專利名稱：短路減少的oled器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在OLED器件和顯示器中減少短路。
背景技術：
有機電致發(fā)光(EL)器件或有機發(fā)光二極管(OLED)是響應于施加的電壓而發(fā)光的電子器件。Tang等人在Applied Physics Letters1987年第51卷第913頁；Journal of Applied Physics1989年第65卷第3610頁；以及共同授讓的美國專利No.4,769,292發(fā)表了高效的OLED。從那時起，許多包括聚合材料、具有交替的層結構的OLED被公開了，并且器件的性能得到了提高。
OLED是包括陽極、陰極以及設置在陽極和陰極之間的有機EL元件的薄膜器件。操作中在陽極和陰極之間施加電壓，使電子從陰極注入同時空穴從陽極注入。當進行適當地構造時，注入的電子和空穴在有機EL元件內的發(fā)光層中復合，這些電荷載流子的復合使光從該器件中發(fā)射出去。典型地，有機EL元件約100～500nm厚，在電極之間施加的電壓是約3～10伏，工作電流是約1～20mA/cm2。
因為陽極和陰極之間的間隔小，所以OLED器件易于受短路缺陷的影響。OLED器件結構中的針孔、裂紋、臺階和涂層的粗糙度等會引起陽極和陰極之間的直接接觸，或者使有機層的厚度在這些有缺陷的區(qū)域中更薄。這些有缺陷的區(qū)域給電流流動提供了低電阻的通路，使更少的電流或者在極限情況下沒有電流流過有機EL元件。由此使OLED器件的光輸出減少或者根本就沒有了。在多像素顯示器件中，短路缺陷會產生不發(fā)光或者發(fā)光強度低于平均光強度的無效像素，從而使顯示質量下降。在發(fā)光或其它低分辨率應用中，短路缺陷會使相當一部分面積失去功能。由于對短路缺陷的關注，典型地是在干凈的房間中進行OLED器件的制備。但是即使干凈的環(huán)境也不足以消除短路缺陷。在很多情況下，還將有機層的厚度增加到超出使器件運行實際所需要的厚度，以增加兩個電極之間的間隔從而減少短路缺陷的數量。這些方法給OLED器件的制備增加了成本，并且即使用這些方法也不能完全消除短路缺陷。
JP2002100483A公開了一種通過在結晶透明導電膜的上方沉積非晶透明導電膜而減少由陽極結晶透明導電膜的局部凸出引起的短路缺陷的方法。它宣稱，非晶膜的光滑表面能防止結晶膜的局部凸出在OLED器件中形成短路缺陷或黑斑。該方法的有效性令人懷疑，因為用來制造非晶透明導電膜的真空沉積過程沒有平整功能，并且認為非晶透明導電膜的表面會復制位于下面的結晶透明導電膜的表面。而且，該方法沒有解決由灰塵顆粒、薄片、結構的不連續(xù)或其它原因引起的針孔問題，而針孔問題在OLED制備工藝中是很普遍的。
JP2002208479A公開了一種通過將透明金屬氧化物制成的中間電阻器薄膜層疊在正極或負極的全部或部分發(fā)光區(qū)域上而減少短路缺陷的方法，該膜的厚度是10nm-10μm，該膜沿膜厚度方向的電阻是0.01-2Ω-cm2，在該電阻器膜表面處的電離能是5.1eV或更大，正極或負極形成為透明的電極圖案，將該透明的電極圖案形成在由玻璃或樹脂制成的透明基底上。雖然該方法有它的優(yōu)點，但是在很多OLED顯示器或器件中，特定的電阻率范圍不能有效地減少由短路引起的泄漏。而且，對電離能的要求嚴重限制了材料的選擇，并且它沒有保證適當的空穴注入，而眾所周知空穴注入在OLED器件中對于獲得優(yōu)良的性能和壽命是至關重要的。而且，高電離能的材料不能提供電子注入，并且因此不能施加在陰極和有機發(fā)光層之間。經常需要在陰極材料和有機發(fā)光層之間施加電阻膜，或者既在陰極和有機發(fā)光材料之間又在陽極和有機發(fā)光材料之間施加電阻膜。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的一個目的是提供一種改進了的OLED器件或顯示器，該OLED器件或顯示器的由短路缺陷引起的泄漏電流減少了。
這個目的是通過一種OLED器件來實現的，該OLED器件包括(a)基底；(b)設置在該基底上方的第一電極層；(c)設置在該第一電極層上方的無機短路減少層；(d)設置在該無機短路減少層上方的電荷注入層；(e)設置在該電荷注入層上方的有機EL元件，和(f)該有機EL元件上方的第二電極層，其中選擇該短路減少層以具有一厚度和電阻率，該厚度和電阻率足以減少泄漏電流和由短路缺陷引起的相關的發(fā)光效率損耗。
本發(fā)明的優(yōu)勢是，當短路發(fā)生時它們的效應被最小化。
附圖的簡要描述

