TWI517471B - 具有效率上升特性之有機發光二極體 - Google Patents

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Description

具有效率上升特性之有機發光二極體
本發明係關於一種有機發光二極體，尤指一種具有效率上升特性之有機發光二極體。
1987年，柯達公司的C. W. Tang與S. A. VanSlyke發表關於有機電激發光二極體(Organic Light Emitting Device ,OLED)之創作，Tang與VanSlyke係利用真空蒸鍍之方式，分別將電洞傳輸材料與電子傳輸材料，例如Alq3，鍍覆於ITO玻璃之上，其後再蒸鍍一層金屬電極，如此，即完成具有自發光性、高亮度、高速反應、重量輕、厚度薄、低耗電、廣視角、可撓性、以及可全彩化之有機電激發光二極體(OLED)之製作。
目前所習用有機電激發光二極體，除了發光材料層之外，亦於陽極與陰極之間增設其它介層，例如：電子傳輸層與電洞傳輸層，以增加有機電激發光二極體之發光效能。請參閱第一圖，係一種習用之有機電激發光二極體之結構圖，如第一圖所示，該習用之有機電激發光二極體1’係包括：一陰極11’、一電子注入層12’、一電子傳輸層13’、一第一發光材料層14’、一第二發光材料層15’、一電洞傳輸層16’、一電洞注入層17’、以及一陽極18’。
上述該習用之有機電激發光二極體1’為一高效率的有機電激發光二極體；然，請參閱第二圖，係該習用之有機電激發光二極體之發光效率曲線圖，如第二圖所示，當習用之有機電激發光二極體1’所發出的光其亮度高於3500 cd/m2時，則發光效率即迅速地下降，此種現象稱為有機電激發光二極體之效率滾降(Efficiency Roll-Off)現象。
有鑒於習用之有機電激發光二極體1’具有效率滾降(Efficiency Roll-Off)之缺陷，OLED製造廠商係致力於改善該缺陷並提出一種具有混合發光層之有機電激發光二極體，請參閱第三圖，係一種具有混合發光層之有機電激發光二極體之結構圖，如第三圖所示，該具有混合發光層的改良之有機電激發光二極體1”係包括：一第一導電層11”、一電洞注入層12”、一電洞傳輸層13”、一第一發光材料層14”、一第二發光材料層15”、電子傳輸層16”、電子注入層17”、第二導電層18”、與一第三發光材料層19”，其中，該第一導電層11”係作為改良之有機發光二極體元件1”之一陽極，該電洞注入層12”、該電洞傳輸層13”、該第一發光材料層14”、該第三發光材料層19”、該第二發光材料層15”、該電子傳輸層16”、該電子注入層17”、與該第二導電層18”則依序地形成於該氧化銦錫基板之上。
於該具有混合發光層的改良之有機電激發光二極體1”之中，該第三發光材料層19”係由部分第一發光材料層14”與部份第二發光材料層15”混合而成，且其整體厚度係小於10nm。請參閱第四圖，係具有混合發光層之有機發光二極體元件之發光效率曲線圖，資料點標示為實心三角形之一實線曲線，係為習知有機發光二極體元件之發光效率曲線圖；而資料點標示為空心圓形之一虛線曲線，則為改良之有機發光二極體元件之發光效率曲線圖。其中，當有機發光二極體元件所發出的光的亮度超過3500 cd/m2之後，該實線曲線與該虛線曲線接開始下降，然，於亮度約為10000 cd/m2附近，虛線曲線上的空心圓形(資料點)係高於實線曲線之實心三角形(資料點)，故，可以得知，相較於習知的有機發光二極體元件，該具有混合發光層之有機電激發光二極體的確改善了習知的有機發光二極體元件於高亮度區時所產生之效率滾降(Efficiency Roll-Off)之現象。
如此，經由上述，吾人可以得知具有混合發光層之有機電激發光二極體確實可以改善效率滾降(Efficiency Roll-Off)之缺陷，然而，該具有混合發光層之有機電激發光二極體所表現之亮度與發光效率，仍不足以使得有機電激發光二極體(OLED)取代發光二極體(LED)而作為照明裝置與顯示器。
因此，本案之發明人有鑑於習用的有機發光二極體以及具有混合發光層之有機電激發光二極體，係仍具有缺點與不足，故極力加以研究創作，終於研發完成本發明之一種具有效率上升特性之有機發光二極體。
本發明之主要目的，在於提供一種具有效率上升特性之有機發光二極體，係選擇適當的一客體發光材料摻雜於一主體發光層之內，使得該主體發光層與該客體發光材料之最高佔有分子軌道能階差相對於最低未佔有分子軌道能階差的差值趨近於零(∥ΔEHOMO|-|ΔELUMO∥0)，如此，主體發光層所發出該色光係相對於其發光亮度而呈現發光效率上升(current efficiency roll-up)之特性。
