專利名稱：電致發(fā)光裝置和制造這種裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致發(fā)光裝置和一種制造這種裝置的方法。
電致發(fā)光(EL)裝置是一種包含EL材料(電致發(fā)光材料)的裝置，該材料在電流通過時可以發(fā)光，該電流由電極提供。如果在電極之間設(shè)置的EL材料或其它任何可能的功能材料是有機(jī)物或聚合物，則該裝置分別稱為有機(jī)的EL(電致發(fā)光)裝置或聚合的EL(電致發(fā)光)裝置。在本發(fā)明范圍內(nèi)，術(shù)語“有機(jī)”包括聚合。
二極管式的EL裝置也稱作發(fā)光二極管，該EL裝置最好沿一個方向流過電流，并且一般包括布置在空穴注入電極(也稱作陽極)和電子注入電極(也稱作陰極)之間的EL材料。在施加上適當(dāng)?shù)碾妷阂院螅摽昭ê碗娮颖惴謩e通過陽極和陰極注入到EL材料中。在該EL材料中，通過空穴和電子的輻射復(fù)合便產(chǎn)生光。利用不同的有機(jī)EL材料可以改變發(fā)射光的顏色。
EL裝置可以用作光源，特別是有機(jī)型的EL裝置適合于用在大面積發(fā)光的應(yīng)用中，例如用作顯示器的背后照明裝置。(有機(jī))EL裝置包括多個適合于用于各種顯示裝置的電致發(fā)光元件(以下也稱為像素)，例如單色或多色顯示裝置、照片顯示裝置、分段顯示裝置(Segmenteddisplay)或無源或有源型的矩陣顯示裝置(matrix display)。有機(jī)物的特別是聚合物的EL裝置可以制成具有柔性的或使之成形，以使其適合于不能由剛性的和/或平的顯示器實現(xiàn)的顯示應(yīng)用。
在US 5701055中公開一種具有多個發(fā)射部分的電致發(fā)光顯示屏，該顯示屏包括第一電極，在該第一電極上形成有機(jī)功能層，而在該有機(jī)功能層上形成第二電極。該顯示屏還包括突出于底襯的電絕緣保護(hù)件。該保護(hù)件具有沿平行于底襯方向的外伸部分。由于用于沉積第二電極層的金屬蒸汽通量形成盲區(qū)，所以該保護(hù)件可用來形成具有一定圖案的第二電極層。
已知EL顯示屏的缺點是需要用真空沉積法來進(jìn)行第二電極層的沉積。由于基于真空沉積方法一般是分批方法，該方法需要昂貴的真空設(shè)備而且相當(dāng)費時，并且特別不適合于形成厚的薄膜。
本發(fā)明的目的著重在于消除這些缺點。具體是，本發(fā)明的目的是提供一種具有一定圖案電極的電致發(fā)光裝置，該裝置可以容易地有效地大批量制造，如果需要可以用連續(xù)工藝制造。該EL裝置應(yīng)當(dāng)在制造時不使用真空設(shè)備。從最廣泛的意義上講，該裝置應(yīng)使得可以可靠地和準(zhǔn)確地形成電極的圖案，而不求助于要求另外處理步驟來形成保護(hù)件和其它構(gòu)件。
按照本發(fā)明，利用一種電致發(fā)光裝置可以達(dá)到這些和其它目的。該電致發(fā)光裝置包括用于將電荷輸送到電致發(fā)光裝置電致發(fā)光層的帶有圖案形式的噴墨印刷的電極，該電極包括金屬或合金。
由于形成噴墨印刷的圖案電極，所以可以容易和有效地大批量制造EL裝置。噴墨印刷是一種可靠的沉積方法，它的生產(chǎn)率高，分辨率高，而且適合于在連續(xù)工藝中應(yīng)用。而且可以用常規(guī)的低廉設(shè)備準(zhǔn)確地常規(guī)制造最小尺寸低到20μm特有細(xì)節(jié)的圖案。
在底襯表面上進(jìn)行沉積時，墨水形成流體形成的自然形狀。這種自然形狀的特征在于墨水與底襯的接觸角。影響沉積墨水自然形狀和尺寸的因素是噴出墨水的流量(墨滴的體積x墨滴頻率)、噴口的直徑以及噴墨頭相對于底襯的移動速度。在噴射墨滴的情況下，在底襯上接連沉積的墨滴之間的距離是控制噴墨電極尺寸和形狀的重要參數(shù)。因為，墨水沉積在底襯上時形成自然形狀和尺寸，所以可以將電極作成一定的圖案，而不必用其形成要求另外加工步驟的保護(hù)件或類似構(gòu)件。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語“噴墨印刷”是指從一個噴口或一個以上的噴口(多噴口)中釋放出噴射的墨水(流體)。這種噴射的墨水可以包括單獨的墨滴或可以是連續(xù)地噴射，后一種配置也稱作配送裝置。獲得所需圖案的方法是，使噴墨頭響應(yīng)噴墨頭驅(qū)動電路提供的隨時間變化的輸入數(shù)據(jù)信號而相對于要沉積墨水的表面進(jìn)行移動。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語“墨水”是指任何一種可以從噴墨印刷頭排出的可形變物體(流體、液體)例如懸濁液、溶液、懸浮液、漿液、噴漆、乳劑、溶液等。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語“電極”是指包含多個電極，這些電極按照所需圖案集中形成。多個電極一起形成電極層。電極層可以包括多個在空間上相互分開的獨立的可編址電極。電極可以是公用電極，以便將電荷輸送到EL裝置的不同的獨立可編址EL元件(也稱作EL像素)的電致發(fā)光層上。
