专利名称：串联式有机电激发光组件及其应用的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种串联式有机电激发光组件，特别是关于一种用于有机电激发光显示器的串联式有机电激发光组件。
背景技术：
有机电激发光组件(organic electroluminescent device)具有高亮度、轻薄、自发光、低消耗功率、不需背光源、无视角限制、高对比、操作温度范围广、发光效率高、制程简易及高反应速率等优点，已成为全球科技的重要焦点，更受到平面显示器业界的高度重视。有机电激发光组件依其所使用有机发光材料，可分为两种技术类型一为以低分子系(small molecular)作为有机发光层，泛称为有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED，或organicelectroluminescence)；另一为以共轭高分子系(polymer)作为有机发光层，统称为高分子发光二极管(polymer light emitting diode，PLED，或light emittingpolymer，LEP)。
一般而言，有机电激发光组件是包含阴极、阳极、及位于阴/阳极间的发光单元，其作用原理为在外加电场作用下，电子与空穴(hole)分别由阴极与阳极注入，并在此组件中进行传递，当电子、空穴在发光单元相遇后，电子及空穴再结合(recombination)形成一激发子(exciton)，激发子在电场作用下将能量传递给存在于发光单元中的发光分子，发光分子便将能量以光的形式释放出来。常见的有机电激发光组件，是于发光单元中包含空穴传输层、发光层、及电子传输层等多层结构，且经由以下方式制得在阳极(indium tin oxide，ITO)上蒸镀空穴传输层(hole transporting layer，HTL)，接着蒸镀发光层(emitting layer，EL)，再蒸镀电子传输层(electron transporting layer，ETL)，最后于电子传输层上蒸镀电极做为阴极。
现有串联式有机电激发光组件中，多重光子发射(MPE，multiphoton emission)技术是由阳极11、阴极13、多个发光层15以及发光层间的电荷产生层(CGL，charge generation layer)17所组成，如图1所示的现有串联式有机电激发光组件1。为增加组件的亮度，常需增加操作电压，此使得使用多重光子发射技术的串联式有机电激发光组件的寿命减少，间接增加成本及能量消耗。
此外，对串联式有机电激发光组件而言，两个互相串联的有机电激发光单元之间，其连接接口常因过度的操作电压要求，使得单元间的接口不稳定。
由上述说明可知，现今的串联式有机电激发光组件，若非操作电压较高，便因有机电激发光单元间的连接接口不稳定等问题，而无法符合业界的需求。此即，业界需要一种具有低操作电压及单元连接接口稳定性高的串联式有机电激发光组件，其可改善、免除既有的高操作电压及单元连接界面稳定性低等缺点，并能提高发光效率、减少能量消耗并降低成本。
发明内容
本发明的一目的，在于提供一种串联式有机电激发光组件。此串联式有机电激发光组件包含一阳极、一阴极、一第一强电荷注入能力有机层(high chargeinjection organic layer)、一第二强电荷注入能力有机层和至少二有机电激发光单元。其中，第一强电荷注入能力有机层是设置于阳极与阴极之间且与阳极相邻，它包含一第一材料；第二强电荷注入能力有机层也设置于阳极与阴极之间，但与阴极相邻，它包含一第二材料。该至少二有机电激发光单元是串联设置于第一强电荷注入能力有机层与第二强电荷注入能力有机层之间。
本发明的又一目的，在于提供一种有机电激发光显示器，它包含如前所述的串联式有机电激发光组件；以及一像素薄膜晶体管，与串联式有机电激发光组件电性连接。
本发明同时于两电极相邻处施用具强电荷注入能力的有机层，使电极与有机电激发光单元的电荷流动稳定，且可于无须过高操作电压的情形下，有效提高有激电激发光显示器及其串联式有机电激发光组件的发光效率、减少能量消耗并降低成本。
图1为使用多重光子发射技术的串联式有机电激发光组件示意图；图2为根据本发明的第一实施例的示意图；图3A显示使用不同材料的连接层与单一有机电激发光单元相较的电压与电流密度关系图；图3B显示使用不同材料的连接层与单一有机电激发光单元相较的电压与亮度关系图；图3C显示使用不同材料的连接层与单一有机电激发光单元相较的亮度与发光效率变化图；图3D显示使用不同材料的连接层与单一有机电激发光单元相较的亮度与光色关系图；以及图4为根据本发明的第二实施例的示意图。
附图标号1串联式有机电激发光组件11阳极13阴极15发光层17电荷产生层2串联式有机电激发光组件201阳极203阴极205第一强电荷注入能力有机层
