專利名稱：有機(jī)層結(jié)構(gòu)及相關(guān)的有機(jī)發(fā)光裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置，特別是涉及一種有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)為一已知技術(shù)，如Kido等人于美國(guó)專利第6,013,384號(hào)所公開的，并繪示于圖1a的有機(jī)電致發(fā)光裝置10，其中有機(jī)層包括空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層14，以及摻雜金屬的有機(jī)化合物層15。摻雜金屬的有機(jī)化合物層15設(shè)置于陽極層12與陰極層16之間。此裝置10制作于基板11上。有機(jī)化合物可用于OLED裝置中發(fā)光層、電子傳輸層及摻雜金屬層的制作，其材質(zhì)包括多環(huán)化合物、縮合多環(huán)碳?xì)浠衔铩⒖s合雜環(huán)化合物等。摻雜金屬的有機(jī)化合物層15中的摻雜物為功函數(shù)小于或等于4.2eV的金屬。發(fā)光層14可由金屬螯合復(fù)合物構(gòu)成，例如Alq3(8-三-羥基喹啉鋁)。如空穴傳輸層13的空穴注入層可由芳基胺化合物構(gòu)成。陽極層12可由銦錫氧化物(ITO)構(gòu)成，而陰極層16則可由鋁金屬層構(gòu)成。
Weaver等人于美國(guó)專利申請(qǐng)案早期公開第2004/0032206號(hào)中公開另一種OLED，其包括一堿金屬化合物層。如圖1b所示，有機(jī)發(fā)光二極管20制作于形成有ITO陽極22的塑料基板21上。陰極由鎂/鎂合金層27及上方的金屬氧化物層28雙層組成。堿金屬化合物層26可由堿金屬鹵化物或堿金屬氧化物構(gòu)成，例如LiF及Li2O。有機(jī)層包括一空穴傳輸層(HTL)23、一發(fā)光層(EML)24、及一電子傳輸層(ETL)25。確切而言，一CuPc(銅-酞菁)沉積于ITO陽極22上，用以改善空穴的注入及裝置的壽命，其厚度約為10nm。作為空穴傳輸層23的NPB(4，4-[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]聯(lián)苯)沉積于CuPc上，其厚度約30nm。作為電子傳輸層25的摻雜Ir(ppy)3(fac-三(2-苯基吡啶-)-銥)的CBP(4，4-N，N’-二咔唑聯(lián)苯)沉積于NPB上，其厚度約30nm。作為空穴阻擋層的BAlq(鋁(III)雙(2-甲基-8-喹啉酸并(quinolinato))4-苯酚鹽)沉積于發(fā)光層24上，其厚度約10nm。作為電子傳輸層25的Alq3沉積于BAlq上，其厚度約40nm。LiF層26沉積于Alq3與鎂合金(包含Mg:Ag)之間。
Raychaudhuri等人于美國(guó)專利第6,579,629號(hào)公開一種有機(jī)發(fā)光二極管30(如圖1c所示)，其中由ITO構(gòu)成的陽極32沉積于基板31上，其中空穴注入層33由氟化聚合物CFx(x為1或2)構(gòu)成?？昭▊鬏攲?4由NPB構(gòu)成。發(fā)光層35由Alq3:C545T(1H，5H，11H-[1]苯并吡喃并(Benzopyrano)[6，7，8-ij]喹嗪-11-酮，10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四甲基-(9CI))構(gòu)成。電子傳輸層36由Alq3構(gòu)成。緩沖結(jié)構(gòu)包含由LiF構(gòu)成的第一緩沖層37及由CuPc構(gòu)成的第二緩沖層38。陰極39則由Al:Li(3重量％)構(gòu)成。
Hung等人于美國(guó)專利第5,776,623號(hào)公開一種電致發(fā)光裝置40，其中空穴注入層43為15nm厚的CuPc層，其沉積于基板41上方的陽極層42上?？昭▊鬏攲?4為60nm厚的NPB層。電子傳輸層45為75nm厚的Alq3層。緩沖層46為0.5nm厚的LiF層，其可由MgF2、CaF2、Li2O及MgO取代。陰極層48可由Al及Mg:Ag構(gòu)成。Ag及Au亦使用于陰極層中。
在上述的OLED中，至少ETL與EML是由不同的材質(zhì)所構(gòu)成。另如Weaver等人所公開的，ETL與EML也由不同的材質(zhì)所構(gòu)成。當(dāng)HIL、HTL、EML、ETL由不同的有機(jī)材料構(gòu)成時(shí)，為了避免在制造過程中發(fā)生交互污染，需要四次不同的沉積來各自地沉積不同的有機(jī)材料。然而，在全彩有機(jī)顯示裝置的制造中，有機(jī)層的沉積既復(fù)雜且昂貴。
