CN100557846C - 电致发光器件及其制造 - Google Patents

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Abstract

一种EL器件，包括基板(11)，在该基板上包括三个串联的LED(LED1，2，3)的发光结构。考虑到二极管LED1，其包括设置在下面的ITO阳极(12-1)与上面的阴极(17-1)之间的有机发光材料(16-1)，所述下面的阴极通过所述有机发光材料(16-1)的厚度与二极管LED2的下面的阳极(12-2)导电性串联。通过使用润湿剂获得所述连接，以阻止设置的有机发光材料(16-1)覆盖阳极(12-2)上的接触区域(19-1)，从而上面的阴极(17-1)可以与下面的阳极(12-2)串联。

Description

电致发光器件及其制造
技术领域
本发明涉及可以在平板显示器中使用的电致发光(EL)器件。
背景技术
本领域公知的，可以以像素矩阵的形式在平板上使用发光材料，以提供显示。可以使用的有机发光材料，例如聚亚苯基次亚乙烯(PPV)，其配置在给有机材料注入电子和空穴的以阳极和阴极形式的下电极和上电极之间，其中电子和空穴结合并产生光子。PCT/WO90/13148和US4,539,507中描述了有机发光材料的实例。在GB-A-2,347,015，PCT/WO01/39272和PCT/WO02/41400中描述了现有的EL矩阵显示器的实例。
EL器件可以在与像素相关的薄膜晶体管(TFT)的控制下工作，该薄膜晶体管独立地开关像素，例如在EP-A-0717446中描述的实例。
典型地，在EL器件中，在基板上沉积由氧化铟钛(ITO)形成的阳电极。然后通过例如喷墨印刷在阳极上沉积有机发光聚合物，然后例如通过溅射在有机聚合物上沉积阴极。该设置的问题是不能通过常规的硅光刻和蚀刻技术来处理有机聚合物，因为所述聚合物材料对于在常规的光刻中使用的化学药品没有抵抗性，并且通过暴露于水而剥蚀。
因此，一般地，为了使所述阴极与平板上的电路连接，需要在每个像素的边缘或行或列处设置专门制作的互连。因为其过度地使电路复杂化，所以是不利的。例如在共同未决的GB0130411.2中，描述了一种设置，其中对于单个像素，多个EL显示器件串联。其具有减小高压降的优点，该高压降沿像素的电源线产生，但具有一个缺点，即二极管间的串联需要复杂的掩模和制造技术。
发明内容
本发明提供了器件和制造方法，其中通过有机发光材料来制作连接。
依照本发明的一个方面，提供了一种EL器件，其包括基板，基板上的发光结构，所述发光结构包括设置在第一和第二电极层之间的有机发光材料，所述第一和第二电极层，用于将电荷载流子供给到所述有机材料中，以使其发光，所述第一和第二电极层分别位于所述有机发光材料的下面和上面，以及导电区域，位于基板上所述发光结构的下面，第二上面的电极层和所述下面的导电区域通过有机发光材料的厚度电连接。
可以在基板上构造晶体管，该晶体管具有与第一下面的电极连接的源极漏极通路，用于控制流过该发光结构的电流。
所述第二电极可以以多个不同的方式与所述下面的导电区域连接。在一个实施例中，将所述下面的导电区域在其区域中以排斥所述有机发光材料的方式进行处理，所述第二电极通过所述有机发光材料的厚度横向延伸，以便在所处理的区域中与所述下面的导电区域电连接。
在另一个实施例中，形成具有导电性凸起的所述下面的导电区域由，所述凸起通过有机发光材料的厚度延伸，所述第二电极与所述凸起电连接。
在进一步的实施例中，所述有机发光材料在覆盖所述第二导电区域的区域中被损害，且所述第二电极通过所述损害的区域与所述下面的导电区域电连接。
本发明能使发光结构在例如单个像素内串联。在依照本发明的具有第一和第二所述发光结构的器件中，可以设置所述连接以便于对于第一发光结构，第二上面的电极层与第一下面的导电区域连接，而对于第二发光结构，所述第一下面的电极层与所述第一下面的导电区域连接。
