CN110611036A

CN110611036A - 亮度色温可调串联式有机发光二极管及其用途

Info

Publication number: CN110611036A
Application number: CN201810622417.XA
Authority: CN
Inventors: 周卓煇; 敏如; 林新发; 罗正傑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-12-24

Abstract

本发明提供一种亮度色温可调串联式有机发光二极管。此亮度色温可调串联式有机发光二极管可应用为照明装置或显示设备的主要发光元件，并于结构上主要包括：一透明导电基板、一电洞注入层、一第一发光单元、一第一载子产生单元、一第二发光单元、一第二载子产生单元、一第三发光单元、一电子注入层、以及一阴极。特别地，本发明设计令该第一发光单元发出一冷白光、一纯白光、或一橘白光；并且，又令第二发光单元发出一暖白光；同时，又令第三发光单元对应于该第一发光单元而发出一橘白光、一纯白光、或一冷白光。如此设计，对于使用者而言，其可以通过一用户控制界面控制三个发光单元同时或者个别发光，以令所述亮度色温可调串联式有机发光二极管提供具指定色温与照度的色光。

Description

亮度色温可调串联式有机发光二极管及其用途

技术领域

本发明是关于发光元件的技术领域，尤指一种亮度色温可调串联式有机发光二极管。

背景技术

有机发光二极管(Organic Light Emitting Device,OLED)最初由柯达公司所提出。Tang与VanSlyke利用真空蒸镀的方式分别将电洞传输材料与电子传输材料，例如Alq3，镀覆于ITO玻璃之上，其后再蒸镀一层金属电极，如此，即完成具有自发光性、高亮度、高速反应、重量轻、厚度薄、低耗电、广视角、及可挠性有机发光二极管(OLED)的制作。

一个理想的白光OLED被要求必须在低电流密度下展现出高亮度与优秀的发光效率，同时也被要求能够在一定的注入电流调变范围内维持其光谱特性。值得说明的是，以白光OLED作为照明灯具的主要发光元件之时，必须以较高的电流密度驱动白光OLED；然而，实务中发现高电流密度会造成白光OLED热退化(Thermal degradation)，导致白光OLED的使用寿命的加速缩短。

为了改善白光OLED的上述缺陷，日本山形大学的Kido教授提出了所谓的串联式有机发光二极管(Tandem OLED)。图1即显示串联式OLED的侧面剖视图。如图1所示，串联式OLED 1’于结构上包括：一基板10’、一阳极11’、一电洞注入层12’、一第一电洞传输层13’、一蓝色发光层14’、一第一电子传输层15’、一第一连接层16’、一第二电洞传输层17’、一绿色发光层18’、一第二电子传输层19’、一第二连接层1A’、一第三电洞传输层1B’、一红色发光层1C’、一第三电子传输层1D’、一电子注入层1E’、以及一阴极1F’。

相较于传统的白光OLED，串联式OLED1’在相同的电流密度下会展现出较高的亮度，因此串联式OLED1’会有比较长的使用寿命。即使串联式OLED1’具有上述主要两个优点，本案发明人仍旧发现所述串联式OLED1’于实务应用上显示出以下缺点：

(1)如图1所示，串联式OLED1’主要具有第一主动层AL1’、第二主动层AL2’、与第三主动层AL3’，随着所具有的主动层的数目的增加，串联式OLED1’的驱动电压也必须跟着提升。

(2)图2显示CIE 1931色度坐标图。由图2可知，串联式OLED1’所发出的白光主要由红色发光层1C’所发出的红光、绿色发光层18’所发出的绿光、与蓝色发光层14’所发出的蓝光所混成。然而，肇因于第一主动层AL1’、第二主动层AL2’、与第三主动层AL3’无法被个别驱动，导致吾人无法利用电子电路来对串联式OLED1’的白光达成智能型色温与/或亮度调变。

由上述说明可知，如何针对现有的串联式OLED1’进行改良，以获得具有亮度与色温同时可调的新式串联式OLED于是成为相当重要的课题。有鉴于此，本案的发明人极力加以研究创作，而终于研发完成本发明的一种亮度色温可调串联式有机发光二极管。

