CN102414862B

CN102414862B - 图案化顶发射型有机发光二极管及其制造方法以及电子装置

Info

Publication number: CN102414862B
Application number: CN201080018299.3A
Authority: CN
Inventors: 多罗西·克莉丝汀·赫尔梅斯; 乔安妮·莎拉·威尔森; 备特鲁斯·亚历山大·仁兴
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: WO2010117272A3; JP5765742B2; US20120126252A1; WO2010117272A2; CN102414862A; EP2417648A2; EP2239798A1; KR101746871B1; JP2012523131A; US8912532B2; KR20120028871A

Abstract

本发明涉及一种设置为发射具有不同颜色的光的顶发射型有机发光二极管(OLED)(10)，所述二极管包括多层结构，所述多层结构设有第一电极、第二电极、以及能够使光发射位于所述第一电极和所述第二电极之间的功能层，其中通过使所述功能层的至少一部分与厚度调节器(5a，5b，5c)相互作用来调节所述功能层的厚度(H1，H2)，其中所述功能层包括空穴注入层或电子注入层。

Description

图案化顶发射型有机发光二极管及其制造方法以及电子装置

技术领域

本发明涉及一种设置为发射具有不同颜色的光的顶发射型有机发光二极管(OLED，Organic Light-Emitting Diode)，该二极管包括多层结构，该多层结构设有第一电极、第二电极、以及能够使光发射位于该第一电极和该第二电极之间的功能层。

本发明还涉及一种包括这种OLED的电子装置。

本发明还涉及一种顶发射型OLED的制造方法。

背景技术

从WO 2006/087654专利申请可获知一种OLED的实施例，该OLED能够发射具有不同颜色的光。在公知的OLED中，在合适的基板上设置阳极层，随后设置空穴注入层，例如聚3，4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)材料，随后设置发光材料层，其具有沿着基板方向可调节的厚度，并在该发光材料层上沉积有阴极层。

在公知的OLED中，为了获得发光层的合适的厚度调节，通过如喷墨印刷的技术沉积发光层。

公知的OLED的缺点在于：由于喷墨印刷的过程可能不一致而导致发光层的厚度调节的准确度具有较差的重复性。此外，具有不同厚度的多个区域之间的边界可能没有适当的清晰度，这是因为从液相开始进行图案化(Patterning)，由于表面张力使液体在相邻区域之间呈现中间厚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶发射型OLED，该OLED能够通过可调节的功能层发射不同颜色的光，其中，这种调节能获得高的准确度和重复性，并也能够通过非常简单且快速的技术来实现。

为达到上述目的，根据本发明的顶发射型OLED，通过使功能层的至少一部分与厚度调节器(Thickness Modulator)相互作用来调节功能层的厚度，其中，功能层的所述部分包括空穴注入层或电子注入层。

应当理解的是，根据本发明的二极管还包括叠加在空穴注入层或电子注入层上的发光层。还应理解的是，根据本发明所实现的调节尺度是人眼可以看到的(即长度尺度约40微米或以上)。

例如，该厚度调节器可能涉及设置在直接位于该功能层之下的层，该层包括多个具有不同横向尺寸的槽(Well)。因此，当构成功能层的合适材料沉积在槽轮廓上时，由于湿润性，实现了不同尺寸槽的不同程度的填充。通过这种方式，可实现该功能层的可重复和准确的厚度调节。应当理解的是，该功能层可包含与空穴注入层[如PEDOT:PSS或聚苯胺(PANI)]相互作用并且也可能与电子注入层[如苯并咪唑衍生物(TPBI)、1，2，4-三唑衍生物(TAZ)、1，3，4-恶二唑类化合物(OXD7)等]相互作用的发光聚合物(LEP，Light-Emitting Polymer)层。本发明的技术手段基于这种深刻认识：本身已知的微腔效应，即装置的任何区域中的功能层的厚度都将决定来自特定区域的发射颜色，并用于使来自装置的遍布整个装置区域的发射的精确彩色调节成为可能。

