CN1589077B - 有机发光装置及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种具有光学补偿膜的有机发光装置，其包括：一基板、一第一二极管、及一第二二极管。基板上具有第一元件区及一第二元件区，其中第一二极管设置于第一元件区上而第二二极管设置于第二元件区上。每一二极管包括：一阳极及一相对设置的透明阴极、以及一有机发光层，设置于阳极与透明阴极之间。第一及第二元件区上方的透明阴极厚度大体相同。再者，一光学层设置于第一元件区的透明阴极上方，以作为光学补偿膜以改变第一及第二元件区的阴极厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机发光装置，特别是涉及一种具有光学补偿(opticalcompensation)膜的有机发光二极管(organic electro-luminescence diode，OLED)，以形成不同的阴极厚度。
背景技术
有机发光二极管(OLED)，为一种使用有机材料的自发光型元件。相比于传统的无机发光二极管(LED)需严格的长晶要求，有机发光二极管可轻易制作在大面积基板上，形成非晶质(amorphous)薄膜。另一方面，有机发光二极管也异于液晶显示技术，不需要背光板(backlight)，因此可简化工艺。随着技术迅速的发展，未来有机发光二极管将应用在个人数字助理、数码相机等小尺寸全彩显示面板上，一旦此技术更趋成熟时，将可扩展至大尺寸的计算机及电视屏幕上，甚至应用于可挠式显示器。
典型地，有机发光二极管包括：一阳极、一阴极、以及设置于阳极与阴极之间的有机发光层。其中有机发光层包括：一邻近阳极的空穴传输层、一邻近阴极的电子传输层、及设置于空穴传输层与电子传输层之间的发光层。当施加一电位差于阴极与阳极之间时，电子会从阴极注入电子传输层，并穿越电子传输层及发光层。同时，空穴会从阳极注入空穴传输层，并穿越空穴传输层。之后，电子与空穴会于邻近发光层与空穴传输层的界面重新结合(recombine)而以发光的形式来释放能量。
然而，由于蓝光与红光的波长相差较大，因此必须使用不同厚度的透明阴极以达到高色纯度的红光与蓝光并提升电流效率。一般而言，透明阴极的材料一般为藉由溅射法所形成的铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)或铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZ0)。为了制作不同厚度的透明阴极，必须使用一金属掩模来分别形成红色、绿色、及蓝色有机发光二极管的透明阴极。然而，溅射工艺期间，金属掩模因离子撞击而使温度上升，导致其产生变形而无法顺利地形成每一透明阴极。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机发光装置，其藉由一光学补偿膜来调整透明阴极的厚度，以增加有机发光装置的电流效率。
本发明的另一目的在于提供一种有机发光装置的形成方法，其藉由形成温度较低的光学补偿膜来防止用以形成阴极的掩模发生变形。
根据上述的目的，本发明提供一种有机发光装置，其包括：一基板、一第一阳极及一相对设置的第一透明阴极、一第一有机发光层、一第一光学层、一第二阳极及一相对设置的第二透明阴极、及一第二有机发光层。此基板具有第一元件区及一第二元件区。第一元件区的发光颜色与第二元件区的发光颜色不同。第一阳极及一相对设置的第一透明阴极设置于第一元件区上。第一有机发光层设置于第一阳极与第一透明阴极之间。第一光学层设置于第一透明阴极上方，用于补偿该第一透明阴极的厚度。第二阳极及一相对设置的第二透明阴极设置于第二元件区上。第二有机发光层设置于第二阳极及第二透明阴极之间。再者，第一透明阴极的厚度大体相同于第二透明阴极。
又根据上述的目的，本发明提供一种有机发光装置的形成方法。首先，提供一基板，其具有一第一元件区及一第二元件区。第一元件区的发光颜色与第二元件区的发光颜色不同。分别在第一及第二元件区上形成一阳极。接着，在阳极上方依序形成一有机发光层及一透明阴极。最后，在第一元件区的透明阴极上形成一第一光学层，用于补偿该第一元件区的透明阴极的厚度。
根据上述的另一目的，本发明提供一种有机发光装置，其包括：一基板、一第一阳极及一相对设置的第一透明阴极、一第一有机发光层、一第一光学层、一第二阳极及一相对设置的第二透明阴极、及一第二有机发光层。此基板具有第一元件区及一第二元件区。第一元件区的发光颜色与第二元件区的发光颜色不同。第一阳极及一相对设置的第一透明阴极设置于第一元件区上。第一有机发光层设置于第一阳极与第一透明阴极之间。第一光学层设置于第一透明阴极与第一有机发光层之间，用于补偿该第一透明阴极的厚度。第二阳极及一相对设置的第二透明阴极设置于第二元件区上。第二有机发光层设置于第二阳极及第二透明阴极之间。再者，第一透明阴极的厚度大体相同于第二透明阴极。
