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CN1175502C - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

一种电致发光器件，包括：第一电极；第二电极；和在电极之间的电致发光有机材料的发光区；且其中，该第一电极包括能将正电荷载流子注入到发光区的第一材料和能将负电荷载流子注入到发光区的第二材料；且该第二电极包括能将正电荷载流子注入到发光区的第三材料和能将负电荷载流子注入到发光区的第四材料。

Description

发光器件
技术领域
本发明涉及发光器件，例如适合作为显示器件的器件。
背景技术
显示器件的一种特殊种类是将有机材料用作光发射的那些器件。PCT/WO90/13148和US4539507中描述了发光有机材料，在此将该两篇中的内容引作参考。这些器件的基本结构是发光有机层，例如夹在两电极之间的聚(对-亚苯基亚乙烯基)(“PPV”)膜。电极之一(阴极)注入负电荷载流子(电子)，另一个电极(阳极)注入正电荷载流子(空穴)。在有机层中电子和空穴结合产生光子。在PCT/WO90/13148中，有机发光材料是聚合物。在US4539507中，有机发光材料是公知的小分子材料种类，例如(8-羟基喹啉)铝(“Alq3”)。在实际的器件中，电极之一一般为透明的，以让光子离开器件。
图1显示有机发光器件(“OLED”)的典型剖面结构。一般OLED是被制作在玻璃或塑料基底1上的，该玻璃或塑料基底1上覆盖有例如氧化铟锡(“ITO”)材料的透明阳极2，此材料适合于注入正电荷载流子。这种涂覆的基底适合商业应用。这种涂覆ITO的基底至少被电致发光有机材料3的薄膜层和形成适合于注入负电荷载流子的材料的阴极4的终止层所覆盖。该阴极一般为金属或合金。在器件中可以包括其它层，例如以在电极和电致发光材料之间提高电荷传输。
图2显示在图1的器件中的层的能级。在正偏压下，空穴从阳极2通过且电子从阴极4通过进入发光层是有利的，在发光层它们结合。在负偏压下，电子从该电极2通过进入该发光层，或空穴从该电极4通过进入该发光层2是不利的。因此，该器件起到二极管的作用。
OLED性能的重要量度是寿命、功率和开启电压。已经认识到，通常通过间歇地驱动或甚至通过在阳极和阴极之间提供暂时反转电压(AC驱动)就能延长一般的OLED的寿命。然而，由于当施加负电压时没有光发出，AC驱动模式减少了从OLED的光输出，除非当器件在正偏压下时在时间周期内该器件被强行驱动。这种强行驱动会加速器件的退化。在一些情况下，由间歇或AC驱动在寿命上的任何获得的不均衡性是明显的。
发明内容
根据本发明提供了一种电致发光器件，该器件包括：第一电极；第二电极；和在该电极之间的电致发光有机材料的发光区；其中该第一电极包括能将正电荷载流子注入到发光区的第一材料和能将负电荷载流子注入到发光区的第二材料；以及该第二电极包括能将正电荷载流子注入到发光区的第三材料和能将负电荷载流子注入到发光区的第四材料。
优选的是，当所说的负电荷载流子从第一电极注入和正电荷载流子从第二电极注入时，器件能够从发光区发光，并且当所说的正电荷载流子从第一电极注入和负电荷载流子从第二电极注入时，器件能够从发光区发光。
优选的是，当在电极之间提供的电压值小于20、10或5V时，如上所述的第一、第二、第三和第四材料能够注入电荷载流子。第一和第三材料之一或两者可以具有高于4.0eV或4.5eV的功函数。第二和第四材料之一或两者可以具有低于3.5eV或3.0eV的功函数。
第一电极适合具有面向电致发光材料区的表面，该表面存在有第一材料和第二材料。该第一和第二材料区优选位于临近电致发光材料区。第二电极适合具有面向电致发光材料区的表面，该表面存在第三材料和第四材料。该第三和第四材料区优选位于临近电致发光材料区。
