TW201327963A - 具增益壽命之有機發光裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種有機發光裝置及其製造方法，其係在發光層中引進電子陷阱材料，以改善發光性能及操作特性，並延長壽命。

Description

具增益壽命之有機發光裝置及其製造方法
本發明之一態樣是關於一種具增益壽命之有機發光裝置及其製造方法。
在顯示器的領域中，有機發光裝置近日受到高度關注。此有機發光裝置使用藉透過電子和電洞的組合而發光衰減(luminescence decay)所產生的光。
有機發光裝置基本上包含用於電洞注入的電極、用於電子注入的電極、以及發光層，並具有發光層介於用於電洞注入的電極(陽極)與用於電子注入的電極(陰極)之間的結構。具體來說，在此有機發光裝置中，電子由陰極注入，而電洞由陽極注入。之後，電子及電洞藉由外部電場依相對方向移動，並在發光層中組合並透過發光衰減而發光。在此種有機發光裝置中，發光層是由單分子有機材料或聚合物所製成。
第1圖係為表示有機發光裝置之概念的示意圖。
參見第1圖，此有機發光裝置基本上具有在基板10上形成第一電極20，在第一電極20上設置有機層30，以及在有機層30上設置第二電極40的結構。其中，在第一電極20 和第二電極40之間設置有機層30，且有機層30包含透過電子和電洞的組合而發生發光衰減的發光層。第一電極20及第二電極40之其中之一是用於電洞注入的陽極，而另一個則是用於電子注入的陰極。
第2A圖顯示有機發光裝置中有機層30的多層結構。在有機層30中，電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層以及電子注入層係從陽極開始依序堆疊。若第一電極20為陽極，而第二電極40為陰極，則電洞注入層31、電洞傳輸層32、發光層33、電子傳輸層34以及電子注入層35係從第一電極20開始依序堆疊。另一方面，如第2B圖所示，若第一電極20為陰極，而第二電極40為陽極，則電子注入層31’、電子傳輸層32’、發光層33’、電洞傳輸層34’以及電洞注入層35’係從第一電極20開始依序堆疊。而且，在許多狀況中，電子注入層係由金屬元素或其化合物構成，而非由有機材料所構成，因此可視為不包含在有機層的單獨層。
此種有機發光裝置包含例如紅、綠及藍像素之複數個像素。透過這些像素的各種組合，可發出全色域的顏色。有機發光裝置的像素係由發光材料所製成，而各種發光材料依其種類具有不同的壽命。隨著時間經過，由發光壽命短的材料所製成的像素可能無法發出具有其原始顏色座標的顏色。這將使其無法發出其特有的顏色如紅、綠及藍。再者，在欲取得其他所需的顏色而組合顏色時，由於像素具有較短的發光壽命，而可能無法發出所需的顏色。
為了延長發光材料及使用此材料的有機發光裝置的壽命，已研究了各種結構和材料。然而，卻有發光材料壽命的增益會造成其他性能惡化的問題。
因此，有需要開發一種能在維持發光效率和操作特性的同時增益壽命的發光材料及裝置結構。
因此，有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之實施例之一態樣是在提供一種能在妥善維持發光效率和操作特性的同時延長壽命之有機發光裝置。
本發明之實施例之一態樣是在於透過將電子陷阱材料(electron trap material, ETM)引入發光層，藉以增益有機發光裝置的壽命。此外，本發明之實施例之一態樣是在於透過將電子陷阱材料引入發光層之有機發光裝置的製造方法。本發明之實施例之態樣是在於有機發光裝置及其製造方法，其中透過將電子陷阱材料引入發光層而能夠在不失去發光效率和操作特性的情況下延長壽命。
在本發明之一實施例中，提供一種有機發光裝置，其包含：基板；形成於基板上之第一電極；形成於第一電極上之有機發光層；以及形成於有機發光層上之第二電極，其中，有機發光層包含主體、摻雜物以及電子陷阱材料，且電子陷阱材料具最低未佔用分子軌域(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)能階和最高佔用分子軌域(highest occupied molecular orbital, HOMO)能階分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階。
在本發明之一實施例中，第一電極與有機發光層之間設置有電洞注入層或電洞傳輸層之至少其一。在本發明之另一實施例中，有機發光層與第二電極之間設置有電子傳輸層或電子注入層之至少其一。
在本發明之一實施例中，主體係為螢光主體，亦即螢光發光型主體材料。
在本發明之一實施例中，電子陷阱材料的LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。在本發明之另一實施例中，電子陷阱材料的LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.3eV。
在本發明之一實施例中，電子陷阱材料可如下列化學式1所表示：
化學式1

其中X代表芳香烴，且R1、R2、R3、R4、R5以及R6分別代表H、[EW]、R或R-[EW]，其中H代表氫原子，[EW]代表拉電子基，R代表芳香化合物，且R1至R6非全為氫原子(H)。
在本發明之一實施例中，相對於100重量份的主體，有機發光層可包含1~25重量份之摻雜物，以及1~50重量份之電子陷阱材料。
在本發明之一實施例中，摻雜物以及電子陷阱材料係以重量比1：1~2被包含。
在本發明之一實施例中，電子陷阱材料具有比摻雜物短的發射波長。
在本發明之一實施例中，有機發光層可由主體材料、摻雜物材料以及電子陷阱材料藉由共沈積而形成。
在本發明之一實施例中，摻雜物具LUMO能階和HOMO能階分別高於主體的LUMO能階和HOMO能階。例如，摻雜物具有LUMO能階和HOMO能階係分別高於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。
根據本發明的另一實施例，提供一種製造有機發光裝置的方法。
