一种发光元件及其制造方法与流程

本揭露是关于一种发光元件，特别是关于一种有机发光元件及其制造方法。

背景技术：

有机发光显示器(organiclightemittingdisplay，oled)已经广泛用于最高端的电子装置中。然而，由于现有技术的限制，经由遮罩在基板上涂覆发光材料以实现像素定义，并且通常遮罩的临界尺寸(criticaldimension)无法小于100微米。因此，对于oled制造者而言，800ppi或更高的像素密度是艰巨的任务。

技术实现要素：

在本揭露中，发光单元是由光敏材料形成。该光敏材料无需经由遮罩即直接设置于基板上。像素定义是藉由一光微影制程来实现。

本揭露的一些实施例提供一种发光元件的制造方法，包括提供一基板并形成复数光敏凸块于该基板上。该方法亦包括形成一光敏层于该复数光敏凸块上并图案化该光敏层，以形成通过该光敏层的一凹槽，进而暴露一表面。该方法亦包括设置一有机发射层于该表面上并移除该经图案化光敏层。

在一些实施例中，该方法更包括形成一缓冲层于该光敏层及该复数光敏凸块之间。

在一些实施例中，该缓冲层为有机的，且包含氟。

在一些实施例中，该方法更包括移除该缓冲层的一部分，以局部地暴露该复数光敏凸块。

在一些实施例中，该方法更包括形成第一电极于该基板及该复数光敏凸块之间。

在一些实施例中，该第一电极由该复数光敏凸块局部地覆盖。

在一些实施例中，该方法更包括形成第一型载体注入层于该第一电极及该光敏层之间。

在一些实施例中，该方法更包括形成一载体运输层于该有机发射层上。

本揭露的一些实施例提供一种发光元件，包括一基板；复数凸块，位于该基板上；及复数发光单元，位于该复数凸块之间，且位于该基板上。该发光单元的各者包括:第一电极；及一有机发射层，位于该第一电极上。该元件更包括一共同第一型载体注入层，位于该第一电极及该有机发射层之间，该复数发光单元共用该共同第一型载体注入层。

在一些实施例中，该元件更包括第一型载体运输层，位于该共同第一型载体注入层及该有机发射层之间。

在一些实施例中，该复数发光单元共用该第一型载体运输层。

在一些实施例中，该元件更包括第二型载体运输层，位于该有机发射层上，其中该第二型载体与该第一型载体相反。

在一些实施例中，该复数发光单元共用该第二型载体运输层。

在一些实施例中，该元件更包括第二电极，位于该有机发射层上。

在一些实施例中，该复数发光单元共用该第二电极。

在一些实施例中，该复数凸块是使用黑体材料而制成，该黑体材料吸收90％以上的可见光。

在一些实施例中，该复数发光单元经配置以发射至少两种不同的颜色。

本揭露的一些实施例提供一种发光元件，包括一基板；复数凸块，位于该基板上；及复数发光单元，位于该复数凸块之间，且位于该基板上。该发光单元的各者包括:一有机发射层；及一电极，位于该有机发射层上。该元件更包括一载体运输层，介于该电极及该有机发射层之间，该载体运输层包括第一次级载体运输层及第二次级载体运输层。

在一些实施例中，该复数发光单元共用该第一次级载体运输层。

在一些实施例中，该第二次级载体运输层位于该第一次级载体运输层及该电极之间。

附图说明

图1为可挠式发光元件。

图2为俯视图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图3为剖面图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图4为剖面图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图5为剖面图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图6为剖面图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图7为剖面图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图8绘示长宽比(aspectratio)与高度比(heightratio)之间的相关性。

图9为俯视图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图10为剖面图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图11为剖面图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图12为剖面图，例示根据一实施例的可挠式发光元件的一部分。

图13a至图13e绘示根据一实施例的制造可挠式发光元件的操作。

图14a至图14d绘示根据一实施例的制造发光元件的一方法。

图15a至图15f绘示根据一实施例的制造发光元件的一方法。

图16a至图16g绘示根据一实施例的制造发光元件的一方法。

图17a为剖面图，例示根据一实施例的发光元件的一部分。

图17b为剖面图，例示根据一实施例的发光元件的一部分。

具体实施方式

[相关引证案的交互参照]

