陽極電極層作為電源層的平板顯示器及其制造方法

專利名稱：陽極電極層作為電源層的平板顯示器及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種平板顯示器，尤其是一種有機場致發光顯示裝置，通過同時形成的電源層和陽極電極層能夠防止電源層上的連線短路和電壓降，并在不同于形成數據線和柵線的層上形成電源層，能夠防止該電源層上的連線短路和電壓降。
背景技術：
通常，有源矩陣有機場致發光顯示裝置的每個像素包括開關晶體管、驅動晶體管、電容器、EL(或場致發光)裝置和電源線。電源線輸送公共電源(Vdd)給驅動晶體管和電容器。優選地，公共電源應該均勻地為矩陣中的每個和各個像素供電，使每個像素得到均勻亮度。電源線的設計在控制通過各個驅動晶體管流向矩陣中每個EL器件的電流中起到作用。
EL器件由陽極(或像素)電極、陰極電極和EL(發光)層構成。EL層是有機合成物，當提供電流時它發光。開關晶體管和驅動晶體管是薄膜晶體管(或TFT)。
在有源矩陣有機場致發光顯示裝置中使用多個導電層，來形成柵線、柵極、數據線、TFT的源極/漏極、電源層、陽極電極等，其中將絕緣層如柵極絕緣膜、層間絕緣膜和鈍化膜插在導電層之間，以便導電層彼此電絕緣。
在場致發光顯示裝置中，優選地形成多個導電層并使得所有導電層之間相互保持電絕緣，而彼此不會意外出現短路。同樣，最好以這種方式構造電源線使矩陣中所有像素在相同電壓下接收相同量的功率，由此沿電源線不存在電壓降。換句話說，電源線在導電電源線內必須無電壓降。此外，最好使形成的電源線與數據線、柵線和其它導線充分隔離，以防止可能出現的意外連線短路。另外，最好有效地生產場致發光顯示器的結構，使需要的工藝步驟減少，降低制造成本。因此，在可能的情況下，希望將工藝步驟進行組合。

發明內容
因此本發明的目的是提供一種場致發光平板顯示裝置的改良結構。
本發明的目的還提供一種制造場致發光平板顯示裝置的改良方法。
本發明的目的還提供一種制造場致發光平板顯示器的工藝，該工藝具有較少工藝步驟，因此減少了生產成本。
本發明的再一目的是提供一種場致發光平板顯示裝置的結構，其消除了電源線和裝置內其它導線，例如柵線和數據線間形成連線短路的可能性。
本發明的又一目的是提供一種制造場致發光平板顯示裝置的方法，其消除了電源線和裝置內其它導線，例如柵線和數據線間形成連線短路的可能性。
本發明的目的還在于提供一種場致發光平板顯示裝置的結構和制造這種結構的方法，其中在相同電壓下給矩陣的每個像素提供電源，由此在像素之間提供均勻亮度。
本發明的又一目的是提供一種能夠提高EL器件發射效率的平板顯示器及其制造方法。
通過場致發光裝置和制造方法可以實現這些和其它目的，其中電源線布置在與布置其它導線，例如柵線(gate line)和數據線的層隔離的層上，其中，同時在相同層上用與EL器件陽極電極相同的材料形成電源線，其中精心選擇電源線和EL器件電極的材料。
為了減少電源線與數據線或柵線意外短路的概率，在與形成數據線和柵線的層不同的層上形成電源線，并用與形成數據線和柵線的層不同的工藝步驟制造電源線。為了提供高效率生產工藝，使用盡可能少的步驟，同時用相同材料在相同絕緣層上使用單沉積步驟、單構圖步驟和蝕刻步驟形成電源線和EL器件陽極電極，生產電源線和EL器件陽極電極。
類似地，同時在相同層上形成數據線和電容器上電極。另外，同時在相同層上用單沉積、構圖和蝕刻步驟形成柵線和電容器下電極。
