CN1292487C - 有机发光二极管器件及其制造方法 - Google Patents

有机发光二极管器件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种形成在衬底上的有机LED器件及其制造方法。该有机LED器件由包括：一开关TFT和一驱动器TFT，每个都形成在一衬底上；一有机LED元件，对应每个像素的，该元件形成在该衬底上，该元件与该衬底之间形成有一绝缘膜，该有机LED元件连接到该驱动器TFT；一阳极，其连接到一公共电极；以及一阴极，连接该驱动器TFT和形成在该绝缘膜上的该有机LED元件。作为公共电极，阳极将多个像素彼此相连，由此改善了制造过程中的自对准性。

Description

有机发光二极管器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种有机发光二极管(LED)，尤其涉及一种采用顶发射结构并适于扩大面积的有机LED器件及其制造方法。
背景技术
由于有机LED元件具有非常迅速的响应速度并且是自发光元件，所以希望通过把有机LED元件应用于显示装置提供具有宽视角的良好的平面显示器。因此，人们测试了有机LED元件在取代液晶显示器的平面显示器中的应用。
在将上述有机LED元件应用到平面显示器的情况中，可以采用类似于液晶显示器的有源矩阵驱动法。已知顶发射结构或底发射结构可以用作采用有源矩阵驱动法的有机LED器件的发光结构。图9是一种采用现有技术的顶发射结构的有机LED器件的截面图。
图9中所示的有机LED器件通过在玻璃基底上形成由p型掺杂的多晶硅形成的薄膜晶体管(TFT)结构82而构成。如图9所示，TFT结构82通过绝缘膜84与上结构绝缘。而且在绝缘膜84的上部形成一个由金属如钼(Mo)、镍(Ni)和铂(Pt)构成的反射阳极86。在反射阳极86附近和上面形成一个空穴注入层88。另外，在空穴注入层88的上层上形成一个空穴迁移层90和一个电子迁移层92。从而，构成的有机LED器件是能够发光的有机LED器件。在图9所示的现有技术的有机LED器件中，在电子迁移层92上层的阴极94还被形成为透明的。此阴极94具有透射有机LED产生的光束的功能，并具有供给电子的功能。例如，阴极94可以由一种具有小功函数的材料，如铝(Al)、钠(Na)、钙(Ca)镁-银(MgAg)、钯(Ba)和鍶(Sr)，形成。在阴极94上形成一个缓冲层96和一个玻璃保护层98。由此形成顶发射结构。
已知包括图9所示的现有技术的顶发射结构的有机LED器件与底发射型有机LED器件相比，在效率上更为有利，原因在于可以不依赖于TFT尺寸地提高孔径比。但是，在构成顶发射型有机LED的情形中，需要将上述的阴极94做成一个非常薄(约10nm)的膜，以便赋予其透明度。因此，阴极94有一个缺点，即电阻不可避免地较高。
出于上述原因，阴极94变得高电阻，即使在使用顶发射型有机LED器件的情况下制作大面积的显示器，也有一个缺点，即由于阴极本身的电阻，从屏幕的端部到中心部位，阴极的电压降总是变得很大。因此，随着有机LED器件的面积变大，出现一个缺点，即由于从屏幕端部到屏幕中心的电压降而不能施加驱动TFT所需的电压。为了防止上述阴极94上的电压降，还可以在阴极94上形成一个低阻层，如ITO。
但是，虽然ITO有导电性，但还是可以说，ITO与金属相比仍有较高的电阻。因此，当有机LED器件具有大显示屏时，并且尤其通过使用有机LED元件提供一个尺寸超过十英尺的大显示屏时，可以知道，现有技术的顶发射结构很难确保屏幕显示的均匀性，并导致扩大屏幕时很多的不利。
图10表示共阴极模式的驱动电路100，其中采用了p型驱动器TFT并用于给出顶发射结构的情形。在图10所示的现有技术驱动电路100中，采用p型驱动TFT 102。如图10所示，驱动器TFT 102的漏电极102d连接到有机LED元件104，源电极102s设置为公共电势，并且以共阴极模式驱动驱动电路100。