发明内容

为了达成上述本发明的主要目的，本案发明人提供所述亮度色温可调串联式有机发光二极管的一实施例，包括：

一透明导电基板，包括一透明基板与形成于该透明基板之上的一阳极；

一电洞注入层，形成于该阳极之上；

一第一发光单元，形成于该电洞注入层之上，并至少包括一第一电子传输层、一第一发光层、与一第一电洞传输层，用以发出一冷白光、一纯白光、或一橘白光；

一第一载子产生单元，形成于该第一发光单元之上；

一第二发光单元，形成于该第一载子产生单元之上，并至少包括一第二电子传输层、一第二发光层、与一第二电洞传输层；其中，该第二发光单元用以发出一暖白光；

一第二载子产生单元，形成于该第二发光单元之上；

一第三发光单元，形成于该第二载子产生单元之上，并至少包括一第三电子传输层、一第三发光层、与一第三电洞传输层；其中，该第三发光单元用以发出一橘白光、一纯白光、或一冷白光；

一电子注入层，形成于该第三发光单元之上；以及

一阴极，形成于该电子注入层之上。

于本发明的亮度色温可调串联式有机发光二极管的实施例之中，该第一载子产生单元包括：

一第一载子产生层，形成于该第一发光单元之上；

一第一调整电极，形成于该第一载子产生层之上；以及

一第二载子产生层，形成于该第一调整电极之上。

于本发明的亮度色温可调串联式有机发光二极管的实施例之中，该第二载子产生单元包括：

一第三载子产生层，形成于该第二发光单元之上；

一第二调整电极，形成于该第三载子产生层之上；以及

一第四载子产生层，系形成于该第二调整电极之上。

附图说明

图1为显示串联式OLED的侧面剖视图；

图2为显示CIE 1931色度坐标图；

图3为显示色温相对于有机发光二极管的发光效率的数据图；

图4为显示本发明的亮度色温可调串联式有机发光二极管的侧面剖视图；

图5为显示第一发光单元的侧面剖视图；

图6为显示第二发光单元的侧面剖视图；

图7为显示第三发光单元的侧面剖视图；

图8为显示第一发光单元的能阶结构图；

图9为显示CIE 1931色度坐标图；

图10为显示第二发光单元的能阶结构图；

图11为显示第三发光单元的侧面剖视图；

图12为显示第一载子产生单元的侧面剖视图；以及

图13为显示第二载子产生单元的侧面剖视图。

其中，附图标记为：

<本发明>

1 亮度色温可调串联式有机发光二极管

10 透明基板

11 阳极

12 电洞注入层

EMU1 第一发光单元

CGU1 第一载子产生单元

EMU2 第二发光单元

CGU2 第二载子产生单元

EMU3 第三发光单元

13 电子注入层

14 阴极

17-1 第一电子传输层

16-1 第一发光层

15-1 第一电洞传输层

17-2 第二电子传输层

16-2 第二发光层

15-2 第二电洞传输层

17-3 第三电子传输层

16-3 第三发光层

15-3 第三电洞传输层

CGf1 第一载子产生层

ME1 第一调整电极

CGf2 第二载子产生层

CGf3 第三载子产生层

ME2 第二调整电极

CGf4 第四载子产生层

2 电驱动单元

<现有>

1’ 串联式OLED

10’ 基板

11’ 阳极

12’ 电洞注入层

13’ 第一电洞传输层

14’ 蓝色发光层

15’ 第一电子传输层

16’ 第一连接层

17’ 第二电洞传输层

18’ 绿色发光层

19’ 第二电子传输层

1A’ 第二连接层

1B’ 第三电洞传输层

1C’ 红色发光层

1D’ 第三电子传输层

1E’ 电子注入层

1F’ 阴极

AL1’ 第一主动层

AL2’ 第二主动层

AL3’ 第三主动层

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种亮度色温可调串联式有机发光二极管，以下将配合图式，详尽说明本发明的较佳实施例。

