TWI452931B - 具高效能電子轉換之串聯式白光有機發光二極體 - Google Patents
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Description
本發明涉及適於大面積顯示器之寬頻光產生的有機發光二極體顯示器。
有機發光二極體裝置,也稱作OLED,通常包括陽極、陰極、以及陽極和陰極之間的有機電激發光(EL)單元。有機EL單元至少包括電洞遷移層(HTL)、發光層(LEL)、以及電子遷移層(ETL)。OLED由於其驅動電壓低、亮度高、視角寬、以及能夠應用於全色彩顯示器及其他應用,而受到廣泛關注。Tang等人在美國專利第4,769,292號和第4,885,211號中已描述此多層OLED。
OLED可以發出不同顏色,如紅色、綠色、藍色、或白色,視LEL的發射屬性而定。當今,對於寬頻OLED合併至各種應用之中的需求增加,如固態光源、彩色顯示器、或全色彩顯示器。寬頻發射意指OLED發出足夠廣泛涵蓋可見光譜的光,從而該光可以與濾光片或彩色變化模組結合使用,以生產至少具有兩個不同色彩或全色彩顯示的顯示器。尤其,目前對於寬頻發光OLED(或寬頻OLED)有需求,其基本上發射於光譜的紅色、綠色、和藍色部分,即,白光發射OLED(白光OLED)。白光OLED與彩色濾光片一併使用提供了一種比具有各別圖案化的紅色、綠色、和藍色發射器的OLED更簡化的製造過程。此可產生更高的生產速度、增加的良率、以及成本的節約。Kido等人在應用物理報告,64,815(1994)中、J.Shi等人在美國專利第5,683,823號中、Sato等人在日本專利第07-142169號中、Deshpande等人在應用物理報告,75,888(1999)中、以及Tokito等人在應用物理報告83,2459(2003)中已闡述白色OLED。
為了達到來自OLED的寬頻發射,一種以上的分子需要被激發,因為在正常條件下每種分子僅僅發出具有相對窄光譜的光。具有一主體材料和一個或多個發光摻雜質的發光層可以由主體材料和摻雜質中獲得光發射而產生可見光譜中的寬頻發射,如果從主體材料到摻雜質的能量轉移不完全。為了獲得具有單一發光層的白色OLED,發光摻雜質的濃度必須仔細控制。這導致製造上的困難。具有兩個或更多的發光層的白色OLED可比具有一個發光層的裝置有更佳的色彩和發光效率,並且摻雜質濃度的變異性容忍度更高。具有兩個發光層的白色OLED亦被發現通常比具有單一發光層的OLED更加穩定。然而,其不容易獲得於紅色、綠色、和藍色光譜部分具有強烈強度的光發射。具有兩個發光層的白色OLED通常具有兩個密集發射高峰。
串聯式OLED結構(有時稱作堆疊OLED或級聯OLED)由Jones等人在美國專利第6,337,492號中、Tanaka等人在美國專利第6,107,734中、Kido等人在日本專利公開第2003/045676A號和美國專利申請公開第2003/0189401 A1號、以及Liao等人在美國專利第6,717,358號和美國專利申請公開第2003/0170491 A1號中已揭露。此串聯式OLED由垂直堆疊若干各別的OLED單元並使用單一電源驅動該堆疊而製造而成的。其優點在於發光效率、壽命、或兩者都被提高。然而,串聯結構增加了驅動電壓,其大約與堆疊在一起的OLED單元的數量成正比。
Matsumoto和Kido等人在SID 03文摘,979(2003)中闡述串聯白色OLED係由在裝置中連接呈綠藍色的EL單元和橘色EL單元構造而構成的,而白光發射係由以單一電源驅動這個裝置而獲得。儘管增加了發光效率,此串聯白色OLED裝置具有較弱的光譜中之綠色和紅色成分。在美國專利申請公開第2003/0170491 A1號,Liao等人描述了由在裝置中串聯紅色EL單元、綠色EL單元、以及藍色EL單元所獲得的串聯白色OLED結構。當串聯白色OLED以單一電源驅動的時候,白光發射係由紅色、綠色、以及藍色EL單元光譜組合而形成的。
雖然有這些發展,其仍有需要改善OLED裝置的驅動電壓且同時保持效率和良好的寬頻發射。
其有需要改善OLED裝置的驅動電壓且同時保持效率和良好的寬頻發射。
此目的藉由一種具有間隔的陽極和陰極的白光發射串聯式OLED裝置來達成,該裝置包括:
(a)第一和第二發光單元,設置在該陰極和陽極之間;
(b)一中間連接器,包含設置在該第一和第二發光單元之間的一n型層和一p型層;以及
(c)一含熒蔥電子遷移層,鄰接該中間連接器的該n型層,並包含至少25%的一7,10-二芳基取代熒蔥化合物,該熒蔥化合物不具有芳香環以環狀形態結合至熒蔥核。
本發明的優點是其可提供一種具有增加效率且同時保持良好色彩發射和低電壓需求的顯示器。