因此，為了達成本發明之主要目的，本案之發明人係提出一種具有效率上升特性之有機發光二極體，係包括：一第一導電層；一電洞注入層，係形成於該第一導電層之上；一主體發光層，係形成於該電洞注入層之上，並具有一主體最高佔有分子軌道能階(high occupied molecular orbital energy level of host，EHOMO,host)與一主體最低未佔有分子軌道能階(lowest unoccupied molecular orbitalenergy level of host，ELUMO,host)；一客體發光材料，係經由適當選擇後，而被摻雜於該主體發光層之內，其中，該客體發光材料具有一客體最高佔有分子軌道能階(high occupied molecular orbital energy level of guest，EHOMO,guest)與一客體最低未佔有分子軌道能階(lowest unoccupied molecular orbital energy level of guest，ELUMO,guest)；一電子傳輸層，係形成於該主體發光層之上；一電子注入層，係形成於該電子傳輸層之上；以及一第二導電層，係形成於該電子注入層之上；其中，當一順向偏壓施予該第一導電層與該第二導電層之時，電洞可由第一導電層注入該電洞注入層，電子可由第二導電層注入該電子傳輸層，並且，該順向偏壓所造成的電位差會促使電子及電洞移動，移動的電子與電洞會在主體發光層中產生復合，使得主體發光層則發出一色光；其中，當適當選擇的該客體發光材料被摻雜於該主體發光層後，使得∥△EHOMO |-|△ELUMO ∥之值趨近於零時，則主體發光層所發出該色光係相對於其發光亮度而呈現發光效率上升(efficiency roll-up)之特性；其中，△EHOMO定義為該主體最高佔有分子軌道能階EHOMO,host與該客體最高佔有分子軌道能階EHOMO,guest之差值，且△ELUMO定義為該主體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,host與該客體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,guest之差值。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種具有效率上升特性之有機發光二極體，以下將配合圖示，詳盡說明本發明之實施例。
請參閱第五圖，係本發明之一種具有效率上升特性之有機發光二極體之架構圖。如第五圖所示，該具有效率上升特性之有機發光二極體1係包括：一第一導電層11、一電洞注入層12、一主體發光層13、一客體發光材料14、一電子傳輸層15、一電子注入層17、以及一第二導電層16，其中，該電洞注入層12係形成於該第一導電層11之上；該主體發光層13則係形成於該電洞注入層12之上，並具有一主體最高佔有分子軌道能階(high occupied molecular orbital energy level of host，EHOMO,host)與一主體最低未佔有分子軌道能階(lowest unoccupied molecular orbitalenergy level of host，ELUMO,host)。
請繼續參閱第五圖，該客體發光材料14係經由適當選擇後，而被摻雜於該主體發光層13之內，其中，該客體發光材料14具有一客體最高佔有分子軌道能階(high occupied molecular orbital energy level of guest，EHOMO,guest)與一客體最低未佔有分子軌道能階(lowest unoccupied molecular orbital energy level of guest，ELUMO,guest)；該電子傳輸層15係形成於該主體發光層13之上；該電子注入層17係形成於電子傳輸層15之上；該第二導電層16則形成於電子注入層17之上。對於該具有效率上升特性之有機發光二極體1而言，當一順向偏壓施予該第一導電層11與該第二導電層16之時，電洞可由第一導電層11注入該電洞注入層12，電子可由第二導電層16注入該電子注入層17，並且，該順向偏壓所造成的電位差會促使電子及電洞移動，移動的電子與電洞會在主體發光層13中產生復合，使得主體發光層13則發出一色光。
並且，對於本發明之具有效率上升特性之有機發光二極體1而言，當經由適當選擇之該客體發光材料14被摻雜於該主體發光層13之內後，使得||ΔEHOMO|-|ΔELUMO||之值趨近於零時(||ΔEHOMO|-|ΔELUMO||0)，則主體發光層13所發出該色光係相對於其發光亮度而呈現發光效率上升(efficiency roll-up)之特性；其中，ΔEHOMO定義為該主體最高佔有分子軌道能階EHOMO,host與該客體最高佔有分子軌道能階EHOMO,guest之差值，且ΔELUMO定義為該主體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,host與該客體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,guest之差值。
