TWI393479B - 高效率有機發光二極體及其製造方法 - Google Patents

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高效率有機發光二極體及其製造方法
本發明係關於一種有機發光二極體及其製造方法，其中二極體中發光層之組成包含主體材料及一種以上之客體材料，而電子或電洞載子注入主體之能障小於注入客體之能障。
有機電激發光顯示器(Organic Electro-luminescence Display,Organic EL Display)又稱為有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)是在1987年由柯達(Kodak)公司的C.W.Tang與S.A.VanSlyk等人，率先使用真空蒸鍍方式製成，分別將電洞傳輸材料及電子傳輸材料，鍍覆於透明之氧化銦錫(indium tin oxide，簡稱ITO)玻璃上，其後再蒸鍍一金屬電極形成具有自發光性之OLED裝置，由於擁有高亮度、螢幕反應速度快、輕薄短小、全彩、無視角差、不需液晶顯示器式背光板以及節省燈源及耗電量，因而成為新一代顯示器。
請參閱第一圖，其係依據習知之一OLED裝置之結構剖面圖。在此實施例中，OLED裝置的構造由下至上依序包含一透明基板11、一透明之陽極12(Indium Tin Oxide,ITO)、電洞傳輸層13(Hole Transporting Layer,HTL)、一有機發光層14(Organic Emitting Layer,EL)、一電子傳輸層15(Electron Transporting Layer,ETL)、一電子注入層16(Electron Injection Layer,EIL)及一金屬陰極17。當施以一順 向偏壓電壓時，電洞131由陽極12注入，而電子151由陰極17注入，由於外加電場所造成的電位差，使電子151及電洞131在薄膜中移動，進而在有機發光層14中產生覆合(recombination)。部分由電子電洞結合所釋放的能量，將有機發光層14的發光分子激發而成為激發態，當發光分子由激發態衰變至基態時，其中一定比例的能量以光子的形式放出，所放出的光為有機電致發光。
請參閱第二圖，其係依據習知之另一OLED裝置之結構剖面圖，此結構由柯達(Kodak)公司的C.W.Tang於1982年在美國專利第4,356,429號中已敘述此OLED裝置。在此實施例中，OLED裝置的構造由下至上依序包含一透明基板21、一透明之陽極22、一電洞注入層23、一發光層24及一金屬陰極25。當施以一順向偏壓電壓時，電洞由陽極22注入，而電子由陰極25注入，由於外加電場所造成的電位差，使電子及電洞在薄膜中移動，進而在發光層24中產生覆合。部分由電子電洞結合所釋放的能量，將發光層24的發光分子激發而成為激發態，當發光分子由激發態衰變至基態時，其中一定比例的能量以光子的形式放出，所放出的光為有機電致發光。
請參閱第三圖，亦為習知之OLED裝置結構剖面圖，此結構由柯達(Kodak)公司的C.W.Tang於1988年提出在美國專利第4,720,432號。在此實施例中，OLED裝置的構造由下至上依序包含一透明基板31、一透明之陽極32、一電洞注入層33、一具電子傳輸功能之發光層34及一金屬陰極35。當施以一順向偏壓電壓時，電洞由陽極32注入，而電子由陰極35注入，由於外加電場所造成的電位差，使電子及電洞在薄膜中移動，進而在發光層34中產生覆合。部分由電子電洞結合所釋放的能量，將發光層34的發光分子激發而成為激發態，當發光分子由激發態衰變至基態時，其中一定比例的能量以光子的形式放出，所放出的光為有機電致發光。
請參閱第四圖，係為習知之OLED裝置，此結構是由Saito等人於1992年，在美國專利第5,085,946號中提出，此OLED裝置之構造由下至上依序包含一透明基板41、一透明之陽極42、一電洞傳輸層43、一具備電子傳輸功能之發光層44及一金屬陰極45，可產生有機電致發光。
請參閱第五圖，亦為Saito等人於美國專利第5,085,947號所提出OLED裝置結構，此OLED裝置之構造由下至上依序包含一透明基板51、一透明之陽極52、一具備電洞傳輸功能之發光層53、一電子傳輸層54及一金屬陰極55，亦可產生有機電致發光。
請參閱第六圖，為C.W.Tang等人於Journal of Applied Physics第65卷，第3610頁(1989)中提出之摻雜型OLED裝置，此OLED裝置之構造由下至上依序包含一透明基板61、一透明之陽極62、一電洞傳輸層63、一單一成分發光層64、一含摻雜染料之發光層65、一單一成分發光層66及一金屬陰極67，亦可產生有機電致發光。
請參閱第七圖，為C.H.Chen等人於Applied Physics Letters第85卷，第3301頁(2004)中提出之摻雜型OLED裝置，此OLED裝置之構造由下至上依序包含一透明基板71、一透明之陽極72、一電洞注入層73、一電洞傳輸層74、一含摻雜染料之發光層75、一電子傳輸層76、一電子注入層77及一金屬陰極78，可產生有機電致發光。
請參閱第八圖，為S.T.Lee等人於Advanced Functional Materials第15卷，第1716頁(2005)中提出之OLED裝置，此OLED裝置之構造由下至上依序包含一透明基板81、一透明之陽極82、一電洞注入層83、一電洞傳輸層84、一單一成分發光層85、一電子注入層86及一金屬陰極87，亦可產生有機電致發光。
