TW588564B - Organic electroluminescence element-use transparent substrate and element - Google Patents

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588564 A7 B7 五、發明説明（彳） 技術領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有關有機電激發光元件用基板及使用該基板 之有機電激發光元件。 先行技術 有機電激發光元件因近年來平面顯示器之需求升高而 多受囑目。如Tang 及 Vanslyke 所提議（Appl. Phys. Lett·，51， 913，1987)，該元件之構造包括形成在玻璃基板上之陽極、 正孔輸送層、電子輸送發光層及陰極。此外亦知有，取代 玻璃基板改用薄膜基板以實現輕量、撓性之元件 (Semiconductor FPD World 2001，6，152)，上述元件構造中 之陰極使用透明材料，再於其上設透明膜，自陰極側射出 發光的採用頂射方式之元件 （Semiconductor FPD World 2001，4，13 6)等。有機電激發光元件具有優於向來用作平 面顯示器之液晶元件之點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 即，係自行發光之元件，且視角依賴性小、耗電低、 可製成極薄之元件。然而，作爲平面顯示器仍多有問題尙 待解決。其一乃元件之發光壽命短。目前對此已能改良元 件要素發光層材料至達1萬小時左右之壽命，但用作平面顯 示器元件其壽命尙屬不足。此外，有長久顯示靜止畫面時 產生點亮像素與非點亮像素之亮度差，成爲可見殘像之殘 像現象之問題。 影響發光壽命之因素所在多有，並已知爲提高發光亮 度而施加高電壓於元件時更縮短其壽命。然而使用有機電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 588564 A7 B7 五、發明説明（2 ) 激發光元件之顯示器，其發光亮度在施加低電壓時有所不 足，爲確保白天室外之顯示器之視認性，必須施加高電壓， 提高發光亮度。如此之有機電激發光元件，已陷入爲延長 壽命發光亮度非減弱不可，而爲提高視認性壽命即縮短之 兩難。 爲解決此一問題，向來已有改良有機電激發光元件之 發光層材料的努力。亦即，爲實現低施加電壓下之高發光 亮度的高內部能量效率的發光層材料之開發。 另一方面，根據Thompson等人，代表有機電激發光元 件之發光效率的外部能量效率，係以元件之內部能量效率 與光射出效率之積表之 （Optics Letters 22，6，396，1977) 。亦即，爲提升有機電激發光元件之發光效率，除提升內 部能量效率以外，亦須提升光射出效率。 光射出效率，乃自元件之透明基板正面射往大氣中之 發光占元件之發光的比率。即，發光層之發光往大氣射出 時，須通過若干折射率不同之媒體界面，而依斯湼耳折射 律，以其臨界角以上之角度入射於各界面之入射光，或於 界面全反射波導於層中而消失或由層側面射出，按其比率 由元件正面射出之光減少。 根據上述Thompsoon等人，有機電激發光元件之光射出 效率約在0.175，發光層所產生之光約有18%射出元件外， 其餘約82%則消失於元件或自元件側面射出。 因此，提升光射出效率乃重要課題，向來已有種種嘗 試。已見揭示者有，於透明電極、發光層形成粒界使可見 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 588564 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 光散射者（日本專利特公平3 - 1 8320號公報），透明基板係 其一表面經粗面化之玻璃基板，使發光散射者（特開昭 6 1 - 1 5669 1號公報），於電極與有機層界面附近設散射區域 者（特開平09 - 1 29375號公報）。然此等嘗試皆有打亂元 件各層的膜厚之虞，因會造成絕緣破壞及元件發光不均， 從元件的量產性之觀點尙非完美。 此外，有於透明基板與發光層之間，以光學干涉膜等 作抗反射處理者之揭示（特開平2 - 56892、特開平 3 - 297090號公報）。但此等對折射率大之無機電激發光元 件尙具效果，而於折射率較小之有機電激發光元件，不僅 透明基板與發光層側透明電極之界面，透明基板與大氣界 面之全反射亦係大問題，故效果無法充分提升。 再者，上述發明之目的係在防止外部光穿過透明基板 於元件背面之鏡面電極反射，使元件之對比等顯示品質下 降，而從光的射出之觀點，其折射率、膜厚之設定則大異 其趣。 