TWI333802B - Organic devices, organic electroluminescent device, organic solar cells, organic fet structures and production method of organic devices - Google Patents

Organic devices, organic electroluminescent device, organic solar cells, organic fet structures and production method of organic devices Download PDF

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TWI333802B
TWI333802B TW093133505A TW93133505A TWI333802B TW I333802 B TWI333802 B TW I333802B TW 093133505 A TW093133505 A TW 093133505A TW 93133505 A TW93133505 A TW 93133505A TW I333802 B TWI333802 B TW I333802B
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Toshio Matsumoto
Akira Yokoi
Takeshi Nakada
Norifumi Kawamura
Junji Kido
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Junji Kido
Rohm Co Ltd
Mitsubishi Heavy Ind Ltd
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Description

1333802 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種有機裝置或一種使用有機電荷傳遞 I化合物之元件,包含例如有機電冷光裝置(此處簡稱為一種 有機el裝置”)有機太陽能蓄電池,有機半導體裝(例如 有機FET裝置)等,以及_種製造此有機裝置之方法。 【先前技術】 近年來有機半導體以及有機導電材料被積極地研究當 中,特別是使用於有機半導體之光發射有機EL裝置已有卓 越進展。
Tang專人已成功製造出具有高發光度' 高效率及實用 f貝值之有機EL裝置,例如在作用電壓不大於1〇伏特時, 發光度為1,000cd/m2及外部量子效率約!%。該裝置之結構 係藉由利用具有不同载體運輸性質(有機電洞傳遞化合物以 及有機電子傳遞化合物)的有機化合物疊合而成,藉此可分 別自陽極與陰極間均衡地導入對應的電洞及電子,並且控制 二明治般夾於陰極與陽極之間之其有機化合物層的厚度不 大於 2〇〇〇 埃。(參考 Tang 等人於 Appi phys Lett,51, 913 ,1987 ’ 曰本專利_請 Laid-open 第 59-194393 號、第 63-264692號與第2-15595號;美國專利公告號第4,539,5〇7 號第 4,769,292 號第 4,885,211 號) 進一步,Tang等人能藉由薄層化有機化合物來達成有 機太陽能蓄電池中的能源轉換效率約1%,前述有機化合物 具有不同的載體運輸性質(CuPc做為有機電動傳遞化合物 以及PV做為有機電子傳遞化合物於X參考Tang等人Αρρί. 1333802
Phys. Lett.,48,183(1986))。 更進一步’為獲得高效率有機裝置,就電路而言許多利 用结構如前述之多重疊層結構(習知技術中使用於被電極如 三明治包夾)被依序堆疊及連接已揭示於一些技術文章或是 專利文件中(參照 Appl. Phys. Lett.,80,1667(2002);Chemistry Letters,pp. 327-330(1990);日本專利申請公開號第 11-329748號;日本專利公告號第6,377,492號;日本專利 申請公告號第2003-45676與2003-264〇85號)。 特別是本發明之發明人於日本專利申請公告號第 2003-272860號中揭露一系列兩個或多個有機發光EL單元 的連接形同電路,其係藉著使用電絕緣電荷產生層,該層具 有一電阻(特殊電阻)不小於102ncm。本發明之發明人將 此结果裝置命名為有機MPE (多光子發射)EL裝置,且以 揭露並展示於許多會議或展覽並獲得高評價(參考應用物理 社會協會第49屆,preprint 27p-YL-3, ρ·1308 ;參考應用物 理社會協會第63次會議preprint 27p-YL-12,p. 1165 ; Proceedings of EL2002(發射與發光裝置科技國際會 議)p.539 ; Proceedings of IDMC,03(國際顯示器製造會 議)Fr-21-01,p.413 ; SID03 DIGEST,Vol. XXXIV,Book Π ’ ρ·979 ;平面顯示器技術製造展覽,D-4(2003);以及材料展 示與分佈,EExpress (Nov. 15 ’ 2002)白光發射 ’ IMES Co.,Ltd.
At LCD/PDP International 2002.)此處有機 MPE (多光子發 射)EL裝置簡稱為”MPE”裝置。 電荷產生層係為類似於那些依序將不同種電荷注入層 (用以電子注入以及電洞注入)薄層化的結構,其係沈積於 電極附近(陰極與陽極)並由發明人於本發明中改良。亦即’ 7 1333802 電荷產生層係藉由將含有自由基陰離子分子之有機電子 受(電子傳遞)化合物層及含有自由基陽離子分子之有 子提供(電洞傳替)化合物層依序薄層化製得,該有機電子 接叉化合物層係藉由將電子接受化合物與還原(電子提供)
劑之還原反應製得,前述還原劑係如驗金族金屬例如揭I 於日本專射請公職第1G_道71號(美國專利公土號^ 6,〇13,384號)以及第__1G2175號(抹國專利公告號第 6,589,673號)’前述有機電子提供化合物層係將電子提供 化合物與氧化(電動接受)劑之氧化反應製得,前述氧化劑 係如五氧化二釩(V2〇s)、三氧化鉬(M〇〇3)和三氧化鎢 (WO3)、如下列化學式所示之四氟四氰基對笨醌二甲烷 (F4-TCNQ):
F F
或如下列化學式所示之PNB :
例如揭露於日本專利申請公告號第號(美國 專利公開號第6,423,429號)、第2001_244〇79號(美國專 利公開號第6,589,673號)、第2003-272860號、第 2003-358402號以及專利申請第2004-202266號說明書。參 考文獻:K.L.T. Dao and J· Kido,J. Photopolym. Sci, 8 1333802