207第二强电荷注入能力有机层209第一有机电激发光单元211第二有机电激发光单元4串联式有机电激发光组件41阳极43阴极45第一强电荷注入能力有机层47第二强电荷注入能力有机层49有机电激发光单元具体实施方式
在参阅图式及随后描述的实施方式后，技术领域具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与较佳实施态样。
本发明的第一实施例为一种串联式有机电激发光组件，如图2所示。此串联式有机电激发光组件2包含一阳极201、一阴极203、一第一强电荷注入能力有机层205、一第二强电荷注入能力有机层207、一第一有机电激发光单元209及一第二有机电激发光单元211。第一强电荷注入能力有机层205是设置于阳极201与阴极203之间且与阳极201相邻，它包含一第一材料。第二强电荷注入能力有机层207是设置于阳极201与阴极203之间且与阴极203相邻，它包含一第二材料。第一有机电激发光单元209及第二有机电激发光单元211是串联设置于第一强电荷注入能力有机层205与第二强电荷注入能力有机层207之间。
在串联式有机电激发光组件2中，阳极201是由具相对高功函数的材质所构成，阴极203则由具相对低功函数的材质所构成，其条件为阳极201与阴极203中的一个须为透明电极，另一者可为透明电极或不透明电极。举例言之，可于阳极201采用铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)透明电极，于阴极203采用由如镁、镁银合金、钙、及锂铝合金等材质。
在本发明中，第一强电荷注入能力有机层205及第二强电荷注入能力有机层207需具备至少1×10-4cm2/Vs(平方公分/秒·伏特)的载子迁移率，以提供所需的电荷注入能力。此即，第一强电荷注入能力有机层205具有1×10-4cm2/Vs(含)以上的空穴迁移率；第二强电荷注入能力有机层207具有1×10-4cm2/Vs(含)以上的电子迁移率。较佳地，所述的强电荷注入能力有机层的载子迁移率是高于串联式有机电激发光组件中的任何电子传输层的载子迁移率。
第一强电荷注入能力有机层205是由一第一材料和一第一基材组成，第二强电荷注入能力有机层207则由一第二材料和一第二基材组成。其中，该第一基材及第二基材可为相同或不同的有机物，该第一材料及第二材料也可为相同或不同，且是选自由有机物及无机物所组成的群组。
一般而言，为使第一基材与第二基材分别具有空穴与电子的传输能力，通常是采用不同材料，但某些有机材料由于兼具能帮助空穴及电子传送的特性，故可适用于第一基材及第二基材。举例来说(但不限于此)，第一基材与第二基材均可适用的材料包含铜苯二甲蓝(copper phthalocyanine，CuPc)、2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-二氮杂菲(2，9-dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline，BCP)、如4，4′-双(9-二咔唑基)-二苯基(4，4-bis(9-dicarbazolyl)-biphenyl，CBP)的咔唑衍生物(carbazole derivatives)、如4，4′-双(2，2′-二苯基乙烯基)-1，1′-二苯基(4，4′-bis(2，2′-diphenyl vinyl)-1，1′-biphenyl，DPVBi)的二苯乙烯基伸苯基衍生物(distyrylarylene derivatives)、葱衍生物(anthracene derivatives)、以及芴衍生物(fluorene derivatives)。其它适合材料包括各式金属苯二甲蓝(metalphthalocyanines)，例如(但不限于此)锌苯二甲蓝(ZnPc)、镁苯二甲蓝(MgPc)、以及铅苯二甲蓝(PbPc)。
如前述，由于第一强电荷注入能力有机层205是与阳极201相邻，所以更合适的材料为具高空穴传送性质的有机化合物，也即，具强拉电子性质的有机化合物。较佳地，该第一基材的材料是芳族第三胺(aromatic tertiary amine)，其具至少一与碳原子链接的三价氮原子，且具至少一芳香环。该芳族第三胺可为芳基胺(arylamine)，如单芳基胺(monoarylamine)、二芳基胺(diarylamine)、三芳基胺(triarylamine)、或聚合芳基胺(polymeric arylamine)。也可采用经一或多个乙烯基(vinyl radical)及/或至少一个活性含氢基团(active hydrogen-containinggroup)取代的三芳基胺。