CN1674745A

CN1674745A - 有机电激发光元件及包括其的显示装置

Info

Publication number: CN1674745A
Application number: CN 200510059257
Authority: CN
Inventors: 李世昊
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AUO Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: CN100420066C

Abstract

本发明揭露一有机电激发光元件，其为一上发光式或双面发光式的有机电激发光元件。该有机电激发光元件包括一基板、一第一电极形成于该基板之上、一电激发光材料层形成于该第一电极之上、一缓冲层形成于该电激发光材料层之上，以及一第二电极形成于该缓冲层之上，其中，该缓冲层包括n型半导体化合物。

Description

有机电激发光元件及包括其的显示装置

技术领域

本发明涉及一种有机电激发光元件，特别是涉及一种上发光或双面发光的有机电激发光元件。

背景技术

近年来，随着电子产品发展技术的进步及其日益广泛的应用，像是移动电话、PDA及笔记型计算机的问市，使得与传统显示器相比具有较小体积及电力消耗特性的平面显示器的需求与日俱增，成为目前最重要的电子应用产品之一。在平面显示器当中，由于有机电激发光件具有自发光、高亮度、广视角、高应答速度及制造工艺容易等特性，使得有机电激发光件无疑的将成为下一世代平面显示器的最佳选择。

有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)为使用有机层作为有源层(active layer)的发光二极管，近年来已渐渐使用于平面面板显示器(flatpanel display)上。有机发光二极管依发光方向可区分为下发光式有机发光二极管、上发光式有机发光二极管及双面发光式有机发光二极管。

无论是上发光式或双面发光式有机发光二极管，除了阳极及电激发光材料层外，还包括有一透明阴极，以使有机发光二极管可藉由该透明阴极而由阴极侧向外发出光。该透明阴极的制备方式可为利用热蒸镀形成一厚度较薄的金属层，例如：镁、银、铝，或是利用溅射方式形成一透明的导电层，例如：铟锡氧化物(ITO)、或是铟锌氧化物(IZO)。一般来说，由于利用热蒸镀所形成的金属层其对于电激发光材料层的粘附度(adhesion)较差，且薄金属层具有较低的穿透度，因此为了得到穿透度较高的透明阴极，在工业界一般利用溅射方式来形成透明的ITO或IZO电极。

然而，在溅射形成透明导电层的过程中，由于作为载层(under layer)的电激发光材料层会受到靶材所射出的离子轰击，进而使得电激发光材料层表面氧化、变质、或使原本的平整度被破坏，因而使得透明阴极与电激发光材料层之间的异质界面的能障增加，导致载子较不易由透明阴极进入至电激发光材料层而在界面产生累积，如此一来，将导致元件操作电压的上升及元件寿命下降。

为了解决上述问题，一传统作法为形成一有机材料或是高分子材料层于该电激发光材料层之上(例如美国专利第6,402,579号所使用的CuPc(Copperphthalocyanine)及美国专利第6,420,031号所使用的MEH-PPV)，作为缓冲层。然而，上述的作法虽可防止电激发光材料层遭受到离子的轰击而劣化，但缓冲层与透明电极之间的界面仍存在着平整度不佳及不纯物干扰的问题。

此外，一般来说，一透明导电层在形成后，会经过一退火制造工艺以降低界面电阻至30Ω/方。然而，由于上发光式或双面发光式有机发光二极管的透明阴极在电激发光材料层之后才形成，为了避免伤害电激发光材料层，因此该透明阴极无法利用退火制造工艺来降低面电阻，故面电阻一般约在100Ω/方附近，如此高的面电阻将大幅增加元件所需操作电压，造成元件发光效率降低。

因此，发展出全新的上发光式或双面发光式有机电激发光元件结构与制造工艺，以解决以上所述问题，是目前有机电激发光二极管制造工艺技术上亟需研究的重点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种有机电激发光元件，其具有一由n型半导体化合物所组成的缓冲层。该n型半导体化合物缓冲层具有传递电子的能力，也具有极足够的刚性，可有效阻挡透明阴极溅射制造工艺的离子轰击，除了可保护电激发光材料层不受伤害外，亦可维持缓冲层与透明阴极界面的平整。

