专利名称：有机电致发光显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及有机电致发光显示装置及其制造方法，更具体地说，涉及具有显著提高的有机发光层产生的光耦合效率的有机电致发光显示装置。
背景技术：
典型地，有机电致发光显示装置是通过电激发荧光有机化合物而发光的自发射显示装置。有机电致发光显示装置因为需要低驱动电压、具有简易的薄膜结构属性、提供宽阔的视角并具有快速的响应速度，所以具有超过液晶显示装置(LCD)的优点。因此，有机电致发光显示装置作为下一代显示装置有日益增加的价值。
这样的有机电致发光显示装置，由伊士曼柯达(Eastman Kodak)开发为层状类型的显示装置，并由先锋(Pioneer)商品化为有延长的使用寿命的绿色显示装置。具有各种分子结构的新型有机材料已经发展起来，并且具有诸如低直流驱动电压、缩减的厚度和自发射之类的有益特性的彩色显示装置的发展也积极产生。
一般来说，有机电致发光显示装置通过在诸如玻璃的透明绝缘基板上形成图案化的有机层以及在有机层的上下表面上形成电极层制成。有机层由铜酞菁(CuPc)、N，N’-二(萘-1-基)-N，N’-二苯基-联苯胺(NPB)或三-8-羟基喹啉铝制成。
在有机电致发光显示装置中的成像原则如下。当阳极和阴极电压施加到电极上时，从阳极电压施加到的电极喷射的空穴通过空穴传输层向发射层迁移，并且电子通过电子传输层从阴极电压施加到的电极向发射层注入。在发射层，电子和空穴重新组合产生激子。当激子从激发态变化到基态时，发射层的荧光分子发光，因此形成图像。
如上所述的有机电致发光显示装置的发光效率分成内部效率和外部效率。内部效率取决于有机发光材料的光电转换效率，外部效率取决于显示装置中每个层的折射率。外部效率也称为光耦合效率。有机电致发光显示装置具有比诸如CRT、PDP和FED之类的其它显示装置更低的光耦合效率。于是，有机电致发光显示装置的诸如亮度和使用寿命之类的特性有提高的空间。
图1示意性地示出常规有机电致发光显示装置的光耦合效率缩减的问题。参见图1(Lu等，APL78(13)，第1927页，2001)，在常规的有机电致发光显示装置中，有机层产生的光在ITO/玻璃界面和玻璃/空气界面处经历总的内部反射。在常规的有机电致发光显示装置中，光耦合效率只有大约23％，并且余下的光没有被发射到外部就发散了。
近来，研究和报道了已经提出的用于提高有机电致发光显示装置的光耦合效率的各种方法和涉及衍射光栅引进的方法。
日本未审专利公开平11-283751公开了包括插在阳极和阴极之间的一个或多个有机层以及衍射光栅或波带片的有机电致发光显示装置。
由于单独的衍射光栅应该安装在基板或精细的图案化电极层的表面上，所以这样的有机电致发光显示装置难于生产。于是，不能获得产量上的提高。进一步，当有机层形成在衍射光栅不平整的表面上时，有机层的表面粗糙度增加，导致有机电致发光显示装置的持久性和可靠性降低。
韩国未审专利公开2003-0070985公开了一种具有光损耗防止层的有机电致发光显示装置，光损耗防止层具有设置在从第一电极层、有机层和第二电极层中选择的有高折射率的两层之间的带有不同折射率的区域。参见图2，衍射光栅形成在基板上以衍射导向光，因此使得衍射角小于总的内部反射的临界角，从而发光。
然而，在这样的有机电致发光显示装置中，当由于衍射光栅构成中的空隙和不平整性造成散射时，向前基板(外部方向)发射的光量下降，导致发光效率降低。当高折射率的材料沉积或涂覆在衍射光栅上时，高折射率层和第一电极之间的界面变得不平整，于是第一电极也变得不平整，导致外部光耦合效率下降。
在根据现有技术的有机电致发光显示装置中，光分配集中在第一电极上，于是由于衍射光栅造成的发光效率的增加相对较低。
发明内容
本发明提供一种有机电致发光显示装置，能通过降低衍射光栅层形成中产生的空隙和不平整性提高光耦合效率，通过包括设置在衍射光栅层和第一电极层之间的高折射率层以将光分配集中在高折射率层上避免由于第一电极造成的光损耗，并且通过增加在衍射光栅层的光分配最大化光耦合效率。本发明还提供一种制造有机电致发光显示装置的方法。