本发明还包括一种制造EL器件的方法，包括在基板上制造发光结构，所述发光结构包括设置在第一和第二电极层之间的有机发光材料，所述第一和第二电极层用于将电荷载流子供给到所述有机材料中，以使其发光，所述第一和第二电极层分别位于所述有机发光材料的下面和上面，以及导电区域，在基板上所述发光结构的下面，在第二上面的电极层和所述下面的导电区域之间通过有机发光材料的厚度形成电连接。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在将通过参照附图举例的方式描述其实施例，其中：
图1是依照本发明的EL器件的示意性平面图；
图2是图1中所示的器件像素的示意性电路图；
图3是图2中所示的所述像素的示意性平面图；
图4是沿图3的线A-B的示意性截面视图；
图5A-D示出了制造图3和4中所示的器件的步骤；
图6示出了使图4器件的子像素互连的第一可选择方式；以及
图7示出了在子像素间形成连接的第二可选择方式。
具体实施方式
参照图1和2，有源矩阵EL器件包括形成在基板1上的像素Px，y的矩形阵列，该基板1包括透明玻璃片或塑料材料的基板。在示意性示出的y驱动器电路2的控制下，该像素被提供以来自列导体y0，y1，...的数据。通过行地址线a0，a1，...可以单独寻址像素的单个行。行供给线s0，s1，...给像素的行提供电流供给。通过示意性示出的x驱动器电路3来驱动行线。为了简便，图1中仅仅示出了一些像素，而在实际中存在几百个像素的行和列。
图2中更加详细地示出了单个像素P0，0，其将理解为阵列的其它像素为相类似的构造。该像素包含在晶体管T1的控制下充电的电容器C。电容器C上的电荷控制晶体管T2的工作，该晶体管T2具有与三个发光二极管LED1，2和3串联的源极/漏极通路，三个发光二极管本身在电源线s0和地线之间串联。
使用时，将数据一行一行地写入单个像素的电容器C。考虑到像素P0，0，给行地址线a0施加行地址信号，其接通晶体管T1的源极/漏极通路，以致电容器C根据列线y0上的数据值充电到一定水平。晶体管T2用作电流源，以致电流通过串联的发光二极管LED1，2和3从电源线s0流到地，所述电流是由电容器C存储的电荷水平的函数。当刷新电容器C上的电荷时，LED保持发光直到随后的行地址周期。
在每个像素中具有串联的LED其优点在于，与单个LED相比减小了通过它们汲取的电流，其减小了沿电源线s发生的电压降，由此提高了跨过其矩阵的单个像素的光输出的均匀性。单个LED1，2，3可以都产生相同的颜色，如原色，例如红色光，并且相邻的像素可以含有产生不同原色的串联的LED，以致通过混合它们不同颜色的输出可以控制所产生光的颜色。
现在将参照图3和4更加详细地描述LED1，2和3之间的串联。
参照图3，在平面图中示出了像素P0，0位于数据列线y0，y1与地址线和电源线a0，s0和a1，s1之间。像素P0，0包含晶体管T1和T2，电容器C和三个发光二极管LED1-3。如在之后更详细描述的，发光二极管由所谓的“围场”(paddo)4所限制。
晶体管T1具有以本领域中公知的方式形成在多晶硅迹线5中的源极S1和漏极D1。晶体管的栅极G1耦合到地址线a0。多晶硅迹线5与导电金属迹线6相连，该导电金属迹线可以由铝(1％)T1形成，通过光刻和蚀刻来确定。迹线6形成了晶体管T2的栅极G2，还提供了与电容器C的连接。
图4的截面图示出了对于像素P0，0，LED1，2和3与晶体管T2的源极/漏极通路之间的串联。所述像素形成在玻璃基板1上，其通过常规的PECVD技术沉积氮化硅7的层至100nm的厚度来制备。之后，该二氧化硅层8生长到300-400nm的厚度。
通过一般常规的技术在基板上形成薄膜晶体管T2。晶体管T2包含通过常规的光刻和蚀刻确定的多晶硅沟道9。如本领域中公知的，沟道可以是40nm量级的厚度，最初沉积为非晶硅层，其随后例如通过使用准分子激光退火，以将其转变为多晶硅并提供晶体管的源极/漏极沟道。沟道9由绝缘二氧化硅层10覆盖，其形成了厚度例如为40-150nm的栅绝缘体。然后以本领域熟练技术人员公知的方式，形成金属栅极G2，并注入和激活源极和漏极区域。由沉积厚度为200-500nm的另一层二氧化硅11覆盖栅极氧化层10。