為了證明前述本發明該具有效率上升特性之有機發光二極體之特徵與功效，以下將藉由各種實驗資料來加以說明。首先，使用三種不同的主體發光層材料分別作為三個有機發光二極體之主體發光層。請繼續參閱第五圖，同時，請參閱第六A圖、第六B圖與第六C圖係分別為以DPASN為一主體發光層材料之一有機發光二極體的能階圖、係以MDP3FL為主體發光層材料之有機發光二極體的能階圖與係以BANE為主體發光層材料之有機發光二極體的能階圖。如第五圖與第六A圖所示，該有機發光二極體之第一導電層11為一氧化銦錫(ITO)，係作為一陽極使用，且該氧化銦錫之能階為5.2eV；該電洞注入層12之製程材料為poly(3,4-ethylene-dioxythiophene):poly-(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)，其中，PEDOT:PSS之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.0eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.3eV。該主體發光層13之製程材料為2-(N,N-diphenyl-amino)-6-[4-(N,N-diphenylamine)styryl]naphthalene(DPASN)，其中，DPASN之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.2eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.1eV。該客體發光材料14之製程材料為Spiro-fluorene-dibenzosuberene[d](1,4-bis(4-(N,N-diphenylamine)-phenyl)-quinoxaline)(5號黃光材料)，其中，5號黃光材料之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.4eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.8eV。該電子傳輸層15之製程材料為1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene(TPBi)，其中，TPBi之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為6.2eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.7eV。並且，該有機發光二極體之電子注入層17之材料為氟化鋰(LiF)；且該第二導電層16之材料則為鋁(Al)，係作為一陰極使用，其中，如第六A圖所示，氟化鋰(LiF)與鋁(Al)之等效能階為4.3eV。
並且，如第五圖與第六B圖所示，該第一導電層11為氧化銦錫(ITO)，作為一陽極使用；該電洞注入層12之製程材料則為PEDOT:PSS。該主體發光層13之製程材料為2,7-bis{2[phenyl(m-tolyl)amino]-9,9-dimethyl-fluorene-7-yl}-9,9-dimethyl-fluorene(MDP3FL)，其中，MDP3FL之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.4eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.4eV。該客體發光材料14之製程材料為5號黃光材料，該電子傳輸層15之製程材料為TPBi，且該電子注入層17與該第二導電層16之材料分別為氟化鋰(LiF)與鋁(Al)。
再者，如第五圖與第六C圖所示，該第一導電層11為氧化銦錫(ITO)，作為一陽極使用；該電洞注入層12之製程材料則為PEDOT:PSS。該主體發光層13之製程材料為1-butyl-9,10-naphthalene-anthracene(BANE)，其中，BANE之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.7eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.6eV。該客體發光材料14之製程材料為5號黃光材料，且該電子傳輸層15之製程材料為TPBi，且該電子注入層17與該第二導電層16之材料分別為氟化鋰(LiF)與鋁(Al)。