本揭露主张美国专利申请案第15/695,853号的优先权，前述申请案的发明名称为「lightemittingdevicemanufacturingmethodandapparatusthereof」，申请日为2017年9月5号。

本揭露并主张前述申请案的部分接续案，美国专利申请案第15/995,838号的优先权，发明名称为「lightemittingdevicemanufacturingmethodandapparatusthereof」，申请日为2018年6月1号。

本揭露提供一种发光元件，特别是一种有机发光元件(organiclightemittingdevice，oled)及其制造方法。在本揭露中，藉由光微影技术在oled中形成有机发光层。在一些实施例中，有机发光层为聚合物发光层。在一些实施例中，有机发光层包含复数发光像素。

图1绘示电子元件10的一实施例。电子元件10可为硬式(rigid)或可挠式(flexible)显示器。电子元件10可具有至少四个不同的层，实质上沿一厚度方向x堆迭。层12为基板，配置以作为平台，而具有发光层14位于其上。层16为位于发光层14上的覆盖层，以及层18是经配置作为光射入电子元件10或自电子元件10射出的窗口(window)。在一些实施例中，层16为封装层。层18亦可经配置作为使用者的触控界面，因此，表面硬度可高至足以符合设计需求。在一些实施例中，层16与层18整合为一层。

层12可由聚合物基质材料形成。层12的弯曲半径不大于约3mm。在一些实施例中，层12的最小弯曲半径为不大于10mm。最小弯曲半径是以内部曲率测定，系层12可被弯曲的最小半径，而不会扭曲、损坏或缩短其寿命。在一些实施例中，复数传导迹线可位于层12中并且形成电路以提供电流至发光层14。在一些实施例中，层12包含石墨烯(graphene)。

如图2所示，发光层14可经配置成一阵列，包含许多发光单元。沿线aa的剖面图绘示于图3。在一些实施例中，层14具有基板140。在一些实施例中，基板经配置而可提供电流至该等发光单元。在一些实施例中，发光单元141经配置于基板140上作为台面(mesa)。在一些实施例中，发光单元经配置位于基板140的凹部中。发光单元的厚度「h」范围可自约-100um至约100um。该厚度h是从基板140的表面140a量测的。负值表示发光单元141位于凹部中。正值表示发光单元141如图3所示的台面(mesa)般突出。发光单元141可配置于阵列中。每一个独立的发光单元141是与其他相邻的发光单元141彼此分隔。间隙d代表两个相邻发光单元141之间的分隔距离。在一些实施例中，间隙d是介于约2nm与约100um之间。在一些实施例中，间隙d是经控制为至少不大于约50um，因而该等单元的密度可经设计为至少大于700ppi或1200ppi。

在一些实施例中，发光单元141的宽度w是介于约2nm与约500um之间。发光单元141为聚合物材料。在一些实施例中，发光单元141为光敏感性。在一些实施例中，宽度w不大于约2um。

图4是以剖面图示发光层中的发光像素24的一实施例。发光像素24包含发光单元243，如图3所示的发光单元。再者，发光像素24包含第一型载体运输层241与第二型载体运输层242。第一型是与第二型相反。在一些实施例中，第一型运输层241为电洞运输层(holetransportationlayer，htl)，且第二型载体运输层242为电子运输层(electrontransportationlayer，etl)。在一些实施例中，第一型运输层241为电子运输层(etl)，且第二型载体运输层242为电洞运输层(htl)。

在一些实施例中，在第一型载体运输层241或第二型载体运输层242中有金属迹线。再者，金属元素可存在于第一型载体运输层241或第二型载体运输层242中。金属元素包括过渡金属。在一些实施例中，金属元素包含y、zr、nb、mo、ru、rh、cd、hf、ta、w、re、os中的一者。

