TWI252712B - OLED structures with strain relief, antireflection and barrier layers - Google Patents

OLED structures with strain relief, antireflection and barrier layers Download PDF

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TWI252712B
TWI252712B TW093133203A TW93133203A TWI252712B TW I252712 B TWI252712 B TW I252712B TW 093133203 A TW093133203 A TW 093133203A TW 93133203 A TW93133203 A TW 93133203A TW I252712 B TWI252712 B TW I252712B
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Michael Xu Ouyang
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Description

1252712 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於有機發射光線裝置/二極體(Ο·)結構 以及一種發光顯示器裝置。 、、" 【先前彳支#f】 有機發射光線裝置/二極體(OLED)為發光裝置，其通常 由電致發光聚合物以及小分子結構製造出。這些裝置在顯 不器及其他應用中已受到很大的關注以作為傳統光源之替 代物。特別地，0LE1D為主顯示器可為液晶(LC)顯示器之^ 代物，因為LC材料以及結構形式傾向為更複雜的以及在 用中較受到限制。 μ 一有盈地，OLED為主之顯示器並不需要光源(背光)如Lc 顯示器所需要。因而，_為自含光源，以及因而為較小的 ^寸而比LC補部份小。除此獅為細示雜廣泛條 靶圍内保持為可見的。除此，不像貞对，無靠固 小格間隙，0LED為主之顯示器為可彎曲的。 然而0LED作為顯示器之光源以及具有上述所指出之應 用，存在特定考慮因素以及限制，_其大大地減少普遍性^ H 0LED材料及裝置之缺點為其易受到環境之污染。 特別地，0LED暴露於水蒸氣或氧氣會危㈣LED之有機材料 以及結構性組件。關於前者，獅暴露於 降低有機電致發光材料本身發射光線之能力^ ^常使用於OLED顯示器中活性金屬陰極暴露於於污染物長 日守間會導致產生黑點區域以及減少〇Led裝置可使用之壽命 呆i0LED顯示器及其構成組件以及材料避免暴露P 於外界裱丨 兄污染物例如水蒸汽以及氧氣。 、…ϋ將環境污染物減為最低程度，已知的0LED顯示器 ϋ ^於厚的，堅硬玻璃基板上，在邊緣處以玻璃或金屬 後4封。不過，通常需要提供0LED在輕的可彎曲之基板 第5 頁 1252712 上。例如，有益地使用薄塑膠(例如為聚合物)形式之基板 :非常不幸地，塑膠基板例如聚碳酸酯為無法接受的，其易 文^水蒸氣以及氧氣之滲透。已知的水氣以及氧氣障壁層 ，常為易脆的，以及因而無法使用於可彎曲基板應用中。 最後，相當厚的聚合物介電質材料已考慮作為障^層。不 過已知以該方式使用之厚層材料會使所需要平坦銀幕產生 曲率。因而，這些材料亦不適合使用於可彎曲基板〇LED顯 示器中。 ”、 一除了上述所列出已知結構之缺點，在特定發光條件下 顯示器可見度之問題已使已知的0LED結構並不適合於許多 應=中。例如，在陽光及其他外界光線相當強之情況下，顯 示态由於外界光線而無法讀取。因而，該情況下通常稱為，， 沖淡π將限制OLED使用於特定顯示器應用中，例如手持裝 置。 