TW201119486A - OLED device with low index material - Google Patents

Description

201119486 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種OLED裝置及一種用於製造該〇ELD裝 置的方法，該OLED裝置包括一低折射率中間材料。 【先前技術】 從US 2008/0265757 A1已知一有機發光二極體（〇LED)裝 置’其包括共同OLED纟且件’諸如一透明基板、一透明itq 陽極、一有機電致發光層及一陰極。此外，二氧化石夕 (Si〇2)的一格柵安置於該IT0層上，以改良光出輕合 (outcoupling)至該基板中。 【發明内容】 基於此背景，本發明之一目的係提供用·於具有一高效率 之一 0LED裝置之一簡化設計及製程。 此目的由根據技術方案i的一 〇led裝置及根據技術方案 2的-方法而達成。較佳之實施例揭示於附屬技術方案 ψ 〇 根據-第-態樣，本發明係關於— 〇LED裝置，其產 下述組件序列： 二)：f —電極層，在操作期間可將-第-電位施加i 通過0心 > 卜該第—電極層較佳為透明，以允旬 。’ 5亥第一電極層可由IT0組成。 b)具有比隨後將提及的後續 低的-折射率之-材料β ψ機^發^層之折射率 料為「低拼 / 於此原因，在下文中簡稱該 率材料」。該低折射率材料之折射率的典 I50136.doc 201119486 值在’力1 ·3與約丨7之間的範圍内。此外，該低折射率材料 通常為透明。 該低折射率材料以一不規則圖案及/或「島狀物」的一 圖案配置於戎第一電極層上。在此背景内容中，術語「島 狀物」應表示材料之較小的未連接區域或點。 c) 一有機電致發光層，其安置於具有該低折射率材料的 該第一電極層上，因此（部分地）嵌入該材料。如熟習 OLED技術者已知，該有機電致發光層可包括用於電子或 电洞庄入電荷傳輸及/或光產生的許多子層。該等層之 適當實例可在文獻中找到（例如Shinar，J0seph (Ed·)，

Organic Light-Emitting Devices: a Survey」，NY:

Springer-Verlag (2004) ; Klaus Muellen, Ullrich Scherf (Eds·)， Organic Light Emitting Devices: Synthesis, Properties and Applications j , John Wiley & Sons (2006))。 d) —第二電極層，在操作期間，可將一第二電位施加至 該第二電極層。在許多情況中，㈣二電位將比施加至該 第-電極層的該第-電位高，使得該第—電極層操作為一 陽極且該第二電極層操作為一陰極。 根據-第二態木篆’本發明係關於用於製造一 〇led裝 置，尤其係製造前述種類之一 〇LED裝置的一方法。該方 法包括下述步驟，其等較佳地以列出的序列執行至少一 次： a)提供一第一電極層。 150136.doc 201119486 b)在為第—電極層上尤其以-不規則圖案及/或島狀物的 —圖案沈積—「低折射率材料」。 C)在具有錢折射率材_之該第—冑極層i沈積一有機 電發光層，其中所沈積之有機材料具有比該低折射率材 料更面的一折射率。 d)在前述有機電致發光層上沈積一第二電極層。 用此方去可製造上文描述之種類的_ 裝置。因此 參考上文描述以獲得關於該方法的更多f訊及解釋。 4 OLED|置及該方法利用安置於—第—電極層上且嵌 入於;一後續有機電致發光層中的—低折射率材料。功能 上，該材料具有改良光從該有機層出_合至該第—電極層 及該第一電極層下的一基板中的積極效果。此外，可由多 種方法容易地製造該材料之不規則圖案及/或島狀物圖 案’從而允許將該0LED裝置之製造成本保持較低。 在該製造方法中，在該第一電極層上沈積一低折射率材 料之步驟b)可尤其包括下列子步驟： Μ)在該第一電極層上沈積一光阻層。熟習此項技術者 已知適當之光阻材料（例如购）及沈積其等的程序。應注 〜可辨別JL」及負」光阻材料。在負光阻材料十，曝 露至光（且之後經加熱）的區域穩定化，且因此在顯影之後 保留。相反地，在正光阻材料+，曝露至光的區域變得可 溶解，且在顯影之後保留的是未曝露之區域。

