TWI460898B - 發光裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種發光裝置，特別是一種發光二極體，其具層的排列於一種基材上其中層的排列包含陽極接觸及陰極接觸及發光層堆疊，發光層堆疊係排列於陽極接觸及陰極接觸之間，具有由聚合物材料所構成的聚合物層及具於真空沉積的有機材料小分子的低分子層。
因為低工作電壓的証實[比較Tang等：Appl.Phys.Lett.51(12),913(1987)]，有機發光二極體已變成大表面顯示器及其他應用例如發光元件的實現的有希望候選者。它們包含薄有機材料層的排列，這些層較佳為以分子形式於真空氣相沉積，低分子層係以此方式形成。以藉由真空蒸發以此方式由可分離分子形成的低分子層為基礎的有機發光二極體係以其簡寫形式命名為OLED。亦參考在此方面的”小分子”技術領域。
或者，由材料所構成的層係由聚合物材料形成，其係由溶液旋轉塗覆，以任何其他合適形式印刷或施用，使得聚合(有機)層建立。以此方式形成的聚合物層為基礎的有機發光二極體亦係以其簡寫形式命名為PLED。
使用電荷載體，稱之為電子及電洞，自電極接觸的射入排列於其間的有機層當放置一外部電壓於電極接觸，在有機層內的主動發光區(發光區)激子(電子-電洞對)的後續形成，及激子的輻射再組合，光產生及自該裝置發出。
具有PLED-構形的有機發光二極體一般係基於下列層結構：(1)載體底板(可穿透的，例如由玻璃製作)；(2)陽極接觸(可穿透的，一般由氧化銦錫(ITO)製作)；(3)電洞傳送或電洞注入層(例如由PEDOT：PSS或具有掺合物如PSS的PANI-聚苯胺；PEDOT=聚乙烯二氧噻吩，PSS=聚苯乙烯磺酸酯)；(4)聚合物層做為得自聚合物材料(例如MEH-PPV，聚芴，其他PPVs，聚螺環、多噻吩類或聚對苯)的發光區域及(5)陰極接觸(例如使用具有低功函數的金屬例如鋇、鈣)。
聚合物層，稱之為電洞傳送或電洞注入層及發光區域係由液體溶液，例如在水或在溶劑中所製造。電極接觸(陽極及陰極接觸)典型上係藉由真空方法製造。
此種應用，例如顯示器，的有機發光二極體結構之優點為該聚合物層形成方法的多樣性。包含於此處的為此種方法，其允許PLED的側位構化，稱之為噴墨印刷技術。使用此種方法，不同形式的聚合物材料印於經預先處理位置，經由此不同發光顏色的相鄰區域可產生。其他結構化方法包含網板印刷技術。
已知PLED結構的缺點為，尤其是，不能以合適方式沉積超過兩個不同聚合物層因為聚合物材料的溶劑必須以一種方式選擇使得他們不會彼此影響，此表示，使得他們不會攻擊子結構材料之事實，此表示所沉積聚合物材料必須同時對電子傳送為佳的及必須適合用於自陰極接觸的電子注入，其為材料選擇及結構最適化的主要限制的要求。最近的檢查已顯示三層結構亦為可實現的。
此外，改變已知材料系統的結構順序僅產生大量困難性，所以，如上文所敘述，陽極接觸為起點。
使用n-通道電晶體做為接觸元件整合PLED結構於主動陣列顯示基材為特別不利的。使用可穿透頂部接觸亦為困難的因為他們(i)具有電子注入的不利功函數(功函數過大)及(ii)一般係藉由濺鍍方法製造，然而，此方法破壞有機材料。因為在PLED的最上層為發光層，結果有機發光二極體的光產生效率降低。為改善對濺鍍損傷的穩定性，正視於真空氣相沉積，由小分子組成的低分子有機層之應用。然而，在此情況，自陰極接觸的電子注入亦為一個問題。
習知PLED結構的另一個缺點為有效電子注入可僅使用非常不穩定的接觸材料如鋇或鈣得到的事實，然而，這些材料會受到氧及水攻擊。而且，非常困難使用一個及相同電極(陰極)於三個基本發射顏色紅、綠及藍的所有發射極材料因為此涉及該三個顏色的其中一個的顯著性能損失。一種發藍光聚合物材料的最適電極接觸具有發紅光聚合物材料的缺點及反之亦然。
屬於”小分子”技術領域的具有OLED-構形的有機發光二極體具來自於真空氣相沉積的分子所形成的層做為有機結構，於此該分子係為一或更多有機材料。若有機材料的分子為足夠小，它們一般可藉由熱方法沉積而不會分解。為進行此目的，分子係於真空蒸發。
具有OLED-構形(最大構形)的有機發光二極體之典型結構係如下：(1)載體底板(例如玻璃)；(2)陽極接觸(電子注
入，較佳為可穿透的，例如由氧化銦錫(ITO)製作)；(3)電洞注入層(例如由CuPc(酞菁銅)或星狀放射衍生物)；(4)電洞傳送層(例如由TPD(三苯二胺)及衍生物)；(5)電洞側阻擋層(以防止激子自發光區域擴散及以防止電荷載體自發光區域洩漏，例如自α-NPB)；(6)發光區域(例如具有發射極掺合物(例如銥-參-苯基吡啶Ir(ppy)3)的CBP)；(7)電子側阻擋層(以防止激子自發光區域擴散及以防止電荷載體自發光區域洩漏，例如自BCP(浴銅靈))；(8)電子傳送層(例如由Alq3(三喹啉鋁))；(9)電子注入層(例如由無機氟化鋰(LiF))；及(10)陰極接觸(電子注入，一般係由具有低功函數的金屬例如鋁製作)。如所敘述的設計包含最大數目的可能層，在其他設計可以沒有一些層，一個層亦可以接管數個功能，例如，電洞注入層及電洞傳送層或電洞傳送層及電洞側阻擋層或電洞注入層、電洞傳送層及電洞側阻擋層可放在一起。可進一步選擇將電子注入層的材料混合進入電子傳送層。
使用OLED構形亦有預期具有電摻雜以改善電傳導性的經摻雜傳送層之選擇，它們的一般及典型結構係如下：(1)載體底板(例如玻璃)；(2)陽極接觸(電洞注入，較佳為可穿透的，例如由ITO製作，但亦由Ag、Au及做為另一種反射接觸)；(3)p-摻雜電洞注入層及傳送層(摻雜劑則為能夠自基質材料，例如自以F4-TCNQ摻雜的間-MTDATA，接收電子的受體材料，對進一步受體摻雜劑參考美國專利第6,908,783 B1號)；(4)電洞側阻擋層(得自其貼疊層符合圍繞其的層的貼疊層之材料，使得在p-摻雜電洞注入及傳送層