二氧化硅层11由ITO层12覆盖至100-200nm的厚度，并通过常规的光刻和蚀刻技术适当构图，以形成提供串联的发光二极管LED1，2和3之间互连的分离的接触焊盘12-1，12-2和12-3。所述接触焊盘12a通过孔13与晶体管T2的漏极区域D2连接。可选择地，可使用金属带(没有示出)来连接D2至ITO区域12-1。类似的孔14提供了电源导轨s0和晶体管源极S2之间的连接。电源线s0由金属形成，以提供充分的导电通路，并且前述的带可以作为与电源线相同的沉积步骤的一部分形成。
ITO接触区域12由串联的LED所覆盖，其形成在例如沉积厚度为500-1000nm的二氧化硅的支撑材料层15的凹口内。
LED包含发光材料层16的单个部分。层16可以包括PPV，但是也可以使用本领域熟练技术人员熟知的其它有机发光材料。实际上，所述层16可以包括双子层，也就是覆盖ITO层12的PEDOT聚合物，其本身由PPV所覆盖。该PEDOT增加了来自ITO层12的空穴注入。该PEDOT是水溶性的。单个LED的阴极由反射导电材料层17形成，为了良好的电子注入，通常为高功函数金属。可以使用钙，钡和铝/钡合金。理想的是提供透明的阴极，以使光可以向上发射，在该情形中阴极可以包括顶端具有ITO的薄金属。通过溅射或物理汽相沉积(PVD)沉积所述阴极。LED通过前述的“围场”4彼此间电隔离，其包括由光致抗蚀剂或确定的聚合物制成的电绝缘阻挡层。如图4中所示，围场4形成在支撑层15上，以具有提高高度的厚度。(围场是蘑菇的荷兰语单词，可以认为是描述阻挡层4一般特性的技术术语，如在后面将会更加详细地解释)。
因此，二极管LED1包括下面的阳极区域12-1，有机发光材料的区域16-1和由金属层17形成的上面的阴极17-1。
二氧化硅层15还包含使LED1的阴极17-1与下面的LED2的阳极12-2在接触区域19-1中电接触的凹口18-1，以建立二极管LED1和LED2之间的串联连接。
二极管LED2和LED3类似地串联。二极管的各个组件在图4中分别用下标2和3示出，所以LED2包括阳极12-2，PPV区域16-2和阴极17-2，LED3包括阳极12-3，PPV区域16-3和阴极17-3。
现在将参照图5详细描述制造所述器件的方法。参照图5A，如前述的通过PECVD工序沉积氮化硅层7和上面的二氧化硅层8来制备基板1。然后，通过PECVD沉积非晶硅层9，然后例如通过准分子激光退火，以将层9转变为多晶硅。通过常规的光刻和蚀刻将层9构图，以确定沟道区域9。然后，生长二氧化硅层10到40-150nm的厚度。对于进一步的细节，直接参照S.D.Brotherton，J.D.McCulloch，1997年11月15日的J.Appl.Phys.82(8)。
之后，通过溅射沉积将Al(1％)T1层6沉积到0.5-1μm的厚度。然后使用常规的光刻和蚀刻技术将所产生的金属层构图，以确定图5A中所示的栅极区域G2。
栅极区域G2可以用作自对准掩模，以本身公知的方式使n+掺杂物沉积在沟道9的源极和漏极区域S2，D2中。
参照图5B，通过PECVD来沉积二氧化硅层11，并通过常规的光刻和蚀刻形成孔13，14。
然后如图5C中所示的，沉积ITO层12以覆盖层11，且还延伸到孔13中，以提供漏极连接。此外，沉积电源线s0以延伸到孔14c中，以提供源极连接。
然后用层20涂覆层12，其对层16的的材料是排斥的，即PEDOT和PPV。在该实例中，排斥层20包括不容易氧化的金属薄胶边(thinflash)，例如通过PVD或本领域中其它公知的技术沉积的银或金。然后通过常规的光刻和蚀刻将ITO层12和排斥层20构图，以提供单个的接触区域12-1，12-2和12-3。
