TWI630740B - 有機電激發光元件 - Google Patents

Abstract

一種有機電激發光元件，包括一基板、一有機官能層及一取光層。取光層配置於基板上且位於基板與有機官能層之間。取光層包括多個光學微粒及多個量子點，各光學微粒的尺寸大於1微米，各量子點的尺寸小於10奈米。有機官能層中的至少一發光層所發出的光線適於激發至少部分的這些量子點以產生二次光線，且至少一發光層所發出的光線的波長短於二次光線的波長。

Description

有機電激發光元件

本揭露是有關於一種發光元件，且是有關於一種有機電激發光元件。

目前有機電激發光元件(OLED)是在電極上製作多層堆疊結構。以會發出白光的有機電激發光元件為例，可透過依序堆疊的電洞注入層(HIL)、電洞傳輸層(HTL)、藍光發光層(B EML)、電子傳輸層(ETL)、電荷產生層(CGL)、電洞傳輸層(HTL)、紅光發光層(R EML)、電荷產生層(CGL)、電洞傳輸層(HTL)、綠光發光層(G EML)、電子傳輸層(ETL)及電子注入層(EIL)來製作出有機官能層。

然而，由於堆疊的膜層數量較多，整體製程時間冗長。此外，由於這些發光層所發出的光線顏色會與這些膜層的厚度與平整度有關，且電流在通過這些膜層也會損耗，而使得此類有機電激發光元件在通電之後所混合出的光線的顏色也未必能符合需求，良率上具有較高的不確定性。另外，如何提升發光元件的光取出率也是相當重要的議題。

本揭露實施例提供一種有機電激發光元件，其具有能夠兼具取光與受激發光功能的取光層，而可降低有機官能層的層數，以簡化整體製程，且能提升光取出率。

本揭露實施例的一種有機電激發光元件，包括一基板、一有機官能層及一取光層。取光層配置於基板上且位於基板與有機官能層之間，其中取光層包括多個光學微粒及多個量子點，各光學微粒的尺寸大於1微米，各量子點的尺寸小於10奈米，有機官能層中的至少一發光層所發出的光線適於激發至少部分的這些量子點以產生二次光線，且至少一發光層所發出的光線的波長短於二次光線的波長。

為讓本揭露能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本揭露的有機電激發光元件具有製程簡單、低成本且高光取出率的特性。下面將介紹其中一種實施態樣的製作流程。圖1至圖6是依照本揭露的一實施例的一種有機電激發光元件的製作流程示意圖。首先，請參閱圖1，提供一基板110。在本實施例中，基板110為透光的可撓式基板110，基板110的材質例如是聚萘二甲酸(polyethylene naphthalate, PEN)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)或聚醯亞胺(polyimide，PI)。當然，基板110的種類與材質並不以此為限制，在其他實施例中，基板110也可以是硬質基板110，例如玻璃基板110。或者，基板110也可以是半穿透半反射基板110，基板110只要能使至少一部分的光線通過即可。

接著，請參閱圖2，將一取光層130配置於基板110上。在本實施例中，取光層130透過塗佈(coating)或噴墨打印(inkjet printing)的方式配置於基板110。取光層130的材料例如包括溶於丙二醇甲醚(propylene glycol methyl ether, PGME)的聚醯亞胺，但取光層130的材料並不以此為限制，在其他實施例中，取光層130的材料也可以是矽氧樹脂(silicone)。

在本實施例中，取光層130包括多個光學微粒132及多個量子點134。光學微粒132及量子點134可透過摻雜的方式形成於取光層130內，或者也可以透過例如是有機金屬化學氣相沉澱法或印刷法等其他方式配置於取光層130內。各光學微粒132的尺寸大於1微米，光學微粒132可用來反射光線或散射光線，以改變光線行進方向，而增加光取出率(Light Extraction Efficiency)。光學微粒132例如是二氧化矽或二氧化鋯等氧化物，但光學微粒132的材料並不以此為限制。

