CN100373657C - 形成显示装置的方法及其显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种形成显示装置的方法，包括：在衬底上沉积薄膜晶体管开关电路；通过喷墨印刷沉积与薄膜晶体管电路的输出电接触的透光导电有机材料的电极层；和在电极层上沉积该装置的有源区域。

Description

形成显示装置的方法及其显示装置
技术领域：
本发明涉及的是显示装置，特别是使用发光有机材料的显示装置。
背景技术：
PCT/WO90/13148中描述了一种类型的场致发光显示装置，在此引入其内容作为参考。该装置的基本结构是在两个电极之间夹有发光聚合物膜(例如聚(p-亚苯基乙烯撑)(poly(p-phenylenevinylene))--“PPV”膜)，电极之一注入电子，另一个注入空穴。电子和空穴激发聚合物膜发射光子。这些装置作为平板显示装置是具有潜力的。
另一种类型的有机发光装置是小分子装置，在US 4,539,507中给出了详细说明，在此引入其内容作为参考。这类装置具有发光层，发光层至少在两个电极之间包括诸如三(8-羟基喹啉)铝(“Alq3”)的小分子材料。
在有机发光装置中，有机发光层通常被分成单个的象素，这些象素能够通过改变流经它们的电流在发光和非-发光状态之间进行转换。象素通常设置在正交的行和列上。通常使用两种交替的设置用于控制象素：无源矩阵和有源矩阵。在无源矩阵装置中一个电极按行构成，另一个电极按列构成。通过在行和列电极之间施加适当的电压能够引起每个象素在其所在的相交点处发光。因为每个象素仅仅在部分扫描周期能够被通电，这称为象素发出的高峰亮度。在有源矩阵显示中，因为在另外象素被寻址时每个象素能够保持在发光状态，不需要高峰亮度。
图1表示驱动薄膜晶体管(“TFT”)有源矩阵显示象素的电路。电路包括象素本身，表示为二极管1，连接在电极2和3之间。电极2和3连接到装置的所有象素，通常象素发光需要的足够电压施加在电极2和3之间。至少部分开关电路4(实际上通过薄膜晶体管来实现)位于电极3和象素1之间。(也可以，或另外，是象素/二极管1和电极2之间的电路)。通过行和列电极5，6控制开关电路。要引起象素1发光，将电压作用到电极6上，使开关晶体管7导通，将电压作用到电极5使储存电容8充电。然后断开电极6。由于电容8被充电，射流晶体管9导通，作用在电极3上的电压加到象素上，引起象素发光。尽管与无源矩阵装置相比这需要更复杂的电路，但这种设置所具有的优点是：通过电容8象素能够保持在发光状态，而其它不同行和列上的象素通过它们的行和列的电极被寻址。
图2表示和有机发光象素装置结合在一起的典型开关电路示意图，图3表示沿图2电路1A-1A’线的剖视图。电路包括扫描(或门)线10(对应于图1中的电极6)，信号(或数据)线11(对应于图1中的电极5)，公共线12(对应于图1中的电极3)，通常以13表示开关薄膜晶体管(对应于图1中的晶体管7)，通常以14表示的储存电容(对应于图1中的储存电容8)和通常以15表示的射流晶体管(对应于图1中的晶体管9)。如图3所示，SiO2构成的绝缘层16将电路的组成部分分开，该电路沉积在玻璃衬底17上。晶体管15的输出是接触区29，该区构成电路的输出端。
形成绝缘材料的储存区30(图2中没有显示)用来约束发光区本身的边缘。要在TFT电路的输出端和象素发光材料之间进行连接，要有透明的氧化铟-锡(“ITO”)电极19。这样与接触区29相接触，提供一个宽的极板，该极板形成发光装置的阳极。发光材料层33沉积在极板上(对应于图1中的象素1)，最后阴极31(对应于图1中的电极2)沉积在顶部。象素发出的射向观看者的光沿着进入图2中页面的方向，如图3箭头B所示。因此，为避免发出的光模糊不清，通常TFT电路位于发光材料33的一旁。
ITO具有好的透明性，低的表面电阻和已确定的加工方法，它具有低的电阻，这使得它在无源矩阵显示中特别有用，因为每个象素只能部分时间发光，需要高峰直通电流。然而，ITO的加工能够引起一些问题。典型地，ITO作为连续层沉积在整个装置的上面(例如，通过喷镀或蒸发)。然后制作图形以产生对应装置的每个象素的单独极板19。制作图形通常用金属板印刷术，ITO被侵蚀以去掉不需要的区域。由于侵蚀所用的材料能够很容易地通过元件区域之间的空洞渗入到TFT结构中，这样就会引起问题，损坏电路。仅仅对显示器一个象素电路的损坏就可以引起整个显示器的报废。
