专利名称：自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的装置及方法，尤其涉及一种借由自组装分子的偶极性来增加电子的注入能力与传输效率的装置及方法。
背景技术：
由于有机发光二极管(Organic light emitting diode；OLED)具备自发光、厚度薄、反应速度快、视角广、分辨率佳、高亮度、可用于挠曲性面板及使用温度范围广等多项优点，被认为继薄膜型液晶显示器(Thin film transistor liquid crystal display；TFT-LCD)为新一代平面显示器技术，而该有机发光二极管(OLED)的发光原理是利用材料的特性，将电子电洞在发光层上结合，产生的能量将发光分子由基态提升至激发态，电子由激发态降回基态时，其能量以波的形式释出，因而达到有不同波长的发光元件的产生。
其中阳极(Anode)是ITO导电玻璃膜，以溅镀或蒸镀方式，附着于玻璃或透明塑料基板上，阴极则含有Mg、Al、Li等金属，在二个电极间则是多个有机薄膜形成的发光区域，包含电洞注入层(Hole injection layer；HIL)、电洞传递层(Hole Transport Layer；HTL)、有机发光层(Emitting layer)、及电子传递层(ElectronTransport Layer；ETL)，在实际应用中量化生产时，基于对不同需求的考虑，有时还会包含其它不同薄膜。
虽然有机发光二极管(OLED)有许多优点，然而为了增加发光效率，降低起始电压，我们必须增加电子、电洞的注入，所以阴极层材料通常选择低功函数的金属(例如镁(Mg)或钙(Ca))，以利于电子的注入，但是低功函数的金属相对地活性也较大，容易跟水气产生氧化，造成对阴极的破坏，此时可采用复合金属阴极(例如镁(Mg)加银(Ag)、铝(Al)加锂(Li))、铟锡氧化物(IndiumTin Oxide，ITO)、铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)，另一作法是在阴极和有机层之间加入一层极薄的氟化锂(LiF)，而氟化锂(LiF)可以有效地降低电子从阴极注入到有机层的能障。
即，已知的有机发光二极管(OLED)制程是阳极导电膜蒸镀有机发光材料，最后再覆盖阴极金属，所产出的电洞由阳极至有机发光层之间的能阶较为一致，而阴极金属与有机发光层的能阶差距较大，因此较难克服电子注入所需的能障，已有的技术是利用碱金族或碱土族金属材料与稳定性高的铝(Al)或银(Ag)形成复合材料、铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)，借以，提高电子注入能力，但是，目前惯用作为电子注入层(Electron injection Layer；EIL)的氟化锂(LiF)有其产业上的问题，因为氟化锂(LiF)的膜厚度必须控制于2纳米内，所以在制程稳定度与再现性的问题解决上不易克服。
发明内容
于是，本发明的主要目的在于解决上述的缺陷，避免缺陷的存在，本发明利用自组装分子的偶极方向特性，借此自组装分子来作为电子注入层(Electron injection Layer；EIL)，可以得一制程稳定度高，及可再现性的材料，形成一电子注入层(EIL)增加电子注入能力，借以增加发光效率，降低起始电压。
本发明主要利用一种自组装分子作为电子注入层(EIL)的有机发光二极管(OLED)，先在一基板上先形成一阴极金属层，再于该阴极金属层上以浸泡法或蒸熏法形成一具偶极的自组装分子薄膜，该薄膜作为一电子注入层(EIL)，再依序蒸镀电子传输层(ETL)、发光层(Emitting layer)、电洞传输层(HTL)，最后再溅镀一导电薄膜作为阳极层，借由自组装分子的偶极性，且施子(donor)与阴极金属键结，则自组装分子所形成的偶极方向将有助于电子注入效率的提高，而增加有机发光二极管(OLED)元件的发光效率，及降低有机发光二极管(OLED)元件的起始电压。
图1是本发明的构造示意图。
图2是本发明的自组装分子偶极方向示意图。
图3是本发明的制造方法流程示意图。
具体实施例方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现配合
如下请参阅图1所示，是本发明的构造示意图，如图所示本发明是先在有机发光二极管(OLED)基板10上形成一阴极金属层20，该阴极金属层20是碱金族或碱土族的金属材料与铝(Al)或银(Ag)形成的复合材料、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)，再以浸泡法或蒸熏法附着于阴极金属层20表面形成一具有自偶极的自组装分子薄膜30，以目前现有的自组装分子是aminomethylphosphonicacid(以下简称AMPA)，而该薄膜是作为有机发光二极管(OLED)元件的电子注入层，再于该电子注入层(EIL)上依序蒸镀形成一电子传输层40(EIL)、发光层50(Emitting layer)、电洞传输层60(HTL)，最后再溅镀形成一导电薄膜作为阳极层70。
在一般分子中，因为酸基根容易形成受子(acceptor)，而碱基根则为施子(donor)，又酸基根容易与金属表面键结，而造成偶极方向不利于电子注入，但是在有些条件下酸基根可形成为施子(donor)，而另一边碱基根则为受子(acceptor)，例如AMPA即具有此特性，借由自组装分子AMPA的偶极性，且酸基根的施子(donor)与阴极金属键结，则自组装分子AMPA所形成的偶极方向将有助于电子注入效率的提高。
请参阅图2所示，是本发明的自组装分子AMPA偶极方向示意图，如图所示该具有自偶极的自组装分子薄膜30作为电子注入层，而该自组装分子的磷酸根(phosphate)会与阴极金属层20键结，因此形成酸基根的施子(donor)与阴极金属层20键结，而碱基根的受子(acceptor)与电子传输层40键结的状态形成特定方向的偶极。
