TWI485901B - 頂部發光式有機發光二極體結構 - Google Patents
頂部發光式有機發光二極體結構 Download PDFInfo
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Description
本發明是有關於一種有機發光二極體結構,且特別是有關於一種頂部發光式有機發光二極體。
隨著科技的進步,有機發光二極體已成為未來最具潛力的光源之一。在有機發光二極體中,一發光層夾置於二電極之間。至少其中之一電極具有部份透光性。此些電極分別為陽極與陰極。當陽極連接於一電壓源之正極,陰極連接於一電壓源之負極,電洞自陽極注入至發光層,而電子自陰極注入至發光層。電洞與電子在發光層間之結合而發出光線。
可選擇地,依據發光路徑,有機發光二極體可區分為底部發光式有機發光二極體與頂部發光式有機發光二極體。在頂部發光式有機發光二極體中,位於頂部之電極為一透明電極且反射層位於有機發光二極體之底部,使得朝上發射之光線可穿越有機發光二極體頂部之電極,發射至底部之光線可被反射而由頂部射出。其中,反射層之反射率將影響光能發射效率(emission efficiency)以及電能消耗量(power consumption)。
在有機發光二極體中,導電路徑係自正極連接至負極。有機發光二極體的堆疊層係位於導電路徑上,所以此些堆疊層之電阻值將影響光能發射效率與電能消耗量。因此,如何發展具有低電能消耗量與高光能發射效率之有機
發光二極體實為業界之一重要目標。
根據本發明之第一方面,提出一種頂部發光式有機發光二極體結構。頂部發光式有機發光二極體結構包括一基板、一反射層、一第一導電層、一第二導電層及一發光層。反射層設置於基板之上。反射層包括一第一材料、一第二材料及一第三材料。第一材料包括鋁(Al),第二材料包括鎳(Ni),第三材料係選自由化學元素週期表之第十三族與第十四族元素所組成的群組。第一導電層設置於反射層之上。第二導電層設置於第一導電層之上。發光層設置於第一導電層及第二導電層之間。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解,下文特舉各種實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
以下實施例之詳細敘述各種頂部發光式有機發光二極體結構。為了實現高光能發射效率與低電能消耗量,此些實施例提供了有機發光二極體之堆疊層的設計。然而,此些實施例並非用以限制本發明。
參照第1圖,第1圖繪示第一實施例的有機發光二極體100之示意圖。頂部發光式有機發光二極體100包括一基板110、一基底層120、一反射層130、一第一導電層
140、一發光層150、一第二導電層160以及一保護層170。作為背板之基板110具有一緩衝層,例如是一玻璃、一塑膠薄板、一鋼箔或一矽晶圓。
基底層120設置於介於基板110與反射層130之間。基底層120之熔點實質上高於600℃。舉例來說,基底層120可由鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、鎢(W)所組成的群組所製成。由於基底層120具有高熔點,所以在製造有機發光二極體結構100之製成期間,基底層120將不會熔化。
基底層120係用以穩固地連接反射層130與基板110。依據多次實驗結果,當基底層120之厚度實質上大於10奈米(nm)時,基底層120具有高附著力與高導電特性。
在另一實施例中,反射層130可直接設置於基板110上,並連接於基板110(反射層130與基板110之間可以不設置基底層120)。
在另一實施例中,基底層120可以由氧化物為基礎的材料所製成,例如是氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銀(Ag2
O)或氧化鉬(MoO、Mo2
O5
)。並且基底層120之厚度實質上大於5奈米(nm)。
反射層130設置於基底層120上,且位於基板110之上。此外,反射層130設置於第一導電層140與基底層120之間。反射層130至少包括一第一材料、一第二材料與一第三材料。第一材料包括鋁(Al),第二材料包括鎳(Ni),
第三材料係選自由化學元素週期表之第十三族與第十四族元素所組成的群組。第十三族元素包括硼(B)、鎵(Ga)、銦(In)及鉈(Tl)。第十四族元素包括碳(C)、矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)及鉛(Pb)。在一實施例中,第三材料可為硼(B)。也就是說,反射層130可為一鋁-鎳-硼(Al-Ni-B)合金層。在另一實施例中,第三材料可為矽(Si)。也就是說,反射層130可為一鋁-鎳-矽(Al-Ni-Si)合金層。
請參照第1圖,在本發明實施例中,反射層130為一單層結構。第一、第二與第三材料分布於整個反射層130中。
第一材料與第二材料可結合為一積體化合金(integrated alloy),例如是鎳鋁合金(AlNi3
)。一般認為,鋁容易氧化,而氧化鋁之電阻值極高。然而,鎳鋁合金(AlNi3
)不容易被氧化且鎳鋁合金(AlNi3
)之電阻值極低。因此本實施例之反射層130的電阻值可維持在一相當低的範圍,且有機發光二極體100之電能消耗量可以有效降低。