通过在ITO和发光层之间使用一层导电聚合物能使装置已经制作的更稳定，(例如，参见J Carter et al.，Appl.Phys.Lett.71(1997)34)，在其它诸如非发射装置的领域中，ITO层已经被省略了(例如，参见A Lien etal.，“Conducting Polyaniline as a Potential ITO Replacement for Flat PanelApplications”，Proceedings of the international Display Research Conference，Society of Information Display，Toronto，Sept.15-19，1997，p.1)。
发明内容：
根据本发明的一个方面，这里提供一种形成显示装置的方法，包括：在衬底上沉积一个薄膜晶体管电路；通过喷墨印刷，沉积一层与薄膜晶体管电路的输出端电接触的透光导电有机材料的电极层；和在所述的电极层上沉积该装置的一个有源区域。
最好有源区域也通过喷墨印刷沉积。
有源区域最好可以是一层的形式。
有源区域可以是发光区域(例如包括有机发光材料)，或是光的区域通道，该通道能够得到控制(例如包括液晶材料)。
所说的有机发光材料可以是聚合物材料。有机发光材料最好是共轭材料。合适的材料是诸如PPV之类的半导体共轭聚合物，或是其衍生物。发光材料适当的是或包括PPV，聚(2-甲基-5(2’-乙基)己氧基亚苯基-乙烯撑)(poly(2-methoxy-5(2’-ethyl)hexyloxyphenylene-vinylene)(“MEH-PPV”)，PPV-衍生物(例如，二-烷氧基衍生物)，聚二苯并戊和/或含有聚二苯并戊段的共聚物，PPVs和/或相关的共聚物。替换喷墨印刷的是，可以通过旋涂、浸涂、片涂、弯液面涂、自组装等进行沉积。发光区域的组成成分和/或其原始物可以是水基的：例如是PPVs-基的原始物。可替换的材料是有机分子发光材料，例如，Alq3，或是有机低聚物发光材料，或是已有技术中所熟知任何其它小的。升化分子或共轭聚合场致发光材料。
电极层适合于具有小于200kΩ/□的表面电阻，最好在20到100kΩ/□。电极层的厚度最好是在20到100nm之间。
电极层最好沉积到绝缘层上。绝缘层适合于形成薄膜晶体管电路的保护层。
电极层适合于至少在有源层的任何光发射频率内是透明或半透明的(例如，具有大于50％的透明度)，并且适合于在可见光谱内。
电极层的导电有机材料适合于用导电聚合材料。导电有机材料可以是聚苯胺(例如，掺杂聚苯胺或聚苯胺衍生物-参见M.Angelopoulos etal.，”Applications of Conducting Polyanilines in Computer ManufacturingProcesses”，Intrinsically Conducting Polymers；An EmergingTechnology，M.Aldassi(ed.)，Proceedings of the NATO  Advanced ResearchWorkshop on Applications of Intrinsically Conducting Polymers，BurlingtonVt.USA，pp147-156，1993 Kluwer Academic Publishers，Netherlands)，聚噻吩(例如，掺杂聚噻吩或聚噻吩衍生物)，聚吡咯，诸如掺杂PPV之类的掺杂共轭聚合物。一种最好的材料是掺杂聚乙烯噻吩双氧(polyethylenedioxythiophene)的聚苯乙烯磺酸(polystyrene sulphonic acid)(“PEDT/PSS”)。
电极层适合于包括与薄膜晶体管电路的输出电接触的下电极层和邻近有源区的上电极层。上电极层最好与下电极层的成分不同，和/或最好具有不同的电特性。例如，下电极层最好比上电极层(适合于具有大于200kΩ/□的表面电阻)具有较高的导电性(适合于具有小于1000kΩ/□的表面电阻)。在电极包括PEDT/PSS的地方，上电极层具有高于下电极层的聚苯乙烯磺酸(“PSS”)的浓度。
薄膜晶体管电路的输出适合于包括形成与电极电连接的接触面。接触面适合于在电极的主平面上延伸以改进两者之间的电接触和/或电极中的电荷分布。例如，接触面适合于沿电极层的一个或多个侧面延伸。接触面可以至少在电极层平面中围绕和基本围绕电极层。接触面最好是由导电率高于电极层的材料构成。为了避免载流子由接触面直接入射到有源区(如果构成装置以便于这两个部分相邻近)接触面材料的功函数最好低于电极层材料的功函数和/或接触面可以在其邻近有源区的表面上涂有绝缘层。接触面材料的功函数适合于小于4.5eV，最好小于4.3eV。接触面的材料最好对诸如磺酸之类的酸不起化学作用。接触面最好的材料包括金属，如铝和铝合金，和诸如氮化钛之类导电耐火材料。最好接触面的导电率大于电极材料的导电率。
电极层最好在一个主表面上邻近所说的绝缘层。电极层的其它主表面最好邻近有源区主表面。有源区的其它主表面最好邻近另一个电极层。电极层可以是阳极，也可以是阴极。
