电极结构及量子点电致发光元件

技术领域

本发明为量子点电致发光元件(QD electroluminescent(EL)device)，尤指由应用于量子点电致发光元件之中的一种电极结构。

背景技术

近年来，使用量子点发光层(EML)的量子点电致发光元件(QD EL device)因具有可调的电致发光波长及高色彩饱和度等出色的光学特性，故被视为下一代固态照明和显示器最有潜力的发光元件。举例而言。中国台湾专利公开号TW202139482A1即揭示一种量子点电致发光元件。

图1显示习知的一种量子点电致发光元件极体元件的侧剖视图。如图1所示，习知的量子点电致发光元件1a(亦称为量子点发光二极管元件)包括：一阳极层1Aa、一空穴注入层1HIa、一量子点发光层1EMa、一电子传输层1ETa、以及一阴极层1Ca。依据中国台湾专利公开号TW202139482A1的揭示内容，可知该量子点发光层1EMa包括：多颗黄光量子点1YQa和多颗蓝光量子点1BQa，其中该多颗黄光量子点1YQa和该多颗蓝光量子点1BQa具有范围介于1:4至1:8之间的一混合比例。在一驱动电压被施加至该量子点电致发光元件极体元件1a的情况下，该量子点发光层1EMa所发出的一白光是经由该阳极层1Aa(例如：ITO)出光。

一般而言，该阴极层1Ca可利用铝、银、或氟化锂与铝的复合物等材料制成。值得说明的是，银薄膜具有低电阻率，且在可见光波长范围内具有优秀的光学性能。此外，银薄膜只需利用简单的热沉积技术即可形成。因此，银薄膜于是成为所述阴极层1Ca的最佳方案。更详细地说明，在热沉积过程中，银薄膜的生长机制将遵循岛状生长模式(Volmer-Webergrowth mode)。在岛状生长模式中，银原子相互之间的束缚力强于基板对银原子的束缚力，导致银原子在基板表面发生成核，接着成长为更大的岛，最终这些岛互连而成为银薄膜。因此，遵循岛状生长模式所形成的银薄膜可能会有不连续的形貌(morphology)，从而影响其表面粗糙度(Rq)以及光学特性(如：透光率)。最终，银制的阴极层1Ca和ITO制的阳极层1Aa之间因透光率差异过大而发生透光率不平衡(transmittance imbalance)，影响该量子点发光层1EMa的出光方向。

由上述说明可知，习知的量子点电致发光元件的阴极仍存在需要加以改善之处。有鉴于此，本案的发明人是极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的一种电极结构及具有该电极结构的量子点电致发光元件。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电极结构，应用于一量子点电致发光元件之中，从而作为该量子点电致发光元件所具有的两种电极(即，阳极与阴极)的其中之一。实验数据显示，在包含本发明的电极结构的情况下，该量子点电致发光元件的阳极与阴极不会因为透光率差异过大而发生透光率不平衡现象，从而总亮度、电流效率和EQE是同时提高。

为达成上述目的，本发明提出所述电极结构的一实施例，其包括：

一种子层，用以与一电子元件之中的一功能材料层接触；

一电极层，形成于该种子层之上，且为一铜掺杂的银层；其中，在所述电极层之中，铜的掺杂量是介于0.1％至20％之间；以及

一覆盖层，形成于该电极层之上。

在一可行实施例中，该电子元件为一常规型式的量子点电致发光元件(RegularQD electroluminescent device)，且所述功能材料层为一电子传输层。

在另一可行实施例中，该电子元件为一反向型式的量子点电致发光元件(Inverted QD electroluminescent device)，且所述功能材料层为一空穴传输层。

