TWI508621B - 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，特別關於一種包含全彩有機電激發光裝置之影像顯示系統。
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，成為目前最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，使得有機電激發光件無疑的將成為下一世代平面顯示器的最佳選擇。
有機電激發光件為使用有機層作為主動層的發光二極體，近年來已漸漸使用於平面面板顯示器(flat panel display)上。開發出具有高發光效率及長使用壽命的有機電激發光元件是目前平面顯示技術的主要趨勢之一。此外，為進一步達成有機電激發光元件全彩化的目的，一種稱為串聯式(tandem)有機電激發光裝置被業界所提出。
美國5,703,436號專利揭露一種串聯式全彩有機電激發光裝置，其分別將紅、藍、綠有機發光二極體(oled)垂直堆疊，以串聯方式連接在一起，並以單一電源驅動，達到全彩化的目的。然而，上述串聯式全彩有機電激發光裝置其所需之驅動電壓過高，且所發出之光色會隨著所提供之電流大小而改變。
為了降低全彩有機電激發光裝置之驅動電壓，美國7,193,361號專利揭露一全彩有機電激發光裝置，其包含一陽極及及一陰極對向設置，在該陽極及陰極間更包含有複數之發光層，其特徵在於每一發光層其靠陽極層的表面皆形成有一電洞傳輸層與發光層直接接觸。與傳統串聯式全彩有機電激發光裝置相比，上述之美國7,193,361號專利所揭露之全彩有機電激發光裝置確實可降低元件的驅動電然，不過其色彩飽合度(NTSC ratio)仍然無法提昇。
根據本發明提供一種影像顯示系統，一全彩有機電激發光裝置，其包括：一陽極；一第一發光層及一第二發光層，依序配置於陽極之上；一陰極，配置於第二發光層之上。其中，第一及第二發光層分別包含一第一摻雜物及一第二摻雜物，且第一摻雜物之能隙與第二摻雜物之能隙不同。
以下將配合圖示，以說明根據本發明所提供之包含全彩有機電激發光裝置之影像顯示系統。
請參照第1圖，係顯示根據本發明之影像顯示系統所包含之全彩有機電激發光裝置100。全彩有機電激發光裝置100包含一基板102，在基板102之上依序包含一陽極104、一電洞注入層106、一電洞傳輸層108、一第一發光層110、一阻障層112、一第二發光層114、一第三發光層116、一電子傳輸層118、一電子注入層120、以及一陰極122。值得注意的是，當阻障層112係形成於第一發光層110及第二發光層114之間時，第二發光層114則係與第三發光層116直接接觸，換言之，第二發光層114與第三發光層116之間沒有其他的膜層存在。
基板102可為玻璃或是塑膠基板。陽極104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)或是氧化鋅(ZnO)，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。電洞注入層106、電洞傳輸層108、電子傳輸層118、及電子注入層120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，而電洞注入層106、電洞傳輸層108、電子傳輸層118、及電子注入層120之厚度則無特別之限制，可視熟知此技藝之人之需要而調整。
如第1圖所示，第一發光層110、第二發光層114、及第三發光層116分別摻雜有第一摻雜物111、第二摻雜物115、及第三摻雜物117，且第一摻雜物111之能隙E1、第二摻雜物115之能隙E2、及第三摻雜物117之能隙E3皆不同，因此第一、第二、及該第三摻雜物之能隙關係有以下六種可能：E1>E2>E3、E1>E3>E2 E2>E3>E1、E2>E1>E3、E3>E1>E2、或E3>E2>E1。其中，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。發光層所使用之有機電激發光材料可為螢光(fluorescence)發光材料。在此，第一發光層110、第二發光層114、及第三發光層116由於摻雜物能階不同的關係，可使其發出藍紅綠等不同光色而混合出白光。
