專利名稱：全彩色有機發(fā)光二極管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于控制光的強度、顏色、相位、偏振或方向的器件，該器件的光學操作是通過改變器件的介質(zhì)的光學性質(zhì)來修改的以及用于上述操作的工藝，特別是涉及一種全彩色有機發(fā)光二極管及其制造方法。
有機發(fā)光二極管(ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE)簡稱OLED，這也被稱有機EL或OLE或有機電致發(fā)光，也有人稱作有機電激發(fā)光等。
有機EL元件是直流驅(qū)動的一種發(fā)光元件，其基本結(jié)構是由兩電極中夾置一發(fā)光層所組成，當元件加上偏壓時，電洞與電子分別從正、負極發(fā)射，越過個別的能級后在發(fā)光層相遇而形成激子(EXCITON)，激子以輻射的方式由激發(fā)狀態(tài)衰退回基態(tài)而放出光來。此類元件所發(fā)出的光色與所使用的發(fā)光體相關，當發(fā)光體的能級(能隙)較大時，所制成的元件發(fā)出藍光或紫外光；反之若發(fā)光體的能級較低，則元件將發(fā)出紅光。由于發(fā)光元件必須發(fā)出光，所以至少有一方的電極需使用透明電極如ITO材料等。
有機EL擁有低的能耗，自行發(fā)光可發(fā)出各色光，亮度可達6000cd/m2以上及視角廣(達160°)、反應速度快(微秒us)，是液晶的100倍以上，制造程序較LCD來得容易，且其元件總厚度只有2mm左右；而早期存在壽命不長的問題，現(xiàn)今技術已能克服，并可長達2萬小時，故具有商品化開發(fā)價值，因此被喻為可與液晶技術一爭天下的產(chǎn)品。
全彩化是有機EL業(yè)的夢想，希望能早日貢獻人類，它將比LCD更具有商品競爭力的產(chǎn)品，可自行發(fā)光，不須背光源，即省電又薄，且制造程序簡單。
目前全彩色有機發(fā)光二極管(OLED)的技術有以下三種1、以白色有機發(fā)光二極管為基礎，使有機EL產(chǎn)生白色光并于其表面加濾光層，以便產(chǎn)生R、G、B三顏色。
2、以藍色光有機發(fā)光二極管為基礎，于其表面加上一波長變換層，使其中一藍色光轉(zhuǎn)變成紅光，另一色是將藍光轉(zhuǎn)變成綠光，最終形成R、G、B三顏色，如柯達公司美國專利第5294870號中所述，正是此種方法的運用。
3、以各有色光為基礎，直接以R、G、B三顏色的有機發(fā)光二極管形成全彩化的裝置，如臺灣專利公告第318966及294842號二案，即采用這種結(jié)構。此種結(jié)構就理論而言是最理想的方法，但以目前有機發(fā)光二極管除了藍光較佳外，紅色及綠色波長目前尚無法做到純綠或純紅色；而要將各色有機EL制成一起，其制造程序復雜，故才有前述第二項以藍光為基礎形成R、G、B三顏色的結(jié)構出現(xiàn)。
上述第一種方法于表面加濾光層會使發(fā)光亮度減少，故發(fā)光效率較差；而第二種方法，是利用藍光激發(fā)紅色或綠色螢光物質(zhì)。首先將產(chǎn)生混合光色如藍紅、藍綠等顏色，最后還是須要加上一層濾光層，以便將藍光濾除；但此舉亦會使發(fā)光亮度減少及成本提高，造成制造程序復雜等缺點；第三種方法，則存在制造程序復雜，成本高，各色亮度不均等缺點。
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種全彩色有機發(fā)光二極管及其制造方法，以使其所使用的技術及方法和前述三者有所不同，主要是以近紫外光為基礎，將有機發(fā)光二極管制造成發(fā)出近紫外光，其波長約為380-400nm間，并于其表面涂上一層螢光層(波長變換層)，利用紫外光發(fā)光二極管(UVOEL)產(chǎn)生紫外光，并直接激發(fā)在其表面的螢光層，使其發(fā)出螢光；如此，用哪一色螢光層(如紅色)就激發(fā)那一色(紅色)光譜，用R、G、B三色螢光層就激發(fā)R、G、B三色光。