1 所需要顯示器構造為至少克服上述缺點之顯示器。 【發明内容】 依據範例性實施例，OLED結構包含至少一層可彎曲障 壁層位於基板及0LED結構之間，以及至少一層抗反射層位 於0LE1D結構與顯示器表面之間。 【實施方式】 下列詳細說明只作為解釋用途以及並非作為限制用途 ，所揭示，定範例性實施例提供作為完全了解本發明之用 。不過，熟知此技彳衧者將受益於本發明而能夠實施於其他 實施=t’ #並不會_在輯揭軸容。除此，為人所熟 知的方法及材料之說明將被省略以避免模糊 之說明。 π 在範例性實施例中，OLED結構詳細地揭示出。人們了 解此僅作為鱗蹄作。本個可刺於料產生 說明問題之其他技術+。例如包含其他形式光源之光子及 第 6 頁 1252712 顯示貝知例清楚地為本發明之範圍。其並不只受限於積體 線路以及半導體結構。最後，人們了解範例性實施例可使 用於各種應用中。這些應用並不只受限於顯示器裝置例如 手持裝置以及計算機顯示器。
圖1顯示出依據範例實施例OLED結構100部份分解圖。 OLED結構1〇〇包含基板1〇1，其對可見光為透明的。作為說 明用途，，板所選擇材料在觀看表面1〇6處將提供所需要強 ，以及抗刮損。基板1()1可為例如塑膠之聚合物材料，或適 田f璃層，或玻璃，聚合物以及其他材料之組合。在範例性 實施例中，基板201為聚合物，其能夠為聚碳咖旨，聚稀煙 (PES)，聚乙烯對苯二甲酸酯(pET)，聚乙烯鄰苯二曱酸酯 (PEN)，聚醯氨，及其他聚合物。在範例性實施例中，該聚合 ?層厚度大約為50微米至從微米。除此，基板可包含單— 複合物，膜，其提供作為水份及氧氣之障壁層，其位於可彎 曲之適當材料上。除此，這些材料層可使用於不同的以及 各種組合情況中。不管其組成份，級1〇1有益地為可彎曲 的，使得OLED結構能夠為可彎曲的。 有益地，紐101提供底座，OLED裝置能夠放置於其上 ，，以及為可f曲的。紐亦可作為污染物例如水份或氧 氣之障壁層，以及防止雜_鍵包含QLED之層。可加以 變化地，另外一層能夠放置於基板1〇1上。在圖i範例性實 ^例中’抗反射(AR)層1〇7作為污染物之障壁層。本發明持 縯進行綱將變為更加清楚，另外一層1Q5放置於層1〇2上 以及使層102賴保護避免污染。定量地，提供對水蒸汽之 障壁層，使得其通過障壁層之水蒸汽渗透為小於响/心 日，以及产氧，之If壁層，使得其通過障壁層之氧氣滲透為 小於10 cm/M /日為有用的。
層102列舉性地為多層結構，其包含範例性實施例之 OLED，層102為三狀堆疊，其包含電子娜層(ETL)/發射 第7 頁 1252712 光線層(EL)/洞孔傳送層。這些層並不顯示於圖2中，其藉 由熱蒸發或旋轉塗覆沉積出，以及形成0LE1D結構1〇〇之OLED 層。層102已說明於Burrows等人之"Prospects and applications for organic light-emitting devices'
Current Opinion in Solid State and Materials Science 1997文獻中。該文獻所揭示在此加入作為參考之用。陽極 線條103及陰極線條104放置於層102每一侧上以提供必需 電壓至0LED以產生照明。這些線條通常為金屬，以及由標 準技術沉積出。 陰極線條104列舉性地包含低工作功能之金屬作為電 子注入。例如，陰極線條可為Ca，Li, Mg或合金例如Mg/Ag， 修
