CN101341608A - 有机led器件 - Google Patents
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Abstract
有机电致发光器件，具有用于经过至少部分透明的顶部电极(3)发射出光(4)的叠层(1，2，3)，包括导电箔(1)，该导电箔包括具有上下侧且作为基板的载体材料(11)和具有一厚度的第一金属层(12)，使得在载体材料(11)上侧产生少于0.05Ω/平方的薄层电阻，第一金属层包括至少一个第一金属区域(121)作为底部电极，所述叠层还包括沉积在底部电极之上并被设计用于发光的有机叠层(2)，位于有机叠层(2)之上的透明顶部电极(3)，以及至少覆盖顶部电极和有机叠层(2)的至少部分透明的保护元件(5)。
Description
这个发明涉及带有柔性基板并在发射区域上具有均匀亮度的大型有机电致发光器件(有机LED或OLED)。
现在的标准OLED包括一个位于沉积在玻璃基板上的两个电极之间的有机叠层。两个不同类型的OLED可以通过光发射方向来区别。在所谓的底部发射器中，光通过透明底部电极(通常为阳极)和透明基板离开OLED器件，同时第二电极(顶部电极，通常为阴极)具有反射性。在所谓的顶部发射器中，光通过透明的顶部电极离开OLED器件，同时底部电极和/或基板具有反射性。在大多数情况中，底部发射器的层结构可以简单地倒转为顶部发射器。
底部和顶部发射OLED器件都采用公共薄膜电极，其表现出等于或大于0.1Ω/平方的高薄层电阻，这里术语“平方”是指电极面积。如果要在整个发射区域得到均匀亮度，阳极和阴极的电阻对发光面积的最大尺寸施加了限制。对于当前的材料系统，这个面积在几十平方厘米的量级。对于顶部发射配置中的OLED，其尺寸限制甚至更为严重，特别是如果ITO被用在顶部。ITO电参数的优化由光学要求和工艺温度限制进行折衷。为进一步增加OLED器件的发光面积，它必须被细分成子板(sub-tile)以减少单个电极尺寸。每个子板可以被认为是发光子OLED。子板OLED在基板上通过金属迹线互连。由子板组成的OLED的总发光面积是每个子板发光面积之和。对于大区域应用，金属迹线的电阻应该适当地低于0.01Ω/平方。同时，薄膜技术对于大区域解决方案是不够的，因为薄层的电阻太高并且生产具有所需电阻的足够厚的层是昂贵且耗时的。
申请号为EP 05101161.7的欧洲专利申请公开了一种底部发射OLED器件，其具有粘贴在反射的顶部阴极上的金属箔，用于保护有机层从而确保该器件长的工作寿命以及提高电极之一的导电性。这个技术不能应用于顶部发射器，因为在顶部电极上的厚覆盖箔将阻止顶部方向的光发射。
本发明的一个目标是提供一种在整个发光区域上具有均匀亮度的大型有机电致发光顶部发射器件，该器件具有良好的寿命并且很容易生产。
这个目标可通过这样一种有机电致发光器件来解决，该器件具有经过至少部分透明顶部电极发出光的叠层，所述叠层包括导电箔，该导电箔包括具有上下侧、且作为基板的载体材料和具有一厚度的第一金属层，使得在载体材料上侧产生小于0.05Ω/平方的薄层电阻，后者(第一金属层)至少包括第一金属表面作为底部电极，所述叠层还包括沉积在底部电极上方并被设计用于发光的有机叠层，位于有机叠层上方的透明顶部电极，以及至少覆盖顶部电极和有机叠层的至少部分透明的保护元件。术语“叠层”是指一系列不同的层。所以术语“有机叠层”是指一系列不同的有机层。这个导电箔经由第一金属层提供了足够低阻值的电互连，同时作为有机LED中的电极以大大降低至少沿着底部电极的电压降。由于这大大降低了电压降，对于例如具有10cm*10cm的几十倍量级和更大的发光区域的大面积有机LED，也能获得均匀亮度。例如使用足够厚的金属层和/或诸如金，银，铜的高导电性材料可以获得低的薄层电阻。与现有OLED中使用的昂贵的薄膜沉积技术相比，导电箔可以通过简单且廉价的粘合技术(例如将金属层粘贴在载体材料上方)与OLED器件的其它叠层分开进行生产。载体材料可以是适合于承载厚度为几十微米或更多的金属层的任何材料，例如玻璃或聚酰亚胺薄膜。保护元件指的是保护有机层抵御环境以获得足够器件寿命的任何措施。保护元件可以是环绕在OLED器件环境敏感部分周围的化学惰性层或刚性覆盖物。
