TW201324844A - 發光元件 - Google Patents

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TW201324844A
TW201324844A TW101140780A TW101140780A TW201324844A TW 201324844 A TW201324844 A TW 201324844A TW 101140780 A TW101140780 A TW 101140780A TW 101140780 A TW101140780 A TW 101140780A TW 201324844 A TW201324844 A TW 201324844A
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Ho-Gi Bae
Hyun-Cheol An
Jong-Bok Kim
Hwi-Chan Yang
Chan-Seok Park
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Dongjin Semichem Co Ltd
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Abstract

本發明提供一種可增大發光源之發光元件。該發光元件係包含電子輸送層、發光層、及電洞輸送層之發光顯示裝置者；其中前述電子輸送層係n型半導體物質且為多孔質構造；又，前述發光層係由無機半導體發光物質、有機半導體發光物質及光吸收物質中之一種以上之物質所構成。

Description

發光元件 技術領域
本發明係有關於一種發光元件，特別是有關於一種形成有無機多孔質構造之電子輸送層及發光層，且可增大發光源之發光元件。
背景技術
發光二極體(Light Emitting Diode,LED)係依促使發光之物質不同而大致分為無機LED、有機LED(OLED)，並與太陽能電池之概念相反地由外部施加電場而發光之發光元件。
如此之發光元件之對由顯示裝置至照明產業主導今後巨大市場之次世代發光裝置的研究已成為世界性的議題，且由先佔據對新發光材料及發光元件開發之根源技術及實現高附加價值方面已進行許多研究。
LED係利用藉PN接面，由植入之電子電洞之再結合產生之發光現象，且具有PN接面程序利用真空蒸鍍程序，成膜程序長大面積化有限，並且因真空設備產生之製造程序之投資費用增加而LED模組成本隨著增加的缺點。
發明概要
為解決如此問題，本發明之目的在於提供有無機奈米 體異質接面(Bulk Hetero Junction)構造之發光元件。
本發明之目的在於提供有無機奈米多孔質雙層(Bi-Layer)構造之發光元件。
用以達成前述目的之本發明特徵之一種發光元件，係包含電子輸送層、發光層、及電洞輸送層之發光顯示裝置者，其特徵在於：前述電子輸送層係n型半導體物質且為多孔質構造；又，前述發光層係由無機半導體發光物質、有機半導體發光物質及光吸收物質中之一種以上之物質所構成。
本發明特徵之一種發光元件，係包含電子輸送層、發光層、及電洞輸送層之發光顯示裝置者，其特徵在於：該發光元件係藉密封材使形成有第一透明電極之第一基板，及形成有與其相對向地配置之第二透明電極之第二基板接合，且在前述第一與第二基板之間形成有電洞輸送物質；且在前述第一基板上係藉多孔質構造之n型半導體物質形成前述電子輸送層，且藉有機半導體發光物質、無機半導體發光物質及光吸收物質中之一種以上之物質形成前述發光層；並且包含電源供給部，該電源供給部係電氣連接於作為陰極之前述第一透明電極與作為陽極之前述第二透明電極之間且施加電源者；並且由前述電源供給部施加逆電壓時，電子會由前述第一透明電極流入前述n型半導體物質。
藉前述構成，可藉在奈米多孔質構造之氧化物半導體上吸附發光物質來增大發光源，且具有使發光元件之發光效率極大化之效果。
本發明具有發光元件形成程序可藉非真空濕式程序製造，因此可製造低價格大面積發光元件之效果。
本發明具有可使用奈米多孔質構造之氧化物半導體使發光尺寸極大化且提高發光元件之效率，且可使用低價之光吸收物質顯著降低發光元件之製造費用的效率。
本發明具有藉有無機混合構造形成發光元件，且與有機LED比較，可長壽命化之效果。
本發明具有與既有LED之雙層(Bi-Layer)比較，藉活用多孔質構造改善發光效率之效果。
100‧‧‧作動電極(光電極)基板
110‧‧‧第一透明基板
120‧‧‧第一透明電極(陰極)
130‧‧‧電子輸送層；多孔質氧化物半導體；n型半導體物質
140‧‧‧發光層；染料
