-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrolumineszierende Vorrichtungen
und insbesondere organische elektrolumineszierende Dünnschicht-Transistorvorrichtungen.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Fortschritte
in der Flachtbildschirm(FPD)-Technologie haben hochqualitative, großflächige Vollfarben-Anzeigen
mit hoher Auflösung
ermöglicht.
Augenblicklich sind Flüssigkristallanzeigen
(LCD) die bevorzugte Anzeigevorrichtung. Ein großer Nachteil von LCD-Anzeigen
ist ihre schwache Leistungsfähigkeit
bei schwachen Umgebungs- oder Umlicht-Bedingungen. Beispielsweise können reflektierende
LCDs nur bei starken Umgebungslicht-Bedingungen verwendet werden,
da sie ihr Licht vom Umgebungslicht erhalten, d.h. das Umgebungslichtlicht
wird von den LDCs reflektiert. Einige transflektive LCDs sind so
konstruiert, dass sie in einem Durchlässigkeitsmodus arbeiten und
eine Backlight- oder Hintergrundbeleuchtungsanordnung aufweisen,
die dann verwendet wird, wenn das Umlicht nicht ausreicht. Darüber hinaus
weisen Transflektiv-Displays einen gewissen visuellen Aspekt auf und
manche Benutzer ziehen ein hell aussendendes Display vor. Diese
Arten von Anzeigen sind jedoch im Allgemeinen für die praktische An wendung
in sehr kleinen Vorrichtungen, wie beispielsweise tragbaren elektronischen
Vorrichtungen, zu groß und
verbrauchen beträchtliche
Energie, was tragbare Display-Anwendungen negativ beeinträchtigt.
-
Organische
Elektrolumineszenzvorrichtungs(OEV)-Anordnungen treten immer häufiger als eine
mögliche
realisierbare Konstruktionswahl zur Verwendung in kleinen Produkten
auf, insbesondere bei kleinen tragbaren elektronischen Vorrichtungen wie
beispielsweise Funkrufempfängern
oder Pagern, zellularen und tragbaren Telefonen, dialogfähigen Rundfunkempfängern, Datenbanken,
usw. OEV-Anordnungen sind in der Lage, genügend Licht zur Verwendung in
Anzeigen bei einer Vielzahl unterschiedlicher Zustände des
Umgebungslichts zu erzeugen (von schwachem oder gar keinem Umlicht
bis hin zu hellem Umlicht). Des Weiteren können OEVs relativ kostengünstig und
in einer Vielzahl von Größen von sehr
klein (kleiner als 1/10-Millimeter im Durchmesser) bis hin zu relativ
groß (größer als
ein Zoll) hergestellt werden, so dass OEV-Anordnungen in einer Vielzahl
von Größen hergestellt
werden können.
Darüber
hinaus weisen OEVs den zusätzlichen
Vorteil auf, dass ihr Aussendebetrieb einen sehr breiten Betrachtungswinkel
bereitstellt.
-
Ein
Nachteil bei OEV-Vorrichtungen liegt darin, dass sie bei Verwendung
einfacher Zweipol-Verfahren schwierig zu betreiben sind, da sie
keinen Speicher aufweisen. Die Steig- und Abfallzeit einer OEV ist
sehr schnell und sie besitzt keinen inherenten Speicher. Zur Lösung dieses
Problems wurden vier Anschluss-Dünnschicht-Transistor(TFT)-Vorrichtungen
zum Antrieb von OEV-Geräten oder
-Vorrichtungen entwickelt. Diese Geräte schließen zwei TFTs, einen Speicherkondensator
und eine OEV-Anschlussfläche
ein, welche alle auf einem Substrat angeordnet sind. Der Speicherkondensator
aktiviert die Erregungsenergie an ein gezieltes Elektrolumineszenz(EL)-Element,
damit dieses eingeschaltet bleibt, nachdem es ausgewählt worden
ist.
-
Obwohl
das vorstehend genannte Problem erfolgreich gelöst wurde, sind der Speicherkondensatorprozess
und die Anordnung bei einem Herstellungsprozess sehr kompliziert
und schwierig zu erreichen. In diesen Vorrichtungen wird ein Kondensator durch
die Gate-Elektrode
gebildet, welche als die untere oder Bodenelektrode des Kondensators
fungiert, welcher von einer darüberliegenden
oberen Elektode durch eine Gateoxid-Schicht getrennt ist. Die obere Elektrode
ist mit der Source-Zone verbunden. Ein Beispiel für dieses
Gefüge
ist aus der europäischen Offenlegungsschrift
EP 0 717 445 A2 ersichtlich,
welche am 19. Juni 1996 veröffentlicht
wurde. In dieser Art von Vorrichtungen sind mehrere Probleme offensichtlich,
genauer gesagt ist der Prozess kompliziert und ein elektrischer
Verlust ist aufgrund der scharfen Kante an der Anode der durch den
Kondensatorprozess gebildeten OEV möglich.
