TW202134763A

TW202134763A - 電致發光線

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Publication number: TW202134763A
Application number: TW109107699A
Authority: TW
Inventors: 黃敏傑; 薛羽利; 吳政樑
Original assignee: 財團法人紡織產業綜合研究所
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2021-09-16
Also published as: CN113382493B; CN113382493A; TWI731616B

Abstract

一種電致發光線包含中心導線、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層以及透明導電層。電洞傳輸層包繞中心導線，且電洞傳輸層的最高占據分子軌域介於-4.8eV至-5.9eV間。發光層包繞電洞傳輸層。電子傳輸層包繞發光層，且電子傳輸層的最低未占分子軌域介於-4.2eV至-2.7eV間。透明導電層包繞電子傳輸層。電致發光線的直徑介於420.16μm至520.24μm間。

Description

電致發光線

本揭露內容是有關於一種電致發光線，且特別是有關於一種具有電子傳輸層及電洞傳輸層的電致發光線。

電致發光(electroluminescence, EL)光源已被廣泛地應用於各種顯示照明裝置中。在現有的電致發光元件中，通常需施加高電壓才可達到高發光亮度。然而，高電壓的電致發光元件的使用安全性存在著疑慮與風險。

為了提升發光亮度或出光率，現有的線型電致發光元件會在中心電極上配置額外的功能層，例如，強反光層、內電子發射層或外電子發射層等。然而，此方法使得製造程序複雜化，導致成本及線體直徑增加，從而侷限了線型電致發光元件的應用範圍。因此，目前亟需一種新穎的電致發光元件以解決上述問題。

根據本揭露一實施方式，電致發光線包含中心導線、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層以及透明導電層。電洞傳輸層包繞中心導線，且電洞傳輸層的最高占據分子軌域(highest occupied molecular orbital，HOMO)介於-4.8eV至-5.9eV間。發光層包繞電洞傳輸層。電子傳輸層包繞發光層，且電子傳輸層的最低未占分子軌域(lowest unoccupied molecular orbital，LUMO)介於-4.2eV至-2.7eV間。透明導電層包繞電子傳輸層。電致發光線的直徑介於420.16μm至520.24μm間。

在本揭露一實施方式中，發光層包含透明樹脂摻雜於其中。

在本揭露一實施方式中，以發光層的總重量計，透明樹脂的含量介於40wt%至50wt%間。

在本揭露一實施方式中，電致發光線更包含介電層，配置於中心導線與電洞傳輸層間，且包繞中心導線。

在本揭露一實施方式中，電洞傳輸層的厚度介於35nm至55nm間。

在本揭露一實施方式中，電子傳輸層的厚度介於45nm至65nm間。

在本揭露一實施方式中，中心導線的直徑介於150μm至170μm間。

在本揭露一實施方式中，電致發光線更包含透明保護層，包繞透明導電層。

在本揭露一實施方式中，中心導線的功函數(work function)介於-4.4eV至-5.6eV間。

在本揭露一實施方式中，電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層以及透明導電層均勻地包繞中心導線。

根據本揭露上述實施方式，由於電致發光線具有包繞中心導線的電洞傳輸層以及電子傳輸層，且電洞傳輸層及電子傳輸層分別具有特定的最高占據分子軌域及最低未占分子軌域，因此可改變電荷注入發光層的方式並提升電荷於電致發光線中的傳遞速度，從而提升電致發光線的發光亮度。

以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的，因此不應用以限制本揭露。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。另外，為了便於讀者觀看，圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。

