TWI610481B

TWI610481B - 有機發光元件和製造有機發光元件的方法

Info

Publication number: TWI610481B
Application number: TW102135539A
Authority: TW
Inventors: 洪飛
Original assignee: 上海和輝光電有限公司
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2018-01-01
Also published as: TW201403906A; CN103325815B; CN103325815A

Abstract

本發明公開了一種有機發光元件和製造有機發光元件的方法，有機發光元件包括：閘電極；絕緣層，設置在閘電極上；主動層，設置在絕緣層上，主動層包括位於其外周的源區、位於其中心部分的汲區、及源區與汲區之間的通道區；有機發光層，位於汲區上；汲電極，位於有機發光層之上；及源電極，位於源區。

Description

有機發光元件和製造有機發光元件的方法

本發明涉及將OLED(Organic Light-Emitting Diode；有機發光二極體)和OTFT(Organic Thin Film Transistor；有機薄膜場效應電晶體)進行整合的元件。

OTFT和OLED是在有機電子學領域的兩大技術分支，OLED已經被應用於顯示和照明等領域，OTFT作為開關元件也有著獨特的特點，將很有可能取代一般的無機TFT。OTFT既具有電學特性又具備光學特性也具有多種獨特的物理特性，並且可以採用較為廉價的製程製備，比如印刷製程、塗布製程等，可以大面積製備。而且有機半導體具有優良的柔韌性，可最好的相容軟性基材。所以OTFT、OLED將會成為下一代軟性電子產品的最佳候選技術。

在現有的AMOLED(Active Matrix/Organic Light-emitting Diode；主動矩陣有機發光二極體面板)顯示技術中，需要使用TFT主動陣列來驅動OLED發光和關斷，每一個OLED元件都需要連接TFT作為驅動元件，提供給OLED發光所需要的電流。而在構建的過程中需要先在玻璃基板上構建TFT陣列，然後再製備OLED發光元件，其製造工序複雜。生產成本較高，像素密度也很難進一步提高。

鑒於現有技術的上述問題和/或其他問題，本發明提供了一種有機發光元件和製造有機發光元件的方法。

本發明提供的一種有機發光元件，包括：閘電極；絕緣層，設置在閘電極上；主動層，設置在絕緣層上，該主動層包括位於其外周的源區、位於其中心部分的汲區、及源區與汲區之間的通道區；有機發光層，位於該汲區上；及汲電極，位於該有機發光層之上；及源電極，位於該源區。

本發明提供的製造有機發光元件的方法，包括：在基板上形成閘電極；在閘電極上形成絕緣層；在該絕緣層上形成主動層，該主動層包括位於其外周的源區、位於其中心部分的汲區、及源區與汲區之間的通道區；在該源區形成源電極；在該汲區上形成有機發光層；在發光層之上形成汲電極。

本發明的將有機發光二極體和薄膜電晶體整合的方案，能夠集開關元件與發光元件於一體，增加了開口率，有利於提高顯示設備的對比度，且製作製程簡單，生產成本低，能較好的相容軟性基板，具有很高的應用價值。

1‧‧‧基板

2‧‧‧閘電極

3‧‧‧絕緣層

4‧‧‧主動層

5‧‧‧源電極

5a‧‧‧源區

6‧‧‧汲極結構

6a‧‧‧汲區

61‧‧‧發光層

62‧‧‧電子傳輸層

63‧‧‧電子注入層

64‧‧‧汲電極

7a‧‧‧通道區

第1a圖為根據本發明一實施例的有機發光元件的剖面示意圖；第1b圖為根據本發明另一實施例的有機發光元件的剖面示意圖；第2圖所示為第1a圖的有機發光元件的俯視圖；以及第3圖所示為整體元件的工作示意圖。

現在將參考圖式更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本公開將全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中，為了清晰，誇大了區域和層的厚度。在圖中相同的圖式標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

此外，所描述的特徵、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實施本公開的技術方案而沒有所述特定細節中的一個或更多，或者可以採用其它的方法、元件、材料等。在其它情况下，不詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本公開的各方面。

