TWI440239B - 具有微腔之有機發光裝置 - Google Patents

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Description

具有微腔之有機發光裝置
本發明係關於有機發光裝置(OLED)，且更特定言之係關於具有一微腔結構之OLED。
由於諸多原因使用有機材料之光電裝置愈來愈符合需要。用以製造此等裝置之許多材料價格相對低廉，所以有機光電裝置相較無機裝置具有成本優勢之潛能。另外，有機材料之固有性質(諸如其之可撓性)可使其非常適於諸如於可撓基板上製造之特定應用。有機光電裝置之實例包括有機發光裝置(OLED)、有機光電晶體、有機光電電池及有機光偵測器。對OLED而言，有機材料較習知材料可具有效能上之優勢。舉例而言，有機發射層發出光之所在波長通常可易於用適當摻雜劑而調諧。
如本文使用之術語"有機物"包括可用於製造有機光電裝置之聚合物材料及小分子有機材料。"小分子"係指非聚合物之任何有機材料，且"小分子"實際上可相當大。小分子在一些情況下可包括重複單元。例如，使用長鏈烷基作為取代基之分子並不自該"小分子"類中移除。小分子亦可併入聚合物中，例如作為聚合物主鏈上之側基或主鏈之一部分。小分子亦可充當樹狀體之核心部分，其由許多建立於該核心部分上之化學外殼組成。樹狀體之核心部分可為螢光或磷光小分子發射體。樹狀體可為"小分子"，且咸信當前用於OLED領域之所有樹狀體皆係小分子。總之，小分子具備具有單一分子量之明確定義之化學式，而聚合物具備可依分子不同而變化之化學式及分子量。本文使用之"有機物"包括烴基及經雜原子取代之烴基配位基之金屬錯合物。
OLED使用在向裝置施加電壓時發光之薄有機薄膜，OLED正成為用於諸如平板顯示、照明及背光用途之愈加重要之技術。某些OLED材料及其組態描述於美國專利第5,844,363號、第6,303,238號及第5,707,745號中，其以引用的方式全文併入本文中。
OLED裝置通常(但並非總是)意欲發射穿過電極中之至少之一者的光，且一或多個透明電極可在有機光電裝置中有用。例如，諸如氧化銦錫(ITO)之透明電極材料可用作底部電極。亦可使用一透明頂部電極，如於美國專利第5,703,436號及第5,707,745號中所揭示，其以引用的方式全文併入本文中。對於僅欲發射穿過底部電極之光之裝置而言，頂部電極無需透明且可由一具有高導電性之厚且具反射性之金屬層組成。類似地，對於僅欲發射穿過頂部電極之光之裝置而言，底部電極可不透明及/或具反射性。在電極無需透明之情況下，使用一較厚層可提供更佳傳導率，且使用一反射性電極可藉由反射光線回至該透明電極而增加所發射之穿過另一電極之光的量。亦可製造完全透明之裝置，其中兩個電極皆係透明的。亦可製造邊射型OLED，且在此裝置中一或兩個電極可為不透明的或具反射性。
OLED發射之光可使用習知標準表徵。舉例而言，CIE(國際照明委員會(Commission Internationale d'Eclairage))係經認可之光線顏色之雙座標量測。理想白光之CIE為(0.33,0.33)。對於白光光源而言，CRI(演色性指數)係物體經受光源照射時之顏色與同一物體經受與日光相當之參考源照射時之顏色之色移的經認可之量度。CRI值範圍為0至100，其中100代表無色移。明亮日光可具有100之CRI值。螢光燈泡具有60至99之CRI值，汞燈之CRI接近50，且高壓鈉燈具有約20之CRI值。例如用於住宅或辦公室照明之燈通常必須滿足極為嚴格之CIE及CRI要求，而例如用於街道照明之燈可能所需滿足之CIE及CRI要求較為寬鬆。
本文使用之"頂部"意謂距基板最遠，而"底部"意謂距基板最近。舉例而言，對具有兩個電極之裝置而言，底部電極係距基板最近之電極，且通常係最先製造之電極。該底部電極具有兩個表面：一距該基板最近之底面及一遠離該基板之頂面。在將一第一層描述為安置於一第二層上方之情況下，該第一層係在距基板較遠處安置。除非指定該第一層係與該第二層"直接接觸"，否則該第一層與該第二層間可能有其他層。舉例而言，可描述一陰極安置於一陽極上方，即使該兩極間具有各種有機層。
本文所使用之"溶液可加工性"意謂能夠以溶液或懸浮液形式溶解、分散於液體介質中或轉移入液體介質及/或自液體介質沈積。
如本文所使用且如通常為熟習此項技術者所瞭解，若第一"最高佔據分子軌域"(HOMO)或"最低未佔分子軌域"(LUMO)能階接近於真空能階，則該第一能階係"大於"或"高於"第二HOMO或LUMO能階。因為電離電位(IP)經量測為相對於真空能階之負能量，所以較高HOMO能階對應於具有較小絕對值之IP(較低負性IP)。類似地，較高LUMO能階對應於具有較小絕對值之電子親和力(EA)(較低負性EA)。在習知能階圖中，真空能階位於頂部，材料之LUMO能階係高於同一材料之HOMO能階。"較高"HOMO或LUMO能階相較於"較低"HOMO或LUMO能階出現於更接近該圖之頂部位置。
本發明提供合併有微腔之OLED。藉由組合一微腔與一非微腔發射層，可達成飽和度及亮度之改良。本發明合併有微腔之OLED可用以產生白光且可用作全色顯示器中之子像素。
一堆疊OLED可包含一標準OLED及一微腔。該微腔可例如藉由調整限定該微腔之反射層之反射率及間隔而經調諧。可調諧該微腔以產生具有一補充標準OLED發射光譜的峰值之發射光譜，諸如產生白光。亦即，標準OLED之相對廣譜發射可與微腔之相對較窄範圍發射組合以達成飽和發射。此外，可藉由使用僅兩個發射層而達成白光發射。