此外，本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管，主要是以近紫外光有機發(fā)光二極管為基礎，波長約為380-400nm左右，并在其元件表面涂覆一層螢光層(波長變換層)，直接以紫外光激發(fā)螢光層，使其產(chǎn)生各色光，如用紅色螢光體則產(chǎn)生紅色光，用藍色螢光體則產(chǎn)生藍色光，用紅、藍、綠三顏色螢光體混合，則產(chǎn)生三色波長混合而成的白色光譜。
在制造本發(fā)明時，基板每一發(fā)光點都是同一種紫外光發(fā)光材料，其優(yōu)點為制造程序簡單，亮度均一，良率高，驅(qū)動電壓相同且控制容易；而R、G、B三色螢光體只要印在玻璃基板即可。另，本發(fā)明可分前段制造程序(紫外光有機E.L)與后段制造程序(螢光層)，兩者結(jié)構可分別制造完成后，再組裝結(jié)合在一起，更不須加入濾光層。而用近紫外光激發(fā)螢光層的方式，其優(yōu)點為不易老化衰減，其壽命更可長達2萬小時以上。
本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管的技術內(nèi)容如下所述一種全彩色有機發(fā)光二極管，其是以可發(fā)射紫外光的有機發(fā)光材料制成紫外光有機發(fā)光二極管，以該紫外光有機發(fā)光二極管為基礎，并于紫外光發(fā)射面上設有一層螢光層，利用紫外光激發(fā)其表面的螢光層，而產(chǎn)生各種顏色的可見光；此外，再將紫外光有機發(fā)光二極管制成陣列狀的多數(shù)個發(fā)光點，并于各發(fā)光點的表面上分別設有一層紅色、綠色、及藍色三種顏色的螢光層，利用紫外光激發(fā)各色螢光層產(chǎn)生紅色、綠色、藍色光而形成全彩色有機發(fā)光二極管陣列。
本發(fā)明的上述目的，還可以通過以下技術措施來進一步實現(xiàn)上述的紫外光有機發(fā)光二極管產(chǎn)生紫外光波長為400nm以下。各色螢光層點的周圍加上一層以增強色彩及亮度對比的黑色油墨框。上述的發(fā)光面最外層玻璃，可阻絕400nm以下紫外光波長，以避免外界紫外光進入而激發(fā)該螢光管，該發(fā)光面的最外層玻璃或透明材料，可隔離400nm以下的紫外光線，以避免外界的紫外光直接進入表面玻璃層，進而激發(fā)該螢光層發(fā)出螢光。上述的螢光層是涂覆于透明基板面上之后，再以一塊表面玻璃予以膠合密封，以做為保護層，該螢光層及黑色油墨框，可先印制于表面玻璃基板上，再與紫外光有機發(fā)光二極管元件，正確對位密封膠合。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的紫外光有機發(fā)光二極管的制造方法的技術內(nèi)容如下所述本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管的制造方法，是在已制成完整的紫外光有機發(fā)光二極管元件的透明基板面上，直接涂覆一層紅色、綠色、藍色螢光層，之后再涂上保護層，并利用紫外光發(fā)光二極管產(chǎn)生紫外光，激發(fā)透明基板上的螢光層，使其產(chǎn)生紅色、綠色、及藍色光。
本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管及其制造方法的詳細構造及其特征，茲舉一較佳實施例并配合附圖詳述如下

圖1為紫外光有機發(fā)光材料PTOPT及PBD的分子結(jié)構式示意圖。
圖2為紫外光有機發(fā)光二極管結(jié)構示意圖。
圖3為紫外光有機發(fā)光二極管發(fā)光的光波譜圖。
圖4為本發(fā)明以紫外光有機發(fā)光二極管轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獾幕窘Y(jié)構示意圖。
圖5為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管的結(jié)構示意圖。
圖6為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管的俯視透視圖。
圖7為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管的橫切面結(jié)構示意圖。
圖8為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管的縱切凸面結(jié)構示意圖。
圖9為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管結(jié)構立體剖面圖。
圖10為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第二實施例的橫切面結(jié)構示意圖。
圖11為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第二實施例的縱切面結(jié)構示意圖。
圖12為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第二實施例的結(jié)構示意圖。
圖13為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第三實施例的結(jié)構示意圖(a)。
圖14為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第三實施例的結(jié)構示意圖(b)。
圖15為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第三實施例的結(jié)構示意圖(c)。
紫外光有機發(fā)光二極管(ULTRAVIOLE ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE)簡稱UVO或UVOLED；紫外光有機EL已被開發(fā)出來，其主要結(jié)構如圖2所示，其結(jié)構是以PBD32來做為電子輸送層，而以PTOPT和PBO混合形成發(fā)光層31；其制造程序為先于玻璃基板制造透明導電薄電極2后再做發(fā)光層31，之后再做電子輸送層32，最后做金屬電極4。在透明電極2及金屬電極4加一直流電壓時，就會產(chǎn)生波長為394mm紫外光，如圖3所示。因此，只要改變有機發(fā)光材料的組成物即可形成380-400nm的近紫外光波長的有機發(fā)光二極管。
螢光材料采用無機螢光材料如ZnS等，及有機螢光材料，本實施例是采用無機螢光材料，因無機螢光材料要選用被380-400nm所激發(fā)并能發(fā)射出可見光如較易尋找且穩(wěn)定性較高的紅、藍、綠等光；無機螢光材料亦有多種，如藍色螢光物可選用Ba，Mg，Eu)Al14O19，波長為454nm；綠色螢光物可選用SrAl2O4；Eu，Mg或MgAl11O19(Ce，Tb)波長為525nm；紅色螢光物可選用(Y2O2SEu)，波長為630nm；其中以氧化物較穩(wěn)定，在380-400nm的近紫外光激發(fā)，其壽命可達5萬小時以上。另有硫化物及氯化物這兩種螢光材料較怕潮，只要有良好的防潮處理，壽命亦可達到數(shù)萬小時。
參閱圖4，在金屬電極4與透明電極2間加一直流電壓即可產(chǎn)生紫外光并穿透透明電極2及保護層5，直接激發(fā)在保護層里面的螢光層6，使螢光層6吸收較短紫光波長并經(jīng)材料能級的轉(zhuǎn)換而發(fā)射出可見光波長；若螢光層采用紅色發(fā)光材料則會發(fā)出紅色光，采用綠色光螢光體則產(chǎn)生綠光，圖示中箭頭方向代表光發(fā)射方向。
圖5中，是將有機發(fā)光體3和金屬電極4及透明電極2和螢光層6切割分開形成三個獨立發(fā)光點，其中螢光層6分別選用紅6R、藍6B、綠6G三種不同色的螢光層，使三個紫外光發(fā)光二極管激發(fā)不同顏色的螢光體，以產(chǎn)生紅、藍、綠三種顏色。
圖5所示的制造程序，是先將玻璃基板10涂印黑框7及紅、藍、綠三色螢光層6，此部分若發(fā)光點較大時則可用綱印方式；若發(fā)光點較小時，則必須采用光罩作業(yè)處理，此部分技術和目前的液晶彩色濾光片的作法有點類似。在完成R、G、B三顏色螢光層之后，必須再涂上一層透明保護層5以保護螢光層6，之后再鍍上一ITO透明電極2，并利用蝕刻技術將不要的透明電極圖案予以清除，之后鍍上紫外光有機發(fā)光層3之后再鍍上金屬電極4，并利用蝕刻技術，將不要的有機發(fā)光體及金屬電極清除，最后再加上、下玻璃10、11封裝成型，即形成具有R、G、B三顏色的全彩色有機發(fā)光二極管。
請參閱圖6至圖8，本實施例中，有機發(fā)光層3采用平面式，和圖5的點矩陣式有些不同，其是同樣地在金屬電極4與透明電極2之間加一電壓在該電極區(qū)域的有機發(fā)光體，即可產(chǎn)生紫外光源，并透過透明電極2及保護層5而激發(fā)螢光層6，以產(chǎn)生R、G、B三色光源。如果將此結(jié)構擴大成許多點，則可形成全彩色的顯示幕。
參閱圖9，圖中箭頭的方向代表發(fā)光的方向，其制造程序是，玻璃基材10表面涂覆上螢光層6及黑色油墨框7，該黑色油墨框7主要是為增強黑白對比，并加上保護層5后再鍍上ITO透明電極2并蝕刻電極圖案后，再涂覆上紫外光有機發(fā)光層3，最后再涂覆金屬電極4并蝕刻電極圖案后再用下玻璃11封裝成型。
圖10及圖11為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管的第二實施例，其中有機發(fā)光層3采用點矩陣方式，此種方式與圖7及圖8所采用的單面式有機發(fā)光層有所不同，點矩陣的發(fā)光亮度會比平面式發(fā)光亮度稍亮些，但制造程序較復雜，其制造程序已在圖5中有所說明。
將有機EL發(fā)光區(qū)做成點矩陣列狀，使每一單點個別發(fā)光，如圖10、11、12發(fā)光層3所示，此種結(jié)構設計將較面狀有機EL的亮度亮，因有機EL的發(fā)光區(qū)都在界面層，一般從界面層產(chǎn)生光后還要透過幾層的有機EL材料，才能使光射出來，而此種有機材料將吸收部分的光，而使光亮度變得較暗，本發(fā)明另一方法，是將有機EL發(fā)光區(qū)做成點矩陣狀，由單一點發(fā)光，就發(fā)光效率而言在同一單位面積(電極面積大小一樣)下，單點有機EL的發(fā)光亮點要比面狀的有機EL的亮度還亮，而本發(fā)明可將金屬電極加寬以增強光的反射效果，并在單點與單點之間(或單點的周圍)加一具有光反射及絕緣層8(如圖12所示)，則亮度會更加提升，此種做法在有機EL方法中乃是首創(chuàng)。
其中，絕緣反射層可為白色涂料或其它能反射近紫外光波長材料，又具有絕緣效果的材料皆可用；絕緣反射層亦可采用絕緣隔離層，目的在隔離點與點的光源避免光擴散和重疊，不論采用絕緣隔離層或絕緣反射層，其制造程序一樣，只是材料的選擇不同，絕緣隔離層材料可選黑色油墨等材料。
本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第三實施例是采用已制造完成的紫外光有極發(fā)光二極管，如圖13，為本發(fā)明第三實施例(結(jié)構a)，先將螢光層6的圖案印制于表面玻璃12之上，之后再用封膠膠合于事先已完成的紫外光有機EL元件上。這樣制造程序簡單，可分前段制造程序，即將玻璃與螢光層結(jié)合一起，而后段為紫外光有機發(fā)光二極管的制造程序，最后，只要將兩者結(jié)合在一起即可。此種方法在制造時方便，因前段與后段的投資設備及薄膜層的制造有點不同，故先分開制造后再結(jié)合完成。
圖14為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第三實施例(結(jié)構b所示)，在紫外光發(fā)光二極管的玻璃10表面上，印制螢光層6后再涂上保護層5，這樣，以紫外光有機發(fā)光二極管元件來激發(fā)表面螢光物質(zhì)，使其產(chǎn)生R、G、B三種顏色的結(jié)構。
圖15為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第三實施例的第三種結(jié)構(結(jié)構c)，是在已完成紫外光有機發(fā)光二極管元件的玻璃表面上，印制螢光層6及黑色油墨7之后再加一塊表面玻璃12，膠合做為保護層。
如圖13、14及15，均為本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管第三實施例，其中的三種結(jié)構都是已制造完成的紫外光發(fā)光二極管裝置，產(chǎn)生紫外光，之后再于其表面發(fā)光的相對位置設置螢光層，使產(chǎn)光的紫外光能直接激發(fā)螢光層，并產(chǎn)生R、G、B等全彩色的裝置。
螢光層的涂覆方式有很多，在本實施例三中如圖13、14及15的構造可采用綱印方式，一般電腦顯示器(PDP)或CRT也都采用此種方式。目前運用綱印技術所形成的點對點的距離已可達到0.22mm的品質(zhì)(一般電腦顯示器點距為0.27mm左右，高解析度顯示器的點距為0.25mm)，由于綱印方式設備投資少，且能快速生產(chǎn)，故以此種技術應用在有機EL顯示器上，則更加節(jié)省成本。
另，在一般室內(nèi)或室外照明光可能含有400nm以下紫外光線，有可能室內(nèi)紫外光線直接進入本發(fā)明的表面透明材料或透明玻璃，進而激發(fā)螢光層產(chǎn)生螢光。為了避免此種情況發(fā)生，其中的透明玻璃則采用可阻隔400nm波長以下的材料，或鍍薄膜處理，以防止紫外光線的影響。
近來，日本光興公司(IDEMITSUKOSAN)采用美國柯達公司第5294870號專利技術，開發(fā)出全彩色顯示器，其厚度只有2mm，引起世人的注意，但其美中不足的是亮度不足，因其中必須加上濾光層的影響。
而本發(fā)明與上述美國第5294870號專利的不同點為1、使用的光源不同，本發(fā)明使用紫外光有機發(fā)光二極管，而上述美國專利案使用藍色光有機發(fā)光二極管。
2、在螢光層方面，本發(fā)明紫外光激發(fā)不同螢光層，產(chǎn)生紅、綠、藍三顏色；而上述美國專利案則須在紅色及綠色方面，需加上一層濾光層將藍光濾除，以獲得紅色光及綠色光。
3、本發(fā)明在螢光層的點與點之間加上一黑色油墨框以加強光色的對比，而上述美國專利案則無此裝置。
4、本發(fā)明螢光層可設置于紫外光有機發(fā)光二極管元件的玻璃外表面，之后再以封膠保護，而其它全彩色有機發(fā)光二極管的結(jié)構，則無此設計。
5、本發(fā)明在發(fā)光面最外層的透明玻璃，可防止400nm以下的紫外光進入發(fā)光面，而避免外來光源激發(fā)螢光層的現(xiàn)有產(chǎn)品，則無此類的設計。
綜上所述，本發(fā)明全彩色有機發(fā)光二極管及其制造方法，是利用可發(fā)出紫外光的有機發(fā)光材料為基礎，制造成紫外光發(fā)光二極管；之后再于其表面加上一層螢光層使其能以紫外光激發(fā)螢光層，進而產(chǎn)生R、G、B三顏色的創(chuàng)新設計。此種方式，將是所有全彩色有機發(fā)光二極管制造方法中，其制造程序最簡單，且不需加上濾光片，是最佳的結(jié)構，實為顯示器界的一大創(chuàng)舉！上述詳細說明是有關本發(fā)明的一可行實施例的具體說明，凡未脫離本發(fā)明精神所為的等效實施或變更，均應屬于本發(fā)明的技術內(nèi)容范圍。
權利要求
1.一種全彩色有機發(fā)光二極管，其特征在于，其是以可發(fā)射紫外光的有機發(fā)光材料制成紫外光有機發(fā)光二極管，以該紫外光有機發(fā)光二極管為基礎，并于紫外光發(fā)射面上設有一層螢光層，利用紫外光激發(fā)其表面的螢光層，而產(chǎn)生各種顏色的可見光；此外，再將紫外光有機發(fā)光二極管制成陣列狀的多數(shù)個發(fā)光點，并于各發(fā)光點的表面上分別設有一層紅色、綠色、及藍色三種顏色的螢光層，利用紫外光激發(fā)各色螢光層產(chǎn)生紅色、綠色、藍色光而形成全彩色有機發(fā)光二極管陣列。
2.根據(jù)權利要求1所述的全彩色有機發(fā)光二極管，其特征在于，所述的紫外光有機發(fā)光二極管產(chǎn)生紫外光波長為400nm以下。
3.根據(jù)權利要求1所述的全彩色有機發(fā)光二極管，其特征在于，所述的各色螢光層點的周圍加上一層以增強色彩及亮度對比的黑色油墨框。
4.根據(jù)權利要求1所述的全彩色有機發(fā)光二極管，其特征在于，所述的發(fā)光面最外層玻璃，可阻絕400nm以下紫外光波長，以避免外界紫外光進入而激發(fā)該螢光管。
5.根據(jù)權利要求4所述的全彩色有機發(fā)光二極管，其特征在于，所述的螢光層是涂覆于透明基板面上之后，再以一塊表面玻璃予以膠合密封，以做為保護層。
6.根據(jù)權利要求4所述的全彩色有機發(fā)光二極管，其特征在于，所述的螢光層及黑色油墨框，可先印制于表面玻璃基板上，再與紫外光有機發(fā)光二極管元件，正確對位密封膠合。
7.根據(jù)權利要求4所述的全彩色有機發(fā)光二極管，其特征在于，所述的發(fā)光面的最外層玻璃或透明材料，可隔離400nm以下的紫外光線，以避免外界的紫外光直接進入表面玻璃層，進而激發(fā)該螢光層發(fā)出螢光。
8.根據(jù)權利要求5所述的全彩色有機發(fā)光二極管，其特征在于，所述的發(fā)光面的最外層玻璃或透明材料，可隔離400nm以下的紫外光線，以避免外界的紫外光直接進入表面玻璃層，進而激發(fā)該螢光層發(fā)出螢光。
9.一種如權利要求1所述的全彩色有機發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，在已制成完整的紫外光有機發(fā)光二極管元件的透明基板面上，直接涂覆一層紅色、綠色、藍色螢光層，之后再涂上保護層，并利用紫外光發(fā)光二極管產(chǎn)生紫外光，激發(fā)透明基板上的螢光層，使其產(chǎn)生紅色、綠色、及藍色光。
10.根據(jù)權利要求9所述的全彩色有機發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述的發(fā)光面的最外層玻璃或透明材料，可隔離400nm以下的紫外光線，以避免外界的紫外光直接進入表面玻璃層，進而激發(fā)該螢光層發(fā)出螢光。
全文摘要
一種全彩色有機發(fā)光二極管及其制造方法,以近紫外光有機發(fā)光二極管為基礎,將發(fā)光二極管表面設有一層熒光層,利用近紫外光有機發(fā)光二極管,產(chǎn)生紫外光并激發(fā)其表面的熒光層,以產(chǎn)生各色的熒光;其制造方法是,在紫外光有機發(fā)光二極管元件的透明基板面上,直接涂覆一層紅色、綠色、藍色熒光層,之后再涂上保護層。其具有高亮度、低電流、省電的優(yōu)點。
文檔編號H01L51/50GK1228618SQ98100720
公開日1999年9月15日 申請日期1998年3月10日 優(yōu)先權日1998年3月10日
發(fā)明者陳興 申請人:陳興