TWI496327B - 類燭光有機發光二極體 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種有機發光二極體，尤指高效率、高演色性、低色溫之一種類燭光有機發光二極體。
1987年，柯達公司的C.W.Tang與S.A.VanSlyke發表關於有機電激發光二極體(Organic Light Emitting Device,OLED)之創作，Tang與VanSlyke係利用真空蒸鍍之方式，分別將電洞傳輸材料與電子傳輸材料，例如Alq3，鍍覆於ITO玻璃之上，其後再蒸鍍一層金屬電極，如此，即完成具有自發光性、高亮度、高速反應、重量輕、厚度薄、低耗電、廣視角、可撓性、以及可全彩化之有機電激發光二極體(OLED)之製作。
目前所習用有機電激發光二極體，除了發光材料層之外，亦於陽極與陰極之間增設其它介層，例如：電子傳輸層與電洞傳輸層，以增加有機電激發光二極體之發光效能。請參閱第一圖，係一種習用之有機電激發光二極體之結構圖，如第一圖所示，該習用之有機電激發光二極體1’係包括：一陰極11’、一電子注入層12’、一電子傳輸層13’、一第一發光材料層14’、一第二發光材料層15’、一電洞傳輸層16’、一電洞注入層17’、以及一陽極18’。
上述該習用之有機電激發光二極體1’為一高效率的有機電激發光二極體；然，其為一種白光有機電激發光二極體，只適於作為照明燈源使用；若將此白光有機電激發光二極體用於作為閱讀燈源或者床頭燈源使用，則其高亮度與高色溫將造成眼睛之不適感，嚴重者，將影響人體褪黑激素之分泌，導致失眠。
因此，有鑑於習用的有機電激發光二極體所發出的白光並不適於作為閱讀燈源或者床頭燈源使用，本案之發明人係極力加以研究創作，終於研發完成本發明之一種類燭光有機發光二極體。
本發明之主要目的，在於提供一種類燭光有機發光二極體，係藉由摻雜複數個燭光互補色染料係摻雜於該第一主體發光層與該第二主體發光層之內，使得第一主體發光層發出一第一色光且第二主體發光層發出第二色光；如此，藉由該第一色光與該第二色光之混光，使得本發明之類燭光有機發光二極體可發出一高演色性、低色溫、高效率之類燭光，該類燭光係適於作為閱讀光源或者床頭光源使用，則其低色溫與類燭光特性將營造出適合閱讀之環境光色，使得使用者之眼睛可於舒適的感覺下進行閱讀。
因此，為了達成本發明之上述之目的，本案之發明人係提出一種類燭光有機發光二極體，係包括：
一第一導電層；一電洞注入層，係形成於該第一導電層之上；一電洞傳輸層，係形成於該電洞注入層之上；一第一主體發光層，係形成於該電洞傳輸層之上；一第二主體發光層，係形成於該第一主體發光層之上；一電子傳輸層，係形成於該第二主體發光層之上；一電子注入層，係形成於該電子傳輸層之上；以及一第二導電層，係形成於該電子注入層之上；其中，複數個燭光互補色染料係摻雜於該第一主體發光層與該第二主體發光層之內，使得第一主體發光層發出一第一色光且第二主體發光層發出一第二色光，並且該第一色光與該第二色光係混光成一高演色性、低色溫之類燭光。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種類燭光有機發光二極體，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之實施例。
請參閱第二圖與第三圖，係本發明之一種類燭光有機發光二極體的架構圖與其能階圖。如第二圖與第三圖所示，本發明之類燭光有機發光二極體1係包括：一第一導電層11、一電洞注入層12、一電洞傳輸層13、一第一主體發光層14、一第二主體發光層15、一電子傳輸層16、
一電子注入層17、以及一第二導電層18；其中，複數個燭光互補色染料係摻雜於該第一主體發光層14與該第二主體發光層15之內，使得第一主體發光層發出一第一色光且第二主體發光層發出第二色光；如此，藉由該第一色光與該第二色光之混光。