根据本发明的一方面，提供一种有机电致发光显示装置，包括基板；形成在该基板的表面上并包括第一电极、有机层和第二电极的有机电致发光单元，其中该有机电致发光显示装置包括具有低折射率光栅和高折射率光栅的衍射光栅层、以及形成在设置在所述基板和第一电极之间的衍射光栅层上的高折射率层。
根据本发明的另一方面，提供一种制造有机电致发光显示装置的方法，包括在基板上形成高折射率薄膜；在该高折射率薄膜上执行光刻工艺，以在基板上形成高折射率光栅；在该高折射率光栅上形成低折射率薄膜；在该低折射率薄膜上执行光刻工艺，以至少在所述高折射率光栅之间形成低折射率光栅，从而形成衍射光栅层；在该衍射光栅层上形成高折射率层；将第一电极、有机层和第二电极沉积在该高折射率层上。
根据本发明的又一方面，提供一种制造有机电致发光显示装置的方法，包括在基板上形成低折射率薄膜；在该低折射率薄膜上执行光刻工艺，以在所述基板上形成低折射率光栅；在该低折射率光栅上形成高折射率薄膜；在该高折射率薄膜上执行光刻工艺，以在所述低折射率光栅之间形成高折射率光栅，从而形成衍射光栅层；在该衍射光栅层上形成高折射率层；将第一电极、有机层和第二电极沉积在该高折射率层上。
本发明的上述和其它特征和优点，通过参照附图详细描述示例性实施例将变得更加明显，其中图1示意性地示出常规有机电致发光显示装置的光耦合效率缩减的问题；图2是具有衍射光栅的常规有机电致发光显示装置的示意性横截面图；图3是根据本发明实施例的有机电致发光显示装置的示意性横截面图；图4A和图4B分别示意性地示出根据本发明实施例的具有设置在衍射光栅层和第一电极之间的高折射率层的有机电致发光显示装置的光分配(图4B)和没有高折射率层的常规有机电致发光显示装置的光分配(图4A)；图5示意性地示出根据本发明实施例的形成有机电致发光显示装置的方法所包含的步骤；图6是根据本发明另一个实施例的有机电致发光显示装置的示意性横截面图；和图7是示出根据本发明实施例的有机电致发光显示装置的高折射率层的光耦合效率和厚度之间关系的曲线图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细描述本发明。
图3是根据本发明实施例的有机电致发光显示装置的示意性横截面图。
参见图3，有机电致发光显示装置包括依次沉积在基板35上的第一电极32、有机层31和第二电极30，并且衍射光栅层34和高折射率层33设置在基板35和第一电极32之间。本实施例的有机电致发光显示装置由于衍射光栅层34的平坦表面可以具有提高的光耦合效率，并且光耦合效率由于在衍射光栅层34中的增加的光分配而进一步改善。
根据本发明本实施例的有机电致发光显示装置的提高的光耦合效率按照如下获得。
在具有图3所示衍射光栅层34的有机电致发光显示装置中，当预定的电压施加到第一电极32或第二电极30上时，从作为阳极的第一电极32喷射的空穴通过有机层31中的空穴传输层(未示出)向发射层(未示出)迁移，电子从第二电极30通过有机层31中的电子传输层(未示出)向发射层(未示出)注入。在发射层中，电子和空穴重新组合以产生激子。当激子从激发态变化到基态时，发射层的荧光分子发光。产生的光通过透明的第一电极32和基板35向外部发射。由于衍射光栅层34形成在基板35和第一电极32之间，所以可以避免由于在基板35和第一电极32的界面处反射造成的光损耗。
也就是说，由于具有发射层或第一电极32的有机层31的折射率大于基板35的折射率，所以光在基板35和第一电极32之间的界面处反射。然而，当具有不同折射率的高折射率光栅34’和低折射率光栅34”的衍射光栅层34形成在第一电极32和基板35之间时，可以由于高折射率光栅34’和低折射率光栅34”之间的反射率差异造成的光衍射避免在界面处的光反射。特别地，衍射光栅层34以大于临界角的角度将辐照界面的光衍射，以将角度改变为小于临界角，因此显著降低了界面处的光反射率。
