显示器件的制作方法

专利名称：显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示器件，尤其涉及一种采用有机发光材料的显示器件。
在PCT／W090／13148中描述了一类电致发光显示器件，在此引入该申请的内容作为参考。该器件的基本结构是一个夹在两个电极之间的发光聚合物薄膜，例如聚(对亚苯基1，2-亚乙烯)〔poly(p-phenylenevinylene〕-“PPV”薄膜，其中一个电极注入电子，而另一个电极注入空穴。电子和空穴激发聚合物薄膜发出光子。这些器件具有作为平板显示器的电势。
另一类有机发光器件是一种小分子器件，它的详细情况在US4，539，507中给出，在此引入该申请的内容作为参考。这些器件具有夹在该两电极之间的包括至少一种小分子材料例如三(8-羟基喹啉)铝(“Alq3”)的发光层。
在一有机发光显示器件中，一般将有机发光层分为单个的像素，通过改变流过该像素的电流，它可以在发光和不发光状态之间转换。该像素一般安排在正交的行和列中。通常采用两个用来控制像素的可替换排列即无源矩阵和有源矩阵。在一个无源矩阵器件中，一个电极排成行，而另外一个电极排成列。通过在行和列电极相交的交点处，在该行和列之间施加一个合适的电压，引起每一个像素发光。在一个有源矩阵中提供显示电路，以使得每一个像素可处于发光状态，而同时另一个像素被访问。


图1表示通过一有源矩阵有机发光器件的示意横断面。该器件建立在一个覆盖有钝化层2的玻璃片1的基础之上。每个像素具有一个包括薄膜晶体管(TFTs)的电路3区域，用于调整对该像素的供电。该电路3的输出被提供给与该玻璃片隔离的透明阳极4。在阳极4的后面有至少一个发光有机材料层6。一个阴极7设置在该发光层6的后面。设置绝缘材料带(banK)8以使毗邻的发光区域分开，并且使该电路3的后部绝缘。当控制电路3来接通像素时，电流被施加给阳极4，并且流经该发光层到达阴极7，从而引起发光。
TFT器件在LCD显示器的领域中已是众所周知。在该领域中，为致力于通过减少LCD显示器背景光的所不希望的反射来提高对比度，已做了许多工作。已经提议黑色材料应该与TFT电路成一直线(在观察的方向)，以通过吸收入射光以及阻碍任何与显示器相配的背光来保护该TFTs。这种建议的实例已经在JP57-18364，JP61-116324，JP4-225328，JP5-107550，JP5-173183，JP6-301052和JP8-152612中披露。
由于相似的理由，在JP申请第9-57862号中已经提出在一个细金属电极(类似于上述的阴极7)后面设置一种黑色材料。然而，这并不能保护TFT电路免受入射光的影响。同样也不能解决有机发光器件的一个具体问题，即，与举例的典型LCD显示器不同，有机发光器件的像素通常是以宽角度发散发光的。所发射的格外宽的光线可如图1中箭头A所示被玻璃盖片1波导。这种俘获光降低了该显示器的效率，并引起了毗邻像素之间的相互干扰，以及加大了TFTs对来自于像素本身的光的曝光。
根据本发明的第一方面，提供了一种有机发光器件，其包括一个透明盖片；一个位于该盖片后的有机发光材料区；一个位于该盖片后的用于调整流向该有机发光材料的电流的电路区；和一个位于该盖片和电路之间的不透光层。
该不透光层可以是吸收光和／或反射光的。
该不透光层优选在可见光频率范围内(并且优选为整个范围)是不透光的(例如吸光的)，最优选在该发光材料发光的频率处为不透光的。该不透光层适宜为一低反射光和／或高吸收光层。该不透光层优选在可见光波长内反射率小于30％，20％，15％或10％。该层可例如为黑色或棕色或其它颜色。
该不透光层优选与该盖片相邻，并且该不透光层的主表面最优选与该盖片相接触。该不透光层优选位于该电路(适宜包括任一或所有数据，信号等线路)的所有区域和该盖片之间，以阻止来自于该器件外部的光到达电路并降低对比度。该发光区域和该盖片之间优选没有该不透光层，从而允许来自于该发光区域的光离开该器件。因此该不透光层可限定一个其位置与该发光材料区相对应的透光孔。由此该不透光区域便可构筑起该发光材料区。
该器件可包括多个位于该盖片后的与该器件的像素或子像素单元相适合对应的有机发光材料区。该器件可包括多个位于该盖片后的电路区，其中每一区域用来调整流向各自的一个有机发光材料区的电流。该每个有机发光区适宜由该不透光层构筑；因此，该不透光层可具有点阵结构，限定一透光区域有规律间隔的阵列，其中该透光区域中的每一个都与各自的一个有机发光材料区相对应。