本发明的另一目的为提供一种有机电激发光元件，其具有一低面电阻的透明阴极结构，可有效解决面板共享源极端(透明阴极端)的跨压过大的问题。

本发明的又一目的为提供一种显示装置，包括本发明所述的有机电激发光元件。

为获致上述的目的，本发明所述的有机电激发光元件，至少包括一基板，且一阳极、一电激发光材料层、一缓冲层及一透明阴极依序形成于该基板之上。其中，该缓冲层包括n型半导体化合物。

此外，根据本发明一优选实施例，该有机电激发光元件的透明阴极，依序由一透明导电层、一金属层及一保护层，所构成。

根据本发明所述的有机电激发光元件，其中基板可为透明或是不透明基板。该有机电激发光元件可为一上部发光(top-emission)元件，亦可为一两面发光型元件。

再者，本发明所述的显示装置，包括一符合本发明所述的有机电激发光元件，以及一电源供应单元，其中，该电源供应单元耦接至有机电激发光元件，用以供电至该全彩化有源式有机电激发光元件。

为使本发明的上述目的、特征能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。

附图说明

图1为显示本发明所述的有机电激发光元件一优选实施例的剖面结构示意图。

图2为显示本发明所述的有机电激发光元件另一优选实施例的剖面结构示意图。

图3为显示本发明所述的有机电激发光元件又一优选实施例的剖面结构示意图。

图4为显示本发明所述的透明阴极其金属层20b的厚度与透明阴极面的关系图。

图5为显示本发明所述的透明阴极其金属层20b的厚度与透明阴极透光率的关系图。

图6为显示本发明实施例1所述的有机电激发光元其剖面结构示意图。

图7为显示本发明实施例2所述的有机电激发光元其剖面结构示意图。

图8为显示本发明比较实施例1所述的有机电激发光元其剖面结构示意图。

图9为显示本发明所述的有机电激发光元件实施例1、实施例2、及比较实施例1的操作电压与电流密度的关系图。

图10为显示本发明所述的有机电激发光元件实施例1、实施例2、及比较实施例1的操作电压与亮度的关系图。

图11为显示本发明所述的有机电激发光元件实施例1、实施例2、及比较实施例1的操作电压与光色(cie-x)的关系图。

图12为显示本发明所述的有机电激发光元件实施例1、实施例2、及比较实施例1的操作电压与光色(cie-y)的关系图。

图13为显示本发明所述的有机电激发光元件实施例1、实施例2及比较实施例1的操作电压与与发光效率的关系图。

简单符号说明

10～有机电激发光元件； 12～基板；

14～阳极； 16～电激发光材料层；

16a～发光层； 16b～空穴注入层；

16c～空穴传输层； 16d～电子传输层；

16e～电子注入层； 17～薄导电层；

18～缓冲层； 20～透明阴极；

20a～透明导电层； 20b～金属层；

20～保护层； 100～有机电激发光元件；

110～基板； 120～反射层；

130～阳极； 140～电激发光材料层；

141～空穴注入层； 142～空穴传输层；

143～发光层； 144～电子传输层；

145～电子注入层； 150～薄导电层；

160～缓冲层； 170～透明导电层；

180～复合阴极结构； 181～透明导电层；

182～金属层；以及 183～保护层。

具体实施方式

本发明所述的有机电激发光元件，其特点在于其具有一由n型半导体化合物所构成的缓冲层，且该缓冲层形成于电激发光材料层与透明阴极之间。本发明所述的有机电激发光装置，其至少包括基板、阳极、电激发光材料层、n型半导体化合物缓冲层、及透明阴极。