具有不同折射率的两种材料，也就是高折射率光栅34’和低折射率光栅34”交替形成，因此可以控制平均反射率，以提高总的内部反射角。在这种情况下，提供反反射效应，以显著提高光耦合效率。于是，可以提高从有机层31产生的并通过基板35提取的光的耦合效率。
本发明本实施例的有机电致发光显示装置进一步包括形成在衍射光栅层34上的高折射率层33。高折射率层33的存在在下述的两个特征方面对光耦合效率的提高有贡献。
首先，本发明本实施例的有机电致发光显示装置由于高折射率层33将衍射光栅层固有的空隙和不平整性的产生降到最低，所以具有提高的光耦合效率。
也就是说，在具有衍射光栅层的常规有机电致发光显示装置中，当在高折射率光栅和低折射率光栅之间产生空隙时，在衍射过程中诱导光不能完全提取，并被散射和反射，导致光耦合效率降低。于是，形成衍射光栅层是非常重要的，以便高折射率光栅和低折射率光栅彼此靠近没有空隙。
当第一电极形成在不平整的高折射率光栅上时，由于衍射光栅，第一电极也变得不平整，于是降低了向显示装置前表面发射的光量，导致光耦合效率降低。因此，通过解决不平整问题制造在第一电极和高折射率层之间具有平整界面的有机电致发光显示装置是非常重要的。
本发明采用如下两种方法避免第一电极上的不平整性。在第一种方法中，利用回蚀工艺，低折射率光栅和高折射率光栅形成为具有相同的高度，以形成衍射光栅层，然后，高折射率层形成在衍射光栅层的上面。在第二种方法中，利用旋转涂布法在不平整的衍射光栅上形成薄膜，以制造高折射率层的平坦表面。
其次，根据本发明本实施例的有机电致发光显示装置通过将光分配集中在高折射率层33上降低由于第一电极32造成的光损耗，并且通过增加衍射光栅层上的光分配提高光耦合效率。为了清楚地解释这个效果，图4A和图4B分别示出在常规有机电致发光显示装置和根据本发明实施例的具有高折射率层的有机电致发光显示装置中的光分配图表。
参见图4A，在常规的有机电致发光显示装置中，从有机层41发射的光在通常具有高折射率和高吸收系数(例如，ITO电极在632.8nm的波长处具有1.8的折射率和0.02的吸收系数)的第一电极42中显示最高的分配。在这种情况下，在衍射光栅层44中的光分配相对降低，于是光耦合效率降低。因此，不能充分地获得由于衍射光栅层44的增加光耦合效率的效果。
相反，在根据本发明本实施例的有机电致发光显示装置中，具有比第一电极42低的吸收系数和高的折射率的高折射层43设置在第一电极42和衍射光栅层44之间，于是在高折射率层43中光分配最高，因此在衍射光栅层44中增加了光分配。因此，光耦合效率增加。
尽管衍射光栅层44的高折射率光栅的折射率大于衍射光栅层44的低折射率光栅的折射率，但是它可以大于或小于形成在衍射光栅层44上的高折射率层43的折射率。然而，高折射率光栅的折射率应该大于第一电极42的折射率，以在高折射率层43中获得最大的光分配。
衍射光栅层44可以具有10nm到10μm的厚度。当衍射光栅层44的厚度在范围之外时，光耦合效率和产量降低。
高折射率层43可以具有10nm到5μm的厚度。当高折射率层43的厚度小于10nm时，其平整性降低。当高折射率层43的厚度大于5μm时，高折射率层43的生产成本和表面张力增加。
衍射光栅层44包括以10nm到1μm间隔的重复的低折射率光栅。低折射率光栅的宽度可以在上述间隔的10％-90％的范围内，也就是，1nm到900nm。当低折射率光栅的间隔小于10nm或大于1μm时，衍射光栅不能影响光，因此不能期望获得提高的光耦合效率。当低折射率光栅太宽或太窄时，提高光耦合效率的效果显著降低。低折射率光栅、高折射率光栅和高折射率层43的折射率可以分别是例如1.4或更小、1.8-2.2和1.8-2.2，但是不局限于此。
为了最大化光耦合效率，在高折射率光栅的折射率和低折射率光栅的折射率之间存在巨大差值是格外优选的。当折射率的差值小时，从有机层41发射的光的反射由于在高折射率层和第一电极之间的界面中的低散射效率而增加，导致穿过基板的光的耦合效率降低。