術語“OLED裝置”使用於其技術領域中已習知的意涵,為包括以有機發光二極體為像素的顯示裝置。其可意指具有單一像素的裝置。術語“串聯式OLED裝置”和“堆疊OLED裝置”意指包括垂直排列的兩個或更多個發光單元的OLED裝置,其中每個發光單元能夠獨立於其他單元發光。每個發光單元至少包括電洞遷移層、發光層以及電子遷移層。發光單元藉由中間連接器隔離。術語“OLED顯示器”在此使用意指OLED裝置,包括複數個像素,其可為不同的色彩。彩色OLED裝置發出至少一種色彩的光。術語“多色彩”用於描述能夠在不同區域發出不同色調的光的顯示面板。尤其,其用於描述能夠顯示不同色彩的影像的顯示面板。這些區域不需要是相鄰的。術語“全色彩”用於描述能夠在可見光譜的紅色、綠色和藍色區域中發光並在色調的任意組合中顯示影像的多色彩顯示面板。紅色、綠色和藍色組成三原色,其他所有色彩可以藉由適當的混合而由其產生。術語“色調”代表可見光譜中光發射的光強分佈,而不同色調呈現視覺可辨別的色彩差。術語“像素”運用於其技術領域中已習知的使用上,以指定顯示面板的一區域,其受到激發而獨立於其他區域地發出光。在全色彩系統中其可被意會的是,不同色彩的若干像素將一起使用於產生廣範圍的色彩,而觀測者可稱這樣的群組為一單像素。為此描述的目的,這樣的群組將當作為若干不同色彩的像素。
根據本發明,寬頻發射係在可見光譜的多個部分中具有主要組成部分的光,例如,藍色和綠色。寬頻發射還可以包括在光譜的紅色、綠色和藍色部分中發出光以產生白光的狀況。白光為經使用者觀感為具有白顏色的光,或具有足以與彩色濾光片組合以產生實際全色彩顯示器的發射光譜的光。為了達到低功耗,白光發射OLED的色度接近CIE標準光源D65
經常為最有優勢的,即,CIEx=0.31和CIEy=0.33之1931 CIE色度座標。特別是在具有紅色、綠色、藍色和白色像素的所謂RGBW顯示器的狀況中。儘管大約0.31、0.33的CIEx、CIEy座標在一些狀況下為理想的,實際座標可大幅變化但仍十分有用。術語“白光發射”在此用於代表由內部產生白光的裝置,儘管這種光可以在被觀看之前由彩色濾光片去除一部分。
現在請參照第1圖,其顯示根據本發明一個實施例中的白光發射串聯式OLED裝置10的一像素的剖面圖。OLED裝置10包括:基板20;兩個間隔的電極,其為陽極30和陰極90;第一和第二發光單元80和75,分別設置在陰極90和陽極30之間;以及設置在第一和第二發光單元80和75之間的中間連接器55。中間連接器55包括n型層65和p型層95。Hatwar等人在美國專利第7,332,860號中描述了在這種所謂串聯排列中,複數發光單元之使用。在這個實施例中,第一發光單元80發出在大於500nm的波長處具有複數高峰的光,如,在可見光譜中的綠色、黃色以及紅色區域。第一發光單元80基本上不產生藍光發射,意指在波長小於480nm的發射強度小於最大發射強度的10%,且於490nm之處不超過50%。在這個實施例中,第一發光單元80包括第一發光層,如,綠光發射層50g,其包括綠光發射合成物並產生綠光發射。第一發光單元80進一步包括第二發光層,如黃光發射層50y,其包括黃光發射化合物並產生可見光譜的黃色至紅色部分中的發射。如在此所用的,術語“黃光發射化合物”代表主要光發射在黃色至紅色區域中,即,從大約570nm至700nm的物質。第二發光單元75基本上發射波長小於500nm的光,也就是,在可見光譜的藍色區域內。第二發光單元75還可以其他波長發射。在這個實施例中,第二發光單元75包括藍光發射層,即藍光發射層50b,其包括藍光發射化合物。現有技術中的串聯式OLED裝置的其他實施例還可以運用於本發明。OLED裝置10還包括電子遷移層85、電洞遷移層40和45、以及電洞注入層35。
串聯式OLED裝置10進一步包括在發光單元之間設置的中間連接器,如中間連接器55,其包括n型層65和p型層95。中間連接器55提供有效的載子注射,注入於鄰近的EL單元中。金屬、金屬化合物、或其他無機化合物對於p型層95為有效益的。然而,這種材料通常具有低電阻,其可能導致像素串擾。又,構成中間連接器的層的光學透明度盡可能越高越好,以允許在EL單元中產生的輻射離開裝置。因此,通常優先使用主要為有機的材料於中間連接器中。p型層以及於其構成中所使用的材料的示例已由Hatwar等人在美國專利公開第2007/0001587號中詳細描述,相關內容作為參考。p型層的一些其他非限縮示例在美國專利第6,717,358和6,872,472號、以及美國專利申請公開第2004/0227460 A1號中已有描述。在下文中描述的許多電子遷移層的材料,也適於p型層。
n型層65可包含一個或多個金屬螯合類氧(oxinoid)化合物,包括奧辛(oxine)本身的螯合,也通常稱之為8-喹啉酚(8-quinolinol)或8-羥喹啉(8-hydroxyquinoline)。其他n型材料包括如美國專利第4,356,429號中描述的各種丁二烯衍生物以及如美國專利第4,539,507號中描述的各種雜環光學增亮劑。苯甲唑(benzazoles)、噁二唑(oxadiazoles)、三唑(triazoles)、吡啶噻二唑(pyridinethiadiazoles)、三嗪(triazines)、啡啉(phenanthroline)衍生物,以及一些silole衍生物也為有用的n型材料。對於本發明而言,n型層65為鋰摻雜層係為有用的。
OLED裝置10進一步包括含熒蔥電子遷移層60,其鄰近中間連接器55的n型層65並包含至少25%之不具有以環狀形態結合至熒蔥核的芳香環的7,10-二芳基取代熒蔥化合物。Begley在上述美國專利申請第11/921,631號中描述了這種化合物,其公開內容作為參考。熒蔥核不包含異種原子作為環系統的一部分,而僅僅包含4個以環狀形態結合的環,其編號順序如以下所示:
本發明中有用的熒蔥不具有附加的以環狀形態結合的環至熒蔥核的苯基環或萘基環。具有附加環系統以環狀形態結合至核心的熒蔥在本發明中為無用的。以環狀形態結合的環為在熒蔥核的任意兩個碳原子之間共用公共環鍵的該等環。