如第六A圖、第六B圖、與第六C圖所示之三種有機發光二極體，該三者係具有相同的第一導電層11(即，陽極層)、電洞注入層12、客體發光材料14、電子傳輸層15、電子注入層17、與第二導電層16(即，陰極層)，且三者具有相異的主體發光層13，分別為：DPASN、MDP3FL與BANE。
繼續地參閱第六A圖、第六B圖、與第六C圖，並請同時參閱第七圖，係三種有機發光二極體之發光效率對亮度之曲線圖。經由第七圖所示之曲線資料，可以得知，由於以BANE為主體發光層13之有機發光二極體，其主體發光層13之該主體最高佔有分子軌道能階EHOMO,host與該主體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,host分別為5.7eV與2.6eV，且其客體發光材料14之該客體最高佔有分子軌道能階FHOMO,guest與該客體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,guest分別為5.4eV與2.8eV；吾人可計算主體最低未佔有分子軌道能階與客體最低未佔有分子軌道能階之差值ΔELUMO=ELUMO,host-ELUMO,guest=-0.2eV，且主體最高佔有分子軌道能階與客體最高佔有分子軌道能階之差值ΔEHOMO=EHOMO,host-EHOMO,host=0.3；因此，吾人可經由前述計算之ΔEHOMO與ΔELUMO進一步地計算出||ΔEHOMO|-|ΔELUMO||之值，即0.1eV。是以，隨著亮度(luminance)之增加，以BANE為主體發光層13之有機發光二極體，係呈現出發光效率上升(efficiency roll-up)之特性；反之，以MDP3FL為主體發光層13之有機發光二極體以及以DPASN為主體發光層13之有機發光二極體則呈現出發光效率下降(efficiency roll-off)之特性。
因此，經由上述之實驗結果，吾人可以得知，BANE係適於作為有機發光二極體之主體發光層13，且，隨著亮度之增加，以BANE為主體發光層13之有機發光二極體，係表現出明顯的發光效率上升現象(efficiency roll-up)。再者，接下來的實驗，吾人則會先選擇三種不同的客體發光材料14，之後，將選定的三種客體發光材料14分別地摻雜於三個以BANE為主體發光層13之有機發光二極體之內，藉以比較不同的客體發光材料14對於有機發光二極體之發光效率之影響。
請參閱第八A圖、第八B圖與第八C圖，係以BANE與10號天藍光材料為主體發光層與客體發光材料之有機發光二極體的能階圖、係以BANE與5號黃光材料為主體發光層與客體發光材料之有機發光二極體的能階圖、以及係以BANE與綠光材料GD10為主體發光層與客體發光材料之有機發光二極體的能階圖。如第五圖與第八A圖所示，該有機發光二極體之第一導電層11為一氧化銦錫(ITO)，係作為一陽極使用，且該氧化銦錫之能階為5.2eV；該電洞注入層12之材料為PEDOT:PSS，其中，PEDOT:PSS之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.0eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.3eV。該主體發光層13之材料為BANE，其中，BANE之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.7eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.6eV。該客體發光材料14為3,7-Bis(N,N-diphenylamino)-5,5-spirofluorenyl-5H-dibenzo[a,d]cycloheptene(10號天藍光材料)，其中，10號天藍光材料之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.0eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.1eV。該電子傳輸層15之材料為TPBi，其中，TPBi之最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為6.2eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.7eV。並且，該有機發光二極體之電子注入層17之材料為氟化鋰(LiF)，且該第二導電層16之材料為鋁(Al)，其係作為一陰極使用，其中，氟化鋰(LiF)與鋁(Al)之等效能階為4.3eV。