量子點134可包括例如是硒化鎘、硫化鎘或硫化鋅等的無機物。量子點134可包括紅光量子點、橘光量子點、黃光量子點與綠光量子點的至少一者。在本實施例中，量子點134以紅光量子點為例，但在其他實施例中，取光層130的種類並不以此為限制，且取光層130可以具有多種量子點134。各量子點134的尺寸小於10奈米。更明確地說，各量子點134的尺寸介於2奈米至7奈米之間，例如是2.5奈米、3.5奈米、5奈米或7奈米等。在本實施例中，各量子點134的尺寸介於5奈米至7奈米之間。這些量子點134在取光層130的含量介於1wt%至5wt%之間，例如是3wt%。當然，量子點134的尺寸與含量並不以此為限制。

需說明的是，在圖2與後面的圖式中僅是示意性地表示出取光層130內有光學微粒132及量子點134，圖式中光學微粒132及量子點134在取光層130內的尺寸比例、含量比例與分布關係並非實際上的尺寸比例、含量比例與分布關係。

值得一提的是，量子點134可透過前驅物(precursor)來逐步形成核心(core)與在核心外的殼層(shell)，且製造者可透過調整核心的尺寸與殼層的厚度來控制量子點134受激發時發出的光線的波長。

舉例而言，紅光量子點的材料可以包括硒化鎘/硫化鋅(CdSe/ZnS)，其最高占據分子軌域（Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO）和最低未占分子軌域（Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO）分別是6.7電子伏特(eV)與4.7電子伏特(eV)。紅光量子點的材料也可以包括磷化銦/硫化鋅(InP/ZnS)，其最高占據分子軌域和最低未占分子軌域分別是5.2電子伏特(eV)與2.2電子伏特(eV)。上述紅光量子點受激發後發出的光線的色座標例如是(0.69,0.31)，能量(焦耳/秒)為200倍的普朗克常數(h)，電流效率（current efficiency, µc）可達到15-20燭光/安培(cd/A)，能量效率（power efficiency, µp）可達到15流明亮度瓦特功率/(lm/W)。

綠光量子點的材料可以包括硒化鎘/硫化鋅(CdSe/ZnS)，其最高占據分子軌域和最低未占分子軌域分別是6.8電子伏特(eV)與4.3電子伏特(eV)。綠光量子點受激發後發出的光線的色座標例如是(0.30,0.68)，能量(焦耳/秒)為10倍的普朗克常數(h)，電流效率可達到12-35燭光/安培(cd/A)，能量效率可達到10流明亮度瓦特功率/(lm/W)。

藍光量子點的材料可以包括鎘鋅(CdZn)、硫化鎘鋅(CdZnS)等，其最高占據分子軌域和最低未占分子軌域分別是6.9電子伏特(eV)與3.9電子伏特(eV)。藍光量子點受激發後發出的光線的色座標例如是(0.16,0.05)，能量(焦耳/秒)為1倍的普朗克常數(h)，電流效率可達到0.55燭光/安培(cd/A)，能量效率可達到0.26流明亮度瓦特功率/(lm/W)。

橘光量子點的材料可以包括硒化鎘、硫化鎘或硫化鋅等，其最高占據分子軌域和最低未占分子軌域分別是6電子伏特(eV)與3.9電子伏特(eV)。橘光量子點受激發後發出的光線的色座標例如是(0.46,0.52)。黃光量子點的材料可以包括硒化鎘、硫化鎘或硫化鋅等，其最高占據分子軌域和最低未占分子軌域分別是6電子伏特(eV)與3.9電子伏特(eV)。黃光量子點受激發後發出的光線的色座標例如是(0.43,0.57)。

當然，上面僅是舉出幾種量子點134的材料與受激發後發出的光線的表現或特性，量子點134的材料與受激發後發出的光線的表現或特性並不以上述為限制。

再來，請參閱圖3，在取光層130上配置一第一電極105。在本實施例中，第一電極105是陽極。配置第一電極105的方式例如是透過濺鍍(sputter)的方式在取光層130上形成第一電極105，第一電極105的材料例如是氧化銦錫(ITO)或是氧化銦鋅(IZO)。當然，第一電極105的形成方式與材料種類並不以此為限制。

