專利名稱：顯示單元及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種顯示單元及其制造方法。特別是，本發明涉及一種在其中分布了能夠發出不同顏色光的有機場致發光器件的顯示單元，該有機場致發光器件包括發光層，其厚度隨顏色的變化而變化。
背景技術：
作為能夠在低壓直流驅動下實現高亮度發光的發光器件，使用有機材料進行場致發光的有機場致發光器件已被引起重視，每個有機場致器件包括設置了空穴傳輸層和發光層的有機層部分，有機層部分設置在底電極和頂電極之間。在包括有機場致發光器件的全色顯示單元中，分別發出紅色(R)、綠色(G)或藍色(B)光的有機場致器件分布在襯底上。
在這樣的顯示單元中，對于每個器件來說，至少由相對應顏色的發光材料組成的發光層是通過構圖形成的。而且，通過設計該器件，每個發出紅色、綠色或藍色光的器件具有諧振結構，在該諧振結構中，只有相對應顏色的發出光進行諧振并被提取，可以提高從每個器件提取的發出光的色純度，并提高發出光的提取效率。在這種有機場致發光器件中，例如，還可用作反射鏡的陽極、包括發光層的有機層和還可用作半反射鏡(half mirror)的陰極依次設置。通過設定陽極(反射鏡)和陰極(半反射鏡)之間的距離使其等于允許相對應顏色的發光波長的光進行諧振的光距，只有發光層中產生的發出光中的特征波長從陰極(半反射鏡)側提取。
在使用具有這樣的諧振結構的每種顏色的有機場致發光器件制造顯示單元時，僅根據發光層的厚度而調節每個器件的光距，其它層可以共同使用，因此能夠顯著地簡化該制造工藝。
作為一種通過構圖形成發光層的方法，人們已經提出一種熱傳輸方法。在使用熱傳輸方法時，例如，顯示單元按如下步驟進行制造。首先，在顯示單元襯底(此下文稱之為“器件襯底”)上形成陽極。此外，在另一個襯底(此下文稱之為“傳輸襯底”)上形成發光層，光吸收層在陽極與發光層之間。器件襯底和傳輸襯底的放置要使發光層和陽極相互面對，并且通過用激光照射傳輸襯底而將發光層熱傳輸到器件襯底的陽極上。在此階段，通過使用激光的光斑照射(spot irradiation)執行掃描，發光層就能以高定位精度僅傳輸到陽極的預定區域上。
相對于使用熱傳輸方法來說，還提出一種方法，其中在傳輸襯底的光吸收層上還形成空穴傳輸層，發光層位于兩者之間，然后執行充分的光(激光)照射，以便通過混合到發光材料中的空穴傳輸材料執行傳輸。通過使用這種方法，報導說有機場致發光器件(OLED)的效率和穩定性得到了提高。(具體參見日本未經審查的專利申請公開No.2004-71551，第8-10欄。)發明內容但是，這種包括具有僅根據發光層的厚度而調節反射鏡和半反射鏡之間的光距的諧振結構的每種顏色的有機場致發光器件的顯示單元存在如下問題。
也就是說，在構成有機場致發光器件的有機層中，與具有主要傳輸和注入電荷等功能的空穴傳輸層相比，發光層具有較高的電阻。因此，在光距僅根據發光層的厚度進行調節時，每個器件的發光層之間的厚度差就會增加，導致驅動每個器件的驅動電壓之間產生較大的差異。
通常，在顯示單元中，電源電壓設定為能滿足具有最高驅動電壓的器件要求。在驅動電路中，提供給各個器件的驅動電壓是通過單獨降低電源電壓而產生的，以滿足單個器件所需的驅動電壓。因此，在各個器件所需的驅動電壓之間存在較大的差異時，驅動電路中的電壓下降會增大，因此功率就會浪費功耗。
希望提供一種顯示單元以及一種該顯示單元的制造方法，其中該顯示單元能夠使包括不同厚度的發光層的各個有機場致發光器件的驅動電壓達到同等能級，從而實現功耗的下降，。
根據本發明的一個實施例的顯示單元，它包括多個有機場致發光器件，每個器件包括有機層部分，其中至少空穴傳輸層和發光層堆疊，有機層部分夾在兩個電極之間，其中各個有機場致發光層的發光層具有不同的厚度。這樣的顯示單元的例子就是彩色顯示單元，它包括有機場致發光器件，每個器件具有微諧振結構，其中諧振部分的光距通過相對應的發光層厚度進行調節，以能提取不同波長的光。在根據本發明該實施例的顯示單元中，每個器件中的發光層包含有機材料，該有機材料大致具有與構成空穴傳輸層的空穴傳輸材料相同的最高被占用分子軌道(HOMO)能級，有機材料的含量隨著發光層厚度而增加。
在具有根據本發明該實施例的結構的顯示單元中，大致具有與構成空穴傳輸層的空穴傳輸材料相同的最高被占用分子軌道能級的有機材料包含在每個有機場致發光器件的發光層中。即，在有機場致發光器件中，通過允許發光層包含這樣的有機材料，發光層的電阻會降低，因此驅動電壓就會下降。所以，通過允許具有較大厚度和較高電阻的發光層包含大量的有機材料，包含不同厚度發光層的各個有機場致發光器件的驅動電壓能以較低值達到同等水平。
根據本發明另一個實施例的該顯示單元的制造方法包括使用熱傳輸方法通過構圖形成發光層的步驟。
如上所述，根據本發明的實施例，能夠使包含不同厚度發光層的多個有機場致發光器件的驅動電壓達到同等能級。因此，例如，在具有微諧振結構的彩色顯示單元中，不必單獨地降低提供給顯示單元的電源電壓就能滿足單個器件所需的驅動電壓。因此，能夠減小電壓下降過程中功耗的浪費。
