專利名稱：有機發光元件及其制造方法
技術領域：
各方面涉及具有光電二極管的有機發光元件及其制造方法，其中該光電二極 管中形成有低濃度P摻雜區。
背景技術：
有機發光元件是具有自發光性能的下一代顯示裝置。與液晶顯示裝置
(LCD)相比，有機發光元件在諸如視角、對比度、響應時間、能耗等方面 具有卓越的物理性能。
有機發光元件包括具有陽極、有機薄膜層和陰極的有機發光二級管。有 機發光元件的類型包括無源矩陣型，其中有機發光二極管以矩陣模式連接 在掃描線和信號線之間以構成像素；以及有源矩陣型，其中各個像素的操作 由起開關作用的薄膜晶體管(TFT)來控制。
然而，常規有機發光元件存在如下一些問題由于發出光的有機薄膜層 是由有機材料制成的，因此薄膜品質和發光性能會隨著時間的推移而惡化， 這會導致光的亮度降低。而且，有機發光裝置的對比度可能會由于外部入射 光被反射而變差。
發明內容
因此，本發明的各方面提供一種具有光電二極管的有機發光元件及其制 造方法，該有機發光元件根據從外部入射的光的數量控制所發出光的亮度。
本發明的各方面還提供一種能夠提高光電二極管的光檢測效率的有機 發光元件及其制造方法。
本發明的各方面還通過在光電二極管中形成低濃度P摻雜區來提高光
電二極管的電流效率。
另外，本發明的各方面還提供彼此并聯的光電二極管以提高光檢測效率。
根據本發明的實施例，提供一種有機發光元件，該有機發光元件包括 形成于基板上的有機發光二極管，其連接至具有柵極、源極和漏極的晶體管， 并包括第一電極、有機薄膜層和第二電極；形成于所述基板上的光電二極管， 其包括具有高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜區、本征區和高濃度N摻雜區 的半導體層；以及控制器，其通過根據從所述光電二極管輸出的電壓控制施 加到所述第一電極和第二電極的電壓，來將所述有機發光二極管所發出的光 的亮度控制在恒定的水平。
根據本發明的實施例，提供一種制造有機發光元件的方法，該方法包括 在基板上或者形成于所述基板上的緩沖層上形成第一半導體層和第二半導 體層；通過在所述第一半導體層中形成高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜區、 本征區和高濃度N摻雜區來形成光電二極管；通過在所述第二半導體層中 形成源區、漏區和溝道區并形成與所述溝道區絕緣的^f冊極來形成晶體管；以 及形成電連接至所述晶體管的有機發光二極管。
根據本發明的實施例，提供一種制造有機發光元件的方法，該方法包括 在基板上形成緩沖層；在所述緩沖層上形成第一半導體層和第二半導體層； 在所述第一半導體層中形成具有高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜區、本征區 和高濃度N摻雜區的光電二極管，并在所述第二半導體層中形成源區、漏 區和溝道區；在包括所述第一和第二半導體層在內的整個表面上形成柵極絕 緣體，并在形成于溝道區上的柵極絕緣體上形成柵極；在包括所述柵極在內 的整個表面上形成層間絕緣體，并在所述層間絕緣體和所述柵極絕緣體上制 成圖樣以形成接觸孔從而露出所述源區和漏區；形成通過所述接觸孔連接至 所述源區和漏區的源極和漏極；在所述整個表面上形成保護層，在所述保護 層中形成通孔以露出所述源極或所述漏極的預定區域，并形成通過所述通孔 連接至所述源極或所述漏極的第一電極；形成像素限定層以露出所述第一電
極的部分區域，并在所露出的第一電極上形成有機薄膜層；以及在包括所述 機薄膜層的所述像素限定層上形成陰極。
本發明并不限于上述各方面和實施例，因此其它方面和實施例，除非此 處另外明確指出，可以通過下面的描述而對于本領域技術人員變得易于理解。
