CN101339953A

CN101339953A - 有机发光元件及其制造方法

Info

Publication number: CN101339953A
Application number: CNA2008101112441A
Authority: CN
Inventors: 李仑揆; 崔炳悳; 朴惠香; 林基主
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-01-07
Also published as: KR100840098B1; US20140087495A1; EP2012361A2; JP2009016777A; US9368558B2; EP2012361A3; US8592881B2; US20090008665A1

Abstract

本发明公开一种有机发光元件及其制造方法。该有机发光元件包括：形成于基板上的有机发光二极管，其连接至具有栅极、源极和漏极的晶体管，并包括第一电极、有机薄膜层和第二电极；形成于基板上的光电二极管，其包括具有高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、高浓度N掺杂区和本征区的半导体层；以及控制器，其通过根据从所述光电二极管输出的电压控制施加到第一电极和第二电极的电压，来将有机发光二极管所发出光的亮度控制在恒定的水平。

Description

有机发光元件及其制造方法

技术领域

本发明的各方面涉及有机发光元件及其制造方法。具体地说，本发明的各方面涉及具有光电二极管的有机发光元件及其制造方法，其中该光电二极管中形成有低浓度P掺杂区。

背景技术

有机发光元件是具有自发光性能的下一代显示装置。与液晶显示装置(LCD)相比，有机发光元件在诸如视角、对比度、响应时间、能耗等方面具有卓越的物理性能。

有机发光元件包括具有阳极、有机薄膜层和阴极的有机发光二级管。有机发光元件的类型包括：无源矩阵型，其中有机发光二极管以矩阵模式连接在扫描线和信号线之间以构成像素；以及有源矩阵型，其中各个像素的操作由起开关作用的薄膜晶体管(TFT)来控制。

然而，常规有机发光元件存在如下一些问题：由于发出光的有机薄膜层是由有机材料制成的，因此薄膜品质和发光性能会随着时间的推移而恶化，这会导致光的亮度降低。而且，有机发光装置的对比度可能会由于外部入射光被反射而变差。

发明内容

因此，本发明的各方面提供一种具有光电二极管的有机发光元件及其制造方法，该有机发光元件根据从外部入射的光的数量控制所发出光的亮度。

本发明的各方面还提供一种能够提高光电二极管的光检测效率的有机发光元件及其制造方法。

本发明的各方面还通过在光电二极管中形成低浓度P掺杂区来提高光电二极管的电流效率。

另外，本发明的各方面还提供彼此并联的光电二极管以提高光检测效率。

根据本发明的实施例，提供一种有机发光元件，该有机发光元件包括：形成于基板上的有机发光二极管，其连接至具有栅极、源极和漏极的晶体管，并包括第一电极、有机薄膜层和第二电极；形成于所述基板上的光电二极管，其包括具有高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区的半导体层；以及控制器，其通过根据从所述光电二极管输出的电压控制施加到所述第一电极和第二电极的电压，来将所述有机发光二极管所发出的光的亮度控制在恒定的水平。

根据本发明的实施例，提供一种制造有机发光元件的方法，该方法包括：在基板上或者形成于所述基板上的缓冲层上形成第一半导体层和第二半导体层；通过在所述第一半导体层中形成高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区来形成光电二极管；通过在所述第二半导体层中形成源区、漏区和沟道区并形成与所述沟道区绝缘的栅极来形成晶体管；以及形成电连接至所述晶体管的有机发光二极管。

根据本发明的实施例，提供一种制造有机发光元件的方法，该方法包括：在基板上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成第一半导体层和第二半导体层；在所述第一半导体层中形成具有高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区的光电二极管，并在所述第二半导体层中形成源区、漏区和沟道区；在包括所述第一和第二半导体层在内的整个表面上形成栅极绝缘体，并在形成于沟道区上的栅极绝缘体上形成栅极；在包括所述栅极在内的整个表面上形成层间绝缘体，并在所述层间绝缘体和所述栅极绝缘体上制成图样以形成接触孔从而露出所述源区和漏区；形成通过所述接触孔连接至所述源区和漏区的源极和漏极；在所述整个表面上形成保护层，在所述保护层中形成通孔以露出所述源极或所述漏极的预定区域，并形成通过所述通孔连接至所述源极或所述漏极的第一电极；形成像素限定层以露出所述第一电极的部分区域，并在所露出的第一电极上形成有机薄膜层；以及在包括所述机薄膜层的所述像素限定层上形成阴极。

