TW200414099A

TW200414099A - Active-type organic electroluminescent display and fabrication method thereof

Info

Publication number: TW200414099A
Application number: TW092101326A
Authority: TW
Inventors: Shih-Chang Chang; Hsui-Chun Hsieh; Yaw-Ming Tsai
Original assignee: Toppoly Optoelectronics Corp
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-01
Also published as: TWI228687B; JP2004228067A; US7023131B2; US20040169460A1

Description

200414099 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域本發明係有關於主動式有機電激發光（AM-0LED)顯示器與製程，特別有關於一種具有改善陽極透明導電層表面粗糙度結構之主動式有機電激發光（AM_0LED)顯示器與製矛呈° 先前技術有機發光二極體（OLED; organic light emitting diode)為使用有機層作為主動層（active layer)的發光二極體’近年來已漸漸使用於平面面板顯示器（f panel d i s p 1 a y )上，依驅動方式可區分為被動式有機電激發光 (PM-0LED)及主動式有機電激發光（AM_〇LED)顯示器。主動式有機電激發光（AM-0LED)顯示器的發光原理是於特定的有機薄膜積層加上電流以使電能轉換成光能，其具有面發光的彳寸彳政、自發光的高發光效率以及低驅動電壓等優點，且具有廣視角、高對比、高應答速度、全彩化及可撓曲化的特性。至於TFT元件的製作上，可採用多晶矽 (poly-silicon)、非晶石夕（amorphous silicon， a-Si:H) 或有機半導體材料。銦錫氧化物（Indium Tin Oxide ， ΙΤ0)因其功函數冋、具有良好的導電度及在可見光範圍的高透明度而被廣泛的作為主動式有機電激發光（AM —0LED)顯示元件的陽/、極。而銦錫氧化物作為主動式有機電激發光（AM —〇LED) _ 示元件的陽極時，其表面之粗糙度（r0Ughness)足以左右

200414099 五、發明說明（2) 有機電激發光元件的特性及壽命。陽極透明導電層表面之粗糙度會影響有機電激發光元件之光電特性，透明導電層表面粗縫度如果較高，勢必降低有機電激發光元件之發光效率’而且會引起不平整的銦錫氧化物尖端會產生尖端放

電的效應，使有機層被擊穿，導致有機電激發光元件^ 路。 X 銦錫氧化物ΙΤ0表面粗糙度受其製程方式及其載層 (under layer)的粗糙度所影響。目前利用濺鍍法形^銦錫氧化物（ιτο)透明導電層，其銦錫氧化物（IT〇)表面之粗糙度已可以達到lnm以下。不像被動式有機電激發光 (PMiEDj元件可以將銦錫氧化物（丨TQ)直接形成於平整之 ί (或是直接使用銦錫氧化物玻璃（J τ 〇 g 1 a s s )), 動式有機電激發光（AM-0LED)顯示元化物通常被形成於—載層(一r layer二二= = 其載層(二= 離層，再將銦錫氧化物f τ 有桟材貝做為隔導電層其表面平均粒料二、關係，使得形成於其上的透明 3 〜4·，約為一般透明"^r〇Ughness aVerage， Ra)高 )的三到四倍，嚴重適用標準(平均粗糖度約lnm 其不平整的尖端〇牛低有掩電激發光元件之發光效率，穿，導致該畫素短路。大端放電效應，使有機層被擊