以下，显示符合本发明所述的有机电激发光元件的一优选实施例，兹配合附图详细说明如下：

请参照图1，该有机电激发光元件10包括一基板12，例如：玻璃、陶瓷、塑料基板或是半导体基板。该基板可视需要加以选用，亦即若欲形成一上发光式(top-emission)有机电激发光元件，则该基板可为一不透明基板：此外，若欲形成一两面发光式有机电激发光元件，则该基板可为一透明基板。

接着，形成一阳极14于该基板12的上表面。该阳极可为透明电极、金属电极或是复合电极，其材料可例如为可择自于由锂、镁、钙、铝、银、铟、金、钨、镍、铂、上述元素所形成的合金、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)、氧化锌(ZnO)或其结合，而其形成方式可为热蒸镀、溅射或等离子体强化式化学气相沉积方式。在本发明一优选实施例中，在该阳极14与该基板12之间可还包括一反射层。

接着，形成一电激发光材料层16于该阳极14之上。该电激发光材料层16至少包括一发光层16a(light emitting layer)，且更可包括一空穴注入层16b、一空穴传输层16c、一电子传输层16d、及一电子注入层16e，仍请参照图1。该电激发光材料层16的各膜层可分别为小分子有机电激发光材料或高分子有机电激发光材料，若为小分子有机发光二极管材料，可利用真空蒸镀方式形成有机发光二极管材料层；若为高分子有机发光二极管材料，则可使用旋转涂布、喷墨或网版印刷等方式形成有机发光二极管材料层。此外，该发光层16a可包括一有机电激发光材料及一掺杂物(dopant)，本领域技术人员可视所使用的有机电激发光材料及所需的元件特性而改变所搭配的掺杂物的掺杂量。因此，掺杂物的掺杂量的多寡非关本发明的特征，非为限制本发明范围的依据。该掺杂物可为能量转移(energy transfer)型掺杂材料或是载体捕集(carrier trapping)型掺杂材料，且该掺杂物有助于抑制该有机电激发光材料的浓度消光现象，并使元件获致高效率及高亮度。该有机电激发光材料可为荧光(fluorescence)发光材料。而在本发明的某些优选实施例中，该有机电激发光材料亦可为磷光(phosphorescence)发光材料。

接着，一缓冲层18形成于该电激发光材料层16之上，其中该缓冲层包括n型半导体化合物，该n型半导体化合物为宽能隙半导体，厚度介于10～2000之间，优选介于50～1500，且其能隙大于1.0eV，可例如为富勒烯(fullerene)化合物。此外根据本发明一优选实施例，为促使载子易由n型半导体化合物缓冲层进入电激发光材料层，该有机电激发光元件可还包括一导电层17形成于该n型半导体化合物缓冲层18及该电激发光材料层16之间，该薄导电层17可例如为一厚度介于10～500的金属层，例如铝金属层，请参照图2。

最后，形成一透明阴极20于该缓冲层18之上，值得注意的是，该透明阴极20紧邻着该缓冲层18。在此，该透明阴极20可单纯为一透明导电层，该透明导电层包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)、氧化锌(ZnO)、镓化氮、镓化铟氮、硫化镉、硫化锌、镉化硒、或是硒化锌。

此外，为进一步将透明阴极20的面电阻降低至30Ω/方以下，根据本发明的一优选实施例，该透明阴极20可具有一复合膜层结构，由下到上依序由一透明导电层20a、一金属层20b及一保护层20c所构成，请参照图3。其中该透明导电层20a可包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)、氧化锌(ZnO)、镓化氮、镓化铟氮、硫化镉、硫化锌、镉化硒、或是硒化锌；该保护层20c的主要功用在于保护该金属层20b不受外在环境中的水气或氧气影响而氧化，该保謢层20c的材料可为透明电极、导电高分子、或是宽能隙半导体，例如：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)、氧化锌(ZnO)、镓化氮、镓化铟氮、硫化镉、硫化锌、镉化硒、硒化锌、聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩。为有效降低该透明阴极20的面电阻，该金属层20b的材料优选为导电率大于10⁵cm^-1Ω^-1的金属，例如为银。此外，请参照图4及图5，分别显示该金属层20b在不同厚度下对于该透明阴极20的面电阻及透光率的关系，由图中可知，该金属层20b的厚度优选介于20～50之间。

