TWI539640B - Organic light emitting diode device and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

有機發光二極體裝置及其製造方法

本發明是有關於一種發光裝置及其製造方法，特別是指一種有機發光二極體裝置及其製造方法。

一般有機發光二極體裝置，通常包含一個透明基板，以及由鄰近至遠離該基板而依序設置的一個透明導電層、一個有機發光單元與一個金屬電極。

該有機發光單元可被驅動而朝該透明導電層投射光線，最後光線會由該透明基板向外射出以供使用。不過，就該有機發光單元所產生的光線來說，約有80%的光線會被捕陷於金屬電極表面，以及折射率不匹配的透明基板或透明導電層中，導致實際僅有小於20%的光線能從該透明基板向外射出以供使用。當光線被捕陷在該有機發光二極體裝置之內部元件中的比例越高時，光線由該有機發光二極體裝置之內部元件向外釋出量就越低，故目前現有的有機發光二極體裝置的光萃取效率低。

另外，為了提高光萃取效率以提升能從該透明基板向外射出的光線比例，可透過元件的膜層折射率的改變或者形成導光微結構、散射中心，藉此增加被捕陷的光 線被導出的機率。其中，所述導光微結構具體是例如以微影技術或奈米轉印等製程於該透明導電層上形成光子晶體或光柵結構後，再於該光子晶體或光柵結構上形成有機發光單元。前述作法雖可提升光萃取效率，但此技術的製程複雜，且所製作的導光微結構必須與有機發光單元接觸，從而產生導光微結構與有機發光單元之間的結合穩固性不足的問題，並降低該有機發光二極體裝置整體的可靠度。

因此，本發明之目的，即在提供一種可提升光萃取效率的有機發光二極體裝置及其製造方法。

於是，本發明有機發光二極體裝置，包含：一個基板，以及由鄰近至遠離該基板而依序設置的一個透明導電層、一個有機發光單元與一個電極。該透明導電層包括：一個第一透明導電體與數個第二透明導電體。

該第一透明導電體具有一個面向該基板的出光面，以及一個面向該有機發光單元的入光面。該入光面具有一個基區，以及數個彼此相隔且分別由該基區朝該出光面凹陷的內凹區。該等第二透明導電體分別設置於該等內凹區，該等第二透明導電體的折射率不同於該第一透明導電體的折射率。

本發明有機發光二極體裝置的製造方法，包含：在一個基板上形成一個第一透明導電體，該第一透明導電體具有一個面向該基板的出光面，以及一個背向該基 板的入光面；蝕刻該第一透明導電體的入光面，使該入光面形成一個基區，以及數個彼此相隔且分別由該基區朝該出光面凹陷的內凹區；在該等內凹區內分別形成數個折射率不同於該第一透明導電體的第二透明導電體；在該第一透明導電體與該等第二透明導電體上形成一個有機發光單元；在該有基發光單元上形成一個電極。

本發明之功效在於：透過在該第一透明導電體的入光面上形成內凹的該等內凹區，並在該等內凹區內分別形成該等第二透明導電體，再配合該等第二透明導電體的折射率不同於該第一透明導電體的折射率。藉由前述創新的改良設計，可增加光線在該透明導電層內的折射與反射的介面，提高光線在該透明導電層內的折射效果與反射效果，從而有效提高光萃取效率。

1‧‧‧基板

2‧‧‧透明導電層

21‧‧‧第一透明導電體

211‧‧‧出光面

212‧‧‧入光面

213‧‧‧基區

214‧‧‧內凹區

215‧‧‧凹槽

22‧‧‧第二透明導電體

221‧‧‧弧凸面

222‧‧‧平坦面

29‧‧‧透明導電材

3‧‧‧有機發光單元

4‧‧‧電極

5‧‧‧光罩層

51‧‧‧開孔

d‧‧‧凹陷深度

81~85‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明有機發光二極體裝置的一個實施例的一個局部剖視示意圖；圖2是本發明有機發光二極體裝置的製造方法的一個實施例的一個步驟流程示意圖；圖3是該製造方法的一個步驟流程方塊圖；及 圖4是一個電壓與電流效率的關係圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明有機發光二極體裝置一個施例，包含：一個基板1，以及由鄰近至遠離該基板1而依序設置的一個透明導電層2、一個有機發光單元3與一個電極4。

該基板1是由可透光的材質所製成，具體可為玻璃或塑膠。

該透明導電層2包括一個層狀的第一透明導電體21，以及數個嵌裝於該第一透明導電體21的第二透明導電體22。

該第一透明導電體21具有一個面向該基板1的出光面211，以及一個面向該有機發光單元3的入光面212。該入光面212具有一個呈平坦狀的基區213，以及數個彼此相隔且分別由該基區213朝該出光面211凹陷的內凹區214。