圖1是根據本發明實施例的顯示單元的示意性截面圖；和圖2A至2H是根據本發明另一個實施例的顯示單元制造方法步驟的示意性截面視圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發明的實施例。在每個實施例中，將描述顯示單元，其中分別發出紅色(R)、綠色(G)或藍色(B)光的有機場致發光器件排列在襯底上以進行全色顯示。
顯示單元圖1是根據實施例的顯示單元的大致視圖。參考圖1，在顯示單元1中，分別發出紅色(R)、綠色(G)或藍色(B)光的有機場致發光器件5r，5g，5b，即紅色發光器件5r，綠色發光器件5g，藍色發光器件5b排列在襯底3上，顯示單元1設計成頂端發射型，其中從每個發光器件5r，5g和5b發射出的光從相對于襯底3的一側進行提取。
襯底3是TFT襯底，其中薄膜晶體管(TFTs)(未圖示)排列在玻璃基、硅基和塑料基等的表面層上。襯底3的表面覆蓋有平面化絕緣膜。
在每個發光器件5r，5g和5b中，陽極7、有機層部分9、電子注入層11和陰極13依次地設置在襯底3上。在每個發光器件5r，5g和5b中，陽極7是反射鏡(光反射層)，陰極13是半反射鏡(半透射層)。設計一種微諧振結構，其中在每個發光器件5r，5g和5b中產生的具有特定波長的光進行諧振，并從陰極(半反射鏡)13側提取。
也就是說，在紅色發光器件5r中，調節諧振部分的光距Lr使得紅色波長范圍中的光在陽極(反射鏡)7和陰極(半反射鏡)13之間的諧振部分中進行諧振以能最大化提取效率。在綠色發光器件5g中，調節諧振部分的光距Lg使得綠色波長范圍中的光在陽極(反射鏡)7和陰極(半反射鏡)13之間的諧振部分中進行諧振以能最大化提取效率。在藍色發光器件5b中，調節諧振部分的光距Lb使得藍色波長范圍中的光在陽極(反射鏡)7和陰極(半反射鏡)13之間的諧振部分中進行諧振以能最大化提取效率。因此，從發光器件5r，5g和5b中發出的不同顏色光能夠以足夠的強度進行提取。
這里，光距L(Lr，Lg或Lb)設定在滿足表達式(1)的范圍中(2L)/λ+φ/(2π)＝m其中φ表示發光器件5r，5g或5b中發出的光在諧振部分兩端進行反射時產生的相移(弧度角)，L是諧振部分的光距，λ是希望被提取的光譜的峰值波長，m是整數。
正如下面所述，光距Lr，Lg或Lb根據有機層部分9的厚度進行調節。光距Lr，Lg和Lb滿足這樣的關系Lr＞Lg＞Lb。整數m對于每個光距相同。優選地是，m＝0，其中光距Lr，Lg和Lb是最小的正值。
下面描述構成具有微諧振結構的每個光發射器件5r，5g和5b的各個層。
陽極7通過構圖形成以能對應于每個像素，并通過在覆蓋TFT的層間絕緣膜中形成的接觸孔(未顯示)連接到設置在像素中的TFT。
陽極7通過使用高反射率材料形成為反射鏡。陽極7由具有高反射率的導電材料組成，如銀(Ag)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉑(Pt)、金(Au)或其合金。
陽極7可具有阻擋層設置在導電層上的結構。在此情況下，阻擋層由具有大的功函數的材料組成，其厚度大約為1-200nm。該阻擋層是由允許陽極7用作反射鏡的材料組成。當導電層由高反射材料組成時，透光材料可用于阻擋層。當導電層具有較低的反射率時，高反射材料可用于阻擋層。
考慮到與導電層的結合，阻擋層的材料例如可適當地從透光材料中進行選擇，透光材料至少包含一種從下面的組中所選擇的金屬，該組包括銦(In)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎵(Ga)和鋁(Al)，上述金屬的合金，金屬氧化物，或金屬氮化物。金屬合金的例子包括銦錫合金和銦鋅合金。金屬氧化物的例子包括氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎘(CdO)、氧化鈦(TiO2)和氧化鉻(CrO2)。金屬氮化物的例子包括氮化鈦和氮化鉻(CrN)。
通過每個像素構圖形成的陽極(反射鏡)7通過暴露中心的絕緣膜15在周邊進行覆蓋。絕緣膜15例如是由有機絕緣材料，如聚酰亞胺或光阻材料，或無機絕緣材料，如氧化硅構成的。
設置在陽極(反射鏡)7上的有機層部分9包括依次設置的空穴注入層9-1、空穴傳輸層9-2、發光層9-3和電子傳輸層9-4。在這些層中，只有發光層9-3是通過每個發光器件5r、5g和5b的構圖而形成的。其它層設置為發光器件5r、5g和5b的共用層。
下面從陽極(反射鏡)7側描述組成有機層部分9的每個層。
首先，設置空穴注入層9-1作為像素的共用層以覆蓋陽極7和絕緣膜15。空穴注入層9-1由公知的空穴注入材料組成。例如，空穴注入層9-1使用m-MTDATA[4，4，4-三(3-甲基苯基苯胺)三苯胺](1，4，4-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine)氣相沉積15nm厚。
