專利名稱：一種倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)發(fā)光裝置及其制作方法，尤其涉及一種倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置及其制作方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光器件(OLED)由于具有發(fā)光亮度高、驅(qū)動電壓低、響應(yīng)速度快、無視角限制、能效高、超輕超薄等優(yōu)點，在平板顯示器、平面光源等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在的OLED器件由兩電極之間夾單層或多層有機(jī)薄膜構(gòu)成，典型的工作電壓是 2-10V。電子從陰極注入到有機(jī)層的導(dǎo)帶，陰極一般使用不透明的低功函數(shù)金屬，如Mg、Ca、 Li等。由于這些金屬非?；顫姡蚨Ｓ煤辖饋泶妫鏜g-Ag合金或Al-Li合金等，也可采用穩(wěn)定金屬如Al加上緩沖層如LiF來完成電子注入?？昭◤年枠O注入到有機(jī)層的價帶， 陽極通常是透明的，采用高功函數(shù)的Au或ΙΤ0，光從陽極側(cè)出射。如圖1所示，有機(jī)發(fā)光裝置包括依次排列的基板1、陽極2，有機(jī)空穴傳輸層3、電子傳輸和發(fā)光層4，以及，陰極層5。目前的OLED有源驅(qū)動技術(shù)主要是非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFT)技術(shù)和低溫多晶硅(LTPS TFT)技術(shù)。與a-Si TFT技術(shù)相比，LTPS TFT技術(shù)具有速度快、產(chǎn)品輕薄、成本低、 分辨率高、省電和可靠性高等一系列的優(yōu)點，并且可以克服a-Si TFT技術(shù)所不能克服的缺點與限制。盡管LTPSTFT技術(shù)有著許多的優(yōu)越性，但是由于a-Si TFT技術(shù)起步較早，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于液晶顯示設(shè)備上，因此與LTPS TFT相比，其具有較為成熟的技術(shù)。在主動矩陣有機(jī)發(fā)光二極體面板(AMOLED)中，一般采用ρ溝道晶體管組成恒流源驅(qū)動有機(jī)發(fā)光器件。而一般使用的晶體管，η溝道的特性(如載流子遷移率)明顯優(yōu)于P溝道晶體管；由于a-Si中載流子遷移率很低，而且其空穴遷移率比電子遷移率低很多，因此 a-Si TFT只能使用η溝道場效應(yīng)晶體管制作驅(qū)動電路。因此采用η溝道晶體管驅(qū)動OLED 可以提高AMOLED性能。當(dāng)用η溝道場效應(yīng)晶體管作驅(qū)動電路時，為了保證其工作在飽和區(qū)，必須將有機(jī)發(fā)光器件接到η溝道場效應(yīng)晶體管的漏極，即將有機(jī)發(fā)光器件的陰極與η溝道場效應(yīng)晶體管的漏極相接，這就要求有機(jī)發(fā)光器件具有底電極為陰極的倒置結(jié)構(gòu)。在制作采用倒置結(jié)構(gòu)AMOLED時，首先在襯底上制作像素驅(qū)動電路，然后制作有機(jī)發(fā)光器件，這時，有機(jī)發(fā)光器件可以制作成頂部出光的頂發(fā)射器件(透明陽極)和底部出光的底發(fā)射器件(透明陰極)。其制作工藝的核心在于電極與有機(jī)材料界面以及有機(jī)材料/有機(jī)材料界面的電荷注入及傳導(dǎo)特性。由于大部分常用的有機(jī)光電材料的電子親和勢較小(近似或小于 3eV)，所以有機(jī)發(fā)光器件的陰極常常使用低功函數(shù)的金屬。
