CN101669228A - 具有阳极氧化金属的发光设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种发光设备(100)，该发光设备包括衬底(101)、第一导电层(102)、发光层(103)以及第二导电层(104)。该发光设备(100)进一步包括至少一个与所述第一导电层(102)电接触的金属分流器(105)。这至少一个金属分流器(105)至少通过介电氧化层(106)与所述第二导电层(104)相隔离。本发明允许利用一个或多个金属分流器与阴极层之间的电绝缘材料而不会降低设备的有效像素面积。

Description

具有阳极氧化金属的发光设备

技术领域

本发明涉及一种包括有衬底、第一导电层、发光层和第二导电层的发光设备。该发光设备进一步包括至少一个与第一导电层电接触的金属分流器(metal shunt)。本发明还涉及一种制造这种发光设备的方法。

背景技术

由于其高分辨率、高质量的图像，以及与背光源的无关性，有机发光二极管(0LED)在显示和照明应用中吸引了相当大的注意力。

OLED电激发荧光或磷光有机化合物发光。OLED可以是无源矩阵型或有源矩阵型，这取决于用来驱动配置成矩阵的显示像素的方法。

虽然在诸如蜂窝电话显示器这样的小面积应用中在商业上取得成功，但是大面积的有机设备已经遇到技术问题。因为阳极和阴极层是具有有限导电性的薄膜，因此它们无法在基本上没有能量损失的情况下携带高电流。当电极层之一也必需透光以使光通过时，该问题被进一步加剧。对于OLED灯而言，该问题甚至更相关，这是因为它们以相对较高的电流进行操作。

为了解决该问题，可引入金属分流器，该金属分流器对能量损失进行补偿并且用作用于对放电的传播进行导引和加速的装置。

典型地，金属分流器通过绝缘抗蚀层而与阴极层相分离。

在WO 2005/053053中公开了该配置。该申请涉及一种包括有衬底层、阳极层、发光层、阴极层、图案化金属分流器以及蚀刻保护层的叠层的发光设备。阴极绝缘抗蚀线布置在金属分流器上，它们共同定义了设备的像素图案。

虽然在WO 2005/053053中所公开的发明解决了不同问题，但是它说明了利用抗蚀膜以使金属分流器与阴极层绝缘的结果。为了起电绝缘层的作用，布置在金属分流器上面的抗蚀层必须在比金属分流器的顶面更大的表面上扩展。结果是定义在分流器之间的有效像素面积(即透光表面)减小了。

因此，本领域需要提供一种发光设备，该发光设备包括可与阴极隔离而不会减小有效像素面积的金属分流器。

发明内容

本发明的目的是至少部分地克服上述问题并实现该技术领域的需要。

尤其是，本发明的目的是提供这样一种发光设备，该发光设备可在金属分流器与阴极之间使用电绝缘材料而不会减小该设备的有效像素面积。

因此，在第一个方面中，本发明涉及一种包括衬底、第一导电层、发光层以及第二导电层的发光设备。

本发明的设备进一步包括至少一个与第一导电层电接触的金属分流器。这至少一个金属分流器至少通过介电氧化层与第二导电层隔离。该介电氧化层用作用于使金属分流器(多个)与第二导电层相隔离并且防止在该设备中发生短路的电绝缘层。

在将电压施加到第一和第二导电层时，光从发光层发出并且通过第一导电层和衬底从该设备辐射出。

该金属分流器包括由介电氧化层覆盖的第一金属层。该介电氧化层可以是由金属分流器的第一金属层形成的氧化层。

在优选实施例中，该介电氧化层是通过对分流器的第一金属层进行阳极氧化而形成的。对金属层进行阳极氧化可允许自对准地形成在第一金属层的整个表面上扩展的均匀氧化层。其结果是，可增大限定在金属分流器的图案之间的像素面积，即发光面积。

