TWI388056B - 有機電致發光元件 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種有機電致發光元件。
目前，具有重量輕和高效率的顯示器，例如液晶顯示器，已經被廣泛的發展。然而，液晶顯示器仍有許多的問題，例如視角不夠廣、應答時間不夠快而無法使用在高速的動畫中以及需要背光板以致更耗電等等。
而近年來新發展出的平面顯示器技術，即有機電致發光顯示器，則可以解決上述的問題。相較於其他平面顯示技術，有機電致發光顯示器具有自發光、無視角依存、省電、製程簡易、低成本、操作溫度範圍大、高應答速度以及全彩化等優點，因此可望成為新一代平面顯示器的主流。
有機電致發光顯示器係一種利用有機發光材料自發光的特性，以達到顯示效果的顯示元件，其主要是由一對電極以及一有機發光層所構成，其中有機發光層包含有機發光材料。當電流通過陽極與金屬陰極間，使電子與電洞在發光材料內結合而產生激子時，高能量的激子將其能量轉換成光而產生顯示效果。
而有機高分子發光元件中，為了得到較佳的元件發光效率，有機發光層通常使用兩種材料以上混合而成，例如高分子與小分子。當有機發光層的多種材料之間產生相分離的現象時，高分子元件的發光效率會大幅降低。詳細而
言，當高分子與小分子之間混合效果不佳時，將導致高分子與小分子之間無法形成有效率的能量轉移。另一方面，當有機發光層的組成材料之間發生相分離時，會使整個主動層表面型貌不均勻，造成漏電，致使元件的發光效率下降。
另一方面，在習知的陰極層材料中，通常使用氟化銫/鋁(CsF/Al)所構成的疊層電極來作為陰極層。由於有機電致發光元件的發光效率對於陰極材料中氟化銫層的厚度變化相當敏感，例如當氟化銫太薄或者是太厚都會使得整體元件的表現大幅變差，使得有機電致發光元件的製程控制不易，氟化銫層在製程上些許的厚度變異皆會使得有機電致發光元件的良率下降以及再現性不佳。
因此，對於有機電致發光元件而言，除了考慮其在亮度與發光效率的表現上以外，在製作上亦需一併考量製程控制的難易性以及成本考量，因此如何在提升有機電致發光元件亮度與發光效率的同時，增加有機電致發光元件的量產性以維持產品的良率與再現性，則是當前重要的課題。
本發明提供一種有機電致發光元件，其可以兼顧發光效率與量產性。
本發明提出一種有機電致發光元件，其包括陽極層、陰極層、有機發光層以及電洞傳輸層。陰極層包括相鄰的鈣電極層以及鋁電極層。有機發光層位於陽極層與鈣電極層之間，其中發光層的材料包括高分子材料、磷光摻雜物
以及有機電子傳輸材料，其中有機電子傳輸材料與高分子材料在發光層中的含量比值介於0.1與1之間，且有機電子傳輸材料如1,3－二(4－三級丁基苯基)－(1,3,4－噁二唑]－苯。電洞傳輸層位於發光層與陽極層之間。
在本發明之一實施例中，上述之有機電子傳輸材料與高分子材料在有機發光層中的含量比值實質上為0.4。
在本發明之一實施例中，上述之有機電子傳輸材料與高分子材料在有機發光層中的含量比值實質上為0.7。
在本發明之一實施例中，上述之高分子材料的材質為聚乙烯二苯駢咯。
在本發明之一實施例中，上述之磷光摻雜物為四甲基乙二醇銥iridium(III)bis[(4,6－difluorophenyl)－pyridinate－N,C2’
]pinacolate(Firpic)。
在本發明之一實施例中，上述之磷光摻雜物為有機發光層之客體。
在本發明之一實施例中，上述之磷光摻雜物與高分子材料在有機發光層中的含量比值實質上為0.1。
在本發明之一實施例中，上述之有機電子傳輸材料是以物理力分散於高分子材料以及磷光摻雜物之間。
在本發明之一實施例中，上述之陽極層之材質為銦錫氧化物。
在本發明之一實施例中，上述之鈣電極層的功函數實質上為3.0eV，鋁電極層的功函數實質上為4.2eV。
在本發明之一實施例中，上述之有機電子傳輸材料與高分子材料在有機發光層中的含量比值為其重量百分比
值。