本發明將OTFT和OLED整合在一個元件上，在單一元件上實現TFT電流驅動OLED發光。

參見第1a圖所示為根據本發明一實施方式的整合元件的剖視圖，圖2所示為該整合元件的俯視圖。以下參照圖1a和圖2對根據該示例實施方式的整合元件進行說明。

根據示例實施方式的整合元件包括基板1、設置在該基板1上的閘電極2、設置在閘電極2上的絕緣層3、設置在該絕緣層3上主動層4、設置在主動層4上的源電極5、設置在主動層4上且位於兩個源電極5之間的發光層(EML；emission layer)61、電子傳輸層(ETL；electron transportation layer)62、電子注入層(EIL；electron injection layer)63及汲電極64。

基板1可以為玻璃基板或者軟性基板。

閘電極2材料可以是但不限於銦錫金屬氧化物(Indium Tin Oxides；ITO)，及Al、Mo、Ag等金屬材料，或者是石墨烯等材料。

絕緣層3可以是包括SiO₂、SiN_x、Al₂O₃中的一種或多種的無機絕緣層，或者是包括聚乙烯醇(PolyvinylAlcohol；PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methylmethacrylate))；PMMA)、聚苯乙烯(Polystyrene；PS)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone；PVP)中的一種或多種的有機絕緣層，或者是包括至少兩種無機絕緣層的疊層結構，或者是包括至少兩種有機絕緣層的疊層結構，或者是包括至少一種無機絕緣層和至少一種有機絕緣層的疊層結構。

主動層4例如為p型有機半導體層，同時該主動層4充當OLED的電洞傳輸層(HTL；Hole Transport Layer)。

主動層4例如可以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。

主動層4至少包括汲區6a和通道區7a，汲區6a位於主動層4的中心部分，通道區7a位於汲區6a外圍且位於汲區6a和源區5a之間，而源區5a設置在通道區7a的外圍，其用於形成源電極5，源電極5與主動層4相接，其設置方式可以採用但不限於以下兩種方式：如第1a圖所示，源電極5可以設置在主動層4上；或者如第1b圖所示，源電極5也可以設置在主動層4的外圍。

在本發明一實施例中，源區5a、汲區6a和通道區7a可採用如第2圖所示的方形形狀，但本發明不限於此。

源電極5位於源區5a。發光層(EML；emission layer)61、電子傳輸層(ETL；electron transportation layer)62、電子注入層(EIL；electron injection layer)63及汲電極64疊置在汲區6a上。汲電極64兼作OLED的陰極層。

其中，發光層61的材料可以選取：ADN、TCTA、BCP、CBP，dopant：FIrpic、Ir(MDQ)2(acac)、Ir(ppy)3、C545、Bcvbi和TBPe等；電子傳輸層62的材料可以選取：Alq3、TPBi、Bphen和LiQ等；電子注入層63的材料可以選取LiF；電洞傳輸層的材料可以選取：NPB、TPD、F4TCNQ、CuPc、並五苯和MTDATA等；電洞注入層(HIL；hole injection layer)的材料可以選取：MoO3、WO3、CFx、CuPc和F4TCNQ等。

源電極5例如可以由Au、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的至少一種形成的金屬層。源電極5也可以是包括兩個或多個金屬層的疊層結構。若主動層是P型半導體材料，則源電極5選用功函數高於4.3eV的單一金屬材料或者合金；若主動層是N型半導體材料，則源電極5選用功函數低於4.3eV的金屬材料或合金。

汲電極64例如可由金屬材料形成，包括：Al、Ag、Mg、Ca、Mg或者Ag合金等。

以上描繪了根據本公開一實施方式的有機發光元件的結構，但本公開不限於此。例如，主動層4可以為N通道主動層，並且其它層可相應地設置。其它層可相應的設置成在N型主動層上依次設置EML、HTL、HIL和金屬陽極。

另外，以上描述了底閘結構，但本公開不限於此。例如，本公開也可應用於頂閘結構。

根據本公開的有機發光元件可以為底發光、頂發光和雙向發光結構。發光方向依據閘電極和陰極的是否透明而定。

下面參照第3圖描述根據本公開的示例實施方式的整合元件的工作原理。

參見第3圖，根據示例實施方式的元件在通電工作時，閘電極2施加負向偏壓，源電極5施加正向偏壓、汲電極(陰極)64施加負向偏壓。這樣，汲電極(OLED陰極)64注入電子，經電子注入層63、電子傳輸層62進入發光層61。源電極5注入電洞，經主動層4(即電洞傳輸層)進入發光層61。電子和電洞在發光層61處複合，從而發射光。閘電極2的電壓控制該整合元件的導通和關斷，並通過閘電壓和閘電容調控主動層4的載流子濃度(類似於TFT的閘電容的功能)。例如，當閘電極2不施加電壓或者施加的電壓為正時，該整合元件即關斷。

