专利名称：场致发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及场致发光器件，包括下电极层，从下面可以电学访问；上电极层，所述下电极层和所述上电极层可与驱动电路相连；布置在所述下和上电极层之间的一个或多个功能层，以形成至少一个场致发光区域；凹凸图案，包括至少两个绝缘的正斜率脊，正斜率脊之间形成用于所述功能层的槽(well)。所述上电极层在至少一个正斜率脊上具有延伸，所述槽位于所述至少一个正斜率脊的第一侧。
本发明还涉及这种器件的用途及制造方法。
场致发光器件是一种包括场致发光材料的器件，当电流经过时该材料能够发射光线，该电流通过电极供给。
聚合物基发光二极管(PLED)是一种发光聚合物层夹在衬底上的阳极和阴极之间的器件。施加在阴极和阳极之间的电压将促使聚合物发光。
有机发光二极管(OLED)具有包括夹在两个电极之间的小分子材料的发光层。
一般地，在现有PLED/OLED技术中，阳极是ITO(氧化铟锡)。最佳阴极(电子注入器)通常是具有低功函数的金属，例如被Al覆盖的Ba、Ca等。
在PLED和OLED中，发光层一般被划分成独立的场致发光元件-像素，通过改变流经像素的电流，像素可以在发光和不发光状态之间切换。
通常使用的用于控制像素的两个可供选择的配置是无源矩阵和有源矩阵。
无源矩阵显示器由淀积在图形化衬底上行和列矩阵中的像素阵列组成。每个像素是一个发光二极管，形成于每个行线和列线的交汇点处。在无源矩阵中，通过施加电信号到行线和列线(它们的交汇点定义了像素)而照亮特定的像素。外部的控制器电路提供了必要的输入功率。
有源矩阵显示器中，阵列也被分成一组行线和列线，每个像素在行线和列线的交汇点形成。然而，现在每个像素由与薄膜晶体管(TFT)串联的OLED组成。该TFT是一个能够控制流经OLED电流量的开关。有源矩阵显示器中，一般地，驱动晶体管(TFT)的一端与公共电源线相连，另一端与OLED的两个电极中的一个电极相连。来自显示控制器的数据信号通过列数据线调节驱动晶体管的栅极电压。
在优选的聚合物OLED配置中，驱动晶体管是PMOS(p沟道金属氧化物半导体)晶体管，它与PLED的阳极相连。源极(优选地是固定电压)与电源线相连。
当显示控制器到达下一行选择线时(通常在一个时刻寻址一条线)，一端与驱动晶体管的栅极相连、另一端与电压线相连的电容器保持编程后的电压。最简单的像素电路具有两个TFT(一个用于驱动，另一个用于选择)。
电源、数据线、选择线、选择开关、驱动晶体管、其它晶体管(存在像素电路的各种变形)和第一OLED电极都集成在衬底中。OLED层淀积(蒸发、印刷或旋涂)在第一电极上。最后一层是第二电极。
一般地，I＝beta×(Vgs-Vt)^2，其中，Vgs是栅-源电压，Vt是驱动晶体管的阈值电压。Beta是依赖于TFT特性的常数。该电流被传输到发射光线(L～I)的OLED。
在上述标准有源矩阵工艺中，每个OLED具有一个由像素元件(驱动晶体管)控制的电极。一般地，聚合物OLED(PLED)的第二电极对于所有像素都是公共的。实际上显示器的所有有源区域通过淀积的方法被(多个)金属层覆盖。
公共阴极解决方法对于具有底部发射(光线从有源衬底发出)的显示器是优选的，因为它步骤相对容易，不对工艺产出率产生很大影响。大多数驱动方法都具有公共阴极的配置。
然而，也有需要构造阴极的情况，例如，以非晶硅衬底实现的大的有源矩阵OLED显示器。改善的非晶硅(使用补偿操作过程中阈值电压漂移的特殊驱动方法)是实现大显示器的一个选择。
电极，即阴极和阳极，可以是透明的。透明电极意味着非常薄的金属层或像ITO这样的透明导体(因此薄膜电阻较高)，或透明导电聚合物(例如PEDOT(聚(3，4次乙基双噻吩))和PANI(聚苯胺))。
