專利名稱：采用低電阻陰極的有機電致發光顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機電致發光裝置，更具體地，涉及一種前發射和雙側發射型有機電致發光顯示裝置，其具有位于第一透射式陰極上的低電阻陰極以降低面電阻并保護第一半透射式金屬層。
背景技術：
通常，有機電致發光顯示裝置采用后發射結構，其中透明的陽極電極，例如ITO層等，被用作下電極，一有機膜形成多層結構，并且一反射陰極電極，例如Al、LiF/Al、LiF/Al、Li/Al等用作上電極。
在該后發射結構中，該裝置的陰極電極為用于注入電子的電極，并且它用作反射膜。來自有機電致發光發射層的光朝向玻璃襯底發射(AppliedPhysics Letter，Vol.51，913(1987))。
圖1為傳統有機電致發光顯示裝置的剖視圖。該裝置包括玻璃襯底10和透射式電極或陽極電極12，例如ITO層或者功能上與ITO層相似的電極。用作空穴注入層14的薄膜形成在陽極電極上。空穴傳輸層(未示出)也可以形成在空穴注入層14上。包括摻雜有雜質的宿主的發射層16形成在空穴傳輸層上。陰極電極18由易于注入電子的例如Mg(Ag)、LiF(Al)、Li和Al的材料構成。
該有機電致發光顯示裝置在大約0至10V的低電壓下具有大約100至10000cd/m2的高亮度。
此外，已知一種前發射結構(SID 96 DIGES T.185 42.2Novel transparentorganic electroluminescent devices，G.Gu，V.B.Bulovic，P.E.Burrows，S.R.Forrest，M.E.Tomson)，其中通過將半透射式陰極電極的厚度減小至10nm或更小來注入電子，并且所發射的光通過位于透明電極上的涂敷保護層被傳輸到兩個側面。該裝置的陰極電極采用這樣一種結構，其中ITO層形成在厚度為100nm的Mg-Ag層上。
此外，在美國專利第5,969,474號中，公開了這樣一種結構，其中IZO(鋅摻雜的氧化銦)層形成在具有4eV的功函數的金屬上以獲得低電阻陰極。
此外，在美國專利第5,714,838號中公開了這樣一種結構，其中有機電致發光顯示裝置形成在例如Si的不透明襯底上。該專利公開了使用ITO作底層，而例如ZnS、GaN、ITO和ZnSe的透明材料用于陰極電極。
已知一種前發射結構(SID 2001；384 24.4LA 13.0-inch display with topemitting structure and adaptive current mode programmed pixel circuit；Tatsuyasasaoka等人)，其中一金屬用作反射薄膜陽極電極，而一透射式電極用作陰極電極。
但是，由于金屬用作單層反射薄膜陽極電極，半透射式金屬Mg(Ag)被薄薄地覆蓋作為透射式陰極電極，而導電氧化物薄膜被形成在薄的半透射式金屬Mg(Ag)上，所以該前發射結構在面電阻上存在缺點。該導電氧化物薄膜貢獻電阻并用作半透射式薄膜的保護層。
圖2為示出傳統雙側發射型有機電致發光顯示裝置結構的剖視圖。
參考圖2，該傳統有機電致發光顯示裝置包括反射陽極電極22、用于注入或傳輸空穴的層14、發射層16、半透射式導電陰極電極18和透射式電極層20。
此外，在美國專利第6,469,437號中公開的前發射或雙側發射結構獲得了采用有機材料而不采用易于注入電子的金屬膜來顯著提高亮度的陰極電極技術的專利權。
但是，盡管這種前發射或雙側發射結構用來增加亮度，但由于與采用金屬陰極電極的結構相比電子注入基本上被劣化，所以驅動電壓增加，因而該結構存在缺點。
由于目前所研究的作為透明陰極電極部分的Mg-Ag或ITO結構中的裂紋，ITO的厚度被限制為大約1200。所測量的面電阻為大約35Ω/m2或更小(Journal of Applied Physics Vol.87 p 3080Semitransparent cathode fororganic light emitting devices)。由于電阻方面面電阻造成大約2V或更大的驅動電壓差，功耗傾向于增加。
在美國專利第6,195,034號中介紹了一種ITO-Ag-ITO結構以構建一無線電波吸收面板。盡管在其它不同領域已研究了包括Ag的多層膜(ThinSolid Films 341(1999)152-155)(J.Szczyrbowski，A.Dietrich，K.Hartig，SolarEnergy Mater.19(1989)43)，但涉及包括Ag的作為透射式陰極電極的多層膜的研究情況尚不清楚。
