CN1228618A

CN1228618A - 全彩色有机发光二极管及其制造方法

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Publication number: CN1228618A
Application number: CN98100720.1A
Authority: CN
Inventors: 陈兴
Original assignee: Individual
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 1999-09-15
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: CN1094657C

Abstract

一种全彩色有机发光二极管及其制造方法,以近紫外光有机发光二极管为基础,将发光二极管表面设有一层荧光层,利用近紫外光有机发光二极管,产生紫外光并激发其表面的荧光层,以产生各色的荧光;其制造方法是,在紫外光有机发光二极管元件的透明基板面上,直接涂覆一层红色、绿色、蓝色荧光层,之后再涂上保护层。其具有高亮度、低电流、省电的优点。

Description

全彩色有机发光二极管及其制造方法

本发明涉及一种用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件，该器件的光学操作是通过改变器件的介质的光学性质来修改的以及用于上述操作的工艺，特别是涉及一种全彩色有机发光二极管及其制造方法。

有机发光二极管(ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE)简称OLED，这也被称有机EL或OLE或有机电致发光，也有人称作有机电激发光等。

有机EL元件是直流驱动的一种发光元件，其基本结构是由两电极中夹置一发光层所组成，当元件加上偏压时，电洞与电子分别从正、负极发射，越过个别的能级后在发光层相遇而形成激子(EXCITON)，激子以辐射的方式由激发状态衰退回基态而放出光来。此类元件所发出的光色与所使用的发光体相关，当发光体的能级(能隙)较大时，所制成的元件发出蓝光或紫外光；反之若发光体的能级较低，则元件将发出红光。由于发光元件必须发出光，所以至少有一方的电极需使用透明电极如ITO材料等。

有机EL拥有低的能耗，自行发光可发出各色光，亮度可达6000cd/m²以上及视角广(达160°)、反应速度快(微秒us)，是液晶的100倍以上，制造程序较LCD来得容易，且其元件总厚度只有2mm左右；而早期存在寿命不长的问题，现今技术已能克服，并可长达2万小时，故具有商品化开发价值，因此被喻为可与液晶技术一争天下的产品。

全彩化是有机EL业的梦想，希望能早日贡献人类，它将比LCD更具有商品竞争力的产品，可自行发光，不须背光源，即省电又薄，且制造程序简单。

目前全彩色有机发光二极管(OLED)的技术有以下三种：

1、以白色有机发光二极管为基础，使有机EL产生白色光并于其表面加滤光层，以便产生R、G、B三颜色。

2、以蓝色光有机发光二极管为基础，于其表面加上一波长变换层，使其中一蓝色光转变成红光，另一色是将蓝光转变成绿光，最终形成R、G、B三颜色，如柯达公司美国专利第5294870号中所述，正是此种方法的运用。

3、以各有色光为基础，直接以R、G、B三颜色的有机发光二极管形成全彩化的装置，如台湾专利公告第318966及294842号二案，即采用这种结构。此种结构就理论而言是最理想的方法，但以目前有机发光二极管除了蓝光较佳外，红色及绿色波长目前尚无法做到纯绿或纯红色；而要将各色有机EL制成一起，其制造程序复杂，故才有前述第二项以蓝光为基础形成R、G、B三颜色的结构出现。

上述第一种方法于表面加滤光层会使发光亮度减少，故发光效率较差；

而第二种方法，是利用蓝光激发红色或绿色萤光物质。首先将产生混合光色如蓝红、蓝绿等颜色，最后还是须要加上一层滤光层，以便将蓝光滤除；但此举亦会使发光亮度减少及成本提高，造成制造程序复杂等缺点；

第三种方法，则存在制造程序复杂，成本高，各色亮度不均等缺点。

本发明的主要目的，在于提供一种全彩色有机发光二极管及其制造方法，以使其所使用的技术及方法和前述三者有所不同，主要是以近紫外光为基础，将有机发光二极管制造成发出近紫外光，其波长约为380-400nm间，并于其表面涂上一层萤光层(波长变换层)，利用紫外光发光二极管(UVOEL)产生紫外光，并直接激发在其表面的萤光层，使其发出萤光；如此，用哪一色萤光层(如红色)就激发那一色(红色)光谱，用R、G、B三色萤光层就激发R、G、B三色光。

