CN1628494A - 有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高发光效率的有机电致发光(EL)器件。在衬底上形成第一电极。在第一电极和衬底上形成具有暴露第一电极的开口的低介电常数的CVD绝缘膜。在开口上依次叠置有机EL层和第二电极。包围有机EL层的区域的壁由低介电常数的CVD绝缘膜形成，可以利用O2等离子进行象素电极的表面处理，由此提高发光特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光(EL)器件，更确切地，涉及一种使用低介电常数的CVD绝缘膜提高发光效率的有机EL器件。
背景技术
在当今的信息社会中，电子显示装置正成为越来越重要的信息传递媒介，各种电子显示装置被广泛地用于工业设备或家庭应用。这样的电子显示装置被继续改进以具有新的适合于信息社会各种需求的功能。
一般地，电子显示装置显示并传递各类信息给利用该信息的用户。即，电子显示装置把电子设备输出的电信息信号转变成由用户的眼睛识别的光信息信号。
在分为发射型显示装置和非发射型显示装置的电子显示装置中，发射型显示装置通过其发光现象显示光信息信号，非发射型显示装置通过反射、散射或干涉显示光信息信号。发射型显示装置包括阴极射线管(CRT)、等离子显示板(PDP)、发光二极管(LED)和电致发光显示器(ELD)。发射型显示装置被称作有源显示装置。另外，被称作无源显示装置的非发射型显示装置包括液晶显示器(LCD)、电化学显示器(ECD)和电泳图象显示器(EPID)。
CRT由于其高质量和低制造成本而长期以来被用于电视接收器和计算机监视器，作为显示器。但是，CRT也有一些缺点，如笨重、体积庞大且功耗高。
近来，对新型电子显示装置的需要日益增强，如具有良好性能的平板显示器，其厚度薄，重量轻，驱动电压低且功耗小。可以根据迅速提高的半导体技术来制造这种平板显示器。
电致发光(EL)器件作为平板显示器的一种正受到人们的关注。EL器件根据采用的材料一般分为无机EL器件和有机EL器件。
无机EL器件是这样一种显示器，其中对发光部分施加强电场，电子在施加的强电场中加速并与发光中心碰撞，由此激励发光中心发光。
有机EL器件是这样一种显示器，其中分别从阴极和阳极向发光部分注入电子和空穴，并且注入的电子和空穴彼此复合以产生激发性电子-空穴对，由此在这些激发性电子-空穴对从激发态跃迁到基态时发光。
由于上述工作机理，无机EL器件需要100-200V的高驱动电压，而有机EL器件在5-20V的低压下工作。有机EL器件的上述优点正激发起对于有机ELD的研究。另外，有机EL器件具有优越的性能，如宽视角，高响应速度，高对比度等。
有机EL器件包括多个适于显示目的、如单色显示或多色显示、静态图象显示、段式显示(segmented display)、无源或有源型矩阵显示等的有机EL元件(即，象素)。
有源矩阵有机EL器件是一种利用开关元件如薄膜晶体管独立驱动与多个象素对应的EL元件的显示器。有机EL器件也被称作有机电致发光显示器(OELD)或有机发光器件(OLED)。
在有源矩阵型有机EL器件中，在透明的绝缘衬底上形成薄膜晶体管，每个薄膜晶体管具有有源图案(active pattern)，栅电极和源/漏电极。通过暴露源/漏电极中任一电极、如漏电极的通孔，在包括薄膜晶体管的衬底的整个表面上形成钝化层。
在钝化层上形成经通孔连接到薄膜晶体管的漏电极的象素电极。由透明导体材料如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)组成的象素电极被设置为阳极注入孔。
在包括象素电极的钝化层上，形成具有暴露部分象素电极的开口的绝缘层。有机EL层形成在开口上。在有机EL层上形成用于阴极的金属电极。