在電源線和EL器件陽極電極的同時形成中，使用具有低電阻率和高反射率的材料。這種材料可以是金、鉑、鎳、鉻或疊層膜如鎳/鋁/鎳、銀/ITO或鋁/ITO，其中ITO是氧化錫銦。使用的材料的選出功最好至少為4.5eV。通過在電源線中使用這種低電阻率材料，可以更好地確保由電源線供電的每個像素或EL器件接收到與所有其它像素相同的電壓，并且沿電源線存在很少電源或電壓損耗。由于陽極電極不是由透明材料形成，所以EL器件的陰極電極(或上電極)而不是陽極電極最好由透明材料如ITO或IZO形成，由此產生前發射結構，其中IZO是氧化鋅銦。作為替代，陰極電極可以由半透射導電材料制成。
在本發明的優選實施例中，電源層具有格柵狀，其中像素電極排列成網狀線或格柵狀結構，或者電源線形成為線狀，其中電源線布置在以行或列排列的像素電極之間，或者電源層具有表面電極狀，其中電源層形成在襯底的整個表面上，以便與像素電極電隔離。這些設計進一步減少了電源線上的電源或電壓損耗，并進一步確保每個像素接收到相同電壓。
此外，本發明提供一種制造方法，其中電源線和EL器件的陽極電極同時形成，優選地，數據線和電容器的上電極同時形成，柵線和電容器的下電極最好同時形成。


通過下面結合附圖進行詳細的說明，將會更容易地全面理解本發明及其許多附帶的優點，在附圖中，相同附圖標記表示相同或相似部件，其中圖1A是有機場致發光顯示裝置的平面圖；圖1B是圖1A有機場致發光顯示裝置沿圖1A中IB-IB線的橫斷面圖；圖2A是根據本發明優選實施例的有機場致發光顯示裝置的平面圖；圖2B是有機場致發光顯示裝置沿圖2A中IIB-IIB線的橫斷面圖；圖3A和圖3B是根據本發明優選實施例的有機場致發光顯示裝置的電源線和陽極電極矩陣的平面圖。
具體實施例方式
現在轉到附圖，圖1A表示有源矩陣有機場致發光顯示裝置的平面圖。參考圖1A，有源矩陣有機場致發光顯示裝置由多個柵線110、多個數據線120、多個電源線130以及多個像素構成，多個像素連接到柵線110、數據線120和電源線130。
每個像素包括兩個晶體管(驅動TFT150和開關TFT170)、一個電容器140和一個EL器件160。EL器件160具有一個陽極電極(或像素電極)161、一個陰極電極164和一個有機發射層163，發射層163夾在陽極電極161和陰極電極162之間。每個像素包括一個開關薄膜晶體管170、一個驅動薄膜晶體管150和一個電容器140，開關薄膜晶體管170與多個柵線110中的對應的一個和多個數據線120中的對應的一個相連，驅動薄膜晶體管150用于驅動連接到多個電源線130中的對應的一個上的EL器件160，電容器140用于維持驅動薄膜晶體管150的柵極和源極間的電壓。
圖1B為沿圖1A中IB-IB線的橫斷面圖。圖1B是一個像素的橫斷面圖，并且只限于圖解驅動薄膜晶體管150、電容器140和EL器件。參考圖1B，緩沖層151形成在絕緣襯底100上，電容器140、驅動薄膜晶體管150和EL器件160形成在緩沖層151上。電容器140包括一形成在柵極絕緣膜153上的下電極144和一形成在層間絕緣膜155上的上電極146。
驅動薄膜晶體管150包括一形成在緩沖層151上的半導體層152、一形成在柵極絕緣膜153上的柵極154、形成在層間絕緣膜155上的源極156a和漏極156b，半導體層152包括源極區/漏極區152a和152b、形成在源極區152a和漏極區152b之間的通道形成區152c。源極/和漏極156a和156b分別通過接觸孔155a和155b電連接到源極區/漏極區152a和152b。
EL器件160由形成在鈍化膜157上的陽極電極161、形成在陽極電極161上并位于開口部分165內的有機發射層163、以及形成在有機發射層163和像素定義層162上的陰極電極164構成。像素定義層162用來形成開口部分165。將像素定義層162穿孔而形成開口165，在開口165處形成EL器件160。