的電洞及在發光區域的電子之間的激基複合物形成被防止；例如α-NPB)；(5)發光區域(例如具有發射極掺合物的TCTA，例如銥-參-苯基吡啶Ir(ppy)3)；(6)電子側阻擋層(典型上較下列名稱層微薄；得自其貼疊層符合圍繞其的層的貼疊層之材料，使得在p-摻雜電洞注入及傳送層的電洞及在發光區域的電子之間的激基複合物形成被防止；例如得自BCP)；(7)n-摻雜電子注入及傳送層(摻雜劑則為能夠傳送額外電子進入基質材料的供體；例如自以銫做為無機摻雜劑或是W2(Xpp)4(四個(1,2,3,3a,4,5,6,6a,7,8-十氫-1,9,9b-三氮非那烯基)二鎢(II))摻雜的BPhen-浴菲繞啉；對進一步摻雜劑參考美國專利第2005/0040390 A1號、美國專利第2005/0061232 A1號、WO 2005/036667 A1、WO 2005/086251 A3))；及(8)陰極接觸(電子注入，一般係為由具有低功函數的金屬例如Al製作，但亦可由Ag、Au製作)。
在蒸發方法開始時，在經摻雜層的摻雜劑不必要為在其最後形式只要在蒸發方法期間交替施用的前軀體材料形成摻雜劑，其亦可使用電子光束改性之。混合層的製造典型上係藉由混合共蒸發產生。
此種OLED構形的優點為其較高的光產生效率與使用年限及結構變化。相較於具有PLED-構形的裝置，具有OLED-構形的裝置的較長使用年限係由所施用有機材料(係使用真空清洗方法得到)的較高純度所解釋。優點進一步為個別層性質的分別優化能力，發光區域至電極接觸的可調整地大間隔。使用針-OLED-形式的經摻雜裝置，亦存在低
操作電壓及電極材料的變化，例如，在文件美國專利第2004/0251816 A1號及在Zhou等(Appl.Phys.Lett.81,922(2002))所呈現，此結構亦可，及額外地，容易地倒反及可頂部發光或是完全可穿透地製作(比較美國專利第2006/0033115 A1號)。
此種裝置的缺點為顯示器中不同顏色像素的構型的OLED-結構的橫向構成一般係使用蔭罩執行，此方法具關於最小可得到像素大小的限制，其係小於約50微米。在製造方法的蔭罩涉及相當顯著的工作量。在低分子層形成期間因為小分子有機材料的不溶解性，用於沉積聚合物材料的噴墨方法不為有用的或是僅在對小分子限制下為有用的。LITI(“雷射轉寫”)為一種替代方法，在此部分，其具特別是方法相容材料的選擇之限制。
而且，具有混合結構的有機發光裝置為已知的，其係亦因此原因而設計為混合有機裝置。在文件美國專利第2003/020073 A1號經氣相沉積低分子阻擋層及電子傳送層於聚合物電洞傳送層的使用被敘述，然而，使用此裝置電荷載體的注入，稱之為電子自陰極接觸進入該低分子電子傳送層，為有問題的。結果該裝置的操作電壓為增加的。
文件WO 2005/086251集中在金屬複合物做為有機半導體基質材料的n-摻雜劑、有機半導體材料及電子裝置與摻雜劑及配合基之使用。
在文件歐洲專利1 511 094 A2，揭示一種發光裝置其中有機分子層及聚合物層為預期的。
所涉及不同材料的性質可藉由最低非佔據分子軌道(LUMO)及最高佔據分子軌道(HOMO)的能階而敘述於PLED-構形及於OLED-構形。電洞傳送層，包含相關阻擋材料，一般具有HOMOs在4.5電子伏特至5.5電子伏特的範圍於真空位準下，LUMOs在1.5電子伏特至3電子伏特的範圍。使用發光範圍的材料，HOMOs係位於5電子伏特至6.5電子伏特的範圍及LUMOs係在2至3電子伏特的範圍。使用電子傳送層的材料，包含適當阻擋材料，HOMO係位於5.5電子伏特至6.8電子伏特的範圍及LUMO係在2.3電子伏特至3.3電子伏特的範圍。使用陽極接觸的材料取出電荷載體的功函數係位於4電子伏特至5電子伏特的範圍及對陰極接觸係在3電子伏特至4.5電子伏特的範圍。
本發明工作係提供一種發光裝置，其具有相關於結構的增加靈活性及在發光層堆疊電荷載體自電接觸的改良注入。此外，在此情況發光裝置的良好構成能力可維持。
此項工作係藉由根據獨立申請專利範圍第1項的發光裝置而根據本發明解決。本發明較佳具體實施例係為相依子申請專利範圍的主題。
一種發光裝置，特別是一種發光二極體，係根據本發明預期為具層的排列於一種基材上，其中層的排列具有陽極接觸及陰極接觸，它們係與排列於陽極接觸及陰極接觸之間的發光層堆疊電接觸，在發光層堆疊部分，其包含由聚合物材料所構成的聚合物層及具於真空沉積的有機材料
小分子的低分子層，其為可藉由真空蒸發分離的，及其中低分子層的小分子係形成為：-具有氧化電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最大約-1.5伏特的供體分子，若低分子層相鄰於陰極接觸排列，及-具有還原電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最小約-0.3伏特的受體分子，若低分子層相鄰於陽極接觸排列。
藉由自聚合物材料所構成的聚合物層及具有真空沉積的有機材料小分子的低分子層的組合於發光裝置可得到發光層堆疊的較高靈活性，其中使用聚合物層的形成可得到產生像素區域(其以種種顏色發光)的較易裝置構成能力而無必須使用蔭罩的必要性，在以有機材料小分子為基礎所形成的發光有機裝置一般使用蔭罩。
進一步的優點為電極接觸的材料為可自由選擇的，在電荷載體注入期間的可能損失被最小化或甚至可完全避免，具常使用期的穩定發光裝置已產生。其他習知的有機材料共蒸發為不必要的。
使用本發明進一步發展，預期層堆疊包含得自進一步有機材料的真空沉積小分子的另外的低分子層，其為可藉由真空蒸發分離的，其與有機材料為選擇性不同的，其中該另外的低分子層的小分子係形成為：-具有氧化電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最大約-1.5伏特的受體分子，若該另外的低分子層相鄰於陽
極接觸排列及該低分子層相鄰於陰極接觸排列，及-具有還原電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最小約-0.3電子伏特的供體分子，若該另外的低分子層排列於陰極接觸相鄰及該低分子層相鄰於陽極接觸排列。