本發明的另外方面和/或優勢將在下文的描述中被部分地闡述，而且將 通過描述而部分地顯而易見，或者可通過本發明的實踐而獲悉。
通過下文結合附圖對實施例的描述，本發明的這些和/或其它方面和優
勢將變得明顯且更易于理解。其中
圖1是示出具有薄膜晶體管的常規有機發光元件的剖面示意圖2是示出根據本發明各方面的具有光電二極管的有機發光元件的剖
面示意圖3A是示出根據本發明一實施例的光電二極管的半導體層的示意圖； 圖3B是示出根據本發明另 一實施例的具有并聯結構的光電二極管的示 意圖；以及
圖4A至圖4G是示出根據本發明的有機發光元件的制造方法的視圖。
具體實施例方式
現在將對本發明的各實施例進行詳細的描述，其中將參照附圖對本發明 的示例進行說明，而且全文中相同的附圖標記表示相同的元件。在下文中將 對各實施例進行描述，從而參照附圖來對本發明進行說明。
這里，可以理解的是，此處表達的第一層"形成于，'或"設置于，，第二 層，可以是第一層直接形成于或設置于第二層，或者是在第一層和第二層之 間存在有中間層。進一步，如這里所使用的那樣，術語"形成于"與"位于" 或"設置于"的意思一樣，并不是要限定于任何特定的制作過程。
常規有機發光元件的發光層存在隨著時間的推移發光層產生的光的亮 度會減小的問題，這是因為，構成發光層的有機材料的薄膜品質以及發光性 能會隨著時間的推移而惡化。為了解決以上問題和/或其它問題，本發明的 發明人發現了 一種利用光電二極管檢測外部的入射光或內部發出的光，從而 將發出的光的亮度控制在恒定水平的方法。然而，因為隨著顯示裝置的尺寸 及厚度的減小，光電二極管的尺寸會變小，因此顯示裝置的光檢測區域和效 率可能會減小。
根據本發明的各方面，在光從外部入射進來且允許光入射到光電二極管 時，通過反射透過光電二極管傳輸的光和指向基板的光，提高了光檢測效率。 圖1是示出具有薄膜晶體管的普通有機發光元件的剖面示意圖。緩沖層
11形成于基板10上，具有源區12a、漏區12b和溝道區12c的半導體層12 形成于緩沖層11上。利用柵極絕緣體13與半導體層12絕緣的柵極14形成 于半導體層12的上方，而層間絕緣體15形成于包括柵極14在內的整個上 表面上。在層間絕緣體15中形成有接觸孔，以露出源區12a和漏區12b。源 極16a和漏極16b形成于層間絕緣體15上，并通過接觸孔連接至源區12a 和漏區12b。保護層(overcoat) 17形成于包括源極16a和漏極16b在內的 整個上表面。在保護層17中形成有通孔，以露出源極16a或漏極16b。陽極 18和像素限定層19形成于保護層17上，其中陽極18通過所述通孔連接至 源極16a或漏極16b，而像素限定層19露出陽極18的預定區域以限定發光 區域。有機薄膜層20和陰極21形成于陽極18上。
如上所述，包括陽極18、有機薄膜層20和陰極21的有機發光元件由 于存在能量間隙而發光。在向陽極18和陰極21施加預定電壓時，通過陰極 2注入的電子與通過陽極18注入的空穴在有機薄膜層20中復合，從而使 有機發光元件發光。
如圖1所示的有機發光元件存在的問題在于，由于有機薄膜層20是由 有機材料制成的，因此有機發光元件的薄膜品質和發光性能會隨著時間的推 移而變差。圖2是示出根據本發明各方面的具有光電二極管的有機發光元件的剖
