CN100379016C - 有机电致发光显示单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有机电致发光显元单元，其包括基板、第一非晶硅层、栅极金属、第二非晶硅层、第一钝化层以及有机电致发光二极管。第一非晶硅层设置于基板上，且包括第一沟道区、第一源/漏极区与第二源/漏极区。栅极金属设置于第一沟道区的上方。第二非晶硅层包括第二沟道区、第三源/漏极区与第四源/漏极区，其中第二沟道区位于栅极金属的上方。第一钝化层将第一非晶硅层、栅极金属与第二非晶硅层覆盖于基板上。有机电致发光二极管设置于第一钝化层上，且电连接于该第一源/漏极金属与该第三源/漏极金属。

Description

有机电致发光显示单元

技术领域

本发明关于一种有机电致发光显示器，特别是关于一种有源有机电致发光显示器。

背景技术

有机电致发光显示器近来在显示技术中被热烈地研究与讨论，其可用以制成薄型化的显示器，且相较于另一种薄型化的显示器--液晶显示器而言，有机电致发光二极管为一种自发光的组件，液晶显示器则需要背光源，因此有机电致发光显示器不但较液晶显示器能够更进一步地缩小体积，且容易达到较佳的光学效果，例如，较饱合的色彩重现度。

有机电致发光二极管通常为有机材料所构成的多层膜结构，其较典型的状况通常包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层以及电子注入层。其发光原理大体上为使电子与空穴在发光层结合，而产生的电能将发光层的有机材料激发至一较高能阶态，此较高能阶态在相对较不稳定的情况下，会以释放光子的方式而释出能量，藉此可达成电致发光或俗称的冷光。

当利用有机电致发光二极管来制作有机电致发光显示器时，除了形成有机电致发光二极管所需的相关多层膜镀膜技术之外，显示器的必要电路(例如，信号线与扫描线)配置技术，以及相关的显示与驱动技术，亦至为重要，此些技术皆会影响一项显示器产品的整体表现，目前，「有源有机电致发光显示器」为一种可符合上述需求的显示器产品。

请参照图1，其为已知有源有机电致发光显示器中单位像素的等效电路图。单位像素70包括有机电致发光二极管80、第一薄膜晶体管73、电容74以及第二薄膜晶体管75。由于有机电致发光二极管80为一种电流驱动的组件，因此，如图所示，由第一电源71(通常为高电压)与第二电源81(通常为低电压)产生压差，并由第一薄膜晶体管73提供电流予有机电致发光二极管80。

至于提供至有机电致发光二极管80的电流的大小，则可利用信号线77，而由外部控制其，藉此可控制有机电致发光二极管80的亮度。信号线77、扫描线76以及第二薄膜晶体管75这三者的组合常见于各种显示器的单位像素中，信号线77传输欲传至单位像素70的电信号，而扫描线76电连接于第二薄膜晶体管75的栅极，以在适当的时序时允许信号线77所传输的电信号进入单位像素70。

电容74则用以储存传入单位像素70中的上述电信号，以使得有机电致发光二极管80在一个帧时间(a frame time)内皆能显示上述电信号所对应的亮度。

论到有机电致发光二极管80的电流驱动特性，熟悉本案相关领域技术人员当知，若以非晶硅(α-Si)工艺来制作第一晶体管73，由于非晶硅的电子移动效能(mobility)相对而言较弱，例如其电子移动效能可能仅有低温多晶硅的千分之一，因此有机电致发光二极管80的效能表现也因此受到影响。若欲以扩大第一晶体管73尺寸的方式(特别是其中的半导体沟道区域的尺寸)，或是以增设额外的晶体管(当然，此额外的晶体管并排于第一晶体管73)的方式来增加提供给有机电致发光二极管80的电流量，则又因为此些作法会使得单位像素70的开口率下降，有碍于显示器的显示表现，而有实际施行上的困难。