適當地,有益於本發明的7,10-二芳基熒蔥化合物係根據化學式(I):
其中:Ar代表包含與熒蔥核鏈結的6至24碳原子的芳香環,並可以相同或不同;以及R1
-R8
分別從氫和包含6至24碳原子的芳香環基中單獨選擇,條件是沒有兩個相鄰的R1
-R8
取代基可以結合形成以環狀形態結合至熒蔥核的芳香環系統。
在化學式(I)中,Ar族可以為雜環但最好為碳環族。Ar族不能與熒蔥核融合而且其僅由一個單鏈結連接。優選的Ar族為苯基或萘基,尤其以苯基為最佳。Ar族為相同的化合物也可適用。
有益於本發明的更優選化合物係根據化學式(II):
其中,R1
、R2
、R3
、以及R4
分別為氫或包含6至24碳原子的芳香基,條件是任意相鄰的R1
-R4
不會結合形成以環狀形態結合的芳香環系統的局部;R為氫或選擇性取代基;以及n和m獨立為1-5。
有益於本發明最佳的熒蔥係根據化學式化學式(III-a)或(III-b):
其中:R2
和R4
獨立為氫或包含6至24碳原子的芳香基,條件是R2
和R4
不能兩個都為氫,而且R2
不能與R結合形成環;以及R為氫或選擇性取代基;以及n和m獨立為1-5。
在化學式(II)和(III)中,最佳的R1
、R2
、R3
、和R4
族為苯基或萘基,其可能進一步被取代。尤其優選取代苯基族的為聯苯。聯苯可以為鄰(o),間(m)或對(p)取代的聯苯,尤其優選為p-聯苯。其他芳香環系統如蒽(anthracene),菲(phenanthrene),啡啉(phenanthroline)和苝(perylene)也適於做為這些取代基。典型地,R取代基為氫,但可以為任意適當的族,選用以修正分子屬性。包括一個以上獨立熒蔥核的熒蔥也可被考慮為有益於本發明;也就是,兩個或更多的熒蔥族可藉由單鏈結連接,從而不會使其以環狀形態相互結合。
然而,本發明中使用的熒蔥衍生物不包括與聚合物骨幹共價鍵連接的多熒蔥族,或者熒蔥核直接為聚合物鏈的一部分的化合物。有益於本發明的熒蔥為分子量典型低於1500,優選地低於1000的小分子。
除此之外,有益於本發明的熒蔥化合物不可具有任何直接連接於熒蔥核的胺基(amino)取代基。因此,在化學式(I),(II)或(III)中的R1
-R8
沒有一個可以為如二芳基胺的胺基族。然而,可能的是,包含6至24碳原子的R1
-R8
的芳香環可以進一步以胺基族取代。然而,優選地,有益於本發明的熒蔥化合物整體為烴;也就是,其不包含異種原子作為取代基或異種原子不被包含在取代基中。
有用的本發明中的熒蔥發光材料的具體示例如下:
現在回到第2圖,其顯示依據本發明另一實施例中白光發射串聯式OLED裝置15的像素剖面圖。OLED裝置15包括包含在上述OLED裝置10中的元件。串聯式OLED裝置15進一步包括與電子遷移層85相鄰的第二含熒蔥電子遷移層70,該電子遷移層85與陰極90相鄰,如發光單元82。含熒蔥電子遷移層70可以包括與上述含熒蔥電子遷移層60相同的材料。
如在此所述的該等發光層因電洞電子之再結合而反應產生光。所需的有機發光材料可以利用任何適當的製程如蒸發、濺鍍、化學蒸汽沉積、電化學沉積、或從施體材料傳送的熱輻射進行沉積。有用的有機發光材料已為習知。在美國專利第4,769,292號和第5,935,721號中有更完整的描述,OLED裝置的發光層包括發光或螢光材料,於其中電激發光係由該區域中電子-電洞再結合而產生。發光層可以包括單一材料,但通常包括具有摻雜客體化合物或摻雜質的主體材料,而光主要從摻雜質中發射。摻雜質係經選擇以產生具有特定光譜的有色光。發光層中的主體材料可以為電子遷移材料、電洞遷移材料、或其他支援電洞-電子再結合的材料。摻雜質常選自高螢光染料,該染料通常為單態發光化合物,也就是,其由一激發的單一態發光。然而,通常為三重態發光化合物的磷光化合物,也就是,其由激發的三重態發光,如在WO98/55561、WO00/18851、WO00/57676、和WO00/70655中描述的過度金屬複合物也為有用的。摻雜質典型以0.01至10%的重量比塗層至主體材料內。習知使用的主體和發射分子包括,但不侷限於,該等在美國專利第4,769,292、5,141,671、5,150,006、5,151,629、5,294,870、5,405,709、5,484,922、5,593,788、5,645,948、5,683,823、5,755,999、5,928,802、5,935,720、5,935,72、以及6,020,078號中揭露的。藍光發射層50b包括主體材料和藍光發射摻雜質。藍光發射摻雜質可以為單態或三重態發光化合物。第一發光單元80和82的發光層,如發光層50g和50y,可以包括如摻雜的單態發光化合物或三重態發光化合物。
8-羥喹啉的金屬複合物和相似的衍生物(化學式Ar)構成能夠支持電激發光的一類型有用的電子遷移主體材料,並特別適於波長長於500nm的光發射,如綠色、黃色、橘色、和紅色。
其中:M代表單價、二價或三價金屬;n為從1至3的整數;以及Z在每次產生中獨立代表原子完成具有至少兩個融合芳香環的核。
Z完成包含至少兩個融合芳香環的雜環核,至少其中之一為唑(azole)或吖嗪(azine)環。額外的環,包括脂族環和芳香環兩者,可以與兩個必要的環融合,如果需要的話。為了避免增加分子塊而不在功能上做改進,環原子的數量通常保持在18以下。
