[发明专利]具有电荷平衡特性的多功能一体有机电致发光墨水

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种有机半导体光电装置。更准确地说，本发明涉及用于制造有机电致发光装置且具有电荷平衡特性的多功能一体有机电致发光墨水。

背景技术

应用于平板显示器(FPD)的有机发光二级管(OLED)具有色彩鲜艳，对比度高，视角广，效率高，超轻，厚度小的特性。

唐等人的早期发明(美国专利4,769,292和4,885,211，提供了含有电洞输送层(HTM)，有机发光层(LEL)，电子输送层之三层结构之OLED)推动了现代OLED技术的商业化应用。自此项发明以来，更多具有不同作用的材料层被加进这种三层结构以改善其色彩、稳定性、亮度及效率等性能。这些增加层分别为电洞注入层(HIL)，电子注入层(EIL)，电子阻挡层(EBL)，电洞阻挡层(HBL)，激发子阻挡层等。尽管有了上述进展，由于其高生产费用和低生产合格率，OLED在平板显示器(FPD)的市场上只取得了有限的成功。

高生产费用和低合格率是由两个与0LED技术有关的问题造成的。一个问题是OLED装置结构的复杂性。一方面，为了改善多层OLED结构的性能，科研者们往往在此结构中加入更多的材料层，使其结构更为复杂。另一方面，为了获得所希望的性能，每层材料的厚度需要受到精确地控制。对于如此复杂的多层装置来说，其制造过程通常是繁复、困难和昂贵的。

多层OLED技术的第二个问题是高成本、低合格率的生产程序。目前的多层OLED装置制造大多采用各种真空沉积技术。而对高真空系统来说，其设置和维护是非常昂贵的。除此以外，真空沉积率也是很低的。

作为上述两个问题的总后果，建一条OLED生产线需要在器材上进行巨大的投资。另外，真空技术产量通常较低，其生产能力也受真空室尺寸的限制。所有这些都影响了产品的价格，因而使得此技术在和现有的液晶(LCD)及等离子(PDP)平板显示器技术相比之下缺乏竟争力。

OLED装置的发光是由有机化合物层中的正电荷(电洞)与负电荷(电子)间的结合造成的。其结合所释放的能量转而为该有机材料所吸收，进而产生激发子。基于其发光的原理，这些有机化合物被称为电致荧光材料或电致磷光材料。在目前的发明中，我们统称这些材料为发光材料或更科学地称它们为电致发光材料(ELM)。发射光的颜色是由发光材料的能级决定的。而能级的定义则为最高填充分子轨道(HOMO)与最低未填充分子轨道(LUMO)间的能量差。

理论上说，如果一个发光材料被夹在两个电极间形成一个无缺陷的薄膜，当一偏置电压通过两电极加至该薄膜时，电子将从负电极(阴极)，而电洞则从正电极(阳极)流入该薄膜进行结合，从而导致发光。实际上，在如此简单的结构下，没有一个发光材料能有效地进行电光转换，因为通常情况下，发光材料在从电极处提取电荷并输送电荷以利电洞和电子碰撞结合的过程中效率极低。由于需要一个电子-电洞对(一个电子和一个电洞)的结合才能产生一个光子，光的产生受到此两种电荷(电子或电洞)浓度的限制。两种电荷中浓度较高者之多余电荷未经结合而浪费掉。

由于光产生之效率取决于少数电荷的浓度，当电子和电洞在发光层中的浓度基本相等(达到平衡)时，放射结合的机会达到最大。因此，为了得到有效的电致发光装置，不仅需要有效地将电荷从电极处提取并输送至所希望的结合处，更需要在正电荷浓度与负电荷浓度间达成平衡。

图1显示了只需三种有机材料的(OLED)装置(10)。该装置含有阴极(11)，电子输送层(12)，发光层(13)，电洞输送层(14)及阳极(15)。OLED装置(10)在电光转换时效率通常很低。为了增进OLED装置(10)的效率，更多的有机材料层被引入此简单三层结构。图2显示具有七层有机材料的多层OLED装置(20)。此OLED装置(20)含有阴极(21)，电子注入层(22)，电子输送层(23)，电洞阻挡层(24)，发光层(25)，电子阻挡层(26)，电洞输送层(27)，电洞注入层(28)以及阳极(29)。

从上述说明清楚可知，如果OLED板可以在维持装置性能条件下采用单层结构制成，其产量及产品价格将会极大地减少。另外，因为采用单层结构，OLED装置可以采用非真空工艺制成，从而更进一步地降低成本。

发明内容