TWI445446B

TWI445446B - 白光電致發光元件

Info

Publication number: TWI445446B
Application number: TW099146635A
Authority: TW
Inventors: Chang Yen Wu; Chun Liang Lin; Chieh Wei Chen; Chung Chun Lee
Original assignee: Au Optronics Corp
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2014-07-11
Also published as: US20120153318A1; TW201228465A; CN102176513A; CN102176513B

Description

白光電致發光元件

本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種白光電致發光元件。

隨著半導體科技的進步，現今的發光二極體已具備了高亮度的輸出，加上發光二極體具有省電、體積小、低電壓驅動以及不含汞等優點，因此發光二極體已廣泛地應用在顯示器與照明方面的領域。一般常見的白光發光二極體裝置，係利用藍光發光二極體所發出的光線，藉由添加不同顏色及比例的螢光材料，利用其被部分藍光激發後而所放射出不同於藍光發光二極體顏色的色光，和剩餘藍光混光後可以達到不同的白光色度，而成為目前最常應用於產生白光的技術。

為了提高白光發光二極體裝置的使用壽命，現有一種堆疊式白光發光二極體裝置，其是不同色光的發光二極體堆疊在一起，以使其發出的色光混成白光。然而，目前堆疊式白光發光二極體裝置所面臨的問題是難以調整其白光之色光，因而難以在照明應用上滿足不同白色色光的需求。

本發明提供一種白光電致發光元件，其可以容易地調整白光之色光，以滿足在照明應用上不同白光色光的需求。

本發明提出一種白光電致發光元件，其包括第一發光單元、第二發光單元以及於第一發光單元與第二發光單元之間的連接層，且所述連接層將第一發光單元與第二發光單元串聯。第一發光單元包括第一電極層以及位於第一電極層上之第一發光層，其中第一發光層包括第一藍色發光層以及紅色發光層，且紅色發光層包括第一共主體(co-host)材料以及第一摻雜材料。第二發光單元包括第二發光層以及位於第二發光層上之第二電極層，其中第二發光層包括第二藍色發光層以及綠色發光層，且綠色發光層包括第二共主體(co-host)材料以及第二摻雜材料。

基於上述，本發明之第一發光單元中包括有第一藍色發光層以及紅色發光層，其中紅色發光層包括第一共主體材料以及第一摻雜材料。另外第二發光單元包括第二藍色發光層以及綠色發光層，其中綠色發光層包括第二共主體材料以及第二摻雜材料。透過調整第一發光單元之紅色發光層中的第一共主體材料之比例以及第二發光單元中之綠色發光層的第二共主體材料之比例，便可以輕易地使白光電致發光元件發出所需的白光色光。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是根據本發明一實施例之白光電致發光元件的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例之白光電致發光元件包括第一發光單元U1、第二發光單元U2以及位於第一發光單元U1以及第二發光單元U2之間之連接層C。

第一發光單元U1包括第一電極層102以及第一發光層108。根據本實施例，第一電極層102為一透明導電層，其材質包括金屬氧化物，例如是氧化銦錫(Indium-Tin Oxide,ITO)、氧化銦鋅(Indium-Zinc Oxide,IZO)、氧化鎵鋅(Gallium-Zinc Oxide,GZO)、氧化鋅錫(Zinc-Tin Oxide,ZTO)或是其他的金屬氧化物。

第一發光層108位於第一電極層102上，且第一發光層108包括第一藍色發光層B1以及紅色發光層R。第一藍色發光層B1可設置在紅色發光層R上，或者是紅色發光層R是設置在第一藍色發光層B1上。第一藍色發光層B1可為藍色螢光材料或是藍色磷光材料。紅色發光層R可為紅色螢光材料或是紅色磷光材料。

根據本實施例，第一藍色發光層B1包括主體材料以及摻雜材料。舉例來說，第一藍色發光層B1之主體材料可為2,6-雙(3-(咔唑-9-基)苯基)吡啶(2,6-bis(3-(carbazol-9-yl)phenyl)pyridine，26DCzPPy)或雙-4-(N-咔唑基)苯基)苯基氧化膦(bis-4-(N-carbazolyl)phenyl)phenylphosphine oxide，BCPO)等等，且第一藍色發光層B1之摻雜材料可為雙(4,6-(二氟苯基)-吡啶-N,C2’)吡啶甲醯銥(III)錯合物(Iridium(III)bis(4,6-(di-fluorophenyl)-pyridinate-N,C2’)picolinate，Firpic)或四(1-吡唑基)硼酸雙[2-(4,6-二氟苯基) 吡啶根基-N,C2’]銥(III)(Iridium(III)bis(4’6’-difluorophrnylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate，Fir6)等等。此外，第一藍色發光層B1之主體材料與摻雜材料的比例為0.7：0.3~0.95：0.05。另外，第一藍色發光層B1之厚度例如是5~20nm。