在有源矩陣有機場致發光顯示裝置中，電源線130連接到驅動薄膜晶體管150的源極/漏極156a和156b之一上，(在圖1B中，電源線130連接到源極156a上)。電源線130還電連接到電容器140的上電極146上，以起到控制電流的作用，其通過驅動薄膜晶體管150和通孔158流到EL器件160的陽極電極161上，其中電源線130通常給矩陣中多個像素的每個像素提供電源電壓(Vdd)。
然而，經常以這種方式設計電源線130在電源輸送給每個像素之前，電源線130中經常存在實際的電位降。這可能導致整個矩陣的亮度不均勻性。另外，電源線的位置、電源線的線寬、連接到外部電源的焊點位置和數量對薄膜晶體管的設計和制造工藝有影響。
而且，如圖1A所示，電源線130和數據線120一起形成在層間絕緣膜155上，以便電源線130與數據線120電隔離，或者電源線130和數據線120一起形成在柵極絕緣膜153上，以便電源線130與柵線110分離。對于圖1A和1B的設計，由于電源線130形成在要么與數據線120相同要么與柵線110相同的層上，所以存在風險，即連線短路180可能發生在電源線130和數據線120或柵線110之間。
圖2A表示根據本發明優選實施例的有源矩陣有機場致發光顯示裝置的平面圖，圖2B表示有源矩陣有機場致發光顯示裝置沿圖2A中IIB-IIB線的橫斷面圖，并且只限于圖解像素中的驅動薄膜晶體管250、EL器件260和電容器240。
參考圖2A和圖2B，有源矩陣有機場致發光顯示裝置由多個柵線210、多個數據線220、一根電源線230以及多個像素構成，柵線210形成在絕緣襯底200上，數據線220形成在絕緣襯底200上，使數據線220和柵線210相互交叉，電源線230用于提供公共電源，像素連接到信號線210、220和電源層230上。
每個像素包括一開關薄膜晶體管270、一電容器240、一驅動薄膜晶體管250和一EL器件260，開關薄膜晶體管270連接到柵線210中的對應的一個上和數據線220中的對應的一個上，電容器240通過一個通孔259連接到電源線230上，驅動薄膜晶體管250通過通孔259連接到電源線230。
電容器240的上電極246和下電極244以島狀分別形成在層間絕緣膜255之上和之下。電容器240的下電極244連接到驅動薄膜晶體管250的柵極254上。柵極254也電連接到開關薄膜晶體管270的源極/漏極之一上，例如通過接觸孔274連接到漏極。數據線220連接到開關薄膜晶體管270的源極/漏極的另一個上，例如連接到源極。柵線210連接到開關薄膜晶體管270的柵極。柵線210的另一端連接到像素陣列外面的掃描驅動器上，數據線220的另一端連接到像素陣列外面的源極驅動器。電容器240的上電極246通過通孔259電連接到電源線230。EL器件260的下電極261形成在與電源線230相同的層上，例如鈍化膜257，以便EL器件260的下電極261通過通孔258連接到驅動薄膜晶體管250的源極/漏極256a和256b之一上(圖2B中下電極261連接到漏極256b上)。
另外，將絕緣層如層間絕緣膜255插在柵線210和數據線220之間，以便柵線210和數據線220彼此電隔離。將絕緣層如柵極絕緣膜253和鈍化膜257分別插在電源線230和柵線210、數據線220之間，以便電源線230與柵線210、數據線220分別保持電絕緣，減少或消除電源線230和柵線210或數據線220之間的連線短路概率。因此，電源線230形成在與下電極例如EL器件的陽極電極或像素電極261相同的層上。也就是說，電源線230和EL器件的陽極電極261都形成在鈍化膜257上。由于電源線230形成在與柵線210或數據線220不同的層上，所以防止了連線短路。