Μ .^773-9243TWF(Nl) ； P91173 ； Phoel iP-Ptd 第6頁五、發明說明（3) 發明内容有鏗於此，本發 ^ 發光顯示器，以絕緣；、八目〃的係提供一種主動式有機電數 (〇rganic materia^ =、介電材質）取代傳統利用有機材質 (under layer)的方法為透明導電層（像是IT0)載層、載層使得透明導電層以解決有機材質做為透明導電層 average，Ra)增加厂、表面平均粗糙度（roughness (特性）下降及漏9電^’等導@致3有機電激發光元件之發光效率再者，本發明之另—曰 y 式有機電激發光顯示器 $係為提供本發明所述之主動平均粗糙度之透明導^W造方法，以形成一具有低表面為達成本發明之上、水勺主動式有機電激發光顯示器。機電激發光顯示器，至= ==，本發明提供一種主動式有成於基板之上，作A古=包含一基板；複數個電晶體，形由介電材質構成之第一:放發光顯示器的控制電路；— 一由有機材質構成之楚匕後層形成於基板及電晶體之上. 該第二包覆層在匕覆！形成於第-包覆層之上：一晝素電極形成於上述疋義出一晝素電極預定區；成於晝素電極兩侧侧壁及第疋區，一絕緣層至少形極體材料層，形成於夫了匕覆層之上；一有機發光二緣層之表蔽之畫素電極及絕材質上之有機發先極形成於該平坦口其1%極表面粗糙度較低，不第7頁 \0773-9243T\VF(Nl)；P91173；Ph〇ellp.ptd 200414099 五、發明說明（4) 易產生尖端放電根據本發明電激發光顯示器提供一基板形成複數個光顯示器的控制形成一由介政應而使得元件短路 ^ 久漏畲、、六之另-目的，本發明係為〜：：的製造方法，至少包八種主動式有機； S下列步驟：電晶體於該基板之上，電路； 4該有機電激發上；形成一第二刻去除部份第素電極預定區電材質所構成之第一自承匕设層於該基板包覆層於該第一包覆層之包覆層，以在該第一包覆層之上，並以罩幕蝕上定義出一晝形成一晝素電極於該第一包覆層上區，且耦接於上至少形成一素電極之一部份區；述電晶體；絕緣層於該晝素電極之上，之遠晝素電極預定且預留出該書，以形成一有機發光二極體材料層預定至少形成一有機發光二極體材料層預定區；以及料層於該有機發光二極形成一金屬層於該有機發光二極體材料層之上。本發明之特徵係在於以絕緣層（介電材質）取代傳統利用有機材質（organic material)做為透明導電層（像是 IT0)之載層（un(ier iayer)，使得該透明導電層表面平均粗糙度（roughness average，Ra)降低（降至 1.5nm 以下，為使用有機材質做為透明導電層載層之1/2至1/3以下），

陽極之i 2 ί =，式有機電激發光（AM—0LED)顯示元件漏電流等問；¥致有機電激發光元件之發光效率下降及為了讓本發明> μ、+ 懂，下文說明實施之太7其他目的和特徵能更明顯易如下：万式’亚配合所附圖示，作詳細說明實施方式本發明係提供—綠七h^ 緣層（介電材質)取代值J有機電激發光顯示器，以絕 ,.1Λ 、」取代傳統利用有機材質（organic ( ^ ^ITO) rn ^ (under layer) 機材質做為透明導電層之載層致使透明力，二=二、句粗糙度（roughness aVerage，Ra)增、 K電激發光元件之發光效率下降及漏電流等問適。士 ι f ¥電層1το形成於任何不同載層（under layer)上時’其穿透率幾+是與沒有形&於載層（只形成於透明玻璃）一樣，然而透明導電層I T〇表面之平均粗糙度 (roughness average，Ra)卻會因其載層（und= 不同而隨之改變。分別將透明導電層丨τ〇以錢鍍 (sputtering)方式形成於玻璃（即沒有載層）、Χ氧化矽 (SiOx ’介電材質）、氮化矽（SlNx，介電材質）、有機材質 A (耐熱透明絕緣物’ J S R日本合成橡膠編號p [ 4 〇 3 )及有機'

^M73-9243TWF(N1) ； P91173 ； Phoelip.ptd 第9頁 200414099 五、發明說明（6) -----；材質B(耐熱透明絕緣物，JSR日本合成橡膠編號上’當透明導電層ΙΤ0之膜厚設定為750A時，IT0表平均粗糙度（r0Ughness average，Ra)與不 1 0 X / ,. ^ 1J n yf (under layer)(或沒有載層）之關係如表1所示；載層表面之平均粗騷度(nrn) _璃(沒有載層） 0.99 — 氧化矽 0.86 氮化矽 0.61 有機材質A 3.08 — 有機材質B Γ 3.67 PMOLED所用之IT0坡璃 0.7δ·

