TWI281836B - Luminescence device and its manufacturing method - Google Patents

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1281836 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明的技術領域 本發明係有關發光元件及其製造方法，尤其是有關在電 極間夾住發光層所構成之發光元件及其製造方法。 先前技藝 自發光型元件（以下稱發光元件）之有機場致發光 (electroluminescence :以下稱EL )元件，在陽極與陰極之間 夹住包含有機發光層的有機膜。圖4係顯示一種此種發光 元件的剖面構造圖。該圖所示之發光元件於基板101上形 成有包含金屬材料之下部電極102的陽極，在該下部電極 102上設有依序堆疊有機空穴輸送層103、有機空穴輸送層 104及有機發光層105等所構成的有機層106。繼續在該有 機層106上部形成有包含具有透光性之金屬材料薄膜之上 部電極107的陰極，並形成有用於降低構成陰極之上部電 極107之電阻的透明導電膜108。 此種構造之發光元件形成，由有機發光層105所產生的 發光光線被包含金屬材料之下部電極102反射，自與基板 101相對之上部電極107射出之所謂「上面發光型」的顯示 元件。 此外，製造此種構造的發光元件時，藉由自錢射法、電 阻加熱蒸鍍法、電子束蒸鍍法等各種方法中適切選出的方 法，在基板101上形成金屬材料層，並藉由將該金屬材料 層予以圖案化，以形成下部電極102。之後，自蒸鍍掩膜 ·' 上依序蒸鍍各有機層103〜105材料、上部電極107材料與透 明導電膜108材料，藉此形成有機層106及上部電極107與 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1281836 A7 B7 五、發明説明（2 ) 透明導電層108圖案。 發明所欲解決之問題 然而，上述之顯示元件及其製造方法存在如下的問題。 亦即，以濺射法、電阻加熱蒸鍍法、電子束蒸鍍法等任何 成膜方法而成膜的金屬材料層之結晶構造多爲多晶構造。 因而如圖5之放大剖面圖所示，將該金屬材料層予以圖案 化所形成之下部電極102，即使並非構成透明陽極材料所 形成之氧化銦錫（ITO; Indium Tin Oxide)，其表面粗度仍 大，表面形成突起。 藉此，由於設置在該下部電極102上之有機層106之突起 部分的局部性膜厚變薄，致使夾住該有機層106所設置之 下部電極102與上部電極107的距離d局部縮短，電場集中 於該部分而發生漏電流。 該漏電流爲發光元件發光時不期望發生的電流，因發生 漏電流導致發光元件的發光效率降低。甚至，漏電流過度 集中時，在該部分，下部電極102與上部電極107造成短 路，發光元件無法發光，造成有機EL顯示時產生所謂之 黑點的非發光點。 爲求防止此種漏電流的發生，如圖6所示，亦曾考慮藉 由氧化鉻等膜表面形成平坦的導電性材料來構成下部電極 102’。但是，由於此種導電性材料包含氧化物，允許光反 射率小的光線穿透，在有機層106之發光層105上剛產生， 而射達下部電極102’之光線h的一部分，自包含該導電性 材料之下部電極102,射出即被基板101吸收。因此，自上 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 1281836 A7 __________B7 五、發明説日^71—) ^—— 邵電極1G7射出之光線h的光量減少，導致發光效率降低。 