TWI384901B - 有機發光二極體 - Google Patents

Description

有機發光二極體

本發明是有關於一種有機電激發光元件，特別是有關於一種有機電激發光元件之電極結構的改良。

近年來，隨著電子產品發展技術的進步及其日益廣泛的應用，像是行動電話、PDA及筆記型電腦的問市，使得與傳統顯示器相比具有較小體積及電力消耗特性的平面顯示器之需求與日俱增，成為目前最重要的電子應用產品之一。在平面顯示器當中，由於有機電激發光件具有自發光、高亮度、廣視角、高應答速度及製程容易等特性，使得有機電激發光件無疑的將成為下一世代平面顯示器的最佳選擇。

無論是上發光式或雙面發光式有機發光二極體，除了陽極及電激發光材料層外，更包含有一透明陰極，以使有機發光二極體可藉由該透明陰極而由陰極側向外發出光。該透明陰極的製備方式可為利用熱蒸鍍形成一厚度較薄的金屬層，例如：鎂、銀、鋁，或是利用濺鍍方式形成一透明的導電層，例如：銦錫氧化物(ITO)、或是銦鋅氧化物(IZO)。一般來說，由於利用熱蒸鍍所形成的金屬層其對於電激發光材料層的黏附度(adhesion)較差，且薄金屬層具有較低的穿透度，因此為了得到穿透度較高的透明陰極，在工業界一般係利用濺鍍方式來形成透明的ITO或IZO電極。然而，若使用導電高分子雖然透光度及柔軟度佳但導電度差且製程繁瑣，若使用導電高分子或ITO薄膜中夾一層金屬薄膜，雖然透光度、導電度佳及柔軟度佳但易傷元件，若使用薄膜金屬電極搭配輔助電極之電極，雖然具透光度、導電度及柔軟度佳但製程繁瑣。

因此，如何發展同時具有導電度佳、透光度佳及柔軟度佳之薄金屬層，以解決上述問題，是目前有機電激發光二極體製程技術上亟需研究之重點之一。

本發明的目的為提供一種導電度佳、透光度佳及柔軟度佳之有機電激發光二極體。

為達上述目的，本發明係提供一種有機電激發光元件，包括一基板；一第一電極，形成於該基板之上；一電激發光材料層，形成於該第一電極之上，以及一第二電極，形成於該電激發光材料層之上，其中該第二電極為摻雜有微粒之透明金屬電極。

為達上述目的，本發明另提供一種有機電激發光元件，包括一基板；一第一電極，形成於該基板之上，其中該第一電極為摻雜有微粒之透明金屬電極；一電激發光材料層，形成於該第一電極之上，以及一第二電極，形成於該電激發光材料層之上。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：

本發明所述之有機電激發光元件，其特點在透明金屬電極中摻雜透光物質以以同時達到導電度佳、透光度佳及柔軟度佳等優點。本發明所述之有機電激發光裝置，其至少包括基板、陽極、電激發光材料層、n型半導體化合物緩衝層、及透明陰極。

以下，係顯示符合本發明所述之有機電激發光元件之一較佳實施例，茲配合附圖詳細說明如下：

請參照第1圖，該有機電激發光元件10包括一基板12，例如：玻璃、陶瓷、塑膠基板、軟性基板或是半導體基板。該基板可視需要加以選用，亦即若欲形成一上發光式(top-emission)有機電激發光元件，則該基板可為一不透明基板：此外，若欲形成一兩面發光式有機電激發光元件，則該基板可為一透明基板。

接著，形成一第一電極14該基板12之上表面。該第一電極為一陽極，其可為透明電極、金屬電極或是複合電極，其材質可例如為可擇自於由鋰、鎂、鈣、鋁、銀、銦、金、鎢、鎳、鉑、上述元素所形成之合金、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋅鋁氧化物(AZO)、氧化鋅(ZnO)或其結合，而其形成方式可為熱蒸鍍、濺射或電漿強化式化學氣相沉積方式。在本發明一較佳實施例中，在該陽極14與該基板12之間可更包含一反射層。

接著，形成一電激發光材料層16於該第一電極極14之上。該電激發光材料層16至少包含一電洞注入層16a，且更可包含一電洞傳輸層16b、一發光層16c(light emitting layer)、一電子傳輸層16d、及一電子注入層16e，仍請參照第1圖。該電激發光材料層16之各膜層可分別為小分子有機電激發光材料或高分子有機電激發光材料，若為小分子有機發光二極體材料，可利用真空蒸鍍方式形成有機發光二極體材料層；若為高分子有機發光二極體材料，則可使用旋轉塗佈、噴墨或網版印刷等方式形成有機發光二極體材料層。此外，該發光層16a可包含一有機電激發光材料及一摻雜物(dopant)，熟悉本技術者可視所使用之有機電激發光材料及所需之元件特性而改變所搭配的摻雜物之摻雜量。因此，摻雜物之摻雜量之多寡非關本發明之特徵，非為限制本發明範圍之依據。該摻雜物可為能量傳移(energy transfer)型摻雜材料或是載體捕集(carrier trapping)型摻雜材料，且該摻雜物有助於抑制該有機電激發光材料的濃度消光現象，並使元件獲致高效率及高亮度。該有機電激發光材料可為螢光(fluorescence)發光材料。而在本發明之某些較佳實施例中，該有機電激發光材料亦可為螢光(fluorescence)發光材料。

