CN101728492A - 金属氧化物电极的制法和使用其的有机发光二极管显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属氧化物电极的制法和使用其的有机发光二极管(OLED)显示器。该方法包括以下步骤：在腔室内提供基板；在所述腔室内提供包括氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al2O3)的Al2O3掺杂的ZnO(AZO)；在所述腔室内提供包括氧化铟(In2O3)和氧化锡(SnO2)的氧化铟锡(ITO)；以及向包括Al2O3掺杂的ZnO和氧化铟锡的材料施加直流DC功率以在所述基板上形成IAZTO电极。
Description
技术领域
本发明实施方式涉及一种金属氧化物电极的制造方法以及使用其的有机发光二极管(OLED)显示器。
背景技术
本申请要求2008年10月20日提交的韩国专利申请No.10-2008-102583的优先权，此处以引证的方式并入其全部内容。
随着信息技术的发展，显示设备已经广泛用作用户与信息之间的连接媒介。因此，平板显示器的使用得到增加，例如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、等离子体显示面板(PDP)。
某些显示设备使用透明导电氧化物(TCO)电极。在相关技术中，主要使用具有出色的电学和光学属性的氧化铟锡(ITO)作为氧化物电极的材料，因为ITO具有高透光率和低薄层电阻。然而，必须在大约300℃到350℃的高温下对ITO电极进行热处理以使得ITO电极具有高透光率和低薄层电阻。
在使用氧化物电极的OLED显示器中，氧化物电极起重要作用。用作阳极电极的氧化物电极的功函数极大地影响OLED显示器的发光特性。
然而，在将ITO电极用作阳极电极的相关技术中，必须在高温下对ITO电极进行热处理以使得ITO电极具有高透光率和低薄层电阻。因此，需要能够替代ITO电极的其他氧化物电极。
发明内容
一方面，提供了一种制造金属氧化物电极的方法，该方法包括以下步骤：在腔室内提供基板；在所述腔室内提供包括氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al2O3)的Al2O3掺杂的ZnO(AZO)；在所述腔室内提供包括氧化铟(In2O3)和氧化锡(SnO2)的氧化铟锡(ITO)；以及向包括Al2O3掺杂的ZnO和氧化铟锡的材料施加直流DC功率以在所述基板上形成IAZTO电极。
另一方面，提供了一种有机发光二极管(OLED)显示器，该OLED显示器包括：基板；以及位于基板上的第一电极和第二电极之间的有机发光层，其中所述第一电极由包括Al2O3掺杂的ZnO(AZO)和氧化铟锡(ITO)的IAZTO形成，其中AL2O3掺杂的ZnO包括氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al2O3)，并且氧化铟锡包括氧化铟(In2O3)和氧化锡(SnO2)。
附图说明
附图被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：
图1示意性地示出了双靶DC溅射系统；
图2是根据实施方式的金属氧化物电极的示例性制造方法的流程图；
图3和4是基于AZO的DC功率的特性图表；
图5示出了使用根据实施方式的IAZTO电极的子像素的示例性构造；
图6是对使用IAZTO电极的实施方式与使用ITO电极的相关技术进行比较的图表；
图7例示了根据实施方式的子像素的电路结构；
图8是根据实施方式的子像素的横截面图；以及
图9例示了有机发光二极管的结构。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施方式，在附图中例示出了其示例。
以下将描述根据实施方式的显示设备的示例性制造方法。
图1示意性地示出了用来制造金属氧化物电极的双靶直流(DC)溅射系统。如图1所示，双靶DC溅射系统包括扩散泵pump1、旋转泵pump2等。基板sub和连接到DC功率提供单元的两种材料置于双靶DC溅射系统的腔室CH内部。
在双靶DC溅射系统中，例如氧气(O2)、氮气(N2)、氩气(Ar)的气体注入到腔室CH中，并且将DC功率施加到这两种材料上。因此，从这两种材料产生的源形成在基板sub上。
以下将参考图1和2描述根据实施方式的金属氧化物电极的示例性制造方法。
