专利名称：有机层结构及相关的有机发光装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光装置，特别是涉及一种有机发光二极管(OLED)。
背景技术：
有机发光二极管(OLED)为一已知技术，如Kido等人于美国专利第 6,013,384号所公开的，并绘示于图la的有机电致发光装置10,其中有机层 包括空穴传输层(HTL)、发光层14,以及掺杂金属的有机化合物层15。掺 杂金属的有机化合物层15设置于阳极层12与阴极层16之间。此装置10 制作于基板ll上。有机化合物可用于OLED装置中发光层、电子传输层及 掺杂金属层的制作，其材质包括多环化合物、缩合多环碳氢化合物、缩合 杂环化合物等。掺杂金属的有机化合物层15中的掺杂物为功函数小于或等 于4.2 eV的金属。发光层14可由金属螯合复合物构成，例如Alq3 ( 8-三-羟基。查啉铝)。如空穴传输层13的空穴注入层可由芳基胺化合物构成。阳 极层12可由铟锡氧化物(ITO)构成，而阴极层16则可由铝金属层构成。
Weaver等人于美国专利申请案早期公开第2004/0032206号中公开另一 种OLED,其包括一碱金属化合物层。如图lb所示，有机发光二极管20 制作于形成有ITO阳极22的塑料基板21上。阴极由镁/镁合金层27及上 方的金属氧化物层28双层组成。碱金属化合物层26可由碱金属卣化物或 石威金属氧化物构成，例如LiF及Li20。有机层包括一空穴传输层(HTL) 23、 一发光层(EML)24、及一电子传输层(ETL ) 25。确切而言，一 CuPc
(铜-酞菁)沉积于ITO阳极22上，用以改善空穴的注入及装置的寿命， 其厚度约为10 nm。作为空穴传输层23的NPB(4,4-[N-(l-萘基)-N-苯基-氨基] 联苯)沉积于CuPc上，其厚度约30 nm。作为电子传输层25的掺杂Ir(ppy)3
(fac-三(2-苯基吡啶-)-铱)的CBP ( 4,4-N，N，-二咔唑联苯)沉积于NPB上，
其厚度约30 nm。作为空穴阻挡层的BAlq(铝(III)双(2-曱基-8-喹啉酸并 (quinolinato);K-苯酚盐)沉积于发光层24上，其厚度约10 nm。作为电子传 输层25的Alq3沉积于BAlq上，其厚度约40 nm。 LiF层26沉积于Alq3与 镁合金(包含Mg:Ag)之间。
Raychaudhuri等人于美国专利第6,579,629号公开一种有机发光二极管 30(如图lc所示)，其中由ITO构成的阳极32沉积于基板31上，其中空 穴注入层33由氟化聚合物CFX (x为1或2 )构成。空穴传输层34由NPB 构成。发光层35 由 Alq3:C545T ( 1H，5H,1 IH-[I]苯并吡喃并 (Benzopyrano)[6,7，8-ij]喹口秦-11 -酉同，10-(2-苯并噻唑基)-2,3,6,7-四曱基-(9CI)) 构成。电子传输层36由Alq3构成。緩沖结构包含由LiF构成的第一緩沖层 37及由CuPc构成的第二緩冲层38。阴极39则由Al丄i(3重量％)构成。
Hung等人于美国专利第5,776,623号公开一种电致发光装置40,其中 空穴注入层43为15 nm厚的CuPc层，其沉积于基板41上方的阳极层42 上。空穴传输层44为60 nm厚的NPB层。电子传输层45为75 nm厚的Alq3 层。緩沖层46为0.5nm厚的LiF层，其可由MgF2、 CaF2、 Li20及MgO取 代。阴极层48可由Al及Mg:Ag构成。Ag及Au亦使用于阴极层中。
在上述的OLED中，至少ETL与EML是由不同的材质所构成。另如 Weaver等人所公开的，ETL与EML也由不同的材质所构成。当HIL、 HTL、 EML、 ETL由不同的有机材料构成时，为了避免在制造过程中发生交互污 染，需要四次不同的沉积来各自地沉积不同的有机材料。然而，在全彩有 机显示装置的制造中，有机层的沉积既复杂且昂贵。
