TW202216951A - 電致發光線 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種電致發光線，其包括中心導線、電洞傳輸層、電致發光層、電子傳輸層以及透明導電層。電洞傳輸層包繞中心導線。電致發光層包繞電洞傳輸層，且包括以式(1)表示的電洞主體材料，
Figure 109137962-A0101-11-0001-1
、以式(2)表示的電子主體材料，
Figure 109137962-A0101-11-0001-3
Figure 109137962-A0101-11-0001-4
、以及以式(3)表示的發光材料，

Description

電致發光線
本揭露內容是有關於一種電致發光線，且特別是有關於一種具有電洞主體材料及電子主體材料的電致發光線。
近年來，電致發光光源已被廣泛地應用於各種顯示照明裝置中。在現有的電致發光元件中，通常需施加高電壓才可使其達到高發光亮度。然而，高電壓的電致發光元件的使用安全性存在著疑慮與風險。
為提升發光亮度或出光率，現有的線型電致發光元件常會在其中心電極上配置額外的功能層，例如，強反光層、內電子發射層或外電子發射層等。然而，此方法使得製造程序複雜化，導致成本及線體直徑增加，從而侷限了線型電致發光元件的應用範圍。因此，目前亟需一種新穎的電致發光元件以解決上述問題。
本揭露提供一種電致發光線，其具有摻雜於電致發光層中的電洞主體材料及電子主體材料，以藉此提升電致發光線整體的發光亮度。
根據本揭露一些實施方式，本揭露的電致發光線包括中心導線、電洞傳輸層、電致發光層、電子傳輸層以及透明導電層。電洞傳輸層包繞中心導線。電致發光層包繞電洞傳輸層，其中電致發光層包括以式(1)表示的電洞主體材料，
Figure 02_image001
式(1)、以式(2)表示的電子主體材料，
Figure 02_image003
式(2)、以及以式(3)表示的發光材料，
Figure 02_image005
式(3)，且當以電致發光層的總重量計，電洞主體材料的含量介於46.5wt%至49.5wt%間，電子主體材料的含量介於46.5wt%至49.5wt%間，且發光材料的含量介於1.0wt%至7.0wt%間。電子傳輸層包繞發光層。透明導電層包繞電子傳輸層。
在一些實施方式中，電洞主體材料與電子主體材料所形成的偶極矩介於4.6D至5.0D間。
在一些實施方式中，電致發光層的厚度介於20nm至40nm間。
在一些實施方式中，電洞傳輸層的厚度介於40nm至60nm間。
在一些實施方式中，電洞傳輸層的最高占據分子軌域(highest occupied molecular orbital，HOMO) 介於-5.1eV至-5.9eV間。
在一些實施方式中，電子傳輸層的厚度介於30nm至50nm間。
在一些實施方式中，電子傳輸層的最低未占分子軌域(lowest unoccupied molecular orbital，LUMO)介於-4.2eV至-2.7eV間。
在一些實施方式中，中心導線的直徑介於150μm至170μm間。
在一些實施方式中，中心導線的功函數(work function)介於-4.4eV至-5.6eV間。
在一些實施方式中，電致發光線更包括包繞透明導電層的透明保護層。
根據本揭露上述實施方式，電致發光線具有摻雜於電致發光層中的電洞主體材料、電子主體材料以及發光材料，藉由電洞主體材料與電子主體材料間的搭配，可改變發光材料於電致發光層中的排列方向，以提升發光材料的出光率，從而提升電致發光線整體的發光亮度。此外，藉由調整電洞主體材料、電子主體材料以及發光材料各自的含量，更有助於進一步提升電致發光線整體的發光亮度。
以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確地說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的，因此不應用以限制本揭露。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。另外，為了便於讀者觀看，圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。
