TWI452744B - 電致發光結構 - Google Patents

Description

電致發光結構

本發明係關於一種電致發光配置，其具有一有機發光層及一用於將該配置電力鈍化之封裝層。

有機電致發光配置(有機EL配置)包含一層化結構(EL結構)，該層化結構經施加至一基板且包含一有機發光層(一OLED層)、一電洞傳導層、一陽極及一陰極。該等層之典型厚度約為100 nm。施加至該EL結構之典型電壓為2 V與10 V之間。另外，位於該OLED層與該陰極之間的有一由具有低功函數之材料(諸如鋇)製成的電子注入層。存在兩種隨時間而對有機EL配置之發射性能具有反作用的可能效應，且該等效應為：一方面，黑暗、無發射區域之增長(EL配置隨時間而致之降級)；及另一方面，由於陰極與陽極之間的漏電流或短路而導致的整個配置之突發故障。在先前技術中，已將由於暗區增長而導致的有機EL配置之降解歸因於部分層化結構對水/濕氣所起之反應，該反應隨溫度升高而加劇。為此將該等EL結構機械封裝，且用對於整個層化結構完全呈化學惰性之乾燥氣體來填充封裝與EL結構之間的間隙。該機械封裝防礙有機LED總深度的任何進一步之減少，阻礙對有機層之機械撓性加以利用，且作為一額外組件使得有機LED之製造代價更高，尤其在關於大面積OLED之情況下尤如此。

為保護有機LED免於水及氧之滲透，文獻US 5,505,985揭示以由電絕緣材料製成之覆蓋層向原始有機LED提供的額外塗層。該保護層之材料尤其適合於防止濕氣擴散至位於該保護層之下的層中。該保護層之施加較佳在真空中進行，此係因為在施加過程期間該保護層不得侵蝕鄰近該保護層之有機發光層或電極。具有該種保護層之電致發光配置相對於其初始亮度而言的亮度下降趨勢較不具有該種保護層之電致發光配置的亮度下降趨勢要低。

然而，有機EL配置之一主要優勢為能夠製造覆蓋大面積之薄光源之可能性。恰恰就覆蓋數平方公分或以上之大面積OLED層而言，製造過程期間顆粒(例如灰塵)之存在係不可避免的。存在於基板上之顆粒(諸如直徑大體上大於電致發光層厚度之灰塵顆粒)在製造該等層時將導致孔洞缺陷，其邊緣具有不確定性質。在該等孔洞內部不存在層化結構或僅存在層化結構之一部分。該等缺陷導致陰極與陽極之間的不可接受之漏電流及短路。在此情況下，通常直至於OLED操作期間由於光輸出下降而必須提高操作電壓以允許產生等量之光時才會發生該等短路。與歸因於氧或水於發光層中之滲透所致的亮度之緩慢降級相反，由於孔洞缺陷區域中之短路導致的電致發光配置故障明顯變為亮度突然降至零。恰恰就大面積EL配置而言，孔洞缺陷區域中之短路為目前EL配置故障之最常見原因。僅防止濕氣或氧之滲透的保護作用對故障率無明顯影響。

因此本發明之一目標為為有機EL配置提供有效且簡單之保護，從而明顯降低由漏電流及短路導致之故障率。

該目標係藉由一種電致發光配置來達成，該電致發光配置包含一基板；至少一個施加至該基板之層化結構，該層化結構包含至少一個用於發射光之有機電致發光層，該有機電致發光層係配置於一配置在該基板所位於之側上的第一電極與一配置在該電致發光層遠離該基板之側上的第二電極之間；及一電絕緣層，其由易與該有機電致發光層起化學反應之材料製成，其適用於在一孔洞缺陷周圍之一受限區域內使該第二電極與該有機電致發光層分離。

孔洞缺陷意謂在製造電致發光配置之過程期間無材料沈積之區域。孔洞缺陷之原因(例如)為灰塵顆粒，其由於在一或多個定向塗佈製程中之淡化(shading－off)效應而導致在該灰塵顆粒周圍之區域中無材料沈積。若在施加有機電致發光層之製程期間孔洞缺陷之原因已存在，則在孔洞缺陷區域中亦將缺少有機材料，且將存在兩電極之間短路的可能性。短路之可能性視在操作電致發光配置期間於孔洞缺陷區域中的局部電場強度而定。因為第二電極在該孔洞缺陷之邊緣區域中形狀不規則且可能因此而具有尖銳邊緣，所以就此而言存在場強度之顯著升高及後續閃絡之危險性。該閃絡自身可能為電致發光配置故障之原因，或不然其產生導電橋及在該等橋中流動之自放大漏電流，且該等漏電流導致短路，並因此導致電致發光配置故障。就兩電路之間短路的危險而言，一旦該電致發光配置完成後，孔洞缺陷之原因是否仍處於孔洞缺陷之區域中將無關緊要。