首先，在步骤S101中向腔室CH内部提供基板sub。该基板sub可以使用具有高机械强度和高尺寸稳定性的元件形成材料来形成。例如，该基板sub可以由玻璃、金属、陶瓷或塑料形成，所述塑料例如聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、氯乙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、环氧树脂、硅树脂、氟树脂。
在步骤S103中，向腔室CH内提供包括氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al2O3)的Al2O3掺杂的ZnO(AZO)。AZO可以包括基于AZO总重量的2％到7％的Al2O3。
在步骤S105中，向腔室CH内提供包括氧化铟(In2O3)和氧化锡(SnO2)的氧化铟锡(ITO)。ITO可以包括基于ITO总重量的5％到15％的SnO2。
在步骤S107中，将DC功率施加到包括AZO和ITO的材料上以在基板sub上形成IAZTO电极。
在提供AZO的步骤S103中，当Al2O3的含量在上述范围(2％到7％)之外时，该IAZTO电极的相(phase)在IAZTO电极的形成过程中会发生改变。因此，IAZTO电极的特性会降低。在提供ITO的步骤S105中，当SnO2的含量在上述范围(5％到15％)之外时，该IAZTO电极的相在IAZTO电极的形成过程中会发生改变。因此，IAZTO电极的特性会降低。例如，当AZO包括基于AZO总重量的5％的Al2O3并且ITO包括基于ITO总重量的10％的SnO2时，该IAZTO电极可以具有4.6×10-4Ω·cm的电阻率、在550nm的可见光波长下的85％的透射率以及5.2eV的功函数。另一方面，当Al2O3的含量和SnO2的含量分别在上述范围之外时，该IAZTO电极的电阻率大于4.6×10-4Ω·cm并且该IAZTO电极的透光率小于85％。
下面的图表1表示根据Al2O3的含量和SnO2的含量中的每一种的IAZTO电极的电阻率特性和透光率特性。在下面的图表1中，×、△、○和◎分别代表差、一般、好以及出色的特性状态。
[表1]
在上述表1中，当AZO包括基于AZO总重量的5％的Al2O3并且ITO包括基于ITO总重量的10％的SnO2时，该IAZTO电极具有4.6×10-4Ω·cm的电阻率、在550nm的可见光波长下的85％的透光率以及5.2eV的功函数。就是说，当AZO包括基于AZO总重量的5％的Al2O3并且ITO包括基于ITO总重量的10％的SnO2时，该IAZTO电极的电阻率特性和透光率特性是出色的。
在形成IAZTO电极的步骤S107中，在基板sub上使用AZO和ITO来形成IAZTO电极的工艺条件可以按照以下：腔室CH的内压为3mTorr；注入到腔室CH中的Ar气的流速为15sccm；基板sub与AZO和ITO之间的距离为100mm；施加到AZO的DC功率为0到100W；以及施加到ITO的DC功率为100W。也可以使用其他工艺条件。
IAZTO电极的特性，例如透光率、电阻率、薄层电阻，可以根据上述工艺条件而改变，例如施加到AZO和ITO上的DC功率、气体的种类和流速、基板sub与AZO和ITO之间的距离以及腔室CH的内压。因此，通过改变上述工艺条件，IAZTO电极的特性可以改变。在本实施方式中，通过使用上述工艺条件，IAZTO电极可以具有4.6×10-4Ω·cm的电阻率以及在550nm的可见光波长下的85％的透光率。
可以从图3和4看出，当施加到AZO的DC功率为20W时，IAZTO电极的透光率特性和薄层电阻特性是出色的。
图5示出了应用于底部发光型有机发光二极管(OLED)显示器中的子像素的示例性构造。如图5所示，用作阳极电极的IAZTO电极连接到晶体管T的源极或漏极。在图5中，IAZTO电极被称为第一电极117。有机发光层121形成在第一电极117上，该有机发光层121包括空穴注入层(HIL)121a、空穴传输层(HTL)121b、发光层(EML)121c、电子传输层(ETL)121d以及电子注入层(EIL)121e。由铝形成的阴极电极形成在有机发光层121上。在图5中，阴极电极被称为第二电极122。
图6是在根据实施方式和相关技术的OLED显示器都具有图5所示的构造的条件下，对使用IAZTO电极作为第一电极117的实施方式与使用ITO电极作为第一电极117的相关技术进行比较的图表。可以从图6中看出，与相关技术相比，本实施方式的电流密度和光照度(luminance)都得到进一步的改善。
以下将具体描述根据实施方式的OLED显示器。
图7例示了子像素的电路结构。
