CN1790770A - 发光元件用基材和电极、包含它们的发光元件及基材制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供基于有机发光材料的发光元件用基材及其制造方法。该基材可低成本地制造并具有长寿命，以及一种用于基材上和具有高电导率的有机材料。该发光元件用的基材包括底板基材，在该底板基材上成形了金属层并在金属层上配置着导电聚合物层。
Description
相关申请的交叉参考
[0001]本申请要求欧洲专利申请号04 090 368.4，2004-09-21提交，以及韩国专利申请号10-2005-0018757，2005-03-07提交到韩国知识产权局，的优先权及其权益，在此将其公开内容全部收作参考。
技术领域
[0002]本发明涉及基于有机发光材料的发光元件用基材、其制造方法、发光元件用电极以及包含它们的发光元件。
背景技术
[0003]透明基材通常被用作有机发光二极管(OLED)显示器或发光元件中的电极。在OLED显示器中，配置在基材上、由铟锡氧化物(ITO)构成的层通常被用作阳极。
[0004]为了高效地工作，OLED元件可具有各种性能如电子电导率、空穴电导率和光发射，但是大多数被用于OLED的材料只能满足这些性能之一。可采用由不同层组合形成的多层元件来提高效率。例如，一层可具有优异空穴电导率，而另一层可具有较好电子电导率。
[0005]在OLED的场合，空穴注入层(HIL)可用在ITO层上以增加包含底板基材和ITO层的阳极的效率。聚亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸酯(PEDT/PSS)可用作HIL。此种HIL的一个问题是，使ITO层表面受到腐蚀，因为无法完全避免PEDT/PSS的酸性和离子扩散并渗透到OLED的有机层中。离子对OLED元件的耐用寿命具有负面影响(Nucl.Inst.and Meth.In Physics Res.B 194(2002)346；Appl.Phys.Lett.75(1999)1404；Appl.Phys.Lett.81/6(2002)1119；Mat.Sci.Engin.B97(2003)1-4；J.Appl.Phys.79(1996)2745)。
[0006]为了维持同样的效率和提高耐用寿命，可心的是采用一种具有较耐受PEDT/PSS的非ITO的电极材料的基材。该电极材料优选为低成本、半透明并具有高电导率。另外，该电极材料可以是柔性的，以便它可应用到柔性元件如有机显示器元件或有机太阳能电池中。
[0007]高电导率聚亚乙二氧基噻吩(PEDT)已知被作为ITO的替代物。诸如拜尔公司生产的高导电性PEDT(“就地”PEDT，电导率500S/cm)当用作ITO替代物时，在大表面面积OLED元件上具有非常大的电压损失(ITO的电导率是104S/cm)。因此，OLED元件的亮度随着与电压触点之间的距离增加而衰退。
[0008]WO 03/106571A1公开通过更换溶剂提高PEDT/PSS的电导率的方法。PEDT/PSS通常是水溶性的并具有最高10-3S/cm的电导率(H.C.Starck Baytron P TP A14083)的电导率。通过(改变)可溶性聚合物的配方，PEDT可具有最高达130S/cm的电导率(H.C.StarckBaytron F CPP 105D M)或120S/cm(Agfa Orgacon foil)或500S/cm(H.C.Starck polyster foil JOF 6073，涂以“就地”PEDT涂层)。
[0009]通过以醇如乙二醇替代水，PEDT/PSS溶剂的电导率可提高一倍。按照WO 93/106571A1，PEDT/PSS溶剂的电导率可最高达10-1S/cm。可见，PEDT/PSS溶剂的电导率不能提高到足以替代ITO作为有机元件的阳极材料。缺点还在于，PEDT/PSS醇溶剂的稳定性很低。由于在规定的时间以后发生附聚和凝固，旋涂期间的可印刷性或均匀加工变得困难，并且PEDT/PSS溶剂的耐久性下降。
发明内容
[0010]本发明提供一种耐用发光元件用基材，它可低成本地制造并包括具有高电导率和长寿命的有机材料。可采用高电导率的标准PEDT溶剂。
[0011]本发明还提供一种制造该基材、包括该基材的电极，以及包括该电极的发光元件的方法。
[0012]本发明的附加特征将在下面的描述中给出，并从描述中部分地变得明晰，或者可通过本发明的实施被完全掌握。
