CN1541039A - 阳极电极层作为电源层的平板显示器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种平板显示器及其制造方法，通过使用像素电极层作为电源层，其能够防止相邻布线之间的连线短路和电源线两端的电压降。本发明的平板显示器由薄膜晶体管、绝缘膜、像素电极和电源层构成，薄膜晶体管包括形成在绝缘衬底上的源极/漏极，绝缘膜形成在绝缘衬底上，绝缘衬底包括薄膜晶体管并包括第一、第二接触孔，这些孔分别露出源极和漏极，像素电极形成在绝缘膜上并通过第一和第二接触孔之一连接到源极/漏极之一上，电源层形成在绝缘膜上并通过第一和第二接触孔的另一个连接到源极/漏极的另一个上。通过用低电阻率材料形成电源线和在格栅结构中提供电源线，减少了电源线中的损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种平板显示器，尤其是一种有机场致发光显示装置，通过同时形成的电源层和阳极电极层能够防止电源层上的连线短路和电压降，并在不同于形成数据线和栅线的层上形成电源层，能够防止该电源层上的连线短路和电压降。
背景技术
通常，有源矩阵有机场致发光显示装置的每个像素包括开关晶体管、驱动晶体管、电容器、EL(或场致发光)装置和电源线。电源线输送公共电源(Vdd)给驱动晶体管和电容器。优选地，公共电源应该均匀地为矩阵中的每个和各个像素供电，使每个像素得到均匀亮度。电源线的设计在控制通过各个驱动晶体管流向矩阵中每个EL器件的电流中起到作用。
EL器件由阳极(或像素)电极、阴极电极和EL(发光)层构成。EL层是有机合成物，当提供电流时它发光。开关晶体管和驱动晶体管是薄膜晶体管(或TFT)。
在有源矩阵有机场致发光显示装置中使用多个导电层，来形成栅线、栅极、数据线、TFT的源极/漏极、电源层、阳极电极等，其中将绝缘层如栅极绝缘膜、层间绝缘膜和钝化膜插在导电层之间，以便导电层彼此电绝缘。
在场致发光显示装置中，优选地形成多个导电层并使得所有导电层之间相互保持电绝缘，而彼此不会意外出现短路。同样，最好以这种方式构造电源线：使矩阵中所有像素在相同电压下接收相同量的功率，由此沿电源线不存在电压降。换句话说，电源线在导电电源线内必须无电压降。此外，最好使形成的电源线与数据线、栅线和其它导线充分隔离，以防止可能出现的意外连线短路。另外，最好有效地生产场致发光显示器的结构，使需要的工艺步骤减少，降低制造成本。因此，在可能的情况下，希望将工艺步骤进行组合。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种场致发光平板显示装置的改良结构。
本发明的目的还提供一种制造场致发光平板显示装置的改良方法。
本发明的目的还提供一种制造场致发光平板显示器的工艺，该工艺具有较少工艺步骤，因此减少了生产成本。
本发明的再一目的是提供一种场致发光平板显示装置的结构，其消除了电源线和装置内其它导线，例如栅线和数据线间形成连线短路的可能性。
本发明的又一目的是提供一种制造场致发光平板显示装置的方法，其消除了电源线和装置内其它导线，例如栅线和数据线间形成连线短路的可能性。
本发明的目的还在于提供一种场致发光平板显示装置的结构和制造这种结构的方法，其中在相同电压下给矩阵的每个像素提供电源，由此在像素之间提供均匀亮度。
本发明的又一目的是提供一种能够提高EL器件发射效率的平板显示器及其制造方法。
通过场致发光装置和制造方法可以实现这些和其它目的，其中电源线布置在与布置其它导线，例如栅线(gate line)和数据线的层隔离的层上，其中，同时在相同层上用与EL器件阳极电极相同的材料形成电源线，其中精心选择电源线和EL器件电极的材料。
为了减少电源线与数据线或栅线意外短路的概率，在与形成数据线和栅线的层不同的层上形成电源线，并用与形成数据线和栅线的层不同的工艺步骤制造电源线。为了提供高效率生产工艺，使用尽可能少的步骤，同时用相同材料在相同绝缘层上使用单沉积步骤、单构图步骤和蚀刻步骤形成电源线和EL器件阳极电极，生产电源线和EL器件阳极电极。
