TW201533251A - 發光二極體陽極反射層以及用於所述反射層的合金材料 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種發光二極體陽極反射層材料及其應用，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為14-98%，並優選為20-60%；Ag的重量比例為2-86%，並優選為40-80%。本發明提供的發光二極體陽極反射層合金材料，通過調整陽極反射層金屬材料配比及結構來降低材料成本及消除電極電位等狀況，達到好的表面反射效果（無表面腐蝕狀況）和與ITO或IZO好的蝕刻效果。本發明一方面大幅度降低了Ag的用量，成本顯著下降，並且薄膜反射率在90%以上，甚至可達到97%以上，具有良好的反射效果，並表現出非常低的表面粗糙度。

Description

發光二極體陽極反射層以及用於所述反射層的合金材料
本發明涉及一種合金材料、及其在發光二極體陽極反射層中的應用，尤其涉及一種用於AMOLED陽極反射層的合金材料、包括所述陽極反射層的AMOLED陽極、以及AMOLED裝置。
AMOLED（Active-Matrix Organic Light Emitting Diode，主動矩陣OLED）是一種有源矩陣有機發光二極體面板，與傳統的液晶面板相比，AMOLED具有反應速度快、對比度高、視角廣等優勢，被視為下一代顯示技術，三星電子等眾多電子產品生產商對此非常重視。如三星電子專利KR10-0826508B1、US2008191977A1公開的用於數位地驅動有源矩陣有機發光二極體（AMOLED）的方法和裝置，以及EP2423792A2、KR10-2012-0018589A公開的AMOLED發光二極體結構。
作為一種OLED，AMOLED發光原理是ITO或IZO等透明電極和金屬電極分別作為裝置的陽極和陰極，在電壓驅動下，電子的空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，經所述傳輸層遷移到發光層，並在發光層相遇，形成激子並使發光分子激發，經輻射弛豫而發出可見光。
由於銀具有良好的導電性和反射性，因此，被廣泛應用於光電裝置電極的反射層，但是Ag不耐腐蝕，因此需要加入其他金屬組分製成合金。目前AMOLED裝置的陽極反射層主要採用Ag-Pd(4-8wt%)-Cu(1wtt%)合金材料，由於主要採用貴金屬材料，此類材料成本較高，因此，在實際生產過程中，面板廠商在使用過程中需要有新的成分配比來降低成本，但是引入新的成分後，很可能導致性能變差；此外，Ag-Pd-Cu與透明導電薄膜存在電極電位差，在搭接ITO或IZO金屬導電層時，易產生電極電位腐蝕（如圖1A所示），在制程過程中表面反射效果差；再者，Ag-Pd-Cu蝕刻藥液與Al蝕刻藥液在比例上有差異，且不能完全應用於Ag-Pd-Cu和ITO在同一道濕蝕刻，在蝕刻後會有部分的殘留，如圖1B所示，相比於未刻蝕的部分，反射層在濕蝕刻後留下明顯的殘留痕跡。
美國專利US6014196公開了一種Ag與Au、Pd或Pt製成的合金，但是由於成本過高，大大降低了其實用性。美國專利US2006255727A1還公開了一種Ag原子百分數為99.9-90%的合金，具有廣泛的適應性，但是同樣成本過高。
因此，尋找新的廉價、而且能夠取得更佳性能的陽極反射層材料，對於AMOLED裝置來講具有極為重要的意義。
針對目前AMOLED陽極反射層電極材料成本高、在搭接ITO或IZO金屬導電層時易產生電極電位腐蝕和刻蝕殘留等狀況等問題，本發明提供了一種新的AMOLED陽極反射層材料，以及包括所述反射層材料的AMOLED陽極、和AMOLED裝置。
本發明第一個方面是提供一種發光二極體陽極反射層電極材料，所述發光二極體陽極反射層材料以Ag-Al合金為基體材料，其中，所述Ag-Al合金中：
Al的重量比例為14-98%，更優選為14-90%、更優選為14-80%，更優選為15-70%，更優選為15-60%，更優選為20-60%，更優選為20-50%，更優選為20-40%，更優選為20-35%，更優選為20-30%，更優選為25-30%；
Ag的重量比例為2-86%，更優選為10-86%，更優選為20-86%，更優選為30-85%，更優選為40-85%，更優選為40-80%，更優選為50-80%，更優選為60-80%，更優選為65-80%，更優選為70-80%，更優選為70-75%。