Al/Li或多層材料例如LiF/Al，LhO/Al，CaF/Al結構。陽極 線條103必需對可見光為透明的。提供高工作功能性之表 面改良銦錫氧化物(IT0)使用於範例性實施例中。關於該 方面，IT0為透明導電層，其塗覆於基板ι〇1上。IT〇亦藉由 HTL注入洞孔至EL層。該表面處理能夠提高工作功能性，其 對洞孔注入產生較低潛力之障壁層。 、人們了解包裝對0LED為主裝置之壽命為重要的，該包 裝為彎曲基板上0LE1D為主裝置之特別情況。在範例性實施 例中，層105包含一組多層薄的金屬層以及透明介電質層， 其位於交替或層化結構中。每一金屬層厚度約為lnm至1〇〇 * nm，以及每一介電質層厚度約為1〇11111至3〇〇11111。為了藉由抑 制外界環境之光線反射，適當地產生黑色背景以及提供污 染物障壁層，使用一至十層堆疊以形成層1〇5，其中堆疊為 一層介電質以及一層吸收性金屬層。 上有益地，範例性實施例堆疊之薄金屬層應力形式加以 改變為張力或壓力以補償堆疊介電質層之應力（通常為壓 因而，壓力薄膜/張力薄膜將消除應力以及顯示器為 無捲曲的。除此，薄的金屬薄膜為張力及介電質層，其作為 1252712 水份障壁層，以及由薄金屬層分成 構為可彎曲的以及水蒸汽障壁屑將s有显地，该結 層m結構之另外破裂。 功能。疊層結構只能约放i;^’i=LED結構10發生 處之障壁層續層必需對可見光為透;; 詳細說明中，層105可為堆疊复舍人^八★在更進一步 層，反射層以及吸收光線層。，、匕3四刀之一波長介電質 為、商ίί二L了Λ—層疏水性材料(並未顯示於圖1)例如 為適當的疏水性聚合物，其塗覆於最接口， 及背側紐(並未顯示出）塗覆於層105知生^， 及選 二有弓曲丨纽及防切紅能力，而並不 熟之=術:=sr聚合物，金屬，玻二 有益ί紐側上。他層107 表 上入射光線之反射(例如外界光 ^包含0LED結構雇顯示器輸出之觀看） 之發射方向108相反分量之方向發射出 。1底下更進一步詳細說明，他層1〇7可為多層介電質堆疊 將產生取消光線入射於觀看表面上。實際現象為人所 :、口，以及需要小心地選擇厚度，折射率以及介電質堆疊層 之數目0
M、除了抗反射特性，AR層107之介電質層提供適當的障壁 ^乂防止例如水份及氧氣污染物通過基板1〇1以及到達層 或其他層。因而，在〇LED結構之觀看侧1〇6 介電質AR層107提供。 W 在上述所提及以及在此詳細說明之範例性實施例中， 第 9 頁 1252712 f ΐ L7對入射於_表面106之外界光線作為抗反射層。 以g 107亦提供可彎曲性，防止氧氣及水蒸汽之障壁層， 抵抗刮損。在相對於齡表面106之層102 -側的層 主，提供作為防止水蒸汽及氧氣污染物之障壁層。層 H亦ΐ由減少外界光線反射以提供觀看側之黑色或黑暗 月，發明繼續說明將變為更加清楚，層1〇5可包含吸 例如為抗反射介電質堆疊以在獅後側表面處 需要之黑暗背景。如人們了解，黑暗背景對顯示 〇〇 冗至外或背景發光中發輝作用為非常重要的。假如 f妓规㈣如陽钉_顯示ϋ，眩光照射及表 子可避免觀看影像。在範例性實施例中黑暗或專色 背景相當程度地減少眩光而提供輪廊鮮明之影像: 圖2a顯示出依據範例性實施例〇LED結構1〇〇後面層1〇5 吉構2〇0。塗膜結構200為多層結構201位於0LED裝 ^暗壯例如在層舰側上，該層在最接近齡表面1〇6 f 該多層結構201包含至少一個堆疊，其由吸收 ίϊί ，以及透明層203所構成。吸收光線層列舉性地 ί ίϊ及透^層202為介電質材料。在範例性實施例為 及1^達10層堆疊。必需注意一層介電質204必 於，結構201之第一層金屬以及_結構陰極線 =後，疏水性層205可放置於多層結構及後側或背 =基板206之間。疏雜層2〇5之厚度在1〇題至細酬範圍 j們了解氧氣對_錢產生較小危壞而小於水蒸汽 壁層為t常難贿出達成。具有短原子分離 沾❹科結構以及氧原子遷移較低特性為特別地有用 使用密實，無針孔，非晶質結構(無結晶）。人們了 _可立即地結晶以及介電質層可為柱狀結構;但 疋溥的以及低溫沉積(例如為磁電管喷塗於冷卻絲上)， 第10頁 1252712 結晶以及柱狀結構可加以避免。該氧氣障壁層可位 基板及OLED裝置層之間;例如在疏水性層2〇5以及多層結構 201之間。 