CN1645642A - 有机发光二极管及包含该有机发光二极管的显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机发光二极管，包括一阴极与一阳极，以及一发光层，设置于该阴极与该阳极之间，其包含一双极化合物与一较少量掺杂于该双极化合物的掺杂剂。本发明亦提供一种包含该有机发光二极管的显示器。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机电激发光单元，特别是涉及一种有机发光二极管及包含该有机发光二极管的显示器。
背景技术
有机电激发光元件(organic electroluminescent devices or polymerelectroluminescent devices)自1987年起，柯达开发第一个高效率有机电激发光元件后，便引起业界的注意，由于有机电激发光元件具有高亮度、轻薄、自发光、低消耗功率、不需背光源、无视角限制、工艺简易及高反应速率等优良特性，已被视为平面显示器的明日之星。
电激发光的原理为一有机半导体薄膜元件，在外加电场作用下，电子与空穴分别由阴极与阳极注入，并在此元件中进行传递，当电子、空穴在发光层相遇后，电子及空穴再结合(recombination)形成一激发子(exciton)，激发子在电场作用下将能量传递给发光分子，发光分子便将能量以光的形式释放出来。一般简单的元件结构为在阳极(ITO，indium tin oxide)上蒸镀空穴传输层(hole-transporting layer)，接着蒸镀发光层(emitting layer)，再蒸镀空穴阻挡层(hole-blocking layer)及电子传输层(electron-transporting layer)，最后于电子传输层上蒸镀电极作为阴极。也有一些多层结构元件，是将适当的有机材料蒸镀于阳极与空穴传输材料之间，当作空穴注入层(hole-injection layer)或是在阴极与电子传输材料之间，当作电子注入层(electron-injection layer)，藉以提高载流子注入效率，进而达到降低驱动电压及增加载流子再结合机率。
传统使用的发光层主体为有机金属错合物，并以Alq3最为常见，其光、热安定性俱佳，然而，根据文献报导，此类有机金属错合物在空穴过多的状态下容易产生Alq3 +，非常不稳定，为极容易劣化的物质，亦是导致元件寿命变短的元凶，而为有效解决元件寿命问题，可考虑从结构设计上来抑制Alq3 +的形成。
文献上用来解决Alq3 +形成，增进元件寿命的方法，包括H.Aziz等人尝试在空穴传输层中加入大量的空穴阻绝(hole-blocking)物质，希望能减少空穴传送到发光层中Alq3的机率，或在发光层中混入空穴传输物质，希望让发光层中的空穴与电子分别经由空穴传输物质与电子传输物质(即Alq3)再结合，抑制Alq3 +的产生。另T.K.Hatwar等人亦尝试将空穴捕捉(hole-trapping)物质小量掺杂(0.1～25％)于发光层及/或空穴传输层及/或电子传输层中，一样可获得类似的效果，然而，这些构想虽对抑制Alq3 +的形成有些许帮助，但由于发光层主体仍为Alq3，因此效果有限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种有机发光二极管，包括一阴极与一阳极，以及一发光层，设置于该阴极与该阳极之间，其包含一双极化合物与一较少量掺杂于该双极化合物的掺杂剂。
本发明还提供一种显示器，包括一如上述的有机发光二极管，以及一驱动电路，耦接至该有机发光二极管，以驱动该有机发光二极管。
为使本发明的上述目的、特征能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。
附图说明
图1为本发明有机发光二极管结构的剖面示意图。
图2为本发明显示器结构的上视图。
图3显示本发明有机发光二极管的寿命量测结果。
简单符号说明
10～有机发光二极管；12～阳极；14～空穴注入层；16～空穴传输层；18～发光层；20～电子传输层；22～电子注入层；24～阴极；100～显示器；120～有机发光二极管；140～驱动电路。
具体实施方式
本发明提供一种有机发光二极管，包括一阴极与一阳极，以及一发光层，设置于阴极与阳极之间，其包含一双极化合物与一较少量掺杂于双极化合物的掺杂剂。
上述阴极与阳极中至少一者须为一透明电极，另一者可为透明或不透明电极，此即表示两电极的材料可相同或不同，且其可为金属或透明氧化物或其组合的单层或多层结构，其中金属可为铝、钙、银、镍、铬、钛、镁银合金或镁，透明氧化物可为氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌(ZnO)、氮化铟(InN)或氧化锡(SnO2)。
上述发光层的厚度大体介于50～2000埃。发光层中双极化合物与掺杂剂的体积比大体介于90∶10～51∶49，优选比例为80∶20。
本发明提供了一种全新的发光层材料，其主体为电性上双极性的化合物与少量的掺杂剂组成。在本发明中，双极性材料指电子、空穴迁移率在1*10-7以上的材料，优选者为电子、空穴迁移率大于1*10-5的化合物，利用此发光层制成的有机发光二极管，其效能及寿命皆可有所提升。
