CN1969384A - 短路减少的oled器件 - Google Patents

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Abstract

公开了减少了缺陷的各种OLED显示器和器件的结构。

Description

短路减少的OLED器件
技术领域
本发明涉及在OLED器件和显示器中减少短路。
背景技术
有机电致发光(EL)器件或有机发光二极管(OLED)是响应于施加的电压而发光的电子器件。Tang等人在Applied Physics Letters1987年第51卷第913页；Journal of Applied Physics1989年第65卷第3610页；以及共同授让的美国专利No.4,769,292发表了高效的OLED。从那时起，许多包括聚合材料、具有交替的层结构的OLED被公开了，并且器件的性能得到了提高。
OLED是包括阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的有机EL元件的薄膜器件。操作中在阳极和阴极之间施加电压，使电子从阴极注入同时空穴从阳极注入。当进行适当地构造时，注入的电子和空穴在有机EL元件内的发光层中复合，这些电荷载流子的复合使光从该器件中发射出去。典型地，有机EL元件约100～500nm厚，在电极之间施加的电压是约3～10伏，工作电流是约1～20mA/cm2。
因为阳极和阴极之间的间隔小，所以OLED器件易于受短路缺陷的影响。OLED器件结构中的针孔、裂纹、台阶和涂层的粗糙度等会引起阳极和阴极之间的直接接触，或者使有机层的厚度在这些有缺陷的区域中更薄。这些有缺陷的区域给电流流动提供了低电阻的通路，使更少的电流或者在极限情况下没有电流流过有机EL元件。由此使OLED器件的光输出减少或者根本就没有了。在多像素显示器件中，短路缺陷会产生不发光或者发光强度低于平均光强度的无效像素，从而使显示质量下降。在发光或其它低分辨率应用中，短路缺陷会使相当一部分面积失去功能。由于对短路缺陷的关注，典型地是在干净的房间中进行OLED器件的制备。但是即使干净的环境也不足以消除短路缺陷。在很多情况下，还将有机层的厚度增加到超出使器件运行实际所需要的厚度，以增加两个电极之间的间隔从而减少短路缺陷的数量。这些方法给OLED器件的制备增加了成本，并且即使用这些方法也不能完全消除短路缺陷。
JP2002100483A公开了一种通过在结晶透明导电膜的上方沉积非晶透明导电膜而减少由阳极结晶透明导电膜的局部凸出引起的短路缺陷的方法。它宣称，非晶膜的光滑表面能防止结晶膜的局部凸出在OLED器件中形成短路缺陷或黑斑。该方法的有效性令人怀疑，因为用来制造非晶透明导电膜的真空沉积过程没有平整功能，并且认为非晶透明导电膜的表面会复制位于下面的结晶透明导电膜的表面。而且，该方法没有解决由灰尘颗粒、薄片、结构的不连续或其它原因引起的针孔问题，而针孔问题在OLED制备工艺中是很普遍的。
JP2002208479A公开了一种通过将透明金属氧化物制成的中间电阻器薄膜层叠在正极或负极的全部或部分发光区域上而减少短路缺陷的方法，该膜的厚度是10nm-10μm，该膜沿膜厚度方向的电阻是0.01-2Ω-cm2，在该电阻器膜表面处的电离能是5.1eV或更大，正极或负极形成为透明的电极图案，将该透明的电极图案形成在由玻璃或树脂制成的透明基底上。虽然该方法有它的优点，但是在很多OLED显示器或器件中，特定的电阻率范围不能有效地减少由短路引起的泄漏。而且，对电离能的要求严重限制了材料的选择，并且它没有保证适当的空穴注入，而众所周知空穴注入在OLED器件中对于获得优良的性能和寿命是至关重要的。而且，高电离能的材料不能提供电子注入，并且因此不能施加在阴极和有机发光层之间。经常需要在阴极材料和有机发光层之间施加电阻膜，或者既在阴极和有机发光材料之间又在阳极和有机发光材料之间施加电阻膜。
发明概述
因此本发明的一个目的是提供一种改进了的OLED器件或显示器，该OLED器件或显示器的由短路缺陷引起的泄漏电流减少了。
这个目的是通过一种OLED器件来实现的，该OLED器件包括：
(a)基底；
(b)设置在该基底上方的第一电极层；
(c)设置在该第一电极层上方的无机短路减少层；
(d)设置在该无机短路减少层上方的电荷注入层；
(e)设置在该电荷注入层上方的有机EL元件，和
(f)该有机EL元件上方的第二电极层，
其中选择该短路减少层以具有一厚度和电阻率，该厚度和电阻率足以减少泄漏电流和由短路缺陷引起的相关的发光效率损耗。
本发明的优势是，当短路发生时它们的效应被最小化。
附图的简要描述
图1是具有短路缺陷的现有技术器件的示意性截面图；
图2是依照本发明的OLED器件的示意性截面图；
图3是依照本发明的层叠OLED器件的示意性截面图；
图4是示出优良OLED器件的数量与短路减少层厚度之间的函数关系的图；以及
图5是示出优良OLED器件的数量与短路减少层厚度之间的函数关系的图。
优选实施例的详细描述
图1示意性地示出了现有技术OLED器件100的短路缺陷。器件100包括基底110、第一电极层120、有机EL元件130和第二电极层140。一个电极层是阳极，而另一个电极层是阴极。在第二电极层140的上方经常有用于机械保护或其它目的的其它层，并且在阴极和有机EL元件130之间经常有有机或无机电子注入层，在阳极和有机EL元件130之间经常有有机或无机空穴注入层。
