CN108075046A - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光元件，包含一第一型载体运输层以及位于该第一型载体运输层上方的一有机发光单元。该发光元件另包含位于该有机发光单元上方的一第二型载体运输层，其中该第二型与该第一型相反。该第一型载体运输层与该第二型载体运输层至少其中之一包含一金属元素。

Description

发光元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光元件，具体涉及一种有机发光元件及其制造方法。

背景技术

有机发光显示器(Organic light emitting display，OLED)已经广泛用于最高端的电子装置中。然而，由于现有技术的限制，经由掩模在基板上涂覆发光材料以实现像素定义，并且通常掩模的临界尺寸(critical dimension)无法小于100微米。因此，对于OLED制造者而言，800ppi或更高的像素密度是艰巨的任务。

发明内容

在本发明中，发光单元是由光敏材料形成。该光敏材料不必经由掩模即直接设置于基板上。像素定义是通过一光刻工艺来实现。

本发明的一些实施例提供一种发光元件，该发光元件包含一第一型载体运输层，以及位于该第一型载体运输层上方的一有机发光单元。该发光单元另包含位于该有机发光单元上方的一第二型载体运输层，其中该第二型与该第一型相反。该第一型载体运输层与该第二型载体运输层至少其中之一包含一金属元素。

在一些实施例中，该金属元素是一过渡金属。该有机发光单元具有不大于2um的一宽度。该有机发光单元是光敏感性。该有机发光单元包含一基脚，该基脚自该有机发光单元的底部横向延伸。该有机发光单元包含一锥形侧壁，并且该锥形侧壁包含至少两个不同斜度。

本发明的一些实施例提供一种发光单元，该发光单元包含一基板，以及位于该基板上方的一阵列的多个有机发光单元。该发光单元另具有一次级发光单元，该次级发光单元与该阵列中的所述多个有机发光单元之一相邻，其中该次级发光单元包含一第二高度，以及该阵列中的所述多个有机发光单元之一包含一第一高度，该第二高度小于该第一高度。

在一些实施例中，该发光单元另包含一第一型载体运输层，位于该阵列的有机发光单元与该次级发光单元下方。该阵列中的所述多个有机发光单元具有一间隙与一长宽比，其中该长宽比与该次级发光单元及与该次级发光单元相邻的一有机发光单元之间的一高度比有关。该次级发光单元为条形或是圆形。在一些实施例中，该次级发光单元为四边形。

在一些实施例中，该发光元件另包含一第二型载体运输层，位于该阵列的有机发光单元上方。该第一或第二型载体运输层是一复合结构。

本发明的一些实施例提供一种发光元件的制造方法，该制造方法包含提供一基板；形成一第一型载体运输层于该基板上方；形成一金属层于该第一型载体运输层上方；处理该金属层的一表面，借以将一金属元素自该金属层驱动至该第一型载体运输层中；形成一光敏有机发光层于该第一型载体运输层上方；以及图案化该光敏有机发光层以形成一发光单元。

在一些实施例中，该金属层包含一过渡金属，或是处理该金属层的该表面包含加热、微波或等离子体处理其中之一。在一些实施例中，该制造方法另包含一第一型载体注入层，位于该第一型载体运输层与该基板之间。

附图说明

图1为可挠式发光元件。

图2为俯视图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图3为剖面图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图4为剖面图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图5为剖面图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图6为剖面图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图7为剖面图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图8说明长宽比(aspect ratio)与高度比(height ratio)之间的相关性。

图9为俯视图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图10为剖面图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图11为剖面图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图12为剖面图，例示本发明实施例的可挠式发光元件的一部分。

图13A至图14D说明本发明实施例的制造可挠式发光元件的操作。

附图标记说明：

10：电子元件

12：层

14：发光层

16：层

18：层

24：发光像素

140：基板

140a：表面

141：发光单元

145：吸收材料

204：光敏有机发光层

220：金属复合层

222：过渡金属元素

230：第一型载体注入层

240：侧壁

241：第一型载体运输层

241a：主要层

241b：次级运输层

242：第二型载体运输层

243：发光单元

243a：基脚

243b：次级发光单元

250：基板

251：图案化光敏层

251a：区域

253：光致抗蚀剂层

253a：开口

AA：线

d：间隙

e：宽度

F1：尖端

F2：转折点

F3：顶角

h：高度

w：宽度

X：厚度方向

具体实施方式

本发明提供一种发光元件，特别是一种有机发光元件(organic light emittingdevice，OLED)及其制造方法。在本发明中，通过光刻技术在OLED中形成有机发光层。在一些实施例中，有机发光层为聚合物发光层。在一些实施例中，有机发光层包含一些发光像素。