苯甲唑(Benzazole)衍生物組成另一類型能夠支援電激發光的有用主體材料,並特別適於波長長於400nm的光發射,如藍色、綠色、黃色、橘色或紅色。有用的苯甲唑的示例為2,2’,2”-(1,3,5-苯)三[1-苯基-1H-苯並咪唑](2,2’,2”-(1,3,5-phenylene)tris[1-phenyl-1H-benzimidazole])。
本發明的一個或更多個發光層中的主體材料可以包括於9和10位置具有烴或取代的烴取代基的蒽衍生物。例如,9,10-二芳基蔥(diarylanthracenes)的某個衍生物(化學式B)已習知構成一類型能夠支援電激發光的有用的主體材料,並特別適於在波長長於400nm處發射光,如藍色、綠色、黃色、橘色或紅色。
其中R1
,R2
,R3
和R4
代表每個環上的一個或更多個取代基,而每個取代基分別從下面的族中選擇:族1:氫,或1至24碳原子之烷基;族2:5至20碳原子的芳基或取代芳基;族3:為完成蔥基(anthracenyl),芘基(pyrenyl)或苝基perylenyl的融合芳香環而必要的4至24碳原子;族4:為完成呋喃基(furyl)、噻吩基(thienyl)、吡啶基(pyridyl)、喹啉基(quinolinyl)或其他雜環系統的融合雜芳香環(heteroaromatic ring)而必要的5至24碳原子的雜芳基(heteroaryl)或取代雜芳基;族5:1至24碳原子的烷氧基胺(alkoxylamino)、烷基胺(alkylamino)、或芳基胺(arylamino);以及族6:氟、氯、溴、或氰基。
尤其有用的化合物中,R1
和R2
代表額外的芳香環。用於發光層中主體材料之有用的蒽材料的具體示例包括:
在發光層中有用的作為主體材料的電洞遷移材料已習知包括如芳三級胺(aromatic tertiary amine)的化合物,後者理解為一化合物,該化合物包含至少一個僅與碳原子鏈結的三價氮原子,至少其中之一為芳香環的一員。芳三級胺的一個形式可以為,如單芳胺(monoarylamine)、二芳胺(diarylamine)、三芳胺(triarylamine)、或聚合芳胺(polymeric arylamine)的芳胺。示例性的單體三芳胺已由Klupfel等人在美國專利第3,180,730號中描述。以一個或更多個乙烯自由基取代或包括至少一個含活性氫族的其他合適的三芳胺已為Brantley等人在美國專利第3,567,450和3,658,520號中所揭露。
更優選的芳三級胺的類型係包括至少兩個芳三級胺部份體(moieties)的芳三級胺,如美國專利第4,720,432和5,061,569號中所描述。該等化合物由結構化學式C代表。
其中:Q1
和Q2
係獨立選擇的芳三級胺部份體;以及G為如亞芳基(arylene)、環炔屬烴基cycloalkylene、或碳至碳鍵的炔屬烴基(alkylene)的族。
在一個實施例中,Q1
和Q2
至少其中之一包含多環融合結構,如萘。當G為芳基族的時候,其方便為伸苯基、聯伸苯基或萘部份體。
滿足結構化學式C並包含兩個三芳胺部份體之有用的三芳胺類以結構化學式D代表。
其中:R1
和R2
每個獨立代表氫原子、芳基族、或烷基族或R1
和R2
一起代表完成環烷基族的原子;以及R3
和R4
每個獨立代表芳基,其輪流由二芳取代胺基取代,如結構化學式E所表示。
其中R5
和R6
係獨立選擇的芳基族。在一個實施例中,R5
或R6
至少其中之一包含聚環融合環結構,如萘。
芳三級胺的另一類型為四芳二胺(tetraaryldiamines)。合適的四芳二胺包括兩個二芳胺基族(diarylamino group),如化學式E所示,藉由亞芳基鏈結。有用的四芳二胺包含由化學式F所代表。
其中:每個Are為獨立選擇的亞芳基族,如伸苯基或蔥部份體;n為1至4的整數;以及Ar、R7
、R8
、和R9
為獨立選擇的芳基族。
在典型的實施例中,Ar、R7
、R8
、和R9
至少其中之一為聚環融合環結構,如萘。
前述結構化學式C、D、E、和F的各種不同烷基、亞烷基、芳基和亞芳基部份體每個可輪流被取代。典型的取代基包括烷基族、烷氧基族、芳基族、芳氧基族、和鹵素如氟、氯、和溴。各種不同烷基和亞烷基部份體典型包含1至大約6碳原子。環烷基部份體可以包含3至大約10碳原子,但典型包含五,六或七碳原子-如,環戊基(cyclopentyl),環己基(cyclohexyl)和環庚基(cycloheptyl)環結構。芳基和亞芳基部份體通常為苯基和伸苯基部份體。
除此了上述主體材料之外,綠光發射層50g還包括綠光發射摻雜質。單態綠光發射摻雜質可以包括喹吖酮(quinacridone)化合物,如下面結構的化合物:
其中取代基族R1
和R2
獨立為烷基、烷氧基、芳基、或雜芳基(heteroaryl);並且取代基族R3
至R12
獨立為氫、烷基、烷氧基、鹵素、芳基或雜芳基,並且相鄰的取代基族R3
至R10
可以選擇性的連接以形成一個或更多個環系統,該環系統包括融合芳香環和融合雜芳香環,所提供之取代基係選擇以提供於510nm和540nm之間的最大發射。烷基、烷氧基、芳基、雜芳基、融合芳香環和融合雜芳香環取代基族可以進一步取代。某些有用的喹吖酮示例包含在美國專利第5,593,788號和美國專利申請公開第2004/0001969A1號中所揭露的。