对于底部发射的OLED器件，基底110对于OLED器件100发出的光是透明的。基底110的常用材料是玻璃或塑料。第一电极层120对于发出的光也是透明的。第一电极层120的常用材料是透明的导电氧化物，例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等。可选择的，第一电极层120可以由半透明的金属，例如Ag、Au、Mg、Ca或其合金制成。当用半透明的金属作为第一电极层120时，据说OLED器件100具有微腔的结构。有机EL元件130至少包括发光层(LEL)，但是经常还包括其它的功能层，例如电子传递层(ETL)、空穴传递层(HTL)、电子阻滞层(EBL)、或空穴阻滞层(HBL)等。随后的讨论不受功能层数量的约束，也不受有机EL元件130材料选择的约束。第二电极层140通常是反射金属层，例如Al、Ag、Au、Mg、Ca或其合金。经常在有机EL元件130和阳极之间增加空穴注入层，并且经常在有机EL元件130和阴极之间增加电子注入层。在操作中，给阳极施加正电压，给阴极施加负电压。电子从阴极注入到有机EL元件130中，然后受施加的电场的驱动而向阳极移动；空穴从阳极注入到有机EL元件130中，然后受施加的电场的驱动而向阴极移动。当电子和空穴在有机EL元件130中组合时，OLED器件100产生并发出了光。
对于顶部发射的OLED器件来说，光从与基底110相反的方向发出。在这种情况下，基底110对于发出的光可以是不透明的，并且可以使用例如金属或Si的材料，第一电极层120可以是不透明的并且具有反射性，而第二电极层140需要是透明或者半透明的。
还在图1中示意性地示出了由有机EL元件130中缺少有机材料的区域所产生的短路缺陷150。下面的讨论也适合于由有机EL元件130中有机材料的厚度比器件区域的其余部分小得多的区域所引起的短路缺陷。短路缺陷有很多可能的原因。例如，基底110上的灰尘颗粒或薄片会局部阻挡有机EL元件130沉积过程中材料的流动，在有机膜中产生了气隙或使厚度显著变小，这导致了第一电极层120和第二电极层140的沉积之间的电阻变小。颗粒或薄片会在基底装入真空室之前来自空气中，或者由于来自舟(boat)的原材料颗粒的喷射或由于沉积物与沉积室的壁和固定装置的层离而在第一电极层120或有机沉积过程中产生。这些颗粒或薄片还会由于机械振动或有机沉积物中的应力，或者只是由于重力，而在有机层的沉积过程中或之后脱落。在有机沉积过程中存在于基底110上随后脱落的颗粒或薄片会造成最大的损害。在这种情况下，它们妨碍有机材料沉积到基底110上，并且当它们脱落时，它们在第一电极层120中留下完全暴露于后面沉积的第二电极层140的区域。
短路缺陷的其它来源包括OLED器件结构的台阶，例如与有源矩阵OLED显示器中的TFT(薄膜晶体管)结构相关的台阶，这些台阶不能完全被基底110表面上或第一电极层120表面上的有机层或粗糙的织构所覆盖。短路缺陷150使第二电极层140直接或通过厚度非常小的有机层与第一电极层120接触，从而给器件电流提供了低电阻通道。当在阳极和阴极之间施加电压时，称为泄漏电流的相当大的电流会绕开器件的没有缺陷的区域而通过短路缺陷150从阳极流到阴极。短路缺陷由此显著降低OLED器件100的发射输出，并且在很多情况下它们会使OLED器件100变得完全不发光。
图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的OLED器件200。OLED器件200包括基底210、第一电极层220、有机EL元件230和第二电极层240。设置在第一电极层220和有机EL元件230之间的是短路减少层(SRL)260和电荷注入层280。如果第一电极层220是阳极，那么电荷注入层280是空穴注入层，如果第一电极层220是阴极，那么电荷注入层280是电子注入层。在图2中，将电荷注入层280示为覆盖短路缺陷250。在很多情况下，在短路缺陷250处也可以没有电荷注入层280。例如如果电荷注入层280是作为有机层涂覆过程的一部分而涂覆的，或者如果短路缺陷250是由衬底200或第一电极层220表面的粗糙所引起，在短路缺陷250处没有电荷注入层280的情况会发生。由于电荷注入层280通常很薄，在几纳米或更小的数量级上，因此在每一种情况下它对通过缺陷的电阻都没有太大的贡献，不会影响后面的讨论。
当根据本发明来构造有机EL元件230中有短路缺陷250的OLED器件时，第二电极层240与第一电极层220不在针孔中直接接触，而是通过短路减少层260接触。当正确选择时短路减少层260会增加第一电极层220和第二电极层240之间的电阻值Rsrl，该电阻值显著减少通过短路缺陷250的泄漏电流。本发明的有效性分析如下：让A表示OLED器件200的用cm2表示的面积，让α表示OLED器件200中用cm2表示的所有短路缺陷的总面积，让t表示用厘米表示的厚度，用ρ表示短路减少层260的用Ω-cm表示的体电阻率，用Io表示用mA/cm2表示的工作电流密度，用Vo表示OLED器件200的用V表示的工作电压，流过短路缺陷的电流可以计算如下：
I o = 1000 × V o ρ · t a = 1000 × aV o ρt 公式2
短路减少层260减少了短路缺陷250的负面影响，将器件的性能增加到可接受的水平。短路缺陷的负面影响可以用参数f，即流过短路缺陷的泄漏电流与器件总电流的比值来表示：