在一个实施例中，第一金属层进一步包括位于与有机叠层的接触面的导电扩散阻挡层。电极材料扩散到有机材料导致了干扰该有机材料属性的杂质含量的增加。这个扩散阻挡将减少或阻止有机叠层的发射属性的退化，从而将增加这个OLED器件的工作寿命。
在一个实施例中，透明顶部电极由氧化铟锡(ITO)制成。ITO是一种导电且透明的材料。除了具有所需的电属性之外，顶部电极同时作为阻挡层以保护有机叠层抵御环境。然而，连透明的ITO层也吸收一定数量的光，这对ITO层的厚度施加了限制。在一个替代的实施例中，透明顶部电极具有低于20nm的厚度并且包括位于与有机叠层的接触面的顶部金属层和电子注入层。甚至这种薄金属层具有比ITO层更低的薄层电阻。同样，金属层的制备也比例如ITO层的制备更容易。另一方面，所要求的透明度限定了顶部电极的厚度低于20nm，这必然导致了保护有机叠层抵御环境的附加效果。
在另一个实施例中，第一金属层进一步包括第二金属区域，其与第一金属区域电绝缘并被设计用于提供到透明顶部电极的直接电接触。这里，直接电接触表示在第二金属区域和顶部电极之间没有任何中间有机层的接触。这可以在有机叠层和顶部电极的沉积期间通过普通的掩模技术来获得。顶部电极到低阻值导电材料的连接分配OLED器件的驱动电流靠近发光区域(有机叠层)，几乎没有电阻损失，由此减少了通过更高电阻材料(顶部电极)的导电路径的长度。于是，第二金属区域用作一个分路并且为顶部电极电流源提供总体较低的电阻。这导致了OLED器件亮度均匀性的进一步提高。
如果叠层中的各层被图案化为多个子区域以形成发光子板，所述均匀性甚至能被进一步提高，发光子板通过非发光区域彼此隔离以提供导电金属迹线给每个子板。这里，图案化的子区域可以被规则或不规则地成形。发光子板表示包括能够发光的局部叠层的OLED器件的局部(子区域)。OLED的总发光区域是各子板区域的和。非发光区域是这样的区域，其中既不存在发光有机材料也没有驱动电压施加到有机层。例如，非发光区域可以包括导电材料以在OLED器件的较宽部分上分配电流，几乎没有电阻损失。因此，非发光区域基本上是具有低于0.05Ω/平方的薄层电阻的导电良好的金属迹线，并且用作到底部和/或顶部电极的分路以提供总体较低的电阻，导致在整个发光区域上的均匀亮度。
在另一个实施例中，第一金属层的第一和第二金属区域被绝缘填充材料分隔开。该绝缘填充材料用于叠层的平面化。这样的平面化避免了在已有叠层上将要制备的随后各层内的由于一些下级层内的边界/曲线造成的层故障。该填充材料位于第一和第二金属区域之间，因此该填充材料必须是绝缘的，比如标准树脂。在导电材料之间的所述绝缘填充材料另外将闪络或直接从一个电极流向另一个电极的临界漏电流的风险最小化了。这里术语“分隔”的意思是在有机叠层和顶部电极被沉积之前在第一和第二金属区域之间没有导电通路。
在另一个实施例中，导电箔进一步包括具有一厚度的第二金属层，其导致在载体材料下侧产生低于0.05Ω/平方的薄层电阻，并且至少一个穿过载体材料的导电通路以将第二金属层连接到载体材料上侧的第一金属层的第一或第二金属区域。通过另外使用载体材料的背面用于电流源(第二金属层)以及直接通过载体材料接触第一金属层的第一或第二金属区域，顶部电极通过第二金属层到电源的电连接可以更容易获得，特别是在图案化子区域的情况下。在其它实施例中也可以加入更多的金属层。这些带有三个或更多金属层的实施例可以用于对具有诸如不同颜色的区域进行寻址或以复用模式对区域进行寻址，正如通常在被动(矩阵)液晶(分段)显示器中的使用那样。
在另一个实施例中，该导电箔是包括柔性载体材料的柔性导电箔。这个导电箔提供一种组合了均匀亮度和柔性光源优势的OLED器件，并且提供了将本发明另外应用在需要或期望诸如弯曲的或柔性的非平坦光源的领域中的可能性。
在另一个实施例中，保护元件包括至少覆盖透明顶部电极和有机叠层的透明的化学惰性层。一个透明的化学惰性层将保持柔性导电箔的柔性同时提供具有较长使用寿命的OLED器件。
在另一个实施例中，至少第一金属层包括铜。铜是非常好的导电材料。另外的涂层可以应用在该铜上，例如金和银涂层。这些涂层还可以提供光滑的表面，在其上沉积位于铜层之上其余叠层。光滑的表面将防止由表面粗糙造成的、导致通过有机叠层从底部电极到顶部电极的电流泄露的层故障。这样的涂层可以例如通过在铜上电镀来应用。