本揭露內容的電致發光線具有電洞傳輸層以及電子傳輸層包繞中心導線，藉此提升電荷於電致發光線中的傳遞速度並改變電荷注入發光層的方式，從而提升電致發光線的發光亮度。

第1圖繪示根據本揭露一實施方式的電致發光線100的立體分解示意圖。第2圖繪示第1圖的電致發光線100沿線段a-a'的剖面示意圖。請同時參閱第1圖及第2圖。電致發光線100包含中心導線110、介電層120、電洞傳輸層130、發光層140、電子傳輸層150以及透明導電層160。透明導電層160包繞電子傳輸層150，電子傳輸層150包繞發光層140，發光層140包繞電洞傳輸層130，電洞傳輸層130包繞介電層120，且介電層120包繞中心導線110。應瞭解到，本文中所提到的「包繞某元件」是指「包覆並圍繞該元件的延伸表面」，於下文中將不再重覆贅述。

中心導線110經配置以做為電致發光線100的中心電極。在一些實施方式中，中心導線110的材料包含導電金屬，例如銅、金、銀、鎳、鉑、鈀或上述任意的組合，但並不以此為限。此外，透過上述材料的選擇，可以使中心導線110具有特定範圍的功函數(work function)，從而提升中心導線110的導電性。舉例而言，中心導線110的功函數可介於-4.4eV至-5.6eV間。

電洞傳輸層130、發光層140及電子傳輸層150依序配置在中心導線110上以進行電致發光。若以電致發光線100的剖面圖來看，如第2圖所示，電洞傳輸層130包繞中心導線110，發光層140包繞電洞傳輸層130，且電子傳輸層150包繞發光層140。在一些實施方式中，電洞傳輸層130與中心導線110之間更具有介電層120，以提供電致發光線100更好的發光效率。

在一些實施方式中，發光層140可包含由均勻混合的發光粉142以及透明樹脂144所形成的電致發光塗料。在一些實施方式中，可將發光粉142、透明樹脂144及水均勻混合以形成水溶液，再經過乾燥步驟來形成電致發光塗料。在一些實施方式中，以發光層140的總重量計，發光粉142的含量可介於50wt%至60wt%間，透明樹脂144的含量可介於40wt%至50wt%間，其中發光粉142的材料可例如是硫化鋅，且透明樹脂144的材料可如是聚二甲基矽氧烷、環氧樹脂或聚氨酯，以避免發光粉142之間發生凝聚的現象，從而提升發光粉142的均勻性以及發光層140的量子效率。另外，由於透明樹脂144具有良好的透光性，因此可提升發光層140的光穿透率，從而提升電致發光線100整體的發光亮度。在一些實施方式中，透明樹脂144的光穿透率介於75%至98%間。此外，在一些實施方式中，更可藉由在發光層140中添加交聯劑來調整電致發光線100的可撓曲半徑。

電洞傳輸層130及電子傳輸層150配置於發光層140的相對兩表面。更詳細而言，電子傳輸層150包繞發光層140，且發光層140包繞電洞傳輸層130。電洞傳輸層130的最高占據分子軌域介於-4.8eV至-5.9eV間，且電子傳輸層150的最低未占分子軌域介於-4.2eV至-2.7eV間。電洞傳輸層130及電子傳輸層150經配置以分別降低電洞及電子注入發光層140的能量障礙，以提升電荷於電致發光線100中的傳遞速度。具體而言，透過電洞傳輸層130的最高占據分子軌域與電子傳輸層150的最低未占分子軌域間的相互搭配，可提供一種階梯式的電荷注入方式，其可降低各層間的能隙並同時提高發光層140的電容值，從而提升發光層140的發光亮度。

在一些實施方式中，電洞傳輸層130的材料可包含p型有機化合物、p型有機金屬化合物、p型金屬氧化物、p型有機高分子或上述任意的組合。舉例而言，p型有機化合物及p型有機金屬化合物可例如是NPB、TCTA、TAPC、dppf、CuPc或上述任意的組合；p型金屬氧化物可例如是三氧化鉬(MoO₃ )、三氧化鎢(WO₃ )或上述任意的組合；p型有機高分子可例如是PEDOT:PSS。透過上述材料的選擇，可以使電洞傳輸層130的最高占據分子軌域介於合適的範圍中。