因此，有機電激發光元件的光射出效率低之問題依然 尙待解決。 本發明即基於以上背景而完成，其目的在提供可改善 有機電激發光元件之光射出效率的透明基板，及使用該基 板，發光效率高且量產性優之有機電激發光元件。 發明之揭示 本發明提供具以下特徵之有機電激發光元件用透明基 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --裝- 、11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -6- 588564 A7 _B7 _ 五、發明説明（4 ) 板，及使用該基板之有機電激發光元件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (1) 一種有機電激發光元件用透明基板，係有機電激發 光元件之透明基板，其特徵爲：於其兩面設具有對來自發 光層之發光可減少反射量之折射率及膜厚的至少1層所成之 光學干涉膜。 (2) 上述（1)之有機電激發光元件用透明基板，其中 光學干涉膜之折射率在1.1至2.3，膜厚在10至25,000奈米。 (3) 上述（1)或（2)之有機電激發光元件用透明基 板，其中光學干涉膜係高折射率與低折射率膜之多層膜， 或具不同膜厚之多層膜。 (4) 上述（1)、 ⑵或（3)之有機電激發光元件用 透明基板，其中光學干涉膜係金屬氧化之溶膠凝膠材料塗 布於透明基板，煅燒而成。 (5) 上述（4)之有機電激發光元件用透明基板，其中 金屬氧化物之溶膠凝膠材料，係金屬烷氧化物於酸性化合 物或鹼性化合物之存在下，於有機溶劑中聚縮合反應而得 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 (6) 上述（5)之有機電激發光元件用透明基板，其中 金屬烷氧化物係烷氧基矽烷、或鈦、銷、鋁或鉬之四烷氧 化物。 (7) 上述（1)至（6)中任一之有機電激發光元件用 透明基板，其中光學干涉膜係將金屬氧化物之溶膠凝膠材 料以浸沾法於透明基板兩面成膜煅燒而得。 (8) 上述（1)至（7)中任一項之有機電激發光元件 本紙張尺度適财酬家縣（CNS ) A4規格（21GX297公釐) 一 588564 A7 B7 五、發明説明（5) 用透明基板，其中透明基板係石英玻璃、鈉鈣玻璃或有機 膜。 (9) 一種有機電激發光元件，具有上述（1)至（8)中 任一之有機電激發光元件用透明基板。 圖面之簡單說明 第1圖··本發明之透明基板用在有機電激發光元件時之 剖視圖。 第2圖：以往使用透明基板時來自發光層之光散失於內 部之情形的剖視圖。 第3圖：使用本發明之透明基板時，來自發光層之光由 基板正面射出之情形的剖視圖。 符號說明 1 透明基板 2 透明電極 3 具有發光層之有機層 4 電極 5 於透明電極與透明電極之界面反射，導波於元件內之光 6 於透明基板與大氣之界面反射，波導於元件內之光 7 不於界面全反射，自元件射出之光 8a, 8b 本發明之光學干涉層 9 本發明之有機電激發光元件用透明基板 10 經本發明之光學干涉層的作用自元件射出之光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) _)·裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _8_ 588564 Α7 Β7 五、發明説明（6) 11 有機電激發光元件 θ 1透明電極與透明基板之界面的全反射角 θ2透明基板與大氣之界面的全反射角 主要元件對照表 1 透明基板 2 透明電極 3 有機層 3 發光層 4 電極 9 透明基板 發明之最佳實施形態 第1圖示使用本發明之透明基板的有機電激發光元件之 例。第1圖之構造的元件，通常係於本發明之透明基板9上 依序堆積透明電極2、含發光層之有機層3、電極4而成。此 等堆積層極薄，若透明基板表面粗則有絕緣破壞之虞。因 此，本發明之透明基板9之元件側表面須予充分平滑化。 又，頂射方式之元件構造亦可採用本發明，該方式係 形成發光元件於其它基板後，與本發明之透明基板9組合而 成。 使用本發明之具光學干涉膜之透明基板9，自有機電激 發光元件之發光層3以近乎垂直之角度射入該透明基板9之 光，因各膜界面之反射光與入射光之相位相反，起干渉作 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ί- 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 588564 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 ) 用而反射光減少，而根據界面的光動量不滅定律，穿透光 以等量增加。