通常，一OLED包含至少一安置於一陽極與一陰極間且與該陽極及該陰極電性連接之有機層。施加電流時，該陽極向該(等)有機層中注入電洞且該陰極向其中注入電子。所注入之電洞及電子各自向帶相反電荷之電極遷移。當一電子及電洞定域於同一分子時，形成一"激子"，其係一具有激發能態之定域化電子－電洞對。光在該激子經由一光電發射裝置弛豫時發射。在某些狀況下，該激子可定域於一激發分子或一激發複合物體上。諸如熱弛豫之非輻射進程亦可能發生，但通常認為其係不符需要的。
初始OLED使用自其單態發射光(螢光)之發射性分子，舉例而言，如美國專利第4,769,292號所揭示，其係以引用的方式全文併入本文中。螢光發射通常在小於10奈秒時段內發生。
近來，已證實具有自三重態發射光(磷光)之發射性材料之OLED。Baldo等人之"Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices，"Nature，第395卷，151－154,1998；("Baldo－I")及Baldo等人之"Very high－efficiency green organic light－emitting devices based on electrophosphorescence，"Appl.Phys.Lett.，第75卷，第1期，4－6(1999)("Baldo－II")，其以引用的方式全文併入本文中。磷光可認為係"禁戒"躍遷，因為該躍遷要求自旋態之變化，且量子力學表明此躍遷係不利的。因而，磷光通常在超過至少10奈秒之時段存在，且通常大於100奈秒。若磷光之自然輻射壽命過長，則三重態可能因非輻射進程而衰減以致無光線發射。有機磷光通常亦於極低溫度下在含有帶有未共用電子對的雜原子之分子中觀測到。2,2'－聯吡啶係此種分子。非輻射衰減進程通常隨溫度變化，因而在液氮溫度下展示出磷光之有機材料在室溫下通常並不展示磷光。但是，如經Baldo所證實，該問題可藉由選擇在室溫下發出磷光之磷光化合物而解決。代表性發射層包括摻雜或未摻雜之磷光有機金屬材料，該等材料諸如揭示於美國專利第6,303,238號及第6,310,360號；美國專利申請公開案第2002－0034656號、第2002－0182441號、第2003－0072964號及WO－02/074015中。
通常，咸信在OLED中之激子係以約3：1之比率(意即大約75%為三重態及25%為單態)產生。參閱Adachi等人之"Nearly 100% Internal Phosphorescent Efficiency In An Organic Light Emitting Device," J.Appl.Phys.,90,5048(2001)，其以引用的方式全文併入本文中。大多情況下，單態激子可易於經由"系統間穿越"將其能量轉移至三重激發態，而三重態激子可能不易於將其能量轉移至單激發態。因此，對於磷光OLED而言，100%之內量子效率在理論上係可能的。在螢光裝置中，三重態激子之能量通常損失於用以加熱該裝置之無輻射衰減過程，導致內量子效率非常低。利用自三重激發態發射之磷光材料之OLED係揭示於(例如)美國專利第6,303,238號中，其以引用的方式全文併入本文中。
先於磷光前可能會發生自三重激發態至中間非三重態之躍遷，自此發生發射性衰減。例如，配位鑭系元素之有機分子通常自定域於鑭系金屬之激發態發出磷光。然而，該等材料並不直接自三重激發態發出磷光而是自以鑭系金屬離子為中心之原子激發態發射。銪二酮錯合物闡明一組此等類型之物質。
來自三重態之磷光可藉由限制(較佳結合)非常接近於高原子序數原子之有機分子而強於螢光。該稱作重原子效應之現象係藉由稱為自旋軌道耦合之機制而產生的。此磷光躍遷可在諸如參(2－苯基吡啶)銥(III)之有機金屬分子的激發金屬至配位基電荷轉移(MLCT)態中觀測到。
如本文使用之術語"三重態能量"係指對應於既定材料之磷光光譜中可辨別之最高能量特性之能量。該最高能量特性未必為具有該磷光光譜中最大強度之峰值，且例如可為此峰值之高能量側之明顯肩部的局部最大值。
如本文使用之術語"有機金屬"通常為熟習此項技術者所瞭解且舉例而言如Gary L.Miessler及Donald A.Tarr在Prentice Hall(1998)"Inorganic Chemistry"(第2版)中給出。因此，術語有機金屬係指具有經由一碳－金屬鍵結合至金屬之有機基團的化合物。該種類不包括配位化合物本身，其係僅具有來自雜原子之供體鍵之物質，諸如胺、鹵化物、假鹵化物(CN等)及其類似物之金屬錯合物。實務上，有機金屬化合物通常包含，除一或多個結合至有機物質之碳－金屬鍵外，一或多個來自雜原子之供體鍵。該結合至有機物質之碳－金屬鍵係指在金屬與諸如苯基、烷基、烯基等之有機基團之碳原子間的直接鍵，但並不指結合至諸如CN或CO之碳之"無機碳"的金屬鍵。
圖1展示一有機發光裝置100。該圖未必為按比例繪製。裝置100可包括一基板110、一陽極115、一電洞注入層120、一電洞傳遞層125、一電子阻擋層130、一發射層135、一電洞阻擋層140、一電子傳遞層145、一電子注入層150、一保護層155及一陰極160。陰極160係一具有一第一導電層162與一第二導電層164之複合陰極。裝置100可藉由將所描述之層按照順序沈積來製造。
