CN1457220A - 有源矩阵型有机电致发光显示装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
与现有技术使用八道掩模工序不同的是，本发明的有源矩阵型有机电致发光显示装置是通过六道掩模工序完成的。在本发明中，由于地线和电源线完全地或基本上完全地设置在衬底上，所以减小了电源线的电阻并防止了在装置运行期间出现在电源线上的热损耗。因此，提高了图像质量并获得了均匀显示效果。此外，由于减少了掩模工序，减少了出现故障的机会并由此提高的产量。此外，本发明的原理可应用于顶部发光型有机电致发光显示装置或底部发光型有机电致发光显示装置。当采用顶部发光型时，有源矩阵型有机电致发光显示装置能够具有高孔径比。
Description
本申请要求2001年12月29日申请的第2001-0088538号和2002年6月3日申请的第2002-031045号韩国专利申请的权益，针对本申请涉及的所有目的，在本申请中将上述申请的全部内容以引用的形式加以结合。
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光显示装置。更确切地说，本发明涉及带有薄膜晶体管的有源矩阵型电致发光显示装置。
背景技术
随着信息时代的迅速发展，对具有诸如厚度薄、重量轻和能耗低等优点的平板显示器的需求正在不断增加。因此，现在已经研究和开发了各种平板显示(FPD)装置，例如，液晶显示(LCD)装置，等离子显示板(PDPs)，场致发射显示(FED)装置和电致发光显示(ELD)装置。
在多种FPD装置中，电致发光显示(ELD)装置利用的是当将一定强度的电场施加到荧光物质上时将会产生光的电致发光现象。根据激发途径源的不同可以将电致发光显示(ELD)装置分成无机电致发光显示(ELD)装置和有机电致发光显示(ELD)装置。因为有机电致发光显示(ELD)装置能显示可见光范围内的每一种颜色而且具有高亮度和低工作电压，所以有机电致发光显示(ELD)装置作为一种自然色的显示装置已经引起了人们的注意。
此外，由于有机电致发光显示(ELD)装置是自发光，所以它具有高对比度而且适用于超薄型显示装置。还有，由于有机电致发光显示装置的制造工艺简单，所以对环境污染的程度相对较低。此外，有机电致发光显示(ELD)装置的响应时间为几微秒(μs)，所以其适合显示运动图像。有机电致发光显示(ELD)装置不受视角限制并且在低温条件下很稳定。由于可以用5V-15V这种比较低的电压驱动有机电致发光显示(ELD)装置，所以驱动电路的制造和设计都比较容易。
有机电致发光显示(ELD)装置的结构与无机电致发光显示(ELD)装置的结构相类似，但是光发射理论与无机电致发光显示(ELD)装置不同。也就是说，有机电致发光显示(ELD)装置是通过电子和空穴的复合而发光，因此通常将其称之为有机发光二极管(OLED)。
最近，已将有源矩阵的模式广泛应用于平板式显示装置，在所述有源矩阵模式中，将多个象素设置成矩阵形式并将薄膜晶体管与之相连。有源矩阵模式也应用于有机电致发光显示(ELD)装置中，这被称之为有源矩阵型有机电致发光显示(ELD)装置。
图1是表示现有技术的有源矩阵型有机电致发光显示(ELD)装置中基本象素结构的等效电路图。
按照图1，有源矩阵型有机电致发光显示装置的象素具有开关薄膜晶体管4，驱动薄膜晶体管5，存储电容器6和发光二极管(LED)7。开关薄膜晶体管4和驱动薄膜晶体管5由P型多晶硅薄膜晶体管构成。开关薄膜晶体管4的栅极与栅极线1相连，而开关薄膜晶体管4的源极与数据线2相连。开关薄膜晶体管4的漏极与驱动薄膜晶体管5的栅极相连，而驱动薄膜晶体管5的漏极与发光二极管(LED)7的正极相连。发光二极管(LED)7的负极接地。驱动薄膜晶体管5的源极与电源线3相连，而存储电容器6与驱动薄膜晶体管5的栅极和源极相连。
在图1所示的象素结构中，如果将扫描信号施加到栅极线1上，开关薄膜晶体管4将导通，而且来自数据线2的图像信号将通过开关薄膜晶体管4存储到存储电容器6中。如果将图像信号施加到驱动薄膜晶体管5的栅极上，驱动薄膜晶体管5将导通，而且发光二极管(LED)7将因此而发光。通过改变发光二极管(LED)7中的电流，可以控制发光二极管(LED)7的亮度。当开关薄膜晶体管4断开时，存储电容器6将保持驱动薄膜晶体管5的栅电压不变。也就是说，由于既使当开关薄膜晶体管4断开时，也可以通过存储电容器6中存储的电压来驱动薄膜晶体管5，所以可以保持流入发光二极管(LED)7中的电流并因此在下一个图像信号到来之前使发光二极管(LED)保持发光。
图2是现有技术中有源矩阵型有机电致发光显示装置的示意性剖面图。图2示出了有机发光二极管，存储电容器和驱动薄膜晶体管。此外，其采用的是底部发射型，即，光通过下部电极的阳极发射。
