TW201523868A - 摻雜疊層於有機發光裝置中之用途 - Google Patents

摻雜疊層於有機發光裝置中之用途 Download PDF

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Dong-Hoon Lee
Hyung-Jin Lee
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Abstract

本說明書提供一種有機發光裝置。

Description

摻雜疊層於有機發光裝置中之用途
本說明書係關於一種有機發光裝置。
本申請案主張於2013年7月29日向韓國智慧財產局所提出之韓國專利申請案第10-2013-0089611號之優先權，其全部內容併入本文作為參考。
由Tang等人，APL 51，913(1987)示範的低電壓有機發光裝置已被視為適合作為大面積顯示器應用。該發光裝置是由正極與負極間之有機材料層構成，且當電壓施加於該裝置時，電洞和電子被注入及傳輸到發光層，從而幅射再結合以發光。
相較於以無機材料為基礎之發光裝置，該有機發光裝置對大面積顯示器較具吸引力，並且使用相對便宜的有機材料。此外，由於有機發光裝置是在可撓性基板上製造，可使得彎曲顯示器得以實現。
如US 5093698所描述，該發光裝置需要具有低驅動電壓、高效率及長的使用期限，而這些特性可藉由在有機發光裝置中導入摻雜電荷傳輸層而得到。
此外，電洞注入層或電子注入層的導電性藉由分別摻雜p型摻雜物或n型摻雜物而增加，而驅動電壓亦可藉由降低摻雜電荷注入層之障蔽而降低。
[相關技藝文獻] [專利文獻]
US 5093698
EP 1804308
[非專利文獻]
M.Pfeiffer et al., Appl.Phys.Lett.73, 3202(1998)
J.Blochwitz et al., Appl.Phys.Lett.73, 729(1998)
本說明書的一個目的係提供一種有機發光裝置。
本說明書一例示性具體態樣提供一種有機發光裝置，其包含：陰極；陽極，其係設置以相對於該陰極；及一層或以上之有機材料層，其包括一發光層，且該有機材料層設置於該陰極與該陽極間，其中該有機材料層包含二層或以上p摻雜層之堆疊結構，或二層或以上n摻雜層之堆疊結構。
根據本說明書一例示性具體態樣的有機發光裝置，係藉由增加電荷注入層與電荷傳輸層及/或有機材料 層間之導電性以及降低能障差異，提供一種具有低驅動電壓及/或高效率的有機發光裝置。
圖1及2說明根據本說明書一例示性具體態樣之有機發光裝置的例子。
圖3顯示實施例1至3和比較例1中製造的裝置之電流-電壓曲線(I-V curve)。
圖4顯示實施例1至3和比較例1中製造的裝置之對數電流-電壓曲線。
以下，將詳細描述本說明書。
在本說明書中，電荷意指電子或電洞。
本說明書一例示性具體態樣提供一種有機發光裝置，其包含：陰極；陽極，其係設置以相對於該陰極；及一層或以上之有機材料層，其包括一發光層，且該有機材料層設置於該陰極與該陽極間，其中該有機材料層包含二層或以上p摻雜層之堆疊結構，或二層或以上n摻雜層之堆疊結構。
在本說明書中，p摻雜層意指摻雜有p型摻雜物之層。該p型摻雜物意指使主體材料具有p型半導體特性的材料。該p型半導體特性意指電洞注入或傳輸於高被佔用分子軌域(HOMO)能階之特性，換言之，具有高電洞傳導性材料的特性。
在本說明書中，n摻雜層意指摻雜有n型摻雜物之層。該n型摻雜物意指使主體材料具有n型半導體特性的材料。該n半導體特性意指電子注入或傳輸於最低未佔用分子軌域(LUMO)能階之特性，換言之，具有高電子傳導性材料的特性。
在本說明書一例示性具體態樣中，該有機材料層包括一n摻雜層；及二層或以上p摻雜層之堆疊結構。
在一例示性具體態樣中，該n摻雜層係設置於該陰極與該發光層之間，且該二層或以上p摻雜層之堆疊結構係設置於該陽極與該發光層之間。
