CN101188246A - 顶部发光型有机发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种顶部发光型有机发光二极管及其制造方法。该顶部发光型有机发光二极管包括具有一薄膜晶体管区与一有机发光区的基板、一薄膜晶体管结构及一有机发光结构。该薄膜晶体管结构包括一位于该薄膜晶体管区的掺杂半导体层、一源极及一漏极。该源极与漏极分别与该掺杂半导体层电连接，且该有机发光区对应的漏极部分作为该有机发光二极管的阴极。该有机发光结构包括一阳极及依次层叠设置在该阴极表面的电子注入层、有机发光层及电洞注入层，该阳极覆盖该电洞注入层与该薄膜晶体管结构。该顶部发光型有机发光二极管亮度较高且其制造方法较简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机发光二极管(Organic Light EmittingDiodes，OLED)及其制造方法，特别涉及一种顶部发光型有机发光二极管及其制造方法。
背景技术
有机发光二极管是一种高效的光电子转换装置，因具有自发光、广视角、高应答速度、可挠曲及高亮度等优点而越来越受到业界观注。
有机发光二极管依据出光角度不同可分为底部发光型(Bottom Emitting Type)有机发光二极管与顶部发光型(TopEmitting Type)有机发光二极管。
请参阅图1，是一种现有技术顶部发光型有机发光二极管的剖视图。该顶部发光型有机发光二极管10包括一透明绝缘基板100、一薄膜晶体管结构120及一有机发光结构140。该透明绝缘基板100定义连续分布的一薄膜晶体管区101与一有机发光区102。该薄膜晶体管结构120与该有机发光结构140分别设置在该透明绝缘基板100的薄膜晶体管区101与有机发光区102上。
该薄膜晶体管结构120包括一掺杂半导体层121、一第一绝缘层122、一栅极123、一第二绝缘层124、三连接孔151、153、155、一源极125、一漏极126及一钝化层127。该掺杂半导体层121为一岛状结构，其设置在该透明绝缘基板100的薄膜晶体管区101上。该第一绝缘层122覆盖具有该掺杂半导体层121的透明绝缘基板100。该栅极123形成在该掺杂半导体层121对应的第一绝缘层122表面。该第二绝缘层124覆盖该栅极123与该第一绝缘层122表面。该第一连接孔151与该第二连接孔153贯穿该第一绝缘层122与该第二绝缘层124，并在两连接孔151、153处暴露出部分掺杂半导体层121。该源极125与漏极126填充两连接孔151、153，从而实现与该掺杂半导体层121的电连接，并与该第二绝缘层124部分交叠。该钝化层127覆盖该源极125、该漏极126及该第二绝缘层124，其上表面为一平坦平面，具有一贯穿该钝化层127的第三连接孔155，该第三连接孔155暴露出该漏极126。
该有机发光结构140包括一阴极隔离体(Inter-insulator)141、一透明阳极142、一金属反射层143及自下而上依次层叠设置在该有机发光区102所对应钝化层127表面的一电洞注入层(Hole Injection Layer，HIL)144、一有机发光层(Organic Emission Layer)145、一电子注入层(Electron TransferLayer，ETL)146、一阴极(Cathode)147及一透明电极层148。该透明阳极142覆盖该钝化层127，并经由该第三连接孔155与该漏极126电连接。该金属反射层143为利用溅镀法形成在该透明阳极142表面的具有高反射率的金属薄膜。该阴极147为一利用溅镀法形成在电子注入层146表面的具有一定透明度的金属薄膜，其厚度小于10纳米(nm)，材料通常为银(Argentum)或铝(Aluminium)。该透明阳极142及该透明电极层148的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)或氧化铟锌(Indium ZincOxide，IZO)。该阴极隔离体141近似呈一“T”形，其竖直部分填充沉积有该透明阳极142的第三连接孔155，水平部分为部分覆盖该透明阳极142的梯形结构，其厚度大致等于设置在该有机发光区102上的该有机发光结构140的各层厚度之和。
