CN1510974A - 提高亮度的有机电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机发光二极管，通过形成一阴极电极以覆盖阳极电极、由此聚焦从每个像素单元的发光层发射的光而能够提高每个像素单元的发光效率。所述有机发光二极管包括：分布在衬底的每个单元像素区的下电极；形成在各个下电极上的发光层；和形成在衬底上的上电极，所形成的上电极包围发光层。上电极起反射层的作用，反射全部的光，而从发光层发射的光经衬底出射。

Description

提高亮度的有机电致发光器件
技术领域
本发明涉及一种有源矩阵式平板显示器，更具体地说，涉及一种能够通过形成包围有机电致发光层的阴极电极、从而聚焦每个像素单元的光束来提高每个像素单元的亮度的有机发光二极管。
本申请参考了2002年12月20日向韩国知识产权局提交的申请号为2002-81856的中请名称为“改善亮度的有机发光二极管(OELD WITHIMPROVED BRIGHTNESS)”的申请，并要求享有该申请的优先权。
背景技术
一般而言，有机发光二极管(OLED)的发光效率基本上分为内发光效率和外发光效率。发光效率中的内发光效率取决于有机发光层的光电转换效率，而外发光效率的特征在于光耦合效率并取决于组成OLED的每层的折射率。OLED要求提高显示器的特性，包括亮度、寿命周期等，因为与平板显示器如阴极射线管(CRT)、等离子体显示板(PDP)或场致发光显示器(FED)相比，它具有较低的外发光效率。
在当前使用的OLED中存在一些问题。最严重的是由于从OLED结构反射的光逃逸，使得不能令人满意地发光。结果是OLED的发出的总光量减少而且器件效率较低。现有OLED的另一个问题是由于必需增大对其施加的驱动电压以便补偿前述减弱的亮度，其寿命缩短。
发明内容
因此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高每个像素单元的亮度的有源矩阵式有机发光二极管。
本发明的另一目的是提供一种这样结构的有机发光二极管，其上电极包围有机发光层，以防止有机发光层发射的光损失。
为了实现前述目的，本发明提供的有机发光二极管，包括：分布在衬底的每个单元像素区的下电极；形成在各个下电极上的发光层；和形成在衬底上的上电极；其中，形成的上电极包围每个单元像素区的发光层，使得上电极起反射层的作用，反射全部反射光，同时从发光层发射的光经衬底出射。
另外，本发明提供的一种有机发光二极管，它包括：一形成在包括薄膜晶体管(TFT)的衬底上的第二绝缘膜，所述薄膜晶体管的源/漏极形成在第一绝缘膜上；一形成在第二绝缘膜上并与所述源/漏电极中的任何一个相连的下电极；一第三绝缘膜，其上具有暴露部分下电极的开口；一发光层，形成在开口内的下电极上；一个包围所述发光层的凹槽；和一个形成在包括凹槽的衬底上的上电极，上电极包围发光层。
另外，本发明提供了一种制造有机发光二极管的方法，包括步骤：提供一包括TFT的衬底，所述TFT的源/漏极形成在第一绝缘膜上；在所述衬底上形成一第二绝缘膜；在第二绝缘膜上形成一连接到所述源/漏电极之一的下电极；在衬底上形成一第三绝缘膜；通过蚀刻第三绝缘膜形成一暴露部分下电极的开口并同时形成一包围下电极的凹槽；在开口内的下电极上形成一发光层；和在包括凹槽的衬底上形成一上电极，使得所述上电极包围发光层。
优选通过蚀刻第三绝缘膜以及第二绝缘膜而在第二和第三绝缘膜上形成凹槽，或通过蚀刻第三绝缘膜以及第一和第二绝缘膜而在第一至第三绝缘膜上形成凹槽。
本方法还包括步骤：在形成第二绝缘膜的步骤之后，通过蚀刻第二绝缘膜形成一个通孔，用于连接源/漏电极之一与下电极，并且在形成所述通孔时，通过蚀刻第二绝缘膜的对应于凹槽的部分而在第二和第三绝缘膜上形成凹槽。
本方法还包括步骤：通过蚀刻第一绝缘膜形成一个接触孔；通过分别在形成第二绝缘膜之前和之后蚀刻第二绝缘膜而形成一个用于连接源/漏电极之一与下电极的通孔；通过在形成所述接触孔期间蚀刻第一绝缘膜的对应于凹槽的部分并在形成所述通孔期间蚀刻第二绝缘膜的对应于凹槽的部分而在第一至第三绝缘膜之上形成凹槽。
最好第一绝缘膜是一层间绝缘膜，第二绝缘膜是一钝化膜，第三绝缘膜是一像素限定层。最好使形成的上电极包围下电极。
附图说明