這些傳統技術在降低前發射裝置的透射式陰極電極的面電阻方面存在限制。因此，很困難構建大尺寸裝置。由于當導電透射式氧化物薄膜的厚度為150nm或更大時，根據傳統技術的該些裝置傾向于使得薄膜剝落并形成裂紋，所以不利于在常溫條件下采用濺射方法來形成ITO導電氧化物薄膜。此外，根據傳統技術的裝置由于薄膜無法制作得更厚以便降低面電阻所以是不利的。
發明內容
本發明提供一種前發射結構或雙側發射結構，其中通過將兩個透射式導電氧化物薄膜引入到半透射式金屬陰極電極上并在所述氧化物薄膜之間引入具有高電導率的金屬材料，透射式陰極電極的面電阻被顯著降低。
本發明提供采用低電阻陰極電極分別提供一種大尺寸前發射或雙側發射型裝置。
為了實現上述目的，本發明提供一種有機電致發光顯示裝置，其包括一襯底，其上形成有用于限定像素區的第一電極；有機薄膜層，包括形成在該襯底上的發射層；以及第二電極，包括形成在該有機薄膜層的前表面上的第一半透射式金屬層、疊加在該第一半透射式金屬層的前表面上的第一透射式導電氧化物層、疊加在該第一透射式導電氧化物層的前表面上的第二半透射式金屬層、以及疊加在該第二半透射式金屬層的前表面上的第二透射式導電氧化物層。
通過參考附圖詳細地描述本發明的示例性的實施例，本發明的以上和其它特征和優點對于本領域普通技術人員而言將更加清楚。
圖1為示出傳統有機電致發光顯示裝置結構的剖視圖；圖2為傳統雙側發射型有機電致發光顯示裝置結構的剖視圖；圖3為示出根據本發明一個示例性實施例的前發射型有機電致發光顯示裝置結構的剖視圖；圖4為示出根據本發明另一示例性實施例的雙側發射型有機電致發光顯示裝置結構的剖視圖。
具體實施例方式
現在將參考附圖結合示例性實施例對本發明加以描述。為了參考，在全部的附圖中相似的附圖標記表示相應的部分。
圖3為示出根據本發明一個示例性實施例的前發射型有機電致發光顯示裝置結構的剖視圖。圖4為示出根據本發明另一示例性實施例的雙側發射型有機電致發光顯示裝置結構的剖視圖。
本發明的有機電致發光顯示裝置被構建成如圖3所示，使得來自有機電致發光顯示裝置的發射層的光向上傳播，或者使得光傳輸到兩側，如圖4所示。
也就是說，根據本發明的有機電致發光顯示裝置例如具有帶有導電層的三層陽極電極、反射薄膜和導電層，或者例如具有帶有用作陽極電極的透射式或反射式電極的雙反射薄膜陽極電極。如此，為了易于空穴注入，導電金屬或合金層被引入到發射層的下側，而具有良好反射能力、用作反射薄膜的金屬層被引入到導電金屬下方。
此外，根據本發明示例性實施例的有機電致發光顯示裝置具有這樣一種結構，其中半透射式堿金屬或堿土金屬的導電金屬被引入到發射層的上部，作為頂層的陰極電極。該導電金屬允許容易地注入電子。透明電極也被引入以便降低陰極電極的面電阻并用作保護層。
本發明由于通過引入用于容易地注入電子的半透射式金屬作為前發射型或雙側發射型有機電致發光顯示裝置的上薄膜陰極電極從而實現大尺寸前發射或雙側發射有機電致發光顯示裝置而具有優勢。位于兩個導電氧化物薄膜之間的金屬層提高了穩定性并降低了金屬層的面電阻，因此顯著增加了電導率。
參考圖3，第一電極12設置在本發明的前發射示例性結構中的襯底10上。襯底10由堿石灰玻璃或其它適合材料的玻璃形成，而反射金屬用作第一電極使得光被發射到前側，其中反射金屬包括由Ni、Au、Pd、Cr和/或Ag構成的單膜、雙層或三層電極。
另一方面，參考圖4，能夠前后發射的雙側發射結構可以通過在該雙側發射結構中采用透射式金屬22來形成。
例如ITO、IZO、ICO或ZnO的氧化物可以用作透射式導電氧化物。
在圖形化之后，有機發射層14設置在第一電極12或22的前表面上。第二電極13沉積在該有機發射層上。在第一電極12或22與第二電極13之間，可以設置空穴注入層和/或空穴傳輸層、電子注入層和/或電子傳輸層(未示出)。例如，可以采用已知的高分子發射材料以及低分子發射材料作為有機發射層16的發射材料。已知的有機材料可以用于空穴注入層、空穴傳輸層、電子注入層和/或電子傳輸層。
每層的厚度大體上為大約10nm至大約100nm，而每層的優化厚度根據真空熱沉積方法來選擇。
有機發射材料可以包括能夠發光的熒光材料。例如，諸如tris(8-aminolinolato)aluminum的金屬合成物可以用作電子傳輸層。此外，四芳基-對二氨基聯苯(teraaryl-benzidine)系材料可以用于空穴傳輸層或空穴注入層。例如，包括TPD(三芳基二胺(triaryldiamine)或四苯基二胺(tetraphenyldiamine))或者芳族叔胺(aromatic tertiary amine)的不同材料可以用于空穴傳輸層或空穴注入層。其它適合的有機材料可以用于發射層。
