CN107958963A

CN107958963A - 全彩化oled微显示器件及其制备方法

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Publication number: CN107958963A
Application number: CN201711335982.XA
Authority: CN
Inventors: 任清江; 李文连; 晋芳铭; 王仕伟; 赵铮涛
Original assignee: Semiconductor Integrated Display Technology Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Integrated Display Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2018-04-24

Abstract

本发明公开制备一种全彩化OLED微显示器件，由下至上依次包括含CMOS电路的硅基板、阳极像素电极金属层、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、半透明阴极层、光学调节层、半透明高反射金属镜层、保护层。本发明还公开一种根据全彩化OLED微显示器件的制备方法。本发明具有通过调光层的微腔效应实现三基色R、G、B发光从而实现全彩化的优点。

Description

全彩化OLED微显示器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及有机电致发光器件领域，尤其涉及全彩化OLED微显示器件及其制备方法。

背景技术

有机电致发光显示（Organic Light Emitting Display，OLED）由于其自发光、宽视角和响应速度快等优点而被誉为继阴极射线管和液晶显示之后的第三代显示技术。在众多OLED显示器产品中，微型显示器近年来开始发展，可应用于头戴式视频播放器、头戴式家庭影院、头戴式虚拟现实模拟器、头戴式游戏机、飞行员头盔系统、单兵作战系统、头戴医用诊断系统等。OLED 微显示器的性能优于目前常见的硅基液晶（Lcos）微显示器，其主要优势有：响应速度极快（<1us），低温特性优秀（工作温度范围－40℃～＋85℃），功耗低，机械性能好，抗震性强，适用于军用或高端应用场合。

现有的 OLED 全彩微显示器通常有三种结构构成：

白光OLED加彩色滤光片（color filter）实现全彩显示，白光OLED经过R、G、B滤光片过滤后形成R、G、B三基色发光从而构成全彩显示。该技术主要缺点为器件集成度较高，所以对制程控制要求较高否则容易导致较为严重的良率损失；另外因为彩色滤光片透光率低于30%，会导致巨大的电致发光无法发射到器件外部。

红、绿、蓝三基色独立像素发光，在硅基像素上通过FMM（Fine metal mask）即精细化金属掩膜版直接制作R、G、B三基色发光，从而构成全彩显示。但是这种方法制作工艺流程较为复杂，需要制作三种发光材料实现红绿蓝三基色。

光色转换，首先制备蓝光OLED发光器件，然后利用蓝光激发光色转换材料得到红光和绿光，得以获得RGB三基色发光，从而构成全彩显示。这种全彩方法的缺点是光色转换材料容易吸收环境中的蓝光，造成图像对比度下降，同时发光效率依然偏低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供通过调光层的微腔效应实现三基色R、G、B发光从而实现全彩化的全彩化OLED微显示器件及其制备方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种全彩化OLED微显示器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、对含CMOS电路的硅基板进行清洗干燥；在硅基板上先涂上反光阻，然后再涂上i-线的正光阻；将硅基板进i-线的曝光机上曝光；将曝光后的硅基板置于显影液中显影，其后清洗干净；将显影后的硅基板脱水；将脱水后的硅基板进行等离子清洗；

步骤二、采用PVD法工艺分别将铬、铝、钼镀于阳极，形成第一阳极像素金属层、第二阳极像素金属层、第三阳极像素金属层；

或者采用Ti/TiN/Al/Ti/TiN的阳极结构形成形成第一阳极像素金属层、第二阳极像素金属层、第三阳极像素金属层；

步骤三、制作发光结构，将步骤二完成得到的基板先放入O₂ plasma腔室清洗后移入多源有机蒸镀系统中，并将蒸发源放入蒸发舟内，抽真空至真空度为4×10^-4以下时，然后在阳极上依次沉积空穴注入层和空穴传输层；其中，沉积空穴注入层包括1nm 厚度的MoO3、空穴传输层包括30~40nm 厚度的NPB；