并且，本发明同时提出一种量子点电致发光元件的一第一实施例，其包括：

一阳极层；

一空穴注入层，形成于该阳极层之上；

一空穴传输层，形成于该空穴注入层之上；

一发光层，形成于该空穴传输层之上；

一电子传输层，形成于该发光层之上；以及

一电极结构，包括：

一种子层，形成于该电子传输层之上；

一电极层，形成于该种子层之上，且为一铜掺杂的银层；其中，在所述电极层之中，铜的掺杂量是介于0.1％至20％之间；及

一覆盖层，形成于该电极层之上。

进一步地，本发明还提出一种量子点电致发光元件的一第二实施例，其包括：

一阴极层；

一电子注入层，形成于该阴极层之上；

一电子传输层，形成于该电子注入层之上；

一发光层，形成于该电子传输层之上；

一空穴传输层，形成于该发光层之上；以及

一电极结构，包括：

一种子层，形成于该空穴传输层之上；

一电极层，形成于该种子层之上，且为一铜掺杂的银层；其中，在所述电极层之中，铜的掺杂量是介于0.1％至20％之间；及

一覆盖层，形成于该电极层之上。

在一实施例中，该种子层由氧化钼制成。

在一实施例中，该覆盖层由氧化钼制成，从而和该种子层以及该电极层一同构成一电介质/金属/电介质结构。

在一实施例中，该电极层的厚度介于15nm至25nm之间，该种子层的厚度介于2nm至5nm之间，且该覆盖层的厚度介于30nm至50nm之间。

附图说明

图1为习知的一种量子点电致发光元件极体元件的侧剖视图；

图2为包含本发明的一种电极结构的一第一电子元件的立体图；

图3为图2所示的第一电子元件的立体分解图；

图4为包含本发明的一种电极结构的一第二电子元件的立体图；

图5为图4所示的第二电子元件的立体分解图；

图6为一第一实验元件的AFM影像图；

图7为一第二实验元件的AFM影像图；

图8A为膜厚为10nm的银膜的SEM影像图；

图8B为膜厚为20nm的银膜的SEM影像图；

图8C为膜厚为30nm的银膜的SEM影像图；

图9A为膜厚为10nm的银膜的透光率相对于波长的曲线图；

图9B为膜厚为20nm的银膜的透光率相对于波长的曲线图；

图9C为膜厚为30nm的银膜的透光率相对于波长的曲线图；

图10为银膜的SEM影像图；

图11为铜掺杂的银膜的SEM影像图；以及

图12为多个QLED元件的透光率比值的统计长条图。

【符号说明】

1a:习知的量子点电致发光元件

1Aa:阳极层

1HIa:空穴注入层

1EMa:量子点发光层

1ETa:电子传输层

1Ca:阴极层

1YQa:黄光量子点

1BQa:蓝光量子点

1:第一电子元件

10:透明基板

1A:阳极层

1HI:空穴注入层

1HT:空穴传输层

1EM:量子点发光层

1ET:电子传输层

1E:电极结构

1E1:种子层

1E2:电极层

1E3:覆盖层

2:第二电子元件

2C:阴极层

2EI:电子注入层

2ET:空穴传输层

2EM:量子点发光层

2HT:空穴传输层

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种电极结构及量子点电致发光元件，以下将配合附图，详尽说明本发明的较佳实施例。

常规型式的量子点电致发光元件

图2显示包含本发明的一种电极结构的一第一电子元件的立体图，且图3为图2所示的第一电子元件的立体分解图。如图2与图3所示，该第一电子元件1为一常规型式的量子点电致发光元件(Regular QD electroluminescent device)，且包括：一阳极层1A、一空穴注入层1HI、一空穴传输层1HT、一发光层1EM、一电子传输层1ET、以及本发明的电极结构1E。其中，该阳极层1A形成在一透明基板10之上，该空穴注入层1HI形成于该阳极层1A之上，该空穴传输层1HT形成于该空穴注入层1HI之上，该发光层1EM形成于该空穴传输层1HT之上，且该电子传输层1ET形成于该发光层1EM之上。