另外，紅色發光層R包括第一共主體(co-host)材料以及第一摻雜材料。根據本實施例，紅色發光層R之第一共主體(co-host)材料的含量為90~99.5wt%，且第一摻雜材料的含量為0.5~10wt%。特別是，紅色發光層R之第一共主體(co-host)材料包括第一主體材料(first host material)以及第二主體材料(second host material)，且第二主體材料佔第一共主體材料的5~60wt%。根據本實施例，第一主體材料可為4,4’-雙(二苯氧化膦)聯苯(4,4’-bis(diphenylphosphoryl)biphenyl，PO1)或雙(2-甲基-8-羥基喹啉-N1,O8)-(1,1’-聯苯-4-羥基)鋁(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1’-Biphenyl-4-olato)aluminum，BAlq)等等，且第二主體材料可為4,4’,4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(4,4’,4”-tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine，TCTA)或4,4’-N,N’-二咔唑-聯苯(4,4’-N,N’-dicarbazole-biphenyl，CBP)等等。第一摻雜材料可為三(1-苯基異喹啉)銥(III)(tris(1-phenylisoquinoline)iridium(III)，Ir(piq)3)或雙[(1-苯基異喹啉-乙醯丙酮)]銥(III)(bis(1-phenylisoquinoline)iridium(III)acetylanetonate，Ir(piq)2(acac))等等。一般來說，第二主體材料(例如是TCTA)又可稱為p型主體材料。另外，紅色發光層R之厚度例如是5~35nm。

第二發光單元U2包括第二發光層204以及第二電極層210。第二發光層204包括第二藍色發光層B2以及綠色發光層G。第二藍色發光層B2可設置在綠色發光層G上，或者是綠色發光層G是設置在第二藍色發光層B2上。第二藍色發光層B2可為藍色螢光材料或是藍色磷光材料。綠色發光層G可為綠色螢光材料或是綠色磷光材料。

根據本實施例，第二藍色發光層B2包括主體材料以及摻雜材料。舉例來說，第二藍色發光層B2之主體材料可為26DCzPPy或2,8-雙(二苯氧化膦)二苯并噻吩(2,8-bis(diphenylphosphoryl)dibenzothiophene，PO15)等等，且第二藍色發光層B2之摻雜材料可為FIrpic或雙(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2')-5-(吡啶-2-基)-1H-四唑銥(III)(iridium bis(4,6-difluorophenylpyridinato-N,C2’)[5-(2-pyridyl)tetrazolate]，FIrN4)等等。此外，第二藍色發光層B2之主體材料與摻雜材料的比例為0.7：0.3~0.95：0.05。另外，第二藍色發光層B2之厚度例如是5~30nm。換言之，在本實施例中，第二藍色發光層B2的材料可與第一發光單元U1中的第一藍色發光層B1的材料實質上相同，但本發明不限於此。根據其他實施例，第二藍色發光層B2的材料也可以與第一藍色發光層B1的材料不相同。

此外，綠色發光層G包括第二共主體(co-host)材料以及第二摻雜材料。根據本實施例，綠色發光層G之第二共主體材料的含量為75~97%，且第二摻雜材料的含量為3~25wt%。特別是，綠色發光層G之第二共主體材料包括第三主體材料以及第四主體材料，且第四主體材料佔第二共主體材料的60~100wt%。根據本實施例，第三主體材料可為BAlq或雙(3-胺基苯基)膦酸苯酯(bis(3-aminophenyl)phosphinic acid phenylester，PO2)等等，且第四主體材料可為TCTA或1,3-雙(N-咔唑-9-基)苯(1,3-bis(9-carbazolyl)benzene，mCP)等等。此外，第二摻雜材料可為三(2-苯基吡啶)銥(Tris(2-phenylpyridine)iridium，Ir(ppy3))或面對稱異構-三[5-氟-2(5-三氟甲基-啶基)苯基-C,N]銥(fac-tris[5-fluoro-2(5-trifluoromethyl-2-pyridinyl)phenyl-C,N]iridium，Ir-2h)等等。一般來說，第四主體材料(例如是TCTA)又可稱為p型主體材料。另外，綠色發光層G之厚度例如是5~35nm。