按照图2，在衬底上形成缓冲层11，然后在缓冲层11上形成具有第一到第三部分12a、12b和12c的第一多晶硅层以及第二多晶硅层13a。第一多晶硅层分成不搀杂质的第一部分12a(即，有源区)和搀杂质的第二及第三部分12b和12c(即，分别为漏区和源区)。第二多晶硅层13a成为电容器的一个电极。在有源区12a上设置栅极绝缘层14而在栅极绝缘层14上设置栅极15。在栅极15和栅极绝缘层14上形成第一隔层绝缘体16，绝缘体16同时覆盖漏区12b和源区12c以及第二多晶硅层13a。在第一隔层绝缘体16上特别是在第二多晶硅层13a(即，电容器电极)上方设置电源线17。尽管图2中没有示出，但是电源线17作为一条线沿一个方向延伸。电源线17和第二多晶硅层13a与设在它们之间的第一隔层绝缘体16一起构成存储电容器。在第一隔层绝缘体16上形成第二隔层绝缘体18，绝缘体18同时覆盖电源线17。
同时，贯穿第一和第二隔层绝缘体16和18的第一和第二接触孔18a和18b分别暴露漏区12b和源区12c。此外，形成贯穿第二隔层绝缘体18的第三接触孔18c并暴露一部分电源线17。在第二隔层绝缘体18上形成漏极19a和源极19b。漏极19a通过第一接触孔18a与漏区12b接触。源极19b分别通过第二接触孔18b和通过第三接触孔18c与源区12c和电源线17接触。在漏极19a和源极19b上以及在第二隔层绝缘体18的暴露区上形成第一钝化层20。第一钝化层20具有用于暴露一部分漏极19a的第四接触孔20a。在第一钝化层20上设置用透明导电材料制成的阳极21，所述阳极通过第四接触孔20a与漏极19a接触。在阳极21上和在第一钝化层20的暴露部分上形成第二钝化层22。第二钝化层22具有用于暴露一部分阳极21的井口22a。在第二钝化层22上以及在井口22a内形成电致发光层23。在第二钝化层22的暴露部分上以及在电致发光层23上形成完整的阴极24。阴极24由不透明的金属导电材料构成。
在图2所示的有源矩阵型有机电致发光显示装置中，阳极21由透明导电材料制成，而阴极24由不透明导电材料制成。因此，从有机电致发光层23发射的光沿底部方向放射，这称为底部发射型。
图3A-3I是表示图2所示有源矩阵型有机电致发光显示装置制造过程的剖面图。图3A-3G中所示多个图形是利用掩模并通过涂敷光刻胶、定位、曝光和显影步骤形成的。
在图3A中，当在衬底10的整个表面上形成缓冲层11之后，通过第一掩模工序在缓冲层11上形成的第一和第二多晶硅半导体层12和13。第一和第二多晶硅半导体层12和13形成岛形。
在图3B中，将氮化硅或氧化硅绝缘体以及金属导电材料按顺序沉积到第一多晶硅层12上而且用第二掩模工序形成图形，由此，在第一多晶硅半导体层12上依次形成栅极绝缘层14和栅极15。此后，在第一和第二多晶硅半导体层12和13的暴露部分上搀杂P型离子。在搀杂期间，由于栅极15起掩模的作用，所以将第一多晶硅半导体层12分成不搀杂杂质的有源区12a和搀杂杂质的漏区12b及源区12c。此外，完全搀杂杂质的第二多晶硅半导体层13成为电容器的电极13a。漏区12b和源区12c位于有源区12a的两侧。
参照图3C，在缓冲层11的整个表面上形成第一隔层绝缘体16并使其盖住栅极15、漏区12b和源区12c，以及电容电极13a。在衬底10的整个表面上形成第一隔层绝缘体16之后，通过第三掩模工序在第一隔层绝缘体16上尤其是与电容器电极13a重叠地形成金属电源线17。由于电源线17形成在电容器电极13a的正上方，所以它与电容器电极13a以及设在它们之间的第一隔层绝缘体16共同形成了存储电容器。
在图3D中，在第一隔层绝缘体16和在电源线17上形成第二隔层绝缘体18。然后，用第四掩模工序形成第一到第三接触孔18a、18b和18c。第一接触孔18a用于暴露漏区12b；第二接触孔18b用于暴露源区12c；而第三接触孔18c用于暴露电源线17。
在图3E中，在第二钝化层18上形成金属层，然后通过第五掩模工序形成图形，由此形成漏极19a和源极19b。漏极19a通过第一接触孔18a与漏区12b接触，同时源极19b通过第二接触孔18b与源区12c接触。此外，源极19b通过第三接触孔18c与电源线17接触。
通过上述工序，便制成了带有半导体层12、栅极15、漏极19a和源极19b的驱动薄膜晶体管。此外，与电源线17对应的区域和电容器电极13a形成存储电容器。尽管在图3E中没有示出，但是如图1中所示，存储电极13与驱动薄膜晶体管的栅极15相连而电源线17与信号线并行(parallel)。
在图3F中，通过第六掩模工序在第二隔层绝缘体上形成具有第四接触孔20a的第一钝化层20，该层同时覆盖漏极19a和源极19b。第四接触孔20a用于暴露一部分漏极19a。
在图3G中，在第一钝化层20上沉积透明导电材料，然后利用第七掩模工序形成图形，由此形成通过第四接触孔20a与漏极19a接触的阳极21。
在图3H中，在阳极21和第一钝化层20的暴露部分上形成第二钝化层22。然后，用第八掩模工序在第二钝化层22上形成图形，由此形成用于暴露一部分阳极21的井口22a。
现在进入图3I，在第二钝化层上形成有机电致发光层23，该电致发光层23通过井口22a与阳极21接触。随后，在有机电致发光层23以及第二钝化层22的暴露部分上形成阴极24。阴极24完全覆盖衬底10。
