TW201349299A - 有機電致發光裝置之畫素結構 - Google Patents

Abstract

一種有機電致發光裝置之畫素結構，其包括掃描線、資料線、與掃描線以及資料線電性連接的至少一主動元件、第一電極、介電材料層、第一隔離層、第二隔離層、有機發光材料層以及第二電極。位於第一電極上的介電材料層具有第一開口以暴露出第一電極。位於介電材料層上的第一隔離層包括氧化物半導體材料，且第一隔離層具有第二開口以暴露出第一電極。位於第一隔離層上的第二隔離層具有第三開口以暴露出第一開口中的第一電極並且暴露位於第二開口側壁的第一隔離層。有機發光材料層位於第三開口內。第二電極位於有機發光材料層上。

Description

有機電致發光裝置之畫素結構

本發明是有關於一種畫素結構，且特別是關於一種有機電致發光裝置之畫素結構。

有機電致發光裝置是一種自發光的顯示裝置，其因具有廣視角、省電、簡易製程、低成本、操作溫度廣泛、高應答速度以及全彩化等優點，而可望成為下一代平面顯示器之主流。一般來說，有機電致發光裝置包括多個畫素結構，且各畫素結構包括多個主動元件(例如：薄膜電晶體)或被動元件(例如：電阻、電容或電感)、與主動元件電性連接的陰極或陽極以及位於陰極與陽極之間的有機發光層。

現行有機發光層的製造方法多以噴墨印刷製程(inkjet printing method)的方式來進行，其是先將有機發光材料溶於溶劑中，以作為噴墨印刷製程中所使用的墨液，然後進行噴墨印刷。使用這種噴墨印刷技術的優點包括不需使用光罩或網版，僅需進行單一步驟即可將有機發光材料印刷出所需的圖樣。另外，此技術不需進行曝光、顯影等步驟，只需要進行對準、噴墨等步驟。此外，由於噴墨印刷使用設備少、材料使用率高，因此更可進一步降低製造的成本。

由於適用於噴墨印刷技術的有機材料為流動的液體，因此需要以界定其設置處在噴墨印刷前形成隔離層， 並於隔離層中形成開口，以容置液態的有機發光材料。然而，考量到有機發光材料之附著性的問題，在選擇隔離層的材料時必須同時考量材料的疏水性以及親水性，進而衍生出材料選擇不易的問題。此外，在形成開口時，隔離層的材料以及陽極的表面容易受到乾蝕刻劑的破壞，導致有機電致發光裝置之畫素結構的信賴性不佳。

本發明提供一種有機電致發光裝置之畫素結構，其可降低蝕刻劑對隔離層的材料的破壞。

本發明提供一種有機電致發光裝置之畫素結構，其包括一掃描線、一資料線、至少一主動元件、一第一電極、一介電材料層、一第一隔離層、一第二隔離層、一有機發光材料層以及一第二電極。至少一主動元件與掃描線以及資料線電性連接。介電材料層位於第一電極上，且介電材料層具有一第一開口以暴露出第一電極。第一隔離層位於介電材料層上，其中第一隔離層包括一氧化物半導體材料，且第一隔離層具有一第二開口以暴露出第一電極。第二隔離層位於第一隔離層上，其中第二隔離層具有一第三開口以暴露出第一開口中的第一電極並且暴露位於第二開口側壁的第一隔離層。有機發光材料層位於第三開口內。第二電極位於有機發光材料層上，且第一電極或第二電極其中一者電性連接於至少一主動元件。

基於上述，本發明可以濕蝕刻的方式圖案化包括氧化 物半導體材料之第一隔離層，藉此降低蝕刻劑對第一電極表面造成的的破壞，進而提升有機電致發光裝置之畫素結構的信賴性。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明之一實施例之有機電致發光裝置之局部的畫素結構的上視示意圖，其中為構圖方便，圖1省略繪示部份膜層。圖2A是對應圖1之主動元件的部份剖面示意圖，而圖2B是對應圖1之I-I’剖線的剖面示意圖。

請參照圖1，本實施例之有機電致發光裝置之畫素結構100配置於基板S上。在本實施例中，基板S可為透明基材，其包括玻璃、石英、有機聚合物或其他可適用的材料，但本發明不以此為限。在其他實施例中，當有機電致發光裝置為上發光(top emission)的發光裝置時，基板S亦可採用不透光或反射材料(例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷或其他可適用的材料)或其他可適用的材料。