类似地，同时在相同层上形成数据线和电容器上电极。另外，同时在相同层上用单沉积、构图和蚀刻步骤形成栅线和电容器下电极。
在电源线和EL器件阳极电极的同时形成中，使用具有低电阻率和高反射率的材料。这种材料可以是金、铂、镍、铬或叠层膜如镍/铝/镍、银/ITO或铝/ITO，其中ITO是氧化锡铟。使用的材料的选出功最好至少为4.5eV。通过在电源线中使用这种低电阻率材料，可以更好地确保由电源线供电的每个像素或EL器件接收到与所有其它像素相同的电压，并且沿电源线存在很少电源或电压损耗。由于阳极电极不是由透明材料形成，所以EL器件的阴极电极(或上电极)而不是阳极电极最好由透明材料如ITO或IZO形成，由此产生前发射结构，其中IZO是氧化锌铟。作为替代，阴极电极可以由半透射导电材料制成。
在本发明的优选实施例中，电源层具有格栅状，其中像素电极排列成网状线或格栅状结构，或者电源线形成为线状，其中电源线布置在以行或列排列的像素电极之间，或者电源层具有表面电极状，其中电源层形成在衬底的整个表面上，以便与像素电极电隔离。这些设计进一步减少了电源线上的电源或电压损耗，并进一步确保每个像素接收到相同电压。
此外，本发明提供一种制造方法，其中电源线和EL器件的阳极电极同时形成，优选地，数据线和电容器的上电极同时形成，栅线和电容器的下电极最好同时形成。
附图说明
通过下面结合附图进行详细的说明，将会更容易地全面理解本发明及其许多附带的优点，在附图中，相同附图标记表示相同或相似部件，其中：
图1A是有机场致发光显示装置的平面图；
图1B是图1A有机场致发光显示装置沿图1A中IB-IB线的横断面图；
图2A是根据本发明优选实施例的有机场致发光显示装置的平面图；
图2B是有机场致发光显示装置沿图2A中IIB-IIB线的横断面图；
图3A和图3B是根据本发明优选实施例的有机场致发光显示装置的电源线和阳极电极矩阵的平面图。
具体实施方式
现在转到附图，图1A表示有源矩阵有机场致发光显示装置的平面图。参考图1A，有源矩阵有机场致发光显示装置由多个栅线110、多个数据线120、多个电源线130以及多个像素构成，多个像素连接到栅线110、数据线120和电源线130。
每个像素包括两个晶体管(驱动TFT150和开关TFT170)、一个电容器140和一个EL器件160。EL器件160具有一个阳极电极(或像素电极)161、一个阴极电极164和一个有机发射层163，发射层163夹在阳极电极161和阴极电极162之间。每个像素包括一个开关薄膜晶体管170、一个驱动薄膜晶体管150和一个电容器140，开关薄膜晶体管170与多个栅线110中的对应的一个和多个数据线120中的对应的一个相连，驱动薄膜晶体管150用于驱动连接到多个电源线130中的对应的一个上的EL器件160，电容器140用于维持驱动薄膜晶体管150的栅极和源极间的电压。
图1B为沿图1A中IB-IB线的横断面图。图1B是一个像素的横断面图，并且只限于图解驱动薄膜晶体管150、电容器140和EL器件。参考图1B，缓冲层151形成在绝缘衬底100上，电容器140、驱动薄膜晶体管150和EL器件160形成在缓冲层151上。电容器140包括一形成在栅极绝缘膜153上的下电极144和一形成在层间绝缘膜155上的上电极146。
驱动薄膜晶体管150包括一形成在缓冲层151上的半导体层152、一形成在栅极绝缘膜153上的栅极154、形成在层间绝缘膜155上的源极156a和漏极156b，半导体层152包括源极区/漏极区152a和152b、形成在源极区152a和漏极区152b之间的通道形成区152c。源极/和漏极156a和156b分别通过接触孔155a和155b电连接到源极区/漏极区152a和152b。
EL器件160由形成在钝化膜157上的阳极电极161、形成在阳极电极161上并位于开口部分165内的有机发射层163、以及形成在有机发射层163和像素定义层162上的阴极电极164构成。像素定义层162用来形成开口部分165。将像素定义层162穿孔而形成开口165，在开口165处形成EL器件160。
