一种阶梯式阳极结构及其制造方法与流程

1.本发明涉及oled器件技术领域，尤其涉及一种搭配阶梯式阳极的oled器件结构，可用于高分辨率以及高亮度的彩色或者单色显示的oled器件结构。


背景技术：

2.显示技术的日新月异，oled(有机电致发光)技术已经得到广泛的应用，与传统的amoled显示技术相比，micro-oled在vr和ar领域得到广泛的应用，目前主流的vr和ar产品均采用的micro-oled显示屏。
3.由于微显示的特殊应用场景，要求显示屏具有更高的分辨率，随着屏幕分辨的增加，则像素的尺寸以及像素的间距越来越小。特别是对于彩色显示，依靠传统的fmm技术很难实现高分辨率屏体制作。目前实现高分辨率并且彩色化显示主要通过白光oled搭配彩色滤光片的形式实现，该方法中oled发光透过彩色滤光片后会损失50％以上的光，产品难以实现较高的亮度显示。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是实现一种阶梯式阳极结构和器件结构，搭配阶梯式阳极可以实现非彩膜的全彩化显示，也可以实现高亮的单色显示。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种阶梯式阳极结构，阳极结构的基材具有向内凹陷的四层阶梯结构，所述底层凹陷底部设有阳极反射层，所述阳极反射层上设有阳极层(阳极ito)，所述阳极层上设有凸出至第二层凹陷内的第一器件区，所述第二层凹陷内设有围绕第一器件区设置的环形第一pad区，所述第一pad区和第一器件区上设有第一电极层，所述第一电极层上设有凸出至第三层凹陷内的第二器件区，所述第三层凹陷内设有围绕第二器件区设置的环形第二pad区，所述第二pad区和第二器件区上设有第二电极层，所述第二电极层上设有凸出至顶层凹陷内的第三器件区，所述顶层凹陷内设有围绕第三器件区设置的环形第三pad区，所述第三pad区和第三器件区上设有第三电极层。
6.所述第一器件区、第二器件区、第三器件区为相同或不同颜色的发光器件结构。
7.所述第一器件区为红色发光器件结构，所述第一器件区依次由空穴注入层、空穴传输层、红色发光层、电子传输层、电子注入层和第一阴极层叠构成，所述第一器件区的厚度为20-25nm。
8.所述第二器件区为绿色发光器件结构，所述第二器件区依次由空穴注入层、空穴传输层、绿色发光层、电子传输层、电子注入层和第二阴极层叠构成，所述第二器件区的厚度为15-20nm。
9.所述第三器件区为蓝色发光器件结构，所述第二器件区依次由空穴注入层、空穴传输层、蓝色发光层、电子传输层、电子注入层和第二阴极层叠构成，所述第二器件区的厚度为10-15nm。
10.所述第一电极层、第二电极层、第三电极层均为透明金属氧化物材料，厚度均为
40nm-60nm；
11.所述第一器件区的厚度为l1，所述第二器件区的厚度为l2，所述第三器件区的厚度为l3，所述底层凹陷的宽度为d1，所述第二层凹陷的宽度为d2，所述第三层凹陷的宽度为d3，所述顶层凹陷的宽度为d4；
12.其中d1＝l1；d2＝l1+2l2；d3＝l1+2l2+2l3；d4＝l1+2l2+2l3+2l4。
13.所述阳极反射层、第一pad区、第二pad区、第三pad区均通过基材上的通孔连接独立的供电线路并依次定义为t1、t2、t3、t4；
14.若点亮第一器件区，则t1和t2加电压,t3和t4断开；
15.若点亮第二器件区，则t2和t3加电压,t1和t4断开；
16.若点亮第三器件区，则t3和t4加电压,t1和t2断开；
17.若点亮全部器件区，则t1、t2、t3和t4均加电压。
18.所述阶梯结构为单侧阶梯结构，或回字形阶梯结构。
19.一种阶梯式阳极结构制造方法，包括以下步骤：
20.步骤1、在硅基材上制作台阶；
21.步骤2、在每个台阶上硅通孔并沉积导电层，通孔中通过电镀工艺使导电层与底层控制电路分别相连；
22.步骤3、每个台阶内制作金属电极和pad。
23.所述步骤1中包括以下步骤：
24.1)涂胶：在硅基材上表面涂覆正性光刻胶；
25.2)曝光和显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案；
26.3)刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶；