基板110可為任何提供所需結構性質之適宜基板。基板110可具可撓性或剛性。基板110可為透明、半透明或不透明的。較佳剛性基板材料之實例為塑料及玻璃。較佳可撓基板材料為塑料及金屬箔。基板110可為用以便於製造電路之半導體材料。舉例而言，基板110可為一上面製造有能夠控制隨後沈積於該基板上之OLED之電路的矽晶圓。可使用其他基板。可選擇基板110之材料及厚度以獲得所需結構及光學性質。
陽極115可為任何具有足以將電洞傳遞至有機層之導電性之適宜陽極。陽極115之材料較佳具有高於約4 eV之功函數("高功函數材料")。較佳陽極材料包括導電金屬氧化物，諸如氧化銦錫(ITO)及氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AlZnO)及金屬。陽極115(及基板110)可充分透明以產生一底部發射裝置。一較佳透明基板與陽極之組合係沈積於玻璃或塑料(基板)上之市售ITO(陽極)。一可撓且透明基板－陽極之組合係揭示於美國專利第5,844,363號及第6,602,540號中，其以引用的方式全文併入本文中。陽極115可為不透明的及/或具反射性。一反射性陽極115較佳可用於某些頂部－發射裝置，以增加自該裝置頂部發出光之量。可選擇陽極115之材料及厚度以獲得所需導電及光學性質。若陽極115為透明的，則特定材料可具有一定範圍之厚度從而足夠厚以提供所需導電性而又足夠薄以提供所需透明度。可使用其他陽極材料及結構。
電洞傳遞層125可包括能夠傳遞電洞之材料。電洞傳遞層125可為本質的(未摻雜的)或摻雜的。摻雜可用以增強導電性。本質電洞傳遞層之實例係α－NPD及TPD。一p型摻雜之電洞傳遞層之實例係以50：1莫耳比用F4 －TCNQ摻雜之m－MTDATA，如於Forrest等人之美國專利申請公開案第2003－0230980號中所揭示，其以引用的方式全文併入本文中。可使用其他電洞傳遞層。
發射層135可包括當電流於陽極115與陰極160間經過時能夠發光之有機材料。較佳地，發射層135含有磷光發射性材料，儘管亦可使用螢光發射性材料。由於與磷光材料相關之發光效率較高，故磷光材料較佳。發射層135亦可包含能夠傳遞電子及/或電洞之主體材料，該材料摻雜有發射性材料以致可截留電子、電洞及/或激子，因而激子經由一光電發射進程自該發射性材料弛豫。發射層135可包含結合傳遞及發射性質之單一材料。不管該發射性材料係摻雜劑或主組分，發射層135均可包含其他材料，諸如調諧該發射性材料發射之摻雜劑。發射層135可包括複數種能夠在組合後發射所需光譜光線之發射性材料。磷光發射性材料之實例包括Ir(ppy)3 。螢光發射性材料之實例包括DCM及DMQA。主體材料之實例包括Alq3 、CBP及mCP。發射性及主體材料之實例揭示於Thompson等人之美國專利第6,303,238號中，其以引用的方式全文併入本文中。發射層135可以許多方式包括發射性材料。舉例而言，可將發射性小分子併入聚合物中。此可藉由許多方式實現：將小分子作為單獨且獨特之分子種類摻入聚合物中；或將小分子併入聚合物之主鏈中，從而形成共聚合物；或將小分子作為側基鍵結於聚合物上。可使用其他發射層材料及結構。舉例而言，小分子發射性材料可作為一樹狀體之核心而存在。
許多有用發射性材料包括結合至金屬中心之一或多個配位基。若一配位基直接為有機金屬發射性材料提供光敏性質，則認為其具"光敏性"。"光敏性"配位基可結合金屬提供能階，當發射一光子時電子可從該等能階及至該等能階移動。可認為其他配位基為"輔助性的"。輔助性配位基可改良分子之光敏性質，例如藉由變換該光敏性配位基之能階，但輔助性配位基並不直接提供與光發射相關之能階。在一分子中之光敏性配位基在另一分子中可能為輔助的。光敏性及輔助性之定義係意欲作為非限制性理論。
電子傳遞層145可包括能夠傳遞電子之材料。電子傳遞層145可為本質的(未摻雜的)或摻雜的。摻雜可用以增強導電性。本質電子傳遞層之實例係Alq3 。一n型摻雜之電子傳遞層之實例係以1：1莫耳比用Li摻雜之BPhen，如Forrest等人之美國專利申請公開案第2003－0230980號中所揭示，其以引用的方式全文併入本文中。可使用其他電子傳遞層。
可選擇該電子傳遞層之載荷組份從而使電子有效地自陰極注入該電子傳遞層之LUMO(最低未佔分子軌域)能階。該"載荷組份"係負責LUMO能階以實際上傳遞電子之材料。該組份可為基底材料，或可為摻雜劑。有機材料之LUMO能階通常可由材料之電子親和性表徵，且陰極之相對電子注入效率通常可由該陰極材料之功函數表徵。此意謂電子傳遞層及相鄰陰極之較佳性質可依據該ETL之載荷組份之電子親和性及該陰極材料之功函數而指定。更特定言之，為達成高電子注入效率，陰極材料之功函數較佳比電子傳遞層之載荷組份之電子親和性大不超過約0.75 eV，更佳不超過約0.5 eV。類似考慮適用於電子注入之任何層。
陰極160可為此項技術中已知之任何適宜材料或材料之組合，從而陰極160能夠傳導電子且將其注入裝置100之有機層中。陰極160可為透明或不透明的，且可具反射性。適宜陰極材料之實例係金屬及金屬氧化物。陰極160可為一單一層，或可具有一複合結構。圖1展示一具有一薄金屬層162及一較厚導電金屬氧化物層164之複合陰極160。在複合陰極中，用於該較厚層164之較佳材料包括ITO、IZO及其他此項技術中已知之材料。美國專利第5,703,436號、第5,707,745號、第6,548,956B2號及第6,576,134B2號(其以引用的方式全文併入本文中)揭示陰極之實例包括複合陰極，其具有一具一覆蓋透明、電傳導、濺鍍之ITO層的諸如Mg：Ag之金屬薄層。陰極160與下伏有機層接觸之部分(無論其為一單層陰極160、複合陰極之薄金屬層162或其他部分)較佳由具有低於約4 eV之功函數之材料("低功函數材料")構成。可使用其他陰極材料及結構。
