CN101197429A - 有机电致发光元件和其制造方法 - Google Patents

有机电致发光元件和其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种有机电致发光(EL)元件和其制造方法。EL元件包含有机发光层、电子传输层、电子注入层、形成于衬底顶部的电极和缓冲层。所述缓冲层通过原子层沉积法形成于所述电子传输层与所述电子注入层之间或所述电子注入层与所述电极之间。因此,所述电子注入层与所述电极的界面性质得以改进。由此,防止所述EL元件的阈值电压或较低电压下的漏电流,且改进所述EL元件的电性能。

Description

有机电致发光元件和其制造方法
本申请案主张2006年12月6日向韩国知识产权局申请的韩国专利申请案第10-2006-0122965号的优先权,其揭示内容整体以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及电致发光(electroluminescent)(下文称为“EL”)元件和其制造方法,且更确切地说,涉及通过在电子传输层与电子注入层之间或在电子注入层与阴极之间形成缓冲层能够确保大元件中的厚度均一性且改进电性能的有机EL元件,和其制造方法。
背景技术
有机EL元件是继液晶显示器(liquid crystal display,LCD)和等离子体显示板(plasmadisplay panel,PDP)之后具有前景的下一代平板显示器。在有机EL元件中,层压发光有机化合物且向其供应电压以产生电洞和电子,且从而发射光。有机EL元件可称为有机电致发光显示器(organic electroluminescent display,OELD)或有机发光二极管(organiclight emitting diode,OLED)。
虽然LCD通过选择性传输光显示图像且PDP通过等离子体放电显示图像,但有机EL元件通过电致发光机理显示图像。详细来说,在二个电极之间插入有机发光材料,且向电极施加电压。然后,电子和电洞从阳极和阴极注入到有机层中,且彼此复合产生复合能。复合能刺激有机分子发射光。有机EL元件具有自发射性质、广观察角、高清晰度、高质量图像和高速反应。因此,有机EL元件通常应用于小显示器。
在有机EL元件中,电子传输层形成于有机发光层与阴极之间。超过阈值电压,电子从阴极注入电子传输层中。因此,电子注入层形成于电子传输层与阴极之间以增强电子从阴极注入电子传输层。
在相关技术中,电子注入层通常由碱金属的离子键化合物制成,诸如含Li层和含Al层。然而,电子注入层通过一种气相法分子束外延(molecular beam epitaxy,MBE)法沉积,且从而,很难形成具有大面积的元件。也就是说,虽然通过MBE法可获得卓越的结晶度,但很难确保大面积内的厚度均一性。
另外,电子注入层的厚度应控制在约10范围内。然而,很难确保厚度均一性,而同时将沉积厚度控制在10左右。如果厚度均一性降格,那么装置的电性质的均一性也随衬底而降格,例如发生漏电流。
发明内容
本发明的一个方面提供通过在电子传输层与电子注入层之间或电子注入层与阴极之间形成缓冲层而能够改进电性能的有机EL元件,和其制造方法。
本发明的另一个方面提供通过使用原子层沉积法在电子注入层与阴极之间具有缓冲层以改进电子注入层与阴极的界面性质从而改进有机EL元件的电性能的有机EL元件,和其制造方法。
本发明的例示性实施例的有机EL元件包括:有机发光层、电子传输层、电子注入层、形成于衬底顶部的电极和形成于电子传输层与电子注入层之间或电子注入层与电极之间的缓冲层。电极由原子层沉积法形成。
有机EL元件进一步可包括另一电极、电洞注入层和形成于衬底与有机发光层之间的电洞传输层以及形成于有机发光层与电子注入层之间的电子传输层。
缓冲层可包括绝缘层。
缓冲层可包括二氧化硅膜或铁电膜。