有用的喹吖酮綠色摻雜質的示例包括:
單態綠光發射摻雜質還可以包括2,6-二胺蒽(diaminoanthracene)發光摻雜質,如以下化學式所示:
其中d1
、d3
-d5
、和d7
-d10
可相同或不同並且每個代表氫或獨立選擇的取代基,並且每個h可以相同或不同並每個代表一個或更多個獨立選擇的取代基,所提供之兩個取代基可以合併形成環族並且a-d獨立為0-5。
綠光發射層50g可以選擇性地包括小量藍光發射化合物作為穩定劑。藍光發射化合物的存在,其為高能摻雜質,為2,6-二胺蒽摻雜質的綠光發射提供更大的亮度穩定性,而同時保持綠光發射摻雜質良好的效率。藍光發射層50b的藍光發射化合物可如以下所述。
單態紅光發射化合物可以選擇性地用於黃光發射層50y並可以包括下面結構J的二茚苝(diindenoperylene)化合物:
其中:X1
-X16
獨立選擇為氫或取代基,其包括1至24碳原子的烷基族;芳基或5至20碳原子的取代芳基族;包含4至24碳原子的烴族,其完成一個或更多個融合芳香環或環系統;或鹵素,選擇取代基來提供以提供於560nm至640nm之間的最大發射。
這類型有用的紅摻雜質的說明示例已由Hatwar等人在美國專利第7,247,394號中揭露,相關內容作為參考。
有益於本發明而屬於DCM類染料的其他單態紅摻雜質由化學式K表示:
其中Y1
-Y5
代表一個或更多個獨立選自以下的族:水基、烷基、取代烷基、芳基、或取代芳基;Y1
-Y5
獨立包括非環族或可以成對結合而形成一個或更多個融合環;所提供之Y3
和Y5
不在一起形成融合環。
在提供紅發光之有用且方便的實施例中,化學式K的Y1
-Y5
獨立選自:水基、烷基、和芳基。Ricks等人在美國專利第7,252,893號中揭露尤其有用的DCM類摻雜質結構,相關內容作為參考。
如在黃光發射層50y中使用的單態發光黃化合物可以包括以下結構的化合物:
其中A1
-A6
和A’1
-A’6
代表每個環上的一個或更多個取代基並且每個取代基為獨立選自下面其中之一:類別1:氫、或1至24碳原子的烷基;類別2:5至20碳原子的芳基或取代芳基;類別3:包含4至24碳原子的烴基,完成融合芳香環或環系統;類別4:5至24碳原子的雜芳或取代雜芳,如噻唑基(thiazolyl)、呋喃基(furyl)、噻吩基(thienyl)、吡啶基(pyridyl)、喹啉基(quinolinyl)或其他雜環系統,其經由單鍵鏈結,或完成融合雜芳香環系統;類別5:1至24碳原子的烷氧胺基(alkoxylamino)、烷胺基(alkylamino)、或芳胺基(arylamino);或者類別6:氟基、氯基、溴基或氰基。
特別有用的黃摻雜質的示例已由Ricks等人揭示。
美國專利第6,818,327號描述了另一種有用的單態黃摻雜質,並根據化學式L3:
其中A”1
-A”4
代表每個環上一個或更多個取代基並且每個取代基單獨選自以下其中之一:類別1:氫,或1至24碳原子的烷基;類別2:5至20碳原子的芳基或取代芳基;類別3:包含4至24碳原子的烴基,完成融合芳香環或環系統;類別4:5至24碳原子的雜芳或取代雜芳如噻唑基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基或其他雜環系統,其經由單鍵鏈結,或完成融合雜芳香環系統;類別5:1至24碳原子的烷氧胺基、烷胺基、或芳胺基;或者類別6:氟基、氯基、溴基或氰基。
尤其有用的示例是A”1
和A”3
為氫而A”2
和A”4
選自類別5。
可用於藍光發射層50b中的藍光發射摻雜質可包括結構M的二(吖嗪基)氮烯(bis(azinyl)azene)硼複合物:
其中:A和A’代表獨立的吖嗪(azine)環系統,對應包含至少一個氮的6-成員芳香環系統;(Xa
)n
和(Xb
)m
代表一個或更多個獨立選擇的取代基並包括非環取代基或結合形成融合至A或A’的環。
m和n獨立為0至4;Za
和Zb
為獨立選擇的取代基;1、2、3、4、1’、2’、3’、和4’獨立選擇為碳或氮原子;以及所提供之Xa
、Xb
、Za
、和Zb
、1、2、3、4、1’、2’、3’、和4’係被選擇以提供藍發光。
Ricks等人在美國專利第7,252,893號中揭露了以上類型摻雜質的一些示例。
另一類型的單態藍摻雜質為苝類。特別有用的苝類的藍摻雜質包括苝和tetra-t-butylperylene(TBP)。
本發明中另一特別有用的單態藍摻雜質的類型包括藍發射衍生物如苯乙烯芳烴(styrylarenes)和二苯乙烯芳烴(distyrylarenes)轉變成為二苯乙烯苯(distyrylbenzene)、苯乙烯聯苯(styrylbiphenyl),二苯乙烯聯苯(distyrylbiphenyl),包括在Helber等人在美國專利第5,121,029號和美國專利申請公開第2006/0093856號中描述的化合物。在該等提供藍發光的衍生物中,特別有用的是該等以二芳胺基族取代的。示例包括通用結構N1的二[2-[4-[N,N-二芳胺基]苯基]乙烯基]苯,如以下所示:
通用結構N2的[N,N-二芳胺基][2-[4-[N,N-二芳胺基]苯基]乙烯基]聯苯,如以下所示:
以及通用結構N3的二[2-[4-[N,N-二芳胺基]苯基]乙烯基]聯苯,如以下所示:
在化學式N1至N3中,X1
-X4