其中，所述發光二極體可以是無機發光二極體和/或有機發光二極體，並優選為有機發光二極體（OLED），並且可以是被動矩陣有機發光二極體（PMOLED）或主動矩陣有機發光二極體（AMOLED），更優選為AMOLED。
根據本發明第一個方面所述的發光二極體陽極反射層電極材料的一種優選實施例中，所述反射層電極材料優選為僅由所述Ag-Al合金組成。
根據本發明第一個方面所述的發光二極體陽極反射層電極材料的另一種優選實施例中，所述Ag-Al合金中還可以摻雜稀土金屬元素，以提高陽極反射層薄膜的平整度和/或反射率。
但是應當理解的是，稀土金屬元素不是必須的。
本發明第二個方面是提供一種發光二極體陽極，優選為有機發光二極體陽極，其中包括至少一陽極主體、以及反射層，所述至少一陽極主體位於所述反射層的至少一部分表面上，其中所述反射層由本發明第一個方面所述的以Ag-Al合金為基體材料的發光二極體陽極反射層電極材料製成。其中，所述Ag-Al合金中：
Al的重量比例為14-98%，更優選為14-90%、更優選為14-80%，更優選為15-70%，更優選為15-60%，更優選為20-60%，更優選為20-50%，更優選為20-40%，更優選為20-35%，更優選為20-30%，更優選為25-30%；
Ag的重量比例為2-86%，更優選為10-86%，更優選為20-86%，更優選為30-85%，更優選為40-85%，更優選為40-80%，更優選為50-80%，更優選為60-80%，更優選為65-80%，更優選為70-80%，更優選為70-75%。
其中，所述的陽極主體優選為薄膜。
根據本發明第二個方面所述的發光二極體陽極的一種優選實施例中，所述反射層電極材料優選為僅由所述Ag-Al合金組成。
根據本發明第二個方面所述的發光二極體陽極的另一種優選實施例中，所述Ag-Al合金中還可以摻雜稀土金屬元素，以提高陽極反射層薄膜的平整度和/或反射率。
其中，所述陽極主體的材料可以是任意可用作有機發光二極體陽極的導電玻璃。
其中，所述導電玻璃至少包括金屬、合金、金屬氧化物、導電高分子材料中的任意一種或其組合物，如SnO2、In2O3、Au、Pt、CaS、CdO、ZnO、ZnS、CdS、LaB6等。其中，所述陽極主體的材料優選為ITO（氧化銦錫）、IZO（銦摻雜氧化鋅）、AZO（鋁摻雜氧化鋅、氧化鋅鋁）、FTO（氟摻雜二氧化錫）、ATO（銻摻雜氧化錫、氧化錫銻）等中的任意一種或幾種的組合物。
更優選地，所述陽極主體的材料具有可見光區內呈透明的性質。
本發明第三個方面是提供一種發光二極體，其中包括陽極、發光層、空穴傳輸層和/或電子傳輸層、以及陰極。
其中，所述陽極包括至少一陽極主體、以及反射層，所述至少一陽極主體位於所述反射層的至少一部分表面上，其中所述反射層由本發明第二個方面所述的以Ag-Al合金為基體材料的發光二極體陽極反射層電極材料製成。
其中，所述陽極主體優選為薄膜。
其中，所述Ag-Al合金中：
Al的重量比例為14-98%，更優選為14-90%、更優選為14-80%，更優選為15-70%，更優選為15-60%，更優選為20-60%，更優選為20-50%，更優選為20-40%，更優選為20-35%，更優選為20-30%，更優選為25-30%；
Ag的重量比例為2-86%，更優選為10-86%，更優選為20-86%，更優選為30-85%，更優選為40-85%，更優選為40-80%，更優選為50-80%，更優選為60-80%，更優選為65-80%，更優選為70-80%，更優選為70-75%。
根據本發明第三個方面所述的發光二極體的一種優選實施例中，所述反射層電極材料優選為僅由所述Ag-Al合金組成。
根據本發明第一個方面所述的發光二極體的另一種優選實施例中，所述Ag-Al合金中還可以摻雜稀土金屬元素，以提高陽極反射層薄膜的平整度和/或反射率。
其中，所述發光二極體可以是無機發光二極體和/或有機發光二極體，並優選為有機發光二極體（OLED），並且可以是被動矩陣有機發光二極體（PMOLED）或主動矩陣有機發光二極體（AMOLED），更優選為AMOLED。
本發明提供的發光二極體陽極反射層合金材料，通過調整陽極反射層金屬材料配比及結構來降低材料成本及消除電極電位等狀況，達到好的表面反射效果（無表面腐蝕狀況）和與ITO或IZO好的蝕刻效果。本發明一方面大幅度降低了Ag的用量，成本顯著下降，並且薄膜反射率在90%以上，甚至可達到97%以上，具有良好的反射效果，並表現出非常低的表面粗糙度。