本揭露內容提供一種電致發光線，其具有摻雜於電致發光層中的電洞主體材料及電子主體材料。藉由電洞主體材料與電子主體材料間的搭配，可改變發光材料於電致發光層中的排列方向，以提升發光材料的出光率，從而提升電致發光線整體的發光亮度。
第1圖繪示根據本揭露一些實施方式的電致發光線100的立體分解示意圖。第2圖繪示第1圖的電致發光線100沿線段a-a'的剖面示意圖。請同時參閱第1圖以及第2圖。電致發光線100包括中心導線110、電洞傳輸層120、電致發光層130、電子傳輸層140以及透明導電層150。透明導電層150包繞電子傳輸層140，電子傳輸層140包繞電致發光層130，電致發光層130包繞電洞傳輸層120，且電洞傳輸層120包繞中心導線110。需特別說明的是，本文中所提到的「包繞某元件」是指「包覆並圍繞該元件的延伸表面」，於下文中將不再重覆贅述。
中心導線110經配置以做為電致發光線100的中心電極。在一些實施方式中，中心導線110的材料可包括導電金屬，例如銅、金、銀、鎳、鉑、鈀或上述任意的組合。在另一些實施方式中，中心導線110的材料可包括導電金屬氧化物，例如氧化銦錫。透過上述材料的選擇，可使中心導線110具有介於特定範圍內的功函數(work function)，從而提升中心導線110的導電性。在一些實施方式中，中心導線110的功函數可例如是介於-4.4eV至-5.6eV間。
電洞傳輸層120、電致發光層130及電子傳輸層140依序配置在中心導線110上以進行電致發光。若以電致發光線100的剖面圖來看，如第2圖所示，電洞傳輸層120包繞中心導線110，電致發光層130包繞電洞傳輸層120，且電子傳輸層140包繞電致發光層130。
電致發光層130包括電洞主體材料132、電子主體材料134以及發光材料136。電洞主體材料132以式(1)表示，
Figure 02_image001
式(1)，簡稱CBP；電子主體材料134以式(2)表示，
Figure 02_image003
式(2)，簡稱B3PYMPM；且發光材料136以式(3)表示，
Figure 02_image005
式(3)，簡稱Irppy 2acac。透過將上述電洞主體材料132與電子主體材料134混合並摻雜於電致發光層130中，可於電致發光層130中形成一定程度的偶極矩，從而使得上述發光材料136受到偶極矩的誘導而改變其分子的排列方向(orientation)，藉此提升發光材料136的出光率，從而提升電致發光線100的發光亮度。詳細而言，混合後的電洞主體材料132與電子主體材料134可形成一偶極矩，且所述偶極矩的方向是可例如是由電洞主體材料132的電荷中心指向電子主體材料134的電荷中心，而發光材料136可被誘導以順著所述偶極矩的方向排列，從而提升發光材料136的出光率。具體而言，發光材料136的排列方向可平行於所述偶極矩的方向。在一些實施方式中，由電洞主體材料132與電子主體材料134所形成的偶極矩可介於4.6D至5.0D間，從而提供足夠的驅動力以誘導發光材料136重新排列。詳細而言，當電洞主體材料132與電子主體材料134所形成的偶極矩小於4.6D時，可能使得兩者所形成的偶極矩無法充分地誘導每一個發光材料136順著同一方向排列，導致發光材料136的出光率過低，從而影響電致發光線100整體的發光亮度。
當以電致發光層130的總重量計，電洞主體材料132的含量介於46.5wt%至49.5wt%間，電子主體材料134的含量介於46.5wt%至49.5wt%間，且發光材料136的含量介於1.0wt%至7.0wt%間。換句話說，在電致發光層130中，電洞主體材料132以及電子主體材料134所占的總比例相較於發光材料136所占的比例是較大的。如此一來，可確保電洞主體材料132與電子主體材料134所形成的偶極矩提供足夠的驅動力以誘導發光材料136重新排列。具體而言，藉由添加相對少量(相對於電洞主體材料132與電子主體材料134的總含量)的發光材料136，可確保每一個發光材料136受到足夠大的偶極矩以良好地進行排列。另一方面，藉由將電洞主體材料132與電子主體材料134的含量調整為趨近於相同，可較佳地控制所形成的偶極矩的方向，以促使發光材料136規律地排列。
