具有UV固化填料的有机发光二极管(OLED)显示装置的制作方法

具有uv固化填料的有机发光二极管(oled)显示装置
技术领域
1.本揭示内容涉及有机发光二极管(oled)显示装置的制造。


背景技术：

2.有机发光二极管(oled或有机led)，亦称为有机el(有机电致发光)二极管，是一种发光二极管(led)，其中发光性电致发光层是响应于电流而发光的有机化合物的膜。此有机层位于两个电极之间；通常，这些电极中的至少一个是透明的。oled用于在装置中产生数字显示，所述装置例如电视屏幕、电脑显示器、便携式系统(例如智能手表、智能手机、手持游戏机、pda和膝上型电脑)。
3.oled显示器可以采用无源矩阵(pmoled)或有源矩阵(amoled)控制方案来驱动。在pmoled方案中，显示器中的每一行(与列)都被一个接一个地依序控制，而amoled控制则使用薄膜晶体管背板直接到达及导通或关闭每个单独的像素，从而实现更快的响应、更高的分辨率和更大的显示尺寸。
4.与传统的lcd显示器相比，amoled显示器在高像素密度、出色的图像品质和薄型尺寸方面具有吸引力。amoled显示器是自发光装置，可以使用薄膜处理在薄而柔性的基板上制造，并且不需要lcd显示器中使用的背光。除了比lcd装置具有更高的电源效率外，amoled装置亦具有“仅在点亮时消耗功率”和“仅消耗与发光强度对应的所需功率”等特征。因此，amoled显示器已被视为用于电池供电的便携式产品的一种有吸引力的显示技术。


技术实现要素：

5.在一个方面中，一些实施方式提供一种有机发光二极管(oled)结构，包括：oled层堆叠；包含uv固化油墨的光提取层(lel)；和在lel和oled层堆叠之间的uv阻挡层。
6.实施方式可包含下列特征的一或更多特征。lel层的厚度可为至多5μm，并且uv阻挡层的厚度可为50-500nm。uv阻挡层可包括有机电荷传输分子。uv阻挡层可包括金属氧化物纳米粒子。金属氧化物纳米粒子可包括moo3、mno2、nio、wo3和alzno中的一种或多种。
7.oled结构可进一步包括基板、在基板上的具有阱结构阵列的介电层，其中每个阱结构包括倾斜的侧壁和底部，并且阱结构由平台隔开，并且lel至少部分填充阱。oled结构可进一步包括镜层，该镜层在介电层与oled层堆叠之间。
8.lel的顶表面与平台的顶表面可实质共面。lel的顶表面可突出到平台的顶表面之上。
9.在另一个方面中，一些实施方式提供一种有机发光二极管(oled)结构的制造方法，所述方法包括：在oled层堆叠上沉积uv阻挡层；在uv阻挡层上沉积uv可固化流体层；和用uv光将uv可固化流体层固化，以在uv阻挡层上形成光提取层(lel)。
10.沉积uv可固化流体层可包括从喷嘴喷射uv可固化流体的液滴。液滴可被喷射以至少部分地填充多个阱。沉积uv可固化流体层可包括：在每个阱中相继形成多个子层。形成多个子层的一个子层可包括：将uv可固化流体的一个或多个液滴喷射到阱中并在形成后续子
层之前固化流体。在阱中形成子层的步骤可包括：将uv可固化流体的单个液滴沉积到阱中。形成子层的步骤可包括：将uv可固化流体的多个单个液滴沉积到阱中。光提取层(lel)的厚度可至多为5μm，并且uv阻挡层的厚度可为50-500nm。
11.优点可以包括但不限于以下一项或多项。
12.可使用uv可固化油墨制造led装置中的一个或多个层，例如光提取层(lel)。这允许使用利用紫外线固化来沉积层的液滴喷射技术，这进而又可以允许以更高的生产量和/或更低的成本进行制造。
13.在附图与下面的说明中揭示本说明书所说明的主题的一或更多个方面的细节。其他方面、特征与优点将由说明书、附图和权利要求书而变得显而易见。
附图说明
14.图1a至图1b图示了具有折射率匹配材料的图案化/结构化光提取层的顶部发射oled像素的示意性截面图的实例。