通过下面参考附图的详细描述，可以对本发明及其优点有更清晰的理解，附图中相同的附图标记表示相同或类似的部件。附图中：
图1是有源矩阵式有机发光二极管的截面图；
图2是本发明第一优选实施方式的有机发光二极管的截面图；
图3是本发明第二优选实施方式的有机发光二极管的截面图；
图4是本发明第三优选实施方式的有机发光二极管的截面图；
图5是本发明优选实施方式的有机发光二极管的平面结构简图。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明。为了参考，相同附图标记用于表示整个附图中相应的部件。
图1是有源矩阵式有机发光二极管(OLED)的截面图。
参见图1，在绝缘衬底100上形成缓冲层105，并在该缓冲层105上形成一薄膜晶体管和一个电容。所述薄膜晶体管包括一半导体层110，该半导体层包括源/漏极区111和115以及形成在栅极绝缘膜120上的栅电极125；和形成在层间绝缘膜130上并经接触孔131和135连接到源/漏极区111和115的源/漏电极141和145。所述电容包括第一电极127和第二电极147，第一电极由与栅电极125相同的材料制成并形成在栅极绝缘膜120上，第二电极形成在层间绝缘膜130上并连接到源/漏电极141和145其中之一、如源电极141上。
在衬底100上形成钝化膜150之后，通过对钝化膜150构图，在钝化膜150上形成一个用于暴露源/漏电极之一的部分、如用于暴露漏电极145的一部分的通孔155。在沉积了透明导体膜之后，通过对该透明导体膜、如ITO膜构图，形成一阳极电极160作为下电极，该下电极经通孔155连接到漏电极145。
在衬底100上形成一像素限定层膜170，并蚀刻该膜以形成一暴露部分阳极电极160的开口171。在开口171内部的阳极电极160上形成有机发光层180之后，在衬底100之上形成一阴极电极190作为上电极。
在具有前述结构的OLED中，主要由于借助于大的折射率差反射的总光束被波束导向从高折射率的材料如ITO材料(即，阳极电极160)和低折射率材料、如钝化膜或玻璃衬底之间的界面侧边逸出，所以从有机发光层180发出的光大约只有1/4从衬底100出射。
因而，前述OLED的问题在于当外部光效率降低时器件的亮度也降低，而为了产生所期望的亮度则要提高驱动电压，所以寿命周期缩短。
图2是本发明第一优选实施方式的有机发光二极管的截面图。
参见图2，在绝缘衬底200上形成一缓冲层205，在缓冲层205上形成一个具有源/漏区211和215的半导体层210，在栅极绝缘膜220上形成电容的栅电极225和下电极227，并且在层间绝缘膜230上形成分别经接触孔231和235连接到源/漏区211和215的源/漏电极241和245以及电容247的上电极。
在衬底200上形成钝化膜250之后，在该钝化膜250上形成一用于暴露源/漏电极241和245之一(如漏电极245)的一部分的通孔255。在衬底200上沉积透明导体膜之后，通过对该透明导体膜(如ITO膜)构图形成一阳极电极260作为下电极，该下电极经通孔255连接到漏电极245。
在衬底200上沉积像素限定层270之后，通过蚀刻该像素限定层270同时形成包围所述阳极电极260的开口271和凹槽275。在开口271内的阳极电极260上形成一有机发光层280，并在衬底200上形成一阴极电极290作为上电极。
因为阴极电极290形成在包括凹槽275的衬底200之上，所以形成的阴极电极290完全覆盖阳极电极260和每个像素单元的有机发光层280。换言之，阴极电机290具有这样一种结构，即阳极电极260和有机发光层280包围每个像素单元。因此，阴极电机290不仅起上电极的作用，还起反射层的作用，通过反射全部的反射光而使反射光射出，此处的反射光是折射率差异的结果。优选使用高反射率的材料、如Al，因为本发明的阴极电极要起电极和反射层的双重作用。
因此，因为全部光都从阴极电极290的一侧反射，同时从本发明有机发光层280发射的光从阳极电极260(由高折射率的ITO形成)透射到低折射率的材料(即，阳极电极260之下的钝化膜250、层间绝缘膜230或玻璃衬底200)，所以可防止光线由于被波束导向地滑移出结构的侧面而造成的损失。通过获得到达衬底的光线，从有机发光层280发射的光被限制在每个像素单元中，因而可以提高每个像素单元的亮度。