圖1是具有短路缺陷的現有技術器件的示意性截面圖；圖2是依照本發(fā)明的OLED器件的示意性截面圖；圖3是依照本發(fā)明的層疊OLED器件的示意性截面圖；圖4是示出優(yōu)良OLED器件的數量與短路減少層厚度之間的函數關系的圖；以及圖5是示出優(yōu)良OLED器件的數量與短路減少層厚度之間的函數關系的圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述圖1示意性地示出了現有技術OLED器件100的短路缺陷。器件100包括基底110、第一電極層120、有機EL元件130和第二電極層140。一個電極層是陽極，而另一個電極層是陰極。在第二電極層140的上方經常有用于機械保護或其它目的的其它層，并且在陰極和有機EL元件130之間經常有有機或無機電子注入層，在陽極和有機EL元件130之間經常有有機或無機空穴注入層。
對于底部發(fā)射的OLED器件，基底110對于OLED器件100發(fā)出的光是透明的。基底110的常用材料是玻璃或塑料。第一電極層120對于發(fā)出的光也是透明的。第一電極層120的常用材料是透明的導電氧化物，例如氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)等。可選擇的，第一電極層120可以由半透明的金屬，例如Ag、Au、Mg、Ca或其合金制成。當用半透明的金屬作為第一電極層120時，據說OLED器件100具有微腔的結構。有機EL元件130至少包括發(fā)光層(LEL)，但是經常還包括其它的功能層，例如電子傳遞層(ETL)、空穴傳遞層(HTL)、電子阻滯層(EBL)、或空穴阻滯層(HBL)等。隨后的討論不受功能層數量的約束，也不受有機EL元件130材料選擇的約束。第二電極層140通常是反射金屬層，例如Al、Ag、Au、Mg、Ca或其合金。經常在有機EL元件130和陽極之間增加空穴注入層，并且經常在有機EL元件130和陰極之間增加電子注入層。在操作中，給陽極施加正電壓，給陰極施加負電壓。電子從陰極注入到有機EL元件130中，然后受施加的電場的驅動而向陽極移動；空穴從陽極注入到有機EL元件130中，然后受施加的電場的驅動而向陰極移動。當電子和空穴在有機EL元件130中組合時，OLED器件100產生并發(fā)出了光。
對于頂部發(fā)射的OLED器件來說，光從與基底110相反的方向發(fā)出。在這種情況下，基底110對于發(fā)出的光可以是不透明的，并且可以使用例如金屬或Si的材料，第一電極層120可以是不透明的并且具有反射性，而第二電極層140需要是透明或者半透明的。
還在圖1中示意性地示出了由有機EL元件130中缺少有機材料的區(qū)域所產生的短路缺陷150。下面的討論也適合于由有機EL元件130中有機材料的厚度比器件區(qū)域的其余部分小得多的區(qū)域所引起的短路缺陷。短路缺陷有很多可能的原因。例如，基底110上的灰塵顆?；虮∑瑫植孔钃跤袡CEL元件130沉積過程中材料的流動，在有機膜中產生了氣隙或使厚度顯著變小，這導致了第一電極層120和第二電極層140的沉積之間的電阻變小。顆粒或薄片會在基底裝入真空室之前來自空氣中，或者由于來自舟(boat)的原材料顆粒的噴射或由于沉積物與沉積室的壁和固定裝置的層離而在第一電極層120或有機沉積過程中產生。這些顆?；虮∑€會由于機械振動或有機沉積物中的應力，或者只是由于重力，而在有機層的沉積過程中或之后脫落。在有機沉積過程中存在于基底110上隨后脫落的顆粒或薄片會造成最大的損害。在這種情況下，它們妨礙有機材料沉積到基底110上，并且當它們脫落時，它們在第一電極層120中留下完全暴露于后面沉積的第二電極層140的區(qū)域。
短路缺陷的其它來源包括OLED器件結構的臺階，例如與有源矩陣OLED顯示器中的TFT(薄膜晶體管)結構相關的臺階，這些臺階不能完全被基底110表面上或第一電極層120表面上的有機層或粗糙的織構所覆蓋。短路缺陷150使第二電極層140直接或通過厚度非常小的有機層與第一電極層120接觸，從而給器件電流提供了低電阻通道。當在陽極和陰極之間施加電壓時，稱為泄漏電流的相當大的電流會繞開器件的沒有缺陷的區(qū)域而通過短路缺陷150從陽極流到陰極。短路缺陷由此顯著降低OLED器件100的發(fā)射輸出，并且在很多情況下它們會使OLED器件100變得完全不發(fā)光。
圖2示意性地示出了根據本發(fā)明一個實施例的OLED器件200。OLED器件200包括基底210、第一電極層220、有機EL元件230和第二電極層240。設置在第一電極層220和有機EL元件230之間的是短路減少層(SRL)260和電荷注入層280。如果第一電極層220是陽極，那么電荷注入層280是空穴注入層，如果第一電極層220是陰極，那么電荷注入層280是電子注入層。在圖2中，將電荷注入層280示為覆蓋短路缺陷250。在很多情況下，在短路缺陷250處也可以沒有電荷注入層280。例如如果電荷注入層280是作為有機層涂覆過程的一部分而涂覆的，或者如果短路缺陷250是由襯底200或第一電極層220表面的粗糙所引起，在短路缺陷250處沒有電荷注入層280的情況會發(fā)生。由于電荷注入層280通常很薄，在幾納米或更小的數量級上，因此在每一種情況下它對通過缺陷的電阻都沒有太大的貢獻，不會影響后面的討論。
