[发明专利]石墨烯透明电极、石墨烯发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种石墨烯透明电极、石墨烯发光二极管、及该发光二极管的制备方法，尤指一种包含有石墨烯薄膜透明电极的石墨烯发光二极管及其制备方法。

背景技术

近年来，如电视、计算机屏幕等各种电子产品的显示装置主要是使用液晶显示器(Liquid crystal display，LCD)。液晶面板并非主动发光，其需搭配发光二极管(LED)或冷阴极灯管(Cold cathode fluorescent lamps，CCFL)等作为背光源才可使用。由于液晶显示器的结构中包含许多会降低透光度的薄膜，如偏光片及遮光板，因此通常其亮度特性很难提升。此外，由于液晶显示器难以呈现出较佳的黑画面(遮光效率不佳)，严重时甚至有黑画面露光的情形，因此通常明暗对比较差，无法呈现优秀的色彩品质。再者，反应速率难以提升亦为液晶显示器技术上经常面对的问题。

有机发光二极管(OLED)则为主动式发光，因此不需要背光源。此外，有机发光二极管更具有：超轻、超薄(厚度可低于1mm)、可视角度大(可达170度)、功耗低、响应速度快、清晰度高、发热量低、可制作可挠曲元件等优势，因而受到各界争相研究并成为产业的瞩目焦点。

有机发光元件的结构如图1所示，其包括：一基板11、一下电极12、一发光层13、一P型半导体层14、一N型半导体层15、以及一上电极16。其中，P型半导体层14是配置于发光层13与N型半导体层15间，且发光层13的主要功能是为产生或控制电子及空穴有效地结合并造成发光。一般有机发光元件的阳极12为可透光的透明电极，其材料大部分是使用氧化铟锡(ITO)。P型半导体层的材料例如可为包含有至少一三价氮原子键结碳原子以及至少含一芳香环(aromatic ring)的芳香三级胺化合物(aromatic tertiary amine)。

然而，以现有的技术，有机发光二极管仍具有亮度需提升(目前一般OLED亮度仅约300nit)、寿命欠久(目前一般OLED的寿命仍不足一万小时)、以及成本过高等缺点需改进，且使用作为透明电极的氧化铟锡(ITO)无法制作出较薄的厚度，因此由于厚度过大而导致透光性和导电性均较差。因此，本领域亟需发展出一种使用新颖材料的发光二极管结构，使可提升透明电极的透光度与导电度，并降低制作成本，以及改善已知有机发光二极管所存在的缺点，提升有机发光二极管的经济价值。

发明内容

本发明是提供一种石墨烯透明电极，包括：至少一层石墨烯薄膜，且该石墨烯薄膜之间是相互堆栈而电性连接；其中，该每一石墨烯薄膜的直径为10μm到1mm，该石墨烯透明电极所包含的石墨烯薄膜的总层数为1至1000层，该石墨烯透明电极的电阻是为1Ω/cm或以下，且该石墨烯透明电极的透光度是70％或以上。

本发明的石墨烯透明电极中的石墨烯薄膜为大面积的二维片状结构。本发明的石墨烯透明电极可应用的范围相当广泛，例如可作为LCD、OLED、或太阳能电池等光电产品中作为透明电极所用，亦即可用以取代已知技术中常用的ITO透明电极。本发明的石墨烯透明电极，其是包括有多层堆栈在一起的多层石墨烯，其透光度相当高(70％或以上)，电阻为1Ω/cm或以下(更佳为10^-4Ω/cm或以下)，并具有超薄、以及低耗能的优点，为已知技术中常用的ITO透明电极难以达到的优势。

本发明的石墨烯透明电极，其中，该石墨烯薄膜较佳可掺杂有硼，而形成一P型半导体层；或是，该石墨烯薄膜较佳可掺杂有氮而形成一N型半导体层。

本发明的石墨烯透明电极，其厚度较佳可为10nm至1mm。本发明的石墨烯透明电极的厚度相对于ITO透明电极薄许多，且更具电阻小，透光性高的优点。

本发明的石墨烯透明电极，其中，该石墨烯薄膜的厚度较佳可为10nm至1μm，更佳为30nm。

本发明亦提供一种石墨烯发光二极管，包括：一基板；一石墨烯透明电极，是配置于该基板上，且包括多层石墨烯(graphene)薄膜，该石墨烯薄膜之间是部分层迭而电性连接；一P型半导体层，是配置于该石墨烯透明电极上；一发光层，是配置于该P型半导体层与该石墨烯透明电极之间；一N型半导体层，是配置于该P型半导体层上；以及一上电极，是配置于该N型半导体层上。