面圖。反射膜110形成于基板100的預定區域。反射膜110形成于與發光區 域鄰近的非發光區域，并且由至少一種諸如Ag、 Mo、 Ti、 Al或Ni之類的 金屬制成。緩沖層120形成于基板IOO的包括反射膜IIO在內的整個表面上。 具有高濃度P摻雜區131a、低濃度P摻雜區131b、高濃度N摻雜區132和 本征區133的第一半導體層130a形成于在反射膜IIO上形成的緩沖層120 上。具有源區134、漏區135和溝道區136的第二半導體層130b與第一半 導體層130a相鄰地形成于緩沖層120上。通過柵極絕緣體140與第二半導 體層130b絕緣的柵極150形成于第二半導體層130b上方。層間絕緣體160 形成于包括柵極150在內的整個上表面上，在層間絕緣體160中形成有接觸 孔，以露出源區134和漏區135。源極170a和漏極170b形成于層間絕緣體 160上，并通過所述接觸孔連接至源區134和漏區135。保護層180形成于 包括源極170a和漏極170b在內的整個上表面上，在保護層180中形成有通 孔，以露出源極170a或漏極170b。在保護層180上形成有第一電極l卯(通 常為陽極)，該第一電極190通過所述通孔連接至源極170a或漏極170b。 像素限定層200露出第一電極190的預定區域以限定發光區域。有機薄膜層 210和第二電極220 (通常為陰極)形成于第一電極190上。有機薄膜層210 由如下結構構成，其中該結構包括制成薄片狀的空穴傳輸層、有機發光層和 電子傳輸層，還可以進一步包括空穴注入層和電子注入層。
如上所述，在第一電極l卯為陽極且第二電極220為陰極的情況下，如 果將預定電壓施加到第一電極190以及第二電極220上，則通過第二電極 220注入的電子與通過第一電極190注入的空穴在有機薄膜層210中復合， 然后，有機發光二極管400由于該過程中產生的能量間隙而發光。可以理解 的是，有機發光二極管400并不僅限于這種結構，而且陽極和陰極的位置可 以顛倒。如果在如上所述發出所產生的光的同時，光從外部光源入射到有機 發光元件上，則由包括高濃度P摻雜區131a、低濃度P摻雜區131b、高濃 度N摻雜區132以及本征區133的第一半導體層130a所形成的光電二極管300檢測外部入射的光，以根據光的數量生成電信號。
光電二極管300是將光信號轉換成電信號的半導體元件。因此，如果在 反向偏壓狀態下，也就是說，在負(-)電壓施加到高濃度P^^雜區131a且 正(+ )電壓施加到高濃度N摻雜區132的情況下，光入射到光電二極管上， 那么由于電子和空穴沿本征區133上形成的耗盡區移動，使得電流在光電二 極管中流動。從而，光電二極管300輸出與光的數量成比例的電壓。控制器 接收由光電二極管300輸出的電壓，并控制施加到發光二極管400上的電壓。 從而，根據外部入射的光的數量所發出的光的亮度可以通過根據光電二極管 300輸出的電壓控制施加到發光二極管400的第一電極190和第二電極220 上的電壓來控制。
現在如圖3A所示詳細描述第一半導體層130a。如上所述，根據本發明 的各方面，從外部入射的光和透過光電二極管300傳輸或指向基板100的光 由反射膜110進行反射，然后所反射的光入射在光電二極管300上，從而提 高了光檢測效率。
通常，形成光電二極管300的第一半導體層130a由多晶硅構成。因此， 由于第一半導體層130a通常形成的厚度很薄，大約為500A,所以很難確保 足夠的光檢測效率。而且，由于為了適應顯示裝置的尺寸和厚度的減小而將 光電二極管制作的比較小，所以具有光電二極管300的顯示裝置的光檢測效 率可能由此變得更差。然而，由于反射膜IIO的存在提高了光檢測效率，因 此使得減小光電二極管300的尺寸成為可能。
常規地，'光電二極管的半導體層由高濃度P摻雜區、本征區和高濃度N
摻雜區構成。在具有這種一般PIN結構的常規光電二極管情況下，電子空穴
對主要在作為該半導體層中心區的本征區中產生。由于空穴與其它電子更快
復合的可能性較大，所以與電子相比，空穴的移動相對較慢且壽命相對較短。
電流向空穴流動。根據本發明的各方面，與具有對稱PIN結構的光電二極管
的情況相比，如果在本征區和高濃度P摻雜區之間設置有低濃度P摻雜區，