27.4)去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第一台阶；
28.5)二次涂胶：在已经形成的第一台阶区的硅基材上表面涂覆正性光刻胶；
29.6)二次曝光和显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案；
30.7)二次刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶；
31.8)二次去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第二台阶；
32.9)三次涂胶：在已经形成的第一台阶区和第二台阶区的硅基材上表面涂覆正性光刻胶；
33.10)三次曝光和显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案；
34.11)三次刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶；
35.12)三次去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第三台阶。
36.本发明器件结构具有以下优点：
37.1、可在单个像素区域实现红、绿、蓝、白四种颜色的变化，相比较现有硅基micro-oled全彩化方案中白光+彩膜技术，本方案可以直接省去其中的彩膜工艺，减少了彩膜造成器件的亮度损失；
38.2、使用透明金属氧化物izo作为中间的电极层，即可作为第一器件的阴极，亦可作
为第二器件的阳极，各中间电极层可以单独控制和选择输入电信号和不输入电信号，从而使整个oled器件的三个器件区即可以是独立控制的oled器件，也可以是作为一个整体oled器件；
39.3、根据不同的产品需求可以设计出不同的器件结构，比如：彩色产品三个器件区分别设计为红，绿，蓝三种器件；单色产品三个器件区可以设计为同一种颜色独立的器件或者是整体的器件，如果是独立的器件，相当于一个像素区有3个器件同时发光，器件的亮度就会提高原来的2-3倍。
附图说明
40.下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
41.图1为阶梯式阳极结构示意图；
42.图2为第一器件结构示意图；
43.图3为第二器件结构示意图；
44.图4为第三器件结构示意图；
45.图5为凹陷结构意图；
46.图6为阶梯式阳极结构工作原理图；
47.图7为阶梯式阳极结构控制示意图；
48.图8为回字形阶梯的阶梯式阳极结组成构件结构示意图；
49.图9为单侧阶梯的阶梯式阳极结组成构件结构示意图；
50.图10为阶梯式阳极结构制作流程图示意图；
51.上述图中的标记均为：101、阳极反射层；201、阳极层；202、第一电极层；203、第二电极层；204、第三电极层；301、第一器件区；302、第二器件区；303、第三器件区；401、第一pad区；402、第二pad区；403、第三pad区。
具体实施方式
52.下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
53.该结构主要通过不同的颜色的发光层搭配顺序，透明阴极以及特殊的阶梯式阳极，实现彩色及高亮度单色显示。该方案可用于oled显示领域和照明领域，包括amoled以及micro-oled。
54.基材(硅台)具有向内凹陷的形阶梯结构，凹陷结构设有四层，凹型阶梯的深度：底层凹陷(阶梯)的深度为20-25nm，用于匹配红色发光层(eml-r)；第二层凹陷(阶梯)的深度为15-20nm，用于匹配绿色发光层(eml-g)；第三层凹陷(阶梯)的深度为10-15nm，用于匹配蓝色发光层(eml-b)如图所示，整体呈回字形，底层设有一层阳极反射层101，阳极反射层101上设有阳极层201，阳极反射层101上制备第一器件区301，第一器件区301的颜色可以根据需要设计，例如第一器件区301为红色发光器件结构，结构如附图2所示。该红色器件结构中包含了oled器件结构中所要求的基本功能层，即空穴注入层(hil)，空穴传输层(htl)，红
