TWI441555B - 影像顯示系統 - Google Patents
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Description
本發明關於一種包含電激發光裝置之影像顯示系統及其製造方法，特別關於一種包含具有P型摻雜電洞注入層的電激發光裝置之影像顯示系統及其製造方法。
近年來，隨著電子產品發展技術的進步及其日益廣泛的應用，像是行動電話、PDA及筆記型電腦的問市，使得與傳統顯示器相比具有較小體積及電力消耗特性的平面顯示器之需求與日俱增，成為目前作重要的電子應用產品之一。在平面顯示器當中，由於有機電激發光件具有自發光、高亮度、廣視角、高應答速度及製程容易等特性，使得有機電激發光裝置無疑的將成為下一世代平面顯示器的最佳選擇。
傳統有機電激發光裝置由於係利用半導體材料的疊層及未摻雜的電洞注入層，因此具有較高的驅動電壓，且傳統有機電激發光的元件的耗電量甚至高於同類型的液晶顯示器。
為了解決上述驅動電壓及耗電量的問題，Huang在其著作“Low Voltage Organic Electroluminescent Devices Using pin Structures”(Applied Physics Letters,Vol.80,No.1,pp 139－141(2002))揭露了一種具有p－i－n結構的有機電激發光裝置，其特徵在於具有一P型摻雜的電洞注入層。
Stephen R.Forrest亦揭露一種具有p－i－n結構的有機電激發光裝置，其特徵在於使用有機材料：F4－TCNQ(四氟四氰基－對喹喏二甲烷、2,3,5,6－tetrafluoro－7,7,8,8－tetracyano－p－quinodimethane)作為P型摻雜物，並且利用m－MTDATA(4,4',4"－三偶(3－甲基苯基苯胺)三苯胺4,4',4"－tris(3－methylphenyl phenylamino)－triphenylamine)作為該P型摻雜電洞層的主體材料。其可在操作電流為100 cd/m2
下將驅動電壓下降2伏特。然而，由於F4－TCNQ具有較差的熱穩定性，因此很容易在蒸鍍時裂解掉，導致有機電激發光裝置的可靠度及效能降低。此外，由於F4－TCNQ的蒸鍍溫度較低，因此F4－TCNQ的摻雜量係不容易控制。
綜上所述，為改善電激發光裝置的發光效率，發展出新穎的P型摻雜物來改善具有p－i－n結構之電激發光裝置的性能表現，是目前主動式有機電激發光裝置製程技術上亟需研究之重點之一。
有鑑於此，本發明的目的係提供一種包含具有高發光效率之電激發光裝置的影像顯示系統及其製造方法，以符合平面顯示器市場的需求。
為達成本發明之目的，該影像顯示系統包含一具有電洞注入層的有機電激發光二極體，其中該電洞注入層具有如公式(I)或公式(II)所示結構的化合物：
其中至少一邊兩相鄰的R1
與其鍵結的碳原子相連，形成一飽和且具有4~20個原子的環，而未成環的R1
以及R2
係為獨立的氫或鹵素原子。
根據之本發明另一佳較實施例，本發明所述之影像顯示系統包含一電激發光裝置，其中該電激發光二極體包含：一陽極；電激發光層形成於該陽極；以及一陰極形成於該電激發光層之上，其中該電激發光層包含有一P型摻雜之電洞注入層直接形成於陽極之上，該電洞注入層具有如公式(I)或公式(II)所示結構的化合物：
其中至少一邊兩相鄰的R1
與其鍵結的碳原子相連，形成一飽和且具有4~20個原子的環，而未成環的R1
以及R2
係為獨立的氫或鹵素原子。
為使本發明之上述目的、特徵能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明利用一P型摻雜之電洞注入層以降低有機電激發光二極體之驅動電壓及電能消粍。
請參照第1圖，係顯示本發明一較佳實施所述之影像顯示系統所包含之電激發光二極體100。該電激發光二極體100包含一基板110、一陽極120、電激發光層130、以及一陰極140。該基板110可為玻璃、塑膠、陶瓷基板或是半導體基板。該基板可視需要加以選用，亦即若欲形成一上發光式(top－emission)有機電激發光元件，則該基板亦可為一不透明基板：此外，若欲形成一下發光或一兩面發光式有機電激發光元件，則該基板可為一透明基板。該陽極120之材質可為透光之金屬或金屬氧化物，例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋅鋁氧化物(AZO)、氧化鋅(ZnO)、鋰、鎂、鈣、鋁、銀、銦、金、鎢、鎳、鉑、或上述元素所形成之合金，而形成方法可例如為濺鍍、電子束蒸鍍、熱蒸鍍、或是化學氣相沉積。
