专利名称：有机电致发光器件及使用其的多色显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于平板显示器、投影显示器和照明设备的有机电致发光(以下， 称为“EL”)器件，并涉及使用该有机EL器件的多色显示装置。
背景技术：
利用有机材料的电致发光的有机EL器件已被积极研究和开发。在有机EL器件之 中，能够防止由布线和薄膜晶体管(TFT)导致的开口率(aperture ratio)损失的顶发射型 有机EL器件(其中，基板、反射电极、有机层和透明电极被依次层叠以沿该层叠方向发光) 正变为主流。但是，有机EL材料对于水分(moisture)敏感，由此，已提出其中形成保护层的结 构以提高可靠性。在日本专利申请公开NO.H07-161474中公开了位于上部电极上并包含 硅、氧或氮的保护层。为了提高顶发射型有机EL器件中的光提取效率，在日本专利申请公 开No. 2006-156390中公开了限定位于上部电极上的有机盖层的折射率和厚度的技术。但是，当日本专利申请公开No. H07-161474中公开的保护层的厚度要被设定以增 强具有希望的波长的光、以由此获得如日本专利申请公开No. 2006-156390中所述的提高 光提取效率的效果时，由于保护层太薄，因此不能获得足够的保护性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机EL器件和使用该有机EL器件的多色显示装置，该 有机EL器件包含具有足够的器件保护性能和高的光提取效率的无机保护层，并且耐水性、 耐酸性和机械强度优异。根据本发明，提供一种有机电致发光器件，该有机电致发光器件包括第一电极； 第二电极；设置在第一电极和第二电极之间并包含发光层(emission layer)的有机化合 物层；以及第二电极上的第一无机保护层，其中，第一无机保护层的厚度满足[ {(2m+1) /4} -(1/8) ] λ < nd < [ {(2m+1) /4} + (1/8) ] λ这里，d表示第一无机保护层的厚度，η表示第一无机保护层的折射率，λ表示从 有机电致发光器件发射的光的光谱的最大峰值波长，m表示自然数。根据本发明，基于发光波长来限定无机保护层的厚度，以进一步改善EL器件的微 腔(microcavity)。因此，当使用耐水分性、耐酸性和机械强度优异的无机保护层时，可提供 具有高的可靠性和优异的光提取效率的有机EL器件、以及使用该有机EL器件的多色显示
直ο从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。
图1是示出根据本发明的优选实施例的有机EL器件的示意性截面图。图2是示出根据本发明的优选实施例的多色显示装置的示意性截面图。
具体实施例方式根据本发明的有机EL器件包括第一电极；第二电极；位于第一电极和第二电极 之间并包含发光层的有机化合物层；以及与第二电极接触并设置在与第一电极侧相反的一 侧的无机保护层。无机保护层的厚度满足[{(2m+l)/4}-(l/8)] λ < nd < [ {(2m+l)/4} + (1/8) ] λ这里，d表示无机保护层的厚度，η表示无机保护层的折射率，λ表示从有机电致 发光器件发射的光的光谱的最大峰值波长，m表示自然数。以下，参照示出实施例的示意性截面图的图1描述根据本发明的有机EL器件。图 1所示的有机EL器件具有顶发射型结构，其中，反射电极2、空穴传输层3、发光层4、电子传 输层5、电子注入层6、半透明电极7、第一无机保护层8、覆盖层9和第二无机保护层10被 依次设置在基板1上。在本实施例中，从空穴传输层3到电子注入层6的各层构成有机化 合物层11。反射电极2与本发明中的第一电极对应。位于光提取侧的半透明电极7与本发 明中的第二电极对应。在有机EL器件中，在反射电极2和半透明电极7之间施加电压，以 给有机化合物层11供给电流。因此，从各自电极注入的空穴和电子在发光层4中被再结合 以发光。反射电极是其表面上的可见光范围(波长为400nm至780nm)中的反射率等于或 大于50%的电极。半透明电极是可见光范围中的反射率等于或大于40%的电极。有机EL器件一般具有微腔，在该微腔中，发射光在与反射电极和半透明电极之间 的光学距离对应的波长处谐振。微腔关系由包含相位偏移的以下关系式(1)表达。反射电 极上的相位偏移量φ 和半透明电极上的相位偏移量φ2中的每一个通常为π。因此，当反 射电极和半透明电极之间的光学距离被设为波长的约1/2的整数倍时，获得在反射电极和 半透明电极之间反射的光束相互增强的微腔关系。由此，提高了光提取效率。