製造有機發光裝置的方法包含形成第一電極於基板上；形成發光層於第一電極上，發光層包含主體、摻雜物以及電子陷阱材料；以及形成第二電極於發光層上的步驟，其中，電子陷阱材料具LUMO能階和HOMO能階分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階，且形成發光層的步驟包含利用主體材料、摻雜物材料以及電子陷阱材料的沈積源的沈積步驟。
在本發明之一實施例中，主體材料、摻雜物材料以及電子陷阱材料係同時進行沈積。
在本發明之一實施例中，沈積步驟可在反應室中進行，且當被引進反應室時，主體材料、摻雜物材料以及電子陷阱材料係各別置於沈積材料容器中。在被引進反應室時，摻雜物材料以及電子陷阱材料以混合狀態置於單一沈積材料容器中也是可行的。
在本發明之一實施例中，其方法更包含在形成第一電極的步驟後和形成發光層的步驟前，形成電洞注入層或形成電洞傳輸層之至少其一的步驟。
在本發明之一實施例中，其方法更包含在形成發光層的步驟後和形成第二電極的步驟前，形成電子傳輸層或形成電子注入層之至少其一的步驟。
在本發明之一實施例中，電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。在本發明之另一實施例中，電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.3eV。
在本發明之一實施例中，提供一種有機發光裝置，其包含：基板；形成於基板上之第一電極；形成於第一電極上之電洞層；形成於電洞層上且包含有機發光材料以及電子陷阱材料之發光層；形成於發光層上之電子層；以及形成於電子層上之第二電極，其中電子陷阱材料具 LUMO能階和HOMO能階分別低於有機發光材料的LUMO能階和HOMO能階。
在本發明之一實施例中，電洞層包含電洞注入層或電洞傳輸層之至少其一。在本發明之另一實施例中，電子層包含電子傳輸層或電子注入層之至少其一。
在本發明之一實施例中，電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於有機發光材料的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。
在本發明之一實施例中，電子陷阱材料具有比有機發光材料短的發射波長。
根據本發明之一實施例，將電子陷阱材料引進發光層可增進有機發光裝置的發光效率，並增加壽命。
在本發明之一實施例的有機發光裝置中，發光層包含電子陷阱材料，此電子陷阱材料可使電子容易留在發光層中，並可使電子均勻分佈在發光層中，同時防止電子集中在電洞傳輸層(hole transport layer, HTL)與發光層(light emitting layer, EML)之間(HTL/EML介面)。如此，可藉由防止裝置中特定區域的損傷，而增進發光效率及延長壽命。而且，在本發明之一實施例中，可藉由在發光層(EML)中摻雜相對較少量的電子陷阱材料而增進發光效率。因此，此有機發光裝置的製造具有能利用傳統製程和傳統設備的優勢。
根據本發明之一實施例的結構係不同在於發光層(EML)與電洞傳輸層(HTL)之間額外形成電子阻礙層(electron blocking layer, EBL)的結構。在EBL的結構中，藉由阻擋來自發光層的電子穿越電洞傳輸層(HTL)，而使發光主要發生在發光層與電洞傳輸層之間的介面。而且，當引進電子阻礙層(EBL)時，需要進一步的製程及進一步的設備來形成額外的EBL。另一方面，在本發明之實施例中，具有能利用傳統製程和傳統設備的優勢。
以下將參照附圖對本發明之實施例進行說明。然而，本發明之範疇並非以下述實施例或附圖所侷限。
在以下的說明及附圖中，為了便於解釋和理解，附圖中所描繪的特徵與形狀係被簡化或放大。並且，相同或相似的元件係使用相同的參考符號表示。
此外，應理解的是在此說明中，當一層或一元件被描述為在另一層或元件「之上」時，其可能直接位於該另一層或元件上，或可能具有其他中介層存在於其間。
第3圖係為根據本發明之一實施例之有機發光裝置的結構之示意圖。
此有機發光裝置包含基板100、形成於基板100上的第一電極200、第二電極400、以及介於第一電極200與第二電極400之間的有機層300。在有機層300之中，設置發光層(EML)330，亦即有機發光層。
在繪示於第3圖的有機發光裝置中，在第一電極200 與有機發光層330之間，形成電洞注入層(HIL)310以及電洞傳輸層(HTL)320。僅形成電洞注入層310或電洞傳輸層320也是可行的。並且，如第3圖所示，在有機發光層330與第二電極400之間，形成電子傳輸層(ETL)340 以及電子注入層(EIL)350。僅形成電子傳輸層340或電子注入層350也是可行的。
具體而言，基板100可選自一般用於有機發光裝置者。作為基板100，可使用具有優秀的機械強度、熱安定性、透光率、表面平滑度、操作性能及防水性能的玻璃基板或透明塑膠基板。雖未繪示於第3圖中，但在基板100與第一電極200之間，可視需要進一步提供外套層、絕緣層等。
在基板100上形成第一電極200。此第一電極200可被圖樣化為紅、綠及藍色次像素。在本實施例中，第一電極200是陽極。
第一電極200可為透明電極、半透明電極或反射電極。例如，可由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)等所形成。並且，其可具有各種變化，例如包含兩種或更多種不同材料的兩層或更多層之結構。用於第一電極200的材料和結構係不限於此。