當根據本發(fā)明來構造有機EL元件230中有短路缺陷250的OLED器件時，第二電極層240與第一電極層220不在針孔中直接接觸，而是通過短路減少層260接觸。當正確選擇時短路減少層260會增加第一電極層220和第二電極層240之間的電阻值Rsrl，該電阻值顯著減少通過短路缺陷250的泄漏電流。本發(fā)明的有效性分析如下讓A表示OLED器件200的用cm2表示的面積，讓α表示OLED器件200中用cm2表示的所有短路缺陷的總面積，讓t表示用厘米表示的厚度，用ρ表示短路減少層260的用Ω-cm表示的體電阻率，用Io表示用mA/cm2表示的工作電流密度，用Vo表示OLED器件200的用V表示的工作電壓，流過短路缺陷的電流可以計算如下Io=1000×Voρ·ta=1000×aVoρt]]>公式2短路減少層260減少了短路缺陷250的負面影響，將器件的性能增加到可接受的水平。短路缺陷的負面影響可以用參數f，即流過短路缺陷的泄漏電流與器件總電流的比值來表示f=1000×aVo/ρtIoA=1000×aVoρtIoA]]>公式2為了獲得可接受的比值fo，短路減少層260需要具有最小的通厚電阻率(through-thickness resistivity)ρt 公式3因此，可以用作有效的短路減少層260的材料的選擇取決于面積A；OLED器件200的操作條件Vo和Io；能夠容忍的性能損失水平fo；短路缺陷的總面積α；和可以包括在器件內的短路減少層260的厚度t。
基于下面的兩個考慮來選擇短路減少層260的厚度1)典型的OLED器件具有約100-300nm的總有機層厚度，對該層厚度進行光學調整以將器件的發(fā)光效率最優(yōu)化。短路減少層成為器件的光學結構的一部分，因此它的厚度不應該超過約200nm。太厚的短路減少層還會增加OLED器件的制造成本。2)短路減少層需要足夠厚以有效地覆蓋短路缺陷。合理的下限是約20nm。本發(fā)明優(yōu)選短路減少層在20nm到200nm的厚度范圍內。
OLED器件現在用于很多不同的應用中。這些OLED器件可以具有顯著不同的器件面積和操作條件。例如，對于照明應用，OLED器件往往被分成比一平方厘米大的大發(fā)光部分(美國專利No.6,693,296)，這些發(fā)光部分在相對低水平的電流密度下運行。對于平面彩色顯示器，像素更小，可能在幾平方毫米的數量級，操作條件變化不大。對于高分辨率像素化的OLED顯示器，在有源矩陣或無源矩陣背部平面上，像素小得多，在0.3mm×0.3mm或更小的數量級，此外，OLED器件需要提供動態(tài)的范圍。對于八位的分辨率，器件工作電流需要具有1X到256X的范圍。公式3提示了，這些不同的OLED器件將需要顯著不同的材料作為短路減少層。
實施例1作為對選擇短路減少層的解釋，分析了短路缺陷對高分辨率像素化的OLED顯示器中單個像素的影響。該分析假設在像素中存在一個一定尺寸的短路缺陷。如果相反有總面積與單個缺陷相同的幾個更小的短路缺陷的話，例如由基底或第一電極層的粗糙所引起的短路缺陷，該分析的結果將相同。假定像素的尺寸是0.1mm×0.1mm，缺陷的尺寸是1μm×1μm，典型的是灰塵顆粒的尺寸。
現有技術中，底部發(fā)射有源矩陣OLED顯示器具有約200cd/m2的全亮度。這個亮度是由具有約0.25的孔徑比的OLED顯示器和通過約50％透光度的偏光膜獲得的。因此OLED器件表面的實際全亮度是約1600cd/m2。對于八位的彩色深度，OLED器件還需要在降低到約6.3cd/m2時操作?，F有技術的OLED器件的效率是約10cd/A，工作電壓是約10V。這意味著該器件必須從約0.063mA/cm2到約16mA/cm2運行。對于這個和下面的實施例，假定器件工作電壓獨立于工作電流。在大多數實際的器件中，工作電壓隨工作電流的對數變化。因此在這些實施例中考慮超過約二十五的工作電流范圍、恒定電壓的假設是合理的和保守的假設。計算了有效降低OLED顯示器中尺寸約1μm×1μm的缺陷所引起的泄漏所需要的20nm厚的短路減少層膜的電阻率，計算結果在表1中列出。還在表1中列出了由于短路減少層和短路減少層的薄片電阻率所引起的串聯電阻的增加。需要用后一組值來評價像素之間的可能的串擾。
表1

第一列列出了幾個表示八位亮度分辨率的用cd/m2表示的亮度；第二列列出了在這些級別下OLED器件的工作電流密度；第三列列出了在這些級別下OLED像素的等效器件電阻值；第四列列出了如果泄漏電流是工作電流的10％，SRL在適當的位置時短路缺陷的電阻，這些電阻值是第三列中相應值的十倍；第五列列出了SRL相應的通厚電阻率，這些值是用在這個計算中等于10-8cm2的短路缺陷的面積乘以第四列的值而獲得的；第六列列出了獲得第五列中的相應通厚電阻率值所需要的體電阻率的值，假定在這個實施例中使用的SRL厚度是20nm；第七列列出了由SRL加到OLED器件上的串聯電阻；第八列列出了SRL的薄片電阻率，如果該薄片電阻率與該器件的等效電阻相當，那么串擾將成為一個問題。
