CN1582078A - 顶部发光型有源矩阵场致发光设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种顶部发光型有源矩阵场致发光设备和制造该设备的方法，其中当形成像素电极时，在像素区域的外部区域中形成反共用电极，以便同时增强该设备的发射效率和电气功能。在此，尽管共用电极形成为薄层，反共用电极也电连接共用电极，由此防止共用电极的过载和短路。

Description

顶部发光型有源矩阵场致发光设备及其制造方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2003年8月5日申请的韩国专利申请P2003-054149和2003年8月5日申请的韩国专利申请P2003-054150的优先权，通过其完全陈述在此接合作为参考。
技术领域
本发明涉及一种有机场致发光设备，尤其是，涉及一种顶部发光型有源矩阵场致发光设备和制造该设备的方法。尽管本发明适合广泛的应用，但它尤其适合增强发光效率和改善设备的电气功能。
背景技术
场致发光设备由于它的宽视角、高孔径比和高色度特性，被认为是下一代平面显示设备。更确切的说，在有机场致发光(EL)设备中，当电荷注入到形成在空穴注入电极和电子注入电极之间的有机场致发光层中时，电子和空穴互相配对产生激子，其激发态下降到基态，由此发出光。因此，与其他显示设备相比，该有机场致发光设备(ELD)能在低电压下操作。
基于该驱动方法，将有机ELD分为钝化ELD和有源矩阵ELD。该钝化ELD是由透明基片上的透明电极、在透明电极上的有机场致发光层和有机场致发光层上的阴极形成的。该有源矩阵ELD是由确定基片上的像素区域的多个扫描线和数据线、电连接扫描线和数据线并控制场致发光设备的开关设备、电连接该转换设备并形成在基片上的像素区域中的透明电极(即，阳极)、在透明电极上的有机场致发光层和有机场致发光层上的金属电极(即，阴极)形成的。不同于钝化ELD，该有源矩阵ELD还包括是薄膜晶体管(TFT)的开关设备。
可以将有源矩阵ELD分为两类：顶部发光型ELD和底部发光型ELD。与底部发光型ELD不同，由于顶部发光型ELD向金属共用电极(即，阴极)发射光线，所以顶部发光型ELD的金属共用电极应当形成一薄层，以便提供高效的光透射。
然而，如果形成的金属共用电极太薄，则在其中产生的热量将导致金属共用电极短路或氧化。由于有源矩阵ELD的这些特点，大量的电流在金属共用电极内恒定的流动。更确切的说，当金属共用电极由银(Ag)形成时，由于银(Ag)原子的迁移，在金属共用电极上形成很多团块。因此，该设备的可靠性下降，并且耐用性降低。
发明内容
因此，本发明涉及一种顶部发光型有源矩阵场致发光设备和制造该设备的方法，其能同时避免由相关技术的局限性和缺点引起的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种顶部发光型有源矩阵场致发光设备和制造该设备的方法，它能同时增强发光效率和改善该设备的电气功能。
在说明书中，下面将部分的陈述本发明的其他优点、目的和特征，并且基于以下试验或对本发明实例的了解，本发明的其他优点、目的和特征对本领域技术人员将变得更明显。通过在书面的说明书和权利要求以及附图中指出的特殊结构，可以认识和实现本发明的目的和其他优点。
为了获得这些目的和其他优点，并根据本发明的目的，在此通过具体和广泛的描述，有源矩阵场致发光设备包括：基片，该基片具有薄膜晶体管和在基片上规定的像素区域，在基片和薄膜晶体管上形成的绝缘层，在绝缘层上形成的第一电极，在第一电极之间的绝缘层上形成的第二电极，在第一电极上形成的发射层，和在发射层上形成的并电连接第二电极的第三电极。
该第一电极形成在像素区域中并通过接触孔电连接薄膜晶体管。并且，在每个像素区域之间形成第二电极。
该发射层由空穴注入层、空穴传输层、有机场致发光层、电子传输层和电子注入层形成，这些层顺序的互相淀积。