電洞注入層(HIL)310是有機層300中的一層，且可藉由真空熱沈積(vacuum thermal deposition)、旋塗(spin coating)等形成。用於形成電洞注入層310的材料可選自一般習知的電洞注入材料。例如，可選自由鈦菁(phthalocyanine)化合物(如銅鈦菁(copper phthalocyanine))；星爆型胺(starburst-type amine)衍生物如4,4',4''-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、4,4',4''-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)、以及1,3,5-三(p-N-苯基-N-m-甲基苯)胺苯基)苯(m-MTDAPB)；可溶性導電聚合物如聚苯胺/十二[烷]基苯磺酸(Pani/DBSA, Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid)、聚(3,4-乙烯基二氧基噻吩)/聚(4-磺酸苯乙烯) ( Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)
/Poly(4-styrenesulfonate), PEDOT/PSS)、聚苯胺/樟腦磺酸(Polyaniline/Camphor sulfonic acid, Pani/CSA)或聚苯胺/聚(4-磺酸苯乙烯)(Polyaniline/Poly(4-styrene-sulfonate), PANI/PSS)所組成之群組。然而，電洞注入材料係不限於此。
在上述電洞注入材料中，TCTA及m-MTDATA係如下述化學式2及化學式3所示。
化學式2

化學式3
在電洞注入層(HIL)310上，設有電洞傳輸層(HTL)320。此電洞傳輸層320是有機層300中的一層，並可藉由各種適合的方法如真空沈積、旋塗、鑄造方法或藍牟耳(Langmuir Blodgett, LB)法而形成。例如，可採用真空沈積，因為其具有可容易獲得均勻層的優點，且很少發生針孔。當使用真空沈積以形成電洞傳輸層320時，沈積條件和塗佈條件可根據所使用的化合物作變更。然而，一般而言，這些條件可選自與形成電洞注入層310幾乎相同的條件範圍。
用於形成電洞傳輸層320的材料並沒有特別的限制。可使用N,N'-二(3-甲基苯基)-N,N'-二苯基-[1,1'-聯苯]-4,4'-二胺(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-
diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine, TPD)、N,N'-二(萘-1-基)-N,N'-二苯基聯苯胺(N,N'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl benzidine, α-NPD)等作為此材料。
在本發明的有機發光裝置中，有機發光層330包含主體、摻雜物、以及電子陷阱材料(ETM)。
在本發明中，發光層330具有藉由主體和發光摻雜物形成發光物質的作用機制。在此，作為主體的材料，可使用螢光主體或磷光主體。
作為螢光主體材料的例子可包含三(8-羥基喹啉鋁)(tris(8-hydroxy-quinolinato)aluminum, Alq3)、9,10-二(萘-2-基)蒽(9,10-di(naphthy-2-yl)anthracene, AND)、3-三級丁基-9,10-二(萘-2-基)蒽(3-Tert-butyl-9,10-di(naphthy-2-yl)anthracene, TBAND)、4,4'-二(2,2-二苯乙烯基)-4,4'-二甲基苯基(4,4'-bis(2,2-diphenyl-ethene-1-yl)
-4,4'-dimethylphenyl, DPVBi)、4,4'-二(2,2-二苯乙烯基)-4,4'-二甲基苯基
(4,4'-bis(2,2-diphenyl-ethene-1-yl)
-4,4'-dimethylphenyl, p-DMDPVBi)、三級(9,9'-二芳基茀)(Tert(9,9-diarylfluorene)s, TDAF)、2-(9,9'-旋環二茀-2-基)-9,9'旋環二茀(2-(9,9'-spirobifluorene-2-yl)
-9,9'- spirobifluorene, BSDF)、
2,7-二(9,9'-旋環二茀-2-基)-9,9'-旋環二茀基
(2,7-bis(9,9'-spirobifluorene-2-yl)
-9,9'-spirobifluorene, TSDF)
、雙(9,9'-二芳基茀)(bis(9,9-diarylfluorene)s, BDAF)、
4,4'-二(2,2-二苯乙烯基)-4,4'-二(叔丁基)苯基
(4,4'-bis(2,2-diphenyl-ethene-1-yl)
-4,4'-di-(tert-butyl)phenyl,
p-TDPVBi)、2-甲基-9,10-二(2-萘基)蒽
(2-methyl-9,10-di-(2-naphthyl) anthracene), MADN)等。
此外，作為磷光主體材料的例子可包含1,3-雙(咔唑-9-基)苯(1,3-bis(carbazole-9-yl)benzene, mCP)、1,3,5-三(咔唑-9-基)苯(1,3,5-tris(carbazole-9-yl)benzene, tCP)、4,4',4''-三(咔唑-9-基)三苯胺(4,4',4"-tris(carbazole-9-yl)triphenylamine, TCTA)、4,4'-雙(咔唑-9-基)二苯(4,4'-bis (carbazole-9-yl)biphenyl, CBP)、4,4'-雙(咔唑-9-基)-2,2'-二甲基二苯(4,4'-bis(9-carbazolyl)-2,2'-dimethyl-biphenyl, CBDP)、4,4'-雙(咔唑-9-基)-9,9'-二甲基茀(4,4'-bis(carbazole-9-yl)-9,9-dimethyl-fluorene, DMFL-CBP)、4,4'-雙(咔唑-9-基)-9,9'-雙(9-苯基-9H-咔唑)茀(4,4'-bis(carbazole-9-yl)-9,9-bis