表1示出了，對于降低到約100cd/cm2的亮度級的OLED，具有10Ω-cm2通厚電阻率的SRL會將泄漏電流降低到10％的水平以下。在更低的亮度下通過這種電阻率的SRL的泄漏電流成為器件電流的更大的部分，然而，在最低亮度下其能高達器件電流的50％。由于這是在最低亮度下，因此對于許多應用來說可能不是個問題。泄漏電流隨著SRL電阻率的增加而降低。在約160Ω-cm2時，低到6.25cd/cm2的最低操作條件下泄漏電流小于器件電流的10％。160Ω-cm2也是一個一定的水平，超過這個水平由SRL引起的串聯電阻就變成全亮度下OLED器件等效電阻的一個顯著的部分。因此在實施例1中考慮的該套條件下，可以使用通厚電阻率在約10Ω-cm2到約160Ω-cm2之間的短路減少層。注意，即使通厚電阻率為10Ω-cm2，SRL的薄片電阻率也比等效的器件電阻大得多。因此可以不去擔心由短路減少層引起的串擾。
實施例2實施例2研究了缺陷尺寸對選擇SRL的影響。除了短路缺陷的面積變化之外，用于實施例2的所有參數與實施例1中的相同。表2示出了對顯著降低泄漏需要多大的SRL的通厚電阻率和顯著增加器件的串聯電阻希望多大的通厚SRL電阻率進行計算的結果。
表2

第一列列出了用cm2表示的總缺陷面積；第二列列出了在100cd/m2的亮度級下為了將泄漏電流減小到小于10％的SRL所需要具有的通厚電阻率值；第三欄列出了SRL的通厚電阻率，超過這個值就會將顯著的串聯電阻加到OLED器件上。表2示出了，當缺陷面積增加時，SRL的通厚電阻率成比例地增加。然而產生顯著串聯電阻的通厚電阻率保持恒定。表2提示了，SRL的有效性隨著通厚電阻率的增加而增加。在不增加太大的串聯阻抗的限制內，使用具有盡可能大的通厚電阻率的SRL材料是非常可取的。
實施例3實施例3研究了器件效率對選擇SRL的影響，因為進行了很多努力來改進OLED器件的效率。除了器件效率變化外，用于實施例3的所有參數與實施例1中的相同。表3示出了對希望多大的SRL通厚電阻率來顯著增加器件的串聯阻抗進行計算的結果。
表3

第一列列出了用cd/A表示的器件效率；第二列列出了在100cd/m2的亮度級下為了將泄漏電流減小到小于器件電流的10％SRL所需要具有的通厚電阻率值；第三欄列出了SRL的通厚電阻率，超過這個值就會將顯著的串聯電阻加到OLED器件上。表3示出了，當器件效率提高時，在100cd/m2下為了將泄漏減小到小于器件電流的10％所需要的SRL的通厚電阻率成比例地增加。顯著地產生串聯電阻的通厚電阻率也成比例地增加。對于具有給定器件效率的OLED器件，可以用通厚電阻率值在這些欄中的兩個值之間的SRL膜來減少泄漏，而沒有顯著的串聯電阻問題。然而如實施例2中所討論的，使用在這個范圍內的盡可能高的通厚電阻率值以增加對于尺寸更大的缺陷的SRL有效性是可取的。
實施例4本實施例研究了工作電壓對選擇SRL的影響。由于工作電壓直接關系到OLED器件的功率效率，因此已經進行了很多的努力試圖降低工作電壓。除了器件的工作電壓變化以外，用于實施例4的所有參數與實施例1中的相同。用公式3來計算需要多大的SRL通厚電阻率來顯著減少泄漏和希望多大的通厚SRL電阻率來顯著增加器件的串聯電阻。表4示出了計算的結果表4

第一列列出了器件的工作電壓；第二欄列出了在100cd/m2的亮度級下為了將泄漏電流減小到小于器件電流的10％SRL所需要具有的通厚電阻率；第三欄列出了SRL的通厚電阻率，超過這個值就會將顯著的串聯電阻加到OLED器件上。表4示出了，當器件的工作電壓降低時，在100cd/m2下為了將泄漏減小到小于器件電流的10％所需要的SRL的通厚電阻率成比例地降低。顯著地產生串聯電阻的通厚電阻率也成比例地降低。對于具有給定工作電壓的OLED器件，可以用通厚電阻率值在這些欄中的兩個值之間的SRL膜來減少泄漏，而沒有顯著的串聯電阻問題。然而如實施例2中所論證的，使用在這個范圍內的盡可能高的通厚電阻率以增加SRL對于尺寸更大的缺陷的有效性是可取的。
實施例5實施例5研究了OLED器件的尺寸對選擇SRL的影響。對于下面考慮的實施例，單個的像素是OLED器件。除了器件的尺寸變化以外，用于實施例5的所有參數與實施例1中的相同。用公式3來計算需要多大的SRL通厚電阻率來顯著減少泄漏和希望多大的通厚SRL電阻率來顯著增加器件的串聯電阻。
表5示出了計算的結果表5

第一列列出了用cm2表示的器件尺寸；第二欄列出了在100cd/m2的亮度級下為了將泄漏電流減小到小于器件電流的10％SRL所需要具有的通厚電阻率；第三欄列出了SRL的通厚電阻率，超過這個值就會將顯著的串聯電阻加到OLED器件上。對于給定尺寸的OLED器件，可以用通厚電阻率值在這些欄中的兩個值之間的SRL膜來減少泄漏，而沒有顯著的串聯電阻問題。然而如實施例2中所論證的，使用在這個范圍內的盡可能高的通厚電阻率以增加SRL對于尺寸更大的缺陷的有效性是可取的。表5示出了，器件或像素的尺寸越小，需要越高的SRL的通厚電阻率來減少泄漏。