第一和/或第三材料可以例如是金或铂或ITO。该第一和第三材料可以相同或不同。第二和/或第四材料可以例如是碱金属、碱土金属、或碱金属、碱土金属的氧化物或氟化物，其适合具有低功函数—例如低于3.5eV。第二和/或第四材料可以是低功函数金属例如Li、Ca、Mg、Cs、Ba、Yb、Sm等的氟化物或氧化物。第二和/或第四材料可以相同或不同。
电极之一或两者优选可为透光的，最优选为透明的。
根据本发明的第二个方面，提供了一种如上所述的驱动电致发光器件的方法，该方法包括将交流驱动模式应用于电极。该交流驱动模式可以包括将相对于第二电极的正偏压重复加在第一电极并随后将相对于第二电极的负偏压加在第一电极。该模式可以是或不是周期性的。当没有一个电极相对于另一个电极被加偏压时，该模式可以包括或不包括周期。
如通过包括相反偏压的周期的模式驱动该器件，与当相对于第二电极给第一电极施加负偏压时通过电极提供的电压相比较，优选的是当相对于第二电极给第一电极施加正偏压时通过电极提供的电压，从而在发光区的不同区域中导致电子/空穴的再结合。
发光材料适合为有机材料，优选为聚合物材料。发光材料优选为半导电的和/或共轭的聚合物材料。或者，发光材料可以是其它种类，例如升华的小分子薄膜或无机发光材料。每种无机发光材料可以包括一种或多种单独的有机材料，适合的是聚合物，优选为全部或部分共轭的聚合物。例如材料包括以下的一种或多种的任何组合：聚(对-亚苯基亚乙烯基)(“PPV”)、聚2-甲氧基-5-(2’-乙基)己基氧亚苯基亚乙烯基(“MEH-PPV”)、一种或多种PPV-衍生物(例如，二烷氧基或二烷基衍生物)、聚芴和/或插入有聚芴链段的共聚物、PPVs和相应的共聚物、聚(2，7-(9，9-二-正-辛基芴)-(1，4-亚苯基-((4-仲丁基苯基)亚氨基)-1，4-亚苯基))(“TFB”)、聚(2，7-(9，9-二-正-辛基芴)-(1，4-亚苯基-((4-甲基苯基)亚氨基)-1，4-亚苯基-((4-甲基苯基)亚氨基)-1，4-亚苯基))(“PFM”)、聚(2，7-(9，9-二-正-辛基芴)-(1，4-亚苯基-((4-甲氧基苯基)亚氨基)-1，4-亚苯基-((4-甲氧基苯基)亚氨基)-1，4-亚苯基))(“PFMO”)、聚(2，7-(9，9-二-正-辛基芴)(“F8”)或(2，7-(9，9-二-正-辛基芴)-3，6-苯并噻二唑)(“F8BT”)。可选择的材料包括小分子材料例如Alq3。发光区可以包括两种或多种这样的材料。
在发光区和一个或两个电极或集成到发光区的电极之间可以设置一个或多个电荷传输层。该电荷传输层或每个电荷传输层可以适当地包括一种或多种聚合物，例如聚苯乙烯磺酸掺杂的聚乙二氧噻吩(“PEDOT-PSS”)、聚(2，7-(9，9-二-正-辛基芴)-(1，4-亚苯基-(4-亚氨基(苯甲酸))-1，4-亚苯基-(4-亚氨基(苯甲酸))-1，4-亚苯基))(“BFA”)、聚苯胺和PPV。
附图说明
现在将参照附图以实施例的方式描述本发明，其中：
图1是有机发光器件的典型剖面结构图；
图2是显示在图1的器件中的能级的示意图；
图3是发光器件的剖面图；以及
图4和5说明了驱动模式。
具体实施方式
图3的器件包括位于两个电极结构11和12之间的发光材料区10。该电极结构连接到驱动单元13，该单元能够在电极结构之间提供电压。形成电极结构以致能够从发光材料获得相对有效的发光，无论电极结构11是阳极(因此相对于电极结构12是正极)或阴极(因此相对于电极结构12是负极)。
在玻璃基底14上形成图3的器件，该基底由氧化铟锡(ITO)接触层15覆盖。这种覆盖了ITO的玻璃基底适合商业应用。该玻璃板可以是厚度为例如1mm的碱石灰或硼硅玻璃板。可以替代玻璃的其它材料如有机玻璃(Perspex)。ITO覆盖的厚度适合为大约150nm并且ITO适合具有10-30Ω/□的表面电阻，优选为大约15Ω/□。
在ITO层15上沉积Au和LiF的电荷注入层16。可以通过Au和LiF的共同蒸发形成这层。层15的厚度适合为2-20nm之间，优选为大约5nm。选择适合的Au∶LiF比，例如为1∶1。选择Au∶LiF层的微结构以获得所需的双向器件性能(对此微结构，优选高功函数和低功函数组分能在与发光材料的界面处显示出它们的体特性)以及在器件的期望的观测距离处的足够均匀的发光。打算从近距离观测的器件需要电极具有比打算从远距离观测的器件中可以承受的更细的微结构。