在一些實施方式中，電子傳輸層150的材料可包含n型有機化合物、n型有機金屬化合物或上述任意的組合。舉例而言，n型有機化合物可例如是Alq₃ 、B3PYMPM、TPBi、TmPyPB或上述任意的組合；n型有機金屬化合物可例如是三氧化錸(ReO₃ )、氧化鋅(ZnO)、Liq、RbCO₃ 或上述任意的組合。透過上述材料的選擇，可以使電子傳輸層150的最低未占分子軌域介於合適的範圍中。

在一些實施方式中，電致發光線100可更包含介電層120配置於中心導線110與電洞傳輸層130間。介電層120經配置以使電荷較容易自中心導線110進入至電洞傳輸層130中並抵達發光層140。在一些實施方式中，介電層120的材料可包含例如是鈦酸鋇的介電質。在另一些實施方式中，介電層120的材料可包含透明樹脂，例如是聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、環氧樹脂(epoxy)或水性聚氨酯(PU)。藉由特定材料的選擇，可以使介電層120與中心導線110具有良好的接合性，從而提高電致發光線100的發光效率並同時保持電致發光線100的可撓曲性。舉例而言，可藉由選擇水性聚氨酯及鈦酸鋇的組合物來形成介電層120，其中水性聚氨酯及鈦酸鋇的重量比約為3：4，從而達到上述優點。

透明導電層160包繞電子傳輸層150。在一些實施方式中，透明導電層160包含多條銀奈米線，每一條銀奈米線的線直徑介於50奈米至100奈米間，且其線長介於5微米至50微米間。舉例而言，可將含量約為5wt%的銀奈米線均勻地混合於乙醇中(即以乙醇的總重量計，銀奈米線的含量約為5wt%)，以形成銀奈米線懸浮液，並透過濕式的塗佈方式將銀奈米線懸浮液配置以包繞電子傳輸層150，從而形成透明導電層160。

在一些實施方式中，電致發光線100可更包含透明保護層170。透明保護層170經配置以均勻地包繞及保護透明導電層160，從而避免透明導電層160及電致發光線100在使用過程中造成損傷。在一些實施方式中，透明保護層170的材料可包含聚乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate，EVA)、聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate，PVAC)或上述的組合。

電致發光線100可具有特定的厚度及可撓曲性，使其適合應用於各種不同型態的電致發光元件中。在一些實施方式中，電致發光線100的直徑D1可介於420.16μm至520.24μm間，且可撓曲半徑可介於3.5mm至4.5mm間，因此電致發光線100可應用於例如是導線、布料或廣告箱背光板等產品中。電致發光線100的直徑D1是透過其中各層的直徑或厚度來控制。在一些實施方式中，中心導線110的直徑D2可介於150μm至170μm間，使其具有良好的可撓曲性。在一些實施方式中，介電層120的厚度H1可介於35μm至45μm間，使其與中心導線110具有良好的接合性，從而提升電致發光線100的發光效率並同時保持電致發光線100的可撓曲性。在一些實施方式中，電洞傳輸層130的厚度H2可介於35nm至55nm間，且電子傳輸層150的厚度H4可介於45nm至65nm間。相較於電致發光線100中的其他各層，電洞傳輸層130及電子傳輸層150分別具有較小的厚度，使其可在不大幅增加電致發光線100整體的厚度的前提下，提升電荷於電致發光線100中的傳遞速度，從而提升電致發光線100整體的發光亮度。在一些實施方式中，發光層140的厚度H3可介於40μm至50μm間，且透明導電層160的厚度H5可介於20nm至30nm間，以提供良好的電子穿透率，從而提高電致發光線100整體的發光效率。在一些實施方式中，透明保護層170的厚度H6可介於40nm至50nm間，以提供良好的保護功能。

在一些實施方式中，電致發光線100的製造方法可包含透過濕式或乾式的塗佈方式依序形成介電層120、電洞傳輸層130、發光層140、電子傳輸層150、透明導電層160以及透明保護層170，並以拉線捲取的方式配置上述各層以包繞中心導線110。藉由上述方式所形成的電致發光線100及其中的各層可具有合適且均勻的直徑或厚度，使得電致發光線100中的各層可以合適的厚度均勻地包繞中心導線110，從而提升電致發光線100的發光均勻性，並增加電致發光線100的應用範圍。