b2)敵開該沈積之光阻層以提供曝露下伏第―電極層的 孔。 H 150J36.doc 201119486 叫在該敞開之光阻層上沈積一層低折射率材料。因此 低折射率材料將進人先前步驟中產生之孔中並且接觸該第 一電極層之表面。 M)移除（剩餘）光阻f在此步驟中，亦將移除駐留於光 阻材料之頂部上的任意低折射率材料。 一：於該等步驟，該低折射率材料之一圖案將保留於該第 一電極層上在該光阻層中產生之孔的位置處。 在製程之前述實施例中，敞開該光阻層以建立孔的步驟 b2)可尤其包括：使該光阻層局部曝露至光，且隨後移除 此層之曝露或未曝露之區域。若使用—負光阻，移除光阻 材料之未曝露至光的區域。若使用—正光阻，移除光阻材 料之曝露至光的區域。 在製程之前述實施例中，可用許多方式實現該光阻層選 擇性局部曝露至光。根據一第—替代方式，透過一適當避 罩完成曝露至光。此遮罩可例如為在光阻層應被照射：位 置處具有孔的-金屬片。在此情況十，通常將使用一正光 阻、。在該金屬遮罩中之該等孔可例如藉由一雷射而容易地 製造且具成本效率。 根據製程之另一實施例’該光阻層可包括不透明粒子， 其中該等粒子刊如包括尺寸為約約ig微米之 較小有色及/或非透明之玻璃珠。該等不透明粒子之❹ 及/或平均相互之間距離通常在該光阻層中該等孔之所= 望直徑範圍内。當該光阻層曝露至光時，該等粒子遮蔽其 等之下的光阻材料。若使用一正光阻，所對應之遮蔽區域 150136.doc 201119486 稍後將保留，而該光阻（及該等粒子）之剩餘部分則可移 除。 如上文所描述，該低折射率材料可藉由一光微影技術而 施覆至該第一電極層±。根據該製造方法之另—實施例， 沈積步驟b)包括將—低折射率材料喷塗至該第—電極層上 的子步驟。按照往常’術語「喷塗」應表示包括具有低折 射率材料或其前驅體之微滴的氣溶膠。接著在該等微滴沈 積於該第-電極層上之後將由該等微滴形成低折射率材料 之結構(例如島狀物)。因此可經由喷塗之參數(微滴尺寸、 微滴密度等等）容易地控制該等結構之尺寸及密度。例如 噴k條件可經選擇使得產生具有在約〇·5微米與約％微米 之間之一尺寸（直徑）的島狀物。噴塗程序自動確保所得結 構具有―無陡山肖邊緣之平滑形狀，使得可藉由例如真空落 鑛而沈積該等有機層及第二電極之金屬而不產生裂紋或 别述喷塗之材料可例如包括適當聚合物溶液。該聚合物 之適當材料包括非晶含I聚合物(例如，DuPonRM-侧系列之—者）。該等聚合物係較佳的，因為其等通常 具有為⑶至⑶的較低折射率。該等聚合物之適當溶劑 包括例如基於碳氟化合物之冷卻液。該聚合物溶液可用一 贺漆裔或-類似裝置而t塗在該第一電極層上。 «另-實施例’該噴塗可包括溶膠·㈣程序之一前 驅體。溶膠·凝膠聚合可尤其包括使用具有此一前驅體之 一超音波嘴塗氣溶膝。前驅體之典型實例“括四乙基正 150136.doc 201119486 石夕酸鹽（TEOS)(TEOS :乙醇：水：HC1)之酸性溶液。 在喷塗之後，較佳地固化該低折射率材料，即，在高溫 下及/或在-特殊氛圍中改變該低折射率材料的化學及/或 物理狀態°包括聚合物溶液之—沈積噴塗物可例如根據製 造規範而乾燥且加以支撐’以達成不含任何溶劑的硬化聚 合物結構。一溶膠-凝膠前驅體之喷塗微滴可例如在高於 約m：之溫度下接受供烤，以形成具有約14之一低折射 率的Si02島狀物。 低折射率材料之島狀物可具有相等之尺寸及形狀或不同 之尺寸及形狀。此外，該等島狀物可以—規則圖案或以一 不規則圖案配置於該第—電極層上…般而言，因為不規 則圖案需要較少的精密㈣，故該等不規顧案具有可容 易製造的優點（例如藉由將不透明粒子分佈於該光阻層中 或藉由喷塗）。此外，不規則圖案有助於避免光學假影， 諸如Moi，案或由於在—規則光栅處的光學干涉引起的 其他光學效果。 在該第-電極層上之該低折射率材料之厚度較佳地在約 50奈米與約500奈米之間之範圍内，最佳地為約1〇〇奈米 ±10% ’其中該厚度係垂直於該OLED裝置之層而量測。 當該低折射率材料經配置為島狀物時，其等之直徑通常 在約0!微米與約100微米之間之範圍内’較佳地在約1微 米與約20微米之間，最佳地在約2微米與約15微来之間: 其中該直徑係平行於該0LED裝置之層而量測。 由該低折射率材料覆蓋之面積通常可在該第—電極層之 I50l36.doc 201119486 面積的約1 %與20%之間的範圍内，較佳地在約2〇/。與1之 間，最佳地在約5%與1 〇%之間。 .該低折射率材料之折射率必須低於該等有機層之折射率 (通常小於約I.8至2·0)，且因此較佳地在約1.3與約1>7之間 的範圍内。在此情況中出耦合效率可被最佳化。 該低折射率材料較佳地可包括下述材料之至少一者.