電洞傳輸層120及電子傳輸層140配置於電致發光層130的相對兩表面。更詳細而言，電子傳輸層140包繞電致發光層130，且電致發光層130包繞電洞傳輸層120。在一些實施方式中，電洞傳輸層120的最高占據分子軌域介於-5.1eV至-5.9eV間，且電子傳輸層140的最低未占分子軌域介於-4.2eV至-2.7eV間。電洞傳輸層120及電子傳輸層140經配置以分別降低電洞及電子注入電致發光層130的能量障礙，以提升電荷於電致發光線100中的傳遞速度。具體而言，透過電洞傳輸層120的最高占據分子軌域與電子傳輸層140的最低未占分子軌域間的相互搭配，可提供一種階梯式的電荷注入方式，其可降低各層間的能隙並同時提高電致發光層130的電容值，從而提升電致發光層130的發光亮度。
在一些實施方式中，電洞傳輸層120的材料可包括p型金屬氧化物、p型有機高分子、p型有機化合物、p型有機金屬化合物或上述任意的組合。舉例而言，p型金屬氧化物可以是三氧化鉬(MoO 3)、三氧化鎢(WO 3)或上述任意的組合；p型有機高分子可以是PEDOT:PSS；p型有機化合物以及p型有機金屬化合物可以是NPB、TCTA、TAPC、dppf、CuPc或上述任意的組合。透過上述材料的選擇，可使得電洞傳輸層120的最高占據分子軌域介於合適的範圍中。
在一些實施方式中，電子傳輸層140的材料可包括n型有機金屬化合物、n型有機化合物或上述任意的組合。舉例而言，n型有機金屬化合物可以是三氧化錸(ReO 3)、氧化鋅(ZnO)、Liq、RbCO 3或上述任意的組合；n型有機化合物可以是Alq 3、TPBi、B3PYMPM、TmPyPB、POT 2T或上述任意的組合。透過上述材料的選擇，可使得電子傳輸層140的最低未占分子軌域介於合適的範圍中。
透明導電層150包繞電子傳輸層140。在一些實施方式中，透明導電層150可包括多條銀奈米線，其中每一條銀奈米線的線直徑可介於50nm至100nm間，且其線長可介於5μm至50μm間。在一些實施方式中，可將含量約為5wt%的銀奈米線均勻地混合於乙醇中(即以兩者的總重量計，銀奈米線的含量約為5wt%)，以形成銀奈米線懸浮液，並透過濕式的塗佈方式將銀奈米線懸浮液配置以包繞電子傳輸層140，從而形成透明導電層150。
在一些實施方式中，電致發光線100可更包括透明保護層160。透明保護層160經配置以均勻地包繞及保護透明導電層150，從而避免透明導電層150及電致發光線100在使用過程中造成損傷。在一些實施方式中，透明保護層160的材料可包括聚乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate，EVA)、聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate，PVAC)或上述任意的組合。
本揭露的電致發光線100可具有特定的厚度以及可撓曲性，使其適合應用於各種不同型態的電致發光元件中。在一些實施方式中，電致發光線100的直徑D1(即線徑D1)可介於190μm至260μm間，且其可撓曲半徑可介於3.5mm至4.5mm間，使得電致發光線100可應用於例如是導線、布料或廣告箱背光板等產品中。電致發光線100的直徑D1可例如是透過其中各層的直徑或厚度來控制。在一些實施方式中，中心導線110的直徑D2可介於150μm至170μm間，使其具有良好的可撓曲性。在一些實施方式中，電洞傳輸層120的厚度H1可介於40nm至60nm間，較佳為50nm，且電子傳輸層140的厚度H3可介於30nm至50nm間，較佳為40nm。由於電洞傳輸層120及電子傳輸層140各自具有小的厚度，因此電致發光線100可在不大幅增加其整體厚度的前提下，提升電荷於電致發光線100中的傳遞速度，以提升電致發光線100整體的發光亮度。在一些實施方式中，電致發光層130的厚度H2可介於20nm至40nm間，較佳為30nm，從而降低光線於傳遞時的能量耗損。在一些實施方式中，透明導電層150的厚度H4可介於30μm至40μm間，以提供良好的電子穿透率，從而提高電致發光線100整體的發光效率。在一些實施方式中，透明保護層160的厚度H5可介於40μm至50μm間，以提供良好的保護功能。
在一些實施方式中，電致發光線100的製造方法可包括透過濕式或乾式的塗佈方式依序形成電洞傳輸層120、電致發光層130、電子傳輸層140、透明導電層150以及透明保護層160，並以拉線捲取的方式配置上述各層以包繞中心導線110。藉由上述方式所形成的電致發光線100及其中的各層可具有合適且均勻的直徑或厚度，使得電致發光線100中的各層可以合適的厚度均勻地包繞中心導線110，從而提升電致發光線100的發光均勻性，並增加電致發光線100的應用範圍。