使得生成電子空穴對的點移向低濃度P摻雜區，則更多的空穴能夠向電極移 動而不會被復合。因此，由于空穴的平均壽命被延長，因此在相同的入射光 條件下可能提供更大的電流。
如果通過筒單地加寬高濃度P摻雜區，與本征區 一起形成光電二極管來 吸收入射光，那么空穴的壽命將更短，這是因為當空穴穿過高濃度P摻雜區 時，空穴將與摻雜物發生碰撞。為了解決上述問題，根據本發明各方面，形 成低濃度P摻雜區而不是加寬高濃度P摻雜區。
圖3A是示出根據本發明一實施例的光電二極管300的第一半導體層 130a的示意圖。如圖3A所示，根據本發明一實施例的光電二極管300由第 一半導體層130a構成，該第一半導體層130a包括高濃度P摻雜區131a、低 濃度P摻雜區131b、高濃度N摻雜區132以及本征區133。
高濃度P摻雜區131a和低濃度P摻雜區131b形成于本征區133的一側， 而高濃度N摻雜區132形成于本征區133的另一側。因此，光電二極管300 具有關于本征區133中心的不對稱結構。由于電子空穴對主要在低濃度P摻 雜區131b形成，所以空穴的壽命被延長。因此，與具有對稱PIN結構的常 規光電二極管相比，在相同的入射光條件下可能提供更大的電流。
圖3B是示出根據本發明另一實施例的具有并聯結構的光電二極管300 的示意圖。如圖3B所示，通過將多個第一半導體層130c和130d并聯連接 至具有高濃度P摻雜區131a、低濃度P摻雜區131b、高濃度N摻雜區132 和本征區133的第一半導體層130a，來形成光電二極管300，其中第一半導 體層130c、 130d的結構與第一半導體層130a的結構相同。
如上所述，通過并聯形成第一半導體層130a、 130c和130d，能夠提高 光電二才及管300的光^:測效率。
下面，將參考圖4A至圖4G詳細描述根據本發明一實施例的有機發光 元件的制造方法。
參見圖4A,通過利用濺射工藝等將一種或多種諸如Ag、 Mo、 Ti、 Al 或Ni之類的金屬沉積到基板100上，接著使用預定的掩模通過曝光和顯影 工藝在基板100上制成圖樣，從而在預定區域形成反射膜110。將形成反射
膜110的金屬沉積合適的厚度，例如，100至5,000A的厚度，以反射到達 反射膜110的光。
參見圖4B,在基板100的包括反射膜110在內的整個表面上依次形成 緩沖層120和半導體層，然后在半導體層上制成圖樣，以在反射膜110上方 設置第一半導體層130a,并在與反射膜IIO鄰近的緩沖層120的區域上設置 第二半導體層130b。緩沖層120可以由絕緣體制成，例如，由二氧化硅(Si02) 薄膜或氮化硅(SiNx)薄膜制成，并防止由于加熱對基板IOO造成損害。半 導體層由非晶硅或多晶硅制成。例如，如果使用非晶硅，則通過熱處理使非
晶硅結晶。利用N型和P型摻雜離子注入工藝在第一半導體層130a中形成 高濃度P摻雜區131a、低濃度P摻雜區131b、高濃度N摻雜區132以及本 征區133,從而制成光電二極管300。
參見圖4C,在第二半導體層130b中形成源區134和漏區135以及設置 于源區134和漏區135之間的溝道區136, 乂人而制成晶體管。
參見圖4D,在圖4C中所形成的包括第一半導體層130a和第二半導體 層130b在內的結構的整個表面上形成柵極絕緣體140，然后在柵極絕緣體 140位于溝道區136上的部分上形成柵極150。
參見圖4E,在圖4D中所形成的包括柵極150在內的結構的整個表面上 形成層間絕緣體160。然后在層間絕緣體160和柵極絕緣體140上制成圖樣 以形成接觸孔，從而露出第二半導體層130b的源區134和漏區135。通過 該才妾觸孔將源極170a和漏極170b連4妾至源區134和漏區135。