實施例6實施例6研究了對于具有一個或更多個大的發(fā)光部分的OLED器件的短路減少層的設計。對于本應用，大的發(fā)光部分是具有0.1cm2或更大面積的發(fā)光部分。這種器件的一個例子是具有0.1cm2或更大的像素尺寸的大面積無源矩陣OLED器件。另一個例子是如美國專利No.6,693,296中描述的具有分組單片串聯連接結構的OLED發(fā)光或照明器件，其中發(fā)光部分是0.1cm2或更大。通常這些器件只在有限的亮度級范圍內運行。公式3同樣很好地適用于這些OLED器件，并且提示了對通厚電阻率值的要求與高分辨率顯示器所需要的通厚電阻率值要求有很大的不同。在這個實施例中，研究了用于照明應用的具有大的發(fā)光部分的OLED器件。為了可以與商業(yè)上可買到的緊湊型熒光燈競爭，OLED器件在約2000cd/m2下運行時需要具有約40lm/W的功率效率。這種高功率效率最可能通過降低驅動電壓和增加電流效率來實現。由于OLED器件在它們的發(fā)光圖案中位于朗伯附近，所以如果驅動電壓降低到3V，接近于白光發(fā)光器件的理論極限，那么器件的電流效率需要是約40cd/A。如果我們再一次允許約10-8cm2總面積的短路缺陷所引起的10％的泄漏損失，那么可以計算對20nm厚的短路減少層的電阻率要求，結果在表6中列出。
表6

第一列列出了在這種OLED照明器件中可能使用的發(fā)光部分的尺寸；第二列列出了在這種OLED器件中的發(fā)光部分的等效器件電阻值；第三列列出了如果泄漏電流是工作電流的10％，SRL在適當的位置時短路缺陷的電阻，這些值是第二列中的相應值的十倍；第四列列出了SRL的相應的通厚電阻率，這些值是用在這個計算中等于10-8cm2的短路缺陷的面積乘以第三列的值而獲得的；第五列列出了獲得第四列中相應的通厚電阻率值所需要的體電阻率的值，假定在這個實施例中使用的SRL厚度是20nm；第六列列出了由SRL加到OLED發(fā)光部分上的串聯電阻；第七欄列出了如果將SRL對串聯電阻的貢獻限制在發(fā)光部分的等效串聯電阻的10％，對于給定的發(fā)光部分的尺寸所允許的最大通厚電阻率值；第八列列出了SRL的薄片電阻率，如果該薄片電阻率與該器件的等效電阻相當，那么串擾將成為一個問題。
轉向示出了1cm2發(fā)光部分的結果的行來進行解釋，計算示出了，為了將泄漏電流限制到小于發(fā)光部分工作電流的10％，短路減少層只需要具有與約6Ω-cm的體電阻率相對應的約6×10-5Ω-cm2的通厚電阻率。更高的電阻率值提供更多的對短路缺陷的保護，但是給OLED發(fā)光部分的串聯電阻增加了更多。然而第七列中的值示出了可以使用高達60Ω-cm2的通厚電阻率，而沒有給OLED發(fā)光部分增加顯著的串聯電阻。這個寬的范圍使得更容易尋找或開發(fā)可以滿足制造實際的OLED器件的很多其它要求的短路減少層材料。指出下面這一點是很重要的，根據本發(fā)明將電荷注入層280包含在器件的結構中進一步簡化了短路減少材料的尋找或開發(fā)。
表6清楚地示出了電阻率要求對發(fā)光部分的尺寸有很強的相關性。對于10cm2的發(fā)光部分，通厚電阻率的可用范圍被降低到6×10-6到6×10-1Ω-cm2；對于100cm2的發(fā)光部分，這個范圍被進一步降低到6×10-7到6×10-3Ω-cm2。
上面的實施例示出了，對于高分辨率顯示器通厚電阻率范圍需要在約10-1600Ω-cm2的范圍內，并且最優(yōu)選的是在10-1000Ω-cm2的范圍內。對于具有大的發(fā)光部分的OLED器件，可用的范圍大得多，對于實施例6中考慮的操作參數的范圍，范圍從10-7到103Ω-cm2，但是對于另外一套操作參數可以具有在這個范圍之外的值。然而用公式3很容易計算而選擇合適的通厚電阻率值。
對于其中短路減少層在發(fā)射的光的路徑內的OLED顯示器或器件，該層需要對發(fā)射的光適度地透明以有效地充當短路減少層。為了本應用的目的，將適度地透明定義為在OLED器件的發(fā)光帶寬內累積具有80％或更大的透光率。如果短路減少層不在發(fā)射的光的路徑內，那么它不必是透明的。讓短路減少層還充當用于反射陽極或陰極的抗反射層以提高OLED顯示器件的對比度甚至也是可取的。
用于短路減少層的材料可以包括無機氧化物，例如氧化銦、氧化鎵、氧化鋅、氧化錫、氧化鉬、氧化釩、氧化銻、氧化鉍、氧化錸、氧化鉭、氧化鎢、氧化鈮或氧化鎳。這些氧化物由于非化學計量而是導電的。這些材料的電阻率取決于非化學計量和遷移率的程度。可以通過改變沉積條件來控制這些性能以及透光度。通過雜質摻雜可以進一步擴展可獲得的電阻率和透光度的范圍。例如發(fā)現氧化錫和氧化銦的F摻雜以及氧化鋅的Al、In或Ga摻雜能提高這些氧化物的導電性和透光度。通過混合這些氧化物中的兩種或更多可以獲得甚至更大范圍的性能。例如，氧化銦和氧化錫、氧化銦和氧化鋅、氧化鋅和氧化錫或者氧化鎘和氧化錫的混合物已經成為最常用的透明的導體。
