TWI333393B - Organic light emitting diode apparatus structure and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

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I * . ·. · 1 一 .W 竹.（彳 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種有機發光二極體裝置之結構及其製 造方法’彡中發光材料為單__組成，不需另外使用主體， 尤其是當發光材料之能帶間隙大於2 8電子伏特時。 【先前技術】 有機電激發光顯示器（〇rganic Electr〇_ luminescence Display，Organic EL Display)又稱為有機發光二極體 (Organic Light Emitting Di〇de，OLED)是在 1987 年由柯 達（Kodak)公司的C· W. Tang與s A VanSlyk等人率 先使用真空蒸鑛方式製成，分別將電洞傳輸材料及電子傳 輸材料，鍍覆於透明之氧化銦錫（indium tin 〇xide，簡稱 ITO )玻璃上，其後再蒸鍍一金屬電極形成具有自發光性之 OLED裝置，由於擁有高亮度、螢幕反應速度快、輕薄短 小、全彩、無視角差、不需液晶顯示器式背光板以及節省 燈源及耗電量，因而成為新一代顯示器。 請參閱第一圖’其係依據習知之一 〇LED裝置之結構 剖面圖。在此實施例中，OLED裝置的構造由下至上依序 包含一透明基板11、一透明之陽極12( Indium Tin 〇xide， ITO)、電洞傳輸層 13 (Hole Transporting Layer，HTL)、 一有機發光層 14( Organic Emitting Layer，EL )、一電子 傳輸層 15 ( Electron Transporting Layer，ETL )、一 電子注 入層 16( Electron Injection Layer，EIL)及一金屬陰極 17。 當施以一順向偏壓電壓時，電洞丨3 1由陽極12注入，而電 子151由陰極17注入，由於外加電場所造成的電位差，使 5 1333393 Μ· I τ\ 電子及電洞131在薄膜中移動，進而在有機發光層ι4 中產生覆合（recombination)。部分由電子電洞結合所釋放 的能量，將有機發光層14的發光分子激發而成為激發態， 當發光分子由激發態衰變至基‘態時，其巾—定比例的能量 以光子的形式放出，所放出的光為有機電致發光。 請參閱第二圖，其係依據習知之另一 〇led裝置之結 構剖面圖，此結構由柯達（Kodak)公司的c w以叫於 1982年在美國專利第4 356 429號中已敘述此〇led裝 置。在此實施例中，〇LED裝置的構造由下至上依序包含 —透明基板21、一透明之陽極22、一電洞注入層23、一 發光層24及一金屬陰極25 ^當施以一順向偏壓電壓時， ^洞由陽極22注入，而電子由陰極25注入，由於外加電 場所造成的電位差，使電子及電洞在薄膜中移動，進而在 發光層24中產生覆合。部分由電子電洞結合所釋放的能 量，將發光層24的發光分子激發而成為激發態，當發光分 子由激發態衰變至基態時，其中一定比例的能量以光子的 形式放出，所放出的光為有機電致發光。 請參閱第三圖，亦為習知之〇LED裝置結構剖面圖， 此結構由柯達（Kodak)公司的c. w. Tang於1988年提出 在美國專利第4,720,432號。在此實施例申，〇LED裝置的 構造由下至上依序包含一透明基板31、一透明之陽極32、 一電洞注入層33、一具電子傳輸功能之發光層34及—金 屬陰極35。當施以一順向偏壓電壓時，電洞由陽極32注 入，而電子由陰極35注入，由於外加電場所造成的電位 差，使電子及電洞在薄膜中移動，進而在發光層34中產生 覆合。部分由電子電洞結合所釋放的能量，將發光層34的 1333393 ¥((叫 發光分子激發而成為激發態，當發朵八 ^ , 田赞尤刀子由激發態衰變至 基態時’其中一定比例的能量以弁 ^ r A 里以光子的形式放出，所放出 的先為有機電致發光。 請參閱第四圖，係為習知之0LED裝置，此結構是由 =〇等人於1992年，在美國專利第5 〇85 946號中提出， 透明之陽裝置之構k由下至上依序包含—透明基板41、-極42、一電洞傳輸層43、一具備電子傳輸功能之 發先層料及-金屬陰極45,可產生有機電致發光。 2閱第五圖’亦為_。等人於美國專利第5风947 说所棱出OLED裝置社椹，舲m 壯# 衣直、，。構此OLEO裝置之構造由下至上 透明基板51、一透明之陽極52、一具備電洞傳 發光層53、一電子傳輸層54及一金屬陰極& 亦可產生有機電致發光。 請參閱第六圖，為c