本發明具有前述結構的有源矩陣有機場致發光顯示裝置的制造方法描述如下。緩沖層251形成在絕緣襯底200上。然后，在非晶硅膜沉積在緩沖層251上之后，通過執行普通結晶工藝如受激準分子激光器退火(ELA)工藝，使非晶硅膜結晶成多晶硅膜。通過對多晶硅膜構圖，以島狀形成半導體層252。
柵極絕緣膜253形成在緩沖層251和之前形成的半導體層252上。然后，在柵極材料沉積在柵極絕緣膜253之后，通過構圖沉積在柵極絕緣膜253上的柵極材料，形成柵極254。電容器240的柵線210和下電極244同時形成。形成柵極254之后，通過將預定導電型雜質如p型雜質離子注入半導體層252，形成驅動TFT晶體管250的源極區/漏極區252a和252b。在源極區252a和漏極區252b之間是通道形成區252c。
將層間絕緣膜255沉積在下電極244、柵極254和柵極絕緣膜253上之后，通過對層間絕緣膜255構圖，形成驅動TFT250的接觸孔255a、255b，這些孔分別用于露出源極區252a和漏極區252b。接觸孔255a、255b穿孔于層間絕緣膜255。將源極/漏極材料沉積在由接觸孔255a、255b穿孔的層間絕緣膜255之后，通過構圖源極/漏極材料，形成源極256a和漏極256b，其通過接觸孔255a、255b電連接到驅動TFT250的源極區252a和漏極區252b。此時，數據線220和電容器240的上電極246形成，最好同時形成。將電容器240的上電極246布置在下電極244之上。上電極246電連接到驅動TFT250的源極256b。盡管圖2B中未圖解，但用驅動TFT250的制造工藝，可以同時形成開關晶體管270。
鈍化層257形成在上電極246、源極256a、漏極256b和層間絕緣膜255上。然后通孔258和通孔259同時穿過鈍化層257。通孔258露出源極256a和漏極256b之一(圖2B中圖解的是漏極256b)，通孔259露出源極256a和漏極256b的另一個(圖2B中圖解的是源極256a)。
然后，陽極電極261、電源線230的材料和導電材料為與驅動TFT250的漏極252b和驅動TFT250的源極252a建立電接觸而填充通孔258、259，這些材料分別在沉積穿孔的鈍化膜257上。然后構圖和蝕刻該導電材料，以便形成陽極電極261和電源線230。
由導電材料形成陽極電極(或像素電極)261和電源線230，與隨后形成的陰極264的電極材料相比，該導電材料具有更大的逸出功。陽極電極261和電源線230的逸出功至少為4.5。由于陽極電極261和電源線230由相同材料構成，所以最好用低電阻率的材料來使電源線230中的電壓降達到最小，并且使用具有較高反射率的材料來增加下一步驟中形成在陽極電極261上的EL發射層263的反射率。例如，陽極電極261和電源線230的導電材料可以是單層膜如金、鉑、鎳、鉻或疊層膜如鎳/鋁/鎳、銀/ITO或鋁/ITO。
如上所述，問題1)電源線230內的電壓降和2)電源線230和柵線210或數據線220之一間的短路可以得到克服，而不需要下面的附加工藝步驟1)在與柵線和數據線不同的層上形成電源線230；2)給電源線230使用低電阻材料。
在列舉的結構和工藝中，由于EL器件260的電源線230和陽極電極261同時形成，并且由于使用具有較高反射率特性的低電阻率材料，因此如在后面發射結構中，陽極電極261不是由高透明材料構成的。然而，陽極電極261可以由雙層膜構成，其中一層是透射的而另一層是反射的。整個陰極264由透明材料如ITO或IZO或半透射導電材料構成，以便EL器件260是前發射結構而不是后發射結構。與用于電源線230和陽極電極261的材料相比，ITO和IZO具有相對高的電阻。由于電源線230和陽極電極261同時由相同材料構成，所以將高電阻透明材料用于EL器件260的陰極264，而不是陽極261。