透明电极可以是公共的或是被构造的，并可以用于无源矩阵和有源矩阵显示器。对于有源矩阵显示器它是很吸引人的，因为在底部发射(透过衬底从PLED/OLED发射)中由于像素电极是不透明的(很多金属)，像素区域不能完全用于OLED。
在顶部发射中光穿过淀积在有机发光层上的第二电极发射。因此该电极必须是透明的。
然而，在常规工艺中透明/半透明电极的使用，特别是当它用于具有公共电极的有源矩阵显示器时，因为高的薄膜电阻它可能成为问题。
在WO 02/089210中，公开了一种场致发光器件，其具有图形化的阴极层。图形通过凹凸图案形成，该凹凸图案包括悬臂部分和附随的正斜率脊部分(沿着悬臂部分延伸并在离悬臂部分一定距离处设置)。WO 02/089210的目标是通过使用湿法淀积方法提供一种新颖的、可靠的、更简单的和更经济的场致发光器件的制造方法。
WO 02/089210中的器件尤其涉及无源类型的矩阵显示器。不存在这样的暗示，即图形化的阴极层将被有源类型的矩阵显示器采用。正相反，所述文件认为有源矩阵显示器一般包括单个公共电极。而且，没有解决透明电极中使用薄膜电阻的问题。
因此存在这样的需要，即能够在有源矩阵显示器中使用构造的电极以及改善透明电极的用途。
本发明的一个目标是提供一种新的连接场致发光器件电极和驱动电路的方法以克服上述缺点。
这个目标通过提供一种场致发光器件实现，该器件包括下电极层，从下面可以电学访问；上电极层，所述下电极层和所述上电极层可以与驱动电路相连；布置在所述下和所述上电极层之间的一个或多个功能层以形成至少一个场致发光区域；以及包括至少两个正斜率脊的凹凸图案，正斜率脊之间形成用于所述功能层的槽。所述上电极层具有在至少一个正斜率脊上的延伸，所述槽位于所述至少一个正斜率脊的第一侧，接触表面布置在所述至少一个正斜率脊的第二侧，其中，所述延伸提供了被所述上电极层覆盖的所述接触表面的至少一部分，从而上电极层可以从下面的所述接触表面电学访问。
这样，根据本发明，电极的电学访问非常简便，这提供了有源矩阵显示器中被构造电极的使用，以及透明电极的改进的用途。
因为两个电极对于驱动电路都可以访问，可以更自由地选择最佳驱动电路。
所述场致发光器件优选地位于衬底之上。衬底的使用便利了场致发光器件的制造。
根据本发明的一个方面，所述驱动电路集成在所述衬底中。例如，在有源矩阵显示器中，驱动电路即像素电路集成在衬底中。因为两个电极对于电路都可访问，为阴极配置NMOS(n沟道金属氧化物半导体)驱动晶体管和为阳极配置PMOS(p沟道金属氧化物半导体)晶体管都是可能的。这些配置是优选的，因为驱动晶体管的源极与固定电压线接触。一般而言，两个电极都可由像素元件控制，例如2个有源元件-驱动晶体管，或一个有源元件和一个由专用衬底线提供的电压电平。这给驱动带来很大便利，因为每个(每组)OLED的阴极和阳极的电压可以在一帧时间(脉冲电压、负和/或正电压)内单独设置。
PMOS有可能输入到OLED的阴极。在这种情况下，因为驱动晶体管的源极是阴极，所以源极电压不固定。也有可能是另一种方式，例如，NMOS从阴极输入到PLED。这里，源极与具有固定电压的电源相连。在非晶硅衬底中，NMOS是优选制造的。因此，最好的解决方法是从阴极驱动PLED。
根据另一方面，所述驱动电路位于所述衬底外面。在这种情况下，每个电极到所述衬底的侧缘存在导管。无源矩阵显示器中就是这种情况。根据本发明能够从下面将两个电极连接到驱动电路具有巨大的优势，因为电极的导电属性变得不那么重要。反而，可以选择任何合适的好的电学导体。
在具有透明阴极的显示器中，希望实现较好的接触以减小透明/半透明层的薄膜电阻。已经考虑了像素间的光栅和金属分流。在两种情况下，阴极与衬底的接触都在显示器的有源区域外面。