在以下敘述中，將對各比較例及各實施例的電致發光線進行亮度測試。各實施例的電致發光線的製造方法是參照前述電致發光線的製造方法，於此不再贅述。在各比較例及各實施例的電致發光線中，中心導線具有160μm的厚度，且其材料是氧化銦錫；電洞傳輸層具有50 nm的厚度；電子傳輸層具有40 nm的厚度；電致發光層具有30 nm的厚度；透明導電層具有34μm的厚度，且其材料包括上述的銀奈米線；且透明保護層的材料為聚氨酯樹脂(購買自迪克科技股份有限公司，產品型號ITK-5527)。此外，各實驗例是使用電壓為25伏特的直流電進行亮度測試，並使用色彩輝度計(購買自TOPCON公司，產品型號BM-7AC)進行亮度測量。 >實驗例1：電洞主體材料及電子主體材料對電致發光線的發光亮度的影響測試>
在本實驗例中，各實施例的電致發光線同時具有電洞主體材料及電子主體材料；比較例1至4的電致發光線不具有任何電子主體材料；比較例5至7的電致發光線不具有任何電洞主體材料。各比較例及各實施例的電致發光線中的電洞主體材料、電子主體材料與發光材料的種類與含量以及電致發光線的亮度測試結果如表一所示。需特別說明的是，比較例5至7的電致發光線所使用的電子主體材料可以式(4)表示，
Figure 02_image007
式(4)，簡稱CBPB3PYPM。
表一
  電洞主體材料 (含量) 電子主體材料 (含量) 發光材料 (含量) 發光亮度 (cd/m 2)
實施例1 CBP (49.5%) B3PYMPM (49.5%) Irppy 2acac (1%) 932
實施例2 CBP (48.5%) B3PYMPM (48.5%) Irppy 2acac (3%) 1042
實施例3 CBP (47.5%) B3PYMPM (47.5%) Irppy 2acac (5%) 1189
實施例4 CBP (46.5%) B3PYMPM (46.5%) Irppy 2acac (7%) 1119
比較例1 CBP (99%) 無添加 Irppy 2acac (1%) 452
比較例2 CBP (97%) 無添加 Irppy 2acac (3%) 621
比較例3 CBP (95%) 無添加 Irppy 2acac (5%) 853
比較例4 CBP (93%) 無添加 Irppy 2acac (7%) 732
比較例5 無添加 CBPB3PYPM (99%) Irppy 2acac (1%) 648
比較例6 無添加 CBPB3PYPM (97%) Irppy 2acac (3%) 862
比較例7 無添加 CBPB3PYPM (93%) Irppy 2acac (7%) 904
由實驗結果可知，各實施例的電致發光線的發光亮度皆大於各比較例的電致發光線的發光亮度，亦即，電洞主體材料及電子主體材料的搭配確實有助於提升電致發光線的發光亮度。 >實驗例2：不同含量的電洞主體材料及電子主體材料對電致發光線的發光亮度的影響測試>
在本實驗例中，各實施例的電致發光線分別具有不同含量的電洞主體材料及電子主體材料，其中電洞主體材料是使用CBP，電子主體材料是使用B3PYMPM，且發光材料是使用Irppy 2acac。各實施例的電致發光線中的電洞主體材料、電子主體材料與發光材料的含量以及電致發光線的亮度測試結果如表二所示。
表二
  電洞主體材料含量 電子主體材料含量 發光材料含量 發光亮度 (cd/m 2)
實施例5 76% 19% 5% 892
實施例6 57% 38% 5% 967
實施例1 47.5% 47.5% 5% 1189
實施例7 38% 57% 5% 1092
實施例8 19% 76% 5% 1002
由實驗結果可知，當電洞主體材料的含量與電子主體材料的含量趨近於相同時，電致發光線具有較大的發光亮度。如前文所述，藉由將電洞主體材料的含量與電子主體材料的含量調整為趨近於相同，可較佳地控制所形成的偶極矩的方向，以促使發光材料規律地排列，從而提升電致發光線整體的發光亮度。 >實驗例3：不同種類的電洞主體材料及電子主體材料對電致發光線的發光亮度的影響測試>
在本實驗例中，各實施例的電致發光線分別具有不同種類的電洞主體材料及電子主體材料，其中電洞主體材料與電子主體材料各自的含量皆是47.5%；發光材料是使用Irppy 2acac，且其含量是5%。各實施例的電致發光線中的電洞主體材料與電子主體材料的種類以及電致發光線的亮度測試結果如表三所示。