本发明并不限于上述各方面和实施例，因此其它方面和实施例，除非此处另外明确指出，可以通过下面的描述而对于本领域技术人员变得易于理解。

本发明的另外方面和/或优势将在下文的描述中被部分地阐述，而且将通过描述而部分地显而易见，或者可通过本发明的实践而获悉。

附图说明

通过下文结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面和优势将变得明显且更易于理解。其中：

图1是示出具有薄膜晶体管的常规有机发光元件的剖面示意图；

图2是示出根据本发明各方面的具有光电二极管的有机发光元件的剖面示意图；

图3A是示出根据本发明一实施例的光电二极管的半导体层的示意图；

图3B是示出根据本发明另一实施例的具有并联结构的光电二极管的示意图；以及

图4A至图4G是示出根据本发明的有机发光元件的制造方法的视图。

具体实施方式

现在将对本发明的各实施例进行详细的描述，其中将参照附图对本发明的示例进行说明，而且全文中相同的附图标记表示相同的元件。在下文中将对各实施例进行描述，从而参照附图来对本发明进行说明。

这里，可以理解的是，此处表达的第一层“形成于”或“设置于”第二层，可以是第一层直接形成于或设置于第二层，或者是在第一层和第二层之间存在有中间层。进一步，如这里所使用的那样，术语“形成于”与“位于”或“设置于”的意思一样，并不是要限定于任何特定的制作过程。

常规有机发光元件的发光层存在随着时间的推移发光层产生的光的亮度会减小的问题，这是因为，构成发光层的有机材料的薄膜品质以及发光性能会随着时间的推移而恶化。为了解决以上问题和/或其它问题，本发明的发明人发现了一种利用光电二极管检测外部的入射光或内部发出的光，从而将发出的光的亮度控制在恒定水平的方法。然而，因为随着显示装置的尺寸及厚度的减小，光电二极管的尺寸会变小，因此显示装置的光检测区域和效率可能会减小。

根据本发明的各方面，在光从外部入射进来且允许光入射到光电二极管时，通过反射透过光电二极管传输的光和指向基板的光，提高了光检测效率。

图1是示出具有薄膜晶体管的普通有机发光元件的剖面示意图。缓冲层11形成于基板10上，具有源区12a、漏区12b和沟道区12c的半导体层12形成于缓冲层11上。利用栅极绝缘体13与半导体层12绝缘的栅极14形成于半导体层12的上方，而层间绝缘体15形成于包括栅极14在内的整个上表面上。在层间绝缘体15中形成有接触孔，以露出源区12a和漏区12b。源极16a和漏极16b形成于层间绝缘体15上，并通过接触孔连接至源区12a和漏区12b。保护层(overcoat)17形成于包括源极16a和漏极16b在内的整个上表面。在保护层17中形成有通孔，以露出源极16a或漏极16b。阳极18和像素限定层19形成于保护层17上，其中阳极18通过所述通孔连接至源极16a或漏极16b，而像素限定层19露出阳极18的预定区域以限定发光区域。有机薄膜层20和阴极21形成于阳极18上。

如上所述，包括阳极18、有机薄膜层20和阴极21的有机发光元件由于存在能量间隙而发光。在向阳极18和阴极21施加预定电压时，通过阴极21注入的电子与通过阳极18注入的空穴在有机薄膜层20中复合，从而使有机发光元件发光。

如图1所示的有机发光元件存在的问题在于，由于有机薄膜层20是由有机材料制成的，因此有机发光元件的薄膜品质和发光性能会随着时间的推移而变差。

图2是示出根据本发明各方面的具有光电二极管的有机发光元件的剖面图。反射膜110形成于基板100的预定区域。反射膜110形成于与发光区域邻近的非发光区域，并且由至少一种诸如Ag、Mo、Ti、Al或Ni之类的金属制成。缓冲层120形成于基板100的包括反射膜110在内的整个表面上。具有高浓度P掺杂区131a、低浓度P掺杂区131b、高浓度N掺杂区132和本征区133的第一半导体层130a形成于在反射膜110上形成的缓冲层120上。具有源区134、漏区135和沟道区136的第二半导体层130b与第一半导体层130a相邻地形成于缓冲层120上。通过栅极绝缘体140与第二半导体层130b绝缘的栅极150形成于第二半导体层130b上方。层间绝缘体160形成于包括栅极150在内的整个上表面上，在层间绝缘体160中形成有接触孔，以露出源区134和漏区135。源极170a和漏极170b形成于层间绝缘体160上，并通过所述接触孔连接至源区134和漏区135。保护层180形成于包括源极170a和漏极170b在内的整个上表面上，在保护层180中形成有通孔，以露出源极170a或漏极170b。在保护层180上形成有第一电极190(通常为阳极)，该第一电极190通过所述通孔连接至源极170a或漏极170b。像素限定层200露出第一电极190的预定区域以限定发光区域。有机薄膜层210和第二电极220(通常为阴极)形成于第一电极190上。有机薄膜层210由如下结构构成，其中该结构包括制成薄片状的空穴传输层、有机发光层和电子传输层，还可以进一步包括空穴注入层和电子注入层。