請繼續參閱第二圖與第三圖，並請同時參閱第四圖，係本發明之類燭光有機發光二極體的第二能階圖。其中，為了詳細說明該類燭光有機發光二極體1之各層材料，係將材料之名稱標示於第四圖之能階圖中，以利對照第三圖與第二圖，進而更容易瞭解該類燭光有機發光二極體1之架構、組成與技術特徵。其中，第一導電層11為一氧化銦錫(ITO)，作為一陽極使用，且第二導電層18為鋁(Al)，係作為一陰極使用。
承上述，電洞注入層12之材料為Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene(PEDOT)，其係形成於該第一導電層11之上；電洞傳輸層13則依序形成於該電洞注入層(PEDOT)12之上，且其製程材料為(1,1-bis{4-[di(p-tolyl)amino]-phenyl}cyclohexane)(TAPC)。依序地，第一主體發光層14之材料為4,4’,4”-Tri(9-carbazoyl)triphenylamine(TCTA)，其形成於該電洞傳輸層13之上；且，複數個燭光互補色染料之一第一染料dy-1係摻雜於該第一主體發光層14之內，其中，第一染料dy-1為藍光染料Iridium(III)
bis(4,6-difluorophenylpyridinato)picolate(FIrpic)，其於該第一主體發光層14之中的最佳重量百分比(wt%)為20 wt%。
繼續地，第二主體發光層15係形成於第一主體發光層14之上，其製程材料為1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl(TPBi)；且，複數個燭光互補色染料之一第二染料dy-2、一第三染料dy-3與一第四染料dy-4皆摻雜於該第二主體發光層15之內，其分別為綠光染料tris(2-phenylpyridine)iridium(Ir(ppy)3)、黃光染料Iridium(III)bis(4-phenylthieno[3,2-c]pyridinato-N,C2’)acetylacetonate(PO-01)、紅光染料Bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium(III)(Ir(piq)2(acac))；並且，該第二染料dy-2、該第三染料dy-3與該第四染料dy-4於該第二主體發光層15之中的最佳重量百分比(wt%)係分別為12.5 wt%、5wt%與1 wt%。
再者，電子傳輸層16係形成於第二主體發光層15之上，而電子注入層17則形成於該電子傳輸層16之上；最後，第二導電層18即形成於該電子注入層17之上，其中，該電子傳輸層16之製程材料為1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene(TPBi)，且該電子注入層17的製程材料為氟化鋰(LiF)。於此，必須補充說明的是，關於該類燭光有機發光二極體1之各層材料的功函數、最低未佔有分子軌道能階(lowest unoccupied molecular orbital energy level of host，ELUMO)與主體最高佔有分子軌道能階(high
occupied molecular orbital energy level of host，EHOMO)係整理如下表(一)所示：
如此，上述係已清楚說明本發明之類燭光有機發光二極體的架構與組成，並且，透過上述之架構，當本發明之類燭光有機發光二極體發光時，其第一主體發光層14係發出一單色光且第二主體發光層15係發出一混色光，並且，該單色光與該混色光係混光成一高演色性、低色溫、高效率之類燭光；該類燭光係適於作為閱讀光源或者床頭光源使用，則其低色溫與類燭光特性將營造出適合閱讀之環境光色，使得使用者之眼睛可於舒適的感覺下進行閱讀。