在有源矩阵有机场致发光显示装置中，电源线130连接到驱动薄膜晶体管150的源极/漏极156a和156b之一上，(在图1B中，电源线130连接到源极156a上)。电源线130还电连接到电容器140的上电极146上，以起到控制电流的作用，其通过驱动薄膜晶体管150和通孔158流到EL器件160的阳极电极161上，其中电源线130通常给矩阵中多个像素的每个像素提供电源电压(Vdd)。
然而，经常以这种方式设计电源线130：在电源输送给每个像素之前，电源线130中经常存在实际的电位降。这可能导致整个矩阵的亮度不均匀性。另外，电源线的位置、电源线的线宽、连接到外部电源的焊点位置和数量对薄膜晶体管的设计和制造工艺有影响。
而且，如图1A所示，电源线130和数据线120一起形成在层间绝缘膜155上，以便电源线130与数据线120电隔离，或者电源线130和数据线120一起形成在栅极绝缘膜153上，以便电源线130与栅线110分离。对于图1A和1B的设计，由于电源线130形成在要么与数据线120相同要么与栅线110相同的层上，所以存在风险，即连线短路180可能发生在电源线130和数据线120或栅线110之间。
图2A表示根据本发明优选实施例的有源矩阵有机场致发光显示装置的平面图，图2B表示有源矩阵有机场致发光显示装置沿图2A中IIB-IIB线的横断面图，并且只限于图解像素中的驱动薄膜晶体管250、EL器件260和电容器240。
参考图2A和图2B，有源矩阵有机场致发光显示装置由多个栅线210、多个数据线220、一根电源线230以及多个像素构成，栅线210形成在绝缘衬底200上，数据线220形成在绝缘衬底200上，使数据线220和栅线210相互交叉，电源线230用于提供公共电源，像素连接到信号线210、220和电源层230上。
每个像素包括一开关薄膜晶体管270、一电容器240、一驱动薄膜晶体管250和一EL器件260，开关薄膜晶体管270连接到栅线210中的对应的一个上和数据线220中的对应的一个上，电容器240通过一个通孔259连接到电源线230上，驱动薄膜晶体管250通过通孔259连接到电源线230。
电容器240的上电极246和下电极244以岛状分别形成在层间绝缘膜255之上和之下。电容器240的下电极244连接到驱动薄膜晶体管250的栅极254上。栅极254也电连接到开关薄膜晶体管270的源极/漏极之一上，例如通过接触孔274连接到漏极。数据线220连接到开关薄膜晶体管270的源极/漏极的另一个上，例如连接到源极。栅线210连接到开关薄膜晶体管270的栅极。栅线210的另一端连接到像素阵列外面的扫描驱动器上，数据线220的另一端连接到像素阵列外面的源极驱动器。电容器240的上电极246通过通孔259电连接到电源线230。EL器件260的下电极261形成在与电源线230相同的层上，例如钝化膜257，以便EL器件260的下电极261通过通孔258连接到驱动薄膜晶体管250的源极/漏极256a和256b之一上(图2B中下电极261连接到漏极256b上)。
另外，将绝缘层如层间绝缘膜255插在栅线210和数据线220之间，以便栅线210和数据线220彼此电隔离。将绝缘层如栅极绝缘膜253和钝化膜257分别插在电源线230和栅线210、数据线220之间，以便电源线230与栅线210、数据线220分别保持电绝缘，减少或消除电源线230和栅线210或数据线220之间的连线短路概率。因此，电源线230形成在与下电极例如EL器件的阳极电极或像素电极261相同的层上。也就是说，电源线230和EL器件的阳极电极261都形成在钝化膜257上。由于电源线230形成在与栅线210或数据线220不同的层上，所以防止了连线短路。
本发明具有前述结构的有源矩阵有机场致发光显示装置的制造方法描述如下。缓冲层251形成在绝缘衬底200上。然后，在非晶硅膜沉积在缓冲层251上之后，通过执行普通结晶工艺如受激准分子激光器退火(ELA)工艺，使非晶硅膜结晶成多晶硅膜。通过对多晶硅膜构图，以岛状形成半导体层252。