有機電致發光裝置之畫素結構100包括一掃描線SL、一資料線DL以及至少一主動元件T1、T2。在本實施例中，有機電致發光裝置之畫素結構100可進一步地包括一電源線PL，且資料線DL以及電源線PL可選擇性的平行配置，而掃描線SL與資料線DL以及電源線PL交錯配置。

進一步而言，有機電致發光裝置之畫素結構100可劃分成一主動元件區A1以及一發光區A2。在主動元件區A1中，主動元件T1與掃描線SL以及資料線DL電性連接，主動元件T2與主動元件T1以及電源線PL電性連接，電容器C與主動元件T1、T2電性連接。主動元件T1、T2例如是薄膜電晶體，其中本實施例之主動元件T1可作為一開關元件，而主動元件T2可作為一驅動元件，用以驅動發光區A2內的元件。在本實施例中，主動元件區A1是以兩個主動元件T1、T2搭配一個電容器C(2T1C)結構作為說明，但並非用以限定本發明。換句話說，本發明不限主動元件區A1內的主動元件與電容器的個數，且亦不限主動元件與電容器之相對配置的位置。

請參照圖1及圖2A，主動元件T2包括一閘極GE、一源極SE、一汲極DE以及一通道層CH。閘極GE、源極SE以及汲極DE的材質可以是導電良好的金屬或金屬疊層，而通道層CH的材質可以是晶矽、非晶矽、多晶矽、有機(organic)、氧化物或金屬氧化物等半導體材料，其中金屬氧化物半導體材料包括氧化銦鎵鋅、氧化鋅、氧化錫、氧化銦鋅、氧化鎵鋅、氧化銦鎵、氧化鋁鋅、氧化鋅錫、氧化鎵錫、氧化銻錫、或氧化銦錫或是上述至少二種的堆疊層。

具體而言，閘極GE配置於基板S上，而通道層CH覆蓋閘極GE，且通道層CH於基板S上的正投影與閘極GE於基板S上的正投影重疊。源極SE以及汲極DE彼此 電性絕緣，且兩者配置於通道層CH的相對兩側。在本實施例中，主動元件T2可進一步包括一閘絕緣層GI配置於閘極GE與通道層CH之間，且閘絕緣層GI覆蓋閘極GE。在本實施例中，主動元件T2以底閘極(bottom gate)電晶體為例，但本發明不以此為限。換言之，在其他的實施例中，主動元件T2也可以是頂閘極(top gate)薄膜電晶體。另外，主動元件T1的結構可選擇性的與主動元件T2相同或不同，且主動元件T2的結構可選擇底閘型或頂閘極電晶體，本發明並不以此為限。

另外，有機電致發光裝置之畫素結構100包括一第一電極M1、一介電材料層PV、一第一隔離層112以及一第二隔離層114。在本實施例中，有機電致發光裝置之畫素結構100可選擇性地包括一保護層120覆蓋主動元件T1，並提供後續欲形成的第一電極M1能夠形成在平坦的表面上。此外，保護層120也會覆蓋主動元件T2，但保護層120還具有一開口V以暴露出主動元件T2中的汲極DE。在本實施例中，第一電極M1透過開口V電性連接於主動元件T2中的汲極DE，但本發明不以此為限。

請參照圖2B，第一電極M1位於保護層120上，第一電極M1又可稱為畫素電極，其材質可為透明導電材料或是不透明之導電材料。於其他實施例中，當第一電極M1不作為畫素電極時，則可於第一電極M1下方先形成畫素電極，且第一電極M1與畫素電極接觸，其中第一電極M1材料可選擇性的與畫素電極相同或不同。透明導電材料包 括金屬氧化物，金屬氧化物例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、其他合適的氧化物或上述至少兩者之堆疊層。不透明導電材料可包括金屬、合金、金屬疊層、合金疊層、或其他合適的遮光材質、或上述至少二者的疊層。當第一電極M1的材質為透明導電材料時，有機電致發光裝置可為上發光及下發光(bottom emission)的發光裝置。而當第一電極M1的材質為不透明之導電材料時，有機電致發光裝置可為上發光的發光裝置。

