TWI388240B - 透明電極及包含此透明電極之有機電激發光元件 - Google Patents

Description

透明電極及包含此透明電極之有機電激發光元件

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，由於有機電激發光元件具有自發光、高亮度、廣視角、高應答速度及製程容易等特性，使得有機電激發光元件無疑的將成為下一世代平面顯示器的最佳選擇。

有機電激發光元件，主要由兩陰、陽電極間夾置多層有機材料層，包含電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層、和電子注入層組成。其中一電極需具有高穿透度以利發光層材料所產生的光導出。該透明電極的製備方式，一般以濺鍍方式形成一透明且高導電度的金屬氧化物，例如：銦錫氧化物(ITO)、或是銦鋅氧化物(IZO)。然而，ITO本身功函數的關係，使其只適用於電洞注入的陽極；若是要做為電子注入之陰極會使元件之操作電壓過高，且在有機層上進行濺鍍過程會破壞有機材料，造成元件效率下降。此外，ITO之面電阻會隨著時間與撓曲次數而增加，所以ITO耐撓曲性差且不適用於撓曲式之有機電激發光裝置。

取代ITO電極的方式，可利用具有高導電度和延展性的金屬材質；但金屬的吸收係數大唯有在較薄的厚度下才有好的穿透度。在前案中US5739545揭示在薄金屬上覆蓋一大能障之半導體材料，如ZnSe、ZnS或GaN；或是EP1076368、JP2003－288993及JP2004－006249在薄金屬上覆蓋一金屬氧化物或有機材料，如MgO、NPB或Alq₃ ，來提高金屬材質之穿透度；但前案皆為雙層式之金屬電極，製程較為複雜。

因此，如何發展同時具有高導電度、穿透度及耐撓曲之透明電極，是目前有機電激發光元件製程技術上亟需研究之重點之一。

本發明之目的為提供一種高導電度、穿透度及撓曲度之透明電極，可應用於有機電激發光元件。

為達上述目的，本發明提供一種透明電極，包括一導電層，由一金屬材質與一金屬氧化物共蒸鍍而成。

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，一多層有機材料層，包含電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層、和電子注入層，形成於該第一電極之上，以及一第二電極，形成於該多層有機材料層之上，其中該第一及/或第二電極包括一導電層，由一金屬材質與一金屬氧化物共蒸鍍而成。

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：

本發明提供一種透明電極，包括一電極層，由一金屬材質與一金屬氧化物共蒸鍍而成。金屬材質可為鈣、鎂、銦、鉬、鋁或銀等，其功函數在2.6eV至5.3eV，且可依所需的電極功函數來選擇適合的金屬材質。金屬氧化物可為MoO₃ 、SnO₂ 、TeO₂ 、TiO₂ 或Ta₂ O₃ 等，且金屬氧化物的折射率大於1.7，較佳大於2.0，金屬氧化物的摻雜比例在10%至90%(wt%)之間，較佳為30%至70%之間。本發明之透明電極的電阻小於50 Ω/sq，較佳小於20 Ω/sq，且在可見光的範圍下，穿透度大於50%，較佳大於70%。此外，本發明之透明電極可依情況需要作為有機電激發光元件中的陽極及/或陰極。

在另一實施例中，更包括一光取出層形成於上述透明電極之上。光取出層的材質可為MoO₃ 、SnO₂ 、TeO₂ 、TiO₂ 或Ta₂ O₃ 等，且折射率大於1.7，較佳大於2.0。額外的光取層可提升電極的穿透度，使本發明之透明電極在可見光的範圍下，穿透率大於60%，較佳大於80%。

本發明之透明電極可應用於顯示器或需要透明電極之元件上，例如，液晶顯示器元件(LCD)、發光二極體(LED)或有機電激發光元件等(OLED)等，但不限於此。

本發明另提供一種有機電激發光元件。本發明所述之有機電激發光元件，其特點在於其具上述之摻雜金屬氧化物的透明金屬電極。本發明所述之有機電激發光裝置，其至少包括基板、一陰、陽極、多層有機材料層。其中，陰、陽極之一為上述所提供之透明電極。

以下，係顯示符合本發明所述之有機電激發光元件之一實施例，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於該基板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、鎂、鈣、鋁、銀、銦、金、鎢、鎳、鉑、鉬、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。

接著，形成一多層有機材料層16於該第一電極14之上。該多層有機材料層16至少包含一發光層16c，且更可包含一電洞注入層16a、電洞傳輸層16b、一電子傳輸層16d、及一電子注入層16e，仍請參照第1圖。該多層有機材料層16之各膜層可分別為小分子有機材料或高分子材料，若為小分子有機材料，可利用真空蒸鍍方式形成多層有機材料層；若為高分子材料，則可使用旋轉塗佈、噴墨或網版印刷等方式形成多層有機材料層。此外，該發光層16c可包含一主發光體材料及一摻雜物(dopant)。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，並使元件獲致高效率及高亮度。

