TWI435649B

TWI435649B - 白光電致發光元件

Info

Publication number: TWI435649B
Application number: TW099145589A
Authority: TW
Inventors: Po Hsuan Chiang; Chun Liang Lin; Chieh Wei Chen
Original assignee: Au Optronics Corp
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2014-04-21
Also published as: TW201228464A; US20120161111A1; CN102281660B; CN102281660A

Description

白光電致發光元件

本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種白光電致發光元件。

隨著半導體科技的進步，現今的發光二極體已具備了高亮度的輸出，加上發光二極體具有省電、低電壓驅動以及不含汞等優點，因此發光二極體已廣泛地應用在顯示器與照明方面的領域。一般常見的白光發光二極體裝置，係利用紅光、綠光以及藍光三種發光材料混光後所得，但若將此三色光同時製備在單一元件時，其效率以及使用壽命皆有所限制。

為了提高白光發光二極體裝置的使用壽命，現有一種堆疊式白光發光二極體裝置，其是將藍色發光二極體元件與紅-綠發光二極體元件堆疊在一起以使發出的色光混合成白光。但是，因為紅-綠光發光材料與藍光發光材料的發光效率以及壽命不盡相同，因而使得此種堆疊式白光發光二極體裝置的發光效率仍有限，且白光光色不易調整。另外，上述紅-綠發光二極體元件之紅-綠光發光材料是將紅色發光材料以及綠光發光材料共蒸鍍以形成一層發光層，且紅色發光材料在所述發光層中的濃度必須控制在1%以下。但，一般蒸鍍製程的速率為1A/s，如此紅色發光材料的蒸鍍速率則需控制在低於0.01A/s。換言之，紅-綠光發光材料之蒸鍍製程相當不易控制，也造成紅-綠光發光二極體元件難以在光色上作微調。

本發明提供一種白光電致發光元件，其可以解決傳統堆疊式白光發光二極體裝置之發光效率不佳以及光色不易調整的問題。

本發明提出一種白光電致發光元件，其包括第一發光單元、第二發光單元以及位於第一發光單元以及第二發光單元之間之連接層，所述連接層將第一發光單元與第二發光單元串聯。第一發光單元包括第一電極層、第一發光層以及本質層。第一發光層位於第一電極層上且包括第一藍色發光層以及紅色發光層。本質層位於第一藍色發光層與紅色發光層之間。第二發光單元包括第二發光層以及第二電極層。第二發光層包括第二藍色發光層以及綠色發光層。第二電極層位於第二發光層上。

基於上述，本發明之白光電致發光元件中，藍色、紅色以及綠色發光層都各自分層，因此本發明可透過分別控制藍色、紅色以及綠色發光層，以達到調整白光色光之需求。另外，本發明第一發光單元之第一發光層包括第一藍色發光層以及紅色發光層，且第一藍色發光層與紅色發光層之間更設置一層本質層。此本質層可將藍光發光層中無法利用的三重態激子轉移到紅色發光層進一步讓紅色發光層來利用，以使紅色發光層可以發出紅光。因此，本發明可以實現將紅、綠、藍三種發光層作分層設計，並能達到混成白光之目的。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是根據本發明一實施例之白光電致發光元件的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例之白光電致發光元件包括第一發光單元U1、第二發光單元U2以及位於第一發光單元U1以及第二發光單元U2之間之連接層C。

第一發光單元U1包括第一電極層102以及第一發光層108。根據本實施例，第一電極層102為一透明導電層，其材質包括金屬氧化物，例如是氧化銦錫(Indium-Tin Oxide,ITO)、氧化銦鋅(Indium-Zinc Oxide,IZO)、氧化鎵鋅(Gallium-Zinc Oxide,GZO)、氧化鋅錫(Zinc-Tin Oxide,ZTO)或是其他的金屬氧化物。

第一發光層108位於第一電極層102上，且第一發光層108包括第一藍色發光層B1、紅色發光層R以及夾於第一藍色發光層B1與紅色發光層R之間的本質層I。第一藍色發光層B1可為藍色螢光材料或是藍色磷光材料。紅色發光層R可為紅色螢光材料或是紅色磷光材料。

一般來說，紅色磷光材料的發光效率以及壽命較紅色螢光材料佳，因此本實施例之第一發光層108之紅色發光層R較佳的是選用紅色磷光材料，所述紅色磷光材料的發光波長為590~650nm。