[0013]本发明公开一种发光元件用基材，包含底板基材，配置在底板基材上的金属层和配置在金属层上的导电聚合物层。
[0014]本发明还公开一种制造发光元件用基材的方法，包括在底板基材上涂布金属层并在金属层上涂布导电聚合物层。
[0015]本发明还公开一种发光元件用电极，包含底板基材，配置在底板基材上的金属层和配置在金属层上的导电聚合物层。
[0016]本发明还公开一种发光元件，包含：第一电极，后者包括配置在底板基材上的金属层和配置在金属层上的导电聚合物层；面朝第一电极的第二电极；以及配置在第一电极与第二电极之间的发光层。
[0017]要知道，上面的一般描述和下面的详细描述都是示范性的，旨在对所要求的本发明提供进一步的解释。
附图说明
[0018]下面的附图被提供用来进一步说明本发明，属于并构成本发明的一部分，图示本发明的实施方案并与文字说明一起起到解释本发明原理的作用。
[0019]图1是一种基材的示意断面视图，包含底板基材、线-状的金属层和本发明一种范例实施方案的连续聚合物层。
[0020]图2是一种基材的示意断面视图，包括底板基材、线-状的金属层和本发明另一种范例实施方案的线-状的聚合物层。
[0021]图3是图2所示基材的修改实例的示意断面视图。
[0022]图4、图5和图6是本发明范例实施方案的发光元件的断面视图。
具体实施方式
[0023]下面将参考着展示本发明实施方案的附图更详细地描述本发明。然而，本发明可以表现为多种不同形式，因此不能认为局限于这里所给出的实施方案。相反，提供这些实施方案的目的在于使本公开更加精细，并全面地将本发明的范围展现给本领域技术人员。
[0024]要知道，当说到一种要素如层、薄膜、区域和基材位于另一要素上面时，它可以直接在另一要素上或者还可存在居间的要素。相比之下，当提到某要素“直接坐落在”另一要素上时，则不存在任何居间要素。
[0025]本发明提供一种发光元件用基材，它基于一种具有高电导率的有机发光材料，可低成本地制造、耐用并且具有长寿命。
[0026]图1是一种基材的示意断面视图，包含底板基材1、线-状的金属层2和本发明一种范例实施方案的连续聚合物层3。一种硼硅酸盐玻璃被用作底板基材1。底板基材1在超声波异丙醇浴中清洗5min，在氮气流下干燥，然后再接受紫外/臭氧处理10min。
[0027]接着，通过采用喷墨印刷方法用金属油墨(实例：HarimaNPS-J LOT C 040218)在底板基材1上印刷并在烘箱中在200℃下回火30min印制约100mm宽的线-状金属层2。金属层2的印刷沉积所采用的油墨可包含金属，包括但不限于银(Ag)、铜(Cu)和金(Au)。
[0028]金属层2可为约50nm～约150nm宽和约10nm～约200nm高。相邻金属层2之间的距离可为约100μm～约1500μm。
[0029]接着，通过旋涂，随后在180℃的加热板上干燥10min形成如图1所示基材，来沉积闭合的80nm层厚的连续聚合物层3，例如，高度导电PEDT(例子：BaytronF CPP 105D M，由拜尔公司出品)。连续聚合物层3可为约30nm～约300nm厚。
[0030]替代地，聚合物层也可安排成线-状的。在此种情况下，线-状的聚合物层4可至少部分地覆盖金属层2如图2所示，或者完全覆盖金属层2如图3所示。聚合物层4可为约100nm～约400nm宽和约10nm～约200nm高。相邻聚合物层之间的距离可为约100μm～约1500μm。线-状聚合物层4可采用照相平版法或者用喷墨印刷法成形。
[0031]聚合物层3和4可包含，但不限于聚亚乙二氧基噻吩和聚苯胺。
[0032]聚合物层4可这样沉积：首先在底板基材1上印刷金属层2，随后将它们在180℃的热板上干燥10min。然后，可在金属层2上印刷聚合物层4，从而形成如图2所示基材。
[0033]上面参考图1、图2和图3所描述的基材可用作电极，例如，发光元件中的阳极。另外，可提供一种发光元件，它用上面描述的基材作为第一电极并包括面朝该第一电极的第二电极和夹在第一电极和第二电极之间的发光层。
[0034]图4、图5和图6是本发明范例实施方案的发光元件的断面视图。
[0035]如图4所示，一种本发明范例实施方案的有机电致发光元件包括成形在基材401上的第一电极430、面朝第一电极430的第二电极440和夹在第一电极430和第二电极440之间的有机发光层450。具体地说，可在基材401上成形一个缓冲层405。第一电极430、有机发光层450和第二电极440顺序地成形在缓冲层405上，并在第一电极430和第二电极440之间插入极间电介质(ILD)层420作为绝缘层。