(9-phenyl-9H-carbazole)fluorine, FL-4CBP)、4,4'-雙(咔唑-9-基)-9,9'-二-甲苯基-茀(4,4'-bis(carbazole-9-yl)-9,9-di-tolyl-fluorene, DPFL-CBP)、9,9'-雙(9-苯基-9H-咔唑)茀(9,9-bis(9-phenyl-9H-carbazole)fluorine, FL-2CBP)等。
尤其是，在本發明之一實施例中，藉由將電子陷阱材料引進包含螢光主體材料的發光層330中，可顯著的改善裝置的壽命。
作為摻雜物，可使用有機發光裝置中作為發光材料之材料。此摻雜物的材料並沒有特別的限制，只要可以顯示發光性能即可。如此的摻雜物發光材料可分為紅色發光材料、綠色發光材料、以及藍色發光材料。
紅色發光摻雜物材料的例子可包含四苯基萘酚(Tetraphenylnaphthacene, Rubrene)、三(1-苯基-異喹啉)合銥(tris(1-phenylisoquinoline)iridium(III), (III)(Ir(piq)3))、雙(2-(2'-苯並噻吩基)吡啶-N,C3')(乙醯丙酮)合銥(bis(2-benzo[b]thiophene-2-yl-pyridine) (acethylacetonate)iridium (III), Ir(btp)2(acac))、三(二苯甲醯甲烷)單(菲羅啉)銪(tris(dibenzoylmethane)phenanthroline europium (III), Eu(dbm)3(phen))、三[4,4'-二-叔丁基-(2,2')-聯吡啶]釕(III)( tris[4,4'-di-tert-butyl- (2,2')-bipyridine]ruthenium(III)complex, Ru(dtb-bpy)3*2(PF6))、4-(二巰基亞甲基)-2-甲基-6-(對二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(DCM1)、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-[2-(2,3,6,7-四氫-1H,5H-苯並[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(DCM2)、銪(III)噻吩甲醯三氟丙酮(Eu (thenoyltrifluoroacetone)3, Eu(TTA)3)、4-(二氰基亞甲基)-2-叔丁基- 6-(1,1,7,7-四甲基久羅尼定基-4-乙烯基)- 4H-吡喃(butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyl julolydyl-9-enyl)-4H-pyran), DCJTB)等。
此外，綠色發光摻雜物材料的例子可包含3-(2'-苯並噻唑基)-7-二乙基氨基香豆素(3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin, Coumarin 6)、10-(2-苯并噻唑)-2,3,6,7-四氫-1,1,7,7,-四甲基L-1H,5H,11H-[1]苯丙吡喃酮基[6,7,8-IJ]喹嗪-11-酮(2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7,-tetramethyl-
1H,5H,11H-10-(2-benzothiazolyl)quinolizino
-[9,9a,1gh]coumarin, C545T)、N,N'-二甲基喹吖啶酮(N,N'-dimethyl-quinacridone, DMQA)、三(2-苯基吡啶)合銥(tris(2-phenylpyridine)iridium(III), Ir(ppy)3)等。
此外，藍色發光摻雜物材料的例子可包含惡二唑二聚體染料(oxadiazole dimer dyes, Bis-DAPOXP)、螺環化合物(spiro compounds)(Spiro-DPVBi, Spiro-6P)、三芳胺基化合物(triarylamine compounds)、雙(苯乙烯基)胺(bis(styryl)amine)(DPVBi, DSA)、4,4'-雙(9-乙基-3-咔唑乙烯基)-1,1'-聯苯(4,4'-bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl, BCzVBi)、苝(perylene)、2,5,8,11-四叔丁基二萘嵌苯(2,5,8,11-tetra-tert-butylperylene, TPBe)、3,3'-(1,4-苯基二-2,1-乙烯基)二(9-乙基-9H-咔唑) (9H-carbazole-3,3'
-(1,4-phenylene-di-2,1-ethene-diyl)
bis[9-ethyl-(9C)], BCzVB)、4,4'-雙[4-(二對甲苯基氨基)苯乙烯基]聯苯
(4,4-bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl, DPAVBi)、4-(二對甲苯基氨基)-4'-[(二甲苯基氨基)苯乙烯基]二苯乙烯(4-(di-p-tolylamino)-4'-[(di-p-tolylamino) styryl]stilbene, DPAVB)、4,4'-雙[4-(二苯基氨基)苯乙烯基]聯苯(4,4'-bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl, BDAVBi)、雙(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲醯合銥
(bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl
-(2-carboxypyridyl)iridiumIII, FIrPic)、
4,4'-二(2,2-二苯乙烯基)-1,1'-聯苯(DPVBi)等。