另外，藍色磷光材料的發光效率較藍色螢光材料的發光效率佳，但藍色磷光材料的壽命比藍色螢光材料的壽命短。因此，本實施例之第一發光層108之第一藍色發光層B1是選用藍色螢光材料，所述藍色螢光材料的發光波長例如是440~470nm。

特別是，本實施例在第一藍色發光層B1以及紅色發光層R之間設置本質層I。根據本實施例，本質層的厚度為1~40nm，較佳為1~10nm。本質層I的三重態(triplet)能階(T₁)介於第一藍色發光層B1之三重態能階(T₁)與紅色發光層G之三重態能階(T₁)之間，如圖3所示。更詳細來說，在本實施例中，本質層I的三重態(triplet)能階(T₁)介於藍色螢光材料B1之三重態能階(T₁)與紅色磷光材料R之三重態能階(T₁)之間。根據一實施例，若藍色螢光材料B1是選用N,N’-di-1-naphthalenyl-N,N’-diphenyl-[1,1’：4’,1”：4”,1”’-quaterph enyl]-4,4”’-diamine(4P-NPD)，紅色磷光材料R是選用Iridium(III)bis(2-methyldibenzo-[f,h]quinoxaline)(acetyl-acetonate)(Ir(MDQ)2(acac))或是{bis-2-(2’-benzo[4,5-a]thienyl)pyridinato-N,C3’}iridium(acetylacetonate)((Btp)2Ir(acac))，那麼本質層I的材料則可以選用4P-NPD。

一般來說，藍色螢光材料B1之藍光是藉由激發單重態激子而產生的藍光磷光E1而形成，且大部分藍色螢光材料B1之三重態激子無法被利用到。因此，本實施例藉由本質層I的設置，使得藍色螢光材料B1之三重態激子能夠經由本質層I的轉移T而傳遞到紅色磷光材料，進而被紅色磷光材料利用以放射出紅色磷光E2。換言之，本實施例藉由本質層I可以將原先無法被利用的藍色螢光材料B1之三重態激子，轉移到紅色磷光材料，以產生紅色磷光E2。因此，本實施例之第一發光單元U1可以發出藍色色光以及紅色色光。

另外，第二發光單元U2包括第二發光層206以及第二電極層212。第二發光層206包括第二藍色發光層B2以及綠色發光層G。第二藍色發光層B2可為藍色螢光材料或是藍色磷光材料。綠色發光層G可為綠色螢光材料或是綠色磷光材料。

一般來說，綠色磷光材料的發光效率以及壽命較綠色螢光材料佳，因此本實施例之第二發光層206之綠色發光層R較佳的是選用綠色磷光材料。所述綠色磷光材料的發光波長為500~570nm，其可為fac-tris(2-phenylpyridine iridium(Ir(ppy)3)或是[tris-fac-(2-cyclohexenylpyridine)iridium(III)(Ir(chpy)3)。

另外，如先前所述，藍色磷光材料的發光效率較藍色螢光材料的發光效率佳，但藍色磷光材料的壽命比藍色螢光材料的壽命短。由於上述第一發光單元U1之第一發光層108之第一藍色發光層B1是選用藍色螢光材料，因此本實施例之第二發光單元U2之第二發光層206的第二藍色發光層B2是選用藍色磷光材料。所述藍色磷光材料的發光波長為470~480nm，其可為Iridium(III)bis(4’6’-difluorophrnylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate(Fir6)或是Iridium(III)bis(4,6-(di-fluorophenyl)-pyridinato-N,C2’)picolinate(FIrpic)。

承上所述，本實施例在第一發光單元U1之第一發光層108之第一藍色發光層B1是選用藍色螢光材料，且第二發光單元U2之第二發光層206的第二藍色發光層B2是選用藍色磷光材料。因此，本實施例將具有長壽命以及光色較為深藍特點之藍色螢光材料以及具有高發光效率特性之藍色磷光材料同時導入此白發電致發光元件之中，可達到相互補償的作用。

此外，第二電極層212位於第二發光層206上。根據本實施例，第二電極層212包括金屬電極材料，例如是鋁、鋁/鋰合金、鎂銀合金或是其他的金屬材料。

此外，連接層C是位於第一發光單元U1與第二發光單元U2之間，用以使第一發光單元U1與第二發光單元U2串聯在一起。根據本實施例，連接層C包括導電材料，其例如是氧化鉬(Molybdenum trioxide,MoO₃)或是氧化鎢(Tungsten trioxide,WO₃)。