接著，在空穴注入層9-1上設置空穴傳輸層9-2作為像素的共用層。空穴傳輸層9-2使用公知的空穴傳輸材料形成，如對二氨基聯苯衍生物、苯乙烯胺衍生物、三苯甲烷衍生物或腙衍生物。例如，空穴傳輸層9-2使用α-NPD[4，4-雙(N-1-萘基-N-苯胺)聯苯](4，4-bis(N-1-naphthyl-N-phenylamino)biphenyl)氣相沉積10nm厚。
注意每個空穴注入層9-1和空穴傳輸層9-2可具有包括許多分層的層狀結構。的開口中。如上所述，調節光距Lr，Lg和Lb使得特定波長的光在陽極(反射鏡)7和陰極(半反射鏡)13之間諧振。在本實施例中，光距Lr，Lg和Lb通過發光層9-3r，9-3g和9-3b之間的厚度差進行調節。
因此，設定每個發光層9-3r，9-3g和9-3b的光距Lt以滿足這樣的關系Lt＝L-Lf，其中L是每個發光器件5r，5g和5b諧振部分的光距(即，Lr，Lg或Lb)，Lf是除了發光層以外的共用功能層的光距。而且，如上所述，由于發光器件5r，5g和5b諧振部分的光距Lr，Lg和Lb滿足這樣的關系Lr＞Lg＞Lb，所以發光層9-3r，9-3g和9-3b的光距Lt(厚度)具有相同的大小關系。
此外，具有如上所述不同厚度(光距Lt)的每個發光層9-3r，9-3g和9-3b是由基質材料和發光客體(guest)材料組成。而且，有助于降低發光層9-3r，9-3g和9-3b電阻的有機材料以對應于其厚度的量添加到發光層中以使添加量隨著厚度的增加而增加。因此，有機材料的組分滿足關系9-3r＞9-3g＞9-3b。注意這樣的有機材料可以不添加到藍色發光器件5b的發光層9-3b中，該發光層具有最小的厚度。
有機材料由與構成空穴傳輸層9-2的空穴傳輸材料具有實質相同的HOMO能級的材料組成。對于與空穴傳輸材料實質相同的HOMO能級來說，如果有機材料和空穴傳輸材料之間HOMO能級的差值為+0.3eV或更小，那么在不影響每個發光層9-3r，9-3g和9-3b發光的情況下電阻能被充分降低。有機材料的HOMO能級優選盡可能接近于空穴傳輸材料的能級，因為降低電阻的影響增加。在與空穴傳輸材料具有實質相同的HOMO能級的有機材料用作基質材料時，該基質材料也可考慮為有機材料，該有機材料的總含量可以進行調節。
調節有機材料的含量使得形成的發光器件5r，5g和5b具有基本相同的驅動電壓。
下面將描述發光層9-3r，9-3g和9-3b的結構。
紅色發光器件5r的發光層9-3r由基質材料、客體材料和降低電阻的有機材料組成。在這些材料中，作為基質材料，至少使用空穴傳輸基質材料、電子傳輸基質材料和空穴及電子傳輸基質材料其中之一。例如，使用蒽二萘基(ADN)作為電子傳輸基質材料。作為客體材料，使用熒光或磷光紅色發光材料。例如，使用2，6-雙[(4’-甲氧二苯胺)苯乙烯基]-1，5-氰基萘(2，6-bis((4’-methoxydiphenylamino)styryl)-1，5-dicyanonaphthalene，BSN)。客體材料的含量例如大約占基質材料和客體材料總重量的30％。作為有助于降低發光層9-3r電阻的有機材料，使用與組成空穴傳輸層9-2相同的材料，例如，α-NPD。在發光層9-3r中，包含按體積來說50％含量的有機材料。具有這樣結構的發光層9-3r的厚度例如為60nm。
綠色發光器件5g的發光層9-3g由基質材料、客體材料和降低電阻的有機材料組成。在這些材料中，作為基質材料，使用與紅色發光層9-3r的基質材料相同的材料，例如，使用蒽二萘基(ADN)。作為客體材料，使用熒光或磷光綠色發光材料。例如，使用香豆素6。例如，客體材料的含量相對于基質材料和客體材料總重量大約占5％。作為有助于降低發光層9-3g電阻的有機材料，使用與組成空穴傳輸層9-2相同的材料，例如，α-NPD。在發光層9-3g中，包含按體積來說33％含量的有機材料。具有這樣結構的發光層9-3g的厚度例如為45nm。
藍色發光器件5b的發光層9-3b由基質材料和客體材料組成，不包含用于降低電壓的有機材料。在這些材料中，作為基質材料，使用與紅色發光層9-3r或綠色發光層9-3g的基質材料相同的材料，例如，使用蒽二萘基(ADN)。作為客體材料，使用熒光或磷光藍色發光材料。例如，使用4，4’-雙[2-{4-(N，N-二苯胺)苯基}乙烯基]聯苯(4，4’-bis(2-(4-(N，N-diphenylamino)phenyl)vinyl)biphenyl，DPAVBi)。例如，客體材料的含量相對于基質材料和客體材料總重量大約占2.2％。具有這樣結構的發光層9-3b的厚度例如為20nm。
設置在發光層9-3r，9-3g和9-3b上的電子傳輸層9-4作為各個像素的共用層。電子傳輸層9-4由公知的電子傳輸材料組成。例如，電子傳輸層9-4使用8-羥基喹啉鋁(Alq3)氣相沉積大約20nm厚度。