200‧‧‧相對電極基板
210‧‧‧第二透明基板
220‧‧‧第二透明電極(陽極)
230‧‧‧觸媒電極
240‧‧‧電解質
250‧‧‧密封材
300‧‧‧電源供給部
圖1是用以說明本發明實施形態之有無機混合發光元件之構成的圖。
圖2是顯示本發明實施形態之有無機混合發光元件之體異質接面(Bulk Hetero Junction)構造之概念的圖。
圖3是顯示本發明實施形態之有無機混合發光元件之有無機雙層(Bi-Layer)構造之概念的圖。
圖4是顯示本發明另一實施形態之電子輸送層及發光層之構造的圖。
用以實施發明之形態
以下，參考添附圖式，詳細地說明本發明之實施形態，以使本發明所屬技術領域中具有通常知識者可容易地實施。但是，本發明可以各種不同之形態實現，且不限於在此說明之實施形態。又，在圖式中，為明確地說明本發明，省略說明上不需要之部份，且在整個說明書中對類似之部份賦予類似之圖符號。
在說明書全體中，稱具有某部份之構成要素為「包含」時，這表示除非特別相反地記載，否則不排除其他構成要素而可更包含其他構成要素。
圖1是用以說明本發明實施形態之有無機混合發光元件之構成的圖。
本發明實施形態之發光元件係由一構造構成，且該構造係藉密封材250接合形成有第一透明電極120之作動(光電極)電極基板100，及形成有與該作動電極基板100對向地配置之第二透明電極220之相對電極基板200，且電解質240流入作動電極基板100與相對電極基板200之間。
在第一透明電極120與第二透明電極220之間連結電源供給部300，且該電源供給部300在兩端電氣連接並且以順方向或逆方向施加藉振幅調變具有預定周期之交流電壓或電流。
作動電極基板100係在第一透明基板110上形成第一透明電極120，且在該第一透明電極120上形成電子輸送層130，並且該電子輸送層130在表面上形成發光層140。
在此，電子輸送層130顯示奈米構造之氧化物半導體物 質形成多數多孔質構造的多孔質氧化物半導體層。
多孔質氧化物半導體層不過是本發明之一個實施形態，不限定於此，且全部包含硫化物、2-6族化合物等之n型無機半導體物質、n型氧化物半導體。
在此，發光層140包含無機及有機半導體發光物質、光吸收物質(染料等)及混合該等物質之物質。無機半導體發光物質如果是3-5族半導體、2-6族化合物半導體物質，亦可為任何物質，且有機半導體發光物質如果是在OLED、LED發光材料中導入染料之錨固(Anchoring)基之材料，亦可為任何材料。
發光層140具有可使用奈米多孔質構造之氧化物半導體擴大光吸收波長帶之區域且提高發光元件之效率，且可使用低價之光吸收物質顯著降低發光元件之製造費用的效果。
電子輸送層130顯示由金屬氧化物粒子、奈米構造之氧化物半導體(例如，使用二氧化鈦(TiO2))等構成之作動電極。
如此之電子輸送層130在表面吸附吸收外部光且生成電子之染料140。染料140可由含有鋁(Al)、白金(Pt)、鈀(Rd)、銪(Eu)、鉛(Pb)、銥(Ir)、釕(Ru)等之金屬複合體構成。在染料140以外可全部使用無機及有機半導體發光物質。
具有支持第一透明電極120之功能之第一透明基板110必須形成為透明以便外部光可入射，例如，可由透明之玻璃或塑膠構成。塑膠之具體例可舉如：聚對苯二甲酸乙二 酯(Poly Ethylene Terephthalate：PET)、聚萘二甲酸乙二酯(Poly Ethylene Naphthalate：PEN)、聚碳酸酯(Poly-Carbonate：PC)、聚丙烯(Poly-Propylene：PP)、聚醯亞胺(Poly-imide：PI)、三乙醯纖維素(Tri Acetyl Cellulose：TAC)等。
形成在第一透明基板110上之第一透明電極120可由銦錫氧化物(Indium Tin Oxide：ITO)、氟錫氧化物(Fluorine Tin Oxide：FTO)、銻錫氧化物(Antimony Tin Oxide：ATO)、鋅氧化物(Zinc Oxide)、錫氧化物(Tin Oxide)、ZnOGa2O3、ZnO-Al2O3等之透明物質構成。第一透明電極120可由透明物質之單一膜或積層膜構成。
另一方面，對向配置在第一透明基板110上之第二透明基板210具有支持第二透明電極220及觸媒電極230之支持體的功能，且可如第一透明基板110地由透明之玻璃或塑膠構成。
形成在第二透明基板210上之第二透明電極220及觸媒電極230係形成為與第一透明電極120對向配置。第二透明電極220可由銦錫氧化物、氟錫氧化物、銻錫氧化物、鋅氧化物、錫氧化物、ZnOGa2O3、ZnO-Al2O3等之透明物質構成，又，觸媒電極230具有使氧化-還原對(Redox couple)活性化之功能，且可由白金、釕、鈀、銠(Rh)、鋨(Os)、碳(C)、WO3、TiO2等構成。