請參照第1圖及第2圖,第2圖繪示採用鋁-釹(Al-Nd)合金之反射層130與採用氧化銦錫之第一導電層140之接觸電阻曲線C1及採用鋁-鎳-硼(Al-Ni-B)合金之反射層130與採用氧化銦錫之第一導電層140之接觸電阻曲線C2。根據實驗結果,可清楚看出曲線C1之電阻值介於1.E+03歐姆-平方公分(Ωcm2
)至1.E+02歐姆-平方公分(Ωcm2
)之範圍,而曲線C2之電阻值介於1.E+00歐姆-
平方公分(Ωcm2
)至1.E-01歐姆-平方公分(Ωcm2
)之範圍。因此,相較於採用鋁-釹(Al-Nd)合金之反射層130,採用鋁-鎳-硼(Al-Ni-B)合金之反射層130與採用氧化銦錫之第一導電層140之電阻值較低且更穩定。
此外,當電流通過低電阻之反射層130,有機發光二極體結構100之電能消耗量可維持在較低的程度。
再者,採用第三材料使得反射層130之表面變得光滑。當反射層130之表面變得光滑,反射層130之反射率將會增加且有機發光二極體結構100之黑暗缺陷(dark defect)將會減少。
請參照第1圖及第3圖,第3圖繪示採用鋁-釹(Al-Nd)合金之反射層130與採用氧化銦錫之第一導電層140之反射率曲線C3及採用鋁-鎳-硼(Al-Ni-B)合金之反射層130與採用氧化銦錫之第一導電層140之反射率曲線C4。根據實驗結果,可清楚看出曲線C3之反射率介於55%至80%之間,而曲線C4之反射率介於80%至90%之間。因此,相較於採用鋁-釹(Al-Nd)合金之反射層130,採用鋁-鎳-硼(Al-Ni-B)合金之反射層130與採用氧化銦錫之第一導電層140之反射率較高。
在另一實施例中,反射層130更可包括一第四材料。第四材料為鑭系元素。鑭系元素包括鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉅(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鎦(Lu)。第四材料也可使反射層130之表面變得光滑。
就反射層130之各種材料的濃度而言,第二材料之濃
度實質上小於20%,第三材料之濃度實質上小於10%,第四材料之濃度實質上小於10%。第一材料之濃度則為100%減去第二、三、四材料濃度之和值,故第一材料為反射層130之主要成分。
就反射層130之厚度而言,當反射層130之厚度實質上大於50奈米(nm)時,反射層130將具有良好的反射率。
反射層130電性連接至第一導電層140。在本實施例中,第一導電層140可為一畫素電源線之陽極,此畫素電源線藉由薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)所控制。電洞穿越反射層130與第一導電層140後,注入發光層150。
第一導電層140設置於反射層130之上。第一導電層140之材料之功函數(work function)高於鋁(Al)之功函數,例如是氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銀(Ag2
O)或氧化鉬(MoO、Mo2
O5
)。舉例來說,第一導電層140之功函數實質上大於4.5eV。
就第一導電層140之厚度而言,第一導電層140之厚度實質上小於200奈米(nm)。第一導電層140越薄將使反射層130之反射率越高。
發光層150設置於第一導電層140上,且位於第二導電層160之下。發光層150之材質包括有機材料或無機材料,例如是氧化矽(SiOx
)或鋰(Li)。
第二導電層160設置於發光層150上,且位於第一導
電層140之上。第二導電層160之材質包括氧化物為基礎的材料,例如是氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、銦鎵鋅氧化物(IGZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銀(Ag2
O)或氧化鉬(MoO,Mo2
O5
)。
保護層170設置於第二導電層160上。保護層170之材質包括氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、氮氧化矽(SiONx)、或有機材料。有機材料例如是甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
如上所述,頂部發光式有機發光二極體結構100之鋁合金反射層130不容易被氧化且其電阻值可維持在一低程度範圍。此外,反射層130之表面平滑且其反射率可維持在一高程度範圍。因此,頂部發光式有機發光二極體結構100具有高光能發射效率與低電能消耗量。
參照第4圖,第4圖繪示第二實施例之一頂部發光式有機發光二極體結構200的示意圖。本實施例之一頂部發光式有機發光二極體結構200與第一實施例之一頂部發光式有機發光二極體結構100不同之處在於反射層230為一多層結構,且第二材料僅分佈於反射層230之頂部與底部。
在本實施例中,反射層230包括一第一薄層231、一第二薄層232與一第三薄層233。第二薄層232設置於第一薄層231與第三薄層233之間。第一薄層231之材質包括第一材料、第二材料與第三材料,第三薄層233之材質包括第一材料、第二材料與第三材料。第二薄層232之材
質僅包括第一材料,或者包括第一材料與一第五材料,第五材料例如是釹(Nd)。也就是說,第二材料與第三材料僅分佈於反射層230之頂部及底部。在另一實施例中,第三薄層233可忽略,且第二材料與第三材料僅分布於反射層230之頂部。