栅极绝缘膜253形成在缓冲层251和之前形成的半导体层252上。然后，在栅极材料沉积在栅极绝缘膜253之后，通过构图沉积在栅极绝缘膜253上的栅极材料，形成栅极254。电容器240的栅线210和下电极244同时形成。形成栅极254之后，通过将预定导电型杂质如p型杂质离子注入半导体层252，形成驱动TFT晶体管250的源极区/漏极区252a和252b。在源极区252a和漏极区252b之间是通道形成区252c。
将层间绝缘膜255沉积在下电极244、栅极254和栅极绝缘膜253上之后，通过对层间绝缘膜255构图，形成驱动TFT250的接触孔255a、255b，这些孔分别用于露出源极区252a和漏极区252b。接触孔255a、255b穿孔于层间绝缘膜255。将源极/漏极材料沉积在由接触孔255a、255b穿孔的层间绝缘膜255之后，通过构图源极/漏极材料，形成源极256a和漏极256b，其通过接触孔255a、255b电连接到驱动TFT250的源极区252a和漏极区252b。此时，数据线220和电容器240的上电极246形成，最好同时形成。将电容器240的上电极246布置在下电极244之上。上电极246电连接到驱动TFT250的源极256b。尽管图2B中未图解，但用驱动TFT250的制造工艺，可以同时形成开关晶体管270。
钝化层257形成在上电极246、源极256a、漏极256b和层间绝缘膜255上。然后通孔258和通孔259同时穿过钝化层257。通孔258露出源极256a和漏极256b之一(图2B中图解的是漏极256b)，通孔259露出源极256a和漏极256b的另一个(图2B中图解的是源极256a)。
然后，阳极电极261、电源线230的材料和导电材料为与驱动TFT250的漏极252b和驱动TFT250的源极252a建立电接触而填充通孔258、259，这些材料分别在沉积穿孔的钝化膜257上。然后构图和蚀刻该导电材料，以便形成阳极电极261和电源线230。
由导电材料形成阳极电极(或像素电极)261和电源线230，与随后形成的阴极264的电极材料相比，该导电材料具有更大的逸出功。阳极电极261和电源线230的逸出功至少为4.5。由于阳极电极261和电源线230由相同材料构成，所以最好用低电阻率的材料来使电源线230中的电压降达到最小，并且使用具有较高反射率的材料来增加下一步骤中形成在阳极电极261上的EL发射层263的反射率。例如，阳极电极261和电源线230的导电材料可以是单层膜如金、铂、镍、铬或叠层膜如镍/铝/镍、银/ITO或铝/ITO。
如上所述，问题1)电源线230内的电压降和2)电源线230和栅线210或数据线220之一间的短路可以得到克服，而不需要下面的附加工艺步骤：1)在与栅线和数据线不同的层上形成电源线230；2)给电源线230使用低电阻材料。
在列举的结构和工艺中，由于EL器件260的电源线230和阳极电极261同时形成，并且由于使用具有较高反射率特性的低电阻率材料，因此如在后面发射结构中，阳极电极261不是由高透明材料构成的。然而，阳极电极261可以由双层膜构成，其中一层是透射的而另一层是反射的。整个阴极264由透明材料如ITO或IZO或半透射导电材料构成，以便EL器件260是前发射结构而不是后发射结构。与用于电源线230和阳极电极261的材料相比，ITO和IZO具有相对高的电阻。由于电源线230和阳极电极261同时由相同材料构成，所以将高电阻透明材料用于EL器件260的阴极264，而不是阳极261。
图3A和图3B描述了根据本发明优选实施例的阳极电极261和电源线230的平面图。在图3A中，电源线230形成为格栅状，而在电源线230的各个格栅内阳极电极261形成为岛状，其中在电源线230形成为格栅状的情况下，由于从四个方向(箭头所示)提供电源电压(Vdd)，因此可以进一步减少整个电源线230的电压降。换句话说，通过使格栅结构的电源线230带有附加多余线，进一步减少了电源线230两端的电压降。通过将这种格栅形状与低电阻率材料的使用结合生产出的电源线230具有很小的损耗，因此确保矩阵中每个像素从电源线230接收到相同功率和相同电压，由此在像素之间提供均匀亮度。
