CN1808738A - 有机高分子发光二极管装置及其应用的显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机高分子发光二极管装置，包括：一基板；一正电极，设于基板上方；一空穴传输层，设于正电极上方；一复合多层有机发光结构，设于空穴传输层上方，包括多层有机发光层，其中各有机发光层具有相同相对较高能隙的有机高分子主体材料，且其中一层以上有机发光层掺杂有相对较低能隙的一有机高分子掺杂材料；及一负电极，设于复合多层有机发光结构上方。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机发光二极管装置及其应用的显示器，特别是一种有机高分子发光二极管装置及其应用的显示器。
背景技术
因为有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode；以下简称OLED)具有体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性极佳以及大面积应用成本低等优点，能配合各种应用设备的轻、薄的需求，所以白光的发光二极管的效能若能有效提升，便具有很大的潜力可用作平面显示器，特别是大面积液晶显示器的背光源，在结合不同颜色的彩色滤光片后，便可产生各种颜色。因此，大面积的白光有机发光二极管装置的研究发展对于全彩平面显示器(特别是液晶显示器)来说是十分重要的。
目前有机发光二极管中的发光材料大致可分为有机高分子与有机小分子两种，小分子的有机发光二极管显示了极高的白光亮度，但其制造成本对于大量生产的规模来说，仍属于太高。因此，目前的焦点便在于如何让具有生产成本较低优势的有机高分子发光二极管提升其发光效能。
目前利用多层结构有机发光二极管产生白光的技术，多是采用小分子，例如包括美国专利第6521360号中所公开的技术。请参照图1A与图1B，其中利用将发光层120由至少两层次发光层122，124组成以形成具有混合光色的发光二极管装置100。该有机发光二极管装置100包括基板102、正电极104、空穴传输层112、由至少两层次发光层122，124组成的发光层120、电子传输层114以及负电极108。其中至少一次发光层以电子传输层材料(DPBI)为底，掺杂某一发光材料(例如PDBT)，而在其上另一次发光层则掺杂不同浓度的该发光材料(例如PDBT)，浓度不同的掺杂会发出不同光色，该技术利用在不同层发光层中掺杂不同浓度的相同发光材料，得到的光色是为该发光材料的各层合成的总合光色，其发光亮度在20V时可介于240~590cd/m2之间。其操作电压过高，发光亮度不高，而且因为借由单一发光材料掺杂浓度的调整能变化的光色范围无法涵盖三原色，所以不易得到背光技术需要的三原色白光。
另一个也是利用小分子材料产生白光的方法，例如美国专利第6720092号专利中所公开的技术。请参照图2，其中利用将黄色发光层241与蓝色发光层250相邻构成发光层以形成具有较高发光效率与较稳定过程的有机发光二极管装置200。该有机发光二极管装置200包括基板210、正电极220、空穴注入层230、空穴传输层240、黄色发光层241、蓝色发光层250、电子传输层260以及负电极270。其特征在于包括该具有红荧烯(rubrene)材料的黄色发光层241以及与该黄色发光层241相邻的蓝色发光层250。为控制两种光色混合的光色，黄色层是通过定位与比例分配蒸发于蓝色层上，得到的为互补白光，如此得到的补偿光亮度在6.5V、160mA/cm2时为3.6cd/A。这样的方法需要多一道定位的蒸发步骤，而且只能得到互补白光，无法发出背光板技术需要的三原色白光。
鉴于上述几种方法，可发现小分子有机发光材料多以多层发光层来合成白光。未来大面积平面显示器，将是技术发展的主流，而上述几种小分子多层结构发光二极管的处理方法，在遭遇大面积面板制造过程时，将会遇到均匀共蒸发掺杂浓度与大面积定位的困难。高分子发光材料在大面积化过程比起小分子技术较为简单，为了发展大面积液晶显示器背光光源，研发利用高分子材料发出高效率白光的各种结构或方法，对于更进一步改善并加速该产业的发展，将有很大帮助。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种有机高分子发光二极管装置及其应用的显示器，借以提供各种色光较高的发光亮度以及较低的生产成本，并可提供大面积显示器。
鉴于以上的问题，本发明的另一目的在于提供一种有机高分子发光二极管装置及其应用的显示器，借以提供较高发光亮度以及较低的成本的互补白光或三原色白光，并可提供大面积显示器。