第二電極13通常在形成有機發射層16之后設置在發射層的頂部。本發明的第二電極13包括第一透射式導電氧化物層24、第二透射式導電氧化物層28和第二半透射式金屬層26。第一透射式導電氧化物層可以設置在第一半透射式金屬層的前表面上，第二半透射式金屬層可以設置在第一透射式導電氧化物層的前表面上，而第二透射式導電氧化物層可以設置在第二半透射式金屬層的前表面上。這種結構提供增加的電導率和較低的面電阻。
第一半透射式金屬可以為具有易于電子注入的小的功函數的金屬，并且第一半透射式金屬通常采用Ca、Mg-Ag、LiF/Al、Li/Al、Li和/或Al疊加至大約40nm或更小的厚度。
第一透射式導電氧化物層、第二半透射式金屬和第二透射式導電氧化物層連續地形成在第一半透射式金屬層上。
具有高透射率的導電氧化物可以用作第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層。包括銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鈰氧化物(ICO)和氧化鋅(ZnO)的氧化物可以用作具有高透射率的材料。通常使用ITO作為第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層。
相同或不同的材料可以用作第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層。第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層通常獨立地疊加至大約10nm至100nm的厚度。一般地，由于電導率不好，不希望第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層被疊加至10nm或更小的厚度。如果透射率不是重要問題，第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層可以被疊加至大約100nm或更厚的厚度。通常，由于如果第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層被疊加至大約100nm或更厚的厚度則透射率變得重要，所以第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層被疊加至大約100nm或更小的厚度。
具有高電導率的薄的金屬薄膜材料，例如Al、Cu、Ag、Pt、Au、Ir或Pd，可以用作位于第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層之間的第二半透射式金屬以增加該透射薄膜的電導率。一般地，Ag用作第二半透射式金屬。第二半透射式金屬的厚度通常介于大約5nm到大約30nm的范圍內，更具體地，介于大約5nm到大約20nm范圍內。通常，第二透射式導電氧化物層的厚度依賴于該厚度對第二半透射式金屬的穩定性、反射率以及透射率的影響。透射率隨第二半透射式金屬厚度的增加而降低。
第一和第二透射式氧化物膜和第二半透射式金屬層通過采用濺射的熱沉積來形成。
在本發明的不同實施例中，具有高透射率和非常低的面電阻的透射式陰極薄膜在有機材料沉積設備中被連續地形成。
能夠通過阻擋濕汽或O2氣從外部滲入而防止裝置劣化并能夠保護裝置內的有機材料層的保護層(未示出)可以在形成透射式陰極薄膜層之后采用濺射或電子束蒸發技術形成在透射式陰極薄膜層上。
該保護層可以以單層或多層來形成。該保護層例如可以由能夠起到其作用的Y2O3、SiO2、SiNx、SiNxOy、有機層和/或無機層制成。無機保護層采用例如濺射或電子束蒸發技術沉積在透射式陰極薄膜層上。
裝置通常通過對裝置進行密封工藝而完成，該密封工藝在沉積保護層(未示出)后利用玻璃密封所沉積的保護層。采用例如光固化粘結劑、樹脂粘結劑、硅酮粘結劑、雙聚合物粘結劑或其它適合的粘結劑進行該密封工藝以便防止濕汽或氧氣滲入該裝置中。最終的密封工藝采用玻璃以及透明塑料來進行。
本發明不限于具有圖3和圖4中所示的結構的有機電致發光顯示裝置，而可以包括具有各種其它適合的結構的有機電致發光顯示裝置。此外，本發明不限于有機電致發光顯示裝置，而是可以應用于具有兩個或更多晶體管的有源有機電致發光顯示裝置或無源有機電致發光顯示裝置。
本發明的前發射型或雙側發射型有機電致發光顯示裝置的優點在于為大尺寸前發射型或雙側發射型裝置提供亮度均勻性，并且可以通過保持效率并顯著降低面電阻來形成低能耗裝置。