現有技術大多集中在具有10-3Ω-cm或更小的體電阻率值的高導電率透明導體上。這些材料的導電性太好了以致于不能用作短路減少層。然而已經證明了高電阻率的薄膜使用這些氧化物用于例如氣體傳感器、抗靜電涂層等應用中?？梢酝ㄟ^將組成和沉積條件改變?yōu)椴煌趯τ诟邔щ娐释该鲗w是最優(yōu)化的組成和沉積條件而制備更高電阻率的薄膜。尤其是使用含有氧化鉬、氧化釩、氧化銻、氧化鉍、氧化錸、氧化鉭、氧化鎢、氧化鈮或氧化鎳的材料還可以獲得更高的電阻率。通過適當地控制沉積條件以及通過將這些氧化物混合和與導電性更好的氧化物例如氧化銦、氧化鎵、氧化鋅、氧化錫等相混合，可以獲得寬范圍的電阻率值來既滿足具有大的發(fā)光部分的OLED器件的需要，又滿足高分辨率OLED顯示器件的需要。
適合用作短路減少層的其它材料包括更高導電率的氧化物材料與從氧化物、氟化物、氮化物和硫化物中選擇的絕緣材料的混合物。可以通過調整這兩種材料的比例而將混合物層的電阻率調整到希望的范圍內。例如，Pal等人(AM.Pal，A.J.Adorjan，P.D.Hambourger，J.A Dever，H.Fu American Physics Society，OFM96會議摘要CE.07)報導了由ITO與氟化鎂(MgF2)的混合物制成的薄膜覆蓋了3×10-5到3×103Ω-cm的電阻率范圍。這些混合薄膜可以通過常規(guī)的薄膜沉積技術來制備，例如濺射、蒸發(fā)、化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積等。對于氧化物薄膜，可以在沉積過程中引入氧或含氧的氣體例如水蒸氣或臭氧來控制組成和薄膜的性能。
Minami(MRS Bulletin 2000年8月)給出了導電氧化物的制備和性能的詳細的綜述。作者示出了在約4.0eV和5.0eV之間的功函數之上的大多數氧化物材料。這些值太低以致于不能充當空穴注入體，太高以致于不能充當電子注入體。在所選擇的短路減少層的材料沒有提供足夠的電荷注入的情況下，如果第一電極是陽極，本發(fā)明在短路減少層和有機EL元件之間采用額外的空穴注入層，如果第一電極是陰極，本發(fā)明在短路減少層和有機EL元件之間采用額外的電子注入層。通過增加電荷注入層，可以擴展短路減少層材料的選擇，并且可以基于其它的附加要求而進一步改進該選擇。用作空穴注入層的合適的材料包括但不限于共同受讓的美國專利No.4,720,432中描述的porphyrinic化合物和共同受讓的美國專利No.6,208,075中描述的等離子體沉積的碳氟化合物聚合物。在EP 0891 121 A1和EP1 029 909 A1中以及Tokito等人在J.Phys.D.1996年第29卷第2750頁描述了據報導可以用在有機EL器件中的可選擇的空穴注入材料，包括氧化釩(VOx)、氧化鉬(MoOx)、氧化鎳(NiOx)等?？梢詰冒绹鴮＠鸑o.5,608,287；5,776,622；5,776,623；6,137,223和6,140,763中所教導的電子注入層的電子注入層，在這里包括這些專利的公開內容作為參考。可以應用含有低功函數的堿金屬或堿土金屬例如Li、Cs、Ca或Mg的薄膜。此外，也可以有效地使用摻雜有這些低功函數金屬的有機材料作為電子注入層。例子是Li或Cs摻雜的Alq。
在本發(fā)明的另一個實施例中，短路減少層設置在有機EL元件和第二電極層之間。這個實施例的短路減少的有效性類似于短路減少層設置在有機EL元件和第一電極層之間的實施例。可以通過既在有機EL元件和第一電極之間又在有機EL元件和第二電極之間應用短路減少層來進一步提高減少短路的有效性。
在本發(fā)明的另一個實施例中，OLED器件是如美國專利No.6,337,492中所描述的層疊OLED器件。參照圖3，OLED器件300是層疊的OLED器件。在基底310的上方有三個有機發(fā)光器件331、332、333，每一個分別包括空穴傳遞層(331c，332c，333c)、發(fā)光層(331b，332b，333b)和電子傳遞層(331a，332a，333a)。在有機發(fā)光器件之間有連接器371和372，連接器371和372給位于它們上方的空穴傳遞層提供空穴，給位于它們下方的電子傳遞層提供電子。在圖3中，示出了短路減少層360設置在有機發(fā)光器件331和連接器371之間，它也可以設置在第一電極層320和有機發(fā)光器件331之間；連接器371和有機發(fā)光器件332之間；有機發(fā)光器件332和連接器372之間；連接器372和有機發(fā)光器件333之間；以及有機發(fā)光器件333和第二電極層340之間。根據本發(fā)明可以使用一個或多個短路減少層。根據本發(fā)明，如果選擇的短路減少層還是沒有提供足夠的電荷注入的話，應用電荷注入層也是有利的。