双极化合物可包括(anthracene)衍生物、芴(fluorene)衍生物、螺旋芴(spirofluorene)衍生物、芘(pyrene)衍生物、寡聚物或其混合物，其中 衍生物例如为9，10-双-(2-萘基)(9，10-di-(2-naphthyl)anthracene，ADN)、2-(第三丁基)-9，10-双-(2-萘基)(2-(t-Butyl)-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，TBADN)或2-(甲基)-9，10-双-(2-萘基)(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，MADN)，芴(fluorene)衍生物例如为Ter(9，9-diphenylfluorene)或Ter(9，9-dinaphthylfluorene)，螺旋芴(spirofluorene)衍生物例如为2，7-bis[2-(4-tert-butylphenyl)pyrimidine-5-yl]-9，9’-spirobifluorene，芘(pyrene)衍生物例如为1，3，6，8-tetraphenylpyrene、1，3，6，8-tetra(o-methylphenyl)pyrene或1，3，6，8-tetra(2-naphthyl)pyrene。本发明所使用的双极材料并不限于上述化合物，只要其电子、空穴迁移率在1*10-7以上者均适用于本发明。
掺杂剂可包括有机金属错合物，例如为Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))、BAlq3(Aluminum bis(2-methyl-8-quinolinato)phenolates)、Gaq3(Gallium(III)tris(8-hydroxyquinoline))或Inq3(Indium(III)tris(8-hydroxyquinoline))。此外，发光层亦可包括一浓度大体介于0.1％～25％的发光体，例如为C-545T(10-(1，3-benzothiazol-2-yl)-1，1，7，7-tetramethyl-2，3，6，7-tetra-hydro-1H，5H，11Hpyrano[2，3-f]pyrido[3，2，1-ij]quinolin-11-one)或DCJTB(4-(Dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1，1，7，7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran)。
本发明主要是利用电性上为双极性的材料当作发光层主体，虽然发光层中的Alq3仍无法完全被取代，但由于已添加双极性材料，遂发光层中仅需再掺杂少量的Alq3即可减少电子、空穴进入发光层的能量障壁，增加电子传输的效果，更重要的是由于Alq3的用量减少，使发光层中形成Alq3 +的机率大幅降低，明显提高了元件寿命。根据本发明优选实施例，在2000烛光的初始亮度下，有机发光二极管的半衰期(L50)可达2000小时以上。
本发明有机发光二极管结构除阳极、阴极与发光层外，尚可包括设置于阳极与发光层之间的空穴注入层或空穴传输层，以及设置于阴极与发光层之间的电子传输层或电子注入层。空穴注入层可为氟碳氢聚合物、紫质(porphyrin)衍生物或掺杂p-型掺杂剂的双胺(p-doped diamine)衍生物，而紫质衍生物可为金属酞菁化合物(metallophthalocyanine)衍生物，例如为酞菁铜(copper phthalocyanine)。
空穴传输层可为双胺聚合物，而双胺衍生物可为N，N’-bis(1-naphyl)-N，N’-diphenyl-1，1’-biphenyl-4，4’-diamine(NPB)、N，N’-Diphenyl-N，N’-bis(3-methylphenyl)-(1，1’-biphenyl)-4，4’-diamine(TPD)、2T-NATA或其衍生物，且空穴传输层的厚度大体介于50～5000埃。
电子传输层可为有机金属错合物，例如为Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))、BAlq3(Aluminum bis(2-methyl-8-quinolinato)phenolates)、Gaq3(Gallium(III)tris(8-hydroxyquinoline))或Inq3(Indium(III)tris(8-hydroxyquinoline))，且电子传输层的厚度大体介于50～5000埃。
电子注入层可为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸化合物，例如为氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钠(NaF)、氟化钙(CaF2)、氧化锂(Li2O)、氧化铯(Cs2O)、氧化钠(Na2O)、碳酸锂(Li2CO3)、碳酸铯(Cs2CO3)或碳酸钠(Na2CO3)，且电子注入层的厚度大体介于5～1500埃。
本发明还提供一种显示器，包括一如上述的有机发光二极管，以及一驱动电路，耦接至有机发光二极管，以驱动有机发光二极管。
上述驱动电路可包括一薄膜晶体管。
请参阅图1，说明本发明有机发光二极管10的详细构成，有机发光二极管结构10至少包括一阳极12、一空穴注入层14、一空穴传输层16、一发光层18、一电子传输层20、一电子注入层22以及一阴极24，其中发光层18由双极化合物与少量掺杂剂所组成。