基於上述，本發明於有機發光層中添加適當比例之OXD材料，其可以使得有機發光層中的高分子材料與磷光摻雜物之間有效率地進行能量轉移，提高有機電致發光元件的發光效率。並於上述之有機發光層上搭配使用鈣電極以及鋁電極作為陰極層，可以避免習知技術中因氟化銫厚度控制不易所產生有機電致發光元件良率以及再現性不佳的問題。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1繪示為依照本發明一較佳實施例之有機電致發光元件的剖面示意圖。請參照圖1，有機電致發光元件200包括陽極層210、陰極層220、有機發光層230以及電洞傳輸層240。陽極層210配置於基板202之上，其中陽極層210的材質例如為銦錫氧化物。陰極層220配置於陽極層210上方，且陰極層220包括相鄰的鈣電極層222以及鋁電極層224。有機發光層230位於陽極層210與鈣電極層222之間，且電洞傳輸層240位於發光層與陽極層210之間。如圖1所示，有機發光層230的材料包括高分子材料、磷光摻雜物以及有機電子傳輸，其中高分子材料例如是聚乙烯二苯駢咯(polyvinyl carbazole,PVK)，而磷光摻雜物例如是四甲基乙二醇銥iridium(III)bis[(4,6－difluorophenyl)
－pyridinate－N,C2’
]pinacolate。
值得一提的是，本發明之有機電子傳輸材料與高分子材料在有機發光層230中的含量比值介於0.1與1之間，而有機電子傳輸材料與高分子材料在有機發光層230中的含量例如是以重量百分比為計，當然，有機電子傳輸材料與高分子材料在有機發光層230中的含量也可以是以莫耳百分比為計，本發明並不限定。換言之，有機發光層230中添加適當比例的有機電子傳輸材料，有助於高分子材料與磷光摻雜物之間的能量傳遞，使得能量轉移更具效率，進一步提昇有機電致發光元件200的發光效率。進一步來說，高分子材料主要作為有機發光層230中的主體，而磷光摻雜物為有機發光層230中的客體，有機發光層230主要藉由作為主體(Host)的高分子材料產生能量轉移(energy transfer)來使得作為客體(Guest)的磷光摻雜物發光。
更詳細而言，有機電子傳輸材料如[1,3－二(4－三級丁基苯基)－(1,3,4－噁二唑]－苯，其的化學式如下所示：
換言之，有機電子傳輸材料如為噁二唑衍生物[2－(4－Biphenylyl)－5－(4－tert－butylphenyl)－1,3,4－oxadiazole,PBD]：
有機電子傳輸材料具有可導電特性，將其適量地添加於在有機發光層230中有助於電子在有機發光層230中的傳輸能力，具體而言，有機電子傳輸分子在有機發光層230中是以物理力分散於各高分子主體與各磷光摻雜分子之間，其中物理力例如是凡得瓦力，換言之，有機電子傳輸分子可以作為各高分子主體與對應之磷光摻雜分子之間的橋樑，減少高分子材料與磷光摻雜物之間能量轉移時的能量損失，有助於提升有機電致發光元件200的發光效率。另一方面，在有機發光層230中添加有機電子傳輸材料可以降低高分子材料與磷光摻雜物之間的相分離情況，如此，高分子材料與磷光摻雜物之間的能量轉移更能順利地進行，避免能量損耗於兩相介面之間。
以下將提出一些實際數據輔助說明本發明之有機電致發光元件200的發光效率與光譜表現。在本實施例中，令有機發光層中的高分子材料與磷光摻雜物含量比值實質上為0.1，並且高分子材料與磷光摻雜物在有機發光層230中的含量分別固定，僅變動有機電子傳輸材料在有機發光層230中的含量。
詳言之，表一列舉幾種本實施例中之有機電致發光元件的元件效能表現。圖2與圖3分別為本發明之有機電致發光元件在不同有機電子傳輸材料含量下的發光效率表現圖與發光功率表現圖。請同時參閱表一、圖2與圖3，有機電致發光元件A、B、C、D為高分子材料與磷光摻雜物含量固定，而分別改變添加不同含量的有機電子傳輸材料，其中有機電致發光元件A、B、C、D分別代表有機電子傳輸與高分子材料中的含量比值分別10%、40%、70%以及100%。如表一所示，在有機電致發光元件C的有機發光層230中，有機電子傳輸材料與高分子材料的含量比值實質上為0.4，而在有機電致發光元件D的有機發光層230中有機電子傳輸材料與高分子材料的含量比值實質上為0.7。
如表一與圖2所示，當有機電子傳輸材料含量/高分子材料含量由0.1增加到0.7時，有助於提昇有機電致發光元件200的發光效率。值得一提的是，雖然有機電子傳輸材
料有助於降低高分子材料與磷光摻雜物在能轉移時的能量損耗，但是加入過量的有機電子傳輸材料將使得有機發光層230中的磷光摻雜物過度聚集而產生光譜紅位移的現象，使得有機電致發光元件200之發光效率的表現無法最佳化。因此，在本實施例中，有機電子傳輸材料含量/高分子材料含量的比值以70/100為佳。