还应当理解的是，术语“槽”不应被解释为对这种不规则的形状和/或两维或三维尺寸的限制。事实上，槽可被认为是具有预设尺寸的合适区域。不同形状如矩形、球形、圆柱形或圆锥形的槽可以考虑。

可选地，可以在形成部分功能层的层的干燥工艺中实现功能层的厚度调节，例如，通过使这样的层与适当形状的加热板相互作用，该加热板可设置在这样的层附近或与这样的层紧密接触。例如，当将H形加热板设置在功能层的合适组成的附近时，该层的与H形重叠的区域会比相邻区域被更快加热。因此，这样的加热区域将有与相邻区域的厚度不同的厚度，从而实现了期望的厚度调节。

应当理解的是，可以根据预期效果来选择加热板的形状、温度以及与功能层相互作用的持续时间。这样的选择被认为是属于本领域技术人员的一般常识范围。

可以发现，对于PEDOT层的厚度，针对PEDOT层之上标准的发射蓝光的聚合物的相同厚度，可从0nm到95nm增加PEDOT层的的厚度来获得从蓝光发射到绿光发射的变化。因此，正如关于上述所讨论的，厚度调节器适合重复获得期望的彩色调制。

在根据本发明装置的一实施例中，通过图案化的(Patterned)光阻材料提供多个槽。

可以发现，光刻法提供了一种确定所需的多个具有不同横向尺寸的槽的特别适合的方法。例如，可获得包含具有240×240μm²至40×40μm²尺寸的槽的光阻层，如图1a和图1b所示。应当理解的是，其他的槽尺寸也是可能的。还应理解，尺寸涉及横向尺寸，即，与基板的表面平行的尺寸(图1a和图1b中的x轴和y轴)，所述基板支持OLED的多层结构。

由于液体材料，例如用于类似PEDOT的空穴注入层的材料的湿润特性，将在沿层表面具有不同尺寸的各个槽中不同程度地填充液体材料。应当理解的是，这些槽的各自的横向尺寸可在从光刻工艺的限度(例如1μm)直至样品整个表面区域内变化。例如，对于具有240×240μm²面积的槽，已经能够获得绿光发射，然而对于具有120×120μm²或更小面积的槽，当使用与PEDOT层结合时有蓝光发射的发光聚合物时，已经能够获得蓝光发射。

在根据本发明装置的另一实施例中，通过以下技术中的一种来提供多个具有可调整层厚度的区域：对感光的(Photosensitive)空穴或电子注入层材料施加图案化的光、或表面预处理、或印刷、或涂覆、或干燥。

可以发现，可应用除光刻技术的其他技术来限定具有不同层厚度的区域。应当理解的是，当要提供微观结构的精美图案时，光刻技术是有优势的，因为光刻方法通常能够生成具有三维形状槽的物体。然而，如果成形具有不同层厚度区域的公差不严格，则可通过如表面预处理、印刷、涂覆或干燥的技术来成形加工该区域。表面预处理的实例是粗糙的，例如，使用蚀刻技术。这些技术具有相对比较廉价的优势。

应当理解的是，有可能使用槽的技术是印刷和图案化的光阻材料。基本上不需要实体槽(Physical Well)的技术是表面预处理、涂覆和干燥。此外，对感光的空穴或电子注入层材料施加图案化的光，然后进行洗涤步骤以去除没有被所施加的光影响的材料，有可能用于图案化空穴注入层或电子注入层的厚度。