圖3A和圖3B描述了根據本發明優選實施例的陽極電極261和電源線230的平面圖。在圖3A中，電源線230形成為格柵狀，而在電源線230的各個格柵內陽極電極261形成為島狀，其中在電源線230形成為格柵狀的情況下，由于從四個方向(箭頭所示)提供電源電壓(Vdd)，因此可以進一步減少整個電源線230的電壓降。換句話說，通過使格柵結構的電源線230帶有附加多余線，進一步減少了電源線230兩端的電壓降。通過將這種格柵形狀與低電阻率材料的使用結合生產出的電源線230具有很小的損耗，因此確保矩陣中每個像素從電源線230接收到相同功率和相同電壓，由此在像素之間提供均勻亮度。
圖3B描述了電源線230的另一種結構。以列和行的矩陣形狀排列島狀陽極電極261，線狀電源線230排列在列布置的相鄰陽極電極261之間。電源線230不但可以如圖3A排列在列布置的相鄰陽極電極261之間，而且可以如圖3A排列在行布置的相鄰陽極電極261之間。
在某一范圍內選擇任何結構的電源線關系不大，在該范圍內開口率不受影響，因為電源線230形成在與柵線210和數據線220不同的其它絕緣層上，例如鈍化膜257，以便在本發明優選實施例中消除電源線230和柵線210或數據線220之間的短路問題。因此，電源線230不但可以形成為圖3A的格柵狀和圖3B的線狀，而且可以形成為表面電極形狀，其中電源線230與陽極電極261電隔離，并且穿過通孔259連接到電容器240的上電極246和源極256a/漏極256b中的一個電極上，例如薄膜晶體管250的源極256a。
形成電源線230和陽極電極261之后，像素定義層262形成在鈍化膜257上，鈍化膜257包括陽極電極261和電源線230。通過蝕刻像素定義層262使開口部分265穿過像素定義層262，以便露出陽極電極261。接著，在開口部分265的陽極電極261上形成有機發射層263之后，陰極電極264形成在襯底上。
依照本發明的上述優選實施例，通過使用具有低電阻率和高反射率的材料同時形成陽極電極261和電源線230，以便減少電源線230的電壓降，同時限制了工藝步驟數量。電源線230以這種方式形成，防止了數據線220或柵線210與電源線230之間的連線短路，同時提高了EL器件的發射效率。而且，根據本發明優選實施例的有機場致發光顯示裝置具有優點，其中通過以如圖3A的格柵狀形成電源線230，并且通過給電源線230使用低電阻率材料，可以進一步減少電源線230的電壓降。
雖然參考本發明的優選實施例已經對其進行了具體表示和說明，本領域技術人員可以理解，在那里可以對形式和細節方面進行前述和其它修改，而不超出本發明的本質和范圍。
權利要求
1.一種平板顯示器，包括形成在絕緣襯底上的柵線、數據線和電源線；由該柵線、該數據線和該電源線確定的像素區；和包括被布置在像素區中的像素電極的像素，該像素電極形成在與該電源線相同的層上。
2.如權利要求1所述的平板顯示器，該電源線形成在與該柵線和該數據線不同的層上。
3.如權利要求1所述的平板顯示器，該電源線和該像素電極由相同材料形成。
4.如權利要求3所述的平板顯示器，該電源線和該像素電極由具有低電阻率和高反射率的材料形成。
5.如權利要求4所述的平板顯示器，該電源線和該像素電極由從金、鉑、鎳、鉻構成的組中所選擇的材料單層膜、疊層的鎳/鋁/鎳膜、疊層的銀/ITO膜和疊層的鋁/ITO膜構成。