本發明人基於多年從事研究與諸多實務經驗，經多方研究設計與專題探討，遂於本發明提出一種有機發光二極體及其製造方法，可有效提升有機發光二極體元件之能量效率，以作為前述期望之實現方式與依據。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種有機發光二極體及其製造方法，其中發光層之組成包含主體材料及一種以上之客體材料，而電子或電洞載子注入主體之能障小於注入客體之能障。
緣是，為達上述目的，依本發明之有機發光二極體裝置，其至少包含有一基板、一第一導電層、一含摻雜染料之發光層及一第二導電層，其中，特別是發光層之組成包含主體材料及一種以上之客體材料，其中電子或電洞注入主體之能障小於注入客體之能障，而能產生高效率的元件效果，有效提升製作元件之良率與品質。元件結構順序為第一導電層位於基板上，發光層位於第一導電層上方，及第二導電層位於發光層上方。
其中，客體材料為Rubrene，且主體材料為
為達上述目的，依一種有機發光二極體裝置之製造方法，至少包含：形成一基板；形成一第一導電層，位於該基板上；形成一發光層，位於該第一導電層上方；以及形成一第二導電層，位於該發光層上方；其中該發光層之組成包含主體材料及一種以上之客體材料，該客體材料為Rubrene且該主體材料為
茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，下文謹提供較佳之實施例及相關圖式以為輔佐之用，並以詳細之說明文字配合說明如後。
11、21、31、41、51、61、71、81、91、101、111、121、131‧‧‧基板
12‧‧‧陽極
13、43、63、74、84、103、123、133‧‧‧電洞傳輸層
1301‧‧‧電洞
23、33、73、83‧‧‧電洞注入層
14‧‧‧有機發光層
15、54、76、114、125、135‧‧‧電子傳輸層
1501‧‧‧電子
16、77、86、94、105、115、126、136‧‧‧電子注入層
17‧‧‧陰極
22、32、42、52、62、72、82、92、102、112、122、132‧‧‧第一導電層
24‧‧‧發光層
34、44‧‧‧具電子傳輸功能之發光層
53‧‧‧具電洞傳輸功能之發光層
64、85‧‧‧單一成份發光層
65、75、93、104、113、124、134‧‧‧含摻雜染料之發光層
25、35、45、55、67、78、87、95、106、116、127、137‧‧‧第二導電層
S151~S157‧‧‧流程步驟
第一圖其係依據習知之OLED裝置之結構剖面圖；第二圖其係依據習知之另一OLED裝置之結構剖面圖；第三圖為習知之OLED裝置之結構剖面圖；第四圖為習知之另一OLED裝置之結構剖面圖；第五圖為習知之OLED裝置之結構剖面圖；第六圖為習知之另一OLED裝置之結構剖面圖；第七圖為習知之另一OLED裝置之結構剖面圖；第八圖為習知之另一OLED裝置之結構剖面圖；第九圖其係本發明之OLED裝置結構剖面圖及其能階示意圖；第十圖其係本發明之OLED裝置結構剖面圖及其能階示意圖；第十一圖其係本發明之OLED裝置結構剖面圖及其能階示意圖；第十二圖其係本發明之OLED裝置結構剖面圖及其能階示意圖；第十三圖其係本發明之OLED裝置結構剖面圖及其能階示意圖；第十四圖其係本發明之較佳實施例之OLED裝置之能階圖；第十五圖其係本發明之較佳實施例之OLED裝置之製造方法之流程圖；第十六圖其係比較本發明與先前技藝之差異，所例舉之OLED裝置之能階圖 。
為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文依本發明之有機發光二極體裝置及其製造方法特舉較佳實施例，並配合所附相關圖式，作詳細說明如下，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。
請參閱第十二圖，其係本發明之較佳實施例之OLED裝置之結構剖面圖。在此實施例中，OLED裝置的構造由下至上依序包含一基板121、一第一導電層122、一電洞傳輸層123、一含摻雜染料之發光層124、一電子傳輸層125、一電子注入層126及一第二導電層127。其中，第一導電層122位於基板121上，電洞傳輸層123位於第一導電層122上方，含摻雜染料之發光層124位於電洞傳輸層123上方，電子傳輸層125位於發光層124上方，電子注入層126位於電子傳輸層125上方，及第二導電層127位於電子注入層126上方。
承上所述，含摻雜染料之發光層124係包含有主體材料及一種以上之客體材料，可為螢光發光材料或磷光發光材料，藉以使發光層124發光，其中該發光層之組成包含主體材料及一種以上之客體材料，而電子或電洞載子注入主體材料之能障小於注入客體材料之能障。
同時電洞傳輸層123一般可為N,N’-bis-(1-naphthy)-N,N’-diphenyl-1,1’-bi-phenyl-4-4’-diamine(NPB)等電洞傳輸材料，電子傳輸層125一般可為1,3,5-tris(N-phenyl-benzimidazol-2-yl)benzene(TPBi)、tris(8-hydroxyquinoline)alumi-num(Alq3)等電子傳輸材料；電子注入層126一般可為lithium fluoride(LiF)等電子注入材料；第二導電層127一般可為Al等導電材料；基板121一般可為玻璃基板、塑膠基板或金屬基板；第一導電層122一般可為氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)層或氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)層。