2 /λ+(φ1+φ2)/2π=Ν (1)D 反射电极和半透明电极之间的光学距离λ :EL发光波长φ :反射电极上的相位偏移量(弧度)φ2:半透明电极上的相位偏移量(弧度)N 整数在实际的有机EL器件的情况下，考虑到与正面(front)提取效率处于折衷关系的 视角性能，由此不必精确地设定与如上所述相同的厚度。详细描述根据本发明的有机EL器件的各自部分。有机EL器件基本上在一对电极 之间包含发光层。为了在发光层中使空穴和电子有效地再结合，希望设置空穴传输层3、电 子传输层5、电子注入层6和空穴注入层(未示出)。如果设置空穴注入层的话，则在阳极 和空穴传输层或发光层之间设置该空穴注入层。各层的厚度可被设定以形成如上所述的微 腔或减小功耗。要使用的基板1通常是玻璃基板。希望反射电极2由铝、银或其合金制成。希望 反射电极的厚度处于50nm至300nm的范围中。空穴传输层3用于执行来自阳极(本实施例中的反射电极2)的空穴注入和空穴传输。如果必要的话，可以在阳极和空穴传输层3之间形成由铜酞菁或钒氧化物制成的空 穴注入层(未示出)。空穴传输层3和空穴注入层中的每一个由具有空穴注入/传输性能 的低分子和高分子材料制成。这样的材料的例子包括三苯基二胺(triphenyldiamine)衍 生物、噁二唑(oxadiazole)衍生物、polyphilyl衍生物、芪(stilbene)衍生物，聚(乙烯 基咔唑)(poly(vinylcarbazole))^ (噻吩)(poly(thiophene))和其它的导电聚合物，但 不限于此。可对于发光层4适当地使用任何已知的发光材料。发光材料可以是用作发光层4 的单一材料，或者可以是包含基质材料(host material)和发光掺杂剂或电荷传输掺杂剂 的要被用作混合层的材料。对于电子传输层5，可以使用已知的材料，例如，羟基喹啉铝络合物 (aluminum-quinolinol complex)或菲口各琳(phenanthroline)化合物。如果必要的话，可 以在发光层4和电子传输层5之间形成最高占据分子轨道(Η0Μ0)能量的绝对值大的空穴 阻挡层。对于电子注入层6，可以使用由碱(碱土)金属或碱(碱土)金属化合物形成的薄 膜(具有5至10人的厚度)。例如，优选锂氟化物(LiF)、钾氟化物(KF)或镁氧化物(MgO)。对于半透明电极7，可以使用薄膜形式的金、钼、银、铝、铬、镁或其合金。特别地， 希望使用导电率和反射率高的银薄膜或银合金薄膜。希望半透明电极7的厚度为大于等于 5nm且小于等于20nm。在本发明中，无机保护层8被设置为与作为上部电极的半透明电极7接触，并且， 无机保护层8的光学厚度被限定。希望覆盖层9和/或第二无机保护层10被设置在作为 第一无机保护层的无机保护层8上。第一无机保护层8和第二无机保护层10中的每一个 是由例如硅氮化物(SiN)、硅氧化物(SiO2)、铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(In2O3-SiO)制 成的无机膜。当使用溅射方法或CVD方法时，可以形成具有高的耐水分性的致密膜作为无 机膜。与此相对，覆盖层9由例如环氧树脂的热或光可固化(curable)树脂制成。在本发明中，第一无机保护层8的光学厚度((折射率)X(厚度))为从有机电致 发光器件发射的光的光谱的最大峰值波长(以下称为发光波长)的约0m+l)/4(m是自然 数)倍。更具体而言，假定“η”表示无机保护层的折射率、λ表示从有机电致发光器件发射 的光的光谱的最大峰值波长，并且“m”表示自然数。在这种情况下，无机保护层的厚度“d” 满足以下的关系式O)。[{(2m+l)/4}-(l/8)] λ < nd < [ {(2m+l)/4} + (1/8) ] λ (2)更希望无机保护层的厚度“d”满足以下的关系式Qa)。