缓冲层可选自二氧化硅(SiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钇(Y2O5)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、氮化铝(AlN)、氮氧化铝(AlON)和其组合。缓冲层可以单层形式形成或通过层压两个或两个以上层形成。
缓冲层可通过使用原子层沉积法形成。
缓冲层可通过重复沉积单层缓冲层1-4次来形成。
缓冲层可形成而具有能够防止溅镀沉积电极期间有机层被损坏的厚度。
缓冲层可形成而具有约10的厚度。
制造本发明的例示性实施例的有机EL元件的方法可能包括将其上形成电子注入层的衬底装载于反应室中,通过原子层沉积法在电子注入层的顶部形成缓冲层,和在缓冲层的顶部形成电极。
缓冲层可包括二氧化硅膜或铁电膜。
缓冲层可通过使用原子层沉积法形成。
缓冲层可通过重复沉积单层缓冲层1-4次来形成。缓冲层可形成而具有能够防止溅镀沉积电极期间有机层被损坏的厚度。缓冲层可形成而具有约10的厚度。
制造本发明的例示性实施例的有机EL元件的方法可能包括将其上形成电子转移层的衬底装载于反应室中,通过原子层沉积法在电子转移层顶部形成缓冲层,和在缓冲层顶部形成电子注入层和电极。
缓冲层可包括二氧化硅膜或铁电膜。
缓冲层可通过使用原子层沉积法形成。
缓冲层可通过重复沉积单层缓冲层1-4次来形成。缓冲层可形成而具有能够防止溅镀沉积电极期间有机层被损坏的厚度。缓冲层可形成而具有约10的厚度。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的优选实施例,本发明的上述和其他特征和优点应变得更显而易见,其中:
图1是本发明的例示性实施例的电致发光元件的剖面图;和
图2是洗明使用原子层沉积法使氧化铝形成为本发明的例示性实施例的电致发光元件的缓冲层的流程图。
具体实施方式
下文,将参考附图详细描述本发明的实施例。然而,本发明可以许多不同形式实施且不应理解为本发明局限于本文所述的实施例。更确切地说,提供这些实施例,如此本揭示案对所属领域的技术人员来说将是透彻的且完整的,且本揭示案将向所属领域的技术人员充分传达本发明的概念。
参考图1,在本发明的例示性实施例的有机EL元件中:在衬底10的预定面积内相继形成第一电极20、电洞注入层30、电洞传输层40、有机发光层50、电子传输层60、电子注入层70、缓冲层80和第二电极90。另外,进一步形成保护层100以保护有机EL元件以免受外部水分或氧气作用。
可使用硅衬底或玻璃衬底作为衬底10。在柔性显示器的情况下,可使用塑料衬底(PE、PES、PET、PEN等)。
第一电极20是用于电洞注入的阳极,且由具有高功函数且允许元件中所发射的光到达外部的透明金属氧化物(例如,氧化铟锡(ITO))形成而具有约150nm的厚度。然而,虽然ITO具有卓越的光学透明度,但不容易控制。因此,可使用具有合乎需要的稳定性的化学掺杂共轭聚合物(包括聚噻吩等)来形成阳极。同时,第一电极20可由具有高功函数的金属物质制成。在此情况下,可阻止第一电极20处归因于非发射复合的效率降格。
电洞注入层30供应从第一电极20供应到电洞传输层40的电洞且通过使用铜酞菁等形成而具有约15nm的厚度。
电洞传输层40通过使用为二胺衍生物的TPD(N,N′-二苯基-N,N′-双-(3-甲基苯基)-1,1′-联苯基-4,4′-二胺)或为光电导聚合物的聚(9-乙烯基咔唑)形成而具有约40nm的厚度。
另外,有机发光层50通过使用诸如Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)、蒽等的单分子有机EL材料和诸如PPV(聚(对苯乙炔))、聚噻吩(PT)和其衍生物的聚合物有机EL材料形成而具有约60nm的厚度。
电子传输层60通过使用噁二唑的衍生物等形成。