因此，本發明之有機電致發光元件利用有機電子傳輸材料作為有機發光層230的組成，提供有機發光層230組成材料之另一種選擇。並且，適當控制有機電子傳輸與高分子材料較佳的組成比例，有效抑制了習知技術中高分子和小分子之間易產生相分離的現象，藉此，本發明提出一種改善有機發光層中材料聚集所產生的相分離現象，進而提昇有機電致發光元件的發光效率。
圖4A與圖4B分別為本發明之有機電致發光元件在不同有機電子傳輸材料含量下的原子力顯微觀察之高度模式(height mode)表現圖以及表面相分分析(phase mode)表現圖，其中圖4A以及4B中的10、40、70以及100分別代表有機傳輸材料在有機發光層中所含的比例為10%、40%、70%以及100%。請參照圖4A以及圖4B，有機電子傳輸材料在有機發光層230中的含量亦會影響有機發光層230的表面地形(topography)型態，而有機發光層230的表面地形也是影響元件效率的重要因素。在實際的測量結果中，如圖4A以及圖4B所示，利用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)觀察有機發光層230的表面，在本實施例
中，有機傳輸材料是以OXD－7為例進行比較，而OXD－7如前述之[1,3－二(4－三級丁基苯基)－(1,3,4－噁二唑]－苯。
隨著有機電子傳輸材料含量/高分子材料含量的比值上升，有機發光層230的表面越趨平滑，在本實施例中，尤以有機電子傳輸材料含量/高分子材料含量的比值為0.7時，有機發光層230的表面較為平滑，因此有機電子傳輸材料可以有效減緩高分子材料與磷光摻雜物之間的相分離現象，而使得磷光摻雜物可以均勻的分佈於高分子材料中，進而讓高分子材料與磷光摻雜物之間的能量轉移更有效率。另一方面，如圖4A所示，在有機發光層230中加入適當含量的有機電子傳輸材料，例如OXD－7，可以有效改善相分離的現象。
請輔助參照表一、圖2與圖3，在本實施例中，有機電子傳輸材料含量/高分子材料含量的比值為0.7時，有機電子傳輸材料可有效減緩有機發光層230中的相分離現象，提昇元件亮度及發光效率。
請繼續參照圖1，在陰極層220的材料選用上，本發明使用鈣電極以及鋁電極層224的電極疊層作為陰極層220，其中鈣電極位於鋁電極層224以及有機發光層230之間，用以使鄰接的膜層之間功函數相匹配，而使得載子在相鄰的膜層之間得以較無礙地傳遞，降低載子的能量損耗，其中鈣電極層222的功函數實質上為3.0eV，而鋁電極層224的功函數實質上為4.2eV。另一方面，本發明於鈣電極層222上再覆蓋鋁電極層224，用以進一步保護鈣電極層222免於
氧化。詳言之，在有機的運作機制上，電子會由陰極層220注入有機發光層230而形成負極化子(negative ions)，電洞則會由陽極層210注入到有機發光層230而形成正極化子(positive ions)。正極化子與負極化子分別往相對方向移動，在發光層內結合形成單態激子(exciton)，發光層內部分的單態激子會以電激發光的方式釋放出多餘能量以回到基態。
值得一提的是，不同於習知之氟化銫層，本發明鈣電極層222的厚度對於有機電致發光元件200的發光效率具有較穩定的變化趨勢，在製作實務上，製程上的些許厚度變異並不會影響有機電致發光元件200的良率與發光效率，因此可以達到較佳的產品良率以及再現性。換言之，對於產業利用性而言，本發明之陰極層220相較於習知，較具量產性，並且材料取得便利，製作成本較低。
此外，在製作層面上，圖1所示之有機電致發光元件200例如是先在基板202上以濺鍍製程形成陽極層210。接著，在陽極層210上以旋轉塗佈的方式形成電洞傳輸層240與有機發光層230。之後，再以熱蒸鍍法分別將鈣電極層222與鋁電極層224形成於有機發光層230上。
當然，本發明並不限定有機電致發光元件200是如圖1所示之四層結構，其可以是實際所需而設計成五層結構或是六層結構。例如，在一實施例中，除了陽極層210、電洞傳輸層240、有機發光層230以及陰極層220之外，更包括在陽極層210與電洞傳輸層240之間配置一電洞注入層。在另一實施例中，除了陽極層210、電洞傳輸層240、有機