在另一例示性具體態樣中，該n摻雜層係設置成與二層或以上p摻雜層之堆疊結構接觸。
在本說明書一例示性具體態樣中，該有機材料層包括一p摻雜層；及二層或以上n摻雜層之堆疊結構。
在一例示性具體態樣中，該p摻雜層係設置於該陽極與該發光層之間，且該二層或以上n摻雜層之堆疊結構係設置於該陰極與該發光層之間。
在又另一例示性具體態樣中，該p摻雜層係設置成與二層或以上n摻雜層之堆疊結構接觸。
在本說明書另一例示性具體態樣中，該有機材料層包含二層或以上n摻雜層之堆疊結構；及二層或以上p摻雜層之堆疊結構。
在本說明書一例示性具體態樣中，該二層或以上摻雜層之濃度係彼此不同相差至少0.01wt%。在本說明 書一例示性具體態樣中，該二層或以上摻雜層之濃度係彼此不同相差至少0.1wt%。在本說明書一例示性具體態樣中，該二層或以上摻雜層之濃度係彼此不同相差0.01wt%至50wt%。
在本說明書一例示性具體態樣中，該二層或以上摻雜層之濃度係彼此不同相差0.1wt%至50wt%。
在本說明書一例示性具體態樣中，該二層或以上摻雜層之濃度係彼此不同相差1wt%至20wt%。較佳地，該二層或以上摻雜層之濃度係彼此不同相差1.5wt%至5wt%。
在此情況下，藉由減少堆疊之摻雜層與鄰接有機材料層間的能障距離而有降低該裝置驅動電壓的效果。
在本說明書一例示性具體態樣中，該p摻雜層或該n摻雜層中包含之p型摻雜物或n型摻雜物的莫耳比對該p摻雜層或該n摻雜層中包含之主體的莫耳比係1：1,000,000至1：1。
在本說明書一例示性具體態樣中，該有機材料層包含該二層或以上p摻雜層之堆疊結構，且在該堆疊結構之p摻雜層中鄰接該陽極之p摻雜層的濃度，係高於其他鄰接陰極之p摻雜層的濃度。在本說明書一例示性具體態樣中，該有機材料層包含該二層或以上n摻雜層之堆疊結構，且在該堆疊結構之n-摻雜層中鄰接該陰極之n摻雜層的濃度，係高於鄰接陽極之n摻雜層的濃度。
在本說明書中，具有相對高濃度摻雜物之摻雜 層係在n或p後以+表示。
例如，當二p摻雜層經堆疊，該p+摻雜層中p型摻雜物濃度係高於該p摻雜層中p型摻雜物濃度至少0.01wt%。
再者，當二n摻雜層經堆疊，該n+摻雜層中n型摻雜物濃度係高於該n摻雜層中n型摻雜物濃度至少0.01wt%。
在另一例示性具體態樣中，當二p摻雜層經堆疊，該p+摻雜層中p型摻雜物濃度係高於該p摻雜層中p型摻雜物濃度至少0.1wt%。
此外，當二n摻雜層經堆疊，該n+摻雜層中n型摻雜物濃度係高於該n摻雜層中n型摻雜物濃度至少0.1wt%。
在本說明書一例示性具體態樣中，當二層或以上p摻雜層經堆疊，該p+摻雜層在該二層或以上p摻雜層中係設置於鄰接陽極之摻雜層。
在本說明書一例示性具體態樣中，當二層或以上n摻雜層經堆疊，該n+摻雜層在該二層或以上n摻雜層中係設置於鄰接陰極之摻雜層。
本文所用名詞「鄰接」，意指相對接近地設置。在此情況下，該名詞可包含物理性接觸的情況，也可包含鄰接有機材料層間設置有額外的有機材料層的情況。
本說明書一例示性具體態樣之有機發光裝置可具有如圖1及2所說明的結構，但該結構並不受限於此。
圖1說明一種有機發光裝置的結構，其中依序設置陽極、p+摻雜層、p摻雜層、電子阻擋層、發光層、電洞阻擋層、n摻雜層及陰極。在該結構中，該最接近陽極之p+摻雜層的濃度係高於接近陰極之p摻雜層的濃度。
圖2說明一種有機發光裝置的結構，其中依序設置陽極、p摻雜層、電子阻擋層、發光層、電洞阻擋層、n摻雜層、n+摻雜層及陰極。在該結構中，該最接近陰極之n+摻雜層的濃度係高於接近陽極之n摻雜層的濃度。
在本說明書一例示性具體態樣中，一p摻雜層係設置於該陽極與該發光層之間，一n摻雜層係設置於該陰極與該發光層之間，且該p摻雜層與額外的p摻雜層形成堆疊結構或該n摻雜層與額外的n摻雜層形成堆疊結構。