可以相同或不同,並且獨立代表一個或更多個取代基如烷基、芳基、融合芳基、暈基(halo)或氰基。在優選實施例中,X1
-X4
為獨立的烷基族,每個包含一至大約十個碳原子。特別優選之此類型的藍摻雜質由Ricks等人於美國專利第7,252,893號中所揭露。
除了單態發光摻雜質之外,三重態發光摻雜質還可以有益於本發明,尤其在綠光發射層50g和黃光發射層50y。有益於本發明的三重態發光摻雜質已由Deaton等人在美國專利申請公開第2008/0286610號和美國專利申請公開第2008/0284318號中描述,該揭露之相關內容在此作為參考。
本發明中可以使用的其他OLED裝置層已經在現有技術中為習知,並且OLED裝置10和15以及在此描述的其他此種類裝置可以包括通用於此種類裝置的層。OLED裝置通常形成在基板上,如OLED基板20。此類基板已經在現有技術中為習知。底電極形成在OLED基板20上並大多數通常配置為陽極30,儘管本發明的實施並不侷限於這個結構。當EL發射由陽極觀察的時候,陽極應為透明,或者大致上透明,對於所發射的標的而言。本發明中使用的公共透明陽極材料為氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)和氧化錫,但其他可以使用的金屬氧化物包含,但並不侷限於,鋁摻雜或銦摻雜的氧化鋅、氧化銦鎂、以及氧化鎳鎢。除了這些氧化物,金屬氮化物如氮化鎵、和金屬硒如硒化鋅、和金屬硫化物如硫化鋅,係用做為陽極。為了僅通過陰極電極觀察EL發射的應用,陽極的透射特性並非重要,並可以使用任何導電材料,而不論其是否透明、不透明、或反射性。本發明的導體的示例包括,但不侷限於,金、銥、鉬、鈀、以及鉑。典型的陽極材料,無論是透射的或其他,具有不小於4.0eV的功函數。所需陽極材料可以由任何合適的製程如蒸汽、濺鍍、化學蒸汽沉積、或電化學沉積來進行沉積。陽極材料可以使用已習知的光刻製程圖案化。
電洞遷移層40可以形成和設置於陽極上。其他的電洞遷移層,如45,可以與其他發光單元一併使用,如以上所述。所需的電洞遷移材料可以由任何合適的製程如蒸汽、濺鍍、化學蒸汽沉積、電化學沉積、熱力轉移、或從施體材料雷射熱力轉移,來進行沉積。有益於電洞遷移層中的電洞遷移材料包括上述的發光主體的電洞遷移化合物。
電子遷移層,如85,可以包含一個或更多個金屬螯合oxinoid化合物,包括奧辛(oxine)本身的螯合,亦通稱8-喹啉酚或8-羥喹啉。其他電子遷移材料包括美國專利第4,356,429號中揭露的各種丁二烯衍生物以及美國專利第4,539,507號中揭露的各種雜環光學增亮劑。苯甲唑、噁二唑、三唑、吡啶噻二唑、三、啡啉衍生物、以及一些silole衍生物也為有用的電子遷移材料。電子遷移層為鋰摻雜層對本發明係有用的。
大多通常配置為陰極90的上電極係形成在電子遷移層上。如果裝置為頂發射,電極必須為透明或接近透明。為了此應用,金屬必須為較薄的(優選少於25nm)或必須使用透明導電氧化物(如,氧化銦錫,氧化鋅銦),或這些材料的混合。光透明陰極已詳細的在美國專利第5,776,623號中描述。如果裝置為底發射,也就是,EL發射僅通過陽極電極觀察,陰極的透射特性為非重要的,並且可使用任何導電材料。陰極材料可以通過蒸汽、濺鍍、或化學蒸汽沉積來進行沉積。當需要的時候,圖案化可以藉由眾多已習知的方法達成,包括,但不侷限於,穿透遮罩沉積、如美國專利第5,276,380號和歐洲專利EP 0 732 868中描述的積體陰影遮蔽(integral shadow masking)、鐳射燒蝕,和選擇性化學蒸汽沉積。
在此所述的該等OLED裝置中,間隔電極的其中之一必需對可見光為可透射的。另一個電極可以為反射性的。例如,在圖2中,陽極為可透射的,而陰極可以為反射的。在這種結構中,發光單元82比發光單元75設置更靠近反射電極。如Boroson等人在美國專利申請公開第2007/0001588號中所述,從反射電極60-90nm的距離範圍放置紅至綠發光單元(如,發光單元82),並從反射電極150-200nm的距離範圍放置藍光發射單元(如,發光單元75)為特別有用的。
OLED裝置10和15也可以包括其他層。例如,電洞注入層35可以形成在陽極之上,如美國專利第4,720,432號、美國專利第6,208,075號、歐洲專利EP 0 891 121 A1、以及歐洲專利EP 1 029 909 A1中所述。電子注入層,如鹼或鹼土金屬、鹼鹵鹽、或鹼或鹼土金屬摻雜有機層,還可以處於陰極和電子遷移層之間。
本發明及其優點可藉由以下的對比實例而更容易理解。在第一組中,實例3和4為本發明的代表實例,而實例1和2為對比用的非發明串聯式OLED實例。以真空沉積描述的層在大約10-6
Torr的真空條件下藉由加熱承載的蒸發作用來進行沉積。在沉積OLED層之後,每個裝置進而轉移到乾燥箱以進行封裝。OLED的發射面積為10 mm2
。裝置跨接電極施加20mA/cm2
的電流以進行測試。實例1至4的結果於表1提供。
1.潔淨玻璃基板由濺鍍氧化銦錫(ITO)沉積以形成60nm厚的透明電極。
2.以上準備的ITO表面以電漿氧氣蝕刻處理。
3.以上準備的基板以(HIL)真空沉積10nm的六氰六吖三伸苯基(hexacyanohexaazatriphenylene/CHATP)層做進一步處理,做為電洞注入層。