在本實施例中，該等內凹區214的凹陷深度d為50~200nm，所述凹陷深度d是沿著垂直該基區213的方向從該基區213朝該出光面211凹陷的深度。該等內凹區214投影至該出光面211的面積占該入光面212投影至該出光面211的面積的7~30%。至於前述數值限定的意義，容後再述。

該等第二透明導電體22分別設置於該等內凹區214，每一個第二透明導電體22具有一個貼合對應的內凹區214的弧凸面221，以及一個切齊該基區213的平坦面222。

該等第二透明導電體22的折射率不同於該第一透明導電體21的折射率。在實施上，該第一透明導電體21的材料具體可為氧化銦錫(ITO)；該等第二透明導電體22的材料具體可為氧化鋁鋅(AZO)、氧化銦鋅(IZO)或氧化錳鋅(MZO)，這些材料具有較氧化銦錫高的折射率。

該有機發光單元3設置於該基區213與該等平坦面222上，並可被驅動而朝該透明導電層2發出光線。該電極4與該透明導電層2配合，藉以對該有機發光單元3輸出電能以驅動該有機發光單元3。

在實施上，該有機發光單元3可包括由該透明導電層2朝該電極4依序排列的一個陰極緩衝層(anode buffer layer)、一個電洞傳輸層(HTL)、一個射極層(emitter layer)與一個電子傳輸層(ETL)。該射極層是由有機材料所製成，而該電極4的材料為金屬。由於該基板1、該有機發光單元3與該電極4是習知的材料與結構，且非本發明改良的重點，在此不再詳述。

參閱圖1、2、3，本發明有機發光二極體裝置一個施例，包含以下步驟：步驟81：在該基板1上形成該第一透明導電體21，使該第一透明導電體21的出光面211面向該基板1而 入光面212背向該基板1。在實施上，可透過例如物理或化學氣相沉積法等方式形成該第一透明導電體21。

步驟82：蝕刻該第一透明導電體21的入光面 212，使該入光面212形成該基區213及彼此相隔且分別由該基區213朝該出光面211凹陷的該等內凹區214。

在本實施例中，具體是先透過光微影 (Photolithography)方式在該第一透明導電體21的入光面212上形成一個光罩層5，並且使該光罩層5形成數個貫通而露出該入光面212的開孔51。接著，以濕蝕刻的方式，蝕刻該第一透明導電體21的入光面212。該入光面212對應該等開孔51的部分會受蝕刻而朝該出光面211凹陷形成該等內凹區214，該入光面212受該光罩層5遮蓋的部分可獲得保護而形成平坦的該基區213。最後，蝕刻至該等內凹區214為凹陷深度d為50~200nm為止，並移除該光罩層5。此時，每一個內凹區214皆界定出一個凹槽215。

步驟83：在該等內凹區214的凹槽215內分別 形成折射率不同於該第一透明導電體21的該等第二透明導電體22。

在本實施例中，具體是可透過例如物理或化學 氣相沉積法等方式，於該入光面212上形成一個透明導電材29，並且使該透明導電材29同時貼靠該基區213以及伸入該等凹槽215內而貼靠該等內凹區214。然後，利用化學機械研磨(CMP)法移除該透明導電材29貼靠該基區213的部分，此時，該透明導電材29伸入該等凹槽215內而貼 靠該等內凹區214即成為該等第二透明導電體22。

另外，移除該透明導電材29貼靠該基區213的 部分時，使該等第二透明導電體22切齊該基區213，從而使每一個第二透明導電體22形成貼合對應的內凹區214的該弧凸面221及切齊該基區213的該平坦面222。

步驟84：在該第一透明導電體21與該等第二 透明導電體22上形成該有機發光單元3。

步驟85：在該有機發光單元3上形成該電極 4。

由於實施時可採用習知的手段形成該有機發光 單元3與該電極4，況且前述手段非本發明改良的重點，故在此不再詳述。

參閱圖1，在使用上，當該有機發光單元3被 驅動而朝該透明導電層2投射光線時，部分的光線是由該第一透明導電體21的入光面212的基區213進入，此部分的光線中，有些光線是垂直地通過該第一透明導電體21與該基板1而能向外射出，有些光線則是與該基區213呈一角度進入該第一透明導電體21，並當投射至該等內凹區214時，透過該等第二透明導電體22的折射率不同於該第一透明導電體21的折射率，從而產生反射效果，使這些光線能折向中間而朝該基板1向外射出，減少該第一透明導電體21與該基板1之間的全反射，因此可以提高光萃取效率。