並且，如第五圖與第八B圖所示，該有機發光二極體之客體發光材料為5號黃光材料，其最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.4eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.8eV。另外，該有機發光二極體之第一導電層11、電洞注入層12、主體發光層13、電子傳輸層15、電子注入層17、與第二導電層16分別為氧化銦錫(ITO)、PEDOT:PSS、BANE、TPBi、氟化鋰(LiF)、與鋁(Al)。
再者，如第五圖與第八C圖所示，該有機發光二極體之客體發光材料為bis[p-isopropylohenyl](p-tolyl)amino]-10-10'-phenanthracene(BPTAPA)，被稱為綠光材料GD10，其最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.5eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.78eV。另外，該有機發光二極體之第一導電層11、電洞注入層12、主體發光層13、電子傳輸層15、電子注入層17、與第二導電層16分別為氧化銦錫(ITO)、PEDOT:PSS、BANE、TPBi、氟化鋰(LiF)、與鋁(Al)。
如此，如第八A圖、第八B圖、與第八C圖所示之三種有機發光二極體，該三者係具有相同的第一導電層11(即，陽極層)、電洞注入層12、主體發光層13、電子傳輸層15、與第二導電層16(即，陰極層)，且三者具有相異的客體發光材料14，分別為：10號天藍光材料、5號黃光材料與綠光材料GD10。另外，請參閱第九圖，係三種有機發光二極體之發光效率對亮度之曲線圖。其中，對於以BANE與5號黃光材料為主體發光層13與客體發光材料14之有機發光二極體而言，其主體發光層13之該主體最高佔有分子軌道能階EHOMO,host與該主體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,host分別為5.7eV與2.6eV，且其客體發光材料14之該客體最高佔有分子軌道能階EHOMO,guest與該客體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,guest分別為5.4eV與2.8eV；吾人可計算主體最低未佔有分子軌道能階與客體最低未佔有分子軌道能階之差值ΔELUMO=ELUMO,host-ELUMO,guest=-0.2eV，且主體最高佔有分子軌道能階與客體最高佔有分子軌道能階之差值ΔEHOMO=EHOMO,host-EHOMO,host=0.3；因此，吾人可經由前述計算之ΔEHOMO與ΔELUMO進一步地計算出||ΔEHOMO|-|ΔELUMO||之值，即0.1eV。故，如第九圖所示，隨著亮度之增加，以BANE為主體發光層13之有機發光二極體，係呈現出發光效率上升之特性。
另外，對於以BANE與綠光材料GD10為主體發光層13與客體發光材料14之有機發光二極體而言，其主體發光層13之該主體最高佔有分子軌道能階EHOMO,host與該主體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,host分別為5.7eV與2.6eV，且其客體發光材料14之該客體最高佔有分子軌道能階EHOMO,guest與該客體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,guest分別為5.5eV與2.78eV；吾人可計算主體最低未佔有分子軌道能階與客體最低未佔有分子軌道能階之差值ΔELUMO=ELUMO,host-ELUMO,guest=-0.18eV，且主體最高佔有分子軌道能階與客體最高佔有分子軌道能階之差值ΔEHOMO=EHOMO,host-EHOMO,host=0.2；因此，吾人可經由前述計算之ΔEHOMO與ΔELUMO進一步地計算出||ΔEHOMO|-|ΔELUMO||之值，即0.02eV。由於0.02eV為相當接近0的一個數值，因此，如第九圖所示，隨著亮度之增加，以BANE與綠光材料GD10為主體發光層13與客體發光材料14之有機發光二極體係呈現出發光效率上升之特性。