按通常用法，在說“電極包括金屬或合金”時，術(shù)語“包括”不排斥存在其它的金屬和/或合金。具體是，電極可以由金屬、合金或金屬和/或合金的任何混合物組成。包含金屬或合金的電極也稱作金屬電極或合金電極。
本發(fā)明的相關(guān)方面涉及電致發(fā)光裝置，該裝置包括用于向電致發(fā)光層輸送電荷的圖案電極，該電極包括金屬或合金，并具有最大厚度至少約5μm的橫向剖面。該厚度優(yōu)選為至少10μm，或最好至少為20μm。在最大厚度小于5μm時，該接觸角變得很小，在墨水寬度需要達(dá)到50-300μm時，該墨水不容易地擴(kuò)散到要求的寬度。這種電極寬度對于像素的顯示一般是代表性的。在通常小于0.1弧度的小接觸角的情況下，墨水滴的自然形狀和尺寸即使完全達(dá)到，也容易受到干擾，使得噴墨印刷工藝不可靠。該厚度被定義為其上形成電極的表面的法線方向的尺寸。對于噴墨印刷最方便的是形成最大厚度為40μm或更大的電極?；蛟谧畲蠛穸戎辽贋殡姌O寬度的40％時，可以方便地進(jìn)行噴墨印刷。
本發(fā)明這一方面的電致發(fā)光裝置的有吸引力的特征是，可以利用噴墨印刷熔化金屬或合金制造帶有圖案的電極層。如果用噴墨印刷熔化金屬制造電極層，則電極具有流體滴到表面上形成的形狀，如果按照同一圖案設(shè)置。利用噴墨印刷形成電極的優(yōu)點已在上面說明。
噴墨印刷允許印刷小至20μm的細(xì)節(jié)，因此在具有像素尺寸為100-300μm的多像素EL裝置中可以應(yīng)用圖案電極?？梢赃_(dá)到像素尺寸小到50μm的更高清晰度顯像。
另外，至少5μm的最大厚度減少了在電極中形成針孔的危險。如這種技術(shù)中已知的，這種針孔在EL顯示裝置中，形成不希望的暗斑。厚電極也對由其覆蓋的易受損層例如有機(jī)電致發(fā)光層起保護(hù)作用。
當(dāng)在底襯上沉積單獨的墨滴時，該墨滴一般形成具有最大厚度的軸對稱凸形形狀。取決于墨滴對支承表面的可沾性，墨滴的形狀或多或少是圓形的，這種可沾性可用墨滴和其支承表面之間的接觸角表示。通常，噴墨頭噴出直徑在20-80μm之間的墨滴。當(dāng)墨滴轉(zhuǎn)換成電極材料的滴時，一般可以保持該凸形形狀。此外，如果在轉(zhuǎn)變時墨滴的體積基本上不改變，則通?？梢苑奖愕氐玫街辽?μm的厚度。
在包含單獨墨滴的噴墨中，通過噴墨頭相對于沉積墨水的表面的移動可以按照圖案形成墨滴的陣列?？梢韵嗷フ{(diào)節(jié)墨滴的頻率和噴墨頭相對于表面運動的速度，使得墨滴消逝形成單一的連續(xù)結(jié)構(gòu)。
電極層的用途是響應(yīng)所加電壓向電致發(fā)光材料輸送電荷，該電致發(fā)光材料通常形成為層的形狀。電荷可以是正電荷，在這種情況下稱作空穴，或者是負(fù)電荷，這種情況下稱作為電子。輸送電荷包括將電荷從發(fā)光區(qū)域外面的位置例如從接觸襯輸送到發(fā)光區(qū)域里面的位置，例如輸送到特定的像素位置。該這種電荷傳輸稱作側(cè)向電荷傳輸，因為傳輸方向橫向于形成電極的表面。
另外，還發(fā)生電荷離開電極向電致發(fā)光層傳送的電荷傳送。這稱作為橫向電荷傳送，因為在積層EL裝置中，這種傳送垂直于支撐電極的表面。在多像素EL裝置的情況下在EL像素的里面通常發(fā)生橫向電荷傳送。
橫向傳送但是電荷可以注入鄰接電極的功能層。該鄰接的功能層可以是電致發(fā)光層或者是電荷輸送和/或電荷注入層，該電荷輸送和/或電荷注入層用于將電荷輸送到和/或者注入到第二相鄰功能層中，該第二相鄰功能層位于電荷輸送/注入層的離開電極層的一側(cè)。因此利用一個或者多個功能層例如電荷傳輸/注入層便可以將電致發(fā)光層與電極分開。
如果按照圖案形成電極，則可以充分發(fā)揮噴墨印刷的優(yōu)點?？梢詰?yīng)用圖案電極來形成可以顯示成像、標(biāo)識語和其它種類符號的EL裝置。
另外，具有本發(fā)明圖案電極的EL裝置可以用作可獨立編址EL元件(也稱作像素)的電極，例如作分段顯示器或有源或者無源型的矩陣顯示器中的電極。
雖然在原理上可以用有機(jī)的特別是聚合物的導(dǎo)電材料的噴墨印刷層作電極，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種電極的導(dǎo)電性太低，而不能在實際顯示應(yīng)用中形成要求的側(cè)向電荷傳送。例如在無源矩陣顯示器中，沿這種有機(jī)電極的電壓降將造成由這種電極編址的像素中亮度不均勻性達(dá)到不能接受。
因為金屬和合金具有充分的導(dǎo)電性，可用于將電荷輸送到EL材料，所以為此選擇金屬和合金不是重要的，可以用任何金屬和合金制作電極。