如1997年V. Bulovi等人利用鎂銀合金電極作為有機(jī)發(fā)光器件的陰極，制作出倒置型結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光組件，但是其陰極的電子注入特性欠佳；又如2002年，X. Zhou等人及S. R. Forrest等人利用在有機(jī)材料間摻雜低功函數(shù)活潑金屬如鋰(Li)，銫(Cs)作為 η型導(dǎo)電摻雜，增進(jìn)電子從陰極注入有機(jī)材料，從而實現(xiàn)采用活潑金屬的倒置型結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光器件。但是這些低功函數(shù)金屬有高活性，在有機(jī)發(fā)光顯示器大量制造過程中工藝處理困難，而且金屬和有機(jī)淀積的先后順序不同，也會影響金屬/有機(jī)界面的電子注入能力。且根據(jù)報導(dǎo)鋰(Li)，銫(Cs)等金屬原子在有機(jī)材料中易于擴(kuò)散，會影響器件穩(wěn)定性。總之，到目前為止，倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光器件的陰極結(jié)構(gòu)與制作工藝中皆含有低功函數(shù)的活潑金屬，容易起反應(yīng)而影響器件特性；另一方面在目前有機(jī)發(fā)光顯示器制造中對于活潑金屬和超薄膜的工藝處理仍然相當(dāng)困難。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種倒置結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光裝置及其制作方法，提高倒置型有機(jī)發(fā)光器件的電子注入能力；提高器件承受空氣中水蒸氣和氧氣劣化作用的能力；提高器件的使用壽命和發(fā)光亮度與發(fā)光效率；使得低功函數(shù)的穩(wěn)定陰極與半導(dǎo)體加工工藝相兼容；在具有良好的性能的前提下，加工簡便，成本較為低廉。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
一種倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 沉積步驟將硼化物放置在特定的容器內(nèi)，加熱硼化物，使其蒸發(fā)沉積到基板，以形成一硼化物薄膜；
處理步驟對所述硼化物薄膜進(jìn)行表面處理；
成型步驟依次在所述硼化物薄膜上形成電子傳輸和發(fā)光層、空穴傳輸層、空穴注入層和陽極層。其中，硼化物薄膜作為硼化物陰極層。硼化物材料的電導(dǎo)率高，常溫下與金屬鉛 (Pb)的電導(dǎo)率相當(dāng)，僅略低于金屬鋁(Al)的電導(dǎo)率。因此，該陰極具有良好的導(dǎo)電性，可以直接作為OLED的反射式電子注入陰極和AMOLED的數(shù)據(jù)電極，簡化了 AMOLED的制作工藝，搭配透明陽極，可以實現(xiàn)頂發(fā)光OLED。其中，沉積步驟中加熱硼化物的方法可以選擇采用電子束蒸發(fā)、射頻濺射或激光蒸發(fā)等。處理步驟中可以選擇采用電子束轟擊或等離子處理等方式。同時，硼化物薄膜的光學(xué)性能優(yōu)良，當(dāng)薄膜厚度小于200 nm時，其透光率高于60 %。相對于常用陰極材料，硼化物材料的導(dǎo)電性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、功函數(shù)低，是極好的陰極材料。常用陰極材料的電子逸出功如下表所示
金屬材料AuAlMgInAgCaNdCrCu電子逸出功(eV)5. 14. 283. 664. 1-4. 24. 62. 93. 24. 3-4. 54. 7
采用上述技術(shù)方案，能很好的使得其與半導(dǎo)體加工工藝相兼容，降低了加工難度和生產(chǎn)成本。同時，在OLED中，電子在電場作用下從硼化物薄膜形成的陰極層注入到有機(jī)半導(dǎo)體中，這與硼化物材料在其他的電子器件中廣泛用作電子發(fā)射材料，通過加熱(熱陰極)或高電場(冷陰極)的方式使電子從硼化物陰極發(fā)射到真空中相比，其結(jié)構(gòu)與注入機(jī)制是完全不一樣的。與傳統(tǒng)OLED的陰極層制作在有機(jī)材料上面相比，上述技術(shù)方案還具有如下獨特的優(yōu)點
1)可以避免硼化物薄膜制作過程中高溫或等離子體對有機(jī)層的影響
