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TWI513076B - 有機發光二極體元件 - Google Patents

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TWI513076B
TWI513076B TW102110090A TW102110090A TWI513076B TW I513076 B TWI513076 B TW I513076B TW 102110090 A TW102110090 A TW 102110090A TW 102110090 A TW102110090 A TW 102110090A TW I513076 B TWI513076 B TW I513076B
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Taiwan
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light emitting
emitting diode
organic light
transport layer
layer
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TW102110090A
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English (en)
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TW201351741A (zh
Inventor
Changyen Wu
Tingyi Cho
Mengting Lee
Menghuan Ho
Pohsuan Chiang
Chiehwei Chen
Original Assignee
Au Optronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of TW201351741A publication Critical patent/TW201351741A/zh
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Description

有機發光二極體元件
本發明係關於一種有機發光二極體(OLED)，特別是一種光色穩定的倒置型串聯式有機發光二極體元件。
有機發光二極體元件在顯示器工業上已經得到許多人的注意，特別是在平面顯示器工業上，因為有機發光二極體元件能在低驅動電壓下操作，又能產生高螢光效率之紅、綠、藍光。這些特性來自於基本的有機發光二極體結構，其係為多層薄膜結構，包含小分子有機材料薄膜、陽極以及陰極，小分子有機材料薄膜位於陽極和陰極之間。一般來說，有機發光二極體元件是以向前堆疊式(forward-stacked)結構的方式製作，即陽極設置於支撐有機發光二極體的基板上，而有機發光二極體之陰極則設置於該有機發光二極體的頂部。
低消耗功率顯示器通常會使用主動式矩陣背板，其具有複數個薄膜電晶體(以非晶矽或低溫多晶矽製造)以提供驅動電流至有機發光二極體。在這種情況下，此有機發光二極體堆疊是位於該薄膜電晶體的源極，即有機發光二極體畫素之陽極直接連接於驅動薄膜電晶體之源極。雖然這種製作過程簡單許多，然此種電路會被該有機發光二極體材料的特性所影響。任何因為材料老化現象所導致有機發光二極體性質之改變將會同時影響閘極和源極之間的電壓(Vg)以及通過驅動薄膜電晶體和有機發光二極體的電流 (Ids)。
另一方面來說，在倒置型有機發光二極體結構中，有機層的沉積順序則是相反的，即先沉積有機發光二極體之陰極以連接至驅動薄膜電晶體之汲極。在有機發光二極體堆疊可置於驅動薄膜電晶體之汲極上的情況下，有機發光二極體性質之改變僅會影響通過驅動薄膜電晶體和有機發光二極體的電流(Ids)，而不會影響閘極和源極之間的電壓(Vg)。據此，倒置型有機發光二極體結構因為具有增加其搭配之主動式矩陣驅動電路之設計彈性以及提升有機發光二極體之效率等優點，而使得主動式矩陣有機發光二極體顯示器(AMOLED)之技術具有更高的相容性。
在製造倒置型有機發光二極體中，關鍵因素在於，對於其中有機材料與元件電極之間、以及有機材料和另一有機材料之間的界面，該電荷傳輸之特性和該電荷注入之能力。特別是該倒置型有機發光二極體存在嚴重問題，即操作電壓會隨時間變得很大。為了解決此問題，目前已經提出許多關於倒置型有機發光二極體之不同設計，像是使用較低功函數之材料來作為有機發光二極體之陰極。然而，隨著有機發光二極體的頻繁使用和操作，其中有機層的材料發生之劣化將減低有機發光二極體元件之電致發光強度。這將導致倒置型有機發光二極體達到期預定亮度之困難。
更進一步來說，於彩色倒置型有機發光二極體元件中用於發出不同色彩之有機材料，在元件操作期間因為具有不同之劣化速度，使倒置型有機發光二極體元件中不同色 彩之電致發光單元的生命週期不同，這導致有機發光二極體元件隨著操作時間增長會發生色偏現象。
本發明在一方面來說，是關於一種有機發光二極體元件。在本發明之一實施例中，有機發光二極體元件包含基板、陰極、第一電致發光單元、電荷產生層(charge generation layer，CGL)、第二電致發光單元以及陽極。陰極設置於基板上，第一電致發光單元設置於陰極上，電荷產生層設置於第一電致發光單元上，第二電致發光單元設置於電荷產生層上，以及陽極設置於第二電致發光單元上。其中，每個第一以及第二電致發光單元包含電子傳輸層(ETL)、發光層(EML)以及電洞傳輸層(HTL)，其中發光層設置於電子傳輸層上，電洞傳輸層(HTL)設置於發光層上，且第一電致發光單元之電子傳輸層設置於陰極上，以定義第一能障於第一電致發光單元之電子傳輸層和陰極之間，以及陽極設置於第二電致發光單元之電洞傳輸層上以定義第二能障於第二電致發光單元之電洞傳輸層和陽極之間，其中第一能障大於第二能障，且第一電致發光單元之生命週期長於第二電致發光單元之生命週期。