在上述形成有机电致发光显示装置的工序中，重复进行多次薄膜沉积，此外，还要重复多遍用掩模进行的多次光刻工序。因此，这些重复增加了掩模工序。由于光刻工序包括冲洗工序、光刻胶沉积工序、曝光工序、显影工序、蚀刻工序等，所以即使是仅省掉一个掩模工序也可以减少制造时间和生产成本。然而，参照图3A-3I描述的有机电致发光显示装置需要八次掩模，所以，其产量很低而且增加了成本。此外，有机电致发光显示装置需要的掩模越多，生产过程出现的缺陷就越多。
此外，由于现有技术中的有源矩阵型有机电致发光显示装置具有用不透明材料制成的电容器电极，所以其减小了发光区并降低了孔径比。为了克服这些问题，应提高电流强度以增加装置的亮度，但由此又会降低有机电致发光显示装置的寿命。
此外，由于现有技术中的有机电致发光显示装置设有直线形状的电源线，所以电源线很容易老化和受损而且有源矩阵型有机电致发光显示装置不能均匀地显示图像。
另一方面，如上所述，通常被称作有源层的有源区是通过在衬底上形成多晶硅层和使多晶硅层形成图形的工序制成的。由于多晶硅层包括具有不同蚀刻选择性的晶粒和晶粒边界，所以为了蚀刻掉应当除去的所有晶粒和晶粒边界，需要对多晶硅层进行过蚀。在过蚀工序中，可以对通过除去多晶硅层而露出的一部分缓冲层进行腐蚀，因此，当多晶硅层形成完整的图形时，可以在缓冲层的表面上形成晶体形状。晶体形状对缓冲层上形成的其他层，例如，栅极绝缘层和隔层绝缘体等会有影响，并因此使得在这些层上形成的由氧化铟锡制成的阳极表面很粗糙。
由于表面粗糙的缘故，使得在阳极和阴极之间感应出不均匀场，这将导致有机电致发光显示装置的寿命降低。此外，由于因缓冲层的表面粗糙而使得整流比不好，所以很难显示高灰度级的图像。
发明内容
因此，本发明在于提供一种有源矩阵型有机电致发光显示装置及其制造方法，所述装置和方法基本上克服了因现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的一个优点是，通过减少掩模工序的数量来提供一种生产成本低、产量高的有源矩阵型有机电致发光显示装置。
本发明的另一个优点是，提供一种具有高孔径比和长寿命的有源矩阵型有机电致发光显示装置。
本发明的另一个优点是，提供一种能防止电源线老化和受损并能显示均匀图像的有源矩阵型有机电致发光显示装置。
本发明的其它特征和优点将在下面的说明中给出，其中一部分特征和优点可以从说明中明显得出或是通过本发明的实践而得到。通过在文字说明部分、权利要求书以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的这些和其它优点。
为了得到这些和其它优点并根据本发明的目的，作为概括和广义的描述，本发明的有源矩阵型有机电致发光显示装置包括：衬底；设在衬底上的地线层；设在地线层上的缓冲层；设在缓冲层上的多晶硅半导体层，所述多晶硅半导体层上设有有源区、漏区和源区，其中有源区设置在多晶硅层的中部，漏区和源区设在有源区的两侧；设在缓冲层上并覆盖多晶硅层的栅极绝缘层；设在栅极绝缘层上的栅极，该栅极位于多晶硅层有源区的正上方；设在栅极绝缘层上的第一电容器电极；设在栅极绝缘层上并覆盖栅极和第一电容器电极的隔层绝缘体；设在隔层绝缘体上的漏极和源极，漏极和源极分别通过贯穿隔层绝缘体和栅极绝缘层的第一和第二接触孔与漏区和源区接触；形成在隔层绝缘体上并与漏极相连的阴极；设在隔层绝缘体上的第二电容器电极；形成在隔层绝缘体上并覆盖漏极、源极、阴极和第二电容器电极的钝化层，所述钝化层具有使阴极暴露的井口；在钝化层上和井口内形成的有机电致发光层，所述有机电致发光层通过井口与阴极接触；和设在钝化层暴露部分以及有机电致发光层上的阳极。
按照本发明的另一方面，所述制造有源矩阵型有机电致发光显示装置的方法包括：在衬底上形成地线层；在地线层上形成缓冲层；在缓冲层上形成多晶硅半导体层；在缓冲层上形成覆盖多晶硅层的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成栅极和第一电容器电极，所述栅极设在多晶硅层的正上方；用栅极作为掩模将离子搀杂到多晶硅半导体层中，使得多晶硅半导体层具有有源区、漏区和源区，其中，有源区设在多晶硅层的中部并位于栅极的正下方，而漏区和源区设在有源区的两侧；在栅极绝缘层上形成覆盖栅极和第一电容器电极的隔层绝缘体；形成第一、第二、第三和第四接触孔，其中第一和第二接触孔通过贯穿隔层绝缘体和栅极绝缘层而分别暴露漏区和源区，而第三和第四接触孔通过贯穿隔层绝缘体、栅极绝缘层以及缓冲层而暴露部分地线层；在隔层绝缘体上形成漏极和源极，所述漏极和源极通过第一接触孔和第二接触孔分别与漏区和源区相接触；在隔层绝缘体上形成阴极，所述阴极与漏极相连；在隔层绝缘体上形成第二电容器电极；在隔层绝缘体上形成覆盖漏极、源极、阴极和第二电容器电极的钝化层，所述钝化层具有使阴极暴露的井口；在钝化层上和井口内形成有机电致发光层，所述有机电致发光层通过井口与阴极接触；和在钝化层的暴露部分以及有机电致发光层上形成阳极。