列舉性地，吸收層202為暗色金屬層與圖1範例性實施 例層105相關。這些層促使產生所需要之黑暗背景以及在 觀看表面處產生改良之對比。除此，這些層減小基^反上應 力。如先前所說明，來自外界光線(陽光，燈泡等)與〇[^^之 EL層發出光線產生競爭作用。經由OLED結構之外界環境光 線必需避免反射回到觀看者之眼睛。多層結構2〇1產丄該 功月b，其此夠促使OLED結構具有極佳的觀看對比。 吸收層202有用地選取出以吸收可見光線。吸收層2〇4 · 之適當的材料包含非限制性之薄金屬塗膜例如為M〇,红曰，Ti ，Y，Ta，N^，及W;薄的吸收介電質材料例如為類似鑽石之碳，
SiQx，缺氧之工祕，ιτο, Sn〇2,以及類似材料;或半導體材 料例如 Si, Se，Ge，GaAs，GaN，Se，GaSe，GaTe，CdTe，TiC，TiN， Z二S，ZnO, CdSe，InP及BN。最後，人們了解這些層藉由標準 沉積技術沉積出之厚度在丨· 〇微米至1〇〇微米範 1 定於所選擇之材米斗。 ^透明層203為有用的介電質層，其厚度在2〇簡至3〇〇nm 耗圍内。適當的材料包含非限制性之Al2〇3, AION，BaF2， φ
BaTiOa, BeO, Mg05 Gd〇35 Nb2〇55 Th〇2, Ce〇2, Hf〇2, Se2〇3,，
Si〇2, Si3N4, Ti〇2, Y3AIl5〇12, ZeSi〇4, Ta2〇5, HfN，ZrN，Sic ，Bi12Si〇2〇。決定於材料及波長，這些層厚度在1〇〇微米至 300微米範圍内。 人們了解藉由控制多層堆疊2〇1之材料沉積處理 過，，範例性實施例將減少由於薄膜堆疊所致之基板彎曲 。控制處理過程例如經由喷塗壓力控制，沉積速率及 :斗^擇’所產生應力將消除。例如，如先前所說明，能夠 廷擇多層結構金屬（即吸收光線層卿賊應力將消除介 第】ί 頁 1252712 電=層203應力。在另外一個實施例中，聚合物基板之覆蓋 可藉由適當的無機材料(例如玻璃）塗覆於聚合物每一側而 防止並消除應力。 -2a塗膜結構200之另外一個構造顯示於圖2b中。多 層堆疊208包含介電質層厚度等於所選擇波長的四分之一 波長，=波長為所需要之吸收波長而不反射朝向觀看表面 。堆疊亦包含反射性絲210,其反料界絲錢黑暗金 f層203。除了吸收光線，堆疊2〇8功能為氧氣以及水 療汽障壁層。關於這方面，多層堆疊所選擇材料亦提供障 壁層以防止水蒸汽以及氧到達〇LED結構。
在範例性實施例，堆疊2〇8在顯示器中形成〇Ii：D結構之 ，暗背景。多層堆疊包含干涉結構層，其消除由反射光 各方向207發出之光線，並使光線由多層結構不同的界面方 向212反射。該反射光線藉由堆疊2〇8結構具有相等強度以 及為相反的相。該光學干涉結構在光學業界為人所熟知以 及通常稱為介電質堆疊濾波器。例如，多層堆疊施為說明 於Dobrowolski等人之美國第5521759號專利中，該專利之 說明在此力α入作為參考。
黑暗金屬層211位於多層堆疊遠側處。層21〇厚度在丨 至200微米範圍内，以及亦抑制外界光線回到朝向二吉才 之觀看表面。人們了解假如使用圖沈實施例介電質芦2fi( 在5—下(對人眼睛為最靈敏波長)細分之 。該層亦提供水蒸汽障壁層。層210為金屬例如鶴 可加以變化地，缺氧InSn0x，或IT〇可使用作為吸收 ，，篤化學計量^為透明半導鼠假如在材^ 軋空隙增加，it明度將大大地降低及導電性顯著地增加。 關於圖2a及2b中所說明之層，在溫度低於1〇〇下 知的電子束，喷塗或捲驗紐術，或其組合方式形成。a 圖3顯示出塗膜結構3〇0有用地位 第12 頁 1252712 例OLE：D結構之觀看表面(例如〇LED結構1〇〇觀看表面1〇6)。 例如，塗膜結構可使用於圖1範例性實施例之从層1叮。 