該電激發光層130可包含一P型摻雜之電洞注入層131、及一發光層132，可更包含一電洞傳輸層133、一電子傳輸層134、及一電子注入層135，如第一圖所示。值得注意的是該P型摻雜之電洞注入層131可直接形成於該陽極120之上。該電激發光層130之材質可以為有機半導體材料，例如小分子有機材料、高分子化合物材料或有機金屬化合物材料，形成方式可為真空蒸鍍、旋轉塗佈、浸沒塗佈、滾動式塗佈、噴墨填充、浮雕法、壓印法、物理氣相沉積、或是化學氣相沉積。該發光層132可包含一有機電激發光材料及一摻雜物(dopant)，熟悉本技術者可視所使用之有機電激發光材料及所需之元件特性而改變所搭配的摻雜物之摻雜量。因此，摻雜物之摻雜量之多寡非關本發明之特徵，非為限制本發明範圍之依據。該摻雜物可為能量傳移(energy transfer)型摻雜材料或是載體捕集(carrier trapping)型摻雜材料。該有機電激發光材料可為螢光(fluorescence)發光材料。而在本發明之某些較佳實施例中，該有機電激發光材料亦可為磷光(phosphorescence)發光材料。該發光層132、電洞傳輸層133、電子傳輸層134、及電子注入層135之厚度非為本發明之技術特徵，並無特別之限制，可視一熟知此技藝之人之需要調整。
本發明之技術特徵之一，係該P型摻雜之電洞注入層131包含一作為主體的電洞注入材料及一P型摻雜物。此外，該電洞注入層具有如公式(I)或公式(II)所示結構的化合物，作為P型摻雜物：
其中至少一邊兩相鄰的R1
與其鍵結的碳原子相連，形成一飽和且具有4~20個原子的環，而未成環的R1
以及R2
係為獨立的氫或鹵素原子。此外，該飽和且具有4~20個原子的環係擇自由苯環、噻吩甲環、吡咯環、呋喃環、含硫雜環、及噻(dithiin)環所組成的族群中。其中在該飽和且具有4~20個原子的環可至少具有一鹵素原子取代氫原子與環上的碳原子鍵結。具有公式(I)所示結構的化合物可為具有氰基(cyano)取代的衍生物，例如：
其中X係為O、N－R3
、或S,且R2
和R3
係為氫原子或鹵素原子。再者，具有公式(I)所示結構的化合物可為具有氰基(cyano)取代的衍生物，例如：
其中X係為O、N－R3
、或S，且R2
及R3
係為氫原子或鹵素原子。
該陰極140係形成於該電激發光層130上(例如該電子注入層135之上)，可為可注入電子於該有機電激發光層之材質(經由該電子注入層135)，例如為低功函數之材料，像是Ca、Ag、Mg、Al、Li、或是其任意之合金，形成方法可例如為濺鍍、電子束蒸鍍、熱蒸鍍、或是化學氣相沉積。
以下，係列舉數個實施例，並請配合圖示，以說明符合本發明之包含電激發光裝置之影像顯示系統。
實施例1：
取0.635g的4,8－雙(二氰甲亞基)－4.8－二氫苯駢[1,2－b：4,5－b’]二噻吩－4,8－雙酮(4,8－Bis(dicyanomethylene)－4.8－dihydrobenzo[1,2－b：4,5－b’]diththiophene－4,8－dione)、3.8g的丙二晴(malononitrile)及10ml吡啶(pyridine)溶於200ml的氯仿。在加入0.8ml的TiCl4
後，加熱迴流5小時。冷卻後，經過萃取、過濾、濃縮及乾燥後，得到紅色的化合物(A)，其熔點為332℃。
比較實施例1：
使用清潔劑、丙酮、及異丙醇以超音波振盪將具有100nm厚的ITO透明電極(陽極)的玻璃基材洗淨。以氮氣將基材吹乾，進一步以UV/臭氧清潔。接著於10－5
Pa的壓力下依序沉積電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層及一鋁電極於該ITO電極上，以獲致該有機電激發光二極體裝置(1)。以下係列出各層之材質及厚度。
電洞注入層：厚度為1500nm，材質為HI406(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)。
電洞傳輸層：厚度為20nm，材質為NPB(N,N'－兩－萘基－兩－苯基－聯苯胺N,N'－di－1－naphthyl－N,N'－diphenyl－1,1'－biphenyl－1,1'－biphenyl－4,4'－diamine)。
發光層：厚度為31nm，包括(1)摻雜有BD102(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)之BH120(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)層，其中該BH120/BD102＝100/3.5，以及(2)摻雜有RD01(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)之BH120，其中該BH120/RD01＝200/7。
