CN101916828B - 电致发光显示器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是“电致发光显示器件及其制造方法”。提供一种廉价的高清晰度EL显示器件。阳极、发光层、以及阴极形成在基板上，然后使用选自碱金属元素、碱土金属元素、以及卤族元素组成的组中的至少一种元素进行选择性地掺杂形成电子传输区和空穴传输区中的至少一个。在这种结构中，当电压施加到发光层时，仅有形成电子传输区和空穴传输区的那部分发光层才发光，由此根据需要显示图像。
Description
本发明的技术涉及包括EL(电致发光)元件(下文称做EL显示器件)的显示器件及使用EL显示器件的的显示器。
近些年来，对包括EL元件作为自发光元件的EL显示器件的研究很盛行。特别是，使用有机材料作为EL材料的有机EL显示器件引人注意。有机EL显示器件也称做有机EL显示器(OELD)或有机发光二极管(OLED)。
与液晶显示器件不同，EL显示器件为自发光型，因此在EL显示器件中视角并不重要，仅为它的特性之一。即，和液晶显示器件相比，EL显示器件更适合用于户外显示，表现出它们有多种可能的方式。
EL元件具有一个EL层夹在一对电极之间的结构。EL层通常为一层结构。作为它的一个典型的例子，可以举出由Kodak Eastman公司的Tang等人提出的由空穴传输层/发光层/电子传输层组成的层结构。在发光方面，这种结构非常有效，因此现在正进行研究和开发的大多数EL显示器件都使用这种结构。
通过将在一对电极之间产生的给定电压施加到具有以上结构的EL层使载流子在发光层中复合发出光。达到发光的方法有两种选择：一个是在相互垂直排列的两种条形电极之间形成EL层(简单矩阵法)，另一个是在连接到TFT并矩阵排列的像素电极之间形成EL层和相对的电极(有源矩阵法)。
两种方法都需要在已构图的电极上形成EL层。然而，EL层容易受如高度差异等的变化影响并退化，因此现已开发了多种发明以提高平坦度。这产生制造工艺的兼容问题，因此增加了制造成本。
鉴于以上问题，开发了本发明，因此本发明的一个目的是提供一种采用低成本的措施制造高清晰度EL显示器件的方法。本发明的另一目的是提供一种具有所述EL显示器件的廉价电子器件。
根据本发明，通过现有技术中所没有的完全新颖的方法将发光区和非发光区区分开。具体地，新方法的技术特征在于发光层选择性地掺杂特定的杂质元素使掺杂有杂质元素的区域选择性地发光。在本说明书中，术语特定的杂质元素是指掺杂到发光层时能够使发光层作为空穴传输层(或空穴注入层)或电子传输层(或电子注入层)的杂质元素。
本发明包括如下三个方法：第一个方法是将特定的杂质元素掺杂到阳极和发光层之间的界面附近，第二个方法是将特定的杂质元素掺杂到阴极和发光层之间的界面附近，第三个方法是用不同的特定杂质元素掺杂到阳极和发光层之间的界面附近以及阴极和发光层之间的界面附近。
第一个方法的特征在于用卤族元素作为特定的杂质元素掺杂到阳极和发光层之间的界面附近，所述卤族元素通常为F(氟)、Cl(氯)、B(溴)或I(碘)。阳极和发光层之间的界面附近是指从阳极和发光层之间的界面沿发光层的深度向下延伸100nm(通常为50nm)。如果卤族元素含在阳极中则不会引起任何问题。
第二个方法的特征在于用碱金属元素或碱土金属元素作为特定的杂质元素掺杂到阴极和发光层之间的界面附近，所述碱金属元素通常为Li(锂)、Na(钠)、K(钾)或Cs(铯)，所述碱土金属元素通常为Be(铍)、Mg(镁)、Ca(钙)或Ba(钡)。阴极和发光层之间的界面附近是指从阴极和发光层之间的界面沿发光层的深度向下延伸100nm(通常为50nm)。如果碱金属元素或碱土金属元素含在阴极中则不会引起任何问题。