色发光层(eml-r),电子传输层(etl)，电子注入层(eil)以及第一阴极(cathode-1)；第一器件的总厚度l1控制在20-25nm，与关联专利中的第一台阶的深度匹配；第一器件的各层均使用第一mask制作。
55.第一器件区301凸出至第二层凹陷内，第二层凹陷内设有围绕第一器件区301设置的环形第一pad区401，在第一器件区301上沉积第一电极层202，第一电极使用透明金属氧化物材料：比如氧化铟锡，或者氧化铟镓锌(izo)等，第一电极的厚度范围为40nm-60nm；第一电极覆盖第一器件区301和第一pad区401，第一电极使用第二mask制作；在第一电极层202上方制备第二器件区302，第二器件区302的颜色可以根据需要设计，例如第二器件区302为绿色发光器件，具体结构如附图3所示，该绿色器件结构中包含了oled器件结构中所要求的基本功能层，即空穴注入层(hil)，空穴传输层(htl)，绿色发光层(eml-g),电子传输层(etl)，电子注入层(eil)以及第二阴极(cathode-2)；第二器件的总厚度l2控制在15-20nm，与关联专利中的第二台阶的深度匹配；第二器件的各层均使用第二mask制作；
56.第二器件区302凸出至第三层凹陷内，第三层凹陷内设有围绕第二器件区302设置的环形第二pad区402，在第二器件区302上沉积第二电极层203，第二电极与第一电极使用相同的透明金属氧化物材料：比如氧化铟锡(ito)，或者氧化铟镓锌(izo)等，第二电极的厚度范围为40nm-60nm；第二电极覆盖第二器件区302和第二pad区402；第二电极使用第三mask制作；在第二电极层203上方制备第三器件区303，第三器件区303的颜色可以根据需要设计，例如第三器件区303为蓝色发光器件，具体结构如附图4所示，该蓝色器件结构中包含了oled器件结构中所要求的基本功能层，即空穴注入层(hil)，空穴传输层(htl)，蓝色发光层(eml-b),电子传输层(etl)，电子注入层(eil)以及第二阴极(cathode-3)；第三器件的总厚度l3控制在10-15nm，与关联专利中的第三台阶的深度匹配；第三器件的各层均使用第三mask制作；
57.第三器件区303凸出至顶层凹陷内，顶层凹陷内设有围绕第二器件区302设置的环形第三pad区403，在第三器件区303上沉积第三电极层204，第三电极与第一、二电极使用相同的透明金属氧化物材料：比如氧化铟锡(ito)，或者氧化铟镓锌(izo)等，第三电极的厚度范围为40nm-60nm；第三电极覆盖第三器件区303和第三pad区403；第三电极使用第四mask制作；
58.阶梯式阳极结构可以是任意颜色器件，具体实施方案与彩色器件类似，即把第一器件、第二器件和第三器件选用不同颜色的器件结构，比如若需要黄色的显示器件，可将第一和第三器件区303设置为红色，第二器件区302设备为绿色，可得到黄色器件；其他颜色器件也可以通过不同颜色的组合来实现；
59.上述彩色器件使用的蒸镀mask，即第一到第四mask的开口尺寸关系如附图5和附图6所示，第一器件区301的厚度为l1，第二器件区302的厚度为l2，第三器件区303的厚度为l3，底层凹陷的宽度为d1，第二层凹陷的宽度为d2，第三层凹陷的宽度为d3，顶层凹陷的宽度为d4；mask开口尺寸与对应的阳极和台阶的尺寸关系如下：d1＝l1；d2＝l1+2l2；d3＝l1+2l2+2l3；d4＝l1+2l2+2l3+2l4；其中l1根据产品需求设计的像素的尺寸，l2、l3、l4根据像素间距的大小设定为2um-4um。
60.上述彩色器件的控制方式如附图7，例如第一器件区301为红色发光器件、第二器件区302为绿色发光器件、第三器件区303为蓝色发光器件，凹型阶梯式阳极结构的控制方
式，在台阶的一侧设置电极pad，通过硅通孔中的金属cu或者w与下层控制电路关联，如果该像素要求为红色显示，则t1和t2加电压,t3和t4断开；如果该像素要求为绿色显示，则t2和t3加电压,t1和t4断开；如果该像素要求为蓝色显示，则t3和t4加电压,t1和t2断开；如果该像素要求为白色显示，则t1、t2、t3和t4均加电压；
61.单色独立的高亮器件，具体实施方案与彩色器件类似，即把第一器件、第二器件和第三器件选用相同颜色的器件结构，该高亮器件的实现高亮的控制方式为t1、t2、t3和t4均加电压，第一、二、三器件区的器件同时发光，亮度叠加；
