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1a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11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4.2eV的金属。发光层14可由金属螯合复合物构成，例如Alq3(8-三-羟基喹啉铝)。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1b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可由碱金属卤化物或碱金属氧化物构成，例如LiF及Li2O。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10nm。作为空穴传输层23的NPB(4，4-[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]联苯)沉积于CuPc上，其厚度约30nm。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30nm。作为空穴阻挡层的BAlq(铝(III)双(2-甲基-8-喹啉酸并(quinolinato))4-苯酚盐)沉积于发光层24上，其厚度约10nm。作为电子传输层25的Alq3沉积于BAlq上，其厚度约40nm。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1c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，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))构成。电子传输层36由Alq3构成。缓冲结构包含由LiF构成的第一缓冲层37及由CuPc构成的第二缓冲层38。阴极39则由Al:Li(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15nm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60nm厚的NPB层。电子传输层45为75nm厚的Alq3层。缓冲层46为0.5nm厚的LiF层，其可由MgF2、CaF2、Li2O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，特别是用于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或荧光OLED。
因此，本发明的第一型态在于提供一种有机发光装置，包括阴极、阳极，以及设置于阴极及阳极之间的有机层结构，其包括邻近设置于阳极的空穴传输层、邻近设置于阴极的电子传输层，以及设置于空穴传输层及电子传输层之间的发光层，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，有机主体材料包括双极性有机主体材料，例如稠芳香环之衍生物，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机材料构成。
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，该装置包括阴极、阳极、以及设置于阴极及阳极之间的有机层结构，有机层结构包括邻近设置于阳极的空穴传输层、邻近设置于阴极的电子传输层、以及设置于空穴传输层及电子传输层之间的发光层，该方法包括提供有机主体材料，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阴极及阳极之间，且包括邻近设置于阳极的空穴传输层、邻近设置于阴极的电子传输层、及设置于空穴传输层及电子传输层之间的发光层，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，有机主体材料包括双极性有机材料，例如稠芳香环的衍生物。
根据本发明，电子传输层大体由掺杂有至少一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，作详细说明如下。
图1a绘示出一已知技术OLED。
图1b绘示出另一已知技术OLED。
图1c绘示出又一已知技术OLED。
图1d绘示出再一已知技术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为绘示出以甲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。
符号说明已知技术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～第一缓冲层；38～第二缓冲层；40～电致发光装置；46～缓冲层。
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包括有机层结构120设置于阳极层112与阴极层130之间。阳极层112设置于基板110上。有机层结构120可包括空穴注入层122、空穴传输层124、发光层126、及电子传输层128。在本实施例中，有机层结构120大体包括有机主体(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 energystate)，如图3a所示)或磷光掺杂物(三重能态(triplet energystate)，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媒介。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绘示出以甲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型掺杂物包括F4-TCNQ(四氟-喹啉并二甲烷)、如ITO、IZO等金属氧化物、如TiO2、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)，或是包含一个或多个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(naphtha-2-y10)蒽)(如图7所示)。空穴传输层的厚度约30nm，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10nm，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。所有层皆沉积于透明基板上。总厚度约为110nm。
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(CIE)Y坐标的关系曲线图。施加电压为9V时，电流密度为33.57mA/cm2，亮度为766.900024cd/m2，电流效率为2.28cd/A或0.797lm/W，1931CIEX为0.143，1931 CIEY为0.156。
综上所述，本发明提供一种有机发光装置，其包括有机层结构，设置于阴极层及阳极层之间。有机层结构包括至少电子传输层、发光层及空穴传输层，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，包括阴极；阳极；以及有机层结构，设置于该阴极及该阳极之间，其包括空穴传输层，邻近设置于该阳极；电子传输层，邻近设置于该阴极；以及发光层，设置于该空穴传输层及该电子传输层之间，其中该空穴传输层、该发光层及该电子传输层系由大体相同的有机主体材料构成。
2.权利要求1的有机发光装置，其中该有机主体材料包括双极性有机材料。
3.权利要求1的有机发光装置，其中该有机主体材料包括稠芳香环的衍生物。
4.权利要求1的有机发光装置，其中该有机主体材料包括蒽的衍生物。
5.权利要求1的有机发光装置，其中该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。
6.权利要求1的有机发光装置，其中该发光层大体由具有至少一荧光掺杂物的双极性有机材料构成。
7.权利要求1的有机发光装置，其中该发光层大体由具有至少一磷光掺杂物的双极性有机材料构成。
8.权利要求1的有机发光装置，其中该有机层结构更包括空穴注入层，设置于该空穴传输层与该阳极之间，且其大体由具有至少一p型掺杂物的该有机主体材料构成。
9.权利要求8的有机发光装置，其中该主体材料为双极性有机材料。
10.一种有机发光装置的制造方法，该装置包括阴极、阳极以及设置于该阴极及该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空穴传输层、邻近设置于该阴极的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发光层，该制造方法包括提供有机主体材料，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发光掺杂物。
11.权利要求10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。
12.权利要求10的有机发光装置的制造方法，其中该空穴传输层包括空穴注入层，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。
13.权利要求10的有机发光装置的制造方法，其中该发光掺杂物包括荧光掺杂物。
14.权利要求10的有机发光装置的制造方法，其中该发光掺杂物包括磷光掺杂物。
15.一种用于有机发光装置的有机层结构，设置于阴极及阳极之间，该有机层结构包括空穴传输层，邻近设置于该阳极；电子传输层，邻近设置于该阴极；以及发光层，设置于该空穴传输层及该电子传输层之间，其中该空穴传输层、该发光层及该电子传输层由大体相同的有机主体材料构成。
16.权利要求15的用于有机发光装置的有机层结构，该有机主体材料包括双极性有机材料。
17.权利要求16的用于有机发光装置的有机层结构，其中该有机主体材料包括稠芳香环的衍生物。
18.权利要求16的用于有机发光装置的有机层结构，其中该有机主体材料包括蒽的衍生物。
19.权利要求16的用于有机发光装置的有机层结构，其中该空穴传输层掺杂有至少一p型掺杂物。
20.权利要求16的用于有机发光装置之有机层结构，更包括空穴注入层，设置于该空穴传输层与该阳极之间，且其大体由具有至少一p型掺杂物之该双极性有机主体材料所构成。
21.权利要求16的用于有机发光装置的有机层结构，其中该电子传输层掺杂有至少一n型掺杂物。
22.权利要求15的用于有机发光装置的有机层结构，其中该发光层掺杂有至少一荧光掺杂物。
23.权利要求15的用于有机发光装置的有机层结构，其中该发光层掺杂有至少一磷光掺杂物。
全文摘要
本发明公开一种有机发光装置，其包括阴极、阳极，以及设置于阴极及阳极之间的有机层结构。此有机层结构包括具有p型掺杂物的空穴注入层、空穴传输层、发光层以及具有n型掺杂物的电子传输层，且该有机层结构的所有层由大体相同的有机主体材料构成。具体而言，有机主体材料为双极性有机材料，例如稠芳香环的衍生物。发光层可掺杂荧光或磷光染料。
文档编号H01L51/50GK1713788SQ200510074709
公开日2005年12月28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