在以下敘述中，將使用本揭露的各實施例的電致發光線進行亮度測試。各實施例的電致發光線是參照前述電致發光線的製造方法，故於此將不再贅述。此外，下述各實驗例是以電壓為160伏特且頻率為11千赫兹的交流電進行亮度測試，並以絕對亮度計(型號：TES-137，購買自泰仕電子公司)進行亮度測量。 >實驗例1：電洞傳輸層及電子傳輸層對電致發光線的發光亮度的影響測試>

如表一所示，實施例1至實施例5的電致發光線各自使用包含不同材料的電洞傳輸層及/或電子傳輸層。反之，比較例1的電致發光線未使用任何電洞傳輸層及電子傳輸層。在實施例1至實施例5以及比較例1的電致發光線中，中心導線的材料為銅金屬；介電層的材料為重量比為12/4/15的水性聚氨酯/水/鈦酸鋇；發光層的材料包含重量比為10/5/10的水性聚氨酯/水/硫化鋅；透明導電層的材料包含上述的銀奈米線；且透明保護層的材料為聚氨酯樹脂(購買自迪克科技股份有限公司，產品型號ITK-5527)。使用絕對亮度計測量實施例1至實施例5及比較例1的發光亮度，並記錄測試結果。

表一

	電洞傳輸層	電子傳輸層	發光亮度(cd/m² )
實施例1	PEDOT:PSS	未使用	66
實施例2	NPB	未使用	75
實施例3	未使用	ZnO	87
實施例4	NPB	ZnO	103
實施例5	mCP	Liq	158
比較例1	未使用	未使用	52

由表一可知，實施例1至實施例5的電致發光線的發光亮度皆大於比較例1的電致發光線的發光亮度，也就是說，電洞傳輸層及/或電子傳輸層的配置確實有助於提升電致發光線的發光亮度。 >實驗例2：電洞傳輸層及電子傳輸層的厚度對電致發光線的發光亮度的影響測試>

使用相同於實施例4的材料及方法來製作實施例6至實施例9的電致發光線，其中實施例6至實施例9的電洞傳輸層及電子傳輸層的厚度如表二所示。接著，使用絕對亮度計測量實施例6至實施例9的發亮光度，並記錄測試結果。

表二

	電洞傳輸層厚度(nm)	電子傳輸層厚度(nm)	發光亮度(cd/m² )
實施例6	71	53	83
實施例4	57	53	103
實施例7	46	53	132
實施例8	46	41	121
實施例9	46	28	97

由表二的實施例7可知，當電子傳輸層的厚度為約53nm，且電洞傳輸層的厚度為約46nm時，電致發光線的發光亮度最大。 >實驗例3：電洞傳輸層及電子傳輸層的厚度對電致發光線的發光亮度的影響測試>

除了電洞傳輸層及電子傳輸層的材料不同外，使用相同於實施例1至實施例5的材料及方法製作實施例10至實施例15的電致發光線，其中電洞傳輸層及電子傳輸層的材料如表三所示，且電洞傳輸層及電子傳輸層的厚度各自為46nm及53nm。接著，使用絕對亮度計測量實施例10至實施例15的發亮光度，並記錄測試結果。

表三

	電洞傳輸層材料	電洞傳輸層HOMO	電子傳輸層材料	電子傳輸層LUMO	發光亮度(cd/m² )
實施例10	dppf	4.8	ZnO	-4.2	90
實施例11	MoO₃	5.1	ZnO	-4.2	108
實施例7	NPB	5.6	ZnO	-4.2	132
實施例12	mCP	5.9	ZnO	-4.2	145
實施例13	NPB	5.6	TmPyPB	-2.7	120
實施例14	NPB	5.6	Alq3	-3.0	135
實施例15	NPB	5.6	Liq	-3.5	148