在有源层能够控制通过其中的光偏振的场合，装置也可以最好包括一个或多个偏振层和/或反射层和/或发光层，如同在已有液晶装置制造中所熟知的一样。
根据本发明的第二个方面，提供一种形成有机发光显示装置的方法，包括：在衬底上沉积薄膜晶体管开关电路；沉积与薄膜晶体管电路的输出电接触的光透射导电有机材料电极层；在电极层的上面沉积有机发光层。所述的电极层具有表面电阻低于1000Ω/□的层。
以上所述的方法可以适合于允许形成一种装置，该装置如上所描述的一样具有多个象素，最好除各个薄膜晶体管开关电路和电极层外具有公共衬底以及每个象素的单独有机发光区。电极层(或电极层的子层)可以横过装置的所有象素连续延伸，特别是在该层或子层具有大于200kΩ/□表面电阻的场合。装置可以是多色彩显示器，具有一套不同发射颜色例如红绿蓝的象素。
根据本发明的另一方面，这里提供一种按照上述的形成显示装置的方法形成的发光装置。
附图说明：
现在通过参考附图举例描述本发明，附图中：
图1表示驱动薄膜晶体管有源矩阵显示象素的电路。
图2表示和有机发光象素装置结合在一起典型的开关电路示意图。
图3表示沿图2的1A-1A′线的剖面图。
图4表示与有机发光装置的象素相联系的开关电路平面示意图；
图5-8表示沿图4线2A-2A’剖面的电路制作阶段；
图9表示在图6表示的制作阶段沿图4线2B-2B’的剖面；
图10表示在图5表示的制作阶段沿图4线2C-2C’的剖面；
图11表示与有机发光装置的象素相联系的另外的开关电路平面图；
图12表示沿图11线3A-3A’的剖面；
图13表示与有机发光装置的象素相联系的另外的开关电路平面图；
图14表示沿图13线4A-4A’的剖面。
具体实施方式：
然而，附图不是成比例的，有每一附图中相同的部分用相同的附图标记表示。在平面图中没有示出存储区30。
图4至10表示与图2和3类似的有机发光器件，但在图4至10的装置中，用导电聚合材料的区域32来替代图2和3的ITO区域19。
为了形成图4-10所示的装置，首先以通常的方式将TFT电路沉积到玻璃衬底17上以实现图5中的剖面图所示的阶段。首先，分别对晶体管TFT13、电容14和射流TFT15沉积聚合硅区域20，21，22，并掺杂(用N+表示的)。(在构成门极金属化层34步骤之后通过离子注人进行掺杂)。然后在聚合硅的上面沉积门极绝缘层16c，再加上门极金属化层34。在其上面形成另一层SiO2绝缘层16a。制作穿过层16a和26c的接触孔24，25，27。接触孔有三种形式：第一种是穿过层16a和26c，第二种是穿过层16a(如图10所示)，第三种是穿过层16b(如图6所示)。然后用单独的金属沉积步骤(也进行填孔24，25，27)沉积信号线11，公共线12，接点26和接触区29，并制作图形。这样实现了图5的结构。
SiO2的第三绝缘层16b沉积在电路的上面，接触孔28形成在其中。这实现了图6的结构。
在该实施例中储存区30是由聚酰亚胺材料形成的。这样进行沉积以实现图7的结构。
然后沉积导电聚合物材料以形成每个象素的阳极。沉积这种材料以便遍布在绝缘层16b上并完全位于储存区30之间，通过孔28形成与接触区29的电接触，以便在象素的发光区上提供均匀的一层32。导电聚合物能够用多种方式进行沉积，例如，如下面结合发光层详细描述的旋涂或喷墨印刷。
在该例子中有机发光材料是PPV。PPV能够作为一层在整个装置上进行沉积(例如，通过旋涂原始聚合物)，然后制作图形以形成各个的象素，或者单独沉积每个象素的发光材料(例如，通过喷墨印刷)。形成的发光象素层33厚度大约1000埃。为了通过喷墨印刷沉积发光材料，经过喷墨印刷喷头喷涂这种材料。合适的喷墨周期是每秒14,400滴，一滴的体积为30pl。当通过喷墨印刷已经沉积了导电聚合物层时，通过喷墨印刷沉积发光材料就特别方便，因为这简化了生产过程。
最后，在PPV上沉积阴极层31。(见图8)。
图4-10的象素形成了部分较大发光装置，在该装置中成千个这样的象素以正交行和列排列。例如，一种典型的规格是600行×800列，总数为480,000个象素。这样的装置同样可以是彩色显示装置，具有同样数量的红、绿和蓝象素。典型象素的规格是300×100μm。
装置的性能能够通过仔细控制所涉及层的电阻得到改善。当象素在导通状态时象素TFT电路的射流晶体管电阻应该低于导电有机电极层和发光层的合成电阻。典型地晶体管的接通电阻大约为10kΩ，有机发光层连同导电层一起的接通电阻大约为1Mohm。  为了均匀，导电有机电极层的电阻最好小于发光层的电阻。对晶体管和导电层的总接通电阻来说好的指标至少是小于有机发光层电阻的10分之一，和/或对晶体管的接通电阻来说至少是小于导电层和有机发光层总接通电阻的10分之一。
现在将描述上述所描述的装置的改变。