15.图1c图示具有折射率匹配材料的图案化/结构化光提取层的顶部发射oled像素的阵列的示意性截面图的实例。
16.图2图示了顶部发射oled像素的示意性截面图的实例，此像素在图案化/结构化的光提取层下方具有uv阻挡层。
17.图3a至图3g图示了适合于uv阻挡层的有机材料的实例。
18.图4a和图4b图示了用uv可固化的墨滴填充oled结构。
19.在各图中，类似的附图标记指示类似的元件。
具体实施方式
20.oled是具有有机层堆叠的两端薄膜器件，有机层堆叠包括夹在两个电极之间的发光有机层。电极中的至少一个是透明的，因此允许发射的光透过。通常，封装层或钝化层覆盖oled堆叠。由于oled堆叠及其上的封装层或钝化层中的光学参数不匹配，因此可能会发生明显的效率损失。另外，在具有平面层堆叠的常规装置构造中，大量的光可能被支撑基板吸收或以低角度逃逸。
21.内部量子效率(iqe)量化转换的光子数与输入电子数的比，而外部量子效率(eqe)表示从输入电子数转换后的发射和提取的光子数的比。在此种情况下，即使iqe几乎是完美的，但eqe仍可能远非理想，因为大量的发射光会被捕获在oled显示器内部或沿水平方向(平行于基板)波导传播。在一个实例中，即使具有理想的iqe(例如，磷光材料的约为100％)，在具有常规装置配置的商业oled中亦只实现了约20％至25％的eqe。除了关于输出发射的光能损失以外，陷在内部的光亦可被波导传播到相邻像素，并且可以散射到正面视野中，从而导致“光泄漏”或“光学串扰”，并降低显示的清晰度和对比度。
22.参照图1a至图1c，此问题的一种解决方案是将oled堆叠形成为阱结构103，其沿着阱的倾斜侧壁103a的部分和底部103b具有镜子，并且以图案化光提取层108填充阱。在图1a和图1b中图示了顶部发射oled结构的实例。oled结构形成在支撑基板100上，支撑基板100可任选地在制造过程之后被去除。
23.可以通过设置在支撑基板100上方的介电像素限定层(pdl)111中的凹部来提供
阱。像素限定层(pdl)111可以在由一个或多个薄膜晶体管(tft)制成的像素驱动电路形成在基板100上之后形成。pdl 111可以是聚合物材料，例如可以通过沉积光刻胶材料层来形成。然后，将聚合物材料层选择性地图案化，以形成将提供阱的凹部。顶表面pdl提供了平台，此平台将装置内的各个oled子像素分开。
24.导电阳极101形成在阱结构103的底部103b处或形成在阱结构103下方。阳极101可以向上延伸到阱的倾斜侧壁103a的一部分。阳极101可以是银和/或另一种反射导电材料，或者可以是由涂覆有导电光学反射材料的导电非反射材料制成的。在一些实施方式中，阳极101具有足够的反射性以充当镜子。
25.阳极101可以在pdl 111之前被处理，并且可以在基板100上形成薄膜晶体管(tft)之后形成。例如，薄膜晶体管可以包括用于晶体管的栅极、漏极和源极区域的导电端子。在此，阳极101可以设置在tft上方，并且可以被布置成通过例如穿过介电层的导电通孔与tft的漏极电接触。
26.如在图1a和图1b中所图示，可以在沉积并图案化像素限定层(pdl)111之后形成阳极101。阳极101的一部分可以部分地或完全地沿倾斜侧壁103a向上延伸到pdl斜面的区域中(例如在区域101a中)。因此，阳极101与凹部的顶部(亦即平台的顶部)间隔开。结果，由阳极101提供的反射镜可以部分或完全地沿倾斜侧壁103a向上延伸。
27.或者，可以在pdl 111之前沉积阳极101。阳极101的一部分可以在像素限定层(pdl)111下方延伸。例如，阳极202可以仅沉积在平坦底部区域103b的区域中。在此种情况下，可以形成单独的镜层，该镜层覆盖阱的底部103b并且部分或完全地沿倾斜侧壁103a向上延伸。