此外，本发明全彩色有机发光二极管，主要是以近紫外光有机发光二极管为基础，波长约为380-400nm左右，并在其元件表面涂覆一层萤光层(波长变换层)，直接以紫外光激发萤光层，使其产生各色光，如用红色萤光体则产生红色光，用蓝色萤光体则产生蓝色光，用红、蓝、绿三颜色萤光体混合，则产生三色波长混合而成的白色光谱。

在制造本发明时，基板每一发光点都是同一种紫外光发光材料，其优点为制造程序简单，亮度均一，良率高，驱动电压相同且控制容易；而R、G、B三色萤光体只要印在玻璃基板即可。另，本发明可分前段制造程序(紫外光有机E.L)与后段制造程序(萤光层)，两者结构可分别制造完成后，再组装结合在一起，更不须加入滤光层。而用近紫外光激发萤光层的方式，其优点为不易老化衰减，其寿命更可长达2万小时以上。

本发明全彩色有机发光二极管的技术内容如下所述：

一种全彩色有机发光二极管，其是以可发射紫外光的有机发光材料制成紫外光有机发光二极管，以该紫外光有机发光二极管为基础，并于紫外光发射面上设有一层萤光层，利用紫外光激发其表面的萤光层，而产生各种颜色的可见光；此外，再将紫外光有机发光二极管制成阵列状的多数个发光点，并于各发光点的表面上分别设有一层红色、绿色、及蓝色三种颜色的萤光层，利用紫外光激发各色萤光层产生红色、绿色、蓝色光而形成全彩色有机发光二极管阵列。

本发明的上述目的，还可以通过以下技术措施来进一步实现：

上述的紫外光有机发光二极管产生紫外光波长为400nm以下。各色萤光层点的周围加上一层以增强色彩及亮度对比的黑色油墨框。上述的发光面最外层玻璃，可阻绝400nm以下紫外光波长，以避免外界紫外光进入而激发该萤光管，该发光面的最外层玻璃或透明材料，可隔离400nm以下的紫外光线，以避免外界的紫外光直接进入表面玻璃层，进而激发该萤光层发出萤光。上述的萤光层是涂覆于透明基板面上之后，再以一块表面玻璃予以胶合密封，以做为保护层，该萤光层及黑色油墨框，可先印制于表面玻璃基板上，再与紫外光有机发光二极管元件，正确对位密封胶合。

为实现上述目的，本发明的紫外光有机发光二极管的制造方法的技术内容如下所述：

本发明全彩色有机发光二极管的制造方法，是在已制成完整的紫外光有机发光二极管元件的透明基板面上，直接涂覆一层红色、绿色、蓝色萤光层，之后再涂上保护层，并利用紫外光发光二极管产生紫外光，激发透明基板上的萤光层，使其产生红色、绿色、及蓝色光。