Physics 第 65 底，楚 § 等人於 J〇Urnal 〇f APPlied

第361〇頁（1989)中提出之摻雜型OLED 61、一 aa〇LEE>震置之構造由下至上依序包含一透明基板 層64、_人之陽極62、一電洞傳輸層63、一單一成分發光 :-金屬二摻雜染料之發光^ 65' 一單一成分發光層66 ★極67’亦可產生有機電致發光。 請參閱坌 七圖，為 C. H. Chen 等人於 Applied Physics Letters 第 矣 ’第3301頁（2004 )中提出之摻雜型〇LEE> 果罝，此 71 , U裝置之構造由下至上依序包含一透明基板 / I ' 一遷明之限 74、一含摻 極72、一電洞注入唐乃、一電洞傳輸層 注入層^及雜一染：之發光層75、-電子傳輸層76、-電子 金屬陰極78，可產生有機電致發光。 清參閱第 圖，為 S. Τ. Lee 等人於 Advanced 1333393 Ά{ I ή !

Functional Materials 第 15 I，钕，…= 」 乐η巷，第1716頁（ 2005 )中提出 之0咖裝置，此0LED裝置之構造由下至上依序包含一 透明基板81、一透明之陽極82、一電洞注入層以、一電 洞傳輸層84、一單一成分於朵思 。 心發切85一電子注人層86及 一金屬陰極87,亦可產生有機電致發光。 本發明人基於多年從事研究與諸多實務經驗，經多方

研究設計與專題探討，遂於本發明提出_種有機發H 體裝置之構造及其製造方法，以作為前述期望之實現方式 與依據。 【發明内容】 有鑑於上述課題，本發明夕 -^ W ^ 目的為棱供一種有機發光 』、^ 兵“方法，其中發光材料為單一組 成，不需另外使用主體，尤苴县〆

八疋虽發光材料之能帶間隙大 於2.8電子伏特時。 *啤X 緣是，為達上述目的，依本發 置，其包含有一基板、一：月之有：發先二極體裝 -一士八改， 乐導電層、一電洞傳輸層、一 早:成刀之發光層、一電子傳輸層、一電子注入層及一第 一導電層，其中，第一導電層 於坌 ^ Φ a . ;基板上，電洞傳輸層位 於第一導電層上方，單一忐公夕放 方，Ψ + $ 乂 發先層位於電洞傳輪層上 方，電子傳輸層位於單一成分之發光層上 位於電子傳輸層上方，及第二導 人增 弟導電層位於電子注入層上方。 承上所述，依本發明之有機發 其製造方法，特別是發光層使用單-組成發構造及 主體材料搭配’而能產生高效率的元件效果尤兑 光材料電子能隙…·8電子伏特時，效果尤佳 8 1333393