在有机EL元件的阈值电压或以上时,电子注入层70使得电子能够有效注入,如此有机EL元件能有效工作。电子注入层70通过使用锂(Li)、氟化锂(LiF)、Liq等由MBE法形成而具有约10的厚度。
由绝缘层形成的缓冲层80形成于电子注入层70与第二电极90之间。缓冲层80的绝缘层由二氧化硅或铁电(高k)材料制成。在有机EL元件的阈值电压或以下时,绝缘层防止电子注入层70与第二电极90之间的漏电流。
另外,缓冲层80通过原子层沉积(ALD)法形成。缓冲层80形成而具有约10的厚度。缓冲层80的厚度可能取决于电子注入层70的厚度,且根据缓冲层80的介电常数可能变得更厚或更薄。在原子层沉积法中,可沉积具有约10的厚度的均一膜而具有大面积。如果通过原子层沉积法将单层沉积重复1-4次,那么可形成具有上述范围内的厚度的缓冲层。缓冲层可形成而具有能够防止溅镀沉积电极期间有机层被损坏的厚度。
缓冲层80的绝缘层可选自二氧化硅(SiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钇(Y2O5)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、氮化铝(AlN)、氮氧化铝(AlON)和其组合。绝缘层以单层形式形成或通过层压两个或两个以上层形成。
第二电极90是为电子注入电极的阴极。第二电极90由诸如钙(Ca)、镁(Mg)、铝(Al)等的具有低功函数的金属形成。这种具有低功函数的金属可降低第二电极90与有机发光层50之间的势垒,且因此,在电子注射期间可获得高电流密度,由此可增加元件的发光效率。也就是说,钙(Ca)具有最低功函数,且因此具有高效率。另一方面,铝(Al)具有相对较高的功函数,且因此具有低效率。然而,钙(Ca)容易被空气中的氧气或水分氧化,但铝(Al)在空气中相对稳定。因此,可使用铝(Al)作为第二电极90的材料。
同时,提供保护层100以保护如上所述所形成的有机EL元件以免受外部水分或氧气作用。保护层由诸如不锈钢的金属或玻璃形成。加工金属或玻璃以形成内部具有预定空间的罐或帽形状。在这一空间中以粉末形式提供水分吸收剂以吸收水分,或通过双面胶带以膜形式附着水分吸收剂。使用密封剂可将保护罐附着于其上安装有机EL元件的衬底而形成保护层。另外,保护层可通过层压有机物质和环氧树脂或无机物质和环氧树脂形成于有机EL元件的顶部。保护层可通过原子层沉积法形成而具有多层结构。
如上所述,本发明的例示性实施例的有机EL元件向下发射光。然而,发射光的方向并不局限于此,而是有机EL元件可形成以向上发射光。为向上发射光,可使用两种不同类型的有机EL元件。第一种类型的有机EL元件通过随后在诸如硅衬底的不透明衬底上层压阴极、缓冲层、电子注入层、电子传输层、有机发光层、电洞传输层、电洞注入层和阳极来形成。第二种类型的有机EL元件具有与向下发射光的有机EL元件相同的结构,其中例外为尽可能薄地沉积阴极以使其为透明的并在其上沉积另一个透明电极。关于向上发射光的有机EL元件的层压膜的描述与图1中所展示的向下发射光的有机EL元件的描述相同。因此,为方便描述起见,将省去其详细描述。
图2是说明使用原子层沉积法使氧化铝形成为本发明的例示性实施例的电致发光元件的缓冲层的流程图。
参考图2,将其上形成电子注入层的衬底加载于原子层沉积室(S100)。用载气向沉积室中提供铝前驱体以形成缓冲层,且然后使铝前驱体吸附于电子注入层(S200)。向沉积室中提供惰性气体以冲洗未反应的前驱体(S300)。接着,向沉积室中提供氧气前驱体,然后使其与吸附于电子注入层的铝前驱体反应(S400)。提供惰性气体以冲洗未反应的前驱体(S500)。上述程序视为一个循环,通过这个循环形成氧化铝单层。因此,将这一循环重复数次直到沉积氧化铝到合乎需要的厚度。单个循环所需的沉积时间可能取决于诸如前驱体的流量的情况,且前驱体的流量可能取决于衬底的尺寸。