以下給出本發明的示例性實施例。下面的示例用來進一步描述本發明的特征，可以理解的是本發明不局限于以下示例。
示例1提供DC磁控濺射系統以ITO(40nm)/Ag(15nm)/ITO(40nm)的結構形成陰極電極的ITO或Ag合金沉積膜。DC功率被施加到兩個陰極電極上，并且多層膜在真空狀態下被連續地沉積到堿石灰玻璃上。具有99.99％純度并包含重量百分比為10％的SnO2的ITO靶在常溫下使用4英寸的靶被沉積。其它襯底、陽極電極和有機發射層以常規的方式來沉積。Ag的面電阻為5Ω/cm2，根據金屬靶的測量結果，在520nm的光波長條件下Ag的透射率為87％。低電阻三層膜在可見光范圍內的透射率在下面的表1中給出。根據單位薄膜的測試結果，透射式陰極被沉積在有機電致發光顯示裝置上。
示例2除了采用IZO而不是示例1中的ITO，有機電致發光顯示裝置以與示例1中相同的工藝來制作。透射率和面電阻的測量結果在下面的表1中給出。
比較例1除了陰極電極由具有80nm厚的ITO而不是示例1中的ITO/Ag/ITO三層結構來形成，有機電致發光顯示裝置以與示例1中相同的工藝來制作。透射率和面電阻的測量結果在下面的表1中給出。
表1
如表1所示，可以看出，沒有透射率損失，而示例1和2的面電阻下降到幾乎為比較例1的面電阻的1/10的水平。如上所述，示例1和2顯示了根據本發明的包括具有三層結構的附加(subsidiary)陰極電極的有機電致發光顯示裝置的實驗結果。
示例3在由鋁/ITO形成的反射陽極電極形成在襯底上之后，利用有機絕緣層圖形化2×2的2×2mm發射區域。在依序采用水、異丙醇和丙酮清洗所得到的材料后，采用UV/O3處理該材料。具有25nm厚度的空穴注入層通過真空沉積CuPc來形成。CuPc層用作經過處理的材料上的空穴注入層的共用層，而空穴傳輸層通過真空沉積NPB形成在經過處理的材料上。
通過在空穴傳輸層的上表面上熱沉積以100∶4的比例混合的藍色宿主和藍色雜質的混合物來形成具有15nm厚度的藍色發射層。通過在發射層的上部沉積Blaq來形成具有5nm厚度的空穴抑制層，具有25nm厚度的電子傳輸層通過真空沉積Alq3形成在空穴抑制層的上部，而具有3nm厚度的電子注入層通過真空沉積LiF形成在電子傳輸層的上部。
通過在電子傳輸層的上部上同時熱沉積以10∶1比例混合的鎂和銀的混合物，陰極電極被形成10nm的厚度。接著，在陰極電極的上部上形成40nm厚度的ITO之后在ITO上采用濺射沉積5nm厚的Ag，隨后40nm厚的ITO被形成在Ag的上部。
在使用UV粘結劑密封所獲得的材料后，在氮氣環境下和無水條件下在70℃的溫度下通過熱固化處理經過密封的材料來完成前發射型有機電致發光顯示裝置。
示例4-5除了示例1中的Ag被沉積成沉積厚度為10nm和20nm，有機電致發光顯示裝置以與示例1相同的工藝來制作。
比較例2除了示例3中的陰極電極由具有80nm厚的ITO而不是ITO/Ag/ITO三層結構來形成，有機電致發光顯示裝置以與示例3相同的工藝來制作。
通過測量示例3-5和比較例2的有機電致發光顯示裝置的性質所得到的特性在表2中給出。
如表2所示，盡管如示例3-5所示隨著Ag的厚度增加與比較例2相比透射率減小，但明確地顯現出降低面電阻的效果。此外，可以看出在Ag厚度為10nm的情況下，彩色坐標(color coordinate)也得以改善。此外，可期待表2
的是，隨著Ag的厚度的不斷增加面電阻和彩色坐標的改善效果相對透射率的降低不會非常大。可以期待的是，引入一定厚度的Ag到全色有機電致發光顯示裝置中，由此顯著改善裝置的面電阻，不會增加驅動電壓。
在本發明的有機電致發光顯示裝置中采用導電氧化物/金屬/導電氧化物結構形成具有顯著降低的面電阻同時大致保持它的光透射率性質的陰極，使得該陰極可以用于前發射和雙側發射。該陰極可以被應用于大尺寸前和雙側型裝置。此外，該陰極很容易被應用于采用濺射技術的工藝，并且能耗被顯著改善，并且在該陰極被應用于大尺寸裝置的情況下由于IR下降被改善，亮度的不均勻性消失。
雖然已參考本發明的示例性實施例具體顯示和描述了本發明，但本領域技術人員可以理解的是，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可以在形式和細節上做出上述和其它的變化。
權利要求