以下藉由实施例1、实施例2及比较实施例1来说明本发明所述的有机电激发光元件的各层实际组成及本发明的优点所在。

电激发光材料层16于该阳极14之上。该电激发光材料层16至少包括一发光层16a(light emitting layer)，且还可包括一空穴传输层16b、一空穴注入层16c、一电子传输层16d、及一电子注入层16e。

实施例1

请参照图6，该有机电激发光元件100为一上发光式元件，而该基板110为一玻璃基板。该基板110上为一反射层120，其材料为钛，厚度为500。而该阳极130为ITO透明电极，厚度为750；该电激发光材料层140由下往上依序包括一空穴注入层141、空穴传输层142、发光层143、电子传输层144、及电子注入层145。该空穴注入层141的材料为CuPc(Copperphthalocyanine)，厚度为200；该空穴传输层142的材料为NPB(N，N′-di-1-naphthyl-N，N′-diphenyl-1，1′-biphenyl-1，1′-biphenyl-4，4′-diamine)，厚度为400；该发光层143的厚度为300，以Alq₃(tris(8-hydroxyquinoline)aluminume)及NPB(1∶1)作为有机电激发光材料，并以C545T(10-(2-Benzothiazolyl)-2，3，6，7-tetrahydro-1，1，7，7-tetramethyl-1H，5H，11H-(1)-benzopyropyrano(6，7-8-i，j)quinolizin-11-one)作为掺质物，C545T的掺杂量为1.1％wt，以该有机电激发光材料的总重量为基准；该电子传输层144的材料为Alq₃，厚度为400；该电子注入层145的材料为氟化锂(lithiumfluoride)，而厚度为10。该缓冲层160的材料为包括富勒烯(fullerene)，厚度为50。其中，在该电激发光材料层140及缓冲层160之间还包括一薄导电层150，而该导电层150的材料为铝，厚度为20。该透明阴极为一透明导电层170，其材料为IZO电极，厚度为800。该有机电激发光元件的结构可表示为：

Ti 500/ITO 750/CuPc 200/NPB 400/(Alq₃∶NPB＝1∶1)∶C545T1.1％300/Alq₃ 400/LiF 10/Al 20/fullerene 50/IZO 800

该有机电激发光元件的性能测试结果如表1所示。

表1：实施例1有机电激发光元件的光电特性

光电特性
光电特性						电压(V)	电流密度(mA/cm²)	亮度(cd/m²)	CIE坐标-X轴	CIE坐标-Y轴	发光波长(nm)
1	0	0	0	0	0	电压(V)	电流密度(mA/cm²)	亮度(cd/m²)	CIE坐标-X轴	CIE坐标-Y轴	发光波长(nm)
1	0	0	0	0	0	2	0	0	0	0	0
3	0.04	0	0	0	0	2	0	0	0	0	0
3	0.04	0	0	0	0	4	0.51	24.59	0.252	0.675	520
5	2.66	137.4	0.251	0.675	520	4	0.51	24.59	0.252	0.675	520
5	2.66	137.4	0.251	0.675	520	6	9.96	516.3	0.251	0.675	520
7	31.98	1586	0.25	0.673	520	6	9.96	516.3	0.251	0.675	520
7	31.98	1586	0.25	0.673	520	8	87.78	4277	0.25	0.672	520

实施例2

请参照图7，实施例2所述的有机电激发光元件100除了透明阴极部份以一复合阴极结构180取代透明导电层170外，其余各膜层的组成皆与实施例1相同。该复合阴极结构180由下到上依序为一透明导电层181、一金属层182、及一保护层183。该透明导电层181的材料为IZO，厚度为400；该金属层182的材料为银，厚度为20；该保护层183的材料为IZO，厚度为400。该有机电激发光元件的结构可表示为：