空穴注入層9-1，空穴傳輸層9-2，發光層9-3r，9-3g和9-3b以及電子傳輸層9-4組成有機層部分9。
設置在有機層部分9上的電子注入層11設置為各個像素的共用層。電子注入層11由公知的電子注入材料組成。例如，電子注入層11使用LiF氣相沉積大約0.3nm厚度。
設置在電子注入層11上的陰極13作為各個像素的共用層。陰極13由具有較小功函數的導電材料組成。可以使用的這樣導電材料的例子包括活潑金屬如Li，Mg或Ca和金屬如Ag，Al或In的合金，以及這些金屬的疊層。由于陰極13用作半反射鏡，其厚度根據所使用的材料進行調節以使反射率介于0.1％或以上到小于50％的范圍中。作為陰極13，例如，使用厚度為10nm的MgAg。而且，在與電子注入層11的分界面上，可以插入薄混合層，該混合層由活潑金屬如Li，Mg或Ca和鹵素如氟或溴或氧組成。
在陰極13用作上述的各個像素的共用電極時，可以使用這樣的一種結構，其中輔助電極(未圖示)形成在與陽極7相同的層上，通過將陰極13與輔助電極相連接，可防止陰極13的電壓下降。在此情況下，沉積在輔助電極上的有機層部分在即將形成陰極13前通過激光燒蝕等進行去除。
具有上述結構的發光器件5r，5g和5b覆蓋有保護膜(未圖示)。密封襯底用粘合劑粘接于保護膜上以能構成固態的顯示單元1。
設置保護膜的目的是防止濕氣進入有機層部分9，保護膜用較低透水性和較低吸水性的材料形成足夠厚度。在本實施例中，由于所制造的顯示單元1是頂端發射型，保護膜由透射在發光器件5r，5g和5b中產生的光的材料形成，可獲得例如大約為80％的透射率。保護膜可由絕緣材料或導電材料構成。在保護膜由絕緣材料構成時，可適當地使用無機非晶體絕緣材料，如非晶硅(α-Si)，非晶碳化硅(α-SiC)，非晶氮化硅(α-Si1-XNX)或非晶碳(α-C)。由于這樣的無機非晶絕緣材料不會形成晶粒，具有較低的透水性，因此它能夠形成滿意的保護膜。在保護膜由導電材料形成時，可使用透明的導電材料，如ITO或IZO。
作為粘合劑，例如，使用UV可固化樹脂。作為密封襯底，例如，使用玻璃襯底。注意粘合劑和密封襯底由光透射材料形成。
而且，濾色器可設置在陰極(半反射鏡)13(在光提取側)上面，濾色器透射在諧振器部中進行諧振和提取的波長范圍的光。因此，可進一步提高從每個發光器件5r，5g和5b中提取的光的色純度。
在具有上述結構的顯示單元1中，允許具有不同厚度的發光層9-3r，9-3g和9-3b包含構成空穴傳輸層9-2(用于降低電阻的有機材料)的空穴傳輸材料，其總量由其厚度決定。即，在發光器件(有機場致發光器件)5r，5g和5b中，通過允許發光層9-3r，9-3g和9-3b包含這樣的有機材料，每個發光層9-3r，9-3g和9-3b的電阻可以減小，因此器件的驅動電壓可以下降。因此。通過允許具有較大厚度和較高電阻的紅色發光層9-3r和綠色發光層9-3g包含大量的有機材料，發光器件5r，5g和5b的驅動電壓就能達到同等水平的較低值。
結果是，不必單獨地降低作用于顯示單元1上的電源電壓就能滿足單個器件所需的驅動電壓。因此，就能夠在全色顯示單元中方便地設定白色平衡，并提高色彩再現性。還能夠在電壓下降的過程中減少能耗的浪費，并實現較低的能耗。
而且，在紅色發光器件5r和綠色發光器件5g中，驅動電壓下降了，能夠延長發光壽命。在包含發光器件5r，5g和5b的顯示單元1中，能夠實現較長的壽命。
顯示單元的制造方法現在參考圖2A至2H描述具有上述結構的顯示單元1的制造方法，圖2A至2H是表示制造步驟的示意性截面圖。在下面所示的各層中，已經參考圖1在上面作了描述的有關層的重復描述將會被省略。
首先，如圖2A所示，陽極(反射鏡)7通過構圖在襯底3上形成，然后絕緣膜15通過構圖形成以暴露每個陽極(反射鏡)7的中心。隨后，空穴注入層9-1氣相沉積在襯底3的整個表面上以覆蓋陽極(反射鏡)7和絕緣膜15，然后通過氣相沉積在其上面形成空穴傳輸層9-2。
接著，進行使用熱傳輸方法在空穴傳輸層9-2上形成各個顏色發光層的步驟，該步驟是本實施例的關鍵步驟。
首先，如圖2B所示，準備傳輸襯底30r。傳輸襯底30r包括與制造顯示單元用的襯底3具有大致相同形狀的玻璃基底31，和傳輸層(紅色傳輸層)35r，該傳輸層35r用于形成設置在玻璃基底31的整個表面上的紅色發光層，光吸收層33設置在它們之間。
作為光吸收層33的材料，優選地使用對于用作后面熱傳輸步驟中的熱源的激光波長范圍中的光具有較低反射率的材料。例如，在使用固態激光源的波長大約為800nm的激光時，優選地使用較低反射率和高熔點的材料，如鉻(Cr)或鉬(Mo)，但是在此不局限于此。這里，例如，Cr通過濺射沉積200nm厚度以形成光吸收層33。
紅色傳輸層35r使用包含在參考圖1所述的紅色發光層(9-3r)中的材料形成。即，紅色傳輸層35r由基質材料，發光客體材料和降低電阻的有機材料形成。
由上述材料形成的紅色傳輸層35r具有雙層結構，它包括由基質材料和客體材料形成的發光材料層35r-1，和由降低電阻的有機材料形成的降阻層35r-2，發光材料層35r-1和降阻層35r-2依次地設置在光吸收層33上。