[ {(2m+1) /4}-(1/16) ] λ < nd < [ {(2m+1) /4} + (1/16) ] λ (2a)厚度“d” 最佳为(2m+l) λ /(4η)。当设定如上所述的厚度时，获得以下的关系。即，在第一无机保护层8和覆盖层9 之间的界面处被反射并返回有机化合物层11侧的光与在半透明电极7上被反射并返回有 机化合物层11侧的光同相位。因此，本发明中的微腔可进一步被改善。在改善微腔的另一 方法中，第一无机保护层8的光学厚度nd可被设为约1/4 λ。但是，在这种情况下，第一无 机保护层8变得较薄，并由此损失作为无机保护层的功能。例如，当使用作为通常的无机 膜的SiN层作为第一无机保护层时，SiN层的折射率为2. 0，从具有最短波长的蓝色有机EL器件发射的光的光谱的最大峰值波长为460nm，由此，当“nd = 1/4 λ ”时，厚度被减小为约 58nm。这样的薄膜作为第一无机保护层8和覆盖层9中的对于内在水分的阻挡层不具有足 够的功能。与此相对，为发光波长的约Om+l)/4倍的厚度等于或大于174nm，由此薄膜足以 用作本发明中的第一无机保护层8。第一无机保护层8的光学厚度的级数可从发光波长的约3/4倍(m = 1)依次增大 到约5/4倍(m = 2)和约7/4倍(m = 3)。但是，出现关于由于厚度增大而导致的光吸收和 材料消耗的问题。还出现形成时间变长的问题。因此，希望第一无机保护层8的光学厚度 为发光波长的约3/4倍(m= 1)，S卩，希望自然数“m”为1。在本发明中，第一无机保护层8被设置以获得器件保护效果。为了进一步提高器 件保护效果，希望在形成的覆盖层9上设置第二无机保护层10。在本发明中，在第二无机保 护层10下形成厚的树脂膜作为覆盖层9，由此可以防止第二无机保护层10由于外来物质的 凸凹而导致缺陷。防止由于外来物质而导致的缺陷的另一方法是加厚第二无机保护层10。 作为通常的外来物质的颗粒的尺寸为几μ m。因此，当通过使用溅射方法或CVD方法来设定 几十Pm的厚度以覆盖凸凹时，生产节拍(tact)时间变长从而增加成本。与此相对，覆盖 层9被形成为对其可采用涂敷工艺的树脂膜，并由此可以容易地形成作为厚膜的覆盖层9。 希望以足以覆盖几μ m的颗粒的厚度来设置被形成为树脂膜的覆盖层9，例如，该厚度为大 于等于5 μ m且小于等于50 μ m。希望以能够足以防止水分进入的厚度来设置被形成为无机 膜的第二无机保护层10，例如，该厚度为大于等于0. 5 μ m且小于等于3 μ m。在本发明中，在覆盖层9下形成第一无机保护层8。因此，即使当覆盖层9为厚膜 时，也可防止该膜由于树脂固化时的应力而剥离。当第一无机保护层8被形成为致密的无 机膜时，在形成覆盖层9的情况下可以防止单体或溶剂进入有机化合物层，并且可以防止 有机化合物层由于包含于覆盖层9中的内在水分而劣化。本发明中的第一无机保护层8还 用于减小覆盖层9的树脂的应力并在印制工艺期间保护器件。在本发明中，当设置覆盖层9和第二无机保护层10时，希望将第二无机保护层10 的厚度设为考虑了光学干涉而确定的厚度。图2是示出根据本发明的多色显示装置的示意性截面图。在图2中，由虚线包围 的区域中的每一个与图1所示的有机EL器件对应。设置分隔壁12以使有机EL器件相互 分离。在布置有多个有机EL器件的多色(至少两种颜色)显示装置中，可以与有机EL 器件的发光颜色对应地对第一无机保护层8进行构图。为了工艺的简易性，希望以相同的 厚度Cl1作为共同层设置第一无机保护层8。在这种情况下，关于从发光效率和寿命性能最 差的有机EL器件发射的光的光谱的最大峰值波长λ，希望厚度Cl1满足关系式⑵或Qa)。 即，假定Ii1表示与阴极接触的无机保护层8的折射率、λ工表示从发光效率最低(寿命性能 最差)的有机EL器件发射的光的光谱的最大峰值波长，并且Hi1表示自然数。在这种情况 下，希望厚度Cl1满足下式(3)。[ {(2mi+l) /4} -(1/8) ] λ 丄 < H1Cl1 < [ {(21^+1) /4} + (1/8) JA1 (3)更希望厚度Cl1满足下式(3a)。[ {(2mi+l) /4}-(1/16) ] λ 工 < Ii1Cl1 < [ {(21^+1) /4} + (1/16) ] λ (3a)厚度Cl1 最佳为λ / (4ηι)。