Technol.,15, 261(2002)(參考文獻:IDW ’04 Advance Program, p.60, OLED2-4, Novel Mg : Alg3/ W03 Connecting Layer for Tandem White Organic Light Emitting Diode (WOLEDs), C.-C. Chang, S. -W. Hwang, Η. -H. Chen, C. H. Chen,J. -F_ Chen 2004)) 已經證實若將在傳統有機EL裝置被如三明治夾於陰極 與陽極之間之發光單位由前述電荷產生層層疊,每一電流密 度之光發射強度(量子效率或電流效率,以(cd/A)為代表) 加成大約(n+1)倍(η為電荷產生層數目),因為電子與電洞 可以由電子產生層於電壓施加以後分別移動至陽極與陰極 方向,且相互重新結合於多重發光單位,因此光子可以在多 重光發射單位產生。 本案中,既然驅動電壓亦會隨著增加大約(n+1)倍,因 此理論上被認為能源轉換效率無法實質被改善或改變。 然而,由更進一步精確與細節研究發現當有機MPE EL 裝置於最佳狀況下製造時,即使是能量轉換效率之相對應改 善效應的達成變得可能。此處,眾所周知為有機半導體之遷 移率(表示為(cm2 . V·1 · S·1))以不同等級之程度小於無 機半導體,因此其有必要施加一”額外的電壓”至EL裝置以 得到所欲之電流水準。此處所使用之”額外的電壓”係指獲得 在單位時間内放射預期與足夠數量光子所必須之電流密度 之額外需要電壓,例如,除了裝置電壓的2V外,釋放光子 至少需要2eV,而在本案中,可以下列公式表示之:額外電 壓=驅動電壓-2V。因此,一有機EL裝置其發光度只與電流 密度成正比,於高發光度區域之能源轉換效率低於低發光度 區域,其係可由第二十四圖得知。 9 1333802 然而,於相同發光度下比較MPL EL裝置與傳統EL裝 置,MPE裝置顯示所需電流密度約為l/(n+l),其中η為電 荷產生層數目,因此每一光發射單元所耗損之電動勢(電壓) 低於傳統EL裝置所消耗之電動勢。因此總電力能源消耗較 低,即ΜΡΕ裝置之能源轉換效率被改善。第二十四圖顯示 模擬測試,其中傳統EL裝置之光發射單元藉由不同數目之 電荷產生層的層疊使得EL裝置具有2單位(η=1)、5單位(η=4) 或10單位(η=9),且每一裝置之能源轉換效率(lm/W)則以發 光函數確定電力轉換效率如何隨著發光度改變。注意第二十 四圖為假設電流效率(cd/A)確實增加(n+1)倍,且驅動電壓於 相同電流密度下(非相同發光度)確實增加(n+1)倍,其中η 為電荷產生層的數目之模擬結果。第二十四圖中1單位(η=〇) 之虛線表示傳統有機EL裝置,其數據由真實有機EL裝置 而得。 MPE裝置於第二十四圖所顯示之良好功能並非輕易可 得。例如,當(n+1)疊層之MPE裝置達到一電流密度所需之 電壓大於傳統裝置(n=0)所需之電壓的(n+1)倍時即為本案中 不期望,當電荷產生層被插入於光發射單元之間”額外電壓 (△V) ”每一次皆需要,MPE裝置之能源轉換效率較佳隨光 發射單元之疊層數目而降低。 第二十五圖與第二十六圖顯示有兩個光發射單元之有 機MPE EL裝置之能帶圖。不被期望的”額外電壓(Δν) ” 產生於電荷產生層。不需贅述,但若更詳細描述,當施加電 壓時,有機EL裝置之電洞的產生(注入)意即將電子提供 分子(電洞傳遞分子)之HOMO (最高填滿分子執域)的 電子帶走,亦即電洞傳遞分子之自由基陽離子的形成,反之 10 1333802 有機EL裝置之電子產生(注入)亦即將電子注入至電子接 受分子之LUMO(最低未填滿分子軌域),亦即電子傳遞分 子之自由基陰離子形成。 因此,電荷產生層於MPE裝置之角色在於提供電壓時 將電子由光發射單元中之電洞傳遞分子之HOMO中拉出至 該靠近陰極側之電荷產生層,並將電子(由HOMO拉出) 由靠近陽極側之電荷產生層注入另一光發射單元之電子傳 遞分子之LUMO。 因此,”額外電壓(Δν ) ”可以被描述為電子由電荷產 生層(電洞流轉為電子流)之HOMO傳遞至LUMO時的” 能量障礙”。因此,電子由HOMO傳遞至LUMO係指將電 洞流轉換為電子流。 由此而知,前述MPE裝置顯示若能將”額外電壓(Δ V ) ” 降低至接近零導致降低電洞電子轉換層中電子傳遞之能量 障礙大約為零如第二十六圖所示,則可使該MPE裝置有良 好效能。 經由研究與發展之結果,本發明之發明人發現理想的” 電洞流-電子流轉換”被認為可以降低能力至大約為零。特別 是已經發現,若熱還原反應產生層與含有自由基陽離子分子 之電子提供有機化合物薄層可被依序堆疊,則HOMO層級 之電洞流可以被轉換成LUMO層級之電子流而無須任何能 量障礙,其中前述熱還原反應產生層包含具有自由基陰離子 之電子接受有機化合物,該化合物係利用如日本專利申請公 開號第11-233262號以及日本專利申請公開號第 2000-182774號(美國專利公告號第6,396,209號、美國專利 申請公開號第 20030072967 號、EP 0936844B1、EP10 111 55B1 11 1333802 以及 J. Endo, T. Matsumoto and J. Kido, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 4l(20〇2)pp丄800-L803)之熱還原反應製造,而前述電子 提供有機化合物根據詳述於日本專利公告號第11-251067號 (美國專利公告號第6,423,429號)、第2001-244079號以 及第 2003-272860 號(參考 Endo et al.,Jpn. J. Appln. Phys” Vol. 41(2002) L358, 47th Meetings of Japanese Society of Polymer, preprint,Vol.47, No.9, p.1940(1998)與 Leo et al·, Appl. Phys. Lett.,Vol· 78, No· 4 2001)氡化該分子製得。 然而,使用其他方法製造之電子接受有機化合物之自由 基陰離子分子亦可由本發明之發明人揭露之方法產生,該方 法詳述於日本專利申請公開號第10-270171號(美國專利公 告號第6,013,3 84號)與第2001-102175號(美國專利公告號 第 6,589,673 號)以及 J. Kido 與 T. Matsumoto, Appl· Phys. Lett.,73, p.2866(1998),亦即自由基陰離子分子經由電子提 供者(還原摻雜物)例如鹼金屬的直接摻雜,但會伴隨問題 產生,諸如電子提供者(還原劑)以及電子接受者(氧化劑) 之間、電子接受有機化合物以及氧化劑之間、也在電子提供 分子(電洞傳遞分子)與電子提供者(還原劑)之間的非預 期反應的非故意發生’導致電子傳遞的困難。 事實上’發明人經由MPE裝置之研究與實驗發現如果 前述技術(例如,直接摻雜)使用於產生自由基陰離子時,’, 額外電壓(AV) ”無法趨近於零(即在一電流密度之驅動電 壓超過(n+1)倍之相對應傳統裝置(即n=0),其中(n+1)為 MPE裝置所含光發射單元之數目)。 此驅動電壓增加之趨勢於高電流密度或高發光度區域 特別顯著,亦即額外電壓(Δν)具有電流密度呈現正相關。 12 Ϊ333802 具有此非期望之狀態者之MPE裝置之實施例揭露於由本發 明之發明人申請之日本專利中請公開號第湖_45676號^ 第 2003-272860 號。 一 【發明内容】 本發明利用電洞流_電子流轉換層(電洞電子轉換層包 含兩依序疊層,亦即-作為電子傳遞區以及另—層作為電洞 傳遞區)解決習知有機裝置之前述問題,其特殊的優點在各 種有機裝置,例如,不只可應用於有機MpEEL裝置之電荷 ,生層,亦可應用於—串聯有機太陽能電池(為連接兩個或 夕個傳統單太陽能電池結構之目的),且亦適用於一緩衝層 於各種有機裝置之電極形成之時。 s 根據本發明之包含薄層或疊層結構之電洞流-電子 奐層(電洞·電子轉換層)之有機裝置係符合.IL (1) 一一—— . 