本发明的一种亮度色温可调串联式有机发光二极管主要可以作为一照明装置或一显示设备的主要发光元件。在开始说明本发明的一种亮度色温可调串联式有机发光二极管的结构组成之前，必须先介绍橘白光(Orange-white)、暖白光(Warm-white)、纯白光(Pure-white)、与冷白光(Cold-white)的分类方式。图3为显示色温相对于有机发光二极管的发光效率的数据图。根据图3的资料，吾人可将有机发光二极管所发出的色光的色温与对应的分类整理于下表(1)之中。

表(1)

图4为显示本发明的亮度色温可调串联式有机发光二极管的侧面剖视图。如图4所示，本发明的亮度色温可调串联式有机发光二极管1包括：一透明基板10、形成于该透明基板10之上的一阳极11、形成于该阳极11之上的一电洞注入层12、形成于该电洞注入层12之上的一第一发光单元EMU1、形成于该第一发光单元EMU1之上的一第一载子产生单元CGU1、形成于该第一载子产生单元CGU1之上的一第二发光单元EMU2、形成于该第二发光单元EMU2之上的一第二载子产生单元CGU2、形成于该第二载子产生单元CGU2之上的一第三发光单元EMU3、一电子注入层13、以及一阴极14。

本发明的主要技术特征在于：令该第一发光单元EMU1发出一冷白光、一纯白光、或一橘白光；并且，又令第二发光单元EMU2发出一暖白光；同时，又令第三发光单元EMU3对应于该第一发光单元而发出一橘白光、一纯白光、或一冷白光。简单地说，本发明的主要技术特征在于控制三个发光单元(EMU1,EMU2,EMU3)分别发出橘白光、暖白光与纯白光(或冷白光)。同时，必须特别强调的是，本发明主要提出具有如图4所示的亮度色温可调串联式有机发光二极管1，并非特别限制三个发光单元(EMU1,EMU2,EMU3)的材料配方或组合。尤其，长期涉及OLED开发设计的材料工程师应该都能够根据其经验而设计出可以发出橘白光、暖白光、或纯白光的OLED。

图5、图6与图7分别显示第一发光单元、第二发光单元与第三发光单元的侧面剖视图。就基本的结构组成上，第一发光单元EMU1包括一第一电子传输层17-1、一第一发光层16-1与一第一电洞传输层15-1，第二发光单元EMU2包括一第二电子传输层17-2、一第二发光层16-2与一第二电洞传输层15-2，且第三发光单元EMU3包括一第三电子传输层17-3、一第三发光层16-3与一第三电洞传输层15-3。为了令三个发光层(16-1,16-2,16-3)都能够有很好的发光效率，可选择具有电洞阻挡功能的电子传输材料来制作该第一电子传输层17-1、该第二电子传输层17-2、与该第三电子传输层17-3，并同时选择具有电子阻挡功能的电洞传输材料来制作该第一电洞传输层15-1、该第二电洞传输层15-2、与该第三电洞传输层15-3。

当然，然而，三个发光层(16-1,16-2,16-3)的材料组成势必是不一样的，才能够使三个发光单元(EMU1,EMU2,EMU3)分别发出不同色温的色光。继续地参阅图5，并请同时参阅图8，为显示第一发光单元的能阶结构图。如图5与图8所示，第一发光单元EMU1的第一发光层16-1包括一种主体材料与三种染料，且第一发光单元EMU1的各层单元的材料整理于下表(2)之中。

表(2)

必须补充说明的是，红色客体染料(Ir(2-phq)₃)、绿色客体染料(CF₃BNO)与蓝色客体染料(FIrpic)于主体材料(CBP)之中的掺杂浓度分别为0.6wt％、0.2wt％、与8wt％。请再同时参阅图9，为显示CIE 1931色度坐标图。依据图8与上表(2)所列材料所组成的第一发光单元EMU1能够发出橘白光(Orange-white light)；并且，如图9所示，该橘白光的CIE色坐标为(0.5,0.44)。必须强调的是，虽然图5显示第一发光单元EMU1的第一发光层16-1为单层结构，但是高演色性与全波段的OLED的发光层通常为多层结构，例如:美国专利号US8,809,848B1所揭示的全波段超高演色性有机发光二极管。并且，具有双层或双层以上发光层的OLED，其一发光层与另一发光层之间通常会夹置有一层载子调制层，例如:美国专利公开号:US2012/049166A1所揭示的有机发光二极管。

