TW201440275A

TW201440275A - 有機電子發光器件及其製造方法

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Publication number: TW201440275A
Application number: TW102114857A
Authority: TW
Inventors: Fei Hong
Original assignee: Everdisplay Optronics Shanghai Ltd
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2014-10-16
Also published as: US20140299852A1; TWI509855B; CN103219463B; US9105592B2; CN103219463A

Abstract

本發明提供了一種有機電子發光器件及其製造方法。有機電子發光器件包括：基板、形成於基板上表面的第一柵電極、形成於基板上表面並覆蓋第一柵電極的第一絕緣層、形成於第一絕緣層上表面的有機層、形成於有機層上表面的第二絕緣層、形成於第二絕緣層上表面的第二柵電極，以及形成於第一絕緣層和第二絕緣層之間並分別位於有機層兩側的源電極和汲電極，其中有機層包括至少兩層導電類型不同的有機層。

Description

有機電子發光器件及其製造方法

本發明是關於一種有機電子發光器件及其製造方法。

自從20世紀80年代有機場效應電晶體和疊層結構有機發光二極體被報導以來，有機電子器件得到了廣泛的關注和快速的發展。由於有機半導體製備成本低、柔韌性好、可大面積製備等優點，所以有機光電器件在大面積平板顯示、柔性顯示以及照明領域將會有無限的應用空間。作為顯示器的應用元件有機發光二極體(OLED)已經被實用化。通過使用OLED，可以得到比LCD更高的色彩飽和度、更大的視角、更高的對比度、更省電的顯示面板。

在主動陣列有機發光二極體(Active-matrix organiclight-emitting diode，AMOLED)顯示中，需要使用薄膜電晶體(TFT)陣列來控制OLED的開關狀態。所以AMOLED面板的製備過程需要先在玻璃基板上構建TFT陣列，然後再製備OLED發光器件。其製造工序相當複雜，而且TFT陣列佔據的圖元空間較大，使得顯示圖元的開口率較低，圖元密度很難做高。

本發明的一個目的在於提供一種集發光與控制開關功能於一體的有機電子發光器件，以解決現有技術中的問題。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：本發明提供一種有機電子發光器件，包括：基板、形成於所述基板上表面的第一柵電極、形成於所述基板上表面並覆蓋所述第一柵電極的第一絕緣層、形成於所述第一絕緣層上表面的有機層、形成於所述有機層上表面的第二絕緣層、形成於所述第二絕緣層上表面的第二柵電極，以及形成於所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間並分別位於有機層兩側的源電極和汲電極，所述有機層包括至少兩層導電類型不同的有機層。

根據本發明的一實施方式，所述有機層包括形成於第一絕緣層上表面的第一有機層和形成於所述第一有機層上表面的第二有機層。

根據本發明的一實施方式，所述源電極形成於所述第一絕緣層的上表面、第一有機層上表面、第二有機層下表面或第二絕緣層下表面。

根據本發明的一實施方式，所述汲電極形成於所述第一絕緣層的上表面、第一有機層上表面、第二有機層下表面或第二絕緣層下表面。

根據本發明的一實施方式，所述源電極和所述汲電極均形成於所述第一有機層上表面。

根據本發明的一實施方式，所述有機電子發光器件還包括：設於所述第二有機層和所述第二絕緣層之間的緩衝層。

根據本發明的一實施方式，所述第一柵電極和所述第二柵電極各自是由ITO、Mo、Cr、Au、Mg、Ca、Ag、Al、Cu、W中的一種金屬形成的金屬層，或者由這些金屬中的兩種或多種形成的合金層，或者由至少兩層金屬層形成的疊層結構，或者由至少兩層合金層形成的疊層結構，或者由至少一種金屬層和至少一種合金層形成的疊層結構。

根據本發明的一實施方式，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層各自是由SiO2、SiNx、Al2O3中的一種或多種形成的無機絕緣層，或者由PVA、PMMA、PS、PVP中的一種或多種形成的有機絕緣層，或者由至少兩種無機絕緣層形成的疊層結構，或者由至少兩種有機絕緣層形成的疊層結構，或者由至少一種無機絕緣層和至少一種有機絕緣層形成的疊層結構。