第三电极由淀积在透明电极上的金属电极形成，或由透明电极形成。
在本发明的另一方面中，用于制造有源矩阵场致发光设备的方法包括在具有规定于其上的像素电极的基片上形成薄膜晶体管，在薄膜晶体管和基片上形成绝缘层，在绝缘层上形成第一电极和第二电极，在第一电极上形成发射层，在发射层上形成第三电极，第三电极电连接第二电极。
第一电极和第二电极由相同材料形成。并且，第一电极形成在绝缘层上的像素区域中，并同时，在每个像素区域之间形成第二电极。
其中，由于在第二电极上没形成发射层，所以第三电极电连接第二电极。
根据本发明，用于制造该有源矩阵场致发光设备的方法还包括在绝缘层上的预定区域上形成第一电极和第二电极。这里，绝缘层包括暴露第二电极的沟道。而且，第三电极通过该沟道电连接第二电极。
应当理解，本发明上面的概述和下面的详细描述是示范和说明，并意图为要求保护的本发明提供更多的说明。
附图说明
附图为本发明提供进一步的理解并结合构成说明书的一部分，其描述了本发明的实施例，并结合说明书解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了根据本发明的有源矩阵场致发光设备的平面图；
图2示出了沿着图1的B-B’线的横截面视图；
图3A至3G示出了根据本发明的第一实施例的用于制造有源矩阵场致发光设备的方法的过程步骤；
图4示出了根据本发明的阴影掩模(shadow mask)；
图5A至5F示出了根据本发明的第二实施例的用于制造有源矩阵场致发光设备的方法的过程步骤。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的优选实施例，其范例示出在附图中。无论什么情况，在整个附图中，相同参考数字将表示相同或类似部件。
图1示出了根据本发明的有源矩阵场致发光设备的平面图。
参考图1，根据本发明的顶部发光型有源矩阵场致发光设备(ELD)包括在像素区域上形成的红(R)、绿(G)和蓝(B)有机场致发光层34、34’和34”，以及在像素区域的外部区域上以条状形成的反共用电极29，该像素区域具有在其上形成的R、G和B有机场致发光层。一般而言，在有源矩阵ELD中，当形成的R、G和B有机场致发光层34、34’和34”时，一直使用阴影掩模。在此，阴影掩模桥的厚度在大约40至50微米(μm)的范围内，它是一个足够宽的空间以形成反共用电极29。由于图1的区域D和阴影掩模桥接区域对应，在本发明中，该反共用电极29形成在D区域中。
反共用电极29通过绝缘层30的孔电连接共用电极37和38(即，阴极)。因此，大多数电流流过共用电极37和38，并通过反共用电极29流到外面，该反共用电极29具有低电阻，因此解决了共用电极中的电阻问题。
图2示出了沿着图1的B-B’线的横截面视图。参考图2，将详细描述根据本发明的顶部发光型有源矩阵场致发光设备。
参考图2，像素电极28和多个在像素电极28上穿过的共用电极37和38形成在玻璃基片21上。该共用电极37和38包括金属共用电极37和在其上淀积的透明共用电极38。另外，有机场致发光层34形成在像素电极28和共用电极37及38之间。在此，该有机场致发光层34形成在像素区域中。
另外，薄膜晶体管B形成在玻璃基片21上，并电连接像素电极28。该薄膜晶体管B包括半导体层22，该半导体层形成在玻璃基片21上并包括源和漏区域22a和22b和沟道区域22c，在半导体层22和玻璃基片21的整个表面上的栅绝缘层23，在沟道区域22c上的栅绝缘层23上形成的栅极24。在此，源和漏区域22a和22b和沟道区域22c的边界与栅极24的两边对齐。
而且，夹层电介质25形成在薄膜晶体管B上。该夹层电介质25包括多个暴露源和漏区域22a和22b的部分表面的接触孔。在接触孔中形成多个电极线26，以便电连接源和漏区域22a和22b。