2)硼化物薄膜制作完成后，便于對該薄膜進(jìn)行處理，如退火處理等，可以優(yōu)化薄膜，以更便于獲得低功函數(shù)。3)硼化物薄膜制作完成后，可以采用干法或濕法的方法進(jìn)行刻蝕成型。4)便于容易地調(diào)節(jié)硼化物薄膜的厚度，并且采用反射或透明陰極/陽極導(dǎo)電層， 容易實現(xiàn)透明、頂發(fā)光、底發(fā)光等多種OLED結(jié)構(gòu)。其中，所述硼化物采用選擇采用六硼化鑭(LaB6)、硼化鈰(CeB6)等硼化物。優(yōu)選的，所述硼化物采用六硼化鑭。當(dāng)然，所述硼化物還可以選擇采用如硼化鈰(CeB6)等。但是，經(jīng)過申請人多年的研究和生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，六硼化鑭薄膜陰極便于優(yōu)化其功函數(shù)為2. 6eV，在能級上與有機(jī)材料非常匹配，有利于電子的注入。優(yōu)選的，所述沉積步驟中，采用蒸發(fā)電子束加熱蒸發(fā)硼化物，加熱環(huán)境的真空度為 5xl0-5 Pa ；所述基板以10轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)；所述基板的溫度范圍是150至400攝氏度；所述硼化物薄膜的沉積速率為1. 5至10納米/分鐘。電子束蒸發(fā)制作的六硼化鑭(LaB6)薄膜的X射線衍射譜如圖6所示。當(dāng)然，硼化物薄膜還可以采用如射頻濺射，或激光蒸發(fā)等方法沉積形成。本發(fā)明的上述優(yōu)選例提供了一種優(yōu)化的電子束蒸發(fā)的方法，便于獲得2. 6eV功函數(shù)的均勻薄膜。優(yōu)選的，所述處理步驟采用特定的處理電子束照射所述硼化物薄膜，持續(xù)5分鐘， 加熱所述硼化物薄膜的溫度為150至400攝氏度；所述處理電子束的束流密度為20毫安/ 平方厘米，其電壓為400伏。優(yōu)選的，所述成型步驟包括如下步驟依次
在所述硼化物薄膜上，熱蒸發(fā)60納米厚的Alq3薄膜形成電子傳輸和發(fā)光層； 在所述電子傳輸和發(fā)光層上，熱蒸發(fā)60納米厚的NPB形成空穴傳輸層； 在所述空穴傳輸層上，熱蒸發(fā)三氧化鎢形成空穴注入層； 在所述空穴注入層上，濺射金屬或ITO薄膜形成陽極層。優(yōu)選的，所述基板選擇采用玻璃基片、金屬基板、硅片或陶瓷基板等。
其中，玻璃基片可以選擇采用石英玻璃或者無堿玻璃。優(yōu)選的，所述基板還包括附著于所述玻璃基片、金屬基板、硅片或陶瓷基板上的絕緣層或透明電極。優(yōu)選的，所述沉積步驟還包括
電極蝕刻步驟將附著有所述硼化物薄膜的基板浸沒于盛裝有電化學(xué)腐蝕液的石墨容器內(nèi)，所述石墨容器連接電源的負(fù)極，所述硼化物薄膜連接電源的正極。優(yōu)選的，在所述石墨容器內(nèi)還套有一屏蔽容器，用于屏蔽周圍環(huán)境的電場對所述電極蝕刻步驟的干擾。本發(fā)明還進(jìn)一步提供所述的倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法制造的倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點在于，首先，硼化物材料是典型的陰極材料。因為功函數(shù)低，在電子器件中廣泛用作電子發(fā)射材料，通過加熱(熱陰極)或高電場(冷陰極)的方式使電子從硼化物陰極發(fā)射到真空中。而在OLED中，電子在電場作用下從硼化物陰極層注入到有機(jī)半導(dǎo)體中，在結(jié)構(gòu)與注入機(jī)制上與電子發(fā)射是不一樣的。其次，倒置型有機(jī)發(fā)光器件首先制作硼化物陰極層，而傳統(tǒng)OLED的陰極層制作在有機(jī)材料上面。這一制作順序的改變帶來了陰極層獨特的特點
1)可以避免硼化物薄膜制作過程中高溫或等離子體對有機(jī)層的影響
2)硼化物薄膜制作完成后，對薄膜進(jìn)行退火處理，可以優(yōu)化薄膜，獲得低功函數(shù)。3)硼化物薄膜制作完成后，可以采用干法或濕法的方法進(jìn)行刻蝕成型。4)可以容易地調(diào)節(jié)硼化物薄膜厚度，并且采用反射或透明陰極/陽極導(dǎo)電層，容易實現(xiàn)透明、頂發(fā)光、底發(fā)光等多種OLED結(jié)構(gòu)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置另一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置另一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置另一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是六硼化鑭薄膜X射線衍射譜；