又根据上述的另一目的，本发明提供一种有机发光装置的形成方法。首先，提供一基板，其具有一第一元件区及一第二元件区。分别在第一及第二元件区上形成一阳极。接着，在阳极上方形成一有机发光层。之后，在第一元件区的有机发光层上方形成一第一光学层。最后，在第一元件区的第一光学层上形成一透明阴极，且在第二元件区的有机发光层上方形成透明阴极，该第一光学层用于补偿该透明阴极的厚度。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图作详细说明。
附图说明
图1绘示出根据本发明第一实施例的具有光学补偿膜的有机发光装置剖面示意图。
图2绘示出根据本发明第二实施例的具有光学补偿膜的有机发光装置剖面示意图。
图3绘示出根据本发明第三实施例的具有光学补偿膜的有机发光装置剖面示意图。
图4绘示出根据本发明第四实施例的具有光学补偿膜的有机发光装置剖面示意图。
图5绘示出红光有机发光二极管的电流密度(mA/cm2)与驱动电压(volt)的关系曲线图。
图6绘示出红光有机发光二极管的亮度(cd/m2)与驱动电压(volt)的关系曲线图
图7绘示出红光有机发光二极管的电流效率(cd/A)与驱动电压(volt)的关系曲线图
简单符号说明
10～第一元件区；20～第二元件区；100～基板；102a、102b～阳极；104a、104b～空穴传输层；106a、106b～发光层；108a、108b～电子传输层；111a、111b～有机发光层；112a、112b～透明阴极；114a、114b～光学层；116a、116b～有机发光二极管。
具体实施方式
以下配合图1说明本发明第一实施例的机发光装置的形成方法，其可应用于平面显示器，例如顶部发光有机发光显示器(top-emitting organicelectro-luminescence display)。首先，提供一基板100，例如玻璃、石英、硅、或塑料基板，其具有多个元件区，用以在其上形成有机发光二极管(OLED)。此处，为了简化图式，仅绘示出一第一元件区10及一第二元件区20。第一及第二元件区10及20用以在其上形成显示不同颜色的有机发光二极管。举例而言，第一元件区10用以形成红色有机发光二极管，而第二元件区20用以形成蓝色有机发光二极管。
接下来，可藉由现有沉积技术，在第一元件区10上形成一阳极102a以及在第二元件区20上形成一阳极102b。阳极102a及102b可为一单层导电层或是叠层导电结构。典型地，阳极的材料可为铟锡氧化(indium tin oxide，ITO)层或铝金属层。在本实施例中，阳极102a及102b可为铟锡氧化层(透明层)及铝金属层(非透明层)的叠层，其中非透明层作为一光反射层。接着，在阳极102a及102b上形成一空穴注入层(hole injection layer)(未绘示)，其材料可为CuPc(copper phthalocyanine)。
接下来，在上方形成有空穴注入层的阳极102a及102b上方分别形成有机发光层111a及111b。有机发光层111a可为一有机电激发光(electro-luminescence)叠层结构，且其至少包括一空穴传输层(hole transportlayer)104a、一发光层(emitting layer)106a、及一电子传输层、(electrontransport layer)108a。同样地，有机发光层111b可为一叠层结构且其至少包括一空穴传输层104b、一发光层106b、及一电子传输层108b。有机发光层111a及111b可藉由化学气相沉积或热蒸镀法形成之。再者，空穴传输层104a及104b的材料可为NPB(naphtha-phenyl benzidene)；发光层106a及106b的材料可为掺杂的Alq3(tris aluminum 8-hydroxy quinoline)；电子传输层108a及108b的材料可为Alq3。
接下来，在有机发光层111a及111b上形成电子注入层(electron injectionlayer)(未绘示)，其材料可为氟化锂(LiF)。之后，在上方形成有电子注入层的有机发光层111a及111b上方分别形成透明阴极112a及112b。透明阴极112a及112b的材料可为铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)并藉由溅射法形成之。如此一来，便可分别在第一及第二元件区10及20上方完成红色有机发光二极管116a及蓝色有机发光二极管116b的制作。