EL裝置包括一般形成為層的電致發(fā)光材料，該電極向電致發(fā)光材料輸送電荷。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所用EL材料的類型不是重要的，可以采用這種技術(shù)中已知的任何EL材料。特別合適的是有機(jī)(聚合)EL材料。這種材料包括有機(jī)的具有低分子量或者高分子量的光致或者電致發(fā)光化合物、螢光化合物和磷光化合物。合用的低分子量化合物是在這種技術(shù)中眾所周知的，包括三-8-鋁羥基喹啉絡(luò)合物和香豆素。這些化合物可應(yīng)用真空沉積法涂上?；蛘呖梢詫⑦@些低分子量的化合物嵌入到聚合物基體中或者用化學(xué)鍵合到聚合物上，方法是例如夾附在主鏈中，或用作側(cè)鏈，例子是聚乙烯咔唑。
優(yōu)選的高分子量材料包括具有共軛重復(fù)單元的EL聚合物，尤其是相鄰重復(fù)單元以共軛方式結(jié)合的EL聚合物，例如聚噻吩、聚亞苯基、聚噻吩乙烯撐，或更好是聚-p-亞苯基乙烯撐(poly-p-phenylenevinylenes)。特別優(yōu)選的是(發(fā)藍(lán)光的)聚(烷基)芴和發(fā)射紅光、黃光或綠光的聚-p-亞苯基乙烯撐，，優(yōu)選的還有2-和/或2，5-取代的聚-p-亞苯基乙烯撐，尤其是在2-和/或2，5位置具有可提高溶解性的側(cè)基例如C1-C20，最好為C4-C20、烷基或烷氧基的那些聚合物。最好的側(cè)基是甲基、甲氧基、3，7-二甲基辛氧基和2-甲基丙氧基。最好是包含2-芳基-1，4-亞苯基乙烯撐重復(fù)單元的聚合物，該芳基可選擇性地用上述的烷基和/或烷氧基取代，特別是用甲基、甲氧基、3，7-二甲辛氧基或更好用2-甲丙氧基取代。有機(jī)材料可以包括一種或多種這種化合物。這種EL聚合物適合于用濕沉積法施加。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語“有機(jī)物”包括聚合物，而術(shù)語“聚合物”和“從聚合物衍生的附加物”包括均聚物、共聚物、三聚物、較高的同系物以及低聚物。
有機(jī)EL材料可選擇地包括其它的物質(zhì)、有機(jī)物或自然的無機(jī)物，這些物質(zhì)可以以分子大小均勻分布或以粒子形式分布。特別是可以加入使電子和/或空穴的電荷注入和/或電荷傳輸性能獲得改進(jìn)的化合物、使發(fā)射光的強(qiáng)度或顏色獲得改進(jìn)和/或改變的化合物以及穩(wěn)定劑等。
有機(jī)EL層其平均厚度最好優(yōu)選為50nm-200nm，較好為60nm-150nm，最好為70nm-100nm。
噴墨印刷的或形成圖案的電極可以經(jīng)過一個或多個電荷傳輸/注入層向EL材料輸送電荷。這種功能層可以是空穴注入和/或輸送(HTL)層，如果電極輸送正電荷，也可以是電子注入和輸送(ETL)層，如果電極輸送電子。包括一個以上功能層的EL裝置的例子是由陽極/HTL層/EL層/陰極、由陽極/EL層/ETL層/陰極或由陽極/HTL層/EL層/ETL層/陰極構(gòu)成的層合件。
如果金屬或合金電極提供了側(cè)向電荷傳輸，將電荷從光發(fā)射區(qū)域外側(cè)傳輸?shù)教厥獾南袼?，則電荷注入/傳輸層只需要將電荷傳輸像之中，在這種情況下，電荷注入/傳輸層導(dǎo)電性可以比電極的導(dǎo)電性小得多。
如果EL裝置是二極管型的裝置，則電荷注入/傳輸層的功函數(shù)最好選擇在鄰接上述層的功能層功函數(shù)的中間，以改善電荷注入到EL材料。
空穴注入和/或空穴輸送層的適當(dāng)材料可以是金屬、合金或有機(jī)材料例如芳香三元胺，特別是二元胺或較高的同系物，聚乙烯咔唑、喹丫啶、卟啉、酞菁、聚-苯胺和聚-3，4-乙烯二氧基噻吩。
電子注入和/或電子傳輸層(ETL)的適合材料包括金屬、合金、惡二唑基的化合物和鋁喹啉化合物。
如果用ITO作陽極，則EL裝置最好包括50-300nm厚的聚-3，4-乙烯二氧基噻吩空穴注入和傳送層材料層，或50-200nm厚的聚苯胺層。
一般說來，EL裝置包括底襯。如果EL裝置配置成經(jīng)底襯發(fā)光，則底襯應(yīng)該對所發(fā)光是透明的。適當(dāng)?shù)牡滓r材料包括可以是或不是柔性的合成樹脂、石英、陶瓷或玻璃。該底襯對凸紋圖案提供支承表面。
在一個實施例中，該EL裝置是有機(jī)的，特別是聚合物的EL裝置，包括布置在第一和第二電極之間的有機(jī)(聚合物)電子發(fā)光層。一般說來，有機(jī)物EL裝置是疊層的EL裝置，在這種裝置中，EL層夾在第一和第二電極之間。電荷注入和傳輸層，其例子上面已說明，可以布置在電極和電子發(fā)光層之間。
在優(yōu)選實施例中，電極層包括具有低熔點的金屬或合金。
如果制造電極的金屬或合金熔點低，則電極可以用熔化物進(jìn)行噴墨印刷，熔點越低越方便，而且更節(jié)省能量。另外，熔點越低，噴墨印刷頭可以作得更簡單，而且壽命越長。