如图7所示，子像素可以包括开关晶体管SWTFT，它的栅极连接到扫描线(Scan)并且一个端子连接到数据线(Data)，以及驱动晶体管DRTFT，它的栅极连接到开关晶体管SWTFT的另一端子并且一个端子连接到第二电源线VSS。该子像素还包括连接在驱动晶体管DRTFT的栅极和第二电源线VSS之间的电容器CST。该子像素还包括有机发光二极管(OLED)，它的阳极电极连接到第一电源线VDD并且阴极电极连接到驱动晶体管DRTFT的另一端子。
图7示出了n型开关晶体管SWTFT和n型驱动晶体管DRTFT。然而，也可以使用其他类型的晶体管。
在图7所示的子像素中，数据驱动器和扫描驱动器分别提供数据信号和扫描信号，并且随后施加到第一电源线VDD上的电流流过第二电源线VSS。因此，OLED发光以显示图像。
图8是图7所示的子像素的截面图。
如图8所示，子像素包括基板310、位于基板310上的晶体管T、连接到晶体管T的源极或漏极的第一电极317、位于第一电极317上的有机发光层321以及位于有机发光层321上的第二电极322。晶体管T可以根据子像素的结构选择性地连接到第一电极317或第二电极322。
缓冲层311可以位于基板310上。缓冲层311在后续工序中晶体管的形成期间，阻止杂质(例如从基板310排放的碱离子)进入。缓冲层311可以通过二氧化硅(SiO2)、硅氮化物(SiNX)来形成，或者使用其他材料来形成。
栅极312可以位于缓冲层311上。栅极312可以由选自由钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、钕(Nd)和铜(Cu)组成的组中的任一种或其组合形成。栅极312可以具有由Mo、Al、Cr、Au、Ti、Ni、Nd或Cu或其组合形成的多层结构。例如，栅极312可以具有包括Mo/Al-Nd或Mo/Al的双层结构。
第一绝缘层313可以位于栅极312上。第一绝缘层313可以由硅氧化物(SiOX)、硅氮化物(SiNX)或多层结构或者其组合形成，但是并不限定于此。
有源层314可以位于第一绝缘层313上。有源层314可以由非晶硅或结晶多晶硅形成。尽管未示出，有源层314可以包括沟道区域、源区和漏区。源区和漏区可以用p型或n型杂质来掺杂。有源层314可以包括用于减少接触电阻的欧姆接触层。
源极315a和漏极315b可以位于有源层314上。源极315a和漏极315b可以具有单层结构或多层结构。当源极315a和漏极315b具有单层结构时，源极315a和漏极315b可以由Mo、Al、Cr、Au、Ti、Ni、Nd或Cu或其组合形成。当源极315a和漏极315b具有多层结构时，源极315a和漏极315b可以具有包括Mo/Al-Nd的双层结构或包括Mo/Al/Mo或Mo/Al-Nd/Mo的三层结构。
第二绝缘层316a可以位于源极315a和漏极315b上。第二绝缘层316a可以由硅氧化物(SiOX)、硅氮化物(SiNX)或多层结构或者其组合形成，但是并不限定于此。第二绝缘层316a可以是钝化层。
包括栅极312、源极315a和漏极315b的晶体管T可以用作驱动晶体管。驱动晶体管T的源极315a和漏极315b之一可以连接到第二绝缘层316a上的遮挡金属318。可以根据子像素的结构而省略遮挡金属318。
第三绝缘层316b可以位于第二绝缘层316a上以提高平整度。第三绝缘层316b可以由例如聚酰亚胺的有机材料形成。其他材料也可以用作第三绝缘层316b。
图8例示了基板310上的晶体管T是底栅型晶体管的情况。然而，基板310上的晶体管T也可以是顶栅型晶体管。
第一电极317可以位于第三绝缘层316b上以连接到晶体管T的源极315a或漏极315b。第一电极317可以形成在各个子像素中。用作阳极电极的第一电极317由包括Al2O3掺杂的ZnO(AZO)和氧化铟锡(ITO)的IAZTO形成。AZO包括氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al2O3)，并且ITO包括氧化铟(In2O3)和氧化锡(SnO2)。AZO包括基于AZO总重量的2％到7％的Al2O3，并且ITO包括基于ITO总重量的5％到15％的SnO2。当Al2O3的含量在上述范围(2％到7％)之外时，第一电极317的相会发生改变。因此，第一电极317的特性降低。例如，当SnO2的含量在上述范围(5％到15％)之外时，第一电极317的相会发生改变。因此，第一电极317的特性降低。例如，当AZO包括基于AZO总重量的5％的Al2O3并且ITO包括基于ITO总重量的10％的SnO2时，该第一电极317具有4.6×10-4Ω·cm的电阻率、在550nm的可见光波长下的85％的透光率以及5.2eV的功函数。另一方面，当Al2O3的含量和SnO2的含量分别在上述范围之外时，该第一电极317的电阻率大于4.6×10-4Ω·cm并且该IAZTO电极的透光率小于85％。