因此，本發明之目的在提供一種無漏電流可維持穩定發 光效率之上面發光型發光元件的製造方法及發光元件。 解決問題之手段 爲達成此目的，本發明之發光元件係包含：設置在基板 上之下部電極；設置於下部電極上之至少具有發光層的有 機層；及設置在有機層上之透光性上部電極，其特徵爲： 下部％極包含金屬材料層與設置於該金屬材料層上部之緩 衝薄膜層的疊層構造。缓衝薄膜層包含構成金屬材料層之 金屬材料的氧化物中導電性高於有機層的材料或鉻氧化 物0 此外’本發明（發光元件的製造方法，係纟基板上形成 下邵電極，在該下部電極上以重疊狀態形成包含發光層的 有機層，在與下σ卩電極之間夹住發光層的狀態下，於基板 上方形成透光性上部電極，其特徵爲：在形成下部電極步 驟中，於形成在基板上的金屬膜上形成緩衝薄膜後，將此 等至屬膜及緩衝薄膜予以圖案化，以形成使金屬材料層與 、.爰衝薄膜層堆$的下郅電極。緩衝薄膜包含構成金屬膜之 金屬材料的氧化物中導電性高於有機層的材料或鉻氧化 物0 此種發光元件及製造方法之下部電極的表面層係由包含 構成底層金屬材科層之金屬氧化物中導電性高於有機層之 ’材料或鉻氧化物的緩衝薄膜層所構成。此時，構成該金屬 膜之金屬材料之氧化膜所形成的表面粗度通常小於多晶構 ^紙張尺度ί用中_ W4L(CNS) Α4規格(2lG χ撕公爱)----- 〇 1281836 A7 B7 五、發明説明（4 ) 造之表面粗度較粗所形成的金屬膜。此外，包含絡氧化物 的緩衝薄膜與底層之金屬膜不同，其所形成之膜的表面粗 度小於該金屬膜。此外，由於係以構成金屬材料層之金屬 氧化物中導電性高於有機層之材料，及氧化物中導電性高 之鉻氧化物構成緩衝薄膜層，因此該緩衝薄膜層具有下部 電極的功能。因而，藉由構成表面層的緩衝薄膜層，以確 保金屬材料層之表面粗度被緩和之下部電極與經由有機層 而設置在下部電極上之透光性上部電極之間隔的面内均勻 性。 發明之實施形態 以下參照圖式説明本發明之顯示裝置及其製造方法的實 施形態。 圖1係用於説明本實施形態之上面發光型發光元件之製 造的剖面圖步驟圖，並使用該圖，依其製造步驟説明本實 施形態之發光元件的構造。 首先，如圖1(1)所示，於洗淨包含石英玻璃等基板1 後，在該基板1上形成金屬膜2。此時係藉由藏射法形成 如鉻（Cr)膜等工作函數高，用於陽極的金屬膜2。此時之 濺射氣體如使用氬（Αι〇，將成膜環境内之氣壓約保持在 0.2 Pa，將DC輸出設定在300 W進行成膜步驟，以形成膜 厚約200 nm的Cr膜（金屬膜）2。 另外，工作函數高之金屬膜2，除Cr之外，亦可包含鉬 (Mo)、鎢（W)、鉅（Ta)、鈮（Nb)、鎳（Ni)、白金（Pt)等。 以上方式所獲得之金屬膜2不論其材質及成膜方法爲 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1281836 A7 B7 五、發明説明（5 ) 何，其結晶構造均爲多晶構造，其表面粗度大，表面形成 突起。 繼續’於形成該金屬膜2之後，形成屬於本發明特徵的 緩衝薄膜3。該緩衝薄膜3爲構成金屬膜2之金屬材料的氧 化膜或Cr氧化膜。其中，由於該緩衝薄膜3係構成金屬膜 2及下邵電極的一部分，因此，該緩衝薄膜3爲構成金屬 膜2之金屬材料的氧化膜的情泥下，其導電性須高於以後 步驟中所形成的有機層，並宜儘可能採用導電性高的材 料。因此，此時於金屬膜2上形成包含鉻氧化物之缓衝薄 膜3。且此時宜避免將基板1暴露在大氣中，並在形成金 屬膜2之同一個處理室内形成缓衝薄膜3。 