由於第二電極與自基板看位於該第二電極之下之電致發光層的分離，因此該第二電極在孔洞缺陷周圍區域中由於層內應力而遠離第一陽極彎曲，且因此增大其與第一電極之間的距離，此導致在孔洞缺陷區域中該兩電極之間的場強度顯著降低。由於第二電極之彎曲，尤其孔洞邊緣處之第二電極的銳邊遠離第一電極移動一段特別長之距離，此至少明顯地降低短路之危險且因此明顯降低尤其大面積電致發光配置之故障率。

絕緣層在此情況下包含一種具有至少與位於電極之間的層之電阻一樣高之電阻的材料，為此使電極之間無漏電流會經由該絕緣層流走。同時其為一種可侵蝕有機層之材料，以便以此方式減小對第二電極之黏附力，以在孔洞缺陷區域中使得第二電極與有機層分離。舉例而言，藉由諸如環氧樹脂、聚醯亞胺、丙烯酸酯、酚鹽等各種聚合物來滿足該等條件。

在一實施例中，電絕緣層對第二電極呈化學惰性，以便使黏附至第二電極之絕緣層不會侵蝕第二電極之未損壞區域。對於必須由該電致發光配置產生之亮度而言需要大面積未損壞之第二電極。

在另一實施例中，第二電極包含鋁或含鋁材料。值得注意的為，該等種類之材料在層化結構內具有層內應力，其可導致特別大之第二電極之分離部分的所要彎曲。

在另一實施例中，電絕緣層係在環境壓力下施加。此提供較之真空塗佈(諸如用於電極及有機層)更低之製程成本，且使得施加可以液體之形式進行。若將該電絕緣層之材料作為增塑劑中之溶液施加至層化結構，則其能夠無視任何仍可能黏著至該等層之灰塵顆粒而填充整個孔洞缺陷區域，且因此能夠在整個孔洞缺陷區域中分離第二電極。

在另一實施例中，藉由熱方法或光學方法使電絕緣層固化。藉由固化操作，可將一確定之阻塞置於使第二電極與位於其下之有機層分離的方法中，且可將彼等歸因於對有機電致發光層及經分離第二電極之侵蝕而無法發射任何光之區域的初始增長限定於防止短路所需之區內。一種熱固化方法為(例如)電絕緣層中增塑劑之熱蒸發。另一種熱固化方法為兩成分材料之固化。一種光學固化方法為(例如)使用紫外光照射。

在一替代實施例中，該電絕緣層之材料係以兩成分混合物之形式施加。該兩成分混合物在此情況下包含硬化劑及黏合劑。優勢在於絕緣層可在無另外方法步驟之情況下自身固化之事實。

在另一實施例中，電絕緣層之平均厚度為1000 nm以上，以確保該電絕緣層作為一連續電絕緣層覆蓋下伏層化結構，以便以足量電絕緣層之材料填充孔洞缺陷之所有區域。

在另一實施例中，將一另外之鈍化構件施加至該電絕緣層。該鈍化構件係用以保護該電絕緣層使其免受機械損壞(諸如擦傷)及化學作用(諸如欲防止之氧或濕氣之滲透)。該種鈍化構件可例如為在該電致發光配置周圍具有一定體積之間隙的機械封裝，該間隙經惰性材料、惰性液體或惰性氣體填充。

在另一實施例中，該鈍化構件為一施加至該電絕緣層之有機層，其具有可忽略不計之氧或水擴散率，諸如為有機樹脂。與具有機械封裝(保護層)之配置相反，此允許有機LED保持其機械撓性。