接著，參照圖2及圖3詳細地說明本發明實施形態之有無機混合發光元件之動作原理。
圖2是顯示本發明實施形態之有無機混合發光元件之體異質接面(Bulk Hetero Junction)構造之概念的圖，且圖3是顯示本發明實施形態之有無機混合發光元件之有無機雙層(Bi-Layer)構造之概念的圖。
發光元件係電子輸送層之角色由n型半導體物質130擔任，發光層之角色由染料140擔任，且電洞輸送層之角色由電解質240擔任。
前述電解質240包含液體型電解質、固體型電解質及凝膠型電解質中之一種電解質。
但是，為擔任電洞輸送層之角色且不使光轉換效率降低，具有低結晶性且容易注入電解液並且提高壽命特性之凝膠型高分子電解質是理想的。
又，電洞輸送層係單分子或聚合物型電洞輸送物質，且包含有機或無機電洞輸送材料。
電洞輸送層宜為可一面充分滲透至奈米多孔(Nano Porous)之氧化物半導體一面表面結合的聚合型電洞輸送體。
在奈米多孔之氧化物半導體130與染料140之間，插入防止電洞輸送層(Hole Blocking Layer)對於發光效率之極大化是理想的，且該防止電洞輸送層係用以防止因能量差造成之電子植入能量損失且防止植入之電洞到達奈米多孔氧化物而喪失。
為防止染料140劣化且防止電洞由染料140移動至n型半導體物質130，防止電洞輸送層可使用離子化能量比染料 140大之非傳導性材料、耐熱性絕緣材料。
又，防止電洞輸送層必須由n型半導體物質130接受電子且傳送至染料140，因此電子親和度宜為染料140與電洞輸送層(奈米多孔多孔質層物質)130之中間值左右，且可使用有機半導體物質作為如此之材料。
除此以外，為防止電子由染料140移動至電解質240，可在染料140與電洞輸送層之間插入防止電子輸送層(Electron Blocking Layer)。
防止電子輸送層可使用例如MEHPPV、PEDOT：PSS等作為電子親和度比發光層140小之非傳導性材料。
前述防止電洞輸送層與防止電子輸送層可選擇性地含有或兩者全含有。
參照圖2及圖3，當電源供給部300在第一透明電極(陰極)120、第二透明電極(陽極)220上以逆方向施加直流電流時，電子由第一透明電極120流入，且電洞由第二透明電極220通過觸媒電極230形成並且移動。
發光層140係在電子由n型半導體物質130流入，且電洞由電解質240流入，並且傳導帶之電子一面失去能量一面與價電子帶之電洞再結合的如此過程中放出光。
如圖2所示，n型半導體物質130不只是奈米多孔質構造之二氧化鈦(TiO2)，如果是n型半導體物質(無機物多孔質構造)130，亦可為任何物質。
可在無機物多孔質構造之n型半導體物質130上以化學地/物理地結合之方式吸附且塗覆無機半導體發光物質、有 機半導體發光物質或染料140，藉此形成體異質接面(Bulk Hetero Junction)構造體。
如圖3所示，使n型半導體物質130形成無機物薄膜構造，且使n型半導體物質130及發光層140構成雙層((Bi-Layer)，可形成雙層接面(Bilayer Junction)構造體。
將無機物多孔質構造之n型半導體物質130作成電子輸送層，且在n型半導體物質130上以化學地/物理地結合之方式塗覆發光層140後，在電洞輸送層上塗覆p型有機半導體物質或導電性有機物質，藉此構成體異質接面(Bulk Hetero Junction)構造體或雙層接面(Bilayer-Junction)構造體。
此時，體異質接面(Bulk Hetero Junction)構造增大電子-電洞激子之再結合發光源，因此可構成使發光效率極大化之有無機接面構造之發光元件。
在此，有無機接面構造之發光元件如果是LED、OLED(有機發光二極體，Organic Light Emitting Diode)等發光顯示裝置，亦可適用任何裝置。
由於在n型半導體物質130與電解質240之間及觸媒電極230與電解質240之間進行電化學反應，故電極與電解質240接觸之面積越大，越多之反應急速地進行。此外，由於n型半導體物質130之表面積越大，附上越大量之染料140，故增大可產生之發光源，因此使發光效率極大化。
因此，由於使用奈米粒子作為n型半導體物質130與觸媒電極230物質，且以同一體積極端地增加物質之表面積，可在表面上附著大量染料140，並且可增加n型半導體物質 130、觸媒電極230與電解質240之間的電化學反應速度。
本發明之n型半導體物質130係氧化物半導體物質(TiO2)形成為奈米多孔質構造者。