优选地，所述凹凸图案还包括与所述至少一个正斜率脊具有一定距离的至少一个负斜率脊，负斜率脊沿着所述至少一个正斜率脊的第二侧延伸。负斜率脊提供图形化电极的便利方法。
根据本发明的一个实施例，场致发光器件包括至少两个正斜率脊，沿着所述衬底的第一和第二方向延伸。优选地，所述第二方向垂直于所述第一方向。而且，所述负斜率脊可以沿着所述衬底上的所述第一和第二方向中的一个或两个延伸。而且，所述接触表面可以布置在所述第一和第二方向上。通过这些方法，可以形成适用于不同应用的场致发光器件的所需变形。
根据本发明的另一方面，一个所述功能层包括场致发光聚合物。
根据本发明的另一方面，一个所述功能层包括场致发光小分子材料。
优选地，所述上电极层是阴极层，所述下电极层是阳极层。
根据本发明的场致发光器件可以是有源矩阵显示器或无源矩阵显示器。
本发明还涉及上述场致发光器件的用途，进一步涉及其制造方法。
参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将显而易见。这些实例用于阐述本发明，不应理解为限制本发明的范围。
图1示出了根据本发明的器件的剖面图。
图2示出了根据本发明器件的电学描述。
图3示出了根据本发明的具有阴极线结构的器件的剖面4示出了根据本发明的具有阴极像素结构(岛)的器件剖面图。
图5示出了根据本发明的具有在四个侧都有开口的岛结构的器件的剖面图。
在进行本发明的研究工作中，发现一种连接场致发光器件中的电极和驱动电路(例如在衬底上)的新方法。
现在参照附图进一步描述本发明的实施例。
图1中示出了有源矩阵PLED。上电极层(2)是阴极层，下电极层(10)是阳极层。显示器位于衬底(11)上，驱动电路(3)是集成在衬底(11)中的像素电路。阳极(10)通过衬底中的导线(12)与像素电路接触。
为了能够使得PLED的被构造的阴极(2)与像素电路(3)接触，在衬底(11)的外部绝缘功能层(5)上具有开口(4)。由此，允许淀积的被构造的阴极层(2)与衬底中的金属线(6)之间的接触。
两种类型的抗蚀剂淀积在衬底上第一抗蚀剂定义了通过喷墨印刷淀积的功能聚合物层(5)的区域。这些抗蚀剂称为正斜率脊(7)，它们限定了一个称为槽(13)的区域。还定义了正斜率脊以排除将要被聚合物覆盖的开口(4)。
第二抗蚀剂，负斜率脊(8)，允许构造阴极。这类脊是已知的，因为它用于对于阴极的线构造，这是无源矩阵显示器中使用的标准工艺。负斜率脊的斜面(9)产生了一个阴影区域，它使阴极金属表面不连续。该负斜率脊(8)放置在两个正斜率脊(7)之间且并不覆盖开口(4)。
对应于“接触表面”的开口(4)被阴极金属而不是聚合物覆盖。因此开口(4)变成了聚合物OLED的阴极(2)和与像素电路(3)连接的金属线(6)之间的接触，如图2所示。从而独立的阴极元件通过阴极元件和像素电路之间的接触是可寻址的。
接触表面(4)的尺寸可以变化，只要它足够大可以提供阴极和与像素电路(3)相连的金属线之间的接触。而且，并不是所有的接触表面(4)都需要被阴极金属覆盖。然而，适当地，全部的接触表面(4)都覆盖阴极金属。
较大的接触表面(4)减小了聚合物错误地淀积在接触表面(4)部分而使接触变差的风险。覆盖有聚合物的部分并不产生问题，这是因为它将对应于和该接触并联的反偏二极管(较高阻抗)。
措词“从下面”定义了场致发光器件中的一个方向。在具有上和下电极层的场致发光器件中，下电极层位于上电极层下面。如果器件建造在衬底上，则衬底布置在下电极之下。这样，可从下面电学访问意味着可以建立从电极到直接位于该电极之下的电路的电学连接。
这样，可以实现从两个电极层到电路(例如布置在两个电极之下的衬底中)的电学连接。这和现有技术相比具有很大的差异，现有技术中，只有一个电极可以从下面连接。另一个电极需要从器件的另一面接触。