由於第二材料分布於反射層230之頂部,本實施例之反射層230的電阻值可維持在一低程度範圍且可降低有機發光二極體結構200之電能消耗。
此外,由於第三材料分布於反射層230之頂部與底部反射層230之表面光滑且反射層230之反射率可維持在一高程度範圍,例如有機發光二極體200之黑暗缺陷將降低。
綜上所述,雖然本發明已以範例性實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾。因此,本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200‧‧‧頂部發光式有機發光二極體結構
110‧‧‧基板
120‧‧‧基底層
130、230‧‧‧反射層
140‧‧‧第一導電層
150‧‧‧發光層
160‧‧‧第二導電層
170‧‧‧保護層
231‧‧‧第一薄層
232‧‧‧第二薄層
233‧‧‧第三薄層
C1、C2‧‧‧電阻曲線
C3、C4‧‧‧反射率曲線
第1圖繪示第一實施例的有機發光二極體之示意圖。
第2圖繪示採用鋁-釹合金之反射層與採用氧化銦錫之第一導電層之接觸電阻曲線及採用鋁-鎳-硼合金之反射層與採用氧化銦錫之第一導電層之接觸電阻曲線。
第3圖繪示採用鋁-釹合金之反射層與採用氧化銦錫之第一導電層之反射率曲線及採用鋁-鎳-硼合金之反射層與採用氧化銦錫之第一導電層之反射率曲線。
第4圖繪示第二實施例之一頂部發光式有機發光二極體結構的示意圖。
100‧‧‧頂部發光式有機發光二極體結構
110‧‧‧基板
120‧‧‧基底層
130‧‧‧反射層
140‧‧‧第一導電層
150‧‧‧發光層
160‧‧‧第二導電層
170‧‧‧保護層
Claims (16)
- 一種頂部發光式有機發光二極體結構,包括:一基板;一反射層,設置於該基板之上,其中該反射層包括一第一材料、一第二材料及一第三材料,該第一材料包括鋁,該第二材料包括鎳,該第三材料係選自由化學元素週期表之第十三族與第十四族元素所組成的群組;一第一導電層,設置於該反射層之上;一第二導電層,設置於該第一導電層之上;以及一發光層,設置於該第一導電層及該第二導電層之間,其中該反射層為一多層結構,且該第二材料與該第三材料僅分佈於該反射層之頂部與底部。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該第三材料包括硼。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該第三材料包括矽。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中在該反射層中該第二材料之濃度實質上小於20%,且在該反射層中該第三材料之濃度實質上小於10%。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該反射層更包括一第四材料,且該第四材料包括一鑭系元素。
- 如申請專利範圍第5項所述之頂部發光式有機發 光二極體結構,其中在該反射層中該第四材料的濃度實質上小於10%。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,更包括:一基底層,設置於該基板及該反射層之間;其中該基底層之熔點實質上大於600℃。
- 如申請專利範圍第7項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該基底層係選自於由鉬、鈦、鉻、鉭、鎢以及其組合所組成的群組。
- 如申請專利範圍第7項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該基底層之厚度實質上大於10奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,更包括:一基底層,設置於該基板及該反射層之間;其中該基底層包括氧化銦錫、氧化銦鋅、銦鎵鋅氧化物、氧化鋅、氧化銀或氧化鉬。
- 如申請專利範圍第10項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該基底層之厚度實質上大於5奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該第一導電層包括氧化銦錫、氧化銦鋅、銦鎵鋅氧化物、氧化鋅、氧化銀或氧化鉬。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該第一導電層之功函數實質上大於4.5eV。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發 光二極體結構,其中該第一導電層之厚度實質上小於200奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該反射層之厚度實質上大於50奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之頂部發光式有機發光二極體結構,其中該反射層電性連接於該第一導電層。
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