CN103325815B - 有机发光器件和制造有机发光器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机发光器件和制造有机发光器件的方法，该有机发光器件包括：栅电极；绝缘层，设置在栅电极上；有源层，设置在绝缘层上，该有源层包括位于其外周的源区、位于其中心部分的漏区、及源区与漏区之间的沟道区；有机发光层，位于该漏区上；漏电极，位于该有机发光层之上；及源电极，位于该源区。本发明的方案，能够集开关器件与发光器件于一体，增加了开口率，有利于提高显示设备的对比度，且制作工艺简单，生产成本低，能较好的兼容柔性基板，具有很高的应用价值。

Description

有机发光器件和制造有机发光器件的方法

技术领域

本发明涉及将OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）和OTFT（Organic Thin Film Transistor，有机薄膜场效应晶体管）进行集成的器件。

背景技术

OTFT和OLED是在有机电子学领域的两大技术分支，OLED已经被应用于显示和照明等领域，OTFT作为开关器件也有着独特的特点，将很有可能取代常规的无机TFT。OTFT既具有电学特性又具备光学特性也具有多种独特的物理特性，并且可以采用较为廉价的工艺制备，比如印刷工艺、涂布工艺等，可以大面积制备。而且有机半导体具有优良的柔韧性，可最好的兼容柔性衬底。所以OTFT，OLED将会成为下一代柔性电子产品的最佳候选技术。

在现有的AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode，有源矩阵有机发光二极管面板）显示技术中，需要使用TFT有源阵列来驱动OLED发光和关断，每一个OLED器件都需要连接TFT作为驱动元件，提供给OLED发光所需要的电流。而在构建的过程中需要先在玻璃基板上构建TFT阵列，然后再制备OLED发光器件，其制造工序复杂。生产成本较高，像素密度也很难进一步提高。

发明内容

鉴于现有技术的上述问题和/或其他问题，本发明提供了一种有机发光器件和制造有机发光器件的方法。

本发明提供的一种有机发光器件，包括：

栅电极；

绝缘层，设置在栅电极上；

有源层，设置在绝缘层上，该有源层包括位于其外周的源区、位于其中心部分的漏区、及源区与漏区之间的沟道区；

有机发光层，位于该漏区上；及

漏电极，位于该有机发光层之上；及

源电极，位于该源区。

本发明提供的制造有机发光器件的方法，包括：

在基板上形成栅电极；

在栅电极上形成绝缘层；

在该绝缘层上形成有源层，该有源层包括位于其外周的源区、位于其中心部分的漏区、及源区与漏区之间的沟道区；

在该源区形成源电极；

在该漏区上形成有机发光层；

在发光层之上形成漏电极。

本发明的将有机发光二极管和薄膜晶体管集成的方案，能够集开关器件与发光器件于一体，增加了开口率，有利于提高显示设备的对比度，且制作工艺简单，生产成本低，能较好的兼容柔性基板，具有很高的应用价值。

附图说明

图1a为根据本发明一实施例的有机发光器件的剖面示意图；

图1b为根据本发明另一实施例的有机发光器件的剖面示意图；

图2所示为图1a的有机发光器件的俯视图；

图3所示为集成器件的工作示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

本发明将OTFT和OLED集成在一个器件上，在单一器件上实现TFT电流驱动OLED发光。

参见图1a所示为根据本发明一实施方式的集成器件的剖视图，图2所示为该集成器件的俯视图。以下参照图1a和图2对根据该示例实施方式的集成器件进行说明。

根据示例实施方式的集成器件包括基板1、设置在该基板1上的栅电极2、设置在栅电极2上的绝缘层3、设置在该绝缘层3上有源层4、设置在有源层4上的源电极5、设置在有源层4上且位于两个源电极5之间的发光层（EML:emission layer）61、电子传输层（ETL：electron transportation layer）62、电子注入层（EIL：electron injection layer）63及漏电极64。