堤状层319可以位于第一电极317上以露出第一电极317的一部分。堤状层319可以由例如苯并环丁烯(BCB)基树脂、丙烯酸树脂或聚酯树脂的有机材料形成。其他材料也可以用作堤状层319。
有机发光层321可以位于堤状层319内。例如，有机发光层321可以具有包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层以及电子注入层的结构。也可以使用其他结构。
第二电极322可以位于有机发光层321上。如果第一电极317作为阳极电极，那么第二电极322用作阴极电极。用作阴极电极的第二电极322可以由铝(Al)、Al合金、钕化铝(AlNd)形成。也可以使用其他材料。
图9示出了包括有机发光层321的有机发光二极管的结构。在图9中，第一电极317用作阳极电极，并且第二电极322用作阴极电极。
如图9所示，如果有机发光二极管是顶部发光型OLED，则有机发光二极管可以包括第一电极317、空穴注入层321a、空穴传输层321b、发光层321c、电子传输层321d、电子注入层321e以及第二电极322。
空穴注入层321a可以用于方便空穴的注入。空穴注入层321a可以由选自由铜酞菁(CuPc)、PEDOT(聚(3，4)-乙撑二氧噻吩)、聚苯胺(PANI)和NPD(N，N-二萘基-N，N’-二苯基联苯胺)组成的组中的至少一种形成，但是并不限定于此。
空穴传输层321b可以用于流畅地传输空穴。空穴传输层321b可以由选自由NPD(N，N-二萘基-N，N’-二苯基联苯胺)、TPD(N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二(苯基)-联苯胺)、s-TAD和MTDATA(4，4’，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)-三苯基胺)组成的组中的至少一种形成，但是并不限定于此。
发光层321c可以由能够产生红、绿、蓝和白光的材料形成，例如磷光材料或荧光材料。
在产生红光的发光层321c的情况中，发光层321c包括含有咔唑联苯(CBP)或N，N’-二咔唑基-3，5-苯(mCP)的基质材料(host material)。而且，发光层321c可以由包括掺杂剂材料的磷光材料或包括PBD:Eu(DBM)3(Phen)或二萘嵌苯的荧光材料形成，但是并不限定于此，所述掺杂剂材料包括选自由PIQIr(acac)(二(1-苯基异喹啉)乙酰丙酮合铱)，PQIr(acac)(二(1-苯基喹啉)乙酰丙酮合铱)，PQIr(三-(1-苯基喹啉)铱)以及PtOEP(八乙基卟啉铂)组成的组中的至少一种。
在产生绿光的发光层321c的情况中，发光层321c包括含有CBP或mCP的基质材料。而且，发光层321c可以由包括掺杂剂材料的磷光材料或包括Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)的荧光材料形成，但是并不限定于此，所述掺杂剂材料包括Ir(ppy)3(fac三(2-苯基吡啶)铱)。
在产生蓝光的发光层321c的情况中，发光层321c包括含有CBP或mCP的基质材料。而且，发光层321c可以由包括含有(4，6-F2ppy)2Irpic的掺杂剂材料的磷光材料或荧光材料形成，但是并不限定于此，所述荧光材料包括选自由spiro-DPVBi、spiro-6p、二苯乙烯苯(DSB)、联苯乙烯(DSA)、PFO聚合物、PPV聚合物组成的组中的任一种或其组合。
电子传输层321d可以用于流畅地传输电子。电子传输层321d可以由选自由Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)、PBD、TAZ、spiro-PBD、BAlq以及SAlq组成的组中的至少一种形成，但是并不限定于此。
电子注入层321e用于方便电子的注入。电子注入层321e可以由Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)、PBD、TAZ、spiro-PBD、BAlq或SAlq形成，但是并不限定于此。
可以省略空穴注入层321a、空穴传输层321b、电子传输层321d以及电子注入层321e中的至少一种。
具有上述结构的子像素可以按照矩阵形式形成在基板310上。因为基板310上的子像素在抵抗湿气或氧气方面较弱，所以子像素可以使用密封基板或保护层进行封装。