较佳的芳族第三胺类是包含至少二个芳族第三胺部份，例如(但不限于此)N，N′-二(伸萘-1-基)-N，N′-二苯基-联苯胺(N，N′-di(naphthalene-1-y1)-N，N′-diphenyl-benzidine，NPB)、N，N，N′，N′-四萘基-联苯胺(N，N，N′，N′-tetranaphthyl-benzidine，TNB)、N，N′-二苯基-N，N′-双(3-甲基苯基)-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(N，N′-diphenyl-N，N′-bis(3-methylphenyl)-1-1′-biphenyl-4-4′-diamine，TPD)、N，N′-二苯基-N，N′-双(1-萘基)-1，1′-二苯基-4，4′-二胺(N，N′-diphenyl-N，N′-bis(1-naphthyl)-1-1′-biphenyl-4，4″-diamine，α-NPD)、4，4′，4″-参(N，N-二苯基-胺基)-三苯胺(4，4′，4″-tris(N，N-diphenyl-amino)-triphenylamine，TDAA)、4，4′，4″-参(3-甲基苯基苯基胺基)-三苯胺(4，4′，4″-tris(3-methylphenylphenylamino)-triphenylamine，MTDATA)、聚(2-乙烯基三苯胺)(poly(vinyltriphenylamine)，PVT)和聚(n-乙烯咔唑)(poly(n-vinylcarbazole)，PVK)。
由于第二强电荷注入能力有机层207是与阴极203相邻，故更适用的材料为具有高电子传送性质的有机化合物。较佳地，该第二基材的材料为金属8-羟基喹啉化合物，包含8-羟基螯合物(也指8-羟基喹啉(8-quinolinol)或8-羟基喹啉(8-hydroxyquinoline))，譬如参(8-羟基喹啉)铝(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum)。第二基材的材料也可为丁二烯衍生物(butadiene derivatives)、三氮六环衍生物(triazines derivatives)、羟基喹啉衍生物(hydroxyquinoline derivatives)、苯并吡咯衍生物(benzazole derivatives)、硅基衍生物(silole derivatives)，如2，5-双(2′，2″-二吡啶-6-基)-1，1-二甲基-3，4-二苯基硅杂环戊二烯(2，5-bis(2′，2″-bipridin-6-y1)-1，1-dimethyl-3，4-diphenyl silacyclopentadiene)、2，5-双(1-萘基)-1，3，4-恶二唑基(2，5-bis(1-naphthyl)-1，3，4-oxadiazole，BND)、2-(4-二苯基)-5-(4-第三丁基苯基)-1，3，4-恶二唑基(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1，3，4-oxadiazole，PBD)、1，3-双[(4-第三丁基苯基)-1，3，4-恶二唑]伸苯基(1，3-bis[(4-tert-butylphenyl)-1，3，4-oxadiazolyl]phenylene，OXD-7)、1，2，4-三唑衍生物(1，2，4-triazole derivative，TAZ)、4，7-二苯基-1，10-啡咯啉(4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline，BPhen)、2，9-二甲基-4，7--二苯基-1，10-啡咯啉(2，9-dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline，BCP)、1，3，5-参(N-苯基苯并咪唑-2-基)苯(1，3，5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-y1)benzene，TPBI)、参(8-羟基喹啉)铝(Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum，Alq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium，BeBq2)、双(2-甲基-8-喹啉酸)对苯基酚酸铝(III)(bis(2-methyl-8-quinolinolato)(para-phenylphenolato)aluminum(III)，BAlq)和双[2-(2-羟基苯基)苯并恶唑]锌(bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolate]zinc，Zn(BOX)2)。
适用为第一材料的无机物包括p型掺杂物，其较佳为功函数大于4.2eV的一第一金属及其化合物。将此p型掺杂物搀入第一基材，可提高第一强电荷注入能力有机层205的空穴传送率。于此，除稀碱土族金属及其合金以外，大部分金属均可作为此p型掺杂物。较佳地，该p型掺杂物是选自以下群组的金属金、银、铜、锌、钴、镍、其组合及其化合物。金属化合物则可为有机金属复合物或为金属有机盐类、无机盐类、氧化物和卤化物。