因此，为实现上述目的，本发明所公开的一种有机高分子发光二极管装置，包括：一基板；一正电极，设于该基板上方；一空穴传输层，设于该正电极上方；一复合多层有机发光结构，设于该空穴传输层上方，包括多层有机发光层，其中各有机发光层具有相同相对较高能隙的有机高分子主体材料，且其中一层以上有机发光层掺杂有相对较低能隙的一有机高分子掺杂材料；及一负电极，设于该电子传输层上方。
因此，为实现上述目的，本发明所公开的一种利用有机高分子发光二极管装置的显示器，包括：一基板；一正电极，设于该基板上方；一空穴传输层，设于该正电极上方；一复合多层有机发光结构，设于该空穴传输层上方，包括多层有机发光层，其中各有机发光层具有相同相对较高能隙的有机高分子主体材料，且其中一层以上有机发光层掺杂有相对较低能隙的一有机高分子掺杂材料；一负电极，设于该电子传输层上方；及一彩色滤光片，设于该基板或该负电极的上方，用以过滤该复合多层有机发光结构产生的光线，以让特定波长的光线通过。
上述相对较高能隙的有机高分子主体材料可为一蓝色有机高分子材料；上述相对较低能隙的有机高分子掺杂材料可为一橘红色有机高分子材料；而可有两层以上的有机发光层掺杂有不同相对较低能隙的有机高分子掺杂材料，例如一可为橘红色有机高分子材料，另一可为绿色有机高分子材料。
另外，该复合多层有机发光结构可包括三层该有机发光层具有相同相对较高能隙的该有机高分子主体材料，以及其中两个该有机发光层具有不同相对较低能隙的有机高分子掺杂材料。
上述相对较高能隙的有机高分子主体材料为一蓝色有机高分子材料，一相对较低能隙的有机高分子掺杂材料为一蓝绿有机高分子材料，另一相对较低能隙的有机高分子掺杂材料则为橘红色有机高分子材料。
综合以上所述，借由本发明的有机发光二极管装置及其应用的显示器，确可提供各种色光较高的发光亮度，以及较低的生产成本，以及适用于显示器，特别是大面积显示器的生产。
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求书及附图，任何熟悉本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
附图说明
图1A与图1B为公开于美国专利第6521360号中的现有有机发光二极管装置；
图2为公开于美国专利第6720092号中的现有有机发光二极管装置；
图3为本发明有机高分子发光二极管装置的一第一较佳实施例；
图4，为本发明的一第二较佳实施例；
图5，为本发明的一第三实施例；以及
图6至图8分别为本发明第一较佳实施例至第三较佳实施例的发光光谱。
其中，附图标记如下：
100-有机发光二极管装置
102-基板
104-正电极
108-负电极
112-空穴传输层
114-电子传输层
120-发光层
122-次发光层
124-次发光层
200-有机发光二极管装置
210-基板
220-正电极
230-空穴注入层
240-空穴传输层
241-黄色发光层
250-蓝色发光层
260-电子传输层
270-负电极
300-有机高分子发光二极管装置
310-基板
320-正电极
330-有机空穴传输层
331-复合多层有机发光层结构
340-第一有机发光层
350-第二有机发光层
351-第二有机发光层
360-第三有机发光层
370-负电极
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求书更进一步的解释。
请参照图3，为本发明有机高分子发光二极管装置的一第一较佳实施例。该有机高分子发光二极管装置300包括一基板310、一正电极320、一有机空穴传输层330、一复合多层有机发光层结构331以及一负电极370。该复合多层有机发光层结构331可包括至少两个有机发光层340，350位于该有机空穴传输层330与负电极370之间。当正电极320与负电极370之间施加一电位差时，负电极370会注入电子至复合多层有机发光层结构331，同时另一方面，空穴会从正电极320注入至空穴传输层330，并传至复合多层有机发光层结构331与电子结合而产生光。
基板310为电性绝缘，且可根据需求为透光或不透光基板。若想要从基板310方向发出光线，该透光基板可由玻璃、石英或塑料材料所组成。若光线是要经过上方的电极370发射时，不透光基板可以利用半导体或陶瓷作为底材，当然在其结构设计上，必须符合从上方发射光线的需求。