因此，如何面对上述关于本领域技术的难题与技术瓶颈，而在利用非晶硅工艺制作薄膜晶体管的前提下，提供突破目前难题的有机电致发光显示器，此为本发明主要的着墨方向。

发明内容

有鉴于上述已知技术所仍然具有的缺点，本发明的一个目的在以非晶硅(α-Si)工艺来制作晶体管的前提下，提供一种可提升所供给有机电致发光二极管的电流量的技术。

本发明所提供的有机电致发光显元单元包括基板、第一非晶硅层、栅极金属、第二非晶硅层、第一钝化层及有机电致发光二极管。第一非晶硅层设置于基板上，且包括中间的第一沟道区、两端的第一源/漏极区与第二源/漏极区。栅极金属设置于第一沟道区的上方。第二非晶硅层包括中间的第二沟道区、两端的第三源/漏极区与第四源/漏极区，其中第二沟道区位于栅极金属的上方。第三源/漏极金属及第四源/漏极金属分别与第一源/漏极金属及第二源/漏极金属电连接。第一钝化层将第一非晶硅层、栅极金属与第二非晶硅层覆盖于基板上，有机电致发光二极管设置于第一钝化层上，且电连接于该第一源/漏极金属。其中，该第一、第二、第三及第四源/漏极金属，分别与该栅极金属有部份重叠。

在一个实施例中，第三源/漏极金属、第四源/漏极金属分别设置于第二非晶硅层的第三源/漏极区与第四源/漏极区的上方。在另一实施例中，其中第三源/漏极金属、第四源/漏极金属分别设置于第二非晶硅层的第三源/漏极区与第四源/漏极区的下方。

关于本发明的优点与精神，以及更详细的实施方式可以藉由以下的实施方式以及附图得到进一步的了解。

附图说明

藉由以下详细的描述结合附图，将可轻易地了解上述内容及此项发明的诸多优点，其中：

图1为已知有源有机电致发光显示器中单位像素的等效电路图。

图2为本发明所提供的有源有机电激发光显示器中单位像素的等效电路图。

图3为本发明有机电致发光显示单元的上视示意图。

图4为图3延4-4剖面线的侧剖面示意图。

图5为本发明另一实施例的侧剖面示意图。

【主要组件符号说明】

有机电致发光显示单元10       基板12

玻璃底材121                  绝缘膜层123

第一非晶硅层14               第一沟道区141

第一源/漏极区143             第二源/漏极区145

第一金属层161                第二金属层162

第三金属层163                第四金属层164

第一源/漏极金属1613          第二源/漏极金属1615

第三源/漏极金属1623          第四源/漏极金属1625

第一栅极绝缘层18             栅极金属19

第二非晶硅层24             第二沟道区241

第三源/漏极区243           第四源/漏极区245

第二栅极绝缘层28           第一钝化层30

第二钝化层33               平坦面331

有机电致发光二极管34、80   单位像素70、170

第一电源71、171            第一薄膜晶体管73、173

电容74、174                第二薄膜晶体管75、175

扫描线76、176              信号线77、177

第二电源81、181

具体实施方式

请参照图2，其为本发明所提供的有源有机电致发光显示器中单位像素170的等效电路图。单位像素170包括有机电致发光显示单元10、电容174以及第二薄膜晶体管175。有机电致发光显示单元10包含有机电致发光二极管34以及第一薄膜晶体管173。值得一提的是，本发明所提供的第一薄膜晶体管173为一种具有双沟道(double channel)的薄膜晶体管，相较于传统的薄膜晶体管(当然，指其它工艺条件相同的前提下)，本发明的第一薄晶体管173大体上可提供双倍的电流量，因此在等效电路图上，以并联的二个晶体管符号表示此特性。

操作时，第一电源171(高电压)与第二电源181(低电压)之间可产生压差，而第一薄膜晶体管173则可提供电流到有机电致发光二极管34。

提供到有机电致发光二极管34的电流的大小，则是利用信号线177，而由外部控制其，藉此可控制有机电致发光二极管34的亮度。信号线177、扫描线176以及第二薄膜晶体管175这三者的组合常见于各种显示器的单位像素中，信号线177传输欲传至单位像素170的电信号，而扫描线176电连接于第二薄膜晶体175的栅极，以在适当的时序时允许信号线177所传输的电信号进入单位像素170。

电容174则用以储存传入单位像素170中的上述电信号，以使得有机电致发光二极管34在一个帧时间(a frame time)内皆能显示上述电信号所对应的亮度。

请参照图3，图3为本发明有机电致发光显示单元的上视示意图。由于本发明提供了具有双沟道(double channel)的第一薄膜晶体管173，且值得一提的是，此双沟道以上下叠放的方式设置，因此，由图3的上视图观之，本发明所提供的第一薄膜电晶173虽然可具有两个传统薄膜晶体管的效能(即具有两倍于传统薄膜晶体管的电流量)，然而，由上视图所观察到的面积则与传统薄膜晶体管无异，并不会影响单位像素170的开口率。此处的开口率指大体上指图3所示二条信号线177与二条扫描线176所包围的范围中，第四金属层164所占的面积比率。第四金属层164可透光，例如可选用铟锡氧化物(ITO)或是铟锌氧化物(IZO)之类的材料。