4.以上準備的基板以真空沉積150nm的4,4'-二[N-(1-萘基)-N-苯胺基]聯苯(NPB)層做進一步處理,做為電洞遷移層(HTL)。
5.以上準備的基板以真空沉積30nm的藍光發射層,包括95%的9-(1-萘基)-10-(2-萘基)蒽(NNA)主體和5%的BED-1,做進一步處理,做為藍發射摻雜質。
6.真空沉積40nm的混合鋰摻雜n型層,包括49%的4,7二苯基-1,10-啡啉(又稱之為bathophen或Bphen),49%的羥基喹啉鋰(lithium quinolinolate/LiQ)做為共主體,加上2%的鋰金屬。
7.以上準備的基板以真空沉積10nm的CHATP層做進一步處理,做為p型層。
8.以上準備的基板以真空沉積11nm的NPB層做進一步處理,做為HTL。
9.以上準備的基板以真空沉積20nm的黃光發射層,包括97%的NPB,做進一步處理,做為主體,加上3%的黃橘發射摻雜質diphenyltetra-t-butylrubrene(PTBR)。
10.以上準備的基板以真空沉積40nm的綠發光發射層,包括做為主體的95%的2-苯基-9,10-二(2-萘基)蒽(PBNA),做進一步處理,加上5%的2,6-二(二苯胺基)-9,10-二苯蔥(2,6-bis(diphenylamino)-9,10-diphenylanthracene)做為綠發射摻雜質。
11.真空沉積34nm的混合鋰摻雜電子遷移層,包括49%的Bphen和49%的LiQ做為共主體,加上2%的鋰金屬。
12.以蒸汽的方式沉積100nm的鋁層在基板上以形成陰極層。
OLED裝置如上述實例1而構成,除了步驟10a在步驟10之後加入,以及步驟11如以下修改以保持相同的整體裝置厚度:
10a.以上準備的基板以真空沉積10nm的3,7,10三苯基-8-(4-聯苯基)熒蔥(ETM-2,如以上所述)進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
11.真空沉積24nm的混合鋰摻雜電子遷移層,包括49%的Bphen和49%的LiQ做為共主體,加上2%的鋰金屬。
OLED裝置如上述實例1而構成,除了步驟5a在步驟5之後加入,以及步驟6如以下修改以保持相同的整體裝置厚度:
5a.以上準備的基板以真空沉積10nm的ETM-2層進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
6.真空沉積30nm的混合鋰摻雜n型層,包括49%的Bphen,49%的LiQ做為共主體,加上2%的鋰金屬。
OLED裝置如上述實例1而構成,除了步驟5a在步驟5之後加入、步驟10a在步驟10之後加入、以及步驟6和11如以下修改以保持相同的總體裝置厚度:
5a.以上準備的基板以真空沉積10nm的ETM-2層進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
6.真空沉積30nm的混合鋰摻雜n型層,包括49%的Bphen、49%的LiQ做為共主體,加上2%的鋰金屬。
10a.以上準備的基板以真空沉積10nm的ETM-2層進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
11.真空沉積24nm的混合鋰摻雜電子遷移層,包括49%的Bphen和49%的LiQ做為共主體,加上2%的鋰金屬。
這些實例的結果如以下表1所示。
表1顯示根據本發明的顯示器可獲得改善的效率。與實例1比較,發明實例顯示出改善的量化效率和發光效率,並具有良好的色彩和良好的電壓的需求。實例2為比較實例,根據Begley如以上所參照,顯示出相對於實例1的改善。然而,實例4,其具有兩個額外的電子遷移層與中間連接器和上電子遷移層分別接觸,顯示出最大的改進。此改進於穩定性結果中亦為可見的。正當高電流壽命(於80ma/cm2
的T50
)在發明實例中為縮短的,恆定光發射的壽命(於1000cd/m2
的T50
)由於效率的提高而增加,並因此降低了該裝置的功率需求。
實例5至7為這種結構的其他實例。實例5至7的結果如表2所示。
OLED裝置如上述實例4所述而構成。
OLED裝置如上述實例4所述而構成,除了步驟5a如下修改:
5a. 以上準備的基板以真空沉積10nm的7,10-二苯基-8-(4-聯苯)熒蔥(ETM1,如上所述)進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
OLED裝置如上述實例4所述而構成,除了步驟5a和10a如下修改:
5a.以上準備的基板以真空沉積10nm的ETM-1層進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
10a.以上準備的基板以真空沉積10nm的ETM-1層進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
這些實例的結果如表2於下列所示。
表2顯示本發明可以運用其他熒蔥而具有良好作用效果。發明實例顯示出改善的量化效率和發光效率,並具有良好的色彩和良好的電壓的需求。
實例8至14比較其他電子遷移材料與本發明的熒蔥。實例8至14的結果於表3所示。
OLED裝置如上述實例4所述而構成。
OLED裝置如上述實例4所述而構成,除了步驟5a包括10nm的以下材料層:
這些實例的結果在表3於以下所示。
