TWI660535B

TWI660535B - 有機發光元件

Info

Publication number: TWI660535B
Application number: TW106109464A
Authority: TW
Inventors: 葉文勇; 張宏毅; 賴志明
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2019-05-21
Also published as: TW201836186A

Abstract

一種有機發光元件與有機發光元件材料的評估方法。所述有機發光元件包括第一電極、第二電極以及數層有機層，其中第二電極位於所述有機發光元件的出光面，而有機層位於第一與第二電極之間。上述多層有機層中相接觸的兩層材料之間的折射率差小於0.3。所述有機層包括接近出光面的第一發光層，且位於第一發光層至出光面之間的有機層中的至少兩層材料的折射率由小至大或者相同。

Description

有機發光元件

本發明是有關於一種有機發光元件的技術，且是有關於一種有機發光元件與有機發光元件材料的評估方法。

有機發光元件如OLED元件因為具有高演色性、可調亮度及色溫、製程無汞害、無紫外線輻射、低藍害、低發熱、低操作電壓、可即時點亮、反應快速、發光均勻無眩光等性質，已經成為目前照光產品的研發主力。

已往在評斷OLED材料的好壞主要著重於材料跟材料間的最高佔有分子軌道(Highest Occupied Molecular Orbital；HOMO)、最低未占分子軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital；LUMO)、遷移率(Mobility)的匹配性，去影響電子、電洞的結合能力，或是著重於三重態能量T1影響激子擴散(Exciton diffusion)的能力。但是，除前述考量點，材料本身的其他特性也有可能會影響元件的效率。

本發明實施例提供一種有機發光元件，能增進發光強度，進而提升元件效率。

本發明實施例另提供一種有機發光元件材料的評估方法，可選出用於增進有機發光元件效率的材料。

本發明實施例的有機發光元件包括第一電極、第二電極以及數層有機層，其中第二電極位於所述有機發光元件的出光面，而有機層位於第一與第二電極之間。上述多層有機層中相接觸的兩層材料之間的折射率差小於0.3。所述有機層包括接近出光面的第一發光層，且位於第一發光層至出光面之間的有機層中的至少兩層材料的折射率由小至大或者相同。

本發明實施例的有機發光元件材料的評估方法包括對形成OLED之數層有機層中的第一材料進行折射率量測，以取得所述第一材料隨波長變化的第一折射率、對形成OLED之數層有機層中的第二材料進行折射率量測，以取得所述第二材料隨波長變化的第二折射率。在所述OLED中，第一與第二材料彼此接觸並位於OLED的出光面與發光層之間。然後，取得450nm~650nm的波長範圍內第一折射率與第二折射率之間的差值，當所述差值小於0.3，評估第一與第二材料適用於OLED。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200、400‧‧‧有機發光元件

100a、200a‧‧‧出光面

102、202、402、602‧‧‧第一電極

104、204、404、604‧‧‧第二電極

106、206a‧‧‧第一發光層

108、208a、208b、208c、408、612、614、624、632‧‧‧電洞傳輸層

110、210a、210b、410、616、634‧‧‧電洞注入層

112、212b、412、606‧‧‧電子注入層

114、214a、214b、214c、414、608、620、628‧‧‧電子傳輸層

216、618、626‧‧‧電荷產生層

300、302、304、306、308、310‧‧‧步驟

406、610‧‧‧藍光發光層

600‧‧‧有機層

622‧‧‧綠光發光層

630‧‧‧紅光發光層

圖1是依照本發明的第一實施例的一種有機發光元件的剖面示意圖。

圖2是依照本發明的第二實施例的一種有機發光元件的剖面示意圖。

圖3是依照本發明的第三實施例的一種有機發光元件材料的評估流程步驟圖。

圖4A是比較例1的有機發光元件的剖面示意圖。

圖4B是比較例1的有機發光元件中HIL與HTL的折射率曲線圖。

圖5是實驗例1的有機發光元件中HIL與HTL的折射率曲線圖。

圖6是實驗例2的有機發光元件的剖面示意圖。

圖7是實驗例2與比較例2的發光強度(radiance)曲線圖。

圖8A是比較例2的有機發光元件中部分結構之能階圖。

圖8B是實驗例2的有機發光元件中部分結構之能階圖。

下文列舉實施例並配合所附圖式來進行詳細地說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為了方便理解，下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。

另外，關於文中所使用之「第一」、「第二」、「第三」...等用語，並非表示順序或順位的意思，應知其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