因此即可自透明基板正面射出更多的光。 另一方面，使用第2圖之習知無光學干涉膜之透明基板 1時，產生自發光層3的光之中，以臨界角0!以上之角度射 入透明基板1之光5全反射。全反射之光再於另一電極表面4 全反射，一再重複光即波導於元件內而消失。以臨界角0 ! 以下之角度射入透明基板1內之光，再於透明基板與大氣之 界面起反射、折射，以臨界角以上之角度射入之光6全 反射，波導於透明基板1內，無法自基板正面射出。 若使用如第3圖，本發明之具光學干涉膜之透明基板， 原理目前雖尙不明，自發光層以臨界角0:及以上之 角度射入與透明基板之界面的光，亦可多少自透明基板正 面射出。因此僅使用本發明之透明基板，通常之有機電激 發光元件的外部發光效率即可大幅提升，因而，兼得前敘 之有機電激發光元件的發光亮度及壽命成爲可能。 又本發明之透明基板因具兩面有光學干涉膜之構造， 有可採用浸沾法等，低成本製作大面積基板的塗布方法之 優點。 用在本發明之透明基板係石英玻璃、鈉鈣玻璃、有機 膜等之透明基體。亦可於表面形成彩色濾光片、黑格陣。 於該透明基板之兩面形成對來自發光元件之發光反射量可 減少之折射率及膜厚的至少1層所成之光學干涉膜。例如， 設有1層之光學千涉膜時，基於次式設定膜厚及折射率，使 反射率爲極小。 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _!·裝·

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -10- 588564 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（8 ) R= { (η2 - rux nt) + (n2 + ngX n：) } 透明基板與透明電極相貼形成有反射性界面，於該界 面設單層膜使特定波長λ之反射爲零之條件係，光學干涉 膜之膜厚爲d，其折射率爲η，透明基板之折射率爲ng，透明 電極折射率爲nt，N爲任意自然數時，n= (ngX nt) 1/2且nx d =( λ + 4) xN。通常，用於顯示器之抗反射膜時，因考慮所有 波長的可見光之反射，λ係依中心波長520奈米設定。本發 明中Ν通常係用1至50。 上式即表示必須滿足，膜之折射率係基板折射率之平 方根之振幅條件及其光學厚度係中心波長的1/4之Ν倍之相 位條件。例如，透明基板之折射率爲1.5，透明電極之折射 率爲2.0時，須用折射率1.73之單層膜，而設定中心波長爲 520奈米時nx d= 130奈米，單層膜之厚度可係約75奈米之Ν倍 。如此，本發明之光學干涉膜，折射率通常係以1.1至2.3爲 佳，1.2至1.9尤佳。又，膜厚通常係以10至500奈米之N倍爲 佳，50至200奈米之N倍爲尤佳，通常以10至25,000奈米爲佳， 50至10,000奈米爲尤佳。 爲於更寬之波長範圍壓低反射，亦可用2層膜等之多層 膜。較佳之2層膜之構造有二。其一係折射率之差較佳者爲 0.01至1.00，依序重疊高折射率膜及低折射率膜而成膜，設 定膜厚以壓低各膜之反射率。另一構造亦同，各膜厚度較 佳者爲中心波長之1/4之N倍及1/2之N倍。 爲於更寬之波長範圍壓低反射率，更可用3層以上多層 之光學干涉膜。本發明之光學干涉膜之構成材料，若可依 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 588564 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___ B7五、發明説明（9 ) 上式得恰當之折射率及膜厚，有機低分子、有機高分子、 無機金屬氧化物均可使用，較佳者爲金屬烷氧化物之聚縮 合溶膠凝膠材料。該溶膠凝膠材料係金屬烷氧化物於酸性 化合成物或鹼性化合物之存在下，有機溶劑中聚縮合反應 而得。 該酸性化合物有例如硝酸、鹽酸等之無機酸，草酸、 醋酸等有機酸。鹼性化合物有例如氨等。