CN1363201A - 有机el装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种在基板上从基板侧开始顺序设置第1电极、发光层和第2电极、从发光层通过第2电极向外部发射出光的有机EL装置。

Description

有机EL装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及作为电脑、手机、电视等信息终端机器使用的显示装置的有机场致发光(在本说明书中，称为有机EL)装置的结构及其制造方法。
背景技术
近年来，信息终端的便携化加速发展，为了便携化所需要的节点显示器的开发兴旺起来。其中，特别是有机EL显示器尤其引人注目，其开发也已进入实用阶段。
为了实现节点显示器，用薄膜晶体管(TFT等有源元件)驱动有机EL元件是最有效的。因为，使用有源元件可以利用直流电压驱动有机EL元件，从而可以用对有机EL元件没有负担的低电压而且在发光效率高的区域进行驱动。在不使用有源元件的单纯的矩阵驱动中，必须在选择期间施加高的电压而保持亮度。因此，对有机EL元件的负担很大，而且发光效率低，当然，寿命也短。
对于节点的有机EL显示器，使用TFT等有源矩阵方式是有利的，但是，另一方面，却有表示发光面积相对于显示器的显示面积的比率的孔径率低的缺点。如果孔径率低，为了获得显示亮度，必须提高每一像素的亮度。于是，驱动电压提高，结果，电力消耗提高，另外，由于对有机EL元件的负担增大，所以，寿命缩短。为了解决这样的问题，如图2所示的那样，在有机EL元件(装置)的结构中，有为了使光从基板的相反侧射出而使阴极透明化的例子(IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES，VOL.44，NO.8，1188～1203页)。具体而言，采用在基板1上按阳极5、空穴注入层4、发光层3、阴极2、透明辅助阴极21的顺序而层叠的结构，从透明辅助阴极21侧射出光。这样，就可以不从TFT基板侧射出光，但是，在上述结构中使用的阴极的光透过率是基板的约一半，实际上显示是很暗的。
发明的公开
本发明就是鉴于上述问题而提案的，目的旨在提供即使使用开关元件也不降低孔径率和光透过率的元件结构及其制造方法，另外，提供能耗电低并且寿命长的有机EL装置。另外，提供亮度不降低、可以防止由于外光的映入而引起对比度降低的结构。
按照本发明，提供在基板上至少阴极、发光层和阳极按该顺序层叠的有机EL装置。
另外，按照本发明，是在基板上分别具有多个像素的有机EL装置，多个像素分别是由隔壁分割的区域，在该区域中，从基板侧开始第1电极、发光层和第2电极按该顺序层叠，从发光层发出的光从该第2电极侧向外部射出。
另外，按照本发明，在基板上至少阴极、发光层和透明阳极按该顺序层叠。
附图的简单说明
图1是表示实施例1的有机EL装置的结构的剖面图。
图2是表示作为实施例1的对比的有机EL装置的结构的剖面图。
图3是表示实施例3的有机EL装置的结构的剖面图。
图4是表示实施例4的有机EL装置的结构的剖面图。
图5是表示实施例7的有机EL装置的结构的剖面图。
图6是表示实施例7的有机EL装置的结构的剖面图。
图7是表示实施例8的有机EL装置(显示装置)的平面结构的概念图。
图8是表示实施例9的有机EL装置的结构的剖面图。
图9是表示实施例11的有机EL装置的结构的剖面图。
实施发明的形式
本发明的第1个特征在于：在有机EL装置中，在基板上至少阴极、发光层和阳极按该顺序而层叠。
按照本结构，从发光层看，可以在基板的相反侧射出光，所以，在基板侧可以使用不透明的材料。例如，是硅等半导体基板、金属基板等。因此，可以在硅基板上形成集成电路，并在其上制作有机EL元件(装置)。另外，在发光层与透明阳极间最好设置空穴传输层和/或空穴注入层。