28.假设阳极101形成在pdl 111上方，则可以在阳极101的一部分上方和pdl 111的暴露部分上方形成透明介电层102。介电层102中的孔将限定oled的发射区域。可以使用光刻胶类型的材料来形成介电层102。如图所示，介电层102可以在阱的底部103b的外边缘处和在倾斜侧壁103a上覆盖阳极101。但是此外，通常将介电层102到阱的底部103b中的延伸最小化。
29.在阳极101上方形成包括发光区107的oled层堆叠104。例如，在顶部发射oled堆叠中的oled层堆叠104可以包括电子注入层(eil)、电子传输层、空穴阻挡层、发光层(eml)、电子阻挡层(ebl)、空穴传输层(htl)和空穴注入层(hil)，然而这只是可能的一组层。oled堆叠104的最下层直接地或经由设置在阳极上的导电镜层与阳极101电接触。通过介电层102中的孔暴露的阳极101的区域上方的发光层(eml)的部分可以提供发光区107。
30.可以在oled堆叠104上方形成另一个透明电极106，例如阴极。oled堆叠104的顶层与阴极106电接触。透明电极106在的下方。
31.覆盖层(cpl)可以放置在阴极106的顶部上。cpl通常是类似于非eml oled层的有机材料。钝化层可以沉积在cpl层上。
32.电极106可以是覆盖整个显示器并连接到所有像素的连续层。相比之下，阳极101不被制成连续的，从而可以实现对每个oled的独立控制。这允许子像素控制；每个像素可以包括三个不同颜色的子像素，例如r、g和b。
33.在其中阳极101用作侧壁镜(例如，沿着pdl的斜面沉积)的实施方式中，可以通过将介电层102置于此种侧壁镜上来进一步控制发射区域。介电层102的范围可以改变。通常，
oled发射高度依赖于层厚度。介电层102允许抑制(在装置制造期间)形成在侧壁上的oled结构的发射，其中阱的底部和侧壁之间的厚度差可能导致发射特性不一致，包括发射光谱和色坐标。
34.oled结构还具有设置在阱结构103的凹入区域内的折射率匹配填充材料108。折射率匹配填充材料/层的顶表面108a可以是平坦的(参见图1a)或弯曲的/非平坦的(参见图1b)。经由适当的装置设计，通过在oled发射区和光提取层周围引入反射镜(经由凹面中的折射率匹配材料)，eqe可以比常规oled设计提高2-3倍。结果，可将便携式应用中的oled显示器的功耗降低相应的2到3倍，从而可以使用体积更小、重量更轻的可充电电池，并且充电时间比目前的移动装置所使用的更快，所述移动装置例如触控屏手机、平板电脑和膝上型电脑。同样的，具有高效率oled显示器的相同移动装置使用原始电池一次充电的电量可以运行更长的时间(例如略小于2-3倍)。此种高效像素架构的另一个好处是装置的使用寿命更长，因为像素将在较低的电流和电压下获得所需的亮度，从而导致较低的劣化现象。另一个好处是实现较高像素密度的技术可行性，因为较高的eqe可使较小的发射区域实现与以前相同的亮度。
35.然而，使用传统技术可能无法以商业上可行的价格制造新添加的光提取层(lel)。该增加的层要求附加的处理和相应的工具。特定而言，期望使用液滴喷射技术来沉积填充层，所述液滴喷射技术例如使用液滴喷射的3d打印技术。尽管不需(通常亦不会)包括色素沉着(pigmentation)，但要以液滴形式喷出的液体材料通常被称为“油墨”。
36.有望用于lel的一种填充“油墨”是一种溶液，该溶液包括有机金属分子或金属氧化物纳米粒子，具有或没有被有机连接单元钝化的表面(称为“mo油墨”，以下更详细地描述)。此种类型的填充油墨具有较高的固体载量(solid loading)(例如，可在浆液混合物中的固体/油墨体积形成比例较高)和可调的介电常数，从而潜在地使输出发射最大化。固化方法包括将填充油墨暴露于紫外线辐射以及在升高的温度下持续一段后退火时间。不幸的是，固化lel前驱物材料所需的紫外线照射剂量可能会对下面的oled结构有害。