请续参阅图1，说明本发明有机发光二极管的制作，首先，提供一阳极12，之后，依序蒸镀空穴注入层14、空穴传输层16、发光层18、电子传输层20、电子注入层22与阴极24，进行封装后，即完成此元件制作。
请参阅图2，说明本发明显示器100的详细构成，显示器结构100上至少包括一有机发光二极管120与一驱动电路140，其中驱动电路140耦接至有机发光二极管120以驱动有机发光二极管120。
以下藉由多个实施例以更进一步说明本发明的特征及优点。
【实施例】
比较例1
请参阅图1，说明一有机发光二极管(元件A)的制作，首先，提供一氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)阳极12并以紫外线臭氧处理之，接者，在ITO阳极12上蒸镀酞菁铜(copper phthalocyanine)作为一空穴注入层14，之后，在空穴注入层14上蒸镀NPB(4，4’-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)作为一空穴传输层16，接着，在空穴传输层16上共蒸镀Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))与发光体C-545T作为一发光层(emitting layer)18，其中Alq3与C-545T的体积比为100∶1，之后，在发光层18上蒸镀Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))作为一电子传输层20，接着，在电子传输层20上蒸镀氟化锂(LiF)作为一电子注入层22，最后，在电子注入层22上镀上铝(Al)金属作为一阴极24，进行封装后，即完成一有机发光二极管10的制作。其寿命量测结果如图3中的曲线A所示。
比较例2
请参阅图1，说明一有机发光二极管(元件B)的制作，首先，提供一氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)阳极12并以紫外线臭氧处理之，接者，在ITO阳极12上蒸镀酞菁铜(copper phthalocyanine)作为一空穴注入层14，之后，在空穴注入层14上蒸镀NPB(4，4’-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)作为一空穴传输层16，接着，在空穴传输层16上共蒸镀Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))、MADN(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)与发光体C-545T作为一发光层(emitting layer)18，其中Alq3、MADN与C-545T的体积比为90∶10∶1，之后，在发光层18上蒸镀Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))作为一电子传输层20，接着，在电子传输层20上蒸镀氟化锂(LiF)作为一电子注入层22，最后，在电子注入层22上镀上铝(Al)金属作为一阴极24，进行封装后，即完成一有机发光二极管10的制作。其寿命量测结果如图3中的曲线B所示。
实施例1
请参阅图1，说明一有机发光二极管(元件C)的制作，首先，提供一氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)阳极12并以紫外线臭氧处理之，接者，在ITO阳极12上蒸镀酞菁铜(copper phthalocyanine)作为一空穴注入层14，之后，在空穴注入层14上蒸镀NPB(4，4’-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)作为一空穴传输层16，接着，在空穴传输层16上共蒸镀MADN(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)、Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))与发光体C-545T作为一发光层(emitting layer)18，其中MADN、Alq3与C-545T的体积比为80∶20∶1，之后，在发光层18上蒸镀Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))作为一电子传输层20，接着，在电子传输层20上蒸镀氟化锂(LiF)作为一电子注入层22，最后，在电子注入层22上镀上铝(Al)金属作为一阴极24，进行封装后，即完成一有机发光二极管10的制作。其寿命量测结果如图3中的曲线C所示。
实施例2