措词“接触表面”意味着一个区域，其中上电极层通过驱动电路是可访问的。在接触表面中没有淀积功能层。
上电极层和驱动电路之间的接触可以通过衬底中的接触线实现。根据本发明下面的材料可以用作接触线低阻值金属，例如Al、Cr、Mo和这些金属的组合，或ITO。一个例子包括80nmCr-500nm Al-40nmCr。
根据本发明的“驱动电路”可以是像素电路，例如在US 5684365中描述的基础像素电路(具有选择晶体管使得通过行选择线能够从驱动晶体管栅极上的列数据电压中写入电压数据信号)，或者在US 6229506B1中描述的像素电路。
在无源矩阵显示器的情况下，“驱动电路”由两个或更多的从显示器侧缘到像素的导线组成。
措词“负斜率脊”意味着一个部分，其斜面产生了一个阴影区域。在某些环境下该负斜率脊可以包括具有垂直侧壁的部分。通过提供阴影区域(当淀积上电极层时该区域中电极材料不被淀积)，负斜率脊具有图形化上电极层的功能。负斜率脊优选地由绝缘材料制成，合适的材料包括聚合物基的光敏抗蚀剂、SiO2、Si3N4、Al2O3。负斜率脊的宽度优选范围为1-50μm，负斜率脊的高度优选范围为0.3-10μm。
措词“正斜率脊”表示一个部分，该部分不具有阴影区域，并可以包括具有垂直侧壁的部分。正斜率脊需要允许电极层(具有在脊的整个表面上的延伸)的形成。正斜率脊用来定义一个槽，在所述槽中淀积功能层。还定义正斜率脊以排除被聚合物覆盖的开口。正斜率脊由绝缘材料制成，适当的材料包括光敏抗蚀剂，例如像HPR504的酚醛清漆树脂(novolak resin)，以及丙烯酸(Acrylic)和聚酰亚胺(Poly-Imide)基树脂。正斜率脊宽度的优选范围为1-50μm，正斜率脊高度的优选范围为0.2-10μm。进一步请参看WO 02/089210。
合适的是，负斜率脊距离正斜率脊一定距离。
正斜率脊和负斜率脊适合由绝缘材料制成。负斜率脊可以由负的光敏抗蚀剂形成。负斜率脊是与下一个像素的连接。如果它们是导电的，则它们将使得像素短路。
上述实例中的正斜率脊具有和阳极及阴极的直接接触。如果它是导电的它将使得像素短路。然而，如果与阳极的接触可以避免，那么它也可以由导电材料制成。
措词“槽”指被正斜率脊限定的区域。根据场致发光器件的类型以及淀积方法，脊可以形成闭合的槽或在一侧或多侧开放的槽以形成沟道。优选地，正斜率脊限定了四边形区域。
阴极适合由PVD(物理气相淀积)形成。例如，根据本发明下面的材料可以用于阴极Ba，Ca、LiF、Mg、Al或Ag。用于透明/半透明阴极的材料的例子是薄层的Ba、Ca、LiF、Mg、Al，Ag，Mg和相对厚的ITO层。阴极层的厚度优选范围为金属为5-70nm，ITO高达200nm。
阳极适合用溅射淀积实现。例如，根据本发明下面的材料可以用于阳极ITO或其它透明阳极材料例如加氟的ITO。用于透明/半透明阳极的材料的例子是不同种类的金属，有时上面具有ITO。金属可以是，例如Al、Mo、Cr、Ag等。对于完全的透明器件只有ITO是可行的。阳极层的厚度优选范围为10-10,000nm。
阳极和阴极的形成方法对于本领域技术人员来说是常规和熟知的。
场致发光器件包括一个或多个功能层。这种功能层的实例是场致发光、电荷传输和电荷注入层。
至少一个功能层是由场致发光材料制成的场致发光层。使用的场致发光材料的类型并不是关键的，任何本领域已知的场致发光材料都可使用。场致发光层的厚度的优选范围为10-250nm，其中常用厚度是70nm。
用在本发明的场致发光聚合物的一个例子是聚(p苯撑乙烯撑)(PPV)(poly(p-Phenylene vinylene))。