一個有目的的本發明具體實施例預期供體分子具有氧化電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最大約-2.0伏特，較佳為最大約-2.2伏特。
本發明較佳進一步發展預期受體分子具有還原電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最小約0伏特，較佳為最小約0.24伏特。
在本發明有利具體實施例預期供體分子及/或受體分子具有莫耳質量介於約100公克/莫耳及約200公克/莫耳之間，較佳為介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。
在一個有目的的本發明具體實施例預期供體分子係至少部分形成為W2(Xpp)4分子。
在本發明進一步發展預期受體分子係至少部分形成為C14DCNQI分子。
一個有目的的本發明具體實施例預期該低分子層及/或該另外的低分子層具層厚度介於約0.5奈米及約20奈米之間，較佳為介於約1奈米及約10奈米之間及更佳為介於約1奈米及約5奈米之間。
本發明較佳進一步發展預期聚合物層係為發光及電荷載體傳送層。
在本發明有利具體實施例預期該聚合物層具層厚度介
於約20奈米及約500奈米之間，較佳為介於約40奈米及約150奈米之間及更佳為介於約50奈米及約100奈米之間。
在一個有目的的本發明具體實施例預期該聚合物層係由下列聚合物材料族群的聚合物材料所選出：聚芴、PPVs、聚螺環、多噻吩及聚對苯。
在本發明進一步發展預期，在該陽極接觸及該聚合物層之間，排列的是聚合物電洞注入層若該低分子層相鄰於陰極接觸排列。
在一個有目的的本發明具體實施例預期該聚合物電洞注入層具層厚度介於約20奈米及約500奈米之間，較佳為介於約40奈米及約150奈米之間及更佳為介於約50奈米及約100奈米之間。
在本發明較佳進一步發展預期，在該低分子層及該聚合物層之間，排列的是低分子有機電子傳送層若該低分子層相鄰於陰極接觸排列。
在本發明有利具體實施例預期該低分子有機電子傳送層包含一種以低分子有機供體材料電摻雜的有機基質材料。
在一個有目的的本發明具體實施例預期該低分子有機電子傳送層具有摻雜濃度(供體材料分子：基質材料分子)介於1：1000及1：2之間，較佳為介於1：100及1：5之間及最佳為介於1：100及1：10之間。
在本發明進一步發展預期該有機供體材料具有莫耳質量介於約100公克/莫耳及約2000公克/莫耳之間，及較佳
為介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。
一個有目的的本發明具體實施例預期該低分子有機電子傳送層具層厚度介於約10奈米及約500奈米之間，較佳為介於約20奈米及約200奈米之間，及更佳為介於約20奈米及約100奈米之間。
較佳進一步發展預期該低分子有機供體材料係為W2(Xpp)4分子。
在本發明有利具體實施例預期，在該低分子層及該聚合物層之間，排列的是低分子有機阻擋層若該低分子層相鄰於該陰極接觸排列。
在一個有目的的本發明具體實施例預期該低分子有機阻擋層具層厚度介於約2奈米及約50奈米之間，較佳為介於約2奈米及約30奈米之間，及更佳為介於約5奈米及約20奈米之間。
在本發明進一步發展預期，在該陰極接觸及該聚合物層之間，排列的是聚合物電子注入層若該低分子層相鄰於該陽極接觸排列。
一個有目的的本發明具體實施例預期該聚合物電子注入層具層厚度介於約20奈米及約500奈米之間，較佳為介於約40奈米及約150奈米之間，及更佳為介於約50奈米及約100奈米之間。
本發明較佳進一步發展預期，在該低分子層及該聚合物層之間，排列的是低分子有機電洞傳送層若該低分子層相鄰於該陽極接觸排列。
在本發明有利具體實施例預期該低分子有機電洞傳送層包含一種以低分子有機受體材料電摻雜的有機基質材料。
在一個有目的的本發明具體實施例預期該低分子有機電洞傳送層具有摻雜濃度(受體材料分子：基質材料分子)介於1：1000及1：2之間，較佳為介於1：100及1：5之間及更佳為介於1：100及1：10之間。
在本發明進一步發展預期該有機受體材料具有莫耳質量介於約100公克/莫耳及約2000公克/莫耳之間，及較佳為介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。
一個有目的的本發明具體實施例預期該低分子有機電洞傳送層具層厚度介於約10奈米及約500奈米之間，較佳為介於約20奈米及約200奈米之間，及更佳為介於約20奈米及約100奈米之間。
較佳進一步發展預期低分子有機受體材料係為Cl4DCNQI。
在本發明有利具體實施例預期，在該低分子層及該聚合物層之間，排列的是另外的低分子有機阻擋層若該低分子層相鄰於該陽極接觸排列。
在一個有目的的本發明具體實施例預期該另外的低分子有機阻擋層具層厚度介於約2奈米及約50奈米之間，較佳為介於約2奈米及約30奈米之間，及更佳為介於約5奈米及約20奈米之間。
在本發明進一步發展預期層的排列係根據自下列組態
族群所選出的至少一個組態所形成：反轉組態；非反轉組態；在發光層堆疊、組態所產生的光朝遠離基材發光(“頂部發光”)，及在發光層堆疊、組態所產生的光穿過基材發光(“底部發光”)。
一個有目的的本發明具體實施例預期具有該基材的層排列為可穿透的。
本發明較佳進一步發展預期藉由底部接觸及頂部接觸，它們係藉由陽極接觸或陰極接觸所形成及它們係得自一或許多金屬，金屬及簡併半導體材料的組合或金屬合金形成。
自一或許多聚合物材料所形成的聚合物層的沉積係在具有高精確度的不複雜裝置的協助下作用。以此方式完成的構成同時提供構成該發光裝置使之可被製造而無需工作密集的構化步驟或裝置之要求的目的。在較佳具體實施例預期該聚合物層係藉由噴墨印刷方法施用。