塗膜結構300為透明的結構，其包含多層結構由位於透 明層302上障壁層301所構成，其位於另外一個透明層3〇3上 。透明層302, 303與圖2細層為相同的材料以及相同的厚 度。透明f 303直接地在基板3〇4上。塗膜結構3〇〇具有交 =性相當高折射^及相當低折射率層。該結構已知為低一 尚-低或LHL堆疊，以及非常有用於防止反射。人們了解在 保持具有LHL堆疊結構時，塗膜結構可具有較多層而多於三 層，其特別地顯示於圖3中。 基板304為有用的聚合物材料層，例如為先前所說明。 位=OLE：D結構觀看侧(例如1〇6)上塗膜結構3〇〇有益地減少 由觀看表面之反射以及防止水蒸汽滲透基板3〇4以及到達 OLED區域(例如為圖！層1〇2)。不過，所有塗膜結構層必需 為透明的:良好的障壁層通常為具有高折射率之材料。例 如，^據範例性實施例，能夠使用具有相當高折射率之極良 好障壁層例如為 Α12〇3(η=ζΐ· 65)，Ti〇2(n=2· 2-2· 3)，Ta2〇5( η=2· 1至2· 2)。因而人們了解障壁層能夠由疏水性層聚合 物材料選取出，其在介電質層上。 、具有ni/nH/nL抗反射結構範例性實施例，表面反射能 ，消=至小於2%或甚至於為〇· 5%。IT〇為高折射率材料，但 =在沉積過程中藉由改變活性喷塗氣體或蒸汽能夠達成聚 =物/塑膠基板折射率與〇LED結構相匹配而在觀看表 反射性得到改善。 免 人們了解其他透明層3Q3可位於基板綱上。關於此 二，透明層303,以及障壁層301包含三層抗反射層，只要障 =層折射率為小於1· 45。除此，具有不同折射率之透明層 2, 303通常作為無機材料之多層抗反射塗膜。 曰 依據範例性實施例，使用多層抗反射塗膜(例如多層抗 1252712 要喪…二t擇疋於所要求之折射率，以及所 場向量如ΐ大小鱗以及符號相反之電 Yi/y〇=y2/yi-y3/y2=y^/y3 (公式！） ί::Γ’=3·人·)為第1層光學入射·為編學 入射以及Μ外齡質之絲人射。_，假如η 52列，性實施例之四層AR層為:赋㈣.27以及厚度 =92. 06 以及厚度為 131· 7nm)/MgF 30· 3nm)/Zr〇2(厚度為 i6. 5nffl)。 取後，例如與圖2實施例所說明材料折射率相匹配之層 · 305位於基板304上如圖所示。該層例如3〇1，3〇2及3〇3藉由 已知的方法製造iB，例如騎圖2所翻之實施例。 曰 -，由障壁層301所構成之抗反射層，以及透明層3〇2， 303有益地等於勤反折射率之平方根。例如，IT〇在55〇碰下 折射率大約為2· 0。折射率相匹配層3Q5折射率應該為h 81 ，例^ S»，SiON，及Bi〇2類似材料作為折射率相匹配層3〇5 。提供折射率相匹配層為有用的，因為兩個相鄰層折射率 突然地改變將促使反射。反射將促使顯示器眩光，其為有害 的，如上述所說明理由。 口 最後，人們了解單-複合物黏土亦能夠使用作為障壁 鲁 層301於該實施例中以避免污染物達到〇·及防止刮損。 圖4顯示出在聚合物基板上三層ar塗膜之反射性(%)與 波長關係。二層為玻璃/W(7nm)/Al(80nm)。如人們了解反 射性在有用的波長範圍内為並不重要地。 圖 5 顯示出玻璃/w(6· lnm)/Si〇2(78· 5nm)/W(15. 3nm)/ Si0<78· 5nm)/Al(71nm)之六層AR塗膜，在堆疊中層數目越 多則水份障壁層特性越佳。不過，由後側反射減小受到兩 層或三層吸收金屬層抑制。 第14 頁 1252712 ，例性實施例已詳細加以說明，熟知此技術者了解本 發明此夠作各種變化及說明。這些變化及改變均包含於下 列申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第一圖為依據本發明範例性實施例之0LED結構部份放 大圖。 +苐一圖A為依據本發明範例性實施例之障壁層/抗反射 塗膜/後面反射結構的斷面圖。 