绝缘层用作包围其中形成有机EL层的区域的壁(wall)或堤层(banklayer)。当移动荫罩(shadow mask)以连续形成红(R)、绿(G)和蓝(B)EL层时，所述壁扮演着防止EL层和非象素区的层与荫罩接触的角色。另外，提供所述壁减小了象素和阴极电极之间的耦合电容。
根据常规的有机EL器件，所述壁由高聚合有机绝缘膜、如酰亚胺或丙稀基有机绝缘膜形成。但是，当在有机绝缘膜之上形成金属电极时，由于有机绝缘膜较弱的粘附性，会造成金属电极的抬起(lifting)。
为增强发光效率而对象素电极进行的表面处理工艺、如O2等离子处理不能被使用。这是因为有机绝缘膜的高聚物会由于等离子体而很容易地被损坏。即，当利用O2等离子进行等离子电极表面处理时，所述壁的表面将被损坏，从而使有机绝缘膜涂覆在接触区上，增大了接触电阻并劣化了器件性能。因此，在所述壁由有机绝缘膜形成的情况下，不能使用象素电极的表面处理工艺，由此劣化了有机EL元件的发光特性。
因为在驱动元件时，有机EL元件会由于高聚物的微小含湿量而劣化，所以需要额外的热处理工艺。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可以增强发光特性的有机EL器件。
为了实现上述目的，本发明提供了一种有机EL器件，包括：衬底；形成在衬底上的第一电极；低介电常数的CVD绝缘膜，其形成在第一电极和衬底上，以抑制耦合电容的形成，所述CVD绝缘膜具有暴露第一电极的开口；形成在开口上的有机EL层；以及形成在有机EL层上的第二电极。
优选地，低介电常数的CVD绝缘膜由SiOC组成并具有3.5或更小的介电常数。低介电常数的CVD绝缘膜形成为1μm或更大的厚度。
另外，在本发明的有机EL器件中，在衬底上形成薄膜晶体管，每个薄膜晶体管具有有源图案，栅极绝缘膜，栅电极和源/漏电极。在薄膜晶体管和衬底上形成钝化层。在钝化层上形成象素电极从而与薄膜晶体管连接。在象素电极和钝化层上形成具有暴露每个象素电极的开口的低介电常数的CVD绝缘膜。在每个开口上形成有机EL层。在有机EL层和低介电常数的CVD绝缘膜上形成金属电极。
此外，本发明提供了一种有机EL器件，包括：衬底，以条状形式形成在衬底上的第一电极；形成在第一电极和衬底上的具有开口的CVD绝缘层，所述开口形成为具有锥形斜度(tapered slope)；形成在每个开口上的有机EL层；以及以条状形式形成在有机EL层上的第二电极，所述第一和第二电极彼此交叉排布。
根据本发明，包围有机EL层形成区域的壁由低介电常数的CVD绝缘膜组成。因为低介电常数CVD绝缘膜的表面不会由于等离子体而损坏，所以利用O2等离子进行象素电极的表面处理，由此提高发光效率和发光特性。
附图说明
本发明的上述目的及其它优点将通过下面参考附图对其示例性实施例的详细描述而变得更加明显，其中：
图1是根据本发明第一实施例的有源矩阵型有机EL器件的截面图；
图2A～2F是解释图1所示AMOLED制造方法的截面图；
图3是根据本发明第二实施例的无源矩阵型有机EL器件的截面图；
图4是根据本发明的有机EL器件的电压-电流特性曲线；
图5是根据本发明的有机EL器件的亮度-电压特性曲线；以及
图6是根据本发明的有机EL器件的亮度-电流特性曲线。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。
图1是根据本发明第一实施例的有源矩阵型有机EL器件的截面图。
参见图1，在透明绝缘衬底100如玻璃、石英或蓝宝石的整个表面上形成由氧化硅构成的阻挡层102。阻挡层102可以省略，但优选形成阻挡层102以防止在后续的对非晶硅膜的结晶化工艺期间衬底100中的杂质穿透进入硅膜。