沉积发光材料以形成区域10。该发光材料可以是任何适合的发光聚合物、小分子或低聚物材料等、或两种或多种这种材料选择地与其它材料的混合物。通过取代的聚(对-亚苯基亚乙烯基)聚合物形成该层。其是通过将有机溶剂旋涂在层2的顶部而沉积上的。发光材料可以与发光区内的有助于电荷传输的组分混合。发光材料层的厚度适合为大约90nm。
电极12包括Au和LiF的第二电荷注入层17，该层可以通过这些组分共同蒸发而再次沉积。层17的厚度适合大约为20nm。
在电荷注入层17之上为A1的第二接触层18，该层通过蒸发而沉积。层18的厚度适合大约为500nm。
在已经沉积该层18后，制造层15和18的接触，为了环境保护，在环氧-玻璃中密封该器件。
电极结构11包括层15和16。电极结构12包括层17和18。
每个电荷注入层16和17包括较高功函数的材料(Au)和较低功函数的材料(LiF)。该层的微结构使得那些材料出现在整个层，特别是在每个临近发光区的层的表面。其结果是，在使用期间无论它们是器件的阳极或阴极，电荷注入层也能相对高效地注入电荷。导电接触层15和18起到了驱动单元13的连接器的界面的作用并有助于在电荷注入层之上均匀地分布电荷。电荷注入层16和17可进一步包括高或低功函数组分和/或提高通过层的电导率的组分。
在图3的实施方案中，基底14、接触层15和注入层16是传送光的并且优选为透明的，以使光可以通过基底离开器件(参见箭头19)。在另一个器件中，另一个电极结构12可以是能传送光的，或可以通过器件的侧面发射光。
图4示出了用于驱动图3的器件的模式的例子。图4示出在层15和17之间所提供的电压对时间的一系列示意图。
图A表示提供恒定电压，因此层15较层17保持在一个更高的电位(正电位)。在这种情况下，电极结构11作为阳极，电极结构12作为阴极。电极11通过层16的高功函数Au组分向发光材料注入空穴。电极12通过层17的低功函数LiF组分向发光材料注入电子。
图B显示提供恒定电压，因此层15较层17保持在一个低电位(负电位)。在这种情况下，电极结构11作为阴极，电极结构12作为阳极。电极11通过层16的低功函数LiF组分向发光材料注入电子。电极12通过层17的高功函数Au组分向发光材料注入空穴。
因此在正偏压和负偏压下(模式A和B)器件能相对有效地工作。在交流电(AC)驱动模式下，如模式C至G给出的例子，器件同样能工作。可以相信，AC驱动模式可以提供比直流(DC)驱动模式更多的优点。导致OLED失效的一个原因是器件的组分在提供的恒定方向场下向着电极之一迁移。AC模式可在提供相反的场时，通过在反方向上诱导迁移而解决这个问题。此外，在一些环境中，由于硬件原因利用AC驱动OLED可能更方便。
图C是简单方波交流驱动模式，其中该模式的正负部分为相等的周期和电压。
图D是简单正弦波交流驱动模式，其中该模式的正负部分为相等的周期和电压。
图表并不需要是对称的。图E是方波模式，其中该模式的正负部分为不同的水平。如果器件在加偏压下比在其它状态下更有效地发光，这个模式是实用的，这是因为通过这个模式，器件的亮度因而可以保持恒定。图F是方波模式，其中该模式的正负部分为不同的周期。如果在一种偏压下比在另一种偏压下迁移更大，这种模式是可以使用的。
图4中的模式G包括零电压周期。
驱动模式不必是周期性的：它可能是随机的。
当通过AC驱动模式驱动上述的器件时，通过附加的机械装置可以达到寿命的进一步提高。可以相信，发光材料的常规器件的退化在电子/空穴的再结合产生的材料区域是最大的。这是在对给定亮度的材料的固定区域内。当图3的器件以反向再结合工作时，该再结合可能产生在不同的区域。因此，图3的器件中的退化更均匀地分布在整个发光区。图5示出一个完整周期的方波驱动模式。通过改变Vp、VN、tp和tN，该模式能产生具有在不同位置中的再结合/退化区域的所期望的亮度。