因此，需要一种有机发光装置及其制造方法，以减少有机沉积的次数。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机发光装置(OLED)，其中 不同材料的数量，特別是用于OLED有机层的主体材料，得以减少。为了 达到上述目的，本发明使用一种双极性有机材料来作为OLED中发光层及 空穴传输层的主体材料，例如为衍生自稠芳香环材料。OLED可为磷光 OLED或焚光OLED。
因此，本发明的第一型态在于提供一种有机发光装置，包括 一阴极、 一阳极，以及设置于阴极及阳极之间的一有机层结构，其包括邻近设置
于阳极的一空穴传输层、邻近设置于阴极的一电子传输层，以及设置于空 穴传输层及电子传输层之间的一发光层，其中空穴传输层、发光层、及电 子传输层由大体相同的有机主体材料构成。
根据本发明，有机主体材料包括一双极性有机主体材料，例如稠芳香 环之书f生物，如蒽的衍生物。
根据本发明，电子传输层大体由具有至少一 n型掺杂物的双极性有机 材料构成。
根据本发明，发光层大体由具有至少 一荧光或磷光掺杂物的双极性有 才几材津牛构成。
根据本发明，空穴传输层为掺杂一p型掺杂物。
根据本发明，有机层结构更包括一空穴注入层，设置于空穴传输层与 阳极之间，且其大体由具有至少一 p型掺杂物的有机主体材料构成。
本发明的第二型态在于提供一种有机发光装置的制造方法，该装置包 括一阴极、 一阳极、以及设置于阴极及阳极之间的一有机层结构，有机层 结构包括邻近设置于阳极的一空穴传输层、邻近设置于阴极的一电子传 输层、以及设置于空穴传输层及电子传输层之间的一发光层，该方法包括 提供一有机主体材料，以作为空穴传输层、发光层、及电子传输层。在电 子传输层中掺杂至少一n型掺杂物。在发光层中掺杂一发光掺杂物。
本发明更包括在空穴传输层中掺杂至少一 p型掺杂物。
根据本发明，空穴传输层包括一空穴注入层，其邻近设置于阳极，该 方法更包括在空穴注入层掺杂至少一p型掺杂物。
根据本发明，发光掺杂物包括一荧光或磷光掺杂物。
本发明的第三型态在于提供一种用于有机发光装置的有机层结构，该 有机层结构设置于一阴极及一阳极之间，且包括邻近设置于阳极的一空 穴传输层、邻近设置于阴极的一电子传输层、及设置于空穴传输层及电子 传输层之间的一发光层，其中空穴传输层、发光层及电子传输层由大体相 同的有机主体材料构成。
根据本发明，有机主体材料包括一双极性有机材料，例如稠芳香环的 书亍生物。
根据本发明，电子传输层大体由一掺杂有至少一 n型掺杂物的双极性 有机材料构成。
根据本发明，发光层大体由一掺杂有至少 一荧光或磷光掺杂物的双极
性有机材料构成。
根据本发明，有机层结构更包括一空穴注入层，设置于空穴传输层与 阳极之间，且其大体由具有至少一 p型掺杂物的该双极性有机主体材料构 成。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实
施例，并配合附图，fH羊细i兌明如下。
图la绘示出一已知OLED。 图lb绘示出另 一 已知OLED。 图lc绘示出又一已知OLED。 图ld绘示出再一已知OLED。 图2为根据本发明实施例的OLED。
图3a绘示出根据本发明一实施例的OLED的有机层结构，其中发光层 含有荧光掺杂物。
图3b绘示出根据本发明一实施例的OLED的有机层结构，其中发光层 含有磷光掺杂物。
图4绘示出根据本发明 一实施例的用于有机层结构的双极性有机材料。 图5绘示出根据本发明一实施例的用于有机层结构的稠芳香环的衍生 物材料的蒽的衍生物。