在阻挡层102上形成薄膜晶体管120。薄膜晶体管120包括有源图案104，栅电极108以及源/漏电极116和118。具体地说，在阻挡层102上形成多晶有源图案104。在有源图案104和阻挡层102上形成由氮化硅或氧化硅构成的栅极绝缘膜106。栅电极108形成在栅极绝缘膜106上，栅电极108与每个有源图案104交叉以限定源/漏极区105S和105D以及沟道区105C。即，有源图案104与栅电极108重叠的交叉处成为沟道区105C。有源图案104被沟道区105C分成两部分。有源图案104的一部分成为源极区105S，其另一部分为漏极区105D。此时，源极区105S和漏极区105D的位置可以改变。
在栅电极108和栅极绝缘膜106上形成由无机绝缘材料如氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)构成的层间绝缘膜110。
在层间绝缘膜110上，形成经接触孔112和114分别连接到有源图案104的源/漏极区105S和105D的源/漏电极116和118。
在源/漏电极116和118以及层间绝缘膜110上，形成由无机绝缘材料如氮化硅或丙稀基光敏有机绝缘材料构成的钝化层122。
在钝化层122上，形成经通孔124与源/漏电极116和118中的任何一个电极、例如漏电极118相连的象素电极126。由透明导体材料如ITO或IZO构成的象素电极126设置为有机EL元件的阳极。
在包括象素电极126的钝化层122上，形成低介电常数的CVD绝缘膜128，其具有暴露一部分象素电极126的开口130。在每个开口130上形成红、绿和蓝色有机EL层132R和132G。作为有机EL元件的阴极，金属电极134形成在有机EL层132R和132G上。
有机EL层包括至少一个有机膜。即，有机EL层通过依次叠置空穴注入层(HIL)、空穴迁移层(HTL)、发射层(EML)、电子迁移层(ETL)和电子注入层(EIL)形成。此处，EML包括红、绿和蓝色发射层。
在有源矩阵型有机EL器件中，每个象素由施加到开关薄膜晶体管的栅电极和源/漏电极的信号驱动，从而使金属电极134形成为公共电极(common electrode)。
低介电常数的CVD绝缘膜128充当包围其中形成有机EL层的区域的壁。另外，当荫罩被移动从而相继形成红(R)、绿(G)和蓝色(B)EL层时，低介电常数的CVD绝缘膜128扮演着防止EL层以及非象素区的层与荫罩接触的角色。
根据本发明，低介电常数的CVD绝缘膜128由介电常数低于3.5的SiOC膜形成以抑制(或减少)象素电极126和金属电极134之间耦合电容的形成。低介电常数的CVD绝缘膜128形成为1μm或更大的厚度，以确保象素电极126和金属电极134之间的垂直间隔。另外，优选低介电常数的CVD绝缘膜128与象素电极126的边缘部分重叠大于1μm，以确保有机EL层的对准余量(alignment margin)。
一般地，因为CVD膜具有对于其它膜的良好粘附性以及优良的台阶覆盖度，所以在低介电常数的CVD绝缘膜128上方不会导致金属电极134的抬起。另外，因为CVD膜的表面不会由于等离子体而被损坏，所以所述壁由低介电常数的CVD绝缘膜128形成，由此利用O2等离子体进行象素电极126的表面处理。因此，可以不损坏壁而提高发光效率和发光特性。
另外，因为CVD膜具有比有机膜更低的吸水性和更高的热阻，所以在驱动有机EL元件时不会造成元件的劣化。
在通过等离子增强化学汽相淀积(PECVD)法淀积低介电常数的无机绝缘膜以形成壁的情况下，可以通过控制淀积条件进一步减小介电常数。因此，可以使壁形成得很薄，由此减小了垂直梯级差(vertical step-difference)并增大了工艺裕度(process margin)。
图2A～2F是表示图1所示有机EL器件的制造方法的截面图。