本发明的电极结构1E包括：一种子层1E1、一电极层1E2以及一覆盖层1E3。如图2与图3所示，该种子层1E1形成在该电子传输层1ET之上。在一实施例中，该电子传输层1ET由多颗ZnMgO纳米粒子组成。另一方面，该电极层1E2形成于该种子层1E1之上，且该覆盖层1E3形成于该电极层1E2之上。依据本发明之设计，该电极层1E2为一铜掺杂的银膜(Cu-coatedsilver film)，且铜的掺杂量是介于0.1％至20％之间。并且，该种子层1E1由金属氧化物制成，使得利用共蒸镀法沉积在该种子层1E1之上的该铜掺杂的银膜(即，电极层1E2)具有高连续性以及低表面粗糙度。值得说明的是，该覆盖层1E3亦由氧化钼制成，从而和该种子层1E1以及该电极层1E2一同构成一电介质/金属/电介质结构，使得所述电极结构1E的透光率可达到88％。

反向型式的量子点电致发光元件

图4显示包含本发明的一种电极结构的一第二电子元件的立体图，且图5为图4所示的第二电子元件的立体分解图。如图4与图5所示，该第二电子元件2为一反向型式的量子点电致发光元件(Inverted QD electroluminescent device)，且包括：一阴极层2C、一电子注入层2EI、一电子传输层2ET、一发光层2EM、一空穴传输层2HT、以及本发明的电极结构1E。其中，该阴极层2C形成在一透明基板20之上，该电子注入层2EI形成于该阴极层2C之上，该电子传输层2ET形成于该电子注入层2EI之上，该发光层2EM形成于该电子传输层2ET之上，且该空穴传输层2HT形成于该发光层2EM之上。

如图2与图3所示，本发明的电极结构1E的种子层1E1形成在该空穴传输层2ET之上。在一实施例中，该空穴传输层2ET由多颗高分子粒子组成。并且，该电极层1E2的厚度介于15nm至25nm之间，该种子层1E1的厚度介于2nm至5nm之间，且该覆盖层1E3的厚度介于30nm至50nm之间。

实验数据

已知，在热沉积过程中，遵循岛状生长模式(Volmer-Weber growth mode)长成的银薄膜可能会有不连续的形貌(morphology)，从而影响其表面粗糙度(Rq)以及透光性。因此，如图3所示，本发明在一基板上形成一银膜作为一第一实验元件，且在另一基板上依序形成一ZnMgO层(即，种子层1E1)和一银膜作为一第二实验元件。图6显示第一实验元件的AFM影像图，且图7显示第二实验元件的AFM影像图。依据图6与图7，可以得知，第一实验元件的银膜的表面粗糙度(Rq)为4.04nm，而第二实验元件的银膜的表面粗糙度(Rq)为0.66nm。因此，实验数据证实，利用ZnMgO制成的种子层1E1有助于改善共蒸镀沉积的银膜的表面型态和表面粗糙度。

进一步地，图8A显示膜厚为10nm的银膜的SEM影像图，图8B显示膜厚为20nm的银膜的SEM影像图，且图8C显示膜厚为30nm的银膜的SEM影像图。如图8A所示，薄(如10nm)银膜具有较高的表面粗糙度和不太理想的表面形态，这会影响透光性以及电导率。另一方面，如图8B与图8C所示，随着厚度自10nm增加至30nm，银膜的表面粗糙度(Rq)自9.37nm下降至1.64nm。

再者，图9A显示膜厚为10nm的银膜的透光率相对于波长的曲线图，图9B显示膜厚为20nm的银膜的透光率相对于波长的曲线图，且图9C显示膜厚为30nm的银膜的透光率相对于波长的曲线图。依据图9A、图9B与图9C，可以得知膜厚为10nm的银膜的透光率为62％，膜厚为20nm的银膜的透光率为40％，且膜厚为30nm的银膜的透光率为25％。换句话说，银膜的透光率是随着其厚度的增加而下降。