为了满足上述要求，用于低折射率光栅的材料可以从硅酸盐和多孔硅组成的组中选择，用于高折射率光栅的材料可以从SiNx、TiO2、Ta2O5和Nb2O5组成的组中选择，用于高折射率层43的材料可以是能被旋转涂布的TiO2溶胶。
第一电极42形成在透明的基板上作为阳极，并且可以由诸如ITO或IZO之类的透明传导材料制成，但是不局限于此。而且，第一电极42可以包括带型电极。基板可以由玻璃或塑料制成。
第二电极40和有机层41可以用现有技术中常规使用的方法形成。有机层41包括依次沉积在第一电极42上的空穴注入层、空穴传输层、发射层和电子注入层。有机层41可以由诸如8-羟基喹啉铝(Alq3)的低分子量材料或诸如聚(p-亚苯基亚乙烯基)、聚(2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基)高分子量材料制成。
第二电极40可以由导电金属制成，并可以包括多个垂直于第一电极42形成的带型电极。
根据本发明本实施例的有机电致发光显示装置可以是顶部发光显示装置、底部发光显示装置或双面发光显示装置。由于有机电致发光显示装置的驱动方法没有特别地限制，所以无源矩阵(PM)驱动方法和有源矩阵(AM)驱动方法都可以用于驱动本发明的有机电致发光显示装置。
根据本发明实施例的制造有机电致发光显示装置的方法包括在基板上形成高折射率薄膜；在高折射率薄膜上执行光刻工艺，以在基板上形成高折射率光栅；在高折射率光栅上形成低折射率薄膜；在低折射率薄膜上执行光刻工艺，以在至少高折射率光栅之间形成低折射率光栅，从而形成衍射光栅层；在衍射光栅层上形成高折射率层；在高折射率层上沉积第一电极、有机层和第二电极。
图5示意性地示出根据本发明实施例的形成有机电致发光显示装置的方法所包含的步骤。参见图5，可以是干法或湿法蚀刻的高折射率薄膜利用沉积法、旋转涂布法之类的方法形成在基板上(A)。在高折射率薄膜上执行光刻工艺，以形成规则图案(B)。接着，执行干法或湿法蚀刻(C)以移走光刻胶(D)，从而形成高折射率光栅。随后，低折射率薄膜利用沉积法、旋转涂布法之类的方法形成在高折射率光栅上(E)。在低折射率薄膜上执行光刻工艺，以在高折射率光栅之间形成低折射率光栅。
在光刻工艺中使用的成分可以是现有技术中常规使用的任何成分。例如，可以使用感光的聚碳酸酯树脂以引起高温分解。感光的聚碳酸酯树脂的高温分解在200-500℃用30分钟到3小时实现。
较佳地，利用回蚀工艺执行低折射率光栅的形成，以使高折射率光栅和低折射率光栅具有相同的高度(F)。由于衍射光栅层中的高折射率光栅和低折射率光栅具有相同的高度，所以形成在衍射光栅层上的高折射率层和随后形成的第一电极之间的界面可以具有平坦的表面。因此，可以降低第一电极的不平整性，于是可以提高光耦合效率。
在形成衍射光栅层后，高折射率层利用沉积工艺或旋转涂布工艺形成在衍射光栅层上(G)。第一电极、有机层和第二电极依次沉积在高折射率层上(H)，随后密封层形成在其上。接下来，后基板和前基板被附着，以完成有机电致发光显示装置。
根据本发明另一实施例的制造有机电致发光显示装置的方法包括在基板上形成低折射率薄膜；在低折射率薄膜上执行光刻工艺，以在基板上形成低折射率光栅；在低折射率光栅上形成高折射率薄膜；在高折射率薄膜执行光刻工艺，以在低折射率光栅之间形成高折射率光栅，从而形成衍射光栅层；在衍射光栅层上形成高折射率层；以及将第一电极、有机层和第二电极沉积在高折射率层上。
本发明本实施例的方法与先前描述的方法相似。然而，本方法不同于前面的方法之处在于低折射率薄膜，而不是高折射率薄膜，首先形成在基板上，并且高折射率层利用旋转涂布法而不是回蚀工艺形成在不平整的衍射光栅层上，以便高折射率层和第一电极之间的界面被平坦化。
图6是使用本发明本实施例的方法制造的有机电致发光显示装置中第一电极62、高折射率层63以及包括高折射率光栅64’和低折射率光栅64”的衍射光栅层的示意性横截面图。参见图6，尽管高折射率光栅64’的上表面不平整，但是利用旋转涂布法高折射率层63形成在高折射率光栅64’上，因此第一电极62和高折射率层63之间的界面被平坦化。