本发明全彩色有机发光二极管及其制造方法的详细构造及其特征，兹举一较佳实施例并配合附图详述如下：

图1为紫外光有机发光材料PTOPT及PBD的分子结构式示意图。

图2为紫外光有机发光二极管结构示意图。

图3为紫外光有机发光二极管发光的光波谱图。

图4为本发明以紫外光有机发光二极管转变为可见光的基本结构示意图。

图5为本发明全彩色有机发光二极管的结构示意图。

图6为本发明全彩色有机发光二极管的俯视透视图。

图7为本发明全彩色有机发光二极管的横切面结构示意图。

图8为本发明全彩色有机发光二极管的纵切凸面结构示意图。

图9为本发明全彩色有机发光二极管结构立体剖面图。

图10为本发明全彩色有机发光二极管第二实施例的横切面结构示意图。

图11为本发明全彩色有机发光二极管第二实施例的纵切面结构示意图。

图12为本发明全彩色有机发光二极管第二实施例的结构示意图。

图13为本发明全彩色有机发光二极管第三实施例的结构示意图(a)。

图14为本发明全彩色有机发光二极管第三实施例的结构示意图(b)。

图15为本发明全彩色有机发光二极管第三实施例的结构示意图(c)。

紫外光有机发光二极管(ULTRAVIOLE ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE)简称UVO或UVOLED；紫外光有机EL已被开发出来，其主要结构如图2所示，其结构是以PBD32来做为电子输送层，而以PTOPT和PBO混合形成发光层31；其制造程序为先于玻璃基板制造透明导电薄电极2后再做发光层31，之后再做电子输送层32，最后做金属电极4。在透明电极2及金属电极4加一直流电压时，就会产生波长为394mm紫外光，如图3所示。因此，只要改变有机发光材料的组成物即可形成380-400nm的近紫外光波长的有机发光二极管。

萤光材料采用无机萤光材料如ZnS等，及有机萤光材料，本实施例是采用无机萤光材料，因无机萤光材料要选用被380-400nm所激发并能发射出可见光如较易寻找且稳定性较高的红、蓝、绿等光；无机萤光材料亦有多种，如蓝色萤光物可选用Ba，Mg，Eu)Al₁₄O₁₉，波长为454nm；绿色萤光物可选用SrAl₂O₄；Eu，Mg或MgAl₁₁O₁₉(Ce，Tb)波长为525nm；红色萤光物可选用(Y₂O₂S：Eu)，波长为630nm；其中以氧化物较稳定，在380-400nm的近紫外光激发，其寿命可达5万小时以上。另有硫化物及氯化物这两种萤光材料较怕潮，只要有良好的防潮处理，寿命亦可达到数万小时。

参阅图4，在金属电极4与透明电极2间加一直流电压即可产生紫外光并穿透透明电极2及保护层5，直接激发在保护层里面的萤光层6，使萤光层6吸收较短紫光波长并经材料能级的转换而发射出可见光波长；若萤光层采用红色发光材料则会发出红色光，采用绿色光萤光体则产生绿光，图示中箭头方向代表光发射方向。

图5中，是将有机发光体3和金属电极4及透明电极2和萤光层6切割分开形成三个独立发光点，其中萤光层6分别选用红6R、蓝6B、绿6G三种不同色的萤光层，使三个紫外光发光二极管激发不同颜色的萤光体，以产生红、蓝、绿三种颜色。

图5所示的制造程序，是先将玻璃基板10涂印黑框7及红、蓝、绿三色萤光层6，此部分若发光点较大时则可用纲印方式；若发光点较小时，则必须采用光罩作业处理，此部分技术和目前的液晶彩色滤光片的作法有点类似。在完成R、G、B三颜色萤光层之后，必须再涂上一层透明保护层5以保护萤光层6，之后再镀上一ITO透明电极2，并利用蚀刻技术将不要的透明电极图案予以清除，之后镀上紫外光有机发光层3之后再镀上金属电极4，并利用蚀刻技术，将不要的有机发光体及金属电极清除，最后再加上、下玻璃10、11封装成型，即形成具有R、G、B三颜色的全彩色有机发光二极管。

请参阅图6至图8，本实施例中，有机发光层3采用平面式，和图5的点矩阵式有些不同，其是同样地在金属电极4与透明电极2之间加一电压在该电极区域的有机发光体，即可产生紫外光源，并透过透明电极2及保护层5而激发萤光层6，以产生R、G、B三色光源。如果将此结构扩大成许多点，则可形成全彩色的显示幕。

参阅图9，图中箭头的方向代表发光的方向，其制造程序是，玻璃基材10表面涂覆上萤光层6及黑色油墨框7，该黑色油墨框7主要是为增强黑白对比，并加上保护层5后再镀上ITO透明电极2并蚀刻电极图案后，再涂覆上紫外光有机发光层3，最后再涂覆金属电极4并蚀刻电极图案后再用下玻璃11封装成型。