阻障層112可為為雙載子(bipolar)材料例如：9,10-雙-(2-萘基)(9,10-bis(2-naphthyl)anthracene、ADN)，或是電子或電洞傳輸材料，例如：N,N’-雙[(1-萘基)-N,N’-二苯基-(1’-聯苯)4,4’-二胺(N,N'
-bis-(1-naphthyl)-N,N'
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-biphenyl-4,4'
-diamine、NPB)、或8-羥基喹啉-鋁(8-hydroxyquinoline aluminum、Alq3)。阻障層(blocking layer)112之形成目的在於平衡電子與電洞之遷移率，以最大化有機電激發光裝置之效率。
陰極122係為可注入電子進入發光層之材質，例如為低功函數之材料，像是Ca、Ag、Mg、Al、Li、Au、Cu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。
根據本發明另一實施例，阻障層112亦可形成於第二發光層114及第三發光層116之間，當阻障層112形成於第二發光層114及第三發光層116之間時，第一發光層110則係與第二發光層114直接接觸，請參照第2圖。
請參照第3圖，係顯示根據本發明另一實施例之全彩有機電激發光裝置200，包含一基板202，在基板202之上依序包含一陽極204、一電洞注入層206、一電洞傳輸層208、一第一發光層210、一阻障層212、一第二發光層214、一電子傳輸層216、一電子注入層218、以及一陰極220。在此實施例中，第一發光層210、及第二發光層214分別摻雜有第一摻雜物211、及第二摻雜物215。此外，第一發光層210中更進一步摻雜有第三摻雜物217，其中第一摻雜物211之能隙E1、第二摻雜物215之能隙E2、及第三摻雜物217之能隙E3之關係為E1>E3>E2或E2>E3>E1。根據本發明，對於第一摻雜物211、第二摻雜物215、及第三摻雜物217而言，能隙相差最大的兩者是不會同時摻雜在同一層發光層中，以避免色彩飽合度(NTSC ratio)的降低。此外，在此實施例中，第一摻雜物211之能隙E1與第三摻雜物217之能隙E3的差值(∣E1-E3∣)係小於第二摻雜物215之能隙E2與第三摻雜物217之能隙E3的差值(∣E2-E3∣)，符合以下關係∣E1-E3∣<∣E2-E3∣。再者，在第一發光層210中，第一摻雜物211之能隙E1與第三摻雜物217之能隙E3的差值不大於0.5eV。在此，第一發光層210可同時包含紅光摻雜物及綠光摻雜物或是同時包含藍光摻雜物及綠光摻雜物。
此外，根據本發明其他實施例，第三摻雜物217係亦可摻雜於第二發光層214中，請參照第4圖，其中第一摻雜物211之能隙E1、第二摻雜物215之能隙E2、及該第三摻雜物217之能隙E3之關係係為E1>E3>E2或E2>E3>E1。由於第三摻雜物217與第二摻雜物215係同時摻雜於第二發光層214中，因此，第一摻雜物211之能隙E1與第三摻雜物217之能隙E3的差值(∣E1-E3∣)係大於第二摻雜物215之能隙E2與第三摻雜物217之能隙E3的差值(∣E2-E3∣)，符合以下關係∣E1-E3∣>∣E2-E3∣。再者，在第二發光層214中，第二摻雜物215之能隙E2與第三摻雜物217之能隙E3的差值係不大於0.5eV。在此，第二發光層214可同時包含紅光摻雜物及綠光摻雜物或是同時包含藍光摻雜物及綠光摻雜物。
以下，係列舉數個實施例，並請配合圖示，以說明根據本發明之包含電激發光裝置之影像顯示系統。
使用中性清潔劑、丙酮、及乙醇，以超音波振盪將90nm厚的具有ITO(30Ω/sq)透明電極(作為陽極)的玻璃基材洗淨。於烘箱中將基材烘乾(120℃)，進一步以UV/臭氧清潔。接著於5x10-7
Pa的壓力下依序沉積一電洞注入層、一電洞傳輸層、一第一發光層、一阻障層、一第二發光層、一第三發光層、一電子傳輸層、一電子注入層、以及一陰極於該ITO電極上，以獲致有機電激發光裝置(1)。以下係列出各層之材質及厚度：
電洞注入層：厚度為60nm，材質為4,4',4"-三[N-3-甲基苯基-N-苯基氨基]三苯胺(4,4',4"-tris[N,(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-triphenylamine、m-TDATA)。