每个电荷注入层的材料之一适合具有近似于发光材料的LUMO水平的功函数。每个电荷注入层的材料之一适合具有近似于发光材料的HOMO水平的功函数。对于典型的有机发光材料，优选的是每个电荷注入层的材料之一具有大于4.0、4.1、4.2、4.3、4.4或4.5eV、或高于4.5eV的功函数，和/或每个电荷注入层的另一种材料具有小于3.5、3.4、3.3、3.2、3.1或3.0eV、或低于3.0eV的功函数。电荷注入层可以具有相同或不同的组成。
在电极之一或两个电极与发光层之间可以有一个或多个电荷传输层。该电荷传输层可以是导电的有机材料例如聚苯乙烯磺酸掺杂的聚乙二氧噻吩(“PEDOT-PSS”)。
该器件可以形成具有多个独立控制的显示元件或象素的较大的显示单元的一部分。象素可以是相同的或不同的形状。通过包括有源的和无源的矩阵寻址的任何适合的寻址模式，就能寻址到象素。
本申请人注意到事实，即本发明可以毫无疑问的包括在此公开的任何特征或特征的组合或它的任何概括，而对现在的权利要求书的任何范围没有限制。以前述说明书的观点出发，对本领域技术人员而言，在本发明的范围内所进行各种改进将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种电致发光器件，包括：
第一电极；
第二电极；和
在电极之间的电致发光有机材料的发光区；
且其中：
该第一电极包括能将正电荷载流子注入到发光区的第一材料和能将负电荷载流子注入到发光区的第二材料；和
该第二电极包括能将正电荷载流子注入到发光区的第三材料和能将负电荷载流子注入到发光区的第四材料。
2.根据权利要求1所述的电致发光器件，其中该第一电极具有面向电致发光材料区的表面并且在那个表面处存在该第一材料和该第二材料。
3.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其中该第二电极具有面向电致发光材料区的表面并且在那个表面处存在该第三材料和该第四材料。
4.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其中通过该第一和第二材料的共同沉积形成第一电极。
5.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其中通过该第三和第四材料的共同沉积形成第二电极。
6.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其中至少该第一和第二电极之一是传送光的。
7.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其中该第一和/或第三材料是金或铂。
8.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其中该第二和/或第四材料是碱金属、碱土金属、或碱金属、碱土金属的氧化物或氟化物。
9.根据权利要求1或2所述的电致发光材料，其中该第一和第三材料之一或两者具有高于4.0eV的功函数。
10.根据权利要求1或2所述的电致发光材料，其中该第二和第四材料之一或两者具有低于3.5eV的功函数。
11.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其中该第一和第三材料相同。
12.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其中该第二和第四材料相同。
13.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其包括电连接到该第一和第二电极的驱动单元，用于将交流电驱动模式提供到电极。
14.根据权利要求1或2所述的电致发光器件，其包括在至少一个电极和发光区之间的导电材料的电荷传输层。
15.一种驱动权利要求1所述的电致发光器件的方法，其包括将交流电驱动模式提供到电极。
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