如果熔融金屬或合金預(yù)定形成在由EL裝置的功能層例如EL層覆蓋的表面上，則這樣選擇熔點，使得上述(溫度敏感的)功能層不能因熔化金屬或合金的加熱而受到損壞。
可以通過測量例如裝置的伏安特性、伏安發(fā)光特性或壽命來檢驗EL裝置的操作性能，由此可以測出是否受到熱損傷，這種操作性能與其電極層采用基本成份相同的電極層材料用真空沉積法作的相應(yīng)EL裝置的性能相當(dāng)。
由于上面原因，優(yōu)選實施例是本發(fā)明的電致發(fā)光裝置，其中金屬或合金的熔點為250℃或更低。
金屬或合金的熔點優(yōu)選為低于250℃，比較好為低于200℃，更好為低于175℃。熔點最好為低于150℃。已經(jīng)看到，液體金屬電極還意外地抗機(jī)械沖擊，不容易從底襯上除去。然而一般說來，電極最好在應(yīng)用EL裝置的各種條件下是固態(tài)的。因此金屬和合金的熔點最好超過室溫，或至少在30℃或比較好為45℃。對于電信設(shè)備的顯示器最好至少為60℃。對于在汽車上的應(yīng)用最好至少為80℃。
在市場上可買到的低價格低熔點的金屬或合金是包含在Sn、Bi、Pb、Hg、Ga和Cd這一組元素中選出元素的那些金屬和合金。除熔點很不相同外，上述金屬的其它重要特性也很不相同，這些特性例如為氧化的靈敏性、對其它材料的粘合性、熱膨脹系數(shù)、延性、尺寸穩(wěn)定性、固化時的收縮程度以及可沾性。在毒性是很重要因素的應(yīng)用中，包含Hg或Cd的合金例如Sn(占重量50％)Pb(占重量32％)Cd(占重量18％)合金不是優(yōu)選的。如果需要一定程度彎曲的EL裝置，則最好用有延性的低熔點金屬例如銦(熔點157℃)，或Sn(占重量35.7％)Bi(占重量35.7％)Pb(占重量28.6％)合金，這種合金的熔點為100℃。為了減小由固化產(chǎn)生的應(yīng)力，最好采用固化時不形成晶疇而且收縮性極小的金屬，例如Bi(占重量58％)Sn(占重量42％)合金，其熔點為138℃。
二極管型的EL裝置又稱作發(fā)光二極管，這種裝置通常包括布置在空穴注射電極和電子注入電極之間的電致發(fā)光層，空穴注入電極又稱作陽極，而電子注入電極又稱作陰極。
陽極可以是本發(fā)明的噴墨電極，為了達(dá)到有效的空穴注入，該陽極通常用功函數(shù)高的材料制作。適用的功函數(shù)高的材料其功函數(shù)大于4.5eV，例子包括例如Au、Ag、Pt、Pd、Cu和Mo這樣一些金屬。
或者，陽極可以包含氧化物導(dǎo)體例如氧化銦、氧化錫、氧化鋅、氧化銻。陽極最好用透明導(dǎo)體例如氧化銦錫(ITO)制作。如技術(shù)人員已知的，還存在很多由溶液形成的透明氧化物導(dǎo)體，一般說來，這種方法包括在300℃或更高的溫度下進(jìn)行加熱的步驟以獲得導(dǎo)電性充分大的層。因此，這種方法特別適合于所印刷的底襯具有耐溫EL層或其它功能層。在溫度敏感材料的情況下，PPV一般是這種材料，先沉積噴墨陽極，然后再沉積溫度敏感的功能材料。作為這種方法的例子，將Sn2和SbO2(SnO26-15％，余量SbO2)的直徑為10-20nm的粒子加入到乙醇中，得到約5％重量的懸浮液。然后在玻璃上噴墨印刷一層，在300℃最好在500℃的空氣中加熱50分鐘，這樣便得到氧化銻錫的噴墨印刷電極。
優(yōu)選實施例是按照本發(fā)明的電致發(fā)光裝置，其中電極是用于向電致發(fā)光層輸送電子的電極。
一般說來，二極管型的典型EL裝置形成在透明底襯上，陽極面對該底襯。因為在這種結(jié)構(gòu)中，在預(yù)定形成陰極層時，功能層是已經(jīng)存在的，所以陰極的沉積必須與功能層相匹配，即陰極的沉積不應(yīng)損壞預(yù)先沉積的功能層。噴墨印刷的陰極適合于此種目的。
優(yōu)選實施例是本發(fā)明的其中電極的功函數(shù)為4.5eV或更小的電致發(fā)光裝置。
為了達(dá)到更有效地電子注入，金屬或合金一定要具有低的功函數(shù)。該功函數(shù)優(yōu)選為低于4.0eV，最好為3.5eV。如果該功函數(shù)低于3.0eV或最好低于2.5eV，則可以進(jìn)一步改進(jìn)電子注入。功函數(shù)低的金屬的例子包括堿金屬、堿土金屬、Al、Sc、Sr、Ca、Ga、In、Na、Li、Cs、Yb、Ba和Mg和包括這些金屬的合金例如BaAl、MgAg和LiAl，低功函數(shù)金屬與水和/或氧具有特別高的反應(yīng)性。在這一方面改進(jìn)的陰極是由第一低功函數(shù)金屬層和其功函數(shù)高于第一金屬層的第二金屬層組成的二元金屬層陰極，第一功函數(shù)金屬層面向EL層。這種二元陰極層的例子是BaAl陰極層。
特別優(yōu)選的是這樣的EL裝置，該裝置的電子注入層包含其熔點和功函數(shù)低的金屬或合金的電子注射層，例如In和Ga以及包括這些金屬的低熔點合金。
優(yōu)選的實施例是本發(fā)明的這樣的電致發(fā)光裝置，該裝置還包括用于使帶有圖案形式的噴墨電極形成圖案的凸紋圖案。