在本發明之一實施例，陰極係以具有高功函數之導電材料所形成，如此第一能障即高於第二能障。導電材料包含鋁、銀、金、鎳、鉑、聚3,4-二氧乙基噻吩(PEDOT)、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氧化鋅、氧化鋁鋅(AZO(Al：ZnO))、氧化鎵銦錫(GITO(Ga：In：Sn：O))、氧化鋅 銦錫(ZITO(Zn：In：Sn：O))以及該等之組合。
在本發明之一實施例，每個第一、第二電致發光單元之電子傳輸層包含三(8-羥基喹啉)化鋁(Tris(8-hydroxy quinoline)aluminum(Ⅲ),Alq3 )、2,9-二甲基-4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲(bathocuproine,BCP)、4,7-二苯基-1,10-鄰二氮雜菲(BPhen)、2-甲基-9,10-二(2-萘)蒽(2-methyl-9,10-di[2-naphthyl]anthracene,MADN)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene,TPBI)或TmPyPhB。
在本發明之一實施例，第一、第二電致發光單元中至少一電致發光單元之電子傳輸層係摻雜一種或多種之n型摻雜材料。
在本發明之一實施例，每個第一與第二電致發光單元之電子傳輸層的厚度為1~500nm。
在本發明之一實施例，每個第一與第二電致發光單元之電洞傳輸層包含N,N'-双(萘-1-基)-N,N'-双(苯基)-聯苯胺(N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine,NPB)、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜苯並菲(2,3,6,7,10,11-Hexacyano-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene,HAT-CN)、4,4',4"-三(咔唑-9-基)三苯胺(4,4',4"-Tris(carbazol-9-yl)triphenylamine,TCTA)或酞菁铜(Copper(II)phthalocyanine,CuPC)。
在本發明之一實施例，第一與第二電致發光單元中至少一電致發光單元之電洞傳輸層係摻雜一或多種之p型摻 雜材料。
在本發明之一實施例，每個第一與第二電致發光單元之電洞傳輸層的厚度為1nm~500nm。
在本發明之一實施例，每個第一與第二電致發光單元之發光層包含一或多個發光層，且該一或多個發光層之材料包含螢光材料、磷光材料或該等之組合。
在本發明之一實施例，每個螢光材料以及磷光材料係能發出紅光、綠光、藍光或該等色光之混合。
在本發明之一實施例，第一電致發光單元之發光層包含發藍光之螢光材料，第二電致發光單元之發光層包含發紅光之第一磷光材料以及一發綠光之第二磷光材料之混合物。每個第一與第二電致發光單元之發光層的厚度為1nm~500nm。
在本發明之一實施例，電荷產生層包含一或多層之有機材料、無機材料、金屬材料、金屬氧化物或該等之組合。
在本發明之一實施例，電荷產生層包含一n型摻雜之電子傳輸層，一p型摻雜之電洞傳輸層或該等之組合。
在本發明之一實施例，n型摻雜之電子傳輸層包含n型摻雜材料和電子傳導材料，以及p型摻雜電洞傳輸層包含p型摻雜材料以及電洞傳輸材料。
本發明在另一方面來說，有機發光二極體元件包含基板、陰極、陽極、複數個電致發光單元以及複數個電荷產生層，陰極設置基板上，陽極與陰極間隔設置，複數個電致發光單元設置於陰極和陽極之間，電荷產生層位於任兩個相鄰的電致發光單元之間，其中，電致發光單元包含電 子傳輸層(ETL)、發光層(EML)以及電洞傳輸層(HTL)，發光層其設置於電子傳輸層之上，電洞傳輸層(HTL)設置於發光層之上，且第一電致發光單元之電子傳輸層設置於陰極上，以定義第一能障，而陽極設置於最後電致發光單元之電洞傳輸層上，以定義第二能障，其中第一能障高於第二能障，且第一電致發光單元之生命週期，相較於其他電致發光單元之生命週期為長。
在本發明之一實施例，每個電致發光單元之電子傳輸層包含Alq3 、BCP、BPhen、MADN、TPBI或TmPyPhB。
在本發明之一實施例，至少一個該電致發光單元之該電子傳輸層係摻雜一或多種之n型摻雜材料。
在本發明之一實施例，每個電致發光單元之該電洞傳輸層包含NPB、HAT-CN、TCTA或CuPC。
在本發明之一實施例，至少一個該電致發光單元之該電洞傳輸層係摻雜以一或多種之p型摻雜材料。
在本發明之一實施例，電致發光單元之發光層包含一或多個發光層，且一或多個發光層之材料包含螢光材料、磷光材料或該等之組合。
在本發明之一實施例，每個螢光材料、磷光材料係能發射出紅光、綠光、藍光或該等色光之混合。
在本發明之一實施例，第一電致發光單元之發光層係由螢光材料所形成，以發射出藍光，同時第二電致發光單元之發光層係由第一磷光材料和第二磷光材料所形成，以分別發射出紅光和綠光。
在本發明之一實施例，每個電荷產生層包含一或多層 之有機材料、無機材料、金屬、金屬氧化物或該等之組合。