根據下文所述之實施例，本發明之該等及其他態樣係顯而易見的，且將根據該等實施例對其進行闡述。

EL配置之層化結構包含至少個別薄層2、3及4，其通常係藉由乾式、定向塗佈方法(諸如真空沈積及/或濺鍍)而製造。在該種定向塗佈製程中，顆粒13(諸如灰塵顆粒)之存在導致待塗佈之基板或部分層化結構淡化，且因此導致如圖1中所示之孔洞缺陷。該等顆粒(並非必定如圖1中所示為球形)之直徑通常明顯大於個別層之厚度。由於塗佈製程期間之淡化，在孔洞缺陷內不存在EL配置之層化結構或僅存在EL配置之層化結構的一部分。孔洞缺陷之大小及形狀取決於顆粒13之位置及幾何形狀以及自在製造該等薄層期間於增長層化結構上存在顆粒13時起之時間。若由於顆粒13，高電阻有機電致發光層2不再存在於孔洞缺陷區域中，則在兩電極3與4之間可能出現閃絡14。在電極之間的典型操作電壓為2至10 V且典型電極間距為100 nm時，在EL結構處存在20至100 kV/mm之場強。即使局部地，孔洞缺陷之邊緣亦由於層邊緣在該孔洞缺陷處之極小曲率半徑而產生大體更高之場強度。有機發光層之介電常數(ε約為3)與孔洞區域中材料(通常為空氣)之介電常數(ε＝1)之間的差異導致在層缺陷邊緣之臨界區域中場強度的進一步增加。另外，空氣之介電強度顯著低於有機發光層之介電強度，此進一步增加電閃絡之危險。除產生非受控電流以外，電極3與4之間的閃絡14亦引起層化結構之局部升溫，該升溫在有機發光層2中可能導致碳局部地釋放。該碳沉澱於孔洞缺陷之邊緣處且增加孔洞缺陷邊緣處之電導率，此促使甚至更大程度之進一步閃絡或漏電流的出現。該自放大過程導致EL配置被毀壞。該過程之出現並不取決於在陽極與陰極之間是否存在一個或多於一個之有機層(視EL結構之實施例而定)。

在一實施例中，電致發光配置之層化結構包括具有典型厚度約為100 nm之電致發光層2(諸如經摻雜之三－(8－羥基喹啉)鋁)的有機層之薄封裝，該電致發光層係配置於兩電極(諸如圖1中所示之陽極3與陰極4)之間，其中至少一電極為透明以允許所產生之光耦合輸出。氧化銦錫(ITO)通常用作透明、導電之電極材料。用作不透明電極的為導電材料，諸如厚度約為100 nm之鋁層。然而亦存在其中兩電極均為透明之配置。將層化結構2、3及4施加至基板1。在此情況下，在頂發射極與底發射極之間存在區別。底發射極經由基板1發射螢光。在此情況下陽極3包含一ITO層，且陰極4包含一鋁層。亦可將該層化結構以相反順序施加至該基板。那麼該種頂發射極不經由基板發射光(如圖1中所示)，而在反向上發射光。在此情況下遠離基板之側上之透明電極可包含透明材料或足夠薄之金屬層。在有機發光層2與陽極3之間通常配置有一大約50 nm厚之通常為α－NPD(N,N'－二－(萘－2－基)－N,N'－二苯基聯苯胺)的有機電洞傳導層(在此情況下在圖1中未顯示)。位於陰極4與有機發光層2之間的通常有一由具有低功函數之材料(諸如鋰、銫或鋇)製成的薄電子注入層，該層(在圖1中亦未顯示)對於電子至發光層中之良好注入係很重要的。該電子注入層對濕氣極易起反應。在本實施例中已作為實例列出之材料在其他實施例中可由自先前技術已知之其他材料所代替。

孔洞缺陷之可能性隨有機EL配置之面積的增加而增大。然而有機發光層之一優勢恰恰在於有可能具有該等孔洞缺陷之大面積構造。然而，只有當電極3與4之間的閃絡可得以防止時，方可製得具低故障率之大面積有機EL配置。藉由一根據本發明之電絕緣層5(其具有如圖3中所示之作用)來鈍化孔洞區域提供一種有效且廉價之解決方法。完成的EL結構為電絕緣層5所覆蓋。

為降低電極3與4之間閃絡的危險，該電絕緣層之材料應具有比空氣明顯較高之介電常數。因此4.5>ε>1.5之材料為有利的。該等材料亦應具有較之空氣明顯較高之介電強度(約4－5 kV/mm)。