如果在墨水滴滴在表面上所形成的自然尺寸大于要求的尺寸，特別是在平行于沉積墨水表面的方向的尺寸大于要求尺寸，使電極層與要求的花紋不符合，則可以用凸紋圖案來獲得要求的尺寸。當(dāng)墨水沉積在由凸紋圖案形成的空間中時，該墨水不能擴(kuò)散超過由凸紋圖案確定的該空間邊緣。
在優(yōu)選實施例中，該EL裝置具有凸紋圖案，該凸紋圖案也可以用來使EL裝置的其它功能層例如EL層、電荷輸送層和/或電荷注入層形成圖案。在那種情況下，無論如何必須形成凸紋花紋，而且用于形成電極花紋的凸紋花紋必須與其它功能層的凸紋花紋形成一體，而且在同時形成。
凸紋花紋的形式和形成凸紋花紋的方法不是重要的。如果凸紋花紋保持EL裝置的不變部分，則凸紋花紋必須是電絕緣的，以避免電極之間短路。最方便的是利用光刻法形成凸紋花紋，這種光刻法涉及形成光刻膠的圖案。
在特定實施例中，本發(fā)明的EL裝置是這樣的電致發(fā)光裝置，其中該裝置是無源型的矩陣顯示裝置(matrix display device of passivetype)，該裝置包括一個或多個夾在行電極和列電極之間的電致發(fā)光層，這些電極是可獨立編址電致發(fā)光單元，它們形成在行電極和列電極的交叉處，其中行電極是包含金屬或合金的帶有圖案形式的噴墨電極。
按照應(yīng)用選擇EL元件的尺寸。對于高清晰度顯示可以采用10-75μm的像素。對于清晰度較小要求的應(yīng)用，100-300μm的像素尺寸已足夠了。在全色顯示器中，需要紅綠藍(lán)發(fā)光像素，這些像素每三個結(jié)合成一組，每三個一組形成一個紅綠藍(lán)像素，例如紅、綠和藍(lán)像素的大小分別為100×300μm，這樣便形成紅綠藍(lán)像素的尺寸為300×300μm。為了盡量增加占空因素，該行電極和列電極之間間隔開的距離應(yīng)盡可能小，該占空因素定義為光發(fā)射面積除以顯示器的總面積。通常行電極間隔開10-40μm的距離，最好間隔開15-30μm的距離，此距離也適用于列電極。
因為本發(fā)明的EL裝置只需要幾伏的電位便可提供適合于顯示目的的亮度和/或只消耗少量功率，所以該EL裝置特別適合于由電池供電的和/或便攜式的顯示器，特別適合于手持電子裝置例如筆記本電腦、掌上電腦、個人管理器、選擇性具有因特網(wǎng)入口的移動電話或要求提供(電視)影像的其它裝置。該EL裝置可以以電視速率顯示因特網(wǎng)信息和影像信息。
因此在另一方面，本發(fā)明涉及一種由電池供電的和/或手持式的電子裝置，例如具有本發(fā)明EL顯示裝置的移動電話。
在另一方面，本發(fā)明涉及制造電致發(fā)光裝置的方法。
具體是，本發(fā)明涉及制造電致發(fā)光裝置的方法，這種裝置包括按照所需圖案形成的金屬或合金電極，上述方法包括利用一個或多個沉積步驟在底襯表面上按照所需圖案沉積金屬或合金電極，上述沉積包括按照所需圖案或與此圖案互補(bǔ)的圖案噴墨印刷沉積的步驟。
上面已經(jīng)說明利用噴墨印刷形成電極層的優(yōu)點。
方法的適用實施例包括設(shè)置第一電極層；設(shè)置光致發(fā)光層；設(shè)置第二電極層；其中至少第二電極層是帶有圖案形式的噴墨電極層。在一種變型例中，該第一電極層是陰極層，而第二電極層是陽極層。在另一種變型例中，該第一電極層是陽極層，而第二電極層是陰極層。最好是在對EL裝置發(fā)射的光是透明的底襯上設(shè)置功能層。如上所述，可以在任何一個(噴墨)電極層和電致發(fā)光層之間沉積一個或多個其它功能層，例如電荷傳輸和注入層。
沉積低熔點金屬或合金電極層的特別適合的方法是制造電致發(fā)光裝置的方法，該電致發(fā)光裝置包括具有所需圖案的金屬或合金電極，上述方法包括按照所需圖案在表面上噴墨印刷熔化金屬或合金的沉積步驟，因此噴墨印刷在表面上的熔化金屬或合金冷卻時，便形成金屬或合金電極。
該方法涉及從加熱的噴墨頭噴出熔化的金屬或合金。當(dāng)在低溫表面上沉積時，該熔化金屬冷卻，并取決于所用金屬(合金)熔點而固化。為了減少溫度沖擊作用，可以加熱該底襯表面。加熱底襯也可用來提高底襯的可沾性。在形成電極層以后，可以進(jìn)行后處理，該后處理包括將電極層加熱到其熔點以上，然后再使其固化，這樣可以除去在噴墨印刷期間在電極層上可能形成的任何應(yīng)力。
對于沉積熔點低的低功函數(shù)金屬或合金，噴墨印刷熔化電極或合金是特別有吸引力的。只要求一個單一的沉積步驟便可形成電極。為了防止易氧化的低功函數(shù)金屬發(fā)生氧化，噴墨印刷最好在惰性氣氛中例如在氮氣或氬氣氣氛中進(jìn)行。
也可以用這種方式通過噴出包含兩層的金屬或合金的熔化金屬組份形成二元金屬電極層，該兩層熔化的金屬或合金沉積在表面上時便發(fā)生析相作用，并在冷卻時形成二元的層電極。
本發(fā)明方法的另一實施例是制造電致發(fā)光裝置的方法，該裝置包括具有所需圖案的金屬或合金，該電極的沉積包括在表面上按照所需圖案噴墨印刷可以轉(zhuǎn)換成金屬或合金的起始墨水的沉積步驟，然后將噴墨印刷在表面上的初始墨水轉(zhuǎn)換成金屬或合金，由此形成所需圖案的電極。
