TW201438272A - 白光有機發光二極體之結構及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種白光有機發光二極體之結構及其製造方法，係於一透明基板上依序形成一透明導電層、一電洞傳輸層、一藍光發光層、一紅光混和層、一電子注入層以及一電極層，其中該紅光混和層包含有一紅光摻雜材料以及一電子傳輸摻雜材料。該白光有機發光二極體的結構簡單，並且利用該紅光混和層中之紅光摻雜材料以及該電子傳輸材料的混和方式，可有效配合該藍光發光層發出穩定的白色光，並且可利用熱蒸鍍法進行該有機發光二極體的製備，製程簡單且可於同一機台底下進行製備，具有高量產性、低成本的優點。

Description

白光有機發光二極體之結構及其製造方法

本發明係有關一種發光二極體，尤指一種白光有機發光二極體之結構及其製造方法。

自從進入電子時代之後，電子顯示器就一直扮演著人類和機器之間最重要的溝通角色。隨著科技的不斷迅速發展，顯示器的型態也不斷的改變，從早期陰極射線管(Cathode Ray Tube)只能播放黑白的電視，進化到全彩的大尺寸平面電視(Flat Panel Display)。平面顯示技術的種類繁多，其中包括了液晶顯示器(Liquid Crystal Display， LCD)、發光二極體顯示器(Light Emitting Diode，LED)、真空螢光管顯示器(Vacuum Fluorescent Display， VFD)、電漿顯示器面板(Plasma Display Panel， PDP)以及有機發光二極體顯示器(organic light emitting diode，OLED)等等。依據不同的用途，人們對於顯示器的要求也不相同，以隨身攜帶的電子產品之顯示器為例，其常要求電子顯示器必須具有輕、薄、高亮度、攜帶容易的特性。然在前述要求之中，唯獨液晶顯示器以及有激發光二極體顯示器可以同時滿足這些需求。其中，有機發光二極體挾其自發光、高對比、可撓曲、反應速度快、面發光、製程結構相對容易等多數的優點，逐漸在未來的顯示或照明技術嶄露頭角及佔著一席之地。

而目前用以產生白光的製程方法或結構通常較為複雜，例如於有機發光二極體的製程中，分別形成發出藍光、綠光以及紅光的發光層，藉此形成白光的有機發光二極體，但製程步驟過於複雜，也會造成生產成本的提高，進而影響量產的品質及成本。

本發明之主要目的，在於解決白光有機發光二極體的生產製程過於複雜，造成量產成本無法降低的問題。

為達上述目的，本發明提供一種白光有機發光二極體，包含有一具有一透明導電層的透明基板、一形成於該透明導電層上的電洞傳輸層、一形成於該電洞傳輸層上的藍光發光層、一形成於該藍光發光層上的紅光混和層、一形成於紅光混和層上的電子注入層，以及一形成於該電子注入層上的電極層，該透明導電層係設置於該透明基板與該電洞傳輸層之間，該紅光混和層包含有一紅光摻雜材料以及一電子傳輸摻雜材料。

除此之外，本發明亦提供一種白光有機發光二極體之製造方法，包含有以下步驟：

S1：於一透明基板上形成一透明導電層；

S2：於該透明導電層上形成一電洞傳輸層；

S3：於該電洞傳輸層上形成一藍光發光層；

S4：於該藍光發光層上形成一紅光混和層，該紅光混和層包含有一紅光摻雜材料以及一電子傳輸摻雜材料；

S5：於該紅光混和層之表面形成一電子注入層；及

S6：於該電子注入層上形成一電極層。

由上述說明可知，本發明具有下列特點：

一、結構簡單，降低製程方法的複雜度，可有效降低不必要的干擾，提高製程良率。

二、製程方法簡易，方便量產以及降低成本。

三、利用該紅光混和層中的紅光摻雜材料以及該電子傳輸摻雜材料可有效配合該藍光發光層發出穩定的白色光。

10．．．透明基板

11．．．透明導電層

20．．．電洞傳輸層

30．．．藍光發光層

40．．．紅光混和層

41．．．紅光摻雜材料

42．．．電子傳輸摻雜材料

50．．．電子注入層

60．．．電極層

S1~S6、S1A、S1B．．．步驟

圖1，為本發明之二極體結構示意圖。

圖2，為本發明之步驟流程示意圖。

圖3A～3F，為本發明之結構製程步驟示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖示說明如下：

請參閱「圖1」所示，本發明係為一種白光有機發光二極體，包含有一具有一透明導電層11的透明基板10、一形成於該透明導電層11上的電洞傳輸層20、一形成於該電洞傳輸層20上的藍光發光層30、一形成於該藍光發光層30上的紅光混和層40、一形成於紅光混和層40上的電子注入層50，以及一形成於該電子注入層50上的電極層60，該透明導電層11係設置於該透明基板10與該電洞傳輸層20之間，該紅光混和層40包含有一紅光摻雜材料41以及一電子傳輸摻雜材料42。