金属分流器的第一金属层包括从例如铝、锆、钛以及镓中所选择出来的材料。这种材料可被阳极氧化，以允许形成下述介电金属氧化层，该介电金属氧化层可用作包括金属分流器的发光设备中的电绝缘层。这种金属还是保持稳定电压击穿和电阻特性的良好导电金属。

更好地，该金属分流器进一步包括至少一个附加金属层，该附加金属层被布置为提高第一导电层与金属分流器之间的电接触。所使用的金属示例包括钼、铝、铬、氮化钛、铜、银、金、钨、锆、钛、铪、或者其组合或合金。这种金属在电化学方面稳定并且将保护第一导电层在暴露于氧化的第一金属层时不会劣化。

在替代实施例中，发光设备包括第一和第二金属分流器。在该实施例中，第一金属分流器与第一导电层电接触并且第二金属分流器与第二导电层电接触。这样，第一金属分流器可用于对第一导电层进行分流并且第二金属分流器可用于对第二导电层进行分流。

当该发光设备包括两个金属分流器时，更好地将第二金属分流器布置在第一金属分流器的上面。该分流器通过第二介电层而彼此分离。

第二介电层用于使第一金属分流器与第二金属分流器电绝缘，从而使第一与第二导电层彼此隔离。用作第二介电层的材料的示例是SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃。

在第二方面中，本发明涉及一种制造上述类型的发光设备的方法。该方法包括：

a、提供衬底；

b、将第一导电层布置在衬底上；

c、将第一金属层布置在衬底或第一导电层上；

d、对第一金属层进行图案化以形成至少一个金属分流器；

e、在该金属分流器的第一金属层上形成介电氧化层；

f、将发光层布置在第一导电层上；以及

g、将第二导电层布置在发光层上。

该方法可以按照a-b-c-d-e-f-g的顺序执行。替代地，该方法可以按照a-c-d-e-b-f-g的顺序执行的。

在优选实施例中，用于制造发光设备的方法进一步包括步骤：在步骤c之前，将至少一个附加金属层布置在衬底上或者在适用的情况下布置在第一导电层上。

另外，该方法可包括步骤：通过利用在步骤e中所形成的介电氧化层作为用于对附加金属层(多个)进行蚀刻的掩膜来对附加金属层进行图案化。

更好地，在所述步骤e中所形成的介电氧化层是通过对金属分流器的第一金属层进行阳极氧化而形成的。阳极氧化的益处在于它可自对准地形成氧化层，并且因此在该处理中无需额外的对准步骤。另外，可对氧化层的厚度进行控制。

参考在下文中所描述的实施例(多个)，可显而易见地得知本发明的这些及其它方面并且对其进行说明。

附图说明

图1说明了根据本发明的发光设备的一个实施例。

图2a是根据本发明的发光设备的一部分的顶视图。

图2b是根据利用抗蚀膜作为电绝缘材料的传统发光设备的发光设备的一部分的顶视图；

图3说明了表示本发明的替代实施例的包括两个金属分流器的发光设备。

图4是具有阳极氧化金属的彩色像素的顶视图。

图5a说明了制造供根据本发明的发光设备之用的金属分流器的处理中的阶段。

图5b说明了包括若干个已经利用介电氧化层作为蚀刻掩模所图案化的金属层的金属分流器。

图6说明了根据本发明的发光设备的替代实施例。

具体实施方式

在一个方面中，本申请涉及一种发光设备，并且在另一方面中涉及一种用于制造这种设备的方法。

在图1中说明了根据本发明的发光设备100的一个实施例，并且该发光设备100包括衬底101、第一导电层102、发光层103以及第二导电层104。该发光设备还包括至少一个与第一导电层102电接触的金属分流器105。

金属分流器105至少通过介电氧化层106而与第二导电层104隔离。

当施加电压时，电流开始流过设备100。电流流动的方向从第一导电层102至第二导电层104。因此，负电子从第二导电层104移动到发光层103中。同时，典型地被称为空穴(hole)的正电荷从第一导电层102移动到发光层103中。当正负电荷相遇时，它们重新结合并且产生光子(光)。