該方法在某些方面是上述熔化金屬方法的一般化。然而，初始墨水一般是流體，金屬或合金以某種合適的形式例如以(金屬)溶膠、浮懸液、溶液或乳膠的形式存在于該流體中。如果要形成包含高熔點金屬或合金的電極層，這種方法是特別有用的。
取決于所用的起始墨水的類型，例如通過加熱、輻照或降低壓力可以實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，并可能涉及適當(dāng)除去溶劑或(附加)化學(xué)轉(zhuǎn)換。
另一實施例是制造電致發(fā)光裝置的方法，該電致發(fā)光裝置包括具有所需圖案的金屬或合金，上述方法包括在表面上按照所需圖案或與其互補(bǔ)的圖案噴墨印刷一種選擇的層，該選擇的層能使金屬、合金或用該金屬、合金構(gòu)成的初始墨水選擇性沉積在該表面上；按照選擇的圖案，選擇性噴墨印刷初始墨水、金屬或合金，由此形成金屬或合金電極。
在方法的一個實施例中，該選擇的層對于金屬、合金或初始墨水具有比沒有覆蓋該選擇性層的那部分表面更高的親和力。在這種情況下，選擇的層對應(yīng)于所需圖案。這種選擇層的例子是激活層，利用無電極的電鍍法，金屬或合金可以選擇性地沉積在該活性層上。這種激活層和用于形成這種激活層所用的墨水是這種技術(shù)中眾所周知的。作為另一個例子，選擇層是一種吸附層，該吸附層能夠選擇性地吸附熔化金屬或合金或可轉(zhuǎn)換成這種金屬、合金的起始墨水。這種吸附層在這種技術(shù)中是眾所周知的。
在方法的另一實施例中，該選擇層對于金屬、合金或起始墨水具有比沒有由該選擇層覆蓋的那部分表面更低的親和力。在這種情況下，選擇層的圖案和需要的圖案是互補(bǔ)的。這種選擇層的優(yōu)點是選擇層不是電極將電荷輸送到EL層的路徑的一部分。這種選擇層的例子是對熔化金屬或合金或可以轉(zhuǎn)化成這種金屬或合金的起始墨水組份具有很差可沾性的層。這種層在本技術(shù)中是眾所周知的。一般說來，有機(jī)層、非極性層例如光刻膠層適合于作此種用途。
在涉及選擇層的所有實施例中，可以用簡單的非選擇性涂膜方法例如浸涂法、簾涂法、刮刀涂布法、旋轉(zhuǎn)涂布法或噴涂法來沉積金屬材料。
雖然上面主要對二極管型的電致發(fā)光裝置(在這種技術(shù)中也稱作發(fā)光二極管)說明本發(fā)明，但是本發(fā)明的裝置可以是任何電致發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置可以是無機(jī)型電致發(fā)光裝置，但最好是有機(jī)型的。它可以是單極電致發(fā)光裝置，這種單極電致發(fā)光裝置是只注入一種單極電荷的電荷載體便可充分發(fā)光的裝置。該電致發(fā)光裝置也可以是雙極型電致發(fā)光裝置，這種發(fā)光裝置需要注入空穴和電子二者才能發(fā)光。后一種類型包括如US 5682043中公開的發(fā)光管(LEC)，這種裝置不需要不同功函數(shù)的電極來得到可觀測的光發(fā)射；光發(fā)射二極管，該二極管要求高功函數(shù)的電極來注入空穴和低功函數(shù)的電極來注入電子。還包括電荷注入電極布置在下層或彼此鄰接的電子發(fā)光裝置。
下面參照實施例進(jìn)行說明，從這些實施例中，可以明顯看出本發(fā)明的這些和其它特征。
這些附圖是

圖1是透視平面圖，示意示出發(fā)光二極管型EL裝置實施例的橫截面，該EL裝置包括本發(fā)明的噴墨印刷電極；圖2示意示出包含本發(fā)明噴墨印刷電極的EL裝置另一實施例的平面圖；圖3示意示出沿圖2的I-I線截取的橫截面圖；圖4示意示出本發(fā)明無源矩陣EL裝置實施例的橫截面圖；圖5是平面圖，示意示出包含本發(fā)明噴墨印刷電極的EL裝置另一實施例；圖6示意示出沿圖5的II-II線截取的橫截面圖；圖7是平面圖，示出本發(fā)明分段EL顯示裝置的實施例；圖8是平面圖，示出本發(fā)明再一個EL裝置。
圖1是平面透視圖，示意地示出包含本發(fā)明噴墨印刷電極的發(fā)光二極管型的EL裝置的實施例的橫截面。
圖中所示的EL裝置具有底襯2，該底襯對于EL裝置發(fā)射的光一般是透明的，但這一點對本發(fā)明是不重要的。底襯2設(shè)置有按線路和間隔圖案形成的列電極3，該列電極3通過電荷傳輸/注入層5將電荷傳送到電致發(fā)光層7R、7G和7B。這些電致發(fā)光層一起形成具有圖案的EL層。在全色顯示裝置中，EL層的7R、7G和7B的電致發(fā)光材料組合成三個相鄰EL層的三元組，三元組7R、7G和7B的各個EL層在EL裝置1操作時發(fā)射紅光、綠光和藍(lán)光。然而這對于本發(fā)明是不重要的。各個EL層7R、7G和7B例如可以發(fā)射同樣的顏色，或該裝置可以是具有例如兩種發(fā)射層的多色裝置。該EL層的7R、7G和7B橫向于列電極3。多個基本上覆蓋EL層7R、7G和7B的噴墨印刷行電極9具有橫向于電極3的線路和間隔圖案。在列電極3和行電極9的交叉處，具體在列電極3、電荷傳送層5、EL層7R、7G、7B和行電極9重疊的區(qū)域處形成可獨立編址的EL元件，該元件合起來形成無源的矩陣顯示裝置。行電極9是用噴墨頭201噴墨印刷的，該噴墨頭具有噴口203，墨滴205從該噴口中噴出。在垂直于行電極9縱方向的平面上，該行電極9的橫向剖面具有液滴滴在平面上所具有的特殊形狀，該橫向剖面的特征在于與支承底襯表面的接觸角θ。該行電極9的橫向剖面的最大厚度為5-100μm。通過將熔化金屬或合金的墨滴205噴射到底襯表面上可以獲得具有這種特殊橫向剖面的行電極。