f = 1000 × aV o / ρt I o A = 1000 × aV o ρt I o A 公式2
为了获得可接受的比值fo，短路减少层260需要具有最小的通厚电阻率(through-thickness resistivity)ρt
Figure A20058001097900101
公式3
因此，可以用作有效的短路减少层260的材料的选择取决于面积A；OLED器件200的操作条件Vo和Io；能够容忍的性能损失水平fo；短路缺陷的总面积α；和可以包括在器件内的短路减少层260的厚度t。
基于下面的两个考虑来选择短路减少层260的厚度：1)典型的OLED器件具有约100-300nm的总有机层厚度，对该层厚度进行光学调整以将器件的发光效率最优化。短路减少层成为器件的光学结构的一部分，因此它的厚度不应该超过约200nm。太厚的短路减少层还会增加OLED器件的制造成本。2)短路减少层需要足够厚以有效地覆盖短路缺陷。合理的下限是约20nm。本发明优选短路减少层在20nm到200nm的厚度范围内。
OLED器件现在用于很多不同的应用中。这些OLED器件可以具有显著不同的器件面积和操作条件。例如，对于照明应用，OLED器件往往被分成比一平方厘米大的大发光部分(美国专利No.6,693,296)，这些发光部分在相对低水平的电流密度下运行。对于平面彩色显示器，像素更小，可能在几平方毫米的数量级，操作条件变化不大。对于高分辨率像素化的OLED显示器，在有源矩阵或无源矩阵背部平面上，像素小得多，在0.3mm×0.3mm或更小的数量级，此外，OLED器件需要提供动态的范围。对于八位的分辨率，器件工作电流需要具有1X到256X的范围。公式3提示了，这些不同的OLED器件将需要显著不同的材料作为短路减少层。
实施例1
作为对选择短路减少层的解释，分析了短路缺陷对高分辨率像素化的OLED显示器中单个像素的影响。该分析假设在像素中存在一个一定尺寸的短路缺陷。如果相反有总面积与单个缺陷相同的几个更小的短路缺陷的话，例如由基底或第一电极层的粗糙所引起的短路缺陷，该分析的结果将相同。假定像素的尺寸是0.1mm×0.1mm，缺陷的尺寸是1μm×1μm，典型的是灰尘颗粒的尺寸。
现有技术中，底部发射有源矩阵OLED显示器具有约200cd/m2的全亮度。这个亮度是由具有约0.25的孔径比的OLED显示器和通过约50％透光度的偏光膜获得的。因此OLED器件表面的实际全亮度是约1600cd/m2。对于八位的彩色深度，OLED器件还需要在降低到约6.3cd/m2时操作。现有技术的OLED器件的效率是约10cd/A，工作电压是约10V。这意味着该器件必须从约0.063mA/cm2到约16mA/cm2运行。对于这个和下面的实施例，假定器件工作电压独立于工作电流。在大多数实际的器件中，工作电压随工作电流的对数变化。因此在这些实施例中考虑超过约二十五的工作电流范围、恒定电压的假设是合理的和保守的假设。计算了有效降低OLED显示器中尺寸约1μm×1μm的缺陷所引起的泄漏所需要的20nm厚的短路减少层膜的电阻率，计算结果在表1中列出。还在表1中列出了由于短路减少层和短路减少层的薄片电阻率所引起的串联电阻的增加。需要用后一组值来评价像素之间的可能的串扰。
表1
亮度cd/m2 工作电流密度mA/cm2 器件的等效电阻Ω   具有SRL的通过短路的电阻Ω SRL的通厚电阻率Ω-cm2   需要的SRL的体电阻率Ω-cm   由于SRL引起的串联电阻Ω SRL的薄片电阻率Ω/平方
  1600   16   6.25E+06   6.25E+07   6.25E-01   3.13E+05   6.25E+03   1.56E+11
  800   8   1.25E+07   1.25E+08   1.25E+00   6.25E+05   1.25E+04   3.13E+11
  400   4   2.50E+07   2.50E+08   2.50E+00   1.25E+06   2.50E+04   6.25E+11
  200   2   5.00E+07   5.00E+08   5.00E+00   2.50E+06   5.00E+04   1.25E+12
  100   1   1.00E+08   1.00E+09   1.00E+01   5.00E+06   1.00E+05   2.50E+12
  50   0.5   2.00E+08   2.00E+09   2.00E+01   1.00E+07   2.00E+05   5.00E+12
  25   0.25   4.00E+08   4.00E+09   4.00E+01   2.00E+07   4.00E+05   1.00E+13
  12.5   0.125   8.00E+08   8.00E+09   8.00E+01   4.00E+07   8.00E+05   2.00E+13
  6.25   0.0625   1.60E+09   1.60E+10   1.60E+02   8.00E+07   1.60E+06   4.00E+13