图1是说明电子元件10的实施例。电子元件10可为硬式(rigid)或可挠式(flexible)显示器。显示器10可具有至少四个不同层，沿着厚度方向X实质堆叠。层12为基板，经配置作为平台以具有发光层14位于其上。层16为位于发光层14上的覆盖层，以及层18是经配置作为光射入电子元件10或自电子元件10射出的窗口(window)。在一些实施例中，层16为封装层。层18也可经配置作为使用者的触控界面，因此，表面硬度可高至足以符合设计需求。在一些实施例中，层16与层18整合为一层。

层12可由聚合物基质材料形成。层12的弯曲半径不大于约3mm。在一些实施例中，层12的最小弯曲半径为不大于10mm。最小弯曲半径是以内部曲率测定，是层12可被弯曲的最小半径，而不会扭曲、损坏或缩短其寿命。在一些实施例中，一些传导迹线可位于层12中并且形成电路以提供电流至发光层14。在一些实施例中，层12包含石墨烯(graphene)。

如图2所示，发光层14可经配置成为阵列，包含许多发光单元。图3是说明沿着线AA的剖面图。在一些实施例中，层14具有基板140。在一些实施例中，基板经配置可提供电流至所述多个发光单元。在一些实施例中，发光单元141经配置于基板140上作为台面(mesa)。在一些实施例中，发光单元经配置位于基板140的凹部中。发光单元的厚度“h”范围可自约-100um至约100um。该厚度h是从基板140的表面140a测量的。负值表示发光单元141位于凹部中。正值表示发光单元141如图3所示的台面(mesa)般突出。发光单元141可配置于阵列中。每一个独立的发光单元141与其他相邻的发光单元141彼此分隔。间隙d代表两个相邻发光单元141之间的分隔距离。在一些实施例中，间隙d介于约2nm与约100um之间。在一些实施例中，间隙d经控制为至少不大于约50um，因而所述多个单元的密度可经设计为至少大于700ppi或1200ppi。

在一些实施例中，发光单元141的宽度w介于约2nm与约500um之间。发光单元141为聚合物材料。在一些实施例中，发光单元141为光敏感性。在一些实施例中，宽度w不大于约2um。

图4是以剖面图示发光层中的发光像素24的实施例。发光像素24包含发光单元243，如图3所示的发光单元。再者，发光像素24包含第一型载体运输层241与第二型载体运输层242。第一型与第二型相反。在一些实施例中，第一型运输层241为空穴运输层(holetransportation layer，HTL)，以及第二型载体运输层242为电子运输层(electrontransportation layer，ETL)。在一些实施例中，第一型运输层241为电子运输层(ETL)，以及第二型载体运输层242为空穴运输层(HTL)。

在一些实施例中，在第一型载体运输层241或第二型载体运输层242中有金属迹线。再者，金属元素可出现在第一型载体运输层241或第二型载体运输层242。金属元素包含过渡金属。在一些实施例中，金属元素包含Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os其中之一。

在一些实施例中，发光单元243接触第一型运输层241。在一些实施例中，发光单元243接触第二型运输层242。在一些实施例中，中间层位于发光单元243与第一型运输层241之间。在一些实施例中，中间层位于发光单元243与第二型运输层242之间。

图5为放大图，例示本发明实施例图4中的发光单元243。发光单元243具有从发光单元243的侧壁240横向延伸的基脚243a。基脚243a接触第一型运输层241。基脚243a的横向延伸具有宽度e，其为自基脚243a的侧壁240测量至尖端。尖端为基脚243a可延伸最远的点。尖端也为基脚与第一型运输层241相会的端点。

图6是例示图4中的发光单元243的另一实施例。发光单元的侧壁240是锥形的并且具有两个不同的斜度(slope)。第一斜度是自基脚243a的尖端F1测量至转折点F2。第二斜度是自转折点F2测量至发光单元243的顶角F3。在一些实施例中，第二斜度大于第一斜度。

基脚243a自发光单元243的底部延伸的目的之一是增加发光单元243与第一型运输层241之间的附着。由于发光单元243与第一型运输层241可由不同材料形成，因而发光单元243与第一型运输层241之间的表面张力可能造成不想要的剥离。通过基脚243a，发光单元243与第一型运输层241之间的接触表面增加，以稳固发光单元243坐落于第一型运输层241上。