列電極3對于所發(fā)射的光是透明的，這雖然適用，但對本發(fā)明不是重要的。透明列電極的材料的方便選擇是ITO電極，在這種情況下，列電極3一般用于將空穴輸送到EL層7R、7G和7B中。在這種情況下，噴墨印刷的行電極9用于將電子輸送到該EL層。
圖2是平面圖，示意地示出包含本發(fā)明噴墨印刷電極層EL裝置的再一實施例。
圖3示意地示出沿圖2的I-I線截取的橫截面圖。
參照圖2和3，EL裝置21是無源矩陣EL裝置，該裝置包括可獨立編址的EL元件31，該元件形成在列電極3和行電極29交叉的位置處。EL層27R、27G和27B夾在電極3和29之間，平行于列電極3。列電極3通過電荷傳送/注入層5向EL層27R、27G和27B輸送電荷。行電極29是噴墨印刷電極，具有“在表面上液滴”的橫向剖面，如圖1所示。
圖4示意示出本發(fā)明無源矩陣EL裝置實施例的橫截面圖。
該EL裝置41類似于EL裝置1，只是EL裝置41具有用于使噴墨印刷行電極49形成圖案的凸紋圖案51。該凸紋圖案還用于使EL層47R、47G和47B形成圖案。在此實施例中，為了減少干擾，特別是減少相鄰列電極3之間的漏電，該凸紋圖案也用于使電荷傳輸/注入層45形成圖案，但這對于本發(fā)明是不重要的。可適當(dāng)利用噴墨印刷法形成EL層47R、47G和47B以及電荷傳送/注入層45?？刹捎猛瑯拥耐辜y圖案51來使所有這些層形成圖案，使得可以用簡單而有效的方式制造EL裝置41。
圖5是平面圖，示意地示出包含本發(fā)明噴墨印刷電極的EL裝置另一圖6示意地示出沿圖5的II-II線截取的橫截面圖。
該EL裝置61類似于EL裝置21，包括上面布置列電極3的底襯2。EL層67R、67G和67B被夾在上述列電極3和噴墨印刷行電極69之間，該電極69包括金屬和合金。然而與EL裝置21不同，該EL裝置61具有用于使EL層67R、67G和67B形成圖案的凸紋圖案71。在此實施例中，為了減少干擾，特別是減少列電極3之間的漏電流，該凸紋圖案也用于使電荷輸送/注入層65形成圖案，但對于本發(fā)明這不是重要的。噴墨印刷電極69通過形成一定圖案的電荷傳輸/注入層73將電荷輸送到EL層67R、67G和67B。該電極形成側(cè)向電荷傳送，即從顯示區(qū)域的外邊傳送到顯示區(qū)域的適當(dāng)部分，而通過形成一定圖案的電荷傳送/注入層73形成垂直電荷傳送。因為層73只需要在通常像素尺寸的區(qū)域上提供側(cè)向電荷傳輸，所以這種配置可選用這樣的電荷傳送/注入材料和金屬電極，一方面這種材料具有極好的注入特性，但其導(dǎo)電性不足以在整個發(fā)光顯示區(qū)域上提供側(cè)向電荷傳輸，另一方面金屬電極具有充分的導(dǎo)電性，但是電荷注入特性不令人滿意。為了減少干擾，特別是減少行電極69之間的漏電，可以用凸紋圖案來使電荷傳送/注入層73形成一定圖案，使該電荷傳送/注入層形成相互分開的電荷傳送/注入?yún)^(qū)域，使得相鄰的行電極69不經(jīng)任何這樣的區(qū)域連接。在這種情況下，凸紋圖案71形成為矩陣形式，如圖5所示，該凸紋圖案的列用于相應(yīng)使層73具有一定圖案，而其行用于使EL層67R、67G和67B形成圖案。該EL裝置具有可獨立編址的電極，該電極形成在列電極3和行電極9的交叉處。該EL裝置61的EL元件的發(fā)光區(qū)域?qū)?yīng)于EL層67R、67G、67B、電荷傳送/注入層65和電荷傳輸/注入層73的重疊區(qū)域。
圖7是平面圖，示意示出本發(fā)明分段的EL顯示裝置的實施例。
該EL裝置81具有用虛線包圍區(qū)域表示的公用電極83和噴墨印刷電極分段89的分割電極層，該電極層包括用于將電荷輸送到EL裝置81的EL層(未示出)的金屬或合金。該電極分段89具有代表數(shù)字8的圖案，并可以獨立地編址，在共同電極83和適當(dāng)?shù)姆侄坞姌O89之間加上電壓使可以顯示數(shù)字0-9。
圖8是平面圖，示意示出本發(fā)明另一EL裝置。
該EL裝置101包括底襯102，該底襯上形成用于向EL裝置的EL層(未示出)輸送電荷的電極103。該裝置還包括噴墨印刷電極109，該電極包括形成為字母“E”形式圖案的金屬或合金，當(dāng)適當(dāng)電壓加在電極102和103上時，該字母“E”將發(fā)光。