当该顶部发光型有机发光二极管10外加一电压后，该电洞注入层144与该电子注入层146分别输出电洞与电子至该有机发光层145形成电洞-电子对再结合，电洞-电子再结合过程所释放出能量将有机发光层145分子中电子电激激发，从而释放出光能，部分光能以光形式放出。其中，部分光直接经由该电子注入层146、阴极147及该透明电极层148出射，另一部分光经由该金属反射层143反射后出射。
然而，为使该有机发光层145受电激激发而产生的光自顶部出射，从而形成顶部发光型结构，该顶部发光型有机发光二极管10的阴极147必须是一厚度极薄的金属薄膜，从而呈现半透明状。但是，由于半透明状的阴极147的透光效率较低，影响整个顶部发光型有机发光二极管10的亮度。另外，该顶部发光型有机发光二极管10的顶部发光效果还需利用溅镀法在该透明阳极142上形成一金属反射层143，该透明阳极142还需利用一第三连接孔155实现与该薄膜晶体管结构120的漏极126电连接，该金属反射层143与第三连接孔155分别需要一道制造工艺制成。同时，该顶部发光型有机发光二极管10的钝化层127与阴极隔离体141为两独立结构，该钝化层127与该阴极隔离体141需分别经由二道制造工艺制成。因此，该顶部发光型有机发光二极管10的结构较复杂，制造步骤也较繁琐。
发明内容
为了解决现有技术中顶部发光型有机发光二极管的亮度较低且制造步骤较繁琐的问题，有必要提供一种亮度较高且制造步骤简单的顶部发光型有机发光二极管。
为了解决现有技术中顶部发光型有机发光二极管的亮度较低且制造步骤较繁琐的问题，也有必要提供一种亮度较高且制造步骤简单的顶部发光型有机发光二极管制造方法。
一种顶部发光型有机发光二极管，其包括一透明绝缘基板、一薄膜晶体管结构及一有机发光结构。该透明绝缘基板上定义连续分布的一薄膜晶体管区与一有机发光区。该薄膜晶体管结构包括一掺杂半导体层、一源极及一漏极。该掺杂半导体层位于该薄膜晶体管区。该源极与该薄膜晶体管区对应的漏极部分与该掺杂半导体层电连接，且该有机发光区对应的漏极部分作为该顶部发光型有机发光二极管的阴极反射层。该钝化层覆盖该薄膜晶体管区对应的源极与漏极。该有机发光结构设置在该有机发光区，其包括一透明阳极与依次层叠设置在该阴极反射层表面的一电子注入层、一有机发光层及一电洞注入层，该透明阳极覆盖该电洞注入层与该薄膜晶体管结构。
一种顶部发光型有机发光二极管制造方法，其包括以下步骤：步骤一，提供一透明绝缘基板，其上定义连续分布的一薄膜晶体管区与一有机发光区；步骤二，依次形成一掺杂半导体层、一第一绝缘层、一栅极、一第二绝缘层及两连接孔在该透明绝缘基板表面；步骤三，利用一道掩膜刻蚀制造工艺形成一源极与一漏极，该源极与漏极分别填充两连接孔，且该漏极覆盖该有机发光区对应的第二绝缘层表面，从而形成该顶部发光型有机发光二极管的阴极反射层；步骤四，形成一覆盖该源极、漏极及第二绝缘层的钝化层，从而构成一薄膜晶体管结构；步骤五，依次形成一电子注入层、一有机发光层及一电洞注入层在该阴极反射层表面，并在该电洞注入层与该钝化层表面形成一透明阳极。
与现有技术相比，由于该顶部发光型有机发光二极管将原本设置在邻近该透明绝缘基板一侧的透明阳极与远离该透明绝缘基板一侧的阴极调换位置，使透明阳极设置在顶部，作为阴极的阴极反射层设置在底部，从而实现顶部发光模式。由于透明阳极自身即为透明材料，因此其具有良好的透明度，保证该顶部发光型有机发光二极管的亮度。并且由于改变该透明阳极及阴极反射层的位置关系，也节省了原本用来连接透明阳极与漏极的连接孔的制造步骤。
同时，由于其阴极反射层是由对应该有机发光区的漏极构成的，相应地，在制造过程中，也节省实现阴极反射层的制造步骤。因此，该顶部发光型有机发光二极管的结构较简单，制造方法也较简单。
另，由于该顶部发光型有机发光二极管的电子注入层设置在该有机发光层与透明阳极下方，且该有机发光层为有机材料，其不易使因元件封装缺陷而造成的水气渗入而氧化该电子注入层，从而有效保护该电子注入层，提高元件封装的可靠度。
附图说明
图1是一种现有技术顶部发光型有机发光二极管的剖视图。
图2是本发明顶部发光型有机发光二极管一较佳实施方式的电路结构示意图。
