CN100433402C

CN100433402C - 有机发光二极管

Info

Publication number: CN100433402C
Application number: CNB2005100733605A
Authority: CN
Inventors: 陈哲仁; 李世昊
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: CN1874024A

Abstract

一种有机发光二极管，至少包括一第一电极、一电子传输层、一发光层以及一第二电极依序堆栈。该电子传输层至少包含一n型掺杂物于该电子传输层以增强其电子迁移率。该n型掺杂物包含碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸化合物。

Description

有机发光二极管

技术领域

本发明是关于一种有机发光二极管，特别是关于一种具有n型掺杂物的电子传输层的有机发光二极管。

背景技术

有机电激发光显示器主要由一有机发光二极管及其驱动晶体管所组成。有机发光二极管可分为底部发光及反相型(inverted)底部发光、顶部发光、反相型顶部发光或两面发光等型式。反相型有机发光二极管与平常的有机发光二极管不同之处在于其制程由阴极开始形成于基板上，接着形成有机层，最后再形成阳极，因此阴极较靠近基板表面以便与驱动晶体管的漏极端连接。

请参照图1A与图1B，图1A为现有有机电激发光显示器的像素结构；图1B为现有反相型有机电激发光显示器的像素结构。该两图标中，有机发光二极管20、20a的亮度必须藉由驱动晶体管10的栅极端G与源极端S电压差变化来控制。因此，当源极端S电压维持稳定时，方能藉由调变栅极端G电压来稳定控制有机发光二极管20、20a的亮度。

然而，在图1A中，有机发光二极管20连接于驱动晶体管10的源极端S，其操作电压将影响源极端S的电压稳定性。若改为如图1B的结构，将有机发光二极管20a连接于驱动晶体管10的漏极端D，则其操作电压不会影响源极端S的电压稳定性。若驱动晶体管10为n型沟道薄膜晶体管，开启状态中源极端S电压必须维持低电压。因此，电流通常由漏极端D流向源极端S使得有机发光二极管20a也须以阴极连接于驱动晶体管10的漏极端D。为了便于与驱动晶体管10连接，阴极通常与薄膜晶体管同样制作于基板上而形成图1C的结构。

请参照图1C，为现有反相型有机发光二极管。反相型有机发光二极管20a包括一基板21、一阴极22、一阳极23与一有机电激发光结构24夹置于阴极22与阳极23之间。图标的阴极22形成于基板21表面，可包括一氟化锂层(LiF)221与一铝金属层(Al)222。

有机电激发光显示器的制程可分为二阶段，即驱动晶体管制程阶段与有机发光二极管制程阶段。在现行的主动式有机电激发光显示器发展中，驱动晶体管制程可分为低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)制程与非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)制程两大类。在非晶硅薄膜晶体管制程中，硅材料不需要经过晶格化的处理，因此不会有晶格化程度不一致造成显示亮度不均的情形发生，在大尺寸的应用上可以得到很好的均匀性。但非晶硅薄膜晶体管通常为一n型沟道薄膜晶体管，运用时需要将有机发光二极管设置在漏极端。因此，图1C的铝金属层222于制造时先蒸镀于基板21上，氟化锂层221在铝金属层222之后蒸镀。铝金属层222若在驱动晶体管制程中制作，容易因为膨胀系数大而使得高温时，铝原子往上运动而产生突丘(hill lock)。

请参照图1D，为现有反相型有机电激发光显示器的驱动晶体管制程阶段示意图。铝金属层222如在驱动晶体管制程阶段成长会因为经过高温程序而产生突丘2221，造成组件特性不良。另外，铝金属层222如在有机发光二极管制程阶段蒸镀，则需要额外的屏蔽(shadow mask)来定义导通面积，增加制程上的困难。

总结来说，由于非晶硅薄膜晶体管为一n型沟道薄膜晶体管，为了避免有机发光二极管的二电极间的操作电压变化影响到非晶硅薄膜晶体管的操作，因此需要将有机发光二极管设置在漏极端，而必须使用反相型有机发光二极管的技术。反相型有机发光二极管的阴极大多使用功函数(work function)与电子传输层中能量最低的空轨域(LUMO，Lowest Unoccupied MolecularOrbital)相近的金属，或在金属中掺杂一些碱金、碱土族的化合物以增加电子注入。这些金属电极在驱动晶体管制程中会有制作上的困难，例如：蚀刻、突丘等，且有组件操作电压过大的缺点。

发明内容

本发明的主要目的是在于提供一种增强电子传输层的电子迁移率来降低操作电压并提高发光亮度的有机发光二极管。

本发明有机发光二极管的基本结构包括一第一电极、一电子传输层、一发光层以及一第二电极。第一电极形成于基板上之后，电子传输层形成于第一电极之上，该电子传输层至少具有一n型掺杂物。随后，发光层形成于电子传输层之上，并且第二电极形成于该发光层之上，上述结构为避免现有技术电极制作不易与跨压过大的缺点。