電子傳遞區(熱還原反應產生層)其中,為產生 電子接文有機化合物之自由基陰離子狀態,一可 有機物質或無機物質之化合物以及—熱還原金_ 由利用沈積而薄層化或混合進而接觸及反應以心 還原產物(例如低功函數金屬),其中前述化合物 f有至少"金屬離子,該金屬離子係、選自具有功函 數不大於4eV之低功函數之金屬之離子(典型 包含鹼金屬離子、鹼土族金屬離子、稀土金屬離子 以及-些過渡金屬離子),前述熱還原金屬(例如. 銘)能,在真空中(例如,於-大氣壓下之真空沈 積槽)還原前述化合物中之金屬離子 金屬’接著由還原產物與鄰近該還原產物;= 13 1333802 文有機化合物之間(例如低功函數金屬)的氧化還 原反應(基於電子的提供與接受)形成電荷移轉複 合物,因此使電子接受化合物成為自由基陰離子狀 態;且 (2) 一電洞傳遞區,其中(a)—有機化合物,其係含有小 於5.7eV之游離能以及電子提供性質(即電洞傳遞 性質)以及(b)—無機或有機物質能夠經氧化還原反 應(基於電子之提供與接受)形成電荷移轉複合物, 與有機化合物經由薄層化或混和而接觸,因此使得 (a)中之電子提供有機化合物成為自由基陽離子狀 態。在此有機裝置中,電洞電子轉換層之應用方法 並不限於此一特殊型態。 根據本發明之一目的係提供一種具有電洞流-電子流轉 換層之有機裝置,其係包含一電子傳遞區與電洞傳遞區之薄 層。電子傳遞區包含電荷轉移化合物,其係由一還原態低功 函數,屬與電子接受有機化合物之間的氧化還原反^所產 生,還原態金屬係經由原位熱還原反應而產生,原位熱還原 反應係將一有機金屬錯化合物或一無機金屬與一熱還原金 屬經過薄層化或以共同沈積法混和接觸而產生,前述有機金 屬錯化合物或無機化合物包含至少一金屬離子,該金屬離子 係選自功函數不大於4eV之低功函數金屬之離子且前述 熱還原金屬能夠在真空中還原有機金屬錯化合物或無1化 合物中之金屬離子成為其相對應之金屬態,且電子傳遞區具 有處於自由基陰離子狀態之電子接受有機化合物。電洞傳^ 區包含一有機化合物與一無機或有機物質,前述有機化合物 八有小於5.7eV之游離能以及電子提供性質,而無機或有機 1333802 物質與前述有機化合物藉著氧化還原反應能夠形成一電荷 轉移錯合物,有機化合物以及無機或有機物質經由薄層化或 混和能夠相互接觸’且電子提供有機化合物處於自由基陽離 子狀態。 本發明之另一目的在於提供一種具有電洞流-電子流轉 換層之有機裝置,其係包含一電子傳遞區及電洞傳遞區之薄 層。電子傳遞區包含一有機金屬錯化合物或無機化合物以及 一熱還原金屬,前述有機金屬錯化合物或無機化合物包含至 少一金屬離子’该金屬離子係選功函數不大於4eV之低功 函數金屬之離子,前述熱還原金屬能夠於真空中經由與有機 金屬錯化合物或無機化合物的薄層化或共同沈積混合還原 前述有機金屬化合物或無機化合物中之金屬離子成為其相 對應之金屬。電荷轉移錯合物經由還原態低功函數金屬與電 子接受有機化合物之間的氧化還原反應形成,還原態金屬係 經由因接觸產生之原位熱還原反應而產生,且電子接受有機 化合物處於一自由基陰離子狀態。電洞傳遞區包含一有機化 合物及一無機或有機物質’前述有機化合物具有小於5 7eV 之游離能以及電子提供性質,前述無機或有機物質藉著與有 機化合物的薄層化或混合而接觸產生氧化還原反應能夠形 成電荷轉移錯合物,且電子提供有機化合物處於自由基陽離 子狀態。 有機金屬錯合物或無機化合物與電子接受有機化合物 較佳為彼此經由薄層化或是混合方式接觸。 在有機金屬錯化合物中與金屬離子配位或鍵結之有機 部分可作為電子接受有機化合物。 有機金屬錯化合物與電子接受有機化合物能較佳係相 15 同。 熱還原金屬較佳包含至少一選自含有铭、錯、妙、鈦與 鎢之群組中之成分。 熱還原金屬較佳包含至少一選自含有鎂、弼、錄 (strontium)、領之驗土族金屬中之成分,而有機金屬錯化合 物或無機化合物中之功函數不大於4.0eV之低功函數金屬 之離子具有一功函數不大於,或非有機化合物係為一驗金屬 離子。 電子提供有機化合物較佳為芳香胺化合物,表達於以下 化學式:
Ar2 A。— n — Ar3 其中ΑΓι、Ar2與Ar3係分別代表一可獨自取代之芳香烴 基。 電子提供有機化合物較佳為顏料形式有機化合物。 電子提供有機化合物較佳為一紫質(Porphyrin)化合物 或其衍生物。 電子提供有機化合物較佳為一喹吖π定酮(Quinacridone) 化合物或其衍生物。 電子提供有機化合物較佳為一陰丹士林(Indanthrene ) 化合物或其衍生物。 電子提供有機化合物較佳係為一玻璃轉化溫度不低於 90°C之芳香胺化合物。 16 1333802 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之無機物質較佳係為金屬氧化物。 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之無機物質較佳係為金屬齒化物。 前述金屬氧化物較佳為五氧化二叙或七氧化二釕或三 氧化鉬與三氧化鎢。 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之有機物質較佳係包含至少一敦原子為取代基。 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之有機物質較佳係包含至少一氰基為取代基。 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之有機物質較佳係包含至少一氟原子以及一氰 基作為取代基。 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之有機物質較佳係包含四氟四氰基對苯醌二甲 烧。 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之有機物質較佳係包含至少一棚原子。 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之有機物質較佳係包含至少一删原子以及一氟 原子。 經由與電子提供有機化合物之氧化還原反應形成電荷 轉移錯合物之有機物質較佳係包含三-β-(五氟萘基)硼烷 (tris-P-(pentafluoronaphthyl)borane )。 一種有機裝置可包含有機電發光裝置。 一種有機裝置可包含有機太陽能蓄電池。 17 一種有機裝置可包含有機場效電晶體結構。 一種有機電發光裝置可包含有機裝置。 種有機太能蓄電可池包含有機裝置。 一種有機場效電晶體結構可包含有機裝置。 根據本發明之又一目的係提供— 之製程’包含下列步驟: 種用以製作有機裝置 提供-原位熱還原反應,該反應係將__有機金屬錯化合 物或-無機化合物與一熱還原金屬藉由薄層化或共同沈積 混合之方式接觸產生,其t前述有機金屬錯化合物或無機化 &物匕含至^金屬離子,s亥金屬離子係選自功函數不大於 之低功函數金屬離子,前述熱還源金屬能夠於真空中還 原前述有機金屬錯化合物或無機化合物中之金屬離子成為 其相對應之金屬態; 提供一利用原位熱還原反應所羞生之還原態低功函數 金屬與一電子接受有機化合物進行_氧化還原反應以形成 一電荷轉移錯合物,因此形成電子傳遞區,其中之電子接受 有機化合物係處於自由基陰離子態; ,'二由薄層化或以共同沈積混合,使一有機化合物與一無 機或有機物質接觸形成電洞傳遞區,其中前述有機化合㈣ 有-小於5.7eV游離能以及-電子提供之性質,前述無機或 有機物質與藉著與電子提供有機化合物之氧化還原反應能 形成一電荷轉移錯合物,電洞傳遞區中之電子提供有機化合 物係處於自由基陽離子態。 【實施方式】 差一實施熊樣 1333802 本發明之第一實施態樣中,利用以下化學式表示之8-經基喧琳(8-quinolinato)之經錯合物(此處稱Liq)
