缓冲层150b。此外，为了增进空穴注入效率，可选择性增设空穴传输层172、空穴注入层174与缓冲层176于发光层30与阳极110a之间。然图4仅为其中一实施方式的概要附图，并非用以限定本发明。电子传输层120b具有基质与掺质，并且掺质的重量百分浓度是由阴极110b往发光层30方向连续逐渐降低，而基质的重量百分浓度则是沿上述方向连续逐渐增加，掺质的重量百分浓度及基质的重量百分浓度在阴极110b至发光层30方向上的两分布曲线呈相反变化趋势，且两分布曲线存在有交叉点，由此达到降低阴极110b与发光层30之间能障并且减少电子于靠近发光层30处激子焠熄的目的。
在又一实施方式中，图3的电子传输层162、电子注入层164与缓冲层166可使用图4的电子传输层120b、电子注入层140b与缓冲层150b替代，藉以获得更好的效果。同样地，图4的空穴传输层172、空穴注入层174与缓冲层176亦可使用图3空穴传输层120a、空穴注入层140a与缓冲层150a替代，达到相同的效果。
在一具体实施方式中，请参考图1与图3，第一电极10a为铟锡氧化物(ITO)阳极110a，载子传输层20为空穴传输层120a，第二电极10b为阴极110b，如图3所示。空穴传输层120a中的掺质例如为2,3,5,6-四氟-7,7’,8,8’-四氰二甲基对苯醌(tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane,F4-TCNQ)、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲(Dipyrazino[2,3-f:2’,3’-h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile,HAT-CN)、氟化锶(SrF2)、三氧化钼(MoO3)或其组合。在另一实施方式中，发光层30与阴极110b之间还包括电子传输层162。
在一实施方式中，空穴传输层的掺质的重量百分浓度自阳极110a至发光层30方向的分布曲线呈类指数曲线(exponential-like curve)，请参照下述实例。
在又一实施方式中，请参考图1与图4，第一电极10a为阴极110b，载子传输层20为电子传输层120b，第二电极10b为阳极110a，如图1与图4所示。电子传输层120b中的掺质例如为氟化铯(CsF)、氟化锂(LiF)、喹啉锂(Liq)、叠氮化铯(CsN3)、氮化锂(Li3N)或其组合。在另一实施方式中，发光层30与阳极110a之间还包括空穴传输层172。
实例
在本实例中，比较本发明的实施例1的有机发光装置与不同结构的有机发光装置(比较例1、比较例2和比较例3)的光电特性。在实施例1、比较例1、比较例2和比较例3的有机发光装置中，包含有相同的阳极材料(氧化铟锡(ITO))、发光层材料(CBP:Ir(ppy)3(8wt%,20nm))、电子传输层材料(Bphen(50nm))、电子注入层材料(Liq(1nm))以及阴极材料(Al)，而在阳极与发光层之间所夹设的材料是不同的，如下列表一所示。
  阳极<—>发光层间的材料
  实施例1   NPB:F4TCNQ(50nm,相反变化趋势)
  比较例1   NPB:F4TCNQ(2wt%,50nm)*1
  比较例2   F4TCNQ(2nm)/NPB(50nm)*2
  比较例3   NPB:F4TCNQ(2wt%,40nm)/NPB(10nm)*3
*1均匀掺杂2wt%的F4TCNQ至NPB中，总厚度为50nm
*2先形成F4TCNQ(2nm)(作为空穴注入层)，再形成NPB 50nm(作为空穴传输层)
*3均匀掺杂2wt%的F4TCNQ至NPB中，总厚度为40nm，再形成NPB10nm(作为缓冲层)
在实施例1中，此有机发光装置中的空穴传输层的基质为4,4'-二[N-(1-萘基)-N-苯氨基]二苯基(4,4-[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl,NPB)，掺质为2,3,5,6-四氟-7,7’,8,8’-四氰二甲基对苯醌(tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane,F4-TCNQ)。
图5A为显示根据本发明的实施例1的空穴传输层的掺质的重量百分浓度与厚度的关系图。在此空穴传输层中，靠近阳极的一端的厚度设定为零。由图5A可知，由阳极往发光层方向来看，空穴传输层中掺质的重量百分浓度由90wt%以上连续降低至接近零。并且，此曲线呈类指数曲线。而基质浓度则由阳极往发光层方向连续增加，基质和掺质的浓度呈相反变化趋势。