在一些实施例中，发光单元243接触第一型运输层241。在一些实施例中，发光单元243接触第二型运输层242。在一些实施例中，一中间层位于发光单元243与第一型运输层241之间。在一些实施例中，一中间层位于发光单元243与第二型运输层242之间。

图5为放大图，根据实施例绘示图4中的发光单元243。发光单元243具有基脚243a，从发光单元243的侧壁240横向地延伸。基脚243a接触第一型运输层241。基脚243a的横向延伸具有宽度e，其是自基脚243a的侧壁240量测至尖端。尖端为基脚243a可延伸最远的点。尖端亦为基脚与第一型运输层241相会的端点。

图6是例示图4中的发光单元243的另一实施例。发光单元的侧壁240是锥形的并且具有两个不同的斜度(slope)。第一斜度是自基脚243a的尖端f1量测至转折点f2。第二斜度是自转折点f2量测至发光单元243的顶角f3。在一些实施例中，第二斜度是大于第一斜度。

基脚243a自发光单元243的底部延伸的目的之一是增加发光单元243与第一型运输层241之间的附着。由于发光单元243与第一型运输层241可由不同材料形成，因而发光单元243与第一型运输层241之间的表面张力可能造成不想要的剥离。藉由基脚243a，发光单元243与第一型运输层241之间的接触表面增加，以稳固发光单元243座落于第一型运输层241上。

在一些实施例中，两个相邻的发光单元243之间有一些次级发光单元243b。次级发光单元243b的高度小于发光单元243的高度h。次级发光单元243b是自发光单元243中隔离出。在一些实施例中，次级发光单元243b的高度为发光单元243的高度的约1/5至约1/15。

在一些实施例中，发光单元243与相邻的次级发光单元243b发出相同波长的光。在一些实施例中，一些发光单元经设计发出第一波长的光。一些发光单元经设计发出第二波长的光，第二波长不同于第一波长。一些发光单元经设计发出第三波长的光，第三波长不同于第一波长与第二波长。一发光单元可经指定具有与该发光单元相邻的次级发光单元，并且该经指定的次级发光单元所发出的光与相应的发光单元所发出的光具有相同波长。

发光单元243的长宽比(aspectratio)是定义为发光单元243的高度h除以两个相邻发光单元之间的间隙d。如图8所示，当次级发光单元243b与发光单元243之间的高度比(heightratio)达到1/15时，长宽比开始进入饱和区，直到高度比达到1/5。对于超高ppi(>1200ppi)显示器而言，设计者可调整次级发光单元243b与发光单元243之间的高度比，以符合长宽比的需求。

图9为俯视图，例示本揭露实施例的位于第一型运输层241上的发光单元243的阵列。次级发光单元243b可形成为四边形、圆形或条形。

在一些实施例中，次级发光单元243b形成为仅对应于一对发光单元243。次级发光单元243b经设计以改良该对发光单元243之间的间隙的长宽比。在一些实施例中，圆形的次级发光单元243b可将最大长宽比(图8的最大值)增加至比四边形高10％至15％。

在一些实施例中，次级发光单元243b形成为对应于数对发光单元。如左侧的条形图案，条形的次级发光单元243b经设计对应于至少三对不同的发光单元243。

在一些实施例中，至少两个分离的次级发光单元243b形成为对应于数对发光单元243。如在右侧的两个条形发光单元，有两个平行的次级发光条(secondarylightemittingstrip)。

为了将相邻发光单元243之间的干扰最小化，可使用吸收材料145填充发光单元243之间的间隙，如图10所示。吸收材料145可吸收发光单元243发出的光以及自周围环境进入元件中的任何可见光。

在一些实施例中，第一型载体运输层241为复合结构，并且包含至少一主要层241a与次级运输层241b，如图11所示。第一型载体运输层241的任何一次层(sub-layer)中存在金属迹线。金属元素包含过渡金属。在一些实施例中，金属元素包含y、zr、nb、mo、ru、rh、cd、hf、ta、w、re、os其中之一。