37.为了解决由用于光提取层(lel)的折射率匹配材料的uv固化油墨引起的制造挑战，本揭示内容提出了在lel层下方引入uv阻挡层的解决方案，使得可以对图案化lel层应用uv可固化油墨，而不会损害其下面的oled堆叠的性能。有机和无机材料都可以用于紫外线阻挡层。
38.另外，可以提供适当的表面轮廓或疏水表面，表面轮廓或疏水表面使得制造期间未对准的墨滴能够经由重力和拱顶顶部的表面特性落回到阱中(如在下文中针对图4b详细讨论的)。这些技术可以结合或独立于沉积在oled堆叠上的uv阻挡层使用(如下文在图2中进一步详细讨论的)。
39.此外，利用本揭示内容的喷墨处理，可以形成具有折射率梯度的图案化lel层。具有多个涂覆步骤的喷墨印刷或狭缝模头涂覆，使具有梯度折射率且与覆盖玻璃(或单元上触摸配置的触摸面板)整合的图案化lel成为可能。
40.图1c图示了布置在基板100上的分层结构112中的oled像素的阵列110的截面图。
41.进一步参考图2，oled结构200a的截面图图示了在oled层104的顶表面104a和图案化lel层108之间的uv阻挡层202。除了下面讨论的以外，oled结构200a可以类似于参照图1a和1b讨论的oled结构100a和100b。oled结构200a形成在基板100上并且包括阱结构103的阵
列，每个阱结构103包括底部区域103b和侧壁区域103a。阱结构103被平台105隔开。如上所述，介电层102形成在pdl 111的斜面上并且延伸到底部区域103b的边缘区域，尽管延伸到凹陷底部区域中是可能的，但是通常被最小化。
42.阳极101形成在底部区域103b中并且可以部分地在侧壁103a上延伸。如上所述，阳极101可以是反射性的，或者可以是涂覆有导电光学反射材料的导电非反射材料。
43.更详细地，每个阱结构103的底部是基板100上方的底部平坦表面，其表示在薄膜晶体管(tft)电路处理期间形成的平坦顶部金属表面(例如，用于薄膜晶体管tft的源极和漏极电极的金属层)。可以在阳极101上方形成镜层101m。镜层101m可以使用银(ag)或其他反射金属。或者，阳极可以是沉积在导电或非导电反射层上的透明导电材料。例如，阳极101可以是沉积在反射镜层101m的顶部上的导电铟锡氧化物(ito)。对于oled的阳极，期望内部全反射。
44.在一些实施方式中，阳极限于底部区域103b。在一些实施方式中，阳极亦部分或完全地沿凹部的倾斜侧壁103a向上延伸。在一些实施方式中，镜层101m是延伸到凹部的倾斜侧壁103a上的导电反射金属。形成在初始阳极顶部的此种导电反射金属可在像素的底部/底部区域上形成潜在的新阳极。如上所述，可以沉积透明介电层102并对其进行图案化，以消除来自侧壁区域103a的光发射和电激发。
45.阴极106可以是未图案化且透明的连续层。在顶部发射配置中，光提取层(lel)108在uv阻挡层202的顶部，而uv阻挡层202在阴极106的顶部。在此种配置中，钝化层可以沉积在正好在阴极层106上方的覆盖层(cpl)层上。
46.例如，如图1a至图1c所示，lel层108设置在oled堆叠104和顶部阴极106上方。lel层108至少部分地填充每个阱。在一些实施方式中，lel层108a“过填充(overfill)”阱，从而形成凸出的顶表面109，顶表面109在平台105的顶表面上方突出。
47.在oled层堆叠104的顶表面104a和图案化lel 108之间的是uv阻挡层202。uv阻挡层202可以通过用于形成oled层的类似处理(例如物理气相沉积)形成，或者通过不同的处理(例如化学气相沉积)形成。uv阻挡层202亦可以通过涂覆方法形成，例如旋涂。uv阻挡层202在用于处理lel层108/108a的uv波长处具有强吸收(例如，至少90％至100％的吸收)。uv阻挡层202可以相对较薄，例如50至500nm厚。可以在下面找到用于uv阻挡层202的材料的实例。沉积紫外线阻挡层的所需处理可取决于所选的材料。通常，蒸发处理可能是有利的，因为溅射或化学气相沉积(cvd)可能会导致其他损坏装置的元素(例如溅射中的等离子体、cvd/pecvd中的污染物以及可能的等离子体)。