最後，形成一第二電極18於多層有機材料層16之上，第二電極18為一陰極，且值得注意的是，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，鈣、鎂、銦、鉬、鋁或銀等，且功函數在2.6eV至5.3eV。本發明在此金屬材質中摻雜一金屬氧化物以增加穿透度，摻雜的方法可為一般習知技術，例如共蒸鍍。金屬氧化物可為MOO₃ 、SnO₂ 、TeO₂ 、TiO₂ 或Ta₂ O₃ 等，且金屬氧化物的折射率大於1.7，較佳大於2.0。金屬氧化物的摻雜比例在10%至90%(wt%)之間，較佳介於30%至70%之間。本發明之透明金屬電極的電阻小於50 Ω/sq，較佳小於20 Ω/sq，且在可見光的範圍下，穿透度大於50%，較佳大於70%。

參照第2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。光取出層可為一金屬氧化物，例如，MoO₃ 、SnO₂ 、TeO₂ 、TiO₂ 或Ta₂ O₃ 等，折射率大於1.7，較佳大於2.0。額外的光取層可提昇電極的穿透率，因此可使本發明之透明電極在可見光的範圍下，穿透度大於60%，較佳大於80%。

在另一實施例中，本發明之透明金屬電極為第一電極14，形成於基板12之上表面，其餘步驟與上述之實施例類似，相同之程序不再贅述。

請參照第3圖，其係顯示銀在摻雜不同比例之MoO₃ 後的穿透度。MoO₃ 的摻雜比例分別為0 wt%、33 wt%、50 wt%及66 wt%。由圖中可知，摻雜MoO₃ 後可增加電極的穿透度，由純銀的穿透度20%@λ＝550 nm提升至70%@λ＝550 nm當以66 wt%之MoO₃ 摻雜於銀中。

請參照第4圖，其係顯示銀在摻雜不同比例之MoO₃ 後的電阻。MoO₃ 的摻雜比例分別為0 wt%、33 wt%、50 wt%、66 wt%及80 wt%。由圖中可知，摻雜MoO₃ 後會增加電極的電阻，但仍可維持在20 Ω/sq以下，因此MoO₃ 較佳的摻雜比例在30 wt%至70 wt%之間。

請參照第5圖，其係顯示在銀金屬電極上形成一光取出層，光取出層的材質為MoO₃ ，厚度分別為0 nm、15 nm、30 nm及50 nm。由圖中可知，光取出層可增加電極的穿透度，由純銀的穿透度20%@λ＝550 nm提升至80%@λ＝550 nm當以30 nm厚之MoO₃ 覆蓋於銀中。。

雖然本發明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。

10a、10b．．．有機電激發光元件

12．．．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

20．．．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圖顯示在本發明之透明電極上形成光取出層。

第3圖顯示銀摻雜MOO₃ 的穿透度。

第4圖顯示銀摻雜MOO₃ 的電阻值。

第5圖顯示在銀金屬層上形成光取出層的穿透度。

10a．．．有機電激發光元件

12．．．基板

14．．．第一電極

16．．．有機材料層

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 (20)

1. 一種透明電極，包括一導電層，由一金屬材質與一金屬氧化物共蒸鍍而成，其中該金屬氧化物為MoO₃ 或TeO₂ ；以及一光取出層形成於該導電層之上，其中該光取出層為MoO₃ 、SnO₂ 、TeO₂ 、TiO₂ 或Ta₂ O₃ 。
2. 如申請專利範圍第1項所述之透明電極，其中該光取出層的折射率大於1.7。
3. 如申請專利範圍第1項所述之透明電極，其中該金屬氧化物與光取出層的材質相同。
4. 如申請專利範圍第1項所述之透明電極，其中該金屬材質的功函數在2.6 eV至5.3 eV之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之透明電極，其中該金屬材質為鈣、鎂、銦、鉬、鋁或銀。
6. 如申請專利範圍第1項所述之透明電極，其中該金屬氧化物的折射率大於1.7。
7. 如申請專利範圍第1項所述之透明電極，其中該金屬氧化物的摻雜比例在30%至70%之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之透明電極，其中該透明電極的電阻小於50 Ω/sq。
9. 如申請專利範圍第1項所述之透明電極，其中該透明電極在可見光的範圍下，穿透度大於50%。
10. 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；一多層有機材料層，形成於該第一電極之上；一第二電極，形成於該多層有機材料層之上，其中該第一及/或第二電極包括一導電層，由一金屬材質與一金屬氧化物共蒸鍍而成，其中該金屬氧化物為MoO₃ 或TeO₂ ；以及一光取出層形成於該第二電極之導電層之上，其中該光取出層為MoO₃ 、SnO₂ 、TeO₂ 、TiO₂ 或Ta₂ O₃ 。
11. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該光取出層的折射率大於1.7。
12. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該金屬氧化物與光取出層的材質相同。
13. 如申請專利範圍第10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。
14. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該多層有機材料層係包含電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層及電子注入層。
15. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該金屬材質的功函數在2.6 eV至5.3 eV之間。
16. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該金屬材質為鈣、鎂、銦、鉬、鋁或銀。
17. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該金屬氧化物的折射率大於1.7。
18. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該金屬氧化物的摻雜比例在30%至70%之間。
19. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該第一及/或第二電極的電阻小於50 Ω/sq。
20. 如申請專利範圍第10項所述之有機電激發光元件，其中該第一及/或第二電極在可見光的範圍下，穿透度大於50%。