根據本發明的一實施方式，所述第一有機層和所述第二有機層各自是由有機小分子材料或有機小分子摻雜材料形成的有機小分子層，或者是由有機聚合物材料或由有機聚合物摻雜材料形成的有機聚合物層，或者由至少兩層有機小分子層形成的疊層結構，或者由至少兩層有機聚合物層形成的疊層結構，或者由至少一層有機小分子層和至少一層有機聚合物層形成的疊層結構。

根據本發明的一實施方式，所述源電極和汲電極各自是由Au、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的一種金屬形成的金屬層，或者由這些金屬中的兩種或多種形成的合金層，或者由至少一金屬層和至少一合金層或者至少兩層金屬層或者至少兩層合金層形成的疊層結構。

根據本發明的一實施方式，由至少兩層金屬層形成的疊層結構中，至少有一種金屬的功函數低於4.3eV，至少有一種金屬的功函數高於4.3eV。

根據本發明的一實施方式，所述源電極和汲電極均為Mg/Ag合金。

根據本發明的一實施方式，所述有機層包括形成於第一絕緣層上表面的第一有機層、形成於所述第一有機層上表面的第三有機層和形成於所述第二有機層上表面的第三有機層。

根據本發明的一實施方式，所述源電極形成於所述第一絕緣層的上表面、第一有機層上表面、第二有機層下表面、第三有機層上表面、第三有機層下表面或第二絕緣層下表面。

根據本發明的一實施方式，所述汲電極形成於所述第一絕緣層的上表面、第一有機層上表面、第二有機層下表面第三有機層上表面、第三有機層下表面或第二絕緣層下表面。

根據本發明的一實施方式，所述基板是柔性基板。

根據本發明的一實施方式，所述基板是透明基板。

根據本發明的一實施方式，所述第一有機層是N 型有機半導體和P型有機半導體中的一種，所述第二有機層是N型有機半導體和P型有機半導體中的另一種。

根據本發明的一實施方式，所述第一有機層是N型有機半導體，所述第二有機層是P型有機半導體，用於向所述第二有機層注入電洞的源電極加正向偏壓，用於向所述第一有機層注入電子的汲電極加負向偏壓，所述第一柵電極加負向偏壓，所述第二柵電極加正向偏壓。

根據本發明的一實施方式，所述第三有機層是N型有機半導體、P型有機半導體、雙極型有機半導體或者包含主體和客體的摻雜材料型有機半導體。

本發明提供一種有機電子發光器件的製造方法，包括如下步驟：步驟S1：提供一基板；步驟S2：在基板上形成一導電層，並將該導電層圖形化形成第一柵電極；步驟S3：在第一柵電極上形成第一絕緣層；步驟S4：在第一絕緣層上形成有機層；步驟S5：在有機層上兩側形成源電極和汲電極；步驟S6：在源電極和汲電極上形成第二絕緣層；步驟S7：在第二絕緣層上形成第二柵電極。

根據本發明的一實施方式，所述步驟S2中，通過磁控濺射工藝或氣相沉積工藝或蒸鍍工藝形成所述導電層。

根據本發明的一實施方式，所述步驟S3中，採用電漿化學氣相沈積工藝或旋塗工藝在第一柵電極上製備第一絕緣層。

根據本發明的一實施方式，所述步驟S4中，在第一絕緣層上採用旋塗工藝或採用印刷工藝、轉印工藝、或採用漏掩膜板蒸鍍形成有機層。

根據本發明的一實施方式，所述步驟S5中，採用印刷工藝或轉印工藝或採用漏掩膜板在有機層上蒸鍍形成源電極和汲電極。

根據本發明的一實施方式，所述步驟S5中，依次採用印刷工藝或轉印工藝採用漏掩膜板在第一有機層上蒸鍍形成至少兩層金屬層，或至少兩層合金層，或至少一層金屬層和至少一層合金層而形成疊層結構的源電極和汲電極。