且驱动器TFT的栅电极102g连接到开关TFT 108，由此构成一种选择性驱动有机LED元件104的结构。已知在图10所示的顶发射结构中驱动器TFT 102的源极和漏极之间处于饱和区的电流Ids近似的与(Vgs-Vth)2成正比。此处，Vgs是栅极和源极之间的电压，Vth是阈值电压。如上所述，因为在现有技术的顶发射结构中Ids只是Vgs的函数，所以采用共阴极模式，并且由有机LED的特性变化决定TFT的Vgs变化。
表1表示可以用于避免Vgs随有机LED的特征变化而改变的TFT的结构。在表1中，标号“○”表示可以应对有机LED元件的特征变化的结构，标号“×”表示预言不能够应对有机LED元件特征变化的结构。
[表1]
  共阳极   共阴极
  n型TFT   ○   ×
  p型TFT   ×   ○
已知，当只考虑上述特征变化时，即使采用n型TFT和p型TFT中的任何一种，都可以通过共阳极和共阴极中的任何一种分别应对有机LED元件的特征变化。但是，在用n型TFT作为驱动器TFT形成共阳极结构的情况下将会出现前述的另一种不利情况。
图11表示在利用n型驱动器TFT形成共阳极结构的情况下驱动电路的横截面结构。如图11所示，在现有技术的顶发射结构中，因为发射效率和光发射效率的显著降低，不能把总会成为高电阻的阴极布置成下电极。
因此，如图11所示，在采用n型TFT的共阳极结构形成顶发射结构的情况下，必须在一个像素中形成用于一个阳极110和阴极106的接触孔。这导致这样一些不利之处，即有机LED元件108的像素中孔径比较低，并且器件结构变得复杂。因此，就效率、生产量和成本而言，这样形成的接触孔并不是理想的。另一方面，可以想象，只采用利用n型TFT的共阴极模式不能制约Vgs随有机LED特征变化而变化，并且在显示特性方面不足。
因此，到目前为止，还需要有一种能够实现在保持顶发射结构孔径比的同时扩大显示屏的有机LED器件。
而且还需要一种制造能够在保持顶发射结构孔径比的同时扩大显示屏的有机LED器件的方法。
发明内容
考虑到上述现有技术的不利之处之后创建了本发明。本法买的目的在于提供一种能够实现在保持顶发射结构孔径比的同时扩大显示屏的有机LED器件。
本发明的另一目的在于提供一种制造能够在保持顶发射结构孔径比的同时扩大显示屏的有机LED器件的方法。
考虑到上述现有技术的不利之处之后创建了本发明。本发明采用一种共阳极结构，其中在顶发射结构中采用n型驱动器TFT，并且同时，阳极连接到有机LED器件的多个像素，像素由有源矩阵结构驱动。
在本发明中发现，通过在使用n型驱动器TFT的有机LED器件中采用共阳极结构，可以将有机LED元件的特征变化对Vgs的影响减到最小，并且可以稳定元件的特征。
另外，在本发明中，形成的阳极不与公共电极连接，其中公共电极形成在与驱动器TFT相同的平面上，而且为了平面化，该公共电极与驱动器TFT上形成的绝缘膜上的公共电极形成在相同的水平。阳极由低阻材料如包括Al、Ni和Co在内的金属。通过使用根据本发明形成的阳极，降低连接到多个像素的公共电极的电阻，由此使得能够提供大面积的有机LED器件。
具体地说，本发明使用n型驱动器TFT，并且同时采用一种阳极连接到多个像素的共阳极结构，由此使得可以降低结构的复杂性，而这些不利的情形在采用现有技术结构时是不可避免的。另外，在本发明中，不对每个像素形成阳极，而是以线或面的形式连接阳极，由此使得可以将阳极用作公共电极。
具体地说，根据本发明，提供一种形成在衬底上的有机LED器件，包括：一个开关TFT和一个驱动器TFT，每个TFT形成在衬底上；一个有机LED元件，对于每个像素，形成在衬底上，该元件与衬底之间形成有绝缘膜，有机LED元件连接到驱动器TFT；一个连接到公共电极的阳极；和一个阴极，该阴极连接到驱动器TFT以及形成在绝缘膜上的有机LED元件，其特征在于通过连接多个像素形成阳极。