係可為一形成電子傳遞區(熱還原反應產生層)之有機 金屬化合物,前述化合物含有功函數不大於4eV之低功函 數金屬之離子(例如,驗金屬),典型為驗金屬離子、驗土 族金屬離子、稀土金屬離子以及一些過渡金屬離子。 進一步,一有機化合物如利用以下化學式表示之三(8-經基01·1#) (Tris-(8-quinolinolato))之紹錯合物
或一如以下化學式所示之浴銅靈(bathocuproine )(此 處指’’BCP”)
1333802 係被使用為有機電子接受(電子傳遞)化合物。根據本發明 形成電子傳遞區之適當方法,前述有機化合物經共同沈積法 形成混合層,且一適量之典型熱還原金屬鋁藉由真空沈積至 /tD合層上。於真空沈積過程中,由於紹可以還原驗金屬離子 (例如,Liq中的Li+)而產生原位熱還原反應,鋁金屬自然 會轉換成其氧化態,即鋁金屬轉換成含鋁離子化合物。另一 方面,產生於前述熱還原反應之鋰金屬接著經由與鋰金屬產 生處附近之有機電子接受化合物(電子傳遞化合物,例如 Alq)進行氧化還原反應,因此形成電荷轉移錯合物例如 {Li .Alq },此氧化還原反應基於電子的提供與接受可 以下式表示:
Li + Alq-»· Li+ + Alq-( Alq之自由基陰離子狀態) 產生之自由基陰離子可以做為電流之搆帶者(内部電 荷),因此形成熱還原反應產生層,如果與純有機化合物比 較,通常其特徵為展現高透明度以及進一步顯示降低的電 阻,且相較於純有機化合物其導電度增加。因此,導電度增 加可能被誤解為因為在薄層製造過程中金屬例如鋁的加入 所產生。然而,如前述需注意熱還原反應產生層中並無鋁金 屬原子,事實上,只有鋁離子(氧化態)。因此,良好的透 明度可以基於此機制產生。進一步導電度的改善係基於前述 20 1333802 自由基陰離子分子(例如Akf)(參考實施例4與5)。 被使用作為熱還原金屬之銘的用量較佳係與還原驗金 屬化。物中所含之離子成為其對應之金屬所需之數量相 同。如果使用未足量紹,將會無法達成足夠的熱還原反應, 結果不會有機電子接收(傳遞)化合物之自由基陰離子羞 生。另-方面,如果使用過量的紹,不會貢獻於熱還原反應 之金屬紹將不會轉換成氧化態而是維持原狀。因為維持原狀 之金屬鋁會降低沈積層之透明度,因此難以達到預期的效 果。此現象將於實施例4中解釋。 第二實施熊摞 本發明之第二實施態樣中如前述第一實施例,一有機金 屬錯合物、一有機電子接受化合物與一熱還原金屬可被用以 形成電子傳遞區(熱還原反應產生層)。其中前述有機金屬 錯合物含有鹼金屬離子例如Liq其係為含有低功函數金屬 (例如鹼金屬)之有機金屬化合物,前述有機電子接受(傳 遞)化合物例如Alq,前述熱還原金屬例如鋁。此三種化合 物可以同%沈積並混合(三者共同沈積)以形成具有與第一 貫施態樣之結構類似的相同功能之電子傳遞區。於此共同沈 積過程中,當三化合物之沈積速率適當且被精準控制時有 機裝置便可能獲得-具有高透明度且相較於含有還原播雜 物之電子傳遞區有較好(低)的電阻之疊層,該摻雜物由本 發明之發明人揭露於日本專利公開號第1〇27〇171與 2001-102175號(參考實施例5)。當然’因為實際上所有還原 摻雜物典型為鹼金屬,其係具有高反應力在大氣中容易著 火,本發明過程之優點在於可以在裝置製造過程中省略這一 21 1333802 類活化摻雜金屬的仔細處理步驟。 第三實施態樣 本發明之第三實施態樣中,一有機金屬錯合物可被用於 形成電子傳遞區(熱還原反應產生層),前述有機金屬錯合 物含有稀土族金屬離子例如以下化學式表示之銪複合物三 (1,3-苯基I,3-丙二醇)單(4,7-二苯基-1.10-菲囉啉) (tri(l,3-phenyl-1,3-propanedionato)mono(bathophenananthrol ine))(此處以 ”Eu(DBM)3 · BPEHEN”表示):
其中結合子之一為電子接受(傳遞)化合物例如以下化學式 所表示之 4,7-二苯基-1 · 10-菲囉琳(bathophenananthroline) (此處以BPEHEN表示)
化合物Eu(DBM)3 · BPEHEN以及一熱還原金屬例如鋁可同 22 1333802 時沈積且混合(兩者共同沈積)形成功能類似第一與第二實 施例之電子傳遞區。於此共同沈積過程中,當兩化合物之沈 積速率為是當且精準控制時,有機裝置便可能得到一具有高 透明度以及相較於含有還原摻雜物之電子傳遞區有較好 (低)的電阻之疊層,該摻雜物由本發明之發明人揭露於曰 本專利公開號第10_270171與2〇〇1_1〇2175號。該功能係基 於BPEHEN的形成(激發態陰離子)以及Eu的氧化(形成
Eu+或 Eu2+或 Eu3+,Eu 陽離子)。 第四實施態樣 本發明之第四實施態樣中,一有機化合物可用於形成電 子傳遞區(熱還原反應產生層),該有機化合物例如前述之 Liq同時具有鹼金屬離子及電子接受(傳遞)性質。Liq以 及熱還原金屬例如鋁可以適當比例共同沈積與混合(兩者共 同沈積)形成功能類似第一至第三實施態樣之電子傳遞區。 在共同沈積過程當中,假設有些Liq可能處於原來狀態而不 會與鋁熱還原,且他們會經由下式表示之氧化還原反應形成 電荷轉移錯合物{Li+.Liq_丨:
Li + Liq -> Li+ + Liq· ( Liq之自由基陰離子狀態) 當然’如果無機化合物為一含有如前述之低功函數金屬 離子例如鹼金屬離子或稀土金屬離子之化合物,該無機化合 物可以被用於取代有機金屬錯化合物。 在本發明之有機裝置中,如第一至第四實施態樣所述之 電洞傳遞區係形成於電子傳遞區附近。本發明之電洞傳遞區 包含一有機化合物與一無機或有機物質,前述有機化合物具 有小於5.7eV之游離能及電子提供性質,已被廣泛使用於傳 23 統有機EL裝置之電洞注入層或電洞傳遞區,前述無機或有 機物質能夠藉著與有機化合物氧化還原反應形成電荷轉移 錯合物。在電洞傳遞區中,有機化合物與無機或有機物質經 由薄層化或混和能夠相互接觸,且電子提供有機化合物處於 自由基陽離子狀態。 需注意本發明中之有機化合物、金屬及電洞流-電子流 轉換層的形成可使用Vieetech Japan Co.的真空沈積裝置製 成薄層或疊層。進一步,氣相沈積材料沈積速度的控制的控 制以及沈積厚度的控制係使用附於該氣相沈積裝置上具有 石英震盪器之ULVAC”CRTM-8000”厚度監測器。薄層形成 後為確認實際上薄層之厚度係使用Tencor公司型號P10之 尖筆步驟量尺(stylus step meter)。測量有機EL裝置之特性 係使用KEITHLEY型號2400之電源量表以及TOPCON公 司型號BM-8的光度量測表。吸收光譜則得自市售之 Perkinlermer 公司的’’Lambda 19”。 本發明將進一步根據此處實施例描述。然而需注意本發 明並不限於這些實施例。 實施例1 本實施例意圖解釋根據本發明之有機EL裝置之一實施 例中其本發明之電洞流-電子流轉換層鄰近於陰極,而與陰 極接觸為電洞傳遞層。 如第一圖所示,一玻璃基板10,其上有具圖案之ITO (氧 化銦錫)陽極11,於陽極11上真空沈積以下化學式所示之 4,4’-二 (N-(2-萘酚)N-苯基胺)二苯基 4,4,-bi(N-(2-naphtyl)-N-phenyl-amino)biphenyl (此處係 指’’α-NPD” 或”NPB”) 24