在本說明書一例示性具體態樣中，二層或以上p摻雜層之堆疊結構係設置於該陽極與該發光層之間，且一層或以上未摻雜有機材料層係被進一步包含在該發光層與該二層或以上p摻雜層之堆疊結構之間。
在另一例示性具體態樣中，二層或以上n摻雜層之堆疊結構係設置於該陰極與該發光層之間，且一層或以上未摻雜有機材料層係被進一步包含在該發光層與該二層或以上n摻雜層之堆疊結構之間。
本文所用名詞「未摻雜」意指未經p型摻雜物或n型摻雜物摻雜。
在本說明書一例示性具體態樣中，該堆疊結構 各摻雜層之摻雜物濃度分別是恆定摻雜或梯度摻雜。
本文所用名詞「恆定摻雜」意指p型摻雜物或n型摻雜物之濃度在一摻雜層中是均勻的。
本文所用名詞「梯度摻雜」意指p型摻雜物或n型摻雜物之濃度在一摻雜層中逐漸變得不同。具體而言，在一p摻雜層中鄰接陽極的部分的p型摻雜物濃度係逐漸增加。此外，在一n摻雜層中鄰接陰極的部分的n型摻雜物濃度係逐漸增加。
當比較該二層或以上摻雜層彼此之濃度時，該等濃度能藉由測量在各摻雜層中p型摻雜物或n型摻雜物之平均濃度來作比較。
在本說明書一例示性具體態樣中，該p摻雜層之p型摻雜物可以是有機材料、無機材料或是有機-無機複合材料。
在本說明書中，該無機材料的例子包含氧化鎢(WO3)、氧化鉬(MoO3)、氧化錸(ReO2)及類似物，但不受限於此。
在本說明書中，該有機材料可選為一或二或三種選自由以下群組所組成的材料：四氟-四氰基二甲基對苯醌(tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane，F4-TCNQ)及六氟-四氰基二甲基對苯醌(hexafluoro-tetracyanoquinodimethane)，但不受限於此。
在本說明書一例示性具體態樣中，經該p型摻雜物摻雜之層係一或二選自由電洞注入層、電洞傳輸層、 電子阻擋層及發光層所組成之群組之層。在該p摻雜層中，可使用各層之眾所週知的材料作為除了該p型摻雜物以外的材料。
在本說明書中，在二層或以上p摻雜層的情況，除了各p型摻雜物外之作為該有機材料層之材料，彼此可為相同或不同。
在本說明書中，在二層或以上p摻雜層的情況，作為各p摻雜層之p型摻雜物的材料，彼此可為相同或不同。
在本說明書一例示性具體態樣中，可以選擇一或二層或以上種選自以下所組成之群組之材料作為該n摻雜層之n型摻雜物：有機材料、鹼金屬、鹼土金屬及稀土金屬，但該摻雜物並不受限於此。
在本說明書一例示性具體態樣中，可以選擇一或二層或以上種選自以下所組成之群組之材料作為該n摻雜層之摻雜物：Li、Ca及Yb，但該摻雜物並不受限於此。
在本說明書一例示性具體態樣中，經該n型摻雜物材料摻雜之層係一或二選自由電子注入層、電子傳輸層、電洞阻擋層及發光層組成之群組的層。在該n摻雜層中，可使用各層之眾所週知的材料作為除了該n型摻雜物以外的材料。
在本說明書中，在二層或以上有機材料層經該n型摻雜物材料摻雜的情況，除了各n型摻雜物外之作為該有機材料層之材料，彼此可為相同或不同。
在本說明書中，在二層或以上n摻雜層的情況，作為各n摻雜層之n型摻雜物的材料，彼此可為相同或不同。
在本說明書一例示性具體態樣中，有機發光裝置包含一含二層或以上發光層之串聯(tandem)結構。
在本說明書一例示性具體態樣中，具有該串聯結構之有機發光裝置發射白光。在本說明書一例示性具體態樣中，包含二層或以上發光層，至少一電荷產生層被包含在該二層或以上發光層之間，且該二層或以上p摻雜層之堆疊結構或該二層或以上n摻雜層之堆疊結構係設置成與該電荷產生層接觸。
在另一例示性具體態樣中，包含二層或以上發光層，至少一電荷產生層被包含在該二層或以上發光層之間，且該電荷產生層包含該二層或以上p摻雜層之堆疊結構或該二層或以上n摻雜層之堆疊結構。
與該電荷產生層接觸之一層或以上有機材料層係選自由電洞傳輸層、電洞注入層、電子傳輸層及電子注入層所組成之群組。
根據本說明書一例示性具體態樣之有機發光裝置的製造將在下述實施例中被具體地描述。然而，下述實施例僅係用來說明，而非用以限制本說明書的範圍。
