CN1845358A - 有机电致发光装置及其制造方法、空穴注入装置 - Google Patents

Abstract

一种有机电致发光装置，包括一阳极设于一基板上、至少一空穴注入装置，其包括堆叠于该阳极上的至少一第一材料层与至少一第二材料层、一有机发光层设于该空穴注入装置之上，以及一电子源层设于该有机发光层之上。上述第一材料层包括至少一第一导电材料与至少一有机材料的一混合物，且该第二材料层包括至少一第二导电材料。

Description

有机电致发光装置及其制造方法、空穴注入装置

技术领域

本发明涉及一种有机电致发光装置及其制造方法，尤指一种具有可降低驱动电压的有机电致发光装置及其制造方法。

背景技术

平板显示器具有传统阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)显示器不可比拟的优势：省电、无辐射、体积小，因此平板显示器渐渐取代了阴极射线管显示器。随着平板显示技术的提升，平板显示器的产品价格不断降低，使得平板显示器更普及且朝向大显示尺寸发展，而在现今各种平板显示器之中，有机电致发光显示器更是目前最受瞩目的产品。

请参考图1。图1为现有有机电致发光装置的示意图。如图1所示，现有有机电致发光装置包括一设于一基板10上的阳极12、一设于阳极12上方的阴极14，以及一设于阳极12与阴极14之间的有机发光层16。此外，现有有机电致发光装置还包括一空穴注入层18与一空穴传输层20，设于阳极12与有机发光层16之间，以及一电子注入层22与一电子传输层24，设于有机发光层16与阴极14之间。有机电致发光装置的发光原理简述如下。当阳极12与阴极14之间存在一偏压的情况下，空穴会经过空穴注入层18与空穴传输层20进入具有发光特性的有机发光层16内，而同样地电子也会经由电子注入层22与电子传输层24进入有机发光层16内。当电子与空穴在有机发光层16内复合时会形成激子(exciton)，再将能量释放出来而回到基态(ground State)，而这些被释放出来的能量中，由于所选择的发光材料的不同，可使部份能量以不同颜色的光的形式释放出来，而形成有机电致发光装置的发光现象。

对于有机电致发光装置而言，空穴注入层18作用之一在于降低驱动电压，进而减低阳极12与空穴传输层20之间的势垒，并提升发光效率。一般而言，现有空穴注入层18使用单一有机材料层，例如NPB，或是单一金属氧化物层，然而在应用上存在着限制，特别是当阳极12与空穴传输层20界面的功函数相差较大的情况下，现有空穴注入层18对于降低驱动电压的效果有限，因而造成有机电致发光装置的寿命减短或发光效率不佳。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种有机电致发光装置的空穴注入装置与其制作方法，以降低有机电致发光装置的驱动电压。

为达上述目的，本发明提供一种有机电致发光装置。上述有机电致发光装置包括至少一设于一基板上的阳极、至少一空穴注入装置，其包括堆叠于该阳极上的至少一第一材料层与至少一第二材料层、至少一设于该空穴注入装置之上的有机发光层，以及至少一设于该有机发光层之上的电子源层。上述该第一材料层包括至少一第一导电材料(first conductive material)与至少一有机材料的一混合物，且该第二材料层包括至少一第二导电材料(secondconductive material)。

为达上述目的，本发明另提供一种制造有机电致发光装置的方法。首先形成至少一阳极于一基板上。接着形成至少一空穴注入装置于该阳极上，其中该空穴注入装置包括至少一第一材料层与至少一第二材料层，而该第一材料层包括至少一第一导电材料与至少一有机材料的一混合物，且该第二材料层包括至少一第二导电材料。随后形成至少一有机发光层于该空穴注入装置之上，并形成至少一电子源层于该有机发光层之上。

为达上述目的，本发明另提供一种空穴注入装置。上述空穴注入装置包括至少一第一材料层与至少一第二材料层。上述该第一材料层包括至少一第一导电材料与至少一有机材料的一混合物，且该第二材料层包括至少一第二导电材料。