[0036]基材401可包含，例如，硼硅酸盐玻璃或塑料。缓冲层405可包含SiO2并被用来防止基材401表面沾污或防止潮湿或空气的渗透。
[0037]配置在缓冲层405上的第一电极430可成形为线-状或者排列成对应于象素的具有规定形状的图案，如某种图象。本发明发光元件用的第一电极430包括被成形为大量直线的金属层431，和覆盖金属层431的连续聚合物层432。线-状金属层431和连续聚合物层432具有与图1、图2和图3所示的那些金属层2和聚合物层3同样的构型和排列。于是，具有金属层431和聚合物层432的第一电极430可具有最高500S/cm的电导率、无电压降，可挠曲(柔性)并具有高耐用寿命。
[0038]包括绝缘材料的ILD层420被成形为覆盖第一电极430，并在该ILD层420上成形孔421，以便使第一电极430通过该孔421露出。ILD层420可以是有机绝缘层、无机绝缘层或有机-无机复合层，具有采用喷墨印刷成形的单层或多层结构。用于ILD层的包括绝缘材料的溶液被喷涂到缓冲层405上，以便采用氟化等离子体对第一电极430进行表面处理从而获得疏水性能，借此就形成ILD层420。在此种情况下，鉴于ILD层420不是成形在表面处理的第一电极430上，故可成形孔421，以便使第一电极430通过它露出。
[0039]成形有机发光层450，使之覆盖第一电极430，以便使有机发光层450对应于ILD层420的孔421。面朝第一电极430的第二电极440被成形在有机发光层450上。第二电极440可制成覆盖发光元件的所有象素，但不限于象素。如果第一电极430被制成对应于具有规定形状的象素的图案，则第二电极440也可成形为对应于该图案的图案。
[0040]在以上的结构中，第一电极430和第二电极440都可作为阳极或者作为阴极。图5和图6所示实施方案具有作为阳极的第一电极430，和作为阴极的第二电极440。
[0041]当具有上述结构的有机发光元件是正面发光有机电致发光元件时，第一电极430可以是反射电极，而第二电极440可以是透明电极。当具有上述结构的有机电致发光元件是背面发光有机电致发光元件时，第一电极430可以是透明电极，而第二电极440可以是反射电极。当具有上述结构的有机电致发光元件是两面发光的有机电致发光元件时，则第一电极430和第二电极440都可以是透明电极。
[0042]有机发光层450可以是低分子量或高分子量有机层。当用低分子量有机层作为有机发光层450时，该低分子量层可通过在单层或多层结构中重叠成形空穴注入层(HIL)、空穴运输层(HTL)、发光层(EML)、电子运输层(ETL)和电子注入层(EIL)来成形。如果第一电极430和第二电极440的极性调换，就是说，当第一电极430是阴极，而第二电极440是阳极时，有机发光层450可按照与上面相反的顺序叠摞。
[0043]各种各样有机材料如酞菁铜(CuPc)、N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-二苯基-联苯胺(NPB)，和三-8-羟基喹啉铝(Alq3)可用作较低分子量有机层。这些低分子量有机层采用真空沉积成形。
[0044]当用高分子量有机层作为有机发光层450时，它可包括HTL和EML。在此种情况下，可用PEDOT作为HTL，并采用高分子量材料如聚亚苯基亚乙烯基和聚芴作为EML。这些高分子量有机层采用网印或喷墨印刷等方法成形。成形了有机发光元件以后，将其顶部密封。
[0045]图5画出一种按照本发明另一范例实施方案的有机电致发光元件。图5的有机电致发光元件具有类似于图4的结构，不同的是，第二电极成形在平坦的表面上并且ILD层成形为线-状。
[0046]如图5所示，第一电极530按照图3成形，其中第一电极530成形在基材501(缓冲层505)上，并包括在基材501上成形的线-状金属层531，以及完全覆盖金属层531的导电聚合物层532。
[0047]类似于图4中描述的表面处理，成形绝缘层或ILD 520以便在第一电极530和第二电极540之间形成绝缘。不同于图4中描述的元件，图5的绝缘层520不是成形在第一电极530上，而是可成形在相邻第一电极530之间的空间内，呈与第一电极530上成形的表面加工图案一致的线状。当表面加工沿第一电极530是非连续进行时，由于绝缘层可以形成为晶格形状，它可以在第一电极530和第二电极540之间绝缘，并限定像素。