基板1可以为玻璃基板或者柔性基板。

栅电极2材料可以是但不限于铟锡金属氧化物（ITO），及Al、Mo、Ag等金属材料，或者是石墨烯等材料。

绝缘层3可以是包括SiO₂、SiNx、Al₂O₃中的一种或多种的无机绝缘层，或者是包括聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，PVA）、聚甲基丙烯酸甲酯（Poly(methyl methacrylate)）,PMMA)、聚苯乙烯（Polystyrene，PS）、聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone，PVP）中的一种或多种的有机绝缘层，或者是包括至少两种无机绝缘层的叠层结构，或者是包括至少两种有机绝缘层的叠层结构，或者是包括至少一种无机绝缘层和至少一种有机绝缘层的叠层结构。

有源层4例如为p型有机半导体层，同时该有源层4充当OLED的空穴传输层（HTL：Hole Transport Layer）。

有源层4例如可以是由有机小分子材料或有机小分子掺杂材料形成的有机小分子层，或者是由有机聚合物材料或由有机聚合物掺杂材料形成的有机聚合物层，或者由至少两层有机小分子层形成的叠层结构，或者由至少两层有机聚合物层形成的叠层结构，或者由至少一有机小分子层和至少一有机聚合物层形成的叠层结构。

有源层4至少包括漏区6a和沟道区7a，漏区6a位于有源层4的中心部分，沟道区7a位于漏区6a外围且位于漏区6a和源区5a之间，而源区5a设置在沟道区7a的外围，其用于形成源电极5，源电极5与有源层4相接，其设置方式可以采用但不限于以下两种方式：如图1a所示，源电极5可以设置在有源层4上；或者如图1b所示，源电极5也可以设置在有源层4的外围。

在本发明一实施例中，源区5a、漏区6a和沟道区7a可采用如图2所示的方形形状，但本发明不限于此。

源电极5位于源区5a。发光层（EML：emission layer）61、电子传输层（ETL：electron transportation layer）62、电子注入层（EIL：electron injectionlayer）63及漏电极64叠置在漏区6a上。漏电极64兼作OLED的阴极层。

其中，发光层的材料可以选取：ADN、TCTA、BCP、CBP，dopant：FIrpic、Ir（MDQ）2(acac)、Ir(ppy)3、C545、Bcvbi和TBPe等；电子传输层的材料可以选取：Alq3、TPBi、Bphen和LiQ等；电子注入层的材料可以选取LiF；空穴传输层的材料可以选取：NPB、TPD、F4TCNQ、CuPc、并五苯和MTDATA等；空穴注入层的材料可以选取：MoO3、WO3、CFx、CuPc和F4TCNQ等。

源电极5例如可以由是Au、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的至少一种形成的金属层。源电极5也可以是包括两个或多个金属层的叠层结构。若有源层是P型半导体材料，则源电极5选用功函数高于4.3eV的单一金属材料或者合金；若有源层是N型半导体材料，则源电极5选用功函数低于4.3eV的金属材料或合金。

漏电极64例如可由金属材料形成，包括：Al、Ag、Mg、Ca、Mg或者Ag合金等。

以上描绘了根据本公开一实施方式的有机发光器件的结构，但本公开不限于此。例如，有源层4可以为N沟道有源层，并且其它层可相应地设置。其它层可相应的设置成在N型有源层上依次设置EML、HTL、HIL和金属阳极。

另外，以上描述了底栅结构，但本公开不限于此。例如，本公开也可应用于顶栅结构。

根据本公开的有机发光器件可以为底发光、顶发光和双向发光结构。发光方向依据栅电极和阴极的是否透明而定。

下面参照图3描述根据本公开的示例实施方式的集成器件的工作原理。

参见图3，根据示例实施方式的器件在通电工作时，栅电极2施加负向偏压，源电极5施加正向偏压、阴极（漏电极）64施加负向偏压。这样，OLED阴极64注入电子，经EIL63、ETL62进入EML61。源电极注入空穴，经HTL（即有源层4）进入EML61。电子和空穴在EML61处复合，从而发射光。栅电极2的电压控制该集成器件的导通和关断，并通过栅电压和栅电容调控有源层4的载流子浓度（类似于TFT的栅电容的功能）。例如，当栅电极2不施加电压或者施加的电压为正时，该集成器件即关断。