48.尽管可以在cpl层上沉积钝化层，但是在一些实施方式中，uv阻挡层亦可以用作钝化层，并且不需要cpl层上的单独的钝化层。在此种情况下，uv阻挡层可以用作用于潜在的湿式lel沉积的渗透阻挡层，所述潜在的湿式lel沉积例如喷墨印刷(ijp)。
49.有机和无机材料都可以用于紫外线阻挡层。可以用于紫外线阻挡层的有机材料的实例包括：n，n
′‑
双(3-甲基苯基)-n，n
′‑
二苯基联苯胺，tpd(3.18ev)；n，n
′‑
二(1-萘基)-n，n
′‑
二苯基-(1，1
′‑
联苯基)-4，4
′‑
二胺，npb(3.0ev)；n，n
′‑
双(菲-9-基)-n，n
′‑
双(苯基)-联苯胺，papb(或ppd)；4，7-二苯基-1，10-菲咯啉，bphen(3.0ev)；双(8-羟基-2-甲基喹啉)-(4-苯基苯氧基)铝，balq(3.0ev)，三-(8-羟基喹啉)铝，alq(2.8ev)；并四苯，c8h12(3.0ev)；4-苯基，4p(3.1ev)；6-苯基，6p(3.1ev)等(括号中的数字表示吸收边)。这些结构
的分子结构如图3所示。
50.在诸如有机发光二极管的有机薄膜装置领域中，此种类型的有机材料通常被称为电荷传输分子(空穴传输或电子传输)。可以通过分子结构工程将能隙调节至所需波长，同时保持材料的可加工性(例如，通过热沉积)。实例包括tpd、npb和papb(或ppd)。通过用-萘基基团或-并蒽基基团(-phnathrene group)取代-甲基苯基，可以有效地调节吸收带的开始。除了调节苯基基团，带隙工程亦可以通过用-oh或-cn基团取代苯环上的-h原子来实现。此种有机材料的另一个特征是高吸收系数。例如，由于其在紫外线吸收带之间的直接能隙类型，在此种类型的分子中经常会看到超过105cm-1
的吸收系数。在此吸收水平下，紫外线辐射强度可以用厚度为100nm的紫外线阻挡层衰减10倍，而用厚度为200nm的紫外线阻挡膜则衰减100倍。因此，这些材料是lel(105/105a)下方的紫外线阻挡层(202)的极佳候选材料。当选择具有包含不同数目的苯环的多个亚组的组合物(例如npb)时，可以在来自hg灯的整个uv辐射(从uv-1到uv-iii波段)上实现宽吸收。由于用于紫外线阻挡层的有机材料亦可以用于oled堆叠中的电荷传输层，因此可以使用相同的沉积工具。
51.紫外线阻挡层亦可以由另一种称为工程聚合物的有机分子形成。实例包括但不限于聚苯乙烯、聚碳酸酯、pmma及其衍生物。此类工程聚合物的吸收边缘接近3.1ev，可有效阻挡紫外线。
52.适用于紫外线阻挡层202的无机材料的实例包括moo3、mno2、nio、wo3、alzno和包含这些材料的合金氧化物。可以通过热或其他类型的物理沉积方法来制造这些膜，而不会损坏下面的oled装置。
53.如上所述的多层堆叠或共混形式的材料的组合亦可以用于紫外线吸收层202。紫外线阻挡层的厚度可以在50-500nm的范围内选择，其取决于紫外线阻挡层的吸收系数和lel油墨固化所需的紫外线剂量的衰减水平。
54.可以用具有相应的有机金属前驱物的油墨形成基于金属氧化物和/或有机金属化合物的lel层105/105a，此类油墨的实例包括zro、zroc、alo、aloc、tio、tioc、zno、znoc、以及混合形式的组合(在以下文本中表示为mo/moc油墨)。此类化合物的折射率高于oled堆叠中有机层的折射率。在形成的lel(亦即上面的金属-oc化合物)中保持一定量的碳原子可以实现lel和oled堆叠之间的折射率匹配。作为参考点，诸如zro或tio2的金属氧化物可以具有实质上高于目标值(例如n＝1.82)的折射率。随着碳(c)的量，n可以在从约2.2降至约1.8的范围内调节。