很显然，上面的一般性描述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，其意在对本发明的权利要求作进一步解释。
附图说明
本申请所包含的附图用于进一步理解本发明，其与说明书相结合并构成说明书的一部分，所述附图表示本发明的实施例并与说明书一起解释本发明的原理。
附图中：
图1是表示现有技术中有源矩阵型有机电致发光显示(ELD)装置基本象素结构的等效电路图；
图2是现有技术中有源矩阵型有机电致发光显示装置的示意性剖面图；
图3A-3I是表示图2所示有源矩阵型有机电致发光显示装置制作过程的剖面图；
图4是按照本发明示例性实施例所述有源矩阵型有机电致发光显示装置的示意性剖面图；
图5是表示按照本发明所述有源矩阵型有机电致发光显示(ELD)装置基本象素结构的等效电路图；
图6是示意性表示按照本发明示例性实施例所述电源线和地线层的平面图；
图7A-7F是表示图4所示有源矩阵型有机电致发光显示装置制作过程的剖面图；
图8是按照本发明另一个示例性实施例所述有源矩阵型有机电致发光显示装置的示意性剖面图；
图9是表示形成上述图6所述地线层的多晶硅层的照片；
图10是示意性表示按照本发明另一个示例性实施例所述地线层的平面图；
图11是表示形成上述图10所述地线层的多晶硅层的照片。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的实施例，所述实施例的实例示于附图中。在所有附图中尽可能地用相同的参考标记表示相同或相似的部件。
图4是按照本发明示例性实施例所述有源矩阵型有机电致发光显示装置的示意性剖面图。由于有源矩阵型有机EL装置使用了p-Si TFT，所以采用顶部栅极型。
按照图4，在衬底110的整个表面上形成地线层120。地线层120是例如金属等导电材料。在地线层120上形成氮化硅或氧化硅缓冲层130。在缓冲层130上形成岛形多晶硅半导体层131(132和133)。将多晶硅半导体层分成不施加杂质的有源区131以及施加杂质并进行搀杂的漏区132和源区133。在此，缓冲层130可防止杂质从衬底110或地线层120渗入到多晶硅半导体层131(132和133)。在缓冲层130上形成覆盖有源区131、漏区132和源区133的栅极绝缘层140。在栅极绝缘层140上形成位于多晶硅半导体层的有源区131上方并与之重叠的栅极151。栅极151可以形成在有源区131的正上方。此外，在栅极绝缘层140上形成第一电容器电极152，该电极用与栅极151相同的材料制成。
仍然参照图4，在栅极绝缘层140上设置覆盖栅极151和第一电容器电极152的隔层绝缘体160。同时，由贯穿隔层绝缘体160和栅极绝缘层140的第一和第二接触孔161和162分别暴露漏区132和源区133。此外，形成贯穿隔层绝缘体160、栅极绝缘层140和缓冲层130的第三和第四接触孔163和164并由第三和第四接触孔来暴露一部分地线层120。在隔层绝缘体160上设置阴极171、漏极172、源极173和第二电容器电极174，它们由不透明导电材料例如金属制成。阴极171与漏极172相连，漏极172通过第一接触孔161与漏区132接触。源极173通过第二接触孔162和第三接触孔163分别与源区133和地线层120接触。第二电容器电极174通过第四接触孔164与地线层120接触。第一和第二电容器电极152和174与设在它们之间的隔层绝缘体160一起构成存储电容器。尽管图4中未示出，但是当从上部观察时，可以看到第一电容器电极152与栅极151相连。在隔层绝缘体160上形成覆盖阴极171、漏极172、源极173和第二电容器电极174的钝化层180。钝化层180上设有用于暴露阴极171的井口181。在钝化层180上和井口181内形成电致发光层190，使电致发光层190通过井口181与阴极171接触。在电致发光层190和钝化层180上形成阳极200。阳极200是透明导电材料，例如氧化铟锡或氧化铟锌。阳极设置在整个衬底110上，从而阳极200起电源线的作用。
图5是表示按照本发明所述有源矩阵型有机电致发光显示(ELD)装置基本象素结构的等效电路图。如图5所示，栅极线212布置在第一方向上，数据线211布置在基本上垂直于第一方向的第二方向上，由此确立了一个象素区。在数据线211和栅极线212的交叉点附近设置开关薄膜晶体管(TFT)214，该晶体管与数据线211和栅极线212相连。开关TFT214的栅极与栅极线212相连，而开关TFT214的源极与数据线211相连。此外，开关TFT214还与驱动薄膜晶体管(TFT)215以及存储电容器216相连。即，开关TFT214的漏极与驱动TFT215的栅极以及存储电容器216的电容器电极相连。驱动TFT215的漏极与电致发光二极管217的阴极相连。驱动TFT215的源极接地。电致发光二极管217的阳极与电源线213相连。为了均匀地保持驱动TFT215的栅电压，将存储电容器216与驱动TFT215的栅极和源极相连。