根據本發明的一實施方式，所述步驟S6中，先在有機層上形成緩衝層，然後再在緩衝層上形成第二絕緣層。

根據本發明的一實施方式，所述步驟S6中，採用電漿化學氣相沈積工藝或旋塗工藝在緩衝層上形成第二絕緣層。

根據本發明的一實施方式，所述步驟S7中，在第二絕緣層上採用漏掩膜板蒸鍍形成第二柵電極。

由上述技術方案可知，本發明的有機電子發光器件的優點和積極效果在於：本發明的有機電子發光器件包括至少兩層有機層、兩個柵電極、源電極和汲電極。源電極和汲電極分別能持續地向兩個有機層注入電洞和電子，在柵電極的電場作用下，電洞和電子在兩層有機層的介面處複合發光，或者在位於中間的有機層中複合發光；同時通過斷開至少一個柵電極控制整個有機電子發光器件關閉不發光，而無須額外的器件控制開關狀態。因此本發明的有機電子發光器件集發光功能和控制開關功能於一體，不僅結構緊湊，顯著提高了圖元的開口率，而且制程工藝簡單，大幅降低成本。

通過以下參照附圖對優選實施例的說明，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更加明顯。

100‧‧‧基板

1‧‧‧第一柵電極

2‧‧‧第一絕緣層

3‧‧‧第一有機層

4‧‧‧第二有機層

5‧‧‧第二絕緣層

6‧‧‧第二柵電極

7‧‧‧源電極

8‧‧‧汲電極

9‧‧‧第三有機層

圖1是本發明的有機電子發光器件第一實施例的結構示意圖。

圖2是本發明的有機電子發光器件第二實施例的結構示意圖。

圖3是本發明的有機電子發光器件第二實施例的工作原理示意圖。

圖4是本發明的有機電子發光器件第三實施例的結構示意圖。

下面將詳細描述本發明的具體實施例。應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。

本發明中，基板100的設置第一柵電極的一面為上表面，與之相反的另一面為下表面；其它結構的上表面、下表面與基板100的上表面、下表面一致。

實施例1

如圖1所示，本發明的有機電子發光器件第一實施例主要包含基板100、4個電極兩個絕緣層和兩個有機層。詳細來說，該有機電子發光器件第一實施例包含基板100、形成於基板100上表面的第一柵電極1、形成於基板100上表面並覆蓋第一柵電極1的第一絕緣層2、形成於第一絕緣層2上表面的第一有機層3、形成於第一有機層3上表面兩側的源電極7和汲電極8、形成於第一有機層3剩餘部分上表面及源電極7和汲電極8上表面的第二有機層4、形成於上表面及第二有機層4上表面的第二絕緣層5以及形成於第二絕緣層5上表面的第二柵電極6。

基板100可以是透明基板，還可以是柔性基板。

第二有機層4的導電類型不同於第一有機層3，例如第一有機層3為N型，則第二有機層4為P型，反之亦可。第一柵電極1和第二柵電極6控制器件的開關狀態，源電極7和汲電極8提供載流子的輸運電壓。

第一柵電極1和第二柵電極6各自是由導電玻璃(Indium Tin Oxide，ITO)、Mo、Cr、Au、Mg、Ca、Ag、Al、Cu、W中的一種金屬形成的金屬層，或者由這些金屬中的兩種或多種形成的合金層，或者由至少兩種金屬層形成的疊層結構，或者由至少兩種合金層形成的疊層結構，或者由至少一種金屬層和至少一種合金層形成的疊層結構。第一柵電極1和第二柵電極6的結構、材料可以相同，也可不同。