[0048]有机发光层550成形在第一电极530的由绝缘层520暴露出来的区域内。有机发光层550与图4的有机发光层450相同，因此有关其详细描述将省略。
[0049]面朝第一电极530的第二电极540可成形为覆盖全部有机发光层550和绝缘层520，也就是，覆盖整个有机发光元件。当第一电极530和有机发光层550之一成形在规定的图案中时，第二电极540也可成形为与该图案相对应的图案。
[0050]另外，聚合物层532可完全覆盖金属层531，借此形成第一电极530。然而，聚合物层532也可部分地覆盖金属层531，如图2所示，借此形成第一电极530。在此种情况下，可将绝缘层520成形为覆盖不被聚合物层532覆盖的那部分金属层531。
[0051]具有如图4和图5所示发光元件用电极的有机电致发光元件已作为无源矩阵(PM)型有机电致发光元件的例子描述过。该有机电致发光元件也可以是有源矩阵(AM)型有机电致发光元件，其一个实施方案表示在图6中。
[0052]如图6所示，在基材601上成形缓冲层605，在缓冲层605上成形门电极611。在门电极611上成形门绝缘层612以便在源/漏电极613与门电极611之间形成绝缘。源/漏电极613成形在门绝缘层612上，半导体层614成形在源/漏电极613上并与之接触。源/漏电极613包括源电极613a和漏电极613b。
[0053]成形极化层615，它具有将源/漏电极613的613a或613b与第一电极630连接的接触孔。第一电极630可以是图1和图3所示发光元件用电极，被成形在极化层615上以便接触613a或613b。另外，在第一电极630上成形象素规定层620，它具有孔621并将第一电极630和第二电极640彼此绝缘。透过在象素规定层620上形成的孔621在第一电极630上成形有机发光层650，然后成形覆盖有机发光层650和象素规定层620的第二电极640。
[0054]基材601可以是玻璃基材、塑料基材或金属基材，但是不限于这些。在基材601上成形按照分别与图4或图5中所示缓冲层405或505相同方式成形预防杂质或离子渗透和扩散的缓冲层605。门绝缘层612可以是具有单层或多层结构的有机绝缘层、无机绝缘层或有机-无机复合层。在源电极613a、门绝缘层612和漏电极613b上面成形半导体层614，它起到耦合源电极613a与漏电极613b的沟道的作用。半导体层614可包含无机半导体或有机半导体。
[0055]于是，门电极611、门绝缘层612、源/漏电极613以及半导体层614合起来构成薄膜晶体管(TFT)。具有以上结构的TFT可用作驱动TFT以驱动象素，并响应从开关TFT(未画出)传递来的数据信号决定流过有机发光元件的电流大小。
[0056]为了耦合第一电极630与驱动TFT，成形覆盖源/漏电极613的极化层615、半导体层614和门绝缘层612。极化层615是成形第一电极630的底板并将源/漏电极613和第一电极630彼此绝缘。极化层615包括接触孔615a，通过它，第一电极630与源电极613a和漏电极613b之一相接触。极化层615可以是有机绝缘层、无机绝缘层或有机-无机复合层，具有单一或叠层结构，像门绝缘层612似的。
[0057]第一电极630配置在极化层615上面。第一电极630是发光元件的阳极，包括配置在极化层615上的金属层或金属线631，以及完全覆盖金属层或金属线631的导电聚合物层或聚合物线632。金属层或金属线631和聚合物层或聚合物线632对应于分别如图1、图2和图3所示金属层或金属线2和聚合物层或聚合物线3。另外，聚合物层或聚合物线632透过穿透极化层615的接触孔615a接触源电极613a和漏电极613b之一。第一电极630类似于图4所示第一电极430。
[0058]成形包括绝缘材料的象素规定层620，使之覆盖第一电极630，并在象素规定层620上成形孔621，以便使第一电极630透过孔621露出。象素规定层620可以是有机绝缘层、无机绝缘层或有机-无机复合层，呈单层或多层结构，由喷墨印刷形成。象素规定层620按照与图4的ILD层420相同方式成形，因此其详细描述将略去。
[0059]成形有机发光层650，使之覆盖对应于象素规定层620的孔621的第一电极630。在有机发光层650上成形第二电极640，面对着第一电极630。有机发光层650可按照图4或图5中所示有机发光层相同方式成形。第二电极640可成形为覆盖发光元件的整个象素，但不限于此。当第一电极630成形为对应于规定形状的图案时，第二电极640也可成形为对应于该图案的图案。