在本发明的第一优选实施方式中，不需要额外的掩模工序，因为包围阳极电极260和有机发光层280的凹槽275与像素限定层270上的开口271同时形成。
图3是本发明第二优选实施方式的有机发光二极管的截面图。
第二优选实施方式中的有机发光二极管除了在像素限定层370和钝化膜350两者上都形成一凹槽375、从而包围阳极电极360和有机发光层380之外，本发明第二优选实施方式的有机发光二极管具有与本发明第一优选实施方式的有机发光二极管相同的结构。另外，当通过蚀刻像素限定层370形成开口371时，也可以通过同时蚀刻像素限定层370和钝化膜350而形成凹槽375。
进一步考虑图3所示的第二优选实施方式，通过蚀刻像素限定层370二次形成凹槽，使得在形成通孔355时蚀刻钝化膜350而初次形成凹槽之后，形成开口371时暴露初次形成的凹槽，最终可以在钝化膜350和像素限定层370之上形成具有这样一种结构的凹槽，即包围像素单元中的阳极电极360和有机发光层380的凹槽。
本发明的第二优选实施方式不需要额外形成凹槽375的掩模工序，因为在形成通孔355和开口部分371时蚀刻钝化膜350和像素限定层370，由此形成了凹槽375。
图4是本发明第三优选实施方式的有机发光二极管的截面图。
第三优选实施方式中的有机发光二极管除了在像素限定层470、钝化膜450和层间绝缘膜430中形成凹槽475、从而包围阳极电极460和有机发光层480之外，与本发明第一及第二优选实施方式的结构相同。
在通过蚀刻像素限定层470形成开口471时蚀刻像素限定层470、钝化膜450和层间绝缘膜430可以形成凹槽475。另一方面，通过在形成接触孔431和435时蚀刻层间绝缘膜430而初次形成凹槽、通过蚀刻钝化膜450而第二次形成凹槽使得在形成通孔455时暴露初次形成的凹槽，再通过蚀刻像素限定层470而第三次形成凹槽，使得在形成开口471时暴露第二次形成的凹槽，最终可以在层间绝缘膜430之上形成具有包围每个像素单元的阳极电极460和有机发光层480的结构的凹槽475。
本发明第三优选实施方式不需要用额外的掩模工序来形成凹槽475，因为在形成接触孔431和435、通孔455和开口471时蚀刻层间绝缘膜430、钝化膜450和像素限定层470，由此形成凹槽。
本发明第三优选实施方式中在像素限定层、钝化膜和层间绝缘膜之上形成包围阳极电极和有机发光层的凹槽的情况下，考虑到在邻近于形成在凹槽上的阴极电极的电极之间产生寄生电容，应该在适当位置形成凹槽。
图5是本发明优选实施方式的有机发光二极管的平面结构简图。
参见图5，根据本发明优选实施方式的有机发光二极管包括多个像素单元区501。在每个像素单元区501上形成一阳极电极560并使其与源/漏电极之一连接(如经通孔555连接到漏电极)。凹槽575包围阳极电极560。
如果分别象图2、图3和图4所示的第一、第二和第三优选实施方式所述的那样，在包括形成有包围阳极电极560的凹槽575的衬底上形成阴极电极，则阴极电极具有包围每个像素单元区501的阳极电极560和形成在阳极电极560上的发光层的结构。
因此，在本发明的有机发光二极管中，当从有机发光层发射的光经玻璃衬底射出时，在从高折射率的ITO制成的阳极电极向低折射率的钝化膜或玻璃衬底透射时反射的全部光线被具有包围阳极电极和有机发光层的结构的阴极电极反射。因此，光耦合效率提高，并通过每个像素单元的阴极电极限定从有机发光层发射的光束和反射全部光束而提高了每个像素单元的亮度。
通过在接近有机发光层的地点收集光子极大地提高了效率，由此具有平直度或均匀性，避免了由光从高折射率的介质向低折射率的介质透射时被导向的波束所引起的总反射光减少。在后一种情况下，提高效率最有效的位置是接近发光层的界面之处，因为在该界面处折射率之差很显著。从每个像素单元的有机发光层发出的光可以通过形成一包围阳极电极和有机发光层的凹槽和通过形成一包围每个像素单元的阳极电极和有机发光层的阴极电极而聚焦。
如上所述的根据本发明优选实施方式的有机发光二极管不仅避免了总反射光由于通过形成有机发光层被像素单元包围的这种结构的阴极电极对波束导向而引起的减少，而且还通过限制从每个像素单元的有机发光层发射的光来提高亮度，由此提高了光耦合效率。因此，根据本发明优选实施方式的有机发光二极管由于在同样的驱动条件下相对提高了亮度，不需要对器件施加额外的驱动电压，因而延长了器件的寿命。