以下为有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为现有有机电致发光装置的示意图。

图2至图4为本发明一优选实施例的有机电致发光装置的制造方法示意图。

图5为本发明的有机电致发光装置的电压与电流密度的关系图。

图6至图8为本发明其它实施例的第一材料层的浓度分布示意图。

主要元件符号说明

10 基板                                12 阳极

14 阴极                                16 有机发光层

18 空穴注入层                          20 空穴传输层

22 电子注入层                          24 电子传输层

30 基板                                32 元件区

34 显示区                              40 薄膜晶体管

41 栅极                                42 介电层

43 半导体层                            44 掺杂非晶硅层

45 源极/漏极                           46 保护层

50 阳极                                52 第一材料层

54 第二材料层                          56 空穴注入装置

58 空穴传输层                          60 有机发光层

62 电子源层                            64 阴极

66 电子注入层                          68 电子传输层

具体实施方式

请参考图2至图4。图2至图4为本发明一优选实施例的有机电致发光装置的制造方法示意图。如图2所示，首先提供一基板30，其中基板30区分为一元件区32与一显示区34。由于本实施例选用一有源式有机发光二极管显示面板(AMOLED)为例说明本发明，因此基板30上形成有薄膜晶体管阵列(TFT array)，然而若有机电致发光装置应用于一无源式有机发光二极管显示面板，则可不设薄膜晶体管阵列，而利用扫描线控制有机电致发光装置。另外，为彰显本发明的特点，图标中仅显示出一与有机电致发光装置电连接的薄膜晶体管40。薄膜晶体管包括一栅极41、一覆盖于栅极41上的介电层42、一位于介电层42上的半导体层43、位于栅极41二侧的半导体层43上的掺杂非晶硅层44，以及堆叠于掺杂非晶硅层44上的源极/漏极45。本实施例以一底栅(bottom gate)薄膜晶体管40为例，在实际制作上也可使用顶栅(topgate)薄膜晶体管40或其的类型的薄膜晶体管，且半导体层43可为多晶硅层、非晶硅层或单晶硅层等。此外，基板30的材质也可为透光材质如玻璃或石英，不透光材质如陶瓷或半导体材质，或是可挠式材质如塑料。

接着在显示区34的介电层42上形成一阳极50，并与薄膜晶体管40的源极/漏极45电连接，其中本实施例选用功函数约为3.8电子伏特(eV)的铝钕合金(AlNd)作为阳极50的材质，但阳极50的材质并不局限于此而可选用其它适用的材质。随后在源极/漏极45上覆盖一保护层46。

如图3所示，接着在阳极50上形成至少一第一材料层52。第一材料层包括至少一第一导电材料与至少一有机材料的混合物。本实施例选用银(功函数约为4.7ev)作为第一导电材料，而有机材料则选用N，N′-二-〔(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯基〕-4，4′-二胺(NPB)，同时在上述混合物中银所占的比例约介于1％至10％之间，并以5％为优选，有机材料所占的比例则约介于90％至99％之间，并以95％为优选。另外值得注意的是在本实施例中第一导电材料与有机材料为一均匀混合物，但并不限于此，同时第一导电材料并不限于银，也可选用其它金属例如镍、金、铂等，或是其它功函数大于4电子伏特的金属或合金，而有机材料也不限于使用NPB，而可为其它适用的有机材料，例如聚乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸钠(polyethylenedioxythiophene/polystyrene sulphonate，PEDOT：PSS)、π-共轭分子-4，4′，4″-三偶(3-甲基苯基苯胺)三苯胺(4，4′，4″-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine，m-MTDATA)或聚苯胺(polyaniline)等。接着，再于第一材料层52上形成一第二材料层54。第二材料层54包括至少一第二导电材料，而在本实施例中第二导电材料选用功函数约为5.2ev的氧化钨，但第二导电材料也可选用其它金属氧化物，例如氧化镨、氧化钒或氧化钼等，或其它适合的金属，也或是金属与金属氧化物的混合物。上述第一材料层52与第二材料层54即构成本实施例的空穴注入装置56。