接著，請參閱圖4，在第一電極105上形成一有機官能層120，並在有機官能層120上形成第二電極106(也就是陰極)。在本實施例中，有機官能層120是以受電可激發出藍光與綠光的有機官能層120為例，也就是說，本實施例的有機官能層120包括藍光發光層與綠光發光層。

有機官能層120包括多層堆疊的膜層。更明確地說，在本實施例中，有機官能層120包括依序形成在第一電極105上的一電洞注入層(HIL)121、一電洞傳輸層(HTL)122、一發光層(EML)123、一電子傳輸層(ETL)124、一電荷產生層(CGL)125、一電洞傳輸層(HTL)126、一發光層(EML)127、一電子傳輸層(ETL)128及一電子注入層(EIL)129，其中，發光層123為藍光發光層，發光層127為綠光發光層。

接著，請參閱圖5，在取光層130上配置一封裝層140，且封裝層140會封裝有機官能層120，以保護有機官能層120。封裝層140可以是多層堆疊的薄膜封裝層140(thin film encapsulation，TFE)，但封裝層140的種類並不以此為限制。最後，請參閱圖6，在封裝層140上配置一封裝蓋板150以完成有機電激發光元件100。在本實施例中，封裝蓋板150例如是金屬蓋板，但封裝蓋板150的材料並不以此為限制。

圖6是本揭露的一實施例的一種有機電激發光元件的示意圖。如圖6所示，本實施例的有機電激發光元件100包括基板110、有機官能層120及取光層130。取光層130配置於基板110上且位於基板110與有機官能層120之間。取光層130包括多個光學微粒132及多個量子點134，各光學微粒132的尺寸大於1微米，各量子點134的尺寸小於10奈米。有機官能層120中的至少一發光層123、127所發出的光線適於激發這些量子點134以產生二次光線，且至少一發光層123、127所發出的光線的波長短於二次光線的波長。

在本實施例中，有機官能層120包括兩層發光層123、127，也就是藍光發光層與綠光發光層，量子點134包括紅光量子點，有機官能層120中的藍光發光層與綠光發光層所發出的藍光與綠光適於激發這些紅光量子點以產生紅色的二次光線，藍光、綠光與被激發出的紅光混合成白光，而從下方的可透光的基板110射出。

以能夠發出白光的有機電激發光元件為例，傳統的有機電激發光元件的有機官能層會包括紅色發光層、藍色發光層與綠色發光層以及對應的其他電子電洞層。這些堆疊的膜層數量較多，整體製程時間冗長，且膜層數量多會使得良率上具有較高的不確定性，通電之後所混合出的光線的顏色也未必能符合需求。本實施例的有機電激發光元件100在基板110與有機官能層120之間配置含有量子點134的取光層130，由於有機官能層120中的發光層123、127所發出的光線可激發取光層130的量子點134以產生波長較長的二次光線，發光層123、127所發出的光線與二次光線可混合出白光，而使得有機官能層120可具有較少的層數，製程上較為簡單，且能節省材料與成本。

當然，在其他實施例中，有機官能層120中的發光層數量123、127可以更多或更少，並不以兩個發光層123、127為限制。舉例來說，有機官能層120還可包括紅光發光層或是紫外光發光層等其他色光的發光層。在有機官能層120中具有較多發光層的實施態樣中，雖然有機官能層120仍須製作出較多的膜層，但可以透過在取光層130中加入量子點134來達到調整光色的效果，而可提供較準確的光色，且相較於傳統的有機電激發光元件100具有更佳的光取出率。

此外，量子點134也可以是紅光量子點、黃光量子點、橘光量子點與綠光量子點的至少一者。只要有機官能層120中的有至少一個發光層123或127所發出的光線可以激發至少一部分的量子點134以產生二次光線即可。有機官能層120內的發光層123、127的數量與種類，量子點134的種類並不限制。當然，有機官能層120中的發光層123、127所發出的光線與量子點134激發出的二次光線也可以混合出其他顏色的色光，並不以白光為限制。

另外，在本實施例中，有機電激發光元件100更包括一封裝層140及一封裝蓋板150。封裝層140配置在取光層130上且封裝有機官能層120，且封裝蓋板150配置在封裝層140上，以對有機官能層120提供多重保護。