電子傳輸層：厚度為13nm，材質為Alq3(三－(8－氫氧基)奎啉鋁)(tris－(8－hydroxyquinoline)aluminum)。
電子注入層：厚度為1nm，材質係為氟化鋰(LiF)。
鋁電極：厚度為150nm。
接著，以PR650(由Photo Research Inc.購入)及Minolta LS110測量該有機電激發光二極體裝置(1)之光學特性，其測量結果係如表1及第2圖所示。
比較實施例2：
使用清潔劑、丙酮、及異丙醇以超音波振盪將具有100 nm厚的ITO透明電極(陽極)的玻璃基材洗淨。以氮氣將基材吹乾，進一步以UV/臭氧清潔。接著於10－5
Pa的壓力下依序沉積電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層及一鋁電極於該ITO電極上，以獲致該有機電激發光二極體裝置(2)。以下係列出各層之材質及厚度。
電洞注入層：厚度為1500nm，材質為摻雜有F4－TCNQ之HI 406(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)。F4－TCNQ與HI 406的重量比為2.5：100。
電洞傳輸層：厚度為20nm，材質為NPB(N,N'－兩－萘基－兩－苯基－聯苯胺、N,N'－di－1－naphthyl－N,N'－diphenyl－1,1'－biphenyl－1,1'－biphenyl－4,4'－diamine)。
發光層：厚度為31nm，包括(1)摻雜有BD102(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)之BH120(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)層，其中該BH120/BD102＝100/3.5，以及(2)摻雜有RD01(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)之BH120，其中該BH120/RD01＝200/7。
電子傳輸層：厚度為13nm，材質為Alq3(三－(8－氫氧基)奎啉鋁)(tris－(8－hydroxyquinoline)aluminum)。
電子注入層：厚度為1nm，材質係為氟化鋰(LiF)。鋁電極：厚度為150nm。
接著，以PR650(由Photo Research Inc.購入)及Minolta LS110測量該有機電激發光二極體裝置(2)之光學特性，其測量結果係如表1及第2圖所示。
實施例2：
使用清潔劑、丙酮、及異丙醇以超音波振盪將具有100 nm厚的ITO透明電極(陽極)的玻璃基材洗淨。以氮氣將基材吹乾，進一步以UV/臭氧清潔。接著於10－5
Pa的壓力下依序沉積P型摻雜之電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層及一鋁電極於該ITO電極上，以獲致該有機電激發光二極體裝置(3)。以下係列出各層之材質及厚度。
P型摻雜之電洞注入層：厚度為1500nm，材質為摻雜有化合物(A)之HI 406(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)。化合物(A)之重量百分比為4%。
電洞傳輸層：厚度為20nm，材質為NPB(N,N'－兩－萘基－兩－苯基－聯苯胺N,N'－di－1－naphthyl－N,N'－diphenyl－1,1'－biphenyl－1,1'－biphenyl－4,4'－diamine)。
發光層：厚度為31nm，包括(1)摻雜有BD102(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)之BH120(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)層，其中該BH120/BD102＝100/3.5，以及(2)摻雜有RD01(由Idemitsu Co.,Ltd販賣製造)之BH120，其中該BH120/RD01＝200/7。
電子傳輸層：厚度為13nm，材質為Alq3(三－(8－氫氧基)奎啉鋁)(tris－(8－hydroxyquinoline)aluminum)。
電子注入層：厚度為1nm，材質係為氟化鋰(LiF)。鋁電極：厚度為150nm。
接著，以PR650(由Photo Research Inc.購入)及Minolta LS110測量該有機電激發光二極體裝置(3)之光學特性，其測量結果係如表1及第2圖所示。