-
Ein
weiteres Problem bei der Verwendung von OEVs in Anzeigen oder Displays
ist die Erzeugung der Farben, welche für das Erreichen eines Vollbild-Displays
notwendig sind. Es können
rote, grüne
und blaue OEVs hergestellt werden, wobei sie jedoch verschiedene
organische Werkstoffe benötigen
und daher muss jede Farbe separat hergestellt werden. Des Weiteren
sind die erzielten Faben keine reine Primärfarbe, sondern weisen ein
relativ breites Spektrum auf. Die Ausstrahlung von Rotlicht ist
in OEVs nur sehr schwer zu erreichen, wobei jedoch bekannt ist,
andere Farben wie beispielsweise Blaulicht in Rotlicht umzuwandeln.
Ein solches Verfahren ist in der japanischen Veröffentlichung, Kokai Patent Nr.
Hei 8-286033 mit dem Titel "Red
Emitting Device Using Red Fluorescent Converting Film, Rotlicht-Emissionsvorrichtung,
welche roten fluoreszierenden Umwandlungsfilm vewendet", offenbart, welche
am 1. November 1996 veröffentlicht
wurde. Obwohl Blaulicht in Rotlicht umgewandelt wird, ist der Wirkungsgrad
der Umwandlung inakzeptabel niedrig, und das Rotlicht enthält unzulässige Pegel
von Blau-Grün-Komponenten.
-
WO
00/04594 beschreibt ein organisches Elektrolumineszenzgerät, welches
eine über
einem Mikrohohlraum ausgebildete organische Elektrolumineszenzvorrichtung
aufweist, wobei der Mikrohohlraum wiederum über einem Farbumwandlungsmedium
ausgebildet ist. Dementsprechend ist es in höchstem Maße wünschenswert, eine neue und
verbesserte Lichtemissionsvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung
derselben bereitzustellen.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues und
verbessertes Lichtemissionsgerät
mit verbesserter Leistung bereitzustellen.
-
Noch
eine weiter Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines
neuen und verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines Lichtemissionsgeräts mit einem
vereinfachten Verfahren. Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Lichtemissionsgerät mit einem Kondensator bereitzustellen,
sowie ein Verfahren zur Herstellung.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
In Übereinstimung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lichtemissionsvorrichtung
gemäß den anliegenden
Ansprüchen
bereitgestellt.
-
Die
vorstehend genannten Probleme sowie weitere Probleme werden zumindest
teilweise gelöst und
die vorstehend genannten Aufgaben sowie Weitere werden in einem
lichtemittierenden Gerät
realisiert, welches einen Dünnschicht-Transistor,
einen Mikrohohlraum sowie ein Farbumwandlungsmedium aufweist. Der
Dünnschicht-Transistor
weist einen strömführenden
Anschluss auf. Die organische Elektrolumineszenzvorrichtung emittiert
Licht mit einem breiten Spektrum und weist einen ersten Anschluss auf,
der mit dem stromführenden
Anschluss verbunden ist. Das Farbumwandlungsmedium absorbiert mit
ihm gekoppeltes Licht und emittiert Licht ansprechend auf absorbiertes
Licht. Der Mikrohohlraum koppelt emittiertes Licht von der organischen
Elektrolumineszenzvorrichtung an das Farbumwandlungsmedium.
-
Darüber hinaus
wird ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung
bereitgestellt, welche einen Dünnschicht-Transistor,
einen Mikrohohlraum sowie ein Farbumwandlungsmedium aufweist.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorstehend beschriebenen und weitere sowie spezifischere Aufgaben
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute in der Technik
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung
mit den Zeichnungen klar ersichtlich, wobei die Zeichnungen Folgendes
zeigen:
-
1 ein
Schemadiagramm einer aktiven Matrix 4-Pol lichtemittierenden Vorrichtung;
und
-
2 eine
vereinfachte Schnittansicht einer lichtemittierenden Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Mit
Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende
Bauelemente in den zahlreichen Ansichten anzeigen, wird die Aufmerksamkeit
zunächst
auf 1 gerichtet, welche das Schema eines Aktivmatrix
4-Pol-Displays veranschaulicht, das aus einer Vielzahl lichtemittierender Vorrichtungen
aufgebaut ist, welche adressierbare Pixel oder Bildelemente bilden.