在空穴传输层上真空蒸镀Alq3 ，依次做为发光层与电子传输层，发光层与电子传输层的总厚度为60nm；或者包括10~30nm厚度掺杂 Ir（ppy）3的CBP发光层，其中（Ir（ppy）3的浓度为6wt%；25~45nm厚度的TPBi电子传输层；

在电子传输层上蒸镀1nm厚度的LiF形成电子注入层，在电子注入层上蒸镀40nm厚度的Sm做为半透明阴极层；

步骤四、制作光学调节结构，在完成上述步骤制作完发光结构后切换掩膜板制作光学调节层，在所述光学调节层包括第一光学调节层、第二光学调节层、第三光学调节层；第一光学调节层、第二光学调节层、第三光学调节层的沉积厚度分别为40~80nm、85~125m、130~150nm厚度的Alq3；

在光学调节层之上制作20~40nm厚度的Ag作为半透明高反射金属镜层；在半透明高反射金属镜层上沉积40nm厚度的Alq3 作为保护层。

优选地，所述步骤一中反光阻的厚度为0.1um，正光阻其厚度为1.5um，均匀度≥0.5%；曝光强度为300mj/cm²，显影时间为1~2min，将显影后的硅基板置于100~150℃的环境内脱水，脱水时间为20~30min；将脱水后的硅基板置于进行等离子清洗，清洗温度为100~120℃，清洗时间为1~2min。

优选地，所述步骤二中所述阳极像素电极金属层厚度在0.3~2um。所述阳极像素金属层包括第一阳极像素金属层、第二阳极像素金属层、第三阳极像素金属层，分别对应红光、绿光、蓝光中的一种。

优选地，阴极Sm的蒸镀速率为1.5~2A/s、有机层的蒸镀速率为0.2~0.8A/s,作为光学调节层和保护层所使用的Alq3的蒸镀速率是0.4~1.0A/s。

本发明还公开一种根据上述的全彩化OLED微显示器件的制备方法制备的全彩化OLED微显示器件，由下至上依次包括含CMOS电路的硅基板、阳极像素电极金属层、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、半透明阴极层、光学调节层、半透明高反射金属镜层、保护层。

优选地，所述空穴注入层材料为CuPc、MoO₃、1-TNATA、2-TNATA、V₂O₅中的任意一种或多种组成其厚度为1-15nm；空穴传输层材料为NPB、Spiro-TAD、TAPC中的任意一种或多种组成，其厚度为3-50nm；所述发光层为宽光谱材料；厚度为10~100nm；所述电子传输层材料为Bphen、BCP、PBD中的任意一种或多种组合而成，厚度为3-15nm；所述电子注入层材料为LiF、Li2O、Li、LiQ中的任意一种，其厚度为1-10nm；所述半透明阴极层可采用Al、Mg、Ag中的一种或几种组合而成；光学调节层，半透明高反射金属镜层以及保护层；通过改变光学调节层的厚度可以改变器件发光的颜色，从而分别实现蓝光、绿光、和红光发射，便可以实现器件整体的全彩显示。所述光学调节层采用有机或无机材料中的一种或多种组合而成；所述半透明高反射金属镜层采用Sm、Al、Ag、Mg等金属中的一种或多种组合而成；所述保护层可采用有机或无机材料中的一种或多种组合而成。

优选地，所述发光层为绿光宽光谱材料。

优选地，所述发光层材质为Alq3、CBP、TcTa、Ir（PPy）3、P-PPV中的一种或多种组合而成。

优选地，所述光学调节层材质为Alq3、SiO2、SiNx的一种或多种。

优选地，所述保护层的材质为Alq3、SiO2、SiNx的一种或几种。

本发明的优点在于：本发明采用在含CMOS驱动集成电路衬底上生长发光功能部分，在发光功能部分之上采用光学调控结构产生红光、绿光、蓝光三基色发光，从而构成全彩化微显示器件。通过上述技术方案可实现具有较高的光输出效率的微显示器件，同时因为微腔效应的存在使得所发射光的色纯度较高，这使得显示器的色彩表现更为细腻。