例子1噴墨印刷機(jī)裝有噴墨頭，該噴墨頭具有可控的加熱器和噴口直徑為67μm的單一噴口(型號為MD-K-140H的流體微配送頭)，還裝有墨水容器(型號為MD-V-304)、垂直容器和管道(型號為MD-H-715H)和驅(qū)動電路(型號為MD-E-210H)，所有這些均由Microdrop公司提供，將噴墨印刷機(jī)整個調(diào)到42℃的溫度，并將墨水容器中充入液體鎵。金屬鎵是低熔點金屬，其熔點約為30℃，其功函數(shù)低到約4.2eV。使該噴口噴送鎵滴，該滴的直徑約為90μm。因為熔化鎵的黏度很低，只有幾個厘泊，所以噴口具有40μm的緩沖節(jié)流管。在噴口的下面形成氮氣流，以防止噴出的熔化金屬滴被氧化。
將鈉鈣玻璃底襯放置在可移動的XY臺上，然后將噴墨頭配置在該底襯的上面，使該臺子和底襯恒溫處于室溫下(約23℃)。
當(dāng)以速度20mm/s移動XY臺子和以75Hz的液滴頻率噴射熔化鎵的液滴時，金屬的連續(xù)線便形成在底襯的表面上，由此形成功函數(shù)低的噴墨印刷電極。在熔化金屬固化后，便得到110μm寬的鎵金屬線，該金屬線適合用作EL裝置中的電極。該電極的橫向剖面最大約為70μm。沿噴墨頭運行的路徑連接電極最大厚度的點所得到的曲線顯示出最小為70μm最大為90μm厚的波浪曲線，該最大值對應(yīng)于在噴墨期間液滴碰著底襯的位置。在垂直于該線的平面上所形成的橫向剖面其形狀為凸形。具體是，該剖面具有液滴滴在表面上的橫截面形狀。
如果用300Hz的液滴頻率重復(fù)試驗，則可以得到約185μm寬的連續(xù)鎵金屬的線，該線的橫向剖面具有約45μm的最大厚度。沿噴墨頭運行的路徑連接電極最大厚度的點所得到的曲線顯示為其最小厚度為45μm、最大厚度為66μm的波動曲線，該最大厚度對應(yīng)于在噴墨期間墨滴已經(jīng)碰著底襯的位置，通過選擇75-300Hz之間的頻率便可獲得寬度在110μm和185μm之間的任何線寬度。
權(quán)利要求
1.一種電致發(fā)光裝置，其包括帶有圖案形式的噴墨印刷電極，該電極用于將電荷傳送到電致發(fā)光裝置電致發(fā)光層，該電極包括金屬或合金。
2.一種電致發(fā)光裝置，其包括帶有圖案的電極用于將電荷傳送到電致發(fā)光層，該電極包括金屬或合金并且具有最大厚度至少5μm的橫向剖面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電致發(fā)光裝置，其特征在于，該金屬或合金的熔點為250℃或更低。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的電致發(fā)光裝置，其特征在于，該電極是用于將電子傳送到該電致發(fā)光層的電極。
5.如權(quán)利要求4所述的電致發(fā)光裝置，其特征在于，該電極的功函數(shù)為4.5eV或更低。
6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的電致發(fā)光裝置，其特征在于，其還包括用于使帶有圖案形式的噴墨印刷電極形成圖案的凸紋圖案。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的電致發(fā)光裝置，其特征在于，該裝置是無源型的矩陣顯示裝置，其包括夾在行電極和列電極之間的一個或多個電致發(fā)光層，可獨立編址的電致發(fā)光元件形成在行電極和列電極的交叉處；該行電極是包含金屬或合金的帶有圖案形式的噴墨印刷電極。
8.一種由電池供電的和/或手持的電子裝置，例如移動電話，該電子裝置設(shè)置有如權(quán)利要求1-7中任一項所述的電致發(fā)光裝置。
9.一種制造電致發(fā)光裝置的方法，該裝置包括按照所需圖案設(shè)置的金屬或合金電極，上述方法包括在底襯表面上借助于一個或多個沉積步驟按照所需圖案沉積金屬或合金電極，上述沉積步驟包括按照所需圖案或與該圖案互補(bǔ)的圖案來噴墨印刷的沉積步驟。
10.一種制造電致發(fā)光裝置的方法，該電致發(fā)光裝置包括如權(quán)利要求9所述的按照所需圖案設(shè)置的金屬或合金電極，上述方法包括在一表面上按照所需圖案噴墨印刷熔化的金屬或合金的沉積步驟，由此通過冷卻所述噴墨印刷于該表面上的熔化的金屬或合金以形成該金屬或合金電極。
全文摘要
電致發(fā)光裝置包括帶有圖案形式的噴墨印刷電極。該電極將電荷輸送到電致發(fā)光裝置的電致發(fā)光層，并且該電極包含金屬或合金。在制造這種電致發(fā)光裝置的方法中，通過噴墨印刷熔化的金屬或合金來形成電極。
文檔編號B41J2/01GK1426606SQ01808457
公開日2003年6月25日 申請日期2001年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月22日
發(fā)明者H·F·J·J·范通格倫, P·C·杜因埃維爾德 申請人:皇家菲利浦電子有限公司