同样地，在一些实施例中，第二型载体运输层242是复合结构，并且包含至少一主要层与次级运输层。第二型载体运输层242的任何一次层(sub-layer)中，存在金属迹线。金属元素包含过渡金属。在一些实施例中，金属元素包含y、zr、nb、mo、ru、rh、cd、hf、ta、w、re、os其中之一。在一些实施例中，层242可包含cs、rb、k、na、li、yb、lu、tm等。

在一些实施例中，有第一型载体注入层与第一型载体运输层相邻。如图12所示，第一型载体注入层230与第一型载体运输层241相邻。同样地，有第二型载体注入层与第二型载体运输层相邻。

图13a至13c说明制造发光元件的一些操作。在图13a中，提供包含第一型载体注入层230与复合第一型载体运输层的基板。

在图13b中，金属或金属复合层220位于复合物第一型载体运输层上。可藉由各种沉积制程形成金属复合层，例如气相沉积、溅镀、原子层沉积(atomiclayerdeposition,ald)、热蒸镀、涂覆或喷镀(jetting)。在一些实施例中，层220的厚度约或更小。层220可包含氧、氮、氩、氟、碳等。

处理程序如图13c所述。可藉由加热、微波、电浆处理，进行处理程序。直接于层220上施加处理。在处理期间，层220被分解，使得层220中的过渡金属元素222可以渗透到第一类型载体传输层241中。在一些实施例中，过渡金属元素222的分布可具有梯度(gradient)。在一些实施例中，在第一型载体运输层241的顶表面上的过渡金属元素222的密度是高于接近第一型载体运输层241与第一型载体注入层230之间界面的位置的密度。同样地，可对于第二型载体运输层施加上述金属扩散操作。

在处理之后，层220可消失或是可自第一型载体运输层241的表面被移除。在处理或移除程序之后，光敏有机发光层204是位于第一型载体运输层241上方，如图13d所示。

在图13e中，进行图案化程序，例如光微影，以移除过多的部分并且形成发光单元243。

图14a至图14d说明在基板250上形成发光单元243的另一实施例。在一些实施例中，基板250包含载体运输层。在一些实施例中，基板250包含薄膜晶体管(thinfilmtransistor，tft)阵列。在图14a中，在基板250上，形成图案化光敏层251。在一些实施例中，图案化光敏层251为吸光材料，如图10中的吸光材料145。在一些实施例中，图案化光敏层251是作为图案定义层。区域251a是由两个相邻的图案化光敏台面定义，以及区域251a经配置以容纳有机发光单元。在一些实施例中，图案化光敏层251无氟，亦即实质未包含氟。

在图14b中，光阻层253位于光敏层251上方且位于区域251a中。在一些实施例中，光阻层253包含氟。在图14c中，光阻层253经图案化以具有开口。在一些实施例中，每一个开口253a的宽度小于约10um。在图14d中，有机发光单元243形成于开口253a中。在一些实施例中，有机发光单元243的高度小于光敏层251的高度。在另一步骤(未绘示于图式)中，可移除光阻层253。

在图15a中，提供基板250，基板250可包括薄膜晶体管(tft)阵列。在基板250上设置复数第一电极215。各个第一电极215经配置成，一侧连接至嵌入基板250中的电路、且另一侧接触发光材料。考量像素的安排而设计第一电极的阵列图案。在第一电极215与基板250上设置光敏层254。在一些实施例中，涂布光敏层254于第一电极215与基板250上。

光敏层254填入相邻的第一电极215之间的间隙中。将光敏层254加热至一预定的温度，然后将之暴露在指定的波长之下。光敏层254可吸收90％以上的可见光，且在本揭露中亦被称为黑体材料。在暴露之后，在一溶液中润湿光敏层254以进行显影。如图15b所示，光敏层254的一部分被移除，而留下的部分实质上覆盖相邻的第一电极215之间的间隙。在此剖面图中，留下的光敏层254形成复数凸块251，各个凸块251填入相邻的第一电极215之间的间隙中。凸块251局部地覆盖各个第一电极215。经图案化的凸块251又称为像素定义层(pixeldefinedlayer，pdl)。