继续地参阅图6，并请同时参阅图10，为显示第二发光单元的能阶结构图。如图6与图10所示，第二发光单元EMU2的第二发光层16-2包括一种主体材料与三种染料，且第二发光单元EMU2的各层材料整理于下表(3)之中。

表(3)

必须补充说明的是，红色客体染料(Ir(2-phq)₃)、绿色客体染料(CF₃BNO)与蓝色客体染料(FIrpic)于主体材料(CBP)之中的掺杂浓度分别为0.6wt％、0.4wt％、与14wt％。并且，依据图10与上表(3)所列材料所组成的第二发光单元EMU2能够发出暖白光，且该暖白光的CIE色坐标为(0.42,0.43)。

继续地参阅图7，并请同时参阅图11，为显示第三发光单元的侧面剖视图。并且，第三发光单元EMU3的第三发光层16-3包括一种主体材料与三种染料，且第三发光单元EMU3的各层材料整理于下表(4)之中。

表(4)

必须补充说明的是，红色客体染料(Btp₂Ir(acac))、绿色客体染料(Ir(ppy)₃)与蓝色客体染料(FIrpic)于主体材料(CBP)之中的掺杂浓度分别为0.35wt％、0.4wt％、与12wt％。并且，依据图11与上表(4)所列材料所组成的第三发光单元EMU3能够发出纯白光，且该纯白光的CIE色坐标为(0.36,0.37)。

本发明的亮度色温可调串联式有机发光二极管1亦为一串联式(tandem)有机发光二极管，因此，第一发光单元EMU1与第二发光单元EMU2由第一载子产生单元CGU1所连接，且第二发光单元EMU2与第三发光单元EMU3由第二载子产生单元CGU2所连接。图12与图13分别显示第一载子产生单元与第二载子产生单元的侧面剖视图。如图4与图12所示，该第一载子产生单元CGU1包括：形成于该第一发光单元EMU1之上的一第一载子产生层CGf1、形成于该第一载子产生层CGf1之上的一第一调整电极ME1、以及形成于该第一调整电极ME1之上的一第二载子产生层CGf2。另一方面，如图4与图13所示，该第二载子产生单元CGU2包括：形成于该第二发光单元EMU2之上的一第三载子产生层CGf3、形成于该第三载子产生层CGf3之上的一第二调整电极ME2、以及形成于该第二调整电极ME2之上的一第四载子产生层CGf4。

就材料而言，该第一载子产生层CGf1与该第三载子产生层CGf3可由一n型载子产生材料制成，例如:poly(ethylene glycol)dimethyl ether(PEGDE)。并且，该第二载子产生层CGf2与该第四载子产生层CGf4皆由一p型载子产生材料制成，例如：掺杂F4-TCNQ的NPB。其中，NPB的全名为N,N′

-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N′-bis(phenyl)benzidine，且F4-TCNQ的全名为2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane。值得特别说明的是，就材料而言，该第一载子产生层CGf1与该第三载子产生层CGf3也可以由一电子注入材料制成，且该第二载子产生层CGf2与该第四载子产生层CGf4也可以由一电洞注入材料制成。

请再重复参阅图4、图12与图13。本发明的第二个技术特征在于：将一电驱动单元2电性连接亮度色温可调串联式有机发光二极管1，藉由该电驱动单元2控制该第一发光单元EMU1、该第二发光单元EMU2与该第三发光单元EMU3的发光。为了达成此技术特征，本发明将该电驱动单元2电连接至该阳极11、该阴极14、该第一载子产生单元CGU1的第一调整电极ME1、与该第二载子产生单元CGU2的第二调整电极ME2。