表1 :透明導電層ΙΤ0(厚度7 5 0 A時）其表面度（Ra)與不同載層之關係十3租I 而當透明導電層ΙΤ0之膜厚設定為150〇a時，ΙΤ〇表面之、，均粗糙度（roughness average，Ra)與不同载層平 layer)(或沒有載層）之關係如表2所示。曰 Γ "SS — μ袠面之平均粗糙度(jim) 坡璃(沒有載層） 1.36 m化矽 1 1.47 氮化矽 1.27 有機材質A 3.42 有機材質B 3.63

200414099 五、發明說明（7) 表2··透明導電層IT〇(厚度15〇〇 A 糙度（Ra)與不同載層之關係才）/、表面之平均粗由表1及表2可知，在透明導電声、粗糙度（Ra)約為〇 86 fi1 上之表面平均 ^ ^# f -(. ΓΛ 4 ;;A r! 1"ιτ〇 ^ 面平均粗糙度超過3nm來的低有二材質β)所得的表透明導電層ιτο厚度為15〇〇Α時（IT〇2t ί,ΐ發生在粗糙度也越高），ΙΤ0形成於氧化石夕及氮予化予日寸表面千均 Τ糙度遠比將透明導電層ΙΤ0形成於有 1 Τ : 同載層下以原子力顯微編二週）分別觀察透明導電層m其表面形貌叩e， morphology)的情形。由圖中可清楚得知’ 導電層厚度為75 0 A或1 5 0 0 A時，不口間疋在透月化石夕及氮化石夕上(如第lb圖：第月！9電謂形成於氧形態圖)之表面平整度遠比將透‘：;圖及第2c圖之質上(如第_、第le圖，圖月； Π = 。第3a圖至第3e圖及第4a圖至第4e圖 h頁不在不同載層下以掃描式電子顯微鏡

Electron M1Cr〇SC〇pe，SEM)分別觀察透明電 ..,0773-9243T\\iF(Nl) ； P91173 ； Phoelip.ptd * 11頁 200414099

情形，同樣地證明將透明導電層丨T〇形成於介 ^ 化矽及氮化矽）上取代形成於有機材質上，可貝（如乳透明導電層I Τ0表面平均粗糙度。的改善由上所述，可知將透明導電層丨T〇形成於严化矽上可改善透明導電層ΙΤ0表面平均粗糙度。及氮此結構引進主動式有機電激發光（AM-0LED)顯示亓二日f將實施例首先，提供一基板1 〇，請參考第5 a圖。該基板一 J:士板，可為透光之玻璃或塑膠材質。#為基板，其材質可為聚乙烯對苯二甲酯 (pC^yethyleneterephthalate)、聚酉旨（p〇lyester)、聚碳 fecfe(p〇lyCarb〇nates)、聚丙烯酸醋（p〇iyacryla1：es)或是聚苯乙烯（P〇iystyrene)。在此一基板1〇上形成緩衝層 (、^U^er layer)30，且在緩衝層30上形成閘極絕緣層32及複數個電晶體20，以作為該有機電激發光顯示器的控制電路。該電晶體係為薄膜電晶體（thin film transist〇r， TFT)丄可以是多晶石夕薄膜電晶體、非晶矽薄膜電晶體或是有機薄膜電晶體。接著，形成一由介電材質所構成之第一 =覆層34於該基板電晶體及其他區域之表面，露出電晶體叙以晝ΐ電極相接之汲極2 1。在此，形成一由介電材質所構成之第一包覆層34的方法可為濺鍍（sputtering)或電漿強化式化學氣相沉積（PECVD)方式。而可作為第一包覆層 3 4之’I電材質係擇自絕緣之氧化物、碳化物、氮化物及其