參見圖4F,在圖4E中所形成的結構的整個表面上形成保護層180,以 制成平坦表面。然后在保護層180中形成通孔，以露出源才及170a或漏才及170b 的預定區域。通過所述通孔將陽極190連接至源極170a或漏才及170b。在保 護層180上形成像素限定層200以露出陽極190的區域，然后在陽極190的 露出區域形成有機薄膜層210。有機薄膜層210可以包括成薄片狀的空穴傳 輸層、有機發光層以及電子傳輸層，還可以進一步包括空穴注入層和電子注 入層。參見圖4G,在包括有機薄膜層210在內的像素限定層200上形成陰極 220，以制成具有陽極190、有機薄膜層210以及陰極220的有機發光二極 管400。
在所述示例性實施例中，反射膜110可以具有比第一半導體層130a更 寬的區域，從而有效地對指向基板100的光進行反射。同樣，雖然所述實施 例描述了將光電二極管設置為能夠檢測從外面入射的光的情況，但本發明并 不僅限于此。例如，光電二極管300可以設置為能夠檢測從有機發光元件內 部發出的光并控制施加在有機發光二極管的陽極190和陰極220上的電壓。 同樣，有機發光元件可以設置為利用光電二極管300與觸控板一起操作。
雖然已經對本發明的 一些實施例進行了顯示和描述，但本領域技術人員 應認識到的是，在不偏離本發明的原理和精神的情況下可對所示實施例進行 改變，而本發明的范圍是由權利要求及其等同物所限定的。
權利要求
1、一種有機發光元件，包括有機發光二極管；光電二極管，其包括具有高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜區、本征區和高濃度N摻雜區的半導體層；以及控制器，其通過根據從所述光電二極管輸出的電壓控制施加到所述有機發光二極管的電壓，來將所述有機發光二極管所發出的光的亮度控制在恒定的水平。
2、 根據權利要求1所述的有機發光元件，其中所述有機發光二極管包 括第一電極、有機薄膜層和第二電極。
3、 根據權利要求1所述的有機發光元件，其中所述有機發光二極管被 連接至具有柵極、源極和漏極的晶體管。
4、 根據權利要求1所述的有機發光元件，其中所述光電二極管的低濃 度P摻雜區位于所述高濃度P摻雜區與所述本征區之間，以使所述光電二極 管具有不對稱結構，從而與具有對稱結構的光電二極管相比，對光進行響應 所產生電子空穴對的點移向所述低濃度P摻雜區，并且所產生空穴的平均壽 命被延長。
5、 根據權利要求1所述的有機發光元件，進一步包括反射膜，該反射
6、 根據權利要求1所述的有機發光元件，進一步包括反射膜，該反射
7、 根據權利要求5所述的有機發光元件，其中所述反射膜由從包含Ag、 Mo、 Ti、 Al和Ni的組中選擇的至少一種金屬制成。
8、 根據權利要求5所述的有機發光元件，其中所述反射膜的厚度為100 至5,000A。
9、 根據權利要求1所述的有機發光元件，其中所述光電二極管包括多 個彼此并聯的半導體層，且每個半導體層均具有高濃度P摻雜區、低濃度P 摻雜區、本征區和高濃度N^^雜區。
10、 一種制造有機發光元件的方法，該方法包括在基板上或者形成于所述基板上的緩沖層上形成第一半導體層和第二 半導體層；通過在所述第一半導體層中形成高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜區、本 征區和高濃度N摻雜區來形成光電二極管；通過在所述第二半導體層中形成源區、漏區和溝道區并通過形成與所述 溝道區絕緣的柵極來形成晶體管；以及形成電連接至所述晶體管的有機發光二極管。
11、 根據權利要求10所述的制造有機發光元件的方法，進一步包括在所述基板上形成反射膜，其中所述反射膜設置為將從所述有機發光元件外部 入射的光反射至所述光電二極管。