图3至图10，是图2所示顶部发光型有机发光二极管的各制造步骤的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图2，是本发明顶部发光型有机发光二极管一较佳实施方式的电路结构示意图。该顶部发光型有机发光二极管20包括相互平行的多条扫描线21及与该扫描线21垂直绝缘相交的多条数据线22。该扫描线21与数据线22相交叉定义多个像素单元24。每个像素单元24包括一第一薄膜晶体管241、一第二薄膜晶体管242、一存储电容243及一有机发光单元244。该第一薄膜晶体管241控制该第二薄膜晶体管242的导通与关断，该第二薄膜晶体管242控制该有机发光单元244是否受激发而发光。该存储电容243用来暂存该有机发光单元244所需的激发电能，以便该有机发光单元244完成一个完整的工作周期。
该第一薄膜晶体管241包括一栅极250、一源极251及一漏极252，该第二薄膜晶体管242也包括一栅极260、一源极261及一漏极262。该有机发光单元244包括一阴极2441与一阳极2442。该第一薄膜晶体管241的栅极250连接至该扫描线21，其源极251连接至该数据线22，其漏极252连接至该第二薄膜晶体管242的栅极260。该第二薄膜晶体管242的源极261接地，其漏极262与该有机发光单元244的阴极2441相连。该有机发光单元244的阳极2442与一外加电源Vdd相连。该存储电容243连接在该第二薄膜晶体管242的栅极260与地之间。
请参阅图3至图10，是图2所示该顶部发光型有机发光二极管20的各制造步骤的结构示意图。该顶部发光型有机发光二极管20的制造步骤包括：
步骤S1，提供一透明绝缘基板200，其可为石英、玻璃等透明绝缘材料。该透明绝缘基板200包括连续分布的一薄膜晶体管区201与一有机发光区202。
步骤S2，沉积一多晶硅材料层在该透明绝缘基板200表面，图案化该多晶硅材料层使其形成一活性层，再对该活性层进行掺杂，从而在对应该薄膜晶体管区201的透明绝缘基板200表面形成如图3所示的岛状掺杂半导体层310。
步骤S3，如图4所示，沉积一第一绝缘层311在具有该掺杂半导体层310的透明绝缘基板200表面。该第一绝缘层311是利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)方法形成的一非晶氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiO2)结构。
步骤S4，依次沉积一栅极金属层在该第一绝缘层311表面，并图案化该栅极金属层，从而在该掺杂半导体层310对应处形成如图5所示的栅极312。
步骤S5，如图6所示，沉积一第二绝缘层313在该第一绝缘层311与栅极312上。该第二绝缘层313的材料也为非晶氮化硅或氧化硅。
步骤S6，图案化该第二绝缘层313，从而在该掺杂半导体层310的两端部分别形成如图7所示的贯穿该第一绝缘层311及第二绝缘层313的两连接孔314、315，并暴露出该掺杂半导体层310的二端部。
步骤S7，连续沉积一源/漏极材料层及一光致抗蚀剂层(图未示)在具有该第二绝缘层313的透明绝缘基板200表面，该源/漏极材料层的材料为具有良好导电性能及高反射率的铝或银。
利用一第一掩膜曝光该光致抗蚀剂层，并显影曝光后的光致抗蚀剂层，再以剩余光致抗蚀剂层为遮掩刻蚀该源/漏极材料层，从而在两连接孔314、315处形成如图8所示的源极316与漏极317。该源极316与漏极317分别填充该两连接孔314、315，从而与该掺杂半导体层310电连接。该漏极317覆盖该有机发光区202对应的第二绝缘层313，其对应该有机发光区202部分作为该顶部发光型有机发光二极管20的阴极反射层320。刻蚀方法采用湿刻蚀法，刻蚀液为强酸性溶液，可为铝酸、硝酸与醋酸的混合液。
步骤S8，涂布一钝化材料层在该源极316、该漏极317及该第二绝缘层313表面上，该钝化材料层为具有高感光特性的有机感光层。涂布方式可采用旋涂法(Spin Coating)或喷涂法(Spaying Coating)，经涂布后的钝化材料层的上表面平坦分布。
利用一第二掩膜曝光该钝化材料层，并显影曝光后的钝化材料层，使其形成如图9所示的平坦分布在该薄膜晶体管区201上的钝化层，并在该有机发光区202处暴露出兼作该顶部发光型有机发光二极管20阴极反射层320的部分漏极317。该钝化层也作为该顶部发光型有机发光二极管20的阴极隔离体318。