包含自一或許多有機材料的低分子層係用於避免因一般僅兩個用於沉積該聚合物材料的分離溶劑之存在而產生的聚合物層改性的限制，及以此方式其增加裝置的層結構的變化選項。在發光裝置製造期間，低分子層的供體及/或受體分子可先在真空藉由蒸發用做前軀體的有機鹼性物質而由前軀體產生，及在蒸發方法期間，此鹼性物質形成供體/受體分子。
根據本發明發光裝置可用做在各種應用的裝置，這些裝置選項包含特別是所有形式的顯示器、讀取器及發光設
備中發光裝置的使用。在一個具體實施例該裝置係以像素區域形成，其以各種顏色，特別是紅、綠及藍光發光。多色裝置以此方式形成
第1圖顯示具有非反轉組態的層排列的發光裝置100之示意說明，其中陽極接觸2係形成於基材1上，該發光裝置100通過基材1發出在發光層堆疊10所產生的光，為此原因該基材1及該陽極接觸2對該所產生光為可穿透的，該基材1具有合適層厚度，該可穿透陽極接觸2具有層厚度介於約10奈米及約500奈米之間。在其他設計，層厚度係介於約20奈米及約200奈米之間。做為該陽極接觸2的材料，例如，使用簡併有機半導體材料，例如氧化銦錫(ITO)或是具有薄層厚度及為半可穿透的金屬。
得自聚合物材料的聚合物電洞注入層3係根據第1圖排列於該陽極接觸2上，該聚合物電洞注入層具有層厚度介於約20奈米及約500奈米之間，在其他設計層厚度係為介於約40奈米及150奈米之間，較佳為介於約50奈米及約100奈米之間。
得自聚合物材料的聚合物層4係根據第1圖排列於該聚合物電洞注入層3上，在根據第1圖的具體實施例該聚合物發射層4係形成為電洞傳送，此表示，其以電洞的形式傳送電荷載體。該聚合物發射層4具層厚度介於約20奈米及約500奈米之間，在其他設計層厚度係為介於約40奈米及150奈米之間，較佳為介於約50奈米及約100奈米之
間。該聚合物發射層4係使用至少一種下列聚合物材料形成：聚芴，PPVs，聚螺環、多噻吩及聚對苯。
得自一或許多有機材料的小分子的低分子電子側阻擋層5係根據第1圖排列於該聚合物發射層4上，使用電子側阻擋層5的協助，防止以電洞形式的電子電荷載體自該聚合物發射層4離開，而且，該電子側阻擋層5提供阻擋激子，此表示，電子-電洞-對，自該聚合物發射層4離開的目的。進一步及在該電子側阻擋層5協助下，在低分子電子傳送層6以電子形式的高密度電荷載體及在該聚合物發射層4以電洞形式的高密度電荷載體彼此分開，使得防止激基複合物的形成。此種激基複合物形成最小化該發光裝置100的效率。該電子側阻擋層5具層厚度介於約2奈米及約50奈米之間，在其他設計層厚度係為介於約5奈米及約30奈米之間，較佳為介於約5奈米及約20奈米之間。
得自一或許多有機材料的小分子的低分子電子傳送層6係根據第1圖排列於該電子側阻擋層5上，在較佳具體實施例，該低分子電子傳送層6係以一種摻雜進入有機基質材料的強低分子有機供體材料電摻雜之，該低分子有機供體材料能夠放出電子至該有機基質材料。該有機供體材料的莫耳質量係介於約100公克/莫耳及2000公克/莫耳之間，在另一具體實施例，莫耳質量係介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。該供體分子與基質材料分子之比值，其係表示為莫耳摻雜濃度，係介於1：1000及1：2之間，在其他設計係介於1：100及1：5之間或介於1：100及1：10之
間。該低分子電子傳送層6係以介於約10奈米及500奈米之間的厚度形成。在其他設計該層厚度係介於約20奈米及約200奈米之間或是介於約20奈米及約100奈米之間。
具有真空沉積的小有機供體分子的低分子層7係根據第1圖排列於該低分子電子傳送層6，該供體分子具有氧化電位-1.5伏特比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)，在其他具體實施例，氧化電位最大為-2.0伏特或是最大為-2.2伏特，此氧化電位係對應於少於約3.3電子伏特、少於約2.8電子伏特及少於約2.6電子伏特的供體分子的最高佔據分子軌道(HOMO)，該供體分子的HOMO可由氧化電位的循環伏安測量決定之。若在該低分子層7的層形成期間有機供體分子由在有目的具體實施例的前軀體製造，則HOMO的細節表示以此方式最後製造的供體分子。基於該供體分子的所敘述性質存在該供體分子因為與陰極接觸8(比較第1圖)及/或該相鄰低分子電子傳送層6的有機分子的反應而有供體分子解離的形成(帶正電)。以此方式形成的空間帶電支持電荷載體自該陰極接觸8進入該低分子電子傳送層6的注入。
該陰極接觸8係根據第1圖排列於具有供體分子的該低分子層7上，該陰極接觸8具層厚度至少10奈米。做為該陰極接觸8的材料，摻雜金屬例如Al、Ag、Au、Ca及Ba，金屬合金，金屬及簡併半導體的組合例如ITO。
在該發光裝置100的替代具體實施例(未示出)，在該發光層堆疊10的一或許多層可免除，這些可為，例如，聚合
物電洞注入層3、低分子電子側阻擋層5及/或低分子電子傳送層6。該發光裝置100亦可替代地執行使得在該發光層堆疊10所產生的特別光，朝遠離該基材1發出。在此情況該陽極接觸2反射該所產生光，及該陰極接觸8為可穿透的。在進一步具體實施例該陽極接觸2及該陰極接觸8皆為可穿透的使得(半)可穿透發光裝置形成。
在該發光裝置100的進一步具體實施例(未示出)，自該一或許多有機材料的受體分子的低分子有機層係相鄰於該陽極接觸2形成，其係用做以電洞形式的電子電荷載體自該陽極接觸2進入該發光層堆疊10的射入層。具有該受體分子的發光層較佳為具有與相關於根據第2圖的具體實施例所詳細解釋於下文的為相同的性質。
如下文，詳細敘述如參考第1圖所解釋的先前發光裝置的具體實施例之實例。
根據實例1該發光裝置具有下列結構，其包含得自有機材料的供體分子的低分子有機注入層：
1.1 可穿透底板(玻璃)
1.2 陽極接觸(氧化銦錫(ITO)；90奈米厚)
1.3 聚合物電洞注入層(PEDOT：PSS(H.C.Starck德國的Baytron-P)；80奈米厚)(由水性分散物旋轉塗覆)