在本發(fā)明的另一個實施例中，OLED器件具有微腔的結構。該器件包括基底；金屬的第一陽極層，優(yōu)選從Au、Ag、Mg或Ca或其合金中選出；短路減少層；有機EL元件；和金屬的第二電極層，優(yōu)選從Au、Al、Ag、Mg或Ca或其合金中選出。金屬電極中的一個基本上是不透明的并且有反射性，另一個是半透明的。由于兩個反射性金屬電極的存在，該器件具有微腔的結構。在這個結構中強烈的光學干涉產生了共振的條件。共振波長附近的發(fā)射被增強了，而遠離共振波長的發(fā)射被抑制了。
應該注意的是，雖然現有技術中在電極層和有機EL元件之間使用無機層，但是并沒有認識到減少短路缺陷的可能性，而且所使用的間隔層或者導電性太好，或者透明性不夠好，以致于不能有效地充當短路減少層。例如，Tokito等人(S.Tokito，K.Noda，和Y.Taga J.Phys.D.Appl.Phys.雜志1996年第29卷第2750-2753頁)報導了使用VOx、MoOx和RuOx的30nm濺射薄膜作為空穴注入體。這些膜設置在發(fā)射的光的路徑內，然而所有這些薄膜的光學透明性是70％或更小，后面的兩個膜的電阻率太低以致于不能有效地充當短路減少層。
實施例7在涂覆有ITO的玻璃基底上制作一系列OLED器件。ITO陽極層約42nm厚；沉積在ITO層上的是短路減少層(SRL)，充當HTL層的15nmN，N’-2(萘-1-基)-N，N’-二苯基-二聯苯胺(NPB)層，既充當ETL又充當LEL的15nm 3(8-羥基喹啉)鋁(III)(Alq)層；充當EIL的1nm厚Li層，和充當陰極層的100nm厚的Ag。ITO是從賣方購買的已經涂覆在玻璃上的，除了ITO之外的所有層都在具有約10-6torr的本底(background)真空度的真空室內通過真空蒸發(fā)來涂覆。熱蒸發(fā)的MoO3層用作SRL。這些MoO3層以約0.1nm/sec的速度從Ta舟中蒸發(fā)，厚度范圍為2nm到30nm。原材料是99.9998％的MoO3粉末。沒有檢查這些膜的組成，但是它多少會與MoO3的組成有些偏差。這些膜對于可見光是透明的，具有約90％的透光度，電阻率是約105Ω-cm。在沉積了這些層之后，將該器件從沉積室轉移到干燥的盒子中進行包裝。完成了的器件結構表示為玻/ITO(42)/MoO3(可變)/NPB(15)/Alq(15)/Li(0.1)/Ag(100)。括號中的數字是用納米表示的厚度。
一共涂覆了12塊基底，在每個MoO3厚度下有兩塊。在每一塊基底上有四個0.1cm2的OLED器件，在每個MoO3的厚度下一共有八個OLED器件。一共有48個OLED器件用于本研究。測試這些器件來檢測OLED的性能。由于30nm的總有機層厚度太薄了，使得器件極其容易受短路缺陷的影響，并且2nm的MoO3不能充分地充當短路減少層，所以具有2nm MoO3層的八個器件中的七個如所預料的那樣被短路。被短路的器件的數量隨著MoO3厚度的增加而減少。當MoO3層的厚度是12nm或更高時，三十個器件中只有四個被短路。這些結果概括在圖5中。
然而，應該指出的是，在OLED器件中具有短路缺陷的可能性是有機EL層厚度的顯著函數。有機EL層的厚度越小，具有短路缺陷的可能性越高。典型的OLED器件使用厚度超過100nm的有機EL層。為了使短路缺陷的數量最小化，經常將有機EL層的厚度增加到300nm或更高。在本實施例中，用極其小的厚度30nm來確保我們有充足數量的短路缺陷來證明短路減少層的有效性。圖4中的數據證明了在具有極其薄的有機EL層的這些OLED器件中短路減少層能夠有效地減少短路缺陷。可以預料在具有厚得多的有機EL層的OLED器件中會取得相同的有益效果。
實施例8制作了另一系列的OLED器件來進一步證明短路減少層的有效性。除了在本實施例中MoO3短路減少層和NPB HTL層的總厚度保持恒定為75nm以外，這些器件的制備條件和層結構與實施例1中的相似。使用了五塊基底，在每一塊基底上有四個OLED器件，結果是一共制作了二十個0.1cm2的OLED器件。在圖5中，將沒有被短路的器件的數量對MoO3短路減少層的厚度作圖。很明顯，沒有被短路的器件的數量隨著MoO3層厚度的增加而減少。應該指出，在這種情況下，有機EL層的厚度實際上隨MoO3層厚度的增加而減少，這應該增加了短路的可能性。在實際數據中觀察到相反的趨勢，這表明短路減少層的益處能夠勝過減小有機層厚度引起的增加的短路可能性。
已經特別參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例對其進行了詳細描述，但是應該理解的是，在本發(fā)明的精神和范圍內可以實施各種變化和修改。
部件列表100，200，300 OLED器件110，210，310 基底120，220，320 第一電極層130，230 有機EL層140，240，340 第二電極層150，250 短路缺陷260 短路減少層280 電荷注入層331，332，333 有機發(fā)光器件331a，332a，333a 電子傳遞層331b，332b，333b 發(fā)光層331c，332c，333c 空穴傳遞層360 短路減少層371，372 連接器
權利要求