因此，需要一種有機(jī)發(fā)光裝置及其制造方法，以減少有機(jī)沉積的次數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)發(fā)光裝置(OLED)，其中不同材料的數(shù)量，特別是用于OLED有機(jī)層的主體材料，得以減少。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明使用一種雙極性有機(jī)材料來作為OLED中發(fā)光層及空穴傳輸層的主體材料，例如為衍生自稠芳香環(huán)材料。OLED可為磷光OLED或熒光OLED。
因此，本發(fā)明的第一型態(tài)在于提供一種有機(jī)發(fā)光裝置，包括陰極、陽極，以及設(shè)置于陰極及陽極之間的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其包括鄰近設(shè)置于陽極的空穴傳輸層、鄰近設(shè)置于陰極的電子傳輸層，以及設(shè)置于空穴傳輸層及電子傳輸層之間的發(fā)光層，其中空穴傳輸層、發(fā)光層、及電子傳輸層由大體相同的有機(jī)主體材料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，有機(jī)主體材料包括雙極性有機(jī)主體材料，例如稠芳香環(huán)之衍生物，如蒽的衍生物。
根據(jù)本發(fā)明，電子傳輸層大體由具有至少一n型摻雜物的雙極性有機(jī)材料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)光層大體由具有至少一熒光或磷光摻雜物的雙極性有機(jī)材料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，空穴傳輸層為摻雜一p型摻雜物。
根據(jù)本發(fā)明，有機(jī)層結(jié)構(gòu)更包括空穴注入層，設(shè)置于空穴傳輸層與陽極之間，且其大體由具有至少一p型摻雜物的有機(jī)主體材料構(gòu)成。
本發(fā)明的第二型態(tài)在于提供一種有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，該裝置包括陰極、陽極、以及設(shè)置于陰極及陽極之間的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，有機(jī)層結(jié)構(gòu)包括鄰近設(shè)置于陽極的空穴傳輸層、鄰近設(shè)置于陰極的電子傳輸層、以及設(shè)置于空穴傳輸層及電子傳輸層之間的發(fā)光層，該方法包括提供有機(jī)主體材料，以作為空穴傳輸層、發(fā)光層、及電子傳輸層。在電子傳輸層中摻雜至少一n型摻雜物。在發(fā)光層中摻雜發(fā)光摻雜物。
本發(fā)明更包括在空穴傳輸層中摻雜至少一p型摻雜物。
根據(jù)本發(fā)明，空穴傳輸層包括空穴注入層，其鄰近設(shè)置于陽極，該方法更包括在空穴注入層摻雜至少一p型摻雜物。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)光摻雜物包括一熒光或磷光摻雜物。
本發(fā)明的第三型態(tài)在于提供一種用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，該有機(jī)層結(jié)構(gòu)設(shè)置于陰極及陽極之間，且包括鄰近設(shè)置于陽極的空穴傳輸層、鄰近設(shè)置于陰極的電子傳輸層、及設(shè)置于空穴傳輸層及電子傳輸層之間的發(fā)光層，其中空穴傳輸層、發(fā)光層及電子傳輸層由大體相同的有機(jī)主體材料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，有機(jī)主體材料包括雙極性有機(jī)材料，例如稠芳香環(huán)的衍生物。
根據(jù)本發(fā)明，電子傳輸層大體由摻雜有至少一n型摻雜物的雙極性有機(jī)材料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)光層大體由摻雜有至少一熒光或磷光摻雜物的雙極性有機(jī)材料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，有機(jī)層結(jié)構(gòu)更包括空穴注入層，設(shè)置于空穴傳輸層與陽極之間，且其大體由具有至少一p型摻雜物的該雙極性有機(jī)主體材料構(gòu)成。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1a繪示出一已知技術(shù)OLED。
圖1b繪示出另一已知技術(shù)OLED。
圖1c繪示出又一已知技術(shù)OLED。
圖1d繪示出再一已知技術(shù)OLED。
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OLED。
圖3a繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的OLED的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其中發(fā)光層含有熒光摻雜物。