衬底101和第一导电层102对所产生的光子是透明的，并且通过可包括例如玻璃的衬底101而从有机发光设备发出光。

在该实施例中，第一导电层102用作阳极层，并且第二导电层104用作阴极层。在替代实施例中，第一导电层用作阴极，第二导电层用作阳极。

第一和第二导电层102和104中的至少一个是具有有限导电性的薄膜。因此，它们不能够在基本上没有能量损失的情况下携带高电流。当导电层之一必须光学上透明以可使光穿过时，该问题进一步加剧。

金属分流器(多个)105对能量损失进行补偿并且用作用于对显示设备的放电传播进行导引并加速的装置。金属分流器(多个)105的另一目的是降低第一导电层102和/或第二导电层104的线路阻抗。

如在这里所使用的，术语“金属分流器”是指用作电路中的两点之间的低阻抗连接的图案化金属层或若干金属层的图案化叠层。金属分流器形成了电流一部分的替代路径。

金属分流器105包括被介电氧化层106覆盖的第一金属层107。

更好地，介电氧化层106是由第一金属层107形成的。介电氧化层106的形成更好地是通过对第一金属层107进行阳极氧化而实现的，以便获得在第一金属层107的整个表面上扩展的自对准的均匀氧化层106。

因为介电氧化层106高度耐电流的流动，因此它使金属分流器105与第二导电层104隔离，从而防止设备100内的短路。

图2a是根据本发明的有机发光设备200的顶视图，其说明了利用由对金属分流器201的第一金属层进行阳极氧化所形成的介电氧化层的优点。可以看出，与利用抗蚀膜(虚线)作为电绝缘材料(图2b)的传统有机发光设备相比，形成了更大的像素面积202。

金属分流器的第一金属层包括能被阳极氧化的金属。这种金属的示例是铝、锆、钛、以及镓。这些金属具有良好导电性，并且保持稳定的电压击穿和电阻特性。更好地，金属分流器的第一金属层包括铝。

在本发明的优选实施例中，金属分流器105包括附加金属层108，该附加金属层108被布置为提高第一导电层102与金属分流器105之间的电接触。

要用作附加层108的金属示例具有良好导电性并且可以是从例如钼、铝、铬、氮化钛、铜、银、金、钨、锆、钛、铪、或组合或其合金中选择出来的。这些金属在电化学方面稳定并且保护第一导电层102在暴露于氧化的第一金属层107时不会劣化，这可以是当在分流器105中仅使用第一金属层107时的情况。

更好地，金属分流器105包括铝的第一金属层107以及TiN的附加金属层108。108的其它优选金属是掺杂有其它金属的钼和铬，例如掺杂有铬的钼。

在本发明的替代实施例中，有机发光设备包括两个金属分流器。

在图3中对该实施例进行了说明，其中第一金属分流器303与第一导电层302电接触，并且第二金属分流器304与第二导电层(未示出)电接触。因此，第一金属分流器303用于对第一导电层302进行分流并且第二金属分流器304用于对第二导电层进行分流。

更好地，第二金属分流器304布置在第一金属分流器303的上面，并且这些通过第二介电层305彼此分离。

第二介电层305使金属分流器303和304彼此绝缘，从而使第一导电层302与第二导电层302相隔离。

在该实施例中可用作第二介电层的材料的示例例如是从SiO₂、Si₃N₄、以及Al₂O₃中选择出来的。用作第二介电层的其它材料为本领域技术人员所熟知。

更好地，在该实施例中，仅第一金属分流器303包括根据对第一金属层306进行阳极氧化而形成的介电氧化层308，这是因为第二金属分流器304必须与第二导电层电接触。更好地，分流器304的至少一部分未被发光层覆盖。