在本说明书和权利要求中，单词“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”不排除多样性。在权利要求中的任何参考符号不能被解释来限制这些权利要求的范围。
参照附图，下面的示范性实施例示出了所提出的有机LED的实例，其没有限制本发明的范围。在这些图中：
图1是根据本发明的OLED器件的第一个实施例的侧视图，
图3是具有结构化第一金属层的根据本发明的OLED器件的侧视图，
图4是具有第二金属层的根据本发明的OLED器件的侧视图，
图5是根据本发明的具有子板的OLED器件的平面图。
图1显示了根据本发明的顶部发射有机OLED器件的一个实例，其具有用于通过至少部分透明顶部电极3和至少部分透明保护元件5发出光4的叠层1，2，3和5。底部电极12，顶部电极3，和有机叠层2被保护元件5所覆盖以保护有机叠层2抵御环境从而获得足够的寿命。
有机叠层2由一个或多个有机层组成，其包括至少一个向OLED器件的上侧发出光4的层。除了该发光层，有机叠层2可以包括在发光层和阴极之间的电子输运层，和/或在发光层和阳极之间的空穴输运层。有机叠层2还可以包括多于一个的发光层，每个发光层发射出不同发射光谱的光。有机层在有机小分子的情况下通常是通过诸如蒸发的气相沉积来提供，或者在更大分子的情况下通过旋涂来提供。有机叠层的典型厚度为50-500nm。有机叠层2的一个例子是AlQ3(空穴输运层)/α-NPD(发光层)/掺杂F4-TCNQ的m-MTDATA(电子输运层)。本领域的技术人员也可以应用现有技术中公开的其他有机材料。
如图1所示根据本发明的有机OLED器件包括导电箔1，该导电箔含有作为基板的、具有上下侧的载体材料11和具有一厚度、导致在柔性载体材料11的上侧低于0.05Ω/平方的薄层电阻的第一金属层12，后者至少包括作为底部电极的第一金属区域。在图1显示的实例中，第一金属层等同于第一金属区域。依赖于本OLED器件的应用，载体材料11可以是刚性的或柔性的，例如玻璃或塑料。如果载体材料11是柔性的，OLED器件将展示出柔性光源的附加特征。具有底部电极区域和1m2发光区域的OLED器件需要20A的驱动电流以在50Cd/A上产生1000Cd/m2。给定0.05Ω/平方的薄层电阻，在整个底部电极获得0.5V的最大电压降。电压降达到0.7V是可以接受的。
例如，单面柔性导电箔是商业可用的，比如来自Nippon MektronLtd的，其包括25μm厚的聚酰亚胺薄膜和粘附地接合于聚酰亚胺薄膜的35μm的铜层。具有位于聚酰亚胺薄膜两侧的铜箔的双面箔也是可用的。在大约为0.001Ω/平方的铜的情况下，厚度为35μm的第一金属层具有远低于0.01Ω/平方的薄层电阻值。在其它实施例中，在柔性基板上具有良好粘接属性的其它金属，例如银或金，以及具有金或银涂层的铜，也具有很低的薄层电阻值并且适用于低电阻的底部电极材料。聚酰亚胺薄膜用作柔性载体材料11。至于刚性载体材料，对于相似厚度的金属层得到了非常相似的电阻值。
第一金属层12可以进一步包括在与有机叠层12的接触面上的导电扩散阻挡层13。电极材料扩散到有机材料导致干扰该有机材料的属性的杂质含量的增加。例如，铜表现了相对高的扩散率。具有几纳米厚的合适的导电扩散阻挡层由诸如金的贵金属组成。
位于有机叠层2上方的透明顶部电极3可以包括透明导电材料比如ITO或一种金属。在后者的情况下，金属层厚度被限制在这样的厚度，在该厚度上金属层在光谱的可见范围内仍然是至少部分透明的。ITO层一般通过溅射来沉积，为避免对有机层的沉积破坏需要一个位于ITO电极3和有机叠层2之间的附加保护层。用于这种保护层的合适材料的一个例子是酞菁铜(CuPc)薄膜。ITO层的厚度可以明显高于金属电极的厚度。然而，如果ITO用作顶部电极3，ITO电参数的优化由光学要求和沉积工艺温度限制进行折衷。ITO电极的典型厚度是大约100nm。金属顶部电极3的一个例子是厚度低于20nm的铝层，其具有位于与有机叠层2的接触面的诸如LIF的层以降低顶部电极的功函数。为获得顶部电极3良好的透明性，其厚度应该甚至更低，比如低于10nm。另一个用于顶部电极3的合适材料是与高掺杂电子注入/输运层相结合的银。