因此，如藉由使用氬（Ar)與氧（〇2)之濺射氣體的濺射法 以形成緩衝薄膜3。此時之濺射氣體爲Ar : 〇2 = i : i的分 壓’在成膜環境内之氣壓約保持在0.3 Pa，將DC輸出設定 在300 W進行成膜，以特定的膜厚（此時如爲10 nm)形成包 含氧化鉻（Cr〇2)的緩衝薄膜3。膜厚藉由成膜時間來控 制。另外，氧化鉻的組成並不限定於Cr〇2，如適切調整成 膜條件時，亦可採用其他組成的氧化鉻（如Cr2〇3 >。 此外，亦可藉由熱氧化法以形成緩衝薄膜3。此時，如 在氧氣環境中進行350 °C的熱處理，以特定膜厚（此時如爲 8 nm )形成包含氧化絡（Ci*2〇3)的緩衝薄膜3。膜厚藉由熱處 理時間來控制。此時亦與濺射法同樣的，如適切調整熱處 •’ 理條件時，亦可採用其他組成的氧化鉻（如Cr〇2)。 以上，舉例顯示如何形成包含氧化絡的緩衝薄膜3，而 -8 - '本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ' ' -- 1281836

”他適用於緩衝薄膜3的材料，#即顯示具有良好導電性 的金屬氧化物如氧錢（鳩〇2，M〇〇5)、氧化錄,）等。 包含此等材料之緩衝薄膜3與使用氧化鉻時同樣的，可在 特疋條件下藉由於㈣氣體中增加氧的濺射法來形成。 此時之緩衝薄膜3的膜厚須依據對緩衝薄膜3之折射率 與缓衝薄膜3之導電性’以及設有該發光元件之顯示裝置 的顯示特性來設計。 斫即’顯示裝置之顯示特性以確保亮度爲優先考量時， 缓衝薄膜3之膜厚設定成於可吸收金屬膜2之表面粗度範 圍内之最薄的膜厚（如约10 nm)。另外，顯示裝置之顯示 特性以確保對比爲優先考量時，緩衝薄膜3之膜厚設定成 不影響於以後步驟中將金屬膜2予以圖案化所形成之金屬 下部電極之空穴注入效率之範圍内較厚的膜厚（如 或100 nm以上）。 繼續，於具有如上所設定之膜厚的緩衝薄膜3上，藉由 光刻技術，以形成此處省略圖式的光阻圖案。繼續，將唁 光阻圖案作爲掩膜，蝕刻緩衝薄膜3與金屬膜2。此時， 係進行如使用ETCH_1(三洋化成工業社製，商品名稱）之餘 刻液的濕式蝕刻，藉此將高精度且重現性良好的緩衝薄摸 3與金屬膜2予以圖案化。繼續，形成包含將金屬膜）予以 圖案化所形成I金屬材料層2a與將緩衝薄膜3予以圖安化 所形成之缓衝薄膜層3之疊層構造的下部雷炻4 、、 H。琢下郅 電極4形成陽極。 此時’使用该發光元件所構成之顯示裝置爲單純矩陣方

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五、發明説明（7 ) 式之顯示裝置的情況下，] 下邵電極4係形成如沿著圖中深

濕式蝕刻的蝕刻液係使用HF(氟酸）與1^114]?(氟化胺）的混 合水溶液。 該絕緣層5係以覆蓋下部電極4之邊緣的狀態而形成。 此外，為絕緣層5並不限定於包含氧化碎者，且成膜方法 及用於形成開孔部之蝕刻方法亦不限定於上述之濺射法及 濕式姓刻法。 另外，由於該絕緣層5係用於確實絕緣下部電極4與爾 後形成之透光性上部電極者，因此，在達成下部電極4與 透光性上部電極之絕緣性的情況下，並不限定於藉由使用 該發光元件所構成之顯示裝置的構造。 繼續，如圖1(3)所示，在下部電極4上形成有機層6及透 光性上部電極7。此時係藉由使用眞空蒸鍍裝置的蒸鍍成 膜方式以形成有機層6及透光性上部電極7。因而在基板1 上設置此處省略圖式的蒸鍍掩膜，自該蒸鍍掩膜上依序蒸 鍍有機層材料及上部電極材料以形成膜。