圖3b繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的OLED的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其中發(fā)光層含有磷光摻雜物。
圖4繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于有機(jī)層結(jié)構(gòu)的雙極性有機(jī)材料。
圖5繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于有機(jī)層結(jié)構(gòu)的稠芳香環(huán)的衍生物材料的蒽的衍生物。
圖6a為繪示出以苯作為稠芳香環(huán)的取代基。
圖6b為繪示出以甲苯作為稠芳香環(huán)的取代基。
圖6c為繪示出以萘作為稠芳香環(huán)的取代基。
圖7繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的使用蒽的衍生物作為有機(jī)層的稠芳香環(huán)的衍生物材料。
圖8繪示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OLED。
圖9繪示出施加電壓與電流密度的關(guān)系曲線圖。
圖10繪示出施加電壓與亮度的關(guān)系曲線圖。
圖11繪示出施加電壓與電流效率的關(guān)系曲線圖。
圖12繪示出施加電壓與色度(CIE)X坐標(biāo)的關(guān)系曲線圖。
圖13繪示出施加電壓與色度(CIE)Y坐標(biāo)的關(guān)系曲線圖。
符號(hào)說明已知技術(shù)10～有機(jī)發(fā)光裝置；11、31、41～基板；12、32、42～陽極層；13、23、34、44～空穴傳輸層；14、24、35、45～發(fā)光層；15～摻雜金屬的有機(jī)化合物；16、39、48～陰極層；20、30～有機(jī)發(fā)光二極管；21～塑料基板；22～I(xiàn)TO陽極；25、36～電子傳輸層；26～堿金屬化合物層；27～鎂/鎂合金層；28～金屬氧化物層；33、43～空穴注入層；37～第一緩沖層；38～第二緩沖層；40～電致發(fā)光裝置；46～緩沖層。
本發(fā)明100～有機(jī)發(fā)光裝置；110～基板；112～陽極層；120～有機(jī)層結(jié)構(gòu)；122～空穴注入層；124～空穴傳輸層；126～發(fā)光層；128～電子傳輸層；130～陰極層。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2，其繪示出本發(fā)明實(shí)施例的有機(jī)發(fā)光裝置(OLED)的結(jié)構(gòu)。一般而言，有機(jī)發(fā)光裝置100包括有機(jī)層結(jié)構(gòu)120設(shè)置于陽極層112與陰極層130之間。陽極層112設(shè)置于基板110上。有機(jī)層結(jié)構(gòu)120可包括空穴注入層122、空穴傳輸層124、發(fā)光層126、及電子傳輸層128。在本實(shí)施例中，有機(jī)層結(jié)構(gòu)120大體包括有機(jī)主體(host)材料，以供空穴注入層122、空穴傳輸層124、發(fā)光層126、及電子傳輸層128之用。參照?qǐng)D3a及圖3b，空穴注入層122中的有機(jī)主體材料摻雜一p型摻雜物，發(fā)光層126中的有機(jī)主體材料摻雜發(fā)光摻雜物或染料，而電子傳輸層128中的有機(jī)主體材料摻雜一n型摻雜物。發(fā)光層126中的發(fā)光摻雜物可為熒光摻雜物(單重能態(tài)(singlet energystate)，如圖3a所示)或磷光摻雜物(三重能態(tài)(triplet energystate)，如圖3b所示)。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用雙極性有機(jī)材料作為有機(jī)層結(jié)構(gòu)120中的有機(jī)主體材料。此雙極性材料可用作電子及空穴的傳輸媒介。有機(jī)層結(jié)構(gòu)120可分成三區(qū)域空穴傳輸區(qū)、發(fā)光區(qū)以及電子傳輸區(qū)。
圖4為根據(jù)本發(fā)明繪示雙極性有機(jī)材料的實(shí)施例。雙極性有機(jī)材料為稠芳香環(huán)的衍生物。舉例而言，稠芳香環(huán)衍生物可為蒽。圖5為繪示出具有兩對(duì)稱取代基的蒽衍生物。在圖5中，R為任何烷基(alkyl group)，而Ar為取代基，具有一環(huán)芳香族或多個(gè)稠芳香環(huán)。圖6a繪示出以苯作為一環(huán)芳香族的取代基。圖6b繪示出以甲苯作為一環(huán)芳香族的取代基。圖6c繪示出以萘作為兩稠芳香環(huán)的取代基。圖7繪示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所使用的蒽衍生物作為有機(jī)發(fā)光裝置100的有機(jī)層120的稠芳香環(huán)的衍生物材料。在本實(shí)施例中，Ar取代基為萘，R為甲基。
