TWI277367B - Hole injection structure of organic electroluminescence device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
1277367. 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域] 本發明係關於一種有機電激發光結構及其製造方法,尤 指一種具有可降低驅動電壓之有機電激發光結構及其製造 方法。 【先前技術】 平面顯示态具有傳統陰極射線管(Cathode Ray Tube, CRT )顯示器不可比擬的優勢:省電、無輻射、體積小, 因此平面顯示器漸漸取代了陰極射線管顯示器。隨著平面 顯示技術的提昇,平面顯示器的產品價格不斷降低,使得 平面顯示器更普及且朝向大顯示尺寸發展,而在現今各種 平面顯示器之中,有機電激發光顯示器更是目前最受囑目 的產品。 請參考第1圖。第1圖為習知有機電激發光結構之示意 圖。如第1圖所示,習知有機電激發光結構包含有一陽極 12設於一基板1〇上、一陰極14設於陽極12之上方,以 及一有機發光層16設於陽極12與陰極14之間。此外,習 知有機電激發光結構另包含有一電洞注入層18與一電洞 傳輸層20,設於陽極12與有機發光層16之間,以及_電 子注入層22與一電子傳輸層24,設於有機發光層16與陰 極14之間。 1277367 有機電激發光結構的發光原理簡述如下。當陽極12與 陰極14之間存在一偏壓的情況下,電洞會經過電洞注入層 18與電洞傳輸層20進入具有發光特性的有機發光層16 内’而同樣地電子亦會經由電子注入層22與電子傳輸層 ' 24進入有機發光層16内。當電子與電洞在有機發光層16
内再結合時會形成激發光子(exciton),再將能量釋放出來 • 而回到基態(ground State),而這些被釋放出來的能量中, 由於所選擇的發光材料的不同,可使部份能量以不同顏色 的光的形式釋放出來,而形成有機電激發光結構的發光現 對於有機電激發光結構而言,電洞注入層18作用之一 在於降低驅動電壓,進而減低陽極12與電洞傳輪層2〇之 鲁間的能障,並提升發光效率。一般而言,習知電洞注入層 18係使用單一有機材料層,例如npb,或是單一金屬氧化 物層,然而在應用上存在著限制,特別是當陽極12與電洞 傳輸層20介面之功函數相差較大的情況下,習知電洞注I 層18對於降低驅動電壓的效果有限,因而造成有機電激發 光結構的壽命減短或發光效率不佳。 又 【發明内容】 種有機電激發光結構之 本發明之目的之一在於提供_ 1277367 電洞注入結構與其製作方法,以降低有機電激發光結構之 驅動電壓。 為達上述目的,本發明提供一種有機電激發光結構。上 . 述有機電激發光結構包含有至少一陽極設於一基板上、至 少一電洞注入結構,其包含有至少一第一材料層與至少一 第二材料層堆疊於該陽極上、至少一有機發光層設於該電 _ 洞注入結構之上,以及至少一電子源層設於該有機發光層 之上。上述該第一材料層包含有至少一第一傳導材料與至 少一有機材料之一混合物,且該第二材料層包含有至少一 第二傳導材料。 為達上述目的,本發明另提供一種製造有機電激發光結 構之方法。首先形成至少一陽極於一基板上。接著形成至 少一電洞注入結構於該陽極上,其中該電洞注入結構包含 參 有至少一第一材料層與至少一第二材料層,而該第一材料 層包含有至少一第一傳導材料與至少一有機材料之一混合 物,且該第二材料層包含有至少一第二傳導材料。隨後形 成至少一有機發光層於該電洞注入結構之上,並形成至少 一電子源層於該有機發光層之上。 為達上述目的,本發明另提供一種電洞注入結構。