Eine lichtemittierende Vorrichtung 10, welche durch gestrichelte
Linien angezeigt ist, weist einen Leistungs-TFT 12, einen adressierbaren
TFT 13, einen Speicherkondensator 14 sowie ein
OEV-Bauelement 15 auf.
Der Hauptvorteil des 4-Pol Schemas oder Verfahrens liegt in der Fähigkeit,
das Adresssignal von dem OEV-Erregungssignal
zu entkoppeln oder trennen. OEV-Bauelemente werden mit Hilfe der
adressierbaren TFTs ausgewählt
und die Erregungsenergie an das OEV-Bauelement wird durch den Leistungs-TFT gesteuert.
Die Speicherkondensatoren aktivieren die Erregungsenergie an ein
adressiertes OEV-Bauelement, damit dieses eingeschaltet bleibt,
nachdem es ausgewählt
worden ist. Auf diese Weise stellt der Schaltkreis einen Speicher
bereit, der es dem OEV-Bauelement ermöglicht, bei einem Auslastungsgrad
von nahezu 100% zu arbeiten, unabhängig von der Zeit, die für die Adressierung
zugeteilt worden ist.
-
Mit
Bezug auf 2 ist nun eine vereinfachte Querschnittsansicht
der lichtemittierenden Vorrichtung 10 veranschaulicht.
Die lichtemittierende Vorrichtung 10 weist einen Leistungs-TFT 12,
einen adressierbaren TFT 13, eine Speicherkondensator 14 sowie
ein OEV-Bauelement 15 auf. Der Leistungs-TFT 12 weist
eine Halbleiterschicht 20 auf, die auf einem transparenten
Isoliersubstrat 19, wie beispielsweise Glas oder dergleichen
angeordnet ist. Eine erste und zweite voneinander beabstandete dotierte
Zone 21 und 22 werden in der Halbleiterschicht 20 mit
Hilfe eines geeigneten Verfahrens gebildet, wie beispielsweise Implantation,
Diffusion oder dergleichen. N+ Dotieren wird bevorzugt, um eine
einfache Integration mit einer Standard-Halbleiterschaltkreisanordnung
zuzulassen. Die dotierten Zonen 21 und 22 bestimmen
erste und zweite stromführende Anschlüsse (z.B.
Source- und Drainanschluss), wobei ein Kanal 23 dazwischen
angeordnet ist. Der erste und zweite stromführende Anschluss werden nachfolgend
als Source- und Drainanschluss bezeichnet.
-
Eine
Isolierschicht 25 wird auf der Halbleiterschicht 20 angeordnet,
welche den Kanal 23 überlagert,
und ist vorzugsweise aus Siliziumoxid SiO2 oder anderen Oxiden,
Nitriden und dergleichen gebildet. Eine Halbleiterschicht 26,
welche stark dotiert ist (vorzugsweise n+), um eine gute Leitfähigkeit
zu erzielen, wird auf der Isolierschicht 25 angeordnet.
Ein Teilabschnitt der Halbleiterschicht 25, welche den Kanal 23 überlagert,
bildet einen Steueranschluss (z.B. ein Gate) und ein am weitesten
links angeordneter Abschnitt der Halbleiterschicht 26 überlagert gemäß Darstellung
in 2 einen Abschnitt einer dotierten Zone 21.
Der Kondensator 14 wird durch die überlagernden Abschnitte der Halbleiterschicht 26 und
die dotierte Zone 21 begrenzt oder bestimmt. Die Überlappung
wird mit Hilfe eines Positionierungskanals 23 erzielt,
der außermittig
rechts innerhalb Schicht 20 angeordnet ist, wie es mit
Bezug auf 2 ersichtlich ist. Im Allgemeinen
ist die dotierte Zone 21 größer als die dotierte Zone 22 ausgebildet, um
diese Verlagerung bereitzustellen. Diese einzigartige Anordnung
des Kondensators 14 verringert Verarbeitungsschritte und
räumliche
Anforderungen, und verbindet zudem den Kondensator 14 zwischen dem
Steueranschluss (z.B. das Gate) und dem Sourceanschluss. Die Kapazität des Kondensators 14 kann
auf einfache Art und Weise dadurch gesteuert werden, dass die Fläche der
dotierten Zone 21, d.h. des Sourceanschlusses, verändert wird.
Die Verarbeitungsschritte werden verringert, da keine zusätzlichen
Schichten hinzugefügt
werden. Eine erneute Aufteilung bestehender Schichten erzeugt den
Kondensator 14.