第一絕緣層2和第二絕緣層5可以各自是由無機物SiO2、SiNx、Al2O3中的一種或多種形成的無機絕緣層，或者由有機物聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate)),PMMA)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)中的一種或多種形成的有機絕緣層，或者由至少兩種無機絕緣層形成的疊層結構，或者由至少兩種有機絕緣層形成的疊層結構，或者由至少一種無機絕緣層和至少一種有機絕緣層形成的疊層結構。第一絕緣層2和第二絕緣層5的結構、材料可以相同，也可不同。第一絕緣層2和第二絕緣層5分別是第一柵極和第二柵極的柵絕緣層，通過柵極電壓和柵電容調控第二有機層4和第一有機層3的載流子濃度(類似於TFT的柵電容的功能)。其中柵電極2採用疊層結構有兩個有益效果，一是雙層或多層絕緣結構起到更好的絕緣效果；二是上層絕緣層作為下層絕緣層的修飾層，使得在在上層絕緣層上沉積的有機層更為有序，以提高有機薄膜的緻密性和遷移率水準。其中第二絕緣層5採用雙層絕緣層的主要效果是下層絕緣層充當緩衝(buffer)層，使得上層絕緣層製備時減少有機膜受到的傷害。

第一有機層3和第二有機層4可以各自是由有機小分子材料或有機小分子摻雜材料形成的有機小分子層，或者是由有機聚合物材料或由有機聚合物摻雜材料形成的有機聚合物層，或者由至少兩層有機小分子層形成的疊層結構，或者由至少兩層有機聚合物層形成的疊層結構，或者由至少一有機小分子層和至少一有機聚合物層形成的疊層結構。第一有機層3和第二有機層4的結構、材料可以相同，也可不同。第一有機層3和第二有機層4分別是充當電子注入傳輸層和電洞注入傳輸層。電子和電洞在第一有機層3和第二有機層4相連的介面處傳輸以及複合發光。

源電極7和汲電極8可以各自是由Au、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的一種金屬形成的金屬層，或者由這些金屬中的兩種或多種形成的合金層，金屬層形成的疊層結構，或者由至少兩層合金層形成的疊層結構，或者由至少一金屬層和至少一層合金層形成的疊層結構。由至少兩層金屬層形成的疊層結構中，至少有一種金屬是由低功函數金屬，例如功函數低於4.3eV的金屬，至少有一種金屬是由高功函數，例如功函數高於4.3eV的金屬。並且，高功函數的金屬與P型有機半導體接觸，低功函數金屬與N型有機半導體接觸。

源電極7和汲電極8的作用是注入電子和電洞，並提供電子和電洞在傳輸和器件發光所需要的電壓(類似OLED陰陽極)。第一柵極1和第二柵極6的作用是積累電荷，控制電荷濃度，並拉動電子和電洞至第一有機層3和第二有機層4的介面處。如果第一有機層3是n型有機半導體，第二有機層4是p型有機半導體則汲電極8選用低功函數例如低於4.4eV的材料製成，以有利於電子的注入；源電極7選用高功函數例如高於4.4eV的材料製成，以有利於電洞的注入。

本實施例中，源電極和汲電極的材料、結構可以相同，例如均為Mg/Ag合金，也可以不相同。

該第一實施例中，源電極7和汲電極8同時形成於第一有機層3的上表面兩側，因此可以在同一制程中完成源電極7和汲電極8的製作，有利於簡化制程。第二絕緣層5和第二柵電極6不僅充當發光器件的功能層，而且起到對第一有機層3和第二有機層4的封裝作用。

參考圖2，下面以該有機電子發光器件第一實施例為例說明本發明的工作原理：設定第一有機層3為n型有機半導體，第二有機層4為p型有機半導體，那麼第一柵電極1接負向偏壓，第二柵電極6接正向偏壓，源電極7接正向偏壓，汲電極8接負向偏壓。當第一柵電極1接負向電壓時，類似於有機薄膜電晶體(OTFT)的工作原理，由於第一柵電極1和源電極7的電場關係，則電洞會從源電極7注入到第二有機層4中，並由於第一柵電極1負電壓的電場影響，電洞會被下拉到第二有機層4和第一有機層3的介面處。同時第二柵電極6施加正向偏壓，那麼電子從汲電極8注入到第一有機層3中，並由於第二柵電極6的電場作用，電子會被上拉到第一有機層3和第二有機層4的介面處。同樣類似於場效應電晶體(field-effect transistor，FET)的工作原理，當第一柵電極1和第二柵電極6之間的偏壓值大於導通電壓閾值Vt，電荷積累達到一定程度後第一有機層3和第二有機層4的導電溝道就會導通。這時，汲電極8和源電極7之間存在橫向電場，那麼第二有機層4中的電洞就會沿著電場方向從源電極7向汲電極8的方向流動，而第一有機層3中的電子就會沿著電場方向從汲電極8向源電極7的方向流動。由於兩個柵電極的強烈的上拉和下拉作用，電子和電洞則會在介面處複合發光。第一有機層3和第二有機層4均可充當電荷傳輸層，並可兼具發光層的功能。