下面描述根據示例實施方式的整合元件的製造方法。

首先，在玻璃基板或者軟性基板1上通過磁控濺鍍或氣相沉積等方法形成閘電極2。閘電極2的材料可以是但不限於銦錫金屬氧化物(ITO)，及Al、Mo、Ag等金屬材料，或者是石墨烯等材料。

然後，在閘電極2上形成有閘絕緣層3。該閘絕緣層3可以是SiO₂、SiN_x、Al₂O₃等構建的無機絕緣層，或者是有機聚合物絕緣層。該閘絕緣層3可以採用單層或者多層的結構。當絕緣層3為無機材料時，可以採用例如PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，電漿輔助化學氣相沉積法)製程形成。當絕緣層3為有機聚合物時，也可以採用例如旋塗製程形成。

然後，在該閘絕緣層3上製備有機半導體材料以形成主動層4。該主動層4既充當OLED的HTL(Hole Transport Layer；電洞傳輸層)層，又充當OTFT的主動層。例如，該主動層4可以採用P型有機半導體材料製備，形成P通道主動層。主動層4可以採用蒸鍍、塗布、列印等製程形成。

在主動層4外圍通過例如蒸鍍或者印刷的方式形成源電極5。在主動層4的中心部分上形成汲極結構6。該汲極結構6在主動層4上依次包括發光層61、電子傳輸層62、電子注入層63和汲電極64。該汲電極64兼作OLED的陰極。汲極結構6可通過利用罩幕的蒸鍍製程或者列印/印刷製程等形成。

以上以第2圖為例介紹了本案的有機發光元件的結構和工作原理，需要說明的是。本案的有機發光元件中的主動層4也可為N型有機半導體層，相比於第2圖所示的元件，該類型的有機發光元件中的OLED部分為倒置的結構，同時該主動層4充當OLED的電子傳輸層(ETL：electron Transport Layer)，主動層4上方依次形成EML、HTL、電洞注入層(HIL：Hole injection layer)和金屬陽極層。當通電工作時，閘電極施加正向偏壓，源電極施加負向偏壓、陽極(汲極)施加正向偏壓。由此OLED陽極注入電洞，經HIL、HTL進入EML。源電極注入電子，經ETL(即主動層4)進入EML。電子和電洞在EML處複合，從而發射光。

本發明實現了OLED和OTFT整合在一個元件上。由於驅動TFT和OLED整合在一個元件上，能減少占用空間，增加開口率。例如，對於AMOLED(Active Matrix Organic Light-emitting Diode，主動矩陣有機發光二極體)顯示面板來說，為了實現更高的開口率，在一個像素中總是需要減少TFT所占用的面積，而增大OLED面積，從而增加可顯示的區域。本發明所選用的結構，不但將TFT和OLED整合在一個元件上，而且減少了TFT一個電極所占用的面積。而且，將本部分的面積與OLED發光區域共用，即，可以理解為將TFT的面積共享給OLED來使用，可顯著提高顯示像素的開口率。

對於傳統的TFT來說如果設計成此結構，雖然說能夠增加有效通道的寬度，從而增加汲極電流ID，但是卻會增大TFT所用的面積，也就會犧牲了開口率。而本發明的整合元件能兼具兩者，不但增加通道寬度，增大驅動電流，又能增加開口率。

此外，本發明將源區、汲區和通道區設計為包圍式。在這種結構下，通道區環繞汲區，可以實現驅動電流最大化，也就可以實現發光亮度最大化。另外，元件關斷時可對閘電極施加正向偏壓，可將HTL層內電洞完全耗盡，使得OLED元件完全關斷，實現亮度最小化。這樣，可提高顯示設備的對比度，提高像素的密度(Pixels per inch；PPI)，有利於製備較高PPI的顯示設備。

本發明的整合元件可實現底發光、頂發光和雙向發光，發光方向依據閘電極和汲電極(陰極或陽極)是否透明而定。該整合元件所使用的半導體材料為有機材料，特別適用於軟性顯示設備。