其次，在本文中所使用的用詞「包含」、「包括」、「具有」、「含有」等等，均為開放性的用語，即代表包含但不限於的意義。

請參照圖1，第一實施例的有機發光元件100至少包括第一電極102、第二電極104以及位於第一電極102與第二電極104之間的多層有機層，如第一發光層106、電洞傳輸層(HTL)108、電洞注入層(HIL)110、電子注入層(EIL)112和電子傳輸層(ETL)114，但本發明並不限於此。如圖1所示，第二電極104位於有機發光元件100的出光面100a，且圖中以虛線箭號表示的是從第一發光層106發出的光。上述多層有機層中相接觸的兩層材料之間的折射率(n值)差小於0.3，例如電洞傳輸層108和電洞注入層110之間的折射率差小於0.3。在一實施例中，所述折射率差小於0.1。而且，位於第一發光層106至出光面100a之間的有機層中的至少兩層材料的折射率需由小至大或者相同；也就是說，在第一實施例中，電洞傳輸層108的折射率要小於或等於電洞注入層110的折射率。

由於第一實施例中電極間的有機層遵循折射率差小於0.3(甚至小於0.1)的規範，且位於第一發光層106至出光面100a 之間的有機層中的至少兩層材料的折射率由小至大或者相同，因此從第一發光層106發出的光在有機發光元件100內被捕捉的比例減少、減少全反射，進而提升元件效率。

請參照圖2，第二實施例的有機發光元件200至少包括第一電極202、第二電極204以及位於第一電極202與第二電極204之間的多層有機層。第二實施例是以具有三組發光單元的有機發光元件200為例，但本發明並不限於此。在另一實施例中，有機發光元件也可為具有兩組發光單元的有機發光元件。

在圖2中，第一電極202與第二電極204之間的多層有機層例如第一發光層206a還有位於第一發光層206a至出光面200a之間的第一電洞傳輸層(HTL)208a與第一電洞注入層(HIL)210a，並且自第一發光層206a到第一電極202還有第一電子傳輸層(ETL)214a、一層電荷產生層(Charge Generation Layer,CGL)216、第三電洞傳輸層(HTL)208c、第三發光層206c、第三電子傳輸層(ETL)214c、另一層電荷產生層216、第二電洞注入層(HIL)210b、第二電洞傳輸層(HTL)208b、第二發光層206b、第二電子傳輸層(ETL)214b以及第二電子注入層(EIL)212b。前述各層有機層中相接觸的兩層材料之間的折射率(n值)差小於0.3，例如小於0.1。而且，位於第一發光層206a至出光面200a之間的有機層中的至少兩層材料的折射率需由小至大或者相同；也就是說，在第二實施例中，第一電洞傳輸層層208a的折射率要小於或等於第一電洞注入層210a的折射率。

由於第二實施例中的各層有機層遵循兩兩接觸層之間折射率差小於0.3(甚至小於0.1)的規範，且位於第一發光層206a至出光面200a之間的有機層的折射率由小至大或者相同，因此至少從第一發光層206a發出的光不易在有機發光元件200內發生全反射，因此能藉此提升元件效率。

在圖3中，先進行步驟300和步驟302，對形成OLED之數層有機層中的第一材料和第二材料進行折射率量測，以取得第一和第二材料隨波長變化的第一折射率(n1)和第二折射率(n2)，其中這兩種材料在OLED中是彼此接觸並位於OLED的出光面與發光層之間。在第三實施例中是先進行步驟300再進行步驟302，但本發明並不限於此；在另一實施例中可先進行步驟302再進行步驟300。

然後進行步驟304，取得450nm~650nm的波長範圍內第一折射率與第二折射率之間的差值，並且判斷差值是否小於0.3(步驟306)。

當所述差值小於0.3，則進行步驟308；當所述差值不小於0.3，則進行步驟310。步驟308即評估第一與第二材料適用於OLED。反之，步驟310是重新尋求適用於OLED的材料。

上述有機發光元件材料的評估方法中，進行折射率量測的方法包括使用橢偏儀量測。

上述有機發光元件材料的評估方法中，折射率差值為小於0.1。

以下列舉幾個實驗例來確認本發明實施例的功效，但本發明的範圍並不侷限於以下內容。各實驗例及比較例中所述之折射率(n值)皆為波長450nm時的折射率。

〈實驗例1〉

製作一個如圖1所示的有機發光元件，其中的有機層包括折射率(n值)為1.68的電子注入層、n值為1.84的電子傳輸層、n值為1.98的藍光發光層、n值為1.85的電洞傳輸層和n值為1.89的電洞注入層。

〈比較例1〉

製作一個如圖4A所示的有機發光元件400，其中位於第一電極402和第二電極404之間的有機層包括n值為1.68的電子注入層412、n值為1.84的電子傳輸層414、n值為1.98的藍光發光層406、n值為1.96的電洞傳輸層408和n值為1.89的電洞注入層410。由於電洞傳輸層408的n值大於電洞注入層410的n值，所以即使折射率差小於0.3，從藍光發光層406發出的光仍然可能在電洞傳輸層408與電洞注入層410之間的界面發生全反射，如圖4A中的箭頭所示。