第一列列出了几个表示八位亮度分辨率的用cd/m2表示的亮度；第二列列出了在这些级别下OLED器件的工作电流密度；第三列列出了在这些级别下OLED像素的等效器件电阻值；第四列列出了如果泄漏电流是工作电流的10％，SRL在适当的位置时短路缺陷的电阻，这些电阻值是第三列中相应值的十倍；第五列列出了SRL相应的通厚电阻率，这些值是用在这个计算中等于10-8cm2的短路缺陷的面积乘以第四列的值而获得的；第六列列出了获得第五列中的相应通厚电阻率值所需要的体电阻率的值，假定在这个实施例中使用的SRL厚度是20nm；第七列列出了由SRL加到OLED器件上的串联电阻；第八列列出了SRL的薄片电阻率，如果该薄片电阻率与该器件的等效电阻相当，那么串扰将成为一个问题。
表1示出了，对于降低到约100cd/cm2的亮度级的OLED，具有10Ω-cm2通厚电阻率的SRL会将泄漏电流降低到10％的水平以下。在更低的亮度下通过这种电阻率的SRL的泄漏电流成为器件电流的更大的部分，然而，在最低亮度下其能高达器件电流的50％。由于这是在最低亮度下，因此对于许多应用来说可能不是个问题。泄漏电流随着SRL电阻率的增加而降低。在约160Ω-cm2时，低到6.25cd/cm2的最低操作条件下泄漏电流小于器件电流的10％。160Ω-cm2也是一个一定的水平，超过这个水平由SRL引起的串联电阻就变成全亮度下OLED器件等效电阻的一个显著的部分。因此在实施例1中考虑的该套条件下，可以使用通厚电阻率在约10Ω-cm2到约160Ω-cm2之间的短路减少层。注意，即使通厚电阻率为10Ω-cm2，SRL的薄片电阻率也比等效的器件电阻大得多。因此可以不去担心由短路减少层引起的串扰。
实施例2
实施例2研究了缺陷尺寸对选择SRL的影响。除了短路缺陷的面积变化之外，用于实施例2的所有参数与实施例1中的相同。表2示出了对显著降低泄漏需要多大的SRL的通厚电阻率和显著增加器件的串联电阻希望多大的通厚SRL电阻率进行计算的结果。
表2
  缺陷面积cm2   将泄漏降低到100cd/m2所需要的SRL的通厚电阻率Ω-cm2   产生显著的串联电阻的SRL的通厚电阻率Ω-cm2
  1.00E-09   1   160
  1.00E-08   10   160
  1.00E-07   100   160
第一列列出了用cm2表示的总缺陷面积；第二列列出了在100cd/m2的亮度级下为了将泄漏电流减小到小于10％的SRL所需要具有的通厚电阻率值；第三栏列出了SRL的通厚电阻率，超过这个值就会将显著的串联电阻加到OLED器件上。表2示出了，当缺陷面积增加时，SRL的通厚电阻率成比例地增加。然而产生显著串联电阻的通厚电阻率保持恒定。表2提示了，SRL的有效性随着通厚电阻率的增加而增加。在不增加太大的串联阻抗的限制内，使用具有尽可能大的通厚电阻率的SRL材料是非常可取的。
实施例3
实施例3研究了器件效率对选择SRL的影响，因为进行了很多努力来改进OLED器件的效率。除了器件效率变化外，用于实施例3的所有参数与实施例1中的相同。表3示出了对希望多大的SRL通厚电阻率来显著增加器件的串联阻抗进行计算的结果。
表3
  器件效率cd/A   将泄漏降低到100cd/m2所需要的SRL的通厚电阻率Ω-cm2   产生显著的串联电阻的SRL的通厚电阻率Ω-cm2
  10   10   160
  20   20   320
  40   40   640
  80   80   1280
第一列列出了用cd/A表示的器件效率；第二列列出了在100cd/m2的亮度级下为了将泄漏电流减小到小于器件电流的10％SRL所需要具有的通厚电阻率值；第三栏列出了SRL的通厚电阻率，超过这个值就会将显著的串联电阻加到OLED器件上。表3示出了，当器件效率提高时，在100cd/m2下为了将泄漏减小到小于器件电流的10％所需要的SRL的通厚电阻率成比例地增加。显著地产生串联电阻的通厚电阻率也成比例地增加。对于具有给定器件效率的OLED器件，可以用通厚电阻率值在这些栏中的两个值之间的SRL膜来减少泄漏，而没有显著的串联电阻问题。然而如实施例2中所讨论的，使用在这个范围内的尽可能高的通厚电阻率值以增加对于尺寸更大的缺陷的SRL有效性是可取的。
实施例4
本实施例研究了工作电压对选择SRL的影响。由于工作电压直接关系到OLED器件的功率效率，因此已经进行了很多的努力试图降低工作电压。除了器件的工作电压变化以外，用于实施例4的所有参数与实施例1中的相同。用公式3来计算需要多大的SRL通厚电阻率来显著减少泄漏和希望多大的通厚SRL电阻率来显著增加器件的串联电阻。表4示出了计算的结果：
表4
  器件的工作电压V   将泄漏降低到100cd/m2所需要的SRL的通厚电阻率Ω-cm2   产生显著的串联电阻的SRL的通厚电阻率Ω-cm2
  3   3   48
  4   4   64
  5   5   80
  10   10   160
第一列列出了器件的工作电压；第二栏列出了在100cd/m2的亮度级下为了将泄漏电流减小到小于器件电流的10％SRL所需要具有的通厚电阻率；第三栏列出了SRL的通厚电阻率，超过这个值就会将显著的串联电阻加到OLED器件上。表4示出了，当器件的工作电压降低时，在100cd/m2下为了将泄漏减小到小于器件电流的10％所需要的SRL的通厚电阻率成比例地降低。显著地产生串联电阻的通厚电阻率也成比例地降低。对于具有给定工作电压的OLED器件，可以用通厚电阻率值在这些栏中的两个值之间的SRL膜来减少泄漏，而没有显著的串联电阻问题。然而如实施例2中所论证的，使用在这个范围内的尽可能高的通厚电阻率以增加SRL对于尺寸更大的缺陷的有效性是可取的。
实施例5