在夹层电介质25和电极线26的整个表面上形成平面化绝缘层27。该平面化绝缘层27包括通孔，该通孔暴露连接漏区域22b的电极线26的部分表面。像素电极28形成在平面化绝缘层27的像素区域上。在此，该像素电极28通过平面化绝缘层27的通孔电连接薄膜晶体管B的漏区域22b。
反共用电极29以带状并以平行于薄膜晶体管B的栅极24长度的方向形成在平面化绝缘层27的像素区域的外部。
在像素电极28和反共用电极29之间形成的绝缘层30覆盖部分像素电极28和部分反共用电极29。形成的绝缘层30电绝缘像素电极28和反共用电极29，该绝缘层30形成在像素区域的外部区域中。
空穴注入层32和空穴传输层33连续的形成在像素电极28和绝缘层30上，并且有机场致发光层34形成在空穴传输层33的像素区域上。该有机场致发光层34包括基于发出的颜色的红(R)、绿(G)和蓝(B)有机场致发光层34、34’和34”。该R、G和B有机场致发光层34、34’和34”顺序的形成在每个对应的像素区域上。随后，电子传输层35和电子注入层36顺次的淀积在有机场致发光层34和空穴传输层33上。
金属共用电极37和透明共用电极38形成在反共用电极29、一部分绝缘层30和电子注入层36上，并且保护层39形成在透明共用电极38的整个表面上。在此，由于绝缘层30、空穴注入层32、空穴传输层33、有机场致发光层34、电子传输层35和电子注入层36没有形成在反共用电极29上，所以共用电极37和38与反共用电极39接触。另外，在本发明中，省略金属共用电极37，从而使透明共用电极38与反共用电极39直接接触。
根据本发明的用于制造顶部发光型有源矩阵场致发光设备的方法将参考下列附图进行描述。
第一实施例
图3A至3G示出了根据本发明的第一实施例的用于制造有源矩阵场致发光设备的方法的过程步骤。参考图3A，为了用作薄膜晶体管B的有源层，通过使用多晶硅将半导体层22形成在玻璃基片21上。随后，对该半导体层22进行构图，只留下半导体层22的一部分，其与在其上面将形成薄膜晶体管B的区域对应。然后，栅绝缘层23淀积在玻璃基片21和半导体层22的整个表面上，并且导电材料层淀积在栅绝缘层23上，以便形成栅极。对该导电材料层进行构图，以便只有预定部分保留在被构图的半导体层22上，由此形成栅极24。
此后，栅极24作为用于注入杂质，诸如硼(B)或钾(P)的掩模，然后对半导体层22进行热处理，由此形成薄膜晶体管B的源和漏区域22a和22b。并且，其中没注入杂质的半导体层22的区域变成沟道区域22c。在此，由于通过使用作为掩模的栅极24注入杂质，源和漏区域22a和22b的边界和沟道区域22c的边界与栅极24的两边对齐。
夹层电介质25形成在栅绝缘层23和栅极24上。之后，夹层电介质25和栅绝缘层23被选择性的蚀刻，以暴露源和漏区域22a和22b的上表面的一部分，由此形成接触孔。并且，用金属填充该接触孔，以便形成电极线26，每个电极线电连接源和漏区域22a和22b。
随后，通过使用旋涂方法将绝缘材料淀积在夹层电介质25和电极线26上，由此淀积该平面化绝缘层27。然后通过预烘焙处理使平面化绝缘层27变硬。而且，选择性的除去平面化绝缘层27，以暴露与薄膜晶体管B的漏区域22b连接的电极线26，由此形成该通孔。
金属材料层淀积在通孔和平面化绝缘层27的整个表面上。在底部发光型ELD中，金属性材料层由透明材料，诸如铟锡氧化物(ITO)形成。相反的，在顶部发光型ELD中，该金属性材料层由具有高反射率和功函数的金属形成。更确切的说，在该情况下，该金属性材料层由铬(Cr)、铝(Al)、钼(Mo)的合金和银(Ag)—金(Au)合金或其中之一形成，并且通过使用这些金属可形成多层。该金属性材料层淀积在平面化绝缘层27的通孔的内层上，并连接在通孔底部形成的电极线26。
选择性的除去金属性材料层，以便在每个像素区域中形成像素电极28。并且，同时，反共用电极29形成在像素区域的外部区域中。该反共用电极29形成在像素电极28之间，并空间上远离该像素电极一预定距离。换句话说，该反共用电极29形成在平面化绝缘层27上的每个像素电极之间的边界区域上。而且，如图1所示，该反共用电极29在薄膜晶体管B上以条状形成，并平行于薄膜晶体管B的栅极24。