图10及图11为本发明全彩色有机发光二极管的第二实施例，其中有机发光层3采用点矩阵方式，此种方式与图7及图8所采用的单面式有机发光层有所不同，点矩阵的发光亮度会比平面式发光亮度稍亮些，但制造程序较复杂，其制造程序已在图5中有所说明。

将有机EL发光区做成点矩阵列状，使每一单点个别发光，如图10、11、12发光层3所示，此种结构设计将较面状有机EL的亮度亮，因有机EL的发光区都在界面层，一般从界面层产生光后还要透过几层的有机EL材料，才能使光射出来，而此种有机材料将吸收部分的光，而使光亮度变得较暗，本发明另一方法，是将有机EL发光区做成点矩阵状，由单一点发光，就发光效率而言在同一单位面积(电极面积大小一样)下，单点有机EL的发光亮点要比面状的有机EL的亮度还亮，而本发明可将金属电极加宽以增强光的反射效果，并在单点与单点之间(或单点的周围)加一具有光反射及绝缘层8(如图12所示)，则亮度会更加提升，此种做法在有机EL方法中乃是首创。

其中，绝缘反射层可为白色涂料或其它能反射近紫外光波长材料，又具有绝缘效果的材料皆可用；绝缘反射层亦可采用绝缘隔离层，目的在隔离点与点的光源避免光扩散和重叠，不论采用绝缘隔离层或绝缘反射层，其制造程序一样，只是材料的选择不同，绝缘隔离层材料可选黑色油墨等材料。

本发明全彩色有机发光二极管第三实施例是采用已制造完成的紫外光有极发光二极管，如图13，为本发明第三实施例(结构a)，先将萤光层6的图案印制于表面玻璃12之上，之后再用封胶胶合于事先已完成的紫外光有机EL元件上。这样制造程序简单，可分前段制造程序，即将玻璃与萤光层结合一起，而后段为紫外光有机发光二极管的制造程序，最后，只要将两者结合在一起即可。此种方法在制造时方便，因前段与后段的投资设备及薄膜层的制造有点不同，故先分开制造后再结合完成。

图14为本发明全彩色有机发光二极管第三实施例(结构b所示)，在紫外光发光二极管的玻璃10表面上，印制萤光层6后再涂上保护层5，这样，以紫外光有机发光二极管元件来激发表面萤光物质，使其产生R、G、B三种颜色的结构。

图15为本发明全彩色有机发光二极管第三实施例的第三种结构(结构c)，是在已完成紫外光有机发光二极管元件的玻璃表面上，印制萤光层6及黑色油墨7之后再加一块表面玻璃12，胶合做为保护层。

如图13、14及15，均为本发明全彩色有机发光二极管第三实施例，其中的三种结构都是已制造完成的紫外光发光二极管装置，产生紫外光，之后再于其表面发光的相对位置设置萤光层，使产光的紫外光能直接激发萤光层，并产生R、G、B等全彩色的装置。

萤光层的涂覆方式有很多，在本实施例三中如图13、14及15的构造可采用纲印方式，一般电脑显示器(PDP)或CRT也都采用此种方式。目前运用纲印技术所形成的点对点的距离已可达到0.22mm的品质(一般电脑显示器点距为0.27mm左右，高解析度显示器的点距为0.25mm)，由于纲印方式设备投资少，且能快速生产，故以此种技术应用在有机EL显示器上，则更加节省成本。

另，在一般室内或室外照明光可能含有400nm以下紫外光线，有可能室内紫外光线直接进入本发明的表面透明材料或透明玻璃，进而激发萤光层产生萤光。为了避免此种情况发生，其中的透明玻璃则采用可阻隔400nm波长以下的材料，或镀薄膜处理，以防止紫外光线的影响。

近来，日本光兴公司(IDEMITSUKOSAN)采用美国柯达公司第5294870号专利技术，开发出全彩色显示器，其厚度只有2mm，引起世人的注意，但其美中不足的是亮度不足，因其中必须加上滤光层的影响。