55.金属氧化物纳米粒子的固体载量通常在20-80％的范围内(例如，形成固体/油墨体积的百分比)。诸如异丙醇(ipa)的醇和诸如丙二醇甲醚乙酸酯(pgmea)的二醇醚可用作此类mo/moc油墨的溶剂。为了减少对下面的oled的损坏，可以在油墨制备过程中从溶剂中除去h2o分子。在低湿度下(例如在干燥的空气、n2或ar下)或在40-60℃范围的中等基板温度下印刷油墨亦可用于将下面oled的性能降低减至最小。在一个实例中，使用1-10pl的喷嘴头，可实现便携式显示产品的发射像素的滴量嘴头，可实现便携式显示产品的发射像素的滴量较大的喷嘴头可用于像素间距较大的台式和壁挂式显示器。理想的固体含量可以使用较小的喷嘴头且在每个停止点处具有多个墨滴而实现，或者使用较大的喷嘴头且每个阱具有单个墨滴而实现。通常使用喷嘴阵列来提高生产量，以实现大约1
分钟/基板的批量生产节拍时间。
56.例如，在紫外线阻挡层上的lel形成过程包括印刷过程、溶剂去除和在中等温度(50-100℃)下短暂时间(几分钟)的预干燥过程。在受控环境下并在降低的压力下在腔室中进行预烘烤可以减少处理时间。然后，干燥的lel阵列可以经受紫外线照射，以的剂量进行交联。最后的固化过程在升高的温度下进行(例如，在70-130℃下进行5-30分钟)。
57.参照图4a，在3d印刷处理中，可以通过依次沉积和固化多个子层来形成lel层108，其中子层的堆叠提供lel层108。一个子层可以对应于印刷头400的单次扫描和从印刷头喷射的液滴402的固化。在一些实施方式中，对于每个阱，可以用多滴油墨形成lel的一个子层。或者，对于给定的阱，lel层108内的每个子层可以形成为每个子层具有单个液滴；由于表面张力，液滴会散开以覆盖阱的宽度。在一些实施方式中，阱被填充用于lel的液体前驱物，并且整个阱被一起固化，而不是逐子层固化。
58.利用本揭示内容的喷墨处理，可以形成图案化的lel层，其在折射率上具有从顶部到底部的梯度。特定而言，具有多个涂覆步骤的喷墨印刷或狭缝模头涂覆使具有梯度折射率且与覆盖玻璃(或单元上触摸配置的触摸面板)整合的图案化lel成为可能。连续的扫描中的液滴可以使用折射率比之前的扫描连续降低的油墨(通过增加c/o比率，或通过使用具有不同折射率的多种金属更改mo组成)。滴墨在接收的mo/moc膜上的润湿效果可用于进一步调整梯度轮廓。最终可以形成图案化的lel阵列，其折射率与oled堆叠的折射率匹配(折射率约为1.75至1.82)，并且lel顶表面的折射率与保护玻璃匹配(例如，康宁(corning)品牌的大猩猩玻璃(gorilla glass)，折射率约为1.52，用在许多的手机中)。例如，梯度折射率的截面轮廓可以通过油墨性质和详细印刷条件来控制。因此，使用专用设计，可以针对不同的应用实现期望的视角依赖性。例如，对于监视器和壁挂式大尺寸电视，较大的视角是优选的。对于商用飞机中的娱乐显示器，优选是窄视角。对于手掌大小的手机，最好采用在正视方向具有强发射强度的适中视角，其优化的正视性能延长每次电池充电的操作时间。
59.如本文所用，用词“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，并且不应被解释为比本文所揭示的其他配置更佳或有利。
60.如本文中所使用的，用词“约”和“大约”旨在涵盖可能存在于值的范围的上限和下限中的变化，诸如性质、参数和尺寸的变化。在一个非限制性实例中，用词“约”和“大约”是指正负10％或更少。
61.已经通过实例的方式说明了上述特定实施方式，并且应当理解，这些实施方式可允许各种修改和替代形式。亦应当理解，权利要求并不旨在限于所揭示的特定形式，而是覆盖落入本揭示内容的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。