阻擋層可用於降低脫離發射層之電荷載流子(電子或電洞)及/或激子之數目。一電子阻擋層130可置放於發射層135與電洞傳遞層125之間，以阻擋電子在電洞傳遞層125方向上脫離發射層135。類似地，一電洞阻擋層140可置放於發射層135與電子傳遞層145之間，以阻擋電洞在電子傳遞層145方向上脫離發射層135。阻擋層亦可用於阻擋激子擴散離開發射層。阻擋層理論及使用更詳細地描述於Forrest等人的美國專利第6,097,147號且美國專利申請公開案第2003－0230980號中，其以引用的方式全文併入本文中。
如本文所使用且將為熟習此項技術者所瞭解之術語"阻擋層"意謂該層提供一顯著抑制電荷載流子及/或激子傳遞穿越裝置之障壁，並不表明該層必定完全阻擋電荷載流子及/或激子。裝置中此阻擋層之存在可導致與缺少阻擋層之類似裝置相比實質上更高的效率。同樣，阻擋層可用來限制至OLED之所需區域之發射。
通常，注入層由可改良電荷載流子從諸如電極或有機層之一層向相鄰有機層之注入之材料組成。注入層亦可執行一電荷傳遞功能。在裝置100中，電洞注入層120可為任何改良電洞從陽極115向電洞傳遞層125之注入之層。CuPc係可用作從ITO陽極115及其他陽極之電洞注入層之材料的實例。在裝置100中，電子注入層150可為任何改良電子向電子傳遞層145之注入之層。LiF/Al係可用作從一相鄰層向電子傳遞層之電子注入層之材料的實例。注入層可使用其他材料或材料組合。取決於特定裝置之組態，注入層可置放於不同於裝置100所展示之位置處。更多注入層之實例提供於Lu等人之美國專利申請第09/931,948號中，其以引用的方式全文併入本文中。電洞注入層可包含溶液沈積材料，諸如旋塗聚合物，例如PEDOT：PSS，或其可為氣相沈積小分子材料，例如CuPc或MTDATA。
電洞注入層(HIL)可平面化或濕潤陽極表面以提供從該陽極向電洞注入材料之有效電洞注入。電洞注入層亦可具有具HOMO(最高佔據分子軌域)能階之載荷組份，如本文所描述之相對游離電位(IP)所定義，其有利地與該HIL一側之相鄰陽極層及該HIL對側之電洞傳遞層相配合。該"載荷組份"係負責HOMO能階以實際上傳遞電洞之材料。該組份可為該HIL之基底材料，或可為摻雜劑。使用摻雜之HIL允許按照其電學性質選擇摻雜劑，且按照諸如濕潤、可撓性、韌性等形態學性質選擇主體。該HIL材料之較佳性質使得電洞可從陽極向HIL材料有效注入。詳言之，該HIL之載荷組份較佳具有比該陽極材料之IP大不超過約0.7 eV之IP。更佳地，該載荷組份具有比該陽極材料之IP大不超過約0.5 eV之IP。類似考慮適用於電洞注入之任何層。HIL材料進一步不同於通常用於OLED之電洞傳遞層之習知電洞傳遞材料之處在於此種HIL材料可具有一實質上小於習知電洞傳遞材料之電洞電導率的電洞電導率。本發明HIL之厚度可足夠厚以有助於平面化或濕潤陽極層表面。舉例而言，僅僅10 nm之HIL厚度對於相當平滑之陽極表面可為可以接受的。然而，因為陽極表面往往十分粗糙，所以某些狀況中高達50 nm厚度之HIL為所需要的。
一保護層可用來在隨後製造製程期間保護下伏層。舉例而言，用以製造金屬或金屬氧化物頂部電極之製程可能損壞有機層，而一保護層可用來降低或消除此損壞。在裝置100中，保護層155可在陰極160製造期間降低對下伏有機層的損壞。較佳地，一保護層對其所傳遞種類之載流子(裝置100中之電子)具有高載流子移動性，因此其並不會顯著增加裝置100之工作電壓。CuPc、BCP及各種金屬酞菁係可用於保護層之材料之實例。可使用其他材料或材料組合。保護層155之厚度較佳足夠厚以致有極少或沒有由於在沈積有機保護層160後之製造製程而對下伏層之損壞，然而無需太厚而顯著增加裝置100之工作電壓。保護層155可經摻雜以提高其導電性。舉例而言，一CuPc或BCP保護層160可摻入Li。更多保護層之詳細說明可見於Lu等人美國專利申請第09/931,948號中，其以引用的方式全文併入本文中。
圖2展示一倒置型OLED 200。該裝置包括一基板210、一陰極215、一發射層220、一電洞傳遞層225及一陽極230。裝置200可藉由按照順序沈積所描述之層而製造。因為最常見OLED組態具有一置放於陽極上方之陰極，而裝置200具有置放於陽極230下方之陰極215，因此可將裝置200稱為"倒置型"OLED。類似於彼等就裝置100所描述之材料的材料可用於裝置200之相應層中。圖2提供一從裝置100之結構中如何省去某些層之實例。
該圖1及2中所闡明之簡單分層結構以非限制性實例方式提供，且應瞭解本發明之實施例可與多種其他結構結合使用。所描述之特定材料及結構本質上係例示性的，且亦可使用其他材料及結構。功能性OLED可藉由以不同方式組合所描述之各種層而達成，或依據設計、效能及成本因素，各層可全部省去。亦可包括未特定描述之其他層。可使用除彼等特定描述之材料外之材料。儘管本文提供之許多實例將各種層描述為包含單一材料，但應瞭解可使用諸如主體與摻雜劑之混合物或更大體而言為混合物之材料組合。同樣，該等層可具有各種次層。並不意欲嚴格限定本文所給定各個層之名稱。舉例而言，在裝置200中，電洞傳遞層225傳遞電洞且將電洞注入發射層220中，且可描述為電洞傳遞層或電洞注入層。在一實施例中，可描述OLED具有一置放於一陰極與一陽極間之"有機層"。該有機層可包含一單一層，或可進一步包含不同有機材料之多個層，例如，如於圖1及2中所描述。