為了更清楚地證明本發明該具有效率上升特性之有機發光二極體之特徵與功效，以下，再藉由另外一組實驗來加以說明。請參閱第十A圖與第十B圖，係以BANE與綠光材料GD10為主體發光層與客體發光材料之有機發光二極體的能階圖，以及以DSB與綠光材料GD10為主體發光層與客體發光材料之有機發光二極體的能階圖。如第五圖與第十A圖所示，該有機發光二極體之客體發光材料為bis[p-isopropylohenyl](p-tolyl)amino]-10-10'-phenanthrace ne(BPTAPA)，被稱為綠光材料GD10，其最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.5eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.78eV。另外，該有機發光二極體之第一導電層11、電洞注入層12、主體發光層13、電子傳輸層15、電子注入層17、與第二導電層16分別為氧化銦錫(ITO)、PEDOT、BANE、TPBi、氟化鋰(LiF)、與鋁(Al)。
另外，如第五圖與第十A圖所示，該有機發光二極體之主體發光層13之材料為1,4-bis[2-[4-[N,N-di(p-tolyl)amino]phenyl]vinyl]benzene(DSB)，其最高佔有分子軌道能階(EHOMO)為5.66eV，且其最低未佔有分子軌道能階(ELUMO)為2.73eV。另外，該有機發光二極體之第一導電層11、電洞注入層12、客體發光材料14、電子傳輸層15、電子注入層17、與第二導電層16分別為氧化銦錫(ITO)、PEDOT、綠光材料GD10、TPBi、氟化鋰(LiF)、與鋁(Al)。
如此，如第十A圖與第十B圖之二種有機發光二極體，該二者係具有相同的第一導電層11(即，陽極層)、電洞注入層12、客體發光材料14、電子傳輸層15、電子注入層17、與第二導電層16(即，陰極層)，且二者具有相異的主體發光層13，分別為：BANE與DSB。另外，請參閱第十一圖，係二種有機發光二極體之發光效率對亮度之曲線圖。對於以BANE與綠光材料GD10為主體發光層13與客體發光材料14之有機發光二極體而言，其主體發光層13之該主體最高佔有分子軌道能階EHOMO,host與該主體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,host分別為5.7eV與2.6eV，且其客體發光材料14之該客體最高佔有分子軌道能階EHOMO,guest與該客體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,guest分別為5.5eV與2.78eV；吾人可計算主體最低未佔有分子軌道能階與客體最低未佔有分子軌道能階之差值ΔELUMO=ELUMO,host-ELUMO,guest=-0.18eV，且主體最高佔有分子軌道能階與客體最高佔有分子軌道能階之差值ΔEHOMO=EHOMO,host-EHOMO,host=0.2；因此，吾人可經由前述計算之ΔEHOMO與ΔELUMO進一步地計算出||ΔEHOMO|-|ΔELUMO||之值，即0.02eV。故，如第十一圖所示，隨著亮度之增加，以BANE與綠光材料GD10為主體發光層13與客體發光材料14之有機發光二極體，係呈現出發光效率上升之特性。
另外，對於以DSB與綠光材料GD10為主體發光層13與客體發光材料14之有機發光二極體而言，其主體發光層13之該主體最高佔有分子軌道能階EHOMO,host與該主體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,host分別為5.66eV與2.73eV，且其客體發光材料14之該客體最高佔有分子軌道能階EHOMO,guest與該客體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,guest分別為5.5eV與2.78eV；吾人可計算主體最低未佔有分子軌道能階與客體最低未佔有分子軌道能階之差值ΔELUMO=ELUMO,host-ELUMO,guest=-0.05eV，且主體最高佔有分子軌道能階與客體最高佔有分子軌道能階之差值ΔEHOMO=EHOMO,host-EHOMO,host=0.16；因此，吾人可經由前述計算之ΔEHOMO與ΔELUMO進一步地計算出∥ΔEHOMO|-|ΔELUMO∥之值，即0.11eV。故，如第十一圖所示，隨著亮度之增加，以DSB與綠光材料GD10為主體發光層13與客體發光材料14之有機發光二極體係呈現出發光效率上升之特性。