低折射率薄膜、光刻胶、高折射率薄膜和高折射率层可以按照上述相同的方法形成。
下面参照以下几个示例更加详细地描述本发明。下面的示例仅以说明为目的并不意图限制本发明的范围。
示例有机电致发光显示装置的制造采用化学气相沉积法(CVD)形成的折射率1.9的SiNx作为高折射率光栅、由多孔硅形成并可以被旋转涂布的折射率1.38的旋涂玻璃(SOG)作为低折射率光栅、以及由Ti02溶胶形成并可以被旋转涂布的折射率1.985、吸收系数0.000569的SOG作为高折射率层，来制造有机电致发光显示装置。高折射率光栅也可以使用溅射法、电子束或热蒸镀法形成。低折射率光栅SOG是旋转涂布的、在热板上烘烤以排除溶剂，并在200-400℃真空或氮气环境下在烘箱中硫化，以诱发溶胶-凝胶反应。高折射率层SOG也可以经历上述过程。
性能评价测量没有衍射光栅层的常规有机电致发光显示装置(对比示例1)、没有高折射率层具有衍射光栅层的常规有机电致发光显示装置(对比示例2)和本发明示例中制造的有机电致发光显示装置的光耦合效率。绿荧光粉用作荧光材料。表1示出结果。
表1
(光耦合效率的增加参照对比示例1的值计算)从表1所示的结果可以看到，当有机电致发光显示装置包括如本发明中的衍射光栅层和高折射率层时，光耦合效率显著提高。并且，这样的结果受到有机电致发光显示装置结构的影响。例如，光耦合效率根据高折射率层的厚度而变化。图7是示出根据本发明实施例的有机电致发光显示装置的高折射率层的光耦合效率和厚度之间关系的曲线图。因此，通过根据光学特性选择用于高折射率层的材料的最佳厚度可以最大化光耦合效率的增加。
根据本发明，提供一种有机电致发光显示装置以及一种制造有机电致发光显示装置的方法，有机电致发光显示装置能通过将衍射光栅层构成中的空隙和不平整性的产生降到最低提高光耦合效率，通过包括衍射光栅层和第一电极之间的高折射率层以将光分配集中在高折射率层避免由于第一电极的光损耗，并通过提高衍射光栅层中的光分配最大化光耦合效率。
虽然已经参照示例性实施例特别示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解不脱离下面权利要求所限定的本发明的精神和范围可以做出形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种有机电致发光显示装置，包括基板；和形成在该基板的表面上并包括第一电极、有机层和第二电极的有机电致发光单元，其中该有机电致发光显示装置包括具有低折射率光栅和高折射率光栅的衍射光栅层、以及形成在设置在所述基板和第一电极之间的衍射光栅层上的高折射率层。
2.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述低折射率光栅和高折射率光栅平行于基板交替形成。
3.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率层的折射率大于所述第一电极的折射率。
4.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率层的吸收系数小于所述第一电极的吸收系数。
5.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率光栅的折射率大于所述低折射率光栅和高折射率层的折射率。
6.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率光栅的折射率大于所述低折射率光栅的折射率并小于高折射率层的折射率。
7.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述衍射光栅层的厚度在10nm到10μm的范围内。
8.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率层的厚度在10nm到5μm的范围内。
9.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述低折射率光栅以10nm到1μm的间隔重复。