綜上可知，本發明的有機發光二極體和薄膜電晶體整合的方案，能夠集開關元件與發光元件於一體。增加了開口率，有利於提高顯示設備的對比度。另外，製作製程簡單，生產成本低，能較好地相容軟性基板，具有很高的應用價值。

本領域技術人員應當意識到在不脫離本發明所附的請求項所揭示的本發明的範圍和精神的情况下所作的更動與潤飾，均屬本發明的請求項的保護範圍之內。

Claims

一種有機發光元件，包括：閘電極；絕緣層，設置在閘電極上；主動層，設置在絕緣層上，該主動層包括位於其外周的源區、位於其中心部分的汲區、及源區與汲區之間的通道區；有機發光層，位於該汲區上；汲電極，位於該有機發光層之上；及源電極，位於該源區；其中，該主動層還充當該有機發光元件的電洞傳輸層，該漏電極還兼作該有機發光元件的陰極層；或者，該主動層還充當該有機發光元件的電子傳輸層，該漏電極還充當該有機發光元件的陽極層。
根據請求項1所述的有機發光元件，其中，該源電極設置在該主動層上。
根據請求項1所述的有機發光元件，其中，該源電極設置在該絕緣層上。
根據請求項1所述的有機發光元件，其中，該源區、該通道區和該汲區具有方形形狀。
根據請求項1所述的有機發光元件，其中，該閘電極為銦錫金屬氧化物、Al、Mo、Ag或石墨烯材料。
根據請求項1所述的有機發光元件，其中，該絕緣層為SiO₂、SiN_x、Al₂O₃或有機聚合物。
根據請求項1所述的有機發光元件，其中，該絕緣層採用單層或者多層的結構。
根據請求項1所述的有機發光元件，其中，該主動層為P型或N型有機半導體材料。
根據請求項8所述的有機發光元件，其中，該主動層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，或者是包括至少兩層所述有機小分子層的疊層結構。
根據請求項8所述的有機發光元件，其中，該主動層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，或者是包括至少兩層所述有機聚合物層的疊層結構。
根據請求項8所述的有機發光元件，其中，該主動層通過蒸鍍、塗布或列印製程形成。
根據請求項1所述的有機發光元件，還包括：位於發光層和汲電極之間的載流子傳輸層和載流子注入層。
根據請求項12所述的有機發光元件，其中，該發光層、傳輸層、注入層與汲電極其中至少一者通過蒸鍍製程、塗布、或印刷製程形成。
根據請求項11所述的有機發光元件，其中，該閘電極位於一基板上。
根據請求項14所述的有機發光元件，其中，該基板為玻璃基板或者軟性基板。
根據請求項1所述的有機發光元件，其中，源電極由Au、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的至少一種形成的金屬層，或者是包括兩個或多個金屬層的疊層結構。
根據請求項16所述的有機發光元件，其中，在所述疊層結構中，至少一層包括功函數低於4.3eV的金屬，至少另一層包括功函數高於4.3eV的金屬。
一種製造有機發光元件的方法，包括：在基板上形成閘電極；在閘電極上形成絕緣層；在該絕緣層上形成主動層，該主動層包括位於其外周的源區、位於其中心部分的汲區、及源區與汲區之間的通道區；在該源區形成源電極；在該汲區上形成有機發光層；及在發光層之上形成汲電極；其中，該主動層還充當該有機發光元件的電洞傳輸層，該漏電極還兼作該有機發光元件的陰極層；或者，該主動層還充當該有機發光元件的電子傳輸層，該漏電極還充當該有機發光元件的陽極層。
如請求項18所述的方法，其中，所述主動層由有機半導體材料形成。
如請求項18所述的方法，其中，絕緣層為包括SiO₂、SiN_x、Al₂O₃至少之一的無機絕緣層，或者為有機聚合物絕緣層。
如請求項18所述的方法，其中，該絕緣層為單層或者多層。
如請求項18所述的方法，其中，該絕緣層採用PECVD製程形成。
如請求項18所述的方法，其中，該絕緣層為有機聚合物，且採用旋塗製程形成。
如請求項18所述的方法，其中，該主動層採用蒸鍍、塗布、或印刷製程形成。
如請求項18所述的方法，還包括：形成位於發光層和汲電極之間的電子傳輸層和電子注入層。
如請求項18所述的方法，還包括：形成位於發光層和汲電極之間的電洞傳輸層和電洞注入層。