[0060]本发明有机电致发光元件已在几个实施方案中做了描述。然而，本发明可应用于具有不同形状的发光元件，例如，液晶显示器元件或场致发光显示器元件。
[0061]对于本领域技术人员来说十分清楚，在本发明范围内可制定各种不同的修改和变换方案而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明旨在涵盖本发明的所有修改和变换方案，只要落在所附权利要求及其等价物的范围内。
Claims (35)
1.一种发光元件用基材，包含
底板基材；
配置在底板基材上的金属层；以及
配置在金属层上的导电聚合物层。
2.权利要求1的基材，其中金属层包含选自由银(Ag)、铜(Cu)和金(Au)组成的一组的金属。
3.权利要求1的基材，其中金属层成形为线状。
4.权利要求3的基材，其中金属层为约50nm～约150nm宽，和约10nm～约200nm高；并且其中相邻金属层之间的距离为约100μm～约1500μm。
5.权利要求1的基材，其中导电聚合物选自聚亚乙二氧基噻吩或聚苯胺。
6.权利要求1的基材，其中导电聚合物层由约30nm～约300nm厚的连续层构成。
7.权利要求1的基材，其中导电聚合物层成形为线状。
8.权利要求7的基材，其中聚合物层为约100nm～约400nm宽和约10nm～约200nm高；并且其中相邻聚合物层之间的距离为约100μm～约1500μm。
9.权利要求7的基材，其中聚合物层部分地覆盖金属层。
10.权利要求7的基材，其中聚合物层完全覆盖金属层。
11.一种制造发光元件用基材的方法，包括：
在底板基材上沉积金属层；以及
在金属层上沉积导电聚合物层。
12.权利要求11的方法，其中金属层沉积成线状。
13.权利要求12的方法，其中金属层由含金属的喷墨印刷油墨沉积而成。
14.权利要求12的方法，其中导电聚合物采用旋涂或印刷沉积。
15.权利要求11的方法，其中金属层包含选自由银(Ag)、铜(Cu)和金(Au)组成的一组的金属，并且其中聚合物层包含选自聚亚乙二氧基噻吩或聚苯胺的聚合物。
16.一种发光元件用电极，包含：
底板基材；
配置在底板基材上的金属层；和
配置在金属层上的导电聚合物层。
17.权利要求16的电极，其中金属层包含选自由银(Ag)、铜(Cu)和金(Au)组成的一组的金属。
18.权利要求16的电极，其中金属层成形为线状。
19.权利要求18的电极，其中金属层为约50nm～约150nm宽，和约10nm～约200nm高；并且其中相邻金属层之间的距离为约100μm～约1500μm。
20.权利要求16的电极，其中导电聚合物层包含选自聚亚乙二氧基噻吩或聚苯胺的聚合物。
21.权利要求16的电极，其中导电聚合物层由约30nm～约300nm厚的连续层构成。
22.权利要求16的电极，其中导电聚合物层成形为线状。
23.权利要求22的电极，其中聚合物层为约100nm～约400nm宽和约10nm～约200nm高；并且其中相邻聚合物层之间的距离为约100μm～约1500μm。
24.权利要求22的电极，其中聚合物层部分地覆盖金属层。
25.权利要求22的电极，其中聚合物层完全覆盖金属层。
26.一种发光元件，包含：
第一电极，包括配置在底板基材上的金属层和配置在金属层上的导电聚合物层；
面朝第一电极的第二电极；以及
配置在第一电极与第二电极之间的发光层。
27.权利要求26的发光元件，其中金属层包含选自银(Ag)、铜(Cu)和金(Au)组成的一组的金属。
28.权利要求26的发光元件，其中金属层成形为线状。
29.权利要求28的发光元件，其中金属层为约50nm～约150nm宽，和约10nm～约200nm高；并且其中相邻金属层之间的距离为约100μm～约1500μm。
30.权利要求26的发光元件，其中导电聚合物层包含选自聚亚乙二氧基噻吩或聚苯胺的聚合物。
31.权利要求26的发光元件，其中导电聚合物层由约30nm～约300nm厚的连续层构成。
32.权利要求26的发光元件，其中导电聚合物层成形为线状。
33.权利要求32的发光元件，其中聚合物层为约100nm～约400nm宽和约10nm～约200nm高；并且其中相邻聚合物层之间的距离为约100μm～约1500μm。
34.权利要求32的发光元件，其中聚合物层部分地覆盖金属层。
35.权利要求32的发光元件，其中聚合物层完全覆盖金属层。
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