6.一種平板顯示器，包括形成在絕緣襯底上的薄膜晶體管，其包括源極和漏極；形成在該絕緣襯底和該薄膜晶體管上的絕緣膜，該絕緣膜由分別暴露該源極和該漏極的第一和第二接觸孔穿孔；形成在該絕緣膜上并通過所述第一和第二接觸孔之一連接到所述源極和漏極之一上的像素電極；形成在該絕緣膜上并通過所述第一和第二接觸孔的另一個連接到所述源極和漏極的另一個的電源層。
7.如權利要求6所述的平板顯示器，該電源層和該像素電極由相同材料形成。
8.如權利要求6所述的平板顯示器，該電源層和該像素電極由具有低電阻率和高反射率的材料形成。
9.如權利要求7所述的平板顯示器，該像素電極和該電源層由從金、鉑、鎳、鉻構成的組中所選擇的材料單層膜、疊層的鎳/鋁/鎳膜、疊層的銀/ITO膜和疊層的鋁/ITO膜構成。
10.一種平板顯示器，包括被分割成多個像素區并包括多個薄膜晶體管的絕緣襯底，每個薄膜晶體管布置在所述多個像素區的相應像素區中；形成在該襯底上的絕緣膜；多個像素電極，它們形成在該絕緣膜上，并在所述多個像素區的相應像素區中，電連接到所述多個薄膜晶體管的相應薄膜晶體管上。電源層，其形成在該絕緣膜上以便該電源層與所述多個像素電極電隔離，所述電源層與所述多個薄膜晶體管中的每個電連接，并給所述多個薄膜晶體管中的每個提供電源。
11.如權利要求10所述的平板顯示器，該電源層形成為格柵狀，其中所述多個像素電極的相應像素電極布置在每個格柵中。
12.如權利要求10所述的平板顯示器，該電源層形成為線狀，其中所述電源層布置在所述多個像素電極的相應像素電極之間，所述電源層布置成行或列之一。
13.如權利要求10所述的平板顯示器，該電源層具有表面電極形狀，其中所述電源層形成在所述襯底的整個表面上，并且與所述多個像素電極的每個電隔離。
14.一種制造平板顯示器的方法，包括以下步驟形成包括源極和漏極的薄膜晶體管，該薄膜晶體管形成在絕緣襯底上；在該襯底上形成絕緣膜；蝕刻該絕緣膜來形成穿透該絕緣膜的第一和第二接觸孔，所述第一和第二接觸孔分別暴露該薄膜晶體管的該源極和該漏極；在襯底上沉積像素電極材料；和通過沉積、構圖和蝕刻所述像素電極材料，形成像素電極并且同時形成電源層，該像素電極通過所述第一和第二接觸孔之一電連接到所述源極和所述漏極之一，電源層通過所述第一和第二接觸孔的另一個連接到所述源極和所述漏極的另一個。
15.如權利要求14所述的方法，該像素電極材料由選出功為4.5或更多的材料形成。
16.如權利要求14所述的方法，該像素電極材料由具有低電阻率和高反射率的材料形成。
17.如權利要求14所述的方法，該像素電極材料由從金、鉑、鎳、鉻構成的組中所選擇的材料、疊層的鎳/鋁/鎳膜、疊層的銀/ITO膜和疊層的鋁/ITO膜形成。
全文摘要
一種平板顯示器及其制造方法，通過使用像素電極層作為電源層，其能夠防止相鄰布線之間的連線短路和電源線兩端的電壓降。本發明的平板顯示器由薄膜晶體管、絕緣膜、像素電極和電源層構成，薄膜晶體管包括形成在絕緣襯底上的源極/漏極，絕緣膜形成在絕緣襯底上，絕緣襯底包括薄膜晶體管并包括第一、第二接觸孔，這些孔分別露出源極和漏極，像素電極形成在絕緣膜上并通過第一和第二接觸孔之一連接到源極/漏極之一上，電源層形成在絕緣膜上并通過第一和第二接觸孔的另一個連接到源極/漏極的另一個上。通過用低電阻率材料形成電源線和在格柵結構中提供電源線，減少了電源線中的損耗。
文檔編號H01L51/50GK1541039SQ200410033069
公開日2004年10月27日 申請日期2004年2月5日 優先權日2003年2月5日
發明者具在本 申請人:三星Sdi株式會社