在根据本发明装置的再一实施例中，功能层包括叠加在空穴注入层上的发光层，其中该空穴注入层的厚度可调节。

可以发现，能够通过调节任何形成OLED功能发光层的子层的厚度产生不同颜色的光。例如，作为一可选实施例，可调节空穴注入层、发光层或电子注入层的厚度。

根据本发明的一种包括如上所述的顶发射型OLED的装置，可能涉及传感器、显示装置、照明装置或标识装置。

应当理解的是，根据本发明的OLED可用于多种装置，其中产生的不同发射颜色的光是令人满意的。例如，OLED可包含在合适的基于聚合物或分子的有机电子装置中，例如显示器或荧光光谱仪。此外，根据本发明的OLED可用于照明装置或标识装置中。

此外，该技术可用于有机电子设备的其他应用中；其中，在所述有机电子设备中需要使用简单方法对多层中的一层的厚度进行图案化和控制。实例包括有机场效应晶体管(OFET)、以及需要调谐腔的激光和增益应用。

一种制造设置为发射具有不同颜色的光的顶发射型有机发光二极管(OLED)的方法，该方法包括以下步骤：

在基板上提供第一电极层；

沉积形成OLED的部分发光功能层的材料子层(Sub-layer of Material)；

使材料与厚度调节器(Thickness Modifier)相互作用以便在所述材料子层中形成具有不同厚度的区域；以及

在所述功能层上沉积第二电极层。

例如，其中厚度调节器包括预成形加热板，所述方法可包括以下步骤：

通过预成形加热板加热材料层，以在材料层中形成具有可变厚度的区域 (Region)；其中，所述材料层位于空间上叠加在预成形加热板上的区域(Area)。

可选地，当厚度调节器包括设有多个具有不同横向尺寸的槽的层时，该方法还可包括以下步骤：在槽中填充形成OLED的发光功能层的一部分的材料。通过这种方式，可获得形成OLED的发光功能层一部分的材料层的调节厚度。

应当理解的是，本发明的方法可包括沉积二极管的其他层的步骤。特别是当功能层包含多个层，例如发光层叠加在空穴注入层或电子注入层上时，根据本发明的方法包括以下步骤：沉淀除所述空穴注入层和/或所述电子注入层之外的发光层。

在根据本发明方法的一实施例中，第一电极层和/或第二电极层是反光的(Reflective)或部分反光的。可选地，对于基板，可使用设置在玻璃或塑料薄片上的金属箔或反光材料。在根据本发明方法的其他实施例中，厚度可调的材料是电子注入层，或位于金属电极层之上且位于光学(半)透明空穴注入层或电子注入层之下的光学(半)透明隔离层。应当理解的是，(半)透明层对于可见光具有至少50％的透明度。

在本发明的方法中，可利用通过光刻法或通过印刷、涂覆、干燥或表面预处理产生的厚度调节器来提供具有图案化的层厚度的材料层。应当理解的是，本发明中通过调节发光功能层的子层的局部厚度来实现彩色调节，本发明的方法也可应用在制造场效应晶体管(FET)的期间。

将结合附图对本发明的上述及其他方面进行更详细的讨论，其中相同的附图标记表示同一单元。应当理解的是，附图用于说明，而非用于限制权利要求的范围。

附图说明

图1a示出了根据本发明的OLED的横截面的实施例示意图。

图1b示意性地示出了图1a中结构的俯视图。

图2示出了当调节PEDOT功能层的厚度，且常规蓝光发射层的厚度保持不变时，从顶发射型OLED获得的发射的CIE颜色坐标。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明的OLED的横截面的实施例示意图。该实施例中的OLED 10为顶发射型OLED，其包括反光电极层，例如设置在合适的基板2上的阳极4。在该阳极层的顶部，设置包含单元5a、5b、5c的层，这将在以后决定功能层的厚度调节方式。优选地，单元5a、5b、5c为光阻材料，可使用光刻方法使这些光阻材料预先图案化。根据本发明，调节功能层的子层，如空穴注入层，以分别产生具有不同厚度的区域H1、H2。通过利用本身已知的效果来获得这种厚度调节，其中，通过槽的横向尺寸，例如通过沿基板x轴的尺寸X1、X2，来确定用液体材料填充槽的程度。可以发现，这种效果提供了可靠的且可重复的调节功能层厚度的方法，该方法反过来决定了通过微腔效应准确、可靠地调节所产生的发射光的颜色。