繼續地，為了證明上述該類燭光有機發光二極體1的架構與組成的可行性，以下將藉由數組實驗數據加以證明。請參閱說明書末2頁的表(二)，係一實驗設計表；於表(二)所示之實驗設計表中，係將第一染料(藍光染料)dy-1於該第一主體發光層14之中的重量百分比(wt%)設定為20wt%，並將第二染料(綠光染料)dy-2、第三染料(黃光染料)dy-3與第四染料(紅光染料)dy-4於該第二主體發光層15之中的重量百分比(wt%)係分別設定為12.5wt%、5wt%與1wt%；另，於表(二)所示之實驗設計表中，係設計三種實驗元件，分別為元件I-1、元件I-2與元件I-3，而這三個實驗元件的差異在於第一主體發光層14與第二主體發光層15的厚度比例，分別為3：1、1：1、1：3。
請繼續參閱說明書末2頁的表(二)，並請同時參閱第五圖、第六圖與第七圖，係分別為本發明之類燭光有機發光二極體的電流密度曲線圖、流明曲線圖與發光效率曲線圖。如第五圖所示，空心菱形、實心三角形與空心圓形之資料點分別代表元件I-1、元件I-2與元件I-3之電流密度曲線，其中，元件I-2與元件I-3的電流密度係大於元件I-1的電流密度。另，如第六圖所示，元件I-2之流明曲線則大於元件I-1與元件I-3的流明曲線；再者，如第七圖所示，元件I-2之發光效率曲線係明顯大於元件I-1與元件I-3的發光效率曲線。此外，由表(二)之實驗設計表中，亦可得知，相較於元件I-1與元件I-3，元件I-2係展現出具有較佳的高演色性(CRI=85)與低色溫表現(CT=1900K)。
如此，上述不僅已完整說明本發明之類燭光有機發光二極體的架構與組成，亦同時藉由數組實驗數據驗證了該類燭光有機發光二極體的可行性。然而，除了上述第二圖、第三圖與第四圖所揭示之該類燭光有機發光二極體的基本架構外，於此，係又提出該類燭光有機發光二極體的一第二實施例架構。請參閱第八圖與第九圖，係本發明之一種類燭光有機發光二極體之第二實施例的架構圖及其能階圖。如第八圖與第九圖所示，本發明之類燭光有機發光二極體1的第二實施例係包括：一第一導電層11、一電洞注
入層12、一電洞傳輸層13、一主體發光層14、一第一染料dy-1、一第二主體發光層15、一第二染料dy-2、一第三染料(Yellow)dy-3、一第四染料(Red)dy-4、一電子傳輸層16、一混合發光層CML、一電子注入層17、以及一第二導電層18。其中，第二實施例所述之第一導電層11、電洞注入層12、電洞傳輸層13、主體發光層14、第一染料dy-1、第二主體發光層15、第二染料dy-2、第三染料(Yellow)dy-3、第四染料(Red)dy-4、電子傳輸層16、電子注入層17、以及第二導電層18係係相同於前述實施例，於此便不再重複贅述。
請繼續參閱第八圖與第九圖，並請同時參閱第十圖，係本發明之類燭光有機發光二極體之第二實施例的第二能階圖。其中，為了清楚呈現該類燭光有機發光二極體1之各層材料，係將材料之名稱標示於第十圖之能階圖中，以利對照第八圖與第九圖，進而更容易瞭解該類燭光有機發光二極體1之第二實施例的架構、組成與技術特徵。特別地，於該類燭光有機發光二極體1之第二實施例中，混合發光層CML係形成於該第一主體發光層14與該第二主體發光層15之間，並由部份第一主體發光層14與部份第二主體發光層15所組成；此外，第一主體發光層14與該第二主體發光層15之組成比例為3：1。如此，由於類燭光有機發光二極體1之第二實施例具有混合發光層CML，因此，
將相對於前述實施例，類燭光有機發光二極體1之第二實施例表現出更佳的高演色性與發光效率。