表3顯示經常做為電子遷移材料的其他材料在第二電子遷移層中為無效益的。許多實例(實例9、0和14)顯示電壓需求的增加。其大多數顯示出在發射間的顏色改變,具有從不期望(實例12和13)至不可接受(實例9至11)範圍的低和高電流。僅有發明實例8在所有測量中表現出良好的結果。實例14為非發明性熒蔥,其中額外的芳香環以環狀形態結合至熒蔥核。
於下一組實例中,實例15為發明性實例。實例16至18顯示出以不同材料取代第二電洞遷移層其中之一或兩者的有害效果。實例19和20顯示出從電子遷移層或n型層去除鋰摻雜質的有害效果。實例15至20的結果如表4所示。
OLED裝置如上述實例4所述而構成。
OLED裝置如上述實例4所述而構成,除了步驟10a包括10nm的NNA層。
OLED裝置如上述實例4所述而構成,除了步驟5a包括10nm的NNA層。
OLED裝置如上述實例4所述而構成,除了步驟5a和10a各包括10nm的NNA層。
OLED裝置如上述實例4所述而構成,除了步驟11如以下修改:
11.真空沉積24nm的混合電子遷移層,包括50%的Bphen和50%的LiQ。
OLED裝置如上述實例4所述而構成,除了步驟6如以下修改:
6.真空沉積30nm的混合n型層,包括50%的Bphen和50%的LiQ。
這些實例的結果如表4於以下所示。
在表4中,實例16至18顯示出另一種材料的使用,取代在此所述的熒蔥,顯示了驅動裝置所需電壓的不期望的增加。實例19和20顯示在電子遷移層或在連接器的n型層中去除鋰摻雜,導致所需驅動電壓大規模和不可接受的增加。
實例21至23為此種結構的一些額外的實例,其中,熒蔥與另一電子遷移層材料(鋰quinolate)混合。實例21至23的結果於表5中所示。
OLED裝置如上述實例7所構成。
OLED裝置如上述實例21所構成,除了步驟5a如下修正:
5a.以上準備的基板以真空沉積10nm的50%的ETM-1和50%的LiQ的一層進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
OLED裝置如上述實例21所構成,除了步驟5a如下修改:
5a.以上準備的基板以真空沉積10nm的25%的ETM-1和75%的LiQ的一層進行進一步處理,以形成含熒蔥電子遷移層。
這些實例的結果如表5於以下所示。
在表5中,實例22顯示熒蔥層與50%鋰quinolate混合提高穩定性並保持高效率。進一步增加鋰quinolate的比例至實例23中的75%,顯示出穩定性進一步的提高,但也顯示效率降低和電壓需求增加的折衷。
本發明伴隨其特別參照之特定優選實施例加以詳述,但應理解的是本發明之任何修飾或變更亦可在本發明之精神和範疇之內具以實現。
10...OLED裝置
15...OLED裝置
20...基板
30...陽極
35...電洞注入層
40...電洞遷移層
45...電洞遷移層
50b...藍光發射層
50y...黃光發射層
50g...綠光發射層
55...中間連接器
60...含熒蔥電子遷移層
65...n型層
70...含熒蔥電子遷移層
75...第二發光單元
80...第一發光單元
82...發光單元
85...電子遷移層
90...陰極
95...p型層
第1圖顯示根據本發明之串聯式OLED裝置的一實施例剖面圖;以及
第2圖顯示根據本發明之串聯式OLED裝置的另一實施例剖面圖。
由於如層厚度的裝置特徵尺寸經常在米範圍內以下,圖式之縮放係為便於視覺呈現,而不考慮尺寸精確度。
10...OLED裝置
20...基板
30...陽極
35...電洞注入層
40...電洞遷移層
45...電洞遷移層
50b...藍光發射層
50y...黃光發射層
50g...綠光發射層
55...中間連接器
60...含熒蔥電子遷移層
65...n型層
75...第二發光單元
80...第一發光單元
85...電子遷移層
90...陰極
95...p型層
Claims (8)
- 一種具有間隔的陽極和陰極之白光發射串聯式有機發光二極體(OLED)裝置,包括:第一和第二發光單元,設置在該陰極和陽極之間;一中間連接器,包含設置在該第一和第二發光單元之間的一n型層和一p型層;以及一含熒蔥電子遷移層,鄰接該中間連接器的該n型層,並包含至少25%的7,10-二芳基取代熒蔥化合物,該熒蔥化合物不具有芳香環以環狀形態結合至熒蔥核。
- 如申請專利範圍第1項所述之串聯式OLED裝置,其中該n型層為一鋰摻雜層。
- 如申請專利範圍第1項所述之串聯式OLED裝置,更包含一電子遷移層,鄰接該陰極、以及一含熒蔥電子遷移層,鄰接該電子遷移層。
- 如申請專利範圍第3項所述之串聯式OLED裝置,其中該n型層,或該電子遷移層,或兩者都為鋰摻雜的。
- 如申請專利範圍第1項所述之串聯式OLED裝置,其中該熒蔥化合物係根據化學式(I):
- 如申請專利範圍第5項所述之串聯式OLED裝置,其中該熒蔥化合物係根據化學式(II):
- 如申請專利範圍第6項所述之串聯式OLED裝置,其中該熒蔥化合物係根據化學式(III-a)或(III-b):
- 如申請專利範圍第1項所述之串聯式OLED裝置,其中該發光單元其中之一在可見光譜的藍色區域內發光,而另一該發光單元在可見光譜的紅色至綠色區域內發光。
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