介電材料層PV位於第一電極M1上，且介電材料層PV具有一第一開口V1以暴露出部分的第一電極M1。此外，介電材料層PV的材料可包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮氧化鋁或是上述至少二種的堆疊層。較佳地，本發明實施例之介電材料層PV的材料以氧化鋁為範例，但不限於此。

第一隔離層112位於介電材料層PV上，且第一隔離層112具有一第二開口V2以暴露出第一開口V1中的第一電極M1。具體而言，第一隔離層112更覆蓋第一開口V1側壁上的介電材料層PV，而使第二開口V2的寬度W2實質上小於第一開口V1的寬度W1。此外，第一隔離層112的厚度D₁₁₂例如約為500埃至2000埃。另外，第一隔離層112包括一氧化物半導體材料。氧化物半導體材料包括氧化銦鎵鋅、氧化鋅、氧化錫、氧化銦鋅、氧化鎵鋅、氧化銦鎵、氧化鋁鋅、氧化鋅錫、氧化鎵錫、氧化銻錫、或 氧化銦錫或是上述至少二種的堆疊層。

在一實施例中，當第一隔離層112的材質與上述主動元件T2的通道層CH的材質具有相似的元素組成時，較佳地，以氧化物半導體材料為範例，第一隔離層112之氧化物半導體材料的片電阻值可實質上大於或等於主動元件T2之通道層CH的片電阻值。具體而言，第一隔離層112之氧化物半導體材料的片電阻值例如是實質上大於1.1E9歐姆每平方米(單位：Ω/sq)，而主動元件T2之通道層CH的片電阻值例如是實質上大於1E9歐姆每平方米(單位Ω/sq)。因此，在施加電壓時，第一隔離層112之氧化物半導體材料不會被導通而造成漏電流的情況發生。

此外，由於上述氧化物半導體材料的形成方法可藉由噴墨印刷製程。因此，在不需進行曝光、顯影等步驟，只需要進行對準、噴墨等步驟，且在噴墨印刷製程使用設備少、材料使用率高的情況下，可降低製造的成本。亦或者，上述氧化物半導體材料的形成方法可以是其它實施方法，例如是網版印刷法、抬升法(lift-off)、雷射剝除法(laser ablation)等。

另外，相較於習知技術以乾蝕刻圖案化隔離層的方式形成開口會破壞第一電極之表面，本實施例可藉由濕蝕刻的方式，以草酸或鋁酸圖案化上述的氧化物半導體材料而形成第一隔離層112之第二開口V2。藉此，降低蝕刻劑對第一電極之表面的破壞，進而提升有機電致發光裝置之畫素結構的信賴性。

第二隔離層114位於第一隔離層112上，且第二隔離層114具有一第三開口V3以暴露出第一開口V1中的第一電極M1並且暴露位於第二開口V2側壁的第一隔離層112。具體而言，第三開口V3的寬度W3實質上大於第二開口V2的寬度W2，以使得第三開口V3的側壁與第二開口V2的側壁之間相距一距離D。也就是說，第三開口V3的寬度W3，較佳地，實質上大於第一開口V1的寬度W1。在本實施例中，距離D約為2微米。於其它實施例中，第三開口V3的寬度W3亦可實質上等於第一開口V1的寬度W1。此外，第二隔離層114的厚度D₁₁₄例如約為3微米至5微米。另外，第二隔離層114包括一有機絕緣材料。有機絕緣材料包括聚亞醯氨(polyimide)、丙烯酸酯(acrylic)、聚醯胺(polyamide)、聚醯亞胺醯胺(polyimide amide)、光阻(resist)、苯環丁烯(benzocyclobutene)、矽氧烷聚合物(siloxane polymer)、其它合適的材料、上述至少兩者之堆疊層、或是上述至少二者之混合物層。

上述形成第三開口V3的方法可以是藉由黃光顯影製程、雷射剝離製程或是乾蝕刻等方式來圖案化有機絕緣材料。值得一提的是，在本實施例中，第一隔離層112可作為第二隔離層114進行乾蝕刻時的硬式罩幕(hard mask)。換言之，第一隔離層112之氧化物半導體材料可以不受到乾蝕刻劑的破壞，而影響有機電致發光裝置之畫素結構的信賴性。