正电极320，在想要从基板310方向发出光线时，通常由导电且透光的材料所组成。而光线若要经过上方的电极370发射时，通常透光的性质便不是那么重要，而可选自具有较高功函数的金属或金属化合物，可能的金属例如包括金、铱(iridium)、钯(palladium)或铂(platinum)等。导电且透光的材料例如可选自金属氧化物、氮化物例如氮化镓(gallium nitride)、硒化物例如硒化锌(zinc selenide)或碳酸化物例如碳酸锌(zinc sulphide)等。适宜的金属氧化物例如氧化铟锡(indium-tin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium-zinc oxide，IZO)、氧化铝锌(aluminum-zinc oxide，AZO)、氧化锡(tin oxide)、氧化镁铟(magnesium-indium oxide)、氧化氟锡(fluorine-tin oxide)、氧化镍钨(nickel-tungsten oxide)以及氧化镉锡(cadmium-tin oxide)等。
空穴传输层330，由一高分子导电材料组成，一般公知的例如有PEDOT。
复合多层有机发光层结构331，用以让电子空穴在此结合以产生光，在一现有技术中(美国专利第6521360号)，该有机发光层结构可包括多层以电子传输层材料为基材，掺杂不同浓度发光材料的发光层。而在另一现有技术中(美国专利第6720092号)，该有机发光层结构包括一层黄色发光材料的发光层以及与该黄色发光材料发光层相邻的蓝色材料的发光层。
而在本发明的第一较佳实施例中，该复合多层有机发光层结构331以两个有机发光层作为例子。其中第一有机发光层340与第二有机发光层350皆利用相同的相对较高能隙的有机高分子发光材料作为主体材料，而第一有机发光层340另外再掺杂可发出某色光的相对较低能隙的有机高分子发光材料。举例来说，相对较高能隙的有机高分子发光主体材料可为蓝色高分子发光材料，相对较低能隙的有机高分子发光掺杂材料可为橘红色高分子发光材料，如此第一有机发光层340与第二有机发光层350可设计产生互补白光。
请参照图4，为本发明的一第二较佳实施例，该复合多层有机发光层结构331也以两有机发光层作为例子。其中第一有机发光层340与第二有机发光层351皆利用相同相对较高能隙的有机高分子发光材料作为主体材料，而与第一较佳实施例不同之处在于第一有机发光层340与第二有机发光层351皆掺杂可发出某色光相对较低能隙的有机高分子发光材料。举例来说，相对较高能隙的有机高分子发光主体材料可为蓝色高分子发光材料，第一有机发光层340可掺杂相对较低能隙的橘红色高分子发光材料，第二有机发光层351可掺杂相对较低能隙的绿色高分子发光材料，如此第一有机发光层与第二有机发光层可设计产生三原色白光。
请参照图5，为本发明的一第三实施例，与先前两实施例不同之处在于该复合多层有机发光层结构331以三个有机发光层作为例子。其中第一有机发光层340、第二有机发光层350与第三有机发光层360皆利用相同相对较高能隙的有机高分子发光材料作为主体材料，而第二有机发光层350与第三有机发光层360皆可再掺杂可发出某色光相对较低能隙的有机高分子发光材料。举例来说，相对较高能隙的有机高分子发光主体材料可为蓝色高分子发光材料，第一有机发光层340不掺杂其它高分子发光材料，第二有机发光层350可掺杂相对较低能隙的蓝绿色高分子发光材料，第三有机发光层360可掺杂相对较低能隙的橘红高分子发光材料，如此第一有机发光层340与第二有机发光层350及第三有机发光层360可设计产生三原色白光。
在上述第一至第三实施例中，该复合多层有机发光层结构虽以包括两层或三层有机发光层作为例子，但实际应用上，其可不只包括两层或三层有机发光层，而可包括多层，即其实际权利范围当以权利要求书所述为准。
实施例
以下提供的较佳实施例用以更进一步理解本发明及其优点。图6至图8分别为本发明第一较佳实施例至第三较佳实施例的发光光谱。而利用的有机高分子发光材料颜色、商品名及其提供厂商摘录如下：
| 颜色 | 商品名 | 厂商 |
| 红 | Red B | Dow Chemical |
| 橘红 | MEH-PPV | Dow Chemical |
| 黄 | Super yellow | Covion |
| 绿 | Green K2 | Dow Chemical |
| 蓝绿 | DPOC10-PPV | 国立交通大学，NCTU |
| 蓝 | BP 79，BP105，Blue J，PFO | Dow Chemical |
第一较佳实施例
其准备步骤可包括：通过洁净剂，利用超音波震荡清洁镀有一层氧化铟锡(ITO)的商业化基板，在去离子水中轻洗并烘干；将PFO与MEH-PPV经由二甲苯(xylene)以一比例混合，该PFO为蓝色高分子主体材料，MEH-PPV为橘红色高分子掺杂材料。在经过一连串公知必要的前置处理后包括如下步骤：一空穴传输层(如PEDOT)旋转涂布于ITO上；将混合PFO高分子主体材料与MEH-PPV高分子掺杂材料的溶液，利用旋转涂布形成50nm的第一有机发光层在该空穴传输层上；在真空烘箱中烘干60分钟；将仅包括PFO高分子主体材料的溶液利用旋转涂布形成30nm的第二有机发光层在第一有机发光层上；在真空烘箱中烘干60分钟；蒸发形成Ca/Al负电极在该复合发光层上。
