專利名稱：自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的裝置及方法，尤其涉及一種借由自組裝分子的偶極性來增加電子的注入能力與傳輸效率的裝置及方法。
背景技術：
由于有機發光二極管(Organic light emitting diode；OLED)具備自發光、厚度薄、反應速度快、視角廣、分辨率佳、高亮度、可用于撓曲性面板及使用溫度范圍廣等多項優點，被認為繼薄膜型液晶顯示器(Thin film transistor liquid crystal display；TFT-LCD)為新一代平面顯示器技術，而該有機發光二極管(OLED)的發光原理是利用材料的特性，將電子電洞在發光層上結合，產生的能量將發光分子由基態提升至激發態，電子由激發態降回基態時，其能量以波的形式釋出，因而達到有不同波長的發光元件的產生。
其中陽極(Anode)是ITO導電玻璃膜，以濺鍍或蒸鍍方式，附著于玻璃或透明塑料基板上，陰極則含有Mg、Al、Li等金屬，在二個電極間則是多個有機薄膜形成的發光區域，包含電洞注入層(Hole injection layer；HIL)、電洞傳遞層(Hole Transport Layer；HTL)、有機發光層(Emitting layer)、及電子傳遞層(ElectronTransport Layer；ETL)，在實際應用中量化生產時，基于對不同需求的考慮，有時還會包含其它不同薄膜。
雖然有機發光二極管(OLED)有許多優點，然而為了增加發光效率，降低起始電壓，我們必須增加電子、電洞的注入，所以陰極層材料通常選擇低功函數的金屬(例如鎂(Mg)或鈣(Ca))，以利于電子的注入，但是低功函數的金屬相對地活性也較大，容易跟水氣產生氧化，造成對陰極的破壞，此時可采用復合金屬陰極(例如鎂(Mg)加銀(Ag)、鋁(Al)加鋰(Li))、銦錫氧化物(IndiumTin Oxide，ITO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)，另一作法是在陰極和有機層之間加入一層極薄的氟化鋰(LiF)，而氟化鋰(LiF)可以有效地降低電子從陰極注入到有機層的能障。
即，已知的有機發光二極管(OLED)制程是陽極導電膜蒸鍍有機發光材料，最后再覆蓋陰極金屬，所產出的電洞由陽極至有機發光層之間的能階較為一致，而陰極金屬與有機發光層的能階差距較大，因此較難克服電子注入所需的能障，已有的技術是利用堿金族或堿土族金屬材料與穩定性高的鋁(Al)或銀(Ag)形成復合材料、銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)，借以，提高電子注入能力，但是，目前慣用作為電子注入層(Electron injection Layer；EIL)的氟化鋰(LiF)有其產業上的問題，因為氟化鋰(LiF)的膜厚度必須控制于2納米內，所以在制程穩定度與再現性的問題解決上不易克服。
發明內容
于是，本發明的主要目的在于解決上述的缺陷，避免缺陷的存在，本發明利用自組裝分子的偶極方向特性，借此自組裝分子來作為電子注入層(Electron injection Layer；EIL)，可以得一制程穩定度高，及可再現性的材料，形成一電子注入層(EIL)增加電子注入能力，借以增加發光效率，降低起始電壓。
本發明主要利用一種自組裝分子作為電子注入層(EIL)的有機發光二極管(OLED)，先在一基板上先形成一陰極金屬層，再于該陰極金屬層上以浸泡法或蒸熏法形成一具偶極的自組裝分子薄膜，該薄膜作為一電子注入層(EIL)，再依序蒸鍍電子傳輸層(ETL)、發光層(Emitting layer)、電洞傳輸層(HTL)，最后再濺鍍一導電薄膜作為陽極層，借由自組裝分子的偶極性，且施子(donor)與陰極金屬鍵結，則自組裝分子所形成的偶極方向將有助于電子注入效率的提高，而增加有機發光二極管(OLED)元件的發光效率，及降低有機發光二極管(OLED)元件的起始電壓。
圖1是本發明的構造示意圖。
圖2是本發明的自組裝分子偶極方向示意圖。
圖3是本發明的制造方法流程示意圖。
具體實施例方式
有關本發明的詳細說明及技術內容，現配合
如下請參閱圖1所示，是本發明的構造示意圖，如圖所示本發明是先在有機發光二極管(OLED)基板10上形成一陰極金屬層20，該陰極金屬層20是堿金族或堿土族的金屬材料與鋁(Al)或銀(Ag)形成的復合材料、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)，再以浸泡法或蒸熏法附著于陰極金屬層20表面形成一具有自偶極的自組裝分子薄膜30，以目前現有的自組裝分子是aminomethylphosphonicacid(以下簡稱AMPA)，而該薄膜是作為有機發光二極管(OLED)元件的電子注入層，再于該電子注入層(EIL)上依序蒸鍍形成一電子傳輸層40(EIL)、發光層50(Emitting layer)、電洞傳輸層60(HTL)，最后再濺鍍形成一導電薄膜作為陽極層70。
在一般分子中，因為酸基根容易形成受子(acceptor)，而堿基根則為施子(donor)，又酸基根容易與金屬表面鍵結，而造成偶極方向不利于電子注入，但是在有些條件下酸基根可形成為施子(donor)，而另一邊堿基根則為受子(acceptor)，例如AMPA即具有此特性，借由自組裝分子AMPA的偶極性，且酸基根的施子(donor)與陰極金屬鍵結，則自組裝分子AMPA所形成的偶極方向將有助于電子注入效率的提高。
請參閱圖2所示，是本發明的自組裝分子AMPA偶極方向示意圖，如圖所示該具有自偶極的自組裝分子薄膜30作為電子注入層，而該自組裝分子的磷酸根(phosphate)會與陰極金屬層20鍵結，因此形成酸基根的施子(donor)與陰極金屬層20鍵結，而堿基根的受子(acceptor)與電子傳輸層40鍵結的狀態形成特定方向的偶極。