在本實施例中，第一電極M1以及第一隔離層112例 如是具有親墨性質(或稱為親水性或疏油性)，而第二隔離層114例如是具有疏墨性質(或稱為疏水性或親油性)。因此，後續以噴墨印刷的方式形成有機發光材料層(未繪式)時，有機發光材料層之材料可順利地配置在第一電極M1上以及第二開口V2之第一隔離層112的側壁之間。

值得一提的是，第一隔離層112以及第二隔離層114除了可承載有機發光材料層116之外，上述兩者亦可遮蔽由側邊射出之漏光。具體而言，由有機發光材料層116出射之光線在穿過第一隔離層112以及第二隔離層114之後會被局部地吸收，因而可降低側邊漏光。

要說明的是，圖1、圖2A以及圖2B為構圖方便，未繪示配置於第二隔離層114上之膜層。因此，更詳細之說明請參照圖3A以及圖3B。圖3A為本發明之一實施例之畫素結構之主動元件的部份剖面示意圖，而圖3B為本發明之一實施例之有機電致發光裝置之畫素結構之發光區的剖面示意圖。

請參照圖3A以及圖3B，有機電致發光裝置之畫素結構100還包括一有機發光材料層116以及一第二電極M2才為完整的畫素結構。有機發光材料層116位於第三開口V3內。在本實施例中，有機發光材料層116位於第二開口V2所暴露之第一電極M1上，且有機發光材料層116與第一隔離層112的側壁以及部分之第二隔離層114的側壁接觸，並暴露出其餘部分之第二隔離層114的側壁。此外，有機發光材料層116可包括紅色有機發光圖案、綠色有機 發光圖案、藍色有機發光圖案、其他顏色有機發光圖案或上述發光圖案之組合。另外，有機發光材料層116可更包括電子運送層與電洞運送層其中至少一者，電子運送層可包括電子傳輸層與電子注入層其中至少一者，而電洞運送層可包括電洞傳輸層與電洞注入層其中至少一者(未繪示)。較佳地，同時包含有電子運送層與電洞運送層所述膜層。此外，依設計上需要，有機電致發光裝置可再選用其它膜層以提昇效率，前述之其他膜層可包括電子阻擋層、電洞阻擋層、增益層、微共振腔層、或其它合適的膜層、或上述之組合(例如：混合、堆疊等等)。由於上述之有機發光材料層116的詳細結構為所屬技術領域具通常知識者所習知，因此不再贅述。

第二電極M2位於第一電極M1上，且第二電極M2覆蓋有機發光材料層116以及第二隔離層114。要說明的是，第一電極M1或第二電極M2其中一者可透過開口V電性連接於至少一主動元件T2。本實施例僅以第一電極M1透過開口V電性連接於主動元件T2作為說明，但本發明不以此為限。

此外，第二電極M2可為圖案化之電極層或是未圖案化之電極層，其材質可為透明導電材料或是不透明之導電材料。透明導電材料可包括金屬氧化物，其例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、其他合適的氧化物或上述至少兩者之堆疊層。不透明導電材料可包括金屬、合金、金屬疊層、合金疊層、或 其他合適的遮光材質、或上述至少二者之疊層。

上述之第一電極M1、第二電極M2以及有機發光材料層116即構成有機發光元件(Organic Light-Emitting Device,OLED)OLED。一般來說，第一電極M1以及第二電極M2其中之一是作為有機發光元件OLED的陽極而另一是作為有機發光元件OLED的陰極。值得一提的是，若上述第一電極M1與第二電極M2兩者之材質皆採用透明導電材料，那麼所形成之有機電致發光裝置為雙面發光裝置。若第一電極M1與第二電極M2其中一者採用透明材料，那麼所形成的有機電致發光裝置可為單面發光的發光裝置(包括上發光或下發光的發光裝置)。

綜上所述，本發明藉由濕蝕刻的方式圖案化第一隔離層包括氧化物半導體材料作為範例時，可降低蝕刻劑對第一電極表面造成的的破壞，進而提升有機電致發光裝置之畫素結構的信賴性。此外，藉由噴墨印刷的方式形成第一隔離層可省去曝光、顯影等步驟，只需要進行對準、噴墨等步驟，且在噴墨印刷製程使用設備少、材料使用率高的情況下，可降低製造的時間及成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧有機電致發光裝置之畫素結構