電洞傳輸層：厚度為20nm，材質為4，4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl、α-NPD)。
第一發光層(紅光)：厚度為5nm，主體材料為8-羥基喹啉-鋁(8-hydroxyquinoline aluminum、Alq3)，並摻雜有一紅光摻雜物(產品號為RD3，由Kodak製造販售)，其紅光摻雜物之重量百分比為0.5wt%。
阻障層：厚度為7nm，材質為4，4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl、α-NPD)。
第二發光層(綠光)：厚度為20nm，主體材料為9,10-雙-(2-萘基)，並摻雜有摻雜物10-(2-苯并噻唑基)-2,3,6,7-四氫-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-[1]苯并吡喃[6,7-8-i,j]-喹啉-11-酮(10-(2-Benzothiazolyl)-2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H,5H,11H-(1)benzopyropyrano(6,7-8-I,j)quinolizin-11-one、C545T)，其綠光摻雜物之重量百分吡為10wt%。
第三發光層(藍光)：厚度為20nm，主體材料為9,10-雙-(2-萘基)，並摻雜有摻雜物雙[4-(二對甲苯基氨基)苯乙烯基]聯苯(Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl、DPAVBi)，其藍光摻雜物之重量百分吡為7.5wt%。
電子傳輸層：厚度為20nm，材質為雙-10-羥基苯鈹(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium、BeBq2)。
電子注入層：厚度為1nm，材質係為氟化鋰(LiF)。鋁電極：厚度為150nm。
有機電激發光裝置(1)之結構可表示為：ITO(90nm)/m-TDATA(60nm)/α-NPD(20nm)/Alq3
＆ RD3(0.5wt%)(7nm)/α-NPD(5nm)/ADN ＆ C545T(10wt%)(20nm)/ADN ＆ DPAVBI(7.5wt%)(20nm)/BeBq2
(20nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)。
接著，以程式電流源(Kathelly 2400)及光度計(Minolta TS110)測量有機電激發光裝置(1)之光學特性。有機電激發光裝置(1)之光電性質(操作電壓4.52V)，如表1所示：
此外，對有機電激發光裝置(1)在不同電流密度進行CIE色坐標值的量測，結果如表2所示。
第5圖為有機電激發光裝置(1)，其第一發光層、阻障層、第二發光層、及第三發光層之能隙關係示意圖(虛線代表摻雜物的能階，HOMO及LUMO的差值即為能隙)，由圖中可知，其第一摻雜物(即紅光摻雜物)之能隙E1、第二摻雜物(即綠光摻雜物)之能隙E2、及該第三摻雜物(即藍光摻雜物)之能隙E3關係為E2=E3>E1。第6圖為有機電激發光裝置(1)在不同電流密度下的電激發光光譜圖。由圖可知，雖然發光效率提升但光譜會隨電流密度大小而有所變化。
使用中性清潔劑、丙酮、及乙醇，以超音波振盪將90nm厚的具有ITO(30Ω/sq)透明電極(作為陽極)的玻璃基材洗淨。於烘箱中將基材烘乾(120℃)，進一步以UV/臭氧清潔。接著於5x10-7
Pa的壓力下依序沉積一電洞注入層、一電洞傳輸層、一第一發光層、一阻障層、一第二發光層、一電子傳輸層、一電子注入層、以及一陰極於該ITO電極上，以獲致有機電激發光裝置(2)。以下係列出各層之材質及厚度：
電洞注入層：厚度為60nm，材質為4,4',4"-三[N-3-甲基苯基-N-苯基氨基]三苯胺。
電洞傳輸層：厚度為20nm，材質為4，4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(α-NPD)。