除了上述材料之外，伸苯系(phenylene-based)、苯撑乙烯撑系(phenylene vinylene-based)、噻吩系(thiophene-based)、茀系(fluorene-based)、以及螺環茀系聚合物(spiro-fluorene-based polymers)和含氮芳香化合物(nitrogen-containing aromatic compounds)也可用作發光摻雜物材料。然而，發光摻雜物材料係不限於此。
在一實施例中，作為摻雜物材料，係選用一種與主體材料具有高相容性的材料。
具體而言，作為摻雜物，可使用具有LUMO能階和HOMO能階高於主體的LUMO能階和HOMO能階的材料。例如，作為摻雜物材料，可選擇具有LUMO能階和HOMO能階係分別高於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV的材料。作為參考，第4圖顯示根據本發明之一實施例之有機發光裝置的主體、摻雜物及電子陷阱材料之最低未佔用分子軌域(LUMO)能階及最高佔用分子軌域(HOMO)能階的例子。
在本發明之一實施例之發光層330中，除了主體和摻雜物之外，亦使用了電子陷阱材料。
在一實施例中，電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階。具體而言，作為電子陷阱材料，係使用具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV的材料。並且，在一實施例中，係使用具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.3eV的材料作為電子陷阱材料。
如上述，當具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1eV或更多時，電子陷阱材料可有效地進行作為電子陷阱的作用。
在本實施例中，作為電子陷阱材料，係使用具有激發態能階，即是最低未佔用分子軌域(LUMO)能階低於主體的材料。換言之，在本發明中，上述電子陷阱材料係引進有機發光裝置的發光層330，以使電子陷阱材料能捕捉流入發光層330的過剩電子。
具體而言，電子陷阱材料係防止流入發光層330的過剩電子移至電洞注入層310，從而抑制有機發光裝置之壽命的惡化。當引進發光層330的電子陷阱材料如上述進行作為電子陷阱的作用時，可延長有機發光裝置之發光像素部件的壽命。
在一實施例中，當電子陷阱材料與主體在LUMO能階和HOMO能階的差異各別少於0.1eV時，電子陷阱材料作為電子陷阱的作用是無足輕重的。另一方面在另一實施例中，當此差異各別大於0.5eV時，會發生過度的電子捕捉，進而抑制發光。據此，電子陷阱材料與主體的LUMO能階和HOMO能階係調整為如上所述。
當使用電子陷阱材料時，尤其是，其在延長藍色像素的壽命是特別有效的。在某些情況下，為了延長藍色像素的壽命，在比較方法中係使用兩種摻雜物。然而，此比較方法具有效率降低的缺點。此外，在本發明之實施例中，當電子陷阱材料被引進發光層330時，操作特性和效率與比較裝置相比可以維持在相同或更高的等級，且壽命可較比較裝置增加2到3倍。
因此，可使用下述化學式1的化合物作為電子陷阱材料。
化學式1
在化學式1中，X代表一芳香烴。具體而言，X可選自由苯(benzene)、萘(naphthalene)、蒽(anthracene)、芘(pyrene)、苝(perylene)、9,10-苯并菲(triphenylene)、菲(penanthrene)、1,2-苯并菲(chrysene)、茀(fluorene)以及螺環茀(spirofluorene)所組成的群組中的至少一種。
R1、R2、R3、R4、R5以及R6分別代表H、[EW]、R或R-[EW]中任一種。
在此，H代表氫原子，且R1至R6非全為氫原子(H)。
[EW]代表拉電子基，具體而言，[EW]可選自由吡啶(pyridine)、嘧啶(pyrimidine)、三氮雜苯(triazine)、氰基(cyano group)、三唑(triazole)、噁(oxazine)、噁唑(oxazole)、噁二唑(oxadiazole)、噁二嗪(oxadiazine)以及鹵素(halogen)所組成的群組。在此，鹵素包含氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)以及碘(I)。
R代表芳香化合物。具體而言，R可選自C5~C40芳香環、C5~C40芳胺基、C4~C40芳環基以及咔唑所組成的群組。在本發明之一實施例中，R可選自C5~C20芳香環、C5~C20芳胺基、C4~C20芳環基以及咔唑所組成的群組。
R-[EW]代表經拉電子基(EW)所取代之芳香化合物(R)。在此，R和[EW]係與上述相同。
由化學式1所示的電子陷阱材料具體包含如下述化學式4至化學式13所示的化合物。


具體而言，電子陷阱材料的例子可包含如下述化學式14至化學式38所示的材料。







電子陷阱材料係不限於以上化學式所述的材料。
由化學式14至化學式18所示的電子陷阱材料的HOMO能階、LUMO能階、以及單重態發射波長係記錄如下表1所示。
表1
雖然在表1中，是記錄由化學式14至化學式18所示的電子陷阱材料的HOMO能階、LUMO能階、以及單重態發射波長，但取得其他電子陷阱材料的HOMO能階、LUMO能階、以及單重態發射波長也是可能的。
此外，取得主體材料與摻雜物的HOMO能階、LUMO能階、以及單重態發射波長也是可能的。
如上述，取得各材料的HOMO能階、LUMO能階等也是可能的。因此，根據需要，該領域具通常知識者可選擇合適的主體材料和合適的摻雜物。該領域具通常知識者可選擇具有LUMO能階和HOMO能階各別以設定值或預訂值低於主體材料的LUMO能階和HOMO能階之電子陷阱材料。另一方面，當電子陷阱材料先行選定時，選擇具有LUMO能階和HOMO能階各別以設定值或預訂值高於電子陷阱材料的LUMO能階和HOMO能階之主體材料也是可能的。