如上所述，在第一电极190为阳极且第二电极220为阴极的情况下，如果将预定电压施加到第一电极190以及第二电极220上，则通过第二电极220注入的电子与通过第一电极190注入的空穴在有机薄膜层210中复合，然后，有机发光二极管400由于该过程中产生的能量间隙而发光。可以理解的是，有机发光二极管400并不仅限于这种结构，而且阳极和阴极的位置可以颠倒。如果在如上所述发出所产生的光的同时，光从外部光源入射到有机发光元件上，则由包括高浓度P掺杂区131a、低浓度P掺杂区131b、高浓度N掺杂区132以及本征区133的第一半导体层130a所形成的光电二极管300检测外部入射的光，以根据光的数量生成电信号。

光电二极管300是将光信号转换成电信号的半导体元件。因此，如果在反向偏压状态下，也就是说，在负(-)电压施加到高浓度P掺杂区131a且正(+)电压施加到高浓度N掺杂区132的情况下，光入射到光电二极管上，那么由于电子和空穴沿本征区133上形成的耗尽区移动，使得电流在光电二极管中流动。从而，光电二极管300输出与光的数量成比例的电压。控制器接收由光电二极管300输出的电压，并控制施加到发光二极管400上的电压。从而，根据外部入射的光的数量所发出的光的亮度可以通过根据光电二极管300输出的电压控制施加到发光二极管400的第一电极190和第二电极220上的电压来控制。

现在如图3A所示详细描述第一半导体层130a。如上所述，根据本发明的各方面，从外部入射的光和透过光电二极管300传输或指向基板100的光由反射膜110进行反射，然后所反射的光入射在光电二极管300上，从而提高了光检测效率。

通常，形成光电二极管300的第一半导体层130a由多晶硅构成。因此，由于第一半导体层130a通常形成的厚度很薄，大约为

所以很难确保足够的光检测效率。而且，由于为了适应显示装置的尺寸和厚度的减小而将光电二极管制作的比较小，所以具有光电二极管300的显示装置的光检测效率可能由此变得更差。然而，由于反射膜110的存在提高了光检测效率，因此使得减小光电二极管300的尺寸成为可能。

常规地，光电二极管的半导体层由高浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区构成。在具有这种一般PIN结构的常规光电二极管情况下，电子空穴对主要在作为该半导体层中心区的本征区中产生。由于空穴与其它电子更快复合的可能性较大，所以与电子相比，空穴的移动相对较慢且寿命相对较短。电流向空穴流动。根据本发明的各方面，与具有对称PIN结构的光电二极管的情况相比，如果在本征区和高浓度P掺杂区之间设置有低浓度P掺杂区，使得生成电子空穴对的点移向低浓度P掺杂区，则更多的空穴能够向电极移动而不会被复合。因此，由于空穴的平均寿命被延长，因此在相同的入射光条件下可能提供更大的电流。

如果通过简单地加宽高浓度P掺杂区，与本征区一起形成光电二极管来吸收入射光，那么空穴的寿命将更短，这是因为当空穴穿过高浓度P掺杂区时，空穴将与掺杂物发生碰撞。为了解决上述问题，根据本发明各方面，形成低浓度P掺杂区而不是加宽高浓度P掺杂区。

图3A是示出根据本发明一实施例的光电二极管300的第一半导体层130a的示意图。如图3A所示，根据本发明一实施例的光电二极管300由第一半导体层130a构成，该第一半导体层130a包括高浓度P掺杂区131a、低浓度P掺杂区131b、高浓度N掺杂区132以及本征区133。

高浓度P掺杂区131a和低浓度P掺杂区131b形成于本征区133的一侧，而高浓度N掺杂区132形成于本征区133的另一侧。因此，光电二极管300具有关于本征区133中心的不对称结构。由于电子空穴对主要在低浓度P掺杂区131b形成，所以空穴的寿命被延长。因此，与具有对称PIN结构的常规光电二极管相比，在相同的入射光条件下可能提供更大的电流。