繼續形成有機層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1281836 A7 --— —_ B7 五、發明説明（8 ) 6及透光性上部電極7，使其邊緣部重疊於絕緣層5之開孔 邊緣部分，以確實覆蓋絕緣層5之開孔部5a底部。 首先，有機層6係蒸鍍30 nm形成空穴注入層6a之4,4,4媒 -tris (3-甲基苯氨基）三苯胺（MTDATA)，蒸鍍2〇 nm形成空 穴輸送層6b之bis(N-審基）善苯基聯苯胺（a_NPD)，蒸鍍50 nm形成發光層6〇之8喹啉酚鋁錯體（Alq3)。之後透光性上 部電極7係蒸鍍工作函數低，用於陰極的透光性材料。此 時係將鎂（Mg)與銀（Ag)之合金層，以Mg與Ag之成膜速度 比爲Mg : Ag = 9 : 1，蒸鍍10 nm的膜厚。 此時，以構成有機層6之各材料各爲〇·2 g，Mg爲0.1 g， Ag爲0.4 g，分別填充於電阻加熱用舟内，將各舟安裝於 眞全条鍍裝置的特定電極上。繼續，將設置有蒸鍍掩膜之 基板1收納在眞空蒸鍍裝置的處理室内，將該處理室内的 壓力降壓至1.0X10-4 pa後，在各舟内施加電壓的狀態下依 序加熱使其蒸鏡。 此時之蒸鍍掩膜如具有帶狀開孔部，該開孔部重疊於絕 緣層5之開孔部5a上，且確實將絕緣層5之開孔部&容纳 在開孔邵内，設置於基板1的上方。此時使蒸鍍掩膜之開 孔部與金屬下部電極2平行來使用該蒸鍍掩膜。 之後，如圖1(4)所示，在透光性上部電極7的上部形成 用於降低該透光性上部電極7之電阻的透明導電膜8。此 時，使設置蒸鍍掩膜狀態的基板1在其他處理室内移動， 藉由濺射法以形成透明導電膜8。該透明導電膜如形成膜 厚爲200 nm之於室溫成膜時顯示良好導電性之鋼與辞之氧 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) -— --- 1281836 A7 __ _ B7 五、發明説明（9 ) 化物（In-Zn-O)系的透明導電膜。一種成膜條件爲使用氬 (Ar)與氧（〇2)之混合氣體（體積比爲Ar : 02 = 1000 : 5 )之濺 射氣體，處理室内壓力設定爲0.3 Pa，DC電力設定爲 40 W 〇 另外，設置該透明導電膜8係用於降低透光性上部電極 7的電阻，只要在透光性上部電極7保持透光性的範圍内 可確保低電阻値，即無須設置。 此外，使用該發光元件所構成之顯示裝置爲動態矩陣方 式之颁示裝置的情況下，透光性上部電極7及透明導電膜 8亦可無須予以圖案化而全面形成膜。此時，係於形成有 機層6後，在自基板1上除去蒸鍍掩膜的狀態下，蒸鍍透 光性上部電極7及透明導電膜8。 如上述的在金屬材料層2a上堆疊有包含鉻氧化物之緩 衝薄膜層3a的下部電極4上，設置有機層6及透光性上部 電極7及透明導電膜8以形成發光元件1〇。 如此形成之發光元件1〇係藉由自作爲陰極所設置之透光 性上部電極7注入的電子，與自作爲陽極所設置之下部電 極注入之空穴在有機層6之發光層6(：上藉由再結合而發 光，形成該發光光線自透光性上部電極7射出之所謂的上 面發光型。 該發光元件10將下部電極4的構造形成於包含鉻之金屬 材料層2a上堆疊包含鉻氧化物之緩衝薄膜層％的兩層構 ·，造。此時，構成該金屬膜2之金屬材料的氧化膜的表面狀 態比多晶構造而形成膜之金屬膜2平滑。尤其是鉻氧化物 -12. 1281836 A7 ______ B7 五、發明説明（10 ) 可比用於電極之金屬材料膜減少其表面粗度來形成膜。 且因藉由構成金屬材料層2a之金屬氧化物中導電性高於 有機層之材料’尤其是氧化物中導電性高之鉻氧化物以構 成緩衝薄膜層3a，因此該缓衝薄膜層3 a具有下部電極的 功能。 