依照上述第一發光單元U1以及第二發光單元U2的設計，其第一發光層108與第二發光層206所發出的色光之波長分佈如圖2所示。第一發光層108之第一籃色發光層B1可發出440~470nm的藍色色光；第一發光層108之紅色發光層R可發出590~650nm的紅色色光；第二發光層206之第二籃色發光層B2可發出470~480nm的藍色色光；且第二發光層206之綠色發光層G可發出500~570nm的紅色色光。因此，由第一發光層108之第一籃色發光層B1與綠色發光層R以及第二發光層206之第二籃色發光層B2以及綠色發光層G所發出的色光可混合成白光，因而可使得本實施例之發光元件發出白光。

此外，在本實施例中，為了提高第一發光單元U1中的第一發光層108的電子電洞結合率以提高第一發光單元U1之發光效率，一般可進一步在第一電極層102與第一發光層105之間設置第一電洞注入層104；於第一電極層102與第一發光層104之間設置第一電洞傳輸層106；且於連接層C與第一發光層108之間設置第一電子傳輸層110。類似地，為了提高第二發光單元U2中的第二發光層206的電子電洞結合率以提高第二發光單元U2之發光效率，一般可進一步在第二發光層206與連接層C之間設置第二電洞注入層202；於第二發光層206與連接層C之間設置第二電洞傳輸層204；於第二發光層206與第二電極層212之間設置第二電子注入層210；且於第二發光層206與第二電極層212之間設置第二電子傳輸層208。

值得一提的是，本發明不限制第一發光單元U1與第二發光單元U2中必須設置上述之電子注入層、電子傳輸層、電洞注入層以及電洞傳輸層。本發明也不限制第一發光單元1與第二發光單元U2中所設置的電子注入層、電子傳輸層、電洞注入層以及電洞傳輸層的層數。換言之，實際上可以根據第一發光單元1與第二發光單元U2中之第一電極層102、第一發光層108、第二發光層206以及第二電極層212以及連接層C之材質的選用，來決定所欲設置的電子注入層、電子傳輸層、電洞注入層以及電洞傳輸層。

此外，圖1之實施例是以第二發光單元U2是設置在第一發光單元U1上為例來說明。但本發明不限於此。根據其他實施例，也可以將第一發光單元U1設置在第二發光單元U2上。或者是，將第一發光層108設置在第二發光單元U2中，且將第二發光層206設置在第一發光單元U1中(亦即將第一發光層108與第二發光層206的位置交換)。

再者，雖然本實施例之白光電致發光元件是以兩個發光單元為例來說明，但本發明不限制白光電致發光元件中所堆疊的發光單元的數目。換言之，在其他實施例之白光電致發光元件中，可以堆疊3個或3個以上的發光單元。

綜上所述，本實施例之白光電致發光元件中，藍色、紅色以及綠色發光層都各自分層，因此本實施例可以分別控制藍色、紅色以及綠色發光層之發光頻譜以達到可根據需求來調整白光色光(色溫)之目的。

另外，本實施例之紅色發光層與綠色發光層可以不需要共蒸度在一起，且紅色發光層是透過本質層將藍光發光層中無法利用的三重態激子轉移到紅色發光層進一步讓紅色發光層來利用以使紅色發光層可以發出紅光。因此，本實施例可以實現將紅、綠、藍三種發光層作分層設計，並且能達到使發光層所發出的色光可混成白光之目的。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，故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。

102‧‧‧第一電極層

104‧‧‧電洞注入層

106‧‧‧電洞傳輸層

108‧‧‧第一發光層

110‧‧‧電子傳輸層

202‧‧‧電洞注入層

204‧‧‧電洞傳輸層

206‧‧‧第二發光層

208‧‧‧電子傳輸層

210‧‧‧電子注入層

212‧‧‧第二電極層

B1、B2‧‧‧藍色發光層

G‧‧‧綠色發光層

R‧‧‧紅色發光層

I‧‧‧本質層

U1‧‧‧第一發光單元

U2‧‧‧第二發光單元

C‧‧‧連接層

圖1是根據本發明一實施例之白光電致發光元件的剖面示意圖。

圖2是圖1之白光電致發光元件之第一發光層以及第二發光層的發光波長與發光強度的關係圖。

圖3是圖1之白光電致發光元件之第一發光層的能量轉移示意圖。