值得说明的是，电介质/金属/电介质结构被认为具有一些特定的特性，例如高透明度与低电阻。因此，如图3与图5所示，本发明的电极结构1E包括：一种子层1E1、一电极层1E2以及一覆盖层1E3，其中该覆盖层1E3由金属氧化物制成，从而和该种子层1E1及该电极层1E2一同构成一电介质/金属/电介质结构。在有关实验中，是在固定覆盖层1E3的厚度之下改变种子层1E1的厚度，借以观察本发明的电极结构1E的透光率。相关的实验数据是整理在下表(1)之中。依据表(1)的实验数据，可以得知，当种子层1E1和覆盖层1E3的厚度分别为3nm与40nm之时，本发明的电极结构1E的透光率可达88％。

表(1)

应知道，银与氧化物的粘附强度是低于其它金属(如：铝、铜)，导致银薄膜的热稳定性低于其它金属膜。银和铜具有相同的晶体结构，因此本发明在银膜中掺杂铜，从而以铜掺杂的银膜作为所述电极层1E2。因此，本发明制作一纯银膜以及一铜掺杂的银膜，并对在150℃的温度下对该纯银膜以及该铜掺杂的银膜进行退火处理，历时2小时。补充说明的是，在该铜掺杂的银膜之中，铜的掺杂量为4％。图10显示银膜的SEM影像图，且图11显示铜掺杂的银膜的SEM影像图。经过退火处理之后，如图10所示，银膜出现一些岛状微结构(即，不连续形貌)，显见其热稳定性有待改善。值得注意的是，如图11所示，铜掺杂的银膜的形貌在经过退火处理之后依旧显示出高度连续性。因此，实验数据证实，在银膜中掺杂少量的铜有助于提升银膜的热稳定性。

请重复参阅图2与图3。在相关实验中，包含本发明的电极结构1E的一个常规型式的量子点电致发光元件(Regular QD electroluminescent device)是被制造完成。其中，该量子点电致发光元件的各层材料是整理于下表(2)之中。

表(2)

在相关实验中，还同时制造了其它三个常规型式的量子点电致发光元件(RegularQD electroluminescent device)，用以作为对照组样品。其中，该三个量子点电致发光元件的各层材料是整理于下表(3A)、表(3B)和表(3C)之中。

表(3A)

表(3B)

表(3C)

图12显示多个QLED元件的透光率比值的统计长条图。在图12之中，QLED表示为利用表(2)的材料制成的包含本发明的电极结构1E的一个常规型式的量子点电致发光元件，亦可称为量子点发光二极管元件(Quantum dot light emitting device,QLED)。并且，QLED A表示为利用表(3A)的材料制成的一个常规型式的量子点电致发光元件，QLED B表示为利用表(3B)的材料制成的一个常规型式的量子点电致发光元件，且QLED C表示为利用表(3C)的材料制成的一个常规型式的量子点电致发光元件。依据图12的实验数据，可以得知，在包含本发明的电极结构1E的情况下，该量子点电致发光元件的阳极与阴极(即，电极结构1E)不会因为透光率差异过大而发生透光率不平衡现象。

进一步地，实验数据还显示，利用表(2)的材料制成的量子点电致发光元件的最高亮度值为225,500cd/m

如此，上述是已完整且清楚地说明本发明的一种电极结构及量子点电致发光元件；并且，经由上述可得知本发明是具有下列的优点：

(1)本发明揭示一种电极结构1E，其包括：一种子层1E1、形成于该种子层1E1之上的一电极层1E2、以及形成于该电极层1E2之上的一覆盖层1E3。本发明的电极结构1E可应用于一量子点电致发光元件1之中，从而作为该量子点电致发光元件1所具有的两种电极(即，阳极与阴极)的其中之一。实验数据显示，在包含本发明的电极结构1E的情况下，该量子点电致发光元件1的阳极与阴极(即，电极结构1E)不会因为透光率差异过大而发生透光率不平衡现象，从而总亮度、电流效率和EQE是同时提高。

然而，必须加以强调的是，上述的详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。