Si〇2(二氧化矽）、A1F3、Al2〇3、BaF2、CaF2、CeF3、

CsF、DyF3、ErF3、GdF3、HfF2、H〇F3、LaF3、LiF、 MgF2、Na3AlF6、Na5Al3F14、NaF、NdF3、PrF3、ScF3、

SrF2 YF3 YbF3、Zl*F4、非晶含氟聚合物（例如可從 DuPont購得之Teflon AF®系列）、透明低k介電質（例如可從

Dow Chemical購得之Cyclotene®) 〇 該第-電極層較佳地可安置於—基板層上。—般而言， 該基板可包括適合作為後續組件之一載體的任意換性或剛 性材料。通常，該基板將為透明的，且例如由塑膠或玻璃 組成。 【實施方式】 將參考下文十描述之實施例瞭解及閣明纟發明之該等態 ’ $及其他態樣°將在附圖的幫助下經由實例描述該等實施 u Ί歹,J 〇 1 圖中相同之參考數字指相同或類似之組件。 Y. Sun及 S. F。⑽t(Nature PhGt〇nies 2, 483 (雇））已提 出使用陽極(ιτο層)上嵌入的低折射率格柵增強〇led之光 出耦合。在此情況中用於光出耗合的叫格拇具有約以 150136.doc 201119486 米的一線寬度及約5微米的一節距。藉由首先利用電毁增 強化學氣相沈積(PECVD)而沈積Si〇2以及藉由習知光微影 術（使用正性抗蝕劑、曝光、硬烤，且溶解光阻，因此敞 開化學蝕刻si〇2之區域）而圖案化來製造該Si〇2格柵。此為 一相對昂貴的程序。 f 為提供用於在一電極頂部上沈積一出耦合結構的一簡化 方法，在此提出使用（代替一格柵）低折射率結構之一不規 則陣列或低折射率島狀物（例如S i 〇2島狀物）之一規則或不 規則陣列。該等結構在光學出麵合上具有—積極效果。該 等釔構可藉由光微影術而形成。或者，亦可使用具有較小 孔之一相對便宜之金屬遮罩來界定光阻曝露至光的區域。 作為另-替代’吾人可添加較小粒子至該光阻，該光阻亦 用作-種光遮罩。此外’低折射率結構可藉由噴塗適當聚 合物溶液及/或用於溶膠-凝膠聚合的前驅體氣溶膠:製 造。 現將參考圖丨至圖8更詳細地解釋上述之—般概念，該等 圖繪示根據本發明以一光微影程序製造一 〇led裝置1〇〇之 連續步驟。 作為該程序之開始步驟，圖〗以一側視圖顯示提供一玻 璃基板1 ’在該玻璃基板1上沈積一第一電極層2(陽極）。該 電極層通常由ITO組成。 在圖2中，已將一光阻層10旋塗至該第一電極層上。 該光阻層10的後續結構化可以兩種替代方式實現。第一 替代方式繪示於圖3a中’且其包括將具有孔21之—金屬遮 150l36.doc -10- 201119486 罩20配置在該光阻層1〇a之前，同時用光照射此配置（嗜參 閱箭頭）。結果，僅在該等孔21之下的光阻材料曝露^ 光。在此情況中假設使用一正光阻，纟中猶後可移除曝露 之材料，而保留未曝露之材料。 第二替代方式繪示於圖3b中。在此，使用具有嵌入不透 寿子11之正光阻。當此光阻層1 Ob曝露至光時，爷等 不透明粒子U遮蔽在其等之下之光阻材料。在曝露（及一 硬化步驟)之後’可移除該等粒Μ及在其等之間及其等 之上之曝露材料。 圓4顯示具有敞開之光阻層1〇，的層堆疊，即，在移除曝 露之光阻材料之後的層堆疊（該圖特定繼續進行圖3a之實 例；在圖％之情況中，光阻剩餘部分之頂面將較不規 則）。