Ti 500/ITO 750/CuPc 200/NPB 400/(Alq₃∶NPB＝1∶1)∶C545T1.1％300/Alq₃ 400/LiF 10/Al 20/fullerene 50/IZO 400/Ag 20/IZO 400

该有机电激发光元件的性能测试结果如表2所示。

表2：实施例2有机电激发光元件的光电特性测试结果

光电特性
光电特性						电压(V)	电流密度(mA/cm²)	亮度(cd/m²)	CIE坐标-X轴	CIE坐标-Y轴	发光波长(nm)
1	0	0	0	0	0	电压(V)	电流密度(mA/cm²)	亮度(cd/m²)	CIE坐标-X轴	CIE坐标-Y轴	发光波长(nm)
1	0	0	0	0	0	2	0	0	0	0	0
3	0.07	0	0	0	0	2	0	0	0	0	0
3	0.07	0	0	0	0	4	1.11	50.1	0.301	0.656	524
5	6.34	298.4	0.3	0.658	524	4	1.11	50.1	0.301	0.656	524
5	6.34	298.4	0.3	0.658	524	6	23.99	1124	0.299	0.658	524
7	72.05	3278	0.298	0.657	524	6	23.99	1124	0.299	0.658	524
7	72.05	3278	0.298	0.657	524	8	187.91	8638	0.298	0.657	524

比较实施例1

比较实施例1所述的有机电激发光元件结构为去除实施例1所述的缓冲层160，请参照图8。该有机电激发光元件的结构表示为：

Ti 500/ITO 750/CuPc 200/NPB 400/(Alq₃∶NPB＝1∶1)∶C545T1.1％300/Alq₃ 400/LiF 10/Al 20/IZO 800

该有机电激发光元件的性能测试结果如表3所示。

表3：比较实施例1有机电激发光元件的光电特性测试

光电特性
光电特性						电压(V)	电流密度(mA/cm²)	亮度(cd/m²)	CIE坐标-X轴	CIE坐标-Y轴	发光波长(nm)
1	0	0	0	0	0	电压(V)	电流密度(mA/cm²)	亮度(cd/m²)	CIE坐标-X轴	CIE坐标-Y轴	发光波长(nm)
1	0	0	0	0	0	2	0	0	0	0	0
3	0	0	0	0	0	2	0	0	0	0	0
3	0	0	0	0	0	4	0.05	0	0	0	0
5	0.39	18.92	0.312	0.649	528	4	0.05	0	0	0	0
5	0.39	18.92	0.312	0.649	528	6	1.83	91.12	0.310	0.654	528
7	6.3	310	0.309	0.655	528	6	1.83	91.12	0.310	0.654	528
7	6.3	310	0.309	0.655	528	8	16.79	790.2	0.308	0.655	528
9	36.29	1572	0.307	0.655	528	8	16.79	790.2	0.308	0.655	528

图9至图13为实施例1、实施例2、及比较实施例1的元件特性关系图，说明本发明所述的有机电激发光元件与现有技术的差异性。图9为显示电压与电流密度的关系图；图10为显示操作电压与亮度的关系图；图11为显操作电压与光色(cie-x)的关系图；图12为显示操作电压与光色(cie-y)的关系图；而图13为显示电压与发光效率的关系图。

由图9、图10及表4可看出，本发明所述的有机电激发光元件(实施例1及2)与现有有机电激发光元件(比较实施例1及2)相比，在相同亮度下具有较低的元件驱动电压及优选的元件效率。其原因在于本发明在进行IZO的溅射制造工艺前，预先形成一n型半导体化合物层，作为溅射缓冲层，防止电激发光材料层140或是薄导电层150遭受离子轰击所导致的劣化或侵蚀的现象。此外，如本发明实施例2所述的有机电激发光元件，本发明所述的阴极电极除了具有一透明导电层外，还可包括一层薄的良导电金属层及一保护层，可使得该透明阴极的面电阻降低30Ω/方以下。如此一来，可大幅降低有机电激发光元件的操作电压，提升元件效率。