如图4所示，随后在第二材料层54上依序形成一空穴传输层58、一有机发光层60，以及一电子源层62，即构成本发明的有机电致发光装置。其中电子源层62包含一阴极64及一电子传输层68，当然电子传输层68与阴极64之间可再包括一电子注入层66。另外，上述空穴传输层58、有机发光层60、电子传输层68、电子注入层66与阴极64所使用的材质可为现行任何适用的材质，本发明对此并无特别限制。举例来说，空穴传输层58可使用NPB，电子传输层62可使用Alq，而有机发光层60则可使用任何有机发光材料或高分子发光材料。

上述本发明实施例的有机电致发光装置使用金属与有机材料组成的第一材料层52与金属氧化物组成的第二材料层54组成空穴注入装置56，藉以达到有效减低驱动电压的功效，然而本发明的有机发光装置并不限于上述实施例，而可选用其它种类的材质组成空穴注入装置56。请继续参考图4，在本发明另一优选实施例中，第一材料层52的第一导电材料选用氧化钨(功函数约为5.2ev)，而有机材料则选用NPB，而第二材料层54的第二导电材料则也选用氧化钨。在上述氧化钨与NPB的混合物中，氧化钨所占的比例约介于1％至99％之间，并以介于10％至30％为优选，而NPB所占的比例约介于1％至99％之间，并以介于70％至90％为优选，同时在本实施例中，氧化钨与NPB为一均匀混合物，但并不限于此。另外第一导电材料也可选用其它金属氧化物，例如氧化镨、氧化钒或氧化钼等，或是金属与金属氧化物的混合物，且有机材料也不限于NPB。另外，第二导电材料也不限于氧化钨，而可为氧化镨、氧化钒、氧化钼或其它适合的金属氧化物，或其它适合的金属，也或是金属与金属氧化物的混合物。

上述为本发明的有机电致发光装置的空穴注入装置的二优选实施例。请参考图5，图5为本发明的有机电致发光装置的电压与电流密度的关系图。图5中比较了A至E五种不同空穴注入装置组成的电压与电流密度的关系，其中于本实验数据中以铝钕合金作为阳极、NPB作为空穴传输层、Alq作为有机发光层、碳酸铯与Alq作为电子传输层、氟化锂作为电子注入层，以及银作为阴极。此外，数据A为第一实施例所揭示的由银与NPB的均匀混合物构成第一材料层，以及由氧化钨构成第二材料层的空穴注入装置，而数据B则为第二实施例所揭示的由氧化钨与NPB的均匀混合物构成第一材料层，以及由氧化钨构成第二材料层的空穴注入装置。另外，数据C至E则为对照组，其中数据C为单独使用氧化钨作为空穴注入装置的作法、数据D为单独利用NPB作为第一材料层，以及以氧化钨作为第二材料层构成空穴注入装置的作法，而数据E则为单独利用氧化钨与NPB的混合物构成空穴注入装置的作法。如图5所示，本发明二实施例的空穴注入装置(数据A、B)均可有效降低有机电致发光装置的驱动电压，相比之下，其它空穴注入装置(数据C、D、E)的驱动电压则明显大于本发明空穴注入装置的驱动电压。

值得另行说明的是本发明上述二实施例的第一材料层均以第一导电材料与有机材料的均匀混合物为例，说明本发明的特征与功效，然而第一材料层的组成并不局限于均匀混合物，而也可为不均匀混合物，例如具有梯度浓度分布的混合物。请参考图6至图8，图6至图8为本发明其它实施例的第一材料层的浓度分布示意图，其中在图6至图8中，横轴代表第一材料层的厚度百分比，而纵轴则代表第一导电材料与有机材料的浓度百分比。如图6所示，第一材料层的第一导电材料的浓度介于1％至10％之间，并呈现递增分布，而有机材料的浓度则介于90％至99％之间，并呈现递减分布。如图7所示，第一材料层的第一导电材料的浓度介于1％至10％之间，并呈现递减分布，而有机材料的浓度则介于90％至99％之间，并呈现递增分布。如8所示，第一材料层的第一导电材料的浓度介于1％至10％之间，同时位于二侧的界面部分的浓度较低而呈现梯度分布，而有机材料的浓度则介于90％至99％之间，同时二侧的界面部分的浓度较高而呈现梯度分布。上述图6至图8所示的浓度分布以第一导电材料为金属为例，说明本发明第一材料层的不均匀浓度分布的实施例，若第一导电材料选用金属氧化物或金属/金属氧化物的混合物，则浓度分布的范围应视空穴注入效果作适度调整。