参考图3B，在将绝缘材料淀积在平面化绝缘层27、像素电极28、反共用电极29的整个表面上之后，选择性的除去绝缘材料层，以便在除像素区域外的区域，更确切的说，在像素区域之间的边界区域上形成绝缘层30。在这一点上，该绝缘层30也不会形成在反共用电极29的部分表面上。换句话说，在像素电极28和反共用电极29之间形成的绝缘层30只覆盖每个像素电极28和反共用电极29的一部分。为了暴露反共用电极29的部分表面，该绝缘层30包括在反共用电极29上以与反共用电极29的长度相同的方向形成的沟道。
随后，发射层形成在像素电极28上。在此，该发射层由逐次淀积的空穴注入层32、空穴传输层33、有机场致发光层34、电子传输层35和电子注入层36形成。参考图3C，该阴影掩模31用于将空穴注入层32和空穴传输层33顺次淀积在像素电极38和绝缘层30上。该空穴注入层32和空穴传输层33不必淀积在反共用电极29上。图4示出了阴影掩模31的部分表面。在此，该阴影掩模31具有与反共用电极29的图形对齐的多个条纹。
参考图3D，阴影掩模(未示出)用于将空穴传输层33淀积在有机场致发光层34上。该有机场致发光层34包括基于发出的颜色的红(R)、绿(G)和蓝(B)有机场致发光层34、34’和34”。该R、G和B有机场致发光层34、34’和34”顺次形成在每个相应的像素区域上。在此，该有机场致发光层34只淀积在像素区域中。
如图3E所示，该阴影掩模31用于将电子传输层35和电子注入层36顺次的淀积在部分空穴传输层33和有机场致发光层34上。
参考图3F，该共用电极37和38形成在电子注入层36和反共用电极29的整个表面上。由于共用电极电连接反共用电极29，流过共用电极的电流通过反共用电极29流出，该反共用电极29具有较小电阻，由此解决共用电极有关电阻的问题。该共用电极包括金属共用电极37和透明共用电极38。为了形成金属共用电极37，具有若干纳米(nm)厚度的铝(Al)层淀积在电子注入层36和反共用电极29的整个表面上，然后对其蚀刻以具有等于或小于5纳米(nm)的厚度。替换的，代替铝层，可淀积具有厚度等于或小于5纳米(nm)的MgxAgx-1金属组的金属层。另一方面，用于形成金属共用电极37的另一方法是顺次的淀积具有约0.5纳米(nm)厚度的氟化锂(LiF)层和大约1纳米(nm)厚度的铝(Al)层。另外，透明共用电极38由透明导电材料，诸如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)形成。
该金属共用电极37可被省略，并且替代金属共用电极37，可形成透明共用电极38以电连接反共用电极29。
此后，如图3G所示，形成保护层39以防止有机场致发光层34、电子传输层35和电子注入层36接触氧或水分。而且，尽管在图中未显示，通过使用密封剂和透明基片将保护罩安装在保护层39上，因此完成了根据本发明的顶部发光型有源矩阵场致发光设备。
第二实施例
图5A至5F示出了根据本发明的第二实施例的用于制造有源矩阵场致发光设备的方法的过程步骤。参考图5A，半导体层122形成在玻璃基片121上，以便用作薄膜晶体管B的有源层。该半导体层122由多晶硅构成。随后，对该半导体层122进行构图，只留下半导体层122的一部分，其与在其上面将形成薄膜晶体管B的区域对应。然后，栅绝缘层123淀积在玻璃基片121和半导体层122的整个表面上，并且导电材料层淀积在栅绝缘层123上，以便形成栅极。对该导电材料层进行构图，以便只有预定部分保留在被构图的半导体层122上，由此形成栅极24。
栅极24作为用于注入杂质，诸如硼(B)或钾(P)的掩模，然后为了形成薄膜晶体管B的源和漏区域122a和122b，对半导体层122进行热处理。其中没注入杂质的半导体层122的区域变成沟道区域122c。在此，由于通过使用作为掩模的栅极124注入杂质，源和漏区域122a和122b的边界和沟道区域122c的边界与栅极124的两边对齐。