[實施例1]
堆疊在一電荷產生層單元上之二n摻雜層構成之半裝置(half-device)。
裝置結構：ITO_ETL/n摻雜ETL/n+摻雜ETL/HAT/NPB/Al
將ETL材料真空熱沉積於ITO電極上成200Å之厚度，使用Li作為n摻雜層(100Å)之摻雜物，並將該摻雜物之濃度設定在0.5wt%。另外，藉由使用Li作為摻雜物並將該摻雜物濃度設定在1wt%，沉積該n+摻雜層(100Å)。
於n型堆疊層上，熱沉積厚度50Å下式之己腈六氮雜聯伸三苯(hexanitrile hexaazatriphenylene，HAT)，接著藉由真空沉積下式之4,4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯胺]聯苯(NPB)(1,000Å)形成電洞傳輸層。
在上述方法中，該有機材料之沉積速率係維持在0.5至1Å/sec，鋁的沉積速率係維持在1Å/sec，且在該沉積期間之真空度係維持在2 x 10-7至4 x 10-8托來製造有機發光裝置。
[實施例2]
除了將n+摻雜層之n型摻雜物濃度設定在2wt%來形成該堆疊層之外，以相同於實施例1的方法來製造一裝置。
[實施例3]
除了將n+摻雜層之n型摻雜物濃度設定在4wt%來形成該堆疊層之外，以相同於實施例1的方法來製造一裝置。
[比較例1]
除了將n摻雜層與n+摻雜層兩者之n型摻雜物濃度同樣設定在1wt%來形成該堆疊層之外，以相同於實施例1的方法來製造一裝置。
圖3說明了實施例1至3和比較例1中製造的裝置之電流-電壓曲線(I-V curve)。
圖4說明了實施例1至3和比較例1中製造的裝置之對數電流-電壓曲線(log I-V curve)。
由圖3及4可知，將具不同濃度之n+摻雜層與n摻雜層堆疊得到的結構導入電荷產生層(CGL)單元，顯著減少了有機發光裝置電壓的增加。

Claims (24)

  1. 一種有機發光裝置，其包括：一陰極；一陽極，其係設置以相對於該陰極；及一層或以上之有機材料層，其包括一發光層，且該有機材料層係設置於該陰極與該陽極間，其中該有機材料層包括二層或以上p摻雜層之一堆疊結構，或二層或以上n摻雜層之一堆疊結構。
  2. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該有機材料層包括一n摻雜層；及二層或以上p摻雜層之堆疊結構。
  3. 根據申請專利範圍第2項之有機發光裝置，其中，該n摻雜層係設置於該陰極與該發光層之間，且該二層或以上p摻雜層之堆疊結構係設置於該陽極與該發光層之間。
  4. 根據申請專利範圍第2項之有機發光裝置，其中，該n摻雜層係設置成與二層或以上p摻雜層之一堆疊結構接觸。
  5. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該有機材料層包括一p摻雜層；及二層或以上n摻雜層之一堆疊結構。
  6. 根據申請專利範圍第5項之有機發光裝置，其中，該p摻雜層係設置於該陽極與該發光層之間，且該二層或以上n摻雜層之堆疊結構係設置於該陰極與該發光層之間。
  7. 根據申請專利範圍第5項之有機發光裝置，其中，該p摻雜層係設置成與二層或以上n摻雜層之一堆疊結構接觸。
  8. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該有機材料層包括二層或以上n摻雜層之堆疊結構；及二層或以上p摻雜層之一堆疊結構。
  9. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，在該堆疊結構中二層或以上層摻雜層之濃度係彼此不同，相差0.01wt%或更多。
  10. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，包含於該堆疊結構中之任一摻雜層包含之摻雜物的莫耳比對該摻雜層包含之主體的莫耳比係1：1,000,000至1：1。
