CN1856196A - 一种有源矩阵有机发光显示装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有源矩阵有机发光显示装置及其制造方法。采用两个P型有机薄膜晶体管构成恒流电路来驱动采用透明电极为阳极的有机发光二极管象素。其中，有机晶体管的有源层与有机发光二极管的空穴注入层为同一层材料。制作方法是先制备驱动电路阵列，再制作有机发光二极管，有机发光层不需要任何图形加工，简化了制造工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示装置，尤其涉及有机晶体管有源矩阵有机发光显示装置，本发明还涉及这种显示装置的制造方法。
背景技术
有机发光显示具有主动发光以及功耗低等优点，是一种面向未来的极具潜力的平板显示装置。典型的有机电致发光器件由ITO阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及金属阴极构成。目前实现更低能耗和高信息显示必须采用有源矩阵显示方式。而且有源矩阵显示方式还可以提高发光效率和延长发光寿命。现有的有机发光有源矩阵显示主要采用低温多晶硅或非晶硅薄膜晶体管(TFT)技术来实现。低温多晶硅虽具有载流子迁移率高的优点，但是用其来驱动的有机发光象素的均匀性不好。目前一般采用四个或更多晶体管的补偿驱动电路的办法来解决发光象素的均匀性问题，从而增加了设计和制备方面的复杂性。由于非晶硅晶体管采用恒流电路驱动有机发光象素，在此驱动条件下非晶硅晶体管的阈值电压和驱动电流都会发生漂移，从而影响驱动电流的稳定性。
利用有机发光二极管的空穴注入层作为有源层的有机晶体管为空穴型(P型)沟道，而且均匀性非常好。目前一些空穴形工作模式的有机薄膜晶体管(OTFT)的迁移率已达到或超过了非晶硅薄膜晶体管的水平。有机半导体不但易于成膜(例如旋涂、蒸镀等)且成膜温度很低。用OTFT取代无机TFT特别是非晶硅晶体管可以大大降低显示器的成本，还可以实现柔性显示。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种有源矩阵有机发光显示装置，其中有机晶体管的有源层和有机发光二极管的空穴注入层为同一层，其优点为驱动电流稳定、显示象素之间的均匀性好、制作工艺简单以及制作成本低廉。
本发明的又一目的在于提供一种有机晶体管有源矩阵有机发光显示装置的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的有源矩阵有机发光显示装置，为有机薄膜晶体管驱动控制有机发光显示单元，该装置的具体结构为：
在有源矩阵有机发光显示器的基板上具有多条扫描线和与该扫描线垂直交叉的多条数据线和电流源线形成象素矩阵。其中每个象素具有一个开关TFT(TS)和一个驱动TFT(TD)、一个存储电容和一个有机发光二极管。TS的栅极与扫描线相联，TS的源极与数据线相联；TD的源极与电流源线相联，TD的漏极与有机发光二极管的阳极相联，TS的漏极与TD的栅极相联；存储电容的两个极板分别与TS的漏极和电流源线相联。
本发明提供的制备上述显示装置的方法，其主要步骤为：
1、溅射或蒸镀扫描线、TS和TD栅电极以及存储电容的底电极，并光刻成型；所用的材料为Ta、W、Ti、Mo中的一种或任何二种的合金金属以及ITO或其他已知的材料；
2、溅射或其他已知的方法生长栅绝缘膜；该绝缘膜为Ta2O5、Al2O3、TiO2、SiNx、SiO2中的一种或任何二种的合金氧化物或其他已知的绝缘材料组合；或旋涂聚合物栅绝缘膜，该绝缘膜为聚甲基丙稀酸己脂(PMMA)、聚酰氩胺(PI)或环氧树脂或其他已知的有机绝缘材料；
3、在栅绝缘膜上刻蚀过孔以便使TS的漏电极和存储电容底电极和TD的栅极相联；
4、溅射或蒸镀数据线、电流源线、TS和TD源漏电极以及存储电容的顶电极，所用的材料为Au、Ag、Ba、Ti、Mo或Cr中的一种或任何二种的合金金属或双层结构其他已知的材料；并采用剥离技术或直接光刻成型。
5、溅射透明电极(ITO、IZO)或其他已知合适的材料作为有机发光二极管的阳极并光刻成图型。
6、旋涂感光性聚酰亚胺(PI)或其他已知合适的感光材料作为象素绝缘胶并光刻显影成图型。
7、连续沉积有机发光二极管的空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极。其中空穴注入层还作为有机晶体管的有源层，所用的材料为并五苯(Pentacene)、噻吩系列(Thiophene)、T-NATA和金属酞菁(MPc)或其他已知的材料有机半导体材料。