圖7是本發(fā)明倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法一種實施例中電極蝕刻的環(huán)境示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和較佳的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖3所示，倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置一種實施例包括依次排列的玻璃基片12、硼化物陰極層13、電子傳輸和發(fā)光層14、空穴傳輸層15、采用無機(jī)材料層的空穴注入層16，以及，透明陽極17。其中，硼化物采用六硼化鑭，將單晶或多晶的六硼化鑭放在石墨坩堝內(nèi)，用電子束加熱使六硼化鑭蒸發(fā)沉積到玻璃基片上。典型的制作條件是
真空度Sxicr5I3a;
玻璃基片18的旋轉(zhuǎn)速度 10轉(zhuǎn)/分鐘； 玻璃基片18的溫度150至400°C ；
沉積速率1. 5至10 (nm/min)。六硼化鑭薄膜具有比較高的光學(xué)透過率，而同樣厚度的鎂銀合金陰極薄膜在此厚度下可見光幾乎不能透過。波長為400nm至750nm的可見光對180nm六硼化鑭薄膜的透過率大于65%，為70% 5%,峰值透射率74%位于496nm處。如圖6所示，六硼化鑭薄膜的X射線衍射譜中晶面100衍射峰很強，比其它晶面的衍射峰高得多，說明所制備的六硼化鑭薄膜為擇優(yōu)取向。該取向六硼化鑭薄膜的逸出功最低，經(jīng)測試該六硼化鑭薄膜的逸出功能達(dá)到2. 6eV。
然后，在進(jìn)一步沉積有機(jī)材料制作電子傳輸和發(fā)光層、空穴傳輸層、空穴注入層和陽極層前，用特定的處理電子束處理六硼化鑭薄膜表面，典型的處理參數(shù)是束流密度為 20毫安/平方厘米、高壓為400V、六硼化鑭薄膜溫度為150-400°C、時間為5分鐘。然后依次熱蒸發(fā)60納米厚的Alq3薄膜作為電子傳輸層和發(fā)光層；60納米厚的 NPB作為空穴傳輸層，為了防止濺射時對有機(jī)層的損傷，熱蒸發(fā)三氧化鎢作為空穴注入層， 最后濺射金屬或ITO薄膜作為陽極。如圖2所示，倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置另一種實施例包括依次排列的玻璃基片6、 透明電極7、硼化物陰極層8、電子傳輸和發(fā)光層9，空穴傳輸層10，以及，作為陽極層的反射陽極11。如圖4所示，倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置另一種實施例包括依次排列的玻璃基片18、 透明電極19、硼化物陰極層20、電子傳輸層和發(fā)光層21、空穴傳輸層22、空穴注入層23，以及，作為陽極層的透明陽極對。圖2、圖4與圖3所示的實施例最大的不同之處在于，在玻璃基片上先附著了透明電極，然后再在透明電極上采用上述方法付著硼化物陰極層。這樣，附著有透明電極的玻璃基片整體作為基板。如圖5所示，倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置另一種實施例，N型薄膜晶體管驅(qū)動的頂發(fā)光器件結(jié)構(gòu)圖。其中包括玻璃基片25、絕緣層沈、柵極絕緣層27、層間絕緣層觀、源極29、OLED 組件30、N+摻雜區(qū)31、多晶硅溝道32、柵極33，以及，漏極；34。其中，源極四也是OLED的陰極。上述實施例的制作方法如下
(1)在石英玻璃或無堿玻璃等所構(gòu)成的玻璃基片上，采用等離子體化學(xué)氣相沉積法，依次形成絕緣層26和a-Si膜。(2) a-Si 膜去氫
(3)對a-Si膜的表面照射激光束進(jìn)行退火處理，并將a-Si溶融再結(jié)晶化而形成由 poly-Si所構(gòu)成的半導(dǎo)體膜32。(4)Poly-Si島定義在半導(dǎo)體膜上通過光刻工藝形成島狀多晶硅，并再次通過光刻形成N型雜質(zhì)區(qū)31。在雜質(zhì)注入后，利用RTA (快速熱退火)法進(jìn)行退火。形成源極區(qū)域31a及漏極區(qū)域31b。