200414099 五、發明說明（9) 、、且&物所組成之族群中，像是氧化砍（S i 〇 X )、氧化銘 (Al〇x)、氧化鎮（Mg〇)、氮化石夕（SiNx)、氮化銘（AINx)或是氟化鎂（MgFx)等。如第5 b圖所示，在第一包覆層3 4上及電晶體欲以晝素電極相接之汲極21上形成第二包覆層36，此第二包覆層36 係為有機材質，可擇自丙烯酸樹脂（Aery 1 ic resin)、聚亞驢胺（po 1 y i m i de )或透明光阻材質中，可利用感光或加 $使之固化。接著定義出晝素電極（即有機電激發光二極，之陽極，為一透明導電層）預定區5 5，利用蝕刻方式以第包覆層3 4做為钱刻停止層，去除部份第二包覆層 36(為有機材質），曝露出晝素電極預定區55，請參^第“ 圖。其中去除部份第二包覆層3 6之蝕刻方式可為乾蝕列方式。利用遮罩(mask)，定義出4素電極5。(即]有戈掩电激發光二極體之陽極，為一透明導電層）於第一包罗上之晝素電極預定區55内’且耦接於上述電晶復 g = 1，如圖5d所示。此晝素電極5〇可為銦錫氧化 T0、錮辞氧化物（IZ〇)、鋅銘氧化物（Az())或 Π而此晝素電極50(為透明材質)可由賤鍍法、電ί 束瘵鍍法、熱蒸鍍法、化學氣相鐘電子形成。朕忐及贺務熱裂解法所 α β V叹工部絕緣声 (top-insulator )38於該晝素電極5〇上，、日作為蝕刻停止層，對此絕緣層38蝕刻 ^素電極50 50上之有機發光二極體 $ μ忠素電相預疋£45，預留晝素電極5(

200414099 五、發明說明（10) 底部位置，並在其上形成有機發光二機發光二極體材料層40可為小分子:=材料層40。此有體材料’若為小分子有機發光二極=子有機發光二極鍍方式形成有機發光二極體材料芦·^+材/^，可利用真空蒸二極體材料，貝,!可使用旋：，右為，分子有機發光形成2機發光二極體材料層。賀墨或網版印刷等方式最後，如第5 f圖所示，在有楼，成-金屬層52作為該有機發光二極材料層4〇上 =之方式可為真空熱蒸錄或賤錄Π 之材料可選自Ca、Ag、Mg、Al、Ll及n 屬負電極屬材料或複合金屬材料。一匕-工作幽數之金，之2之：法t為將晝素電極7〇(即有機電激發光二極之電，於有機材_上(也就是 I々Μ况之弟一包覆層），其結構如 .π0 θ5 ^ 本發明之實施例與傳統技術之差里，在4為明頒區別 "(耐熱透日編象物，⑽日本合成橡在膠有及機/ 作為如圖6所示之主動式有機電It成 =有：材量測其發光效率，再與：= :仔之兀件（其結構如圖7所示），其發光效率作一比較在以虱化矽（Sl〇x)或氮化矽（SlNx)等介電材質所為電層ιτο之載層，其發光效率（efflciency， cd/ ”盘益¥ 層(玻璃基板）之元件相比幾乎相同（“氧化石夕做為載:時 >率可達17.2Cd/m2，沒有載層之元件約為17.6(：d/m”，而

_：077|-9243TWF(N1) ； P91173 ； Phoelip.ptd 第14頁 200414099

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第1 a圖至第1 e圖顯示在不同載層下以原子力顯微鏡 (atomic force microSc〇pe，AFM)觀察 IT〇表面（IT〇厚度為7 5 0 A )之形態圖’載層分為別（1 a)玻璃（沒有載層）、 (lb)氧化矽、（ic)氮化矽、（ld)有機材質“pc4〇3)及（^) 有機材質B(PC415)。第2a圖至第2e圖顯示在不同載層下以原子力顯微鏡 (atonuc: force micr〇scope，AFM)觀察 IT〇表面（IT〇厚度為ΐ5〇α a)之形態圖，載層分為別（2a)玻璃（沒有載層）、 (2b)氧化矽、（2c)氮化矽、（2d)有機材質a(PC40 3 )及（2e)