然后通过PECVD沉积氧化物层15，并通过常规的光刻和蚀刻构图，从而包含如图5D中所示的凹口21-25。在两个分别的组中蚀刻凹口21-25。最初，形成凹口21，23和25，并通过蚀刻工序在每个凹口的基底暴露接触区域12-1，12-2和12-3。凹口21，23和25中暴露的接触区域具有对发光层16排斥的材料20的涂层。然而，将该有机发光层16施加到凹口21，23和25中，并因此需要将其制备以接收该发光材料。为此，通过常规的蚀刻技术除掉凹口21，23和25底部处的排斥涂层的暴露区域20-1，20-3和20-5。
此外，处理凹口21，23和25的侧壁，以便通过随后施加的层构造16来提高润湿性。通过涂覆底料，例如HMDS(六甲基二硅胺)，氧气等离子体曝光或UV臭氧(UVO)曝光来执行所述的润湿性提高。
施加没有示出的抗蚀剂以便保护凹口21，23和25，然后将凹口22和24蚀刻到二氧化硅层15中。所述蚀刻暴露了对层16排斥的涂层20的区域20-2和20-4。在形成凹口22，24之后除去所述抗蚀剂。然后，通过PECVD沉积SiO2和选择性的蚀刻，围绕形成图5D中所示和图3平面图中所示的形成LED1和LED2区域的周边，形成围场4。
然后在凹口21，23和25中形成LED1，2和3，现在将说明在凹口22和24中制作二极管之间的串联阴极连接。
参照图5E，所述层16可以由例如本领域中公知的旋转涂布和喷墨印刷来涂覆。如前面所解释的，这可以包括上面的PEDOT和PPV子层。
围场4将层16分为分别对于二极管LED1，2和3的单个区域16-1，16-2和16-3。区域16-1，16-2和16-3彼此电绝缘。通过前述润湿性的提高，区域16-1覆盖了凹口21的壁，但由于排斥涂层20的区域20-2的排斥作用，没有覆盖凹口22的壁，结果，接触区域19-1没有被层区域16-1覆盖。类似地，通过润湿性的提高，层区域16-2覆盖了凹口23的壁，但由于区域20-4的排斥作用，没有覆盖接触区域19-2。通过前述润湿性的提高，层区域16-3覆盖了凹口25的侧壁。
之后，例如通过溅射或PVD来涂覆金属层17，从而获得了图4中所示的构造。围场4的作用是打断层17的连续性，以围绕二极管LED1和LED2的周边设置电绝缘阻挡层壁。如此构造所述围场，即其上表面比其基底宽，结果，沉积层17在其覆盖围场的地方断裂，并且围场壁的横截面形状抑制了连续层的形成，由此在层17中产生了断裂，且区域17-1，2和3彼此电隔离。对于使用围场的实例的进一步细节，直接参照2002年5月23日公开的我们的WO02/41400A1。
因此，从图4可以看出，阴极区域17-1覆盖了LED1中的PPV区域16-1，并跨过PPV区域16-1的厚度还延伸进凹口18-1中，并在接触区域19-1中形成了与下面的ITO区域12-2的电接触。因此，阴极17-1形成了与LED2的下面的阳极区域19-1的接触，由此，在两个二极管之间提供了串联。类似地，LED2与二极管LED3串联，这是因为上面的阴极17-2LED2跨过PPV区域16-2的厚度横向延伸进凹口18-2中，以致在区域19-2中形成了与LED3的下面的阳极12-3的电接触。将会理解到，因为润湿剂涂覆到图5E中所示的凹口21和23，所以PPV区域不会粘附到接触区域19-1，19-2，以致当涂覆阴极层17时，其形成了通过PPV区域16-1，16-2厚度的连接，从而提供了二极管之间的串联。
可以使用防止PPV层17进入凹口21和23的可选择的方法，图6示出了第一个可选择的方案。接触区域19-1的表面以放大的比例示出。处理ITO接触区域12-2，以提供表面粗糙度，从而使一系列凸起25形成在ITO层中。在器件的制作过程中，不需要使用排斥层，发光材料层16-1可以在凹口21的内表面上方延伸。然而，凸起26通过层16-1延伸，并形成了与金属阴极17-1的电连接。可通过使例如200-500nm厚度的厚ITO层12粗糙化，并仅在凹口18-1中将其蚀刻来产生凸起26。适宜的湿蚀刻剂是氯化铁和盐酸混合物，尽管还可以使用干蚀刻HCL/HBr混合物。粗糙化的另一个方法是在ITO层12上沉积金属，例如铝，并在凹口的区域中对其构图。这将是非常颗粒状的和粗糙的，且在沉积氧化层15的过程中或通过300-400℃的热处理来成为刺或小丘。
