CN109509843B - 发光元件及其透明电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光元件及其透明电极，其中所述透明电极包括透明导电层以及注入层。注入层介于透明导电层与发光元件的发光层之间，其中所述注入层的材料为掺杂金属的金属氧化物或碱金属盐类。
Description
技术领域
本发明涉及发光元件技术领域，具体涉及一种发光元件及其透明电极。
背景技术
发光元件一般是由电极层、发光层、驱动元件与各种导线(如扫描线、数据线等)所构成，且电极层可为透明电极，以利发光。传统的透明电极设计采用在有机层上使用不同功函数金属掺杂(如Mg:Ag)作为电子注入层，并搭配导电性良好的金属(如Ag)来作为透明电极。
目前透明发光元件因为可用于生活中来提升信息传播的方便性，如智慧橱窗、广告展示牌、车载显示器……等应用上，因此已成为各界关注与发展的重点项目。
为了追求高透明度，导入高透明电极是必须的，然而传统以金属为主的透明电极会导致透射率(Transmittance)降低，影响面板整体透射率。
另一种改良透射率的方式是在传统以金属为主的透明电极中打洞或穿孔，但如此一来会有亮度不均的问题，还会使阻值增加而降低导电性，进而影响元件的发光效率。
发明内容
本发明实施例提供一种发光元件的透明电极，能在达到高透射率的同时保持高导电度。
本发明实施例另提供一种发光元件，具有上述透明电极。
本发明实施例还提供一种透明发光元件，能同时具有50％以上的透射率与优异的发光效率。
本发明实施例提供一种发光元件的透明电极，包括：透明导电层；以及注入层，介于所述透明导电层与发光元件的发光层之间，其中所述注入层的材料为掺杂金属的金属氧化物或碱金属盐类。
在本发明的一实施例中，上述的金属氧化物包括LiO2或MoO3；上述的碱金属盐类包括LiF、LiBO3、K2SiO3、Cs2CO3或CH3COOM，所述CH3COOM中M为Li、Na、K、Rb或Cs。
在本发明的一实施例中，上述的注入层中掺杂的所述金属包括Al、Ca、Ag、Cu、Mg或其合金，如Mg:Ag、Li:Al等。
在本发明的一实施例中，上述的透明导电层包括透明金属氧化物。
在本发明的一实施例中，上述的透明金属氧化物包括ITO、IZO、AZO、ZnO、FTP或GZO。
在本发明的一实施例中，上述的金属与碱金属盐类的混合重量比例为1:1～1:5之间；上述的金属与金属氧化物的混合重量比例为1:1～1:5之间。。
在本发明的一实施例中，上述的注入层的厚度小于15nm。
在本发明的一实施例中，上述的注入层还可包括有机材料，与所述碱金属盐类以及掺杂的所述金属混合分布。
在本发明的一实施例中，上述的有机材料包括Liq、HAT-CN、CuPc或F4TCNQ。
在本发明的一实施例中，基于上述的注入层的总重量为100％，所述有机材料的含量小于50％。
在本发明的一实施例中，上述的发光元件的透明电极还可包括缓冲层，介于所述透明导电层与所述注入层之间。
在本发明的一实施例中，上述的透明导电层包括金属薄膜，且所述金属薄膜的透射率在50％以上。
在本发明的一实施例中，上述的发光元件的透明电极还可包括金属薄膜，设置于所述透明导电层内，且所述金属薄膜的透射率在50％以上。
本发明实施例提供一种发光元件，包括：第一电极、发光层以及第二电极，所述发光层位于所述第一电极与所述第二电极之间，其中第一与第二电极中至少一个为上述的透明电极。
本发明实施例提供一种透明发光元件，具有透光区与不透光区，其中所述透明发光元件包括：第一电极、发光层以及第二电极，发光层位于不透光区的第一与第二电极之间，其中第一与第二电极中至少一个上述的透明电极，且所述透明电极延伸至透光区，使透光区的透射率在50％以上。
在本发明的另一实施例中，上述的透明电极系全面覆盖所述透光区。
在本发明的另一实施例中，上述的透明发光元件于不透光区内还可包括：驱动元件、扫描线以及数据线。