在本发明的有机LED器件中，优选驱动器TFT包括作为有源层的n型非晶硅和n型多晶硅中的任何一种。可以优选本发明的有机LED器件由至少包括一个发光部分和一个电子输运部分的部分组成，并且每个部分连续地形成。优选本发明的有机LED器件设置成有一种顶发射结构。
在本发明中，提供了一种在衬底上制造有机LED器件的方法，包括步骤：在衬底上形成一个开关TFT和一个驱动器TFT；形成一个涂覆开关TFT和驱动器TFT的绝缘膜；形成为绝缘膜上的多个像素所共有的作为公共电极的阳极；确定阳极上用于形成连接到阳极的有机LED元件的区域；和在所述区域中形成有机LED元件。
在本发明的制造有机LED器件的方法中，优选形成有机LED器件的步骤包括：在用于形成有机LED元件的区域周围形成一个突起结构；和通过蒸发法在突起结构的内部形成自对准地的部分有机LED元件。
在本发明的有机LED器件的制造方法中，优选形成至少一个驱动器TFT的步骤包括形成n型掺杂的非晶硅有源层和n型掺杂的多晶硅有源层中的任何一个的步骤。优选本发明制造有机LED器件的方法形成一种顶发射型有机LED器件。
根据本发明，提供了一种形成在衬底上的有机LED器件，包括：开关TFT和驱动器TFT，每个TFT形成在衬底上；为每个像素形成在衬底上的有机LED元件，衬底和有机LED元件之间形成有一个绝缘膜，有机LED连接到驱动器TFT；由包括一个突出物形成的突起部分，突起部分围绕着有机LED元件并从绝缘膜上突出；一阳极，其连接至一公共电极；和一个阴极，该阴极连接到驱动器TFT和形成在绝缘膜上的有机LED元件，其特征在于通过连接多个像素形成阳极。
根据本发明，提供了一种在衬底上制造有机LED器件的方法，包括步骤：在衬底上形成一个开关TFT和一个驱动器TFT；形成一个涂覆开关TFT和驱动器TFT的绝缘膜；形成一个涂覆开关TFT和驱动器TFT的绝缘膜；形成为绝缘膜上的多个像素所共有的作为公共电极的阳极；围绕一个用于形成有机LED元件的区域形成一个突起结构，以确定用于形成有机LED元件的区域；通过使用蒸发法形成的突起结构在阳极上自对准地形成有机LED元件；和通过利用突起结构自对准地形成一个涂覆有机LED元件的阴极。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，下面将参考附图对本发明进行描述。
图1示出本发明有机LED器件的驱动电路的结构；
图2是构成本发明驱动电路的半导体结构的截面图；
图3示出本发明有机LED器件的制造过程；
图4示出本发明有机LED器件的制造过程；
图5示出本发明有机LED器件的制造过程；
图6示出本发明有机LED器件的制造过程；
图7示出本发明有机LED器件的制造过程；
图8根据本发明制造的有机LED器件的平面图；
图9是现有技术顶发射结构有机LED器件的截面图；
图10示出现有技术共阴极结构有机LED器件的驱动电路；以及
图11是构成现有技术中采用n型掺杂的TFT的共阳极结构有机LED器件的驱动电路的半导体结构的截面图。
具体实施方式
虽然下面将根据图中所示的实施例对本发明进行详细的描述，但本发明不局限于这些实施例。图1示出采用根据本发明构成的采用共阳极结构的有机LED器件10的驱动电路的结构。如图1所示，驱动电路由n型TFT形成，其构成方式是n型驱动器TFT12和n型开关电路TFT14连接，从而驱动有机LED元件16。在优选实施例中，优选将驱动器TFT12和开关TFT14都做成n型掺杂。
但是，在本发明中，还可以将驱动器TFT12和开关TFT14构造成具有彼此不同的掺杂类型的TFT。下面参考图1对驱动电路作更详细的描述。驱动器TFT 12的栅电极12g经电容18连接到公共电极20。而且，驱动器TFT12的漏电极12d连接到有机LED元件16的阴极。另外，驱动器12的源电极12s接地，并且由此构造了一种给出共阳极的结构。