经由步骤S1至步骤S8，即在薄膜晶体管区201形成该顶部发光型有机发光二极管20的薄膜晶体管结构210，再该有机发光区302形成该顶部发光型有机电极发光显示器20的阴极反射层320。
步骤S9，利用掩膜刻蚀制造工艺在该有机发光区202对应的漏极317，即该阴极反射层320表面，自下而上依次形成一电子注入层321、一有机发光层322及一电洞注入层323，并在该电洞注入层323与阴极隔离体318表面涂布一透明阳极324，从而形成如图10所示的顶部发光型有机发光二极管20。该电子注入层321、有机发光层322及该电洞注入层323的厚度之和基本等于该阴极隔离体318的厚度。
该电子注入层321的材料通常为具有低功函数(Low WorkFunction)的碱金属或碱土金属，如氟化锂(LiF)、钙(Calcium，Ca)、镁(Magnesium，Mg)等。该有机发光层322的材料为高分子电致化合物或者小分子化合物，当其材料为高分子电致发光化合物，如聚对苯撑乙烯(Para-phenylenevinylene，PPV)时，通常采用旋涂法或喷涂法实现成膜；而当其为小分子化合物，如双胺化合物(Diamine)时，通常采用真空蒸镀(Vacuum VaporDeposition)法实现成膜。该电洞注入层323的材料可为铜酞菁(Copper Phthalocyanine，CuPc)，其用来保护该有机发光层322，并降低该透明阳极324与该有机发光层322间产生的界面障碍(Interface Barrier)。该透明阳极324的材料为氧化铟锌或氧化铟锡。
请参阅图10，该顶部发光型有机发光二极管20包括该透明绝缘基板200、该薄膜晶体管结构210及该有机发光结构220。该透明绝缘基板200表面界定该薄膜晶体管区201与该有机发光区202。
该薄膜晶体管结构210包括该栅极312、该掺杂半导体层310、该第一绝缘层311、该第二绝缘层313、该源极316、该漏极317、该两连接孔314，315及该钝化层。该掺杂半导体层310为一岛状结构，其设置在该薄膜晶体管区201对应的透明绝缘基板200上。该第一绝缘层311覆盖具有该掺杂半导体层310的透明绝缘基板200。该栅极312形成在该掺杂半导体层310对应的第一绝缘层311表面。该第二绝缘层313覆盖该栅极312与该第一绝缘层311表面。该两连接孔314、315贯穿该第一绝缘层311与该第二绝缘层313，并在该两连接孔314、315处暴露出部分掺杂半导体层310。该源极316与漏极317分别填充该两连接孔314、315，从而实现与该掺杂半导体层310的电连接。该漏极317的一部分覆盖该有机发光区202对应的第二绝缘层313，其作为该顶部发光型有机发光二极管20的阴极反射层320。该钝化层覆盖该薄膜晶体管区201对应的第二绝缘层313、源极316及漏极317，其上表面为一平坦表面。该钝化层用来保护该薄膜晶体管结构210，其也作为该顶部发光型有机发光二极管的阴极隔离体318。
该有机发光结构220包括该透明阳极324及自下而上依次层叠设置在该有机发光区202的该电子注入层321、该有机发光层322及该电洞注入层323。该透明阳极324覆盖该电洞注入层323与该阴极隔离体318，且该电子注入层321、该有机发光层322及该电洞注入层323的厚度之和基本等于该阴极隔离体318的厚度。
当给该顶部发光型有机发光二极管20外加一电压后，该电洞注入层323与该电子注入层321分别输出电洞与电子至该有机发光层322形成电洞-电子对再结合，电洞-电子再结合过程所释放出能量将有机发光层322分子中电子电激激发，从而释放出光能，部分光能以光形式放出。其中，部分光穿过该电洞注入层323与该透明电极324出射，另一部分光经该阴极反射层320反射后穿过该电洞注入层323与该透明阳极324出射。
由于上述顶部发光型有机发光二极管20，将原本设置在邻近该透明绝缘基板一侧的透明阳极与邻近远离该透明绝缘基板一侧的阴极调换位置，使透明阳极324设置在顶部，作为阴极的阴极反射层320设置在底部，实现顶部发光模式。由于透明阳极324自身即为透明材料，因此其具有良好的透明度，保证该顶部发光型有机发光二极管20的亮度。并且，由于改变了透明阳极324与阴极反射层320的位置关系，也节省了原本用来连接透明阳极与漏极的第三连接孔的制造步骤。