請參閱第十五圖，其係本發明之較佳實施例之OLED裝置製造方法之流程圖。此方法包含下列步驟：步驟S151：提供一基板；步驟S152：形成一第一導電層，位於基板上；步驟S153：形成一電洞傳輸層，位於第一導電層上；步驟S154：形成一含摻雜染料之發光層，位於電洞傳輸層上方；步驟S155：形成一電子傳輸層，位於發光層上方；步驟S156：形成一電子注入層，位於電子傳輸層上方；以及步驟S157：形成一第二導電層，位於電子注入層上方；其中，發光層之組成包含主體材料及一種以上之客體材料，而電子或電洞注入主體之能障小於注入客體之能障。電洞傳輸層一般可為NPB等電洞傳輸材料，電子傳輸層一般可為TPBi、Alq3等電子傳輸材料；電子注入層一般可為LiF等電子注入材料；第二導電層一般可為Al等導電材料；基板一般可為玻璃基板、塑膠基板或金屬基板。
請參閱表一，係為依據本發明所列舉之實施例及比較例之發光效能對照表。
【實施例1】
實施例1為應用本發明所製成之OLED裝置，裝置結構係可參照第十二圖所示，而能階圖請參考第十四圖，其製作過程為：將ITO透明導電玻璃依序以清潔劑、去離子水、丙酮及異丙醇作超音波震盪清洗，並置入煮沸之雙氧水中進行表面處理，隨後以氮氣流乾燥其表面後，將其置入一真空腔體中，待真空達10-5 Torr壓力下，以熱蒸鍍方式，依序鍍製45奈米之NPB電洞傳輸層123、30奈米的發光層124、40奈米的TPBi電子傳輸層125、0.5奈米的LiF電子注入層126、及150奈米的鋁電極127於ITO透明導電玻璃上。其中發光層124為摻雜染料之發光層，其主體材料為DPASN，攙雜之客體材料為Rubrene，摻雜濃度為0.5 wt%，於亮度100 cd/m2時，其能量轉換效率為9.5 lm/W，最大發光亮度18,100 cd/m2，其CIE色座標為(0.32,0.36)。
【實施例2】
為比較本發明方式與先前技藝所製造之OLED裝置之差異，附上實施例2為依據習知之OLED裝置，其裝置結構如第十二圖所示，相較於實施例1，其OLED裝置結構之發光層124為含摻雜染料之發光層，其主體材料為ADN，摻雜之客體材料為Rubrene，其摻雜濃度為0.3 wt%，能階圖請參考第十六圖，由於電子及電洞注入主體材料ADN之能障均大於注入客體材料Rubrene之能障，使得此OLED裝置之效能大幅下降，其各項發光效能如表一所示。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
121‧‧‧基板
122‧‧‧第一導電層
123‧‧‧電洞傳輸層
124‧‧‧含摻雜染料之發光層
125‧‧‧電子傳輸層
126‧‧‧電子注入層
127‧‧‧第二導電層

Claims (10)

  1. 一種有機發光二極體裝置結構，至少包含：一基板；一第一導電層，位於該基板上；一發光層，位於該第一導電層上方；以及一第二導電層，位於該發光層上方；其中該發光層之組成包含主體材料及一種以上之客體材料，該客體材料為Rubrene且該主體材料為，其中該客體材料之摻雜濃度為0.5 wt%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體裝置結構，其中該第一導電層及該發光層間更包含形成至少一功能性輔助層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體裝置結構，其中該發光層及該第二導電層間更包含形成至少一功能性輔助層。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之有機發光二極體裝置結構，其中該功能性輔助層包含載子注入、載子傳輸層亦或是載子阻擋層。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之有機發光二極體裝置結構，其中該功能性輔助層包含載子注入、載子傳輸層亦或是載子阻擋層。
  6. 一種有機發光二極體裝置之製造方法，至少包含：形成一基板； 形成一第一導電層，位於該基板上；形成一發光層，位於該第一導電層上方；以及形成一第二導電層，位於該發光層上方；其中該發光層之組成包含主體材料及一種以上之客體材料，該客體材料為Rubrene且該主體材料為，其中該客體材料之摻雜濃度為0.5 wt%。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之有機發光二極體裝置之製造方法，其中該第一導電層及該發光層間更包含形成至少一功能性輔助層。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之有機發光二極體裝置之製造方法，其中該發光層及該第二導電層間更包含形成至少一功能性輔助層。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之有機發光二極體裝置之製造方法，其中該功能性輔助層包含載子注入、載子傳輸層亦或是載子阻擋層。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之有機發光二極體裝置之製造方法，其中該功能性輔助層包含載子注入、載子傳輸層亦或是載子阻擋層。
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