代替有机聚合发光层，装置可以具有另一种有机材料的发光层，例如诸如Alq3之类的小分子材料或低聚材料，或无机材料。液晶层可以替代发光层，加上通常的偏振器，背面照明等，来形成液晶显示器。
导电层32可以用多种不同的方式形成。一种最佳的可行方法是提供导电梁板由接触面29向上延伸到导电材料32。梁板可以是支架的形式，该支架仅仅能填充孔28。这样一个支架的底部作成与接触面29电连接。上部与绝缘层16b的上部齐平，并在支架的上端作成以局部区域与层32电连接。梁板可以是与导电层32不相同的材料，例如铝。
另一种可行的方法是在导电层32的主平面在一个或两个方向上横向延伸与导电层32的接触面，以改善装置的性能。通过横向延伸梁板能够提供与导电层32较大区域的接触。图11-14表示了这样的例子。图11-14也具有这样的优点：提供的绝缘层16b可以被省略，留有储存区30，因为要将信号线11与导电层32相隔离仅需要这两个结构之一。(另外，当绝缘层16b存在时，可以省略储存区30)。
在图11和12中接触面29深入到层32。此外接触面29在两个方向上延伸以在接近发光区域的周边形成低电阻的结构35。在图13和14中相似结构35用十字形部件36来补充，该部分横跨发光区域。在另一个实施例中部件36能够用横跨电极32的更复杂的导电网来替代，但必须足够的细小不会有效地阻挡象素的光输出。与导电层32电接触的增大区域能够允许低的电流密度和横跨电极更均匀的电荷分布，特别是如果形成电极的材料导电率是相对低的话。
除铝以外的导电材料可以用作梁板或其一部分。最佳的材料是那些如果它们与发光区域33接触它们本身基本上不将电荷注入到发光区域33的材料，因为如果导电材料是不透明的并遮挡了自观看者来说在其后面发射的光，这样可能导致区域的不均匀发光。一般来说，要实现上述所述，导电材料的功函数应该小于层32导电聚合材料的功函数。在发光材料是PPV以及导电聚合物是PEDT/PSS的情况下替代铝的合适的导电材料(至少它与发光层33接触)包括铝合金(例如Al∶Si合金)，钽及类似的金属。避免由梁板直接注入到发光材料的另一种方法是涂覆部分梁板，否则这些部分可能会用诸如SiOx或AlOx之类的绝缘体与发光材料接触。然而，好的接触一定保持在梁板导电材料和导电聚合物32之间。
另一种论点是需要避免导电聚合材料和与其接触(无论接触面29还是梁板)的导电材料之间的有害反应。例如，PEDT/PSS中存在的酸能够腐蚀铝。因此，高熔点金属或合金，如Mo，W，MoSi2，Ti，Ta，WSiO2或TiN，或包括这样材料的多层，对这样的导电材料来说是最佳的，或至少其部分作成与导电聚合材料接触。这样的材料很少易于氧化，因此在与导电聚合材料的接触面保持较好(欧姆)的接触。在接触面29或梁板与导电聚合材料之间的接触面处具有低的接触电阻例如，图12中接触面的一种最佳结构是形成厚度分别为20/50/600/50nm的Ti/TiN/Al/TiN多层结构。在该结构中第一层Ti提供与n+聚合硅22较好的接触，TiN是避免形成Al∶Si合金的屏蔽层，Al提供具有低电阻的大部分支架，TiN的上层提供与PEDT/PSS层32较好的接触。在下列条件下通过溅射能够形成这些层：
  层的组成成分   溅射靶   溅射气氛   压力   溅射功率
  TiN   Ti   33sccm的N50sccm的Ar   0.2Pa   1-2kw
  Ti   Ti   80sccm的Ar   0.2Pa   1-2kw
  Al   99.5％Al，0.5％Cu   80sccm的Ar   0.3Pa   1-2kw
最好导电聚合物电极应该具有1-10Ω cm的导电率或更小一些。最好的表面电阻是200-1000Ω/□或更小一些。代替对导电聚合物电极喷墨印刷的其它方法包括旋涂或片涂。这些方法也会产生均匀的一层导电材料层，然后对该层形成图形以产生每个象素的各个电极。形成图形可以通过采用湿或干腐蚀的标准光刻技术。另外一种方法是使用如WO96/08047或EP 0615 257中描述的形成图形的技术，例如，将象素之间的PEDT/PSS区域在紫外线中曝光以使它们呈非导电状态。
形成两层的导电聚合物电极层可能是有用的：在TFT电路的输出端与接触面29接触的下层，或由接触面29导出的导电梁板部分，和与发光层接触的上层。这样可以使每一层导电率和/或与各自的邻近层的电接触保持最佳。例如，尽管在PEDT/PSS层中增加PSS的浓度会增加该层的电阻，但这样会改进发光装置的性能。因此，导电聚合物电极能够作为邻近接触面29的下层及位于横跨下层的上层，并具有较高PSS浓度和大于下层PEDT/PSS层的较高的电阻来形成。上层和下层相交并分别跨过它们的上下主平面电接触。上层的电阻可以高一些，以便在该层内不会有电荷横向扩散的问题。(这样实现的电阻取决于象素之间的间隔和其它装置参数，但是典型可以是大约200Ω/□)。在这种情况下对每个象素来说上层不需要制成单独的区域而在整个装置上或至少多个象素应该是连续的。