图3B描述了电源线230的另一种结构。以列和行的矩阵形状排列岛状阳极电极261，线状电源线230排列在列布置的相邻阳极电极261之间。电源线230不但可以如图3A排列在列布置的相邻阳极电极261之间，而且可以如图3A排列在行布置的相邻阳极电极261之间。
在某一范围内选择任何结构的电源线关系不大，在该范围内开口率不受影响，因为电源线230形成在与栅线210和数据线220不同的其它绝缘层上，例如钝化膜257，以便在本发明优选实施例中消除电源线230和栅线210或数据线220之间的短路问题。因此，电源线230不但可以形成为图3A的格栅状和图3B的线状，而且可以形成为表面电极形状，其中电源线230与阳极电极261电隔离，并且穿过通孔259连接到电容器240的上电极246和源极256a/漏极256b中的一个电极上，例如薄膜晶体管250的源极256a。
形成电源线230和阳极电极261之后，像素定义层262形成在钝化膜257上，钝化膜257包括阳极电极261和电源线230。通过蚀刻像素定义层262使开口部分265穿过像素定义层262，以便露出阳极电极261。接着，在开口部分265的阳极电极261上形成有机发射层263之后，阴极电极264形成在衬底上。
依照本发明的上述优选实施例，通过使用具有低电阻率和高反射率的材料同时形成阳极电极261和电源线230，以便减少电源线230的电压降，同时限制了工艺步骤数量。电源线230以这种方式形成，防止了数据线220或栅线210与电源线230之间的连线短路，同时提高了EL器件的发射效率。而且，根据本发明优选实施例的有机场致发光显示装置具有优点，其中通过以如图3A的格栅状形成电源线230，并且通过给电源线230使用低电阻率材料，可以进一步减少电源线230的电压降。
虽然参考本发明的优选实施例已经对其进行了具体表示和说明，本领域技术人员可以理解，在那里可以对形式和细节方面进行前述和其它修改，而不超出本发明的本质和范围。
Claims (17)
1、一种平板显示器，包括：
形成在绝缘衬底上的栅线、数据线和电源线；
由该栅线、该数据线和该电源线确定的像素区；和
包括被布置在像素区中的像素电极的像素，该像素电极形成在与该电源线相同的层上。
2、如权利要求1所述的平板显示器，该电源线形成在与该栅线和该数据线不同的层上。
3、如权利要求1所述的平板显示器，该电源线和该像素电极由相同材料形成。
4、如权利要求3所述的平板显示器，该电源线和该像素电极由具有低电阻率和高反射率的材料形成。
5、如权利要求4所述的平板显示器，该电源线和该像素电极由从金、铂、镍、铬构成的组中所选择的材料单层膜、叠层的镍/铝/镍膜、叠层的银/ITO膜和叠层的铝/ITO膜构成。
6、一种平板显示器，包括：
形成在绝缘衬底上的薄膜晶体管，其包括源极和漏极；
形成在该绝缘衬底和该薄膜晶体管上的绝缘膜，该绝缘膜由分别暴露该源极和该漏极的第一和第二接触孔穿孔；
形成在该绝缘膜上并通过所述第一和第二接触孔之一连接到所述源极和漏极之一上的像素电极；
形成在该绝缘膜上并通过所述第一和第二接触孔的另一个连接到所述源极和漏极的另一个的电源层。
7、如权利要求6所述的平板显示器，该电源层和该像素电极由相同材料形成。
8、如权利要求6所述的平板显示器，该电源层和该像素电极由具有低电阻率和高反射率的材料形成。
9、如权利要求7所述的平板显示器，该像素电极和该电源层由从金、铂、镍、铬构成的组中所选择的材料单层膜、叠层的镍/铝/镍膜、叠层的银/ITO膜和叠层的铝/ITO膜构成。
10、一种平板显示器，包括：
被分割成多个像素区并包括多个薄膜晶体管的绝缘衬底，每个薄膜晶体管布置在所述多个像素区的相应像素区中；
形成在该衬底上的绝缘膜；