最後，形成一第二電極18於電激發光材料層16之上，作為陰極。該第二電極18為一透明金屬電極，此透明金屬電極的金屬材質可為一般的金屬材質，例如，鋁、金、銀、鎂或鈣等。且值得注意的是，在此金屬材質中摻雜一微粒以增加透光度及光導出率(light outcoupling)，摻雜的方法為一般習知技術，例如共蒸鍍。其中該微粒可為有機微粒(如ALQ₃ 、NPB或CuPc等)、無機微粒(如LiF、MgF₂ 、V₂ O₅ 或WO₃ 等)或有機無機混合微粒，且微粒的大小在0.4 μm以下，較佳為0.05至0.2 μm之間。金屬與微粒的摻雜比例在1：0.05至1：1.2(wt/wt)之間，較佳為1：0.1~1：0.8之間，且該透明金屬導電層的電阻值小於150 Ω/□，較佳小於50 Ω/□。

本發明之透明金屬電極摻雜有微粒，具有良好的透光度及光導出率，而無此結構之有機發光二極體約有3/4之光源會因內部全反射現象而無法被誘導出來。因本發明之透明金屬可使全反射光轉向，而具有良好的光導出率，可避免光線全反射的情況，使光線可從基板的上下正向誘導出來。

參照第2圖，在本發明另一實施例中，本發明之透明金屬電極可為一複合電極18。複合電極18包括摻雜微粒之透明金屬電極18b及一金屬層18a，其中該金屬層18a位於電激發光材料層16與透明金屬電極18b之間。

參照第3圖，在本發明另一實施例中，更包括在本發明之透明金屬電極18上形成一光取出層20。光取出層20可為有機層或無機層，有機層可為ALQ₃ 、NPB或CuPc等。當元件中的透明金屬電極與空氣間的折射率差異過大時，會導致光線的全反射，而形成額外的層可避免全反射的情況產生，並增加有機電激發光元件的亮度。

請參照第4圖，在另一實施例中，本發明之透明金屬電極為第一電極，形成於基板之上表面，其餘步驟與第1~3圖之實施例類似，相同之程序不再贅述。在此實施例中，本發明之金屬電極同樣具有良好的透光度及光導出率。

請參照第5圖，其係顯示銀在摻雜不同比例之LiF後的透光度及電阻值，其摻雜比例分別為5：1、5：2及5：4。由圖中可知，摻雜LiF後可增加其透光度，且電阻皆在6 Ω/_□ 以下。

請參照第6圖，其係顯示鋁在摻雜不同比例之LiF後的透光度及電阻值，其摻雜比例分別為20：0.75、8：1、5：1及20：6.7。由圖中可知，在摻雜LiF後可增加其透光度，且較佳的摻雜比例在5：1以下。

以下藉由實施例1、實施例2及比較例1、比較例2來說明本發明所述之有機電激發光元件的各層實際組成及本發明之優點所在。

實施例1

請參照第7圖，該有機電激發光元件100係為一雙面發光式元件，而該基板110係為一玻璃基板。該陽極120係為ITO透明電極，厚度為1200；該電激發光材料層130由下往上依序包含一電洞傳輸層132、電子傳輸層134。該電洞傳輸層132之材質為NPB(N,N'－di－1－naphthyl－N,N'－diphenyl－1,1'－biphenyl－1,1'－biphenyl－4,4'－diamine)，厚度為400；該電子傳輸層134之材質係為Alq₃ ，厚度係為400。在電激發光材料層130上有一金屬層140(功函數撘配層)，其材質為鈣，厚度為100。透明陰極係為一透明金屬層150，其材質係為銀摻雜LiF，摻雜比例為6.6：1，厚度為230。在該陰極上有一NPB層160，厚度為400。該有機電激發光元件之結構可表示為：glass/ITO 1200/NPB 400/Alq₃ 400/Ca 100/Ag：LiF 230/NPB 400。

比較例1

比較例1所述之有機電激發光元件結構係為以銀做為透明陰極，其並無摻雜微粒。該有機電激發光元件之結構係表示為：glass/ITO 1200/NPB 400/Alq₃ 400/Ca 100/Ag 200/NPB 400。上述有機電激發光元件之性能測試結果係如表1所示。由表1可知，本發明之摻雜透明金屬電極，可增加有機電激發光元件的亮度及光發光效率。