-
Ein
Kontaktmetall 30 wird auf der dotierten Zone 21 angeordnet
und arbeitet als externer elektrischer Kontakt mit dem Sourceanschluss,
der durch die dotierte Zone 21 gebildet wird. Mit zusätzlichem Bezug
auf 1 erstreckt sich das Kontaktmetall 30 auf
benachbarte Leistungs-TFTs in derselben Spalte und verbindet alle
Sourceanschlüsse,
welche durch die dotierte Zone 21 gebildet werden, mit
Masse.
-
Eine
Schicht 31 aus SiO2 wird auf der Oberfläche des Substrats 19 benachbart
zum Leistungs-TFT 12 aufgetragen, um die Bildung einer
OEV 15 zu unterstützen.
Es versteht sich, dass die Schicht 31 optional ist, abhänging von
der Bildung des Substrats 19, und zum Zweck dieser Offenbarung
als ein Abschnitt des Substrats 19 angesehen wird. Anschließend wird
eine Passivierungsschicht 36 aus einem Isolierwerkstoff
wie beispielsweise SiO2 auf der Oberfläche des TFT 12 aufgebracht
oder angeordnet.
-
Ein
Farbumwandlungsmedium (FUM) 40 wird angeordnet oder aufgebracht
und ebenflächig auf
der Oberfläche
der Passivierungsschicht 36 und auf der Oberfläche der
Schicht 31 aus SiO2 aufgetragen. Ein Mikrohohlraum 41 wird
dann auf der Oberfläche
des FUM 40 bearbeitet. Der Mikrohohlraum 41 weist
einen Abstandshalter 42 sowie eine dielektrische Baugruppe 43 auf.
Die dielektrische Baugruppe 43 schließt eine Vielzahl von Schichten
aus einem Werkstoff ein, welche unterschiedliche Brechzahlen oder
-indizes aufweisen. Die Vielzahl von Schichten wird in Schichtpaare
geteilt, wobei eine Schicht eines jeden Paars einen ersten Brechindex
aufweist, und eine weitere Schicht eines jeden Paars einen zweiten Brechindex
aufweist, der niedriger als der erste Brechindex bei jedem Schichtpaar
ist, welches zur Bildung eines Teilspiegels und zur Reflexion von
Licht zusammenarbeitet. Die Vielzahl von Schichten kann aus einer
Vielzahl von Werkstoffen gebildet sein, einschließlich verschiedener
semitransparenter Metalle und verschiedener Dielektrika oder Nichtleiter.
In einem typischen Beispiel ist die dielektrische Baugruppe 43 vorzugsweise
aus beispielsweise abwechselnden Schichten aus TiO2 und SiO2 gebildet.
Im Allgemeinen liefern 2 bis 4 Schichtpaare ein Reflexionsvermögen von
ungefähr
0,74, welches man als optimal für
den vorliegenden Zweck erachtet. Für Fachleute in der Technik
ist es offensichtlich, dass jedes Schichtpaar der dielektrischen
Baugruppe 21 einen Teilspiegel mit einer betriebsfähigen oder
Arbeitsdicke eines ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge des
emittierten Lichts bildet, so dass das gesamte reflektierte Licht
gleichphasig ist.
-
Eine
Durchbohrung oder ein Loch 50 wird dann durch den Abstandshalter 42,
die dieelektrische Baugruppe 43, das FUM 40, die
Passivierungsschicht 36 und die Schicht 31 zum
Drainanschluss 22 gebohrt, in welchem ein Metallkontakt 51 angeordnet wird.
Die OEV 15 wird dann auf der Oberfläche des Abstandhalters 42 bearbeitet.
Die OEV 15 weist einen ersten Anschluss 65 auf,
der mit dem Drainanschluss 22 über einen Metallkontakt 51 verbunden ist.
Der erste Anschluss 65 wird durch Aufbringung einer transparenten
leitfähigen
Schicht, wie beispielsweise Indiumzinnoxid ITO oder andere transparente
Leiter, auf dem Mikrohohlraum 41 in elektrischer Kommunikation
mit der dotierten Zone 22 gebildet, um die OEV-Lichtausgabe
an die restliche Vorrichtung 10 zu übertragen. Mindestens eine
organische elektrolumineszente Schicht 56 wird auf dem ersten
Anschluss 65 aufgebracht. Eine leitfähige Schicht 57, welche
einen zweiten Anschluss definiert, wird so aufgebracht, dass sie
die organische elektrolumineszente Schicht 56 überlagert.