值得一提的是，在本實施例中，第一發光單元U1之紅色發光層G之第二主體材料(例如是TCTA)與第二發光單元U2之綠色發光層G之第四主體材料(例如是TCTA)實質上相同。然，本發明不限於此。

此外，第二電極層210位於第二發光層204上。根據本實施例，第二電極層210包括金屬電極材料，例如是鋁、鋁/鋰合金、鎂銀合金或是其他的金屬材料。第二電極層210的厚度例如是150nm。

此外，連接層C是位於第一發光單元U1與第二發光單元U2之間，用以使第一發光單元U1與第二發光單元U2串聯在一起。根據本實施例，連接層C包括導電材料，其例如是鋰(Li_)或銫(Cs)等等。

此外，在本實施例中，為了提高第一發光單元U1中的第一發光層108的電子電洞結合率以提高第一發光單元U1之發光效率，可進一步在第一電極層102與第一發光層108之間設置第一電洞注入層104；於第一電極層102與第一發光層104之間設置第一電洞傳輸層106；且於連接層C與第一發光層108之間設置第一電子傳輸層110。根據本實施例，第一電洞注入層104可為摻雜P型摻質之電洞傳輸材料，且第一電洞傳輸層106可為未經摻雜之電洞傳輸材料。類似地，為了提高第二發光單元U2中的第二發光層204的電子電洞結合率以提高第二發光單元U2之發光效率，可進一步在第二發光層204與連接層C之間設置第二電洞傳輸層202；於第二發光層204與第二電極層210之間設置第二電子注入層206；且於第二發光層204與第二電極層210之間設置第二電子傳輸層208。根據本實施例，第二電子注入層206可為摻雜P型摻質之電子傳輸材料，且第二電子傳輸層208可為未經摻雜之電子傳輸材料。

值得一提的是，本發明不限制第一發光單元U1與第二發光單元U2中必須設置上述之電子注入層、電子傳輸層、電洞注入層以及電洞傳輸層。本發明也不限制第一發光單元1與第二發光單元U2中所設置的電子注入層、電子傳輸層、電洞注入層以及電洞傳輸層的層數。換言之，實際上可以根據第一發光單元1與第二發光單元U2中之第一電極層102、第一發光層108、第二發光層204以及第二電極層210以及連接層C之材質的選用，來決定所欲設置的電子注入層、電子傳輸層、電洞注入層以及電洞傳輸層。

此外，圖1之實施例是以第二發光單元U2是設置在第一發光單元U1上為例來說明。但本發明不限於此。根據其他實施例，也可以將第一發光單元U1設置在第二發光單元U2上。或者是，將第一發光層108設置在第二發光單元U2中，且將第二發光層204設置在第一發光單元U1中(亦即將第一發光層108與第二發光層204的位置交換)。

承上所述，本實施例之第一發光單元U1的第一發光層108中，紅色發光層R之第一共主體材料包括第一主體材料以及第二主體材料，且第二主體材料佔第一共主體材料的5~60wt%。透過第一共主體材料中第一主體材料以及第二主體材料之比例(5~60wt%)的調整，可以使得第一發光單元U1之藍光的發光強度有所不同。

如圖2以及圖3所示，在圖2之中，C1、C2、C3分別表示第一發光單元U1之發光波長與發光強度的關係曲線。特別是，C1、C2、C3所代表的第一發光單元U1之中，其第一發光層108具有第一藍色發光層B1以及紅色發光層R，且C1、C2、C3分別代表第一發光單元U1中紅色發光層R之第二主體材料(TCTA)佔第一共主體材料(BAlq+TCTA)的30wt%、20wt%、10wt%。在圖3之中，C4、C5、C6分別表示第一發光單元U1之發光波長與發光強度的關係曲線。特別是，C4、C5、C6所代表的第一發光單元U1之中，其第一發光層108具有第一藍色發光層B1以及紅色發光層R，且C4、C5、C6分別代表第一發光單元U1中紅色發光層R之第二主體材料(TCTA)佔第一共主體材料(BAlq+TCTA)的60wt%、50wt%、40wt%。特別是，上述C1~C6所表示的第一發光單元U1中，除了紅色發光層R之第二主體材料與第一主體材料之間的比例不同之外，其他的膜層條件都是相同的。