在本發明之一實施例，每個電荷產生層包含n型摻雜電子傳輸層、p型摻雜電洞傳輸層或該等之組合。
為讓本發明之上述特徵和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉比較例與實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明之目的及優點，藉由下列實施例中伴隨圖式與元件符號之詳細敘述後，將更為顯著。
為了使本發明內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件，並且為求清楚說明，元件之大小或厚度可能誇大顯示，並未依照原尺寸作圖。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。然而，應瞭解到所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。這些實務上的細節不應用以限制本發明。
本發明中之「上」、「下」、「前」、「後」等用語，均為便於說明根據本發明之實施例中元件的相對位置或時間順序所採的描述，而非用限制之目的。而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。
第1圖顯示依據本發明之一實施例的有機發光二極體元件示意圖。如第1圖所示，該有機發光二極體元件100 具有倒置型串聯式結構，其包含基板102、陰極110、陽極190、複數個電致發光單元(如第1圖中所示之三個電致發光單元120a、120b、以及120n)、以及複數個電荷產生層(如第1圖中所示之二個電荷產生層150a以及150b)。陰極110形成於該基板102上，陽極190位於該陰極110上，複數個電致發光單元堆疊於陰極110和陽極190之間，每個電荷產生層係形成於兩個相鄰的電致發光單元之間。也就是說，該第一電致發光單元120形成於該陰極110上，該陽極190形成於該最後之電致發光單元120n上，而該電荷產生層150a、150b等則形成於每兩相鄰之電致發光單元之間。舉例來說，該電荷產生層150a形成於兩個相鄰的電致發光單元120a和120b之間，而該電荷產生層150b則是形成於兩個相鄰的電致發光單元120b和另一個位於該電荷產生層150b之上的電致發光單元之間(未繪製)。
在本發明之一實施例，每個電致發光單元120a、120b、…、120n包含電子傳輸層(ETL)130、發光層(EML)135以及電洞傳輸層(HTL)140，發光層135設置於電子傳輸層130上，而電洞傳輸層140設置於發光層135上。舉例來說，該電致發光單元120a包含該電子傳輸層130a、設置於電子傳輸層130a上的發光層135a、以及設置於發光層135a上的電洞傳輸層140a。以此方式，第一電致發光單元120a之電子傳輸層130a設置於陰極110上，以於第一電致發光單元120a之電子傳輸層130a與陰極110之間定義第一能障，陽極190設置於最後的電致發光單元120n之電洞傳輸層140n上，以於最後的電致發光單元120n之電 洞傳輸層140n與陽極190之間定義第二能障。
具體地說，第一能障係定義為ELUMO -EC ，其中ELUMO 為第一電致發光單元120a中，電子傳輸層130a之最低未佔有分子軌域能階(lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)，而EC 為陰極110之功函數。第二能障係定義為EHOMO -EA ，其中EHOMO 為最後的電致發光單元120n中，電洞傳輸層140n之最高佔有分子軌域能階(highest occupied molecular orbital,HOMO)，而EA 為陽極190之功函數。根據本發明，第一能障大於第二能障。
此外，每個電致發光單元具有一生命週期，生命週期依所對應之發光層材料而定。每個電致發光單元120a、120b、…、120n之生命週期彼此不同。根據本發明，第一電致發光單元120a之生命週期較其他電致發光單元120b、…、120n之生命週期長。換句話說，第一電致發光單元120a，其鄰近於具有較高第一能障之陰極110，且其具有於有機發光二極體元件中所有電致發光單元之中最長的生命週期。據此，有機發光二極體元件中，所有電致發光單元之電致發光強度的整體表現即可維持在穩定的狀態。
在本發明之一實施例，陰極110係由具有高功函數之導電性材料所設置，且第一能障ELUMO -EC 大於第二能障EHOMO -EA 。導電性材料包括鋁、銀、金、鎳、鉑、聚3,4-二氧乙基噻吩(PEDOT)、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氧化鋅、氧化鋁鋅(AZO(Al：ZnO))、氧化鎵銦錫(GITO(Ga：In：Sn：O))、氧化鋅銦錫(ZITO(Zn：In：Sn：O))以及 該等之組合，但不限定於此。