弟一圖B為依據本發明範例性實施例之另一障壁層/抗 反射^膜/後面反射結構的斷面圖。、 第二圖為依據本發明範例性實施例之基板前侧處抗反 射塗膜結構的斷面圖。 第四圖為依據本發明範例性實施例之三層抗反射堆疊 層反射性與波長關係曲線圖。 第五圖為依據本發明範例性實施例之另一三層抗反射 堆疊層反射性與波長關係曲線圖。 附圖元件數字符號說明： 吉f 1〇〇;基板1〇1;層1〇2;陽極線條103;陰極 ϊϊ 面層105;觀看表面106;抗反射層術;發射 人二結構200;多層結構201;吸收光、賴2〇2; L 介電質層2G4;疏水性層2G5;背側勒反 206;反紙翁向浙;轉戰介 表面210;金屬層211·朵綠古心919 ^ ，丁 辟® 川，先線方向212;塗膜結構300;上障 層3G2,3G3;基板3G4;折射率相匹配層 305;抗反射塗膜3〇6。 第15 頁

Claims (1)

1252712 十、申請專利範圍： 1· 一種有機發縣魏置結構，A包含· 至少一層障壁層位於基板及有機 反射層錄有機 中另外其 3中ίίΐίί利細第1項之有機發射光線裝置結構，其 4 反射層(AR)包含—層障壁層結構。
中至、-項之有機發射光線裝置結構，其 收蝴^包含至少一層堆疊，其由介電質層及吸 tff中ΐ專利範圍第4項之有機發射光線裝置結構，其 中至少一鱗包含高達十鱗疊。 、 專利範圍第1項之有機發射光線裝置結構，其 ί細嫌至少―層_麻有概射先縣 =^，嫩少-層障壁層與有機發射光線裝置結 據申請專利範圍第2項之有機發射光線裝置結樣其
中^進一步包含疏水性層位於其他紐與至少一層障壁層 之間。 據申請專利範圍第2項之有機發射光線裝置結構，其 更進-步包含疏水性層於基板與有機發射光線裝置 層之間。 ^依據申請專利細第4項之有機發射光線裝置結構，其 中吸收光線層為金屬。 10·依據申請專利範圍第i項之有機發射光線裝置結構，其 中至少一層障賴包含··厚度等於可見光縣的四分之一 波長介電質層；反射光線層；及吸收光線層。 第 16 頁 1252712 L1.；«依專利範圍第10項之有機發射光線裝置結構1 中吸收光顧為金屬，以及反射先縣為鏡子。構。、 依據申請專利細第5項之有機發射光線裝置苴 1 ί進一步包含疏水性層位於她與有機發射光線裴置二 構層之間。 罝、、、口 3·，據申請專利範圍第}項之有機發射光線裝置 1 以及至少一層障壁層均防止水蒸汽滲透通過 ，/、^透料小於1〇 Vm2/日，以及防止氧氣滲透通過1 滲透率為小於ΚΓ5 cm3/mV曰。 14· -種發細示器裝置，其包含至少一個可彎曲勒反至少 :層Ϊ壁層位於級及發光結構之間；以及至少一層抗反射 ⑽)層位於發光結構與顯示器表面之間。 15·依據申請專利細第14項之發細示器裝置，其中服層 包含障壁層結構。 ’、 16·依據申請專利範圍第14項之發光顯示器裝置，其中另一 可彎曲基板位於至少一層障壁層上。 ，/、 17·依據申請專利範圍第ι4項之發光顯示器裝置，其中至少 層障壁層包含至少—層堆疊，其由介電及光線 層所構成。 18·依據申請專利範圍第17項之發光顯示器裝置，其中至少 · 一層障壁層包含高達十層堆疊。 ，” 19·依據申請專利範圍第17項之發光顯示器裝置，其中各別 介電質層位於至少一層AR層及發光結構之間"及至少一 層障壁層與發光結構之間。 1 20·依據申請專利範圍第15項之發光顯示器裝置，其中更進 一步包含疏水性層位於其他基板與至少_層障壁層之間。 21·依據申請專利範圍第15項之發光顯示器裝置，其中更進 一步包含疏水性層位於基板與發光結構之間:， 22·依據申請專利範圍第π項之發光顯示器裝置，其中發光 第17 頁 1252712 層為金屬。
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