更進一步的說明，該透明基板10可為透明塑膠基材如聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等，或為一玻璃基材，而該透明導電層11之材質可為銦錫氧化物(ITO)或鋁鋅氧化物(AZO)等，除了考量透光性與導電性之外，仍必須選擇具有適合選用之電洞傳輸層20的功函數(work function)的材料。該電洞傳輸層20之材質為『N，N'-二苯基-N，N'-雙（1-萘基）-1,1'-聯苯基-4，4“-二胺』（NPB(N，N’-diphenyl-N，N’-bis(1-naphthyl)-1，1’-biphenyl-4，4”-diamine)，以下簡稱NPB），厚度介於450～500 A。該藍光發光層30之材質為『2-叔丁基-9,10-二-（2-萘基）蒽』 (2-t-butyl-9，10-di-2-naphthylanthracene，以下簡稱TBADN)，厚度介於290～360 A。該紅光摻雜材料41以及該電子傳輸摻雜材料42分別為『4-（二氰基亞甲基）-2-叔丁基-6（1,1,7,7-四甲基久洛尼定-9-烯基）-4H-吡喃』（ (4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6(1，1，7，7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran)，以下簡稱DCJTB）以及『三（8-羥基喹啉）鋁』(Tris(8-hydroxy-quinolinato)aluminium，以下簡稱Alq₃)，且該紅光摻雜材料41以及該電子傳輸摻雜材料42的摻雜比例為0.005～0.2：1，該紅光混和層40的厚度介於360～500 A。該電子注入層50之材質為氟化鋰（LiF），厚度介於8～10 A。而該電極層60之材質為鋁。

本發明亦揭露了一種白光有機發光二極體之製造方法，請配合參閱「圖2」所示，包含有以下步驟：

S1：於一透明基板10上形成一透明導電層11，請配合參閱「圖3A」所示，其中，配合有機發光二極體的發光外形與發光區的定義，係利用濕式蝕刻或乾式蝕刻方式，將鍍製於該透明基板10表面的該透明導電層11蝕刻形成特定圖形，例如圓形、矩形等。

S1A：對該透明導電層11進行清洗作業，先將該透明基板10置放於丙酮溶液中，並以超音波震盪方式振洗，以去除該透明導電層11之有機物質，接著用異丙醇震洗以去除丙酮殘留，再用去離子水震洗以去除異丙醇殘留，最後，以氮氣槍吹乾。

S1B：對該透明導電層11進行電漿表面處理，將該透明基板10置入一可進行電漿反應的裝置，例如濺鍍裝置、真空蒸鍍機等可產生電漿的製程設備，而於本實施例中，係將該透明基板10置入於一熱蒸鍍裝置（未圖式）內，該熱蒸鍍裝置除了可以產生電漿之外，同時也可以加熱方式(熱阻絲、E-Gun…等均可)進行有機材料及金屬或非金屬材料之鍍製。需特別說明的是，本發明中接下來的步驟多以熱蒸鍍方式進行，因此可在將該透明基板10置入該熱蒸鍍裝置內時，一併將製作藍光、紅光、相關的有機材料以及無機材料放到對應之坩鍋或鎢舟上，全部置入該熱蒸鍍裝置內，並且在未使用藍光、紅光、有機材料或無機材料時，先利用適當的遮罩裝置進行封閉，避免材料之間的相互干擾。接著再進行粗抽，當真空度到達10^-2torr左右(e.g. 5×10^-2torr)，開始進行通入氧氣，以對該透明導電層11之表面進行電漿處理，藉著減少該透明導電層11表面之氧缺陷，以使得該透明導電層11的原子間結合性增加，降低該透明導電層11之功函數，增加後續置於該透明導電層11之有機發光結構之發光效率。

S2：於該透明導電層11上形成一電洞傳輸層20，如「圖3B」所示，控制坩鍋內的遮罩裝置對其他尚未或不需使用的材料進行遮罩，避免材料之間的混和及干擾；並且，使該透明基板10以1至100 rpm的速度進行旋轉，並控制該電洞傳輸層20之鍍率於每秒1 A的狀態下進行，以提升該電洞傳輸層20之緻密性，該電洞傳輸層20之厚度介於450～500 A。

S3：於該電洞傳輸層20上形成該藍光發光層30，如「圖3C」所示，於此步驟中，打開坩鍋中裝載有藍光材料的遮罩，並且同樣在旋轉的狀況下，控制該藍光發光層30的鍍率於每秒1 A的狀態下進行，該藍光發光層30之厚度介於290～360 A。