在本發明之一實施例，該電致發光單元120a、120b、…、120n之該電子傳輸層130a、130b、…、130n係由三(8-羥基喹啉)化鋁((Tris(8-hydroxy quinoline)aluminum(Ⅲ),Alq3 )、2,9-二甲基-4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲(bathocuproine,BCP)、4,7-二苯基-1,10-鄰二氮雜菲(Bphen)、2-甲基-9,10-二(2-萘)蒽((2-methyl-9,10-di[2-naphthyl]anthracene,MADN)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene,TPBI)、或TmPyPhB或其他類似之材料所形成，但不限定於此。電致發光單元120a、120b、…、120n之電洞傳輸層140a、140b、…、140n係由N,N'-双(萘-1-基)-N,N'-双(苯基)-聯苯胺(N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine,NPB)、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜苯並菲(2,3,6,7,10,11-Hexacyano-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene,HAT-CN)、4,4',4"-三(咔唑-9-基)三苯胺(4,4',4"-Tris(carbazol-9-yl)triphenylamine,TCTA)、酞菁铜(Copper(II)phthalocyanine,CuPC)或其他類似之材料所形成，但不限定於此。每個電子傳輸層130a、130b、…、130n，以及每個電洞傳輸層140a、140b、…、140n之厚度係為1nm~500nm，但不限定於此。此外，部份或全部之該電子傳輸層130a、130b、…、130n係摻雜一或多種之第一型摻雜材料。同樣地，部份或全部之電洞傳輸層140a、 140b、…、140n係摻雜一或多種之第二型摻雜材料。第一型摻雜材料係n型摻雜材料，而第二型摻雜材料係p型摻雜材料。
電致發光單元120a、120b、…、120n中發光層135a、135b、…、135n係包括一層或多層發光層。發光層係由螢光材料、磷光材料或該等之組合所形成。每個螢光材料以及磷光材料可發射出紅光、綠光、藍光、或該等色光之混合。在本發明之一實施例，發光層135a、135b、…、135n中，每個發光層係由單色發光之材料所形成。以藍光為例，有機發光二極體元件係藍光有機發光二極體元件。於另一個實施例中，發光層135a、135b、…、135n中，每個次發光層係由不同色光之發光材料所形成，即有機發光二極體元件係多色混光有機發光二極體元件或白光有機發光二極體元件。每個發光層之厚度係為但不限於1nm~100nm。
發光層之電致發光強度係取決於形成發光層之材料，而電致發光單元之生命週期係取決於發光層之電致發光強度。因此，電致發光單元120a中發光層135a係由具有較高電致發光強度的材料所形成。一般來說，由螢光材料所形成之有機發光二極體的生命週期係長於由磷光材料所形成之有機發光二極體的生命週期。更進一步來說，在同型材料中，紅光有機發光二極體之生命週期係較綠光有機發光二極體之生命週期為長，而綠光有機發光二極體之生命週期係較藍光有機發光二極體之該生命週期為長。根據本發明一較佳實施例，第一電致發光單元之發光層係由螢光材料所形成。在本發明之一實施例，第一電致發光單元120a 之發光層係由發藍光之螢光材料所形成，同時第二電致發光單元120b之發光層係以發紅光之第一磷光材料以及發綠光之第二磷光材料的混合物所形成。
該電荷產生層150a、150b、…係包括一或多層之有機材料、無機材料、金屬、金屬氧化物或該等之組合。舉例來說，該有機材料包括2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜苯並菲(2,3,6,7,10,11-Hexacyano-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene,HAT-CN)、2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基對苯醌(F4 -TCNQ)、酞菁铜(Copper(II)phthalocyanine,CuPC)、8-羥基喹啉-锂(8-Hydroxyquinolinolato-lithium,LiQ)、4,7-二苯基-1,10-菲羅啉(4,7-Diphenyl-1,10-diazaphenanthrene,BPhen)、三(8-羥基喹啉)化鋁(Tris(8-hydroxy quinoline)aluminum(Ⅲ),Alq3 )、N,N'-双(萘-1-基)-N,N'-双(苯基)-聯苯胺(N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine,NPB)或其他類似的材料，但不限定於此。該無機材料包括氟化鋁(LiF)、碳酸銫(Cs2 CO3 )、氟化銫(CsF)、或其他類似的材料，但不限定於此。該金屬包括鋁、銀、金、鎂、鈣、鋰、或其他類似的金屬，但不限定於此。該金屬氧化物包括銦錫氧化物(indium tin oxide,ITO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、氧化鋅鋁(Al-doped ZnO,AZO)、三氧化鉬(molyxlic trioxide,MoO3 )、三氧化鎢(tungsten trioxide,WO3 )、五氧化二釩(vanadium pentoxide,V2 O5 )或其他類似的金屬氧化物，但不限定於此。每個電荷產生層係由相同或不同之材料所形成。每個電荷產生層之厚度係為1nm~ 100nm，但不限定於此。
此外，每個電荷產生層150a、150b、…亦可摻雜些許摻雜材料於其中。舉例來說，每個電荷產生層包括n型摻雜電子傳輸層、p型摻雜電洞傳輸層或該等之組合。n型摻雜電子傳輸層包含n型摻雜材料以及電子傳輸材料，而p型摻雜電洞傳輸層包含p型摻雜材料以及電洞傳導材料。
