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CN1685771A - 有机电致发光层叠型有机开关元件和有机电致发光显示器 - Google Patents

有机电致发光层叠型有机开关元件和有机电致发光显示器 Download PDF

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Abstract

一个目的为减少在有机EL元件的有源驱动中使用的元件的数目等。根据本发明的有机EL层叠型有机开关元件具有控制电极(6)，其电连接至用于控制有机EL元件部分(20)的发光/非发光状态的控制信号线，其中有机EL元件部分(20)和有机开关元件部分(30)层叠于彼此之上。

Description

有机电致发光层叠型有机开关元件和有机电致发光显示器
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光(EL)层叠型有机开关元件和一种有机电致发光(EL)显示器。
背景技术
为实现大屏幕显示的目的，一些有机EL显示器采用有源矩阵驱动模式。有源矩阵驱动模式为一种模式，其中在薄膜晶体管(TFT：薄膜晶体管)的开关操作的帮助下通过将电流独立提供给每个像素使每个有机EL元件发光。
作为上述的薄膜晶体管，使用一种在半导体衬底上形成的MOS型TFT，其制造工艺需要形成无机材料的膜以使在其制造中不可避免地应用高温工艺。
但是，高温工艺的应用升高了有机EL显示器的制造成本，且因此提出一种可以在相对低的温度下形成的有机开关元件(例如，日本专利公开第2000-252550号，第4页，图3)。
下面描述一种传统有机薄膜开关元件。
图1绘示了一种例如在日本专利公开第2000-252550号(第4页，图3)中所公开的有机薄膜开关元件的剖面示意图。
在图1中，请集中注意这样的事实：当将正或负电压施加于直接设置在有机薄膜104上的栅极电极107时，电荷可以被直接注入有机薄膜104中，栅极电极107以这样的方式设置，即将作为元件的沟道的正空穴传导或电子传导的有机薄膜104夹在中间，从而将正空穴或电子注入直接设置于栅极电极107下面的有机薄膜的沟道。
在有机薄膜开关元件100中，当将正电压施加于正空穴传导元件薄膜104以产生电场时，正空穴被注入有机薄膜104，而且因此正空穴传导有机薄膜104作为金属电极105和106之间的沟道。
可选择地，当将负电压施加于电子传导元件薄膜104以产生电场时，电子被注入有机薄膜104，而且因此在金属电极105和106之间的电子传导有机薄膜104作为沟道。当通过在金属电极105和106，即源极电极和漏极电极之间提供电压差的条件下使电流流动时，利用注入有机薄膜的电子或正空穴作为载流子的优势，由此导致的栅极电压的开/关操作可以使电流从源极电极105转换至漏极电极106。
在有机薄膜开关元件中，当通过将开电压施加于直接连接至元件薄膜沟道的栅极电极107而将电荷注入有机薄膜沟道时，由于注入的电荷引起的电流在相对的金属电极105和106之间流动。
当关掉施加于栅极电极107的电压时，注入的电荷逐渐消失且电流消失。在有源矩阵驱动模式中，有机EL元件的控制不需要基于栅极电压的电流的精细控制，而且因此只有存在两个能够执行电流开/关操作的有机薄膜开关元件时才能实现有机EL元件的控制。
但是，如上述的有机开关元件(有机薄膜开关元件)需要至少两个晶体管和用于有源地驱动有机EL元件的电容。有机开关元件的使用允许控制有机EL元件的发光/不发光状态，但是几乎不能显示灰度等级(gradation)。
发明内容
因此本发明的目的为提供一种有机EL层叠型有机开关元件和一种有机EL显示器，在有机EL显示器中，可以减少在有机EL元件的有源驱动中使用的元件的数目且可以显示等级。
本发明的以上目的可以通过提供一种有机EL层叠型开关元件来实现，其包括：有机EL元件部分和有机开关元件部分，其中有机EL元件部分和有机开关元件部分被层叠；和控制电极，用于控制有机EL元件部分的发光/非发光状态的控制信号线电连接到该控制电极。