该不透光层适宜包括一种金属，优选为一种耐熔金属。该不透光层可包括一种合金。该不透光层可包括一种不透光金属氧化物，优选为一种耐熔金属氧化物。该氧化物适宜为一种非化学计量的金属氧化物。该不透光层可包括一种铬氧化物。
该每个发光区适宜包括一种发光的聚合物材料，优选为一种共轭材料。一种合适的材料是例如PPV或其衍生物之类的半导电的共轭聚合物。该每一发光区域的发光材料适宜的成分为或包括PPV，聚(2-甲氧基-5(2＇-乙基)己氧基亚苯基-1，2-亚乙烯基)(“MEH-PPV”)，PPV衍生物(例如二烷氧基或二烷基衍生物)，聚氟烃和／或含有聚氟烃成分的共聚物，PPVs和／或相关共聚物。它可通过旋转涂敷，浸渍涂敷，刮刀涂敷，弯液面涂敷，自装配，喷墨打印等等来沉积。发光区域的组分和／或其母体可是水基性的实例为母体基的PPVs。可替换材料包括有机分子发光材料，例如Alq3，或为现有技术已知的任何其它小的升华分子或共轭聚合物电致发光材料。该材料可通过真空升华予以沉积。
根据本发明的第二方面，提供一种形成一有机发光器件的方法，包括如下步骤在一个透明的盖片上沉积一个不透光层区域；在该透明盖片未被该不透光层覆盖的区域上沉积一个有机发光材料区；在该不透光层上沉积一个用来调整流向该有机发光材料区的电流的电路区。
该不透光层可通过溅射或蒸发沉积予以沉积。该方法的其它优选特征与本发明第一方面相关的上述描述相对应。
现在将参照附图通过实例对本发明作出描述，其中图2表示一个有机发光显示器件的部分示意平面图；图3表示图2中器件沿图2中1A-1A′线的断面图；图4是一个用于控制该器件像素的电路图；图5表示一个有机发光像素的电流密度和亮度相对所施加电压的曲线图。
图3表示一种与图1中大致相似的器件结构。然而，在图3的结构中，在电路14(相应于图1中的电路3)和玻璃片22(相应于图1中的玻璃片1)之间有一吸光材料层10。该电路包括数据，信号等共用线路。该吸光材料提供了许多优点。
1．它通过吸收被该玻璃片外表面反射回去的光，减少了该玻璃片中的波导。
2．它通过减少来自于该显示器外部的、朝着观察者反射回去的入射光的量，提高了该显示器的对比度。在图1的器件中，入射光可被阴极7或TFT电路3(见图1中的箭头B和C)朝着观察者反射回去。在图2和3中的器件中，这种光被该层10吸收。
3．它保护电路14的区域免受来自于该显示器外部的入射光的影响。在图1的器件中，当入射光射至该TFT电路时会引起问题。
正如将在下面作更为具体描述的那样，对于有机发光器件来说，优点2和3尤为重要，因为有机发光材料给相对小的发光区域和相应大的吸光材料10的区域提供了电势，该相应大的区域如果不存在吸光材料10将会反射，或者其中的入射光会影响TFT电路。
由图2和3表示的显示器是一个采用了TFT电路的有源矩阵有机发光器件。整个显示器包括几千或更多的排列为正交的行和列的单个像素。例如，一个典型的尺寸为800行乘以600列，共给出480，000个像素。该器件可为一个具有相等数目的红、绿和黄色像素的彩色显示器件。
每个像素具有一个相关联的与图4中所示的电路相对应的控制电路14。图4表示如何操作的情况。该电路包括如二极管11所示的像素发光材料，连在电极12和13之间。电极12和13同该器件的所有像素相耦合，并且在电极12和13之间持续地施加足以从像素发光的电压。转换电路14的至少一部分位于电极13和12之间。该转换电路是受行和列电极15，16控制的。为了使得像素11发光，给电极16施加电压以接通转换晶体管17，并且给电极15施加电压以向储存电容器18充电。然后关闭电极15和16。由于电容器18被充电，电流晶体管19便被接通，并且施加在电极13上的电压被施加到像素上，所以引起像素发光。
图4中的电路元件的附图标记与图2和3中的相同。图2和3中器件的其它主要组成部分是与电路14的输出终端20相连的透明阳极23，有机发光层11，阴极25，带26，中间层绝缘体(或钝化)层21和绝缘层28。
为了制造图2和3的器件，首先将吸光材料层10沉积在玻璃片1上。该层10可有选择性地，仅在将被电路覆盖的玻璃片的区域上，而不是在将与发光像素相对应的区域上被沉积，或者层10可在玻璃片上更大范围地被沉积，然后采用例如光刻的标准技术来形成图案，除去发光区域中的沉积部分。该层10如图2的剖面线所示。当从前方观察器件时，通过限定一个非吸光孔24构筑起发光区域，其中来自于发光区域11的光可通过该孔。
在这一实例中，层10是一光学密度约为3．0的铬层。优选该铬层下有一薄的氧化铬层以减少反射。该层的厚度适宜约为100nm，其对500nm波长的光的反射率大约为15％。可以对该层的厚度进行选择以使该层在特定波长下的吸收特性最佳。铬层和氧化铬层两者都是通过持续的溅射步骤而沉积在该玻璃片上。然后该层被湿蚀刻以在其上形成图案，只除去位于所完成器件的发光区域下面的层。蚀刻剂是硝酸铈仲铵(ammonium secondary cerium nitrate)、高氯酸和去离子水的混合物。