1.一種OLED器件，包括(a)基底；(b)設置在該基底上方的第一電極層；(c)設置在該第一電極層上方的無機短路減少層；(d)設置在該無機短路減少層上方的電荷注入層；(e)設置在該電荷注入層上方的有機EL元件，和(f)該有機EL元件上方的第二電極層，其中選擇該短路減少層以具有一厚度和電阻率，該厚度和電阻率足以減少泄漏電流和由短路缺陷引起的發(fā)射效率的相關損失。
2.權利要求1的OLED器件，其中該第一電極層是陽極。
3.權利要求1的OLED器件，其中該短路減少層選自于氧化銦、氧化鎵、氧化鋅、氧化錫、氧化鉬、氧化釩、氧化銻、氧化鉍、氧化錸、氧化鉭、氧化鎢、氧化鈮或氧化鎳。
4.權利要求3的OLED器件，其中該短路減少層是列出的氧化物中至少兩種的混合物。
5.權利要求3的OLED器件，其中該短路減少層是列出的氧化物材料中的至少一種與電絕緣的氧化物、氟化物、氮化物或硫化物材料的混合物。
6.權利要求1的OLED器件，其中兩個電極層中的一個是透明的導電氧化物層而另一個電極層是金屬的。
7.權利要求1的OLED器件，其中兩個電極層都是金屬的并且兩個電極層中的至少一個對發(fā)射的光是半透明的。
8.權利要求1的OLED器件，其中該短路減少層厚度是10nm或更多。
9.權利要求1的OLED器件，其中該短路減少層厚度在20nm和200nm之間。
10.一種OLED器件，包括(a)基底；(b)設置在該基底上方的第一電極層；(c)設置在該第一電極層上方的有機EL元件；(d)設置在該有機EL元件上方的電荷注入層；(e)設置在該電荷注入層上方的無機短路減少層；和(f)設置在該短路減少層上方的第二電極層，其中選擇該短路減少層以具有一厚度和電阻率，該厚度和電阻率足以減少泄漏電流和由短路缺陷引起的發(fā)射效率的相關損失。
11.一種高分辨率像素化的OLED顯示器，包括(a)基底；(b)設置在該基底上方的第一電極層；(c)設置在該第一電極層上方的無機短路減少層；(d)設置在該短路減少層上方的有機EL元件；(e)該有機EL元件上方的第二電極層，其中選擇該短路減少層以具有10Ω-cm2到1500Ω-cm2的通厚電阻率。
12.權利要求11的OLED顯示器，其中在該無機短路減少層和該有機EL元件之間設置電荷注入層。
13.權利要求11的OLED顯示器，其中該短路減少層選自于氧化銦、氧化鎵、氧化鋅、氧化錫、氧化鉬、氧化釩、氧化銻、氧化鉍、氧化錸、氧化鉭、氧化鎢、氧化鈮或氧化鎳。
14.權利要求13的OLED顯示器，其中該短路減少層是列出的氧化物中至少兩種的混合物。
15.權利要求13的OLED顯示器，其中該短路減少層是列出的氧化物材料中的至少一種與電絕緣的氧化物、氟化物、氮化物或硫化物材料的混合物。
16.權利要求11的OLED顯示器，其中兩個電極層中的一個是透明的導電氧化物層而另一個電極層是金屬的。
17.權利要求11的OLED顯示器，其中兩個電極層都是金屬的并且兩個電極層中的至少一個對發(fā)射的光是半透明的。
18.權利要求11的OLED顯示器，其中該短路減少層厚度是10nm或更多。
19.權利要求11的OLED顯示器，其中該短路減少層厚度在20nm和200nm之間。
20.具有一個或多個大的發(fā)光部分的OLED器件，包括(a)基底；(b)設置在該基底上方的第一電極層；(c)設置在該第一電極層上方的無機短路減少層；(d)設置在該短路減少層上方的有機EL元件；和(e)該有機EL元件上方的第二電極層，其中選擇該短路減少層以具有10-2Ω-cm2到10-7Ω-cm2的通厚電阻率。
21.權利要求20的OLED器件，其中在該無機短路減少層和該有機EL元件之間設置電荷注入層。
22.權利要求20的OLED器件，其中該短路減少層選自于氧化銦、氧化鎵、氧化鋅、氧化錫、氧化鉬、氧化釩、氧化銻、氧化鉍、氧化錸、氧化鉭、氧化鎢、氧化鈮或氧化鎳。
23.權利要求22的OLED器件，其中該短路減少層是列出的氧化物中至少兩種的混合物。
24.權利要求22的OLED器件，其中該短路減少層是列出的氧化物材料中的至少一種與電絕緣的氧化物、氟化物、氮化物或硫化物材料的混合物。
25.權利要求20的OLED器件，其中兩個電極層中的一個是透明的導電氧化物層而另一個電極層是金屬的。
26.權利要求20的OLED器件，其中兩個電極層都是金屬的并且兩個電極層中的至少一個對發(fā)射的光是半透明的。
27.權利要求20的OLED器件，其中該短路減少層厚度是10nm或更多。
28.權利要求20的OLED器件，其中該短路減少層厚度在20nm和200nm之間。
全文摘要
公開了減少了缺陷的各種OLED顯示器和器件的結構。
文檔編號H01J1/62GK1969384SQ200580010979
公開日2007年5月23日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權日2004年4月12日
發(fā)明者Y·-S·嚴, G·發(fā)魯吉亞, T·R·庫斯曼 申請人:伊斯曼柯達公司