依据本发明，可以减少在有机EL元件的有源驱动中使用的元件的数目。
在本发明的有机EL层叠型有机开关元件的一个方面，控制电极即作为有机EL元件部分的阴极也作为有机开关元件部分的阳极。
本发明的上述目的可以通过提供有成像平面的有机EL显示器来实现，该成像平面由多个像素组成，其中每个像素具有两个或更多的子像素(subpixels)。
在本发明的有机EL显示器的一个方面中，子像素具有彼此不同的发光面积。
依据该方面，可以显示(表示)灰度等级。
在本发明的有机EL显示器的另一方面，每个子像素以有机EL层叠型有机开关元件构建，该有机EL层叠型有机开关元件具有：有机EL元件部分和有机开关元件部分，其中有机EL元件部分和有机开关元件部分被层叠；和控制电极，用于控制有机EL元件部分的发光/非发光状态的控制信号线连接到控制电极。
依据该方面，可以减少在有机EL元件的有源驱动中使用的元件的数目。
在本发明的有机EL显示器的再一个方面，将彼此不同的控制信号提供给每个子像素使得像素的等级显示成为可能。
依据该方面，子像素的发光/非发光状态的组合允许改变整个像素的发光面积使得可以显示像素的等级。
附图说明
图1为传统有机薄膜开关元件的剖面示意图；
图2为本发明的实施例有关的有机EL元件层叠型有机开关元件的剖面示意图；
图3为显示本发明的实施例有关的有机EL层叠型有机开关元件的电流电压特性的曲线图；
图4为本发明的实施例有关的有机EL显示器的制造方法的过程(第一步)的平面示意图；
图5为本发明的实施例有关的有机EL显示器的制造方法的过程(第二步)的平面示意图；
图6为本发明的实施例有关的有机EL显示器的制造方法的过程(第三步)的平面示意图；
图7为本发明的实施例有关的有机EL显示器的制造方法的过程(第四步)的平面示意图；
图8为本发明的实施例有关的有机EL显示器的像素的平面示意图；
图9为显示在本发明的实施例中形成的有机EL显示器的像素中排列的四个子像素的相对面积比例的示意图；
图10为显示由子像素的发光状态的组合产生的等级变化的表格。
具体实施方式
下面，将基于附图描述本发明有关的实施例。
图2为本发明的实施例有关的有机EL元件层叠型有机开关元件的剖面示意图。
如图2所示，有机EL元件层叠型有机开关元件10具有一种构造，其中有机EL有机部分20和有机开关元件部分30彼此层叠。
有机EL有机部分20具有(包括)如玻璃衬底的透明衬底1和依次层叠于其上的透明电极2(有机EL元件部分20的阳极)、由有机化合物制成的正空穴传输层3、由有机化合物制成的发光层4、由有机化合物制成的电子传输层5和控制电极6(有机EL元件部分20的阴极)。附带地，正空穴传输层3包括注入层和传输层，而且这两层可以分别由不同的有机化合物制成，而电子传输层5也包括注入层和传输层，而且这两层可以分别由不同的有机化合物制成。
有机开关元件部分30具有(包括)控制电极6(有机开关元件部分30的阳极)、由有机化合物或由金属和有机化合物的叠层制成的操作层7、和金属电极8(有机开关元件部分30的阴极)。
操作层7的材料包括以下的材料但是并不限于此：铜(或其它金属)和TCNQ(和其相似物)的混合物、由ALDCN和Al制成的层叠结构、由包括正和负极性取代基的有机物质和金属的层叠结构、有机金属络合物等。
附带地，上述的有机开关元件部分30与在文献“Liping Ma，Jie Liu，Seungmoon Pyo，and Yang Yang，Applied Physics Letters，Vol.80，No.3，21January 2002”中描述的有机双稳元件(OBD：有机双稳器件)在结构和电流电压特性上相似。
本实施例有关的有机EL层叠型有机开关元件的特征为提供具有控制电极6的开关元件，有机EL元件部分20的发光/非发光控制的控制信号线与该控制电极电连接。另外，上述控制电极6既作为有机EL元件部分20的阴极，又作为有机开关元件部分30的阳极。