8、封装，采用现有的有机发光封装方法，利用玻璃封盖或无机材料如氮化硅封装。
本发明中采用的有机晶体管是现有技术的底电极构型的有机晶体管。
本发明所驱动的发光元件是采用现有技术的有机发光二极管。
本发明中的基板可以是刚性的玻璃，也可以是柔性的塑料。
本发明中栅极可以是ITO透明电极，也可以是金属Cr，Ta，Al，Mo，Ni、W电极或它们中任何二种适合有机发光的高脱出功函数金属、半导体。绝缘层可以是金属和过渡金属的氧化物、SiNx和SiO2，也可以是有机聚合物。源极和漏极可以是金属Cr，Al，Au，Ag或它们中任何二种或其他已知合适的材料。
本发明中有机发光二极管的阳极是ITO透明电极，也可以是薄的金(Au)、铂(Pt)电极或其他已知合适的材料。
本发明中有机发光二极管的注入阴极是可以是锂(Li)、钙(Ca)、钡(Ba)、镁(Mg)等低脱出函数或合金，或其化合物如LiF，Li2O，Ba，BaO，BaF等。保护铝电极可以使Al、Ag等空气中稳定的金属。
本发明的优点如下所述：
本发明中的有机发光二极管的空穴注入层和有机晶体管的有源层为同一层有机材料，可以简化工序，节约成本。
本发明采用两个空穴型OTFT来驱动发光二极管象素，实现了恒流源驱动电路。可以先加工恒流源电路，后加工有机发光象素，使得有机材料不经过任何图形加工工艺。
本发明中的有机薄膜晶体管栅绝缘层如果采用溅射的方法制备或采用有机绝缘材料，整个器件的加工温度会很低(＜150℃)，可采用柔性基板。
附图说明
图1是有源矩阵有机发光显示单元象素的结构剖面示意图
1.基板衬底；2.TD栅电极；3.栅绝缘层；4.TD源电极；5.TD漏电极；6.电流源线；7.发光二极管阳极；8.晶体管有源层兼发光二极管空穴注入层；9.空穴传输层；10.发光层；11.电子传输层；12.电子注入层；13.发光二极管阴极；14.象素绝缘层。
图2是有源矩阵有机发光显示单元象素的等效电路图
TS和TD是有机晶体管，CS是象素存储电容。
图3是图1中单元象素的结构示意图
15.扫描线和TS管的栅极；16.数据线和TS管的源极；17.电流源线和TD管的漏极；18.TS开关有机晶体管；19.TD驱动有机晶体管；20.存储电容；21.有机发光二极管(OLED)。
具体实施方式
结合附图1描述如下：
实施例1
在玻璃或柔性塑料基板1上用直流磁控溅射方法镀上一层金属Ta膜，厚度100纳米，并光刻成扫描线、TS和TD晶体管的栅极2和存储电容的底电极形状。其中，刻蚀金属Ta采用反应离子刻蚀(RIE)技术。用直流磁控溅射方法在栅极2和基板1上面反应溅射一层Ta2O5作为栅绝缘层3，厚度400纳米。在栅绝缘膜上采用正常的光刻工艺和干法刻蚀工艺刻蚀过孔，以便使TS的漏电极和存储电容底电极以及TD的栅极2相联。然后，连续蒸镀一层铝(Al/50纳米)和金(Au/100纳米)并采用剥离技术光刻成数据线、电流源线6、TS和TD源电极4和漏电极5以及存储电容的顶电极形状。用直流磁控溅射方法溅射一层透明导电膜(ITO)，厚度100纳米，并利用光刻技术加工成有机发光二极管的阳极7形状。旋涂感光性聚酰亚胺(PI)作为象素绝缘层14并光刻显影使之露出ITO阳极和两个有机晶体管。采用物理分子气相沉积方法连续沉积酞菁铜、NPB、Alq3、LiF制备发光二极管的多层有机层8-12(晶体管有源层兼发光二极管空穴注入层如酞菁铜/空穴传输层如NPB/发光层如Alq3/电子传输层/电子注入层)以及铝作为发光二极管的阴极(Al)13。其中酞菁铜层8兼作晶体管的有源层和发光二极管的空穴注入层。最后进行惰性气体封装或制作封装层。
实施例2
在玻璃或柔性塑料基板1上用磁控溅射方法镀上一层金属Mo膜，厚度100纳米，并光刻成扫描线、TS和TD晶体管的栅极2和存储电容的底电极形状。其中，刻蚀金属Mo采用反应离子刻蚀(RIE)干法技术。用等离子化学气相沉积PECVD方法在栅极2和基板1上面生长一层SiNx作为栅绝缘层3，厚度250纳米。在栅绝缘膜上采用正常的光刻工艺或干法刻蚀工艺刻蚀过孔，以便使TS的漏电极和存储电容底电极以及TD的栅极2相联。然后，溅射一层ITO，厚度100纳米，并光刻成数据线、电流源线6、TS和TD源漏电极4，5、存储电容的顶电极以及有机发光二极管的阳极7形状。旋涂光敏聚酰亚胺(PI)作为象素绝缘胶14并曝光显影出窗口露出下面的透明电极(ITO)7和TS和TD的沟道区。然后分别采用分子气相沉积方法和热蒸发方法，连续制备有机发光二极管所需各层8-13(晶体管有源层兼发光二极管空穴注入层如酞菁铜/空穴传输层如NPB/发光层如Alq3/电子传输层/电子注入层/发光二极管的阴极如Ca/Mg合金)，其中酞菁铜层8兼作晶体管的有源层和发光二极管的空穴注入层，最后在真空封装后封盖或制作封装层。