请同时参阅图3所示，是本发明的制造装置流程示意图，其详细制造步骤为a)基板10清洗并图案化，形成一有机发光二极管(OLED)元件的阴极金属层20，该阴极金属层20是碱金族或碱土族的金属材料与铝(Al)或银(Ag)形成的复合材料、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)；b)以浸泡法或蒸熏法形成一具有自偶极的自组装分子薄膜30作为有机发光二极管(OLED)元件的电子注入层(EIL)，该电子注入层附着于阴极金属层20表面，而该自组装分子以酸基根作为施子，且自组装分子的偶极方向以酸基根与阴极金属层20键结；c)在上述的电子注入层上蒸镀形成一有机发光二极管(OLED)元件的电子传输层40(ETL)；
d)在上述的电子传输层40(ETL)上蒸镀形成一有机发光二极管(OLED)元件的发光层50(Emitting layer)；e)在上述的发光层50上蒸镀形成一有机发光二极管(OLED)元件的电洞传输层60(HTL)；f)在上述的电洞传输层60上溅镀一导电薄膜，该导电薄膜作为有机发光二极管(OLED)元件的阳极层70。
在“偶极”的物理意义中，是指二个相等但符号相反，隔开有限距离的电荷称为“偶极”，而电荷大小与相对距离的乘积则称为“偶极矩”，是一具有大小与方向的物理量，也因为化学键具有偶极矩，所以多原子分子的偶极矩可视为各部分键结偶极矩的向量和，且对电子而言，位能大小与偶极矩方向一致，因此电子可轻易由负偶极位置传导至正偶极位置，但是如果相反则要将电子由正偶极传送至负偶极，则必须克服能障，因此对于有机发光二极管(OLED)元件的阴极层的电子要注入到有机发光层50(Emittinglayer)而言，自组装分子的施子(donor)(负偶极位置)必须与阴极金属键结，如此自组装分子所形成的偶极方向才有助于电子由金属阴极层传导至有机发光层50(Emitting layer)。
本发明为加速电子由阴极层注入有机发光层50(Emittinglayer)，借由(如图2所示)如自组装分子AMPA的偶极性，形成自组装分子AMPA的酸基根为施子(donor)与阴极层金属键结，可降低原本阴极层与有机发光层50之间的能障，因此可降低有机发光二极管(OLED)元件起始电压，亦增加电子注入能力，使电子与电洞在发光层50(Emitting layer)上结合的效率提高，而提高发光效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，应当不能以之限定本发明实施的范围，即根据本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围。
权利要求
1.一种自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的装置，其特征在于包括一基板(10)；一位于上述基板(10)上的阴极金属层(20)；一位于上述阴极金属层(20)上具有自偶极的自组装分子薄膜(30)，该自组装分子的酸基根是施子且与阴极金属层(20)键结，该自组装分子薄膜(30)作为一电子注入层；一位于上述电子注入层上的电子传输层(40)；一位于上述电子传输层上的发光层(50)；一位于上述发光层上的电洞传输层(60)；一位于上述电洞传输层上的阳极层(70)；借由，自组装分子所形成的偶极方向将有助于电子注入效率的提高，从而增加有机发光二极管发光效率，以及降低有机发光二极管起始电压。
2.根据权利要求1所述的自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的装置，其特征在于该阴极金属层(20)是碱金族或碱土族的金属材料与铝或银形成的复合材料、铟锡氧化物、铟锌氧化物。
3.根据权利要求1所述的自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的装置，其特征在于形成该电子注入层的自组装分子以酸基根为施子，且该自组装分子的偶极方向以酸基根与阴极金属层(20)键结。
4.根据权利要求1所述的自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的装置，其特征在于该自组装分子以浸泡法附着于阴极金属层(20)表面。
5.根据权利要求1所述的自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的装置，其特征在于该自组装分子以蒸熏法附着于阴极金属层(20)表面。
6.一种自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的方法，其特征在于制程步骤包括a)基板(10)清洗并图案化，形成一阴极金属层(20)；b)以浸泡法或蒸熏法形成一具有自偶极的自组装分子薄膜(30)作为电子注入层，该电子注入层附着于阴极金属层(20)表面；c)在上述的电子注入层上蒸镀形成一电子传输层(40)；d)在上述的电子传输层上蒸镀形成一发光层(50)；e)在上述的发光层上蒸镀形成一电洞传输层(60)；f)在上述的电洞传输层(60)上溅镀一导电薄膜，该导电薄膜作为阳极层(70)。
全文摘要
一种自组装分子作为有机发光二极管的电子注入层的装置及方法，利用一种自组装分子作为电子注入层，于阴极金属层上形成一具自偶极的自组装分子薄膜，该薄膜作为一电子注入层，借由自组装分子的偶极性以及施子(donor)与阴极金属键结，所形成的自组装分子偶极方向将有助于电子注入效率的提高，借此增加有机发光二极管(OLED)元件的发光效率，以及降低有机发光二极管(OLED)元件的起始电压。
文档编号H01L33/00GK1525801SQ0310494
公开日2004年9月1日 申请日期2003年2月27日 优先权日2003年2月27日
发明者朱达雅, 林国森 申请人:胜园科技股份有限公司