上述 電洞注入結構包含有至少一第一材料層與至少一第二材料 1277367 層。上述該第一材料層包含有至少一第一傳導材料與至少 一有機材料之一混合物,且該第二材料層包含有至少一第 一傳導材料。 以下為有關本發明之詳細說明與附圖。然而所附圖式僅 - 供參考與辅助說明用,並非用來對本發明加以限制者。 【實施方式】 請參考第2圖至第4圖。第2圖至第4圖為本發明一較 佳實施例之有機電激發光結構的方法示意圖。如第2圖所 不,首先提供一基板30,其中基板30係區分為一元件區 32與一顯示區34。由於本實施例係選用一主動式有機發光 二極體顯示面板(AM0LED)為例說明本發明,因此基板3〇 上1成有薄膜電晶體陣mTFT amy),—若有機電激發 光^構係應用於-被動式有機發光二極體顯示面板,則可 不:薄膜電晶體陣列,而利用掃描線控制有機電激發光結 構爺另外’為彰顯本發明之特點,圖示中僅顯示出-與有 發光結構電性連接之薄膜電晶體Μ。薄膜電晶體包 ^ 閑極41、一介電層42覆蓋於閘極41上、一半導體 層、位於介電層42上、摻雜非晶石夕層44位於閉極41二 上導體層银43上,以及源極/汲極45堆疊於摻雜非晶矽 :例,t本實施例係以一底閘_薄膜電晶體40 " ;只際4作上亦可使用頂閘(top gate)薄膜電晶體4〇 1277367 或其之類型ΐ薄膜電晶體,且半導體層43可為多晶石夕層、 非晶石夕層或I晶㈣等。此外,基板3G之材 曰 材質如玻璃或石英,不透#妊所^、χ 、 了為透先 丨不透域質如_或铸體材質 是可撓式材質如塑膠。 、/ 接著於顯示區34之介電層42上形成一陽極50,並與薄 膜電晶體4G之源極級極45電性連接,其中 用功函㈣為3.8ev之祕合金(Α_作為陽極5〇 = 質’但陽極50之材質並不侷限於此而可選用其它適用之材 質。隨後在於源極/汲極45上覆蓋—保護層%。 如第3圖所示,接著於陽極%上形成至少—第一材料 層52。第一材料層包含有至少-第-傳導材料與至少一有 機㈣之混合物。本實施㈣制銀(功函數約為4.7ev)作 為第一傳導材料,而有機材制顧用狀心⑽萘基) -N,N -一本基-U’_聯苯基〕_4,4,_二胺(NpB),同時於上述混 合物中銀所佔之比例約為介於1%至1()%之間,並以抓為 較佳,有機材料所佔之比例則約為介於9〇%至鴨之間, 並以95〇/〇為較佳。另外值得注意的是於本實施例中第一傳 導材料與有機材料係為—均勻混合物,但並不限於此,同 時第-傳導材料並不限於銀,亦可選用其它金屬例如鎳、 金、鉑等,或是其它功函數大於4電子伏特之金屬或合金, 而有機材料亦不限於使用NPB,而可為其它適用之有機材 1277367' , 料,例如聚乙烯二氧塞吩/聚苯乙烯石黃酸納(polyethylene dioxythiophene/polystyrene sulphonate,PEDOT:PSS)、7Γ -共 軛分子-4,4’,4” -三瘀(3·甲基苯基苯胺)三苯胺(4,4,,4” -tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine, m-MTDATA)或聚苯胺(polyabuline)等。接著,再於第一材 ' 料層52上形成一第二材料層54。第二材料層54包含有至 ^ 少一第二傳導材料,而於本實施例中第二傳導材料係選用 0 功函數約為5.2ev之氧化鎢,但第二傳導材料亦可選用其 它金屬氧化物,例如氧化镨、氧化釩或氧化鉬等,或其它 適合之金屬,亦或是金屬與金屬氧化物之混合物。上述第 材料層52與第二材料層54即構成本實施例之電洞注入 結構5 6。 、如第4圖所示,隨後於第二材料層“上依序形成一電 同傳輸層58、-有機發光層6〇,以及一電子源層,即 構成本發明之有機電激發光結構。