在图5所示的有源矩阵型有机电致发光显示装置中，合适的驱动TFT215是n型薄膜晶体管。然而，开关TFT214既可以是n型薄膜晶体管也可以是p型薄膜晶体管。
如参照图4所述的那样，地线层和电源线层设置在整个衬底上。图6是示意性表示按照本发明示例性实施例所述地线层212和电源线222的平面图。在图6中，为了叙述方便而省略了薄膜晶体管和存储电容器。
如图6所示，在衬底220上形成地线层221和电源线层222。地线层221以使衬底的某些部分暴露的形式设置在整个衬底220上。此外电源线层222也以使衬底的某些部分暴露的形式设置在整个衬底220。地线层221和电源线层222的重叠区是出现图像的显示区，因此多个薄膜晶体管和多个电致发光二极管设置在该显示区内。如上所述，在本发明中，电源线层222起电致发光二极管阳极的作用。
按照本发明，由于地线层和电源线层都形成在整个衬底上，所以电源线的电阻较低，由此防止了在装置运行期间引起的电源线的热损坏。因此，提高了图像质量，并获得了均匀显示效果。
在图4所示的第一实施例中，用不透明导电材料制作阴极而用透明导电材料制作阳极。因此，有机电致发光显示装置成为在上部发射光的顶部发光型。由此可以获得高孔径比。所以，既使在电流强度不大的情况下也能提高显示装置的亮度。通过本发明可以看出，上述手段延长了有机电致发光显示装置的寿命。
图7A-7F是表示图4所示有源矩阵型有机电致发光显示装置制作过程的剖面图。
在图7A中，在衬底110上沉积金属等导电材料，然后利用第一掩模工序使导电材料形成图形进而构成地线层120。当从上部观察时，地线层120具有图6中示出的形状，因此，它在很大程度上设置在整个衬底110上并且覆盖出现图像的显示区。此后，在地线层120上形成缓冲层130。缓冲层130是氧化硅和氮化硅之一。接着，在缓冲层130的整个表面上形成多晶硅层，然后利用第二掩模工序使多晶硅层形成图形进而构成半导体层135。目前已有很多种形成多晶硅层的方法。一种方法是，在缓冲层上形成非晶硅层，然后对非晶硅进行热处理后形成多晶硅。另一种方法是，利用激光辐射将非晶硅转换成多晶硅。在本发明中，衬底110可以是玻璃或其他透明物质。
在图7B中，在缓冲层130上形成覆盖半导体层135的氮化硅或氧化硅栅极绝缘层140，然后将金属材料沉积到栅极绝缘层140上。利用第三掩模工序使沉积的金属材料形成图形以便构成栅极151和第一电容器电极152。将栅极151设置在半导体层135的上方。用栅极151作为掩模，向部分半导体层135施加杂质(例如，n型离子)并进行搀杂。因此，半导体层135分成位于中部的有源区131和位于有源区131两侧的漏区132和源区133。由于在搀杂过程中栅极151起掩模的作用，所以，杂质不会存在于有源区131内，而仅存在于漏区132和源区133内。尽管图7B中未示出，但是第一电容器电极152与栅极151电性连接。
在图7C中，在栅极绝缘层140上形成覆盖栅极151和第一电容器电极152的隔层绝缘体160。然后，进行第四掩模工序形成第一到第四接触孔161、162、163和164。第一和第二接触孔161和162贯穿隔层绝缘体160和栅极绝缘层140，并分别暴露漏区132和源区133。此外，第三和第四接触孔163和164贯穿隔层绝缘体160、栅极绝缘层140和缓冲层130，并因此暴露一部分地线层120。隔层绝缘体160可以用有机绝缘材料例如苯并环丁烯(BCB)等制作。在这种情况下，隔层绝缘体160具有平坦的表面。由于用隔层绝缘体160覆盖如上所述表面很粗糙度的缓冲层130，所以缓冲层130的表面粗糙度对其上形成的其他层不会造成影响。因此，在这些层上形成的电极不会受缓冲层130表面粗糙度的影响。
在图7D中，将金属等导电材料沉积到隔层绝缘体160上，然后利用第五掩模工序使导电材料形成图形从而构成阴极171、漏极172、源极173和第二电容器电极174。如图7D中所示，阴极171与漏极172相连。漏极172通过第一接触孔161与漏区132接触。源极173通过第二接触孔162和第三接触孔163分别与源区133和地线层120接触。此外，第二电容器电极174通过第四接触孔164与地线层120接触并与第一电容器电极152以及设在它们之间的隔层绝缘体160一起构成存储电容器。
现在进入图7E，在形成图形的导电层和隔层绝缘体160的暴露部分上形成钝化层180。因此，钝化层180覆盖阴极171、漏极172、源极173和第二电容器电极174。此后，通过第六掩模工序使一部分钝化层180成形，由此构成暴露阴极171的井口181。
在图7F中，在钝化层180和暴露的阴极171上形成有机电致发光层190。有机电致发光层190通过井口181与阴极171接触。随后，在有机电致发光层190和钝化层180上形成氧化铟锡或氧化铟锌等透明导电材料，由此形成阳极200。在形成有机电致发光层190时，可采用喷墨法或障板，这样便不再需要其他掩模工序。此外，由于还可以用障板形成阳极200，所以也不需要其他掩模工序。