在图1中，保护元件5不仅覆盖了底部电极12，还覆盖了顶部电极3和有机叠层2。对于保护元件5的扩展的最低要求是覆盖有机叠层2和顶部电极3以防止诸如氧气或水的临界气体从环境中扩散到有机叠层2。用作扩散阻挡层的合适透明材料对于本领域技术人员是公知的，例如氮化硅。刚性的、至少部分透明的覆盖物可以被粘合在载体材料11的上侧的上方来用作对作为保护元件5的保护层的替代，以用于在有机叠层之上提供闭合的密封体积，其可以被抽真空或填充化学惰性气体或液体。
图2中显示了本发明的另一个实施例。这里，图1的扩散阻挡层13没有示出，但是其可以存在。金属层12包括第一金属区域121和第二金属区域122，根据本发明二者在柔性载体材料11的上侧都具有低于0.05Ω/平方的薄层电阻。柔性载体材料11的上侧是有机叠层2被沉积的一侧，另一侧(下侧)可以考虑作为OLED器件的背面。例如通过光刻和蚀刻来获得第一金属区域121和第二金属区域122的分隔。术语“分隔”在这里的意思是在有机叠层2和顶部电极3的沉积之前在第一金属区域121和第二金属区域122之间没有导电通路。
如果第二金属区域122要作为分路为顶部电极金属迹线提供总的低电阻，如图2它所示必须直接连接于顶部电极3。为了获得在层3和层122之间良好的电接触，在第二金属区域122顶部必须避免任何有机材料。这可以通过在薄膜沉积期间采用合适的掩模技术来获得。有机叠层通过诸如蒸发和/或旋涂的合适的薄膜沉积技术沉积在第一金属区域121之上。为了在有机叠层沉积之前修正粗糙度，反射率和功函数，可以对第一和第二金属区域应用适当的金属表面处理。
如图2所示，第一金属区域121和第二金属区域122可以通过绝缘填充材料6被电分离以避免在将要在已有叠层上依次提供的层内出现由一些下级层的边界/弯曲造成的层故障，以及避免直接从第一金属区域121流到第二金属区域122(或反之亦然)的漏电流。没有附加保护措施，例如通过在为了获得分离的第一和第二金属区域的导电箔的激光结构化工艺之后保留金属材料，这样的漏电流可能被触发。用于抑制漏电流的合适材料是任何标准的树脂。在光发射方向4上观察，绝缘填充材料6位于有机叠层2的下方，从而这个绝缘填充材料6可以是透明或不透明的。绝缘填充材料6的出现提高了器件的可靠性。
在图3中显示了另一个实施例。与前面的图相反，导电箔1另外包括位于载体材料11下侧的第二金属层14，其具有根据本发明的低于0.05Ω/平方的薄层电阻，该第二金属层14经由穿过载体材料11的至少一个导电通路15连接到位于载体材料11上侧的第二金属区域122。所以，通过OLED器件的背面获得了顶部电极3的电流源。一方面这使得在具有大量子板的复杂结构的OLED的情况下接触顶部电极3更加容易，另一方面它减少了在载体材料11上侧的不发光区域所需的表面区域。为了电绝缘的目的，在第二金属层14上可以有非导电层16。没有当前的绝缘填充材料6和/或具有在图3中没有示出的扩散阻挡层的非常相似的实施例也是可以想象的。第三金属层14提供了一种附加的保护以抵御从载体材料下侧进入OLED器件的水分渗入。
在其他实施例中，第二金属层14能够可替换地接触第一金属区域121。在此情况下，第二金属区域122将与第二金属层14电绝缘并且经由载体材料11的上侧与这里没有示出的电源接触。
图4是子板OLED器件的平面图，其包括沉积在载体材料11上侧的第一金属区域121和第二金属区域122，通过绝缘填充材料6二者被分隔开，且具有位于上方的有机叠层2。层121，122，2和3被图案化为子区域以形成发光子板(在这里以示例的方式示出了4个子板)，这些发光子板通过非发光区域(没有有机叠层的区域)被彼此分隔以提供导电金属迹线121和122到每个子板。发光子板覆盖了包括用于发光的OLED叠层的OLED器件的一个局部(子区域)。OLED的整个发光区域是这些子板区域的和，这里显示为黑色区域2。在图4中，顶部电极3已经被给定了一个略小的尺寸以明确该层结构。在子板OLED器件中，顶部电极也可以具有与有机叠层相同的尺寸。此外，子板可以由多个OLED器件串联组成。子板的数量与形状也可以不同于图4显示的实例。顶部电极3覆盖了发光有机叠层2(黑色区域)并且电连接到第二金属层13。