实施例3
在ITO玻璃或带有ITO的柔性塑料基板1上直接光刻ITO成扫描线、TS和TD晶体管的栅极2和存储电容的底电极形状。旋涂一层聚酰亚胺(PI)作为栅绝缘层3，厚度300纳米。在栅绝缘膜上采用正常的光刻工艺或干法刻蚀工艺刻蚀过孔，以便使TS的漏电极和存储电容底电极以及TD的栅极2相联。然后，溅射一层ITO，厚度100纳米，并光刻成数据线、电流源线6、TS和TD源漏电极4，5、存储电容的顶电极以及有机发光二极管的阳极7形状。旋涂光敏聚酰亚胺(PI)作为象素绝缘胶14并曝光显影出窗口露出下面的透明电极(ITO)7以及TS和TD的沟道区。然后分别采用分子气相沉积方法和热蒸发方法，连续制备有机发光二极管所需各层8-13(晶体管有源层兼发光二极管空穴注入层如酞菁铜/空穴传输层如NPB/发光层如Alq3/电子传输层/电子注入层/发光二极管的阴极如Ca/Mg合金)，其中酞菁铜层8兼作晶体管的有源层和发光二极管的空穴注入层，最后在真空封装后封盖或制作封装层。
实施例4
在ITO玻璃或带有ITO的柔性塑料基板1上直接光刻ITO成扫描线、TS和TD晶体管的栅极2、存储电容的底电极形状和有机发光二极管的阳极7形状。旋涂一层聚酰亚胺(PI)作为栅绝缘层3，厚度300纳米。在栅绝缘膜上采用正常的光刻工艺或干法刻蚀工艺刻蚀过孔和发光二极管的阳极窗口，以便使TS的漏电极和存储电容底电极以及TD的栅极2相联。然后，蒸发Al/Au复合层，厚度100纳米，并剥离(lift-off)方法光刻成数据线、电流源线6、TS和TD源漏电极4，5、存储电容的顶电极。旋涂光敏聚酰亚胺(PI)作为象素绝缘胶14并曝光显影出窗口露出下面的透明电极(ITO)7以及TS和TD的沟道区。然后分别采用分子气相沉积方法和热蒸发方法，连续制备有机发光二极管所需各层8-13(晶体管有源层兼发光二极管空穴注入层如酞菁铜/空穴传输层如NPB/发光层如Alq3/电子传输层/电子注入层/发光二极管的阴极如Ca/Mg合金)，其中酞菁铜层8兼作晶体管的有源层和发光二极管的空穴注入层，最后在真空封装后封盖或制作封装层。
Claims (5)
1、一种有源矩阵有机发光显示器件，由基板、ITO电极、TFT电路、有机发光层、阴极及后封盖或封装层；其特征在于，采用两个有机薄膜晶体管构成恒流电流来驱动有机发光显示单元。
2、一种有源矩阵有机发光显示器件，其特征在于，该器件的有机发光二极管结构的空穴注入层兼作为有机晶体管的有源层。
3、如权利要求1所述的显示器件，其特征在于，所述基板为玻璃或为柔性塑料。
4、如权利要求1或2所述的显示装置，其主要制备步骤为：
1)、溅射或蒸镀扫描线、TS和TD栅电极以及存储电容的底电极，并光刻成型；所用的材料为Ta、W、Ti、Mo中的一种或任何二种的合金金属以及ITO；
2)、溅射或生长栅绝缘膜；该绝缘膜为Ta2O5、Al2O3、TiO2、SiNx、SiO2中的一种或任何二种的合金氧化物或组合；或旋涂聚合物栅绝缘膜，该绝缘膜为聚甲基丙稀酸己脂(PMMA)、聚酰氩胺(PI)或环氧树脂；
3)、在栅绝缘膜上刻蚀过孔以便使TS的漏电极和存储电容底电极和TD的栅极相联；
4)、溅射或蒸镀数据线、电流源线、TS和TD源漏电极以及存储电容的顶电极，所用的材料为Au、Ag、Ba、Ti、Mo或Cr中的一种或任何二种的合金金属或双层结构；并采用剥离技术或直接光刻成型；
5)、溅射透明电极(ITO)作为有机发光二极管的阳极并光刻成型；
6)、旋涂感光性聚酰亚胺(PI)作为象素绝缘胶并光刻显影之；
7)、连续沉积有机发光二极管的空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和发光二极管的阴极。其中空穴注入层还作为有机晶体管的有源层，所用的材料为并五苯(Pentacene)、噻吩系列(Thiophene)和金属酞菁(MPc)；
8)、封装。
5、如权利要求2所述的有源矩阵有机发光显示器件，其特征在于，所述有机薄膜晶体管的有源层和有机发光二极管的空穴传输层为并五苯(Pentacene)、噻吩系列(Thiophene)和金属酞菁(MPc)。
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