多个像素电极，它们形成在该绝缘膜上，并在所述多个像素区的相应像素区中，电连接到所述多个薄膜晶体管的相应薄膜晶体管上。
电源层，其形成在该绝缘膜上以便该电源层与所述多个像素电极电隔离，所述电源层与所述多个薄膜晶体管中的每个电连接，并给所述多个薄膜晶体管中的每个提供电源。
11、如权利要求10所述的平板显示器，该电源层形成为格栅状，其中所述多个像素电极的相应像素电极布置在每个格栅中。
12、如权利要求10所述的平板显示器，该电源层形成为线状，其中所述电源层布置在所述多个像素电极的相应像素电极之间，所述电源层布置成行或列之一。
13、如权利要求10所述的平板显示器，该电源层具有表面电极形状，其中所述电源层形成在所述衬底的整个表面上，并且与所述多个像素电极的每个电隔离。
14、一种制造平板显示器的方法，包括以下步骤：
形成包括源极和漏极的薄膜晶体管，该薄膜晶体管形成在绝缘衬底上；
在该衬底上形成绝缘膜；
蚀刻该绝缘膜来形成穿透该绝缘膜的第一和第二接触孔，所述第一和第二接触孔分别暴露该薄膜晶体管的该源极和该漏极；
在衬底上沉积像素电极材料；和
通过沉积、构图和蚀刻所述像素电极材料，形成像素电极并且同时形成电源层，该像素电极通过所述第一和第二接触孔之一电连接到所述源极和所述漏极之一，电源层通过所述第一和第二接触孔的另一个连接到所述源极和所述漏极的另一个。
15、如权利要求14所述的方法，该像素电极材料由选出功为4.5或更多的材料形成。
16、如权利要求14所述的方法，该像素电极材料由具有低电阻率和高反射率的材料形成。
17、如权利要求14所述的方法，该像素电极材料由从金、铂、镍、铬构成的组中所选择的材料、叠层的镍/铝/镍膜、叠层的银/ITO膜和叠层的铝/ITO膜形成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090109 Address after: Gyeonggi Do, South Korea Patentee after: Samsung Mobile Display Co.,Ltd. Address before: Gyeonggi Do, South Korea Patentee before: Samsung SDI Co.,Ltd. |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SAMSUNG MOBILE DISPLAY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SAMSUNG SDI CO., LTD. Effective date: 20090109 |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SAMSUNG DISPLAY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SAMSUNG MOBILE DISPLAY CO., LTD. Effective date: 20121101 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20121101 Address after: Gyeonggi Do, South Korea Patentee after: SAMSUNG DISPLAY Co.,Ltd. Address before: Gyeonggi Do, South Korea Patentee before: Samsung Mobile Display Co.,Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20081231 |
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| CX01 | Expiry of patent term |