凸块251可经形成为不同的形状。在图15b中，凸块251具有弯曲的表面。在一些实施例中，凸块251的形状为梯型。在形成凸块251后，执行清洁操作以清洁凸块251及第一电极215的暴露表面。在一实施例中，在清洁操作期间，将去离子水加热至介于30℃及80℃之间的一温度。在去离子水的温度升高至一预定温度后，将去离子水引导至凸块251及第一电极215的暴露表面。

在一些实施例中，在清洁操作期间使用超声波。将超声波导入清洁剂(例如水或异丙醇(ipa)等)中。在一些实施例中，将二氧化碳导入清洁剂中。在清洁操作之后，经由加热操作将清洁剂从暴露表面移除。在加热操作期间，可将基板250及凸块251加热至介于80℃及110℃之间的一温度。在一些例子中，将压缩空气引导至暴露表面，以在加热的同时帮助移除清洁剂的残余物。

在加热操作之后，可使用o2、n2、或ar电浆来处理暴露表面。电浆是用以使暴露表面粗糙化。在一些实施例中，使用臭氧以调节暴露表面的表面状态。

如图15c所示，在凸块251及第一电极215的暴露表面上设置载体注入层261。载体注入层261沿着暴露表面连续地加衬(lining)。更具体而言，各个第一电极215的暴露表面经配置作为一发光单元的有效发光面积。在此实施例中，所有发光单元使用共同的载体注入层261。在一些实施例中，载体注入层261是用于电洞注入。在一些实施例中，载体注入层261是用于电子注入。载体注入层261连续地覆盖在复数pdl凸块251及第一电极215之上。可选地，载体注入层261与pdl凸块251接触。在一实施例中，载体注入层261与第一电极215接触。在一些实施例中，载体注入层261为有机的。

如图15d所示，在凸块251及第一电极215的暴露表面上设置载体传输层262(或称第一型载体传输层)。载体注入层261设置在载体传输层262之下。载体传输层262沿着载体注入层261连续地加衬。在此实施例中，所有的发光单元使用共同的载体传输层262。在一些实施例中，载体传输层262是用于电洞注入。在一些实施例中，载体传输层262是用于电子注入。载体传输层262连续地覆盖在复数pdl凸块251及第一电极215之上。可选地，载体传输层262与载体注入层261接触。在一些实施例中，载体传输层262为有机的。

在一些实施例中，如图15e所示，载体传输层262经配置成片段，而载体注入层261沿着暴露的pdl凸块251及第一电极215连续地加衬。各个片段垂直地相对于一个第一电极215而排列。换句话说，载体传输层262未沿着载体注入层261连续地加衬。各个发光单元具有个别的载体传输层262设置于其上。

在一些实施例中，如图15f所示，载体注入层261经配置成片段，而载体传输层262沿着暴露的pdl凸块251及第一电极215连续地加衬。各个片段垂直地相对于一个第一电极215而排列。换句话说，载体注入层261未沿着暴露的凸块251及第一电极215连续地加衬。各个发光单元具有个别的载体注入层261设置于其上。

如图16a所示，缓冲层301设置在pdl凸块251上并且亦覆盖载体注入层261及载体传输层262。缓冲层301用以阻挡水气穿透进入pdl凸块251、载体注入层261、及载体传输层262。在一实施例中，经由旋转涂覆的方式来设置缓冲层301。可进一步将缓冲层301加热至温度t1。在一些实施例中，t1约为5℃至10℃，低于载体注入层261及载体传输层262的玻璃转化温度。此加热操作约为1到10分钟。在一些实施例中，缓冲层301包括氟。

在16b中，在加热操作后，在缓冲层301上设置光敏层302。可进一步透过微影制程将光敏层302图案化，以使缓冲层301的一部分透过凹槽312而暴露。在图16c中，移除缓冲层301的一部分，以具有凹槽313，而暴露载体传输层262。在一些实施例中，介由湿蚀刻执行图16c的移除操作。