经由上述步骤得到的装置A，在10V时可得到3000cd/m2的互补白光，其发光光谱及对应强度如图6所示，其中不同曲线表示MEH-PPV不同的掺杂比例(1/30，1/120，1/240)。
第二较佳实施例
其准备步骤可包括：通过洁净剂，利用超音波震荡清洁镀有一层氧化铟锡(ITO)的商业化基板，在去离子水中轻洗并烘干；将PFO与MEH-PPV经由二甲苯(xylene)以一比例混合，该PFO为蓝色高分子主体材料，MEH-PPV为橘红色高分子掺杂材料，另将PFO与Green K2经由一溶剂以一比例混合，其中GreenK2为绿色高分子掺杂材料。在经过一连串公知必要的前置处理后包括如下步骤：一空穴传输层(如PEDOT)涂布于ITO上；将混合PFO高分子主体材料与MEH-PPV高分子掺杂材料的溶液，利用旋转涂布形成50nm的第一有机发光层在该空穴传输层上；在真空烘箱中烘干60分钟；将混合PFO高分子主体材料与Green K2高分子掺杂材料的溶液利用旋转涂布形成30nm的第二有机发光层在第一有机发光层上；在真空烘箱中烘干60分钟；蒸发形成Ca/Al负电极在该复合发光层上。
经由上述步骤得到的装置B，在10V时可得到1500cd/m2的三原色白光，其发光光谱及对应强度如图7所示，其中不同曲线表示Green K2不同的掺杂比例(1/100，4/100，7/100，10/100)。
第三较佳实施例
其准备步骤可包括：通过洁净剂，利用超音波震荡清洁镀有一层氧化铟锡(ITO)的商业化基板，在去离子水中轻洗并烘干；将Blue J与MEH-PPV经由二甲苯(xyl ene)以一比例混合，该Blue J为蓝色高分子主体材料，MEH-PPV为橘红色高分子掺杂材料，另将Blue J与DPOC10-PPV经由一溶剂以一比例混合，其中DPOC1O-PPV为蓝绿色高分子掺杂材料。在经过一连串公知必要的前置处理后包括如下步骤：一空穴传输层(如PEDOT)涂布于ITO上；将仅包括BlueJ高分子主体材料的溶液利用旋转涂布形成第一有机发光层在该空穴传输层上；在真空烘箱中烘干60分钟；将混合Blue J高分子主体材料与DPOC10-PPV高分子掺杂材料的溶液，利用旋转涂布形成第二有机发光层在该空穴传输层上；在真空烘箱中烘干60分钟；将混合Blue J高分子主体材料与MEH-PPV高分子掺杂材料的溶液利用旋转涂布形成第三有机发光层在第一有机发光层上；在真空烘箱中烘干60分钟；蒸发形成Ca/Al负电极在复合发光层上。
经由上述步骤得到的装置C，其发光光谱及对应强度如图8所示，其中不同曲线表示不同的驱动电压(6V，14V)。
综合以上所述的实施例，本发明有机高分子发光二极管装置确可提供各种色光较高的发光亮度。
而上述第二较佳实施例及第三较佳实施例得出的装置B或C可再根据光线的发出方向搭配一彩色滤光片以应用于一显示器中，以根据需求过滤不想要的波长以得出所需的颜色。
再者，因本发明利用涂布方式形成有机高分子发光二极管装置，所以其适宜应用于显示器的生产，特别是大面积显示器的生产以降低成本。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (21)
1、一种有机高分子发光二极管装置，包括：
一基板；
一正电极，设于所述基板上方；
一空穴传输层，设于所述正电极上方；
一复合多层有机发光结构，设于所述空穴传输层上方，包括多层有机发光层，其中各有机发光层具有相同相对较高能隙的有机高分子主体材料，且一层以上的所述有机发光层掺杂有相对较低能隙的一有机高分子掺杂材料；以及
一负电极，设于所述复合多层有机发光结构上方。
2、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述基板为一透光基板。
3、根据权利要求书2所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述透光基板选自由一玻璃、一石英及一塑料材料所构成的群组的其中之一。
4、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述基板为一不透光基板。
5、根据权利要求书4所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述不透光基板由一半导体材料或一陶瓷材料组成。
6、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述正电极选自由一金属氧化物、一氮化物、一硒化物及一碳酸化物所构成的群组的其中之一。