1333802 厚度約60〇A以形成電洞傳遞層12 ’接著沈積Alq約600A 形成一光發射層13。 因此,前述Alq以及Liq(含低功函數金屬離子之化合物) 以莫耳分率1:1共同沈積厚度5〇λ形成疊層14。接著,以
鋁做為熱還原金屬沈積厚度約15人形成疊層15。之後a_NPD 與五氧化二釩V2〇5以莫耳分率1:1沈積厚度1〇〇人形成疊層 16(電洞傳遞層)。最後,將鋁沈積厚度約1〇〇〇人形成陰 極電極17。結果有機EL裝置210之結構可簡單表示如下: ITO / a-NPD(60〇A) / Alq(60〇A / Alq:Liq(l :l)(5〇A) / A1(15A) /V205 : a-NPD(l:l)(l〇〇 A)/A1 (第一圖)。需注意此一簡 述系統將應用於此裝置後續之解釋中。 有機EL裝置210中’ —DC電壓施加於作為透明陽 極電極層之ITO以及作為陰極電極層之鋁之間獲得呈現 其測里之特徵結果之第三圖。根據第三圖,圓形(〇)點 狀標示顯示該裝置的電壓(v)-電流密度(mA/cm2)_發光 度(cd/m2)特徵曲.線圖第二圖所顯示之裝置運作,疊層 14與15可視為電子傳遞層(熱還原反應產生層)18,: 疊層16與18可視為一電洞流-電子流轉換層19。 比較實施例1 重複貫化例1之過程以作為比較,作為本發明之電子 25 1333802 傳遞層之熱還原反應產生層18由實施例1令省略,實施 例1中之疊層14之Liq以疊層104中之金屬鋰取代如第 四圖所表示。結果有機EL裝置300如下所示: ITO / a-NPD(60〇A) / Alq(60〇A) / Alq:Li(l: 1)(5〇Α) / Α1(15λ) / V205 : a-NPD (1:1)(100 A) / Α1 (第四圖) 該裝置300之特徵結果以圓形(·)點狀標示於第三 圖。 實施例2
重複實施例1之過程以作為比較,實施例1中之疊層 14之Liq以如以下化學式所示之單(2,2,6,6-四曱基 -3,5--heptanedionato ) (mono(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato))之物 4匕合 物(此處以Rb(dpm)表示)取代
c(ch3)3 c(ch3)3 而成疊層24,形成之有機EL裝置220具有以下結構:ITO / a-NPD(60〇A) / Alq(60〇A) / Alq:Rb(dpm)(l :1)(5〇Α) / Α1(15λ) /V205 : a-NPD (1:1)(100 A)/A1 (第五圖)。該裝置 220 之 特徵結果以三角形(▼)點狀標示於第三圖。 · 實施例3 重複實施例1之過程作為比較,實施例1中之疊層14 之Liq以無機鹼金屬化合物:氟化鋰(LiF)代替而成疊層 26 1333802 34 ’形成之有機EL裝置230具有以下結構:IT〇 / a-NPD(60〇A) / Alq(60〇A) / Alq:LiF(l: 1 )(5〇Λ) / Α1(15λ) / V2〇5: a-NPD (1:1)(ι00 Α)/Α1(第六圖)。如第六圖所示, 有機EL裝置230,電子接受化合物Alq (疊層13)以及絵: 金屬化合物LiF(疊層34)經由薄層化接觸,而非經由混合 (共同沈積法)。有機EL裝置230之測量特徵結果以三角 形(△)點狀標不於第三圖。 畫實施例1(傳統有機EL裝詈之眚施你η 重複實施例1之過程於作為比較,實施例丨中之疊層 14至16省略之,而以具有Aiq:Li(1:1)之疊層U4取代之 形成一有機EL裝置310如下所示: ITO / a-NPD(60〇A) / Alq(60〇A) / Alq:Li(l:l)(5〇入)/ A1 (第 五圖) 該裝置310所量測之特徵結果以(♦)點狀標示於第 三圖。 比較實施例1至3以及比較實施例丨與參考實施例 1,可以確認本發明具有電洞流_電子流轉換層之有機EL 裝置相較於傳統有機EL裝置可以展露其功能,且可以相 較於傳統有機EL裝置之較低電壓運作。進_步,可以確 認的是如果電洞流-電子流轉換層中具有一還原摻雜物例 如鹼金族金屬,可形成一能量障礙於轉換層内,因此獲得 相同電流密度或相同發光度所需之電壓相較於本發^之 前述實施例為高。 實施例4 27 1333802 實施例4之目的在於進行實驗以確認熱還原金屬之角 色以及決定相同金屬之最佳沈積量(或相對應最佳沈積厚 度)。實施例1中之有機EL裝置係使用標準結構而且作為 熱逛原金屬之紹之沈積會隨者不同特性導致不同的沈 積量。亦即,有機EL裝置具有結構如下: ITO / a-NPD(60〇A) / Alq(60〇A) / Alq:Liq(l :1)(5〇Α) / Α](χΑ) / V2〇5 : a-NPD (1:1)(100 A) / A卜並具有不同厚度(xa)的 鋁層15。 本結果顯示於第八圖與第九圖,其中第八圖顯示特徵 曲線電壓(V)-電流密度(mA/cm2)-發光度(cd/m2),而第 九圖顯示電流密度(mA/cm2)-電流效率(C£j/a)之特徵曲 線。於此結果,三角形(▼)點狀標示代表有機裝置中χ = 〇Α時的結果(未沈積鋁)’而(♦)點狀標示為χ = 3人, (X)點狀標示為X = 10 A,圓形(〇)點狀標示顯示為x =15 A ’三角形(△)點狀標示顯示為χ = 20 Α。 由剛述結果可知如果熱還原金屬之沈積量低於適當 I (對照x = 〇A與X = 3 A的實驗)無法觀察到光發射。 此乃因在熱還原反應產生層中無電子接收有機化合物無 之自由基陰離子分子被生成,因此無電子被注入到光發射 層。因此,這些實驗所觀察到的電流只有電洞流,且此證 明了啟動電壓約2.2V時則無扭結(kink)現象,而若光 線可以由裝置產生時,在啟動電壓時可以清楚觀察到扭結 (如第八圖所示)。 此外,由本實驗範圍之第八圖與第九圖中可得知,如 果鋁之沈積量符合相對應的疊層厚度15人,發光度與效率 可以被改善到最佳水準。更進一步顯示,如果紹之沈積量 28 1333802 增加超出15 A時’仍存有金屬鋁無法參與熱還原反應(無 法轉換成氧化態),則會導致有機EL裝置特性的劣化。 貫施例5 本實施例之目的在於解釋含有低功函數金屬離子之 化合物、電子接受有機化合物以及熱還原金屬共同沈積 (二者共同沈積)於有機EL裝置上以產生良好透光度以 及良好(低)導電度之一實施例。在準備好每一具有圖案 的鋁層之玻璃基板與決定吸光度之石英基板後,疊層的形 成係一同利用利用後續步驟之氣相沈積。 如第十圖所示,一玻璃基板50上具有圖案的鋁層(鋁 電極)51,將Liq、Alq與A1共沈積形成疊層52,Liq係 做為含有低功函數金屬離子之有機金屬錯化合物,Alq係 做為電子接受有機化合物,而鋁係為熱還原金屬,Liq : Alq: A1以沈積速度比例分別為1人/s(Liq) : 3 A/s(Alq) : 0.3 A/s(ai),接著形成一鋁電極53,製得測試裝置25〇,其係 具有結構:玻璃/鋁/ Liq:Alq:Al / A1 (第十圖)。 用以比較之EL裝置其產生方法如下。 刚述過程重複如前述並顯示於第十一圖,疊層52被 省略,並以直接混合作為鹼金屬之鋰及電子接受化合物 (Alq)之疊層54取代。測試裝置251之結果結構如下:玻 璃/AI/A1q:Li(莫耳分率1 : 1)/Αι (第十一圖)。 、前述過程重複如前述顯示於第十二圖,疊層52被省 略並以單獨含有Alq之疊層55取代。測試裝置252之結 果結構如下:玻璃/A1 / Alq /A1 (第十二圖)。 第十五圖結果顯示測量每一測試裝置25〇以及用來比 較之有機EL裝置251與252之電場(v/cm)i流密度 29 (A/cm2)特徵曲線。 