  11. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該有機材料層包括該二層或以上p摻雜層之堆疊結構，且在該堆疊結構之p摻雜層中鄰接該陽極之p摻雜層的濃度，係高於鄰接該陰極之p摻雜層的濃度。
  12. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該有機材料層包括該二層或以上n摻雜層之一堆疊結構，且在該堆疊結構之n摻雜層中鄰接該陰極之n摻雜層的濃度，係高於鄰接該陽極之n摻雜層的濃度。
  13. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，一p摻雜層係設置於該陽極與該發光層之間，一n摻雜層係設置於該陰極與該發光層之間， 且該p摻雜層與額外的p摻雜層形成一堆疊結構或該n摻雜層與額外的n摻雜層形成一堆疊結構。
  14. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，二層或以上p摻雜層之一堆疊結構係設置於該陽極與該發光層之間，且一層或以上未摻雜有機材料層係進一步被包括在該發光層與該二層或以上p摻雜層之該堆疊結構之間。
  15. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，二層或以上n摻雜層之一堆疊結構係設置於該陰極與該發光層之間，且一層或以上未摻雜有機材料層係進一步被包括在該發光層與該二層或以上n摻雜層之堆疊結構之間。
  16. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該堆疊結構各摻雜層之該摻雜物的濃度分別為恆定或是梯度。
  17. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該p摻雜層之p型摻雜物是一有機材料、一無機材料、或有一機-無機複合材料。
  18. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該n摻雜層之n型摻雜物係一層、二層或以上選自由有機材料、鹼金屬、鹼土金屬及稀土金屬所組成之群組之材料。
  19. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該p摻雜層係一層或以上選自由電洞注入層、電洞傳輸層、電子阻擋層及發光層所組成之群組的層。
  20. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該n摻雜層係一層或以上選自由電子注入層、電子傳輸層、電洞阻擋層及發光層所組成之群組的層。
  21. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，該結構為包括二層或以上發光層之串聯(tandem)結構。
  22. 根據申請專利範圍第21項之有機發光裝置，其中，該有機發光裝置係發射白光之串聯裝置。
  23. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，包括有二層或以上之發光層，至少一電荷產生層被包括在該二層或以上發光層之間，且該二層或以上p摻雜層之堆疊結構或該二層或以上n摻雜層之堆疊結構係被設置成與該電荷產生層接觸。
  24. 根據申請專利範圍第1項之有機發光裝置，其中，包括有二層或以上之發光層，至少一電荷產生層被包括在該二層或以上發光層之間，且該電荷產生層包括該二層或以上p摻雜層之堆疊結構或該二層或以上n摻雜層之堆疊結構。
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