如此设计，电驱动单元2便可以控制该第一发光单元EMU1、该第二发光单元EMU2与该第三发光单元EMU3发光。举例而言，若第一发光单元EMU1为高色温发光元件、第二发光单元EMU2为中色温发光元件、且第三发光单元EMU3为低色温发光元件，电驱动单元2可以通过提供一正偏压至阳极11与阴极14的方式驱动这三个发光单元(EMU1,EMU2,EMU3)。进一步地，根据用户通过一用户控制界面所指定或选择的指定色温与照度，电驱动单元2会提供一反向偏压至该第一调整电极ME1与/或该第二调整电极ME2，藉此方式抑制第一发光单元EMU1、第二发光单元EMU2与/或第三发光单元EMU3的发光。简单地说，本发明利用反向偏压来控制三个发光单元(EMU1,EMU2,EMU3)的发光强度，使得此亮度色温可调串联式有机发光二极管1能够以具特定色温与照度的光源提供照明。

如此，上述已完整且清楚地说明本发明的一种亮度色温可调串联式有机发光二极管的所有实施例及其结构组成；并且，经由上述可知本发明具有下列的优点：

(1)本发明的亮度色温可调串联式有机发光二极管1于结构上主要包括：一透明导电基板、一电洞注入层12、一第一发光单元EMU1、一第一载子产生单元CGU1、一第二发光单元EMU2、一第二载子产生单元CGU2、一第三发光单元EMU3、一电子注入层13、以及一阴极14。特别地，本发明设计令该第一发光单元EMU1发出一冷白光、一纯白光、或一橘白光、令第二发光单元EMU2发出一暖白光、并令第三发光单元EMU3对应于该第一发光单元EMU1而发出一橘白光、一纯白光、或一冷白光。如此设计，对于使用者而言，其可以通过一用户控制界面控制三个发光单元(EMU1,EMU2,EMU3)同时或者个别发光，以令所述亮度色温可调串联式有机发光二极管1提供具指定色温与照度的色光。

必须加以强调的是，上述的详细说明针对本发明可行实施例的具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明所附权利要求的保护范围中。

Claims

1.一种亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，包括：

一电洞注入层，形成于该阳极之上；

一第一载子产生单元，形成于该第一发光单元之上；

一第二载子产生单元，形成于该第二发光单元之上；

一电子注入层，形成于该第三发光单元；以及

一阴极，形成于该电子注入层之上。

2.如权利要求1所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第一发光层、该第二发光层与该第三发光层皆包括至少一种主体材料与至少两种染料。

3.如权利要求1所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第一发光层、该第二发光层与该第三发光层皆包括至少一种发光主体材料与至少一种染料。

4.如权利要求1所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第一发光层、该第二发光层与该第三发光层皆包括两种主体材料与掺杂于该主体材料之中的至少一种染料，且该两种主体材料由一载子调制薄膜所隔离。

5.如权利要求1所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第一电子传输层、该第二电子传输层、与该第三电子传输层皆具有电洞阻挡功能。

6.如权利要求1所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管其特征在于，该第一电洞传输层、该第二电洞传输层、与该第三电洞传输层皆具有电子阻挡功能。

7.如权利要求1所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第一载子产生单元包括：

一第一载子产生层，形成于该第一发光单元之上；

一第一调整电极，形成于该第一载子产生层之上；以及

一第二载子产生层，形成于该第一调整电极之上。

8.如权利要求7所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其中，该第二载子产生单元包括：

一第三载子产生层，形成于该第二发光单元之上；

一第二调整电极，形成于该第三载子产生层之上；以及

一第四载子产生层，形成于该第二调整电极之上。

9.如权利要求8所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第一载子产生层与该第三载子产生层皆由一n型载子产生材料制成。

10.如权利要求8所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第一载子产生层与该第三载子产生层皆由一电子注入材料制成。

11.如权利要求8所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第二载子产生层与该第四载子产生层皆由一p型载子产生材料制成。

12.如权利要求8所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，该第二载子产生层与该第四载子产生层皆由一电洞注入材料制成。

13.如权利要求8所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管，其特征在于，一电驱动单元电性连接至该阳极、该第一载子产生单元的该第一调整电极、该第二载子产生单元的该第二调整电极、与该阴极。

14.一种如权利要1至13所述的亮度色温可调串联式有机发光二极管的用途，其特征在于，作为一照明装置或一显示设备的主要发光元件。