参见图2A，在透明绝缘衬底100如玻璃、石英或蓝宝石的整个表面上，通过PECVD法淀积厚度约为1000的氧化硅以形成阻挡层102。阻挡层102扮演着防止在后续的对非晶硅膜的结晶化工艺期间衬底100中的杂质穿透进入硅膜的角色。
在阻挡层102上，通过LPCVD或PECVD法淀积厚度约为500的非晶硅膜，以形成有源层(active layer)。执行激光退火以将有源层结晶化为多晶硅层。然后，通过光刻工艺构图多晶硅层以在单元象素内的薄膜晶体管区域上形成有源图案104。
之后，在有源图案104和阻挡层102上，通过PECVD法淀积厚度约为1000-2000的氧化硅，以形成栅极绝缘膜106。淀积并通过光刻工艺构图栅极层(gate layer)，例如，包含铝(Al)的单一金属层如Al、AlNd等，或者其中在铬(Cr)或钼(Mo)合金上叠置Al合金的多金属层。结果，形成在第一方向延伸的栅极线(未示出)和从栅极线分支的薄膜晶体管的栅电极108。
此处，利用用于构图栅极层的光掩模注入杂质例子，由此在有源图案104的两侧表面中形成源/漏极区105S和105D。在源/漏极注入期间，栅电极108阻挡杂质离子以在位于其下的有源图案104中限定沟道区105C。
参见图2B，进行激光或熔炉退火，以便活化源/漏极区的掺杂离子并整治(cure)硅层的损伤。然后，在所得结构的整个表面上淀积厚度约为800的氮化硅，以形成层间绝缘膜110。
之后，通过光刻工艺蚀刻掉层间绝缘膜110，以形成暴露源/漏极区105S和105D的接触孔112和114。在层间绝缘膜110和接触孔112和114上淀积厚度约为3000-6000的数据层，如MoW或AlNd，然后，通过光刻工艺构图数据层。通过这样，形成在垂直于第一方向的第二方向上延伸的数据线(未示出)、直流信号线(Vdd)以及经接触孔112和114分别连接到源/漏极区105S和105D的源/漏电极116和118。
通过上述工艺，形成包括有源图案104、栅极绝缘膜106、栅电极108以及源/漏电极116和118的薄膜晶体管120。
参见图2C，在包含薄膜晶体管120的层间绝缘膜110上，淀积厚度约为2000-3000的氮化硅以形成钝化层122。然后，利用光刻工艺蚀刻掉钝化层122以形成暴露源电极116和漏电极118其中任何一个、如漏电极118的通孔124。
在钝化层122和通孔124上淀积透明导电膜如ITO或IZO，然后通过光刻工艺构图透明导电膜以形成经通孔124连接到薄膜晶体管120的漏电极118的象素电极126。象素电极126设置成有机EL元件的阳极。
参见图2D，在象素电极126和钝化层122上淀积介电常数低于3.5的CVD绝缘膜128、如SiOC膜，然后通过光刻工艺对其构图以形成暴露部分象素电极126的开口130。
然后，为了提高有机EL元件的发光特性，利用O2等离子进行象素电极126的表面处理。
参见图2E，在具有开口130的低介电常数的CVD绝缘膜128之上设置荫罩135之后，形成红色有机EL层132R。
参见图2F，移动荫罩135以形成绿色有机EL层132G。然后，虽然图中未示出，但再次移动荫罩135以形成蓝色有机EL层。
在如上所述相继形成红、绿和蓝色有机EL层之后，在所得结构的整个表面上形成充当有机EL元件的阴极的金属电极134。
图3是根据本发明第二实施例的无源矩阵型有机EL器件的截面图。
参见图3，在透明绝缘衬底200如玻璃、石英或蓝宝石上，形成由透明导电膜如ITO构成的第一电极(即，阳极电极)210。第一电极210形成为在第一方向延伸的条形。
在第一电极210和衬底200上形成具有暴露每个第一电极210的开口240的低介电常数CVD绝缘膜218，如SiOC膜。优选地，低介电常数的CVD绝缘膜218具有低于3.5的介电常数以便抑制第一电极210和用于阴极的第二电极之间耦合电容的形成，并且形成为1μm或更大的厚度。