1.4 聚合物電洞傳送發射層(MEH-PPV；70奈米厚(由甲苯溶液旋轉塗覆)
1.7 低分子供體分子層(W2(Xpp)4；2奈米厚)
1.8 陰極接觸(反射；Al)
根據實例2該發光裝置具有下列結構，其包含得自有機材料的供體分子的低分子有機注入層：
2.1 可穿透底板(玻璃)
2.2 陽極接觸(氧化銦錫(ITO)；90奈米厚)
2.3 聚合物電洞注入層(PEDOT：PSS(H.C.Starck德國的Baytron-P)；80奈米厚)(由水性分散物旋轉塗覆)
2.4 聚合物電洞傳送發射層(MEH-PPV；60奈米厚(由甲苯溶液旋轉塗覆)
2.6 n-掺雜低分子電子傳送層(得自以W2(Xpp)4掺雜的Alq3，莫耳掺雜濃度20%(對應於約10%的莫耳摻雜濃度)；20奈米厚)
2.7 低分子供體分子層(W2(Xpp)4；2奈米厚)
2.8 陰極接觸(反射；Al)
藉由插入該經n-掺雜電子傳送層2.6，混合裝置的光腔可適用而不會有關於光電特徵數據操作電壓及光產生效率的招致損失。該經n-掺雜電子傳送層2.6係藉由自兩個獨立控制的蒸發來源(用於基質材料及供體分子)的混合蒸發而於真空製造。在該層2.6及2.7的供體亦可為不同有機材料的分子。
根據實例3該發光裝置具有下列結構，其包含得自有機材料的供體分子的低分子有機注入層：
3.1 可穿透底板(玻璃)
3.2 陽極接觸(氧化銦錫ITO；90奈米厚)
3.3 聚合物電洞注入層(PEDOT：PSS(H.C.Starck德國的Baytron-P)；80奈米厚)(由水性分散物旋轉塗覆)
3.4 聚合物電洞傳送發射層(MEH-PPV；60奈米厚(由甲苯溶液旋轉塗覆)
3.6 低分子電子傳送層(得自Alq3；20奈米厚)
3.7 低分子供體分子層(W2(Xpp)4；2奈米厚)
3.8 陰極接觸(反射；Al)
與實例2相反，此裝置具有未經掺雜的低分子電子傳送層。與實例2相較，存在關於經測得操作電壓的些微損失做為結果。然而，混合蒸發方法可免除。
在實例4該發光裝置具有下列結構，其包含得自有機材料的供體分子的低分子有機注入層：
4.1 可穿透底板(玻璃)
4.2 陽極接觸(氧化銦錫ITO；90奈米厚)
4.3 聚合物電洞注入層(PEDOT：PSS(H.C.Starck德國的Baytron-P)；80奈米厚)(由水性分散物旋轉塗覆)
4.4 聚合物電洞傳送發射層(MEH-PPV；60奈米厚(由甲苯溶液旋轉塗覆)
4.5 電子側阻擋層(BPhen(浴菲繞啉)；5奈米厚)
4.6 n-掺雜低分子電子傳送層(得自以W2(Xpp)4掺雜的Alq3，莫耳摻雜濃度20%(對應於約10%的莫耳摻雜濃度)；
15奈米厚)
4.7 低分子供體分子層(W2(Xpp)4；2奈米厚)
4.8 陰極接觸(反射；Al)
藉由插入該經n-掺雜電子傳送層4.6，發光裝置的光腔可適用而不會有關於光電特徵數據操作電壓及光產生效率的招致損失。該經n-掺雜電子傳送層4.6係藉由自兩個獨立控制的蒸發來源(用於基質材料及供體分子)的混合蒸發於真空製造。在該層4.6及4.7的供體分子亦可為不同有機材料的分子。
根據實例1至4的所有發光裝置，測量次要操作電壓即使沒有任何非高品質金屬適用於該陰極接觸。對操作電壓小於4伏特的所有情況得到100坎德拉/平方公尺的值，所發射光的顏色為黃色。MEH-PPV的LUMO係位於-2.8電子伏特至-2.9電子伏特之間。使用MEH-PPV的電流效率一般為非常小的，測得0.5坎德拉/安培的值。
第2圖顯示發光裝置200之示意說明，其中為反轉設計的發光層堆疊20放置於基材21上及在發光層堆疊20所產生的光通過基材21發出而形成。為此目的，該基材21對在發光層堆疊20所產生的光為可穿透的。
陰極接觸22係根據第2圖排列於該基材21上，該陰極接觸22係具層厚度介於約10奈米及約500奈米之間，在另一個設計，層厚度係為介於約20奈米及約200奈米之間。做為亦形成為可穿透的該陰極接觸22的材料，使用簡併有機半導體材料，例如氧化銦錫(ITO)，或是金屬，例如
Ca、Ba、Au、Ag或Al。亦可預期得自金屬合金的設計。
得自聚合物材料的聚合物電子注入層23係根據第2圖排列於該陰極接觸22上。該聚合物電子注入層23係具層厚度介於約20奈米及約500奈米之間，在其他具體實施例層厚度係為介於約40奈米及約150奈米之間，較佳為介於約50奈米及約100奈米之間。
得自聚合物材料的聚合物發射層24係根據第2圖排列於該聚合物電子注入層23上。該聚合物發射層24對以電子形式的電荷載體為可可穿透的，此表示，自該電子注入層23的經射入電子被傳送。該聚合物發射層24係具層厚度介於約20奈米及約500奈米之間，在其他具體實施例，該層厚度係為介於約40奈米及約150奈米之間，較佳為介於約50奈米及約100奈米之間。做為聚合物材料，可使用下列材料：聚芴、PPVs、聚螺環、多噻吩及聚對苯。
得自一或許多有機材料的低分子電洞側阻擋層25係根據第2圖排列於該聚合物發射層24上，該電洞側阻擋層25係用做以電子形式的電子電荷載體自該聚合物發射層24的額外阻擋，而且，阻擋了自該聚合物發射層24的激子。進一步地，該電洞側阻擋層25滿足在低分子電洞傳送層26以電洞形式的高電荷載體密度及在該聚合物發射層24以電子形式的高電荷載體密度的分離功能。使得以此方式防止激基複合物的形成，此種激基複合物會最小化該發光裝置200的效率。該電洞側阻擋層25具層厚度介於約2奈米及約50奈米之間，在其他設計層厚度係為介於約5奈米及約
30奈米之間，較佳為介於約5奈米及約30奈米之間。
該低分子電洞傳送層26係根據第2圖排列於該電洞側阻擋層25上及係由一或許多有機材料形成。該低分子電洞傳送層26係具層厚度介於約10奈米及約500奈米之間，在其他設計該層厚度係為介於約20奈米及約200奈米之間，較佳為介於約20奈米及約100奈米之間。該低分子電洞傳送層26係以一種得自有機材料的低分子供體分子的強受體材料電摻雜之，該受體材料適合形成為該有機基質材料。該受體分子的莫耳質量係介於約100公克/莫耳及約200公克/莫耳之間，較佳為介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。該受體材料分子與有機基質材料分子之比值係介於1：1000及1：2之間，較佳為介於1：100及1：5之間，較佳為介於1：100及1：10之間。