实施例5研究了OLED器件的尺寸对选择SRL的影响。对于下面考虑的实施例，单个的像素是OLED器件。除了器件的尺寸变化以外，用于实施例5的所有参数与实施例1中的相同。用公式3来计算需要多大的SRL通厚电阻率来显著减少泄漏和希望多大的通厚SRL电阻率来显著增加器件的串联电阻。
表5示出了计算的结果：
表5
  器件尺寸cm2   将泄漏降低到100cd/m2所需要的SRL的通厚电阻率Ω-cm2   产生显著的串联电阻的SRL的通厚电阻率Ω-cm2
  1.00E-03   1   160
  1.00E-04   10   160
  1.00E-05   100   160
第一列列出了用cm2表示的器件尺寸；第二栏列出了在100cd/m2的亮度级下为了将泄漏电流减小到小于器件电流的10％SRL所需要具有的通厚电阻率；第三栏列出了SRL的通厚电阻率，超过这个值就会将显著的串联电阻加到OLED器件上。对于给定尺寸的OLED器件，可以用通厚电阻率值在这些栏中的两个值之间的SRL膜来减少泄漏，而没有显著的串联电阻问题。然而如实施例2中所论证的，使用在这个范围内的尽可能高的通厚电阻率以增加SRL对于尺寸更大的缺陷的有效性是可取的。表5示出了，器件或像素的尺寸越小，需要越高的SRL的通厚电阻率来减少泄漏。
实施例6
实施例6研究了对于具有一个或更多个大的发光部分的OLED器件的短路减少层的设计。对于本应用，大的发光部分是具有0.1cm2或更大面积的发光部分。这种器件的一个例子是具有0.1cm2或更大的像素尺寸的大面积无源矩阵OLED器件。另一个例子是如美国专利No.6,693,296中描述的具有分组单片串联连接结构的OLED发光或照明器件，其中发光部分是0.1cm2或更大。通常这些器件只在有限的亮度级范围内运行。公式3同样很好地适用于这些OLED器件，并且提示了对通厚电阻率值的要求与高分辨率显示器所需要的通厚电阻率值要求有很大的不同。在这个实施例中，研究了用于照明应用的具有大的发光部分的OLED器件。为了可以与商业上可买到的紧凑型荧光灯竞争，OLED器件在约2000cd/m2下运行时需要具有约40lm/W的功率效率。这种高功率效率最可能通过降低驱动电压和增加电流效率来实现。由于OLED器件在它们的发光图案中位于朗伯附近，所以如果驱动电压降低到3V，接近于白光发光器件的理论极限，那么器件的电流效率需要是约40cd/A。如果我们再一次允许约10-8cm2总面积的短路缺陷所引起的10％的泄漏损失，那么可以计算对20nm厚的短路减少层的电阻率要求，结果在表6中列出。
表6
部分的尺寸cm2 部分的等效电阻Ω  对于10％的泄漏具有SRL的通过短路的电阻Ω SRL的通厚电阻率Ω-cm2 需要的SRL的体电阻率Ω-cm 由于SRL的串联电阻Ω 基于10％Δ的SRL的最大通厚电阻率Ω-cm2 SRL的薄片电阻率Ω/平方
  0.1   6.00E+03   6.00E+04   6.00E-04   6.00E+01   6.00E-03   6.00E+03   6.00E+06
  1   6.00E+02   6.00E+03   6.00E-05   6.00E+00   6.00E-05   6.00E+01   6.00E+05
  10   6.00E+01   6.00E+02   6.00E-06   6.00E-01   6.00E-07   6.00E-01   6.00E+04
  100   6.00E+00   6.00E+01   6.00E-07   6.00E-02   6.00E-09   6.00E-03   6.00E+03
第一列列出了在这种OLED照明器件中可能使用的发光部分的尺寸；第二列列出了在这种OLED器件中的发光部分的等效器件电阻值；第三列列出了如果泄漏电流是工作电流的10％，SRL在适当的位置时短路缺陷的电阻，这些值是第二列中的相应值的十倍；第四列列出了SRL的相应的通厚电阻率，这些值是用在这个计算中等于10-8cm2的短路缺陷的面积乘以第三列的值而获得的；第五列列出了获得第四列中相应的通厚电阻率值所需要的体电阻率的值，假定在这个实施例中使用的SRL厚度是20nm；第六列列出了由SRL加到OLED发光部分上的串联电阻；第七栏列出了如果将SRL对串联电阻的贡献限制在发光部分的等效串联电阻的10％，对于给定的发光部分的尺寸所允许的最大通厚电阻率值；第八列列出了SRL的薄片电阻率，如果该薄片电阻率与该器件的等效电阻相当，那么串扰将成为一个问题。
转向示出了1cm2发光部分的结果的行来进行解释，计算示出了，为了将泄漏电流限制到小于发光部分工作电流的10％，短路减少层只需要具有与约6Ω-cm的体电阻率相对应的约6×10-5Ω-cm2的通厚电阻率。更高的电阻率值提供更多的对短路缺陷的保护，但是给OLED发光部分的串联电阻增加了更多。然而第七列中的值示出了可以使用高达60Ω-cm2的通厚电阻率，而没有给OLED发光部分增加显著的串联电阻。这个宽的范围使得更容易寻找或开发可以满足制造实际的OLED器件的很多其它要求的短路减少层材料。指出下面这一点是很重要的，根据本发明将电荷注入层280包含在器件的结构中进一步简化了短路减少材料的寻找或开发。
表6清楚地示出了电阻率要求对发光部分的尺寸有很强的相关性。对于10cm2的发光部分，通厚电阻率的可用范围被降低到6×10-6到6×10-1Ω-cm2；对于100cm2的发光部分，这个范围被进一步降低到6×10-7到6×10-3Ω-cm2。