明省略主體材料之使用，使製作更容[成本更低，甚至 發光效能更佳。較之習知技藝使用主體材料，有濃度調控 或共蒸鍍之困H，本案技術所得光色及效率沒有濃度之影 響’有效提升製作元件之良率與品質。 兹為使貞審查委員對本發明之技術特徵及所達成之 功效有更進-步之瞭解與認識，下文謹提供較佳之實施例 及相關圖式以為輔佐之用，並以詳細之說明文字配合說明 如後。 【實施方式】 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文依本發明之有機發光二極體裝置及其製造方法特舉較 佳實施例，並配合所附相關圖式，作詳細說明如下，其中 相同的元件將以相同的元件符號加以說明。 請參閱第九圖’其係本發明之較佳實施例之〇led裝 置之結構剖面圖。在此實施例中，OLED裝置的構造由下 至上依序包含一基fe91、一第一導電@92、一€洞傳輸層 93、一單一成分之發光層94、一電子傳輪層95、一電子注 入層96及一第二導電層97» 其中’第一導電層92位於基 板91上，電洞傳輸層93位於第一導電層92上方，單一成 分之發光層94位於電洞傳輸層93上方，電子傳輸層％位 於單一成分之發光層94上方，電子注入層％位於電子傳 輸層95上方，及第二導電層97位於電子注入層96上方。 9 1333393 'Μ > 承上所述’發光層94係具有一螢光發光材料或一磷光 發光材料’藉以使發光層94發光，同時電洞傳輸層93 — 般可為 N，N’-bis< l-naphthy)-N，N，- diphenyl-1，l，-biphenyl -4-4’-diamine (NPB)等電洞傳輸材料，電子傳輸層95 一般 可為 l，3,5-tris ( N-phenyl-benzimidazol-2-yl ) benzene (TPBi )、tris ( 8- hydroxyquinoline ) aluminum ( Alq3 )等 電子傳輪材料；電子注入層96 —般可為lithium fluoride (LiF )等電子注入材料；第二導電層97 一般可為μ等導 電材料；基板91 一般可為玻璃基板、塑膠基板或金屬基 板，第導電層92 —般可為氧化銦錫（indiuin tin oxide， [TO)層或氣化姻辞（indium zinc oxide，IZO)層。 6青參閱第十圖，其係本發明之較佳實施例之〇led裝 置之此階圖。由圖中可知本發明之發光層，如：藍光DPASN 其能帶間隙為3 〇leV，因此可使用此材料作為發光層之單 一組成’亦即不需使用主體材料或摻雜其他染料。

DPASN 1333393 「.—

:啊 I 請參閱第十一圖，其係本發明之較佳實施例之OLed 裝置製造方法之流程圖❶此方法包含下列步驟： 步驟S111 :提供一基板； 步驟S112:形成一第一導電層，位於基板上； 步驟S113:形成一電洞傳輸層，位於第一導電層上； v驟S114.形成一單一成分發光層，位於電洞傳輸層上方； 步驟S115.形成一電子傳輸層，位於單一成分發光層上方； 步驟S116:形成一電子注入層，位於電子傳輸層上方；以 及 步驟S117:形成一第二導電層，位於電子注入層上方； 其中，當發光材料之能帶間隙大於28電子伏特時， 可使用此材料作為發光層之單—組成，亦即不需使用主體 材料或摻雜其他染料。電洞傳輸層-般可為NPB等電洞傳 輸材料’電子傳輸層-般可》咖、卿等電子傳輸材 料；電子注入層一般可為UF等電子注入材料；第二導電 層-般可為A1等導電材料；基板—般可為玻璃基板、塑踢 基板或金屬基板。 凊參閱表一鱼痛· - , A _ 一 一 係為依據本發明所列舉之實施例 及比較例之發光效能對照表。 【實施例1】 實施例1為應用本發明所智 令贫月所襄成之0LED裝置，裝置結 工333393 VI 1， *

構係可參照第九圖所示，而能階圖請參考第十《，其製作 過程為：冑ITO透明導電玻璃依序以清潔劑、去離子水、 丙鲖及異丙醇作超音波震盪清洗，並置入煮沸之雙氧水中 進行表面處理，隨後以氮氣流乾燥其表面後，將其置入一 真工腔體中，待真空達10-5 Torr壓力下以熱蒸鍍方式， 依序鍍製45奈米之NPB電洞傳輸層93、3〇奈米的DPASN

發光層94、40奈米的TPBi電子傳輸層95、0.5奈米的UF 電子注入層96、及150奈米的鋁電極97於IT〇透明導電 玻璃上。於亮度iOOcd/m2時，其能量轉換效率為6 71m /w，最大發光亮度6,900 cd/m2，其CIE色座標為（〇 15, 0.20) 〇 【實施例2】 為比較本發明方式與先前技藝所製造之〇LED裝置之 差異，附上實施例2為依據習知之〇led裝置，其裝置会士 構與實施例1所述之第九圖大部份相同，相較於實施例1 之單一成分之發光層94,實施例2係為含摻雜染料之發光 層，其主體材料為ADN，摻雜之染料為DpASN，其摻雜濃 度為1〇Wt%’能階圖請參考第十二圖，由於習知之主體材 料ADN與DPASN之能量傳遞效率不佳，使得此〇led裝 置之效能大幅下降，其各項發光效能如下述表一所示。 12 1333393