發光材料層35r-1例如由通過將重量占30％的2，6-雙[(4’-甲氧二苯胺)苯乙烯基]-1，5-氰基萘(2，6-bis((4’-methoxydiphenylamino)styryl)-1，5-dicyanonaphthalene，BSN)混合到蒽二萘(ADN)中形成的材料組成的，并且氣相沉積大約30nm厚度，其中2，6-雙[(4’-甲氧二苯胺)苯乙烯基]-1，5-氰基萘(2，6-bis((4’-methoxydiphenylamino)styryl)-1，5-dicyanonaphthalene，BSN)是紅色的發光客體材料，蒽二萘(ADN)是電子傳輸基質材料。
降阻層35r-2例如使用空穴傳輸材料α-NPD氣相沉積大約30nm厚度。
隨后，如圖2C所示，放置具有上述結構的傳輸襯底30r以面對襯底3，在該襯底3上已經形成直到空穴傳輸層9-2的層。在此階段，設置傳輸襯底30r和襯底3使得紅色傳輸層35r和空穴傳輸層9-2相互面對。如果絕緣膜15具有足夠的高度，那么襯底3和傳輸襯底30r就可以形成相互緊密接觸以使對應于襯底3側上的頂層的空穴傳輸層9-2接觸對應于傳輸襯底30r側上的頂層的紅色傳輸層35r。即使在此情況下，傳輸襯底30也會受到襯底3側上的絕緣膜15的支撐，傳輸襯底30r不會接觸位于陽極7上的部分空穴傳輸層9-2。
接著，如上所述放置得面對襯底3的傳輸襯底30r，例如，用800nm波長的激光hr進行照射。在此階段，激光hr的光斑照射在對應于紅色發光器件形成區域的部分上有選擇地進行。
因此，光吸收層33被允許吸收激光hr，并通過使用其熱量，紅色傳輸層35r熱傳輸到襯底3側上。紅色發光層9-3r是用高定位精度進行熱傳輸的部分紅色傳輸層35r，它是通過在設置于襯底3上的空穴傳輸層9-2上進行構圖形成的。
在這樣的熱傳輸步驟中，例如，構成傳輸襯底30r側上的紅色傳輸層35r的各個材料的濃度梯度通過激光hr的照射能量進行調節。更具體地說，通過設定高水平的照射能量，紅色發光層9-3r就可形成為混合層，其中構成紅色傳輸層35r的材料大致進行均勻地混合。另一種可選方案是，調節照射能量使得混合構成紅色傳輸層35r的材料的混合層設置在紅色發光層9-3r中。
而且，執行激光hr的照射是非常重要的，這樣使得從紅色發光器件形成區域(像素區)中的絕緣膜15暴露的陽極7上的部分完全被紅色發光層9-3r所覆蓋。
通過重復上述的熱傳輸步驟，依次形成綠色發光層和藍色發光層。
即，如圖2D所示，準備傳輸襯底30g，該傳輸襯底30g包括玻璃基底31和傳輸層(綠色傳輸層)35g，其中玻璃基底31具有與形成顯示單元的襯底基本相同的形狀，傳輸層35g形成位于玻璃基底31整個表面上的綠色發光層，光吸收層33位于其間。綠色傳輸層35g可具有與參考圖2B所述的紅色傳輸層35r相同的雙層結構，除了綠色發光客體材料用作發光客體材料外。
即，發光材料層35g-1例如由通過將占5％重量的香豆素6混合到蒽二萘(ADN)中而制備的材料構成，并氣相沉積大約30nm厚度，其中香豆素6是綠色發光客體材料，蒽二萘(ADN)是電子傳輸基質材料。
發光材料層35g-1上的降阻層35g-2使用α-NPD氣相沉積大約15nm厚度。
隨后，如圖2E所示，放置傳輸襯底30g以面對設有空穴傳輸層9-2的襯底3，并進行激光hr的光斑照射，從傳輸襯底30g側有選擇地在對應于綠色發光器件形成區域的部分上進行。
因此，綠色發光層9-3g，是有選擇地經過熱傳輸的綠色傳輸層35g，它通過構圖形成在位于襯底3上的空穴傳輸層9-2上。在這樣的熱傳輸步驟中，與參考圖2C所述的通過構圖形成紅色發光層9-3r時一樣，綠色發光層9-3g形成為混合層，其中構成綠色傳輸層35g的材料基本上進行均勻地混合。
而且，如圖2F所示，制備傳輸襯底30b。該傳輸襯底30b包括玻璃基底31和傳輸層(藍色傳輸層)35b，其中玻璃基底31具有與形成顯示單元的襯底基本相同的形狀，傳輸層35b用于在玻璃基底31整個表面上形成藍色發光層，光吸收層33位于其間。藍色傳輸層35b具有單層結構，它包括由基質材料和用作發光客體材料的藍色發光客體材料組成的發光材料層35b-1。發光材料層35b-1，例如，是通過將占2.5％重量的4，4’-雙[2-{4-(N，N-二苯胺)苯基}乙烯基]聯苯(DPAVBi)混合到ADN中形成的材料組成的，并氣相沉積大約20nm厚度，其中4，4’-雙[2-{4-(N，N-二苯胺)苯基}乙烯基]聯苯(DPAVBi)是藍色發光客體材料，蒽二萘(ADN)是電子傳輸基質材料。
隨后，如圖2G所示，傳輸襯放置底30b以面對設有空穴傳輸層9-2的襯底3，進行激光hr的光斑照射，從傳輸襯底30b側有選擇地在對應于藍色發光器件形成區域的部分上進行。
因此，藍色發光層9-3b是有選擇地經過熱傳輸的藍色傳輸層35b，它通過構圖形成在位于襯底3上的空穴傳輸層9-2上。在這樣的熱傳輸步驟中，與參考圖2C所述的通過構圖形成紅色發光層9-3r時一樣，藍色發光層9-3b形成為混合層，其中構成藍色傳輸層35b的材料基本上進行均勻地混合。