為在孔洞缺陷區域中藉由電絕緣層5進行成功之電鈍化，在施加過程期間電絕緣層5必須完全地取代依然存在於介於孔洞邊緣與可能仍黏附於孔洞缺陷中之顆粒13之間的孔洞缺陷區域中之空氣。為使液態電絕緣層5滲透至可能較小之空穴中，其必須具有足夠低之表面張力。在此情況下具有小於2.5×10^－2 N/m之表面張力的合適液體為尤其有利的。電絕緣層5除了其鈍化作用外，亦可用於使在操作中利用熱傳遞接觸之電致發光配置所產生的熱散逸。

藉由根據本發明鈍化電致發光配置，已有可能使歸因於電極3與4之間的漏電流及閃絡之故障率較之於不具有電絕緣層5之電致發光配置降低數倍。該改良係藉由以下事實來達成：電絕緣層5之材料對有機電致發光層2或(在一有機層系統之情況下)至少鄰近第二電極之有機層進行化學侵蝕，且以此方式使第二電極4與有機層2或有機層系統在孔洞缺陷周圍之區域4a中分離。在其他實施例中，電絕緣層5之材料亦可為有機層2之一部分或可溶解孔洞缺陷周圍區域中之整個有機層2。在分離過程後，在電極區域4a中第二電極4中之層內應力導致該第二電極遠離有機電致發光層2及第一電極3而彎曲。此大幅增加了第二電極4a與第一電極3之間的距離，且因此至少明顯地降低場強度。由於該分離過程，第二電極4a在孔洞缺陷邊緣處可能具有之任何銳利邊緣均指向遠離第一電極之方向，此意謂在該區域中場強度之過度增加將不再發生。在該分離過程期間，電絕緣層5之材料必須具有足夠流動性以填充由於該分離過程而在第二電極4與有機電致發光層2之間形成的間隙體積，以便在電極3與4之間不會產生具有低介電強度之氣泡。接著使液態或可流動之電絕緣層5乾燥或另外視情況使其固化。視電絕緣層之材料而定，此可藉由蒸發溶劑以熱方式來完成或藉由光學固化(例如紫外輻射)來完成。

環氧樹脂為適用於電絕緣層5之材料之一實例。該等材料在第二電極4上形成一薄膜。由於第二電極之向上彎曲，在孔洞缺陷區域中形成完全充滿溶液、呈圖2中示意性顯示之形式的凸塊。在固化過程之後操作根據本發明之電致發光配置，即使在高操作電壓下亦無任何短路出現。在此情況下施加高達10伏特之電壓。該層厚度應為至少1 μm以便產生如本發明之作用，且出於製造原因其不應大於1000 μm，而較佳應處於10 μm與100 μm之間。

以此方式達成之電鈍化可用於所有由有機小分子材料(所謂SMOLED)或聚合物製成之有機電致發光配置。大面積有機電致發光配置尤其受益於對灰塵顆粒之較低敏感性，此可由於避免昂貴淨室條件而提供較低製造成本。本發明一般而言可用於顯示器、照明標誌或照明用途。

圖3為根據本發明之電致發光配置之另一實施例(亦即封裝電致發光配置)的側視圖。在此情況下其具備有一封裝裝置(鈍化構件)以提供免受環境濕氣影響之保護。該鈍化構件包含一保護層6，其藉由黏著劑黏合型連接7將具有有機發光層2之層化結構封閉，且被穩固地連接至該層化結構。將間隙9之體積用乾燥氣體(諸如惰性氣體)或無水液體(諸如介電液體)填充。亦可將吸氣劑材料配置於封裝內以減少間隙9之體積中濕氣/水之量。該電致發光配置經由一透明第一電極3及一透明基板1(底發射極)發射光10。在其他實施例中封裝亦可呈現其他形式。為允許以電力驅動位於封裝內之層化結構，將導體8及3自該封裝中引出。除圖1中所示之層化結構以外，亦可存在額外層(諸如微腔層)以改良光之耦合輸出。該等可能之額外層不以任何方式改變已關於達成基本目標所描述的根據本發明之方式。