两个OLED器件在柔性铜箔上被成功构造。在两个实例中，铜层(第一金属层)35μm的厚度和低于0.001Ω/平方的电阻。基板尺寸为49x49mm2，包括16个尺寸为20mm2的子板。
实例1：
有机电致发光器件包括位于载体材料11上面的如下叠层。在这个实例中，金被用作扩散阻挡层13：
Cu(35μm)/Au(1μm)/PEDOT(100nm)/α-NPD(15nm)/α-NPD：rubrene(15nm)/AlQ3(60nm)/LiF(1nm)/Al(10nm)
实例2：
有机电致发光器件包括位于载体材料11上面的如下叠层。在这个实例中，银被用作扩散阻挡层13：
Cu(35μm)/Ag(1μm)/PEDOT(100nm)/α-NPD(15nm)/α-NPD：rubrene(15nm)/AlQ3(60nm)/LiF(1nm)/Al(10nm)
PEDOT被用于克服银或金与空穴输运层α-NPD的功函数失配。红莹烯(rubrene)是一种掺杂材料和这个叠层中的实际荧光材料。在所有子板的整个发光区域观察到均匀的亮度，对于两个实例没有任何区别。
参照附图解释的实施例和描述仅仅表示了有机OLED器件的实例，并且不能理解为对涉及这些示例的本专利的权利要求进行限制。同样由本专利权利要求的保护范围覆盖的可替代实施例对于本领域专业人员也是可能的。从属权利要求的编号并不暗示这些权利要求的其它组合不能表示本发明的有利实施例。
Claims (11)
1.有机电致发光器件，具有用于经过至少部分透明的顶部电极(3)发射出光(4)的叠层(1，2，3)，包括
-导电箔(1)，包括具有上侧和下侧、且作为基板的载体材料(11)和具有一厚度的第一金属层(12)，使得在载体材料(11)上侧产生低于0.05Ω/平方的薄层电阻，第一金属层(12)至少包括作为底部电极的第一金属区域(122)，
-有机叠层(2)，其沉积在底部电极(11)之上并且被设计用于发光(4)，
-位于有机叠层(2)之上的透明顶部电极(3)，和
-至少部分透明的保护元件(5)，其至少覆盖顶部电极(3)和有机叠层(2)。
2.根据权利要求1的有机电致发光器件，其特征在于第一金属层(12)进一步包括位于与有机叠层(2)的接触面上的导电扩散阻挡层(13)。
3.根据权利要求1或2的有机电致发光器件，其特征在于透明顶部电极(3)由氧化铟锡制成。
4.根据权利要求1或2的有机电致发光器件，其特征在于透明顶部电极(3)具有低于20nm的厚度并且包括位于与有机叠层(2)的接触面上的顶部金属层和电子注入层。
5.根据权利要求1-4之任一的有机电致发光器件，其特征在于第一金属层(11)进一步包括第二金属区域(122)，其与第一金属区域(121)电绝缘并且被设计用于提供到透明顶部电极(3)的直接电接触。
6.根据权利要求5的有机电致发光器件，其特征在于叠层(1，2，3)中的各层被图案化为子区域以形成发光子板，各发光子板通过非发光区域彼此分隔以为每个子板提供导电金属迹线。
7.根据权利要求5或6的有机电致发光器件，其特征在于第一金属层(12)的第一金属区域(121)和第二金属区域(122)被绝缘填充材料(6)分隔。
8.根据权利要求5或7的有机电致发光器件，其特征在于导电箔(1)进一步包括
-具有一厚度的第二金属层(14)，使得在载体材料(11)下侧产生低于0.05Ω/平方的薄层电阻，和
-至少一个导电通路(15)，其穿过载体材料(11)将第二金属层(14)连接到位于载体材料(11)上侧的第一金属层(12)的第一(121)或第二区域(122)。
9.根据权利要求1或8的有机电致发光器件，其特征在于导电箔(1)是包含柔性载体材料(11)的柔性导电箔。
10.根据权利要求1或9的有机电致发光器件，其特征在于保护元件(5)包括至少覆盖透明顶部电极(3)和有机叠层(2)的透明的化学惰性层。
11.根据权利要求1或10的有机电致发光器件，其特征在于至少第一金属层(12)包括铜。
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