第三个方法的特征在于为第一个方法和第二个方法的组合，并且在于用卤族元素作为特定的杂质元素掺杂到阳极和发光层之间的界面附近，同时用碱金属元素或碱土金属元素作为特定的杂质元素掺杂到阴极和发光层之间的界面附近。
公知的掺杂方法适于以上特定杂质元素的掺杂。优选为不包括质量分离的离子掺杂、包括质量分离的离子注入、利用扩散的汽相掺杂。无论使用那种方法，重要的是该方法是否允许选择性掺杂以上的特定杂质元素。
根据本发明，阳极或阴极与发光层之间的界面附近用特定的杂质元素掺杂，当施加电压时仅是有掺杂杂质元素的部分发光。换句话说，调节本发明的EL元件的驱动电压，以使发光层自身不发光，或者发出亮度极低的光。进一步调节以使在相同的驱动电压下掺杂有特定杂质元素的部分发出满意亮度的光。
即，本发明的特征在于通过用特定的杂质元素掺杂发光层使掺杂的部分作为第一、第二和第三个方法中的空穴传输层或电子传输层。这可以使基本上不产生发光层自身发光的低驱动电压足以仅使掺杂有特定杂质元素的部分发出满意亮度的光。
图1A到1C示出了制造实施例1的EL显示器件的工艺；
图2示出了实施例1的EL显示器件的剖面结构；
图3A和3B示出了本发明的EL显示器件显示的图象；
图4A和4B示出了实施例2的EL显示器件的制造工艺；
图5A和5B示出了实施例3的EL显示器件的制造工艺；
图6A和6C示出了实施例4的EL显示器件的制造工艺；
图7A和7B示出了实施例5的EL显示器件的制造工艺；以及
图8A和8B示出了实施例6的EL显示器件的制造工艺。
用下面示出的实施例详细地介绍本发明的实施方式。
[实施例1]
下面参考图1A到1C介绍本实施例的构成。首先，制备透光基板101，依次形成由透明导电膜制成的阳极102、发光层103以及阴极104(图1A)。
对于阳极102，可以使用氧化铟和氧化锡的复合物(下文称做ITO或氧化铟锡)、氧化铟和氧化锌的复合物(下文称做IZnO或氧化铟锌)、氧化锌和氧化锡中的任何一种。它的膜厚度范围从80nm到200nm(优选100到150nm)。
在形成发光层103之前，在臭氧气氛中用紫外线根据需要照射阳极102的表面，从表面上除去有机物等。也希望根据需要通过热处理从阳极102的表面上完全地除去湿气。
如果使用低分子类材料作为发光层103，那么可以使用例如蒸发、溅射和离子电镀等的公知技术。此时，优选接着形成阴极104同时保持真空度。使用含有碱金属元素或碱土金属元素的金属膜(例如，Mg-Ag膜，Al-LiF膜等)形成厚度为100到200nm的阴极。
如果使用高分子类(聚合物)材料作为发光层103，那么可以使用如旋转涂敷、喷墨法和浇铸法等的公知技术。此时优选在干燥的惰性气氛中形成发光层，然后形成阴极104，不会将该层暴露到空气(特别是湿气和氧气)。
发光层103的膜厚度在30nm到200nm(优选50到100nm的范围内)。这里示出了发光层103直接形成在阳极102上的例子，但是也可以在两者之间形成空穴传输层或空穴注入层。
然后形成抗蚀剂105a到105e，用特定的杂质元素选择性地掺杂发光层103和阴极104之间的界面附近，在本实施例中，特定的杂质元素为碱金属元素或碱土金属元素。在实施例1中作为特定杂质元素的是铯。
少量的铯就足以用于掺杂。用于掺杂的铯的浓度通常为1x1014到1x1018原子/cm3，优选1x1015到1x1017原子/cm3。实际上，适当的浓度变化也取决于发光层103的材料。因此需要操作员预先找出最佳的浓度。
在本实施例中，掺有铯的区域从发光层103和阴极104之间的界面沿发光层的深度向下延伸最多50nm。即，图1B中由106a到106d表示的区域为作为电子传输层(或电子注入层)的区域(下文称做电子传输层)。
虽然好象在图中仅有发光层掺有铯，但注意铯也含在阴极104中。然而，仅有掺杂铯的发光层被认为是基本上起电子传输区作用的区域。