如之前所述，由于蓝光与红光的波长相差较大，因此必须使用不同厚度的透明阴极。一般而言，蓝色有机发光二极管的透明阴极厚度小于红色有机发光二极管。举例而言，蓝色有机发光二极管的透明阴极厚度在300至450埃的范围，而红色有机发光二极管的透明阴极厚度在700到800埃的范围。在本实施例中，为了避免藉由溅渡法形成透明阴极时所使用的金属掩模发生变形，于有机发光层111a及111b形成一厚度约在300至450埃的范围的透明阴极112a及112b。接着，进行本发明的关键步骤，在第一元件区10的透明阴极112a上形成一光学层114a，以补偿红色有机发光二极管116a的透明阴极112a的厚度。此处，光学层114a的厚度在150至250埃的范围。再者，光学层114a可藉由电子束沉积(E-beam deposition)、热蒸镀(thermalevaporating)、分子束外延(molecular beam epitaxy.MBE)、气相外延(vaporphase epitaxy，VPE)、及有机金属化学气相沉积(metal organic chemical vapordeposition，MOCVD)的任一种而形成之。在本实施例中，光学层114a对于可见光的透光率大于40％，。举例而言，其材料可择自于下列群族之一：AlF3、AlOxNy、BaF2、BeO、Bi2O3、BiF3、CaF2、CdSe、CdS、CdTe、CeF3、CeF3、CeO2、CsI、Gd2O3、HfO2、HoF3、Ho2O3、In2O3、LaF3、La2O3、LiF、MgF2、MgO、NaF、Na3AlF6、Na5Al3F14、Nb2O5、NdF3、Nd2O3、PbCl2、PbF2、PbTe、Pr6O11、Sb2O3、SixNy、SiOx、SnO2、Ta2O5、TeO2、TiN、TiO2、TiCl、ThF4、V2O5、WO3、YF3、Y2O3、YbF3、Yb2O3、ZnO、ZnS、ZnSe、ZrO2及其组合。再者，光学层114a的优选的折射率为不小于2。由于上述方法所需的形成温度低于70℃，因此可有效避免金属掩模发生变形。
同样地，请参照图1，其绘示出根据本发明第一实施例的具有光学补偿膜的有机发光装置剖面示意图。此装置包括：一基板100及二极管116a及116b。基板100上具有第一元件区10及一第二元件区20，其中二极管116a设置于第一元件区10上而另一二极管116b设置于第二元件区20上。二极管116a用以发出红光，其包括：一阳极102a及一相对设置的透明阴极112a、一有机发光层111a，设置于阳极102a与透明阴极112a之间、以及一光学层114a，设置于透明阴极112a上方。二极管116b用以发出蓝光，其包括：一阳极102b及一相对设置的透明阴极112b、一有机发光层111b，设置于阳极102b及透明阴极112b之间。透明阴极112a的厚度在300至450埃的范围且大体相同于透明阴极112b。
接下来，请参照图5，其绘示出红光有机发光二极管的电流密度(mA/cm2)与驱动电压(volt)的关系曲线图，其中曲线A表示透明阴极厚度约为350埃的红光有机发光二极管；曲线B表示透明阴极厚度约为350埃且光学补偿膜约为200埃的红光有机发光二极管；曲线C表示透明阴极厚度约为750埃的红光有机发光二极管。由图5所可知，利用光学层来补偿有机发光二极管的透明阴极厚度(曲线B)，电流密度可大体相同于曲线A及曲线C。
接下来，请参照图6，其绘示出红光有机发光二极管的亮度(cd/m2)与驱动电压(volt)的关系曲线图，其中曲线A表示透明阴极厚度约为350埃的红光有机发光二极管；曲线B表示透明阴极厚度约为350埃且光学补偿膜约为200埃的红光有机发光二极管；曲线C表示透明阴极厚度约为750埃的红光有机发光二极管。同样地，由图6所可知，利用光学层来补偿有机发光二极管的透明阴极厚度(曲线B)，亮度可大体相同于曲线A及曲线C。
接下来，请参照图7，其绘示出红光有机发光二极管的电流效率(cd/A)与驱动电压(volt)的关系曲线图，其中曲线A表示透明阴极厚度约为350埃的红光有机发光二极管；曲线B表示透明阴极厚度约为350埃且光学补偿膜约为200埃的红光有机发光二极管；曲线C表示透明阴极厚度约为750埃的红光有机发光二极管。由图7所可知，利用光学层来补偿有机发光二极管的透明阴极厚度(曲线B)，其电流效率高于透明阴极厚度不足的红光有机发光二极管(曲线C)且接近于曲线A。亦即，根据本发明第一实施例的有机发光装置，可防止金属掩模发生变形而提高元件可靠性。再者，相较于曲线C，可增加电流效率。
接下来，请参照图2，其绘示出根据本发明第二实施例的具有光学补偿膜的有机发光装置剖面示意图，其中相同于图1的部件使用相同的标号且省略其叙述。在第一实施例中，透明阴极112a及112b的厚度大体相同于蓝光有机二极管116b所需的透明阴极厚度，例如在300至450埃的范围。而在第二实施例中，可减少透明阴极112a及112b的厚度。接着除了在第一元件区10的透明阴极112a上形成光学层114a之外，可在第二元件区20的透明阴极112b上额外形成一光学层114b来补偿阴极厚度。需注意的是光学层114b厚度不同于光学层114a。如光学层114a般，光学层114b厚度可依据蓝光有机发光二极管116b所需的阴极厚度来做调整。再者，光学层114b对于可见光的透光率大于40％，其材料可相同或不相同于光学层114a。如此一来，同样可达到第一实施例的优点。