得自有機材料受體分子的低分子有機層27係根據第2圖排列於該低分子電洞傳送層26上，該受體分子具，對Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)，至少約-0.3伏特的還原電位。在其他具體實施例，該還原電位係至少約0伏特，較佳為至少約0.3伏特。此分子性質係對應於至少4.5電子伏特，較佳為至少4.8電子伏特及最佳為至少5.1電子伏特的受體分子的最低非佔據分子軌道(LUMO)。該受體分子的莫耳質量係介於約100公克/莫耳及約2000公克/莫耳之間，較佳為介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。
根據第2圖，陽極接觸28係排列於得自受體分子的低分子有機層27上，該陽極接觸28係反射在發光層堆疊20
所產生的光及具厚度至少約10奈米。做為該陽極接觸28的材料，係使用金屬例如Au或Ag，金屬與簡併半導體材料的組合，例如ITO，或是金屬合金。
在該發光裝置200的替代具體實施例(未示出)，單一或許多層可免除，例如，聚合物電子注入層23、低分子電洞側阻擋層25及/或低分子電洞傳送層26。
第2圖所示發光裝置的具體實施例亦可以一種方式替代地構形使得在發光層堆疊20所產生的光朝遠離基材21發光。在此具體實施例，該陰極接觸22係為反射的及該陽極接觸28係為可穿透的，例如使用簡併半導體材料。該陰極接觸22及該陽極接觸28皆為可穿透的具體實施例亦為可預見的。
如下文，更詳細解釋參考第2圖所解釋的各種設計之實例。
在實例5該發光裝置具有下列結構，其包含由有機材料的受體分子所組成的低分子有機注入層：
5.1 可穿透底板(玻璃)
5.2 陽極接觸(氧化銦錫(ITO)；90奈米)
5.4 聚合物電子傳送發射層(C8-聚芴(藍色發光))
5.7 低分子受體分子層(Cl4DCNQI(N,N’-二氰-2,3,5,6-四氯-1,4-醌二亞胺；2奈米厚)
5.8 陽極接觸(反射；Ag)
所測得操作電壓為約4伏特，然而，使用可提供聚合
物電子傳送材料未得到任何良好的電子注入及良好的電子傳送。基於此原因，不可能完全地利用該低分子受體分子層的電位。
在實例6，該發光裝置具有下列結構，其包含由有機材料的受體分子所組成的低分子有機注入層及由供體分子所組成的低分子有機注入層：
6.1 可穿透底板(玻璃)
6.2 陽極接觸(氧化銦錫(ITO)；90奈米)
6.3 低分子受體分子層(C14DCNQI(N,N’-二氰-2,3,5,6-四氯-1,4-醌二亞胺；2奈米厚)
6.4 聚合物電洞注入層(PEDOT：PSS(H.C.Starck德國的Baytron-P)；80奈米厚)(由水性分散物旋轉塗覆)
6.5 聚合物電洞傳送發射層(MEH-PPV；70毫米厚(由甲苯溶液旋轉塗覆)
6.6 低分子供體分子層(W2(Xpp)4；2奈米厚)
6.7 陰極接觸(反射；Al)
在實例6具受體分子的注入層係形成為該聚合物電洞注入層之外的選擇層。
所解釋具體實施例的優點為均勻頂部電極接觸可用於所有發光聚合物材料，例如聚芴、PPVs、聚螺環、多噻吩及聚對苯，所以可用於所有發光顏色。而且，朝遠離基材的裝置及可穿透裝置發光的裝置可有效地被製造。
於上文所提供敘述、於申請專利範圍及於圖式中所揭
示的本發明特徵對以單獨地及於任何隨機組合地以其各種具體實施例實現為顯著的。
1、21‧‧‧基材
2、22‧‧‧陽極接觸
3‧‧‧聚合物電洞注入層
4、24‧‧‧聚合物發射層
5‧‧‧電子側阻擋層
6、26‧‧‧低分子電子傳送層
7‧‧‧低分子層
8‧‧‧陰極接觸
10、20‧‧‧發光層堆疊
23‧‧‧聚合物電子注入層
25‧‧‧電洞側阻擋層
27‧‧‧低分子有機層
28‧‧‧陽極接觸
100、200‧‧‧發光裝置
本發明係以具體實施例實例為基礎參考圖式的圖詳細敘述於下文。圖式示出下列：第1圖具有非反轉組態的層排列的發光裝置之示意說明；及第2圖具有反轉組態的層排列的進一步發光裝置之示意說明。
1‧‧‧基材
2‧‧‧陽極接觸
3‧‧‧聚合物電洞注入層
4‧‧‧聚合物發射層
5‧‧‧電子側阻擋層
6‧‧‧低分子電子傳送層
7‧‧‧低分子層
8‧‧‧陰極接觸
10‧‧‧發光層堆疊
100‧‧‧發光裝置
Claims (60)
- 一種發光裝置，其於一基材(1；21)上具有一層排列，其中該層排列具有一陽極接觸(2；28)及一陰極接觸(22；8)，該陽極接觸(2；28)及該陰極接觸(22,8)與排列於該陽極接觸(2；28)及該陰極接觸(22；8)之間的發光層堆疊(10；20)電接觸，該發光層堆疊(10；20)在其部分包含由一聚合物材料所構成的一聚合物層(4；24)及藉由真空蒸發所沉積的一單一有機材料的真空沉積小分子的一低分子層(7；27)，及其中該低分子層(7；27)的小分子係形成為：若該低分子層(7)係相鄰於該陰極接觸(8)而排列，則具有一氧化電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最大約-1.5伏特的供體分子，及若該低分子層(27)係相鄰於該陽極接觸(28)而排列，則具有一還原電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最小約-0.3伏特的受體分子。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該發光裝置為一發光二極體。