由此完成为特定杂质元素的掺杂之后，除去抗蚀剂105a到105e，在阴极104上形成辅助电极107。主要含有铝的材料用于形成辅助电极107。辅助电极107作为辅助电极补偿薄阴极104由此降低电阻。辅助电极107也可以视为保护电极，是由于它有防止湿气等渗入发光层的保护作用。
优选形成氮化硅膜或氮氧化硅(表示为SiOxNy)膜作为辅助电极107上的钝化膜。
由此完成了EL显示器件。实际上，完成了图1C中示出的步骤之后，密封部件(也称做外壳部件)201放置在EL元件(这里指示出的是由阳极、发光层和阴极组成的电容元件)上，将EL元件限制在完全封闭的空间内。通过用密封剂(或粘合剂)202粘合基板200和密封部件201可以实现密封。(图2)
EL元件由密封部件保护的结构已公知，可以使用其中任何一种。干燥剂(例如氧化钡)可以提供在密封部件和EL元件之间形成的间隙203内。
阳极102和阴极104引出密封部件201并连接到FPC(柔性印刷电路板)204。外部信号由此输入。好象在图2中仅有阴极104引出，但是看一下其它的剖面图可以证明阳极102也引出。
在如此制造的EL显示器件中，当给定的电压施加到发光层时，仅有在图1B中形成电子传输区106a到106d的那部分发光层发光。给定的电压的变化取决于发光层的材料以及用于掺杂的碱金属元素或碱土金属元素，可以在3到10V的范围内选择。优选地，发出光的亮度的对比度为使掺有铯的区域的亮度为未掺杂区域亮度的103倍以上(最好104以上)。
图3A和3B示出了发光的概况。图3A示出了电压施加到发光层之前的状态。在图中，由虚线画出的图内为掺有杂质元素(在本实施例中为铯)的区域，图周围的区域为未掺杂杂质元素的区域。
图3B示出了电压施加到发光层之后的状态。此时，图3A中掺有杂质元素的区域发出肉眼可辨别的光为发光区。无论是否施加电压，图3A中没有掺有杂质元素的区域都不发光。
如上所述，发光层选择性地掺有特定的杂质元素(在本实施例中为碱金属元素或碱土金属元素)，当电压施加到发光层时，仅有掺杂特定杂质元素的区域才发光。使用本发明的方法，在整个工艺期间仅需要构图一次。即，不许要构图阳极或阴极，极大地简化了工艺并显示出低制造成本的优点。
此外，通过构图限定发光区(掺有特定杂质元素的区域)，即使极细微的字形或图形，也可以高清晰度地显示。
[实施例2]
本实施例参考图4A和4B介绍用与实施例1不同的措施将发光区与不发光区分开的一个例子。
首先，通过与实施例1相同的步骤形成抗蚀剂105a到105e。在发光层103上可选地形成电子传输层或电子注入层。本实施例的特征在于阳极102和发光层103之间的界面附近掺有卤族元素作为特定的杂质元素。实施例2中掺杂使用氟作为卤族元素。
少量的氟就足以用于掺杂。用于掺杂的氟的浓度通常为1x1014到1x1018原子/cm3，优选1x1015到1x1017原子/cm3。实际上，适当的浓度变化也取决于发光层103的材料。因此需要操作员预先找出最佳的浓度。
在本实施例中，掺有氟的区域从发光层103和阳极102之间的界面沿发光层的深度向下延伸最多70nm。即，图4A中由401a到401d表示的区域为作为空穴传输层(或空穴注入层)的区域(下文称做空穴传输层)。
虽然好象在图中仅有发光层掺有氟，但注意氟也含在阳极102中。然而，仅有掺杂氟的发光层被认为是基本上起空穴传输区作用的区域。
由此完成为特定杂质元素的掺杂之后，除去抗蚀剂105a到105e，辅助电极107形成在阴极104上。在实施例1对辅助电极107的说明也适用于本实施例的辅助电极107。和实施例1中一样，当然也可以形成钝化膜。
此后，基板和密封部件用密封剂粘合在一起，固定FPC，由此完成具有图2所示结构的EL显示器件(然而，发光层的结构不同)。在如此制造的EL显示器件中，当电压施加到发光层时，仅有形成图4A中空穴传输区401a到401d的那部分发光层才发光。