由表三可知，藉由搭配不同材料的電洞傳輸層或電子傳輸層，可使得電致發光線具有不同的發光亮度，其中當電洞傳輸層的材料為NPB，且電子傳輸層的材料為Liq時，電致發光線可具有較佳的發光亮度，如實施例15所示。

第3圖繪示實施例4的電致發光線與比較例1的電致發光線的發光亮度與施加電壓關係圖。請參閱第3圖，其是使用頻率為11千赫兹的交流電於不同施加電壓下以上述絕對亮度計測量電致發光線的發光亮度。由第3圖可知，在固定的施加電壓下，實施例4的電致發光線的發光亮度約為比較例1的電致發光線的發光亮度的2倍，也就是說，實施例4的電致發光線在相同的施加電壓下可具有較強的發光亮度。另一方面，在固定的發光亮度下，實施例4的電致發光線的施加電壓約為比較例1的電致發光線的施加電壓的0.35倍至0.45倍，也就是說，實施例4的電致發光線可在較低的施加電壓下達到所需要的發光亮度。

根據本揭露上述實施方式，由於電致發光線具有包繞中心導線的電洞傳輸層以及電子傳輸層，且電洞傳輸層及電子傳輸層分別具有特定的最高占據分子軌域及最高占據分子軌域，因此可改變電荷注入發光層的方式並提升電荷於電致發光線中的傳遞速度，從而提升電致發光線的發光亮度。此外，透過將透明樹脂摻雜於發光層中，可提升發光層的量子效率，從而提升電致發光線的發光亮度。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:電致發光線 110:中心導線 120:介電層 130:電洞傳輸層 140:發光層 142:發光粉 144:透明樹脂 150:電子傳輸層 160:透明導電層 170:透明保護層 D1, D2:直徑 H1~H6:厚度 a-a':線段

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示根據本揭露一實施方式的電致發光線的立體分解示意圖。第2圖繪示第1圖的電致發光線沿線段a-a'的剖面示意圖。第3圖繪示實施例4的電致發光線與比較例1的電致發光線的發光亮度與施加電壓關係圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:電致發光線

110:中心導線

120:介電層

130:電洞傳輸層

140:發光層

150:電子傳輸層

160:透明導電層

170:透明保護層

a-a':線段

Claims

一種電致發光線，包含：中心導線；電洞傳輸層，包繞所述中心導線，其中所述電洞傳輸層的最高占據分子軌域(highest occupied molecular orbital，HOMO)介於-4.8eV至-5.9eV間；發光層，包繞所述電洞傳輸層；電子傳輸層，包繞所述發光層，其中所述電子傳輸層的最低未占分子軌域(lowest unoccupied molecular orbital，LUMO)介於-4.2eV至-2.7eV間；以及透明導電層，包繞所述電子傳輸層，其中所述電致發光線的直徑介於420.16μm至520.24μm間。
如請求項1所述的電致發光線，其中所述發光層包含透明樹脂摻雜於其中。
如請求項2所述的電致發光線，其中以所述發光層的總重量計，所述透明樹脂的含量介於40wt%至50wt%間。
如請求項1所述的電致發光線，更包含介電層，配置於所述中心導線與所述電洞傳輸層間，且包繞所述中心導線。
如請求項1所述的電致發光線，其中所述電洞傳輸層的厚度介於35nm至55nm間。
如請求項1所述的電致發光線，其中所述電子傳輸層的厚度介於45nm至65nm間。
如請求項1所述的電致發光線，其中所述中心導線的直徑介於150μm至170μm間。
如請求項1所述的電致發光線，更包含透明保護層，包繞所述透明導電層。
如請求項1所述的電致發光線，其中所述中心導線的功函數(work function)介於-4.4eV至-5.6eV間。
如請求項1所述的電致發光線，其中所述電洞傳輸層、所述發光層、所述電子傳輸層以及所述透明導電層均勻地包繞所述中心導線。