耐熔金属(例如铬、钨、钼、钛和钽)与它们的氮化物和硅化物(例如WSi2或MoSi2)以及亚化学计量氧化物都是用作层10的合适材料。这些材料的优点在于它们在高温下是稳定的，且因此在任何随后的退火步骤中能抵抗退化。金属本身能通过在惰性气体中溅射而被沉积，且其氧化物和氮化物通过在氧或氮气存在的情况下溅射而被沉积。该材料可通过采用CF4作为蚀刻气体进行等离子蚀刻而形成图案。一般而言，非化学计量(尤其是亚化学计量)氧化物是用作层10的优选类材料。
其它用作层10的合适材料是碳(尤其是无定形碳)和铝。尽管铝具有相对低的熔点，但如果退火时间短的话，例如采用局部激光退火，脉冲时间(例如)小于100ns，它也能经受得住退火。
优选该层10为一个电绝缘体。这一点可避免层10与电路14和数据线路等之间的杂散电容。
在已沉积了该层10之后，并且如果必要的话已形成了图案，便沉积显示器件的剩余部分。在层10和玻璃片22上，沉积一钝化层28。这便给随后的沉积步骤提供了一个可靠的衬底，并且使该层10与电路3绝缘。然后按照通常的方式沉积TFT电路3，并且在其上沉积二氧化硅电绝缘层21。如果需要的话，可将该二氧化硅退火。在该二氧化硅层21上，沉积绝缘材料的带8和由透明铟-锡氧化物(ITO)制成的阳极23。一般而言，阳极优选为具有高逸出功的材料，逸出功适宜大于4eV，最优选大于4．5eV。沉积另一绝缘层21b并形成图案，以允许与输出终端20相通。
在电极23上方且在带26之间，沉积有机发光材料层11。在这一实例中，有机发光材料是PPV。PPV可在整个器件上被沉积作为一个层(例如通过旋转涂敷一种母体聚合物)，然后成型图案以形成单个像素的单独发光区，或者可分别沉积每一像素的发光材料(例如通过喷墨打印)。如果分别沉积每一像素的发光材料，对于限定该像素的边界来说，带30就变得有用了。该发光层24约1000埃厚。为了通过喷墨打印来沉积该发光材料，该材料通过喷墨打印机的喷墨头而喷出。一个合适的溅射周期为每秒14，400滴，墨滴体积为30pl。
最后，在该器件上沉积阴极25。阴极优选为具有低逸出功的材料，逸出功适宜小于3．5eV，最优选小于3eV。该层可包括例如Al-Li，Yb，Sm，Ca，Tb等的金属或合金。
一般来说，有机发光材料是高效的。因此，在一个有机发光显示器件中，该发光区域可仅覆盖该显示器整个面积的25％或更小。剩余部分被每个像素的电路覆盖。例如，如果中间像素的间距在一个方向上是300μm，而在另外一个方向上是100μm，那么像素面积就可适宜为大约90×90μm。如图5所示，通过提高在阳极23和阴极25之间施加的电压，单位面积的亮度可被提高，以致于被该发光区域覆盖的面积可进一步减小，例如降至该显示器整个面积的5％到10％，同时可通过更猛烈地驱动像素而保持亮度。这就使得电路14占用的面积增加，给予该电路以更大的电流处理容量。在这种情况下，对于减少周围光的背反射和因而保持良好的对比度，减反射层10就显得尤为重要。应该注意到在采用其它发光技术的器件中，与上述一样小的像素的有源发光区将会存在散热问题。然而，因为典型的有机发光器件中的发光层是如此之薄，以致于它可相对容易地向例如带26或阴极25的相邻结构散热。在LCD器件中，驱动器是为了增加供像素用的器件面积的比例，以允许更大的亮度，且因此增加对比度。
减反射层10的存在可减少现有技术的器件中对于一外部反差滤光器的需要。一个外部反差滤光器的缺点在于它会明显削弱器件的发光。
吸光材料10的边缘优选与该像素发光区的边缘齐平，如图3所示。然而，这一点不是主要的。当从与器件的主平面垂直的方向(即沿观察方向)观察时，吸光材料10的边缘可凸出于或凹进该像素发光区的边缘。在另外一种情况下，该吸光材料优选呈点阵结构的形式，其中每一个孔都与该器件的一个像素相对应。
如果玻璃给随后的沉积提供一充分的表面，那么钝化层28便可省略。在这种情况下，优选该吸光层10是不导电的，以避免因为短路而破坏电路14的运行。如果吸光层给随后的沉积提供了充分的表面，就可在钝化层28上进行沉积。
该层10可以是代替光吸收的或除光吸收之外额外的光反射材料。
除了吸光材料层10外，或者代替该层，带30可由不透光材料制成，或可在其上具有一层不透光材料(优选为吸光材料)。后一层可在该带上方沉积，然后和该带一起形成图案。