表4

在亮度为2000nits的条件下
在亮度为2000nits的条件下						电压(v)	效率(cd/A)	功率(1m/w)	CIE坐标
实施例1	7.2	4.9	2.2	(0.3，0.65)		电压(v)	效率(cd/A)	功率(1m/w)	CIE坐标
实施例1	7.2	4.9	2.2	(0.3，0.65)	实施例2	6.5	4.6	2.3	(0.25，0.67)
比较实施例1	9.3	4.1	1.5	(0.3，0.65)	实施例2	6.5	4.6	2.3	(0.25，0.67)

综上所述，本发明揭露的双混合层结构的有机电激发光元件，具有较低的操作电压、及优选的发光效率，可用来取代传统上发光式或双面发光式的有机电激发光元件，且可更进一步解决传统上发光式或双面发光式有机电激发光元件其透明阴极面电阻过高的问题。

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

1.一种有机电激发光元件，包括：

一基板；

一第一电极，形成于该基板之上；

一电激发光材料层，形成于该第一电极之上；

一缓冲层，形成于该电激发光材料层之上，其中该缓冲层包括n型半导体化合物；以及

一第二电极，形成于该缓冲层之上。

2.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该第二电极紧邻该缓冲层。

3.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该缓冲层的厚度介于10～2000的范围内。

4.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该第一电极的材料为一金属电极或透明电极。

5.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该基板为玻璃基板、陶瓷基板、塑料基板或半导体基板。

6.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该电激发光材料层包括空穴传输层、发光层、及电子传输层。

7.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该电激发光材料层为小分子有机电激发光材料或高分子有机电激发光材料。

8.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该缓冲层包括富勒烯(fullerene)化合物。

9.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该n型半导体化合物为宽能隙半导体，且其能隙大于1.0eV。

10.如权利要求1所述的有机电激发光元件，还包括一导电层形成于该电激发光材料层与该缓冲层之间。

11.如权利要求10所述的有机电激发光元件，其中该导电层的厚度介于10～500的范围内。

12.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该第二电极为一透明导电层，该透明导电层包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)、氧化锌(ZnO)、镓化氮、镓化铟氮、硫化镉、硫化锌、镉化硒、或是硒化锌。

13.如权利要求1所述的有机电激发光元件，其中该第二电极包括：

一透明导电层，形成于该缓冲层之上；

一金属层，形成于该第一透明导电层之上；以及

一保护层，形成于该金属层之上。

14.如权利要求13所述的有机电激发光元件，其中该透明导电层包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)、氧化锌(ZnO)、镓化氮、镓化铟氮、硫化镉、硫化锌、镉化硒、或是硒化锌。

15.如权利要求13所述的有机电激发光元件，其中该保护层的材料为透明电极、导电高分子、或是宽能隙半导体。

16.如权利要求13所述的有机电激发光元件，其中该保护层包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌铝氧化物(AZO)、氧化锌(ZnO)、镓化氮、镓化铟氮、硫化镉、硫化锌、镉化硒、或是硒化锌。

17.如权利要求13所述的有机电激发光元件，其中该保护层包括聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩。

18.如权利要求13所述的有机电激发光元件，其中该金属层的厚度介于10～500的范围内。

19.如权利要求13所述的有机电激发光元件，其中该金属层的导电率大于10⁵cm^-1Ω^-1。

20.如权利要求13所述的有机电激发光元件，其中该金属层的材料为银。

21.如权利要求13所述的有机电激发光元件，其中该第二电极层的面电阻低于30Ω/方。

22.一种显示装置，包括：

一有机电激发光元件，以及

一电源供应单元，耦接至有机电激发光元件，用以供电至该全彩化有源式有机电激发光元件，

其中，该有机电激发光元件包括：

一基板；

一第一电极形成于该基板之上；

一电激发光材料层形成于该第一电极之上；

一缓冲层形成于该电激发光材料层之上，其中该缓冲层包括n型半导体化合物；以及

一第二电极形成于该缓冲层之上。