VI I

ADN 【實施例3】 為比較本發明方式與先前技藝所製造之OLED裝置之 差異，附上實施例3為依據習知之OLED裝置，其裝置結 構與實施例2大部份相同，相較於實施例2，實施例3之 發光層之主體材料改為（BANE )，其能階圖請參考第十三 圖，由於BANE主體材料之存在，反而使得此OLED裝置 之效能下降，同時亦增加製造成本，其各項發光效能如表 一戶斤示0

BANE 1333393 表一 實施 例 啟動 電壓 (V) 最大發光 亮度 (cd/m2) 能量轉換效 率（WW) CIE色座標 (100cd/m2) 附註 1 3.8 6,900 3.80 (0.15,0.20) 本發明 2 4.5 6,300 1.20 (0.15,0.17) 先前技藝 3 4.4 6,800 1.80 (0.16,0.18) 先前技藝 【實施例4】 實施例4亦為本發明應用之OLED裝置，其裝置結構如 第九圖所示’而能階圖請參考第十四圖。相較於實施例1， 其製造方式與實施例1相同’除了發光層換為di ( 4_ fluorophenyl ) amino-di ( styryl ) biphenyl ( DSB )。於亮度 100 cd/m2時，其能量轉換效率為6.3 lm/w，最大發光 亮度為 8,500 cd/m2，其 CIE 色座標為（〇 188，〇 3〇2)。

【實施例5】 為比較本發明方式與先前枯蔽张击』土 无刚技墊所製造之OLED裝置之 14 1333393 丨.十 差異’附上實施例5為依據習知之〇LED裝置，其裝置結 構與實施例4所述之第九圖大部份相同，相較於實施例4 之單成分發光層94，實施例5係為含摻雜染料之發光 層，其主體材料為ADN，掺雜之染料為DSB，其能階圖請 參考第十五圖，由於習知之主體材料ADN與dsb之能量 傳遞效率不佳，使得此〇LED裝置之效能大幅下降，其各 項發光效能如下述表二所示。 【實施例6】 為比較本發明方式與先前技藝所製造之OLED裝置之 差異，附上實施例6為依據習知之〇LED裝置其裝置結 構與實施例5大部份相同，相較於實施例5，實施例6之 發光層之其主體材料為改為BANE，其能階圖請參考第十 /、圖，由於BANE主體材料之存在，因主客體材料之間， 其月&篁傳遞之效率不佳’故造成〇LED裝置之效能下降， 同時亦增加製造成本’其各項發光效能如表二所示。 15 1333393