用于空穴注入層122中的p型摻雜物可選自于F、Cl、Br及I，或是包含一或多個(gè)F、Cl、Br及I的化合物。其它p型摻雜物包括F4-TCNQ(四氟-喹啉并二甲烷)、如ITO、IZO等金屬氧化物、如TiO2、TiN等具有大的帶隙(帶隙＞3eV)的半導(dǎo)體材料、功函數(shù)大于4eV的金屬等。摻雜濃度范圍為0.1重量％至50重量％。p型摻雜物可用于空穴注入層122及空穴傳輸層124。
用于電子注入層128中的n型摻雜物可選自于IA元素(堿金屬)、IIA元素(堿土金屬)，或是包含一個(gè)或多個(gè)IA、IIA元素的化合物。其它n型摻雜物包括碳酸化合物、硝酸化合物、醋酸化合物、含堿金屬的有機(jī)鹽。摻雜濃度范圍為0.1重量％至50重量％。
圖8繪示一制作范例，以實(shí)例說明在有機(jī)層結(jié)構(gòu)120的不同層中使用單一有機(jī)主體材料。在此范例中，有機(jī)主體材料為TBADN(3-叔丁基-9，10-二(naphtha-2-y10)蒽)(如圖7所示)?？昭▊鬏攲拥暮穸燃s30nm，且摻雜有CsF(20重量％)。發(fā)光層的厚度約30nm，且摻雜有藍(lán)色染料。結(jié)合的空穴傳輸層及空穴注入層的厚度約10nm，而空穴注入層的摻雜物為F4-TCQN(4重量％)。陰極由銀構(gòu)成，陽極則由ITO構(gòu)成。所有層皆沉積于透明基板上。總厚度約為110nm。
上述范例的效能系繪示于圖9至圖13。圖9繪示出施加電壓與電流密度的關(guān)系曲線圖。圖10繪示出施加電壓與亮度的關(guān)系曲線圖。圖11繪示出施加電壓與電流效率的關(guān)系曲線圖。圖12繪示出施加電壓與1931色度(CIE)X坐標(biāo)的關(guān)系曲線圖。圖13繪示出施加電壓與1931色度(CIE)Y坐標(biāo)的關(guān)系曲線圖。施加電壓為9V時(shí)，電流密度為33.57mA/cm2，亮度為766.900024cd/m2，電流效率為2.28cd/A或0.797lm/W，1931CIEX為0.143，1931 CIEY為0.156。
綜上所述，本發(fā)明提供一種有機(jī)發(fā)光裝置，其包括有機(jī)層結(jié)構(gòu)，設(shè)置于陰極層及陽極層之間。有機(jī)層結(jié)構(gòu)包括至少電子傳輸層、發(fā)光層及空穴傳輸層，其中這些層中的主體材料大體相同。舉例而言，主體材料可為雙極性有機(jī)材料，其具有空穴傳輸媒介及電子傳輸媒介的雙重特性。因此，其無需使用不同的沉積來形成電子傳輸層、發(fā)光層及空穴傳輸層。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例描述如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作改變與修改，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍以附加的權(quán)利要求界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)發(fā)光裝置，包括陰極；陽極；以及有機(jī)層結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該陰極及該陽極之間，其包括空穴傳輸層，鄰近設(shè)置于該陽極；電子傳輸層，鄰近設(shè)置于該陰極；以及發(fā)光層，設(shè)置于該空穴傳輸層及該電子傳輸層之間，其中該空穴傳輸層、該發(fā)光層及該電子傳輸層系由大體相同的有機(jī)主體材料構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1的有機(jī)發(fā)光裝置，其中該有機(jī)主體材料包括雙極性有機(jī)材料。
3.權(quán)利要求1的有機(jī)發(fā)光裝置，其中該有機(jī)主體材料包括稠芳香環(huán)的衍生物。
4.權(quán)利要求1的有機(jī)發(fā)光裝置，其中該有機(jī)主體材料包括蒽的衍生物。
5.權(quán)利要求1的有機(jī)發(fā)光裝置，其中該電子傳輸層大體由具有至少一n型摻雜物的雙極性有機(jī)材料構(gòu)成。
6.權(quán)利要求1的有機(jī)發(fā)光裝置，其中該發(fā)光層大體由具有至少一熒光摻雜物的雙極性有機(jī)材料構(gòu)成。
7.權(quán)利要求1的有機(jī)發(fā)光裝置，其中該發(fā)光層大體由具有至少一磷光摻雜物的雙極性有機(jī)材料構(gòu)成。
8.權(quán)利要求1的有機(jī)發(fā)光裝置，其中該有機(jī)層結(jié)構(gòu)更包括空穴注入層，設(shè)置于該空穴傳輸層與該陽極之間，且其大體由具有至少一p型摻雜物的該有機(jī)主體材料構(gòu)成。
9.權(quán)利要求8的有機(jī)發(fā)光裝置，其中該主體材料為雙極性有機(jī)材料。