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該發光層堆疊更包含得自一另外的有機材料的真空沉積小分子的一另外的低分子層，該另外的有機材料可藉由真空蒸發所分離，且與該有機材料不同，其中該另外的低分子層的小分子係形成為：若該另外的低分子層係相鄰於該陽極接觸排列及該 低分子層係相鄰於該陰極接觸排列，則該另外的低分子層之該受體分子具有氧化電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最大約-1.5伏特，及若該另外的低分子層係相鄰於該陰極接觸排列及該低分子層係相鄰於該陽極接觸排列，則該另外的低分子層之該供體分子具有一還原電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最小約-0.3伏特。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該供體分子具有一氧化電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最大約-2.0伏特。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該供體分子具有一氧化電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最大約-2.2伏特。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該受體分子具有一還原電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最小約0伏特。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該受體分子具有一還原電位比Fc/Fc+(二茂鐵/茂鐵鹽氧化還原電對)最小約0.24伏特。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該供體分子及/或其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該受體分子具有一莫耳質量介於約100公克/莫耳及約2000公克/莫耳之間。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或 該另外的低分子層之該供體分子及/或其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該受體分子具有一莫耳質量介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該供體分子至少部分形成為W2(Xpp)4-分子(四個(1,2,3,3a,4,5,6,6a,7,8-十氫-1,9,9b-三氮非那烯基)二鎢(II))。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層之該受體分子至少部分形成為Cl4DCNQI-分子(N,N’-二氰-2,3,5,6-四氯-1,4-醌二亞胺)。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層具有一層厚度介於約0.5奈米及約20奈米之間。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層具有一層厚度介於約1奈米及約10奈米之間。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該低分子層及/或該另外的低分子層具有一層厚度介於約1奈米及約5奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該聚合物層(4；24)為一發光及電荷載體傳送層。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該聚合物層(4；24)具有一層厚度介於約20奈米及約500奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該聚合物層(4；24)具有一層厚度介於約40奈米及約150奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該聚合物層(4；24)具有一層厚度介於約50奈米及約100奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該聚合物層(4；24)係由選自下列聚合物材料的一聚合物材料所形成：聚芴、PPVs、聚螺環、多噻吩或聚對苯。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中，若該低分子層(7)相鄰於該陰極接觸(8)排列，一聚合物電洞注入層(3)係排列於該陽極接觸(2)及該聚合物層(4)之間。
- 如申請專利範圍第20項的裝置，其中該聚合物電洞注入層(3)具有一層厚度介於約20奈米及約500奈米之間。
- 如申請專利範圍第20項的裝置，其中該聚合物電洞注入層(3)具有一層厚度介於約40奈米及約150奈米之間。
- 如申請專利範圍第20項的裝置，其中該聚合物電洞注入層(3)具有一層厚度介於約50奈米及約100奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中，若該低分子層(7)係相鄰於該陰極接觸(8)排列，一低分子有機電子傳送層(6)係排列於該低分子層(7)及該聚合物層(4)之間。
- 如申請專利範圍第24項的裝置，其中該低分子有機電子傳送層(6)包含一有機基質材料，該有機基質材料是 以一低分子有機供體材料電所摻雜。
- 如申請專利範圍第25項的裝置，其中該低分子有機電子傳送層(6)具有一摻雜濃度(供體材料分子：基質材料分子)介於1：1000及1：2之間。