第一發光層(紅光)：厚度為5nm，主體材料為8-羥基喹啉-鋁，並摻雜有一紅光摻雜物4-二氰基亞甲基-2-甲基-6-(對二甲基氨苯乙烯)-4H-吡喃(DCM1、4-(dicyanomethylene)-2,8-dimethyl-5,6,7,8-tetrahydro-4H-1-benzopyran)，其紅光摻雜物之重量百分比為重量比例為0.5wt%。
阻障層：厚度為7nm，材質為4，4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯。
第二發光層(綠光及藍光)：厚度為40nm，主體材料為2-(第三丁基)-9,10-雙-(2-萘基)蔥(TBADN、2-(t-Butyl)-9,10-di(2-naphthyl)anthracene)，並摻雜有綠光摻雜物香豆素6(Coumarin6、diethylaminocoumarin)及藍光摻雜物對-雙(對-N,N-二-苯基-苯乙烯基)苯(DSA-ph、p-bis(p-N,N-di-phenyl-aminostyryl)benzene)，其綠光摻雜物與主體材料之重量百分比為10wt%、而藍光摻雜物與主體材料之重量百分比為7.5wt%。
電子傳輸層：厚度為20nm，材質為雙-10-羥基苯鈹。
電子注入層：厚度為1nm，材質係為氟化鋰(LiF)。
鋁電極：厚度為150nm。
有機電激發光裝置(2)之結構可表示為：ITO(90nm)/m-TDATA(60nm)/α-NPD(20nm)/Alq3
＆ DCM1(0.5wt%)(7nm)/α-NPD(5nm)/TBADN ＆ Coumarin 6(10wt%) ＆ DSA-ph(7.5wt%)(40nm)/BeBq2
(20nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)。
接著，以程式電流源(Kathelly 2400)及光度計(Minolta TS110)測量有機電激發光裝置(2)之光學特性。有機電激發光裝置(2)之光電性質(操作電壓4.52V)，如表3所示：
此外，對有機電激發光裝置(2)在不同電流密度進行CIE色坐標值的量測，結果如表4所示。
由表2及表4可知，根據本發明之全彩有機電激發光裝置其光色(CIE色坐標值)較不會隨著電流密度的改變而被影響。
第7圖為有機電激發光裝置(2)，其第一發光層、阻障層、及第二發光層之能隙關係示意圖(虛線代表摻雜物的能階，HOMO及LUMO的差值即為能隙)，由圖中可知，其第一摻雜物(即紅光摻雜物)之能隙E1、第二摻雜物(即綠光摻雜物)之能隙E2、及該第三摻雜物(即藍光摻雜物)之能隙E3關係為E3>E2>E1。第8圖為有機電激發光裝置(2)在不同電流密度下的電激發光光譜圖。由圖可知，根據本發明之全彩有機電激發光裝置，其紅、藍、綠主峰強度可達0.3左右，與習知的有機電激發光裝置(1)相比，有機電激發光裝置(2)具有較高的色彩飽合度(NTSC ratio)。
請參照第9圖，係顯示比較例1及實施例1之有機電激發光裝置其發光效率及電流密度的關係。如圖所示，根據本發明之有機電激發光裝置亦具有不錯的發光效率。
與習知技術相比，根據本發明之全彩有機電激發光裝置由於僅使用一組電極組，因此可有效降低操作電壓。此外，根據本發明之全彩有機電激發光裝置，利用一阻障層及具有特定摻雜物能階關係之發光疊層所構成之結構，在不同電流密度下可維持穩定的光色，並且具有較高對色彩飽合度(NTSC ratio)。
第10圖係繪示出根據本發明另一實施例之影像顯示系統方塊示意圖，其可實施於平面顯示裝置300或電子裝置400，例如筆記型電腦、行動電話、數位相機、個人數位助理、桌上型電腦、電視機、車用顯示器、或攜帶式數位影音光碟播放器。根據本發明之全彩有機電激發光裝置100(例如第1-2圖所示之有機電激發光裝置)可設置於平面顯示裝置300，而平面顯示裝置300可為全彩有機電激發光顯示器。在其他實施例中，平面顯示裝置300可設置於電子裝置400中。如第8圖所示，電子裝置400包括：平面顯示裝置300及輸入單元350。輸入單元350係耦接至平面顯示器裝置300，用以提供輸入信號(例如，影像信號)至平面顯示裝置300以產生影像。
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。
100、200．．．全彩有機電激發光裝置
102、202．．．基板
104、204．．．陽極
106、206．．．電洞注入層
108、208．．．電洞傳輸層
110、210．．．第一發光層