在本发明的有机发光设备中，第一导电层是阳极层或阴极层。因此，第二导电层可以是阴极层或阳极层。更好地，第一导电层是阳极层，而第二导电层是阴极层。

在诸如图1中所说明的这个这样的实施例中，从有机发光层103所发出的光垂直向下地输出，并且因此第一导电层102必须对所产生的光是透明的。因此，第一导电层应当包括具有很好光学透射率的材料。

这种材料包括例如铟锡氧化物(ITO)、锡氧化物(例如掺杂有氟或锑)、氧化锌(例如掺杂有铝)，噻吩(PEDOT)、铟氧化锌、若干个导电金属的叠层。在第一导电层中可使用多个材料以及材料的组合并且这些为本领域普通技术人员所熟知。

更好地，第一导电层包括ITO或PEDOT。

用作图1的实施例中的阴极层的第二导电层104可包括例如碱金属、碱土金属或其合金这样的具有低功函的金属。可以在第二导电层中使用的若干材料为本领域普通技术人员所熟知。

在本发明中，发光层103包括聚合发光合成物和/或低分子量的有机发光合成物。适当的发光低分子量合成物或聚合发光合成物为本领域普通技术人员所熟知。

通常，发光层103作为包括电子传输层、电致发光层、以及空穴传输层的多层结构而存在。在施加电流时，发光层103的材料会辐射出由于有机材料中的电子与空穴的重新组合所产生的光。

在聚合LED的情况下，发光层103主要是包括有空穴导体和发光聚合物的两层叠层。然而，发光层可包括诸如发光聚合物上的蒸镀的有机空穴阻挡层这样的其它层。

在小分子OLED的情况下，发光层更复杂并且可包括：空穴注入层、空穴传输层、发光层、空穴阻挡层、电子传输层。它还可以包括附加层，例如包括三个不同发光层以产生白光的发射。

在实施例中，附加层提供于衬底101与第一导电层102之间以例如保护设备以防止水、离子等等。

在图4中说明了当本发明用在显示器应用中时的优点。在传统的无源矩阵显示器中，在像素的边缘需要单独的介电层以便实现很好的润湿特性(wetting behavior)并且防止设备内的短路。利用阳极氧化的金属层401以代替传统介电质的本发明将还起短路防护器的作用，但是还具有下述附加优点，即降低了对像素的电抗性，同时还增大了有效像素面积402。有效像素面积增大了是因为不再需要单独的分流器。阴极隔离抗蚀线(嵌入在荫罩中)被表示为403，并且疏水坝线被表示为404。本发明当然还可用于例如有源矩阵OLED显示器这样的其它类型的显示器。

本发明还涉及一种用于制造上述类型的有机发光设备的方法。该方法包括步骤：

a、提供衬底101；

b、将第一导电层102布置在衬底101上；

c、将第一金属层107布置在衬底101或第一导电层102上；

d、对第一金属层107进行图案化以形成至少一个金属分流器105；

e、在所述金属分流器105的第一金属层107上形成介电氧化层106；

f、将发光层103布置在第一导电层102上；以及

g、将第二导电层104布置在发光层103上。

在本发明的实施例中，该方法是按照步骤a-b-c-d-e-f-g的顺序执行的。

本发明的方法中的步骤a-c以及f-g并不局限于特定技术，而是可以通过为本领域普通技术人员所熟知的任何适当技术来执行。

例如，可通过真空或湿法沉积技术将发光层103布置在第一导电层102上。可以通过例如真空或溅射处理将第二导电层104布置在发光层103上。

再次参考图2，图2说明了有机发光设备的顶视图，可观察到优选的金属分流器图案。更好地是对金属层(多层)这样进行图案化以便分流器在衬底或第一导电层的表面上扩展，从而限定该设备的像素结构。对金属层(多层)进行图案化的技术为本领域普通技术人员所熟知，例如可使用俗称溅射和蚀刻的方法。

在替代实施例中，该方法是按照a-c-d-e-b-f-g的顺序执行的。

在优选实施例中，该方法包括附加步骤：在步骤c之前，将至少一个附加金属层108布置在衬底101或第一导电层102上。这可提高金属分流器105与第一导电层102之间的电接触。这种金属层(多层)的布置为本领域普通技术人员所熟知。