进一步说明上述上下叠放的双沟道，请参照图4，图4为图3延4-4剖面线的侧剖面示意图。由侧剖面观之，基板12主体为玻璃底材121以及其表面上的一绝缘膜层123。绝缘膜层123的材料可为氧化物(oxide)或氮化物(nitride)，其以沉积的方式形成于玻璃底材12表面。

第一非晶硅层14设置于基板12上，其包括中间的第一沟道区141、两端的第一源/漏极区143与第二源/漏极区145。而第一栅极绝缘层18设置于第一非晶硅层14与栅极金属19之间。栅极金属19则藉由栅极绝缘层18的隔绝，而设置于第一沟道区141的正上方。明显地，栅极金属19、第一栅极绝缘层18与第一非晶硅层14这三者形成了典型的金属氧化半导体(MOS)结构，且为顶栅极型式(top-gate)的金属氧化半导体结构。如此一来，已构成了本发明的具有双沟道的第一薄膜晶体管173的下半部。

请继续参照图4，第二非晶硅层24设置于栅极金属19上方，而第二栅极绝缘层28设置于栅极金属19与第二非晶硅层24之间，以隔绝栅极金属19以及第二非晶硅层24。藉此，形成了本发明的具有双沟道的第一薄膜晶体管173的上半部。栅极金属19、第二栅极绝缘层28与第二非晶硅层24这三者形成了典型的金属氧化半导体(MOS)结构，且为底栅极型式(bottom-gate)的金属氧化半导体结构。其中，第二非晶硅层24包括中间的第二沟道区241、两端的第三源/漏极区243与第四源/漏极区245，其中第二沟道区241位于栅极金属19的正上方。

本发明藉由在栅极金属19的下方及上方，分别设置了第一非晶硅层14以及第二非晶硅层24，形成了一个具有双沟道的第一薄膜晶体管173，藉此可用以提供双倍的电流到有机电致发光二极管34。在第一薄膜晶体管173之上，则有第一钝化层30将上述的第一非晶硅层14、栅极金属19与第二非晶硅层24覆盖于基板12上，用以保护组件。有机电致发光二极管(organicelectroluminescent multilayer structure)34则设置于第一钝化层30上，或者，考虑到第一钝化层30表面不平整问题，而可设置第二钝化层33于有机电致发光二极管34与第一钝化层30之间，以达到平坦化的效果，如图所示，第二钝化层33提供一平坦面331，使有机电致发光二极管34形成于平坦面331的表面。第一钝化层30与第二钝层层33可选用相同材料，亦可选用不同材料，二者的材料大体上为可绝缘的材料皆可。

在本实施例中，如图4所示，第一薄膜晶体管173还包括了第一金属层161与第二金属层162。第一金属层161包括第一源/漏极金属1613与第二源/漏极金属1615。第一源/漏极金属1613、第二源/漏极金属1615，分别接触于第一非晶硅层14的第一源/漏极区143与第二源/漏极区。第一源/漏极金属1613设置于第一源/漏极区143上。第二源/漏极金属1615设置于第二源/漏极区145上。并且，第一源/漏极金属1613及第二源/漏极金属1615皆与栅极金属19有部份重叠，换句话说，至少部份的第一源/漏极金属1613与至少部份的第二源/漏极金属1615位于栅极金属19正下方的范围内。此处所描述的结构特征非常重要，本发明所提供的有机电致发光显元单元10之中，以第一非晶硅层14与第二非晶硅层24来做为第一薄膜晶体管173的双沟道，基于非晶硅(α-Si)材料特性的考量，以第一非晶硅层14为例，当第一源/漏极金属1613及第二源/漏极金属1615皆与栅极金属19有部份重叠时，可有助于第一结晶硅层14的导电性的提升。

同理，第二金属层162包括了第三源/漏极金属1623、第四源/漏极金属1625，分别接触于第二非晶硅层24的第三源/漏极区243与该第四源/漏极区245。于图4实施例中，第二金属层162接触性地设置于第二非晶硅层24下表面。其中第三源/漏极金属1623、第四源/漏极金属1625，分别设置于第二非晶硅层24的第三源/漏极区243与第四源/漏极区245的下方。且，第三及第四源/漏极金属1623、1625分别与栅极金属19有部份重叠，换句话说，至少部份的第三源/漏极金属1623与至少部份的第四源/漏极金属1625位于栅极金属19正上方的范围内。如此一来，可有助于第二结晶硅层24的导电性的提升。