敞開之光阻層1G，現在包括孔12之一圖案。 圖中已沈積一層Sl〇2，在該光阻層1〇|之孔中產生 為島狀物3 ’且在光阻材料之岸部㈣)上產生叫沈積 物3。該等島狀物3通常可具有約⑽奈米之—厚度。 在下一步驟t，敞開之光阻層1()，及在其頂部上之叫材 枓3,在-剝離程序中被剝除。結果，僅叫島狀物3保留於 ㈣—電極層2之頂部上。此在圖6中以普通側視圖顯示， 且額外地在圖7中以-俯視圖顯示(以圖6之箭頭VII的方向 觀看卜 ♦ ·、員丁在將有機電致發光層4及一鋁陰極5施覆在該 %極層2上之後所得的經完成之〇LEd裝置⑽之—截面。 Sl〇2島狀物3因此嵌入於該有機材料4中。 I50136.doc 201119486 圖9及圖10繪示用於藉由噴塗產生一低折射率材料之島 狀物的:替代方法。作為一開始點，圖9顯示提供頂部上 具有第包極層2的一玻璃基板1。藉由（例如超音波）噴 塗’.在該第一電極層2上產生粒子13之—氣溶膠。 該等氣溶膠粒子13可例如由聚合物溶液組成。該聚合物 可為DuPont之Teflon AF®系列之非晶含氟聚合物（例如， 具有訂購編號 601S1-100-6、601S1-1-6、601S2-100-6、 601S2-1-6 、 601S1-100-18 、 601S2-100-18 、 4〇〇Sl-l〇(M 、 400S1-1-1之Teflon AF)。該聚合物可溶解於基於碳氟化合 物的電子冷卻液（例如來自3河的Fluor〇inert@ FC 72，77, 75，來自 Rhone-Poulenc 的 Flutec® PP2，6，50 ;來自 Ausimont的 Galden®HT10, HT35)中。 根據另貝施例，该專氣溶膠粒子13可為用於溶膠_凝 膠聚合的前驅體。其等可例如由包括四乙基正矽酸鹽 (TEOS :乙醇：水：HC1)的酸性溶液組成： 圖10顯示在氣溶膠粒子（之至少一些）已沈降於該電極層 2之上且已被固化之後的設置。在溶膠_凝膠聚合之前述情 況中’固化可例如包括加熱至高於8〇。〇的溫度，在該溫度 下該前驅體材料轉變為具有1.4之一低折射率的Si〇2。可如 參考圖8所解釋般完成該裝置之進一步處理。 總之’上述實例揭示製造非常有效之低折射率出輕合結 構之一方法。一 Si〇2結構沈積於一〇LED裝置之一IT〇陽極 之頂部上且將ιτο及有機模式耦合至該基板中。與Si〇2格 栅相反，本發明之出耦合結構包括Si〇2島狀物之一陣列及/ 150136.doc -12- 201119486 或一不規則圖案。該〇咖裝置之製造較佳地使用一便宜 曝光技術及一簡單剝離程序。 -取後應指出’在本申請案中術語「包括」並非排除其他 π件或步驟’「一」並非排除複數個，且—單一處理器或 其他單7G可實現許多構件之功能。本發明寄寓於每個新穎 特性特徵及特性特徵之每個組合。此外，在中請專利範圍 中之參考符號不應視為限制其等之範圍。 【圖式簡單說明】 圖1至圖8繪示根據一光微影程序製造一 OLED裝置的連 續步驟； 圖9及圖1 〇繪示根據一喷塗程序製造一 〇LED裝置的連續 步驟。 、 【主要元件符號說明】 玻璃基板 2 3 3' 4 5 10 10a 10b 11 12 150136.doc 苐一電極層/陽極 島狀物