本发明是通过含CMOS硅基微显示器件的半透明阴极层与保护层之间增加光学调节层和半透明高反射金属镜层，通过半透明阴极层与半透明高反射金属镜层之间不同厚度的光学调节层的微腔效应来实现微显示器件的全彩显示性能。从而实现具有较高的光输出效率的微显示器件，同时因为微腔效应的存在使得所发射光的色纯度较高，这使得显示器的色彩表现更为细腻。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1、含CMOS硅基衬底；2、像素阳极层；3、空穴注入层；4、空穴传输层；5、发光层；6、电子传输层；7、电子注入层；8半透明阴极层；9、光学调节层；10、半透明高反射金属镜；11、保护层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种全彩OLED器件，其显著特征为显示器件本身由含CMOS驱动的硅基衬底上的发光结构与光学调控结构两部分组成，利用顶发射电致发光器件实现发光，利用光学调节结构实现红、绿、蓝三基色发光。

其具体组成结构为，发光结构包括含有CMOS驱动的硅基衬底1、像素阳极层2、空穴注入层3、空穴传输层4、发光单元5、电子传输层6、电子注入层7、低反射半透明阴极层8、光学调节层9、半透明高反射金属镜10、保护层11。

其中所述空穴注入层为CuPc、MoO3、1-TNATA、2-TNATA、V₂O₅、HAT中的任意一种或多种组成，其厚度为1-15nm；

空穴传输层材料为：NPB、Spiro-TAD、TAPC中的任意一种或多种组成，其厚度为3-50nm；所述发光层为宽光谱材料尤其是绿光宽光谱材料（包括荧光、磷光或聚合物材料）如：Alq3、CBP、Ir（PPy）3、P-PPV中的一种或多种组合而成，厚度为10~100nm；

所述电子传输层材料为Bphen、BCP、PBD、TPBi中的任意一种或多种组合而成，厚度为3-15nm。

电子注入层材料为LiF、Li₂O、Li、LiQ中的任意一种，其厚度为1-10nm。

半透明阴极可采用Al/Mg/Ag中的一种或几种组合而成.

光学调节结构包括：光学调节层9，半透明高反射金属镜层10以及保护层11。

通过改变光学调节层9的厚度可以改变器件发光的颜色，从而分别实现蓝光、绿光、和红光发射，便可以实现器件整体的全彩显示。所述光学调节层9可采用有机或无机材料中的一种或多种组合而成，如Alq3、SiO₂、SiNx等等，所述半透明高反射金属镜层10可采用Sm、Al、Ag、Mg等金属中的一种或多种组合而成，所述保护层可采用有机或无机材料中的一种或多种组合而成，如Alq3、SiO₂、SiNx等等。

实施例2

如图1所示，本发明提供一种制备上述全彩OLED器件的方案：

（1）对含CMOS驱动电路的硅基衬底进行清洗干燥；在硅基板上先涂上反光阻，厚度为0.1um，然后再涂上i-线的正光阻，厚度为1.5um，均匀度不少于0.5%；将衬底在i-线的曝光机上曝光，曝光强度为300mj/cm²；将曝光后的硅基衬底置于显影液中显影，显影时间为1~2min，其后清洗干净；将显影后的衬底置于100~150℃的环境内脱水，脱水时间为20~30min；将脱水后的衬底置于等离子清洗机中进行等离子清洗，清洗温度为100~120℃，清洗时间为1~2min；

（2）采用除射频溅镀法外的PVD法工艺分别将铬、铝、钼镀于阳极，也可采用Ti/TiN/Al/Ti/TiN的阳极结构形成像素电极金属层，所述阳极像素金属层厚度在0.3~2um。第一阳极像素金属层21、第二阳极像素金属层22、第三阳极像素金属层23可分别对应红光、绿光、蓝光中的一种。