7、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述金属氧化物选自由一氧化铟锡、一氧化铟锌、一氧化铝锌、一氧化锡、一氧化镁铟、一氧化氟锡、一氧化镍钨及—氧化镉锡所构成的群组的其中之一。
8、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述正电极选自由一金、一铱、一钯及一铂所构成的群组的其中之一。
9、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述空穴传输层由一高分子导电材料组成。
10、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述相对较高能隙的有机高分子主体材料为—近蓝色有机高分子材料。
11、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述相对较低能隙的有机高分子掺杂材料为—近红色有机高分子材料。
12、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，两层以上所述有机发光层具有不同的相对较低能隙的所述有机高分子掺杂材料。
13、根据权利要求书12所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，一相对较低能隙的有机高分子掺杂材料为近红色有机高分子材料，另一相对较低能隙的有机高分子掺杂材料为一近绿色有机高分子材料。
14、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述负电极由一钙/铝或一钙/银组成。
15、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述复合多层有机发光结构包括三层所述有机发光层具有相同相对较高能隙的所述有机高分子主体材料，以及其中两个所述有机发光层具有不同的相对较低能隙的有机高分子掺杂材料。
16、根据权利要求书15所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述相对较高能隙的有机高分子主体材料为一近蓝色有机高分子材料。
17、根据权利要求书16所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述相对较低能隙的有机高分子掺杂材料为一近绿色有机高分子材料。
18、根据权利要求书17所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，所述相对较低能隙的另一有机高分子掺杂材料为一近红色有机高分子材料。
19、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，仅具有相对较高能隙的所述有机高分子主体材料的所述有机发光层以涂布方式形成。
20、根据权利要求书1所述的有机高分子发光二极管装置，其特征在于，具有相对较高能隙的所述有机高分子主体材料及相对较低能隙的所述有机高分子掺杂材料的所述有机发光层以涂布方式形成。
21、一种利用有机高分子发光二极管装置的显示器，其特征在于，包括：
一基板；
一正电极，设于所述基板上方；
一空穴传输层，设于所述正电极上方；
一复合多层有机发光结构，设于所述空穴传输层上方，包括多层有机发光层，其中各有机发光层具有相同相对较高能隙的有机高分子主体材料，且其中一层以上有机发光层掺杂有相对较低能隙的一有机高分子掺杂材料；
一负电极，设于所述复合多层有机发光结构上方；以及
一彩色滤光片，设于所述基板或所述负电极的上方，用以过滤所述复合多层有机发光结构产生的光线，以让特定波长的光线通过。
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2005
- 2005-01-17 CN CNB2005100023288A patent/CN100433400C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100428489C (zh) * | 2006-09-15 | 2008-10-22 | 信利半导体有限公司 | 一种有机发光二极管及其制作方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN100433400C (zh) | 2008-11-12 |
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