有機材質B(PC415)。第3 a圖至第3 e圖顯示在不同載層下以掃描式電子顯微鏡（Scanning Electr〇n Micr〇sc〇pe，SEM)觀察 π〇表面 (ΙΤΟ厚度為7 5 0 Α)之形態圖，載層分為別（3a)玻璃（沒有載層）、（3b)氧化矽、（3c)氮化矽、（3d)有機材質 MPC403)及（3e)有機材質b(pc415)。第4a圖至第4e圖顯示在不同載層下以掃描式電子顯微

鏡（scanning Electron Microsc〇pe , SEM)觀察 ιτ〇表面 (I ΤΟ厚度為1 5 0 0 Α)之形態圖，載層分為別（4a)玻璃（沒有載層）、（4b)氧化矽、（4c)氮化矽、（4d)有機材質 A(PC403)及（4e)有機材質β(ρ〇4ΐ5)。、之主動式有機電激發光顯第5 a圖至第5 f圖顯示本發明示器其製作流程。第6圖顯示將畫素電極（即有機電激發光二極體之陽極，為一透明導電層）形成於有機材f上之主動式有機電

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第17頁

Claims

/、、申清專利範圍一基板；動式有機電激發光顯示器複數個電S嘴發光顯示器的;電‘戍於該基板之上晶體=電材質構成之第-包至少包含作為該有機電、覆層形成於該基板及該電由有機材質構成之一之上，且該第二包覆層々f —包覆層形成於該第—包覆層預定區； θ弟一包覆層上定義出一晝素電極一晝素電極形成於區；、〜弟一包覆層上之畫素電極預定一絕緣層至少形成於 -有機發光二極體材;;；素=兩側側壁；被該絕緣層遮蔽之表面上”;二及乂形成於5亥晝素電極未 9 Γ ί層，·成於1亥有機發光二極體材料層之上。 $二口明專利靶圍第1項所述之主動式有機電激發光娟不益，其中該晝素電極耦接於該電晶體。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之主動式有機電激發光顯示器，其中該基板係為透光之玻璃或塑膠基板。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之主動式有機電激發光顯示器，其中該塑膠基板之材質係為聚乙烯對苯二甲酯 (polyethyleneterephthalate)、聚醋（polyes1:er)、聚碳酸酯（polycarbonates)、聚丙蛾酸酯（P〇lyacrylates)或是聚苯乙烯（polystyrene)。

0773-9243TWF(Nl) ； P91173 ； Phoelip.ptd 第18頁 200414099

申3專利範圍第1項所述之主動式有機電激發光顯不器，其中該電晶體係為薄膜電晶體（thin film transistor， TFT) 〇一6^如申明專利範圍第5項所述之主動式有機電激發光 ^ ^ ”中°亥溥膜電晶體係為多晶矽薄膜電晶體、#晶石夕薄膜電晶體或是有機薄膜電晶體。日—如申明專利範圍第6項所述之主動式有機電激發光綠不為’其中該多晶矽薄膜電晶體係以低溫製造技術完成者0 日一二如申請專利範圍第1項所述之主動式有機電激發光顯不器’其中構成該第-包覆層之介電材質係擇自絕緣之虱化物、碳化物、氮化物及其組合物所組成之族群中。一 9二如申明專利範圍第1項所述之主動式有機電激發光顯不态’其中構成該第一包覆層之介電材質係為氧化矽 tSl〇X)、氧化鋁（Α10χ)、氧化鎂（Mgo)、氮化矽（SiNX)、氮化鋁（AINx)或是氟化鎂（MgFx)。曰如申請專利範圍第丨項所述之主動式有機電激發光喊不盗，其中該晝素電極為一透明導電材質，係為銦錫化物（ΙΤ0)、銦鋅氧化物（IZ0)、鋅鋁氧化物化鋅（ZnO)。平1i 一 1 1 ·如申明專利範圍第丨項所述之主動式有機電激發 = 中構成該第二包覆層之該有機材質係為丙烯酸树月曰（Acrylic resin)、聚亞醯胺（p〇lyiffiide)或是透明阻材料。 ϋ