表三
  電洞主體材料 電子主體材料 發光亮度(cd/m 2)
實施例3 CBP B3PYMPM 1189
實施例9 mCP B3PYMPM 973
實施例10 TAPC B3PYMPM 1321
實施例11 NPB B3PYMPM 1115
實施例12 TAPC TmPyPB 1321
實施例13 TAPC POT 2T 1264
請同時參閱表一及表三，由實驗結果可知，使用各種類的電洞主體材料及電子主體材料進行搭配皆可使各實施例的電致發光線相較於各比較例的電致發光線具有較大的發光亮度。換句話說，電洞主體材料及電子主體材料的搭配確實有助於提升電致發光線的發光亮度。
根據本揭露上述實施方式，電致發光線具有摻雜於電致發光層中的電洞主體材料、電子主體材料以及發光材料，藉由電洞主體材料與電子主體材料間的搭配，可改變發光材料於電致發光層中的排列方向，以提升發光材料的出光率，從而提升電致發光線整體的發光亮度。此外，藉由調整電洞主體材料、電子主體材料以及發光材料各自的含量，更有助於進一步提升電致發光線整體的發光亮度。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:電致發光線 110:中心導線 120:電洞傳輸層 130:電致發光層 132:電洞主體材料 134:電子主體材料 136:發光材料 140:電子傳輸層 150:透明導電層 160:透明保護層 H1~H5:厚度 D1~D2:直徑 a-a':線段
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖繪示根據本揭露一些實施方式的電致發光線的立體分解示意圖；以及 第2圖繪示第1圖的電致發光線沿線段a-a'的剖面示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
110:中心導線
120:電洞傳輸層
130:電致發光層
132:電洞主體材料
134:電子主體材料
136:發光材料
140:電子傳輸層
150:透明導電層
160:透明保護層
H1~H5:厚度
D1~D2:直徑
a-a':線段

Claims (10)

  1. 一種電致發光線，包括： 中心導線； 電洞傳輸層，包繞所述中心導線； 電致發光層，包繞所述電洞傳輸層，其中所述電致發光層包括： 以式(1)表示的電洞主體材料，
    Figure 03_image001
    式(1)； 以式(2)表示的電子主體材料，
    Figure 03_image003
    式(2)；以及 以式(3)表示的發光材料，
    Figure 03_image005
    式(3)，其中當以所述電致發光層的總重量計，所述電洞主體材料的含量介於46.5wt%至49.5wt%間，所述電子主體材料的含量介於46.5wt%至49.5wt%間，且所述發光材料的含量介於1.0wt%至7.0wt%間； 電子傳輸層，包繞所述發光層；以及 透明導電層，包繞所述電子傳輸層。
  2. 如請求項1所述的電致發光線，其中所述電洞主體材料與所述電子主體材料所形成的偶極矩介於4.6D至5.0D間。
  3. 如請求項1所述的電致發光線，其中所述電致發光層的厚度介於20nm至40nm間。
  4. 如請求項1所述的電致發光線，其中所述電洞傳輸層的厚度介於40nm至60nm間。
  5. 如請求項1所述的電致發光線，其中所述電洞傳輸層的最高占據分子軌域(HOMO) 介於-5.1eV至-5.9eV間。
  6. 如請求項1所述的電致發光線，其中所述電子傳輸層的厚度介於30nm至50nm間。
  7. 如請求項1所述的電致發光線，其中所述電子傳輸層的最低未占分子軌域(LUMO)介於-4.2eV至-2.7eV間。
  8. 如請求項1所述的電致發光線，其中所述中心導線的直徑介於150μm至170μm間。
  9. 如請求項1所述的電致發光線，其中所述中心導線的功函數(work function)介於-4.4eV至-5.6eV間。
  10. 如請求項1所述的電致發光線，更包括透明保護層，包繞所述透明導電層。
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