亦可使用未特定描述之結構及材料，諸如由例如揭示於Friend等人之美國專利第5,247,190號之聚合材料(PLED)組成之OLED，該專利以引用的方式全文併入本文中。作為進一步舉例，可使用具有一單一有機層之OLED。可堆疊OLED，例如如Forrest等人之美國專利第5,707,745號中所述，其以引用的方式全文併入本文中。該OLED結構可與圖1及2中闡明之簡單分層構造有所差異。舉例而言，該基板可包括一成角度反射面以改良外部耦合，諸如如Forrest等人之美國專利第6,091,195號所描述之臺面結構及/或如Bulovic等人之美國專利第5,834,893號所描述之坑形結構，其以引用的方式全文併入本文中。
除非另作指定，否則諸多實施例中之任何層皆可以任何適宜方法沈積。對於有機層而言，較佳方法包括熱蒸鍍；噴墨，諸如如美國專利第6,013,982號及第6,087,196號中描述，其以引用的方式全文併入本文中；有機氣相沈積(OVPD)，諸如如Forrest等人之美國專利第6,337,102號中描述，其以引用的方式全文併入本文中；及藉由有機物蒸氣噴墨印刷(OVJP)，諸如如美國專利第10/233,470號中描述，其以引用的方式全文併入本文中。其他適宜沈積方法包括旋塗及其他基於溶液之製程。基於溶液之製程較佳係於氮氣或惰性氣氛中進行。對於其他層而言，較佳方法包括熱蒸鍍。較佳圖案化方法包括經由一遮罩進行沈積；冷焊接，諸如如美國專利第6,294,398號及第6,468,819號中所描述，其以引用的方式全文併入本文中；及與諸如噴墨及OVJP之某些沈積方法相關之圖案化。亦可使用其他方法。待沈積之材料可經改良以使其與特定沈積方法相適應。舉例而言，諸如烷基及芳基之取代基，分枝或未分枝，且較佳含有至少3個碳可用於小分子以增強其經受溶液加工之能力。可使用具有20或更多個碳之取代基，且3－20個碳為較佳範圍。具不對稱結構之材料可具有比彼等具對稱結構之材料更佳之溶液加工性，因為不對稱材料可具有較低再結晶之傾向。樹狀體取代基可用來增強小分子經受溶液加工之能力。
在不偏離本發明範疇之情形下，本文中揭示之分子可以諸多不同方式經取代。舉例而言，取代基可添加至具有三個雙牙配位基之化合物中，使得在添加該等取代基之後，一或多個雙牙配位基連接在一起形成(例如)四牙配位基或六牙配位基。可形成其他此種鍵聯。咸信此類型鍵聯可相對於無鍵聯之類似化合物而增加穩定性，歸因於此項技術中通常所瞭解之"螯合效應"。
根據本發明實施例製造之裝置可併入多種消費型產品中，包括平板顯示器、電腦監視器、電視、廣告牌、室內外照明及/或傳輸信號之燈、仰視顯示器、全透明顯示器、可撓性顯示器、雷射印表機、電話、蜂窩電話、個人數位助理(PDA)、膝上型電腦、數位相機、攝錄影機、觀景器、微顯示器、交通工具、大面積牆體、電影院或運動場螢幕或標誌。可使用多種控制機制控制根據本發明製造之裝置，包括被動矩陣及主動矩陣。許多裝置意欲在人體舒適之溫度範圍內使用，諸如18℃至30℃，且更佳在室溫(20℃至25℃)下使用。
本文中描述之材料及結構可應用於除OLED外之裝置。例如，諸如有機太陽電池及有機光偵測器之其他有機光電裝置可使用該等材料及結構。更一般而言，諸如有機電晶體之有機裝置可使用該等材料及結構。
OLED可經構造從而裝置之電極或其他反射或半反射層限定一微腔。當兩個反射或半反射層間之光學距離具有一可與可見光波長相當之長度時可形成一微腔。在該微腔之共振波長下，該微腔之透射率又可超過個別反射或半反射層之透射率。如本文所使用，該兩層在滿足該等標準時可認為該等層"限定"一微腔。
微腔透射光譜之共振峰值可藉由調整限定微腔之層的反射率及該等層間之間隔來控制。大體而言，微腔可經構造從而具有一透明或半透明反射層及一不透明反射層。前向(意即，經由該透明或半透明反射層)發射可由下式計算： 其中λ 係發射波長，x 係自該不透明層至該發射層之有效距離，R m 及R d 分別係不透明鏡及透明鏡之反射率，L 係該微腔之總光程，且E n (λ )係原始(自由空間)光譜。該微腔之光程L 可由下式給出： 其中n eff 及△n 係有效折射率及該等反射層間之折射率差，n i 及d t 係該等有機層及該透明層之折射率及厚度，且φ m 係該不透明鏡處之相位變換。
微腔之特徵可在於其共振波長。微腔大體發射在可見光譜之一或多個相對狹窄區域中之飽和光，且可發射較少或不發射在其他區域之光。對應於該發射光譜中一或多個峰值之波長可稱為微腔之共振波長。
微腔之特徵亦可在於其精密度。定義微腔之精密度F 為微腔透射光譜之共振峰值之間隔△υ 與該光譜之共振頻率峰值之半高全寬(FWHM)△υ 1/2 的比率：F ＝△υ /△υ 1/2 。一般而言，微腔之精密度大於約1.5。結合本發明使用之微腔較佳可具有至少5之精密度，其對應於具有(例如)60 nmFWHM及300 nm共振峰值間隔之光譜。
某些狀況中，"標準"OLED已描述為具有"微腔效應"。該等效應通常不合需要。例如，裝置可中止、妨礙或另外減少某些波長之發射及/或增加該裝置發射之特定波長之發射。雖然該等及類似效應可稱作"微腔效應"，但不認為該等裝置含有或限定一"微腔"。如本文使用之"標準"OLED為一種不具有限定微腔之層之OLED；當兩層之反射率及間距並未導致形成微腔時，可稱諸如兩個分別置放於一有機層兩側之電極的兩層限定標準OLED。標準OLED通常具有小於約1.5之精密度。然而，此裝置可展示如上文討論之"微腔效應"。置放於限定標準OLED之層間之有機層可包含多個層或次層。