夹层电介质125形成在栅绝缘层123和栅极124上。之后，夹层电介质125和栅绝缘层123被选择性的蚀刻，以暴露源和漏区域122a和122b的上表面的一部分，由此形成接触孔。并且，用金属填充该接触孔，以便形成电极线26，每个电极线电连接源和漏区域122a和122b。
随后，通过使用旋涂方法将绝缘材料淀积在夹层电介质125和电极线126上，由此淀积该平面化绝缘层127。然后通过预烘焙处理使平面化绝缘层127变硬。而且，选择性的除去平面化绝缘层127，以暴露与薄膜晶体管B的漏区域122b连接的电极线126，由此形成该通孔。
金属材料层淀积在通孔和平面化绝缘层127的整个表面上。在底部发光型ELD中，金属性材料层由透明材料，诸如铟锡氧化物(ITO)形成。相反的，在顶部发光型ELD中，该金属性材料层由具有高反射率和功函数的金属形成。更确切的说，在该情况下，该金属性材料层由铬(Cr)、铝(Al)、钼(Mo)的合金和银(Ag)—金(Au)合金或其中之一形成，并且通过使用这些金属可形成多层。该金属性材料层淀积在平面化绝缘层127的通孔的内层上，并连接在通孔底部形成的电极线126。
选择性的除去金属性材料层，以便在每个像素区域中形成像素电极128。并且，同时，反共用电极129形成在像素区域的外部区域中。该反共用电极129形成在像素电极128之间，并空间上远离该像素电极一预定距离。换句话说，该反共用电极219形成在平面化绝缘层27上的每个像素电极之间的边界区域上。该反共用电极129在薄膜晶体管B上以条状形成，并平行于薄膜晶体管B的栅极124。
参考图5B，在将绝缘材料淀积在平面化绝缘层127、像素电极128、反共用电极129的整个表面上之后，选择性的除去绝缘材料层，以便在除像素区域外的区域，更确切的说，在像素区域之间的边界区域上形成绝缘层30。在这一点上，该绝缘层130也不会形成在反共用电极129的部分表面上。换句话说，在像素电极128和反共用电极129之间形成的绝缘层130只覆盖每个像素电极128和反共用电极129的一部分。为了暴露反共用电极129的部分表面，该绝缘层130包括在反共用电极129上以与反共用电极129长度相同的方向形成的沟道。
随后，发射层形成在像素电极128上。在此，该发射层由逐次淀积的空穴注入层132、空穴传输层133、有机场致发光层134、电子传输层135和电子注入层136形成。参考图5C，该阴影掩模131用于将空穴注入层132、空穴传输层133、有机场致发光层134、电子传输层135和电子注入层136顺次淀积在像素电极128和部分绝缘层130上。该有机场致发光层134包括基于发出的颜色的红(R)、绿(G)和蓝(B)有机场致发光层134、134’和134”。参考图5d，利用阴影掩模131，将R、G和B有机场致发光层134、134’和134”顺次形成在每个相应的像素区域上。在此，空穴注入层132、空穴传输层133、有机场致发光层134、电子传输层135和有机场致发光层134只淀积在像素区域中。
参考图3E，共用电极137和138形成在电子注入层136、部分绝缘层130和反共用电极129的整个表面上。由于共用电极电连接反共用电极129，流过共用电极的电流通过反共用电极129流出，该反共用电极129具有较小电阻，由此解决共用电极有关电阻的问题。该共用电极包括金属共用电极137和透明共用电极138。为了形成金属共用电极137，具有若干纳米(nm)厚度的铝(Al)层淀积在电子注入层136、部分绝缘层130和反共用电极129的整个表面上。具有厚度等于或小于5纳米(nm)的MgxAgx-1金属组层或银层淀积在该铝层上。用于形成金属共用电极137的其他方法是顺次的淀积具有约0.5纳米(nm)厚度的氟化锂(LiF)层和大约1纳米(nm)厚度的铝(Al)层。另外，透明共用电极138由透明导电材料，诸如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)形成。