其巾電子闕W係包含 -陰極64及一電子傳輸層68,當然電子傳輸層68與陰極 之間可再包含有一電子注入層%。另外,上述電洞傳輸 =、有機發光層⑼、電子傳輪層⑽、電子注人層㈣ =Γ所使社材f可為現行料適狀材質,本發明對 電=特別限制。舉例來說,電洞傳輸層58可使用NPB, 何有機t層62可使用Alq,而有機發光層6G則可使用任 Ί有機發光材料或高分子發光材料。 11 1277367 上述本發明實施例之古 有機材料組成之第-材料/^激發光結構係使用金屬與 材料層54組成電洞注入“弘與:屬氧化物組成之第二 電麗之功效,“本發明 料達財效減低驅動 ^ . 有機發光結構並不限於上述實 靶例,而可選用其它種類 不限於Μ- 繼蟢失桊筮4闰 孓貝、、且成电洞注入結構56。請 :播二Γ 用氧化鶴(功函數約為5圳,而 材料則U咖’而第二材料層54之第二傳導材料則 、糸選用乳化嫣。於上述氧化鶴與鹏之混合物中,氧化 鎮所佔之關約介於1%至99%之間,並时於職至30% 為較佳,*腦所佔之比例約介於1%至99%之間,並以 介於70%至90%為較佳,同時於本實施例中,氧化鎮與腦 係為-均勻混合物’但並不限於此。另外第一傳導材料亦 了選用其匕金屬氧化物,例如氧化镨、氧化飢或氧化銷等, 或是金屬與金屬氧化物之混合物,且有機材料亦不限於 npb。另外’弟一傳導材料亦不限於氧化鎮,而可為氧化 鳍、氧化釩、氧化鉬或其它適合之金屬氧化物,或其它適 合之金屬,亦或是金屬與金屬氧化物之混合物。 上述為本發明之有機電激發光結構之電洞注入結構的 二較佳實施例。請參考第5圖,第5圖為本發明之有機電 激發光結構之電壓與電流密度之關係圖。第5圖中比較了 12 1277367 A至不同電洞注入結構組成之電壓與電流密度的關 係,其中於本實驗數據中係以祕合金作為陽極、咖作 為電满傳輸層、Alq作為有機發光層、碳1_與Alq作為 電子傳輸層、氟㈣作為電子注人層,以及銀作為陰極。 此外,數據A為第—實_所揭示之由銀與鹏之均句混 合物構成第—㈣層’以及域化㈣成第二材料層之兩 構,而數據B則為第二實施例所揭示之域化= 第-Μ #勻混合物構成第—材料層’以及由氧化鶴構成 ^材料層之電洞注入結構。另外,數據c至Ε則為對照 :中數據c為單獨使用氧化鎢作為電洞注入結構之作 法、數據D為單獨利用ΝΡΒ作為第一材料層,以及以氧化 鶴作為第二材料層構成電洞注入結構之作法,而數據£則 為單獨利用氧化鎢與ΝΡΒ之混合物構成電洞注入結構之作 法。如第5圖所示,本發明二實施例之電洞注入結構(數據 Α、Β)岣可有效降低有機電激發光結構之驅動電壓,相較之 下,其它電洞注入結構(數據C、D、Ε)之驅動電壓則明顯 大於本發明電洞注入結構之驅動電壓。 值得另行說明的是本發明上述二實施例之第一材料層 均係以第一傳導材料與有機材料之均勻混合物為例,說明 本發明之特徵與功效,然而第一材料層之組成並不侷限於 均勻處合物,而亦可為不均勻混合物’例如具有梯度濃产 分布之混合物。請參考第6圖至第8圖,第6圖至第8圖 13 1277367 為本發明其它實施例之第一材料層之濃度分布示意圖,其 中於第6圖至第8圖中,橫軸代表第一材料層之厚度百分 比,而縱軸則代表第一傳導材料與有機材料之濃度百分 比。如第6圖所示,第一材料層之第一傳導材料的濃度係 介於1%至10%之間,並呈現遞增分布,而有機材料的濃度 則係介於90%至99%之間,並呈現遞減分布。如第7圖所 示,第一材料層之第一傳導材料的濃度係介於1%至10%之 間,並呈現遞減分布,而有機材料的濃度則係介於90%至 99%之間,並呈現遞增分布。如第8圖所示,第一材料層 之第一傳導材料的濃度係介於1%至10%之間,同時位於二 侧之介面部分的濃度較低而呈現梯度分布,而有機材料的 濃度則係介於90%至99%之間,同時二侧之介面部分的濃 度較高而呈現梯度分布。