10.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述低折射率光栅的宽度在1nm到900nm的范围内。
11.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述低折射率光栅的折射率为1.4或更小。
12.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率光栅的折射率为1.8至2.2。
13.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率层的折射率为1.8至2.2。
14.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述低折射率光栅包括从硅酸盐和多孔硅组成的组中选择的材料。
15.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率光栅包括从SiNx、TiO2、Ta2O5和Nb2O5组成的组中选择的材料。
16.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述高折射率层包括可以被旋转涂布的TiO2溶胶。
17.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述第一电极包括ITO和IZO之一。
18.如权利要求1的有机电致发光显示装置，其中所述基板包括从玻璃和塑料组成的组中选择的材料。
19.一种制造有机电致发光显示装置的方法，包括在基板上形成高折射率薄膜；在该高折射率薄膜上执行光刻工艺，以在基板上形成高折射率光栅；在该高折射率光栅上形成低折射率薄膜；在该低折射率薄膜上执行光刻工艺，以至少在所述高折射率光栅之间形成低折射率光栅，从而形成衍射光栅层；在该衍射光栅层上形成高折射率层；和将第一电极、有机层和第二电极沉积在该高折射率层上。
20.如权利要求19的方法，其中所述低折射率光栅利用回蚀工艺形成，以具有和所述高折射率光栅相同的高度。
21.如权利要求19的方法，其中所述高折射率薄膜、低折射率薄膜和高折射率层利用沉积法或旋转涂布法之一形成。
22.一种制造有机电致发光显示装置的方法，包括在基板上形成低折射率薄膜；在该低折射率薄膜上执行光刻工艺，以在所述基板上形成低折射率光栅；在该低折射率光栅上形成高折射率薄膜；在该高折射率薄膜上执行光刻工艺，以在所述低折射率光栅之间形成高折射率光栅，从而形成衍射光栅层；在该衍射光栅层上形成高折射率层；和将第一电极、有机层和第二电极沉积在该高折射率层上。
23.如权利要求22的方法，其中所述高折射率层利用旋转涂布法形成，以平坦化在所述高折射率层和第一电极之间的界面。
24.如权利要求22的方法，其中所述低折射率薄膜和高折射率薄膜利用沉积法或旋转涂布法形成。
全文摘要
本发明提供一种有机电致发光显示装置及其制造方法。有机电致发光显示装置包括基板；形成在该基板的表面上并包括依次沉积在该基板上的第一电极、有机层和第二电极的有机电致发光单元，其中该有机电致发光显示装置包括具有平行于所述基板交替形成的低折射率光栅和高折射率光栅的衍射光栅层、以及形成在设置在所述基板和第一电极之间的衍射光栅层上的高折射率层。根据有机电致发光显示装置，可以通过最小化衍射光栅层形成中产生的空隙和不平整性提高光耦合效率，可以通过设置在衍射光栅层和第一电极之间的高折射率层以将光分配集中在高折射率层上避免由于第一电极造成的光损耗，并且可以通过增加衍射光栅层中的光分配使光耦合效率最大。
文档编号H05B33/02GK1816227SQ200510124370
公开日2006年8月9日 申请日期2005年11月29日 优先权日2004年11月29日
发明者吴宗锡, 金润昶, 宋英宇, 安智薰, 曺尚焕, 李昭玲, 李濬九 申请人:三星Sdi株式会社