图3B是示出根据本发明另一实施例的具有并联结构的光电二极管300的示意图。如图3B所示，通过将多个第一半导体层130c和130d并联连接至具有高浓度P掺杂区131a、低浓度P掺杂区131b、高浓度N掺杂区132和本征区133的第一半导体层130a，来形成光电二极管300，其中第一半导体层130c、130d的结构与第一半导体层130a的结构相同。

如上所述，通过并联形成第一半导体层130a、130c和130d，能够提高光电二极管300的光检测效率。

下面，将参考图4A至图4G详细描述根据本发明一实施例的有机发光元件的制造方法。

参见图4A，通过利用溅射工艺等将一种或多种诸如Ag、Mo、Ti、Al或Ni之类的金属沉积到基板100上，接着使用预定的掩模通过曝光和显影工艺在基板100上制成图样，从而在预定区域形成反射膜110。将形成反射膜110的金属沉积合适的厚度，例如，100至

的厚度，以反射到达反射膜110的光。

参见图4B，在基板100的包括反射膜110在内的整个表面上依次形成缓冲层120和半导体层，然后在半导体层上制成图样，以在反射膜110上方设置第一半导体层130a，并在与反射膜110邻近的缓冲层120的区域上设置第二半导体层130b。缓冲层120可以由绝缘体制成，例如，由二氧化硅(SiO2)薄膜或氮化硅(SiNx)薄膜制成，并防止由于加热对基板100造成损害。半导体层由非晶硅或多晶硅制成。例如，如果使用非晶硅，则通过热处理使非晶硅结晶。利用N型和P型掺杂离子注入工艺在第一半导体层130a中形成高浓度P掺杂区131a、低浓度P掺杂区131b、高浓度N掺杂区132以及本征区133，从而制成光电二极管300。

参见图4C，在第二半导体层130b中形成源区134和漏区135以及设置于源区134和漏区135之间的沟道区136，从而制成晶体管。

参见图4D，在图4C中所形成的包括第一半导体层130a和第二半导体层130b在内的结构的整个表面上形成栅极绝缘体140，然后在栅极绝缘体140位于沟道区136上的部分上形成栅极150。

参见图4E，在图4D中所形成的包括栅极150在内的结构的整个表面上形成层间绝缘体160。然后在层间绝缘体160和栅极绝缘体140上制成图样以形成接触孔，从而露出第二半导体层130b的源区134和漏区135。通过该接触孔将源极170a和漏极170b连接至源区134和漏区135。

参见图4F，在图4E中所形成的结构的整个表面上形成保护层180，以制成平坦表面。然后在保护层180中形成通孔，以露出源极170a或漏极170b的预定区域。通过所述通孔将阳极190连接至源极170a或漏极170b。在保护层180上形成像素限定层200以露出阳极190的区域，然后在阳极190的露出区域形成有机薄膜层210。有机薄膜层210可以包括成薄片状的空穴传输层、有机发光层以及电子传输层，还可以进一步包括空穴注入层和电子注入层。

参见图4G，在包括有机薄膜层210在内的像素限定层200上形成阴极220，以制成具有阳极190、有机薄膜层210以及阴极220的有机发光二极管400。

在所述示例性实施例中，反射膜110可以具有比第一半导体层130a更宽的区域，从而有效地对指向基板100的光进行反射。同样，虽然所述实施例描述了将光电二极管设置为能够检测从外面入射的光的情况，但本发明并不仅限于此。例如，光电二极管300可以设置为能够检测从有机发光元件内部发出的光并控制施加在有机发光二极管的阳极190和阴极220上的电压。同样，有机发光元件可以设置为利用光电二极管300与触控板一起操作。

虽然已经对本发明的一些实施例进行了显示和描述，但本领域技术人员应认识到的是，在不偏离本发明的原理和精神的情况下可对所示实施例进行改变，而本发明的范围是由权利要求及其等同物所限定的。

Claims

1、一种有机发光元件，包括：

有机发光二极管；

光电二极管，其包括具有高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区的半导体层；以及

控制器，其通过根据从所述光电二极管输出的电压控制施加到所述有机发光二极管的电压，来将所述有机发光二极管所发出的光的亮度控制在恒定的水平。

2、根据权利要求1所述的有机发光元件，其中所述有机发光二极管包括第一电极、有机薄膜层和第二电极。

3、根据权利要求1所述的有机发光元件，其中所述有机发光二极管被连接至具有栅极、源极和漏极的晶体管。

4、根据权利要求1所述的有机发光元件，其中所述光电二极管的低浓度P掺杂区位于所述高浓度P掺杂区与所述本征区之间，以使所述光电二极管具有不对称结构，从而与具有对称结构的光电二极管相比，对光进行响应所产生电子空穴对的点移向所述低浓度P掺杂区，并且所产生空穴的平均寿命被延长。