本发明实施方式提供了一种能够替代ITO电极的金属氧化物电极的制造方法以及使用其的OLED显示器。所述实施方式可以应用于顶部发光型、底部发光型或双发光型OLED显示器。所述实施方式可以应用于普通结构的OLED显示器上，其中阴极电极位于阳极电极上方，并且所述实施方式可以应用于倒装结构的OLED显示器上，其中阳极电极位于阴极电极上方。根据本实施方式的金属氧化物电极可以用于包括透明导电氧化物电极的显示设备(例如，液晶显示器)以及OLED显示器上。
本说明书中“一个实施方式”、“实施方式”、“示例实施方式”等是指与该实施方式相关地描述的具体特征、结构、或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。这些词语在说明书中不同位置的出现不一定全部指代相同的实施方式。另外，当与任何实施方式相关地描述具体特征、结构、或特性时，认为结合其他实施方式实现该特征、结构、或特性是在本领域技术人员的考虑范围内。
尽管参照多个示例性实施方式描述了实施方式，应理解的是本领域技术人员可建议落入本公开的原理的精神和范围内的许多其他修改和实施方式。更具体地，在本公开、附图以及所附的权利要求的范围内，在主题组合设置的组成部分和/或设置中可以做出各种变型和修改。除了组成部分和/或设置中的变型和修改之外，替换使用对于本领域技术人员也是明显的。
Claims (15)
1.一种制造金属氧化物电极的方法，该方法包括以下步骤：
在腔室内提供基板；
在所述腔室内提供包括氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al2O3)的Al2O3掺杂的ZnO(AZO)；
在所述腔室内提供包括氧化铟(In2O3)和氧化锡(SnO2)的氧化铟锡(ITO)以及
向包括Al2O3掺杂的ZnO和氧化铟锡的材料施加直流DC功率以在所述基板上形成IAZTO电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中Al2O3掺杂的ZnO包括基于Al2O3掺杂的ZnO总重量的大致2％到7％的Al2O3。
3.根据权利要求1的方法，其中氧化铟锡包括基于氧化铟锡总重量的大致5％到15％的SnO2。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述腔室的内压大致为3mTorr。
5.根据权利要求1所述的方法，其中注入到所述腔室中的Ar气的流速大致为15sccm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板与AL2O3掺杂的ZnO之间的距离以及所述基板与氧化铟锡之间的距离大致为100mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中施加到AL2O3掺杂的ZnO的DC功率大致为0到100W。
8.根据权利要求1所述的方法，其中施加到氧化铟锡的DC功率大致为100W。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述IAZTO电极的电阻率大致为4.6×10-4Ω·cm，并且所述IAZTO电极的透光率在550nm的可见光波长下大致为85％。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述IAZTO电极的功函数大致为5.2eV。
11.一种有机发光二极管OLED显示器，该OLED显示器包括：
基板；以及
位于基板上的第一电极和第二电极之间的有机发光层，
其中所述第一电极由包括Al2O3掺杂的ZnO(AZO)和氧化铟锡(ITO)的IAZTO形成，
其中AL2O3掺杂的ZnO包括氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al2O3)，并且氧化铟锡包括氧化铟(In2O3)和氧化锡(SnO2)。
12.根据权利要求11所述的OLED显示器，其中AL2O3掺杂的ZnO包括基于AL2O3掺杂的ZnO总重量的大致2％到7％的Al2O3。
13.根据权利要求11所述的OLED显示器，其中氧化铟锡包括基于氧化铟锡总重量的大致5％到15％的SnO2。
14.根据权利要求11所述的OLED显示器，其中所述第一电极的功函数大致为5.2eV。
15.根据权利要求11所述的OLED显示器，该OLED显示器还包括所述基板上的晶体管，所述晶体管电连接到所述第一电极或所述第二电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100609 |