[实施例3]
本实施例参考图5A和5B介绍用与实施例1不同的措施将发光区与不发光区分开的一个例子。
首先，通过与实施例1相同的步骤形成抗蚀剂105a到105e。根据实施例2的步骤形成空穴传输区(掺有卤族元素的区域)401a到401d。
使用相同的抗蚀剂105a到105e，通过与实施例1类似的步骤形成电子传输区(掺有碱金属元素或碱土金属元素的区域)501a-501d。(图5A)
实施例2涉及的是卤族元素的掺杂步骤的详细内容，而实施例1涉及的是碱金属元素或碱土金属元素的详细内容。
由此完成了卤族元素和碱金属元素，或者碱土金属元素的掺杂之后，除去抗蚀剂105a到105e，并在阴极104上形成辅助电极107。在实施例1对辅助电极107的说明也适用于本实施例的辅助电极107。和实施例1中一样，当然也可以形成钝化膜。
此后，基板和密封部件用密封剂粘合在一起，固定FPC，由此完成具有图2所示结构的EL显示器件(然而，发光层的结构不同)。在如此制造的EL显示器件中，当电压施加到发光层时，仅有形成空穴传输区401a到401d的那部分发光层才发光。
[实施例4]
本实施例的结构参考图6A到6C进行介绍。本实施例涉及的EL显示器件具有以下结构：由发光层发出的光由光不能透过基板的一侧逸出。首先，制备基板601以在其上顺序地形成辅助电极602、阴极603、发光层604以及阳极605。实施例1涉及这些层的材料和形成方法。在形成发光层604之前，在阴极603上可选地形成电子传输层或电子注入层。(图6A)
形成抗蚀剂606a到606e，进行下一步骤用特定的杂质元素选择性地掺杂发光层604和阳极605之间的界面附近，在本实施例中为卤族元素。这里实施例4中作为卤族元素使用的是氟。
少量的氟就足以用于掺杂。与实施例2一样，用于掺杂的氟的浓度通常为1x1014到1x1018原子/cm3，优选1x1015到1x1017原子/cm3。实际上，适当的浓度变化也取决于发光层604的材料。因此需要操作员预先找出最佳的浓度。
在本实施例中，掺有氟的区域从发光层604和阳极605之间的界面沿发光层的深度向下延伸最多70nm。即，图6B中由607a到607d表示的区域为作为空穴传输层。
虽然好象在图中仅有发光层掺有氟，但注意氟也含在阳极605中。然而，仅有掺杂氟的发光层被认为是基本上起空穴传输区作用的区域。
由此完成特定杂质元素的掺杂之后，除去抗蚀剂606a到606e，形成保护阳极605的钝化膜608。氮化硅膜或氮氧化硅膜可以用做钝化膜608。然而优选具有高透射率的氮氧化硅膜，因为该钝化膜可设置在光路上。
此后，基板和密封部件用密封剂粘合在一起，固定FPC，由此完成具有图2所示结构的EL显示器件(然而，发光层的结构不同)。在如此制造的EL显示器件中，当电压施加到发光层时，仅有形成空穴传输区607a到607d的那部分发光层才发光。
[实施例5]
本实施例参考图7A和7B介绍用与实施例4不同的措施将发光区与不发光区分开的一个例子。
首先，通过与实施例1相同的步骤得到图6A所示的状态。此时，在发光层604和阳极605之间可选地形成空穴传输层或空穴注入层。然后形成抗蚀剂606a到606e，如图6B所示。
进行下一步骤用特定的杂质元素选择性地掺杂阴极603和发光层604之间的界面附近，在本实施例中为碱金属元素或碱土金属元素。这里实施例5中作为特定杂质元素使用的是钾。(图7A)
与实施例1中的铯相同量的钾就足以用于掺杂。在本实施例中，掺有钾的区域从阴极603和发光层604之间的界面沿发光层的深度向下延伸最多30nm。即，图7A中由701a到701d表示的区域为作为电子传输层。