本发明的空穴注入装置利用金属或金属氧化物与有机材料的混合物作为空穴注入装置的一部分，可有效提升空穴浓度与空穴传输速度，进而有效降低有机电致发光装置的驱动电压。另外值得说明的是上述第一导电材料与有机材料的选择与其混合比例，以及第二导电材料的选择可根据阳极与空穴传输层或有机发光层的材质不同作适当调整，以适用于各种功函数的界面。

综上所述，本发明的有机电致发光装置的空穴注入装置，可有效降低驱动电压、提升空穴浓度与空穴传输速度，同时对于各种不同功函数界面均有良好的电性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (40)

1.一种有机电致发光装置，包括：

至少一阳极，设于一基板上；

至少一空穴注入装置，包括堆叠于该阳极上的至少一第一材料层与至少一第二材料层，该第一材料层包括至少一第一导电材料与至少一有机材料的一混合物，且该第二材料层包括至少一第二导电材料；

至少一有机发光层，设于该空穴注入装置之上；以及

至少一电子源层，设于该有机发光层之上。

2.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其中该第一材料层所包括的该第一导电材料与该有机材料的该混合物为一均匀混合物。

3.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其中该第一材料层所包括的该第一导电材料与该有机材料的该混合物为一具有梯度浓度分布的混合物。

4.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其中该第一导电材料包括金属、金属氧化物或上述材料的混合物。

5.如权利要求4所述的有机电致发光装置，其中该第一导电材料为一金属，且该金属约占该混合物的1％至10％之间，而该有机材料约占该混合物的90％至99％之间。

6.如权利要求5所述的有机电致发光装置，其中该第一导电材料的该金属约占该混合物的5％，而该有机材料约占该混合物的95％。

7.如权利要求4所述的有机电致发光装置，其中该第一导电材料为一金属，且该金属的功函数大于4电子伏特。

8.如权利要求4所述的有机电致发光装置，其中该第一导电材料为一金属氧化物，且该金属氧化物约占该混合物的1％至99％之间，而该有机材料约占该混合物的1％至99％之间。

9.如权利要求8所述的有机电致发光装置，其中该第一导电材料的该金属氧化物约占该混合物的10％至30％，而该有机材料约占该混合物的70％至90％之间。

10.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其中该第一材料层的该有机材料包括N，N′-二-〔(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯基〕-4，4′-二胺、聚乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸钠、π-共轭分子-4，4′，4″-三偶(3-甲基苯基苯胺)三苯胺或聚苯胺。

11.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其中该第二导电材料包括金属、金属氧化物或上述材料的混合物。

12.如权利要求5所述的有机电致发光装置，其中该第二导电材料为一金属氧化物，且该金属氧化物包括氧化钨、氧化镨、氧化钒或氧化钼。

13.如权利要求1所述的有机电致发光装置，还包括至少一空穴传输层，设于该有机发光层与该空穴注入装置之间。

14.如权利要求1所述的有机电致发光装置，其中该电子源层，包括至少一阴极与至少一电子传输层，该电子传输层设于该有机发光层与该阴极之间，其中该电子传输层与该阴极之间可另包括至少一电子注入层。

15.一种制造有机电致发光装置的方法，包括：

在一基板上形成至少一阳极；

形成至少一空穴注入装置于该阳极上，该空穴注入装置包括至少一第一材料层与至少一第二材料层，该第一材料层包括至少一第一导电材料与至少一有机材料的一混合物，且该第二材料层包括至少一第二导电材料；

在该空穴注入装置之上形成至少一有机发光层；以及

在该有机发光层之上形成至少一电子源层。

16.如权利要求15所述的方法，还包括在该有机发光层与该空穴注入装置之间形成至少一空穴传输层。

17.如权利要求15所述的方法，其中该电子源层包含至少一阴极与至少一电子传输层，该电子传输层形成于该有机发光层与该阴极之间，该电子传输层与阴极之间可另包括至少一电子注入层。