上述金屬烷氧化 物有例如四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四丙氧基矽烷、 四丁氧基矽烷等四烷氧基矽烷類，甲基三甲氧基矽烷、甲 基三乙氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷 、丙基三甲氧基矽烷、丙基三乙氧基矽烷、丁基三甲氧基 矽烷、丁基三乙氧基矽烷、戊基三甲氧基矽烷、戊基三乙 氧基矽烷、己基三甲氧基矽烷、己基三乙氧基矽烷、庚基 三甲氧基矽烷、庚基三乙氧基矽烷、辛基三甲氧基矽烷、 辛基三乙氧基矽烷、硬脂基三甲氧基矽烷、硬脂基三乙氧 基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、3 -氯丙基三曱氧基矽烷、3-氯丙基三乙氧基矽烷、3 -羥 丙基三甲氧基矽烷、3 -羥丙基三乙氧基矽烷、3 -環氧 丙氧基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧氧基三乙氧基矽烷、3 -甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽烷、3-曱基丙烯醯氧基三 乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、三 氟丙基三甲氧基矽烷、三氟丙基三乙氧基矽烷等三烷氧基 矽烷類，或二甲基二曱氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷等 二烷氧基矽烷類等，四乙氧化鈦、四丙氧化鈦、四丁氧化 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I·裝. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12- 588564 A7 B7 五、發明説明（1〇) 鈦等四烷氧化鈦化合物，四乙氧化鍩、四丙氧化銷、四丁 氧化銷等四院興化銷化合物，二丁氧化錦、二異丙氧化金呂 、三乙氧化鋁等三烷氧化鋁化合物，二乙氧化鋇等二烷氧 化鋇化合物，五丙氧化鉬、五丁氧化鉅等五烷氧化組化合 物、四甲氧化铈、四丙氧化鈽等四烷氧化鈽化合物、三丙 氧化釔等三烷氧化釔化合物、五甲氧化銷、五乙氧化鍩、 五丙氧化鍩等五烷氧化鍩化合物、二甲氧化鎘、二乙氧化 鎘等二烷氧化鎘化合物等，此等可單獨或組合2種以上使用 〇 上述烷氧基矽烷中，較適用者有四甲氧基矽烷、四乙 氧基矽烷等四烷氧基矽烷，甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙 氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷等三烷 氧基矽烷、四烷氧化鈦化合物、四烷氧化鉻化合物、三烷 氧化鋁化合物、五烷氧化鉬化合物。 用於上述烷氧基矽烷及金屬烷氧化物之聚縮合反應， 以及用於溶解金屬鹽之有機溶劑有例如，甲醇、乙醇、丙 醇、丁醇等醇類，丙酮、丁酮等酮類，苯、曱苯、二甲苯 等芳族烴類，乙二醇、丙二醇、己二醇等二醇類，乙基溶 纖劑、丁基溶纖劑、乙基卡必醇、丁基卡必醇、二乙基溶 纖劑、二乙基卡必醇等二醇醚類，N -甲基吡咯烷酮、二甲 基甲醯胺等，此等可單獨或混合2種以上使用。爲提高塗布 液之長期保存性，防止塗布於基材時之乾燥不均，水解完 後可將副產之低沸點醇類餾出，使塗布液中之溶劑高沸點 化、高粘度化。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' ~ -13- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I·裝· 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 588564 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 \J/ 1- X— /f\ 明説 明發五 製解 的溶 板物 基合 明縮 透聚 用物 件化 元氧 光烷 發屬 激金 電述 機上 有將 之 ， 明先 發首 本。 明便 說一 次之 其法 方 造 於上述有機溶劑，製成塗布液。 以浸沾、旋塗、轉印、刷塗、輥塗、噴霧等常用塗布 法將該塗布液塗布於透明基板之兩面。從量產性之觀點， 以使用能於一次操作順利塗布於兩面，大面積化也容易之 浸沾法爲佳。所得塗膜，隨其材質以金屬烷氧化物爲原料 者於50至8(TC乾燥後，於100°C以上，較佳者爲100至500°C 煅燒0.5至1小時。該加熱硬化可用烘烤爐、熱板等裝置施行 〇 然後，形成塗布膜之透明基板隨其所需以硏磨、壓製 、透明平坦化膜之塗布等方法平滑化。 在此係以單層膜之情形作說明，重複上述過程可製成 多數層之光學干涉膜。當然，多數層光學干涉膜之各層的 組成、膜厚及折射率可係各自獨立。 以下藉實施例更詳細說明本發明，但此等係僅用以例 示，本發明不限於此。 實施例1 以浸沾法於玻璃基板之兩面，將氧化矽系溶膠凝膠被 覆材料（日產化學工業公司製商品名LR-201A)成膜爲 膜厚103奈米。該基板以烘箱於510°C加熱煅燒30分鐘。自烘 箱取出，塗膜之折射率經測出爲1.26。該基板的550奈米波 長之光的反射率爲2% 。