111、211．．．第一摻雜物
112、212．．．阻障層
114、214．．．第二發光層
115、215．．．第二摻雜物
116．．．第三發光層
117、217．．．第三摻雜物
118、216．．．電子傳輸層
120、218．．．電子注入層
122、220．．．陰極
300．．．平面顯示裝置
350．．．輸入單元
400．．．電子裝置
第1圖係顯示根據本發明一實施例之具有三層發光層之全彩有機電激發光裝置之剖面示意圖；
第2圖係顯示根據本發明另一實施例之具有三層發光層之全彩有機電激發光裝置之剖面示意圖；
第3圖係顯示根據本發明又一實施例之具有二層發光層之全彩有機電激發光裝置之剖面示意圖；
第4圖係顯示根據本發明其他實施例之具有二層發光層之全彩有機電激發光裝置之剖面示意圖；
第5圖為有機電激發光裝置(1)其第一發光層、阻障層、第二發光層、及第三發光層之能隙關係示意圖；
第6圖係顯示比較例1之有機電激發光裝置(1)在不同電流密度下的電激發光光譜圖；
第7圖為有機電激發光裝置(2)其第一發光層、阻障層、及第二發光層之能隙關係示意圖；
第8圖係顯示實施例1之有機電激發光裝置(2)在不同電流密度下的電激發光光譜圖；
第9圖係顯示實施例1-2之有機電激發光裝置其發光效率與電流密度的關係圖；以及
第10圖係繪示出根據本發明另一實施例之影像顯示系統方塊示意圖。
100．．．全彩有機電激發光裝置
102．．．基板
104．．．陽極
106．．．電洞注入層
108．．．電洞傳輸層
110．．．第一發光層
111．．．第一摻雜物
112．．．阻障層
114．．．第二發光層
115．．．第二摻雜物
116．．．第三發光層
117．．．第三摻雜物
118．．．電子傳輸層
120．．．電子注入層
122．．．陰極
Claims (10)
- 一種影像顯示系統，包括：一全彩有機電激發光裝置，包括：一第一電極；一第一發光層、一阻障層、及一第二發光層，依序配置於該第一電極之上，其中該第一及第二發光層分別包含一第一摻雜物及一第二摻雜物，且一第三摻雜物摻雜於該第一發光層、或該第二發光層之中，其中該第一摻雜物之能隙E1、該第二摻雜物之能隙E2、及該第三摻雜物之能隙E3皆不同；以及一第二電極，配置於該第二發光層之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該全彩有機電激發光裝置更包含一第三發光層。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該第一摻雜物之能隙E1與該第三摻雜物之能隙E3的差值不大於0.5eV。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該阻障層係為雙載子材料、電洞傳輸材料、或電子傳輸材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該第一摻雜物之能隙E1、該第二摻雜物之能隙E2、及該第三摻雜物之能隙E3之關係為E1>E3>E2或E2>E3>E1。
- 如申請專利範圍第5項所述之影像顯示系統，其中該第三摻雜物係摻雜於該第一發光層，且該第一、第二、及該第三摻雜物之能隙關係符合｜E1-E3｜<｜E2-E3｜。
- 如申請專利範圍第5項所述之影像顯示系統，其中該第三摻雜物係摻雜於該第二發光層，且該第一、第二、及該第三摻雜物之能隙關係符合｜E1-E3｜>｜E2-E3｜。
- 如申請專利範圍第7項所述之影像顯示系統，其中該第二摻雜物之能隙E2與該第三摻雜物之能隙E3的差值不大於0.5eV。
- 如申請專利範圍第1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：一平面顯示裝置，其中該全彩有機電激發光裝置係構成該平面顯示裝置之一部份；以及一輸入單元，與該平面顯示裝置耦接，其中該輸入單元係傳輸一訊號至該平面顯示裝置以顯示影像。
- 如申請專利範圍第9項所述之影像顯示系統，其中該電子裝置為行動電話、數位相機、個人數位助理、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車用顯示器、或攜帶式數位影音光碟播放器。
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