- 如申請專利範圍第25項的裝置，其中該低分子有機電子傳送層(6)具有一摻雜濃度(供體材料分子：基質材料分子)介於1：100及1：5之間。
- 如申請專利範圍第25項的裝置，其中該低分子有機電子傳送層(6)具有一摻雜濃度(供體材料分子：基質材料分子)介於1：100及1：10之間。
- 如申請專利範圍第25項的裝置，其中該有機供體材料具有一莫耳質量介於約100公克/莫耳及約2000公克/莫耳之間。
- 如申請專利範圍第25項的裝置，其中該有機供體材料具有一莫耳質量介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。
- 如申請專利範圍第24項的裝置，其中該低分子有機電子傳送層(6)具有一層厚度介於約10奈米及約500奈米之間。
- 如申請專利範圍第24項的裝置，其中該低分子有機電子傳送層(6)具有一層厚度介於約20奈米及約200奈米之間。
- 如申請專利範圍第24項的裝置，其中該低分子有機電子傳送層(6)具有一層厚度介於約20奈米及約100奈米 之間。
- 如申請專利範圍第25項的裝置，其中該低分子有機供體材料為W2(Xpp)4。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中，若該低分子層(7)係相鄰於該陰極接觸(8)排列，一低分子有機阻擋層(5)係排列於該低分子層(7)及該聚合物層(4)之間。
- 如申請專利範圍第35項的裝置，其中該低分子有機阻擋層(5)具有一層厚度介於約2奈米及約50奈米之間。
- 如申請專利範圍第35項的裝置，其中該低分子有機阻擋層(5)具有一層厚度介於約2奈米及約30奈米之間。
- 如申請專利範圍第35項的裝置，其中該低分子有機阻擋層(5)具有一層厚度介於約5奈米及約20奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中，若該低分子層(27)係相鄰於該陽極接觸(28)排列，一聚合物電子注入層(23)係排列於該陰極接觸(22)及該聚合物層(24)之間。
- 如申請專利範圍第39項的裝置，其中該聚合物電子注入層(23)具有一層厚度介於約20奈米及約500奈米之間。
- 如申請專利範圍第39項的裝置，其中該聚合物電子注入層(23)具有一層厚度介於約40奈米及約150奈米之間。
- 如申請專利範圍第39項的裝置，其中該聚合物電子注入層(23)具有一層厚度介於約50奈米及約100奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中，若該低分子層(27)係相鄰於該陽極接觸(28)排列，一低分子有機電洞傳送層(26)係排列於該低分子層(27)及該聚合物層(24)之間。
- 如申請專利範圍第43項的裝置，其中該低分子有機電洞傳送層(26)包含一有機基質材料，該有機基質材料是以一低分子有機受體材料電所摻雜。
- 如申請專利範圍第44項的裝置，其中該低分子有機電洞傳送層(26)具有一摻雜濃度(受體材料分子：基質材料分子)介於1：1000及1：2之間。
- 如申請專利範圍第44項的裝置，其中該低分子有機電洞傳送層(26)具有一摻雜濃度(受體材料分子：基質材料分子)介於1：100及1：5之間。
- 如申請專利範圍第44項的裝置，其中該低分子有機電洞傳送層(26)具有一摻雜濃度(受體材料分子：基質材料分子)介於1：100及1：10之間。
- 如申請專利範圍第44項的裝置，其中該有機受體材料具有一莫耳質量介於約100公克/莫耳及約2000公克/莫耳之間。
- 如申請專利範圍第44項的裝置，其中該有機受體材料具有一莫耳質量介於約200公克/莫耳及約1000公克/莫耳之間。
- 如申請專利範圍第43項的裝置，其中該低分子有機電洞傳送層(26)具有一層厚度介於約10奈米及約500奈 米之間。
- 如申請專利範圍第43項的裝置，其中該低分子有機電洞傳送層(26)具有一層厚度介於約20奈米及約200奈米之間。
- 如申請專利範圍第43項的裝置，其中該低分子有機電洞傳送層(26)具有一層厚度介於約20奈米及約100奈米之間。
- 如申請專利範圍第44項的裝置，其中該低分子有機受體材料為Cl4DCNQI。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中，若該低分子層(27)係相鄰於該陽極接觸(28)排列則一另外的低分子有機阻擋層係排列於該低分子層(27)及該聚合物層(24)之間。
- 如申請專利範圍第54項的裝置，其中該另外的低分子有機阻擋層(25)具有一層厚度介於約2奈米及約50奈米之間。
- 如申請專利範圍第54項的裝置，其中該另外的低分子有機阻擋層(25)具有一層厚度介於約2奈米及約30奈米之間。
- 如申請專利範圍第54項的裝置，其中該另外的低分子有機阻擋層(25)具有一層厚度介於約5奈米及約20奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該層排列係根據自下列組態族群所選出的至少一組態所形成：反轉組 態；非反轉組態；具有在該發光層堆疊所產生朝遠離該基材發光的光(“頂部發光”)之組態，及具有在該發光層堆疊所產生穿過該基材發光的光(“底部發光”)之組態。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中具有該基材(1；21)的該層排列為可穿透的。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中一底部接觸及一頂部接觸，其由該陽極接觸(2；28)或該陰極接觸(22；8)所形成及其係自一或許多金屬、一金屬及一簡併半導體材料的一組合或一金屬合金所形成。
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