Si〇2材料 有機電致發光層 第二電極層/鋁陰極 光阻層 光阻層 光阻層 不透明粒子

子L -13- 201119486 13 氣溶膠粒子 20 金屬遮罩 21 孔 100 OLED裝置 150136.doc

Claims (1)

1. 201119486 七、申請專利範圍： 1· -種OLED裝置（1〇〇)，其包括下述組件序列： a) 一第—電極層（2); b) 低折射率材料，其以一不規則圖案及/或以島狀物 (3)之一圖案安置於該第一電極層上； c) 一有機電致發光層（4)，其安置於該第一電極層（2)及 該低折射率材料（3)上，且其具有比該低折射率材料⑺ 更兩的一折射率； d) 一第二電極層（5)。 2· 一種用於製造-OLED裝置（⑽）的方法，其包括下述步 驟： a) 提供一第一電極層（2); b) 在該第一電極層上沈積一「低折射率材料」； c) 在具有該低折射率材料（3)之該第—電極層」⑺上沈積 -有機電致發光層(4)，其中該沈積之有機材料具有比該 低折射率材料（3)更高的一折射率； d) 在該有機電致發光層上沈積—第二電極層⑺。 3.如請求項2之方法’其特徵為沈積—低折射率材 該步驟b)包括下述子步驟： 光阻層（1〇); 下伏第—電極層（2)的 bl)在該第一電極層（2)上沈積一 b2)敞開該光阻層以提供曝露該 孔（12); 低折射率材料 b3)在該敞開之光阻層（1〇，）上沈積—層 (3、3，）； " 150I36.doc s 201119486 4. 5. 6. Μ)移除該敞開之光阻層(10，)β 其特徵為㈣該光阻層⑽之該步驟 曝露區域::二局部曝露至光’一除光阻之 之其㈣為料露至光餘由一遮罩 ==項3之方法，其特徵為該光阻層⑽包括不透明粒 7.如請求項2之方法，其特徽a ★ # 哕牛驟'寺徵為沈積-低折射率材料(3)之 口亥v驟b)包括將一材料（ 〇 , ^ ;賀主於忒第—電極層（2)上。 味求項7之方法，其特徵為該喷塗之4 k 榀w V „ , 1 貝立之材枓（13)包括聚合 物浴液及/或一溶膠-凝膠程序之前驅體。 9 ·如請求項7之方法，苴特料 〃寺徵為該噴塗之材料（13)在噴塗之 後！固化以產生該低折射率材料（3)。 其特徵為該低折射率材料 不規則圖案配置於該第一 10.如請求項1之0LED裝置（1〇〇)， 以島狀物（3)之一規則圖案或一 電極層（2)上。 U.如請求項1之0咖裝置⑽），其特徵為該低折射率材料 〇)之厚度在約50奈米與約5〇〇奈米之間之範圍内。 A如請求項k〇LED裝置（刚），其特徵為該低折射率材料 經配置成具有在約0-1微米與約100微米之間的一直徑之 島狀物（3)。 工 13·如請求項ROLED裝置（1⑽），其特徵為該低折射率材料 (3)覆蓋該第一電極層（2)之面積的約1%與2〇%之間，較 150136.doc 201119486 佳地約2%與1 5%之間，最佳地約5%與1 0%之間。 14. 如請求項1之OLED裝置（100)，其特徵為該低折射率材料 (3)包括從由下列材料組成之群組中選擇的一材料： Si〇2 ' AIF3 ' Al2〇3 ' BaF2 ' CaF2 ' CeF3 ' CsF ' DyF3 ' ErF3、GdF3、HfF2、HoF3、LaF3、LiF、MgF2、 Na3AlF6、Na5Al3Fl4、NaF、NdF3、PrF3、ScF3、SrF2、 YF3, YbF3、ZrF4、非晶含氟聚合物及透明介電質。 15. 如請求項1之OLED裝置（100)，其特徵為該第一電極層 (2)安置於一基板（1)上。 150136.doc 5