根據本發明，可調節兩個限定微腔的層之透射率、反射率及間隔以形成具有所要發射特性之微腔。舉例而言，該微腔發射之"狹窄度"(意即，發射光譜中之峰值之半高全寬)可藉由調整限定微腔之層之反射率而調整。限定微腔之層之透射率及反射率可(例如)藉由調整該等層之厚度或該等層中發射材料之量來調整。
圖3展示一具有一根據本發明之微腔之裝置。如前文所描述，一陽極115沈積於一基板110上。一或多個有機層310、330置放於陽極115與一陰極160之間。該等有機層安置於一內部電極320任一側之兩個區域中，各區域具有至少一發射層或包含發射性材料。如前文所述，有機層310、330可包含多個層及次層，諸如阻擋層及/或傳遞層。某些狀況下，可使用一或多個"隔片"，其中"隔片"為一實質並不影響裝置之發射特性或操作之層。隔片通常用來調整限定微腔之電極之間隔。
在圖3所示之裝置中，陰極160及電極320經布置以限定一微腔300。該陰極及/或該電極之較佳材料可包括銀、鋁及銀及/或鋁之化合物。該等有機層之較佳材料可基於此項技術已知之發射特性對於所需發射光譜而選擇。該微腔之共振波長及因此藉由該微腔發射之光之光譜中峰值的位置可藉由改變陽極160及電極320之反射率及相對位置而調整。
諸如圖3所闡明之本發明之裝置可用來產生白光。可調諧微腔300以產生第一光譜光線。一具有第二發射光譜之標準OLED可與該微腔組合，允許經該裝置發射具有為該微腔光譜與該標準OLED光譜之組合之光譜的光。舉例而言，可調諧微腔300以產生藍光。藉由電極320與陽極115限定之標準OLED可包括一發射橙光之發射層。操作該裝置時，可產生白光。
本發明之裝置可用來產生諸如用於全面照明、電子裝置之背光或其他類似應用之白光。使用兩個發射層藉由合併在互補波長下發射之發射層可實現此光線。使用微腔之裝置可顯示斜效應(off－angle effect)。通常，微腔在前向(意即，沿垂直於該微腔發射表面之線)之發射光係在該微腔之共振波長下之飽和發射光。當自其他角度觀測時，由於微腔固有之光學效應及特性，發射光之顏色可看似自該共振波長移位。在本發明之裝置中，可使用一漫射體或其他層或裝置來補償此等效應。在將該等裝置用作例如背光照明或全面照明光源之應用中，藉由該裝置產生之白光可穿過漫射體或濾光片以減少任何由於使用微腔而產生之斜效應。
圖4展示此裝置之一例示性光譜。該微腔發射光410可具有一x座標小於約0.30且y座標小於約0.40之CIE(藍色)，而標準OLED發射光420可為橙色。因此，該裝置可發射大體白色之光。該發射光較佳具有約(0.33±0.05,0.33±0.05)，且更佳約(0.33±0.01,0.33±0.01)之CIE。藉由調諧該微腔以產生可補充藉由標準OLED產生之光譜的光譜可達成一特定CIE。
因為在該微腔中可使用操作上穩定之發射體，所以諸如參考圖3所描述之白光發射裝置可係有利的。目前，用以產生較高能量(意即，更具藍色，波長較短)光譜之許多材料可具有不良操作穩定性。因此，將此材料與較低能量(意即，更具紅色，波長較長)發射體組合可導致裝置具有不良操作穩定性。因此，在微腔中使用操作上穩定之發射體可提供一在壽命、色彩及效率方面滿足顯示器規格之替代物。為允許一定範圍之材料用於互補標準OLED中，自微腔之較高能量發射可為符合需要的。因此，較佳可調諧本發明之微腔以發射具有x座標小於約0.30，且更佳小於約0.20及y座標小於約0.40，更佳小於約0.30之CIE的光。
OLED或OLED中放射材料層之"穩定性"可以許多方法量測。一種穩定性量測係可根據操作半衰期量測之電致發光裝置之操作穩定性。該操作半衰期係(除非另作說明，否則)在恆定電流及室溫下該裝置之亮度自初始亮度(L0)衰減至其初始亮度之50%(L0.5)所需之時間。操作半衰期取決於操作該裝置之亮度，因為在特定裝置中較高亮度通常相應於較快衰減。可以cd/m2 度量亮度。根據本發明實施例之裝置在初始亮度為約100 cd/m2 ，較佳約500 cd/m2 ，更佳約1500 cd/m2 下可有利地具有超過約3,000小時，較佳約25,000小時，且更佳約40,000小時之操作半衰期。
應瞭解本文中所描述之多種實施例僅為舉例說明，且並不意欲限制本發明之範疇。舉例而言，在未背離本發明之精神之情形下，本文中所描述許多材料及結構可以其他材料及結構代替。應瞭解多種關於本發明工作原因之理論並不意欲為限制性的。舉例而言，關於電荷轉移之理論並不意欲為限制性的。
材料定義：
如本文所使用，涉及材料之縮寫如下：CBP：4,4'－N,N－二咔唑－聯苯m－MTDATA 4,4',4"－參(3－甲基苯基苯基胺基)三苯胺Alq3 ：8－參－羥基喹啉鋁Bphen：4,7－聯苯基－1,10－菲咯啉n－BPhen：n型摻雜之BPhen(用鋰摻雜)F4 －TCNQ：四氟－四氧基－對醌二甲烷p－MTDATA：p型摻雜之m－MTDATA(用F4 －TCNQ摻雜)Ir(ppy)3 ：參(2－苯基吡啶)－銥Ir(ppz)3 ：參(1－苯基吡唑根基,N,C(2')銥(III)BCP：2,9－二甲基－4,7－聯苯基－1,10－菲咯啉TAZ：3－苯基－4－(1'－萘基)－5－苯基－1,2,4－***CuPc：銅酞菁ITO：氧化銦錫NPD：N,N'－聯苯基－N－N'－二(1－萘基)－聯苯胺TPD：N,N'－聯苯基－N－N'－二(3－甲苯基)－聯苯胺BAlq：雙(2－甲基－8－羥基喹啉根基)4－苯基苯酚鋁(III)mCP：1,3－N,N－二咔唑－苯DCM：4－(二氰基伸乙基)－6－(4－二甲基胺基苯乙烯基－2－甲基)－4H－哌喃DMQA：N,N'－二甲基喹吖啶酮PEDOT：PSS：聚(3,4－伸乙基二氧基噻吩)與聚苯乙烯磺酸酯(PSS)之水性分散液PQIr：雙(2－苯基－喹啉基－N,C2')銥(III)化合物K：面－參[2－(N－(2,6－聯苯基－4－異丙基苯基)咪唑－2－基－kN)－5－氟苯基－kC]銥(III)化合物A：面－參[N－(2,4,6－三苯基苯基)－2－苯基咪唑]