上述參考圖2B至2G的熱傳輸步驟的順序沒有受到特別的限制。熱傳輸步驟可以從發光層9-3r，9-3b和9-3g任何一層中執行。
而且，重復進行的熱傳輸步驟可以在空氣中執行，但是優選地是在真空中執行。通過在真空中執行熱傳輸，可能使用較低能量的激光執行傳輸，因此可以消除對將被傳輸的發光層的熱不利影響。而且，通過在真空中執行熱傳輸步驟，襯底之間的粘合性增強了，并提高了傳輸圖案的精確度，這是所希望的。此外，通過在真空中執行全部過程，就能夠防止器件受到損壞。
在執行激光hr的光斑照射的步驟中，當激光照射設備的激光頭的驅動部件具有精確的校準機構時，合適的光斑直徑的激光hr沿著陽極7施加到傳輸襯底(30r，30g，或30b)上。在此情況下，不需要精確對準襯底3與傳輸襯底(30r、30g或30b)。另一方面，當激光照射設備的激光頭的驅動部件沒有精確的校準機構時，就必須形成遮光膜以限定激光hr照射在傳輸襯底側上的區域。更具體地說，遮光膜形成在傳輸襯底31的后表面上，該遮光膜是由反射激光的高反射金屬層組成的，并設有開口。低反射金屬層也可設置在其上。在此情況下，就必須精確地使襯底3和傳輸襯底(30r，30g，或30b)對準。
然后，如圖2H所示，電子傳輸層9-4通過氣相沉積形成以覆蓋設有發光層9-3r，9-3g和9-3b的襯底3的整個表面，電子注入層11和陰極13進一步形成在其上。優選地是，陰極13是通過沉積方法形成的，其中所沉積的粒子能量比較小以致于不能對低層的有機層部分9帶來不利的影響，例如通過氣相沉積方法或化學氣相沉積(CVD)方法。
在有機發光器件5r，5g和5b如上所述形成后，就形成保護膜(未圖示)。優選地是，保護膜在正常溫度下形成以防止由于有機層部分9的損壞導致亮度的下降，并在保護膜的應力最小化的條件下形成以防止保護膜的分離。隨后，密封襯底使用粘合劑粘接到保護膜上從而完成顯示單元1的制造過程。
在上述的制造方法中，例如，參考圖2C所示，由空穴傳輸材料與電荷傳輸基質材料和發光客體材料組成的紅色傳輸層35r被熱傳輸，成為紅色發光層9-3r。因此，通過熱傳輸形成的紅色發光層9-3r由三重混合物組成，其中發光客體材料和空穴傳輸材料(即，降低電阻的有機材料)混合在電荷傳輸基質材料中。在此情況下，紅色發光層9-3r的厚度和紅色發光層9-3r中的空穴傳輸材料(即，降低電阻的有機材料)的含量能夠通過構成紅色傳輸層35r的發光材料層35r-1和降阻層35r-2的厚度高精度地調節。
因此，就能夠以較高厚度精度和較高組分精度形成各個發光層9-3r，9-3g和9-3b，這些發光層9-3r，9-3g和9-3b被允許包含總量隨厚度增加的用于降低電阻的有機材料。
在上述的每個實施例中，已經描述了顯示單元1是有源矩陣型的例子。本發明也可適用于無源矩陣型的顯示單元。在此情況下，例如，條狀的陽極7和條狀的陰極13設置得相互相交，在相交點，紅色發光器件5r，綠色發光器件5g或藍色發光器件5b設置在插入了包含發光層9-3r，9-3g和9-3b的有機層部分9的區域中。
在上述的無源矩陣型的顯示單元中，由于每個像素的驅動電路沒有設置在襯底3側上，即使顯示單元設計成發出的光從襯底3側提取的底端發射型，也能保持像素的開口比。
在這種底端發射型的顯示單元中，位于襯底3上的陽極7形成為半反射鏡，陰極13形成為反射鏡。因此，諧振波長通過陽極7從襯底3側提取。在此情況下，為襯底3，陽極7和陰極13選擇具有合適光反射和透射特性的材料。而且，在底端發射型的情況下，上述實施例中從陽極7到陰極13的層疊順序是可以顛倒的。
而且，根據本發明的另一個實施例，在有源矩陣型的顯示單元中，上述實施例中從陽極7到陰極13的層疊順序是可以顛倒的。在有源矩陣型的顯示單元中，由于每個像素的驅動電路設置在襯底3側，因此從像素的開口比增大的觀點來看，將顯示單元設計成發出的光從與襯底3相對的側端提取的頂端發射型是有利的。在此情況下，適當地選擇材料以使位于襯底3側上的陰極13用作反射鏡，位于光提取側上的陽極7用作半反射鏡。
而且，本發明還可適用于透射型的顯示單元，它既可以是有源矩陣也可以是無源矩陣型，即，所發出的光能夠從襯底3側和相對的襯底側進行提取。
在上述的每個實施例中，作為分別包括具有不同厚度的發光層9-3r，9-3g和9-3b的發光器件5r，5g和5b，已經描述了分別具有諧振結構的發光器件5r，5g和5b。在本發明中，只要發光層9-3r，9-3g和9-3b具有不同的厚度，該結構不局限于諧振結構。例如，即使在發光層9-3r，9-3g和9-3b中產生的光被反射一次從而在被提取前產生干涉的結構中，由于發光層9-3r，9-3g和9-3b具有不同的厚度，因此驅動電壓就會產生變化。即使在具有這樣結構的顯示單元中，通過將降低電阻的有機材料依據厚度添加到發光層中，也可能使驅動電壓達到同等水平。