請同時參閱圖3所示，是本發明的制造裝置流程示意圖，其詳細制造步驟為a)基板10清洗并圖案化，形成一有機發光二極管(OLED)元件的陰極金屬層20，該陰極金屬層20是堿金族或堿土族的金屬材料與鋁(Al)或銀(Ag)形成的復合材料、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)；b)以浸泡法或蒸熏法形成一具有自偶極的自組裝分子薄膜30作為有機發光二極管(OLED)元件的電子注入層(EIL)，該電子注入層附著于陰極金屬層20表面，而該自組裝分子以酸基根作為施子，且自組裝分子的偶極方向以酸基根與陰極金屬層20鍵結；c)在上述的電子注入層上蒸鍍形成一有機發光二極管(OLED)元件的電子傳輸層40(ETL)；
d)在上述的電子傳輸層40(ETL)上蒸鍍形成一有機發光二極管(OLED)元件的發光層50(Emitting layer)；e)在上述的發光層50上蒸鍍形成一有機發光二極管(OLED)元件的電洞傳輸層60(HTL)；f)在上述的電洞傳輸層60上濺鍍一導電薄膜，該導電薄膜作為有機發光二極管(OLED)元件的陽極層70。
在“偶極”的物理意義中，是指二個相等但符號相反，隔開有限距離的電荷稱為“偶極”，而電荷大小與相對距離的乘積則稱為“偶極矩”，是一具有大小與方向的物理量，也因為化學鍵具有偶極矩，所以多原子分子的偶極矩可視為各部分鍵結偶極矩的向量和，且對電子而言，位能大小與偶極矩方向一致，因此電子可輕易由負偶極位置傳導至正偶極位置，但是如果相反則要將電子由正偶極傳送至負偶極，則必須克服能障，因此對于有機發光二極管(OLED)元件的陰極層的電子要注入到有機發光層50(Emittinglayer)而言，自組裝分子的施子(donor)(負偶極位置)必須與陰極金屬鍵結，如此自組裝分子所形成的偶極方向才有助于電子由金屬陰極層傳導至有機發光層50(Emitting layer)。
本發明為加速電子由陰極層注入有機發光層50(Emittinglayer)，借由(如圖2所示)如自組裝分子AMPA的偶極性，形成自組裝分子AMPA的酸基根為施子(donor)與陰極層金屬鍵結，可降低原本陰極層與有機發光層50之間的能障，因此可降低有機發光二極管(OLED)元件起始電壓，亦增加電子注入能力，使電子與電洞在發光層50(Emitting layer)上結合的效率提高，而提高發光效率。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，應當不能以之限定本發明實施的范圍，即根據本發明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應仍屬于本發明專利涵蓋的范圍。
權利要求
1.一種自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的裝置，其特征在于包括一基板(10)；一位于上述基板(10)上的陰極金屬層(20)；一位于上述陰極金屬層(20)上具有自偶極的自組裝分子薄膜(30)，該自組裝分子的酸基根是施子且與陰極金屬層(20)鍵結，該自組裝分子薄膜(30)作為一電子注入層；一位于上述電子注入層上的電子傳輸層(40)；一位于上述電子傳輸層上的發光層(50)；一位于上述發光層上的電洞傳輸層(60)；一位于上述電洞傳輸層上的陽極層(70)；借由，自組裝分子所形成的偶極方向將有助于電子注入效率的提高，從而增加有機發光二極管發光效率，以及降低有機發光二極管起始電壓。
2.根據權利要求1所述的自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的裝置，其特征在于該陰極金屬層(20)是堿金族或堿土族的金屬材料與鋁或銀形成的復合材料、銦錫氧化物、銦鋅氧化物。
3.根據權利要求1所述的自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的裝置，其特征在于形成該電子注入層的自組裝分子以酸基根為施子，且該自組裝分子的偶極方向以酸基根與陰極金屬層(20)鍵結。
4.根據權利要求1所述的自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的裝置，其特征在于該自組裝分子以浸泡法附著于陰極金屬層(20)表面。
5.根據權利要求1所述的自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的裝置，其特征在于該自組裝分子以蒸熏法附著于陰極金屬層(20)表面。
6.一種自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的方法，其特征在于制程步驟包括a)基板(10)清洗并圖案化，形成一陰極金屬層(20)；b)以浸泡法或蒸熏法形成一具有自偶極的自組裝分子薄膜(30)作為電子注入層，該電子注入層附著于陰極金屬層(20)表面；c)在上述的電子注入層上蒸鍍形成一電子傳輸層(40)；d)在上述的電子傳輸層上蒸鍍形成一發光層(50)；e)在上述的發光層上蒸鍍形成一電洞傳輸層(60)；f)在上述的電洞傳輸層(60)上濺鍍一導電薄膜，該導電薄膜作為陽極層(70)。
全文摘要
一種自組裝分子作為有機發光二極管的電子注入層的裝置及方法，利用一種自組裝分子作為電子注入層，于陰極金屬層上形成一具自偶極的自組裝分子薄膜，該薄膜作為一電子注入層，借由自組裝分子的偶極性以及施子(donor)與陰極金屬鍵結，所形成的自組裝分子偶極方向將有助于電子注入效率的提高，借此增加有機發光二極管(OLED)元件的發光效率，以及降低有機發光二極管(OLED)元件的起始電壓。
文檔編號H01L33/00GK1525801SQ0310494
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月27日 優先權日2003年2月27日
發明者朱達雅, 林國森 申請人:勝園科技股份有限公司