基于上述，本发明实施例使用掺杂有金属的金属氧化物与碱金属族盐类搭配透明导电层作为电极，无需繁复的制程以及结构设计，即可提升电极的整体透射率并保有高导电度，还能广泛应用于透明产品如透明显示器上，而达到透射率提升以及发光效率增加的效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的一种包括透明电极的发光元件的剖面示意图。
图2是图1的注入层的穿透原理示意图。
图3是第一实施例的另一种发光元件的示意图。
图4是第一实施例的再一种发光元件的示意图。
图5是第一实施例的又一种发光元件的示意图。
图6是依照本发明的第二实施例的一种发光元件的示意图。
图7是依照本发明的第三实施例的一种发光元件的示意图。
图8是依照本发明的第四实施例的一种透明发光元件的示意图。
图9是图8的发光元件的上视示意图。
图10是第四实施例的另一种发光元件的示意图。
图11是实验例3与对照例3～4的透射率曲线图。
图12是实验例4～5的电流密度对操作电压的关系曲线图。
图13是实验例4～5的电流效率与电流密度的关系曲线图。
图14是实验例6～7的电流密度对操作电压的关系曲线图。
图15是实验例6～7的电流效率与电流密度的关系曲线图。
图16是依照本发明的第五实施例的一种透明发光元件的示意图。
图17是依照本发明的第六实施例的一种透明发光元件的示意图。
其中，附图标记：
100、600、700：透明电极 102、1610：透明导电层
104、1612：注入层 106、804、1606：发光层
108、1602：基板 110：驱动元件
112：电极 300、500：金属薄膜
400、602、1000：缓冲层 800a、1600a：透光区
800b、1600b：不透光区 802、1604：第一电极
806、1608：第二电极 808、1614：透明材料
900：像素界定层 t：厚度
具体实施方式
下文列举实施例并配合附图来进行详细地说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图，且可能放大或缩小不同的构件来显示于单一附图中。而且，虽然文中使用如「第一」、「第二」等来描述不同的元件和/或膜层，但是这些元件和/或膜层不应当受限于这些用语。而是，这些用语仅用于区别一元件或膜层与另一元件或膜层。因此，以下所讨论的第一元件或膜层可以被称为第二元件或膜层而不违背实施例的教示。而且，为了方便理解，下文中相同的元件将以相同的符号标示来说明。
图1是依照本发明的第一实施例的一种包括透明电极的发光元件的剖面示意图。
在图1中，第一实施例的透明电极100包括透明导电层102以及注入层104。而且，注入层104介于透明导电层102与发光元件的发光层106之间，注入层104的厚度t例如小于15nm，譬如在2nm～10nm之间。此外，发光元件一般还有设置在基板108上的驱动元件110以及相对于透明电极100的另一电极112，其中驱动元件110例如是主动驱动元件或被动驱动元件，如TFT等。发光层106介于电极112和透明电极100之间，电极112可为阳极、透明电极100可为阴极。上述注入层104的材料为掺杂金属的金属氧化物或碱金属盐类；举例来说，金属氧化物可列举但不限于LiO2或MoO3；碱金属盐类可列举但不限于LiF、LiBO3、K2SiO3、Cs2CO3、CH3COOM(M＝Li、Na、K、Rb、Cs)。注入层104中掺杂的金属可列举但不限于Al、Ca、Ag、Cu、Mg或其合金，如Mg:Ag、Li:Al等。在本实施例中，注入层104的制作可采用共蒸镀法，譬如在真空腔体内利用不同蒸镀源进行共蒸镀，因此能以接近的重量或体积比例同时蒸镀金属氧化物或碱金属盐类以及金属，其中金属与金属氧化物或碱金属盐类的混合重量比例譬如在1:1～1:5之间，但本发明并不限于此。