而本发明与上述美国第5294870号专利的不同点为：

1、使用的光源不同，本发明使用紫外光有机发光二极管，而上述美国专利案使用蓝色光有机发光二极管。

2、在萤光层方面，本发明紫外光激发不同萤光层，产生红、绿、蓝三颜色；而上述美国专利案则须在红色及绿色方面，需加上一层滤光层将蓝光滤除，以获得红色光及绿色光。

3、本发明在萤光层的点与点之间加上一黑色油墨框以加强光色的对比，而上述美国专利案则无此装置。

4、本发明萤光层可设置于紫外光有机发光二极管元件的玻璃外表面，之后再以封胶保护，而其它全彩色有机发光二极管的结构，则无此设计。

5、本发明在发光面最外层的透明玻璃，可防止400nm以下的紫外光进入发光面，而避免外来光源激发萤光层的现有产品，则无此类的设计。

综上所述，本发明全彩色有机发光二极管及其制造方法，是利用可发出紫外光的有机发光材料为基础，制造成紫外光发光二极管；之后再于其表面加上一层萤光层使其能以紫外光激发萤光层，进而产生R、G、B三颜色的创新设计。此种方式，将是所有全彩色有机发光二极管制造方法中，其制造程序最简单，且不需加上滤光片，是最佳的结构，实为显示器界的一大创举！

上述详细说明是有关本发明的一可行实施例的具体说明，凡未脱离本发明精神所为的等效实施或变更，均应属于本发明的技术内容范围。

Claims

1、一种全彩色有机发光二极管，其特征在于，其是以可发射紫外光的有机发光材料制成紫外光有机发光二极管，以该紫外光有机发光二极管为基础，并于紫外光发射面上设有一层萤光层，利用紫外光激发其表面的萤光层，而产生各种颜色的可见光；

此外，再将紫外光有机发光二极管制成阵列状的多数个发光点，并于各发光点的表面上分别设有一层红色、绿色、及蓝色三种颜色的萤光层，利用紫外光激发各色萤光层产生红色、绿色、蓝色光而形成全彩色有机发光二极管阵列。

2、根据权利要求1所述的全彩色有机发光二极管，其特征在于，所述的紫外光有机发光二极管产生紫外光波长为400nm以下。

3、根据权利要求1所述的全彩色有机发光二极管，其特征在于，所述的各色萤光层点的周围加上一层以增强色彩及亮度对比的黑色油墨框。

4、根据权利要求1所述的全彩色有机发光二极管，其特征在于，所述的发光面最外层玻璃，可阻绝400nm以下紫外光波长，以避免外界紫外光进入而激发该萤光管。

5、根据权利要求4所述的全彩色有机发光二极管，其特征在于，所述的萤光层是涂覆于透明基板面上之后，再以一块表面玻璃予以胶合密封，以做为保护层。

6、根据权利要求4所述的全彩色有机发光二极管，其特征在于，所述的萤光层及黑色油墨框，可先印制于表面玻璃基板上，再与紫外光有机发光二极管元件，正确对位密封胶合。

7、根据权利要求4所述的全彩色有机发光二极管，其特征在于，所述的发光面的最外层玻璃或透明材料，可隔离400nm以下的紫外光线，以避免外界的紫外光直接进入表面玻璃层，进而激发该萤光层发出萤光。

8、根据权利要求5所述的全彩色有机发光二极管，其特征在于，所述的发光面的最外层玻璃或透明材料，可隔离400nm以下的紫外光线，以避免外界的紫外光直接进入表面玻璃层，进而激发该萤光层发出萤光。

9、一种如权利要求1所述的全彩色有机发光二极管的制造方法，其特征在于，在已制成完整的紫外光有机发光二极管元件的透明基板面上，直接涂覆一层红色、绿色、蓝色萤光层，之后再涂上保护层，并利用紫外光发光二极管产生紫外光，激发透明基板上的萤光层，使其产生红色、绿色、及蓝色光。

10、根据权利要求9所述的全彩色有机发光二极管的制造方法，其特征在于，所述的发光面的最外层玻璃或透明材料，可隔离400nm以下的紫外光线，以避免外界的紫外光直接进入表面玻璃层，进而激发该萤光层发出萤光。