接下来，请参照图3，其绘示出根据本发明第三实施例的具有光学补偿膜的有机发光装置剖面示意图，其中相同于图1的部件使用相同的标号且省略其叙述。在第一实施例中，作为光学补偿膜的光学层114a形成于透明阴极112a之上，而在第三实施例中，可在形成电子注入层(未绘示)之后，在第一元件区10的有机发光层111a上方形成光学层114a。之后，再在第一元件区10的光学层114a上方形成透明阴极112a且同时在第二元件区20的形成有电子注入层的有机发光层111b上方形成透明阴极112b。如此一来，同样可达到第一实施例的优点。
最后，请参照图4，其绘示出根据本发明第四实施例的具有光学补偿膜的有机发光装置剖面示意图，其中相同于图2的部件使用相同的标号且省略其叙述。在第二实施例中，于第一及第二元件区10及20上的透明阴极112a及112b上分别形成不同厚度的光学层114a及114b，而在第四实施例中，则在形成透明阴极112a及112b之前，于形成有电子注入层(未绘示)的有机发光层111a及111b上方分别形成不同厚度的光学层114a及114b。如此一来，同样可达到第二实施例的优点。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1.一种有机发光装置，包括：
一基板，其具有第一元件区及一第二元件区，该第一元件区的发光颜色与该第二元件区的发光颜色不同；
一第一阳极及一相对设置的第一透明阴极，设置于该第一元件区上；
一第一有机发光层，设置于该第一阳极与该第一透明阴极之间；
一第一光学层，设置于该第一透明阴极上方，用于补偿该第一透明阴极的厚度；
一第二阳极及一相对设置的第二透明阴极，设置于该第二元件区上；以及
一第二有机发光层，设置于该第二阳极及该第二透明阴极之间；
其中该第一透明阴极与该第二透明阴极的厚度相同。
2.如权利要求1所述的有机发光装置，还包括一第二光学层，设置于该第二透明阴极上，其厚度不同于该第一光学层，用于补偿该第二透明阴极的厚度。
3.如权利要求2所述的有机发光装置，其中该第一及该第二光学层对于可见光的透光率大于40％且折射率不小于2。
4.一种有机发光装置的形成方法，包括下列步骤：
提供一基板，其具有一第一元件区及一第二元件区，该第一元件区的发光颜色与该第二元件区的发光颜色不同；
分别在该第一及该第二元件区上形成一阳极；
在该阳极上方形成一有机发光层；
在该有机发光层上方形成一透明阴极；以及
在该第一元件区的该透明阴极上形成一第一光学层，用于补偿该第一元件区的透明阴极的厚度。
5.如权利要求4所述的有机发光装置的形成方法，还包括在该第二元件区的该透明阴极上形成一第二光学层，其厚度不同于该第一光学层，用于补偿该第二元件区的透明阴极的厚度。
6.一种有机发光装置，包括：
一基板，其具有第一元件区及一第二元件区，该第一元件区的发光颜色与该第二元件区的发光颜色不同；
一第一阳极及一相对设置的第一透明阴极，设置于该第一元件区上；
一第一有机发光层，设置于该第一阳极与该第一透明阴极之间；
一第一光学层，设置于该第一透明阴极与该第一有机发光层之间，用于补偿该第一透明阴极的厚度；
一第二阳极及一相对设置的第二透明阴极，设置于该第二元件区上；以及
一第二有机发光层，设置于该第二阳极及该第二透明阴极之间；
其中该第一透明阴极与该第二透明阴极的厚度相同。
7.如权利要求6所述的有机发光装置，还包括一第二光学层，设置于该第二透明阴极与该第二有机发光层之间，其厚度不同于该第一光学层，用于补偿该第二透明阴极的厚度。
8.如权利要求7所述的有机发光装置，其中该第一及该第二光学层对于可见光的透光率大于40％且折射率不小于2。
9.一种有机发光装置的形成方法，包括下列步骤：
提供一基板，其具有一第一元件区及一第二元件区，该第一元件区的发光颜色与该第二元件区的发光颜色不同；
分别在该第一及该第二元件区上形成一阳极；
在该阳极上方形成一有机发光层；
在该第一元件区的该有机发光层上方形成一第一光学层；以及
在该第一元件区的该第一光学层上形成一透明阴极，且在第二元件区的该有机发光层上方形成该透明阴极，该第一光学层用于补偿该透明阴极的厚度。
10.如权利要求9所述的有机发光装置的形成方法，还包括在该第二元件区的该有机发光层与该透明阴极之间形成一第二光学层，其厚度不同于该第一光学层，用于补偿该第二元件区的透明阴极的厚度。
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