驱动器TFT12的栅电极12g还连接到开关TFT 14的漏电极14d，开关TFT 14的源电极14s连接到数据线22，栅电极14g连接到选择(selection)线24，并且由此驱动有机LED元件16。图1所示的驱动电路形成有机LED器件的一个像素，多个这种像素排列在一个平面上，由此实现有源矩阵型驱动模式。
图2是半导体结构的截面图，其中形成了能够被本发明有机LED器件10采用的共阳极结构。图2所示的本发明有机LED器件10的驱动电路可以构造成上述包括n型TFT的半导体结构。
可以将具有此前已知的任何结构的TFT用于本发明。但是，在本发明中，就应用共阳极结构的情况而言，需要使用包含n型有源层的TFT。而且在本发明中，出于对制造的方便性及产量的考虑，优选将驱动器TFT 12和开关TFT14构造成如上所述的一种相同掺杂类型。但是，如果在制造期间没有出现特别的不利，可以将驱动器TFT 12和开关TFT 14做成彼此不同的掺杂类型，并且开关TFT 14可以采用包含p型有源层的TFT。
另外，在本发明中可以采用此前已知的任何材料制作有源层。特别地，在本发明中，可以使用n型多晶硅Si，并且还可以采用n型非晶硅(a-Si)。但是，特别地，出于对抑制与有机LED元件16的负荷有关的特性变化的考虑，可以将a-Si有效地用作本发明中的n型有源层。
下面将参考图2对本发明的有机LED器件10做进一步的描述。有机LED器件10的驱动电路包括：构成在衬底26上的开关TFT 14和驱动器TFT12，用于将各个TFT彼此连接的连线28，以及用于将各个TFT连接到阴极36的连线30。衬底26可以由各种材料组成。例如，诸如SiOx、SiOxNy、Si和金属氧化物等材料组成的衬底都可满足使用。
在图2所示的驱动电路中，各个TFT12和14通过一个由绝缘材料，如聚合物，形成的绝缘膜32与上衬底绝缘。在绝缘膜32上，通过此前已知的图案化技术形成各条连线。例如，在绝缘膜32上，在未示出的公共电极同一层内形成一个由导体材料如Al、Mo、Ni和ITO形成的阳极34，并以线条或平面的形式形成图案。另外，阳极34连接到另一未示出的像素的阳极，并以共阳极模式驱动有机LED元件16。
阴极36布置成利用有机LED元件16与阳极34绝缘，并且构造成允许有机LED元件16发光。而且，阴极36经通孔38连接到形成在一下层侧上的连线30，并连接到驱动器TFT 12的漏电极12d。
在本发明中采用上述的结构，因而可以增大有机LED器件的孔径比(aperture ratio)，因为没有分别在阴极36和阳极34上形成接触孔。而且根据本发明，可以采用这样一种结构，其中阳极34经公共电极简易地连接到另一个像素。
而且，因为阳极34可以由诸如高导电性的金属以平面或线条的形式组成，所以可以降低阳极34的电阻。因此，本发明不会导致从显示屏的端部到其中心部位的显著的电压降，因而能够实现显示屏的扩大。
图3示出本发明有机LED器件的制造方法。如图3所示，在本发明中，首先，如图3(a)所示，在绝缘衬底42上形成栅电极44和用于发送数据信号的连线(未示出)。随后，如图3(b)所示，沉积一个由诸如SiNx、SiOy和SiOxNy等材料组成的栅极绝缘膜48和由多晶硅或非晶硅组成的有源层50，并且对通道保护层(蚀刻终止层)52构图。接下来，如图3(c)所示，构图产生由诸如Mo/Al/Mo构造的源电极54和漏电极56。
之后，如图3(d)所示，沉积诸如SiNx的绝缘膜58，并且在绝缘膜58中形成一个接触孔60。随后，在本发明的制造法中，如图3(e)所示，形成由诸如ITO的导电膜组成的连接元件61，其连接到后面将要描述的上布线。虽然此连接元件61可以省去，但希望有此形式，以便获得下层侧上的驱动器TFT和上层侧上的有机LED元件之间良好的电连接。