如以上参照图7A-7F所述，本发明的有源矩阵型有机电致发光显示装置是通过第一到第六掩模工序制成的。因此，与现有技术相比，明显缩短了制作时间和降低了生产成本。此外，由于减少了掩模工序，所以减少了层状部件的故障。因此，利用本发明可增加产量。
图4和图7A-7F中所示有源矩阵型有机电致发光显示装置是顶部发光型。然而，本发明的原理也适用于底部发光型装置。下面将参照图8详细说明底部发光式有源矩阵型有机电致发光显示装置。
图8是按照本发明另一个示例性实施例所述有源矩阵型有机电致发光显示装置的示意性剖面图。
如图8所示，在整个或是基本上在整个衬底310上形成透明导电材料的地线层320。透明导电材料是氧化铟锡(ITO)或是氧化铟锌(IZO)，而衬底310例如主要是玻璃。在地线层320上形成缓冲层330。在缓冲层330上形成带有有源区331、漏区332和源区333的半导体层。半导体层由多晶硅制成，其形成的形状象岛形。有源层331是不施加杂质的纯硅区。设置在有源层331两侧的漏区和源区332和333是施加了杂质并进行搀杂的搀杂区。
然后，在缓冲层330上形成覆盖有源区、漏区和源区331、332和333的栅极绝缘层340。在位于多晶硅半导体层有源区331上方的栅极绝缘层340上形成栅极351。栅极351可以形成在有源区331的正上方。此外，在栅极绝缘层340上形成用与栅极351相同的材料制成的第一电容器电极352。尽管图8中未示出，但是栅极351和第一电容器电极352彼此电性连接。接着，在栅极绝缘层340上设置覆盖栅极351和第一电容器电极352的隔层绝缘体360。隔层绝缘体360由有机绝缘材料制成并且使包括栅极351在内的衬底310的表面平整。由于隔层绝缘体360覆盖表面很粗糙度的缓冲层330，所以缓冲层330的表面粗糙度不会对其上形成的其他层造成影响。因此，在各层上形成的电极都不会受到缓冲层330表面粗糙度的影响。隔层绝缘体360可以包括苯并环丁烯(BCB)。
同时，形成贯穿隔层绝缘体360和栅极绝缘层340的第一和第二接触孔361和362以便分别暴露漏区332和源区333。此外，与第一和第二接触孔361及362同时形成贯穿隔层绝缘体360、栅极绝缘层340和缓冲层330的第三和第四接触孔363和364，以便暴露一部分地线层320。在隔层绝缘体360上形成阴极371、漏极372、源极373和第二电容器电极374。阴极371具有单层结构，而漏极372、源极373和第二电容器电极374可以具有双层结构。阴极371可由透明导电材料例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等制成。此外漏极372的下部372a、源极373的下部373a和第二电容器电极374的下部374a也都用例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等透明导电材料制成。相反，漏极372的上部372b、源极373的上部373b和第二电容器电极374的上部374b都用例如金属等不透明导电材料制成。阴极371与双层漏极372的下部372a相连，漏极372的下部通过第一接触孔361与漏区332接触。源极373的下部373a通过第二接触孔362和第三接触孔363分别与漏区333和地线层320接触。第二电容器电极374的下部374a通过第四接触孔364与地线层320接触。第一和第二电容器电极352和374与设在它们之间的隔层绝缘体360一起构成存储电容器。
接着，在隔层绝缘体360上形成覆盖阴极371、漏极372、源极373和第二电容器电极374的钝化层380。钝化层380上具有暴露阴极371的井口381。然后，在钝化层380上以及井口381内形成电致发光层390，使电致发光层390通过井口381与阴极371接触。在电致发光层390和钝化层380上形成阳极400。在此，可以看出，阳极400是用不透明导电材料例如金属制成的。将阳极400设置在整个或基本上整个衬底310上，使阳极400起电源线的作用。
在图8所示有机电致发光显示装置的示例性实例中，在整个衬底上形成地线层320和电源线阳极层400。因此，减小了电源线的电阻并防止了在装置运行期间产生的电源线热损耗。由此，提高了图像质量并且能够获得均匀的显示效果。此外，由于地线层320和阴极371是用透明导电层构成的而起电源线作用的阳极400是用不透明导电材料制成的，所以，图8的有源矩阵型有机电致发光显示装置成为光在底部发射的底部发光型。
如图7A-7F的第一实施例所示，在制作有源矩阵型有机电致发光显示装置时，采用了六个掩模工序。为了在图8所示制作装置的过程中仅使用六次掩模，而在隔层绝缘体360上依次形成由透明导电材料和不透明导电材料构成的双层结构。然后，利用在阴极371的部分带有狭缝的专用掩模进行曝光工序。由此，即使是漏极和源极372和373以及第二电容器电极374均具有双层结构也只需六次掩模工序。