請參照第2圖，係為實施例2及比較實施例1~2所述之發光元件一系列的光電特性比較。如圖所示，與比較實施例相比，有機電激發光二極體裝置(3)(實施例2)具有較低的操作電壓及較高的效率。
由於本發明電洞注入層中之特定摻雜物(例如上述之化合物(A))具有較佳的熱穩定性及高的蒸鍍溫度(大於170℃)，因此蒸鍍時不會變質且易於控制摻雜比例，因此可解決習知P型摻雜化合物所造成的問題，取代傳統P型摻雜化合物。本發明具有特定摻雜物的有機電激發光二極體具有較佳之可靠度及發光效能。此外，由於其具有及高的蒸鍍溫度，因此在少量摻雜蒸鍍時極易控制其蒸鍍速度，進而精準控制摻雜量。
請參照第3圖，顯示本發明所述之包含有機電激發光二極體裝置之影像顯示系統之配置示意圖，其中該包含有機電激發光二極體裝置之電子裝置400可包含一顯示面板200，該顯示面板具有本發明所述之主動有機電激發光裝置(例如第1圖所示之有機電激發光二極體裝置100)，而該顯示面板200可例如為有機電激發光二極體面板。仍請參照第3圖，該顯示面板200可為一電子裝置之一部份(如圖所示之電子裝置400)。一般來說，該電子裝置400可包含顯示面板200及一輸入單元300，與該顯示面板耦接，其中該輸入單元300係傳輸訊號(例如影像訊號)至該顯示面板，以使該顯示面板200顯示影像。該電子裝置400可例如為行動電話、數位相機、PDA(個人資料助理)、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車用顯示器、或是可攜式DVD放映機。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。
電激發光二極體．．．100
基板．．．110
陽極．．．120
電激發光層．．．130
P型摻雜之電洞注入層．．．131
發光層．．．132
電洞傳輸層．．．133
電子傳輸層．．．134
電子注入層．．．135
陰極．．．140
顯示面板．．．200
輸入單元．．．300
電子裝置．．．400
第1圖係顯示本發明一較佳實施例所述之有機電激發光二極體之剖面示意圖。
第2圖係顯示實施例2與比較實施例1~2所述之電激發光二極體其操作電壓與亮度的關係圖。
第3圖係顯示本發明所述之包含有機電激發光二極體之影像顯示系統之配置示意圖。
電激發光二極體．．．100
基板．．．110
陽極．．．120
電激發光層．．．130
P型摻雜之電洞注入層．．．131
電洞傳輸層．．．133
發光層．．．132
電子傳輸層．．．134
電子注入層．．．135
陰極．．．140
Claims (9)
- 一種影像顯示系統，包含：一具有電洞注入層的有機電激發光二極體，其中該電洞注入層包含具有以下結構之化合物：
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該化合物係作為該電洞注入層的P型摻雜物。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包含一陽極，其中該電洞注入層與該陽極電性連結。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該化合物其沉積溫度係大於150℃。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該有機電激發光二極體係為具有p-i-n結構的有機電激發光二極體。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包含一顯示面板，其中該電激發光裝置，係構成該顯示面板之一部份。
- 如申請專利範圍第6項所述之影像顯示系統，更包含一電子裝置，其中該電子裝置包含：該顯示面板；以及一輸入單元，與該顯示面板耦接，其中該輸入單元係傳輸訊號至該顯示面板，以使該顯示面板顯示影像。
- 如申請專利範圍第7項所述之影像顯示系統，其中該電子裝置係為一行動電話、數位相機、個人資料助理(PDA)、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車用顯示器、或可攜式數位影音光碟(DVD)播放機。
- 一種影像顯示系統，包含：一有機電激發光二極體，其中該有機電激發光二極體包含：一陽極；電激發光層形成於該陽極；以及一陰極形成於該電激發光層之上，其中該電激發光層包含有一P型摻雜之電洞注入層直接形成於陽極之上，該電洞注入層包含具有以下結構之化合物：
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