當然，有機電激發光元件100的形式並不以上述為限制，下面將舉出其他種有機電激發光元件100a、100b、100c、100d。圖7至圖10分別是依照本揭露的其他實施例的多種有機電激發光元件的示意圖。需說明的是，在圖7至圖10中，與圖6的有機電激發光元件100相同或相似的元件以相同或相似的符號表示，不再多加贅述。

請先參閱圖7，圖7的有機電激發光元件100a與圖6的有機電激發光元件100的主要差異在於，圖7的有機電激發光元件100a更包括一第一阻障層160，配置於基板110與取光層130之間。在本實施例中，第一阻障層160可以採用溶於二甲苯溶劑(xylene)的矽烷(silzane)來製作，當然，第一阻障層160的材料並不以此為限制。第一阻障層160可以在形成取光層130之前，透過塗佈的方式形成在基板110上，之後再在第一阻障層160上形成取光層130與有機官能層120，以阻擋水氣與氧氣進入有機官能層120與取光層130，而提升有機電激發光元件100的使用壽命。

請參閱圖8，圖8的有機電激發光元件100b與圖6的有機電激發光元件100的主要差異在於，圖8的有機電激發光元件100b更包括一第二阻障層170，配置於基板110上相對於取光層130的一面。在本實施例中，第二阻障層170可以阻擋水氣與氧氣進入基板110、有機官能層120與取光層130，而提升有機電激發光元件100的使用壽命。

在本實施例中，第二阻障層170可以採用溶於二甲苯溶劑(xylene)的矽烷(silzane)來製作，當然，第二阻障層170的材料並不以此為限制。此外，第二阻障層170與取光層130分別形成於基板110的相對兩面的製作順序並不受限制，第二阻障層170可透過塗佈的方式先形成在基板110的下表面上，之後再在基板110的上表面形成取光層130，或是相反。

請參閱圖9，圖9的有機電激發光元件100c與圖6的有機電激發光元件100的主要差異在於，圖9的有機電激發光元件100c包括配置於基板110與取光層130之間的第一阻障層160及配置於基板110上相對於取光層130的一面上的第二阻障層170。本實施例的有機電激發光元件100透過在基板110的兩側分別形成第一阻障層160及第二阻障層170，可以阻擋水氣與氧氣進入有機官能層120與取光層130，而對有機官能層120與取光層130形成雙重保護。第一阻障層160與第二阻障層170可分別採用溶於二甲苯溶劑(xylene)的矽烷(silzane)來製作，但第一阻障層160與第二阻障層170的材料並不以此為限制。在其他實施例中，第一阻障層160與第二阻障層170的材料也可以是不同的。

請參閱圖10，圖10的有機電激發光元件100d與圖6的有機電激發光元件100的主要差異在於，圖10的有機電激發光元件100d的有機官能層120d中只具有一個發光層123，在本實施例中，有機官能層120d的發光層123以藍光發光層為例，取光層130內的這些量子點134可包括紅光量子點、橘光量子點、黃光量子點與綠光量子點的至少一者。本實施例的有機電激發光元件100d的有機官能層120d由於具有更少的層數，製程上會更為簡單，且更能節省材料與成本。同樣地，有機官能層120d中的此發光層123所發出的光線適於激發至少部分的這些量子點134以產生二次光線，且發光層123所發出的光線的波長短於二次光線的波長。

舉例而言，若希望有機電激發光元件100發出白光，有機官能層120的藍光發光層可以搭配黃光量子點，以使藍光發光層所發出的藍光與黃光量子點受藍光激發後發出的黃光混合成白光。當然，有機電激發光元件100發出的光線顏色並不以白光為限制，設計者可根據需求搭配適當的發光層123與量子點134，只要是發光層123所發出的光線能夠激發量子點134而發出二次光線即可。

在其他實施例中，有機官能層120的單一發光層123也可以是綠光發光層，且取光層130內的這些量子點134包括紅光量子點134、橘光量子點134與黃光量子點134的至少一者。