繼續地，為了證明上述該類燭光有機發光二極體1之第二實施例的架構與組成的可行性，以下將藉由數組實驗數據加以證明。請參閱說明書末1頁的表(三)，係一實驗設計表；於表(三)之實驗設計表中，係將第一染料(藍光染料)dy-1於該第一主體發光層14之中的重量百分比(wt%)設定為20wt%，並將第二染料(綠光染料)dy-2、第三染料(黃光染料)dy-3與第四染料(紅光染料)dy-4於該第二主體發光層15之中的重量百分比(wt%)係分別設定為12.5wt%、3wt%與1wt%；另，於表(三)所示之實驗設計表中，係設計四種實驗元件，分別為元件II-4、元件II-7、元件II-8、元件II-9，而這四個實驗元件的差異在於第一主體發光層(TCTA)14與第二主體發光層(TPBi)15於該混合發光層CML之中的混合比例，分別為3：1、1：1、1：3、以及1：-。
請繼續參閱說明書末1頁的表(三)，並請同時參閱第十一圖、第十二圖與第十三圖，係分別為本發明之類燭光有機發光二極體的電流密度曲線圖、流明曲線圖與發光效率曲線圖。如第十一圖所示，實心三角形、空心菱形、空心方形、與空心圓形之資料點分別代表元件II-4、元件II-7、元件II-8、與元件II-9之電流密度曲線，其中，
元件II-4的電流密度係大於元件II-7、元件II-8與元件II-9的電流密度。另，如第十二圖所示，元件II-4之流明曲線亦大於元件II-7、元件II-8與元件II-9的流明曲線；再者，如第十三圖所示，元件II-8與元件II-4之發光效率曲線係明顯大於元件II-7與元件II-9的發光效率曲線。此外，由第十二之實驗設計表中，亦可得知，相較於元件II-7、元件II-8與元件II-9，元件II-4係展現出具有較佳的高演色性(CRI=93)；並且，相較於元件II-7與元件II-8，元件II-4係展現出較佳的低色溫表現(CT=2150K)。
如此，上述係已清楚且完整地說明本發明之類燭光有機發光二極體的所有實施例，並且，經由上述，吾人係可得知本發明之類燭光有機發光二極體具有下列之優點：
1.藉由摻雜第一染料(即，藍光染料)於第一主體發光層之中，並摻雜第二染料(即，綠光染料)、第三染料(即，黃光染料)與第四染料(即，紅光染料)於第二主體發光層之中，係使得本發明之類燭光有機發光二極體可發出一高演色性、低色溫、高效率之類燭光，該類燭光係適於作為閱讀光源或者床頭光源使用，則其低色溫與類燭光特性將營造出適合閱讀之環境光色，使得使用者之眼睛可於舒適的感覺下進行閱讀。
2.承上述，此外，藉由增設一混合發光層於有機發光二極
體之中，係更可增加該類燭光的演色性以及發光效率。
上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
1’‧‧‧習用之有機電激發光二極體
11’‧‧‧陰極
12’‧‧‧電子注入層
13’‧‧‧電子傳輸層
14’‧‧‧第一發光材料層
15’‧‧‧第二發光材料層
16’‧‧‧電洞傳輸層
17’‧‧‧電洞注入層
18’‧‧‧陽極
1‧‧‧類燭光有機發光二極體
11‧‧‧第一導電層
12‧‧‧電洞注入層
13‧‧‧電洞傳輸層
14‧‧‧第一主體發光層
15‧‧‧第二主體發光層
16‧‧‧電子傳輸層
17‧‧‧電子注入層
18‧‧‧第二導電層
dy-1‧‧‧第一染料
dy-2‧‧‧第二染料
dy-3‧‧‧第三染料
dy-4‧‧‧第四染料
CML‧‧‧混合發光層
第一圖係一種習用之有機電激發光二極體之結構圖；第二圖係本發明之一種類燭光有機發光二極體的架構圖；第三圖係類燭光有機發光二極體的能階圖；第四圖係類燭光有機發光二極體的第二能階圖；第五圖係本發明之類燭光有機發光二極體的電流密度曲線圖；第六圖係本發明之類燭光有機發光二極體的流明曲線圖；第七圖係本發明之類燭光有機發光二極體的發光效率曲線圖；第八圖係本發明之一種類燭光有機發光二極體之第二實施例的架構圖；第九圖係類燭光有機發光二極體之第二實施例的能階圖；第十圖係本發明之類燭光有機發光二極體之第二實施例的第二能階圖；第十一圖係本發明之類燭光有機發光二極體的電流密度曲線圖；
第十二圖係類燭光有機發光二極體的流明曲線圖；以及第十三圖係類燭光有機發光二極體的發光效率曲線圖。
11‧‧‧第一導電層
12‧‧‧電洞注入層
13‧‧‧電洞傳輸層