低介电常数的CVD绝缘膜218充当包围其中形成有机EL层的区域的壁，并通过单元象素分隔第二电极。另外，当移动荫罩以连续形成红(R)、绿(G)和蓝(B)EL层时，低介电常数的CVD绝缘膜218扮演着防止EL层以及非象素区的层与荫罩接触的角色。
优选地，低介电常数的CVD绝缘膜218被构图以具有倒置的锥形斜度。因此，形成带有锥形斜度的暴露第一电极210的开口240。
在第一电极210和低介电常数的CVD绝缘膜218之间，形成绝缘层215以覆盖第一电极210的边缘部分。即，绝缘层215扮演着防止有机EL层淀积在第一电极210的台阶部分上的角色。
在每个开口240上形成红、绿和蓝色有机EL层220R、220G和220B。在有机EL层220R、220G和220B上，形成在垂直于第一方向的第二方向上延伸的呈条状的第二电极225。因此，第一和第二电极210和225的交叉部分成为单元象素区。
有机EL层220R、220G和220B包括不止一层；空穴注入层(HIL)，空穴迁移层(HTL)，发射层(EML)，电子迁移层(ETL)和电子注入层(EIL)。
第二电极225应该被单元象素分隔以便对每个象素施加各自的信号，因为在无源矩阵型有机EL器件中没有形成用于驱动每个象素的开关元件。因此，如果低介电常数的CVD绝缘膜218形成为具有倒置的锥形斜度，则第二电极225只淀积在低介电常数CVD绝缘膜218的顶部以及开口240的底部，不包括具有锥形斜度的开口240的侧壁。结果，在淀积第二电极225期间，第二电极225同时被单元象素分隔。
在常规的无源矩阵型有机EL器件中，低介电常数的高聚合有机绝缘膜用作第二电极和壁的分隔物。因此，不能进行用于提高发光效率的第一电极210的O2等离子处理，因为有机绝缘膜的高聚物很容易由于等离子体而被损害。
相反，在本发明的无源矩阵型有机EL器件中，低介电常数的CVD绝缘膜用作第二电极与壁的分隔物，从而利用O2等离子进行第一电极210的表面处理，由此提高有机EL元件的发光效率。
另外，因为低介电常数的CVD绝缘膜218具有与其它膜的良好粘附性，所以不产生第二电极225的抬起。此外，当驱动有机EL元件时，因为低介电常数的CVD绝缘膜218具有比有机膜更低的吸水性和更高的热阻，所以元件不会劣化。
图4是根据本发明的有机EL器件的电压-电流特性曲线。曲线中，符号◇表示在透明绝缘衬底的整个表面上只形成由ITO构成的第一电极的情形。符号■表示第一电极的表面受到O2等离子处理的情形。符号▲表示在第一电极上淀积低介电常数的CVD绝缘膜、如SiOC膜的情形。符号×表示在淀积SiOC膜之后对第一电极的表面进行O2等离子处理的情形。
参见图4，在由ITO构成的第一电极上淀积低介电常数的CVD绝缘膜、如SiOC膜的情况下(▲)，电压-电流特性比只形成第一电极的情形(◇)劣化得更多。但是，在淀积SiOC膜之后进行O2等离子处理的情形(×)中，电压-电流特性提高到与对其上只形成第一电极的衬底进行O2等离子处理的情形(■)相同的水平。
图5是根据本发明的有机EL器件的亮度-电压特性曲线。
曲线中，符号◇表示在透明绝缘衬底的整个表面上只形成由ITO构成的第一电极的情形。符号■表示对第一电极的表面进行O2等离子处理的情形。符号▲表示在第一电极上淀积低介电常数的CVD绝缘膜、如SiOC膜的情形。符号×表示在淀积SiOC膜之后对第一电极的表面进行O2等离子处理的情形。
参见图5，在由ITO构成的第一电极上淀积低介电常数的CVD绝缘膜、如SiOC膜的情况下(▲)，亮度-电压特性比只形成第一电极的情形(◇)劣化得更多。但是，在淀积SiOC膜之后进行O2等离子处理的情形(×)中，亮度-电压特性提高到与对其上只形成第一电极的衬底进行O2等离子处理的情形(■)相同的水平。
