[发明专利]电致发光器件

说明书

本申请是中国专利申请号为99803981.0、申请日为1999年3月12日、发明名称为“电致发光器件”的发明专利申请案的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种电致发光器件，尤其是那些使用有机材料进行光发射的器件。

背景技术

使用有机材料进行光发射的电致发光器件在PCT/WO90/13148和US4539507中有描述，这两者的内容在此引作参考。这些器件的基本结构是光发射有机层，例如为夹在两电极之间的聚对亚苯基亚乙烯基(“PPV”，常称“聚苯乙烯”)膜。一个电极(阴极)注入负载流子(电子)，而另一个电极(阳极)注入正载流子(空穴)。电子和空穴在有机层内结合产生光子。在PCT/WO90/13148中，有机光发射材料为聚合物。在US4539507中，有机光发射材料是众所周知的小分子材料，例如(8-羟基喹啉)铝(“Alq”)。在实际器件中，一个电极典型地是透明的，允许光子从器件逃逸。

这些器件对于显示有很大的潜力。然而，有几个明显的问题。一是使器件有效率，尤其在用其功率效率和外部效率测量时。另一个是减小在得到峰值效率时的电压。

首先，应该说明：此处表示能级、功函数等的值一般是说明性的而不是绝对的。ITO(铟-锡氧化物)功函数变化范围很大。在文献中引用的数值建议在4-5.2eV的范围内。此处所用的4.8eV是说明性的而非绝对数值。本申请人已做了Kelvin探测测量，该测量表明4.8eV是合理的数值。但是众所周知，实际值取决于ITO淀积工艺及时间函数。对于有机半导体，重要特性是根据电子能级的真空度测量的结合能，具体地是“最高占据的分子轨函数”(“HOMO”)和“最低未占据的分子轨函数”(“LUMO”)级。这些可通过光电发射测量，具体地通过氧化还原电化学势能的测量来估算。在本领域容易理解，这些能量受一些因素例如靠近界面的局部环境的影响，并且是从其上能确定例如峰、峰基线、中间点值的曲线上的点(峰)，所以这些值的使用是指示性的而非定量的。然而，这些相对值是显著的。

图1a示出发射绿光的典型器件的横截面。图1b示出器件上的能级。阳极1是功函数4.8eV的透明铟-锡氧化物(“ITO”)层。阴极2是功函数2.4eV的LiAl层。这两电极之间是PPV光发射层3，在2.7eV左右具有LUMO的能级5，而在5.2eV左右具有HOMO能级6。注入器件的空穴和电子在PPV层内辐射性地重新结合。该器件有助的但没有本质的特性是掺杂聚乙烯二羟基苯(“PEDOT”)的空穴输运层4(见EP0686662和Bayer AG的用于试验产品Al4071的临时产品信息表)。它提供在4.8eV的中间能级，有助于从ITO注入的空穴到达PPV中的HOMO级。

其它的具有不同光能隙的光发射材料能取代PPV，以便产生其它颜色的光。然而，更大的光能隙对应于可见光谱的蓝色端，HOMO级一般正好在ITO的相应能级之下。这使得难以注入空穴进入发射层，即需要高电场促使空穴注入半导体层。解决此问题的一个方案是选择另一种阳极材料，但难以找到一种优选的替代物，因为ITO具有良好的透明性、低薄膜电阻和既定的工艺路线。另一方案是进一步增加空穴输运层，以便在阳极和发射层之间形成一系列的中间能阶。然而，此处所述的层是由溶液淀积而来，当淀积下一层时难以避免上一层破裂，而且在增加数量的层间边界之间截获的空隙或材料会产生问题。

在二极管结构中使用多个有机半导体可获得很大好处，这种结构功能的关键是在任意两个互相接触的成分之间的界面电子结构的性质。此种描述的共同起点是在外延生长的III-V半导体中形成的异质结众所周知。异质结分成几类，包括：第I类，其中一种材料(材料A)的LUMO和HOMO级处于第二种材料(材料B)的LUMO-HOMO能量间隙内，如图2a所示；以及第II类，其中最高HOMO状态和最低LUMO状态之间的最小能量差是在异质结不同侧上的能级之间，如图2b所示。一般认为，与此异质结非常接近的电子-空穴对会安排得电子占据最低LUMO级，空穴占据最高HOMO级。因而，对于第I类异质结电子和空穴出现在连接的相同侧，但对于第II类异质结是分离开的。它的重要结果是电子-空穴捕获，并且对第I类异质结期望有后续的光发射，而对于第II类则没有。