下面描述根据示例实施方式的集成器件的制造方法。

首先，在玻璃基板或者软性基板1上通过磁控溅射或气相沉积等方法形成栅电极2。栅电极2的材料可以是但不限于铟锡金属氧化物（ITO），及Al、Mo、Ag等金属材料，或者是石墨烯等材料。

然后，在栅电极2上形成有栅绝缘层3。该栅绝缘层3可以是SiO₂、SiNx、Al₂O₃等构建的无机绝缘层，或者是有机聚合物绝缘层。该栅绝缘层3可以采用单层或者多层的结构。当绝缘层3为无机材料时，可以采用例如PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)工艺形成。当绝缘层3为有机聚合物时，也可以采用例如旋涂工艺形成。

然后，在该栅绝缘层3上制备有机半导体材料以形成有源层4。该有源层4既充当OLED的HTL（Hole Transport Layer；空穴传输层）层，又充当OTFT的有源层。例如，该有源层4可以采用P型有机半导体材料制备，形成P沟道有源层。有源层4可以采用蒸镀、涂布、打印等工艺形成。

在有源层4外围通过例如蒸镀或者印刷的方式形成源电极。在有源层4的中心部分上形成漏极结构6。该漏极结构6在有源层4上依次包括EML61、ETL62、EIL63和漏电极64。该漏电极64兼作OLED的阴极。漏极结构6可通过利用掩模的蒸镀工艺或者打印/印刷工艺等形成。

以上以图2为例介绍了本案的有机发光器件的结构和工作原理，需要说明的是。本案的有机发光器件中的有源层4也可为N型有机半导体层，相比于图2所示的器件，该类型的有机发光器件中的OLED部分为倒置的结构，同时该有源层4充当OLED的电子传输层（ETL：electron Transport Layer），有源层4上方依次形成EML、HTL、空穴注入层（HIL：Hole injection layer）和金属阳极层。当通电工作时，栅电极施加正向偏压，源电极施加负向偏压、阳极（漏极）施加正向偏压。由此OLED阳极64注入空穴，经HIL、HTL进入EML。源电极注入电子，经ETL（即有源层4）进入EML。电子和空穴在EML处复合，从而发射光。

本发明实现了OLED和OTFT集成在一个器件上。由于驱动TFT和OLED集成在一个器件上，能减少占用空间，增加开口率。例如，对于AMOLED（Active Matrix Organic Light Emitting Diode，有源矩阵有机发光二极管）显示面板来说，为了实现更高的开口率，在一个像素中总是需要减少TFT所占用的面积，而增大OLED面积，从而增加可显示的区域。本发明所选用的结构，不但将TFT和OLED集成在一个器件上，而且减少了TFT一个电极所占用的面积。而且，将本部分的面积与OLED发光区域共用，即，可以理解为将TFT的面积共享给OLED来使用，可显著提高显示像素的开口率。

对于传统的TFT来说如果设计成此结构，虽然说能够增加有效沟道的宽度，从而增加漏极电流I_D，但是却会增大TFT所用的面积，也就会牺牲了开口率。而本发明的集成器件能兼具两者，不但增加沟道宽度，增大驱动电流，又能增加开口率。

此外，本发明将源区、漏区和沟道区设计为包围式。在这种结构下，沟道区环绕漏区，可以实现驱动电流最大化，也就可以实现发光亮度最大化。另外，器件关断时可对栅电极施加正向偏压，可将HTL层内空穴完全耗尽，使得OLED器件完全关断，实现亮度最小化。这样，可提高显示设备的对比度，提高像素的PPI，有利于制备较高PPI的显示设备。