由于本实施例使用掺杂金属的碱金属盐类作为透明电极100内的注入层104，所以会形成如图2所示的多孔隙结构。在图2中，较大且带正号(+)的是代表碱金属盐类、较小且带负号(-)的是代表所掺杂的金属，电磁波可在孔洞中共振并重新辐射电磁波，因此能增加透射率。在另一实施例中，注入层104还可包括有机材料，与所述碱金属盐类以及掺杂的所述金属混合分布。所述有机材料可以是用于注入层的有机材料或者当作缓冲用的有机材料，例如Liq、HAT-CN、CuPc、F4TCNQ等。而且，基于注入层104的总重量为100％，有机材料的含量约小于50％。注入层104若是以共蒸镀法制作，则可通过增加蒸镀源的方式来加入有机材料。
在第一实施例中，透明导电层102例如透明金属氧化物，如ITO、IZO、AZO、ZnO、FTP或GZO，因此与注入层104搭配后，不但提升电极的整体透射率还能保有高导电度。至于电极112可以是用于发光元件的一般金属电极，但本发明并不限于此；在另一实施例中，可采用与透明电极100相同的构件作为电极112，并使注入层介于透明导电层与发光层106之间。
图3是第一实施例的另一种发光元件的示意图，其中使用与图1相同的元件符号来表示相同的构件，且未描述的技术内容均可参照以上说明，故不再赘述。
在图3中，透明电极100中的透明导电层为金属薄膜300，其余构件则与图1相同，且金属薄膜300的透射率在50％以上，因此搭配注入层104可确保电极的整体透射率并具有高导电度。所述金属薄膜300的材料例如银或铝。
图4是第一实施例的再一种发光元件的示意图，其中使用与图1相同的元件符号来表示相同的构件，且未描述的技术内容均可参照以上说明，故不再赘述。
在图4中，透明电极100还包括一缓冲层400，介于所述透明导电层102与所述注入层104之间，其余构件则与图1相同。缓冲层400可用以保护底下的发光层106免于后续制程的影响。举例来说，透明导电层102通常是采用溅镀形成的，所以溅镀过程有可能破坏发光层106的表面，因此在注入层104表面可先形成一层缓冲层400再进行后续溅镀制程。此外，缓冲层400如为HAT-CN(Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile)，也能因为材料本身的结构而具备平坦化的功效。
图5是第一实施例的又一种发光元件的示意图，其中使用与图4相同的元件符号来表示相同的构件，且未描述的技术内容均可参照以上说明，故不再赘述。
在图5中，透明电极100还包括一金属薄膜500，设置于所述透明导电层102内，且所述金属薄膜500的透射率在50％以上，其余构件则与图4相同。金属薄膜500能增加导电度，且维持高透射率。所述金属薄膜500的材料例如银或铝。此外，图5中的缓冲层400也可视情形而省略。
图6是依照本发明的第二实施例的一种发光元件的示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同的构件。
请参照图6，第二实施例中的透明电极600包括透明导电层102以及注入层104。第二实施例与第一实施例的差别在于其为倒置型结构，因此发光元件的发光层106与基板108之间是透明电极600，而另一电极112是设置在发光层106之上，电极112可为阳极、透明电极600可为阴极。驱动元件110则位在透明电极600与基板108之间。另外，在发光层106与电极112之间可选择性的设置一缓冲层602，用以保护底下的发光层106免于后续制程的影响。缓冲层602例如HAT-CN或其他适用的材料。以上未描述的技术内容均可参照以上第一实施例的说明，故不再赘述。
图7是依照本发明的第三实施例的一种发光元件的示意图，其中使用与第二实施例相同的元件符号来表示相同的构件。
请参照图7，第三实施例与第二实施例的差别在于，设置在发光层106之上的电极为透明电极700，且其包含透明导电层102以及注入层104，注入层104介于透明导电层102与发光层106之间。而此实施例与第二实施例相较亦未绘示选择性设置的缓冲层。因此，第三实施例的元件整体的透射率会进一步地增加。以上未描述的技术内容均可参照以上各个实施例的说明，故不再赘述。