由圖2至圖3可知，當第一發光單元U1中的紅色發光層R之第二主體材料的比例越高的時候，第一發光單元U1所發出的藍光(440~480nm)的強度會越強。而第一發光單元U1之紅光之強度(590~650nm)幾乎一致。換言之，本實施例可藉由調整第一發光單元U1中的紅色發光層R之第一主體材料與第二主體材料的比例，即可使第一發光單元U1所發出的藍光強度有所不同。

類似地，本實施例之第二發光單元U2的第二發光層204中，綠色發光層G之第二共主體材料包括第三主體材料以及第四主體材料，且第四主體材料佔第二共主體材料的60~100wt%。透過第二共主體材料中第三主體材料以及第四主體材料之比例(60~100wt%)的調整，可以使得第二發光單元U2之綠光的發光強度有所不同。

如圖4所示，C7、C8、C9分別表示第二發光單元U2之發光波長與發光強度的關係曲線。特別是，C7、C8、C9所代表的第二發光單元U2之中，其第二發光層204具有第二藍色發光層B2以及綠色發光層G，且C7、C8、C9分別代表第二發光單元U2中綠色發光層G之第四主體材料(TCTA)佔第二共主體材料(BAlq+TCTA)的60wt%、80wt%、100wt%。同樣地，上述C7~C9所表示的第二發光單元U2中，除了綠色發光層G之第四主體材料與第三主體材料之間的比例不同之外，其他的膜層條件都是相同的。

由圖4可知，當第二發光單元U2中的綠色發光層G之第四主體材料的比例越低的時候，第二發光單元U2所發出的綠光(520~570nm)的強度會越強。而第二發光單元U2之藍光之強度(470~480nm)幾乎一致。換言之，本實施例可藉由調整第二發光單元U2中的綠色發光層G之第三主體材料與第四主體材料的比例，即可使第二發光單元U2所發出的綠光強度有所不同。

因此，本實施例藉由調整第一發光單元U1中的紅色發光層R之第一主體材料與第二主體材料的比例，以使第一發光單元U1發出所需的藍光強度，並且搭配第二發光單元U2中的綠色發光層G之第三主體材料與第四主體材料的比例，以使第二發光單元U2發出所需的綠光強度。也就是藉由特定的藍光強度、特定的綠光強度以及特定的紅光強度之組合，即可以混合出特定的白光色光。

特別是，本實施例僅需透過調整第一發光單元U1中的紅色發光層R之第一主體材料與第二主體材料的比例，即可調整藍光的強度，透過第二發光單元U2中的綠色發光層G之第三主體材料與第四主體材料的比例，即可調整綠光的強度。因此，本實施例可以輕易的藉由調整發光層之主體材料的比例，便可以調配出特定的白光之光色。

舉例來說，當希望白光電致發光元件發出低色溫的白光時，可以將第一發光單元U1中的紅光強度提升，且將第二發光單元U2的綠光強度提高。相反地，當需要白光電致發光元件能夠發出高色溫之白光的時，可以將第一發光單元U1中的藍光強度提升，且將第二發光單元U2的藍光強度提高。而上述之色光的調整，僅需要透過調整各發光層中共主體材料中的比例即可達到。

上述圖2~圖4之實例是以特定的紅色發光層材料、綠色發光層材料以及藍色發光層材料來組合為例作為說明。然，本發明不限於此。在其他的實施例中，若使用其他的紅色發光層材料、綠色發光層材料以及藍色發光層材料之組合，便可得到不同的發光波長與發光強度的關係。

雖然本實施例之白光電致發光元件是以兩個發光單元為例來說明，但本發明不限制白光電致發光元件中所堆疊的發光單元的數目。換言之，在其他實施例之白光電致發光元件中，可以堆疊3個或3個以上的發光單元。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

102‧‧‧第一電極層

104‧‧‧第一電洞注入層

106‧‧‧第一電洞傳輸層

108‧‧‧第一發光層

110‧‧‧第一電子傳輸層

202‧‧‧第二電洞傳輸層

204‧‧‧第二發光層

206‧‧‧第二電子傳輸層

208‧‧‧第二電子注入層

210‧‧‧第二電極層

B1、B2‧‧‧藍色發光層

G‧‧‧綠色發光層

R‧‧‧紅色發光層

U1‧‧‧第一發光單元

U2‧‧‧第二發光單元

C‧‧‧連接層

圖1是根據本發明一實施例之白光電致發光元件的剖面示意圖。

圖2以及圖3是第一發光單元之紅色發光層中不同主體材料比例條件下，其發光波長與發光強度的關係示意圖。

圖4是第二發光單元之綠色發光層中不同主體材料比例條件下，其發光波長與發光強度的關係示意圖。