如圖4所示，使如此之n型半導體物質130形態不形成為多孔質構造，且形成為長方向之棒狀，可在棒狀之氧化物半導體物質之表面上以塗覆之方式形成發光層140。n型半導體物質130之形態形成為長方向之棒狀時，可使發光元件之發光源規格化，因此具有製造上之好處。以上說明之本發明實施形態不是只透過裝置及方法實現，而是可透過用以實現對應於本發明實施形態之構成之機能之程式、記錄該程式之記錄媒體等實現，且如果是本發明所屬技術領域中具有通常知識者，如此之實現可由前述實施形態之記載簡單地實現。
雖然以上關於本發明之實施形態已詳細說明過了，但是本發明之權利範圍不受限於此，且利用在以下申請專利範圍中定義之本發明之基本概念的熟習此項技術者之種種不同變形及改良形態亦屬於本發明之權利範圍。
130‧‧‧電子輸送層；多孔質氧化物半導體；n型半導體物質
140‧‧‧發光層；染料
240‧‧‧電解質

Claims (12)

  1. 一種發光元件，係包含電子輸送層、發光層、及電洞輸送層之發光顯示裝置者，其特徵在於：前述電子輸送層係n型半導體物質且為多孔質構造；又，前述發光層係由無機半導體發光物質、有機半導體發光物質及光吸收物質中之一種以上之物質所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其中前述電子輸送層係氧化物、硫化物半導體物質、2-6族化合物中之一種物質。
  3. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其中前述電洞輸送層係單分子及聚合物型電洞輸送物質，或液體型電解質、固體型電解質及凝膠型電解質中之一種電解質。
  4. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其中前述無機半導體發光物質係3-5族半導體、2-6族化合物半導體物質，且前述有機半導體發光物質係在OLED、LED發光材料中導入有染料之錨固(Anchoring)基之材料，並且前述光吸收物質係前述染料。
  5. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其係在前述多孔質構造之n型半導體物質上吸附且塗覆前述發光層後，在前述電洞輸送層上塗覆p型有機半導體或導電性有機物質。
  6. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其係在前述電子輸送層之無機物多孔質構造之n型半導體物質上吸附前述 發光層，而形成體異質接面(Bulk Hetero Junction)構造體。
  7. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其係在前述電子輸送層之無機物薄膜構造之n型半導體物質上塗覆前述發光層，而形成雙層(Bilayer)構造體。
  8. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其在前述電子輸送層與前述發光層之間，更包含用以防止因能量差造成電子植入能量損失之防止電洞輸送層。
  9. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其在前述發光層與前述電洞輸送層之間，更包含用以防止電子由前述發光層移動至前述電洞輸送層之防止電子輸送層。
  10. 如申請專利範圍第1項之發光元件，其中前述n型半導體物質之形態係形成多數長方向之棒狀，且在前述已形成之棒狀氧化物半導體物質之表面上吸附且塗覆前述發光層。
  11. 一種發光元件，係包含電子輸送層、發光層、及電洞輸送層之發光顯示裝置者，其特徵在於：該發光元件係藉密封材使形成有第一透明電極之第一基板，及形成有與其相對向地配置之第二透明電極之第二基板接合，且在前述第一與第二基板之間形成有電洞輸送物質；且在前述第一基板上係藉多孔質構造之n型半導體物質形成前述電子輸送層，且藉有機半導體發光物質、無機半導體發光物質及光吸收物質中之一種以上之物質 形成前述發光層；並且包含電源供給部，該電源供給部係電氣連接於作為陰極之前述第一透明電極與作為陽極之前述第二透明電極之間且施加電源者；並且由前述電源供給部施加逆電壓時，電子會由前述第一透明電極流入前述n型半導體物質。
  12. 如申請專利範圍第11項之發光元件，其係在前述多孔質構造之n型半導體物質上吸附前述發光層，而形成體異質接面(Bulk Hetero Junction)構造體。
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