10.一種有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，該裝置包括陰極、陽極以及設(shè)置于該陰極及該陽極之間的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，該有機(jī)層結(jié)構(gòu)包括鄰近設(shè)置于該陽極的空穴傳輸層、鄰近設(shè)置于該陰極的電子傳輸層以及設(shè)置于該空穴傳輸層與該電子傳輸層之間的發(fā)光層，該制造方法包括提供有機(jī)主體材料，以作為該空穴傳輸層、該發(fā)光層及該電子傳輸層；在該電子傳輸層中摻雜至少一n型摻雜物；以及在該發(fā)光層中摻雜發(fā)光摻雜物。
11.權(quán)利要求10的有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，進(jìn)一步包括在該空穴傳輸層中摻雜至少一p型摻雜物。
12.權(quán)利要求10的有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其中該空穴傳輸層包括空穴注入層，其鄰近至設(shè)置于該陽極，且大體由該有機(jī)主體材料所構(gòu)成，該方法進(jìn)一步包括在該空穴注入層摻雜至少一p型摻雜物。
13.權(quán)利要求10的有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其中該發(fā)光摻雜物包括熒光摻雜物。
14.權(quán)利要求10的有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其中該發(fā)光摻雜物包括磷光摻雜物。
15.一種用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，設(shè)置于陰極及陽極之間，該有機(jī)層結(jié)構(gòu)包括空穴傳輸層，鄰近設(shè)置于該陽極；電子傳輸層，鄰近設(shè)置于該陰極；以及發(fā)光層，設(shè)置于該空穴傳輸層及該電子傳輸層之間，其中該空穴傳輸層、該發(fā)光層及該電子傳輸層由大體相同的有機(jī)主體材料構(gòu)成。
16.權(quán)利要求15的用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，該有機(jī)主體材料包括雙極性有機(jī)材料。
17.權(quán)利要求16的用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其中該有機(jī)主體材料包括稠芳香環(huán)的衍生物。
18.權(quán)利要求16的用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其中該有機(jī)主體材料包括蒽的衍生物。
19.權(quán)利要求16的用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其中該空穴傳輸層摻雜有至少一p型摻雜物。
20.權(quán)利要求16的用于有機(jī)發(fā)光裝置之有機(jī)層結(jié)構(gòu)，更包括空穴注入層，設(shè)置于該空穴傳輸層與該陽極之間，且其大體由具有至少一p型摻雜物之該雙極性有機(jī)主體材料所構(gòu)成。
21.權(quán)利要求16的用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其中該電子傳輸層摻雜有至少一n型摻雜物。
22.權(quán)利要求15的用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)光層摻雜有至少一熒光摻雜物。
23.權(quán)利要求15的用于有機(jī)發(fā)光裝置的有機(jī)層結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)光層摻雜有至少一磷光摻雜物。
全文摘要
本發(fā)明公開一種有機(jī)發(fā)光裝置，其包括陰極、陽極，以及設(shè)置于陰極及陽極之間的有機(jī)層結(jié)構(gòu)。此有機(jī)層結(jié)構(gòu)包括具有p型摻雜物的空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層以及具有n型摻雜物的電子傳輸層，且該有機(jī)層結(jié)構(gòu)的所有層由大體相同的有機(jī)主體材料構(gòu)成。具體而言，有機(jī)主體材料為雙極性有機(jī)材料，例如稠芳香環(huán)的衍生物。發(fā)光層可摻雜熒光或磷光染料。
文檔編號(hào)H01L51/50GK1713788SQ200510074709
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者李世昊 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司