18.如权利要求15所述的方法，其中该第一导电材料包括金属、金属氧化物或上述材料的混合物。

19.如权利要求18所述的方法，其中该第一导电材料为一金属，且该金属约占该混合物的1％至10％之间，而该有机材料约占该混合物的90％至99％之间。

20.如权利要求19所述的方法，其中该第一导电材料的该金属约占该混合物的5％，而该有机材料约占该混合物的95％。

21.如权利要求18所述的方法，其中该第一导电材料层为一金属，且该金属的功函数大于4电子伏特。

22.如权利要求18所述的方法，其中该第一导电材料为一金属氧化物，且该金属氧化物约占该混合物的1％至99％之间，而该有机材料约占该混合物的1％至99％之间。

23.如权利要求22所述的方法，其中该第一材料层的该第一导电材料的该金属氧化物约占该混合物的10％至30％，而该有机材料约占该混合物的70％至90％之间。

24.如权利要求15所述的方法，其中该第一材料层的该有机材料包括N，N′-二-〔(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯基〕-4，4′-二胺、聚乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸钠、π-共轭分子-4，4′，4″-三偶(3-甲基苯基苯胺)三苯胺或聚苯胺。

25.如权利要求15所述的方法，其中该第二导电材料包括金属、金属氧化物或上述材料的混合物。

26.如权利要求25所述的方法，其中该第二导电材料为一金属氧化物，且该金属氧化物包括氧化钨、氧化镨、氧化钒或氧化钼。

27.如权利要求15所述的方法，其中该第一材料层所包括的该第一导电材料与该有机材料的该混合物为一均匀混合物。

28.如权利要求15所述的方法，其中该第一材料层所包括的该第一导电材料与该有机材料的该混合物为一具有梯度浓度分布的混合物。

29.一种空穴注入装置，包括：

至少一第一材料层与至少一第二材料层，该第一材料层包括至少一第一导电材料与至少一有机材料的一混合物，且该第二材料层包括至少一第二导电材料。

30.如权利要求29所述的空穴注入装置，其中该第一材料层所包括的该第一导电材料与该有机材料的该混合物为一均匀混合物。

31.如权利要求29所述的空穴注入装置，其中该第一材料层所包括的该第一导电材料与该有机材料的该混合物为一具有梯度浓度分布的混合物。

32.如权利要求29所述的空穴注入装置，其中该第一导电材料包括金属、金属氧化物或上述材料的混合物。

33.如权利要求32所述的空穴注入装置，其中该第一导电材料为一金属，且该金属约占该混合物的1％至10％之间，而该有机材料约占该混合物的90％至99％之间。

34.如权利要求33所述的空穴注入装置，其中该第一材料层的该第一导电材料的该金属约占该混合物的5％，而该有机材料约占该混合物的95％。

35.如权利要求32所述的空穴注入装置，其中该第一材料层为一金属，且该金属的功函数大于4电子伏特。

36.如权利要求32所述的空穴注入装置，其中该第一材料层的该第一导电材料为一金属氧化物，且该金属氧化物约占该混合物的1％至99％之间，而该有机材料约占该混合物的1％至99％之间。

37.如权利要求36所述的空穴注入装置，其中该第一材料层的该第一导电材料的该金属氧化物约占该混合物的10％至30％，而该有机材料约占该混合物的70％至90％之间。

38.如权利要求29所述的空穴注入装置，其中该第一材料层的该有机材料包括N，N′-二-〔(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯基〕-4，4′-二胺、聚乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸钠、π-共轭分子-4，4′，4″-三偶(3-甲基苯基苯胺)三苯胺或聚苯胺。

39.如权利要求29所述的空穴注入装置，其中该第二导电材料包括金属、金属氧化物或上述材料的混合物。

40.如权利要求39所述的空穴注入装置，其中该第二导电材料为一金属氧化物，且该金属氧化物包括氧化钨、氧化镨、氧化钒或氧化钼。

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