同时，可以通过对沉积的非晶硅层进行加热或激光照射形成具有有源区、漏区和源区的多晶硅半导体层。然而，由于在上述结构中是将地线层设置在整个衬底上，然后在地线层之上形成非晶硅层，所以，为结晶而进行的加热将会通过具有高热导性的地线层分散，从而使非晶硅层不能完全结晶。热分散现象导致结晶时间很长而且生成不合适的多晶硅。在图9中示出了在地线层正上方形成的多晶硅层。如图9所示，多晶硅的晶粒相对较小，所以由这些小尺寸晶粒构成的薄膜晶体管不会有好的电性能。特别是，当用激光束结晶时，由于激光束的光能在通过地线层时更容易分散，所以使结晶过程变得更糟。
因此，为了克服热能或光能分散的问题，本发明的另一个实施例提供了一种地线层，这种地线层上具有很多孔，每个孔的位置对应于半导体层的位置。图10中示出了具有多个孔的地线层。地线层421上具有以成排和成列的形式布置的多个孔421a。每个孔421a对应于一个薄膜晶体管，具体地说是，对应于具有有源区、漏区和源区的半导体层。当采用图10的地线层时，多晶硅半导体层具有较大的晶粒。
图11是表示形成上述图10所述地线层的多晶硅层的照片。由于地线层421的孔421a的存在，使得当将非晶硅结晶时，非晶硅不会得不到热能或光能。因此，如图11所示，多晶硅半导体层的晶粒变得较大。具有这种大尺寸多晶硅半导体层的薄膜晶体管可以获得很好的电特性。
本发明的上述实施例具有以下优点。
首先，由于是将地线和电源线完整地设置在衬底上，所以减小了电源线的电阻并避免了在装置运行期间出现的电源线热损耗。因此，提高了图像质量并获得了均匀显示的效果。
第二，由于阴极是与漏极和源极同时形成的，所以减少了制作工序并降低了生产成本。此外，由于工序减少而降低了故障出现率，并提高了产量。
第三，本发明的原理既可以用于顶部发光型有机电致发光显示装置，也可以用于底部发光型有机电致发光显示装置。当将本发明的原理用于顶部发光型时，有源矩阵型有机电致发光显示装置能够具有高孔径比。
第四，用有机材料制作设在栅极线和数据线之间的隔层绝缘体并对包含栅极线的衬底表面进行平整。因此，在阳极和阴极之间产生均匀电场，改善了图像的灰度级并提高了装置的寿命。
对于熟悉本领域的技术人员来说，很显然，在不脱离本发明构思或范围的情况下，可以对本发明做出各种改进和变型。因此，本发明意在覆盖那些落入所附权利要求及其等同物范围内的改进和变型。
Claims (54)
1.一种有源矩阵型有机电致发光显示装置，包括：
衬底；
设在衬底上的地线层；
设在地线层上的缓冲层；
设在缓冲层上的多晶硅半导体层，所述多晶硅半导体层上设有有源区、漏区和源区，其中有源区设置在多晶硅层的中部，漏区和源区设在有源区的两侧；
设在缓冲层上并覆盖多晶硅层的栅极绝缘层；
设在栅极绝缘层上的栅极，该栅极位于多晶硅层有源区的上方；
设在栅极绝缘层上的第一电容器电极；
设在栅极绝缘层上并覆盖栅极和第一电容器电极的隔层绝缘体；
设在隔层绝缘体上的漏极和源极，漏极和源极分别通过贯穿隔层绝缘体和栅极绝缘层的第一和第二接触孔与漏区和源区接触；
设在隔层绝缘体上并与漏极相连的阴极；
设在隔层绝缘体上的第二电容器电极；
设在隔层绝缘体上并覆盖漏极、源极、阴极和第二电容器电极的钝化层，所述钝化层具有使阴极暴露的井口；
在钝化层上和井口内形成的有机电致发光层，所述有机电致发光层通过井口与阴极接触；和
设在钝化层暴露部分以及有机电致发光层上的阳极。
2.根据权利要求1所述的装置，其中栅极与第一电容器电极电性连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其中栅极和第一电容器电极用相同材料制成。
4.根据权利要求1所述的装置，其中源极通过贯穿隔层绝缘体、栅极绝缘层和缓冲层并使一部分地线层暴露的第三接触孔与地线层接触。
5.根据权利要求1所述的装置，其中第二电容电极通过贯穿隔层绝缘体、栅极绝缘层和缓冲层并使一部分地线层暴露的第四接触孔与地线层接触。
6.根据权利要求1所述的装置，其中基本上是在整个衬底上设置阳极，所述阳极起电源线的作用。
7.根据权利要求1所述的装置，其中第一和第二电容器电极与设在它们之间的隔层绝缘体层一起构成存储电容器。
8.根据权利要求1所述的装置，其中在多晶硅半导体层的漏区和源区上搀杂离子，而有源区为纯硅。
9.根据权利要求1所述的装置，其中地线层具有多个孔，每个孔的位置对应于多晶硅半导体层的位置。
10.根据权利要求1所述的装置，其中地线层包括不透明导电材料。
11.根据权利要求10所述的装置，其中不透明导电材料是金属。
12.根据权利要求10所述的装置，其中阴极、漏极、源极和第二电容器电极包括相同材料的不透明导电材料。
13.根据权利要求12所述的装置，其中不透明导电材料是金属。
14.根据权利要求10所述的装置，其中阳极包括透明导电材料。
15.根据权利要求14所述的装置，其中透明导电材料包括氧化铟锡和氧化铟锌之一。
16.根据权利要求1所述的装置，其中地线层包括透明导电材料。