S4：於該藍光發光層30上形成該紅光混和層40，請配合參閱「圖3D」所示，該紅光混和層40包含有該紅光摻雜材料41以及該電子傳輸摻雜材料42，將裝載有該紅光摻雜材料41以及該電子傳輸摻雜材料42的遮罩打開，以共蒸鍍的方式進行該紅光混和層40的製備，並且控制該紅光摻雜材料41以及該電子傳輸摻雜材料42的摻雜混和比例。本實施例中，該紅光摻雜材料41及電子傳輸材料之選用，係因為DCJTB(λAbs：501nm λPl：602nm)若摻雜(Doping)在電子傳輸層Alq₃(λAbs：259nm λPl：512nm)裡，因Alq₃的放射光譜和DCJTB的吸收光譜在數據上達到相當的匹配，可以達到有效的能量轉移，使其產生高效能的紅光放射，且該紅光摻雜材料41以及該電子傳輸摻雜材料42的摻雜比例為0.005～0.2：1，而該紅光混和層40之鍍率為每秒0.1A，該紅光混和層40之厚度介於360～500 A。

S5：於該紅光混和層40之表面形成該電子注入層50，如「圖3E」所示，控制該電子注入層50之鍍率為每秒0.2～0.4 A，且於本實施例中，該電子注入層50之材質為氟化鋰(LiF)，該電子注入層50之厚度介於8～10 A。

S6：於該電子注入層50上形成該電極層60，請配合參閱「圖3F」所示，該電極層60於本實施例中為陰極的電極層60，並且該電極層60之鍍率為每秒5～10 A。

較佳的，該電洞傳輸層20的厚度為500 A；該藍光發光層30之厚度為 330A；該紅光摻雜層之厚度為400 A，而DCJTB：Alq₃之比例為0.015：1；該電子注入層50之厚度為 10A，藉此，可獲得最佳的發光效率，利用上述條件製作之白光有機發光二極體之最大發光功率效率為1.01 lm/W，最大電流效率則達到2.51 cd/A，最大發光亮度在15V時達到5607 cd/m²， CIE色度座標於10 V至15 V間介於(0.35，0.33)與(0.39，0.33)之間，相當穩定的保持在白光區域。

綜上所述，本發明具有下列特點：

一、結構簡單，降低製程方法的複雜度，可有效降低不必要的干擾，提高製程良率。

二、製程方法簡易，全部製程皆利用熱蒸鍍法進行，方便量產以及降低成本。

三、利用坩鍋中的遮罩裝置配合不同步驟的製程，進行各個不同材料的釋放或關閉，不需額外進行物料的替換，並且亦能有效的避免各個材料之間的混和，而影響製程。

四、利用該紅光混和層中的紅光摻雜材料以及該電子傳輸摻雜材料可有效配合該藍光發光層發出穩定的白色光。

因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10．．．透明基板

11．．．透明導電層

20．．．電洞傳輸層

30．．．藍光發光層

40．．．紅光混和層

41．．．紅光摻雜材料

42．．．電子傳輸摻雜材料

50．．．電子注入層

60．．．電極層

Claims (16)