图8是依照本发明的第四实施例的一种发光元件的示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同的构件。。
在图8中，发光元件具有透光区800a与不透光区800b，其中透光区800a是指透射率远大于不透光区800b的区域。发光元件包括第一电极802、发光层804以及第二电极806，所述发光层804位于不透光区800b的第一电极802与第二电极806之间，其中第一电极802是透明电极，且透明电极延伸至透光区800a，使透光区800a的透射率在50％以上。在此实施例中，第一电极802(透明电极)系全面覆盖透光区800a，所以不但能提升电极的整体透射率，还能改善传统以打洞或穿孔的方式来增加透射率的方式所带来的亮度不均与阻值增加等问题，而维持元件既有的发光效率。然而本发明并不限于此，第一电极802(透明电极)也可依照需求设计而覆盖部分的透光区800a。在本实施例中，于不透光区800b内除了有驱动元件110，还可能包括扫描线(未绘示)以及数据线(未绘示)等线路。透光区800a则会有透明材料808填充于基板108与第一电极802之间。
图9是图8的发光元件的上视示意图。从图9可知，透光区800a与不透光区800b的位置关系，透光区800a一般是被像素界定层(Pixel Define Layer，PDL)900所界定的区域，而不透光区800b基本上包含第二电极806，其可为阳极。在图9中，第一电极802(透明电极)除了位于不透光区800b也全面覆盖整个透光区800a与PDL 900。
图10是第四实施例的另一种发光元件的示意图，其中使用与图8相同的元件符号来表示相同的构件，且未描述的技术内容均可参照以上说明，故不再赘述。
在图10中，第一电极802还包括一缓冲层1000，介于不透光区800b内的透明导电层102与所述注入层104之间，其余构件则与图8相同。缓冲层1000可用以保护底下的发光层804免于后续制程的影响，如同图4的缓冲层400还可具备平坦化的功效。
以下列举数个实验来验证本发明的功效，但实验内容并非用以限制本发明的范围。
〈实验例1〉
首先在一玻璃基板上沉积100nm厚的氮化硅层，然后以Al:LiF的混合重量比例3:2，通过共蒸镀形成10nm厚的掺杂Al的LiF，再于其上溅镀一层280nm厚的IZO，以完成受测的透明电极。
对上述透明电极进行电阻率与透射率的测量，并将结果显示于下表一。
〈实验例2〉
采用实验例1的方式制作透明电极，但Al:LiF的混合重量比例改为1:1。
对上述透明电极进行电阻率与透射率的测量，并将结果显示于下表一。
〈实验例3〉
采用实验例1的方式制作透明电极，但Al:LiF的混合重量比例改为2:3。
对上述透明电极进行电阻率与透射率的测量，并将结果显示于下表一与图11。
〈对照例1〉
采用实验例1的方式制作透明电极，但掺杂Al的LiF改为纯铝。
对上述透明电极进行电阻率与透射率的测量，并将结果显示于下表一。
〈对照例2〉
采用实验例1的方式制作透明电极，但掺杂Al的LiF改为纯LiF。
对上述透明电极进行电阻率与透射率的测量，并将结果显示于下表一。
表一
从表一可得到，单独使用LiF或者Al薄膜，在溅镀制程下IZO的阻值偏高。相反地，掺杂Al的LiF膜具有较低的阻值，因此这样的共蒸镀膜具有使IZO稳定成膜的功效。而且，当Al:LiF的混合比例在1:1以下，在光线波长为550nm时，其整体透射率由原本52％提升至约90％(@550nm)。
〈对照例3〉
采用实验例3的方式制作透明电极，但掺杂Al的LiF改为分别蒸镀单层LiF(3nm)与单层Al(2nm)交替堆栈的四层结构，其总厚度为10nm。
对上述透明电极进行透射率的测量，并将结果显示于图11。图11的横轴为波长(单位为nm)，纵轴为透射率T。