在一些实施例中，两个相邻的发光单元243之间有一些次级发光单元243b。次级发光单元243b的高度小于发光单元243的高度h。次级发光单元243b自发光单元243中隔离出。在一些实施例中，次级发光单元243b的高度为发光单元243的高度的约1/5至约1/15。

在一些实施例中，发光单元243与相邻的次级发光单元243b发出相同波长的光。在一些实施例中，一些发光单元经设计发出第一波长的光。一些发光单元经设计发出第二波长的光，第二波长不同于第一波长。一些发光单元经设计发出第三波长的光，第三波长不同于第一波长与第二波长。一发光单元可经指定具有与该发光单元相邻的次级发光单元，并且该经指定的次级发光单元所发出的光与相应的发光单元所发出的光具有相同波长。

发光单元243的长宽比(aspect ratio)定义为发光单元243的高度h除以两个相邻发光单元之间的间隙d。如图8所示，当次级发光单元243b与发光单元243之间的高度比(height ratio)达到1/15时，长宽比开始进入饱和区，直到高度比达到1/5。对于超高PPI(>1200ppi)显示器而言，设计者可调整次级发光单元243b与发光单元243之间的高度比，以符合长宽比的需求。

图9为俯视图，例示本发明实施例的位于第一型运输层241上的发光单元243的阵列。次级发光单元243b可形成为四边形、圆形或条形。

在一些实施例中，次级发光单元243b形成为仅对应于一对发光单元243。次级发光单元243b经设计以改良该对发光单元243之间的间隙的长宽比。在一些实施例中，圆形的次级发光单元243b可将最大长宽比(图8的最大值)增加至比四边形高10％至15％。

在一些实施例中，次级发光单元243b形成为对应于数对发光单元。如左侧的条形图案，条形的次级发光单元243b经设计对应于至少三对不同的发光单元243。

在一些实施例中，至少两个分离的次级发光单元243b形成为对应于数对发光单元243。如在右侧的两个条形发光单元，有两个平行的次级发光条(secondary lightemitting strip)。

为了将相邻发光单元243之间的干扰最小化，可使用吸收材料145填充发光单元243之间的间隙，如图10所示。吸收材料145可吸收发光单元243发出的光以及自周围环境进入元件中的任何可见光。

在一些实施例中，第一型载体运输层241为复合结构，并且包含至少一主要层241a与次级运输层241b，如图11所示。第一型载体运输层241的任何一次层(sub-layer)中存在金属迹线。金属元素包含过渡金属。在一些实施例中，金属元素包含Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os其中之一。

同样地，在一些实施例中，第二型载体运输层242是复合结构，并且包含至少一主要层与次级运输层。第二型载体运输层242的任何一次层(sub-layer)中，存在金属迹线。金属元素包含过渡金属。在一些实施例中，金属元素包含Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os其中之一。在一些实施例中，层242可包含Cs、Rb、K、Na、Li、Yb、Lu、Tm等。

在一些实施例中，有第一型载体注入层与第一型载体运输层相邻。如图12所示，第一型载体注入层230与第一型载体运输层241相邻。同样地，有第二型载体注入层与第二型载体运输层相邻。

图13A至13C说明制造发光元件的一些操作。在图13A中，提供包含第一型载体注入层230与复合第一型载体运输层的基板。

在图13B中，金属或金属复合层220位于复合物第一型载体运输层上。可通过各种沉积工艺形成金属复合层，例如气相沉积、溅镀、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)、热蒸镀、涂覆或喷镀(jetting)。在一些实施例中，层220的厚度约或更小。层220可包含氧、氮、氩、氟、碳等。

处理程序如图13C所述。可通过加热、微波、等离子体处理，进行处理程序。直接于层220上施加处理。在处理期间，层220被分解，使得层220中的过渡金属元素222可以渗透到第一类型载体传输层241中。在一些实施例中，过渡金属元素222的分布可具有梯度(gradient)。在一些实施例中，在第一型载体运输层241的顶表面上的过渡金属元素222的密度高于接近第一型载体运输层241与第一型载体注入层230之间界面的位置的密度。同样地，可对于第二型载体运输层施加上述金属扩散操作。