因而，藉由構成表面層之缓衝薄膜層3a，來構成金屬材 料層2a之表面粗度被緩和的下部電極*。因此，經由該下 4黾極4與有機層6，以確保設置於該下部電極*上之透光 性上部電極7之間隔的面内均勻性。 因而在下部電極4與透光性上部電極7之間不容易產生 包場集中’可防止漏電流之發生。並且可防止因電場過度 集中而發生黑點，可獲得能維持穩定之發光效率的上面發 光型發光元件。 尤其因包含鉻氧化物之緩衝薄膜層3a係以導電性高的氧 化物構成緩衝薄膜層3a，促使金屬材料層2a表面之突起部 的電場緩和效果大。且即使以相當厚度形成時，由於可維 持自金屬材料層2a至有機層6的空穴注入量，因此可確保 發光效率。此外，若爲包含構成金屬材料層2a之金屬材料 氧化物的緩衝薄膜層3a，只須在其製造步驟中加進於金屬 膜2之成膜氣體（賤射氣體）内添加氧的步驟，即可形成緩 衝薄膜3。因此可將步驟數量的增加抑制在最小限度。 此外，如圖2所示，儘量形成最薄之構成下部電極4的 緩衝薄膜層3a時’可降低發光層6c產生之發光光線h被包 含氧化物之緩衝薄膜層3a的吸收量。因而可確保自透光性 -13-

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上邵電極7的發光效率，以形成亮度高的發光元件。 另外，如圖3所示，於形成較厚之構成下部電極*之緩 衝薄膜層3a的情況下’由於發光層&產生之發光光線^相 田私度的被包含氧化物之緩衝薄膜層.3a吸收，自透光性上 4電極7 I發光效率稍微降低，不過藉由該緩衝薄膜層 可防止自透光性上邵電極7射入之外光hl的反射。因此可 形成對比良好的發光元件。 以下，顯示有關上述實施形態所獲得之發光元件①、發 光元件②及先前構造的發光元件③、及發光元件④的評估 〜果。各發光元件①〜④的構造如下，僅下部電極的構造 不同，其他構造與實施形態所列舉者相同。 發光元件①…在鉻層上堆疊包含藉由濺射法而成膜之氧 化鉻（Cr〇2)之緩衝薄膜（1〇 nm)的下部電極。 發光元件②…在鉻層上堆疊包含藉由熱氧化法而成膜之 氧化鉻（Cr；2〇3)之緩衝薄膜（8 nm)的下部電極。 發光元件③…ITO單層下部電極。 發光元件④…鉻單層下部電極。 各製作40個發光區域爲4 mm2之以上構造的發光元件① 〜④，測試上部電極與下部電極間的短路發生數量及施加 80 V電壓時足電流及亮度。亮度係自上部電極進行測試。 測試結果如以下表1所示： -14-

T v 1281836 A7 B7 五、發明説明（I2 ) 表1 短路發生數量(個） 電流(mA/cm2) 亮度(cd/m2) 發光元件① 0/40 20 870 發光元件② 2/40 16 710 發光元件③ 16/40 23 250 發光元件④ 8/40 20 900 如表1所示，確認實施形態之發光元件①，②與先前之 發光元件③，④比較，均因設置短路發生數量少的緩衝薄 膜層，致使金屬材料層的表面粗度緩和，防止電場的集 中。此外，實施形態之發光元件①，②雖在金屬材料層上 設置缓衝薄膜層，但仍可維持與先前之發光元件③，④相 同的電流量，且確認可確保與自透光性上部電極發光效率 良好之先前發光元件④相同的亮度。 另外，上述之實施形態係説明將下部電極4作爲陽極， 並將透光性上部電極7作爲陰極。但是，本發明即使採用 將下部電極4作爲陰極，將透光性上部電極7作爲陽極的 構造，同樣可適用，仍可獲得相同的效果。唯下部電極4 及透光性上部電極7之材質與有機層6之構造與其堆疊順 序須適切選擇。