上面的实施例示出了，对于高分辨率显示器通厚电阻率范围需要在约10-1600Ω-cm2的范围内，并且最优选的是在10-1000Ω-cm2的范围内。对于具有大的发光部分的OLED器件，可用的范围大得多，对于实施例6中考虑的操作参数的范围，范围从10-7到103Ω-cm2，但是对于另外一套操作参数可以具有在这个范围之外的值。然而用公式3很容易计算而选择合适的通厚电阻率值。
对于其中短路减少层在发射的光的路径内的OLED显示器或器件，该层需要对发射的光适度地透明以有效地充当短路减少层。为了本应用的目的，将适度地透明定义为在OLED器件的发光带宽内累积具有80％或更大的透光率。如果短路减少层不在发射的光的路径内，那么它不必是透明的。让短路减少层还充当用于反射阳极或阴极的抗反射层以提高OLED显示器件的对比度甚至也是可取的。
用于短路减少层的材料可以包括无机氧化物，例如氧化铟、氧化镓、氧化锌、氧化锡、氧化钼、氧化钒、氧化锑、氧化铋、氧化铼、氧化钽、氧化钨、氧化铌或氧化镍。这些氧化物由于非化学计量而是导电的。这些材料的电阻率取决于非化学计量和迁移率的程度。可以通过改变沉积条件来控制这些性能以及透光度。通过杂质掺杂可以进一步扩展可获得的电阻率和透光度的范围。例如发现氧化锡和氧化铟的F掺杂以及氧化锌的Al、In或Ga掺杂能提高这些氧化物的导电性和透光度。通过混合这些氧化物中的两种或更多可以获得甚至更大范围的性能。例如，氧化铟和氧化锡、氧化铟和氧化锌、氧化锌和氧化锡或者氧化镉和氧化锡的混合物已经成为最常用的透明的导体。
现有技术大多集中在具有10-3Ω-cm或更小的体电阻率值的高导电率透明导体上。这些材料的导电性太好了以致于不能用作短路减少层。然而已经证明了高电阻率的薄膜使用这些氧化物用于例如气体传感器、抗静电涂层等应用中。可以通过将组成和沉积条件改变为不同于对于高导电率透明导体是最优化的组成和沉积条件而制备更高电阻率的薄膜。尤其是使用含有氧化钼、氧化钒、氧化锑、氧化铋、氧化铼、氧化钽、氧化钨、氧化铌或氧化镍的材料还可以获得更高的电阻率。通过适当地控制沉积条件以及通过将这些氧化物混合和与导电性更好的氧化物例如氧化铟、氧化镓、氧化锌、氧化锡等相混合，可以获得宽范围的电阻率值来既满足具有大的发光部分的OLED器件的需要，又满足高分辨率OLED显示器件的需要。
适合用作短路减少层的其它材料包括更高导电率的氧化物材料与从氧化物、氟化物、氮化物和硫化物中选择的绝缘材料的混合物。可以通过调整这两种材料的比例而将混合物层的电阻率调整到希望的范围内。例如，Pal等人(AM.Pal，A.J.Adorjan，P.D.Hambourger，J.A Dever，H.Fu American Physics Society，OFM96会议摘要CE.07)报导了由ITO与氟化镁(MgF2)的混合物制成的薄膜覆盖了3×10-5到3×103Ω-cm的电阻率范围。这些混合薄膜可以通过常规的薄膜沉积技术来制备，例如溅射、蒸发、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积等。对于氧化物薄膜，可以在沉积过程中引入氧或含氧的气体例如水蒸气或臭氧来控制组成和薄膜的性能。
Minami(MRS Bulletin 2000年8月)给出了导电氧化物的制备和性能的详细的综述。作者示出了在约4.0eV和5.0eV之间的功函数之上的大多数氧化物材料。这些值太低以致于不能充当空穴注入体，太高以致于不能充当电子注入体。在所选择的短路减少层的材料没有提供足够的电荷注入的情况下，如果第一电极是阳极，本发明在短路减少层和有机EL元件之间采用额外的空穴注入层，如果第一电极是阴极，本发明在短路减少层和有机EL元件之间采用额外的电子注入层。通过增加电荷注入层，可以扩展短路减少层材料的选择，并且可以基于其它的附加要求而进一步改进该选择。用作空穴注入层的合适的材料包括但不限于共同受让的美国专利No.4,720,432中描述的porphyrinic化合物和共同受让的美国专利No.6,208,075中描述的等离子体沉积的碳氟化合物聚合物。在EP 0891 121 A1和EP1 029 909 A1中以及Tokito等人在J.Phys.D.1996年第29卷第2750页描述了据报导可以用在有机EL器件中的可选择的空穴注入材料，包括氧化钒(VOx)、氧化钼(MoOx)、氧化镍(NiOx)等。可以应用包括美国专利No.5,608,287；5,776,622；5,776,623；6,137,223和6,140,763中所教导的电子注入层的电子注入层，在这里包括这些专利的公开内容作为参考。可以应用含有低功函数的碱金属或碱土金属例如Li、Cs、Ca或Mg的薄膜。此外，也可以有效地使用掺杂有这些低功函数金属的有机材料作为电子注入层。例子是Li或Cs掺杂的Alq。
在本发明的另一个实施例中，短路减少层设置在有机EL元件和第二电极层之间。这个实施例的短路减少的有效性类似于短路减少层设置在有机EL元件和第一电极层之间的实施例。可以通过既在有机EL元件和第一电极之间又在有机EL元件和第二电极之间应用短路减少层来进一步提高减少短路的有效性。