在上述的每個實施例中，已經描述了發光器件的使用，其中諧振部分中的光距僅僅通過發光層進行調節。但是，本發明可廣泛地適用于包括發光層具有不同厚度的發光器件的顯示單元。例如，本發明適用于包括光距通過發光層的厚度和導電層的厚度一起進行調節的發光器件的顯示單元，也能夠獲得同樣的效果。
而且，本發明也適用于具有有機場致發光元件的顯示設備，該有機場致發光元件包括具有層疊的發光層(發光單元)的有機層單元，如在日本未經審查的專利申請公開No.2003-272860中所揭示的那樣，能夠獲得同樣的效果。
實例下面參考圖2A至2H描述根據本發明一個實施例的例子和比較的例子。在每個例子和比較例子中，制造了構成全色顯示單元的有機場致發光器件。下面還將描述評估結果。
例子1構成顯示單元的紅色發光器件5r的制造過程如下。
步驟1首先，在玻璃襯底3即制造器件的襯底上，APC(Ag-Pd-Cu)層，即銀合金層，(厚度為120nm)形成為陽極(反射鏡)7。然后，由氧化硅構成的絕緣膜15通過濺射形成大約2μm厚度以覆蓋陽極7，該陽極7使用光刻暴露。作為空穴注入層9-1，m-MTDATA氣相沉積在其上面，厚度為15nm。然后，作為空穴傳輸層9-2，α-NPD氣相沉積在其上面，厚度為10nm。
步驟2下面，制備傳輸襯底30r的過程如下。首先，在形成在玻璃襯底31上的光吸收層33上，通過將由BSN構成的占30％重量的紅色發光客體材料混合到由α-NPD構成的基質材料中獲得的發光材料層35r-1通過真空沉積形成為30nm厚度，由α-NPD構成的降阻層35r-2通過真空沉積在其上面形成為30nm厚度。在此情況下，發光材料層與降阻層的厚度比為50∶50。
步驟3在步驟(2)中制備的傳輸襯底30r放置在制造器件的襯底3上以使沉積的有機層相互面對。因為絕緣膜15的厚度而在襯底之間保持大約為2μm的較小空間。在附圖中，絕緣膜15的高度低于實際值。在此情況下，800nm波長的激光提供到傳輸襯底30r的后側對應于制造襯底3的襯底3的紅色像素區的位置。因此，紅色傳輸層35r就從傳輸襯底30r進行熱傳輸以形成紅色發光層9-3r。激光的光斑大小為300μm×10μm。在垂直于長度方向的方向上執行激光掃描。能量密度為2.6E-3mJ/μm2。用于降低紅色發光層9-3r中電阻的有機材料(α-NPD)的含量按體積來說占50％。
步驟4在傳輸紅色發光層9-3r后，形成電子傳輸層9-4。作為電子傳輸層9-4，8-羥基喹啉鋁(Alq3)氣相沉積大約20nm厚度。隨后，作為電子注入層11，LiF氣相沉積大約0.3nm厚度(氣相沉積的速率為0.01nm/sec)。然后，作為陰極(半反射鏡)，MgAg氣相沉積10nm厚度。因此，獲得紅色發光器件5r。
比較例子1紅色發光器件的制造過程如例子1中一樣，除了在步驟2中制備傳輸襯底30r外，僅發光材料層35r-1形成60nm厚度，不形成降阻層35r-2。
例子2綠色發光器件5g的制造過程如例子1中一樣，除了在步驟2中制備傳輸襯底30r外，改變發光材料層的材料以形成傳輸襯底30g。
即，在制備傳輸襯底30g時，在玻璃基底31上形成的光吸收層33上，通過將由香豆素6組成的綠色發光客體材料以5％的重量混合到由ADN組成的基質材料中獲得的發光材料層35g-1通過真空沉積形成30nm厚度，由α-NPD構成的降阻層35g-2通過真空沉積形成在其上面，厚度為15nm。在此情況下，發光材料層35g-1與降阻層35g-2的厚度比為30∶15。
隨后，使用由此制備備的傳輸襯底，與例子1中的步驟3和4一樣制造綠色發光器件5g。注意用于降低綠色發光層9-3g中電阻的有機材料(α-NPD)的含量按體積來說占33％。
比較例子2綠色發光器件的制造過程如例子2中一樣，除了在步驟2中制備傳輸襯底30g外，僅發光材料層35g-1形成45nm厚度，沒有形成降阻層35g-2。
例子3藍色發光器件5b的制造過程如例子1中一樣，除了在步驟2中制備傳輸襯底30r外，發光材料層的材料被改變了，在沒有形成降阻層35g-2的情況下制備傳輸襯底30b。
即，在步驟2中制備傳輸襯底30b時，在玻璃基底31上形成的光吸收層33上，通過將由DPAVBi構成的藍色發光客體材料以2.5％的重量混合到由ADN構成的基質材料中獲得的發光材料層35b-1通過真空沉積形成20nm厚度。
隨后，使用由此制備的傳輸襯底30b，與例子1中的步驟3和4一樣制造藍色發光器件5b。注意用于降低藍色發光層9-3b中電阻的有機材料(α-NPD)的含量按體積來說占0％。
評估結果就上述制造的各色有機場致發光器件來說，在存在施加的10mA/cm2的恒定電流密度的情況下，使用光譜輻射儀測量色度和發光效率。而且，在施加電流的條件下測量驅動電壓，從而使用相同發光客體材料制造的器件發出相同亮度的光。而且，執行壽命測試以測量經過100小時后相對亮度的減小。其結果如下表1所示。
表1