第2圖顯示依據本發明之一實施例，具有兩層電致發光單元之有機發光二極體元件示意圖。如第2圖所示，有機發光二極體元件200包括基板202、陰極210、第一電致發光單元220、電荷產生層250、第二電致發光單元260以及陽極290。陰極210設置於基板202上，第一電致發光單元220設置於陰極210上，電荷產生層250設置於第一電致發光單元220上，第二電致發光單元260設置於該電荷產生層250上，陽極290設置於該第二電致發光單元260上。第2圖所示之該有機發光二極體元件200，其結構類似於第1圖所示之該有機發光二極體元件100，除了該有機發光二極體元件200係具有兩個電致發光單元220以及260堆疊於該陰極210和該陽極290之間，而該電荷產生層250則設置於兩個相鄰之電致發光單元220、260之間。
該第一電致發光單元220係包括一電子傳輸層230、一發光層235以及電洞傳輸層240，發光層235設置於該電子傳輸層230上，電洞傳輸層240設置於發光層235上。同樣地，第二電致發光單元260係包括電子傳輸層270、發光層275以及電洞傳輸層280，發光層275設置於電子傳輸層270上，電洞傳輸層280設置於發光層275上。依 此排列方式，第一電致發光單元220之電子傳輸層230設置於陰極210上，而陽極290設置於第二電致發光單元260之電洞傳輸層280上。
根據本發明，在第一電致發光單元220之電子傳輸層230與陰極210之間的第一能障係大於在第二電致發光單元260之電洞傳輸層280與陽極290之間的第二能障。具體地說，第一能障係定義為ELUMO -EC ，其中ELUMO 為第一電致發光單元220中，電子傳輸層230之最低未佔有分子軌域能階(lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)，而EC 係陰極210之功函數。第二能障係定義為EHOMO -EA ，其中EHOMO 為第二電致發光單元260中，電洞傳輸層280之最高佔有分子軌域能階(highest occupied molecular orbital,HOMO)，而EA 為陽極290之功函數。
更進一步來說，第一、第二電致發光單元220、260之發光層235、275係包括一或多個發光層。發光層5之材料包含螢光材料、磷光材料或該等之組合。在本發明之一實施例，每個螢光材料以及磷光材料可發出紅光、綠光、藍光或該等色光之混合。第一、第二電致發光單元220、260之發光層235、275之厚度為1nm~100nm。舉例來說，如第2圖所示，第一電致發光單元220之發光層235的材料包含發藍光之螢光材料，而第二電致發光單元260之發光層275的材料包含發紅光之第一磷光材料以及發綠光之第二磷光材料的混合物。因此，接近陰極210之第一電致發光單元220的生命週期係較長於第二電致發光單元260的生命週期。這是因為同樣作為發光層材料，螢光材料的 壽命比磷光材料的壽命長。因此，電致發光單元220、260之電致發光強度的整體表現可維持在穩定的狀態，進而實現具有較小色偏現象之光色穩定的有機發光二極體元件。
陰極210的材料包含具有高功率函數之導電性材料，且第一能障ELUMO -EC 大於第二能障EHOMO -EA 。導電性材料包括但不限於鋁、銀、金、鎳、鉑、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)、銦錫氧化物(indium tin oxide,ITO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO、氧化鋅(zinc oxide,ZnO)、氧化鋅鋁(Al-doped ZnO,AZO(Al：ZnO))、Ga-In-Sn-O ternary oxide,GITO(Ga：In：Sn：O)、Zn-In-Sn-O ternary oxide,ZITO(Zn：In：Sn：O)或該等材料之組合。
第一、第二電致發光單元220、260之電子傳輸層230、270的材料包含三(8-羥基喹啉)化鋁(Tris(8-hydroxy quinoline)aluminum(Ⅲ),Alq3 )、2,9-二甲基-4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲(bathocuproine,BCP)、4,7-二苯基-1,10-鄰二氮雜菲(BPhen)、2-甲基-9,10-二(2-萘)蒽(2-methyl-9,10-di[2-naphthyl]anthracene,MADN)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene,TPBI)或TmPyPhB，但不限定於此，而第一、第二電致發光單元220、260之電子傳輸層230、270的厚度為1nm~500nm。第一、第二電致發光單元220、260之電洞傳輸層240、280的材料包含N,N'-双(萘-1-基)-N,N'-双(苯基)-聯苯胺(N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine, NPB)、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜苯並菲(2,3,6,7,10,11-Hexacyano-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene,HAT-CN)、三苯胺(4,4',4"-Tris(carbazol-9-yl)triphenylamine,TCTA)或酞菁铜(Copper(II)phthalocyanine,CuPC)，但不限定於此，而第一、第二電致發光單元220、260之電洞傳輸層240、280的厚度為1nm~500nm。