作为该实施的例子，例如有以下的形式。
(1)一种具有上述第1个特征的结构的有机EL装置，其特征在于：上述阴极至少由一种导电性材料和金属的氧化物或氟化物的集层构成。
按照本结构，在有机EL装置中，可以进一步提高其发光效率。
(2)一种具有上述第1个特征的结构的有机EL装置，其特征在于：具有多个像素，在上述基板上形成与各像素群对应的阴极，在像素间形成由绝缘体构成的像素间隔壁，在与由该绝缘体构成的隔壁上对应的位置以与该隔壁相同的图形形成由导电性材料构成的辅助阳极。
按照本结构，使用辅助阳极，可以降低通常电阻高的透明阳极的电阻，结果，可以实现在整个面上均匀发光的有机EL装置。
(3)一种具有上述第1个特征的结构的有机EL装置，其特征在于：具有多个像素，在上述基板上形成与各像素群对应的阴极，在像素间形成由绝缘体构成的像素间隔壁，在像素中，至少阴极、发光层、阳极和辅助阳极按该顺序而层叠。
按照本结构，可以后附加降低阳极的电阻的辅助阳极，并且辅助阳极可以使用各种各样的材料，从而可以赋予其材料特有的效果。辅助阳极的图形，可以使用掩膜蒸发法、喷墨法、印刷法等而形成。
(4)一种上述(2)或(3)的有机EL装置，其特征在于：上述辅助阳极是具有光吸收性的导电性材料。
(5)一种上述(4)的有机EL装置，其特征在于：上述辅助阳极是碳或铬。
按照本结构，在像素间可以更有效地吸收外光。
(6)一种具有上述第1个特征的结构的有机EL装置，其特征在于：在基板上设置层叠了包含开关元件的有源矩阵结构，在平面图中，至少与该开关元件的至少一部分重叠地形成阴极、发光层和阳极的集层结构。
按照本结构，可以将作为像素的孔径部的面积设计为与和开关元件关联的电路无关，从而可以大大提高孔径率。
(7)一种具有上述第1个特征的有机EL装置，其特征在于：作为上述基板，使用形成集成电路的半导体基板。
按照本结构，在硅基板上，将便携式终端的电子电路、显示器驱动用的控制器、驱动器、电源电路等装置所需要的电子电路全部形成在半导体基板上，进而可以设置有机EL装置驱动用的晶体管等，所以，可以同时实现装置的高性能化和降低成本。
(8)一种上述(3)或(4)的有机EL装置，其特征在于：在形成上述阳极和/或上述辅助阳极之后，将在与像素间对应的部分形成光吸收性的层的保护基板通过密封树脂与像素和保护基板的像素对应部封装在一起。
按照本结构，在像素间，除辅助阳极外，可以另外设置光吸收材料。
(9)有机EL装置的制造方法的特征在于：在基板上，至少将阴极、发光层和阳极按该顺序而层叠。
在该方法中，最好在发光层上设置空穴传输层和/或空穴注入层，然后形成阳极。
(10)一种上述(9)的有机EL装置的制造方法，其特征在于：在形成上述发光层后，对发光层表面进行亲水化处理。
按照本结构，可以均匀地涂布水溶性的空穴注入材料溶液。作为其一般的方法，可以使用氧化等离子体照射法。
(11)有机EL装置的制造方法的特征在于：在基板上至少形成绝缘性像素间隔壁，然后将反射性阴极材料堆积到整个面上，同时利用隔壁的高低差将阴极与隔壁上的辅助阳极分离，形成该阴极和该辅助阳极，然后在由该隔壁分割的区域中至少将发光层和阳极按该顺序层叠。
按照本结构，不需要辅助阳极的图形，从而可以降低成本。
(12)有机EL装置的制造方法的特征在于：在基板上形成上述阴极之后，在整个基板面上涂布并临时烧结绝缘性像素间隔壁材料，使作为辅助阳极的材料在整个面上成膜，然后，利用光刻工序在辅助阳极材料的层上刻制图案，进而在其下的像素间隔壁材料的层上刻制图案，正式烧结上述隔壁层，然后在由该隔壁分割的区域内将至少发光层和阳极按该顺序层叠。
按照并结构，可以体形成像素间隔壁和辅助阳极的图案。
下面，说明本发明的具体的实施例。
实施例1.