在本发明的另一个实施例中，OLED器件是如美国专利No.6,337,492中所描述的层叠OLED器件。参照图3，OLED器件300是层叠的OLED器件。在基底310的上方有三个有机发光器件331、332、333，每一个分别包括空穴传递层(331c，332c，333c)、发光层(331b，332b，333b)和电子传递层(331a，332a，333a)。在有机发光器件之间有连接器371和372，连接器371和372给位于它们上方的空穴传递层提供空穴，给位于它们下方的电子传递层提供电子。在图3中，示出了短路减少层360设置在有机发光器件331和连接器371之间，它也可以设置在第一电极层320和有机发光器件331之间；连接器371和有机发光器件332之间；有机发光器件332和连接器372之间；连接器372和有机发光器件333之间；以及有机发光器件333和第二电极层340之间。根据本发明可以使用一个或多个短路减少层。根据本发明，如果选择的短路减少层还是没有提供足够的电荷注入的话，应用电荷注入层也是有利的。
在本发明的另一个实施例中，OLED器件具有微腔的结构。该器件包括基底；金属的第一阳极层，优选从Au、Ag、Mg或Ca或其合金中选出；短路减少层；有机EL元件；和金属的第二电极层，优选从Au、Al、Ag、Mg或Ca或其合金中选出。金属电极中的一个基本上是不透明的并且有反射性，另一个是半透明的。由于两个反射性金属电极的存在，该器件具有微腔的结构。在这个结构中强烈的光学干涉产生了共振的条件。共振波长附近的发射被增强了，而远离共振波长的发射被抑制了。
应该注意的是，虽然现有技术中在电极层和有机EL元件之间使用无机层，但是并没有认识到减少短路缺陷的可能性，而且所使用的间隔层或者导电性太好，或者透明性不够好，以致于不能有效地充当短路减少层。例如，Tokito等人(S.Tokito，K.Noda，和Y.Taga J.Phys.D.Appl.Phys.杂志1996年第29卷第2750-2753页)报导了使用VOx、MoOx和RuOx的30nm溅射薄膜作为空穴注入体。这些膜设置在发射的光的路径内，然而所有这些薄膜的光学透明性是70％或更小，后面的两个膜的电阻率太低以致于不能有效地充当短路减少层。
实施例7
在涂覆有ITO的玻璃基底上制作一系列OLED器件。ITO阳极层约42nm厚；沉积在ITO层上的是短路减少层(SRL)，充当HTL层的15nmN，N’-2(萘-1-基)-N，N’-二苯基-二联苯胺(NPB)层，既充当ETL又充当LEL的15nm 3(8-羟基喹啉)铝(III)(Alq)层；充当EIL的1nm厚Li层，和充当阴极层的100nm厚的Ag。ITO是从卖方购买的已经涂覆在玻璃上的，除了ITO之外的所有层都在具有约10-6torr的本底(background)真空度的真空室内通过真空蒸发来涂覆。热蒸发的MoO3层用作SRL。这些MoO3层以约0.1nm/sec的速度从Ta舟中蒸发，厚度范围为2nm到30nm。原材料是99.9998％的MoO3粉末。没有检查这些膜的组成，但是它多少会与MoO3的组成有些偏差。这些膜对于可见光是透明的，具有约90％的透光度，电阻率是约105Ω-cm。在沉积了这些层之后，将该器件从沉积室转移到干燥的盒子中进行包装。完成了的器件结构表示为玻/ITO(42)/MoO3(可变)/NPB(15)/Alq(15)/Li(0.1)/Ag(100)。括号中的数字是用纳米表示的厚度。
一共涂覆了12块基底，在每个MoO3厚度下有两块。在每一块基底上有四个0.1cm2的OLED器件，在每个MoO3的厚度下一共有八个OLED器件。一共有48个OLED器件用于本研究。测试这些器件来检测OLED的性能。由于30nm的总有机层厚度太薄了，使得器件极其容易受短路缺陷的影响，并且2nm的MoO3不能充分地充当短路减少层，所以具有2nm MoO3层的八个器件中的七个如所预料的那样被短路。被短路的器件的数量随着MoO3厚度的增加而减少。当MoO3层的厚度是12nm或更高时，三十个器件中只有四个被短路。这些结果概括在图5中。
然而，应该指出的是，在OLED器件中具有短路缺陷的可能性是有机EL层厚度的显著函数。有机EL层的厚度越小，具有短路缺陷的可能性越高。典型的OLED器件使用厚度超过100nm的有机EL层。为了使短路缺陷的数量最小化，经常将有机EL层的厚度增加到300nm或更高。在本实施例中，用极其小的厚度30nm来确保我们有充足数量的短路缺陷来证明短路减少层的有效性。图4中的数据证明了在具有极其薄的有机EL层的这些OLED器件中短路减少层能够有效地减少短路缺陷。可以预料在具有厚得多的有机EL层的OLED器件中会取得相同的有益效果。
实施例8
制作了另一系列的OLED器件来进一步证明短路减少层的有效性。除了在本实施例中MoO3短路减少层和NPB HTL层的总厚度保持恒定为75nm以外，这些器件的制备条件和层结构与实施例1中的相似。使用了五块基底，在每一块基底上有四个OLED器件，结果是一共制作了二十个0.1cm2的OLED器件。在图5中，将没有被短路的器件的数量对MoO3短路减少层的厚度作图。很明显，没有被短路的器件的数量随着MoO3层厚度的增加而减少。应该指出，在这种情况下，有机EL层的厚度实际上随MoO3层厚度的增加而减少，这应该增加了短路的可能性。在实际数据中观察到相反的趋势，这表明短路减少层的益处能够胜过减小有机层厚度引起的增加的短路可能性。
已经特别参照本发明的某些优选实施例对其进行了详细描述，但是应该理解的是，在本发明的精神和范围内可以实施各种变化和修改。
部件列表
100，200，300         OLED器件
110，210，310         基底