图7中示出了另一个可选择的方案，其中不使用排斥，但代替地，在凹口18-1中来处理层16-1，从而在区域27中成为导电性的，以致上面的阴极17-1形成了与接触凹口18-1的电连接，从而在区域27中成为导电性的，以致上面的阴极17-1形成了通过导电区域26与接触区域19-1的电连接。
处理层16-1的一个方式是例如使其变湿，或将其掺杂离子，例如用盐溶液，例如在该表面的其余部分由抗蚀剂保护的同时，通过将在凹口底端处的层16-1浸在盐溶液中并将其干燥，而在凹口18-1的底端处选择性地进行润湿。
因此，所述处理损害了层16的发光特性，但因为这种损害发生在光发射对于器件的工作无关紧要的接触区域19-1，19-2中，所以其发光特性不会退化。
通过阅读本说明书，其它变化和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。这种变化和修改涉及在包含电致发光器件和其它半导体器件的电子器件及其组件部分的设计，制造和使用中已经公知的等价物和其它特征，其可以代替或附加这里已经描述的特征使用。

Claims (9)

1.一种电致发光器件，包括基板(11)，在该基板上的发光结构(1，2，3)，所述发光结构包括设置在第一和第二电极层(12-1，17-1)之间的有机发光材料(16-1，16-2，16-3)，用于将电荷载流子供给到所述有机发光材料中以使其发光，所述第一和第二电极层分别位于所述有机发光材料的下面和上面，以及导电区域(12-2)，位于基板上的所述发光结构的下面，其中所述下面的导电区域(12-2)的一个区域(20-2)涂覆有排斥所述有机发光材料的材料(20)，使得所述区域不被所述有机发光材料覆盖，其中所述第二电极层(17-1)横向延伸穿过所述有机发光材料且电连接到所述导电区域(12-2)的区域(20-2)。
2.根据权利要求1的器件，包含位于基板上的晶体管(T2)，其具有与下面的第一电极(12-1)连接的源极漏极通路，用于控制流过所述发光结构的电流。
3.根据前述任意一项权利要求的器件，包含第一和第二所述发光结构，其中
对于第一发光结构(LED 1)，上面的第二电极层(17-1)与下面的第一导电区域(12-2)连接，且
对于第二发光结构(LED 2)，下面的第一电极层(12-2)与所述下面的第一导电区域连接，由此发光结构导电地串联。
4.根据权利要求3的器件，其中一个公共层(12-2)用于提供对于所述第一发光结构的下面的第一导电区域和所述第二发光结构的第一电极层。
5.根据权利要求3的器件，其中包含至少一个与所述第一和第二发光结构串联的另外的所述发光结构(LED 3)，以在所述基板上形成发光结构的矩阵(Px，y)。
6.一种制造电致发光器件的方法，包括在基板(11)上制造发光结构(LED 1，2，3)，所述发光结构包括设置在第一和第二电极层(12-1，17-1)之间的有机发光材料(16-1，16-2，16-3)，用于将电荷载流子供给到所述有机材料中以使其发光，所述第一和第二电极层分别位于所述有机发光材料的下面和上面，以及导电区域(12-2)，位于基板上的所述发光结构的下面，并在所述下面的导电区域(12-2)的一个区域(20-2)上涂覆排斥所述有机发光材料的材料(20)，使得该区域不被所述有机发光材料覆盖，并且制造所述第二电极层(17-1)使其横向延伸穿过所述有机发光材料(16-1)且电连接到所述下面的导电区域(12-2)的区域(20-2)。
7.根据权利要求6的方法，其中包含将涂层(20)施加到下面的所述第一电极层(12-1)和所述下面的导电区域(12-2)，并选择性地除去下面的所述第一电极上的排斥涂层的部分。
8.根据权利要求6到7的任一方法，其中包含处理所述器件的凹口(21，23，25)的侧壁，以提高第一电极层(12-1)上发光层(16)的润湿性。
9.一种电致发光器件，由权利要求6到8中任意一个所述的方法来制造。
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