在本实施例中，给出了在基板上至少阴极、发光层、透明阳极、空穴传输层和/或空穴注入层按该顺序而层叠的例子。图1表示本实施例的有机EL装置的平剖面图。
首先，在基板1上形成阴极2。然后形成发光层3，进而形成空穴注入层4。然后，形成阳极5，并形成封装层(图中未示出)。
将电压加到这样作成的有机EL装置的电极间时，就从封装层侧发射出光。
这里所使用的基板1，除了玻璃基板外，还可以使用金属、半导体、塑料等基板，另外，还可以使用不透明的基板。
这里所使用的阴极2，可以使用铝、镁、锂、钙和这些金属的合金或这些金属的集层(这时，在发光层侧配置功函数低的金属)。
这里所使用的发光层3，可以使用高分子材料或低分子材料。例如，PPV、聚二辛基芴、聚芴、Alq3、DPVBi等。
这里所使用的空穴注入层/空穴传输层4，除了バィェル公司制造的Bytron外，还可以使用低分子材料TPD、MTDATA、铜酞箐等。
这里所使用的阳极5，除了ITO外，还可以使用柰塞膜、出光兴产株式会社销售的IDIXO等。特别是IDIXO即使在室温下成膜也可以得到充分的导电性，所以，非常合用。
封装使用了热硬化性环氧树脂，但是，紫外线硬化型树脂，同样也可以使用。另外，同时使用保护基板时，效果更好。
按照本实施例的结构，从发光层看，可以从基板的相反侧发射出光，所以，在基板侧可以使用不透明的材料。例如，硅等半导体基板、金属基板等。因此，可以在硅基板上形成集成电路，然后在其上制作有机EL元件(装置)。
实施例2.
在本实施例中，给出了上述阴极至少由一种导电性材料和金属的氧化物或氟化物的集层构成的具体例子。在实施例1的方法中，作为阴极，在形成铝膜后，通过光刻工序形成图案，进行氧化等离子体处理，在表面形成20埃的氧化物层。使用带该阴极的基板，进行实施例1的其余的工序，制造有机EL装置，发光效率是实施例1的2倍(0.21m/W)。
在阴极表面，通过蒸发形成膜厚20埃的氟化锂，取代氧化等离子体，发光效率为0.51m/W。
这里所使用的发光层3是聚芴材料，通过旋转镀膜而形成。另外，空穴注入层4使用バィェル公司制造的Bytron。阳极5使用IDIXO。这些材料和制膜条件不限于以上所述。
实施例3.
在本实施例中，是图3所示的结构，给出了在基板1上形成与发光像素群对应的阴极群2、在发光像素群间形成由绝缘体构成的像素间隔壁6、在像素间隔壁6上以与像素间隔壁6基本上相同的图形形成由导电性材料构成的辅助阳极7的例子。
具体的例子如下，首先，在形成阴极2的图形后，利用聚酰亚铵形成像素间隔壁6，在形成图形后，形成膜厚1000埃的钽膜，并通过光刻形成与像素间隔壁6相同的图形。然后，在整个面上形成膜厚20埃的氟化锂，作为发光层3，将发红、绿、篮3种光的聚芴材料溶解到偏四甲苯中，利用喷墨法分别形成红、绿、篮像素。然后，作为空穴注入层4，利用喷墨法将バィェル公司制造的Bytron在各像素上形成膜。作为阳极5，使用出光兴产株式会社制造的IDIXO通过溅射法形成。此外，利用环氧树脂封装部件8和保护基板9进行封装。对这样作成的有机EL装置的各像素，按红绿篮独立地供给电压，与外甲电压对应地可以观测均匀的彩色图像。
作为参考，作成了没有辅助阳极7的元件，仅阳极引出边的像素发光。
这里所使用的阴极、发光材料、空穴注入材料、阳极、辅助阳极、封装材料，可以使用实施例1所示的材料。另外，作为成膜方法，可以使用喷墨法、掩膜蒸发法、印刷法等。
在本实施例的同样的结构中，作为阴极2的位置的层，设置Pt、Ir、Ni、Pd、Au层或ITO和Al的集层结构等，作为不透明层，在阳极5的位置，以指定的厚度设置金、钙、铝层及它们的集层结构、Mg和银的蒸发层，作为透明层，在该结构中，将阴极2的位置的层作为阳极、将阳极5的位置的层作为阴极进行驱动，使光从发光层向上层通过保护基板射出。这时，辅助阳极7就作为阴极的辅助层。
实施例4.