1.一種有機電致發光顯示裝置，包括襯底，其上形成有用于定義像素區的至少一部分的第一電極；有機薄膜層，至少包括形成在該襯底上的發射層；以及第二電極，包括第一半透射式金屬層，其形成在該有機薄膜層上；第一透射式導電氧化物層，其形成在該第一半透射式金屬層上；第二半透射式金屬層，其形成在該第一透射式導電氧化物層上；以及第二透射式導電氧化物層，其形成在該第二半透射式金屬層上。
2.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中該第一電極為陽極電極，而該第二電極為陰極電極。
3.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一半透射式金屬層為選自于由Mg-Ag、LiF-Al、Li和Al組成的組中的一種材料。
4.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層由選自于由ITO、IZO、ICO和ZnO組成的組中的一種材料形成，并且第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層包括相同的材料或者不同的材料。
5.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第二半透射式金屬層由選自于由Ag、Pt、Au、Ir、Pd、Cu和Al組成的組中的一種材料形成。
6.如權利要求5所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層由ITO制成，而第二半透射式金屬層由Ag制成。
7.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一透射式導電氧化物層和第二透射式導電氧化物層被獨立地設置成大約10nm至100nm的厚度。
8.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一半透射式金屬層的厚度為大約40nm或更小。
9.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第二半透射式金屬層被設置成大約5nm至30nm的厚度。
10.如權利要求9所述的有機電致發光顯示裝置，其中第二半透射式金屬層被疊加成大約5nm至大約20nm的厚度。
11.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一電極還包括反射防止膜。
12.如權利要求11所述的有機電致發光顯示裝置，其中該反射防止膜由一層、二層或三層選自于由Ni、Au、Pd、Cr和Ag組成的組中的金屬形成。
13.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一電極為選自于由ITO、IZO、ICO和ZnO組成的組中的透明導電氧化物。
14.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一透射式導電氧化物層、第二透射式導電氧化物層和第二半透射式金屬層通過濺射方法形成。
15.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中該有機電致發光顯示裝置還包括位于第二電極的上部上的保護薄膜層。
16.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中第一透射式導電氧化物層設置在設置與第一透射式導電氧化物層的前側相對表面上的半透射式金屬層的前側相對表面上，而第二透射式導電氧化物層設置在第二半透射式金屬層的前側相對表面上。
17.如權利要求1所述的有機電致發光顯示裝置，其中該有機電致發光顯示裝置為雙側發射有機電致發光顯示器。
全文摘要
一種前發射或雙側發射有機電致發光顯示裝置，其具有均勻的亮度。該有機電致發光顯示裝置包括其上形成有用于定義像素區的至少一部分的第一電極的襯底。包括發射層的有機薄膜層形成在該襯底上，而包括第一半透射式金屬層的第二電極形成在該有機薄膜層上。第一透射式導電氧化物層形成在該第一半透射式金屬層上。第二半透射式金屬層形成在該第一透射式導電氧化物層上，而第二透射式導電氧化物層形成在該第二半透射式金屬層上。具有這種結構，該前發射或雙側發射裝置的面電阻較低并且該有機電致發光顯示裝置內的第一半透射式金屬層得以保護。
文檔編號H01J61/44GK1575061SQ20041004738
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月3日 優先權日2003年6月3日
發明者李寬熙 申請人:三星Sdi株式會社