应当理解的是，无论理论上还是经验上都可以事先确定槽的尺寸与用特定材料填充产生的槽之间的关系；其中，槽的尺寸例如为沿轴的横向尺寸或横截面积)；所述特定材料例如为用作空穴注入层的材料(如PEDOT:PSS或PANI)、合适的发光聚合物(LEP)或用于电子注入层的合适的材料。

图1b示意性地示出了图1a中结构的俯视图。应当理解的是，出于清楚的目的，以放大比例给出该俯视图。根据本发明的一个方面，构成顶发射型OLED的功能发光层的层的厚度通过多个槽来调节，这些槽在如图1a所示的单元5a、5b、5c等之间的空白结构内形成。沿槽w1、w2、w3等的x轴和y轴的横向尺寸确定直接沉积到这些槽中所产生的层的厚度H1、H2、H3等。因此，实现了对功能层的一部分的所需的简单且重复的厚度调节。

例如，使用光刻掩模，可形成槽w1、w2、w3等；其中，光刻掩模产生包括具有240×240μm²至40×40μm²尺寸的槽的光阻层(Resist Layer)。使用这样的掩模，可产生一种OLED，当比如通过在具有槽w1、w2、w3的光阻层的表面上旋涂沉积PEDOT层和常规发射蓝光的聚合物层时，该OLED中发射光的颜色根据光阻层中槽的横向尺寸从绿色变为蓝色。

可以发现，根据本发明的OLED具有以下优点。局部改变特定空穴注入层和发光层的发射光颜色的常用技术是使用这些层之下的ITO(氧化铟锡)层以及局部改变该ITO层的厚度。然而，图案化的ITO层是一种额外的较昂贵处理步骤，并且这种易脆材料不是柔性电子装置应用中的理想材料。此处描述的本发明中，通过调节形成OLED功能层的一部分的子层的厚度来实现发射颜色的调节，因此不需要易脆且昂贵的ITO层。通过微调厚度，可获得多种发射颜色，这将结合图2对其进行更详细的描述。其他描述的可选技术是使用控制的喷墨印刷工艺来局部改变发光层的厚度。此处描述的技术更加直接。通过使用如狭缝涂覆的大面积涂覆技术在整个图案化的基板上逐层涂覆，从而以快捷、简单、经济的方式来实现对空穴注入层、发光层或电子注入层厚度的变化。在无需使用单独的红色、绿色和蓝色发射器的情况下，就可实现仅从一种发光材料(特别是在使用通常发白色光的材料时)中获取多种颜色。接下来，当光刻法被用于图案化的槽时，很可能没有额外的生产成本，因为光阻层无论如何都可用于确定像素图案，甚至可用于单色标识应用。此外，通过光阻材料上的光刻确定整个OLED的颜色变化的分辨率，其中，光阻材料的实现高质量图案化的能力是已知的。改变功能层的任一子层厚度的其他技术，比如干燥或表面预处理，也是简单且经济的。