上述第6圖至第8圖所示之濃度 分布係以第一傳導材料為金屬為例,說明本發明第一材料 層之不均勻濃度分布之實施例,若第一傳導材料選用金屬 氧化物或金屬/金屬氧化物之混合物,則濃度分布之範圍應 視電洞注入效果作適度調整。 本發明之電洞注入結構利用金屬或金屬氧化物與有機 材料之混合物作為電洞注入結構之一部分,可有效提升電 洞濃度與電洞傳輸速度,進而有效降低有機電激發光結構 之驅動電壓。另外值得說明的是上述第一傳導材料與有機 材料之選擇與其混合比例,以及第二傳導材料之選擇可根 14 1277367, „ 據陽極與電洞傳輸層或有機發光層之材質不同作適當調 整,以適用於各種功函數之介面。 綜上所述,本發明之有機電激發光結構之電洞注入結 . 構,可有效降低驅動電壓、提升電洞濃度與電洞傳輸速度, ' 同時對於各種不同功函數介面均有良好的電性表現。 以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專 I 利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知有機電激發光結構之示意圖。 第2圖至第4圖為本發明一較佳實施例之有機電激發光結 構的方法示意圖。 第5圖為本發明之有機電激發光結構之電壓與電流密度之 • 關係圖。 第6圖至第8圖為本發明其它實施例之第一材料層之濃度 分布示意圖。 1 【主要元件符號說明】 10 基板 12 陽極 14 陰極 16 有機發光層 18 電洞注入層 20 電洞傳輸層 15 1277367 22 電子注入層 24 30 基板 32 34 顯不區 40 41 閘極 42 43 半導體層 44 45 源極/汲極 46 50 陽極 52 54 第二材料層 56 58 電洞傳輸層 60 62 電子源層 64 66 電子注入層 68 電子傳輸層 元件區 缚膜電晶體 介電層 摻雜非晶矽層 保護層 第一材料層 電洞注入結構 有機發光層 陰極 電子傳輸層 16
Claims (1)
1277367· 十、申請專利範圍: 1. 一種有機電激發光結構,包含有: 至少一陽極,設於一基板上; 至少一電洞注入結構,包含有至少一第一材料層與至少 ^ 一第二材料層堆疊於該陽極上,該第一材料層包含 ' 有至少一第一傳導材料(first conductive material)與 ~ 至少一有機材料之一混合物,且該第二材料層包含 φ 有至少一第二傳導材料(second conductive material); 至少一有機發光層’設於該電洞注入結構之上;以及 至少一電子源層,設於該有機發光層之上。 2·如請求項1所述之有機電激發光結構,其中該第一材料 層所包含之該第一傳導材料與該有機材料之該混合物 籲 係為一均勻混合物。 3·如請求項1所述之有機電激發光結構,其中該第一材料 層所包含之該第一傳導材料與該有機材料之該混合物 係為一具有梯度濃度分布之混合物。 4·如請求項1所述之有機電激發光結構,其中該第一傳導 材料包含有金屬、金屬氧化物或上述材料之混合物。 17 1277367. 5.如請求項4所述之有機電激發光結構,其中該第一傳導 材料係為一金屬,且該金屬約佔該混合物之1%至10% 之間,而該有機材料約佔該混合物之90%至99%之間。 . 6.如請求項5所述之有機電激發光結構,其中該第一傳導 . 材料之該金屬約佔該混合物之5%,而該有機材料約佔 該混合物之95%。 * 7.如請求項4所述之有機電激發光結構,其中該第一傳導 材料係為一金屬,且該金屬之功函數係大於4電子伏特 (eV)。 8. 