如前述，也可采用有机物为第一材料。举例来说(但不限于此)，可采用2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰环己二稀二甲烷(2，3，5，6-tetrafluoro-7，7，8，8-tetracyanoquinodimethane，F4-TCNQ)及/或7，7，8，8-四氰环己二稀二甲烷(7，7，8，8-tetracyanoquinodimethane，TCNQ)以提供该第一材料。
适用为第二材料的无机物包括n型掺杂物，其较佳为具功函数小于或等于4.2eV的第二金属及其化合物。将此n型掺杂物搀入第二基材，可提高第二强电荷注入能力有机层207的电子传送率。其中，该第二金属可为碱金属，譬如锂、钠、钾、铷或铯；碱土族金属，譬如镁、钙、锶或钡；稀土金属，譬如镧、钐、铕、钍、镝、铒或镱；或包含上述金属的合金，譬如铝合金、铟合金。金属化合物则可为有机金属复合物或为金属有机盐类、无机盐类、氧化物和卤化物。
第一有机电激发光单元209及第二有机电激发光单元211的组成、结构、光色、材料及制程，可视需要为相同或不同，只要个别具备所需的电子及空穴传输能力即可。单元209、211可为任何已知有机电激发光单元，它包含一发光层，且可视需要为另包含下列一或多层的多层结构电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层、电子阻挡层(electron blocking layer)、以及空穴阻挡层等。该多层结构举例(但不限于此)可为空穴传输层/发光层/电子传输层、空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层、空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/电子注入层、空穴注入层/空穴传输层/电子阻挡层或空穴阻挡层/发光层/电子传输层/电子注入层、空穴注入层/空穴传输层/发光层/空穴阻挡层/电子传输层/电子注入层等数种结构。发光单元与发光单元之间，可视需要安置一高电荷注入能力的有机层。譬如，当第一有机电激发光单元209及第二有机电激发光单元211的结构皆为空穴传输层/发光层/电子传输层，则可于第一单元209的电子传输层和第二单元211的空穴传输层间加入一高电荷注入能力的有机层。此外，可视需要于第一有机电激发光单元209及第二有机电激发光单元211之间加入一电荷产生层(charge generation layer，CGL)，以将光能转换成电能，利用光电效应产生电子，增加组件发光效率，提供多重光子发射的态样。
以下将以图3A至图3D进一步说明本发明的效益。其中，图3A为电压与电流密度关系图，横轴与纵轴分别代表发光组件的电压(伏特)与电流密度(毫安/平方公分)。图3B则为电压对亮度的关系图，横轴与纵轴分别代表发光组件的电压(伏特)与亮度(烛光/平方公尺)。图3C为发光效率与亮度的关系图，横轴代表发光组件的亮度(烛光/平方公尺)，纵轴则代表含单一有机电激发光单元的发光组件的最大发光值为100％所计算而得的％(即，当该含单一有机电激发光单元的发光组件的发光效率不再随亮度的提升而增加时，以该发光效率为基准，计算各发光组件于不同亮度的发光效率)。图3D为亮度对光色的关系图，横轴与纵轴分别代表发光组件的亮度(烛光/平方公尺)与光色CIEy。
在图3A至图3D中，线a代表于含单一有机电激发光单元的发光组件中，仅于阳极与发光单元间加入第一强电荷注入能力有机层的表现；其中，该第一强电荷注入能力有机层为掺杂有2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰环己二稀二甲烷(2，3，5，6-tetrafluoro-7，7，8，8-tetracyanoquinodimethane，F4-TCNQ)的空穴注入层；线b代表于含二发光单元的串联式有机电激发光组件2中，不仅于阳极与相邻发光单元间加入强电荷注入能力有机层，且于阴极与相邻发光单元间加入第二强电荷注入能力有机层、于两发光单元间加入一第三强电荷注入能力有机层，其中，该第二及第三强电荷注入能力有机层均为掺杂有碳酸铯的2-(甲基)-9，10-双-(2-萘基)葱；线c代表于含二发光单元的串联式有机电激发光组件2中，如线b态样般地采用第一强电荷注入能力有机层、第二强电荷注入能力有机层、以及第三强电荷注入能力有机层的态样，但第二强电荷注入能力有机层与第三强电荷注入能力有机层的材质为掺杂有碳酸铯的参(8-羟基喹啉)铝；线d代表于含二发光单元的串联式有机电激发光组件2中，也如线b态样般地采用第一强电荷注入能力有机层以及第三强电荷注入能力有机层的态样，但于阴极与相邻发光单元间采用未经掺杂的参(8-羟基喹啉)铝；线e代表于含二发光单元的串联式有机电激发光组件2中，如线d态样般地采用第一强电荷注入能力有机层，且于阴极与相邻发光单元间采用未经掺杂的参(8-羟基喹啉)铝，但以掺杂有碳酸铯的参-(8-羟基喹啉)铝为两发光单元间的第三强电荷注入能力有机层。其中，未经掺杂的参(8-羟基喹啉)铝的电荷注入能力仅为1×10-6cm2/Vs，尚非本发明所需的强电荷注入能力(即，至少1×10-4cm2/Vs)。