图3显示有机EL层叠型有机开关元件10的电流电压特性。
由图3可以看到，电流电压特性显示施加的电压低于临界电压(图3中大约为10V)时保持高电阻状态，而一旦所施加的电压超过临界电压，获得低电阻状态，而且可以以不与时间相关的方式保持低电阻状态。另外，负电压的应用允许从低电阻状态恢复至高电阻状态。
本发明的实施例的有机EL显示器具有像素，每个像素分为至少两个子像素，而且每个子像素使用上述的有机EL层叠型有机开关元件10。
如上所述，本实施例有关的有机EL显示器具有一种结构，其中有机EL层叠型有机开关元件10设置于每个子像素中，从而可以对于每个子像素的发光/非发光进行控制而且通过改变每个像素中的发光面积允许显示等级。
现在，请参考图4至图8中所示的平面示意图，通过引用包括步骤(1)至(8)的实施例，将描述本实施例有关的有机EL显示器的形成方法，该显示器中像素为有机EL层叠型有机开关元件。
(1)形成ITO(铟锡氧化物)图案的步骤
以通过构图形成ITO线13(透明电极2作为有机EL元件部分的阳极)，使得对于每个像素以4∶1的比例分割ITO线(见图4)这样的方式，通过在玻璃衬底(透明衬底1)上溅射形成厚度为1000的ITO层。
(2)形成控制信号线的步骤
以控制信号线11平行于ITO线13(见图5)这样的方式，通过溅射形成厚度为1500的Cr线作为有机EL发光部件12(子像素发光部分)的控制信号线11。
(3)形成绝缘膜的步骤
为了防止漏电流，以通过构图形成绝缘膜带15这样的方式，在相关部分形成厚度为5000的聚酰亚胺绝缘膜带(见图6)。
(4)形成阴极隔离壁的步骤
为了将阴极构图为任意的形状，形成阴极隔离壁14(见图7)。
(5)形成有机EL膜的步骤
通过真空沉积法形成作为膜的有机EL元件部分20。使用CuPC、NPB、Al2O3、LiF分别作为正空穴注入层、空穴传输层3、发光层4和电子注入层(电子传输层5)。在该步骤中，通过使用图案掩模限定膜形成的区域(见图2)。
(6)形成控制电极膜的步骤
通过真空沉积形成作为控制电极6的Al膜。在该步骤中，通过使用图案掩模限定膜形成的区域，且获得与控制信号线11的良好的电连接(见图2)。
(7)在有机开关元件部分中形成膜的步骤
作为有机开关元件部分30的操作层7，按照厚度值分别为500、300和800的顺序依次真空沉积作为膜的AlDCN、Al和AlDCN。在该步骤中，通过使用图案掩模限定膜形成的区域；对于所有的上述三个沉积步骤，使用一个同样的掩模(见图2)。
(8)形成阴极膜的步骤
最后，真空沉积厚度为1000的Al膜，作为有机开关元件部分30的阴极的金属电极8。在该步骤中，在阴极隔离壁14的帮助下进行构图成形，而不使用掩模(见图8)。
图8显示由上述步骤(1)至(8)形成的有机EL显示器的像素的平面示意图。
如图8所示，有机EL显示器的一个像素16为由虚线所围的部分。一个像素被分成四个子像素12(12-<1>、12-<2>、12-<3>、12-<4>)；且控制信号线11(11-<1>、11-<2>、11-<3>、11-<4>)与子像素的控制电极6电连接。
用该方法，通过独立控制每个控制信号线11-<1>、11-<2>、11-<3>、11-<4>，可以控制每个子像素的发光/非发光状态。
在图8中所示的在上述实施例中形成的有机EL显示器的一个像素中排列的四个子像素12-<1>、12-<2>、12-<3>、12-<4>的面积比例为如图9所示的8∶4∶2∶1。
子像素12-<1>、12-<2>、12-<3>、12-<4>的发光/非发光状态的组合允许改变整个像素的发光面积使得可以显示像素的等级(可以表示像素的等级)。图10为显示由子像素的发光状态的组合产生的等级变化的表格。
如图10所示的表格，以所有的子像素处于非发光状态(等级0)获得最暗的显示；以只有子像素12-<4>处于发光状态获得等级1的亮度；以只有子像素12-<3>处于发光状态获得等级2的亮度；以子像素发光状态的不同组合获得如图10中依次指定的3至15的其它等级。