62.台阶式阳极结构主要通过以下几个步骤实现：硅台阶的制作、硅通孔制作，金属电极和pad制作，具体包括以下步骤：
63.第一步，硅台阶制作，使用光刻胶作为掩膜，通过套刻的方式实现，具体实施步骤如图10所示：
64.1、涂胶：在基板表层sio2上表面涂覆正性光刻胶，光刻胶的厚度范围为(1.4um-1.6um)；
65.2、曝光&显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案(第一台阶区的光刻胶被显影掉)；
66.3、刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶，刻蚀深度为20nm-25nm；
67.4、去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第一台阶；
68.5、二次涂胶：在已经形成的第一台阶区氧化硅上表面涂覆正性光刻胶，光刻胶的厚度范围为(1.2um-1.4um)；
69.6、二次曝光&显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案(第一、二台阶区的光刻胶被显影掉)；
70.7、二次刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶，刻蚀深度为15nm-20nm；
71.8、二次去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第二台阶；
72.9、三次涂胶：在已经形成的第一台阶区和第二台阶区的氧化硅上表面涂覆正性光刻胶，光刻胶的厚度范围为(1.0um-1.2um)；
73.10、三次曝光&显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案(第一、二、三台阶区的光刻胶被显影掉)；
74.11、三次刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶，刻蚀深度为10nm-15nm；
75.12、三次去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第三台阶；
76.各台阶的宽度如图8所示，其中l1为像素阳极的尺寸的，l2为第一台阶尺寸，l3为第二台阶的尺寸，l4为第三台阶的尺寸，各尺寸的关系为：l2＝l3＝l4＝l1+(2um-4um)；
77.第二步，硅通孔(tsv)以及导电层(cu或者w)沉积，其中硅通孔采用成熟的深层反应离子刻蚀(drie)形成，通孔中的金属(cu或者w)通过电镀工艺实现；导电层与底层控制电路分别相连；
78.第三步，金属电极和pad制作：通过pvd工艺沉积金属电极(图1 102)以及pad其中金属电极和pad的结构相同，均为al+tin+ito结构；通过曝光和刻蚀工艺去除非电极和pad
区的金属膜层。
79.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种阶梯式阳极结构，其特征在于：阳极结构的基材具有向内凹陷的四层阶梯结构，所述底层凹陷底部设有阳极反射层，所述阳极反射层上设有阳极层，所述阳极层上设有凸出至第二层凹陷内的第一器件区，所述第二层凹陷内设有围绕第一器件区设置的环形第一pad区，所述第一pad区和第一器件区上设有第一电极层，所述第一电极层上设有凸出至第三层凹陷内的第二器件区，所述第三层凹陷内设有围绕第二器件区设置的环形第二pad区，所述第二pad区和第二器件区上设有第二电极层，所述第二电极层上设有凸出至顶层凹陷内的第三器件区，所述顶层凹陷内设有围绕第三器件区设置的环形第三pad区，所述第三pad区和第三器件区上设有第三电极层。2.根据权利要求1所述的阶梯式阳极结构，其特征在于：所述第一器件区、第二器件区、第三器件区为相同或不同颜色的发光器件结构。3.根据权利要求2所述的阶梯式阳极结构，其特征在于：所述第一器件区为红色发光器件结构，所述第一器件区依次由空穴注入层、空穴传输层、红色发光层、电子传输层、电子注入层和第一阴极层叠构成，所述第一器件区的厚度为20-25nm。4.根据权利要求2所述的阶梯式阳极结构，其特征在于：所述第二器件区为绿色发光器件结构，所述第二器件区依次由空穴注入层、空穴传输层、绿色发光层、电子传输层、电子注入层和第二阴极层叠构成，所述第二器件区的厚度为15-20nm。