在本发明中，为了增强在第一无机保护层8和覆盖层9之间的界面处反射的光，使 第一无机保护层8和覆盖层9之间的界面处的折射率差最大化是有效的。通常的树脂的折 射率约为1. 6。与此相对，通常的无机膜的SiN的折射率约为2. O5SiO2的折射率约为1. 5， TiO2的折射率约为2. 5。因此，希望第一无机保护层8由SiN而不是SW2制成，更希望由 TiO2制成。在不在第一无机保护层8上设置覆盖层9和第二无机保护层10的结构中，第一 无机保护层8的与第二电极(半透明电极7)侧相反的界面是第一无机保护层8和空气之 间的界面。空气的折射率约为1. 0，由此，第一无机保护层8和空气之间的折射率差大于第 一无机保护层8和覆盖层9之间的折射率差。因此，在该结构中，第一无机保护层8的与第 二电极侧相反的界面处的反射率大，由此，光提取效率得到提高。在本实施例中，描述了位于基板1上的反射电极2是阳极的结构。但是，本发明不 限于该结构。可以采用这样的结构其中，可从基板1侧依次设置反射电极(阴极)2、电子 注入层6、发光层4、空穴传输层3、半透明电极(阳极)7、第一无机保护层8、覆盖层9和第 二无机保护层10。(例子1)通过以下的方法制造具有图1所示的结构的有机EL器件。通过溅射方法以IOOnm的厚度在用作支撑部件的玻璃基板1上形成铝合金(AlNd) 膜作为反射电极2。然后，通过溅射方法以70nm的厚度形成ITO膜。接着，以Iym的高度 且以40°的锥形角度(taperangle)形成由聚酰亚胺制成的像素分离膜。所得到的基板依 次在丙酮和异丙醇(IPA)中经受超声清洗。之后，在沸腾的IPA中冲洗基板并使其变干。基 板的表面进一步经受UV/臭氧清洗。以50nm的厚度在基板1上形成N，N' - 二苯基-N，N' -二(3-甲苯基)_1， 1'-联苯基_4，4' -二胺(TPD)的膜，以获得空穴传输层3。接着，通过三(8-羟基喹啉) 铝(tris(8-quinolinolato) aluminum) (Alq3)和 4，4'-双(2，2-二苯基乙烯-1-基)联 ^ (4,4' -bisQ，2-diphenylethen-l-yl)biphenyl) (DPVBi)的共蒸发(以 95 5 的重 量比)，形成具有25nm的厚度的发光层4。然后，以20nm的厚度在发光层4上形成Alq3的 膜，以获得电子传输层5。接着，通过红菲咯啉(bathophenanthroline)和碳酸铯的共蒸发以15nm的厚度形 成电子注入层6，使得层中的铯浓度为8. 3重量％。通过加热蒸发方法在电子注入层6上形 成银(Ag)的膜，以获得具有12nm的厚度的半透明电极7。接着，在半透明电极7上形成其中第一无机保护层8、覆盖层9和第二无机保护 层10被层叠的密封结构。首先，通过CVD方法在半透明电极7上形成SiN膜，以获得具有 ISOnm的厚度的第一无机保护层8。然后，通过涂敷工艺和热固化在第一无机保护层8上形 成环氧树脂膜，以获得具有30 μ m的厚度的覆盖层9。最后，通过CVD方法在覆盖层9上形 成SiN膜，以获得具有1 μ m的厚度的第二无机保护层10。有机EL器件的发光波长λ等于460nm并且第一无机保护层8 (SiN)的折射率“η” 等于2. 0，由此，在m = 1的情况下，关系式(2)变为143. 75nm ^ d ^ 201. 25nm。因此，根 据本例子的有机EL器件的第一无机保护层8的厚度“d”在本发明中所限定的范围内。结 果，获得以下的关系。即，在第一无机保护层和覆盖层之间的界面处反射并返回有机化合物 层侧的光与在半透明电极上反射并返回有机化合物层侧的光同相位。因此，微腔进一步得到改善。第一无机保护层8、覆盖层9和第二无机保护层10具有足够的厚度，由此，未观察 到例如暗斑的由水分产生的劣化。当根据本例子的有机EL器件的第一无机保护层8的厚度被设为(1/8) λ (即，约 58nm)时，光提取效率几乎不变。但是，当厚度变得较薄时，存在第一无机保护层不足以用于 减小应力并由此出现膜剥离的情况。另外，存在未确保足以阻挡在覆盖层9的树脂中包含 的内在水分的厚度并由此随时间出现暗斑的情况。(例子2)通过溅射方法形成具有140nm的厚度的TW2膜作为第一无机保护层8。