14‧‧‧第一主體發光層
15‧‧‧第二主體發光層
16‧‧‧電子傳輸層
17‧‧‧電子注入層
18‧‧‧第二導電層
dy-1‧‧‧第一染料
dy-2‧‧‧第二染料
dy-3‧‧‧第三染料
dy-4‧‧‧第四染料
Claims (9)
- 一種類燭光有機發光二極體，係包括：一第一導電層；一電洞注入層，係形成於該第一導電層之上；一電洞傳輸層，係形成於該電洞注入層之上；一第一主體發光層，係形成於該電洞傳輸層之上；一第二主體發光層，係形成於該第一主體發光層之上；一電子傳輸層，係形成於該第二主體發光層之上；一電子注入層，係形成於該電子傳輸層之上；以及一第二導電層，係形成於該電子注入層之上；其中，複數個燭光互補色染料之一第一染料係摻雜於該第一主體發光層之內，使得該第一主體發光層發出一第一色光；其中，該複數個燭光互補色染料之一第二染料、一第三染料與一第四染料皆摻雜於該第二主體發光層之內，使得該第二主體發光層之能隙大於該第二染料之能隙，且該第二染料之能隙又大於該第三染料之能隙，且該第三染料之能隙又大於該第四染料之能隙；藉此方式使得該第二主體發光層發出一第二色光；進一步地，該第一色光與該第二色光係混光成一高演色性、低色溫之類燭光。
- 如申請專利範圍第1項所述之類燭光有機發光二極體，其中，該電洞注入層之製程材料為Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene(PEDOT)，且該電洞傳輸層的製程材料為(1,1-bis{4-[di(p-tolyl)amino]-phenyl}cyclohexane)(TAPC)；該電子傳輸層之製程材料為1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene(TPBi)，且該電子注入層的製程材料為氟化鋰(LiF)。
- 如申請專利範圍第1項所述之類燭光有機發光二極體，其中，該第一染料為Iridium(III)bis(4,6-difluorophenylpyridinato)picolate(FIrpic)，該第二染料為tris(2-phenylpyridine)iridium(Ir(ppy)3)，該第三染料為Iridium(III)bis(4-phenylthieno[3,2-c]pyridinato-N,C2’)acetylacetonate(PO-01)，且該第四染料為Bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium(III)(Ir(piq)2(acac))。
- 如申請專利範圍第3項所述之類燭光有機發光二極體，其中，該第一染料於該第一主體發光層之中的重量百分比(wt%)為20wt%。
- 如申請專利範圍第3項所述之類燭光有機發光二極體，其中，該第二染料、該第三染料與該第四染料於該第二主體發光層15之中的重量百分比(wt%)係分別為12.5wt%、5wt%與1wt%。
- 如申請專利範圍第1項所述之類燭光有機發光二極體，其中，該第一主體發光層與該第二主體發光層的厚度比係介於1：1~1：3之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之類燭光有機發光二極體，其中，該第一主體發光層與該第二主體發光層的厚度比係介於1：1~3：1之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之類燭光有機發光二極體，更包括一混合發光層，係形成於該第一主體發光層與該第二主體發光層之間，並由部份第一主體發光層與部份第二主體發光層所組成。
- 如申請專利範圍第8項所述之類燭光有機發光二極體，其中，該第一主體發光層與該第二主體發光層之組成比例為3：1。
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