5、根据权利要求1所述的有机发光元件，进一步包括反射膜，该反射膜设置为将从所述有机发光元件外部入射的光反射至所述光电二极管。

6、根据权利要求1所述的有机发光元件，进一步包括反射膜，该反射膜设置为将所述有机发光元件内部产生的光反射至所述光电二极管。

7、根据权利要求5所述的有机发光元件，其中所述反射膜由从包含Ag、Mo、Ti、Al和Ni的组中选择的至少一种金属制成。

8、根据权利要求5所述的有机发光元件，其中所述反射膜的厚度为100至

9、根据权利要求1所述的有机发光元件，其中所述光电二极管包括多个彼此并联的半导体层，且每个半导体层均具有高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区。

10、一种制造有机发光元件的方法，该方法包括：

在基板上或者形成于所述基板上的缓冲层上形成第一半导体层和第二半导体层；

通过在所述第一半导体层中形成高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区来形成光电二极管；

通过在所述第二半导体层中形成源区、漏区和沟道区并通过形成与所述沟道区绝缘的栅极来形成晶体管；以及

形成电连接至所述晶体管的有机发光二极管。

11、根据权利要求10所述的制造有机发光元件的方法，进一步包括在所述基板上形成反射膜，其中所述反射膜设置为将从所述有机发光元件外部入射的光反射至所述光电二极管。

12、根据权利要求11所述的制造有机发光元件的方法，其中所述反射膜由从包含Ag、Mo、Ti、Al和Ni的组中选择的至少一种金属制成。

13、根据权利要求11所述的制造有机发光元件的方法，其中所述反射膜形成的厚度为100至

14、根据权利要求10所述的制造有机发光元件的方法，其中所述光电二极管的低浓度P掺杂区位于所述高浓度P掺杂区与所述本征区之间，而所述高浓度N掺杂区形成于所述本征区的与所述低浓度P掺杂区相对的侧上。

15、一种制造有机发光元件的方法，该方法包括：

在基板上或形成于所述基板上的缓冲层上形成第二半导体层和多个第一半导体层；

通过在各个第一半导体层中形成高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区并将所述多个第一半导体层并联来形成光电二极管；

通过在所述第二半导体层中形成源区、漏区和沟道区并形成与所述沟道区绝缘的栅极来形成晶体管；以及

形成电连接至所述晶体管的有机发光二极管。

16、一种制造有机发光元件的方法，该方法包括：

在基板上形成缓冲层；

在所述缓冲层上形成第一半导体层和第二半导体层；

在所述第一半导体层中形成具有高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区的光电二极管，并在所述第二半导体层中形成源区、漏区和沟道区；

在包括所述第一半导体层和第二半导体层在内的整个表面上形成栅极绝缘体，并在形成于所述沟道区上的栅极绝缘体上形成栅极；

在包括所述栅极在内的整个表面上形成层间绝缘体，并在所述层间绝缘体和所述栅极绝缘体上制成图样以形成接触孔，从而露出所述源区和所述漏区；

形成通过所述接触孔连接至所述源区和所述漏区的源极和漏极；

在所述整个表面上形成保护层，在所述保护层中形成通孔以露出所述源极或漏极的预定区域，并形成通过所述通孔连接至所述源极或所述漏极的第一电极；

形成像素限定层以露出所述第一电极的部分区域，并在所露出的第一电极上形成有机薄膜层；以及

在包括所述机薄膜层的所述像素限定层上形成阴极。

17、根据权利要求16所述的制造有机发光元件的方法，进一步包括在所述基板上形成反射膜，其中所述反射膜设置为将从所述有机发光元件外部入射的光反射至所述光电二极管。

18、根据权利要求17所述的制造有机发光元件的方法，其中所述反射膜由从包含Ag、Mo、Ti、Al和Ni的组中选择的至少一种金属制成。

19、根据权利要求17所述的制造有机发光元件的方法，其中所述反射膜形成的厚度为100至

20、根据权利要求16所述的制造有机发光元件的方法，其中所述形成光电二极管的步骤包括：形成多个第一半导体层，并将所述多个第一半导体层彼此并联，其中每个第一半导体层均具有高浓度P掺杂区、低浓度P掺杂区、本征区和高浓度N掺杂区。