通过利用在步骤e形成的介电氧化层106作为用于对附加金属层(多层)108进行蚀刻的掩模来对附加金属表层(多层)108进行图案化。图5a说明了已经通过例如利用光掩膜进行蚀刻这样的传统方法来对第一金属层507进行了图案化的方法阶段。附加层(多层)508仍未被图案化，但是作为在第一导电层502的表面上扩展的金属层而存在。

通过利用介电氧化层506作为掩膜，可以对附加层(多层)508进行蚀刻，这结果形成了根据本发明的金属分流器505(图5b)。

在根据本发明的方法中，通过对金属分流器105的第一金属层107进行阳极氧化形成在所述步骤e中形成的介电氧化层106。

阳极氧化是众所周知的用于利用氧化层来涂敷金属表面的技术。通过利用第一金属层用作阳极而使电流通过硫酸溶液来对金属分流器105的第一金属层107进行阳极氧化。电流在阴极处释放氢并且使阳极的表面氧化，这导致形成金属氧化物构造。在创建介电氧化层106的过程中利用阳极氧化的优点在于，该处理是自对准的并且不需要额外的对准步骤，其通常是当利用例如抗蚀膜时的情况下所需要的。因此，介电氧化层均匀地布置在第一金属层107的整个表面上。

阳极氧化也是有利的，因为它提高了设备的抗腐蚀性和抗磨性，可染色，并且制备表面以用于其它处理和涂敷。

形成的氧化层106是介电的并且用作防止在包括金属分流器的发光设备中出现短路的电绝缘层。

例如铝这样的若干金属当暴露于大气时形成用于提供防蚀的钝化保护的无源金属氧化层。然而，这种无源氧化层的厚度不足以起介电层的作用。

介电氧化层的厚度范围可以从2纳米到超过25微米。更好地，介电氧化层的厚度为20至100纳米。

参考图6，对按照步骤a-c-d-e-b-f-g的顺序所执行的方法的实施例进行描述，图6说明了已经按照这个后一种步骤顺序所制造出的有机发光设备600。该图中未示出发光层和第二导电层。

在该实施例中，直接将第一金属层607并且如果适用的话将附加金属层(多层)608布置在衬底601上，并且在已对第一金属层607和附加层608进行了图案化并已对第一金属层607进行了阳极氧化之后，将第一导电层602布置在衬底601上。

当布置第一导电层602时，在很大程度上不应将它附于包围金属分流器605中的第一金属层607的介电氧化层606上。为了避免第一导电材料602“粘住”分流器605，可以应用用于填充包含在介电氧化层之中的细孔的疏水性有机高温沸腾(100-200℃)溶剂。

因此，第一导电层602填充若干金属分流器之间的区域，但是基本上不粘附于金属分流器605的介电层606。

为了从介电氧化层606除去有机溶剂以及从第一导电层602除去水，可在大约200℃处对设备600进行烘焙。

如上所述执行布置发光层和第二导电层的随后步骤。

在本发明的实施例中，该方法进一步包括步骤：在步骤b、d或者e之后对第一导电层进行图案化。如在这里所使用的，″对第一导电层进行图案化″是指通过例如蚀刻、激光烧蚀、通过荫罩进行沉积、印模等等进行结构化。

虽然已在附图和先前描述中对本发明进行了说明和描述，但是应认为该说明和描述是说明性或示例性的而并非限制性的；本发明并不局限于公开的实施例。

根据对附图、公开、以及所附权利要求的研究，本领域普通技术人员在实施所要求的发明的过程中可明白并实现对所公开实施例的其它变化。例如，本发明并不局限于执行本发明的制造方法的步骤a-c以及f-g的特定技术，而是可使用任何技术。虽然阳极氧化是用于形成介电氧化层的优选方法，但是本发明并不局限于此。可应用用于形成这种介电氧化层的若干其它技术。即使本发明的发光设备更好地是有机发光设备，但是它并不局限于此。本发明的发光设备也可以是无机的。当本发明的设备是有机时，它并不局限于特定有机或聚合发光合成物；而是相反可使用若干可能的合成物。