如請求項4所述之有機電激發光結構,其中該第一傳導 材料係為一金屬氧化物,且該金屬氧化物約佔該混合物 之1%至99%之間,而該有機材料約佔該混合物之1%至 • 99%之間。 9. 如請求項8所述之有機電激發光結構,其中該第一傳導 材料之該金屬氧化物約佔該混合物之10%至30%,而該 有機材料約佔該混合物之70%至90%之間。 10. 如請求項1所述之有機電激發光結構,其中該第一材料 層之該有機材料包含有N,N’-二-〔(1-萘基)-N,N’-二苯 18 1277367 基-1,1,-聯苯基〕-4,4’-二胺(NPB)、聚乙烯二氧塞吩/聚苯 乙烯績酸納(polyethylene dioxythiophene/polystyrene sulphonate,PEDOT:PSS)、7Γ-共軛分子·4,4’,4” -三偶 (3-甲基苯基苯胺)三苯胺(4,4’,4” -tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine, m-MTDΑΤΑ)或聚苯胺(polyabuline)。 11.如請求項1所述之有機電激發光結構,其中該第二傳導 材料包含有金屬、金屬氧化物或上述材料之混合物。 12·如請求項5所述之有機發光結構,其巾該第二傳導 2料?'為—金屬氧化物,且該金屬氧化物包含有氧化 、烏、氣化镨、氧化釩或氧化鉬。 之有機電激發光結構,其中該電子源 層設於:有二:極與至少一電子傳輪層,該電子傳輸 與該陰極與該陰極之間’其中該電子傳輸層 間可另包含至少一電子注入層。 15· — 種製造有機電激料結構之方法, 包含有 19 1277367 形成至少一陽極,於一基板上; 形成至少一電洞注入結構於該陽極上,該電洞注入結構 包含有至少一第一材料層與至少一第二材料層,該 第一材料層包含有至少一第一傳導材料(first conductive material)與至少一有機材料之一混合 • 物,且該第二材料層包含有至少一第二傳導材料 (second conductive material); 馨形成至少一有機發光層,於該電洞注入結構之上;以及 形成至少一電子源層,於該有機發光層之上。 16·如請求項15所述之方法,另包含形成至少一電洞傳輪 層,於該有機發光層與該電洞注入結構之間。 17·如請求項15所述之方法,其中該電子源層包含至少一 陰極與至少一電子傳輸層,該電子傳輸層形成於該有機 _ 發光層與該陰極之間,該電子傳輸層與陰極之間可另包 含至少一電子浲入層。 18·如請求項15所述之方法,其中該第一傳導材料包含有 金屬、金屬氧犯物或上述材料之混合物。 19·如請求項18戶斤述之方法,其中該第一傳導材料係為一 金屬,且該金屬約佔該混合物之1%至10%之間,而該 20 1277367 有機材料約佔该混合物之9〇°/。至99%之間。 20·如請求項19所述之方法,其中該第一傳導材料之該金 屬約佔該混合物之,而該有機材料約佔該混合物之 . 95% 〇 • 21·如請求項18所述之方法,其中該第一傳導材料層係為 ❿ 一金屬,且該金屬之功函數係大於4電子伏特(eV)。 22·如請求項丨8所述之方法,其中該第一傳導材料係為一 金屬氧化物,立該金屬氧化物約佔該混合物之1 %至99% 之間,而該有機材料約佔該混合物之1 %至99%之間。 23·如請求項22所述之方法’其中該第一材料層之之該第 一傳導材料之該金屬氧化物約佔該混合物之10%至 參 30%,而該有機材料約佔該混合物之70%至90%之間。 