圖3中所示用於防止電致發光配置之發射性能由於濕氣或氧至有機層中之滲透而降級的機械封裝，在另一實施例中可由一施加至電絕緣層5之呈額外有機層6之形式的鈍化構件6所代替，參看圖4。當存在一透明電絕緣層5(例如由環氧樹脂製成)及一透明鈍化構件6(例如由玻璃製成)時，該電致發光配置在其他實施例中亦能夠向遠離基板之側(稱為頂發射極)發射光11。在此情況下該透明絕緣層充當玻璃之黏著劑。用作透明玻璃鈍化構件6之玻璃可例如與用作層化結構之玻璃基板的玻璃相同。在此情況下該玻璃可將層化結構封裝為盒形形狀(如圖4中所示)，或可作為一平面層施加至絕緣層，在該情況下接著必須藉由與圖3中所示之黏著劑黏合型連接7類似的黏著劑黏合型連接將層化結構之側面邊緣封閉。

一種用於達成本發明之基本目標的不同途徑，亦即藉由代價極高之淨室技術來減少層缺陷之數目，其將意謂製造成本之急劇上升，且恰恰在大面積EL配置之情況下無法完全防止層缺陷之出現。

已參考圖式加以闡述且在該實施方式中之實施例僅為根據本發明用於明顯降低由於漏電流及短路而導致之故障率的電致發光配置之實例，而不應將其理解為使申請專利範圍受限於該等實例。替代性實施例亦為熟習此項技術者所可想像，且該等替代性實施例亦由申請專利範圍範疇所涵蓋。附屬項之編號並不意欲暗示該等請求項之其他組合並不亦構成本發明之有利實施例。又，在該實施方式及申請專利範圍中，字"一"之使用不排除存在多於一個之配置、單元或元件之可能性。

1．．．基板

2．．．有機電致發光層

3．．．第一電極/陽極

4．．．第二電極/陰極

4a．．．區域/第二電極

5．．．電絕緣層

6．．．保護層/鈍化構件

7．．．黏著劑黏合型連接

8．．．導體

9．．．間隙

10,11．．．光

13．．．顆粒

14．．．閃絡

圖1為孔洞缺陷區域之層化結構的示意圖。

圖2顯示歸因於短路及漏電流之故障率明顯得到降低的根據本發明之電致發光配置。

圖3顯示具有機械封裝的根據本發明之電致發光配置之一實施例。

圖4顯示具有保護層而無機械封裝的根據本發明之電致發光配置之一實施例。

1．．．基板

2．．．有機電致發光層

3．．．第一電極/陽極

4．．．第二電極/陰極

4a．．．區域/第二電極

5．．．電絕緣層

13．．．顆粒

Claims (11)

1. 一種電致發光結構，其包含：一基板(1)，至少一個施加至該基板之層化結構，該層化結構包含至少一個用於發射光(10)之有機電致發光層(2)，該有機電致發光層係配置於一配置在該基板所位於之側上的第一電極(3)與一配置在該電致發光層(2)遠離該基板之側上的第二電極(4)之間，及一電絕緣層(5)，其由可與該有機電致發光層(2)起化學反應之材料製成，其適用於在該電致發光結構中之一孔洞缺陷周圍之一受限區域內使該第二電極(4)與該有機電致發光層(2)分離，且其在被固化前具有小於2.5×10^-2 N/m的表面張力。
2. 如請求項1之電致發光結構，其中該電絕緣層(5)之材料係選自由環氧樹脂(epoxy resins)、聚醯亞胺(polyimides)、丙烯酸酯(acrylates)及酚鹽(phenolates)所組成之群組。
3. 如請求項1之電致發光結構，其中該電絕緣層(5)對該第二電極(4)呈化學惰性。
4. 如請求項1之電致發光結構，其中該第二電極包含鋁或含鋁材料。
5. 如請求項1之電致發光結構，其中該電絕緣層適於在環境壓力下施加。
6. 如請求項1之電致發光結構，其中該電絕緣層(5)之材料 適於以溶液之形式施加。
7. 如請求項6之電致發光結構，其中該電絕緣層(5)可藉由熱方法或光學方法而固化。
8. 如請求項1之電致發光結構，其中該電絕緣層(5)之材料適於以兩成分混合物之形式施加。
9. 如請求項1之電致發光結構，其中該電絕緣層(5)具有1000nm以上之平均厚度。
10. 如請求項1之電致發光結構，其中一另外之鈍化構件(6)被施加至該電絕緣層(5)。
11. 如請求項10之電致發光結構，其中施加至該電絕緣層(5)之該鈍化構件(6)為一具有可忽略不計之氧或水擴散率的有機層。