图5B为图5A的局部放大图。在图5B中可知，在厚度为20至50nm之间，掺质浓度仍连续降低，并已下降至2wt%以下。虽图5B中掺质浓度一度提高，但本技术领域通常知识者应知，其为制程中可能会产生的些许误差，并不影响本发明中对于“连续降低”一词的定义。
将实施例1、比较例1、比较例2和比较例3的有机发光装置进行光电特性测试。
图6为显示根据本发明的比较例1、比较例2、比较例3与实施例1的电流密度与电压的关系图。由图6中的比较例1、3可知，均匀掺杂形成的空穴传输层，会使得电流密度较低。并且，是否有设置缓冲层对于电流密度的影响不大。由图6中的实施例1、比较例2可知，于靠近阳极一侧设有高掺质浓度的材料，可使有机发光装置表现出较高的电流密度。然而，实施例1只设有由相反变化趋势的基质与掺质所组成的空穴传输层，而比较例2设有空穴注入层及空穴传输层，因此实施例1较比较例2更具有成本上的竞争力。
图7为显示根据本发明的比较例1、比较例2、比较例3与实施例1的亮度与电压的关系图。如图7所示，在相同亮度之下，实施例1、比较例2所需的操作电压较比较例1、比较例3更低。
图8为显示根据本发明的比较例1、比较例2、比较例3与实施例1的外部量子效率与电流密度的关系图。由图8可知，实施例1的外部量子效率较比较例2更高。原因可能在于比较例2具有空穴注入层及空穴传输层，此两层之间存在有一界面；而实施例1只有由相反连续变化趋势的基质与掺质所组成的空穴传输层，所以相对于比较例2，少了上述的界面，而可提升外部量子效率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，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界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种有机发光装置，依序包含一第一电极、一载子传输层、一发光层以及一第二电极，其特征在于，所述载子传输层包括：
一基质及
一掺质掺杂于所述基质中，其中所述掺质的重量百分浓度是由所述第一电极至所述发光层方向连续降低，且所述掺杂浓度无断层；
其中，所述载子传输层的所述掺质的重量百分浓度自所述第一电极至所述发光层方向的分布曲线呈类指数曲线。
2.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，还包含一载子注入层设置于所述第一电极与所述载子传输层之间。
3.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，还包含一缓冲层设置于所述载子传输层与所述发光层之间。
4.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，所述掺质为电致发光染料。
5.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，所述载子传输层的靠近所述发光层的一界面的所述掺质的重量百分浓度为零。
6.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，所述载子传输层的靠近所述第一电极的一界面的所述掺质的重量百分浓度大于或等于90wt％。
7.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，所述基质的重量百分浓度是由所述第一电极至所述发光层方向连续增加。
8.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，所述掺质的重量百分浓度及所述基质的重量百分浓度在所述第一电极至所述发光层方向上的两分布曲线呈相反变化趋势，且所述的两分布曲线存在交叉点。
9.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，所述第一电极为铟锡氧化物阳极，所述载子传输层为空穴传输层，所述第二电极为阴极。
10.根据权利要求9所述的有机发光装置，其特征在于，所述掺质为一材料是选自由2,3,5,6-四氟-7,7’,8,8’-四氰二甲基对苯醌、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲、氟化锶、三氧化钼及其组合所构成的群组。
11.根据权利要求9所述的有机发光装置，其特征在于，所述发光层与所述阴极之间包括一电子传输层。
12.根据权利要求1所述的有机发光装置，其特征在于，所述第一电极为阴极，所述载子传输层为电子传输层，所述第二电极为阳极，其中所述阳极与所述发光层间还包括一空穴传输层。
13.根据权利要求12所述的有机发光装置，其特征在于，所述掺质为一材料是选自由氟化铯、氟化锂、喹啉锂、叠氮化铯、氮化锂及其组合所构成。
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