實驗：
現將描述本發明之特定代表性實施例，其包括可如何製造此等實施例。應瞭解特定方法、材料、條件、工藝參數、裝置等等未必限制本發明之範疇。用多種發射性材料製造裝置，且量測發射光譜及壽命。互補發射性材料之組合光譜經量測或模擬以測定所得光譜及壽命。
化合物K係產生具有約(0.17,0.25)之CIE之光的發射性材料。PQIr產生具有約(0.61,0.38)之CIE之光。關於PQIr之更多細節於Kwong等人之美國專利第6,835,469號中給出，其揭示內容以引用的方式全文併入本文中。關於化合物K之更多細節於美國申請案第11/241981號中給出，其揭示內容以引用的方式全文併入本文中。可製造一使用化合物K及PQIr層之裝置以產生白光。圖5展示具有一PQIr發射層之裝置的經量測之發射光譜(510)、具有一化合物K發射層之裝置的經量測之發射光譜(520)及具有一PQIr發射層與一化合物K發射層之裝置的經量測之發射光譜(530)。如圖5所示，化合物K及PQIr可用於一裝置中以產生具有約(0.33,0.33)之CIE之白光。然而，化合物K在500 cd/m2 下具有約3,000小時之操作半衰期，而PQIr在500 cd/m2 下具有約40,000小時之操作半衰期。因此，雖然該組合可提供所要光，但由於化合物K之相對低穩定性，其可導致裝置之使用壽命相對較短。
為產生具有較長操作半衰期之白光發射裝置，可使用更穩定之發射體。化合物A係一藍－綠磷光之發射體，其具有約(0.24,0.54)之CIE及在500 cd/m2 下25,000小時之操作半衰期。不存在可產生具有(0.33,0.33)之CIE之發射光的化合物A與PQIr之線性組合。然而，化合物A可用於具有一經調諧以發射具有(0.10,0.26)之CIE之光的微腔之裝置中；當與PQIr之發射光組合時，產生CIE為(0.33,0.33)之(白)光。PQIr及化合物A之各種發射光譜展示於圖6中。圖6A展示PQIr之經量測之發射光譜(610)、化合物A之經量測之發射光譜(620)及具有一PQIr發射層及一化合物A發射層之裝置的經量測之發射光譜(630)。圖6B展示在一微腔中化合物A之經量測之發射光譜(640)及一具有包含化合物A之發射層及包含PQIr之層之微腔的堆疊裝置之經計算之光譜(650)。該堆疊裝置發射光譜係由該量測光譜之線性組合而計算。
如關於圖5－6所描述之裝置、材料及發射光譜所說明，可使用具有相對較高操作穩定性之第一發射性材料及具有可相當之高操作穩定性但CIE較低之第二發射性材料來構造一裝置。該第二材料可用於一微腔中以藉由該第二發射性材料之CIE座標之移位而產生白光。圖7展示使用化合物A及化合物K之裝置之例示性穩定性。展示化合物A(方形)在J＝40 mA/cm2 (L0＝7400 nits)下及化合物K(菱形)在J＝40 mA/cm2 (L0＝3670 nits)下隨時間而變化正規化發光。用以量測穩定性之裝置具有下列構造物：化合物A：CuPc(10 nm)/NPD(30 nm)/mCBP：化合物A 9%(30 nm)/Alq(40 nm)/LiF/Al化合物K：CuPc(10 nm)/NPD(30 nm)/mCBP：化合物K 9%(30 nm)/Alq(40 nm)/LiF/Al
雖然關於特定實例及較佳實施例描述了本發明，但應瞭解本發明並不限於該等實例及實施例。因此，所主張之本發明包括熟習此項技術者將顯而易見之自本文所描述特定實例及最佳實施例之變體。
100．．．有機發光裝置
110．．．基板
115．．．陽極
120．．．電洞注入層
125．．．電洞傳遞層
130．．．電子阻擋層
135．．．發射層
140．．．電洞阻擋層
145．．．電子傳遞層
150．．．電子注入層
155．．．保護層
160．．．陰極
162．．．第一導電層
164．．．第二導電層
200．．．倒置型OLED裝置/裝置
210．．．基板
215．．．陰極
220．．．發射層
225．．．電洞傳遞層
230．．．陽極
300．．．微腔
310．．．有機層/標準OLED
330．．．有機層/發射層
410．．．微腔發射光
420．．．標準OLED發射光
510．．．具有一PQIr發射層之裝置所量測之發射光譜
520．．．電極/具有一化合物K發射層之裝置的經量測之發射光譜
530．．．具有一PQIr發射層與一化合物K發射層之裝置的經量測之發射光譜
610．．．PQIr之經量測之發射光譜
620．．．化合物A之經量測之發射光譜
630．．．具有一PQIr發射層及一化合物A發射層之裝置的經量測之發射光譜
640．．．在一微腔中化合物A之經量測之發射光譜
650．．．具有包含化合物A之發射層及一包含PQIr之層之微腔的堆疊裝置之經計算之光譜
圖1展示一具有單獨電子傳遞層、電洞傳遞層及發射層以及其他層之有機發光裝置。