（3）制作发光结构，在完成步骤1的像素阳极的基板先放入O₂ plasma腔室清洗后移入多源有机蒸镀系统中，并将蒸发源MoO3、NPB、ALq3、Sm、Ag、LiF、CBP等放入蒸发舟内，抽真空至真空度为4×10^-4以下时，然后在阳极层上沉积空穴注入层和空穴传输层，其包括1nm的MoO₃和40nm 的NPB。在空穴传输层上真空蒸镀兼具发光与电子传输功能的Alq3 其厚度为60nm做为发光层5与电子传输层6，在电子传输层上蒸镀1nm的LiF形成电子注入层7，在电子注入层上蒸镀40nm的Sm做为半透明阴极层8。

（4）制作光学调节结构，在完成上述步骤制作完发光结构后切换掩膜板制作光学调节层9，在所述光学调节层9中的第一光学调节层91、第二光学调节层92、第三光学调节层93随机沉积厚度为60nm、100nm、140nm的Alq3可分别对应蓝光、绿光、红光的光学调节层。在光学调节层之上制作20~40nm的Ag作为半透明高反射金属镜层10，在半透明高反射金属镜层10上沉积40nm的Alq3 作为保护层。

（5）在上述使用多源有机蒸镀系统蒸镀过程中，金属阴极Sm的蒸镀速率为1.5~2A/s、有机层的蒸镀速率为0.2~0.4A/s,作为光学调节层和保护所使用的Alq3的蒸镀速率是0.4~0.6A/s。

实施例3

如图1所示，本发明提供一种制备上述全彩OLED器件的方案：

（1）对硅基衬底进行清洗干燥；在含CMOS驱动电路的硅基衬底上先涂上反光阻，厚度为0.1um，然后再涂上i-线的正光阻，厚度为1.5um，均匀度不少于0.5%；将衬底在i-线的曝光机上曝光，曝光强度为300mj/cm²；将曝光后的硅基衬底置于显影液中显影，显影时间为1~2min，其后清洗干净；将显影后的衬底置于100~150℃的环境内脱水，脱水时间为20~30min；将脱水后的衬底置于等离子清洗机中进行等离子清洗，清洗温度为100~120℃，清洗时间为1~2min。

（3）制作发光结构，在完成步骤1的像素阳极的基板先放入O2 plasma腔室清洗后移入多源有机蒸镀系统中，并将蒸发源MoO3、NPB、Ir（ppy）3、TPBi、LiF、Sm、Ag、CBP等放入蒸发舟内，抽真空至真空度为4x10-4以下时，然后在阳极层上沉积空穴注入层和空穴传输层，其包括1nm 的MoO3和30~40nm 的NPB。在空穴传输层上真空蒸镀发光与电子传输层，包括10~30nm的 Ir（ppy）3做为发光层5与25~45nm的TPBi作为电子传输层6，在电子传输层上蒸镀1nm的LiF形成电子注入层7，在电子注入层上蒸镀40nm的Sm做为半透明阴极层8。

（4）制作光学调节结构，在完成上述步骤制作完发光结构后切换掩膜板制作光学调节层9，在所述光学调节层9中的第一光学调节层91、第二光学调节层92、第三光学调节层93随机沉积厚度为40~80nm、85~125nm、130~150nm的Alq3可分别对应蓝光、绿光、红光的光学调节层。在光学调节层之上制作20~40nm的Ag作为半透明高反射金属镜层10，在半透明高反射金属镜层10上沉积40nm的Alq3 作为保护层。

（5）在上述多源有机蒸镀系统中，金属阴极Sm的蒸镀速率为1.5~2A/s有机层的蒸镀速率为0.2~0.8A/s,作为光学调节层和保护所使用的Alq3的蒸镀速率是0.4~1.0A/s。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种全彩化OLED微显示器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤三、制作发光结构，将步骤二完成得到的基板先放入O₂ plasma腔室清洗后移入多源有机蒸镀系统中，并将蒸发源放入蒸发舟内，抽真空至真空度为4×10^-4以下时，然后在阳极上依次沉积空穴注入层和空穴传输层；沉积空穴注入层，包括1nm 厚度的MoO₃、空穴传输层，包括30~40nm 厚度的NPB；