申凊專利範圍 1 2·如申,專利々 -：-L-- …：有:心二第1項所述之主動式有機電激發光子有機發光二極體材^二極體材料層係、為小分？或高分 13·—種主動式有至乂包含下列步驟：成電激發光顯示器的製作方法提供一基板；作為該有機電激發形成複數個雷曰峡光顯示器的控制電:^該基板之上. 上形成一由介電材質、斤構成之第一包覆層於該基板之刻去除部份；二向：：於邊第-包覆層之上，並以罩幕蝕素電極預定區；後g ，以在該第一包覆層上定義出一畫區’且耦接於上弟-包覆層上之該晝素電極預定素電ii:::絕=:該3素電極之上，且預留出該畫區；以形成一有機發光二極體材料層預定體材=ΐ:有光二極體材料層於該有機發光二極 t成金屬層於該有機發光二極體材料層之上光顯1二·：:二專利、範圍第13項所述之主動… 、、衣乍方法，其中在形成該第一包覆層之步驟更包括使用化學機械研磨製程對該第一包覆層的表面ς行平 ,.PJ73-9243TWF(N1) ； P91173 ； Phoelip.ptd 第20頁 200414099 一· 六、申請專利範圍坦化處理。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3項所述之主動式有機带$ 光顯示器的製作方法，其中該電晶體係為薄臈電曰曰:體放發 (thin film transistor TFT)。 — 1 6 ·如申請專利範圍第丨5項所述之主動式有機光顯示器的製作方法，其中該薄膜電晶體係為多晶矽電晶體、非晶矽薄膜電晶體或是有機薄膜電晶體。Λ 、 1 7 ·如申請專利範圍第丨6項所述之主動式有機電激光顯示器的製作方法，其中該多晶矽薄膜電晶體以I 製造技術完成者。 μ 1 8·如申請專利範圍第丨3項所述之主動式有機電激發光顯示器的製作方法，其中構成該第一包覆層之介電材χ質係擇自絕緣之氧化物、碳化物、氮化物及其組合物所組2 之族群中。 1 9.如申請專利範圍第丨3項所述之主動式有機電激發光顯示裔的製作方法，其中構成該第一包覆層之介電材質係為氧化矽（SiOx)、氧化鋁（Αίοχ)、氧化鎂（Mg〇)、氮化矽（SiNx)、氮化鋁（AINx)或是氟化鎂（MgFx)。如申請專利範圍第丨3項所述之主動式有機電激發光顯示為的製作方法’其中該畫素電極為一透明導電材質，係為銦錫氧化物（ΙΤ0)、銦鋅氧化物（IZ0)、辞銘氧化物（ΑΖ0)或是氧化辞（ZnO)。 21.如申請專利範圍第13項所述之主動式有機電激發光顯示器的製作方法，其中該透明導電材質係由濺鍍法、

,J773-9243TWF(N1) ； P91173 ； Phoelip.ptd 第21頁 200414099 六、申請專利範圍電子束蒸鍍法、熱蒸鍍法、化學氣相錢暝法或是噴霧熱裂解法形成。 2 2 ·如申請專利範圍第1 3項所迷之主動式有機電激發光顯示器的製作方法，其中形成/由介電材質所構成之第一包覆層之製作方式係以濺射或電衆強化式化學氣相沉積方式。 2 3 ·如申睛專利範圍第1 3項所达之主動式有機電激發光顯示器的製作方法，其中構成該弟一包覆層之有機材質係為丙烯酸樹脂（A c r y 1 i c r e s i η )、♦亞驢胺（p 〇；[ v彳· η人或是透明光阻材料。 2 4 _如申請專利範圍第丨3項所述之主動式有機電激發光顯示器的製作方法，其中該有機發光二極體材料声$ 小分子或高分子有機發光二極體材料。㈢/'μ 25·如申請專利範圍第24項所述之主動式有光顯不器的製作方法，其中該小分子有機發光？〜係利用真空蒸鍍方式形成有機發光二極體材料層。肢材料 2一6 ^如申請專利範圍第24項所述之主動式有光顯不為、的製作方法，其中該高分子有機發光_ 士〜彷發係利用旋轉塗佈、噴墨或網版印刷方式形成有^ ^體材料體材料層。钱發光二極

..:：0773-9243TWF(Nl) ； P91173 ； Phoelip.ptd 第22頁