同时，由于其阴极反射层320由对应该有机发光区202的漏极317构成，并且其阴极隔离体318也作为保护该薄膜晶体管结构210的钝化层。相应地，在制造过程中，既节省实现阴极反射层320的制造步骤，又节省分别形成钝化层及阴极隔离体318的制造步骤。因此，该顶部发光型有机发光二极管20的结构较简单，制造工序也较简单。
另，由于该顶部发光型有机发光二极管20的电子注入层321设置在该有机发光层322与该透明阳极324下方，且该有机发光层322为有机材料，不易使因元件封装缺陷而造成的水气渗入而氧化该电子注入层321，从而有效保护该电子注入层321，提高元件封装的可靠度。
Claims (10)
1.一种顶部发光型有机发光二极管，其包括一透明绝缘基板与设置在该透明绝缘基板上的一薄膜晶体管结构与一有机发光结构，该透明绝缘基板上定义连续分布的一薄膜晶体管区与一有机发光区，该薄膜晶体管结构包括一掺杂半导体层、一源极及一漏极，该掺杂半导体层设置在该薄膜晶体管区，该源极与该薄膜晶体管区对应的漏极部分分别与该掺杂半导体层电连接，该钝化层覆盖该薄膜晶体管区对应的源极与漏极，该有机发光区包括一透明阳极、一电子注入层、一有机发光层及一电洞注入层，其特征在于：该有机发光区对应的漏极部分作为该顶部发光型有机发光二极管的阴极反射层，该电子注入层、有机发光层及该电洞注入层自下而上依次层叠设置在该阴极反射层表面，该透明阳极覆盖该电洞注入层与该薄膜晶体管结构。
2.如权利要求1所述的顶部发光型有机发光二极管，其特征在于：该薄膜晶体管结构进一步包括一第一绝缘层、一栅极、一第二绝缘层及两连接孔，该第一绝缘层覆盖该掺杂半导体层及该透明绝缘基板表面，该栅极位于该掺杂半导体层对应的第一绝缘层表面，该第二绝缘层覆盖该栅极与该第一绝缘层，该源极与漏极分别利用该两连接孔与该掺杂半导体层电连接，该两连接孔贯穿该第一绝缘层与该第二绝缘层，且在两连接孔处暴露出该掺杂半导体层。
3.如权利要求1所述的顶部发光型有机发光二极管，其特征在于：该薄膜晶体管结构进一步包括一钝化层，该钝化层覆盖该薄膜晶体管区对应的源极与漏极，其兼作为该顶部发光型有机发光二极管的阴极隔离体。
4.如权利要求3所述的顶部发光型有机发光二极管，其特征在于：该钝化层的材料为具有高感光特性的有机材料。
5.如权利要求1所述的顶部发光型有机发光二极管，其特征在于：该源极及漏极为具有高反射率的导电材料。
6.一种顶部发光型有机发光二极管制造方法，其特征在于：步骤一，提供一透明绝缘基板，其上定义连续分布的一薄膜晶体管区与一有机发光区；步骤二，依次形成一掺杂半导体层、一第一绝缘层、一栅极、一第二绝缘层及两连接孔在该透明绝缘基板表面；步骤三，利用一道掩膜刻蚀制造工艺形成一源极与一漏极，该源极与漏极填充该两连接孔，且该漏极覆盖该有机发光区对应的第二绝缘层表面，从而形成该顶部发光型有机发光二极管的阴极反射层；步骤四，形成一覆盖该源极、漏极及第二绝缘层的钝化层，从而构成一薄膜晶体管结构；步骤五，依次形成一电子注入层、一有机发光层及一电洞注入层在该阴极反射层表面，并在该电洞注入层与该钝化层表面形成一透明阳极。
7.如权利要求6所述的顶部发光型有机发光二极管制造方法，其特征在于：该掺杂半导体层的制造步骤包括：沉积一多晶硅材料层在该透明绝缘基板表面，图案化该多晶硅材料层使该其形成一活性层，对该活性层进行掺杂，从而在对应该薄膜晶体管区的透明绝缘基板表面形成该掺杂半导体层。
8.如权利要求6所述的顶部发光型有机发光二极管制造方法，其特征在于：该栅极的制造步骤包括：依次沉积一栅极金属层在该第一绝缘层表面，图案化该栅极金属层，从而在该掺杂半导体层对应处形成栅极。
9.如权利要求6所述的顶部发光型有机发光二极管制造方法，其特征在于：该钝化层的材料为高感光特性的有机材料，其兼作为该有机发光二极管的阴极隔离体。
10.如权利要求9所述的顶部发光型有机发光二极管制造方法，其特征在于：钝化层的制造步骤包括：涂布一钝化材料层于具有该源极、漏极及第二绝缘层的透明绝缘基板上，利用一道曝光显影制造工艺图案化该钝化材料层，从而形成该钝化层。
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