如第十五圖所示,可知之結構:玻璃/鋁/[ί(}:Α|[£ΐ:Α1 / A1 (第十圖)測試裝置以及具有結構:玻璃/ Α1/ =lq.Li(莫耳分率丨:丨)/ Α1 (第十一圖)之測試裝置皆有 實質相同特徵且顯示-電阻約心咖。這些結果顯示叫 中的鐘離子經由銘沈積之熱還原反應成輕金屬,且熱還 原反應所產生之鋰金屬經由電子接受有機化合物(Alq)產 生電子+ 之提供與接受,即氧化還原反應形成電荷轉移錯合 物(Li+ + Alq_ ’ Alq之自由基陰離子)。 為製造一測試裝置以決定吸光度,如第十三圖所示, 一石英基板56利用Liq,Alq以及A1以沈積速率比Liq : Alq: AW A/ S(Liq) : 3A/ s(Alq) : 〇 3 A/ s(A1)共同沈積形 成疊層52。結果測試裝置255具有石英基板/ uq :琳ai ^結構(第十三® )。$冑造此較測試裝置,前述過程如 前述重複,如第十四圖所示,一石英基板56利用Liq以 及Alq共同沈積而不與熱還原金屬八丨混合形成一疊層 57 ’以此製得具有結構為石英基板/Liq:Alq (第十四圖) 之比較測試裝置256。 結果如第十六圖所示,其係顯示測量具有ι〇〇〇Αι^: Alq. A1疊層52之測試裝置255以及具有ι〇〇〇Α叫:蝴 疊層57之用來比較之有機EL裝置256之波長(nm)-穿透 率(/6 )特徵曲線。根據第十六圖可知在相同疊層厚度 1_A時’由本發明之電子傳遞層Liq: Aiq: A1組成之混 β層52·相n、由有機化合物⑴q :蝴)構成疊層 展現-顯著增加之透明度。進_步此處需注意本應用之 發明人已於則述文獻Appl_ Phys. Lett·,Vol. 30 1333802 73,p.2866(1998)發表一系列觀察鋰金屬摻雜疊層之不同 吸收光譜。相較於本文第十七圖結果之觀察,根據本發明 具有結構為:石英基板/ Liq: Alq: A1 (第十三圖)之測試裝 置以及具有結構為石英基板/Liq:Alq (第十四圖)之比較 測試裝置,其吸收光譜有一改變。更進一步,本例中之測 試裝置可知金屬鋁於疊層52形成時加入可改善透明度。 因此,本發明中電荷轉移錯合物會由前述熱還原反應以及 後續之氧化還原反應產生。 實施例6 本實施例描述本發明有機裝置應用於形成一抗反射 層。 化學式表示如下之銅敌菁(copper phthalocyanine此處指 CuPc):
以及顏料°奎°丫咬酮(Quinacridone)為有色之顏料且眾所周知 具有電洞傳遞能力,因為其於可見光光譜區域中之紅光區域 與藍光區域具有相對強之吸收,可被用於結合本發明之”電 洞流-電子流轉換層”形成抗反射層,藉以提供具有高對比率 之有機EL裝置。 如第十八圖所示,一玻璃基板60上沈積一 ITO層61, 31 ot-NPD層62以及紅光發射層63(DCJTB:Alq)依序形成有機 EL裝置結構。之後,由Alq:Liq(l:l)組成之疊層64、由鋁 組成之疊層65以及由V205:CuPc組成之疊層66沈積,依此 順序製得之有機EL裝置可形成電洞流-電子流轉換層,其上 再進一步沈積CuPc疊層67。進一步,一 CuPc : V2〇5之疊 層68以及一鋁疊層(陰極)69以此順序沈積於CuPc疊層 67上。製得之有機EL裝置260具有結構:ITO / α-NPD / DCJTB : Alq / Alq:Liq(l: 1)(5〇Α) / Al(15 A) / V205:CuPc / A1 (第十八圖)。 根據本實施例所描述之方法,可以製得具有高對比率之 有機EL裝置260,因為由DCJTB:Alq所組成之發光層63 所產生之紅光的一部分在將光線傳遞至鋁電極69時,可以 藉由控制疊層(CuPc/V205:CuPc)之厚度而被吸收。 此外,當使用之顏料具有電洞傳遞性質以及於特殊波長 區域具有光吸收能力,例如發表於”39th lecture meeting Associate of Society of Applied Physics, preprint 28p-Q-9, p.l036(1992)”的n查°丫 °定酮(Quinacridone)化合物或其衍生物 或是發表於日本專利申請公開號第2000-58267號之陰丹士 林(Indanthrene )化合物時,當這一類顏料使用於本發明裝 置結構時適合單獨使用或藉由薄層化或混合,以形成與光反 射陰極接觸之電洞流層(電洞傳遞層)接觸光線反射陰極。 由於實質上這一類顏料種類之所有有機分子具有電洞 傳遞特質,由於傳統有機EL裝置(不具有電洞流-電子流轉 換層)中之電子傳遞物質不可避免地與陰極接觸,所以其並 不當然地被使用。 實施例7 32 1333802 實施例7描述本發明之有機裝置應用於高能量粒子層 的形成程序中形成損害減少層。 在有機EL裝置領域中已知高能量粒子沈積法例如電子 東沈積或是濺鍍沈積可以被使用於形成陰極。進一步發明人 揭露於日本專利申請公開號第2002-332567號(日本專利申 請號第2001-1426729號),如果前述金屬摻雜層被使用作為 電子注入層(接觸陰極),即使當使用具有高功函數之ITO 作為電子發射陰極,電子可被輕易地由一有機EL裝置之陰 極注入。該方法中所使用之濺鍍裝置JPP’729可避免濺鍍時 對有機層所造成之損害,然而,有機層仍會發現一些損害。 進一步,日本專利申請公開號第2000-58265與 2000-68063號教示一形成銅酞菁(CuPc)層作為光發射層上 進行濺鍍程序之緩衝層之概念。於這些JPPs中,其揭露當 驗金屬例如裡沈積於CuPc薄層上時,裡金屬會渗透進入 CuPc層往光發射層方向穿越,這一類例子的結果中CuPc 可以作為電子傳遞分子(而非做為電洞傳遞分子)。 然而,既然CuPc自然之特性為電洞傳遞分子,當CuPc 如前述被使用於形成電子傳遞層,因此會產生加速有機裝置 劣化之問題。 另一方面,如果本發明之電洞流-電子流轉換層被使用 於形成有機裝置,CuPc於高能量粒子沈積例如使用濺射法 時被使用作為缓衝層可如同以往所使用的功能般被當作電 洞傳遞層,亦即CuPc可展現其原本的性質。例如,如第十 九圖所示,玻璃基板70可依序沈積ITO層71,α-NPD層 72,Alq 層 73,Alq:Liq(l:l)疊層 74,鋁層 75,V205:CuPc 疊層76, CuPc層以及鋁、ITO或其他材質之陰極電極78 33 形成有機EL裝置270,其係具有以下結構: ITO / α-NPD / Alq / Alq:Liq(l: 1)(5〇Α) / Al, 15A / V205:CuPc / CuPc /陰極(鋁,ITO等)(第十九圖)。 如第二十圖所示,第十九圖之有機裝置CuPc層77可 選擇性地以CuPc層77與V205:CuPc疊層79之組合替代之 形成有機裝置271,其係具有結構ITO / a-NPD / Alq / Alq:Liq (1:1) (5〇A) / Al, 15A / V205:CuPc / CuPc/ V205:CuPc /陰極(鋁,ITO等)(第二十圖)。 產生之有機EL裝置270,271中,作為電洞傳遞層之原 始功能以及做為損害減少層以避免因為高能量粒子造成之 損害可同時達成。 實施例8 實施例8描述本發明之有機裝置應用於形成有機太陽 能電池。 有機太陽能電池具有類似於有機EL裝置之結構,特別 是,眾所周知雙層形式之有機太陽能電池在光發射時可於電 洞傳遞分子以及電子傳遞分子之交界面產生電荷。 