未施以本處理之玻璃基板的反射率 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 588564 A7 B7 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 五、發明説明（12) 爲4%，可知本處理減降反射率。 實施例2 以浸沾法於玻璃基板之兩面，將（氧化矽 +無機氧 化物）系之溶膠凝膠被覆材料（日產化學工業公司製商品 名Η - 7000、Η - 1000、LR - 202)各以膜厚103奈米層合成 膜。該基板於烘箱以510 °C加熱30分鐘煅燒。自烘箱取出， 該基板的550奈米波長之光的反射率經測出爲0.3% 。未施 以本處理之玻璃基板的反射率爲4%，可知本處理降低反射 率。 實施例3 爲作比較，各用上述實施例1及實施例2所得具光學干 涉層之透明基板，及未形成光學干涉層之透明基板，製成 有機電激發光元件。於各透明基板之一光學干涉層上，以 濺鍍法將銦錫氧化物（IT0)以100奈米成膜作爲透明電極 。此時片電阻値爲20歐姆/平方公分。 於該表面依序形成正孔輸送層，材料係本案申請人先 前申請之特願2000 - 341775號之低聚苯胺衍生物（苯胺五 量體溶解於DMF，摻雜以3倍莫耳當量5 -磺基水楊酸）70 奈米之厚度，發光層N，N’ -雙（1 -萘基）—n，N，-二苯 基-1，1’ -雙酚-4,4’ -二胺（α — NPD) 50奈米厚， 電子輸送層參（8 -經基喹啉）纟S (Alq3) 50奈米厚。隨後 蒸鍍鎂-銀合金形成陰極，厚200奈米。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 588564 A7 _B7_ 五、發明説明（13) 以10伏特電壓施加於如此製成之有機電激發光元件之 二電極，從透明基板正面測出發光量，以比較例之値爲1， 比較以實施例1及實施例2之透明基板製成的元件之測定値 〇 結果實施例1之元件爲1.2，實施例2之元件爲1，3，由此 確認，使用本發明之透明基板，可大幅提升習知構造之有 機電激發光元件的面發光亮度。 產業上之利用可能性 如以上詳細說明，本發明之有機電激發光元件用基板 量產性優，且用該基板構成元件即可製成光往外射出之效 率提升的有機電激發光元件。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I·裝·

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Claims (1)

1. 588564 A8 B8 C8 ____D8 六、申請專利範圍 第9 1 1 2089 1號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國9 2年1 1月20日修正 1. 一種有機電激發光元件用透明基板，係有機電激發 光元件之透明基板，其特徵爲：於該透明基板之兩面，設 可對來自發光層之發光減少反射量之折射率及膜厚的至少1 層所成之光學干涉膜。 2. 如申請專利範圍第1項之有機電激發光元件用透明 基板，其中光學干涉膜折射率1.1至2.3，膜厚10至25，Ό00奈 3. 如申請專利範圍第1或2項之有機電激發光元件用透 明基板，其中光學干涉膜係高折射率膜，及低折射率膜所 成之多層膜，或具不同膜厚之多層膜。 4. 如申請專利範圍第1或2項之有機電激發光元件用透· 明基板，其中光學干涉膜係以金屬氧化物溶膠凝膠材料塗 布煅燒於透明基板而成。 5. 如申請專利範圍第4項之有機電激發光元件用透明 基板，其中金屬氧化物之溶膠凝膠材料，係金屬烷氧化物 於酸性化合物或鹼性化合物之存在下，於有機溶劑中聚縮 合反應而得。 6. 如申請專利範圍第5項之有機電激發光元件用透明 基板，其中金屬烷氧化物係烷氧基矽烷，或鈦、錐、鋁或 鉅之四烷氧基化合物。 7. 如申請專利範圍第1或2項之有機電激發光元件用透 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）~' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 588564

   、申請專利範圍 明基板’其中光學干涉膜係以浸沾法將金屬氧化物之溶膠 凝膠材料於透明基板之兩面成膜煅燒而成。 8.如申請專利範圍第丨或2項之有機電激發光元件用透 明S板’其中透明基板係石英玻璃、鈉鈣玻璃或有機膜。 9· 一種有機電激發光元件，其特徵爲：具有如申請專 利範圍第1至8項中任一項之有機電激發光元件用透明基板 (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -2