TWI238024B - Organic light emitting device and fabrication method thereof - Google Patents
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Description
1238024 五、發明說明（1)
【發明所屬之技術領域J 本發明是有關於有機發光元件及並 是有關於藉由對導體居声面進行、、曰人二、乍方法，且特別 善有機發光元件特進“合氣體的電聚製程而改 【先前技術】 ，時！=:i:(0LED)i利用當有機薄膜材料被電流激 發亇曰卷先的粉丨生，而被廣泛應用在 :貝域。㈣元件通常是一三明治結構，也以 極、一陰極以及夹於其間的一有機薄膜所構成。 上，：ίΠΐί透明導體層且被形成在-透明基底 上>而陰極疋一金屬層。至於有機薄膜則通常包含有—恭 層(eieCtron-transp〇rting iayer)、一電洞傳輸- (em1SS10n layer)。當電流施加於陽極與陰極之間時，^ :會經由電子傳輸層而注入發光層’電洞會經由電洞傳： 層而進入發光層丄因而使得電子與電洞在發光層肖合而發 出光。上述有機薄膜可以是單層結構或是多層结構。 由於銦錫氧化物（1了0)具有透明、導電以及高功函數 (work funct1〇n)等特性，所以經常被使用做叽肋元件中 的陽極材料。由於為了要提升〇LED元件性能，因此必須使 ΙΤ0層的表面功函數能與相鄰的有機薄膜的電洞注入能階 (即HOMO能階：最高空價執域能階）相近。所以在〇led製程 中，通常在形成有機薄膜中的電洞傳輸層之前，先對ιτ〇
0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第6頁 1238024 五、發明說明（2) 層進行電漿前處理來調整IT〇層的表面功函數。 在美國專利第625 92 02號中，有揭示使用氧氣電漿處 理來增加IΤ0層的表面功函數至一定值，以及使用氫氣電 聚處理來降低IT 〇層的表面功函數至另一定值。然而，該 方法並未教導如何使丨τ〇層的表面功函數被調整至隨意 值’也就是說該方法並未教導如何調整ΙΤ〇層的表面功函 ^至與相鄰電洞傳輸層的HOMO能階完全匹配（niatch)的狀 ^更者’該方法所採用的氫氣是具有高危險性的氣體， 這對工作安全是一大威脅。 【發明内容】 有鑑於此，本發明之一 面功函數的方法。 本發明之另一目的，在 作方法。 本發明之再一目的，在 為達上述目的’本發明 的方法，包括下列步驟：提 功函數；對該導體層進行採 其中該混合氣體包括一第一 體’該第一反應性氣體的電 少，該第二反應性氣體的電 加；以及藉由控制該混合氣 第二反應性氣體的流量比例 目的在於提供一種調整導體表 於提供一種有機發光元件的製 =提供一種有機發光元件。 提供一種調整導體表面功函數 供一導體層，其表面具有第一 用一混合氣體的一電漿製程， 反應性氣體與一第二反應性氣 漿處理會使該第一功函數減 漿處理會使該第一功函數增 體中的該第一反應性氣體與該 ，而調整該第一功函數。 0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JAOCY.ptd 第7頁 1238024 五、發明說明（3) ________ 為達上述目的，本發明提供— 方法，包括下列步驟··提供具有第—有機發光元件的製作 物層；對該含銦氧化物層進行採用二=函數的一含銦氧化 程，使得該含銦氧化物層表面具有合，體的一電漿製 成一有機層於該含錮氧化物層上，^疋的第一功函數；形 一HOMO(最高空價軌域）能階的_ ς中該有機層包含具有 含銦氧化物層，·以及形成一導體声二傳輪層，其相鄰於該 該混合氣體包括一第一反應性氣‘與？ 5機層上；其中， 該第一反應性氣體的電漿處理备 ^ 弟一反應性氣體， 第二反應性氣體的電漿處理會^誃=第—功函數減少’該 電漿製程是藉由控制該混合氣體中X 功函數增加，上述 該第二反應性氣體的流量比例，^該第一反應性氣體與 數等於或相近於該HOMO能階。 上述凋整的第一功函 括.為本發明提供—種有機發光元件，包 麵氧化物層；-有機層位於：含 層包含具有-_能階的-電 =輸層，該電洞傳輸層相鄰於該含銦氧化物層；以及一 if位於該有機層上；其中，上述被電聚處理過的含銦 :化物層包合具有第一功函數的一含銦氧化昝層，該含銦 乳化物層是被採用一混合氣體的一電漿製程所處理而使 該含銦氧化物層表面具有調整的第-功函數，該混合氣體 包括-第-反應性氣體與-第二反應性氣體，該第—反摩 ，氣體的電装處理會使該第一功函數減少，該第二反應^ 亂體的電漿處理會使該第一功函數增加，上述電漿製程是
0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第8頁 1238024 五、發明說明（4) ^ =制該混合氣體中的該第—反應性氣體與該第二反應 f :體的流量比例’而使上述調整的第一功函 近於該HOMO能階。 f發明使用例如是含有氮氣與氧氣的混合氣體當作是 製程中的製程氣體，然後藉由控制該混合氣體中的氮 =虱氣的流量比例，而使導體層表面的功函數被調整至 望的功函數。如此，本發明就能將有機發光元件中的 曰表面的功函數調整至與相鄰的電洞傳輸層的恥仙能 t至完全匹配的狀態，因而達到增益元件效能的目的：更 ，本方法不使用高危險性的氫氣，因此能夠提升工作安 全性。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂， =文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 【實施方式】 一本發明利用混合氣體的電漿製程，來調整使用於電子 元件（例如是0LED元件）中的導體層的表面功函數，而改善 兀件性能。在本實施例中，該導體層例如是含銦氧化物 (tin oxide)層，該含銦氧化物層可以是銦錫氧化物（ιΤ〇) 或銦鋅氧化物（ΙΖ0)層。以下利用第！圖，其藉由儿仙元件 的製作流程來說明本發明。這裡要特別說明的是，本實施 例雖以0LED元件製程為例，實際上可將本發明方法運用於 需要調整功函數的任何導體物質上。 0632-A50164TWf(5.0) ： AU0402010 ； JACKY.ptd 第9頁 1238024 五、發明說明（5) 請參閱第1圖.，形成當作是陽極（anode)的一透明導體 層1 2於一透明基板1 〇上，其中該透明導體層1 2例如是由濺 鍍法所形成之ΙΤ0或ΙΖ0層，而該透明基板10例如是玻璃基 板或塑膠基板等等。為了說明方便，以下皆以I T0層1 2來 代表該透明導體層1 2。 .接著，可進行習知的濕式洗淨步驟11 0，將存在於該 IT0層1 2上的污染物去除，以利進行後續步驟進行。上述 濕式洗淨步驟11 〇例如是藉由清潔劑（d e t e r g e η ΐ )、溶劑 solvent)以及去離子水（DI water)來進行洗淨程序。之 後’利用日本理研（Riken)公司生產之AC-2型式之光電子 分光裝置，量測該IT0層12的功函數是4. 9eV。 然後，對該IT 0層1 2進行電漿製程步驟1 2 0，用以調整 該I T 0層1 2的表面功函數，也就是說，使得經過電漿製程 步驟12 0之IT0層12’表面具有調整過的功函數（modi fied work function)。該電漿製程步驟120是使用至少包括有 第一反應性氣體1 2 1與一第二反應性氣體1 2 2的混合氣 體’該第一反應性氣體1 2 1的電漿處理會使該I TO層1 2的功 函數減少，而該第二反應性氣體1 2 2的電漿處理會使該丨το 層1 2的功函數增加。 這裡要特別強調的是，本發明的電漿製程步驟1 2 〇是 藉由控制該混合氣體中的該第一反應性氣體1 2 1與該第二 反應性氣體1 2 2的流里比例’而將該IT 0層1 2的功函數調整 至所希望的功函數值。另外，為了避免電漿反應過於激 ，該渴合氣體可更包含一非反應性氣體1 2 3。上述第一
0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第10頁 五、發明說明（6) 反應性氣體1 21是一含氮氣體，例如是％或麗3或％〇，上、成 第二反應性氣體122是一含氧氣體，例如是02或N02，而 述非反應性氣體1 2 3例如是A r。在本實施例中，是以^來、 表該第一反應性氣體1 2 1，〇2來代表該第二反應性氣體2代 122。還有，上述電漿製程步驟1 2 〇可以是在平板式電漿系 統（parallel-type plasma system)中進行，其製程條件、 例如是：RF功率是50〜6 0 0 W、製程壓力是卜1〇 mTorr以及 製程時間是10秒〜1 0分鐘。 接著，形成一有機層20於該I TO層12,上，其中該有機 層20可包含具有一HOMO(最高空價軌域）能階的一電洞傳輪 層14相鄰於該IT0層12，、一有機發光層16以及一電子傳輪 層18。在本實施例中，該電洞傳輸層14是以NPB (含氮元素 的有機分子材料）層14為例，該NPB層14的HOMO能階約為 5· 4eV 〇 然後，形成當作是陰極（cathode)的一金屬層22於該 有機層20上。該金屬層22例如是LiF/Al層。如此，即形成 了一0LED 元件 100。 以下提供一個操作範例，用以說明藉由本發明的n2+〇2 混合氣體電漿製程120，來使該0LED元件100中的IT0層 12’的表面功函數能夠與NpB層14的HOMO能階完全匹配 (match ) 〇 首先，發明者在RF功率大抵是5 0 0 W、製程壓力大抵 是1 mTorr以及製程時間大抵是25秒之電漿製程條件下，
0632-A50164TW.f(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第 11 頁 1238024 五、發明說明（7) 分別以純N2電漿處理、％/〇2混合氣體流量比例是3//1之電漿 處理、& / 〇2混合氣體流量比例是1 / 3以及純％電漿處理等四 種狀況下來對ΙΤ0層12進行電漿處理。其結果如第2圖所 示’該圖中的（a )點是表示經過純％電漿處理的I τ 〇功函 數，其約為4· 8eV。該圖中的（b)點是表示經過^/〇2混合氣 體流量比例是3/ 1之電漿處理的I T0功函數，其约為 ” 5.0eV。而該圖中的（c)點是表示經過^/〇2混合氣體流量比 例是1/3之電漿處理的ΙΤ0功函數，其約為5e 4eV。該圖中 的（d)點是表示經過純〇2電漿處理的〗τ〇功函數，其约為 5· 6eV。由第2圖可發現，上述（a)、（b)、（c)及（d)點之間 的關是幾乎是一種線性關係。 所以’本發明是根據上述發現，藉由控制該混合氣體 中的氮氣與氧氣的流量比例，而使〗T0層丨2表面的功函數 被調整至所希望的功函數值。舉例來說，請參閱第3圖， 當該電洞傳輸層14是採用HOMO能階是5. 4eV的ΝΡΒ層14時， 則經由將本發明的電漿製程1 2 0中的％ / 〇2混合氣體流量比 例控制在1/3的狀態下，就能將0LED元件1〇〇中的具有表面 功函數（Ef )是4· 9eV的ΙΤ0層12轉變成具有表面功函數（Ef,) 是5.4eV的ΙΤ0層12，，而使ΙΤ0層12,表面的功函數（Ef，）^ 全匹配（match)於NPB層14的HOMO能階（5· 4eV)。 接著，請參閱第4圖與第5圖，其以發綠光的〇LED元件 為實驗例，來證明經過本發明的^/〇2混合氣體之電漿處理 之0LED元件性能優於習知0LED元件。本實驗例所使用的發 綠光0LED元件組成為··陽極是採用17()層（7511111)，電洞傳 0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第12頁 1238024 五、發明說明（8) 輸層是採用NPB層（150nm)，發光層是採用摻雜有1%c54 5T 的Alq3層（37·5ηιη)，電子傳輸層是採用Aiqs層（37·5°_)， 以及陰極是採用含LiF(lnm)與Al( 2 0 0nm)的雙層。第4图與 第5圖中的曲線編號41、51是代表IT0層沒有經^過任何;漿 處理的傳統0LED元件性能曲線，曲線編號42、52是代表 I Τ0層只有經過純〇2電漿處理的習知0LED元件性能曲線，而 曲線編號43、53是代表I το層經過乂/〇2混合氣體流量比例 是1 / 3之電漿處理的本發明〇 l E D元件性能曲線。 由第4圖可知，由於本發明方法使ΙΤ0表面功函數相等 或相近於NPB的HOMO能階，所以本發明的〇LED元件發光效 率（emission efficiency)優於f知。另外，由第^圖可 知由於本杳明方法使I T0表面功函數相等或相近於npb的 HOMO能階，所以本發明的0LED元件能量效率（energ^ efficiency)優於習知，亦即本發明〇LED元件比習知省 電。 【本發明特徵與優點】 本發明特徵在於：使用例如是含有氮氣與氧氣的混合 ^體當作是電漿製程中的製程氣體，然後藉由控制該混合 氣體中的氮氣與氧氣的流量比例，而使導體層表面的功函 數被调整至所希望的功函數。 如此，本發明就能將0LED元件中的IT〇層表面的功函 數調整至與相鄰的電洞傳輪層的Η〇Μ〇能階至完全匹配的狀 態，因而達到增益元件效能的目的。更者，由於本發明不 0632-A50164TWf(5.0) ; AU0402010 ; JACKY.ptd 第13頁 1238024
0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第14頁 1238024 圖式簡單說明 第1圖是顯示根據本發明而禦 圖； 衣作OLED 7G件的流程示意 圖是顯示經由在不同V〇“昆合氣體流量比例下的 電漿處理所得到之ΙΤ0功函數關是圖· 第3圖是說明經由本發明的電^處理後，使得I T0功函 數能夠與NPB層的HOMO能階完全匹配· 第4圖是說明經由本發明方法所制作之〇LED元件具有 優良的發光效率；以及 ^ 第5圖是說明經由本發明方法制作之〇LED元件具有 優良的能量效率。 ^ 【主要元件符號說明】 1 0〜基板； 12〜透明導體（例如ιτο)層； 體層； 1 2 ’〜經過電漿處理之透明導 1 4〜電洞傳輸層； 1 6〜有機發光層； 1 8〜電子傳輸層； 2 0〜有機層； 2 2〜金屬層；
41、 5卜代表ΙΤ0層沒有經過 < 後處理的傳統〇LED 元件性能曲線； 任何電，
42、 52〜代表ΙΤ0層只有經過砘 處理的習知〇LED 元件性能曲線； 2 ¥十 0632-A50164TWf(5,0) ； AU0402010 ; JACKY.ptd 第15頁 1238024 圖式簡單說明 43、53〜代表ΙΤ0層經過N2/02混合氣體流量比例是1/3 之電漿處理的本發明0LED元件性能曲線； 100〜0LED元件； 11 0〜洗淨步驟； 12 0〜混合氣體之電漿製程步驟； 12 1〜第一反應性氣體； 1 2 2〜第二反應性氣體； 1 2 3〜非反應性氣體。
0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第16頁
Claims (1)
- 1238024 六、申請專利範圍 1. 一種調整導體表面功函數的方法，包括下列步驟： 提供一導體層，其表面具有第一功函數； 對該導體層進行採用一混合氣體的一電漿製程，其中 該混合氣體包括一第一反應性氣體與一第二反應性氣體， 該第一反應性氣體的電漿處理會使該第一功函數減少，該 第二反應性氣體的電漿處理會使該第一功函數增加；以及 藉由控制該混合氣體中的該第一反應性氣體與該第二 反應性氣體的流量比例，而調整該第一功函數。 2. 如申請專利範圍第1項所述之調整導體表面功函數 的方法，其中該導體層是一含銦氧化物層。 3. 如申請專利範圍第2項所述之調整導體表面功函數 的方法，其中該導體層是銦錫氧化物或銦鋅氧化物層。 4. 如申請專利範圍第1項所述之調整導體表面功函數 的方法，其中該第一反應性氣體是一含氮氣體。 5. 如申請專利範圍第4項所述之調整導體表面功函數 的方法，其中該含氮氣體是N2或!^3或％0。 6. 如申請專利範圍第1項所述之調整導體表面功函數 的方法，其中該第二反應性氣體是一含氧氣體。 7. 如申請專利範圍第6項所述之調整導體表面功函數 的方法，其中該含氮氣體是02或1^02。 8. 如申請專利範圍第1項所述之調整導體表面功函數 的方法，其中該混合氣體更包括一非反應性氣體。 9. 如申請專利範圍第8項所述之調整導體表面功函數 的方法，其中該非反應性氣體是Ar。0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第17頁 /、、申清專利範圍 10·如申請專利範圍第2項％、+、 數的方法’其中該電漿製程的條件、包：周整導體表面功函 咖W、製程壓力是卜1〇 mT(J木件匕制括有⑽功率是50〜 鐘。 及衣程時間是1 0秒〜1 〇分 數的之法如V;專第/ °項所述之調整導體表面功函 5〇"、製程、/力\電抵漿^程了的條件包括有：勸率大抵是 秒。 力大抵疋1 mTorr以及製程時間大抵是25 1 提2供一且種Λ機發光元件的製作方法，包括下列步驟： 徒t、具有苐一功函數的一含銦氧化物層； 程 對該含銦氧化物層進行採用一混合氣體的一電漿製 使得該含銦氧化物層表面具有調整的第一功函數^ 形成一有機層於該含錮氧化物層上，其中該有機層包 含具有一HOMO(最高空價軌域）能階的一電洞傳輸層，其相 鄰於該含銦氧化物層；以及 形成一導體層於該有機層上； 其中’該混合氣體包括一第一反應性氣體與一第二反 應性氣體，該第一反應性氣體的電漿處理會使該第一功函 數減少，該第二反應性氣體的電漿處理會使該第一功函數 增加，上述電漿製程是藉由控制該混合氣體中的該第一反 應性氣體與該第二反應性氣體的流量比例，而使上述調整 的第一功函數等於或相近於該HOMO能階。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之有機發光元件的製 作方法，其中該含銦氧化物層是銦錫氧化物或銦鋅氧化物 0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ： JACKY.ptd 第18頁 1238024 六、申請專利範圍 層。