實施例 啟動 電壓 (V) 最大發 光亮度 (cd/m2 ) 能量轉換效 率（lm/W) CIE色座標 (100cd/m2) 附註 4 3.5 8,500 6.30 (0.18,0.30) 本發明 5 4.2 7,3〇〇 4.60 (0.16,0.19) 先前技藝 6 4.0 8,200 5.60 (0.17,0.22) 先前技藝 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離 本發明之精神與料’而對其進行之等效修改或變更，均 應包含於後附之申請專利範圍中。 1333393 :件.丨巧 【圖式簡單說明】 第一圖 其係依據習知之OLED裝置之結構剖面圖； 第二圖 其係依據習知之另一 OLED裝置之結構剖面 Γ5Π · 園， 第三圖 為習知之OLED裝置之結構剖面圖； 第四圖 為習知之另一 OLED裝置之結構剖面圖； 第五圖 為習知之OLED裝置之結構剖面圖； 第六圖 為習知之另一 OLED裝置之結構剖面圖； 第七圖 為習知之另一 OLED裝置之結構剖面圖； 第八圖 為習知之另一 OLED裝置之結構剖面圖； 第九圖 其係本發明之較佳實施例之OLED裝置之结 構剖面圖； 第十圖 其係本發明之較佳實施例之OLED裝置之能 階圖； 第十一圖 其係本發明之較佳實施例之OLED裝置之製 ^6·方法之流程圖； 第十二圖 其係比較本發明與先前技藝之差異，所例舉 之OLED裝置之能階圖； 第十三圖 其係比較本發明與先前技藝之差異，所例舉 之OLED裝置之能階圖； 第十四圖 為本發明之較佳實施例之OLED裝置之能階 1333393 圖； 第十五圖 為比較本發明與先前技藝之差異，所例舉之 OLED裝置之能階圖； 第十六圖 為比較本發明與先前技藝之差異，所例舉之 OLED裝置之能階圖。 【主要元件符號說明】 11、21、31、41、51、61、71、81、91 基板 陽極 電洞傳輸層 電洞 電洞注入層 有機發光層 電子傳輸層 電子 電子注入層 陰極 第一導電層 發光層 具電子傳輸功能 之發光層 具電洞傳輸功能 12 13 、 43 、 63 、 74 、 84 、 93 131 23 、 33 、 73 、 83 14 15 、 54 、 76 、 95 151 16 、 77 、 86 、 96 17 22 、 32 、 42 、 52 、 62 、 72 、 82 ' 92 24 34、44 53 .18 1333393 64、 65、 25、 SI 12 啊,，丨个 之發光層 85、94 單一成份發光層 75 含摻雜染料之發 光層 35、45、55、67、78、87、97 第二導電層 〜S 11 7 流程步驟 19

Claims (1)