12、 根據權利要求11所述的制造有機發光元件的方法，其中所述反射膜由從包含Ag、 Mo、 Ti、 Al和Ni的組中選擇的至少一種金屬制成。
13、 根據權利要求11所述的制造有機發光元件的方法，其中所述反射膜形成的厚度為100至5000A。
14、 根據權利要求10所述的制造有機發光元件的方法，其中所述光電二極管的低濃度P摻雜區位于所述高濃度P摻雜區與所述本征區之間，而所 述高濃度N摻雜區形成于所述本征區的與所述低濃度P摻雜區相對的側上。
15、 一種制造有機發光元件的方法，該方法包括在基板上或形成于所述基板上的緩沖層上形成第二半導體層和多個第 一半導體層；通過在各個第一半導體層中形成高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜區、本 征區和高濃度N摻雜區并將所述多個第一半導體層并聯來形成光電二極管； 通過在所述第二半導體層中形成源區、漏區和溝道區并形成與所述溝道 區絕緣的柵極來形成晶體管；以及形成電連接至所述晶體管的有機發光二極管。
16、 一種制造有機發光元件的方法，該方法包括 在基板上形成緩沖層；在所述緩沖層上形成第一半導體層和第二半導體層；在所述第一半導體層中形成具有高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜區、本 征區和高濃度N摻雜區的光電二極管，并在所述第二半導體層中形成源區、 漏區和溝道區；在包括所述第一半導體層和第二半導體層在內的整個表面上形成柵極 絕緣體，并在形成于所述溝道區上的柵極絕緣體上形成柵極；在包括所述柵極在內的整個表面上形成層間絕緣體，并在所述層間絕緣 體和所述柵極絕緣體上制成圖樣以形成接觸孔，從而露出所述源區和所述漏區；形成通過所述接觸孔連接至所述源區和所述漏區的源極和漏極； 在所述整個表面上形成保護層，在所述保護層中形成通孔以露出所述源極或漏極的預定區域，并形成通過所述通孔連接至所述源極或所述漏極的第一電極；形成像素限定層以露出所述第一電極的部分區域，并在所露出的第一電 極上形成有機薄膜層；以及在包括所述機薄膜層的所述像素限定層上形成陰極。
17、 根據權利要求16所述的制造有機發光元件的方法，進一步包括在 所述基板上形成反射膜，其中所述反射膜設置為將從所述有機發光元件外部 入射的光反射至所述光電二極管。
18、 根據權利要求17所述的制造有機發光元件的方法，其中所述反射 膜由從包含Ag、 Mo、 Ti、 Al和Ni的組中選擇的至少一種金屬制成。
19、 根據權利要求17所述的制造有機發光元件的方法，其中所述反射 膜形成的厚度為100至5000A。
20、根據權利要求16所述的制造有機發光元件的方法，其中所述形成 光電二極管的步驟包括形成多個第一半導體層，并將所述多個第一半導體 層彼此并聯，其中每個第一半導體層均具有高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜 區、本征區和高濃度N摻雜區。
全文摘要
本發明公開一種有機發光元件及其制造方法。該有機發光元件包括形成于基板上的有機發光二極管，其連接至具有柵極、源極和漏極的晶體管，并包括第一電極、有機薄膜層和第二電極；形成于基板上的光電二極管，其包括具有高濃度P摻雜區、低濃度P摻雜區、高濃度N摻雜區和本征區的半導體層；以及控制器，其通過根據從所述光電二極管輸出的電壓控制施加到第一電極和第二電極的電壓，來將有機發光二極管所發出光的亮度控制在恒定的水平。
文檔編號H01L51/50GK101339953SQ20081011124
公開日2009年1月7日 申請日期2008年6月5日 優先權日2007年7月4日
發明者崔炳悳, 樸惠香, 李侖揆, 林基主 申請人:三星Sdi株式會社