5.根据权利要求2所述的阶梯式阳极结构，其特征在于：所述第三器件区为蓝色发光器件结构，所述第二器件区依次由空穴注入层、空穴传输层、蓝色发光层、电子传输层、电子注入层和第二阴极层叠构成，所述第二器件区的厚度为10-15nm。6.根据权利要求1-5中任一所述的阶梯式阳极结构，其特征在于：所述第一电极层、第二电极层、第三电极层均为透明金属氧化物材料，厚度均为40nm-60nm；所述第一器件区的厚度为l1，所述第二器件区的厚度为l2，所述第三器件区的厚度为l3，所述底层凹陷的宽度为d1，所述第二层凹陷的宽度为d2，所述第三层凹陷的宽度为d3，所述顶层凹陷的宽度为d4；其中d1＝l1；d2＝l1+2l2；d3＝l1+2l2+2l3；d4＝l1+2l2+2l3+2l4。7.根据权利要求6所述的阶梯式阳极结构，其特征在于：所述阳极反射层、第一pad区、第二pad区、第三pad区均通过基材上的通孔连接独立的供电线路并依次定义为t1、t2、t3、t4；若点亮第一器件区，则t1和t2加电压,t3和t4断开；若点亮第二器件区，则t2和t3加电压,t1和t4断开；若点亮第三器件区，则t3和t4加电压,t1和t2断开；若点亮全部器件区，则t1、t2、t3和t4均加电压。8.根据权利要求1或7所述的阶梯式阳极结构，其特征在于：所述阶梯结构为单侧阶梯结构，或回字形阶梯结构。9.一种阶梯式阳极结构制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在硅基材上制作台阶；步骤2、在每个台阶上硅通孔并沉积导电层，通孔中通过电镀工艺使导电层与底层控制电路分别相连；步骤3、每个台阶内制作金属电极和pad。
10.根据权利要求9所述的阶梯式阳极结构制造方法，其特征在于，所述步骤1中包括以下步骤：1)涂胶：在硅基材上表面涂覆正性光刻胶；2)曝光和显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案；3)刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶；4)去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第一台阶；5)二次涂胶：在已经形成的第一台阶区的硅基材上表面涂覆正性光刻胶；6)二次曝光和显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案；7)二次刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶；8)二次去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第二台阶；9)三次涂胶：在已经形成的第一台阶区和第二台阶区的硅基材上表面涂覆正性光刻胶；10)三次曝光和显影：涂覆光刻胶的基板经过激光直写曝光、显影、烘烤，形成图案；11)三次刻蚀：带有光刻胶图案的基板进行离子束刻蚀，显影区域被向下刻蚀成台阶；12)三次去胶：刻蚀后的基板进行去胶，形成第三台阶。

技术总结
本发明揭示了一种阶梯式阳极结构，阳极结构的基材具有向内凹陷的四层回字形阶梯结构，底层凹陷底部设有阳极反射层，阳极反射层上设有阳极层，阳极层上设有凸出至第二层凹陷内的第一器件区，第二层凹陷内设有围绕第一器件区设置的环形第一pad区，第一pad区和第一器件区上设有第一电极层，第一电极层上设有凸出至第三层凹陷内的第二器件区，第三层凹陷内设有围绕第二器件区设置的环形第二pad区，第二pad区和第二器件区上设有第二电极层，第二电极层上设有凸出至顶层凹陷内的第三器件区，顶层凹陷内设有围绕第三器件区设置的环形第三pad区，第三pad区和第三器件区上设有第三电极层。相比较传统的阳极结构，需要三个像素区才能实现红、绿、蓝、白四种颜色变化；该结构将传统的子像素直接变为像素，分辨率可提高3倍以上。分辨率可提高3倍以上。分辨率可提高3倍以上。


技术研发人员：吕磊
受保护的技术使用者：安徽熙泰智能科技有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/19