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項戶斤述之有機發光元件的製 作方法，其中該電洞傳輸層的材質是抑6(含氮元素的有機 分子材料）。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之有機發光元件的製 作方法，其中該第一反應性氣體是/含氮氣體，而該第二 反應性氣體是一含氧氣體。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項所述之有機發光元件的製 作方法，其中該含氮氣體是％或N H3或乂 〇，而該含氮氣體<是 〇2 或 N02 〇 1 7 ·如申請專利範圍第丨6項所述之有機發光元件的製 作方法，其中該電漿製程的條件包栝有：RF功率是5〇〜6〇〇 W、製程壓力是卜10 niTorr以及製翟時間是10秒〜1〇分鐘。 1 8.如申請專利範圍第丨7項所述之有機發光元件的製 作方法，其中該電漿製程的條件包括有：RF功率大抵是 5 0 0 w、製程壓力大抵是1 mTorr以及製程時間大抵是25 秒。 1 9 ·如申請專利範圍第丨8項所述之有機發光元件的製 作方法，其中該第一反應性氣體與該第二反應性氣體的^戾 ΐ比例被控制在1 : 3時，上述調整的第一功函數等於或相 近於該HOMO能階。 20 .如申請專利範圍第丨2項所述之有機發光元件的製 作方法，其中該混合氣體更包括/非反應性氣體。 2 1 ·如申請專利範圍第2 〇項所述之有機發光元件的製0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第19頁 1238024 六、申請專利範圍 作方法’其中該非反應性氣體是^。 22· —種有機發光元件，包括· ° 一被電漿處理過的含銦氧化物層 一有機層位於該含銦氧化物層丄 其中該有機層包含 具有一HOMO能階的一電洞傳輪層 含銦氧化物層；以及 一導體層位於該有機層上； 其f，上述被電漿處理過的含銦氧化物層包含具有 :功减的-含銦氧化物層，該含銦氧化物層是被採用一 混合軋體的：電漿製程所處理而使得該含銦氧化物層表面 具有調整的第-功函數’該混合氣體包括一第一反應性氣 體與一第一反應性氣體，該第一反應性氣體的電漿處理會 使，第一功函數減少，該第二反應性氣體的電漿處理會使 該第一功函數增加，上述電漿製程是藉由控制該混合氣體 中的該第一反應性氣體與該第二反應性氣體的流量比例， 而使上述調整的第一功函數等於或相近於該Η〇Μ〇能階。 23 ·如申請專利範圍第22項所述之有機發光元件 中該含铜氧化物層是銦錫氧化物或銦鋅氧化物層。 2 4 .如申請專利範圍第2 3項所述之有機發光元件 中該電洞傳輸層的材質是Νρβ。 2 5 ·如申請專利範圍第2 4項所述之有機發光元件，其 中該第一反應性氣體是一含氮氣體’而該第二反應性氣體 是一含氧氣體。 2 6 ·如申請專利範圍第2 5項所述之有機發光元件，其 該電洞傳輸層相鄰於該 其 其 0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第20頁 1238024 ，、申請專利範圍 中該含氮氣體是N2、nh3或1〇，而該含氮氣體是〇2或no2。 27·如申請專利範圍第26項所述之有機發光元件，其 中該電漿製程的條件包括有· 功率是50〜600 W、製程壓 力是卜10 mTorr以及製程時間是1〇秒〜1〇分鐘。 2 8 ·如申請專利範圍第2 7項所述之有機發光元件，其 中該電漿製裎的條件包括有：功率大抵是5〇〇 w、製程 壓力大抵是1 m T 〇 r r以及製程時間大抵是2 5秒。 2 9 ·如申請專利範圍第2 8項所述之有機發光元件，其 中該第一反應性氣體與該第二反應性氣體的流量比例被控 制在1 ·· 3時，上述調整的第一功轟數等於或相近於該H〇M〇 能階。 3 0 ·如申請專利範圍第2 2項所述之有後發光元件，其 中該混合氣體更包括一非反應性氣體。 31 ·如申請專利範圍第3 〇項所述之有機發光元件，其 中該非反應性氣體是Ar。0632-A50164TWf(5.0) ； AU0402010 ； JACKY.ptd 第21頁
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