此后，如图3F所示，形成保护层139以防止有机场致发光层134、电子传输层135和电子注入层136接触氧或水分。而且，尽管在图中未显示，通过使用密封剂和透明基片将护罩安装在保护层139上，由此完成了根据本发明的顶部发光型有源矩阵场致发光设备。
如上所述，在根据本发明的顶部发光型有源矩阵场致发光设备中，由于形成的反共用电极电连接共用电极，尽管金属共用电极形成的很薄，但还是有易于电流流动。而且，由于金属共用电极很薄，所以可以增强光透射率。因此，顶部发光型有源矩阵场致发光设备具有改进的耐用性并提供增强的可靠性。
本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明应当覆盖对本发明提供的修改和变化，这些修改和变化在附属权利要求和它们的等同物的范围内。

Claims (22)

1.一种有源矩阵场致发光设备，包括：
基片，其包含薄膜晶体管和在基片上规定的像素区域；
在基片和薄膜晶体管上形成的绝缘层；
在像素区域的绝缘层上形成的第一电极；
在第一电极之间的绝缘层上形成的第二电极；
在每个第一电极上形成的发射层；和
在发射层上形成并电连接第二电极的第三电极。
2.根据权利要求1的设备，其中第一电极通过绝缘层内的接触孔连接薄膜晶体管。
3.根据权利要求1的设备，其中第一电极形成在像素区域上，并且第二电极形成在每个像素区域之间。
4.根据权利要求1的设备，还包括在第一电极和第二电极上的预定区域上形成的绝缘层。
5.根据权利要求4的设备，其中绝缘层包括沿着第二电极的方向形成的沟道。
6.根据权利要求1的设备，其中该发射层由空穴注入层、空穴传输层、有机场致发光层、电子传输层和电子注入层形成，这些层互相顺次淀积。
7.根据权利要求1的设备，其中发射层没有形成在第二电极上。
8.根据权利要求1的设备，其中第三电极由淀积在透明电极上的金属电极形成。
9.根据权利要求1的设备，其中第三电极由透明电极形成。
10.一种用于制造有源矩阵场致发光设备的方法，其包括：
在基片上形成薄膜晶体管，该基片具有在其上规定的像素区域；
在薄膜晶体管和基片上形成绝缘层；
在像素区域的绝缘层上形成第一电极和在第一电极之间的绝缘层上形成第二电极；
在第一电极上形成发射层；和
在发射层上形成第三电极，该第三电极电连接第二电极。
11.根据权利要求10的方法，其中第一电极形成在绝缘层上的像素区域中，同时，第二电极形成在像素区域之间。
12.根据权利要求10的方法，其中第一电极和第二电极由相同材料形成。
13.根据权利要求12的方法，其中第一电极和第二电极由反射材料形成。
14.根据权利要求10的方法，其中第三电极由淀积在透明电极上的金属电极形成。
15.根据权利要求14的方法，其中金属电极形成为具有等于或小于5纳米(nm)的厚度。
16.根据权利要求10的方法，还包括在绝缘层的预定区域上形成第一电极和第二电极。
17.根据权利要求16的方法，其中绝缘层包括暴露第二电极的沟道。
18.根据权利要求10的方法，其中该发射层包括空穴注入层、空穴传输层、有机场致发光层、电子传输层和电子注入层。
19.根据权利要求10的方法，其中发射层没有形成在第二电极上。
20.根据权利要求10的方法，还包括在薄膜晶体管上的绝缘层中形成接触孔。
21.根据权利要求10的方法，形成发射层的步骤包括使用阴影掩模在像素区域的第一电极上顺次淀积空穴注入层、空穴传输层、有机场致发光层、电子传输层和电子注入层。
22.根据权利要求10的方法，形成发射层的步骤包括：
使用第一阴影掩模在第一电极上顺次淀积空穴注入层和空穴传输层；
使用第二阴影掩模在空穴传输层上淀积有机场致发光层；和
使用第一阴影掩模在有机场致发光层上顺次淀积电子传输层和电子注入层。
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