此外，第一、第二電致發光單元220、260之電子傳輸層230、270係摻雜一種以上之n型摻雜材料於其中。第一、第二電致發光單元220、260之電洞傳輸層240、280係摻雜一種以上之p型摻雜材料於其中。
電荷產生層250係包括一或多層有機材料、無機材料、金屬、金屬氧化物或該等材料之組合。在本發明之一實施例，電荷產生層250為摻雜層，例如n型摻雜電子傳輸層、p型摻雜電洞傳輸層或該等之組合。n型摻雜電子傳輸層包含n型摻雜材料以及電子傳輸材料，而p型摻雜電洞傳輸層包含p型摻雜材料以及電洞傳導材料。
第3圖和表1顯示於第2圖中之有機發光二極體元件200之元件表現模擬結果。其中第一電致發光單元220之發光層235包含發藍光之螢光材料，而第二電致發光單元260之發光層275包含發紅光之磷光材料。具體來說，第3圖顯示有機發光二極體元件200之電致發光強度對應不同波長的曲線310、320。其中，曲線310係有機發光二極體200在初始狀態下，對於不同波長之電致發光強度的量測結果；而曲線320則係有機發光二極體元件200，在使用10,000小時後之壓力測試，對於不同波長之電致發光強度 的量測結果。如表1顯示有機發光二極體元件200之色偏資料表。
如第3圖所示，在使用10,000小時後之壓力測試結果中，有機發光二極體元件200在藍光(475nm)之電致發光強度下降了15%，在綠光(510nm)之電致發光強度下降了10%，在紅光(650nm)之電致發光強度下降了5%。藍光之電致發光強度的下降程度相較於綠光或紅光的下降程度來得多，這是因為第一電致發光單元220(其中之該發光層235係發藍光)，係接近於陰極210以維持該較大之第一能障。相應地，該第一電致發光單元220的較長生命週期卻能彌補電致發光強度下降較嚴重的情況。如此一來，電致發光單元220、260在電致發光強度的整體表現上，就能穩定並且減少該有機發光二極體元件之色偏問題。
如表1顯示有機發光二極體元件200之色偏穩定的整體表現。在表1中，使用兩種方法來決定該有機發光二極體元件20之色偏程度。一種方法係CIE 1931色彩空間法，其利用參數(x，y)，其中參數x係指視錐細胞反應曲線(cone response curves)對輝度之正交以及自然數之混合(線性組 合)，而參數y係指輝度(luminance)。另一種方法係CIE 1976色彩空間法，其利用參數(u’，v’)作為色度座標，其中參數(x，y)與(u’，v’)的關係為：
如表1所示，對於有機發光二極體元件200在使用10,000小時後之壓力測試，其色偏程度以CIE 1931色彩空間法之量化值為△xy=0.009，而使用CIE 1976色彩空間法之量化值則為△u’v’=0.004。這兩個值均被認為相當微小，即代表無發生明顯之色偏情形。
相較於第2圖中之有機發光二極體元件200的表現，提供一具有相似結構之比較例，其第一電致發光單元之生命週期較第二電致發光單元之生命週期短。
第4圖顯示作為對照組之有機發光二極體元件示意圖，其中第一電致發光單元之生命週期較第二電致發光之生命週期短。於第4圖中，有機發光二極體元件400具有相似於第2圖中有機發光二極體元件200之結構。有機發光二極體元件400包含基板402、陰極410、第一電致發光單元420、電荷產生層450、第二電致發光單元460以及陽極490。陰極410設置於基板402上，第一電致發光單元420設置於陰極410上，電荷產生層450設置於第一電致發光單元420上，第二電致發光單元460設置於電荷產生層450上，陽極490設置於第二電致發光單元460上。 每個第一、第二電致發光單元420、460包括電子傳輸層、發光層以及電洞傳輸層，發光層設置於電子傳輸層上，電洞傳輸層設置於發光層上。第4圖中有機發光二極體元件400和第2圖中有機發光二極體元件200之間的不同點在於，第一電致發光單元420之發光層475之材料包含發紅光和綠光之磷光材料，且第二電致發光單元460之發光層435之材料包含發藍光之螢光材料。換言之，第4圖中有機發光二極體元件400係為第2圖中有機發光二極體元件200之第一、第二電致發光單元220、260之發光層互相交換。因此，第一電致發光單元420之生命週期較第二電致發光單元460之生命週期為短。
第5圖和表2顯示於第4圖中之有機發光二極體元件400之元件表現模擬結果。其中，第一電致發光單元420之發光層475之材料包含發紅光和綠光之磷光材料，而第二電致發光單元460之發光層435之材料包含發藍光之螢光材料。具體來說，第5圖顯示有機發光二極體元件400之電致發光強度對應不同波長的曲線510、520。其中，曲線510係有機發光二極體元件400在初始狀態下，對於不同波長之電致發光強度的量測結果；而曲線520則係有機發光二極體元件400在使用10,000小時後之壓力測試，對於不同波長之電致發光強度的量測結果。在表2係有機發光二極體元件400之色偏資料表。
如第5圖所示，在使用10,000小時後之壓力測試，有機發光二極體元件400在藍光(475nm)之電致發光強度下降了5%，在綠光(510nm)之電致發光強度下降了40%，在紅光(650nm)之電致發光強度下降了25%。將第5圖之結果與第3圖比較，在綠光以及紅光之電致發光之強度的下降有顯著的增加。更進一步來說，如表2所示，有機發光二極體元件400在使用了10,000小時後之壓力測試下，其色偏程度以CIE 1931色彩空間法之量化值為△xy=0.046，而使用CIE 1976色彩空間法之量化值則為△u’v’=0.015。此量化值被認為與上述之有機發光二極體200的結果相較，具有明顯較嚴重之色偏情形。這樣的比較結果顯示本發明之有機發光二極體元件具有較穩定之電致發光之強度的整體元件表現，同時亦改善了其色偏問題。