图4示出图3所示的制造工序之后的制造工序。在图4所示的制造工序中，如图4(a)所示，聚合物绝缘膜62沉积在图3(e)所示工序中形成的结构上，并且形成对应于接触孔60的开口64。接下来，如图4(b)所示，形成一导电材料层，如ITO、Mo和ITO/Mo。对此导电材料层构图，并且由此构成图4(b)中所示的有机LED元件16的阳极66。另外，在接触孔60和开口64的内侧表面上同时构成连接元件68，用于稳定阴极与形成在下层侧上的驱动器TFT的电连通性。虽然也可以省去此连接元件68，但出于与上述相同的原因，希望形成连接元件68。
随后，在本发明的制造工序中，如图4(c)所示，沉积一个用于使有机LED元件和其它结构彼此绝缘的有机或无机绝缘膜67并构图，由此形成一个用于构成有机LED元件的区域。可以除去一个与有机LED元件划界无关的部分67’。但是，考虑到最终获得的结构平坦度，不需要除去部分67’，只要它不影响有机LED器件的功能。
图5示出本发明制造过程中为自对准地形成有机LED器件而进行的预处理工艺。如图5所示，在本发明的预处理工艺中，形成如光致抗蚀剂的聚合物膜，并且构图形成突起结构69使其与有机LED元件的区域相邻。理想的是，在本发明中构成的此突起结构69具有图5所示的凸肩。但是，只要有效地获得本发明的有机LED元件，就可以将突起结构69做成任意形状。
另外，在本发明中，用图5所示的突起结构69自对准地形成如光发射部分和电子输运部分的各个层中的至少三个侧，该光发射部分和电子输运部分与一阴罩一起在后面所述的过程中构成有机LED元件。而且在本发明中，突起结构69防止沉积过程，如有机LED元件的蒸发过程，中阴罩过度受热，并且因而可以提高阴罩的复用性。
接下来，在本发明制造过程的具体实施例中，如图6所示，在通过利用阴罩M保护其它区域的同时利用合适的沉积技术，如蒸发，自对准地沉积形成有机LED元件16。此有机LED元件由在暴露的阳极电极66上的包含如空穴注入层、光发射层和电子迁移层的层所构成。在此情况下，可以适当地设置有机LED元件的厚度。例如，在本发明的具体实施例中可以将上述有机LED元件的厚度设置在100-200nm的范围内。
而且在本发明中，可以对上述各个层添加各种有机或无机的杂质以提高发光效率。另外，在本发明中，作为有机LED元件，考虑到诸如器件特性的因素，还可以采用构成的更复杂的有机LED元件，其构成为阳极，空穴注入层，发光层，电子迁移层和根据需要而具有其他功能而形成的其它层，并且将阴极与其它组件分开。
图6中所示的阴罩在保护下结构的同时可以与突起结构69一起自对准地形成至少沿有机LED元件16的三个方向上的端部。在本发明中的构成彩色显示器的情况下，通过使用对应于各种颜色R、G和B的阴罩获得图案。在此情况下，虽然结构被制成使得像素可以切换至每种颜色，但是自对准地形成对应于R、G和B每种颜色的像素也很方便。因此，掩模校准等变得明显地容易。
之后，在本发明的制造工序中，如图7所示，对一种具有小功函数的材料，如MgAg、AlLi，构图形成阴极76，使其覆盖如图6所示的有机LED元件和其它的结构。如前所述，形成的阴极非常薄，以便赋予其透明性。因此，存在一种理解，就是阴极变得不连续和不稳定。因此，出于增加阴极导电性并保护这种不稳定的具有小功函数的材料的目的，希望把透明导电膜如ITO附着到阴极上。随后，为了保护各个结构，再沉积一个由诸如SiNx的材料形成的钝化膜78，并且由此形成根据本发明的有机LED器件10。
在本发明中，形成的上述突起结构69包围有机LED元件。因此，在形成有机LED元件之后通过利用突起结构69在有机LED元件上自对准地形成诸如阴极76和ITO膜的元件。而且因为突起结构69形成为包括凸肩，所以可以同时确保相邻的像素彼此绝缘。因此，在沉积阴极76时可以不需要通过阴罩构图，由此使得可以明显改善制造工序的效率。之后，沉积钝化膜。