或者，在其他實施例中，有機官能層120中的單一發光層123也可以是紫外光發光層，這些量子點134包括紅光量子點134、橘光量子點134、黃光量子點134、綠光量子點134與藍光量子點134的至少一者。若希望有機電激發光元件100發出白光，紫外光發光層所搭配的取光層130可包括紅光量子點134、綠光量子點134與藍光量子點134的組合或者是包括黃光量子點134與藍光量子點134的組合，以混合出白光。

綜上所述，本揭露實施例的有機電激發光元件在基板與有機官能層之間配置含有量子點的取光層，由於有機官能層中的至少一發光層所發出的光線可激發取光層的量子點以產生波長較長的二次光線，發光層所發出的光線與二次光線可混合出其他顏色的光線(例如是白光)，而使得有機官能層可具有較少的層數，製程上較為簡單，且能節省材料與成本。此外，取光層的光學微粒可用來反射或散射光線以使有機電激發光元件具有較高的光取出率。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、100a、100b、100c、100d：有機電激發光元件 110：基板 105：第一電極 106：第二電極 120、120d：有機官能層 121：電洞注入層 122、126：電洞傳輸層 123、127：發光層 124、128：電子傳輸層 125：電荷產生層 129：電子注入層 130：取光層 132：光學微粒 134：量子點 140：封裝層 150：封裝蓋板 160：第一阻障層 170：第二阻障層

圖1至圖6是依照本揭露的一實施例的一種有機電激發光元件的製作流程示意圖。 圖7至圖10分別是依照本揭露的其他實施例的多種有機電激發光元件的示意圖。

Claims (13)

1. 一種有機電激發光元件，包括：一基板；一有機官能層；一取光層，配置於該基板上且位於該基板與該有機官能層之間；一第一電極；以及一第二電極，該取光層、該第一電極、該有機官能層及該第二電極依序設置於該基板上，該取光層位於該基板與該第一電極之間，其中該取光層包括多個光學微粒及多個量子點，各該光學微粒的尺寸大於1微米，各該量子點的尺寸小於10奈米，該有機官能層中的至少一發光層所發出的光線適於激發至少部分的該些量子點以產生二次光線，該有機官能層中的該至少一發光層所發出的光線無法被該些光學微粒激發而產生二次光線，該至少一發光層所發出的光線的波長短於該二次光線的波長，且該至少一發光層所發出的光線的波長在被該些光學微粒散射或反射之後的波長相同於該至少一發光層所發出的光線的波長。
2. 如申請專利範圍第1項所述的有機電激發光元件，其中該有機官能層中的該至少一發光層包括藍光發光層或綠光發光層，且該些量子點包括紅光量子點、橘光量子點與黃光量子點的至少一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述的有機電激發光元件，其中該有機官能層中的該至少一發光層包括藍光發光層與綠光發光層，且該些量子點包括紅光量子點、橘光量子點、黃光量子點與綠光量子點的至少一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述的有機電激發光元件，其中該有機官能層中的該至少一發光層包括紫外光發光層，該些量子點包括紅光量子點、橘光量子點、黃光量子點、綠光量子點與藍光量子點的至少一者。
5. 如申請專利範圍第4項所述的有機電激發光元件，其中該些量子點包括紅光量子點、綠光量子點與藍光量子點。
6. 如申請專利範圍第4項所述的有機電激發光元件，其中該些量子點包括黃光量子點與藍光量子點。
7. 如申請專利範圍第1項所述的有機電激發光元件，其中各該量子點的尺寸介於2奈米至7奈米之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述的有機電激發光元件，其中該些量子點在該取光層的含量介於1wt%至5wt%之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述的有機電激發光元件，更包括：一封裝層，配置在該取光層上且封裝該有機官能層。
10. 如申請專利範圍第9項所述的有機電激發光元件，更包括：一封裝蓋板，配置在該封裝層上。
11. 如申請專利範圍第1項所述的有機電激發光元件，更包括：一第一阻障層，配置於該基板與該取光層之間。
12. 如申請專利範圍第1或11項所述的有機電激發光元件，更包括：一第二阻障層，配置於該基板上相對於該取光層的一面。
13. 如申請專利範圍第1項所述的有機電激發光元件，其中各該光學微粒包括氧化物，且各該量子點包括無機物。