〈对照例4〉
采用实验例3的方式制作透明电极，但掺杂Al的LiF改为分别蒸镀单层LiF(6nm)与单层Al(4nm)堆栈的双层结构，其总厚度为10nm。
对上述透明电极进行透射率的测量，并将结果显示于图11。
从图11可得到，相比于对照例3及对照例4的LiF与Al交互堆栈方式，实验例3的作法有更高的透射率。
〈实验例4〉
首先在一玻璃基板上沉积100nm厚的ITO作为电极(阳极)，然后形成有机空穴传输层以及Ir(ppy)3作为发光层，在形成电子传输层后，再以Al:LiF的混合重量比例2:3，通过共蒸镀形成5nm厚的掺杂Al的LiF，并于其上溅镀一层280nm厚的IZO作为含Al:LiF与IZO的透明电极(阴极)，以完成受测的发光元件。
对上述发光元件先以模拟得到其电流效率与透射率，再进行上发光与下发光的光学与电性测量，并将结果显示于下表二及图12和图13。
〈实验例5〉
采用实验例4的方式制作发光元件，但掺杂Al的LiF的厚度改为10nm。
对上述发光元件先以模拟得到其电流效率与透射率，再进行上发光与下发光的光学与电性测量，并将结果显示于下表二及图12和图13。
〈对照例5〉
采用实验例4的方式制作发光元件，但透明电极直接换成Mg:Ag(5nm)与Ag(15nm)的叠层结构。
对上述发光元件先以模拟得到其电流效率与透射率，再进行下发光的光学与电性测量，并将结果显示于下表二。
表二
从表二可得到，实验例4～5的效率虽然较低，但在透射率方面增幅极大。以实验例4的模拟总效率0.0822视为基准，实验例5及对照例5的模拟总效率与实验例4的模拟总效率比值分别为0.53及0.54，在表二中以(0.53X)及(0.54X)标示于实验例5及对照例5的模拟总效率的数值之后。另外，以实验例4的量测总效率40cd/A视为基准，实验例5及对照例5的量测总效率与实验例4的量测总效率比值分别为0.40及0.40，在表二中以(0.40X)及(0.40X)标示于实验例5及对照例5的量测总效率的数值之后。
图12是实验例4(LiF:Al为5nm)和实验例5(LiF:Al为10nm)的电流密度对操作电压的关系曲线图。图12中的Bottom系指朝基板方向出光，Top系指朝阴极方向出光。其中横轴为电压，单位为伏特，纵轴为电流密度，单位为mA/cm2。图13是实验例4(LiF:Al为5nm)和实验例5(LiF:Al为10nm)的电流效率与电流密度的关系曲线图。图13中的Bottom系指朝基板方向出光，Top系指朝阴极方向出光。其中横轴为电流密度，单位为mA/cm2，纵轴为电流效率，单位为cd/A。从图12～13可得到，厚度较薄的掺杂Al的LiF具有较佳的注入能力。
〈实验例6〉
首先在一玻璃基板上制作TFT，再沉积100nm厚的ITO作为电极(阳极)，然后形成有机空穴传输层以及Ir(ppy)3作为发光层，在形成电子传输层后，再以Al:LiF的混合重量比例2:3，通过共蒸镀形成10nm厚的掺杂Al的LiF，并于其上溅镀一280nm厚的IZO作为含Al:LiF与IZO的透明电极(阴极)，以完成受测的发光元件。
对上述发光元件进行电性测量，并将结果显示于图14和图15。
〈实验例7〉
采用实验例6的方式制作透明电极，但在Al:LiF与IZO之间形成一层20nm厚的HAT-CN作为缓冲层。
对上述发光元件进行电性测量，并将结果显示于图14和图15。
从图15可知，实验例6～7的发光元件随操作电压变化均具有相同的电流密度。从图16还能观察出没有缓冲层的实验例6的效率还比有缓冲层的实验例7要高，所以Al:LiF本身即具有保护发光层免于溅镀制程中损伤的功效。
图16是依照本发明的第五实施例的一种透明发光元件的示意图。