在本实施例中，给出了在上述基板上形成与发光像素群对应的阴极群、在发光像素群间形成由绝缘体构成的像素间隔壁、在像素中至少阴极、发光层、透明阳极和辅助阳极按该顺序而层叠的例子。
图4表示本实施例的有机EL装置的剖面结构。
在阴极2的图形形成之后，利用聚酰亚铵形成像素间隔壁6。然后，在整个面上形成膜厚20埃的氟化钙膜，作为发光层3，利用掩膜蒸发法将发红、绿、篮光的3种低分子材料分别形成红、绿、篮像素的膜。然后，作为空穴注入层4，在整个面上，在TPD之后，蒸发形成MTDATA膜。作为阳极5，使用出光兴产株式会社制造的IDIXO通过溅射法而形成。然后，掩膜蒸发形成1000埃厚的钽膜。此外，利用封装部件8和保护基板9进行封装。对于这样作成的有机EL装置的各像素，按红绿篮独立地供给电压，与外甲电压对应地可以观测均匀的彩色图像。
作为参考，作成了没有辅助阳极7的元件，仅阳极引出边的像素发光。
这里所使用的阴极、发光材料、空穴注入材料、阳极、辅助阳极、封装材料，可以使用实施例1所示的材料。另外，作为成膜方法，可以使用喷墨法、印刷法等。
辅助阳极的图案形成，可以使用掩膜蒸发法，喷墨法、印刷法等。
另外，和在实施例3中说明的一样，通过将阴极2部位的层和阳极5部位的层分别采用特定的材料和厚度等，即使将阴极2部位的层作为阳极而将阳极5部位的层作为阴极进行驱动，也可以从发光层通过保护基板向外部发射出光。
实施例5.
在本实施例中，给出了上述辅助阳极是具有光吸收性的导电性材料的例子。
在实施例3中，作为辅助电极7，使用铬取代钽。结果，由于铬的反射率是60％，所以，减少了外光的反射，提高了对比度。
作为光吸收性的导电材料，除了上述铬外，バィェル公司制造的Bytron和聚苯胺等高分子导电材料以及碳等同样也可以使用。
实施例6.
在本实施例中，给出了上述辅助阳极是具有光吸收性的导电性材料特别是碳的例子。
在实施例4中，作为辅助电极7，使用碳取代钽。使用掩膜蒸发法进行成膜。结果，像素间的外光的反射率几乎为零，极大地提高了对比度。
作为光吸收性的导电材料，除了碳外，バィェル公司制造的Bytron和聚苯胺等高分子导电材料以及碳等同样也可以使用。
实施例7.
在本实施例中，给出了在基板上层叠包含开关元件的有源矩阵结构、在平面图中至少与该有源矩阵结构特别是该开关元件的至少一部分重叠地形成阴极、发光层、阳极的层叠像素结构的例子。图5表示本实施例的有机EL装置的剖面结构。
图5的结构是以图3所示的结构为基础，在基板上附加了作为开关元件的薄膜晶体管(以下，称为TFT)。
在像素间隔壁的下层，设置了规定发光层的光的射出区域的孔径部11。另外，作为其他的例子，图6表示在基板上按阳极、阴极、阳极的顺序形成的、在像素间隔壁6的下方实际上与该隔壁重叠地配置的有机EL装置的剖面结构。
在图5中，在形成TFT元件10的基板上方，制作了和图3相同结构的(附加孔径部11)的发光像素结构(阴极2、发光层3和阳极5的层叠结构)。同样，制作了包含图6所示的结构的发光像素结构的有机EL装置。
驱动图5所示的结构的有机EL装置，使光向阳极5侧出射，驱动图6所示的结构的有机EL装置，使光向基板侧1出射。与图6所示的结构(孔径率30％)相比，在图5所示的结构中，通过在与光的出射侧相反的一侧(基板侧)与像素结构重叠地特别是在平面图中与发光层重叠地设置开关元件，可以提高对发光层起作用的孔径率(孔径率70％)。以往，为了使显示亮度达到100Cd/m2，驱动电压为6V，但是，在本实施例中，为了达到显示亮度100Cd/m2，5V就够了。因此，寿命提高10倍。