1333393 ¥(： I . 十、申請專利範圍： 1 1、 一種有機發光二極體裝置結構，至少包含： 一基板； 一第一導電層’位於該基板上方； 一電洞傳輸層，位於該第一導電層上方； 單一成份發光層，位於該電洞傳輸層上方，該單一 成分發光層係由-發光材料2_ (NN_diphenylamino) -6-〔 4-( N，N-diPhenylamino) styryl〕_naphthaiene (即 dpasn)所組成； 電子傳輸層，位於該單一成分發光層上方； 一電子注入層，位於該電子傳輸層上方；及 一第二導電層，位於該電子注入層上方。 2、 如申請專利範圍第！項所述之一種有機發光二極體裝 置結構，《中，該基板之材f可由以下群組中擇一使 用：玻璃基板、塑膠基板及金屬基板。 3、 如申請專利範圍第！項所述之一種有機發光二極體裝 置結構’其中’該第—導電層之材質可由以下群组中 擇一使用：氧化銦錫（indiumtin〇xide，IT〇)及氧化 銦辞（indium zinc oxide，ΙΖ〇)。 4、 如申請專利範圍第丄項所述之一種有機發光二極體裝 置結構，其中，該電洞傳輸層之材質為ν，ν，抓 (i-naphthy) _N，N，_diphenyM l, biphenyi 4 4，_ diamine (即 NPB )。 5、如U利範圍第！項所述之—種有機發光二極體裝 置結構，其中，該電子傳輸層之材質可由以下群組中、 擇使用· l，3,5-tris(N-phenyI- benzimidazoUyl) 20 1333,393 Ψ 5 (ή benzene (即 TPBi)及 tris ( 8_hydr〇xyquin〇line) aluminum (即 Alq3 )。 6、 如申凊專利範圍第1項所述之一種有機發光二極體裝 置結構，其中，該電子注入層之材質為Hthium nu〇ride (即 LiF)。 7、 如申凊專利範圍第1項所述之一種有機發光二極體裝 置結構，其中，該第二導電層之材質為鋁（A1 )。 8 ' 一種有機發光二極體裝置结構，至少包含： 一基板； 一第一導電層’位於該基板上方； 一電洞傳輸層，位於該第一導電層上方； 一單一成份發光層，位於該電洞傳輸層上方，該單一 成分發光層係由一發光材料di ( 4 flu〇r〇phenyI ) amin〇-di ( styryl ) biphenyl (即 DSB )所組成； 一電子傳輸層，位於該單一成分發光層上方； 一電子注入層，位於該電子傳輸層上方；及 一第二導電層，位於該電子注入層上方。 如申印專利$巳圍第8項所述之一種有機發光二極體裝 置結構，其中，該基板之材質可由以下群組中擇一使 用：玻璃基板、塑膠基板及金屬基板。 10、如申請專利範圍第8項所述之—種有機發光二極體裝 置^構’纟中’該第—導電層之材質可由以下群組十 擇—使用：氧化銦錫（indlumt丨n〇xide，Ιτ〇)及氧化 銦鋅（indium zinc oxide，ΙΖΟ)。 U、^請專利範圍第8項所述之—種有機發光二極體裝 置結構’其中’該電洞傳輸層之材質為N，N，_bis (i_ 21 1333393 Ψ{ ΐ>·Λ°1. naphthy) -Ν,Ν^-diphenyM , ρ. biphenyl-4-45-diamine (即 ΝΡΒ)〇 12、 如申請專利範圍第8項所述之一種有機發光二極體裝 置、’‘。構，其中，該電子傳輸層之材質可由以下群組中 擇吏用 1,3，5 tris ( N-phenyl- benzimidazol-2-yl ) benzene ( gp TPRi、 η . , , )及 tris ( 8-hydroxyquinoline ) aluminum.(即 Alq3 ) 〇 13、 如申請專利範圍第8項所述之一種有機發光二極體裝 置結構，其中，該電子注入層之材質為lhhiumflu〇ride (即 LiF )。 14、 15 ' 如申請專利範圍第8項所述之一種有機發光二極體裝 置結構，其中，該第二導電層之材質為鋁（A1)。 種有機發光二極體裝置結構之製造方法，至少包含 以下步驟： (1) 提供一基板； (2) 形成一第一導電層，位於該基板上方； (3) 形成一電洞傳輸層，位於該第一導電層上方； (4) 形成一單一成份發光層，位於該電洞傳輸層上 方，該單一成分發光層係由—發光材料2_ ( n，n -diphenylamino) -6- ( 4- ( Ν,Ν-diphenylamino ) styryl〕-naphthalene (即 DPASN )或一發光材料 di ( 4-fluorophenyl) amino-di ( styryl ) biphenyl (即DSB )所組成； (5) 形成一電子傳輸層’位於單一成份發光層上方； (6) 形成一電子注入層，位於該電子傳輸層上方；及 (7) 形成一第二導電層，位於該電子注入層上方。 22 1333393 16 17 18 19 20 如申請專利範圍第15述之一種有機發光二極體裝釁 結構之製造方法，其中，該基板之材質可由以下群組 中擇一使用：玻璃基板、塑膠基板及金屬基板。 ‘如申請專利範圍第1 5項所述之一種有機發光二極饈 裝置結構之製造方法，其令，該第一導電層之材質町 由以下群組中擇一使用：氡化銦錫（indiumtin〇xide， ITO)及氧化銦鋅（indium zinc 〇xide，ιζ〇)。 .如申請專利範圍第15項所述之一種有機發光二極體 裝置結構之製造方法，其令，該電洞傳輸層之材質為 N,N-bis-(l-naphthy)-N,N^diphenyl.l5l，_biphenyl_4_ 4’-diamine (即 NPB )。 ‘如申請專利範圍第15項所诚夕 _ . 崎所迹之一種有機發光二極體 裝置結構之製造方法，其中，該電子傳㈣之材質可 由以下群組中擇一使用： benzimidazol -2-yl) benzene ( TPR. , f 、I 及 tris ( 8- hydroxyquinoline) aluminum (即 Alq3) ’如申請專利範圍第1 5項所述之— 壯里沾冰Al ^ 種有機發光二極體 裝置、，·〇構之製造方法’其中，兮雷2、 ..,..B 電子注入層之材質為 lithium fluoride (即 LiF) 〇 21 如申請專利範圍第15項所述 裂置結構之製造方法，其中， 鋁（A1 ) 〇 之種有機發光二極體 遠第二導電層之材質為 23