附带地，子像素12-<1>、12-<2>、12-<3>、12-<4>的发光/非发光状态的持续时间控制使得可以获得更多数目的等级。
现在，参考指定上述子像素的发光/非发光状态的驱动方法的例子进行描述。在各种情况下均是将8V的电压持续施加于ITO电极(保持有机EL层叠型有机开关元件的发光的电压；见图3中所示的电流电压特性)。
从非发光状态至发光状态的转化进行如下：将+5V量级的瞬时电压施加在指定发光的子像素的控制电极和阴极之间；且即刻打开控制电极。
另一方面，从发光状态至非发光状态的转化进行如下：将-5V量级的瞬时电压施加在指定不发光的子像素的控制电极和阴极之间；且即刻打开控制电极。
附带地，当没有意图进行发光状态和非发光状态之间的转化时，保持施加于ITO电极的电压为8V的状态是足够的。
在上述的实施例中，通过构图绝缘膜形成通孔作为控制信号线和控制电极的接触点；但是，控制电极的形成和控制信号线的形成可以同时进行。
在上述的实施例中，发光面积比例指定为8∶4∶2∶1；但是可以指定其它任意的比例。
在上述的实施例中，一个像素分为四个子像素；但是，分割数可以取不小于2的任意整数。
另外，等级显示(灰度等级表示)方法可以单独依赖发光面积控制或依赖于具有如副帧调制(subframe modulation)的发光的持续时间控制与发光面积控制的组合。
通过使用有机EL层叠型有机开关元件，本实施例有关的有机EL显示器允许容易地获得有源矩阵驱动模式的有机EL显示器。
当与传统的有源矩阵驱动模式的有机EL显示器相比，以上提到的有源矩阵驱动模式的有机EL显示器由于其制造简单性允许减小制造成本。附带地，与无源驱动有机EL显示器相比，有源矩阵驱动模式的有机EL显示器能获得长运行寿命和低电功率消耗。
本实施例有关的有机EL层叠型有机开关元件的制造的工艺温度可以低至室温，且因此即使在非玻璃衬底(塑料衬底等)上也可以容易地形成本实施例有关的有机EL层叠型有机开关元件。
另外，与基于MOS型TFT的有源矩阵驱动模式的传统的有机EL显示器相比，本实施例有关的有机EL显示器可以适于较大的开放面积比例。
本发明可以用在不脱离本发明的精神和基本特征内的其它指定的形式实施。因此本实施例在各个方面应被认为是说明性的而非限定性的，本发明的范围由所附的权利要求界定而非前面的描述，且所有的在权利要求的等价物的内涵和外延内的变化包含于此。
于2002年9月30日申请的日本专利申请第2002-285022号的全文包括它的说明书、权利要求书、附图以及摘要引入本申请作为参考。

Claims (6)

1.一种有机电致发光层叠型有机开关元件，其中有机电致发光元件部分和有机开关元件部分彼此层叠，而且提供有控制电极，用于控制该有机电致发光元件部分的发光/非发光状态的控制信号线电连接到该控制电极。
2.如权利要求1所述的有机电致发光层叠型有机开关元件，其中该开关元件的构造使得该控制电极既作为该有机电致发光元件部分的阴极，又作为该有机开关元件部分的阳极。
3.一种有机电致发光显示器，其中成像平面由多个像素构成，且每个像素具有两个或更多的子像素。
4.如权利要求3所述的有机电致发光显示器，其中所述子像素具有彼此不同的发光面积。
5.如权利要求3或4所述的有机电致发光显示器，其中每个子像素用有机电致发光层叠型有机开关元件构成，其中有机电致发光元件部分和有机开关元件部分彼此层叠，而且提供有控制电极，用于控制有机电致发光元件部分的发光/非发光状态的控制信号线电连接到该控制电极。
6.如权利要求5所述的有机电致发光显示器，其中显示器以这样的方式构造，即将彼此不同的控制信号提供给每个子像素使得像素的等级显示成为可能。
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C04 Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WW01 Invention patent application withdrawn after publication