虽然好象在图中仅有发光层掺有钾，但注意钾也含在阴极104中。然而，仅有掺杂钾的发光层被认为是基本上起电子传输区作用的区域。
由此完成为特定杂质元素的掺杂之后，除去抗蚀剂606a到606e，形成保护阳极605的钝化膜608。对于钝化膜608，可以使用与实施例相同的材料。(图7B)
此后，基板和密封部件用密封剂粘合在一起，固定FPC，由此完成具有图2所示结构的EL显示器件(然而，发光层的结构不同)。在如此制造的EL显示器件中，当电压施加到发光层时，仅有形成电子传输区701a到701d的那部分发光层才发光。
[实施例6]
本实施例参考图8A和8B介绍用与实施例4不同的措施将发光区与不发光区分开的一个例子。
首先，通过与实施例4相同的步骤形成抗蚀剂606a到606e。根据实施例5的步骤形成电子传输区(掺有碱金属元素或碱土金属元素的区域)701a到701d。在本实施例中使用钾进行掺杂。
使用相同的抗蚀剂606a到606e，通过与实施例4类似的步骤形成空穴传输区(掺有卤族元素的区域)。在本实施例中使用氟进行掺杂。(图8A)
实施例2涉及的是卤族元素的掺杂步骤的详细内容，而实施例1涉及的是碱金属元素或碱土金属元素的详细内容。
由此完成了特定杂质元素的掺杂之后，除去抗蚀剂606a到606e，并形成保护阳极605的钝化膜608。(图8B)
此后，基板和密封部件用密封剂粘合在一起，固定FPC，由此完成具有图2所示结构的EL显示器件(然而，发光层的结构不同)。在如此制造的EL显示器件中，当电压施加到发光层时，仅有形成电子传输区701a到701d和空穴传输区801a到801d的那部分发光层才发光。
[实施例7]
由于为自发光型，通过进行本发明制造的EL显示器件在亮区的能见度方面优越于液晶显示器件。由此本发明的EL显示器件作为直视型EL显示，有广泛的用途。EL显示器优越于液晶显示器件的一个优点是宽视角。因此，在需要对角线为30英寸以上的显示器时，优选EL显示器。
使用本发明的EL显示器适合于如显示静态图象或文本信息的电子布告板(与印刷的布告板相对照)，例如广告牌、紧急出口指示器、适于昏暗处使用的钟面、夜间路标、以及个人计算机键盘上的显示器。如果这些显示器作为产品成本更低将再好不过，在这一点上本发明非常适合。
根据本发明，仅需要一次构图步骤，因此可以通过很少量的制造步骤制造EL显示器件。换句话说，EL显示器件的制造成本可以显著降低。
由于可以通过使用抗蚀剂的构图步骤确定图像显示区域，因此本发明也可以制造极高清晰度的EL显示器件。因此，使用本发明EL显示器件可以低成本地实现能够用小字体准确地显示文本信息等的显示器。
Claims (5)
1.一种电致发光器件，包括：
包含第一区和第二区的衬底；
形成在所述第一区和所述第二区上的阳极、阴极以及在所述阳极和所述阴极之间的电致发光层；
其中所述电致发光层至少包括在所述第一区上的第一部分和在所述第二区上的第二部分；
其中通过从由离子注入、离子掺杂和汽相掺杂构成的组中选出的一种方法，所述第一部分被从由卤族元素、碱金属元素和碱土金属元素构成的组中选出的至少一种杂质掺杂，使得只有所述第一部分发光，而所述第二部分不被所述杂质掺杂；以及
其中所述第一部分与在所述阳极和所述电致发光层之间的第一界面以及在所述阴极和所述电致发光层之间的第二界面这两者中的任一个相接触。
2.根据权利要求1的电致发光器件，其中，所述电致发光层包括发光层。
3.根据权利要求1的电致发光器件，其中所述杂质是选自氟、氯、溴和碘组成的组中的至少一种元素。
4.根据权利要求1的电致发光器件，其中所述杂质是选自锂、钠、钾和铯组成的组中的至少一种元素。
5.根据权利要求1的电致发光器件，其中所述杂质是选自铍、镁、钙和钡组成的组中的至少一种元素。
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