例如，根據需要，該領域具通常知識者依電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體材料的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV的方式，可輕易地選擇並結合主體材料和電子陷阱材料。
發光層330可進一步包含另一種材料以調節電子陷阱材料的LUMO能階以及HOMO能階。例如，可在發光層進一步包含鹼金屬。
相對於100重量份之主體，有機發光層330可包含1~25重量份的量之摻雜物，以及1~50重量份的量之電子陷阱材料。
此外，摻雜物以及電子陷阱材料可以重量比1：1~2(摻雜物：電子陷阱材料)被包含。如上述，當以摻雜物的一或二倍的量包含電子陷阱材料時，可得到較高的電子陷阱效果。此效果可增進裝置的壽命。
此外，在一實施例中，當以非常小的量包含摻雜物時，發光效率會減低。另一方面在另一實施例中，當以非常大的量包含摻雜物時，藉由使用電子陷阱達到延長裝置壽命的效果將會無足輕重。據此，主體、摻雜物、以及電子陷阱材料的含量必須調整為如上所述。
根據需要，主體、摻雜物、以及電子陷阱材料的含量可被調整。
此外，在一實施例中，電子陷阱材料對發光層330的發光沒有負面的影響。當電子陷阱材料對發光層330的發光有影響時，顏色座標可能會改變。這可能使得總體上達到所需的顏色變得困難。因此，摻雜物以及電子陷阱材料係按照電子陷阱材料具有比摻雜物短的發射波長的方式所選擇。換言之，當摻雜物以及電子陷阱材料被選擇時，選擇具有比摻雜物短的發射波長的電子陷阱材料。如上述，當電子陷阱材料的發射波長短於摻雜物時，電子陷阱材料不會影響發光層的發光。
發光層可藉由真空沈積、旋塗、鑄造方法、LB法等而形成。
在本實施例中，有機發光層330係藉由主體材料、摻雜物材料以及電子陷阱材料的共沈積所形成。基於此理由，發光層330的形成過程是非常簡化的，使發光層330的製造變得容易。其結果，有機發光裝置的製造過程也被簡化，使得製造此裝置相當容易。
根據本發明將電子陷阱材料引進發光層330的結構係不同於在發光層330與陽極之間形成額外的電子阻礙層(EBL)的結構。例如，在電子阻礙層係形成於發光層330與電洞傳輸層320之間的結構中，可阻擋電子穿入位於主發光介面的電洞傳輸層(HTL)320，亦即位於電洞傳輸層(HTL)320與發光層(EML)330之間的介面。此對在發光層330中形成激子是有利的，且增進發光效率。在此，在本發明之一實施例中，電子陷阱材料使得電子均勻地分佈於發光層330中，同時防止電子集中在電洞傳輸層(HTL)320與發光層(EML)330之間的介面(HTL 320/EML 330介面)。此增進發光效率並增加裝置的壽命。
當上述電子阻礙層(EBL)引進時，係加入進一步的製程和進一步的設備以形成額外的一層電子阻礙層。另一方面，在本發明之一實施例中，上述的效果可藉由將相對少量的電子陷阱材料摻雜於發光層(EML)330中而達成。因此，本發明之實施例具有可利用傳統製程和傳統設備的優勢。
在發光層330上形成電子傳輸層340。電子傳輸層340 可由對注入的電子具有高傳輸能力的材料所製成。作為電子傳輸層材料，可使用喹啉衍生物(quinoline derivatives)，特別是市售的材料如三(8-羥基喹啉鋁)(Alq3)、TAZ或Balq。例如，作為電子傳輸層材料，可使用如下述化學式39所示的雙(10-羥基苯並[h]喹啉)鈹(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato beryllium), Bebq2)及其衍生物。此外，電子傳輸層材料可進一步包含金屬氧化物。金屬氧化物的例子可包含鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬等的氧化物。
化學式39
電子傳輸層材料係不限於以上所述的材料。
在電子傳輸層340上設有電子注入層350。電子注入層350使得電子可容易地從第二電極400注入。在某些情況下，電子注入層350可視需要被省略。如此的電子注入層350可由氟化鋰、氯化鈉、氟化銫、氧化鋰、氧化鋇等所製成。
電子傳輸層340以及電子注入層350可以藉由真空沈積、旋塗、或鑄造方法進行層疊。沈積條件可根據所使用的化合物作變更。然而，一般而言，這些條件可選自與形成電洞注入層310幾乎相同的條件範圍。
接著，在電子注入層350上，第二電極400係形成為陰極。第二電極400可由具有低功函數的金屬、合金、導電性化合物或其混合物所製成。具體而言，第二電極400可由鋰(Li)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鋁鋰合金(Al-Li)、鈣(Ca)、鎂銦合金(Mg-In)、鎂銀合金(Mg-Ag)等所製成。此外，為了製造頂部發光裝置，可使用由ITO或IZO所製成的透射材料。
上述的第二電極可藉由真空沈積或濺鍍法所形成。
本發明的一態樣係提供製造上述有機發光裝置的方法。
製造此有機發光裝置的方法包含以下步驟：形成第一電極200於基板100上；形成包含主體、摻雜物以及電子陷阱材料的發光層330於第一電極200上；以及形成第二電極400於發光層330上。
在形成發光層330的步驟中，主體材料、摻雜物材料以及電子陷阱材料可進行沈積。
沈積步驟可在反應室中進行。主體材料、摻雜物材料以及電子陷阱材料在引進反應室時係各別置於沈積材料容器中。在本實施例的沈積步驟中，主體材料、摻雜物材料以及電子陷阱材料係同時進行沈積(並行或同時沈積)。換言之，係進行共沈積。
如上述，由於可進行共沈積，所以在有機發光裝置的製造過程中，形成發光層330的步驟係非常簡化。這使得製造發光層330相當容易。其結果，使製造有機發光裝置的過程也變得簡化且容易。
尤其是，當摻雜物材料以及電子陷阱材料具有相似的沈積溫度時，摻雜物材料以及電子陷阱材料在引進反應室時係以混合狀態置於單一共同容器中。因此，只使用一個容器來沈積摻雜物以及電子陷阱材料是可能的。其結果，沈積設備可更加地簡化，且沈積可更容易進行。此外，為了使用上述的共同容器，需要選擇具有相似沈積溫度的摻雜物材料以及電子陷阱材料。