例如,有機太陽能電池之典型例子係描述於下述參考文 獻: 1) Appl. Phys. Lett., 48 183(1986) 2) Chemistry Letters, pp.327-330(1990) 3) Appl. Phys. Lett., 76 2650(2000) 4) Appl. Phys. Lett., 79 126(2001) 5) App. Phys. Lett., 80, 1667(2002) 特別是參考文獻2與5描述之電池結構,其中一複數(兩 個或更多)之薄層(電荷產生單元)通常以三明治方式夾於 34 1333802 市售有機太陽能電池兩電極間。例如,參考文獻5描述太陽 能電池之結構為:ITO/CuPc/PTCBI/Ag/CuPc/PTCBI/Ag 中, 使用銀(Ag )可顯著減少5A厚度,其中兩電荷產生層 (CuPc/PTCBI)係串連。 本發明之電洞流電子·電流轉換層可用以取代前述太陽 能電池之明顯薄銀層。亦即,根據本發明,可提供一太陽能 電池具有以下結構:ITO/CuPc/PTCBI/PTCBI : Rb(DPM): A1共同沈積層/ V205:CuPc共同沈積層/CuPc/PTCBI/Ag。此 疊層相較於單純有機層具有高透明度且可展露低電阻。進一 步,因為兩電荷產生單位可以串連之,電池之開放電路電壓 可以增加約兩倍。前述’’PTCBI : Rb(DPM): A1共同沈積層/ V2〇5:CuPc共同沈積層”之結構可以作為本發明之電洞流-電 子流轉換層。 選擇性地,兩個或更多電荷產生單位可以藉由提供傳統 結構與已知電荷產生單元而串連而無須改變。例如在”ιτ〇/ 有機電子提供(電洞傳遞)結構例如芳香胺化合物:v2o5 或F4-TCNQ或PNB或其他/CuPc/PTCBI/由有機電子接受 (傳遞)化合物構成之熱還原反應產生層:含低功函數金屬 離子之化合物:熱還原金屬/有機化合物例如芳香胺化合 物:共同沈積層V205或F4-TCNQ或PNB或其他 /CuPc/PTCBI/由有機電子接受(傳遞)化合物構成之熱還原 反應產生層:含低功函數金屬離子之化合物:熱還原金屬” 中的結構。前述裝置結構,芳香胺化合物可以下式表示:
Ar2
Ar 丄——n -Ar^ 35 1333802 其中An、Ar2與Ar3係分別代表一可被獨自取代之芳香 烴基。 電荷產生單元之本身結構並非本發明之一部分,因此已 知結構或新穎合適的電荷產生單位可能適合被使用替代。進 一步’可注意日本專利申請公開號第2003-264085號揭露該 裝置具有結構:ITO/ CuPc/PV/ CuPc:PV共同沈積層 /CuPc/PV/Au其係類似本發明結構,其係使用參考實施例一 之電荷產生單位之結構。由jpp,〇85之描述可知前述結構之 裝置可增加開放電流電壓至兩倍,然而發明人於本應用之研 究顯示這一類開放電流增加無法由前述述有機結構而得,而 且實際上本裝置所產生之電壓較低於只含有一電荷產生單 元之有機裝置。 可以相信的是前述之JPP’〇85係為錯誤描述,因為其對 於一現象之不同功能兩者間之區隔有所錯誤期待,例如:,, 光發射之電荷產生功能”以及”導電度的產生(由電荷轉移錯 合物的形成)”便會發生,即使使用相同材料的結合,如果 不同實施態樣應用於疊層之形成,例如薄層結構(CuPc/PC) 與混合層結構(共同沈積疊層CuPc:PV)。然而實際上,預 期功能在缺乏本發明所擁有之電洞流-電子流轉換層無法被 獲得。 實施例9 實施例9描述本發明之有機結構應用於有機EL電晶 體。 有機EL電晶體具有經度FET(場效電晶體)結構,稱之為 SIT(靜電感應晶體管)亦為眾》所周知(參考47th lecture meeting, Associate of Society of Applied Physics and others, 36 1333802 preprint 30a-H2, ρ.1297 與 63rd lecture meeting Associate of Society of Applied Physics and others, Preprint 29p-ZH-15, p.1161 ) 此有機EL電晶體之一粒子包含第二--圖之有機裝置 320,其中有機EL裝置320包含基板90其上依序為透明電 極(源頭)91、電洞射入層92、電洞傳遞層93、一光發射 層94以及陰極(流出)95以及埋於孔隙狀閘電極(gate electrode)(G)96之電洞傳遞層93。光發射門檻電壓(threshold voltage)以及光發射強度可由施加於閘電極之可變電壓所控 制。然而’如第二Η * —圖所示,光線前進會被阻礙且閘電極 之孔隙間距離無法被輕易最佳化。 相對於此,根據本發明,藉由本發明之電洞流_電子流 轉換層可能達成一新穎之有機裝置結構而習知技術中有機 EL電晶體結構所無法達成。例如,如第二十二圖所示,電 洞傳遞層97沈積為接觸陰極95之薄層。於所顯示裝置結 構’電洞傳遞層98由例如V2〇5 (電子接受化合物)以及 NPB(電子提供有機化合物)組成,且可以製作於陰極%與電 洞傳遞層97,以及構成本發明之電洞流-電子流轉換層12〇 中之由電洞傳遞層99與電子傳遞層1〇〇之間,前述電洞流_ 電子流轉換層120係位於光發射層94與電洞傳遞層97間。 在蝻述結構之有機EL電晶體290中,孔隙狀閘電極90埋 於電洞傳遞層97可獲得電晶體特性而無須修改習知技術中 有機EL裝置區域之結構。 選擇性地’例如,電子傳遞層121可放置於如第二十三 圖所不接觸陽極91之疊層。其中所示之有機裝置結構,電 子傳遞區域122可形成於陽極91與電子傳遞層12丨,以及 37 "且成本發明電洞流·電子流轉換層120之電洞傳遞層99及電 子傳遞層1 〇〇之間,前述電洞傳遞層99與電子傳遞層】〇〇 係構成電洞-電子流轉換層12〇,前述電洞-電子流12〇係形 成於電子傳遞層121與電洞傳遞層93之間。進一步,電子 發射層123產生於透明電極%以及光發射層94之間。如有 機EL電晶體291之圖示結構,孔隙狀閘電極%埋於電子 傳遞層m以獲得電晶體特性而無須修改習知技術令有機 EL裝置區域之結構。當然,亦有可能沈積電洞傳遞層作為 與接觸陰極之疊層,沈積電子傳遞層作為與接觸陽極之疊 層且同埋下閘電極於電洞傳遞層以及電子傳遞層,藉此 能夠得到一習知有機裝置無法達成之性質。 根據本發明,傳統有機裝置之缺點可藉由使用一電洞流 -電子流轉換層而被克服,該疊層係依序由兩疊層疊合之, ^中-層做為電子傳遞層而另一層作為電洞傳遞層,在廣泛 多樣的有機裝置皆一致使用電洞電子轉換層及其特殊優 點例如,藉由應用電洞電子轉換層至有機MpE EL裝置之 電荷產生層以及使電洞電子轉換層作為傳統有機太陽能電 池之連接層以串連兩個或更多電池,並於一般使用的有機裝 置其電極形成過程中使用電洞電子轉換層作為缓衝層。 ^發明之有機裝置可展現一良好透明度,因為所使用之熱 运原反應產生層(電子傳遞層)並不含有純為金屬原子, 亦即所含有之鋁為金屬離子態(氧化態)。 進一步,本發明之有機裝置可提供一生產上的優點,因 為在有機裝置產生過程中不需仔細處理還原摻雜物。需注意 大致上所有傳統上所使用之還原摻雜物典型為鹼金屬,其係 為尚活性且容易在大氣空氣中著火。 38 1333802 更進一步,根據本發明,有機裝置含有相較於本應用之 發明人揭露於日本專利申請公開號第1〇 27〇〗71與 2001-102175號之含還原摻雜物之電子傳遞層更高透明度以 及良好(低)電阻之薄層成為可能。 在熱還原反應產生層(電子傳遞層)中,既然孰還原金 屬例如銘錢等並非以金屬原子存在但以離子態(氧化態) 存在,這些金屬的使用可增加前述疊層之透明度。 本發明中所述之貫施例只要此修改於本發明專利範圍 ^精神與領域之内可讀明顯改變。