1. 一種白光有機發光二極體，包含有：
   一透明基板，包含有一透明導電層；
   一形成於該透明導電層上的電洞傳輸層，該透明導電層係設置於該透明基板與該電洞傳輸層之間；
   一形成於該電洞傳輸層上的藍光發光層；
   一形成於該藍光發光層上的紅光混和層，包含有一紅光摻雜材料以及一電子傳輸摻雜材料；
   一形成於紅光混和層上的電子注入層；以及
   一形成於該電子注入層上的電極層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之白光有機發光二極體，其中該電洞傳輸層之材質為N，N'-二苯基-N，N'-雙（1-萘基）-1,1'-聯苯基-4，4“-二胺，該電洞傳輸層之厚度介於450～500A。
3. 如申請專利範圍第1項所述之白光有機發光二極體，其中該藍光發光層之材質為2-叔丁基-9,10-二-（2-萘基）蒽，且該藍光發光層之厚度介於290～360A。
4. 如申請專利範圍第1項所述之白光有機發光二極體，其中該紅光摻雜材料以及該電子傳輸摻雜材料分別為4-（二氰基亞甲基）-2-叔丁基-6（1,1,7,7-四甲基久洛尼定-9-烯基）-4H-吡喃以及三（8-羥基喹啉）鋁，且該紅光摻雜材料以及該電子傳輸摻雜材料的摻雜比例為0.005～0.2：1，該紅光混和層的厚度介於360～500 A。
5. 如申請專利範圍第1項所述之白光有機發光二極體，其中該電子注入層之材質為氟化鋰，該電子注入層之厚度介於8～10A。
6. 如申請專利範圍第1項所述之白光有機發光二極體，其中該電洞傳輸層之材質為N，N'-二苯基-N，N'-雙（1-萘基）-1,1'-聯苯基-4，4“-二胺，厚度為500 A；該藍光發光層之材質為2-叔丁基-9,10-二-（2-萘基）蒽，厚度為330 A；該紅光摻雜層之厚度為400 A，該紅光摻雜材料之材質為4-（二氰基亞甲基）-2-叔丁基-6（1,1,7,7-四甲基久洛尼定-9-烯基）-4H-吡喃，該電子傳輸材料之材質為三（8-羥基喹啉）鋁，其中4-（二氰基亞甲基）-2-叔丁基-6（1,1,7,7-四甲基久洛尼定-9-烯基）-4H-吡喃：三（8-羥基喹啉）鋁之比例為0.015：1；該電子注入層之材質為氟化鋰，厚度為10 A。
7. 一種白光有機發光二極體之製造方法，包含有以下步驟：
   S1：於一透明基板上形成一透明導電層；
   S2：於該透明導電層上形成一電洞傳輸層；
   S3：於該電洞傳輸層上形成一藍光發光層；
   S4：於該藍光發光層上形成一紅光混和層，該紅光混和層包含有一紅光摻雜材料以及一電子傳輸摻雜材料；
   S5：於該紅光混和層之表面形成一電子注入層；及
   S6：於該電子注入層上形成一電極層。
8. 如申請專利範圍第7項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中於步驟S1及S2之間，更具有步驟：
   S1A：對該透明基板進行清洗作業；及
   S1B：對該透明導電層進行電漿表面處理，減少該透明導電層中的氧缺陷。
9. 如申請專利範圍第7項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中於步驟S2中，該電洞傳輸層之材質為N，N'-二苯基-N，N'-雙（1-萘基）-1,1'-聯苯基-4，4“-二胺，該電洞傳輸層之厚度介於450～500 A。
10. 如申請專利範圍第7項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中於步驟S3中，該藍光發光層之材質為2-叔丁基-9,10-二-（2-萘基）蒽，且該藍光發光層之厚度介於290～360A。
11. 如申請專利範圍第7項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中於步驟S4中，該紅光摻雜材料之材質為4-（二氰基亞甲基）-2-叔丁基-6（1,1,7,7-四甲基久洛尼定-9-烯基）-4H-吡喃，而該電子傳輸材料之材質為三（8-羥基喹啉）鋁，該紅光摻雜材料與該電子傳輸材料之摻雜比例為0.005～0.2：1，而該紅光混和層之厚度介於360～500A。
12. 如申請專利範圍第7項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中於步驟S5中，該電子注入層之材質為氟化鋰，該電子注入層之厚度介於8～10A。
13. 如申請專利範圍第7項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中該電洞傳輸層之材質為N，N'-二苯基-N，N'-雙（1-萘基）-1,1'-聯苯基-4，4“-二胺，厚度為500 A；該藍光發光層之材質為2-叔丁基-9,10-二-（2-萘基）蒽，厚度為330 A；該紅光摻雜層之厚度為400 A，該紅光摻雜材料之材質為4-（二氰基亞甲基）-2-叔丁基-6（1,1,7,7-四甲基久洛尼定-9-烯基）-4H-吡喃，該電子傳輸材料之材質為三（8-羥基喹啉）鋁，其中4-（二氰基亞甲基）-2-叔丁基-6（1,1,7,7-四甲基久洛尼定-9-烯基）-4H-吡喃：三（8-羥基喹啉）鋁之比例為0.015：1；該電子注入層之材質為氟化鋰，厚度為10 A。
14. 如申請專利範圍第7項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中於步驟S2～步驟S6中，係利用熱蒸鍍法進行該電洞傳輸層、該藍光發光層、該紅光混和層、該電子注入層及該電極層之製備。
15. 如申請專利範圍第7項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中於步驟S2～步驟S3中，使該透明基板以1至100 rpm的速度進行旋轉，並控制該電洞傳輸層及該藍光發光層之鍍率於每秒1A的狀態下進行，而於步驟S4中，係利用共蒸鍍法將該紅光摻雜材料與該電子傳輸摻雜材料進行製程，形成該紅光混和層。
16. 如申請專利範圍第15項所述之白光有機發光二極體之製造方法，其中於步驟S5中，控制該電子注入層之鍍率於每秒0.2～0.4 A；而於步驟S6中，控制該電極層之鍍率於每秒5～10 A。