如图3A至图3D所示，采用串联式有机发光单元，且于单元与单元间施用强电荷注入能力有机层，相较于仅在阳极与发光单元间采用强电荷注入能力有机层的仅含单一发光单元的发光组件，虽可提供较佳的发光效率且光色效果相当，但所需的电压也大幅增加(线d、线e与线a的比较)；然，若于阳极与发光单元间、以及阴极与发光单元间均采用强电荷注入能力有机层时，则可于合适的电压下提供较佳的发光效率与相当的光色效果(线b与线c)。
由上述结果可知，本发明串联式有机发光组件，可于不需过高操作电压的情形下，有效提升发光效率。此外，由于本发明串联式发光组件具有强电荷注入能力有机层，故电极与单元间的电荷流动安定，且单元间的连接界面稳定。
上述仅为举例说明根据本发明的串联式有机电激发光组件，具一阳极、一阴极、一第一强电荷注入能力有机层、一第二强电荷注入能力有机层、一第一有机电激发光单元及一第二有机电激发光单元。根据前述例示说明，熟习此项技艺者当可知悉本发明如图4所示的第二实施态样，其为串联式有机电激发光组件4，其具一阳极41、一阴极43、一第一强电荷注入能力有机层45、一第二强电荷注入能力有机层47、以及多个有机电激发光单元49。
本发明的第三实施例为一种有机电激发光显示器，它包含如前实施例所述的多个串联式有机电激发光组件，以及多个基板。其中，该多个基板包含相应的多个像素薄膜晶体管，且该多个像素薄膜晶体管是与相应多个串联式有机电激发光组件的一电极电性连接。通过此串联式有机电激发光组件，本发明可避免有机电激发光显示器的操作电压较高及单元连接界面不安定所致发光效率低落、能量消耗过高，以及增加成本的情形，且其内部更具有高载子移动率的特性。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术特征者可轻易完成的改变或均等性的安排均属本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求范围为准。
权利要求
1.一种串联式有机电激发光组件，包含一阳极；一阴极；一第一强电荷注入能力有机层，设置在所述的阳极与所述的阴极之间，包含一第一材料；一第二强电荷注入能力有机层，设置在所述的阳极与所述的阴极之间，包含一第二材料；以及至少二有机电激发光单元，串联设置在所述的第一强电荷注入能力有机层与所述的第二强电荷注入能力有机层之间，其中，所述的第一强电荷注入能力有机层与所述的阳极相邻，且所述的第二强电荷注入能力有机层与所述的阴极相邻。
2.如权利要求1所述的串联式有机电激发光组件，其中所述的第一强电荷注入能力有机层具有一万分之一以上的空穴迁移率。
3.如权利要求1所述的的串联式有机电激发光组件，其中所述的第二强电荷注入能力有机层具有一万分之一以上的电子迁移率。
4.如权利要求1所述的串联式有机电激发光组件，其中所述的第一材料是选自由有机物及无机物所组成的群组。
5.如权利要求1所述的串联式有机电激发光组件，其中所述的第二材料是选自由有机物及无机物所组成的群组。
6.如权利要求1所述的串联式有机电激发光组件，其中所述的第一材料包括一p型掺杂物，且所述的第二材料包括一n型掺杂物。
7.如权利要求6所述的串联式有机电激发光组件，其中所述的p型掺杂物是功函数大于4.2eV的第一金属及其化合物，且所述的n型掺杂物是功函数小于4.2eV的第二金属及其化合物。
8.如权利要求1所述的串联式有机电激发光组件，其中所述的至少二有机电激发光单元的结构、光色为相同或不同。
9.一种有机电激发光显示器，包含如权利要求1所述的串联式有机电激发光组件；以及一像素薄膜晶体管，与所述的串联式有机电激发光组件电性连接。
全文摘要
一种用于一有机电激发光显示器的串联式有机电激发光组件，包含一阳极、一阴极、一第一强电荷注入能力有机层、一第二强电荷注入能力有机层，以及至少二有机电激发光单元。第一及第二强电荷注入能力有机层皆设置于阳极与阴极之间，其中，该第一强电荷注入能力有机层包含一第一材料，且与阳极相邻；第二强电荷注入能力有机层包含一第二材料，且与阴极相邻。所述的有机电激发光单元是串联设置于第一强电荷注入能力有机层与该第二强电荷注入能力有机层之间。
文档编号H01L27/28GK1945871SQ20061014374
公开日2007年4月11日 申请日期2006年11月3日 优先权日2006年11月3日
发明者李重君, 李兴铨 申请人:友达光电股份有限公司