發光層230以及陰極層220之外，更包括在陰極層220與有機發光層230之間配置一電子傳遞層。在又一實施例中，除了陽極層210、電洞傳輸層240、有機發光層230以及陰極層220之外，更包括在陰極層220與有機發光層230之間配置一電子注入層。上述之電洞注入層、電子傳遞層與電子注入層的材質並不特別加以限定，而可採用習知技術中所使用之材料。而且電洞注入層、電子傳遞層與電子注入層的選用亦可以依照實際所需而挑選其中之一、其中之二或三層都使用。
綜上所述，本發明之有機電致發光元件至少具有下列優點之一或部分或全部：具有下列優點：
1.本發明於有機發光層中添加適當比例之有機電子傳輸材料，可以使得有機發光層中的高分子材料與磷光摻雜物之間有效率地進行能量轉移，提高有機電致發光元件的發光效率。
2.將本發明之有機發光層搭配由鈣電極層以及鋁電極層所構成的陰極層，可以提高有機電致發光元件製作良率以及再現性，使其更具產業利用性。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧有機電致發光元件
202‧‧‧基板
210‧‧‧陽極層
220‧‧‧陰極層
222‧‧‧鈣電極層
224‧‧‧鋁電極層
230‧‧‧有機發光層
240‧‧‧電洞傳輸層
圖1繪示為依照本發明一較佳實施例之有機電致發光元件的剖面示意圖。
圖2為本發明之有機電致發光元件在不同有機電子傳輸材料含量下的發光效率表現圖。
圖3為本發明之有機電致發光元件在不同有機電子傳輸材料含量下的發光功率表現圖。
圖4A為本發明之有機電致發光元件在不同有機電子傳輸材料含量下的原子力顯微觀察之表面高度模式的表現圖。
圖4B為本發明之有機電致發光元件在不同有機電子傳輸材料含量下的原子力顯微觀察之表面相分分析表現圖。
200‧‧‧有機電致發光元件
202‧‧‧基板
210‧‧‧陽極層
220‧‧‧陰極層
222‧‧‧鈣電極層
224‧‧‧鋁電極層
230‧‧‧有機發光層
240‧‧‧電洞傳輸層
Claims (10)
- 一種有機電致發光元件，包括：一陽極層；一陰極層，包括相鄰的一鈣電極層以及一鋁電極層；一有機發光層，位於該陽極層與該鈣電極層之間，其中該有機發光層的材質包括一高分子材料、一磷光摻雜物以及一有機電子傳輸材料，其中該有機電子傳輸材料與該高分子材料在該有機發光層中的含量比值介於0.1與1之間，且該有機電子傳輸材料為1,3-二(4-三級丁基苯基)-(1,3,4-噁二唑]-苯(1,3-bis(N,Nt-butyl-phenyl)-1,3,4-oxadiazole)，其中該磷光摻雜物與該高分子材料在該有機發光層中的含量比值實質上為0.1；以及一電洞傳輸層，位於該有機發光層與該陽極層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該有機電子傳輸材料與該高分子材料在該有機發光層中的含量比值實質上為0.4。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該有機電子傳輸材料與該高分子材料在該有機發光層中的含量比值實質上為0.7。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該高分子材料的材質為聚乙烯二苯駢咯。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該磷光摻雜物為四甲基乙二醇銥。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該磷光摻雜物為該有機發光層之客體。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該有機電子傳輸材料是以物理力分散於該高分子材料以及該磷光摻雜物之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該陽極層之材質為銦錫氧化物。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該鈣電極層的功函數實質上為3.0eV，該鋁電極層的功函數實質上為4.2eV。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光元件，其中該有機電子傳輸材料與該高分子材料在該有機發光層中的含量比值為其重量百分比值。
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