Claims (17)

1、一种发光设备(100)，该发光设备包括衬底(101)、第一导电层(102)、发光层(103)以及第二导电层(104)，所述发光设备(100)进一步包括至少一个与所述第一导电层(102)电接触的金属分流器(105)，其特征在于所述至少一个金属分流器(105)至少通过介电氧化层(106)与所述第二导电层(104)相隔离。

2、根据权利要求1所述的发光设备(100)，其中所述金属分流器(105)包括被所述介电氧化层(106)覆盖的第一金属层(107)。

3、根据权利要求1或2所述的发光设备(100)，其中所述介电氧化层(106)是由所述金属分流器(105)的所述第一金属层(107)形成的氧化层。

4、根据任何一个先前权利要求所述的发光设备(100)，其中所述介电氧化层(106)是通过对所述金属分流器(105)的所述第一金属层(107)进行阳极氧化而形成的。

5、根据任何一个先前权利要求所述的发光设备(100)，其中所述金属分流器(105)的所述第一金属层(107)是从包括铝、锆、钛以及镓的组中选择出来的。

6、根据任何一个先前权利要求所述的发光设备(100)，其中所述金属分流器(105)进一步包括至少一个附加金属层(108)，该附加金属层被布置为提高所述第一导电层(102)与所述金属分流器(105)之间的电接触，其中所述外加金属层(108)是从包括钼、铝、铬、氮化钛、铜、银、金、钨、锆、钛、铪、或者其组合或合金的组中选择出来的。

7、根据任何一个先前权利要求所述的发光设备(300)，其中该发光设备(300)包括第一金属分流器(303)和第二金属分流器(304)。

8、根据权利要求7所述的发光设备(300)，其中所述第一金属分流器(303)与所述第一导电层(302)电接触，并且所述第二金属分流器(304)与所述第二导电层(104)电接触。

9、根据权利要求7或者8所述的发光设备(300)，将所述第二金属分流器(304)布置在所述第一金属分流器(303)的上面。

10、根据权利要求7-9中的任何一个所述的发光设备(300)，其中所述第一金属分流器(303)通过第二介电层(305)与所述第二金属分流器(304)相分离。

11、根据权利要求10所述的发光设备(300)，其中所述第二介电层(305)是从包括SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃的组中选择出来的。

12、一种用于制造根据权利要求1所述的发光设备(100)的方法，该方法包括：

a、提供衬底(101)；

b、将第一导电层(102)布置在所述衬底(101)上；

c、将第一金属层(107)布置在所述衬底(101)或所述第一导电层(102)上；

d、对所述第一金属层(107)进行图案化以形成至少一个金属分流器(105)；

e、在所述金属分流器(105)的第一金属层(107)上形成介电氧化层(106)；

f、将发光层(103)布置在所述第一导电层(102)上；以及

g、将第二导电层(104)布置在所述发光层(103)上。

13、根据权利要求12所述的方法，以步骤a-b-c-d-e-f-g的顺序完成。

14、根据权利要求12所述的方法，以步骤a-c-d-e-b-f-g的顺序完成。

15、根据权利要求12-14中的任一个所述的方法，进一步包括步骤：在步骤c之前，将至少一个附加金属层(108)布置在所述衬底(101)或所述第一导电层(102)上。

16、根据权利要求15所述的方法，进一步包括步骤：通过利用在步骤e中形成的介电氧化层(108)作为用于对所述附加金属层(107)进行蚀刻的掩模来对所述附加金属层(107)进行图案化。

17、根据权利要求12-16中的任一个所述的方法，其中在所述步骤e中形成的所述介电氧化层(106)是通过对所述金属分流器(105)的所述第一金属层(107)进行阳极氧化形成的。

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