按照本实施例，可以与TFT电路等的开关元件无关地设计像素孔径部的面积，从而可以大大提高孔径率。
在图5所示的结构中，和在实施例3中说明的一样，通过将阴极2部位的层和阳极5部位的层分别采用特定的材料和厚度等，即使将阴极2部位的层作为阳极而将阳极5部位的层作为阴极进行驱动，也可以使光从发光层通过保护基板向外部射出。
此外，在图6所示的结构中，通过将阴极2部位的层和阳极5部位的层分别采用特定的材料和厚度等，即使将阴极2部位的层作为阳极而将阳极5部位的层作为阴极进行驱动，也可以使光从发光层通过保护基板向外部射出。这时，可以和图5所示的结构一样提高孔径率。
实施例8.在本实施例中，作为所使用的基板，是使用形成集成电路的半导体基板。在本实施例中，给出了在硅基板上形成手机用的电子电路、显示器驱动用的控制器、驱动器和有机EL装置驱动用的晶体管从而在显示部形成有机EL装置的例子。图7表示形成本实施例的有机EL装置的硅基板的概念图。
如图所示，在硅基板18上，设置了将上述实施例所示的有机EL元件(像素结构)配置为XY矩阵状的有机EL显示部12，在其周边设置了与显示部的矩阵驱动对应的X驱动器14和Y驱动器13，此外，还设置了控制器15、电子电路16和电源电路17，与电源和开关连接。这样，将所有的电路设置在一块硅基板上，从外部通过开关控制便可实现手机的功能。
在本实施例中，给出了手机的例子，但是，不限于该例，可以应用于要求节点、小型、轻量化的所有的用途。
实施例9.
在本实施例中，给出了在形成上述阳极或上述辅助阳极之后将在与像素间对应的部分形成光吸收性的层的保护基板通过封装树脂与基板上的像素和保护基板的像素对应部封装在一起的例子。图8表示本实施例的有机EL装置的剖面结构。
在实施例3中形成了阳极的基板上涂布封装材料8，与像素间对应的形成光吸收层19。将保护基板9与其相互粘贴规定在一起。这样作成的有机EL装置，辅助阳极的作用是提高显示的均匀性，并且可以有效地衰减外光的反射，从而可以进行对比度良好的显示。
实施例10.
在本实施例中，给出了在基板上至少阴极、发光层、空穴传输层和/或空穴注入层、透明阳极按该顺序层叠的有机EL装置特别是在图1所示结构的元件的制造方法中，在形成该发光层之后对发光层表面进行亲水化处理的例子。
在图1中，作为发光层3，使用聚芴材料时，则作为空穴注入层4所通常使用的バィェル公司制造的Bytron(水分散液)由于润湿性差而不能很好地形成膜。因此，在形成发光层3之后，照射氧化等离子体，通过旋转法涂布Bytron，便可形成均匀的膜。这样作成的有机EL装置，整个面均匀地发光。
在本实施例中，作为将发光层表面进行亲水化处理的方法，可以使用UV臭氧处理方法。
作为可以在本实施例中使用的空穴注入材料，有聚苯胺盐溶液等机械化高的溶液。
实施例11.
在本实施例中，给出了在基板上至少形成绝缘性像素间隔壁、然后在整个面上形成反射性阴极同时利用隔壁的高低差将阴极与隔壁上的辅助阳极分离、最后在像素内至少发光层、透明阳极按该顺序集层的例子。图9表示本实施例的有机EL装置的剖面结构。
在形成阴极引出线20的图形和像素间隔壁6之后，蒸发铝作为阴极2。这时，利用像素间隔壁6的壁面形成阴极图形，同时形成辅助阳极7的图形。
如果设定使像素间隔壁6的壁面的角度向前突出，图形就更加可靠，在形成阳极5时，便可由像素间隔壁6将线切断，所以，是最合适的。
实施例12.