图2示出了当调节PEDOT功能层的厚度，且功能层之上的常规蓝光发射层的厚度保持不变时，从顶发射型OLED获得的发射的CIE颜色坐标。CIE图以定量的方式示出了人眼可见的所有颜色。所有可见颜色都落入图中由黑色实线标注的钟形区域内，因此，每种颜色都具有可从图中轴上读取的x坐标和y坐标。与单一发射波长对应的颜色正好落在黑线上，且在图2中用白色圆圈标记这些特定波长中的一部分，白色圆圈旁边有对应的波长。落入钟形左下角的颜色是蓝色，落入顶部的颜色是绿色，落入右下角的颜色是红色。在坐标(0.33，0.33)位置处的钟形的中心附近是白色。对于由不同PEDOT层厚度制成的但与常规蓝光发射层厚度一样的顶发射型OLED，发光层发射的颜色不同。为了示出发射颜色的变化是相当大的，将这些装置的颜色坐标以黑色圆圈绘制在CIE 图中，黑色圆圈旁边有对应的PEDOT层厚度。可以看出，PEDOT层厚度从0nm变化到95nm，使发射从与蓝光发射相对应的坐标约(0.15，0.15)移动至与绿光发射相对应的坐标约(0.24，0.38)。因此，图2给出了如何通过功能层中PEDOT层的厚度控制发射颜色的实例。为了确定槽尺寸和颜色之间的关系，应形成具有不同槽尺寸的测试方法。因此，可根据这种关系来设计合适的光刻掩模或其他图案化方式，以准确地在局部产生所需层的厚度调节。

应当理解的是，虽然前面已描述了本发明的特定实施例，但是本发明可以除上述之外的其他方式来实现。此外，可将不同附图中示出的单独特征相结合。

Claims

1.一种设置为发射具有不同发射颜色的光的顶发射型有机发光二极管OLED，其特征在于，包括多层结构，所述多层结构设有第一电极、第二电极、以及能够使光发射位于所述第一电极和所述第二电极之间的功能层，其中通过使所述功能层的至少一部分与厚度调节器相互作用来调节所述功能层的厚度，其中所述功能层的所述部分包括空穴注入层或电子注入层，其中，所述厚度调节器包括：直接位于所述功能层之下的层，所述层设有具有不同横向尺寸的多个槽，并且其中，所述功能层的厚度调节是由于湿润性而对不同尺寸的槽进行不同程度的槽填充来实现的。

2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述厚度调节器包括：在所述OLED的制造过程中设置在所述功能层附近的加热器。

3.根据权利要求2所述的二极管，其特征在于，通过图案化的光阻材料提供所述多个槽。

4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，通过从表面预处理、印刷、涂覆和干燥组成的群组中选择的一种技术提供所述功能层的所述厚度调节器。

5.根据权利要求1至3任一项所述的二极管，其特征在于，所述空穴注入层或所述电子注入层是感光的，其中通过将图案化的光施加于感光的空穴注入层或电子注入层提供厚度调节。

6.根据权利要求1至4任一项所述的二极管，其特征在于，所述功能层包括叠加在空穴注入层或电子注入层上的发光层，所述空穴注入层或所述电子注入层设置在光学半透明隔离层的上方，其中所述光学半透明隔离层的厚度是可调节的。

7.根据权利要求1至4任一项所述的二极管，其特征在于，所述功能层包括叠加在电子注入层或空穴注入层上的发光层，其中所述发光层的厚度是可调节的。

8.一种电子装置，其特征在于，包括根据前述权利要求任一项所述的二极管。

9.一种制造设置为发射具有不同颜色的光的顶发射型有机发光二极管OLED的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在基板上提供第一电极层；

提供厚度调节器，所述厚度调节器包括设有多个具有不同横向尺寸的槽的层；

沉积形成OLED的发光功能层的一部分的材料层，其中，所述发光功能层的厚度调节是由于湿润性而对不同尺寸的槽进行不同程度的槽填充来实现的，其中，为所述发光功能层选择空穴注入层或电子注入层；以及

在所述发光功能层上沉积第二电极层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述厚度调节器包括预成形加热板，所述方法包括以下步骤：

通过所述预成形加热板加热所述材料层，以在所述材料层中形成具有可变厚度的区域，所述材料层位于空间上叠加在所述预成形加热板上的区域。

11.根据权利要求9至10任一项所述的方法，其特征在于，所述第一电极层和/或第二电极是反光的或部分反光的。

12.根据权利要求9至10任一项所述的方法，其特征在于，对于基板，使用设置在玻璃或塑料薄片上的金属箔或反光材料。