另一方面，當該有機發光單元3被驅動而朝該 透明導電層2投射光線時，還有另一部分的光線是由該等第二透明導電體22的平坦面222進入，此部分的光線從該等第二透明導電體22的弧凸面221射出並進入該第一透明導電體21的內凹區214時，該等第二透明導電體22的折射率不同於該第一透明導電體21的折射率，於是有些光線產生折射效果而有些光線產生反射效果，更有些光線是於該等第二透明導電體22與該第一透明導電體21之介面(即該等弧凸面221、該等內凹區214)產生散射，使光線折向中間而能朝該基板1向外射出，減少該第一透明導電體21與該基板1之間的全反射，因此可以提高光萃取效率。

由以上說明可知，透過在該第一透明導電體21 的入光面212上形成內凹的該等內凹區214，並在該等內凹區214所界定的凹槽215內分別形成該等第二透明導電體22，再配合該等第二透明導電體22的折射率不同於該第一透明導電體21的折射率。藉由前述創新的改良設計，可增加光線在該透明導電層2內的折射與反射的介面，提高光線在該透明導電層2內的折射效果與反射效果，使光線能朝該基板1而向外射出，從而有效提高光萃取效率。

這是因為該等第二透明導電體22的折射率不同 於該第一透明導電體21的折射率，可以使該等第二透明導電體22中該有機發光單元3所發出的光線折向中間，並利用在該第一透明導電體21與該等第二透明導電體22之介面的散射效果使光線更易於自該基板1導出。另一方面，當該透明導電層2未設置該等第二透明導電體22的情況 下，一旦進入該第一透明導電體21的光線入射角在大於該第一透明導電體21與該基板1介面的全反射角，將會產生全反射，為此，本實施透過在該第一透明導電體21上嵌入該等第二透明導電體22，使部分光線被該第一透明導電體21與該等第二透明導電體22之介面反射，藉此改變光線路徑而自該基板1導出，因此可以提高光萃取效率。

本發明所述的光萃取率，是指該有機發光單元 3被驅動所發出的所有光線中，能夠穿過該透明導電層2與該基板1而向外投射以供使用的比例。光萃取率越高，代表光線由該有機發光二極體裝置之內部元件向外釋出的量越高。

參閱圖1、2、3，較佳地，本實施例還使該等 第二透明導電體22的平坦面222切齊該第一透明導電體21的基區213，藉此使該透明導電層2整體形成一個平坦的表面而可有利於步驟84時該有機發光單元3之設置，從而可提高兩者之間的結合穩固性，並提高該有機發光二極體裝置整體的可靠度。

較佳地，該等內凹區214的凹陷深度d為 50~200nm。當該等內凹區214的凹陷深度d小於50nm時，該等內凹區214的凹陷程度不足，如此將降低折射效果與反射效果，其所提高的光萃取效率有限。當該等內凹區214的凹陷深度d大於100nm時，該等內凹區214的凹陷程度過大，如此將導致該第一透明導電體21此部位處的截面過小，以及電阻率較高的第二透明導電體22體積增加， 從而增加該透明導電層2整體的電阻。

較佳地，該等內凹區214投影至該出光面211 的面積占該入光面212投影至該出光面211的面積的7~30%。當該等內凹區214投影至該出光面211的面積所占之比例小於7%時，該入光面212形成該等內凹區214的比例不足，如此將降低折射效果與反射效果，從而無法有效提高光萃取效率。當該等內凹區214投影至該出光面211的面積所占之比例大於30%時，該入光面212形成該等內凹區214的比例過高，如此將導致電阻率較高的第二透明導電體22體積增加，從而增加該透明導電層2整體的電阻。

以下進一步透過實驗說明本發明的功效。

實驗例1~4的有機發光二極體裝置其層體結構係如圖1所示，實驗例1~4的差別在於：該等內凹區214投影至該出光面211的面積占該入光面212投影至該出光面211的面積的比例。實驗例1為7.9%、實驗例2為14.1%、20.9%與27.7%。

另一方面，比較例的透明導電層2僅具有該第一透明導電體21，而未於該第一透明導電體21上嵌入如本案的第二透明導電體22，此亦為一般有機發光二極體裝置的結構。換句話說，由於比較例的該第一透明導電體21的入光面212未形成內凹的該等內凹區214，故比較例的入光面212形成該等內凹區214的比例為0%。