图6a为绘示出以苯作为稠芳香环的取代基。 图6b为绘示出以曱苯作为稠芳香环的取代基。 图6c为绘示出以萘作为稠芳香环的取代基。
图7绘示出根据本发明一实施例的使用蒽的衍生物作为有机层的稠芳 香环的衍生物材料。
图8绘示出根据本发明实施例的OLED。
图9绘示出施加电压与电流密度的关系曲线图。
图IO绘示出施加电压与亮度的关系曲线图。
图11绘示出施加电压与电流效率的关系曲线图。
图12绘示出施加电压与色度(CIE) X坐标的关系曲线图。
图13绘示出施加电压与色度(CIE) Y坐标的关系曲线图。
符号说明
习知
10 有机发光装置;11、 31、 41~基板;12、 32、 42 阳极层；13、 23、 34、 44 空穴传输层；14、 24、 35、 45 发光层；15 掺杂金属的有机化合物； 16、 39、 48 阴极层；20、 30 有机发光二极管；21 塑料基板；22~ITO阳 极；25、 36 电子传输层；26 碱金属化合物层；27 镁/镁合金层；28~金 属氧化物层；33、 43 空穴注入层；37 第一緩冲层；38 第二緩冲层；40 电致发光装置；46~緩冲层。
本发明
100 有机发光装置；110~基板；112 阳极层；120 有机层结构；122 空穴注入层；124 空穴传输层；126 发光层；128 电子传输层；130~阴极层。
具体实施例方式
参照图2,其绘示出本发明实施例的有机发光装置(OLED)的结构。 一般而言，有机发光装置100包括一有机层结构120设置于一阳极层112 与一阴极层130之间。阳极层112设置于一基板110上。有机层结构120 可包括一空穴注入层122、空穴传输层124、 一发光层126、及一电子传输 层128。在本实施例中，有机层结构120大体包括一有机主体(host)材料， 以供空穴注入层122、空穴传输层124、发光层126、及电子传输层128之 用。参照图3a及图3b，空穴注入层122中的有机主体材料掺杂一p型掺杂 物，发光层126中的有机主体材料掺杂一发光掺杂物或染料，而电子传输 层128中的有机主体材料掺杂一 n型掺杂物。发光层126中的发光掺杂物 可为荧光掺杂物(单重能态(singlet energy state )，如图3a所示)或磷光掺 杂物(三重能态(triplet energy state )，如图3b所示)。
本发明的优选实施例使用双极性有机材料作为有机层结构120中的有 机主体材料。此双极性材料可用作电子及空穴的传输i某介。有机层结构120 可分成三区域空穴传输区、发光区以及电子传输区。
图4为根据本发明绘示双极性有机材料的实施例。双极性有机材料为 稠芳香环的衍生物。举例而言，稠芳香环衍生物可为蒽。图5为绘示出具 有两对称取代基的蒽衍生物。在图5中，R为任何烷基(alkyl group )，而 Ar为一取代基，具有一环芳香族或多个稠芳香环。图6a绘示出以苯作为一
环芳香族的取代基。图6b绘示出以曱苯作为一环芳香族的取代基。图6c 绘示出以萘作为两稠芳香环的取代基。图7绘示出根据本发明一实施例所 使用的蒽衍生物作为有机发光装置100的有机层120的稠芳香环的衍生物 材料。在本实施例中，Ar取代基为萘，R为甲基。
用于空穴注入层122中的p型掺杂物可选自于F、 Cl、 Br及I,或是包 含一或多个F、 Cl、 Br及I的化合物。其它p型4参杂物包括F4-TCNQ (四 氟-p奎啉并二甲烷)、如ITO、 IZO等金属氧化物、如1102、 TiN等具有大的 带隙(带隙〉3eV)的半导体材料、功函数大于4eV的金属等。掺杂浓度范 围为0.1重量°/。至50重量％。 p型掺杂物可用于空穴注入层122及空穴传输 层124。