此處所敘述之所有内容 月.··具表達,並非用於限制本發明之專利範圍。 39 【圖式簡單說明】 第一圖係顯不根據本發明之實施例1之有機EL裝置之 結構剖面圖。 第一圖係顯不根據本發明之實施例1之有機EL裝置運 作剖面圖。 第二圖係顯示實施例1-3、比較實施例1以及參考實施 例1裝置之驅動電壓⑺_電流密度(mA/cm2)發光度(cd/m2) 之特徵曲線圖。 第四圖係顚示根據本發明之比較實施例之有機EL裝置 結構剖面圖。 第五圖係顯示根據本發明之實施例2之有機EL·裝置結 構剖面圖。 第六圖係顯示根據本發明之實施例3之有機裝置結 構剖面圖。 第七圖係顯示根據本發明之參考實施例1之有機EL裝 置結構剖面圖。 第八圖係顯示以本發明之實施例丨之有機裝置為標 準結構,隨著|呂層厚度χ(人)變化之驅動電壓(V)·電流密度 (mA/cm2)·發光度(cd/m2)之特徵曲線圖β 第九圓係顯示以本發明之實施例丨之有機EL裝置為標 準結構,隨著鋁層厚度x(A)變化之電流密度(mA/cm2)_電流 效率(cd/A)之特徵曲線圖。 第十圖係顯示根據本發明之實施例5之有機el裝置結 構剖面圖。 第十一圖係顯示一有機EL裝置與本發明之實施例5之 有機EL裝置結構做剖面比較圖。 1333802 第十二圖係顯示另一有機仙裝置與本發明之實施例土 之有機EL裝置結構做剖面比較圖。 第十三圖係顯示用於測量吸光值之測試裝置剖面圖。 第十四圖係顯示一比較測試裝置之結構剖面圖。 第十五圖係顯示根據本發明之實施例5之有機E]L裝置 以及比較裝置之電場(V/em)_電流密度(A/em2)之特徵曲線 圖。 第十六圖係顯示用以決定吸光度之測試裝置與比較測 試裝置之波長(nm)_透光度(% )特徵曲線圖。 第十七圖係顯示用以決定吸光度之測試裝置與比較測 試裝置之波長(nm)_吸光度的特徵曲線圖。 第十八圖係顯示根據本發明之實施例6之有機EL裝置 結構剖面圖。 第十九圖係顯示根據本發明之實施例7之有機裝置 結構剖面圖。 第二十圖係顯示根據本發明之實施例7之有機EL裝置 結構刳面圖。 第二十一圖係顯示習知有機E]L裝置具有FET結構之剖 面圖。 第二十二圖係顯示根據本發明之實施例9有機EL裝置 具有FET結構之剖面圖。 第二十三圖係顯示根據本發明之實施例9有機EL裝置 具有FET結構之剖面圖。 第二十四圖係顯示當傳統有機El裝置結構層疊,經由 電何產生層於2單位(η=ι),5單位(n==4)或10單位(n=9), 不同電源效率(lm/W)具有不同發光度之同步測試之結 1333802 果,其中η為電荷產生層所使用的數目。 第二十五圖係有機MPE EL裝置之能帶圖,具有兩個發 射單元,具有V1+V2+AV之驅動電壓,且忽視陰極與陽極 之間的發射障礙; 第二十六圖係有機MPE EL裝置之能帶圖,具有兩個發 射單元,具有具有V1+V2之驅動電壓,且忽視陰極與陽極 之間的發射障礙。 【主要元件符號對照說明】 10 玻璃基板 11 陰極 12 電洞傳遞層 13 光發射層 14 疊層 15 鋁層 16 疊層 17 陰極電極 18 熱還原反應產生層 19 電洞流-電子流轉換層 24 疊層 34 疊層 50 玻璃基板 51 鋁層 52 疊層 53 鋁電極 54 含電子接受化合物(Alq)之疊層 42 石英基板 具有1000人Liq: Alq疊層 玻璃基板 ITO層 α-NPD 層 紅光發射層
Alq:Liq( 1:1)組成之疊層 V205:CuPc組成之疊層 CuPc疊層 CuPc : V205 疊層 紹疊層(陰極) 玻璃基板 ITO層 a-NPD 層 Alq層
Alq:Liq(l: 1)疊層 鋁層 V2〇5:CuPc 疊層 CuPc 層 陰極電極 V205:CuPc 疊層 透明電極(陽極) 電洞射入層 電洞傳遞層 光發射層 陰極 43 1333802 96 孔隙狀閘電極 97 電洞傳遞層 98 電洞傳遞層 99 電洞傳遞層區域 100 電子傳遞層 114疊層 120 電洞流電子流轉換層 121 電子傳遞層 122 電子傳遞區域 123 電子發射層 210有機EL裝置 220有機EL裝置 230有機EL裝置 250測試裝置 251測試裝置 252測試裝置 255測試裝置 256結果比較測試裝置 260結果有機EL裝置 270有機EL裝置 271有機EL裝置 290 有機EL電晶體 291 有機EL電晶體 300有機EL裝置 310有機EL裝置 44

Claims (1)

1333802 <年%啡修(更)正替換頁 1. 一種有機裝置,其係具有一電洞流_電子流轉換層,該轉 換層包含一具有電子傳遞區以及一電洞傳遞區之薄層; 前述電子傳遞區包含一電荷傳遞錯合物,該錯合物 係由Li以及Alq之間的氧化還原反應所形成,前述Li 係由一原位熱還原反應產生,該原位熱還原反應係藉由 將A1沉積於一 Uq和Alq以約莫耳分率為1 : i共同沉 積的混合層上而產生;且該A1q處於自由基陰離子態; 及 〜 月il述電洞傳遞區包括以約莫耳分率丨:1共同沉積於 前述電子傳遞區之陰極側的a_NPD及五氧化二釩,且該 a-NPD係處於自由基陽離子態。 2. 一種有機裝置,其係具有一電洞流_電子流轉換層,該轉 換層包含一具有電子傳遞區以及一電洞傳遞區之層疊; 刖述電子傳遞區包含一電荷移轉錯合物係經由Li 及Alq之間之一氧化還原反應形成,前述u係藉由將 A1與Liq和Alq沉積而造成之一原位熱還原反應所產 生,且該Alq係處於自由基陰離子狀態;以及 其中前述電洞傳遞區包括以約莫耳分率丨:丨共同沉 積於前述電子傳遞區之陰極側的a_NpD及五氧化二釩, 且該a-NPD係處於自由基陽離子狀態。 3·如:請專利範圍第2項所述之有機裝置,其中前述Liq 月〗述Alq彼此係經共同沉積混合而相互接觸。 4·如申請專利範圍第丨項所述之有機裝置,其係進一步包 含一有機電發光裝置。 5· ”請專利範圍第丨項所述之有機裝置,其係進一步包 45 C(〔丨年9月2·丨日i|·(.更)王替换頁 3 一有機太陽能蓄電池。 6.
,其係進一步包 請專利範圍第i 如申請專㈣請第1項所述之有機裝置 含一有機場效電晶體結構。 一種有機電發光裝置,其係包含一如申 項之有機裝置。 8.—種有機太陽能蓄電池 1項之有機裝置。 其係包含一如申請專利範圍第 9·—種有機場效電晶體結構 第1項之有機裝置。 其係包含一如申請專利範圍 種曰用以製造—有機裝置之製程,包含以下步驟: 提供一原位熱還原反應,該反應係將1 薄層化或㈣沈積混合之方式賴產生;I 猎由 —提供一利用原位熱還原反應所產生之以與八一進行 :氧化還原反應以形成一電荷轉移錯合物,藉此形成一 电子傳遞區,其中Alq係處於自由基陰離子態;及 、‘二由薄層化或以共同沈積混合,使α-NPD與五氧化 銳"夂氧化還原反應而形成一鄰近前述電子傳遞區的 電洞傳遞區,且前述電洞傳遞層中之a-NPD係處於自由 基陽離子態。 46 1333802「_____________________________ 旳年q,:彳2丨pg (泛)正本 ΓΟ 〇
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1333802 電流密度(mA/cm2) Ο αι-ο 硇陶(<) —L —L —X »jL ^ 〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇 ii〇>yiic>rb-^0_kroc?
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