參閱圖1、4，圖4是一個電壓(單位：V)與電流 效率(單位cd/A)的關係圖，主要是對實驗例1~4與比較例施與不同的電壓，藉此觀察電流效率。其中，由於除了透明導電層2的結構有差異之外，其他結構皆相同，且第二透明導電體22的加入會導致透明導電層2整體電阻的增加，因此電流效率越高者，代表相同的內部發光效率下，外部出光的光亮度越高，因此其光萃取效率會越高。

由實驗結果可知，當電壓提升至2V以上之 後，實驗例1~4大致表現出較高的電流效率，並且當電壓提升至3.3V以上之後實驗例1~4的電流效率皆高於比較例。

由此可知，相較於一般有機發光二極體裝置 (即比較例)，本案確實可提高光萃取率，這是因為本案在該第一透明導電體21的入光面212上形成內凹的該等內凹區214，並在該等內凹區214分別形成該等第二透明導電體22，再配合該等第二透明導電體22的折射率不同於該第一透明導電體21的折射率。藉此，確實可增加光線在該透明導電層2內的折射與反射的介面，提高光線在該透明導電層2內的折射效果與反射效果，使光線能朝該基板1而向外射出，從而有效提高光萃取效率。

進一步地，實驗例1~4中又以實驗例3、4的表 現最佳。這是因為實驗例3、4的入光面212處形成該等內凹區214的比例較高，可增加光線在該透明導電層2內的折射與反射的介面，藉此提高光線折射效果與反射效果而有效提高光萃取效率。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當 不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧基板

2‧‧‧透明導電層

21‧‧‧第一透明導電體

211‧‧‧出光面

212‧‧‧入光面

213‧‧‧基區

214‧‧‧內凹區

22‧‧‧第二透明導電體

221‧‧‧弧凸面

222‧‧‧平坦面

3‧‧‧有機發光單元

4‧‧‧電極

d‧‧‧凹陷深度

Claims (7)

1. 一種有機發光二極體裝置，包含：一個基板，以及由鄰近至遠離該基板而依序設置的一個透明導電層、一個有機發光單元與一個電極；該透明導電層包括：一個第一透明導電體，具有一個面向該基板的出光面，以及一個面向該有機發光單元的入光面；該入光面具有一個基區，以及數個彼此相隔且分別由該基區朝該出光面凹陷的內凹區；及數個第二透明導電體，分別設置於該等內凹區，該等第二透明導電體的折射率大於該第一透明導電體的折射率；其中，該等內凹區的凹陷深度為50~200nm，該等內凹區投影至該出光面的面積占該入光面投影至該出光面的面積的7~30%。
2. 如請求項1所述的有機發光二極體裝置，其中，該入光面的基區呈平坦狀；每一個第二透明導電體具有一個貼合對應的內凹區的弧凸面，以及一個切齊該基區的平坦面；該有機發光單元設置於該基區與該等平坦面上。
3. 如請求項1所述的有機發光二極體裝置，其中，該第一透明導電體的材料為氧化銦錫；該等第二透明導電體的材料為氧化鋁鋅、氧化銦鋅或氧化錳鋅。
4. 一種有機發光二極體裝置的製造方法，包含：在一個基板上形成一個第一透明導電體，該第一透 明導電體具有一個面向該基板的出光面，以及一個背向該基板的入光面；蝕刻該第一透明導電體的入光面，使該入光面形成一個基區，以及數個彼此相隔且分別由該基區朝該出光面凹陷的內凹區；在該等內凹區內分別形成數個折射率大於該第一透明導電體的第二透明導電體；在該第一透明導電體與該等第二透明導電體上形成一個有機發光單元；在該有機發光單元上形成一個電極；其中，蝕刻該第一透明導電體的入光面之後，每一個內凹區皆界定出一個凹槽；接著於該入光面上形成一個透明導電材，使該透明導電材同時貼靠該基區以及伸入該等凹槽內而貼靠該等內凹區；然後再移除該透明導電材貼靠該基區的部分而形成該等第二透明導電體。
5. 如請求項4所述的有機發光二極體裝置的製造方法，其中，移除該透明導電材貼靠該基區的部分時，使該等第二透明導電體切齊該基區。
6. 如請求項4所述的有機發光二極體裝置的製造方法，其中，蝕刻該第一透明導電體的入光面以形成該等內凹區時，是蝕刻至該等內凹區為凹陷深度為50~200nm。
7. 如請求項4所述的有機發光二極體裝置的製造方法，其中，該等內凹區投影至該出光面的面積占該入光面投 影至該出光面的面積的7~30%。