图8是根据本发明制造的TFT衬底80的平面图。在图8所示的TFT衬底中，形成多个彼此相邻的像素81。在由突起结构69包围的区域中形成一个像素。由图中看到，在由突起结构69包围的区域内部形成图2所示的有机LED元件16和接触孔38，其间根据本发明形成的开口64被覆以连接原件68。而且，通过利用突起结构69在突起结构69的内部区域中自对准地形成在有机LED元件16的上部的阴极和钝化膜。
如图6所示，突起结构69的形状包括凸肩，其中沉积过程中在该突起处的上方一侧形成得较宽，下方形成得较窄。因此，与突起结构69相邻一侧的有机LED元件16的端部可以自对准地形成。而且，因为上部结构可以通过突起结构69自对准地形成，所以无需其它的制造过程和必须的组件，由此使得能够降低成本。
另外，虽然在图7所示的工序之后优选除去上述的突起结构69，但在本发明中，只要不对处理工艺中及器件特征构成障碍就可以继续留下突起结构69。另外，可以在除去突起结构69之后形成钝化膜。
虽然以上已根据附图中所示的实施例对本发明进行了描述，但本发明不限于附图中的实施例。关于详细的制造工序的构成、结构、材料、顺序以及有机LED元件的相关内容等，可以任意适当的选用，只要可以获得类似的构成即可。
虽然以上已对本发明的优选实施例做了详细的说明，但应该理解，在不脱离本发明的实质和由权利要求限定的范围的前提下可以做各种变化、改型和更换。

Claims (10)

1.一种形成在衬底上的有机发光二极管器件，包括：
一开关薄膜晶体管和一驱动器薄膜晶体管，每个都形成在该衬底上；
一有机发光二极管元件，对应每个像素形成在该衬底上，且该元件与该衬底之间间插有一绝缘膜，该有机发光二极管元件连接到该驱动器薄膜晶体管；
一阳极，形成在所述绝缘膜上且其连接到一公共电极；以及
一阴极，连接该驱动器薄膜晶体管和形成在该绝缘膜上的该有机发光二极管元件，
其中通过连接多个像素形成阳极。
2.如权利要求1所述的有机发光二极管器件，
其特征在于，驱动器薄膜晶体管包括作为有源层类型的n型非晶硅或n型多晶硅。
3.如权利要求1和2中任一项所述的有机发光二极管器件，
其特征在于，有机发光二极管器件由包括至少一个发光部分和一个电子输运部分来组成，并且每个部分包括一个自对准地形成的部分。
4.如权利要求1所述的有机发光二极管器件，
其特征在于，该有机发光二极管器件有一顶发射结构。
5.如权利要求1所述的有机发光二极管器件，还包括：
一突起部分，形成为包括一个凸肩，该突起部分围绕着该有机发光二极管元件并从该绝缘膜上突出。
6.一种在衬底上制造有机发光二极管器件的方法，包括步骤：
在衬底上形成一个开关薄膜晶体管和一个驱动器薄膜晶体管；
形成一个覆盖该开关薄膜晶体管和该驱动器薄膜晶体管的绝缘膜；
在该绝缘膜上形成多个像素所共有的作为公共电极的阳极；
在该阳极上确定用于形成连接到该阳极的一有机发光二极管元件的区域；以及
在该区域中形成该有机发光二极管元件。
7.如权利要求6所述的制造有机发光二极管器件的方法，
其特征在于，形成有机发光二极管器件的步骤包括步骤：
在用于形成有机发光二极管元件的区域周围形成一个突起结构；以及
通过蒸发法在该突起结构的内部自对准地形成该有机发光二极管元件。
8.如权利要求6和7中任一项所述的制造有机发光二极管器件的方法，
其特征在于，形成驱动器薄膜晶体管的步骤包括形成n型非晶硅有源层和n型多晶硅有源层中的任何一个的步骤。
8.如权利要求6所述的制造有机发光二极管器件的方法，
其特征在于，形成一种顶发射型有机发光二极管器件。
10.如权利要求6所述的制造有机发光二极管器件的方法，还包括步骤：
围绕一用于形成有机发光二极管元件的区域形成一突起结构，以确定用于形成该有机发光二极管元件的区域；
通过蒸发法，利用该突起结构在阳极上自对准地形成该有机发光二极管元件；以及
利用该突起结构自对准地形成一个覆盖该有机发光二极管元件的阴极。
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