實施例2

請參照第8圖，該有機電激發光元件200係為一雙面發光式元件，而該基板210係為一玻璃基板。該陽極220係為ITO透明電極，厚度為1200Å；該電激發光材料層230由下往上依序包含一電洞傳輸層232、電子傳輸層234。該電洞傳輸層232之材質為NPB(N,N'-di-1-naphthyl-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)，厚度為400Å；該電子傳輸層234之材質係為Alq₃ ，厚度係為400Å。在電激發光材料層230上有一電子注入層240，其材質為LiF，厚度為5 Å。在電子注入層240上另有一金屬層(功函數搭配層)250，其材質為鈣，厚度為80Å。透明陰極係為一複合電極260，包括金屬層262及透明金屬層264。金屬層262的材質為銀，厚度為80 Å，透明金屬層264的材質為銀摻雜NPB，摻雜比例為3：1，厚度為160Å。在該陰極上有一NPB層270，厚度為400Å。該有機電激發光元件之結構可表示為：glass/ITO 1200Å/NPB 400Å/Alq₃ 400Å/LiF 5Å/Ca 80Å/Ag 80Å/Ag：NPB 260Å/NPB 400Å。

比較例2

比較例2所述之有機電激發光元件結構係為以銀做為透明陰極，其並無摻雜微粒。該有機電激發光元件之結構係表示為：glass/ITO 1200Å/NPB 400Å/Alq₃ 400Å/LiF 5Å/Ca 80Å/Ag 200Å/NPB 400Å。上述有機電激發光元件之性能測試結果係如表2所示。由表2可知，本發明之摻雜透明金屬電極，可增加有機電激發光元件的光發光效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、100、200．．．有機電激發光元件

12、110、210．．．基板

14．．．第一電極

16a．．．電洞注入層

16b．．．電洞傳輸層

16c．．．發光層

16d．．．電子傳輸層

16e．．．電子注入層

18．．．第二電極

18a．．．金屬層

18b．．．金屬透明電極

20．．．光取出層

120．．．ITO透明電極

130．．．電激發光材料層

132．．．電洞傳輸層

134．．．電子傳輸層

140．．．金屬層

150．．．摻雜微粒之透明金屬層

160．．．NPB層(光取出層)

220．．．ITO透明電極

230．．．電激發光材料層

232．．．電洞傳輸層

234．．．電子傳輸層

240．．．電子注入層

250．．．金屬層

260．．．複合電極

262．．．金屬層

264．．．摻雜微粒之透明金屬層

270．．．NPB層(光取出層)

第1圖顯示本發明之有機電激發光元件剖面圖。

第2圖顯示本發明之透明電極為一複合電極。

第3圖顯示在透明電極上形成一光取出層。

第4圖顯示本發明另一實施例之有機電激發光元件剖面圖。

第5圖顯示銀20 nm厚及其摻雜LiF層的透光度。

第6圖顯示鋁20 nm厚及其摻雜LiF層的透光度。

第7圖顯示本發明實施例1之有機電激發光元件剖面圖。

第8圖顯示本發明實施例2之有機電激發光元件剖面圖。

10a．．．有機電激發光元件

12．．．基板

14．．．第一電極

16．．．電激發光材料層

16a．．．電洞注入層

16b．．．電洞傳輸層

16c．．．發光層

16d．．．電子傳輸層

16e．．．電子注入層

18．．．第二電極

Claims (13)

1. 一種有機電激發光元件，包括：一基板；一第一電極，形成於該基板之上；一電激發光材料層，形成於該第一電極之上，以及一第二電極，形成於該電激發光材料層之上，其中該第一及/或第二電極包括摻雜有透明微粒之透明金屬電極，且該透明金屬電極與微粒的摻雜比例為1：0.05至1：1.2(wt/wt)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件，其中該基板係為玻璃基板、陶瓷基板、塑膠基板、軟性基板或半導體基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件，其中該電激發光材料層係包含電洞傳輸層、發光層、及電子傳輸層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件，其中該透明金屬電極為鋁、金、銀、鎂或鈣。
5. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件，其中該微粒為有機微粒、無機微粒或有機無機混合微粒。
6. 如申請專利範圍第5項所述之有機電激發光元件，其中該有機微粒包括ALQ₃ 、NPB或CuPc。
7. 如申請專利範圍第5項所述之有機電激發光元件，其中該無機微粒包括LiF、MgF₂ 、V₂ O₅ 或WO₃ 。
8. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件， 其中該微粒尺寸小於0.4 μm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件，其中該第二電極的電阻小於150 Ω/□。
10. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件，其中該第二電極的電阻小於50 Ω/□。
11. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件，更包括一光取出層形成於該第二電極之上。
12. 如申請專利範圍第11項所述之有機電激發光元件，其中該光取出層為有機層。
13. 如申請專利範圍第12項所述之有機電激發光元件，其中該有機層為ALQ₃ 、NPB或CuPc。