如此，經由上述架構圖、能階圖與各種實驗資料，本發明之具有效率上升特性的有機發光二極體，其基本架構與特徵係已完整且清楚地被揭露。此外，本發明之具有效率上升特性的有機發光二極體係更包括一第二實施例，請參閱第十二圖，係本發明之一種具有效率上升特性之有機發光二極體之第二實施例架構圖。如第十二圖所示，該具有效率上升特性之有機發光二極體1之第二實施例係包括：一第一導電層11、一電洞注入層12、一電洞傳輸層18、一主體發光層13、一客體發光材料14、一電子傳輸層15、一電子注入層17、以及一第二導電層16，其中，第二實施例之該第一導電層11、該電洞注入層12、該主體發光層13、該客體發光材料14、該電子傳輸層15、該電子注入層17、與該第二導電層16係相同於前述實施例之第一導電層11、電洞注入層12、主體發光層13、客體發光材料14、電子傳輸層15、電子注入層17、與第二導電層16。
於該具有效率上升特性之有機發光二極體1的第二實施例之中，係將該電洞傳輸層18形成於該電洞注入層12與該主體發光層13之間，其中，藉由該電洞傳輸層18之設置，可使得移動進入主體發光層13的電洞的數目增加，並可防止未於主體發光層13內與電洞複合的電子流向第一導電層11(陽極)。
如此，藉由上述完整的說明，本發明之一種具有效率上升特性之有機發光二極體已完整且清楚地被揭露，並且，經由上述，可以得知本發明係具有下列之優點：本發係將一選擇適當的客體發光材料摻雜於一主體發光層之內，使得使得||ΔEHOMO|-|ΔELUMO||之值趨近於零時，則主體發光層13所發出該色光係相對於其發光亮度而呈現發光效率上升(efficiency roll-up)之特性。
上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
1．．．具有效率上升特性之有機發光二極體
1’．．．習用之有機電激發光二極體
1”．．．改良之有機發光二極體
11．．．第一導電層
11’．．．陰極
11”．．．第一導電層
12．．．電洞注入層
12’．．．電子注入層
12”．．．電洞注入層
13．．．主體發光層
13’．．．電子傳輸層
13”．．．電洞傳輸層
14．．．客體發光材料
14’．．．第一發光材料層
14”．．．第一發光材料層
15．．．電子傳輸層
15’．．．第二發光材料層
15”．．．第二發光材料層
16．．．第二導電層
16’．．．電洞傳輸層
16”．．．電子傳輸層
17．．．電子注入層
17’．．．電洞注入層
17”．．．電子注入層
18．．．電洞傳輸層
18’．．．陽極
18”．．．第二導電層
19”．．．第三發光材料層
第一圖　係一種習用之有機電激發光二極體之結構圖；
第二圖　係習用之有機電激發光二極體之發光效率曲線圖；
第三圖　係一種具有混合發光層之有機發光二極體元件之結構圖；
第四圖　係具有混合發光層之有機發光二極體元件之發光效率曲線圖；
第五圖　係本發明之一種具有效率上升特性之有機發光二極體之架構圖；
第六A圖　係以DPASN為一主體發光層材料之一有機發光二極體的能階圖；
第六B圖　係以MDP3FL為主體發光層材料之有機發光二極體的能階圖；
第六C圖　係以BANE為主體發光層材料之有機發光二極體的能階圖；
第七圖　係三種有機發光二極體之發光效率對亮度之曲線圖；
第八A圖　係以BANE與10號天藍光材料為一主體發光層與一客體發光材料之一有機發光二極體的能階圖；
第八B圖　係以BANE與5號黃光材料為主體發光層與客體發光材料之有機發光二極體的能階圖；
第八C圖　係以BANE與綠光材料GD10為主體發光層與客體發光材料之有機發光二極體的能階圖；
第九圖　係三種有機發光二極體之發光效率對亮度之曲線圖；
第十A圖　係以BANE與綠光材料GD10為一主體發光層與一客體發光材料之一有機發光二極體的能階圖；
第十B圖　係以DSB與綠光材料GD10為主體發光層與客體發光材料之有機發光二極體的能階圖；
第十一圖　係二種有機發光二極體之發光效率對亮度之曲線圖；以及
第十二圖　係本發明之一種具有效率上升特性之有機發光二極體之第二實施例架構圖。
1．．．具有效率上升特性之有機發光二極體
11．．．第一導電層
12．．．電洞注入層
13．．．主體發光層
14．．．客體發光材料
15．．．電子傳輸層
16．．．第二導電層
17．．．電子注入層

Claims (10)

  1. 一種具有效率上升特性之有機發光二極體，係包括：一第一導電層；一電洞注入層，係形成於該第一導電層之上；一主體發光層，係形成於該電洞注入層之上，並具有一主體最高佔有分子軌道能階(high occupied molecular orbital energy level of host，EHOMO,host)與一主體最低未佔有分子軌道能階(lowest unoccupied molecular orbitalenergy level of host，ELUMO,host)；一客體發光材料，係經由適當選擇後，而被摻雜於該主體發光層之內，其中，該客體發光材料具有一客體最高佔有分子軌道能階(high occupied molecular