第二圖為本發明Ag-Al合金相圖，從圖中可以看出，Ag-Al合金具有相當寬的工藝視窗，Al的品質含量從14wt%至98wt%範圍內均能夠生成Ag和Al的固溶體結構，因此，在此比例範圍內的Ag-Al合金均可以作為發光二極體陽極反射層電極材料。
實施例1 Al      20wt% Ag     80wt% 將上Al和Ag熔融、冷卻後製成固溶體合金，將所述合金製成薄膜，如第三圖A所示，所述薄膜表現出非常低的粗糙度。
實施例2 Al      30wt% Ag     70wt% 如第三圖B所示，Ag-Al合金薄膜表現出較低的粗糙度。
實施例3 Al      40wt% Ag     60wt% 按照製成薄膜反射層。
如第三圖C所示，Ag-Al合金薄膜表現出較低的粗糙度。
實施例4 Al      50wt% Ag     50wt% 按照製成薄膜反射層。
實施例5 Al      60wt% Ag     40wt% 按照製成薄膜反射層。
表1，實施例1-5中Ag-Al合金薄膜表面粗糙度和反射率<TABLE style="BORDER-BOTTOM: medium none; BORDER-LEFT: medium none; BORDER-COLLAPSE: collapse; BORDER-TOP: medium none; BORDER-RIGHT: medium none; mso-border-alt: double windowtext 1.5pt; mso-yfti-tbllook: 1184; mso-padding-alt: 0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-border-insideh: 1.5pt double windowtext; mso-border-insidev: 1.5pt double windowtext" class="MsoTableGrid" border="1" cellSpacing="0" cellPadding="0"><TBODY><tr><td> 實施例 </td><td> 1 </td><td> 2 </td><td> 3 </td><td> 4 </td><td> 5   </td></tr><tr><td> 薄膜表面粗糙度，nm </td><td> 0.23 </td><td> 0.29 </td><td> 0.53 </td><td> 0.71 </td><td> 0.78   </td></tr><tr><td> 薄膜反射率（λ=550nm），% </td><td> 97.3 </td><td> 97.1 </td><td> 96.1 </td><td> 94.4 </td><td> 92.1 </td></tr></TBODY></TABLE>
通過表1、第四圖可以看出：
本發明所提供的Ag-Al合金，表面粗糙度較小，小於1nm，尤其是Al含量在14-35wt%範圍內，粗糙度甚至達到0.4nm以下（第四圖A）。
本發明所提供的Ag-Al合金，薄膜對550nm可見光的反射率在90%以上，尤其是Al含量在14-50wt%範圍內，550nm可見光反射率可高達95%、甚至更高（第四圖B）。
因此，通過上述實驗可以看出，本發明Ag-Al合金，通過調整Al的含量，可以在不影響反射性能的前提下，明顯減少Ag的用量，從而大幅減少反射層的成本。
綜合考慮成本、以及薄膜反射率和粗糙度，Al含量為15-50wt%、更優選為20-40wt%、更優選為20-35wt%為佳，以Al含量為30wt%為例，在Ag-Al合金薄膜表面鍍ITO薄膜，製成陽極，後續制程過程中未出現電極腐蝕現象，如第五圖所示，Ag-Al合金反射層+ITO表面反射效果良好，說明溶液未產生電極腐蝕現象。採用鋁蝕刻液（磷酸-70vol.%，醋酸-10vol.%，硝酸1.9vol.%）進行刻蝕後，如第六圖所示，蝕刻後圖像輪廓清晰，未產生蝕刻殘留，在此情況下，可以採用鋁蝕刻液與ITO同時蝕刻，從而在生產過程中，節省一台（套）濕蝕刻設備和濕蝕刻時間。
實施例6 Al      30wt% Ag     70wt% 在上述Ag-Al合金薄膜的表面鍍ITO薄膜，製成陽極。
將所述陽極與發光層、空穴傳輸層/電子傳輸層、以及陰極組合製成發光二極體。
應當理解的是，本發明Ag-Al合金還可以摻雜少量稀土以提高薄膜平整度及反射率，具體摻雜量可以由本領域技術人員通過常規實驗進行調整和選擇，這對於本領域技術人員來講是顯而易見的。