在本实施例中，给出了在基板上形成阴极之后，在整个面上涂布并烧结绝缘性像素间隔壁材料后，在整个面上涂布作为辅助阳极的材料形成辅助阳极膜、通过光刻工序先刻制出辅助阳极层，然后形成其下层的像素间隔壁层并烧结工序像素间隔壁层、最后在像素内至少发光层和透明阳极按该顺序层叠的例子。具体而言，就是作成了图3所示结构的元件。
首先，在基板1上形成阴极2。然后，在基板整个面上，作为绝缘性像素间隔壁6的材料，涂布聚酰亚铵溶液并进行烧结。此后，在整个面上通过溅射形成膜厚1000埃的作为辅助阳极7的钽膜。接着，涂布抗蚀剂，进行部位光。在显影后对钽膜进行蚀刻。然后，对聚酰亚铵进行蚀刻。并在将抗蚀剂剥离后对聚酰亚铵进行烧结，从而完成像素间隔壁6和辅助阳极7的结构。
在本实施例中使用的像素间隔壁材料和辅助电极材料，只要通过光刻工序可以形成图形就可以。
如上所述，按照本发明，通过采用从有机EL装置的基板侧开始按阴极、发光层和阳极的顺序而层叠的结构，即使使用有源元件，也可以提供孔径率和光透过率不降低的元件结构及其制造方法。这样，便可提供能耗低、并且寿命长的有机EL装置。另外，同时可以实现亮度不降低、具有防止由于外光映入引起对比度降低的有机EL装置。

Claims (16)

1.一种有机EL装置，其特征在于：至少阴极、发光层和阳极按该顺序层叠在基板上。
2.按权利要求1所述的有机EL装置，其特征在于：上述阴极至少由一种导电性材料和金属的氧化物或氟化物的层叠构成。
3.按权利要求1所述的有机EL装置，其特征在于：具有多个像素，在上述基板上形成与各像素群对应的阴极，在像素间形成由绝缘体构成的像素间隔壁，在有由该绝缘体构成的隔壁上对应的位置以和该隔壁相同的图形形成由导电性材料构成的辅助阳极。
4.按权利要求1所述的有机EL装置，其特征在于：具有多个像素，在上述基板上形成与各像素群对应的阴极，在像素间形成由绝缘体构成的像素间隔壁，在像素中，至少阴极、发光层、阳极和辅助阳极按该顺序层叠。
5.按权利要求3或权利要求4所述的有机EL装置，其特征在于：上述辅助阳极是具有光吸收性的导电性材料。
6.按权利要求5所述的有机EL装置，其特征在于：上述辅助阳极是碳或铬。
7.按权利要求1所述的有机EL装置，其特征在于：在上述基板上设置层叠了包含开关元件的有源矩阵结构，在平面图中至少与该开关元件的至少一部分重叠地形成阴极、发光层和阳极的层叠结构。
8.按权利要求1所述的有机EL装置，其特征在于：作为上述基板，使用形成集成电路的半导体基板。
9.按权利要求3或4所述的有机EL装置，其特征在于：在形成上述阳极和/或上述辅助阳极之后，将在与像素间对应的部分形成光吸收性的层的保护基板通过密封树脂与像素和保护基板的像素对应部对位封装在一起。
10.一种有机EL装置的制造方法，其特征在于：至少将阴极、发光层和阳极按该顺序层叠在基板上。
11.按权利要求10所述的有机EL装置的制造方法，其特征在于：在形成上述发光层之后，对发光层表面进行亲水化处理。
12.一种有机EL装置的制造方法，其特征在于：在基板上至少形成绝缘性像素间隔壁，然后，将反射性阴极材料堆积到整个面上，同时利用隔壁的高低差将阴极与隔壁上的辅助阳极分离，形成该阴极和该辅助阳极，最后，至少将发光层和阳极按该顺序层叠到由该隔壁分割的区域中。
13.一种有机EL装置的制造方法，其特征在于：在基板上形成上述阴极之后，将绝缘性像素间隔壁材料涂布到基板整个面上，进行临时烧结，使作为辅助阳极的材料在整个面上成膜，然后，利用光刻工序在辅助阳极材料的层上形成图案后蚀刻，并在其下的像素间隔壁材料的层上形成图案后蚀刻，正式烧结上述隔壁层，然后至少将发光层和阳极按该顺序层叠到由该隔壁分割的区域内。
14.一种在基板上具有多个像素的有机EL装置，其特征在于：多个像素分别是由隔壁所分割的区域，在该区域中，从基板侧开始第1电极、发光层和第2电极按该顺序层叠，从发光层发出的光从该第2电极侧射出到外部。
15.按权利要求14所述的有机EL装置，其特征在于：在上述多个像素中分别设置了开关元件。
16.按权利要求14所述的有机EL装置，其特征在于：上述有源元件的至少一部分在平面上与上述隔壁重叠地设置。
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