请参阅图1，说明一有机发光二极管(元件D)的制作，首先，提供一氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)阳极12并以紫外线臭氧处理之，接者，在ITO阳极12上蒸镀酞菁铜(copper phthalocyanine)作为一空穴注入层14，之后，在空穴注入层14上蒸镀NPB(4，4’-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)作为一空穴传输层16，接着，在空穴传输层16上共蒸镀MADN(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)、Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))与发光体C-545T作为一发光层(emitting layer)18，其中MADN、Alq3与C-545T的体积比为60∶40∶1，之后，在发光层18上蒸镀Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))作为一电子传输层20，接着，在电子传输层20上蒸镀氟化锂(LiF)作为一电子注入层22，最后，在电子注入层22上镀上铝(Al)金属作为一阴极24，进行封装后，即完成一有机发光二极管10的制作。其寿命量测结果如图3中的曲线D所示。
请参阅图3，说明上述有机发光二极管的寿命量测结果。由图中可看出，随着元件使用时间的增长，本发明以体积百分比超过51％的MADN(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene)为发光层主体制作而成的有机发光二极管(元件C与D)其亮度下降的比率明显较现有仅以MADN为掺杂物(体积百分比未达51％以上)制作而成的有机发光二极管(元件A与B)为缓，具有优选的寿命表现。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
Claims (18)
1.一种有机发光二极管，包括：
一阴极与一阳极；以及
一发光层，设置于该阴极与该阳极之间，其包含一双极化合物与一较少量掺杂于该双极化合物的掺杂剂。
2.如权利要求1所述的有机发光二极管，其中该阴极与该阳极的至少一者为一透明电极。
3.如权利要求2所述的有机发光二极管，其中该阴极与该阳极由金属或透明氧化物或其组合的单层或多层结构。
4.如权利要求2所述的有机发光二极管，其中该阴极与该阳极的材料相同。
5.如权利要求2所述的有机发光二极管，其中该阴极与该阳极的材料不相同。
6.如权利要求1所述的有机发光二极管，其中该发光层的厚度大体介于50～2000埃。
7.如权利要求1所述的有机发光二极管，其中该双极化合物与该掺杂剂的体积比大体介于90∶10～51∶49。
8.如权利要求1所述的有机发光二极管，其中该双极化合物的电子及空穴迁移率大于10-7平方厘米/伏特·秒。
9.如权利要求1所述的有机发光二极管，其中该双极化合物包括(anthracene)衍生物。
10.如权利要求9所述的有机发光二极管，其中该(anthracene)衍生物包括9，10-双-(2-萘基)(9，10-di-(2-naphthyl)anthracene，ADN)、2-(第三丁基)-9，10-双-(2-萘基)(2-(t-Butyl)-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，TBADN)或2-(甲基)-9，10-双-(2-萘基)(2-methyl-9，10-di(2-naphthyl)anthracene，MADN)。
11.如权利要求1所述的有机发光二极管，其中该掺杂剂包括有机金属错合物。
12.如权利要求11所述的有机发光二极管，其中该有机金属错合物包括Alq3(Aluminum(III)tris(8-hydroxyquinoline))、BAlq3(Aluminumbis(2-methyl-8-quinolinato)phenolates)、Gaq3(Gallium(III)tris(8-hydroxyquinoline))或Inq3(Indium(III)tris(8-hydroxyquinoline))及其衍生物。
13.如权利要求1所述的有机发光二极管，该发光层还包括一浓度大体介于0.1％～25％的发光体。
14.如权利要求13所述的有机发光二极管，其中该发光体包括10-(1，3-苯唑-2-基)-1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四-氢-1H，5H，11H-喃[2，3-f]瑞多[3，2，1-ij]咛-11-酮(10-(1，3-benzothiazol-2-y1)-1，1，7，7-tetramethyl-2，3，6，7-tetra-hydro-1H，5H，11H-pyrano[2，3-f]pyrido[3，2，1-ij]quinolin-11-one，C-545T)或4-(二氰甲基)-2-第三丁基-6-(1，1，7，7-四甲基咛-9-烯基)-四氢-喃(4-(Dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1，1，7，7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran，DCJTB)。
15.如权利要求1所述的有机发光二极管，还包括一电子注入层或一电子传输层，设置于该阴极与该发光层之间。
16.如权利要求1所述的有机发光二极管，还包括一空穴注入层或一空穴传输层，设置于该阳极与该发光层之间。
17.一种显示器，包括：
一如权利要求1所述的有机发光二极管；以及
一驱动电路，耦接至该有机发光二极管，以驱动该有机发光二极管。
18.如权利要求17所述的显示器，其中该驱动电路包括一薄膜晶体管。
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