112‧‧‧第一隔離層

114‧‧‧第二隔離層

116‧‧‧有機發光材料層

120‧‧‧保護層

S‧‧‧基板

SL‧‧‧掃描線

DL‧‧‧資料線

PL‧‧‧電源線

GE‧‧‧閘極

SE‧‧‧源極

DE‧‧‧汲極

CH‧‧‧通道層

GI‧‧‧閘絕緣層

M1‧‧‧第一電極

PV‧‧‧介電材料層

M2‧‧‧第二電極

V‧‧‧開口

V1‧‧‧第一開口

V2‧‧‧第二開口

V3‧‧‧第三開口

OLED‧‧‧有機發光元件

W1、W2、W3‧‧‧寬度

D₁₁₂、D₁₁₄‧‧‧厚度

D‧‧‧距離

A1‧‧‧主動元件區

A2‧‧‧發光區

T1、T2‧‧‧主動元件

C‧‧‧電容器

I-I’‧‧‧剖線

圖1為本發明之一實施例之有機電致發光裝置之局部的畫素結構的上視示意圖。

圖2A是對應圖1之主動元件的部份剖面示意圖。

圖2B是對應圖1之I-I’剖線的剖面示意圖。

圖3A為本發明之一實施例之畫素結構之主動元件的部份剖面示意圖。

圖3B為本發明之一實施例之有機電致發光裝置之畫素結構之發光區的剖面示意圖。

112‧‧‧第一隔離層

114‧‧‧第二隔離層

120‧‧‧保護層

S‧‧‧基板

GE‧‧‧閘極

SE‧‧‧源極

DE‧‧‧汲極

CH‧‧‧通道層

GI‧‧‧閘絕緣層

M1‧‧‧第一電極

PV‧‧‧介電材料層

V‧‧‧開口

V1‧‧‧第一開口

V2‧‧‧第二開口

V3‧‧‧第三開口

D₁₁₂、D₁₁₄‧‧‧厚度

T2‧‧‧主動元件

Claims (14)

1. 一種有機電致發光裝置之畫素結構，包括：一掃描線以及一資料線；至少一主動元件，與該掃描線以及該資料線電性連接；一第一電極；一介電材料層，位於該第一電極上，且該介電材料層具有一第一開口以暴露出該第一電極；一第一隔離層，位於該介電材料層上，其中該第一隔離層包括一氧化物半導體材料，且該第一隔離層具有一第二開口以暴露出該第一電極；一第二隔離層，位於該第一隔離層上，其中該第二隔離層具有一第三開口，以暴露出該第一開口中的該第一電極並且暴露位於該第二開口側壁的該第一隔離層；一有機發光材料層，位於該第三開口內；以及一第二電極，位於該有機發光材料層上，其中該第一電極或該第二電極其中一者電性連接於該至少一主動元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該第三開口的寬度大於該第二開口的寬度，以使得該第三開口的側壁與該第二開口的側壁之間相距一距離。
3. 如申請專利範圍第2項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該距離約為2微米。
4. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該第一隔離層覆蓋該第一開口側壁上的該介電材料層。
5. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該介電材料層的材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮氧化鋁或是上述至少二種的堆疊層。
6. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該氧化物半導體材料包括氧化銦鎵鋅、氧化鋅、氧化錫、氧化銦鋅、氧化鎵鋅、氧化銦鎵鎵、氧化鋁鋅、氧化鋅錫、氧化鎵錫、氧化銻錫、或氧化銦錫或是上述至少二種的堆疊層。
7. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該主動元件包括一閘極、一源極、一汲極以及一通道層，且該通道層包括一金屬氧化物半導體材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該第一隔離層之該氧化物半導體材料的片電阻值大於或等於該主動元件之該通道層的片電阻值。
9. 如申請專利範圍第8項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該第一隔離層之該氧化物半導體材料層的片電阻值大於1.1E9Ω/sq，該主動元件之該通道層的片電阻值大於1E9Ω/sq。
10. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，更包括一保護層覆蓋該主動元件，且該保護 層具有一開口，該第一電極或該第二電極其中一者透過該開口電性連接於該至少一主動元件。
11. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該第一隔離層的厚度為500~2000埃。
12. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該第二隔離層的厚度為3~5微米。
13. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該第二隔離層包括一有機絕緣材料。
14. 如申請專利範圍第1項所述之有機電致發光裝置之畫素結構，其中該第一電極以及該第一隔離層具有親墨性質，且該第二隔離層具有疏墨性質。