多种缓冲层可根据类似于上述程序的方法通过使用以下物质形成:二氧化硅(SiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钇(Y2O5)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、氮化铝(AlN)、氮氧化铝(AlON)等。
根据本发明的另一例示性实施例,可形成氧化物和氮化物的多层结构以及上述单层结构。也就是说,可形成TiO2/SiO2的双层结构或Al2O3/TiO2/Al2O3的夹层结构,而同时控制其厚度。
另外,虽然在例示性实施例中,缓冲层形成于电子注入层与阴极之间,但缓冲层可形成于电子传输层与电子注入层之间。
如上所述,在本发明的例示性实施例中,包括绝缘层的缓冲层提供于电子传输层与电子注入层之间,或电子注入层与阴极之间以改进电子注入层与阴极的界面性质。因此,在阈值电压或以下时,可防止有机EL元件的漏电流,且因此可改进有机EL元件的电性能。另外,缓冲层可保护有机层以免受沉积阴极的溅镀加工期间所产生的高能离子和电子作用。
此外,缓冲层可通过使用原子层沉积法沉积于大衬底上以具有约10的厚度,而这也是对缓冲层的要求。
虽然已参考附图和优选实施例描述本发明,但本发明不局限于此,而是由附加权利要求书定义。因此,应注意,在不脱离附加权利要求书的技术精神的情况下,所属领域的技术人员可进行多种改变和修改。

Claims (14)

1.一种有机电致发光(EL)元件,其包含:
有机发光层;
电子传输层;
电子注入层;
形成于衬底顶部的电极;和
通过原子层沉积法形成于所述电子传输层与所述电子注入层或所述电子注入层与所述电极之间的缓冲层。
2.根据权利要求1所述的有机EL元件,其进一步包含:
形成于所述衬底与所述有机发光层之间的另一电极、电洞注入层和电洞传输层。
3.根据权利要求1所述的有机EL元件,其中所述缓冲层包括绝缘层。
4.根据权利要求1所述的有机EL元件,其中所述缓冲层包括二氧化硅膜或铁电膜。
5.根据权利要求1所述的有机EL元件,其中所述缓冲层包含一种选自由以下物质组成的群组的物质:二氧化硅(SiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钇(Y2O5)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、氮化铝(AlN)、氮氧化铝(AlON)和其组合;且
所述缓冲层以单层形式形成或通过层压两个或两个以上层形成。
6.根据权利要求1所述的有机EL元件,其中所述缓冲层通过重复沉积所述单层缓冲层1-4次来形成。
7.根据权利要求所述1的有机EL元件,其中形成所述缓冲层以具有能够防止溅镀沉积电极期间所述有机层被损坏的厚度。
8.根据权利要求7所述的有机EL元件,其中形成所述缓冲层以具有约10的厚度。
9.一种制造有机电致发光(EL)元件的方法,其包含:
将其上形成电子注入层的衬底装载于反应室中;
使用原子层沉积法在所述电子注入层顶部形成缓冲层;和
在所述缓冲层顶部形成电极。
10.一种制造有机电致发光(EL)元件的方法,其包含:
将其上形成电子转移层的衬底装载于反应室中;
使用原子层沉积法在所述电子转移层顶部形成缓冲层;和
在所述缓冲层顶部形成电子注入层和电极。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其中所述缓冲层可包括二氧化硅膜或铁电膜。
12.根据权利要求9或10的方法,其中所述缓冲层通过重复沉积单层所述缓冲层1-4次来形成。
13.根据权利要求9或10所述的方法,其中形成所述缓冲层以具有能够防止溅镀沉积电极期间所述有机层被损坏的厚度。
14.根据权利要求9或10所述的方法,其中形成所述缓冲层以具有约10的厚度。
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