图6是根据本发明的有机EL器件的亮度-电流特性曲线。曲线中，符号◇表示在透明绝缘衬底的整个表面上只形成由ITO构成的第一电极的情形。符号■表示对第一电极的表面进行O2等离子处理的情形。符号▲表示在第一电极上淀积低介电常数的CVD绝缘膜、如SiOC膜的情形。符号x表示在淀积SiOC膜之后对第一电极的表面进行O2等离子处理的情形。
参见图6，在第一电极上淀积SiOC膜并执行O2等离子处理的情况下(×)，与对其上只形成第一电极的衬底进行O2等离子处理的情形(■)相比，获得优良的亮度-电流特性。
根据上述的本发明，包围有机EL层的区域的壁由低介电常数的CVD绝缘膜构成。因为低介电常数的CVD绝缘膜的表面不会由于等离子体而损坏，所以利用O2等离子进行象素电极的表面处理，由此提高发光效率和发光特性。
另外，利用具有良好粘附性和台阶覆盖度的低介电常数的CVD绝缘膜不会造成金属电极(即第二电极)的抬起。此外，在驱动有机EL元件时，因为低介电常数的CVD绝缘膜218具有比有机膜更低的吸水性和更高的热阻，所以元件不会劣化。
尽管已详细描述了本发明，但应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的主旨和范围的前提下，可进行各种变化、替换和更改。
Claims (13)
1.一种有机电致发光器件，包括：
一衬底；
一形成在所述衬底上的第一电极；
一形成在所述第一电极和所述衬底上的低介电常数的CVD绝缘膜，所述CVD膜具有用于暴露所述第一电极的一开口部分；
一形成在所述开口部分上的有机电致发光层；以及
一形成在所述有机电致发光层上的第二电极。
2.如权利要求1所述的器件，其中所述CVD绝缘膜由SiOC构成。
3.如权利要求1所述的器件，其中所述CVD绝缘膜具有小于约3.5的介电常数。
4.如权利要求1所述的器件，其中所述CVD绝缘膜形成为具有大于约1μm的厚度。
5.一种有机电致发光器件，包括：
一衬底；
一薄膜晶体管，其形成在所述衬底上并具有一有源图案、一栅极绝缘膜、一栅电极和源/漏电极；
一钝化层，其形成在所述薄膜晶体管和所述衬底上；
一象素电极，其形成在所述钝化层上从而与所述薄膜晶体管连接；
一形成在所述象素电极和所述钝化层上的低介电常数的CVD绝缘膜，所述CVD绝缘膜具有用于暴露所述象素电极的一开口部分；
一有机电致发光层，其形成在所述开口部分上；以及
一金属电极，其形成在所述有机电致发光层和所述低介电常数的CVD绝缘膜上。
6.如权利要求5所述的器件，其中所述CVD绝缘膜由SiOC构成。
7.如权利要求5所述的器件，其中所述CVD绝缘膜具有小于约3.5的介电常数。
8.如权利要求5所述的器件，其中所述CVD绝缘膜具有大于约1μm的厚度。
9.如权利要求5所述的器件，其中所述CVD绝缘膜与所述象素电极的边缘部分在大于约1μm的宽度内彼此重叠。
10.一种有机电致发光器件，包括：
一衬底；
一形成在所述衬底上的条形的第一电极；
一形成在所述第一电极和所述衬底上的低介电常数的CVD绝缘膜，所述CVD绝缘膜含有形成在所述第一电极上的具有锥形的一开口部分；
一形成在所述开口部分上的有机电致发光层；以及
一形成在所述有机电致发光层上的条形的第二电极，所述条形的第二电极排布为与所述第一电极交叉。
11.如权利要求10所述的器件，其中所述CVD绝缘膜由SiOC构成。
12.如权利要求10所述的器件，其中所述CVD绝缘膜具有小于约3.5的介电常数。
13.如权利要求10所述的器件，其中所述CVD绝缘膜具有大于约1μm的厚度。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20050615 |