在图16中，透明发光元件具有透光区1600a与不透光区1600b，其中透光区1600a是指透射率远大于不透光区1600b的区域。透明发光元件包括设置于一基板1602上的第一电极1604与多层发光层1606以及多个第二电极1608，其中发光层1606与第二电极1608分别交替地堆栈于第一电极1604上。所述发光层1606位于不透光区1600b，且可分别发不同的光，因此可通过直流调整各第二电极1608之间电位差，来调整各发光层1606的发光强度，达到调整光色目的。第二电极1608是如上述各实施例中的透明电极并延伸至透光区1600a，使透光区1600a的透射率在50％以上，其中第二电极1608包括透明导电层1610以及注入层1612，其详细内容可参照上述各实施例，故不再赘述。
在此实施例中，第二电极1608(透明电极)可全面覆盖透光区1600a，所以不但能提升电极的整体透射率，还能改善传统以打洞或穿孔的方式来增加透射率的方式所带来的亮度不均与阻值增加等问题，而维持元件既有的发光效率。然而本发明并不限于此，第二电极1608(透明电极)也可依照需求设计而覆盖部分的透光区1600a。在本实施例中，于不透光区1600b内还可能包括驱动元件(未绘示)、扫描线(未绘示)以及数据线(未绘示)等构件。透光区1600a则会有透明材料1614填充于基板1602与第二电极1608之间以及各个第二电极1608之间。
图17是依照本发明的第六实施例的一种透明发光元件的示意图，其中使用与图16相同的元件符号来表示相同的构件，且未描述的技术内容均可参照以上说明，故不再赘述。
在图17中，透明发光元件同样包括第一电极1604、多层发光层1606以及多个第二电极1608。由于发光层1606可分别发不同的光，因此可通过交流电时脉，来调整发光颜色。
综上所述，本发明实施例引进一种结构设计取代传统的电极，主要使用掺杂有金属的碱金属族盐类搭配透明导电层作为透明电极，不需要繁复的制程及结构设计，即可提升电极的整体透射率并保有高导电度，还能广泛应用于透明产品上，而达到透射率提升以及发光效率增加的效果。
虽然本发明以上述实施例公开，但具体实施例并不用于限定本发明，任何本技术领域技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，可作一些的变更和完善，故本发明的权利保护范围以权利要求书为准。
Claims (6)
1.一种发光元件，具有透光区与不透光区，所述发光元件包括：第一电极、发光层以及第二电极，所述发光层介于所述不透光区的所述第一电极与所述第二电极之间，其特征在于，
所述第一电极与所述第二电极中至少一个为透明电极，且所述透明电极延伸至所述透光区，所述透光区的透射率在50％以上；其中，所述透明电极包括：透明导电层及注入层，所述注入层介于所述透明导电层与发光元件的发光层之间，所述注入层的材料为掺杂金属的金属氧化物或碱金属盐类。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述透明电极系全面覆盖所述透光区。
3.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述发光元件于所述不透光区内还包括：驱动元件、扫描线以及数据线。
4.一种透明发光元件，具有透光区与不透光区，其特征在于，所述透明发光元件包括：
第一电极，设置于基板上；以及
多数个发光层与多数个第二电极，分别交替地堆栈于所述第一电极上，所述发光层位于所述不透光区，所述第二电极为透明电极，且所述透明电极延伸至所述透光区，所述透光区的透射率在50％以上；其中，所述透明电极包括：透明导电层及注入层，所述注入层介于所述透明导电层与发光元件的发光层之间，所述注入层的材料为掺杂金属的金属氧化物或碱金属盐类。
5.如权利要求4所述的透明发光元件，其特征在于，所述透明电极系全面覆盖所述透光区。
6.如权利要求4所述的透明发光元件，其特征在于，所述透明发光元件于所述不透光区内还包括：驱动元件、扫描线以及数据线。
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