以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
無
第一圖為現有技術中Ag-Pd-Cu陽極反射層上面的ITO發生腐蝕（A）和蝕刻殘留照片（B）； 第二圖為Ag-Al相圖； 第三圖為不同Al含量條件下，薄膜表面粗糙度照片； 第四圖為本發明實施例不同Ag-Al比例條件下粗糙度（A）和薄膜反射率（B）曲線。 第五圖為本發明一種實施例中Ag-Al合金反射層+ITO表面反射效果照片； 第六圖為本發明一種實施例中Ag-Al合金反射層+ITO採用蝕刻後效果照片；

Claims (12)

  1. 一種發光二極體陽極反射層電極材料，所述發光二極體陽極反射層材料以Ag-Al合金為基體材料，其中，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為14-98%，Ag的重量比例為2-86%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體陽極反射層電極材料， 其特徵在於，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為20-60%，Ag的重量比例為40-80%。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體陽極反射層電極材料， 其特徵在於，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為20-30%，Ag的重量比例為70-80%。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任意一項所述之反射層電極材料，其特徵在於，所述Ag-Al合金中還摻雜稀土金屬元素。
  5. 一種發光二極體陽極，所述發光二極體陽極包括至少一陽極主體、以及一反射層，所述陽極主體位於所述反射層的至少一部分表面上，其中所述反射層由以Ag-Al合金為基體材料製成；其中，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為14-98%，Ag的重量比例為2-86%。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體陽極，其特徵在於，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為20-60%，Ag的重量比例為40-80%。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體陽極，其特徵在於，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為20-30%，Ag的重量比例為70-80%。
  8. 如申請專利範圍第5項至第7項中任意一項所述之發光二極體陽極，其特徵在於，所述陽極主體之材料選自金屬、合金、金屬氧化物、導電高分子材料中的任意一種或其組合物。
  9. 如申請專利範圍第8項之發光二極體陽極，其特徵在於，所述陽極主體之材料選自ITO、IZO、AZO、FTO、ATO中的任意一種或幾種的組合物。
  10. 一種發光二極體，包括一陽極、一發光層、一空穴傳輸層和/或一電子傳輸層、以及一陰極； 所述陽極包括至少一陽極主體、以及一反射層，所述陽極主體位於所述反射層的至少一部分表面上，其中所述反射層由以Ag-Al合金為基體材料的一發光二極體陽極反射層電極材料製成；所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為14-98%，Ag的重量比例為2-86%。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體陽極，其特徵在於，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為20-60%，Ag的重量比例為40-80%。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體陽極，其特徵在於，所述Ag-Al合金中，Al的重量比例為20-30%，Ag的重量比例為70-80%。
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