該有機電子發光器件第一實施例中，若第一柵電極1採用透明電極，則該有機電子發光器件為底發光模式；若第二柵電極6採用透明電極，則有機電子發光器件為頂發光模式；若第一柵電極1和第二柵電極6均採用透明電極，則有機電子發光器件為雙向發光模式。

實施例2

如圖3所示，本發明的有機電子發光器件第二實施例與第一實施例的結構基本相同，不同之處僅在於：該第二實施例的有機電子發光器件中，源電極7形成於第一絕緣層2的右側，汲電極8形成於第二有機層4的左側，第二絕緣層5的下表面。源電極7和汲電極8這種佈置方式的好處是：在這種結構下電子和電洞的注入都是頂電極注入方式，這樣注入效率會達到最優化。另外，在這種結構下電子和電洞傳輸路徑比較固定，電子和電洞只會在兩個電極之間傳輸，比較近似於OLED垂直結構，電荷的複合率會比較高，發光效率較好。

該第二實施例的有機電子發光器件的其它結構與第一實施例相同，這裡不再贅述。

實施例3

如圖4所示，本發明的有機電子發光器件第三實施例與第一實施例的結構基本相同，不同之處僅在於：該第三實施例的有機電子發光器件還包括第三有機層9。第三有機層9是N型有機半導體、P型有機半導體、雙極型有機半導體或者包含主體(host)和客體(dopant)的摻雜材料型有機半導體，例如Alq3、TAZ、TPD、Bepp2、Bebp2、Zn(ODZ)2、Al(ODZ)3、Zn(BIZ)2、NPB、PyPySPyPy、BCzVBi、perylene以及其衍生物等。第三有機層9形成於第一有機層3和第二有機層4之間。源電極7和汲電極8位於第三有機層9的兩側。

該有機電子發光器件第三實施例中，第一有機層3和第二有機層4只有電荷傳輸的作用，而電子和電洞在第三有機層9複合發光。

本發明中，源電極7和汲電極8的位置並不限於前述第一、二、三實施例中所述的位置，源電極7和汲電極8形成於第一絕緣層2和第二絕緣層5之間的任何位置均可，但要位於有機層的兩側。例如，源電極7還可以形成於第二有機層4下表面、第三有機層9上表面、第三有機層9下表面或第二絕緣層下表面；汲電極8還可以形成於第二有機層4下表面、第三有機層9上表面、第三有機層9下表面或第二絕緣層下表面。

該第三實施例的有機電子發光器件的其它結構與第一實施例相同，這裡不再贅述。

有機電子發光器件的製造方法

本發明提供的有機電子發光器件的製造方法，包括如下步驟：

步驟S1：提供一玻璃基板100，並將玻璃基板100洗淨。

步驟S2：在玻璃基板100上採用磁控濺射工藝濺射一層厚度為2000A的導電層，例如ITO層，並採用光刻制程圖形化形成第一柵電極1。其中導電層也可以採用氣相沉積工藝或蒸鍍工藝形成。

步驟S3：在第一柵電極1上採用電漿化學氣相沈積(PECVD)工藝製備150A厚度的SiNx充當第一絕緣層2，並採用光刻制程圖形化。第一絕緣層2的材料為無機物時，可以採用PECVD工藝製備，當第一絕緣層2的材料為有機聚合物時，也可以採用旋塗工藝形成。