如前所述(可参考图2的等效电路图或图3的上视图)第一薄膜晶体管173用以提供电流到有机电致发光二极管34。请再次参照图4，关于第一薄膜晶体管173与有机电致发光二极管34的电连接，藉由第一钝化层30的中开设的至少一个通孔(through hole)，以执行电连接的需求，其包含第三金属层163与第四金属层164。第三金属层163填充上述通孔，且接触于第三源/漏极金属1623；第四金属层164铺设于第一钝化层30上，亦可参照图3，其接触于有机电致发光二极管34。

请参照图5，图5为本发明另一实施例侧剖面示意图。相较于图4的实施例，其中的主要差异点在于第二金属层162的设置位置。本实施例中，第二金属层162接触性地设置于第二非晶硅层24上表面，而图4的实施例的第二金属层162接触性地设置于第二非晶硅层24下表面。

图5实施例中，第二金属层162亦包括第三源/漏极金属1623与第四源/漏极金属1625。第三源/漏极金属1623、第四源/漏极金属1625，分别设置于第二非晶硅层24的第三源/漏极区243与第四源/漏极区245的上方。

且，第三、及第四源/漏极金属1623、1625分别与栅极金属19有部份重叠，意即至少部份的第二源/漏极金属1623与至少部份的第四源/漏极金属1625位于栅极金属19正上方的范围内，如此一来，可有助于第二结晶硅层24的导电性的提升。

综合以上所述，本发明提供了一种有机电致发光单元，可应用来制作有机电致发光显示器，特别是有源有机电致发光显示器。本发明以非晶硅(α-Si)工艺来制作晶体管，在非晶硅材料的电子移动效能(mobility)相对较弱的前提下，本发明达到了提升电流量的目的。本发明的成效，大体上是可提供较已知技术约二倍的电流量到有机电致发光二极管。并且，本发明并不会造成单位像素的开口率下降。因此，本发明提供了一种实质上可提升产业竞争力的技术。

本发明虽以优选实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体仅于上述实施例。对本领域的普通技术人员，当可轻易了解并利用其它组件或方式来产生相同的功效。是以，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包含在下述的申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种有机电致发光显元单元，包括：

基板；

第一非晶硅层，设置于该基板上，该第一非晶硅层包括中间的第一沟道区、两端的第一源/漏极区与第二源/漏极区；

栅极金属，设置于该第一沟道区的上方；

第二非晶硅层，包括中间的第二沟道区、两端的第三源/漏极区与第四源/漏极区，其中该第二沟道区位于该栅极金属的上方；

第一源/漏极金属、第二源/漏极金属，分别接触于该第一非晶硅层的该第一源/漏极区与该第二源/漏极区；

第三源/漏极金属、第四源/漏极金属，分别接触于该第二非晶硅层的该第三源/漏极区与该第四源/漏极区，且该第三源/漏极金属及该第四源/漏极金属，分别与该第一源/漏极金属及该第二源/漏极金属电连接；

第一钝化层，覆盖该第一非晶硅层、该栅极金属与该第二非晶硅层；以及

有机电致发光二极管，设置于该第一钝化层上且电连接于该第一源/漏极金属，

其中，该第一、第二、第三及第四源/漏极金属，分别与该栅极金属有部份重叠。

2.如权利要求1的有机电致发光显元单元，其中该第一钝化层还形成一个通孔，该有机电致发光二极管即连接通过此通孔的金属层，而与该第三源/漏极金属电连接。

3.如权利要求1的有机电致发光显元单元，其中该第三源/漏极金属、该第四源/漏极金属分别设置于该第二非晶硅层的该第三源/漏极区与该第四源/漏极区的上方。

4.如权利要求1的有机电致发光显元单元，其中该第三源/漏极金属、该第四源/漏极金属分别设置于该第二非晶硅层的该第三源/漏极区与该第四源/漏极区的下方。

5.如权利要求1的有机电致发光显元单元，还包括第二钝化层，设置于有机电致发光二极管与该第一钝化层之间，以提供一平坦面，使该有机电致发光二极管形成于该平坦面的表面。

Images