另外，根据本发明优选实施方式的有机发光二极管具有无需额外的掩模工序来形成凹槽故而简化了制造过程的优点。
虽然已参考优选实施方式具体示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不超出本发明构思和保护范围的前提下可以对形式及细节作前述及其它改变。

Claims (20)

1.一种有机发光二极管，包括：
用于衬底的每个像素单元区的下电极；
形成在各下电极上的发光层；和
一形成在衬底上的上电极；
其中，形成的所述上电极包围所述发光层，使得所述上电极起反射层的作用，用于反射全部的光，同时从所述发光层发射的光经所述衬底出射。
2.如权利要求1所述的有机发光二极管，
其中，所述上电极由具有高折射率的材料形成。
3.如权利要求1所述的有机发光二极管，
其中，所述被形成的上电极包围下电极。
4.一种有机发光二极管，包括：
一第一绝缘膜；
一形成在包括一薄膜晶体管的衬底上的第二绝缘膜，所述薄膜晶体管具有形成在所述第一绝缘膜上的源/漏极；
一形成在所述第二绝缘膜上并与所述源/漏电极中之一连接的下电极；
一第三绝缘膜，其上具有一暴露部分所述下电极的开口；
一形成在所述开口内的所述下电极上的发光层；
一围绕所述发光层形成的凹槽；和
一形成在包括所述凹槽的所述衬底上的上电极，使该上电极包围所述发光层。
5.如权利要求4所述的有机发光二极管，
其中，所述凹槽只形成在所述第三绝缘膜中。
6.如权利要求4所述的有机发光二极管，
其中，所述凹槽形成在所述第二和第三绝缘膜中。
7.如权利要求4所述的有机发光二极管，
其中，所述凹槽形成在所述第一、第二和第三绝缘膜中。
8.如权利要求4所述的有机发光二极管，
其中，所述第一绝缘膜是一层间绝缘膜。
9.如权利要求8所述的有机发光二极管，
其中，所述第二绝缘膜是一钝化膜。
10.如权利要求9所述的有机发光二极管，
其中，所述第三绝缘膜是一像素限定层。
11.一种制造有机发光二极管的方法，包括步骤：
提供一包括薄膜晶体管的衬底，所述薄膜晶体管的源/漏极形成在第一绝缘膜上；
在所述衬底上形成一第二绝缘膜；
在所述第二绝缘膜上形成一与所述源/漏电极之一相连的下电极；
在所述衬底上形成一第三绝缘膜；
通过蚀刻所述第三绝缘膜形成一暴露部分所述下电极的开口，并同时形成一包围该下电极的凹槽；
在所述开口内的所述下电极上形成一发光层；和
在包括所述凹槽的衬底上形成一上电极，使得该上电极包围发光层。
12.如权利要求11所述的制造有机发光二极管的方法，其中，形成所述凹槽时，通过蚀刻所述第三绝缘膜以及第二绝缘膜而在所述第二和第三绝缘膜上形成所述凹槽。
13.如权利要求11所述的制造有机发光二极管的方法，其中，还包括步骤：在所述衬底上形成第二绝缘膜的步骤之后，通过蚀刻第二绝缘膜形成一个通孔，用于连接所述源/漏电极之一与下电极。
14.如权利要求13所述的制造有机发光二极管的方法，其中，形成所述通孔时，通过蚀刻所述第二绝缘膜的对应于凹槽的部分而在第二和第三绝缘膜中形成所述凹槽。
15.如权利要求11所述的制造有机发光二极管的方法，其中，形成所述凹槽时，通过蚀刻所述第三绝缘膜以及第一和第二绝缘膜而在第一、第二和第三绝缘膜中形成所述凹槽。
16.如权利要求11所述的制造有机发光二极管的方法，其中，还包括步骤：通过在形成所述第二绝缘膜之前蚀刻第一绝缘膜而形成一接触孔，通过在形成所述第二绝缘膜之后蚀刻第二绝缘膜而形成一用于连接所述源/漏电极之一与下电极的通孔。
17.如权利要求16所述的制造有机发光二极管的方法，其中，通过在形成所述接触孔期间蚀刻所述第一绝缘膜的对应于凹槽的部分，并在形成所述通孔期间蚀刻所述第二绝缘膜的对应于凹槽的部分而在所述第一、第二和第三绝缘膜中形成凹槽。
18.如权利要求11所述的制造有机发光二极管的方法，其中，所述第一绝缘膜是一层间绝缘膜。
19.如权利要求18所述的制造有机发光二极管的方法，其中，所述第二绝缘膜是一钝化膜。
20.如权利要求19所述的制造有机发光二极管的方法，其中，所述第三绝缘膜是一像素限定层。
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