120，220，320         第一电极层
130，230              有机EL层
140，240，340         第二电极层
150，250              短路缺陷
260                   短路减少层
280                   电荷注入层
331，332，333         有机发光器件
331a，332a，333a      电子传递层
331b，332b，333b      发光层
331c，332c，333c      空穴传递层
360                   短路减少层
371，372              连接器

Claims (28)

1.一种OLED器件，包括：
(a)基底；
(b)设置在该基底上方的第一电极层；
(c)设置在该第一电极层上方的无机短路减少层；
(d)设置在该无机短路减少层上方的电荷注入层；
(e)设置在该电荷注入层上方的有机EL元件，和
(f)该有机EL元件上方的第二电极层，
其中选择该短路减少层以具有一厚度和电阻率，该厚度和电阻率足以减少泄漏电流和由短路缺陷引起的发射效率的相关损失。
2.权利要求1的OLED器件，其中该第一电极层是阳极。
3.权利要求1的OLED器件，其中该短路减少层选自于氧化铟、氧化镓、氧化锌、氧化锡、氧化钼、氧化钒、氧化锑、氧化铋、氧化铼、氧化钽、氧化钨、氧化铌或氧化镍。
4.权利要求3的OLED器件，其中该短路减少层是列出的氧化物中至少两种的混合物。
5.权利要求3的OLED器件，其中该短路减少层是列出的氧化物材料中的至少一种与电绝缘的氧化物、氟化物、氮化物或硫化物材料的混合物。
6.权利要求1的OLED器件，其中两个电极层中的一个是透明的导电氧化物层而另一个电极层是金属的。
7.权利要求1的OLED器件，其中两个电极层都是金属的并且两个电极层中的至少一个对发射的光是半透明的。
8.权利要求1的OLED器件，其中该短路减少层厚度是10nm或更多。
9.权利要求1的OLED器件，其中该短路减少层厚度在20nm和200nm之间。
10.一种OLED器件，包括：
(a)基底；
(b)设置在该基底上方的第一电极层；
(c)设置在该第一电极层上方的有机EL元件；
(d)设置在该有机EL元件上方的电荷注入层；
(e)设置在该电荷注入层上方的无机短路减少层；和
(f)设置在该短路减少层上方的第二电极层，其中选择该短路减少层以具有一厚度和电阻率，该厚度和电阻率足以减少泄漏电流和由短路缺陷引起的发射效率的相关损失。
11.一种高分辨率像素化的OLED显示器，包括：
(a)基底；
(b)设置在该基底上方的第一电极层；
(c)设置在该第一电极层上方的无机短路减少层；
(d)设置在该短路减少层上方的有机EL元件；
(e)该有机EL元件上方的第二电极层，其中选择该短路减少层以具有10Ω-cm2到1500Ω-cm2的通厚电阻率。
12.权利要求11的OLED显示器，其中在该无机短路减少层和该有机EL元件之间设置电荷注入层。
13.权利要求11的OLED显示器，其中该短路减少层选自于氧化铟、氧化镓、氧化锌、氧化锡、氧化钼、氧化钒、氧化锑、氧化铋、氧化铼、氧化钽、氧化钨、氧化铌或氧化镍。
14.权利要求13的OLED显示器，其中该短路减少层是列出的氧化物中至少两种的混合物。
15.权利要求13的OLED显示器，其中该短路减少层是列出的氧化物材料中的至少一种与电绝缘的氧化物、氟化物、氮化物或硫化物材料的混合物。
16.权利要求11的OLED显示器，其中两个电极层中的一个是透明的导电氧化物层而另一个电极层是金属的。
17.权利要求11的OLED显示器，其中两个电极层都是金属的并且两个电极层中的至少一个对发射的光是半透明的。
18.权利要求11的OLED显示器，其中该短路减少层厚度是10nm或更多。
19.权利要求11的OLED显示器，其中该短路减少层厚度在20nm和200nm之间。
20.具有一个或多个大的发光部分的OLED器件，包括：
(a)基底；
(b)设置在该基底上方的第一电极层；
(c)设置在该第一电极层上方的无机短路减少层；
(d)设置在该短路减少层上方的有机EL元件；和
(e)该有机EL元件上方的第二电极层，其中选择该短路减少层以具有10-2Ω-cm2到10-7Ω-cm2的通厚电阻率。
21.权利要求20的OLED器件，其中在该无机短路减少层和该有机EL元件之间设置电荷注入层。
22.权利要求20的OLED器件，其中该短路减少层选自于氧化铟、氧化镓、氧化锌、氧化锡、氧化钼、氧化钒、氧化锑、氧化铋、氧化铼、氧化钽、氧化钨、氧化铌或氧化镍。
23.权利要求22的OLED器件，其中该短路减少层是列出的氧化物中至少两种的混合物。
24.权利要求22的OLED器件，其中该短路减少层是列出的氧化物材料中的至少一种与电绝缘的氧化物、氟化物、氮化物或硫化物材料的混合物。
25.权利要求20的OLED器件，其中两个电极层中的一个是透明的导电氧化物层而另一个电极层是金属的。
26.权利要求20的OLED器件，其中两个电极层都是金属的并且两个电极层中的至少一个对发射的光是半透明的。
27.权利要求20的OLED器件，其中该短路减少层厚度是10nm或更多。
28.权利要求20的OLED器件，其中该短路减少层厚度在20nm和200nm之间。
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