〈折射率分析〉

對比較例1和實驗例1的有機發光元件中位於發光層至出光面之間的電洞傳輸層與電洞注入層之折射率進行量測，得到圖4B和圖5。

圖4B是比較例1的有機發光元件中電洞注入層(HIL)與電洞傳輸層(HTL)的折射率曲線圖。圖5是實驗例1的有機發光元件中HIL與HTL的折射率曲線圖。從圖4B和圖5可知，在藍光波長範圍內，實驗例1的折射率差值較小。

〈實驗例2〉

製作一個如圖6所示的有機發光元件，其中位於第一電極602和第二電極604之間的有機層600依序包括電子注入層(EIL)606(n=1.68)、電子傳輸層(ETL)608(n=1.84)、藍光發光層610(n=1.98)、電洞傳輸層(HTL1)612(n=1.91)、電洞傳輸層(HTL2)614(n=1.85、k值(消散係數；extinction coefficient)為0)、電洞注入層(HIL)616(n=1.89)、電荷產生層(CGL)618(n=1.89)、電子傳輸層(ETL)620(n=1.88)、綠光發光層(n=1.84)622、電洞傳輸層(HTL)624(n=1.86)、電荷產生層(CGL)626(n=1.89)、電子傳輸層(ETL)628(n=1.88)、紅光發光層630(n=1.86)、電洞傳輸層(HTL)632(n=1.86)與電洞注入層(HIL)634(n=1.89)。

〈比較例2〉

製作一個與實驗例2相同的有機發光元件，但是其中的電洞傳輸層614改為較高n值的有機層，其n值為1.96、k值為0.028。

〈光學特性分析〉

對實驗例2與比較例2的有機發光元件進行發光強度(radiance)量測，結果顯示於圖7與表1。

OC film是指外取光薄膜材料(out-coupling film)；Gain of OC film是指貼了OC film之後發光亮度的增益(例如實驗例2：163.02/135.68=1.20)。

在圖7中，實驗例2的發光強度在有OC film的情況下明顯高於比較例2的發光強度。而從表1可知，無論有沒有OC film，實驗例2都比比較例2具有較佳的藍光強度。

圖8A是比較例2的有機發光元件中藍光發光層610、電洞傳輸層612、電洞傳輸層614與電洞注入層616之能階圖。圖8B是實驗例2的有機發光元件中藍光發光層610、電洞傳輸層612、電洞傳輸層614與電洞注入層616之能階圖。

比對圖8A和圖8B可知，實驗例2與比較例2雖使用不同n值的有機材料作為電洞傳輸層614，但是從能階方面來看，其HOMO與LUMO並沒有很大的差異，且實驗例2與比較例2的電洞傳輸層614之k值差也極小。所以圖7的發光強度差異確實是源自於各層n值的設定，而非材料本身的電特性或k值所引起。

綜上所述，本發明實施例藉由控制有機層中相接觸的兩層材料之間的折射率差小於0.3，並對位於第一發光層至出光面之間的有機層選用折射率由小至大或者相同的材料，因此除了考慮材料的HOMO、LUMO、三重態能量(T1)、遷移率(Mobility)之外，本發明實施例還針對材料間的折射率作配合，因此能提升的發光強度，進而增進元件效率。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種有機發光元件，至少包括：第一電極；第二電極，位於所述有機發光元件的出光面；以及多層有機層，位於所述第一電極與所述第二電極之間，其中所述多層有機層中相接觸的兩層材料之間的折射率差小於0.3，所述多層有機層包括第一發光層，接近所述出光面，以及位於所述第一發光層至所述出光面之間的所述多層有機層中的至少兩層材料的折射率由小至大或者相同，且所述第一發光層的折射率大於位於所述第一發光層至所述出光面之間的所述多層有機層中各層的折射率。
如申請專利範圍第1項所述的有機發光元件，其中所述折射率差小於0.1。
如申請專利範圍第1項所述的有機發光元件，其中位於所述第一發光層至所述出光面之間的所述多層有機層包括第一電洞傳輸層以及第一電洞注入層。
如申請專利範圍第3項所述的有機發光元件，其中所述第一電洞傳輸層的折射率小於或等於所述第一電洞注入層的折射率。
如申請專利範圍第1項所述的有機發光元件，其中所述多層有機層更包括：第二發光層，位於所述第一電極與所述第一發光層之間；第二電洞傳輸層，位於所述第二發光層與所述第一發光層之間；以及第二電洞注入層，位於所述第二電洞傳輸層與所述第一發光層之間，且所述第二電洞注入層與所述第二電洞傳輸層彼此接觸。
如申請專利範圍第5項所述的有機發光元件，其中所述多層有機層更包括第一電荷產生層，位於所述第一發光層與所述第二電洞注入層之間。
如申請專利範圍第5項所述的有機發光元件，其中所述多層有機層更包括第三發光層，位於所述第二電洞注入層與所述第一發光層之間。
如申請專利範圍第7項所述的有機發光元件，其中所述多層有機層更包括第二電荷產生層，位於所述第一發光層與所述第三發光層之間。