綜上所述，本發明提供一具有倒置型串聯式結構之有機發光二極體元件，其中第一電致發光單元之電子傳輸層與陰極之間的第一能障，大於第二電致發光單元之電洞傳輸層與陽極之間的第二能障。藉由置換第一電致發光單元，以其相較於有機發光二極體元件中其他電致發光單元之較長生命週期，又因其靠近陰極，使第一電致發光單元可以較長生命週期彌補電致發光強度嚴重程度之下降，如此有機發光二極體元件之電致發光強度的整體元件表現， 即能穩定維持色溫，並減少有機發光二極體元件的色偏現象。
100‧‧‧有機發光二極體元件
102‧‧‧基板
110‧‧‧陰極
130a‧‧‧電子傳輸層
135a‧‧‧發光層
140a‧‧‧電洞傳輸層
120a‧‧‧電致發光單元
270‧‧‧電子傳輸層
275‧‧‧發光層
280‧‧‧電洞傳輸層
260‧‧‧電致發光單元
290‧‧‧陽極
310‧‧‧電致發光強度對波長之關係曲線
150a‧‧‧電荷產生層
130b‧‧‧電子傳輸層
135b‧‧‧發光層
140b‧‧‧電洞傳輸層
120b‧‧‧電致發光單元
150b‧‧‧電荷產生層
130n‧‧‧電子傳輸層
135n‧‧‧發光層
140n‧‧‧電洞傳輸層
120n‧‧‧電致發光單元
190‧‧‧陽極
200‧‧‧有機發光二極體元件
202‧‧‧基板
210‧‧‧陰極
230‧‧‧電子傳輸層
235‧‧‧發光層
240‧‧‧電洞傳輸層
220‧‧‧電致發光單元
250‧‧‧電荷產生層
320‧‧‧電致發光強度對波長之關係曲線
400‧‧‧有機發光二極體元件
402‧‧‧基板
410‧‧‧陰極
430‧‧‧電子傳輸層
475‧‧‧發光層
440‧‧‧電洞傳輸層
420‧‧‧電致發光單元
450‧‧‧電荷產生層
470‧‧‧電子傳輸層
435‧‧‧發光層
480‧‧‧電洞傳輸層
460‧‧‧電致發光單元
490‧‧‧陽極
510‧‧‧電致發光強度對波長之關係曲線
520‧‧‧電致發光強度對波長之關係曲線
本案之上述和其他態樣、特徵及其他優點參照說明書內容並配合附加圖式得到更清楚的了解，其中：第1圖係根據本發明之一實施例的有機發光二極體元件示意圖。
第2圖係根據本發明之一實施例的有機發光二極體元件示意圖。
第3圖顯示第2圖之該有機發光二極體元件的元件表現模擬。
第4圖顯示該第一電致發光單元具有較該第二電致發光生命週期短之該對照組的有機發光二極體元件示意圖。
第5圖顯示第4圖之該有機發光二極體元件的元件表現模擬。
100‧‧‧有機發光二極體元件
102‧‧‧基板
110‧‧‧陰極
130a‧‧‧電子傳輸層
135a‧‧‧發光層
140a‧‧‧電洞傳輸層
120a‧‧‧電致發光單元
150a‧‧‧電荷產生層
130b‧‧‧電子傳輸層
135b‧‧‧發光層
140b‧‧‧電洞傳輸層
120b‧‧‧電致發光單元
150b‧‧‧電荷產生層
130n‧‧‧電子傳輸層
135n‧‧‧發光層
140n‧‧‧電洞傳輸層
120n‧‧‧電致發光單元
190‧‧‧陽極

Claims (28)

  1. 一種有機發光二極體元件，其包含：一基板；一陰極，設置於該基板上；一第一電致發光單元，設置於該陰極上；一電荷產生層，設置於該第一電致發光單元上；一第二電致發光單元，設置於該電荷產生層上；以及一陽極，設置於該第二電致發光單元上，其中每個該第一、第二電致發光單元包含：一電子傳輸層；一發光層，設置於該電子傳輸層上；以及一電洞傳輸層，設置於該發光層上；且該第一電致發光單元之該電子傳輸層設置於該陰極上以定義一第一能障，以及該陽極設置於該第二電致發光單元之該電洞傳輸層上以定義一第二能障，其中該第一能障大於該第二能障，且該第一電致發光單元之生命週期大於該第二電致發光單元之生命週期。
  2. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中該陰極包含一具有高功函數之導電性材料。
  3. 如請求項2所述之有機發光二極體元件，其中該導電性材料包含鋁、銀、金、鎳、鉑、聚3,4-二氧乙基噻吩(PEDOT)、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氧化鋅、 氧化鋁鋅(AZO(Al：ZnO))、氧化鎵銦錫(GITO(Ga：In：Sn：O))、氧化鋅銦錫(ZITO(Zn：In：Sn：O))或該等之組合。
  4. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中每個該第一與第二電致發光單元之該電子傳輸層包含三(8-羥基喹啉)化鋁、2,9-二甲基-4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲、4,7-二苯基-1,10-鄰二氮雜菲、2-甲基-9,10-二(2-萘)蒽、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯、或TmPyPhB。
  5. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中該第一與第二電致發光單元中至少一電致發光單元的該電子傳輸層係摻雜一或多種之n型摻雜材料。
  6. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中每個該第一與第二電致發光單元之該電子傳輸層的厚度為1nm~500nm。