Die leitfähige
Schicht 57 stellt einen externen elektrischen Kontakt für die Anlegung
von Energie an die OEV 15 bereit. Die leitfähige Schicht 57 stellt
darüber
hinaus eine Passivierung für
das gesamte Gefüge
bereit. Der Mikrohohlraum 41 ist in einer Fluchtlinie mit
dem Lichtausgang aus der OEV 15 angeordnet, um das Lichtspektrum
zu verbessern. Es versteht sich natürlich, dass die OEV 15 abhängig von
dem verwendeten Werkstoff eine bis mehrere Schichten aufweisen kann.
-
Obwohl
der Adressierungs-TFT 13 in 2 nicht
veranschaulicht ist, versteht es sich, dass er in einer Vielzahl
von Verfahren und Positionen integriert oder eingebaut werden kann,
die für
die vorliegende Erfindung jedoch nicht von Bedeutung sind.
-
Kürzlich wurde
gezeigt (siehe die vorstehend zitierte japanische Offenlegungsschrift),
dass eine effiziente RGB(Rot, Grün,
Blau)-Lichtemission
erreicht werden kann, indem ein organischer OEV-Emitter für das Emittieren von entweder
blauem oder blau-grünem
organischen Licht mit einer FUM-Vorrichtung, wie beispielsweise
FUM 40, kombiniert wird. In dem Fall, dass die OEV 15 als
Emitter von blauem organischem Licht bereitgestellt wird, setzt
sich das FUM 40 aus organischen fluoreszierenden Medien
zusammen, wie beispielsweise einem Blau-Farbfilter und grünen und
roten FUMs, welche die Farbe des emittierten Lichts von blau zur
Bildung eines Vollfarben- oder RGB-Vollfarben-Displays verändern. Die TFT-Antriebe
können
die Zuverlässigkeit
der Elektrolumineszenzvorrichtung verbessern, da diese bei einer
niedrigen Stromdichte (1 mA/cm2) arbeitet. Die Wirkung des Mikrohohlraums 41 liegt
darin, das Blaulicht von der OEV 15 zu verbessern und zu
reinigen. Ein derartig verbesserter und gereinigter Blaulichtausgang
aus dem Mikrohohlraum 41 gelangt durch das Blau-Farbfilter
des FUM 40, um die Blaulichtausgabe zu erhöhen. Zum
Erhalt des Grünlichtausgangs absorbiert
das grüne
FUM des FUM 40 Blaulicht und emittiert Grünlicht.
Zum Erhalt des Rotlichts werden die roten FUM-Pixel benötigt. Das
rote FUM oder FUM 40 kann Blaulicht absorbieren und Grünlicht emittieren.
Anschließend
wird das Grünlicht
erneut absorbiert und erneut in Form eines Rotlichtausgangs emittiert.
-
In
dem Fall, dass die OEV 15 als Emitter von blau-grünem organischen
Licht bereitgestellt ist, setzt sich das FUM 40 aus organischen
fluoreszierenden Medien zusammen, wie beispielsweise Blau- und Grün-Farbfilter
sowie einem roten FUM, welches die Farbe des emittierten Lichts
von blau-grün
zur Bildung eines Vollfarben- oder RGB-Vollfarben-Displays verändert. Wie
vorstehend beschrieben wurde, können
die TFT-Antriebe die Zuverlässigkeit
der Elektrolumineszenzvorrichtung verbessern, da diese bei einer
niedrigen Stromdichte (1 mA/cm2) arbeitet. Die Wirkung des Mikrohohlraums 41 liegt
darin, das Blau-Grün-Licht
aus der OEV 15 zu verbessern und zu reinigen. Ein derartig
verbesserter und gereinigter Blau-Grün-Lichtausgang aus dem Mikrohohlraum 41 gelangt
durch die Blau- und Grün-Farbfilter
des FUM 40, um die Blau- bzw. Grünlichtausgabe zu erhöhen. Zum
Erhalt des Rotlichtausgangs absorbiert das rote FUM der FUM 40 blaues
und grünes
Licht und emittiert das Rotlicht. Zum Erhalt der roten Farbe werden die
roten FUM-Pixel benötigt.
-
Verschiedene
Veränderungen
und Modifikationen an den hier zum Zwecke der Veranschaulichung
ausgewählten
Ausführungsformen
sind für den
Fachmann in der Technik leicht offensichtlich.
-
Nach
vollständiger
Beschreibung der Erfindung in derartig klaren und kurzgefassten
Ausdrücken,
die es den Fachleuten in der Technik ermöglichen, die Erfindung zu verstehen
und zu praktizieren, weist die beanspruchte Erfindung die Merkmale
gemäß Definition
in den anliegenden Ansprüchen
auf.