步驟S4：在第一絕緣層上採用漏掩膜板蒸鍍Alq3充當第一有機層3，厚度300A。第一有機層3也可以採用旋塗工藝或採用印刷工藝或轉印工藝形成。

步驟S5：在第一有機層3上採用漏掩膜板依次蒸鍍厚度為200A的Al和厚度為200A的Au的疊層結構充當源電極7和汲電極8，溝道長度為50μm，當然溝道長度不以此為限，例如在5μm~200μm範圍內均是可行的。此步驟中形成的是Al和Au的疊層結構，當然Al和Au也可以分別由其它金屬或合金替換而形成其它材料的疊層結構，並且疊層結構不限於只包括還可以是3層甚至更多層兩種金屬或合金。另外，只採用一種金屬或合金，採用漏掩膜板蒸鍍一次形成單純材料的源電極7和汲電極8也是可行的。第一有機層3也可以採用印刷工藝或轉印工藝形成。

步驟S6：源電極7和汲電極8上及源電極7和汲電極8之間的溝道採用漏掩膜板蒸鍍厚度為500A的CuPc充當第二有機層4。第二有機層4也可以採用旋塗工藝或採用印刷工藝或轉印工藝形成。

步驟S7：在第二有機層4上塗布150A的PVA充當緩衝層，然後再在緩衝層上塗布5000A厚的PS充當柵第二絕緣層5。緩衝層也可以是其它有機聚合物材料。第二絕緣層5的材料為無機物時，例如SiO2、SiNx或Al2O3等，可以採用電漿化學氣相沈積(PECVD)工藝製備，當第二絕緣層5的材料為有機聚合物時，例如PVA、PMMA、PS、PVP等，也可以採用旋塗工藝形成。

步驟S8：在第二絕緣層5上採用漏掩膜板蒸鍍2000A的Al充當第二柵電極6。

此實施例製成的有機電子發光器件，汲電極8接地或者施加負向偏壓，源電極7施加正向偏壓+20V。第一柵電極1施加負向偏壓小於-10V，第二柵電極6施加正向偏壓大於+15V時發光器件即可開啟。即Vt1為-10V，Vt2為-15V。Vt1和Vt2同時高於閾值電壓時有機電子發光器件才會開啟，Vt越大，載流子濃度越大，有機電子發光器件的亮度越高；另外，隨著源電極7的電壓的增大，溝道電流增加，有機電子發光器件的亮度也會增加。Vt1和Vt2低於閾值電壓時有機電子發光器件關斷。

本發明的有機電子發光器件，從結構上可近似看成將一個P型TFT和一個N型TFT交叉疊合而形成一個能發光的器件，第一實施例為例，參見圖1，其中的第二有機層4、第一絕緣層2、N型有機半導體的第一柵電極1以及源電極7和汲電極8構成一個類似N型TFT結構，第一有機層3、第二絕緣層5、P型有機半導體的第二柵電極6以及源電極7和汲電極8構成一個類似P型TFT結構，P型TFT和一個N型TFT共用源電極7和汲電極8，交叉疊合形成了本發明的有機電子發光器件。因此，本發明的有機電子發光器件也可稱為雙柵有機發光電晶體(Double Gate Organic Light Emitting Transistor,DGOLET)或者四電極發光器件。

本發明的有機電子發光器件，從功能上可相當於將傳統的TFT功能和OLED功能集成同一個器件上，一個獨立的器件可完成發光以及ON/OFF控制功能。本發明可應用於平板顯示、柔性顯示、透明顯示以及照明領域，實現了最大化集成，所以能更高密度的配置圖元，實現較高的發光效率，提高圖像的PPI，並適於製備更薄型化的產口。同時，由於制程中，不需要像傳統的製作AMOLED面板制程那樣先在玻璃基板上構建TFT陣列，然後再製備OLED發光器件，因此，可減少多道工序，大幅度簡化制程，不但利於提高產品良率，而且能顯著降低生產成本。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。