例如，使用氧化铟饧等透明导电氧化物(transparent conductive oxide；TCO)来当反相型有机发光二极管的阴极，即可克服电极在非晶硅薄膜晶体管阶段制程上的困难。再藉由搭配含有碱金、碱土族化合物的电子传输层，如此一来可让组件拥有较简易的制程与较低的操作电压、高效率等特性。

在简化制程方面，透明阴极层如在驱动晶体管制程阶段成长不会因为经过高温程序而产生突丘，造成组件特性不良。另外，透明阴极层如在有机发光二极管制程阶段蒸镀，则不需要额外的屏蔽(shadow mask)来定义导通面积。

附图说明

图1A为现有有机电激发光显示器的像素结构；

图1B为现有反相型有机电激发光显示器的像素结构；

图1C为现有反相型有机发光二极管；

图1D为现有反相型有机电激发光显示器高温制程所造成的突丘；

图2A为本发明有机发光二极管的基本结构图；

图2B为电流密度对操作电压的趋势图；

图2C为发光亮度对操作电压的趋势图；

图3A-3D为本发明的第一较佳实施例；

图3E为本发明有机电激发光显示器制程示意图；

图4为本发明的反相型底部发光有机发光二极管；

图5为本发明的反相型顶部发光有机发光二极管；以及

图6为本发明的两面发光有机发光二极管。

符号说明：

10 薄膜晶体管 32 第一电极

20 有机发光二极管(现有) 33 电子传输层

20a 反相型有机发光二极管 33a 电子传输层

21 基板 34 发光层

22 阴极 35 第二电极

221 氟化锂层 35a 第二电极

222 铝金属层 35b 第二电极

2221 突丘 36 空穴注入层

23 阳极 37 空穴传输层

24 有机电激发光结构 38 金属化合物层

30 有机发光二极管 39 反射层

31 基板 40 有机发光二极管

31a 不透明基板 50 有机发光二极管

60 有机发光二极管

具体实施方式

现配合图标详述本发明“有机发光二极管”，并列举较佳实施例说明如下：

请参照图2A，为本发明的有机发光二极管。有机发光二极管30的基本结构包括一第一电极32、一电子传输层33a、一发光层34以及一第二电极35。第一电极32形成于基板31上，而电子传输层33a设置于第一电极32之上，并具有至少一n型掺杂物，发光层34再设置于电子传输层33a之上，采用萤光性或磷旋光性等发光性强的低分子或高分子化合物，第二电极35设置于发光层34之上。如图2A所示，在发光层34形成后，可选择性地形成一空穴传输层37或一空穴注入层36于其上。空穴传输层37可采用烯丙基胺类材料，而空穴注入层36可为钛菁类或掺杂路以士(Lewis)酸的有机材料。

本实施例中，电子传输层33a可采用8-羟基喹啉铝(Alq)、三聚苯骈咪唑(TPBI)、蒽(anthracene)衍生物、芴衍生物(fluorine，spirofluorine)等材料，再加以掺杂碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸化合物等n型掺杂物以增强其电子迁移率。第一电极32与电子传输层33a之间，可增加一电子注入层，例如图3E所示，电子注入层38的材料可为金属化合物，是采用与第一电极32功函数配合度良好的碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸化合物或包含上述n型掺杂物的有机层。

另外，为了防止突丘的发生，形成于基板31表面的第一电极32材料应避免使用在高温环境下易产生形变的金属，因此本实施例采用氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锌、氮化铟及二氧化硅等透明导电氧化物作为第一电极32。第二电极35接触于空穴传输层37或空穴注入层36，因此使用功函数与空穴传输层37或空穴注入层36的最高占有分子轨道准位(HOMO)相近的材料，通常为铝、铝锂合金或镁银合金等金属材料。

请参照图2B及图2C，图2B为电流密度对操作电压的趋势图。其中，曲线J1显示现有有机发光二极管的电流密度随操作电压的变化；曲线J2显示具有本发明结构的蓝光有机发光二极管，其电流密度随操作电压的变化。现有有机发光二极管是使用LiF/Al作为其电子注入层与阴极的材料，其中Al的厚度约为

以确保导电性与穿透率。本实施例的有机发光二极管是以银为阳极、以氧化铟锡为阴极，并包括一发光层，该发光层可为蓝光发光层，以及一掺杂碱金属卤化物的电子传输层。由此图可以得知在20mA/cm²时，本发明有机发光二极管的操作电压约为7.5V，而现有组件的操作电压约为9.5V，节省了大约2V的操作电压。

图2C为发光亮度对操作电压的趋势图。曲线B1显示现有有机发光二极管的发光亮度随操作电压的变化；曲线B2显示具有本发明结构的有机发光二极管，其是以蓝光有机发光二极管为例，其发光亮度随操作电压的变化。在1000nits的发光亮度下，本发明有机发光二极管的操作电压约为7V，而现有组件的操作电压约为10V，节省了大约3V的操作电压。显见本发明的有机发光二极管具有较高的发光效率，可满足高亮度的需求。图2B及图2C的结果证明以氧化铟锡当阴极明显的对电子注入有所改善，并且在电子传输层掺杂n型掺杂物确实可增强其电子迁移率。