电路14被一个给线路13，15和16提供所需信号的驱动单元控制。该驱动单元，或它的至少一部分，可以在显示器的背面上。
本发明可包括在此或含蓄或明确披露的任何特征或特征的组合或者是所作的不论是否与目前所要求保护的发明有关的任何概括论述。由在前的描述看来，对于本领域的技术人员来说，很明显可以在本发明的范围内作出各种改动。
权利要求
1．一种有机发光器件，包括一个透明盖片；一个位于该盖片后的有机发光材料区；一个位于该盖片后的用于调整流向该有机发光材料的电流的电路区；一个位于该盖片和该电路之间的不透光层。
2．如权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，该不透光层是一个吸光层。
3．如权利要求1或2所述的有机发光器件，其特征在于，该不透光层与该盖片相邻。
4．如权利要求1至3中任何一项所述的有机发光器件，包括多个位于该盖片后的有机发光材料区。
5．如权利要求4所述的有机发光器件，包括多个位于该盖片后的电路区，其中每一区域用来调整流向各自的一个有机发光材料区的电流。
6．如在前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该每个有机发光区由该不透光层构筑。
7．如前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该不透光层在可见光频率范围内的反射率小于20％。
8．如前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该不透光层包括一种金属。
9．如前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该不透光层包括一种耐熔金属。
10．如前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该不透光层包括一种非化学计量的金属氧化物。
11．如前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该不透光层包括一个金属层和一个金属氧化物层。
12．如前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该每个发光区由一种发光的聚合物材料形成。
13．如前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该每个有机发光区由一种发光的共轭材料形成。
14．如前述任一权利要求所述的有机发光器件，其特征在于，该每个有机发光区由聚(对亚苯基1，2-亚乙烯)形成。
15．一种形成一有机发光器件的方法，包括如下步骤在一个透明的盖片上沉积一个不透光层区域；在该透明盖片未被该不透光层覆盖的区域上沉积一个有机发光材料区；在该不透光层上沉积一个用于调整流向该有机发光材料的电流的电路区域。
16．如权利要求15所述的方法，其特征在于，该不透光层通过溅射被沉积。
17．如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，该不透光层与该盖片相邻。
18．如权利要求15至17中任何一项所述的方法，其特征在于，该发光材料区由一种发光的聚合物材料形成。
19．如权利要求15至18中任何一项所述的方法，其特征在于，该发光材料区是由一种发光的共轭材料形成。
20．如权利要求15至19中任何一项所述的方法，其特征在于，该发光材料区由聚(对亚苯基1，2-亚乙烯)形成。
21．一种有机发光器件，包括一个透明盖片；位于该盖片后的至少两个隔离开的有机发光材料区；位于该盖片后的一个用于调整流向该有机发光材料的电流的电路区域；一个隔离该有机发光材料区的不透光隔离区。
22．如权利要求21所述的有机发光器件，其特征在于，该隔离区包括一个透光隔离层和一个位于该透光隔离层后面的不透光隔离层。
23．一种有机发光器件，基本上如在此参照附图2至5所描述。
24．一种形成一有机发光器件的方法，基本上如在此参照附图2至5所描述。
全文摘要
一种有机发光器件,包括:一个透明盖片(22);一个位于该盖片后的有机发光材料区(24);一个位于该盖片后的用于调整流向该有机发光材料的电流的电路区域(14);和一个位于该盖片和该电路之间的不透光层(10)。
文档编号H01L51/52GK1292152SQ9980326
公开日2001年4月18日 申请日期1999年2月5日 优先权日1998年2月23日
发明者理查德·亨利·弗兰德, 卡尔·皮什勒, 汤田坂一夫 申请人:剑桥显示技术有限公司, 精工爱普生株式会社