  7. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中每個該第一與第二電致發光單元之該電洞傳輸層包含N,N'-双(萘-1-基)-N,N'-双(苯基)-聯苯胺、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜苯並菲、4,4',4"-三(咔唑-9-基)三苯胺、或酞菁铜。
  8. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中該第一與 第二電致發光單元中至少一電致發光單元之該電洞傳輸層係摻雜一或多種之p型摻雜材料。
  9. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中每個該第一與第二電致發光單元之該電洞傳輸層的厚度為1nm~500nm。
  10. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中每個該第一與第二電致發光單元之該發光層包含一或多個發光層，且該一或多個發光層之材料包含一螢光材料、一磷光材料或該等之組合。
  11. 如請求項10所述之有機發光二極體元件，其中每個該螢光材料以及該磷光材料係能發出紅光、綠光、藍光或該等色光之混合。
  12. 如請求項11所述之有機發光二極體元件，其中該第一電致發光單元之該發光層包含一發藍光之螢光材料，該第二電致發光單元之該發光層包含一發紅光之第一磷光材料以及一發綠光之第二磷光材料的混合物。
  13. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中每個該第一與第二電致發光單元之該發光層的厚度為1nm~100nm。
  14. 如請求項1所述之有機發光二極體元件，其中該電荷產生層包含一或多層之有機材料、無機材料、金屬、金屬氧化物或該等之組合。
  15. 如請求項14所述之有機發光二極體元件，其中該電荷產生層包含一n型摻雜電子傳輸層、一p型摻雜電洞傳輸層或該等之組合。
  16. 如請求項15所述之有機發光二極體元件，其中該n型摻雜電子傳輸層包含一n型摻雜材料和一電子傳輸材料，以及該p型摻雜電洞傳輸層包含一p型摻雜材料和一電洞傳輸材料。
  17. 一種有機發光二極體元件，其包含：一基板；一陰極，設置於該基板上；一陽極，其與該陰極間隔設置；複數個電致發光單元，設置於該陰極和該陽極之間；以及複數個電荷產生層，其中該些電荷產生層位於任兩相鄰的該些電致發光單元之間，其中該些電致發光單元包含：一電子傳輸層；一發光層，形成於該電子傳輸層之上；以及 一電洞傳輸層，其形成於該發光層之上，且一第一電致發光單元之電子傳輸層形成於該陰極上，以定義一第一能障，而該陽極形成於該最後一電致發光單元之該電洞傳輸層上，以定義一第二能障，其中該第一能障高於該第二能障，且該第一電致發光單元之生命週期，相較於其他該些電致發光單元之生命週期為長。
  18. 如請求項17所述之有機發光二極體元件，其中每個電致發光單元之該電子傳輸層包含三(8-羥基喹啉)化鋁、2,9-二甲基-4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲、4,7-二苯基-1,10-鄰二氮雜菲、2-甲基-9,10-二(2-萘)蒽、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯或TmPyPhB。
  19. 如請求項17所述之有機發光二極體元件，其中至少一個該些電致發光單元之該電子傳輸層係摻雜一或多種之n型摻雜材料。
  20. 如請求項17所述之有機發光二極體元件，其中每個電致發光單元之該電洞傳輸層包含N,N'-双(萘-1-基)-N,N'-双(苯基)-聯苯胺、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜苯並菲、4,4',4"-三(咔唑-9-基)三苯胺或酞菁铜。
  21. 如請求項17所述之有機發光二極體元件，其中至少一個該些電致發光單元之該電洞傳輸層係摻雜一或多種之p型摻雜材料。
  22. 如請求項17所述之有機發光二極體元件，其中該些電致發光單元之該發光層包含一或多個發光層，且該一或多個發光層之材料包含一螢光材料、一磷光材料或該等之組合。
  23. 如請求項22所述之有機發光二極體元件，其中每個該螢光材料、該磷光材料係能發射出紅光、綠光、藍光或該等色光之混合。
  24. 如請求項23所述之有機發光二極體元件，其中該第一電致發光單元之該發光層係由一螢光材料所形成，以發射出藍光，同時該第二電致發光單元之該發光層係由一第一磷光材料和一第二磷光材料所形成，以分別發射出紅光和綠光。
  25. 如請求項17所述之有機發光二極體元件，其中每個電荷產生層包含一或多層之有機材料、無機材料、金屬、金屬氧化物或該等之組合。
  26. 如請求項17所述之有機發光二極體元件，其中每個電荷產生層包含一n型摻雜電子傳輸層、一p型摻雜電洞傳輸層或該等之組合。
  27. 如請求項17所述之有機發光二極體元件，其中該陰極 包含一具有高功函數之導電性材料。
  28. 如請求項27所述之有機發光二極體元件，其中該導電性材料包含鋁、銀、金、鎳、鉑、聚3，4-二氧乙基噻吩(PEDOT)、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氧化鋅、氧化鋁鋅(AZO(Al：ZnO))、氧化鎵銦錫(GITO(Ga：In：Sn：O))、氧化鋅銦錫(ZITO(Zn：In：Sn：O))或該等之組合。
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