在空穴传输层上真空蒸镀Alq3 ，依次做为发光层与电子传输层；发光层与电子传输层的总厚度为60nm，或者包括10~30nm厚度参杂Ir（ppy）3的CBP的发光层、25~45nm厚度的TPBi电子传输层；

步骤四、制作光学调节结构，在完成上述步骤制作完发光结构后切换掩膜板制作光学调节层，在所述光学调节层包括第一光学调节层、第二光学调节层、第三光学调节层；所述第一光学调节层、第二光学调节层、第三光学调节层的沉积厚度分别为40~80nm、85~125m、130~150nm厚度的Alq3；

2.根据权利要求1所述全彩化OLED微显示器件的制备方法，其特征在于，

所述步骤一中反光阻的厚度为0.1um，正光阻其厚度为1.5um，均匀度≥0.5%；曝光强度为300mj/cm²，显影时间为1~2min，将显影后的硅基板置于100~150℃的环境内脱水，脱水时间为20~30min；将脱水后的硅基板置于进行等离子清洗，清洗温度为100~120℃，清洗时间为1~2min。

3.根据权利要求1所述全彩化OLED微显示器件的制备方法，其特征在于，

所述步骤二中所述阳极像素电极金属层厚度在0.3~2um；所述阳极像素金属层包括第一阳极像素金属层、第二阳极像素金属层、第三阳极像素金属层，分别对应红光、绿光、蓝光中的一种。

4.根据权利要求1所述全彩化OLED微显示器件的制备方法，其特征在于，

阴极Sm的蒸镀速率为1.5~2A/s、有机层的蒸镀速率为0.2~0.8A/s,作为光学调节层和保护层所使用的Alq3的蒸镀速率是0.4~1.0A/s。

5.一种根据权利要求1所述全彩化OLED微显示器件的制备方法制备的全彩化OLED微显示器件，其特征在于，由下至上依次包括含CMOS电路的硅基板、阳极像素电极金属层、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、半透明阴极层、光学调节层、半透明高反射金属镜层、保护层。

6.根据权利要求5所述全彩化OLED微显示器件，其特征在于，

所述空穴注入层材料为CuPc、MoO₃、1-TNATA、2-TNATA、V₂O₅、HAT中的任意一种或多种组成其厚度为1-15nm；空穴传输层材料为NPB、Spiro-TAD、TAPC中的任意一种或多种组成，其厚度为3-50nm；

所述发光层为宽光谱材料；厚度为10~100nm；所述电子传输层材料为Bphen、BCP、PBD中的任意一种或多种组合而成，厚度为3-15nm；

所述电子注入层材料为LiF、Li2O、Li、LiQ中的任意一种，其厚度为1-10nm；

所述半透明阴极层可采用Al、Mg、Ag中的一种或几种组合而成；光学调节层，半透明高反射金属镜层以及保护层；

所述光学调节层采用有机或无机材料中的一种或多种组合而成；所述半透明高反射金属镜层采用Sm、Al、Ag、Mg等金属中的一种或多种组合而成；

所述保护层可采用有机或无机材料中的一种或多种组合而成。

7.根据权利要求6所述全彩化OLED微显示器件，其特征在于，所述发光层为绿光宽光谱材料。

8.根据权利要求6所述全彩化OLED微显示器件，其特征在于，所述发光层材质为Alq3、Ir（PPy）3、P-PPV、CBP中的一种或多种组合而成。

9.根据权利要求6所述全彩化OLED微显示器件，其特征在于，所述光学调节层材质为Alq3、SiO2、SiNx的一种或多种。

10.根据权利要求6所述全彩化OLED微显示器件，其特征在于，所述保护层的材质为Alq3、SiO2、SiNx的一种或几种。