在处理之后，层220可消失或是可自第一型载体运输层241的表面被移除。在处理或移除程序之后，光敏有机发光层204位于第一型载体运输层241上方，如图13D所示。

在图13E中，进行图案化程序，例如光刻，以移除过多的部分并且形成发光单元243。

图14A至图14D说明在基板250上形成发光单元243的另一实施例。在一些实施例中，基板250包含载体运输层。在一些实施例中，基板250包含薄膜晶体管(thin filmtransistor，TFT)阵列。在图14A中，在基板250上，形成图案化光敏层251。在一些实施例中，图案化光敏层251为吸光材料，如图10中的吸光材料145。在一些实施例中，图案化光敏层251作为图案定义层。区域251a由两个相邻的图案化光敏台面定义，以及区域251a经配置以容纳有机发光单元。在一些实施例中，图案化光敏层251无氟，也就是实质未包含氟。

在图14B中，光致抗蚀剂层253位于光敏层251上方且位于区域251a中。在一些实施例中，光致抗蚀剂层253包含氟。在图14C中，光致抗蚀剂层253经图案化以具有开口。在一些实施例中，每一个开口253a的宽度小于约10um。在图14D中，有机发光单元243形成于开口253a中。在一些实施例中，有机发光单元243的高度小于光敏层251的高度。在另一步骤(未示出于附图)中，可移除光致抗蚀剂层253。

前述内容概述一些实施方式的特征，因而本领域普通技术人员可更加理解本发明的各方面。本领域普通技术人员应理解可轻易使用本发明作为基础，用于设计或修饰其他工艺与结构而实现与本申请案所述的实施例具有相同目的与/或达到相同优点。本领域普通技术人员也应理解此均等架构并不脱离本发明公开内容的构思与范围，并且本领域普通技术人员可进行各种变化、取代与替换，而不脱离本发明的构思与范围。

Claims (20)

1.一种发光元件，包括：

一第一型载体运输层；

一有机发光单元，位于该第一型载体运输层上方；以及

一第二型载体运输层，位于该有机发光单元上方，其中该第二型与该第一型相反；

其中该第一型载体运输层与该第二型载体运输层至少其中之一包含一金属元素。

2.如权利要求1所述的发光元件，其中该金属元素是一过渡金属。

3.如权利要求1所述的发光元件，其中该有机发光单元的宽度不大于2um。

4.如权利要求1所述的发光元件，其中该有机发光单元为光敏感性。

5.如权利要求1所述的发光元件，其中该有机发光单元包含一基脚，该基脚自该有机发光单元的一底部横向延伸。

6.如权利要求1所述的发光元件，其中该有机发光单元包含一锥形侧壁。

7.如权利要求6所述的发光元件，其中该锥形侧壁包含至少两个不同的斜度。

8.一种发光元件，包括：

一基板；

一阵列的多个有机发光单元，位于该基板上方；以及

一次级发光单元，与该阵列中所述多个有机发光单元其中之一相邻，其中该次级发光单元包含一第二高度，以及该阵列中所述多个有机发光单元其中之一包含一第一高度，该第二高度小于该第一高度。

9.如权利要求8所述的发光元件，还包括一第一型载体运输层，位于该阵列的所述多个有机发光单元与该次级发光单元下方。

10.如权利要求8所述的发光元件，其中该阵列中所述多个有机发光单元具有一间隙与一长宽比，其中该长宽比与该第二高度与该第一高度之间的一高度比有关。

11.如权利要求8所述的发光元件，其中该次级发光单元为条形。

12.如权利要求8所述的发光元件，其中该次级发光单元为圆形。

13.如权利要求8所述的发光元件，其中该次级发光单元为四边形。

14.如权利要求8所述的发光元件，还包括一第二型载体运输层，位于该阵列的所述多个有机发光单元上方。

15.如权利要求9所述的发光元件，其中该第一型载体运输层是一复合结构。

16.如权利要求14所述的发光元件，其中该第二型载体运输层是一复合结构。

17.一种发光元件的制造方法，包括：

提供一基板；

形成一第一型载体运输层于该基板上方；

形成一金属层于该第一型载体运输层上方；

处理该金属层的一表面，将一金属元素自该金属层驱动至该第一型载体运输层中；

形成一光敏有机发光层于该第一型载体运输层上方；以及

图案化该光敏有机发光层以形成一发光单元。

18.如权利要求17所述的制造方法，其中该金属元素包含一过渡金属。

19.如权利要求17所述的制造方法，其中该处理该金属层的该表面的步骤包含加热、微波或等离子体处理其中之一。

20.如权利要求17所述的制造方法，还包括：形成一第一型载体注入层于该第一型载体运输层与该基板之间的步骤。