本发明可以包括本文所公开任何特征或特征的结合，不论是隐含的还是明显的，也不论它是否涉及目前所请求保护的发明的任何概况。根据上述的描述，本领域的技术人员在本发明的范围内可以作出各种不同的改进。

Claims (24)

1.一种形成显示装置的方法，其特征在于，包括：
在衬底上沉积一个薄膜晶体管开关电路；
通过喷墨印刷，沉积一层与所述薄膜晶体管电路的输出端电接触的透光导电有机材料的电极层；和
在所述电极层上沉积该装置的一个有源区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有源区域是通过喷墨印刷来沉积的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的有源区域是发光区域。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的发光区域包括有机发光材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的发光材料包括聚合物和/或共聚物材料。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的发光材料是共轭材料。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的发光材料是聚(p-亚苯基乙烯撑)或其衍生物。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电极层具有20-200kΩ/□的表面电阻。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的导电有机材料是导电聚合物材料。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的导电有机材料是掺杂聚乙烯噻吩双氧的聚苯乙烯磺酸。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电极层包括与薄膜晶体管电路的输出电连接的下电极层和邻近有源区域、与下电极层的组分不同的上电极层。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的下电极层具有高于上电极层的导电率。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的导电有机材料是掺杂聚乙烯噻吩双氧的聚苯乙烯磺酸，其中所述的上电极层具有高于所述下电极层的聚苯乙烯磺酸的浓度。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的薄膜晶体管电路的输出端包括沿电极层的一侧延伸的接触面，接触面的材料的导电率高于电极层的导电率。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的接触面沿电极层的两侧或多侧延伸。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的接触面材料的功函数低于电极层材料的功函数。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的接触面的材料是金属或合金。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，包括在部分接触面上沉积一层绝缘层以将接触面的该部分与发光层相绝缘。
19.一种形成有机发光显示装置的方法，其特征在于，包括：
在衬底上沉积薄膜晶体管开关电路；
沉积与薄膜晶体管电路的输出电接触的透光导电有机材料的电极层；和
在电极层的上面沉积有机发光层，所述的电极层具有表面电阻低于1000Ω/□的层。
20.根据权利要求1所述的方法形成的发光装置。
21.根据权利要求19所述的方法形成的发光装置。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述的透光导电有机材料是聚噻吩。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述的透光导电有机材料是掺杂聚噻吩或聚噻吩衍生物。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述的透光导电有机材料是掺杂聚乙烯噻吩双氧的聚苯乙烯磺酸。
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