请参照图3A-3D，为包含本发明有机发光二极管的有机电激发光面板制程示意图。有机电激发光面板制程是先实施驱动晶体管制程阶段以形成一驱动晶体管10于基板31上，此处的驱动晶体管10不需局限于特定型式的薄膜晶体管或使用特定制造方法。随后实施有机发光二极管制程阶段以形成本发明的有机发光二极管。此阶段的制造程序如下：首先，形成第一电极32于基板31表面，其中第一电极32的材料包括一透明电极材料，再形成一有n型掺杂物的电子传输层33a于第一电极32之上，其可以蒸镀方式形成；随后形成发光层34于电子传输层33a之上，以及形成第二电极35于发光层34之上。

以反相型有机发光二极管为例，第一电极32可为氧化铟饧层等透明导电层，其作为阴极与驱动晶体管10的漏极电性连接，再形成含有碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸化合物的电子传输层33a于氧化铟饧层之上。值得一提的是，由于材料的选择，第一电极32可在驱动晶体管制程阶段与驱动晶体管10同时制得而无金属电极不耐高温的缺点。另外，如图3E所示，在第一电极32与电子传输层33a间可选择性插入一电子注入层38以增加其电子注入的效果，电子注入层38的材料可为金属化合物，包括碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸化合物。

上述制程所形成的有机发光二极管为可实施的基本结构，为了更增加其电子传输或空穴传输的效果，如图4所示，通常在发光层34与第二电极35a之间形成空穴传输层37或是空穴注入层36，以及在第一电极32与电子传输层33a之间形成电子注入层(未绘出)，例如图3E所述的电子注入层38。

请参照图4，为一反相型底部发光有机发光二极管。有机发光二极管40的第一电极32设置于基板31上，其以透明导电材料制作，并连接至电压源的负极；第二电极35a的材料则包括一反射型导电材料以使有机发光二极管40由基板面出射光线。第一电极32与发光层34之间为具有n型掺杂物的电子传输层33a。

请参照图5，为一反相型顶部发光有机发光二极管。有机发光二极管50所包括的第一电极32或第二电极35b的材料可为透明导电材料，其中第一电极32设置于基板31a上。为了避免高温制程的影响，第一电极32材料可为一透明导电材料而不选择反射性的金属材料。基板31a则可使用透明材质或不透明材质，不透明材质例如为不透明塑料或金属以遮蔽光线。基板31a与第一电极32间可形成一反射层39，其材质可为金属，用以反射发光层34所发射出的光线，而使有机发光二极管50由第二电极35b出射光线。第一电极32与发光层34之间可采用具有n型掺杂物的电子传输层33a。

请参照图6，为一两面发光有机发光二极管。有机发光二极管60的第一电极32与发光层34之间仍采用n型掺杂物的电子传输层33a，第一电极32、第二电极35及基板31均采用透明材料。

上述实施例中，空穴注入层或空穴传输层、发光层及电子传输层或电子注入层等有机层皆可以蒸镀法为之。其中掺杂物可以使用与有机层共蒸镀或以离子布植程序掺杂等方法。另外，电子注入层亦可加入n型掺杂物以加强电子提供能力、空穴注入层可加入p型掺杂物以加强空穴提供能力。对于无机材料形成的部分，例如电极，则以蒸镀法或溅镀法为之。

本发明所提供的有机发光二极管及其制作方法，与现有技术相互比较时，更具备下列特性及优点：

1.制程简易。

2.低操作电压。

3.高发光效率。

上列详细说明是针对本发明较佳实施例的具体说明，惟上述实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种有机发光二极管，包括：

一第一电极；

一电子传输层，设置于该第一电极之上，该电子传输层包括至少一n型掺杂物；

一发光层，设置于该电子传输层之上；以及

一第二电极，设置于该发光层之上；该第二电极的材料包括一反射型导电材料。

2.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其中该n型掺杂物包括碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸化合物。

3.根据权利要求1所述的有机发光二极管，更包括一电子注入层位于该第一电极与该电子传输层之间，该电子注入层的材料包括碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属氧化物或金属碳酸化合物。

4.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其中该第一电极的材料包括氧化铟锡或氧化铟锌。

5.根据权利要求1所述的有机发光二极管，更包括一电子注入层位于该第一电极与该电子传输层间，其中该电子注入层的材料为金属化合物。

6.根据权利要求1所述的有机发光二极管，其中该第二电极的材料包括氧化铟锡或氧化铟锌。

7.根据权利要求1所述的有机发光二极管，更包括一空穴传输层位于该发光层与该第二电极之间。

8.根据权利要求7所述的有机发光二极管，其中该第二电极的材料为金属材料。

9.根据权利要求7所述的有机发光二极管，更包括一空穴注入层位于该空穴传输层与该第二电极之间。

10.一种有机发光二极管，包括：

一第一电极；

一发光层，设置于该电子传输层之上；

一第二电极，设置于该发光层之上；以及

一反射层，其中该第一电极是位于该反射层以及该电子传输层之间。