接着，通 过涂敷工艺和热固化在第一无机保护层8上形成具有30 μ m的厚度的环氧树脂膜作为覆盖 层。然后，通过CVD方法形成具有Ιμπι的厚度的SiN层作为第二无机保护层10。如例子1 的情况中那样执行其它的工艺，以制造有机EL器件。有机EL器件的发光波长λ等于460nm并且第一无机保护层8 (TiO2)的折射率“η” 等于2. 5，由此，在m= 1的情况下，关系式⑵变为115nm彡d彡161nm。因此，根据本例 子的有机EL器件的第一无机保护层8的厚度“d”在本发明中所限定的范围内。结果，获得 以下的关系。即，在第一无机保护层和覆盖层之间的界面处反射并返回有机化合物层11侧 的光与在半透明电极上反射并返回有机化合物层11侧的光同相位。因此，微腔进一步得到 改善。第一无机保护层8、覆盖层9和第二无机保护层10具有足够的厚度，由此，未观察到 例如暗斑的由水分产生的劣化。在例子1中，第一无机保护层8和覆盖层9之间的折射率差为0. 4 (因为树脂的折 射率为1. 6且SiN的折射率为2. 0)。与此相对，本例子中的折射率差为0. 9 (因为树脂的折 射率为1.6且TiO2的折射率为2. 并且比例子1中的折射率差大。因此，微腔进一步得 到改善。因此，与例子1相比，效率提高到1. 08倍。虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性 实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的 结构和功能。
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权利要求
1.一种有机电致发光器件，包括 第一电极；第二电极；有机化合物层，所述有机化合物层被设置在所述第一电极和所述第二电极之间并包含 发光层；和所述第二电极上的第一无机保护层， 其中，所述第一无机保护层的厚度满足 [{(2m+l)/4}-(l/8)] λ < nd < [ {(2m+l)/4} + (1/8) ] λ这里，d表示所述第一无机保护层的厚度，η表示所述第一无机保护层的折射率，λ表 示从所述有机电致发光器件发射的光的光谱的最大峰值波长，m表示自然数。
2.根据权利要求1的有机电致发光器件，其中，所述第一无机保护层包含SiN和TW2 中的一种。
3.根据权利要求1的有机电致发光器件，其中，自然数m为1。
4.根据权利要求1的有机电致发光器件，还包括由树脂制成的覆盖层，所述覆盖层被设置在所述第一无机保护层上并具有大于等于 5 μ m且小于等于50 μ m的厚度；和第二无机保护层，所述第二无机保护层不同于所述第一无机保护层且被设置在所述覆 盖层上，并具有大于等于0. 5 μ m且小于等于3 μ m的厚度。
5.一种用于至少两种颜色的多色显示装置，包括多个有机电致发光器件，每个有机电 致发光器件是根据权利要求1的有机电致发光器件。
6.根据权利要求5的多色显示装置，其中与所述第二电极接触的所述第一无机保护层被以共同厚度跨所述多个有机电致发光 器件而设置；以及所述第一无机保护层的所述共同厚度满足 [{(2mi+l) /4} -(1/8) ] λ 工 < H1Cl1 < [ {(2mi+l) /4} + (1/8) ] λ 工这里，Cl1表示所述共同厚度，H1表示与所述第二电极接触的所述第一无机保护层的折 射率，λ工表示从所述多个有机电致发光器件之中的具有最低发光效率的有机电致发光器 件发射的光的光谱的最大峰值波长,Hl1表示自然数。
全文摘要
本发明涉及一种有机电致发光器件及使用其的多色显示装置。所提供的有机电致发光器件包含具有足够的器件保护性能和高的光提取效率的无机保护层，并且耐水性、耐酸性和机械强度优异。所述有机电致发光器件满足[{(2m+1)/4}-(1/8)]λ＜nd＜[{(2m+1)/4}+(1/8)]λ这里，d表示无机保护层的厚度，n表示无机保护层的折射率，λ表示从所述有机电致发光器件发射的光的光谱的最大峰值波长，m表示自然数。
文档编号H01L27/32GK102074659SQ20101054190
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年11月17日
发明者松田阳次郎 申请人:佳能株式会社