orbital energy level of guest，EHOMO,guest)與一客體最低未佔有分子軌道能階(lowest unoccupied molecular orbital energy level of guest，ELUMO,guest)；一電子傳輸層，係形成於該主體發光層之上；一電子注入層，係形成於該電子傳輸層之上；以及一第二導電層，係形成於該電子注入層之上；其中，當一順向偏壓施予該第一導電層與該第二導電層之時，電洞可由第一導電層注入該電洞注入層，電子可由第二導電層注入該電子注入層，並且，該順向偏壓所造成的電位差會促使電子及電洞移動，移動的電子與電洞會在主體發光層中產生復合，使得主體發光層則發出一色光；其中，當經由適當選擇之該客體發光材料被摻雜於該主體發光層之內後，使得||ΔEHOMO|-|ΔELUMO||之值趨近於零時，則主體發光層所發出該色光係相對於其發光亮度而呈現發光效率上升(efficiency roll-up)之特性；其中，ΔEHOMO定義為該主體最高佔有分子軌道能階EHOMO,host與該客體最高佔有分子軌道能階EHOMO,guest之差值，且ΔELUMO定義為該主體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,host與該客體最低未佔有分子軌道能階ELUMO,guest之差值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，其中，該第一導電層為一氧化銦錫(ITO)，作為一陽極使用。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，其中，該第二導電層之製程材料為鋁(Al)，係作為一陰極使用。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，其中，該電洞注入層之製程材料為poly(3,4-ethylene-dioxythiophene):poly-(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，其中，該電子傳輸層之製程材料為1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene(TPBi)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，其中，該主體發光層之製程材料可為下列任一種：2-(N,N-diphenyl-amino)-6-[4-(N,N-diphenylamine)styryl]naphthalene(DPASN)、2,7-bis{2[phenyl(m-tolyl)amino]-9,9-dimethyl-fluorene-7-yl}-9,9-dimethyl-fluorene(MDP3FL)、1-butyl-9,10-naphthalene-anthracene(BANE)、與1,4-bis[2-[4-[N,N-di(p-tolyl)amino]phenyl]vinyl]benzene(DSB)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，其中，該客體發光材料可為下列任一種：3,7-Bis(N,N-diphenylamino)-5,5-spirofluorenyl-5H-dibenzo[a,d]cycloheptene(10號天藍光材料)、Spiro-fluorene-dibenzosuberene[d](1,4-bis(4-(N,N-diphenylamine)-phenyl)-quinoxaline)(5號黃光材料)、與bis[p-isopropylohenyl](p-tolyl)amino]-10-10'-phenanthracene(GD10號綠光材料)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，其中，該客體發光材料為染料，用以改變主體發光層所發出之該色光的顏色。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，其中，該電子注入層之製程材料為氟化鋰(LiF)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之具有效率上升特性之有機發光二極體，可更包括：一電洞傳輸層，其製程材料為(1,1-bis{4-[di(p-tolyl)amino]-phenyl}cyclohexane)(TAPC)。
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