用在本发明的场致发光小分子材料的一个实例是8-羟基喹啉铝。
场致发光聚合材料可以通过使用喷墨印刷机的喷墨印刷淀积。
小分子场致发光材料可以通过使用PVD(物理气相淀积)的蒸发工艺淀积。
可选地，场致发光器件还包括，优选地，布置在电极间的有机功能层。这些层可以是空穴注入和/或传输(HTL)层和电子注入和/或传输(ETL)层。这种层的一个实例是PBDOT。
一般而言，场致发光器件包括衬底。优选地，衬底相对于发射的光是透明的。合适的衬底材料包括玻璃、塑料和金属。衬底提供用于凹凸图案的支撑表面。
尽管在很大程度上，本发明适用于具有单个场致发光区域的场致发光器件，但本发明对于包括多个发光区域的场致发光器件来讲是特别有益的。
例1线结构阴极如果负斜率脊仅沿一个方向淀积，例如图3中的无源矩阵，且金属线在开口下面布置，则阴极是线结构的。
这对于非晶硅是合适的配置(其中希望对阴极一次一条线的进行脉冲)。
例2像素结构阴极(岛)如果负斜率脊也沿着垂直方向淀积，有可能定义阴极岛，该阴极岛对应于完全相互隔离的每个像素，见图4。
这对于内像素阴极驱动是一个优化配置。
例3在四侧都有接触的岛因为高的薄膜电阻，常规工艺中透明/半透明阴极的使用可能是一个问题。使用衬底中布线的金属线将阴极短路防止了这个问题。可以使用前面描述的两种配置。
可以在像素的四侧定义开口，以更大程度地减少阴极电阻。在这种情况下，印刷必须仅在PLED区域上小心执行，见图5。金属也可以部分位于负斜率脊之下以进一步减小电阻。
例4制造方法下面描述根据本发明的器件的制造方法。
首先，制备有源矩阵工艺，以阳极(ITO)结束。然后，在衬底上淀积正斜率脊，由此形成一个槽。脊允许制备穿过隔离(氧化物、氮化物)到ITO的开口。这样，可以制备到下层金属的开口，接触表面。
下一步是制备嵌入的遮蔽掩模。优选方法中，使用负光敏抗蚀剂。这种抗蚀剂被曝光使其形成负的形状。然后，使用喷墨印刷机，PEDOT和一个或多个彩色PPV被印刷到ITO区域上。槽结构防止了逸出。因此接触表面不被聚合物覆盖。在印刷之后淀积阴极。接触表面允许阴极与底层金属接触。因为负斜率脊的负形状，从而构造了阴极。
这样，本发明可以用于有源矩阵显示器中构造的阴极，和/或减小透明/半透明阴极中的薄膜电阻。
权利要求
1.一种场致发光器件(1)，包括下电极层(10)，从下面可以电学访问，上电极层(2)，所述下电极层(10)和所述上电极层(2)可以连接到驱动电路(3)，一个或多个布置在所述下(10)和所述上(2)电极层之间的功能层(5)以形成至少一个场致发光区域，和凹凸图案，包括至少两个绝缘正斜率脊(7)，正斜率脊间形成用于所述功能层(5)的槽(13)，其中所述上电极层(2)在至少一个正斜率脊(7)上具有延伸，所述槽(13)位于所述至少一个正斜率脊(7)的第一侧(7’)，其特征在于接触表面(4)位于所述至少一个正斜率脊(7)的第二侧(7”)，其中所述延伸提供了被所述上电极层(2)覆盖的所述接触表面(4)的至少一部分，从而上电极层(2)可以从下面的所述接触表面(4)电学访问。
2.根据权利要求1所述的场致发光器件(1)，其中所述器件(1)位于衬底(11)上。
3.根据权利要求1或2所述的场致发光器件(1)，其中所述驱动电路(3)集成在所述衬底(11)中。
4.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)，其中所述驱动电路(3)位于所述衬底(11)的外面。
5.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)，其中所述凹凸图案进一步包括距离所述至少一个正斜率脊(7)一定距离的至少一个负斜率脊(8)，负斜率脊沿着所述至少一个正斜率脊(7)的所述第二侧(7”)延伸。