圖2展示一不具有一單獨電子傳遞層之倒置型有機發光裝置。
圖3展示一包括一微腔之OLED。
圖4展示一具有一微腔之裝置之發射光譜。
圖5展示一具有多個發射層之裝置之發射光譜。
圖6展示一具有多個發射層之裝置之發射光譜。
圖7展示兩個發射層之例示性穩定性資料。
100．．．有機發光裝置
110．．．基板
115．．．陽極
120．．．電洞注入層
125．．．電洞傳遞層
130．．．電子阻擋層
135．．．發射層
140．．．電洞阻擋層
145．．．電子傳遞層
150．．．電子注入層
155．．．保護層
160．．．陰極
162．．．第一導電層
164．．．第二導電層

Claims (28)

  1. 一種裝置，其包含：一第一電極；一第二電極；一第三電極；一安置於該第一電極與該第二電極間之第一有機發射層；及一安置於該第二電極與該第三電極間之第二有機發射層；其中：該第一電極及該第二電極限定一微腔，該微腔移位該第一有機發射層之發射CIE座標，致使該裝置發射具有一(0.33±0.05,0.33±0.05)之CIE之光；該第一電極與該第二電極之間沒有電極；該第二電極及該第三電極限定一標準OLED；該第一有機發射層包含於第一波長區域中發射之單一第一發射材料，且該第二有機發射層包含於第二波長區域中發射之單一第二發射材料，該第一波長區域係短於該第二波長區域；且該第一有機發射層之未移位發射光譜及該第二有機發射層之發射光譜之結合不引起具有一(0.33±0.05,0.33±0.05)之CIE之發射光。
  2. 如請求項1之裝置，其中該裝置在500cd/m2 下具有一至少25,000小時之操作半衰期。
  3. 如請求項1之裝置，其中該裝置在500cd/m2 下具有一至少40,000小時之操作半衰期。
  4. 如請求項1之裝置，其中該裝置在1500cd/m2 下具有一至少25,000小時之操作半衰期。
  5. 如請求項1之裝置，其中該裝置發射具有一(0.33±0.01,0.33±0.01)之CIE之光。
  6. 如請求項1之裝置，其中由該第一電極及該第二電極限定之該微腔具有一至少5之精密度。
  7. 如請求項1之裝置，其中該微腔係經配置以發射具有x座標小於0.30且y座標小於0.40之一CIE之光。
  8. 如請求項1之裝置，其中該微腔係經配置以發射具有x座標小於0.20且y座標小於0.30之一CIE之光。
  9. 如請求項1之裝置，其中該微腔於可見光譜中具有單一峰值之發射光譜。
  10. 如請求項2之裝置，其中至少該第一有機發射層及該第二有機發射層之一為有機小分子層。
  11. 如請求項3之裝置，其中至少該第一有機發射層及該第二有機發射層之一為有機小分子層。
  12. 如請求項4之裝置，其中至少該第一有機發射層及該第二有機發射層之一為有機小分子層。
  13. 如請求項5之裝置，其中至少該第一有機發射層及該第二有機發射層之一為有機小分子層。
  14. 如請求項1之裝置，其中該第二有機發射層於可見光譜中具有單一峰值之發射光譜。
  15. 一種裝置，其包含：一發射層，其包含：一單一微腔，其由一第一電極及一第二電極限定；以及一配置於該單一微腔內之第一有機發射層，該微腔移位該第一有機發射層之發射CIE座標，致使該裝置發射具有一(0.33±0.05,0.33±0.05)之CIE之光；一第三電極，其係配置相鄰於該第二電極；以及一配置於該第二電極及該第三電極間之第二有機發射層；其中：該第一電極與該第二電極之間沒有電極；該第二電極及該第三電極限定一標準OLED；該第一有機發射層包含於第一波長區域中發射之單一第一發射材料，且該第二有機發射層包含於第二波長區域中發射之單一第二發射材料，該第一波長區域係短於該第二波長區域；且該第一有機發射層之未移位發射光譜及該第二有機發射層之發射光譜之結合不引起具有一(0.33±0.05,0.33±0.05)之CIE之發射光。
  16. 如請求項14之裝置，其中該裝置在500cd/m2 下具有一至少25,000小時之操作半衰期。
  17. 如請求項15之裝置，其中至少該第一有機發射層及該第二有機發射層之一為有機小分子層。
  18. 如請求項14之裝置，其中該裝置在500cd/m2 下具有一至少40,000小時之操作半衰期。
  19. 如請求項18之裝置，其中至少該第一有機發射層及該第二有機發射層之一為有機小分子層。
  20. 如請求項14之裝置，其中該裝置在1500cd/m2 下具有一至少25,000小時之操作半衰期。
  21. 如請求項20之裝置，其中至少該第一有機發射層及該第二有機發射層之一為有機小分子層。
  22. 如請求項14之裝置，其中該裝置發射具有一(0.33±0.01,0.33±0.01)之CIE之光。
  23. 如請求項22之裝置，其中至少該第一有機發射層及該第二有機發射層之一為有機小分子層。
  24. 如請求項15之裝置，其中該第二有機發射層於可見光譜中具有單一峰值之發射光譜。
  25. 如請求項1之裝置，其中該第一有機發射層發射具有x座標小於0.30且y座標小於0.40之一CIE之光。
  26. 如請求項25之裝置，其中該第二有機發射層發射橙光。
  27. 如請求項15之裝置，其中該第一有機發射層發射具有x座標小於0.30且y座標小於0.40之一CIE之光。
  28. 如請求項27之裝置，其中該第二有機發射層發射橙光。
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