(5)柵絕緣層的沉積在半導(dǎo)體膜采用PECVD法，形成絕緣膜27。(6)在柵極絕緣膜27上，通過濺射法形成鋁金屬膜，以作為柵極導(dǎo)電體膜33。(7)采用自對準(zhǔn)工藝形成N+摻雜區(qū)31。(8)沉積層間絕緣層28并采用光刻法，形成接觸孔。(9)上述步驟形成的基板上，采用將單晶或多晶的六硼化鑭放在石墨坩堝內(nèi)，用電子束加熱使六硼化鑭蒸發(fā)沉積到該基板上，以形成六硼化鑭薄膜作為六硼化鑭源漏電極層。(10)如圖5所示，采用電化學(xué)腐蝕的方法在六硼化鑭源漏電極層上刻蝕出源漏電極34和四。電化學(xué)腐蝕液選用
磷酸(H 3 PO 4 )無水乙醇(C 2 H 5 0H)水(H 2 0)=5 20 20 的溶液。
將電化學(xué)腐蝕液放置在石墨筒400中。在石墨筒400底部有一金屬導(dǎo)體600與石墨筒400良好接觸，它作為電化學(xué)腐蝕過程中的陰極。另外，在石墨筒400中安置有聚氟乙烯屏蔽筒200，用來屏蔽石墨筒400周邊電場，石墨筒400接外電源500的陰極。最后調(diào)整好具有六硼化鑭源漏電極層的基板300與金屬導(dǎo)體600之間的距離，然后接通電源500進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。(10)用特定的處理電子束處理六硼化鑭薄膜表面，典型的處理參數(shù)是束流密度為20mA/平方厘米、高壓為400V、六硼化鑭薄膜溫度為150-400°C、時間為5分鐘。(11)有機(jī)發(fā)光元件30形成在導(dǎo)電層四上。在和基板相對的方向上發(fā)光。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，包括如下步驟沉積步驟將硼化物放置在特定的容器內(nèi)，加熱硼化物，使其蒸發(fā)沉積到基板，以形成一硼化物薄膜，所述硼化物選擇采用六硼化鑭或硼化鈰；處理步驟對所述硼化物薄膜進(jìn)行表面處理；成型步驟依次在所述硼化物薄膜上形成電子傳輸和發(fā)光層、空穴傳輸層、空穴注入層和陽極層；所述處理步驟采用特定的處理電子束照射所述硼化物薄膜，持續(xù)5分鐘，加熱所述硼化物薄膜的溫度為150至400攝氏度；所述處理電子束的束流密度為20毫安/平方厘米， 其電壓為400伏。
2.如權(quán)利要求1所述的倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述基板選擇采用玻璃基片、金屬基板、硅片或陶瓷基板。
3.如權(quán)利要求2所述的倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述基板還包括附著于所述玻璃基片上的絕緣層或透明電極。
4.如權(quán)利要求3所述的倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述沉積步驟還包括電極蝕刻步驟將附著有所述硼化物薄膜的基板浸沒于盛裝有電化學(xué)腐蝕液的石墨容器內(nèi)，所述石墨容器連接電源的負(fù)極，所述硼化物薄膜連接電源的正極。
5.如權(quán)利要求4所述的倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，在所述石墨容器內(nèi)還套有一屏蔽容器，用于屏蔽周圍環(huán)境的電場對所述電極蝕刻步驟的干擾。
全文摘要
本發(fā)明提供一種倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)發(fā)光裝置的制作方法，包括如下步驟沉積步驟將硼化物放置在特定的容器內(nèi)，加熱硼化物，使其蒸發(fā)沉積到基板，以上形成一硼化物薄膜；處理步驟對所述硼化物薄膜進(jìn)行表面處理；成型步驟依次在所述硼化物薄膜上形成電子傳輸和發(fā)光層、空穴傳輸層、空穴注入層和陽極層。
文檔編號H01L51/56GK102201551SQ20111011540
公開日2011年9月28日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者劉萍, 陳文彬 申請人:深圳丹邦投資集團(tuán)有限公司