6.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)，包括至少两个沿着所述衬底(11)上的第一和第二方向延伸的正斜率脊(7)。
7.根据权利要求6所述的场致发光器件(1)，其中所述第二方向与所述第一方向垂直。
8.根据权利要求6或7所述的场致发光器件(1)，其中所述负斜率脊(8)沿着所述衬底(11)上的所述第一和所述第二方向中的一个延伸。
9.根据权利要求6或7所述的场致发光器件(1)，其中所述负斜率脊(8)沿着所述衬底(11)上的所述第一和所述第二两个方向延伸。
10.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)，其中所述接触表面(4)布置在所述第一和所述第二方向中。
11.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)，其中一个所述功能层(5)包括场致发光聚合物。
12.根据权利要求1到10中任何一个所述的场致发光器件(1)，其中一个所述功能层(5)包括场致发光小分子材料。
13.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)，其中所述上电极层(2)是阴极层。
14.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)，其中所述下电极层(10)是阴极层。
15.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)，其中所述场致发光器件(1)是有源矩阵显示器。
16.根据权利要求1-14中任何一个所述的场致发光器件(1)，其中所述场致发光器件(1)是无源矩阵显示器。
17.根据前面任何一个权利要求所述的场致发光器件(1)的用途。
18.一种场致发光器件(1)的制造方法，包括提供下电极层(10)，从下面可以电学访问，提供凹凸图案，包括至少两个绝缘正斜率脊(7)，其间形成槽(13)，提供一个或多个在至少一个正斜率脊(7)的第一侧(7’)上的所述槽中的功能层(5)，以形成至少一个场致发光区域，提供所述至少一个正斜率脊(7)的第二侧(7”)上的接触表面(4)，和提供上电极层(2)，具有在所述至少一个正斜率脊(7)上的延伸，其中所述延伸提供了被所述上电极层(2)覆盖的所述接触表面(4)的至少一部分，从而上电极层(2)可以从下面的所述接触表面(4)电学访问。
全文摘要
公开了一种场致发光器件(1)，包括下电极层(10)和上电极层(2)，它们都可与驱动电路(3)相连，并可以从下面电学访问。一个或多个功能层(5)布置在电极层(2，10)之间以形成场致发光区域。器件(1)包括凹凸图案，该凹凸图案包括绝缘正斜率脊(7)，该正斜率脊之间形成槽(13)。上电极层(2)在至少一个正斜率脊(7)上具有延伸，槽(13)位于正斜率脊(7)的第一侧(7’)，接触表面(4)位于正斜率脊(7)的第二侧(7”)。上电极层(2)的延伸提供被所述上电极层(2)覆盖的所述接触表面(4)的至少一部分。从而上电极层(2)可以从下面的接触表面(4)电学访问。器件(1)可用于有源矩阵显示器中构造的阴极，和/或减小透明/半透明阴极中的薄膜电阻。
文档编号H01L27/32GK1791983SQ200480013682
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月12日 优先权日2003年5月19日
发明者A·吉拉多, H·里卡 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司