17.根据权利要求16所述的装置，其中透明导电材料是氧化铟锡和氧化铟锌之一。
18.根据权利要求16所述的装置，其中阴极包括透明导电材料。
19.根据权利要求18所述的装置，其中透明导电材料是氧化铟锡和氧化铟锌之一。
20.根据权利要求16所述的装置，其中阳极包括不透明导电材料。
21.根据权利要求20所述的装置，其中不透明导电材料为金属。
22.根据权利要求16所述的装置，其中漏极、源极和第二电容器电极具有由透明导电材料和不透明导电材料构成的双层结构。
23.根据权利要求22所述的装置，其中透明导电材料包括氧化铟锡和氧化铟锌之一，而不透明导电材料包括金属。
24.根据权利要求1所述的装置，其中隔层绝缘体由有机材料制成。
25.根据权利要求24所述的装置，其中隔层绝缘体包括苯并环丁烯。
26.根据权利要求1所述的装置，其中栅极处于有源区的正上方。
27.一种制造有源矩阵型有机电致发光装置的方法，包括：
在衬底上形成地线层；
在地线层上形成缓冲层；
在缓冲层上形成多晶硅半导体层；
在缓冲层上形成覆盖多晶硅层的栅极绝缘层；
在栅极绝缘层上形成栅极和第一电容器电极，所述栅极设在多晶硅层的上方；
用栅极作为掩模将离子搀杂到多晶硅半导体层中，使得多晶硅半导体层具有有源区、漏区和源区，其中，有源区设在多晶硅层的中部并位于栅极的下方，而漏区和源区设在有源区的两侧；
在栅极绝缘层上形成覆盖栅极和第一电容器电极的隔层绝缘体；
形成第一、第二、第三和第四接触孔，其中第一和第二接触孔通过贯穿隔层绝缘体和栅极绝缘层而分别暴露漏区和源区，而第三和第四接触孔通过贯穿隔层绝缘体、栅极绝缘层以及缓冲层而暴露部分地线层；
在隔层绝缘体上形成漏极和源极，所述漏极和源极通过第一接触孔和第二接触孔分别与漏区和源区相接触；
在隔层绝缘体上形成阴极，所述阴极与漏极相连；
在隔层绝缘体上形成第二电容器电极；
在隔层绝缘体上形成覆盖漏极、源极、阴极和第二电容器电极的钝化层，所述钝化层具有使阴极暴露的井口(bank)；
在钝化层上和井口内形成有机电致发光层，所述有机电致发光层通过井口与阴极接触；和
在钝化层的暴露部分以及有机电致发光层上形成阳极。
28.根据权利要求27所述的方法，其中将栅极与第一电容器电极电性连接。
29.根据权利要求28所述的方法，其中用相同材料制作栅极和第一电容器电极。
30.根据权利要求27所述的方法，其中通过第三接触孔使源极与地线层接触，该第三接触孔暴露部分地线层。
31.根据权利要求27所述的方法，其中通过使一部分地线层暴露的第四接触孔使第二电容器电极与地线层接触。
32.根据权利要求27所述的方法，其中基本上是在整个衬底上设置阳极，所述阳极起电源线的作用。
33.根据权利要求27所述的方法，其中用第一和第二电容器电极与设在它们之间的隔层绝缘体层一起构成存储电容器。
34.根据权利要求27所述的方法，其中在多晶硅半导体层的漏区和源区上搀杂离子，而有源区保持为纯硅。
35.根据权利要求27所述的方法，其中形成地线层包括在地线层上形成具有多个孔，每个孔的位置对应于多晶硅半导体层的位置。
36.根据权利要求27所述的方法，其中地线层由不透明导电材料制成。
37.根据权利要求36所述的方法，其中不透明导电材料是金属。
38.根据权利要求36所述的方法，其中形成漏极和源极、形成阴极和形成第二电容器电极的过程是在同一掩模工序中用相同材料的不透明导电材料完成的。
39.根据权利要求38所述的方法，其中不透明导电材料是金属。
40.根据权利要求36所述的方法，其中阳极由透明导电材料制成。
41.根据权利要求40所述的方法，其中透明导电材料包括氧化铟锡和氧化铟锌之一。
42.根据权利要求27所述的方法，其中地线层由透明导电材料制成。
43.根据权利要求42所述的方法，其中透明导电材料是氧化铟锡和氧化铟锌之一。
44.根据权利要求42所述的方法，其中形成漏极和源极、形成阴极和形成第二电容器电极的过程是在同一时间使用同一掩模和使用不透明导电材料完成的。
45.根据权利要求44所述的方法，其中掩模在对应于阴极的位置上有狭缝。
46.根据权利要求45所述的方法，其中阴极具有由透明导电材料形成的单层结构。
47.根据权利要求46所述的方法，其中透明导电材料包括氧化铟锡和氧化铟锌之一。
48.根据权利要求45所述的方法，其中漏极、源极和第二电容器电极具有由透明导电材料和不透明导电材料构成的双层结构。
49.根据权利要求48所述的方法，其中透明导电材料包括氧化铟锡和氧化铟锌之一，而不透明导电材料包括金属。
50.根据权利要求42所述的方法，其中阳极由不透明导电材料制成。
51.根据权利要求50所述的方法，其中不透明导电材料是金属。
52.根据权利要求27所述的方法，其中隔层绝缘体由有机材料制成。
53.根据权利要求52所述的方法，其中隔层绝缘体包括苯并环丁烯。
54.根据权利要求27所述的方法，其中将栅极设置在多晶硅层的正上方。
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