用于电子注入层128中的n型掺杂物可选自于IA元素(碱金属)、IIA 元素(碱土金属)，或是包含一或多个IA、 IIA元素的化合物。其它n型掺 杂物包括碳酸化合物、硝酸化合物、醋酸化合物、含碱金属的有机盐。 掺杂浓度范围为0.1重量％至50重量％。
图8绘示一制作范例，以实例说明在有机层结构120的不同层中使用 单一有机主体材料。在此范例中，有机主体材料为TBADN(3-叔丁基-9,10-二(naphthaJ-y10)蒽)(如图7所示)。空穴传输层的厚度约30 nm,且掺杂有 CsF(20重量。/。)。发光层的厚度约30nm,且掺杂有蓝色染料。结合的空穴 传输层及空穴注入层的厚度约10 nm，而空穴注入层的掺杂物为F4-TCQN (4重量％)。阴极由银构成，阳极则由ITO构成。所有层皆沉积于一透明 基板上。总厚度约为110 nm。
上述范例的效能系绘示于图9至图13。图9绘示出施加电压与电流密 度的关系曲线图。图10绘示出施加电压与亮度的关系曲线图。图11绘示 出施加电压与电流效率的关系曲线图。图12绘示出施加电压与1931色度 (CIE)X坐标的关系曲线图。图13绘示出施加电压与1931色度(C正)Y 坐标的关系曲线图。施加电压为9V时，电流密度为33.57 mA/cm2,亮度为 766.900024 cd/m2，电流效率为2.28 cd/A或0.797 lm/W, 1931 CIEX为0.143, 1931 C正y为0.156。
综上所述，本发明提供一种有机发光装置，其包括一有机层结构，设 置于阴极层及阳极层之间。有机层结构包括至少一电子传输层、 一发光 层及一空穴传输层，其中这些层中的主体材料大体相同。举例而言，主体 材料可为双极性有机材料，其具有空穴传输媒介及电子传输媒介的双重特
性。因此，其无需使用不同的沉积来形成电子传输层、发光层及空穴传输 层。
虽然本发明已以优选实施例描述如上，然其并非用以限定本发明，任 何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作改变与修 改，因此本发明之保护范围以附加的权利要求界定者为准。
权利要求
1.一种有机发光装置的制造方法，该装置包括一阴极、一阳极以及设置于该阴极及该阳极之间的一有机层结构，该有机层结构包括邻近设置于该阳极的一空穴传输层、邻近设置于该阴极的一电子传输层以及设置于该空穴传输层与该电子传输层之间的一发光层，该制造方法包括提供一有机主体材料，以作为该空穴传输层、该发光层及该电子传输层；在该电子传输层中掺杂至少一n型掺杂物；以及在该发光层中掺杂一发光掺杂物。
2. 权利要求1的有机发光装置的制造方法，进一步包括 在该空穴传输层中掺杂至少一 p型掺杂物。
3. 权利要求1或2的有机发光装置的制造方法，其中该空 穴传输层包括 一 空穴注入层，其邻近至设置于该阳极，且大体 由该有机主体材料所构成，该方法进 一 步包括在该空穴注入 层掺杂至少一 p型掺杂物。
4. 权利要求1 - 3任一项的有机发光装置的制造方法，其中 该发光掺杂物包括 一 荧光掺杂物。
5. 权利要求1 - 3任一项的有机发光装置的制造方法，其中 该发光掺杂物包括一磷光掺杂物。
全文摘要
本发明公开一种有机发光装置的制造方法，该装置包括一阴极、一阳极，以及设置于阴极及阳极之间的有机层结构，该有机层结构包括邻近设置于该阳极的一空穴传输层、邻近设置于该阴极的一电子传输层以及设置于该空穴传输层与该电子传输层之间的一发光层。所述制造方法包括提供一有机主体材料，以作为该空穴传输层、该发光层及该电子传输层；在该电子传输层中掺杂至少一n型掺杂物；以及在该发光层中掺杂一发光掺杂物。
文档编号H01L51/56GK101165942SQ20071018867
公开日2008年4月23日 申请日期2005年5月31日 优先权日2004年12月16日
发明者李世昊 申请人:友达光电股份有限公司