24·如請求項15所述之方法,其中該第一材料層之該有機 材料包含有N,N’-二-〔(1-萘基)-N,N’-二苯基-1,Γ-聯苯 基〕-4,4’-二胺(ΝΡΒ)、聚乙烯二氧塞吩/聚苯乙烯磺酸納 (polyethylene dioxythiophene/polystyrene sulphonate, PED0T:PSS)、7Γ _共輛分子-4,4’,4” -三偶(3-甲基苯基 苯胺)三苯胺(4,4’,4” -tris(3-methylphenylphenylamino) • triphenylamine,m-MTDΑΤΑ)或聚苯胺(P〇lyabuline)。 21 1277367 25·如請求項15所述之方法,其中該第二傳導材料包含有 金屬、金屬氧化物或上述材料之混合物。 26·如請求項25所述之方法,其中該第二傳導材料係為一 金屬氧化物,I該金屬氧化物包含有氧化鎢、氧化镨、 氧化釩或氧化鉬。 27·如請求項15所述之方法,其中該第一材料層所包含之 該第一傳導材料與該有機材料之該混合物係為一均句 混合物。 28·如请求項15所述之方法,其中該第一材料層所包含之 該第一傳導材料與該有機材料之該混合物係為一具有 梯度濃度分布之混合物。 29·—種電洞注入結構,包含有: 至少一第一材料層與至少一第二材料層,該第一材料層 包含有至少一弟一傳導材料(first conductive material)與至少一有機材料之一混合物,且該第二 材料層包含有至少一第二傳導材料(sec〇nd conductive material) ° 30.如請求項29所述之電洞注人結構,其中該第一材料層 22 1277367 所包含之該第一傳導材料與該有機材料之該混合物係 為一均勻混合物。 31. 如請求項29所述之電洞注入結構,其中該第一材料層 所包含之該第一傳導材料與該有機材料之該混合物係 為一具有梯度濃度分布之混合物。 32. 如請求項29所述之電洞注入結構,其中該第一傳導材 料包含有金屬、金屬氧化物或上述材料之混合物。 33. 如請求項32所述之電洞注入結構,其中該第一傳導材 料係為一金屬,且該金屬約佔該混合物之1%至10%之 間,而該有機材料約佔該混合物之90%至99%之間。 34. 如請求項33所述之電洞注入結構,其中該第一材料層 之該第一傳導材料之該金屬約佔該混合物之5%,而該 有機材料約佔該混合物之95%。 35. 如請求項32所述之電洞注入結構,其中該第一材料層 係為一金屬,且該金屬之功函數係大於4電子伏特(eV)。 36. 如請求項32所述之電洞注入結構,其中該第一材料層 之該第一傳導材料係為一金屬氧化物,且該金屬氧化物 約佔該混合物之1%至99%之間,而該有機材料約佔該 23 1277367. 混合物之1%至99%之間。 37·如請求項36所述之電洞注入結構,其中該第一材料層 之之該第一傳導材料之該金屬氧化物約佔該混合物之 • 10%至30%,而該有機材料約佔該混合物之70%至90% 之間。 38.如請求項29所述之電洞注入結構,其中該第一材料層 ® 之該有機材料包含有N,Nf•二-〔(1-萘基)-Ν,:ΝΓ-二苯基 -1,1,_聯苯基〕-4,4,-二胺(NPB)、聚乙烯二氧塞吩/聚苯乙 烯磺酸納(polyethylene dioxythiophene/polystyrene sulphonate,PED〇T:PSS)、7Γ 共輛分子·4,4’,4” ·三偶 (3-曱基苯基苯胺)三苯胺(4,4’,4” -tris(3_methylphenylphenylamino) triphenylamine, m-MTDATA)或聚苯胺(Polyabuline)。 39·如請求項29所述之電洞注入結構,其中該第二傳導材 料包含有金屬、金屬乳化物或上述材料之混合物。 40·如請求項39所述之電洞注入結構,其中該第二傳導材 料係為一金屬氧化物,且該金屬氧化物包含有氧化鎢、 氧化镨、氧化釩或氧化鉬。 24
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