此外，為了形成電洞注入層310或電洞傳輸層320之至少其一，在形成第一電極200的步驟後及形成發光層330的步驟前，可進一步進行形成電洞注入層310的步驟或形成電洞傳輸層320的步驟之至少其一。
此外，為了進一步形成電子傳輸層340或電子注入層350之至少其一，在形成發光層330的步驟後及形成第二電極400的步驟前，可進一步進行形成電子傳輸層340的步驟或形成電子注入層350的步驟之至少其一。
作為電子陷阱材料，係選擇具LUMO能階和HOMO能階各別低於主體的LUMO能階和HOMO能階的材料。具體而言，作為電子陷阱材料，可選擇具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV的材料。根據另一實施例，作為電子陷阱材料，可選擇具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.3eV的材料。
此外，本發明提供一種有機發光裝置，其包含基板100；形成於基板100上之第一電極200；形成於第一電極200上之電洞層(HIL 310以及HTL 320)；形成於電洞層上包含有機發光材料及電子陷阱材料之發光層330；形成於發光層330上之電子層(EIL 350以及ETL 340)；以及形成於電子層上之第二電極400，其中電子陷阱材料具 LUMO能階和HOMO能階分別低於有機發光材料的LUMO能階和HOMO能階。
根據本發明之一實施例，電洞層可包含電洞注入層310或電洞傳輸層320之至少其一。此外，電子層可包含電子傳輸層340或電子注入層350之至少其一。根據本發明之一實施例，電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於有機發光材料的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。根據本發明之一實施例，電子陷阱材料具有比有機發光材料短的發射波長。
＜實施例：有機發光裝置的製造＞
製造具有下述結構的有機發光裝置。
作為第一電極(亦即陽極)以及基板，將15Ω/cm2(1200Å)的ITO玻璃基板(康寧)切割至50 mm × 50 mm × 0.7 mm的大小，於異丙醇和純水中超聲波清洗5分鐘，進行紫外線照射30分鐘，並透過暴露於臭氧(O3)而清洗。然後，將所得到的玻璃基板安裝在真空沈積設備中。
在此玻璃基板上，作為電洞注入層的m-MTDATA係透過真空沈積形成為500Å的厚度。然後，作為電洞傳輸層的NPD係透過真空沈積於電洞注入層上形成為200Å的厚度。
然後，發光層係形成為400Å的厚度，並使用2-甲基-9,10-二(2-萘基)蒽(MADN)作為螢光主體、DPVBi作為摻雜物、以及如化學式15所示的材料作為電子陷阱材料。在此，相對於100重量份之主體，使用2重量份的量之摻雜物，並使用4重量份的量之電子陷阱材料。
然後，作為電子傳輸層的Alq3係於電子傳輸層上沈積為300Å的厚度，作為電子注入層的氟化鋰係沈積為5Å的厚度。接著，作為第二電極(亦即陰極)的鋁係真空沈積為1000Å的厚度，從而提供一有機發光裝置。
＜比較例：有機發光裝置的製造＞
除了發光層之形成中不使用如化學式15所示之化合物作為電子陷阱材料以外，此有機發光裝置係以上述實施例相同的方式所製造。此有機發光裝置係用以作為比較例。
＜測試實例＞測試壽命特性
對於實施例以及比較例的裝置，係透過使用PR650 (Spectroscan光譜儀，先鋒科技公司)測定時間經過下的亮度。測試結果係如第5圖所示。第5圖顯示時間經過下的亮度，亦即，隨著時間推移相對於有機發光裝置之100％初始亮度的亮度比。
參照第5圖，當產品應用的亮度可靠性標準為97％時，實施例的有機發光裝置具有約110小時的壽命，而比較例的有機發光裝置具有約45小時的壽命。因此，可得知本發明的有機發光裝置具有較高的壽命特性。
雖然本發明之例示性實施例基於說明目的而被敘述，但本領域之通常技藝者將領會，在未脫離揭露於後附申請專利範圍及其等效物之本發明之精神與範疇下可能進行各種修飾、附加及替代。
10、100．．．基板
20、200．．．第一電極
30、300．．．有機層
40、400．．．第二電極
31、35’、310．．．電洞注入層
32、34’、320．．．電洞傳輸層
33、33’、330．．．發光層
34、32’、340．．．電子傳輸層
35、31’、350．．．電子注入層
本發明之上述或其他特徵及態樣將藉由以下詳細敘述連同附圖而更加明顯，其中：
第1圖係為一般有機發光裝置之示意圖。
第2A圖及第2B圖係為第1圖之有機發光裝置中有機層的結構之詳細示意圖。
第3圖係為根據本發明之一實施例之有機發光裝置的結構之示意圖。
第4圖係為根據本發明之一實施例之有機發光裝置的主體、摻雜物及電子陷阱材料之最低未佔用分子軌域(LUMO)能階及最高佔用分子軌域(HOMO)能階之示意圖。
第5圖係為顯示由根據本發明之一實施例之有機發光裝置與根據比較例之傳統有機發光裝置所測得的發光壽命之圖表。
100．．．基板
200．．．第一電極
300．．．有機層
400．．．第二電極
310．．．電洞注入層
320．．．電洞傳輸層
330．．．發光層
340．．．電子傳輸層
350．．．電子注入層

Claims (26)

  1. 一種有機發光裝置，其包含：
    一基板；
    一第一電極，係位於該基板上；
    一有機發光層，係位於該第一電極上；以及
    一第二電極，係位於該有機發光層上，
    其中，該有機發光層包含一主體、一摻雜物以及一電子陷阱材料，且