针对一些实施例，移除操作包括至少两个步骤。第一步骤为垂直向移除，大致上依照凹槽312的开口宽度的尺寸而切出缓冲层301，如图16c所示。在形成凹槽313后，进行第二步骤以执行侧向移除，如图16d所示。形成切槽314，使凹槽313进一步沿伸进入缓冲层301，以朝向pdl凸块251的最高点暴露更多表面。

有机发射(emissive，em)层263设置在凹槽313中并覆盖载体传输层262及光敏层302。在图16e中，em层263完全地覆盖暴露的载体传输层262。em层263经配置以发射第一颜色。

如图16f所示，在em层263上设置有机载体传输层264(或称第二型载体传输层)。有机载体传输层264可为电洞或电子传输层264。在一些实施例中，有机载体传输层264及载体传输层262各自配置成相反的价态。

在图16g中，在有机载体传输层264上设置第二电极265。光敏层302的顶部表面亦被第二电极265所覆盖。在形成第二电极265后，可将光敏层302移除。第二电极265可为金属材料，例如ag、mg等。在一些实施例中，第二电极265包括ito(氧化铟锡)或izo(氧化铟锌)。在一些实施例中，从剖视图观看，各个发光单元具有独立的第二电极265，而复数发光单元共用一共同的载体传输层264。

可重复执行如图16a-16g中所示的操作以形成不同颜色的发光单元。图17a绘示另一个发光单元，其发射不同于第一颜色的第二颜色。第一发光单元21与第二发光单元22的第二电极265是连续的。各个发光单元具有独立的载体传输层264。独立的载体传输层264分段成复数片段，而各个片段设置于一个发光单元上。在一些实施例中，复数发光单元共用一共同的载体传输层264。

如图17b所示，在一些实施例中，各个发光单元具有独立的载体传输层262(相较于载体传输层264更靠近第一电极215)。载体传输层262分段成复数片段，而各个片段设置于一个发光单元上。在一些实施例中，复数发光单元共用一共同的载体传输层262。各个发光单元具有独立的载体注入层261。独立的载体注入层261分段成复数片段，而各个片段设置于一个发光单元上。在一些实施例中，复数发光单元共用一共同的载体注入层261。

在一些实施例中，第二载体传输层264具有至少两个次级层。第一次级层介于第二次级层与em层264之间。在一些实施例中，第二次级层介于第一次级层与第二电极265之间。在一些实施例中，两个次级层均为连续的，而发光单元21及22使用共同的第一次级层及第二次级层。在一些实施例中，一个次级层为分段的而另一个次级层为连续的。在一些实施例中，第一次级层为连续的，第二次级层为分段的。各个发光单元具有独立的第二次级层。在一些实施例中，第二次级层为连续的，第一次级层为分段的。各个发光单元具有独立的第一次级层。

前述内容概述一些实施方式的特征，因而熟知此技艺的人士可更加理解本揭露的各方面。熟知此技艺的人士应理解可轻易使用本揭露作为基础，用于设计或修饰其他制程与结构而实现与本申请案所述的实施例具有相同目的与/或达到相同优点。熟知此技艺的人士亦应理解此均等架构并不脱离本揭露揭示内容的精神与范围，并且熟知此技艺的人士可进行各种变化、取代与替换，而不脱离本揭露之精神与范围。

【符号说明】

10电子元件

12层

14发光层

16层

18层

21发光单元

22发光单元

24发光像素

140基板

140a表面

141发光单元

145吸收材料

204光敏有机发光层

215第一电极

220金属复合层

222过渡金属元素

230第一型载体注入层

240侧壁

241第一型载体运输层

241a主要层

241b次级运输层

242第二型载体运输层

243发光单元

243a基脚

243b次级发光单元

250基板

251图案化光敏层/凸块

251a区域

253光阻层

253a开口

254光敏层

261载体注入层

262载体传输层

263发射层/em层

264载体传输层

265第二电极

301缓冲层

302光敏层

312凹槽

313凹槽

314切槽

aa线

d间隙

e宽度

f1尖端

f2转折点

f3顶角

h高度

w宽度

x厚度方向