此外，此時之構成下部電極4之表面層的 緩衝薄膜層宜儘量採用導電性高的材料。 發明之功效 如以上之説明，本發明之發光元件及其製造方法，係設 置藉由緩衝薄膜層以緩和金屬材料層之表面粗度的下部電 極，可確保經由有機層所設置之下部電極與透光性上部電 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1281836 A7 B7 五、發明説明（U ) 極之間隔的面内均勻性，可形成防止局部性電場集中，抑 制漏電流發生及黑點發生，可維持穩定發光效率的上面發 光型發光元件。 圖式之簡單說明 圖1 (1)〜(4)係顯示本實施形態之發光元件及其製造方法 的剖面步驟圖。 圖2係藉由實施形態之製造方法所形成之第一發光元件 的剖面圖。 圖3係藉由實施形態之製造方法所形成之第二發光元件 的剖面圖。 圖4係先前之發光元件的剖面圖。 圖5係用於説明先前發光元件之問題的放大剖面圖。 圖6係顯示其他之先前發光元件的剖面圖。 元件符號之説明 1…基板，2…金屬膜，2a…金屬材料層，3…緩衝薄 膜，3a··.緩衝薄膜層，4…下部電極，6…有機層，6c… 發光層，7…透光性上部電極，1〇 .··發光元件 ___ _ 16_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公

Claims (1)

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動正本 AiilJLM·替換本

、申請專利範圍 I 一種發光元件，复 • '、糸匕s :設置在基板上之下部電 極，設置於該下 a P電極上之至少具有發光層的有機 光性上部電極，其特 層；及設置在該右 、 牧邊有機層上之透 為： 徵 :述下部電極包含金屬材料層，與由構成該金屬材 :之金屬材料的氧化物中導電性高於前述有機層的 ::、斤構成且叹於该金屬材料層上之緩衝薄膜層的疊 層構造。 2. 3. 一種發光元件’其係包含：^置在基板上之下部 & °又置於該下部電極上之至少具有發光層的有 及設置在該有機層上之透光性上部電極，其特 為· 剛述下部電極包含金屬材料層，與包含設置於該 屬材料層上的鉻氧化物之緩衝薄膜層的疊層構造。 -種發光元件之製造方法，其係在基板上形成下部 極’在前述下部電極上以重疊狀態形成具有發光層 有機層’在與前述下部電極之間夾住前述發光層的 態下’於前述基板丨方形成透光性上部電極，其特 為： 在形成前述下部電極之步驟中，於形成在前述基板 上的金屬膜上形成包含構成該金屬膜之金屬材料的 化物中導電性高於前述有機層之材料的緩衝薄膜後 將此等金相及緩㈣膜予以圖案化，以形成由金屬 材料層與緩衝薄膜層所構成之4層構造的下部電極。 電 機 徵 金 電 的 狀 徵 氧 1281836 as B8 C8 __________D8 六、申請專利範固 " ----- 4.如申請：利範圍第3項之發光元件的製造方法，其中 形成2述緩衝薄膜之步驟係藉由連續於供給特定氣 體形成前述金屬膜’在該特定氣體内添加氧氣而進行 者。 5· -種發：元件之製造方法，其係在基板上形成下部電 極在則述下部電極上以重疊狀態形成具有發光層的 有機層在與則述下部電極之間失住前述發光層的狀 心下於如述基板上方形成透光性上部電極，其特徵 為： 在形成前述下部電極之步驟中，於形成在前述基板 上的金屬膜上形成包含鉻氧化物之緩衝薄膜後，將此 等金屬膜及緩衝薄膜予以圖案化，以形成由金屬材料 層與緩衝薄膜層所構成之疊層構造的下部電極。 • 2 -