當把例子1和2中制造的發光器件的評估結果和比較例1和2中制造的發光器件的評估結果分別進行比較時，表明例子1和2的發光器件與比較例子1和2的發光器件相比具有降低驅動電壓的效果，同時基本上保持相同的發光效率和亮度的減少，其中在例子1和2的發光器件中，包括發光材料層和降阻層的傳輸層被熱傳輸以形成發光層，該發光層是構成發光材料層和降阻層的材料的混合層。而且，表明例子1和2的發光器件分別與比較例子1和2的發光器件具有基本上相同的色度。
特別是，在比較例子1中制造的紅色發光器件的評估結果與沒有包括降阻層的比較例子1中制造的紅色發光器件的評估結果時，表明通過使用合適量的降阻層形成傳輸層，在不改變形成的紅色發光器件的發出顏色的情況下驅動電壓能被適當地降低，亮度的減小小于比較例子中的亮度減小。
就紅色發光器件來說，如例子1所示，基本上沒有觀察到由于使用了降阻層而引起的發光效率下降。就綠色發光器件來說，如例子2所示，觀察到由于使用了降阻層而引起的發光效率輕微下降。產生這種現象的原因就在于與短波長發射，如藍色或綠色光發射相比，初始低能對于紅色光發射來說是足夠的，通過加入降阻層對電阻的降低基本不產生影響。
就例子1，2和3的發光器件來說，由于降低發光層中電阻的有機材料的含量是根據降阻層的厚度進行適當地調節，(更具體地說，對于發射較長波長的器件含量較高)，盡管發光層的厚度隨著各個色彩的發光層的發光波長而增加，但是驅動電壓基本上處于相同的等級。
正如上述結果表明，通過允許發光層9-3r，9-3g和9-3b包含對應于其厚度的量的降低電阻的有機材料，即使發光器件5r，5g和5b中的發光層9-3r，9-3g和9-3b由于使用了諧振結構而具有顯著不同的厚度，其驅動電壓也會達到同等水平。因此，本發明能夠減小全色顯示單元中的功耗。
而且，可以確定在不降低色度和不降低發光效率或降低亮度的情況下能夠獲得這樣的效果。
應該明白本領域的技術人員根據設計要求和其它因素可對本發明作出不同的修改、組合、分組合和變換，這些變化和修改落在所附權利要求或其等效范圍中。
權利要求
1.一種顯示單元，包括多個有機場致發光器件，每個器件包括有機層部分，其至少包括相互疊加的空穴傳輸層和發光層；和兩個電極，夾置所述有機層部分，其中各個有機場致發光器件的發光層具有不同的厚度；和每個有機場致發光器件的發光層包含有機材料，該有機材料與構成空穴傳輸層的空穴傳輸材料具有大致相同的最高被占用分子軌道(HOMO)能級，有機材料的含量的設定為隨著發光層厚度而增加。
2.如權利要求1所述的顯示單元，其中調節每個有機場致發光器件中的有機材料的含量，使得各個有機場致發光器件具有基本上相同的驅動電壓。
3.如權利要求1所述的顯示單元，其中向每個有機場致發光器件提供由光反射材料構成的反射鏡和半透半反射鏡以夾置空穴傳輸層和發光層，所述反射鏡和半反射鏡之間光距根據發光層的厚度進行調節以便形成諧振結構，在該諧振結構中從發光層發出的具有特定波長的光在反射鏡和半反射鏡之間進行諧振，并從半反射鏡側提取。
4.如權利要求3所述的顯示單元，其中每個有機場致發光器件中的發光層發出藍色、綠色或紅色波長范圍的光，且每個有機場致發光器件設計為使得藍色、綠色或紅色波長范圍中光的提取達到最大化，反射鏡和半反射鏡之間的光距隨著發出光的波長增加而增加。
5.如權利要求3所述的顯示單元，其中所述反射鏡和半反射鏡用作電極。
6.如權利要求1所述的顯示單元，其中在構成有機層部分的多層中，僅通過每個有機場致發光器件的構圖而形成發光層，其它層設置為各個有機場致發光器件的共用層。
7.一種包括多個有機場致發光器件的顯示單元的制造方法，每個器件包括有機層部分，它包括至少相互疊加的空穴傳輸層和發光層；和夾置有機層部分的兩個電極，其中各個有機場致發光器件的發光層具有不同的厚度；且每個有機場致發光器件中的發光層包含有機材料，該有機材料與構成空穴傳輸層的空穴傳輸材料具有大致相同的最高被占用分子軌道(HOMO)能級，有機材料的含量設定為隨著發光層厚度而增加，該方法包括通過從傳輸襯底熱傳輸傳輸層進行構圖形成每個發光層的步驟，該傳輸層包含電荷傳輸基質材料和發光客體材料，其中形成至少一些發光層的傳輸層包含預定數量的有機材料以及基質材料和客體材料。
8.如權利要求7所述的顯示單元的制造方法，其中包含有機層的傳輸層具有這樣的結構，其中包含基質材料和客體材料的發光材料層和包含有機材料的降阻層被疊加。
全文摘要
本發明涉及一種顯示單元，其包括多個有機場致發光器件，每個器件包括有機層部分，有機層部分至少包括相互疊加的空穴傳輸層和發光層，以及夾置有機層部分的兩個電極。各個有機場致發光層的發光層具有不同的厚度。每個有機場致發光器件的發光層包含有機材料，該有機材料與構成空穴傳輸層的空穴傳輸材料具有大致相同的最高被占用分子軌道(HOMO)能級，有機材料的含量根據發光層的厚度進行設定。
文檔編號H01L51/50GK1933173SQ200610137518
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月12日 優先權日2005年9月12日
發明者松田英介 申請人:索尼株式會社