    該電子陷阱材料具最低未佔用分子軌域(LUMO)能階和最高佔用分子軌域(HOMO)能階分別低於該主體的LUMO能階和HOMO能階。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中在該第一電極與該有機發光層之間設置有一電洞注入層或一電洞傳輸層之至少其一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中在該有機發光層與該第二電極之間設置有一電子傳輸層或一電子注入層之至少其一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該主體為一螢光主體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於該主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於該主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.3eV。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該電子陷阱材料係如下列化學式1所表示：
    [化學式1]

    其中：
    X代表一芳香烴，且
    R1、R2、R3、R4、R5以及R6各代表H、[EW]、R或R-[EW]；
    且其中：
    H代表氫原子，
    [EW]代表一拉電子基，且
    R代表一芳香化合物；
    且其中：
    R1至R6非全為氫原子(H)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中相對於100重量份之該主體，該有機發光層包含1~25重量份的量之該摻雜物，以及1~50重量份的量之該電子陷阱材料。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該摻雜物以及該電子陷阱材料係以重量比1：1~2被包含。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該電子陷阱材料具有比該摻雜物短的發射波長。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該有機發光層係由一主體材料、一摻雜物材料以及該電子陷阱材料藉由共沈積而形成。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該摻雜物具LUMO能階和HOMO能階分別高於該主體的LUMO能階和HOMO能階。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光裝置，其中該摻雜物具有LUMO能階和HOMO能階係分別高於該主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。
  14. 一種用於製造有機發光裝置的方法，該方法包含：
    形成一第一電極於一基板上；
    形成一發光層於該第一電極上，該發光層包含一主體、一摻雜物以及一電子陷阱材料；以及
    形成一第二電極於該發光層上，
    其中該電子陷阱材料具LUMO能階和HOMO能階分別低於該主體的LUMO能階和HOMO能階，且
    該發光層的形成包含利用一主體材料、一摻雜物材料以及該電子陷阱材料的沈積源的一沈積步驟。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中在該沈積步驟中，該主體材料、該摻雜物材料以及該電子陷阱材料係同時進行沈積。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該沈積步驟係在一反應室中進行，且當被引進該反應室時，該主體材料、該摻雜物材料以及該電子陷阱材料係各別置於一沈積材料容器中。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中在被引進該反應室時，該摻雜物材料以及該電子陷阱材料係以一混合狀態置於單一沈積材料容器中。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其更包含在形成該第一電極後和形成該發光層前，形成一電洞注入層或形成一電洞傳輸層之至少其一。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其更包含在形成該發光層後和形成該第二電極前，形成一電子傳輸層或形成一電子注入層之至少其一。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於該主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於該主體的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.3eV。
  22. 一種有機發光裝置，其包含：
    一基板；
    一第一電極，係位於該基板上；
    一電洞層，係位於該第一電極上；
    一發光層，係位於該電洞層上，且包含一有機發光材料以及一電子陷阱材料；
    一電子層，係位於該發光層上；以及
    一第二電極，係位於該電子層上，
    其中該電子陷阱材料具 LUMO能階和HOMO能階分別低於該有機發光材料的LUMO能階和HOMO能階。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之有機發光裝置，其中該電洞層包含一電洞注入層或一電洞傳輸層之至少其一。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之有機發光裝置，其中該電子層包含一電子傳輸層或一電子注入層之至少其一。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之有機發光裝置，其中該電子陷阱材料具有LUMO能階和HOMO能階係分別低於該有機發光材料的LUMO能階和HOMO能階0.1~0.5eV。
  26. 如申請專利範圍第22項所述之有機發光裝置，其中該電子陷阱材料具有比該有機發光材料短的發射波長。
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