本发明的集成器件可实现底发光、顶发光和双向发光，发光方向依据栅电极和漏电极（阴极或阳极）是否透明而定。该集成器件所使用的半导体材料为有机材料，特别适用于柔性显示设备。

综上可知，本发明的有机发光二极管和薄膜晶体管集成的方案，能够集开关器件与发光器件于一体。增加了开口率，有利于提高显示设备的对比度。另外，制作工艺简单，生产成本低，能较好地兼容柔性基板，具有很高的应用价值。

本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种有机发光器件，其特征在于，包括：

基板；

栅电极，设置在所述基板上；

绝缘层，设置在栅电极上；

有源层，设置在绝缘层上，所述有源层包括漏区和沟道区，所述沟道区位于所述漏区外围以包围所述漏区；

漏极结构，设置在所述有源层上的所述漏区中；以及

源电极，设置在所述有源层外围形成封闭结构，并包围所述漏极结构，其中所述沟道区位于所述源电极和所述漏区之间。

2.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述漏极结构包括：

发光层，置于所述有源层上；

电子传输层，设置于所述发光层上；

电子注入层，设置于所述电子传输层上；以及

漏电极，设置于所述电子注入层上。

3.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，该源电极设置在该有源层上。

4.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，所述源电极与所述有源层共同设置在所述绝缘层上并皆与所述绝缘层相接触。

5.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，该栅电极为铟锡金属氧化物、Al、Mo、Ag或石墨烯材料。

6.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，该绝缘层为SiO₂、SiNx、Al₂O₃或有机聚合物。

7.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，该绝缘层采用单层或者多层的结构。

8.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，该有源层为P型或N型有机半导体材料。

9.根据权利要求8所述的有机发光器件，其特征在于，该有源层是由有机小分子材料或有机小分子掺杂材料形成的有机小分子层，或者是包括至少两层所述有机小分子层的叠层结构。

10.根据权利要求8所述的有机发光器件，其特征在于，该有源层是由有机聚合物材料或由有机聚合物掺杂材料形成的有机聚合物层，或者是包括至少两层所述有机聚合物层的叠层结构。

11.根据权利要求8所述的有机发光器件，其特征在于，该有源层通过蒸镀、涂布或打印工艺形成。

12.根据权利要求2所述的有机发光器件，其特征在于，该发光层、该电子传输层、该电子注入层和/或该漏电极通过蒸镀工艺、涂布、或印刷工艺形成。

13.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，该基板为玻璃基板或者柔性基板。

14.根据权利要求1所述的有机发光器件，其特征在于，源电极由是Au、Mg、Ca、Ag、Al、Cu中的至少一种形成的金属层，或者是包括两个或多个金属层的叠层结构。

15.根据权利要求14所述的有机发光器件，其特征在于，在所述叠层结构中，至少一层包括功函数低于4.3eV的金属，至少另一层包括功函数高于4.3eV的金属。

16.一种制造有机发光器件的方法，其特征在于，包括：

在基板上形成栅电极；

在栅电极上形成绝缘层；

在该绝缘层上形成有源层；以及

在所述有源层外围形成源电极，所述有源层中央位置形成漏极结构，使所述源电极包围所述漏极结构。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述有源层中央位置形成漏极结构的步骤包括：

在所述有源层上形成发光层；

在所述发光层上形成电子传输层；

在所述电子传输层上形成电子注入层；以及

在所述电子注入层上形成漏电极。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述有源层由有机半导体材料形成。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述绝缘层为包括SiO₂、SiNx、Al₂O₃至少之一的无机绝缘层，或者为有机聚合物绝缘层。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述绝缘层为单层或者多层。

21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述绝缘层采用PECVD工艺形成。

22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述绝缘层为有机聚合物，且采用旋涂工艺形成。

23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述有源层采用蒸镀、涂布、或印刷工艺形成。

24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：形成位于所述发光层和所述漏电极之间的空穴运输层和空穴注入层。

25.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述有源层形成于部分所述绝缘层上，而所述源电极亦形成于所述绝缘层上并同时与所述绝缘层和所述有源层相接触。