場致發光裝置的制作方法

專利名稱：場致發光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種場致發光裝置，尤其涉及一種使用有機材料發光的并具有用于開關電路的薄膜晶體管的場致發光裝置。
在PCT／WO90／13148中披露了一種類型的場致發光裝置，該專利的內容在此列為參考。這類裝置的基本結構是一種被夾在兩個電極之間的發光聚合物膜(例如聚(p-亞苯基亞乙烯基)-“PPV”)，其中的一個電極注入電子，另一個電極注入空穴。電子和空穴激發聚合物膜，從而發出光子。這些裝置可以作為平板顯示器。
另一種類型的有機發光裝置是小分子器件，在US 4539507中給出了其詳細內容。該專利的內容在此列為參考。這些器件具有一個發光層，其包括至少一種小分子材料例如被夾在兩個電極之間的3(8-羥基喹啉)鋁(“Alq3”)。
在有機發光裝置中，有機發光層一般被分成各個像素，通過改變在其中流動的電流可以使所述像素在發光狀態和不發光狀態之間轉換。所述像素一般以正交的行和列設置。一般使用兩種不同的方案控制像素無源陣列和有源陣列。在無源陣列裝置中，一個電極形成行，另一個電極形成列。通過在行電極和列電極之間施加合適的電壓，便可以使在其交點的像素發光。在有源陣列顯示器中，這樣提供一種電路，使得當另一個像素被尋址時，每個像素可以保持發光狀態。
圖1表示在薄膜晶體管(“TFT”)有源陣列顯示器中用于驅動一個像素的電路。該電路包括用二極管1表示的像素本身，其被連接在電極2和電極3之間。電極2和3和裝置的所有像素相連，并且在電極2、3之間施加足以使像素發光的電壓。在電極3和像素1之間具有開關電路4的至少一部分，其實際上利用薄膜晶體管實現。開關電路借助于行電極、列電極5，6控制。為了使像素1發光，一個電壓被加于電極6上，從而使開關晶體管7導通，同時電壓被加到電極5上，以便使存儲電容器8充電。然后電極6被截止。因為電容器8被充電，所以電流晶體管9被導通，因而在電極3上施加的電壓被加到像素上，從而使像素發光。這種結構雖然比無源陣列裝置要求更復雜的電路，但是其具有這樣的優點，即借助于電容器8可以使像素保持在發光狀態，同時在不同行和列上的其它像素通過其行電極和列電極尋址。在透明的和反射的LCD顯示器中，使用全部的背面面積用于薄膜晶體管和金屬線是熟知的。
為了能夠顯示較清楚的圖象，重要的是能夠分別控制每個像素的亮度，從而提供灰度等級。在圖1的有源陣列裝置的情況下，這借助于選擇加于電極5上的電壓和加于電極6的脈沖的持續時間從而固定對電容器8提供的電荷來實現。電容器8上的電荷決定晶體管9的狀態，因而決定從電極3流向像素的電流。通過像素的電流決定像素的發光亮度。圖2表示通過晶體管9的電流(I)對晶體管9的控制電壓(V)的曲線。具有一個扁平的截止區100，其中電流和電壓低因而像素1不發光，具有一個傾斜的過渡區110，其提供像素1的亮度的中間值，還具有一個扁平的導通區120，此時晶體管處于全導通狀態。通過固定電容器8上的電荷，使得晶體管9處于過渡區的所需的點上，可以獲得所需的像素的亮度的中間值。
圖2中曲線的形狀由電路元件的特性特別是電流晶體管9的特性決定。必須對顯示器的每個像素提供開關電路4。為了實現所需的小型化和低成本，所述電路和顯示器集成在一起。不過，這種結構通常導致顯示器的每個像素的電流晶體管的性能的大的差異。雖然在截止和導通區的電流在晶體管之間是相當一致的(因為截止電流幾乎是0，導通電流很大程度上由二極管1的電阻決定)，但是電流晶體管的門限電壓可以具有大的差別。當顯示器的發光材料是有機發光材料時，這問題尤其嚴重，因為有機發光像素發出的光的數量對通過裝置的電流是敏感的。因此，對于同樣的輸入線路電流，不同的有機發光像素可以產生十分不同的中間亮度。這限制了這個驅動方案用于具有灰度等級的有機發光顯示裝置。
按照本發明的第一方面，提供一種有機發光裝置，其具有包括多個有機發光象素的有機發光區；開關裝置，其每個和各個像素相連用于向所述像素傳遞功率；以及驅動裝置，用于驅動每個開關裝置在低功率方式的第一方式和高功率方式的第二方式之間循環，其頻率足以使得從相關像素發出的光看起來基本上是連續的，高功率方式相對于低功率方式的持續時間可被改變，從而改變像素的平均亮度。
每個開關裝置合適地包括至少一個晶體管。所述晶體管最好由控制極電壓控制，從而把功率通過晶體管傳遞，并被傳遞到像素。在第一方式中，晶體管阻最好斷流向相關像素的電流，使得像素基本上不發光。在第二方式中，晶體管最好允許電流流過相關像素，從而所述像素基本上充分發光。在第二方式中，晶體管最好處于其全導通狀態。在第一方式中，晶體管最好處于全截止狀態。
在第一方式和第二方式的一個或者兩個中，像素的亮度最好基本上對于晶體管的特性例如控制極電壓是不敏感的，這使得控制極電壓的小的改變基本上不影響通過像素的電流。所述晶體管最好是薄膜晶體管。
開關裝置最好包括電荷存儲裝置(例如電容器)，其適合于和上述的晶體管的控制極相連，用于把晶體管保持在第一方式或第二方式。電荷存儲裝置適合于借助于第二晶體管最好是薄膜晶體管充電。開關裝置最好是薄膜晶體管開關裝置。
顯示器是有源陣列顯示器，最好是TFT有源陣列顯示器。
在第一方式和第二方式之間轉換的合適的頻率大于30Hz，較好的是大于50Hz，最好大約為60Hz或更高。
驅動裝置最好是可控制的，以便改變高功率方式相對于低功率方式的持續時間。驅動方法的占空比(以第二方式的持續時間作為總的周期時間的比例進行測量)可以從0(當像素截止時)到100％(最大亮度)改變。
在每個周期中，高功率方式可以作為一個或一個以上的離散的高功率脈沖被提供。
每個像素可以合適地包括至少兩個獨立的發光區，使開關裝置和每一個發光區相連，以便在驅動裝置的控制下獨立地向所述發光區傳遞功率。
有機發光裝置可以包括具有多個有機發光象素的有機發光區，每個像素包括至少兩個獨立的發光區；開關結構，其和每個像素相連，并且包括和所述像素的各個發光區相連的各個開關裝置，用于向所述發光區傳遞功率；以及控制裝置，用于利用其相關的開關結構尋址每個像素并用于通過選擇地驅動一個或幾個相應的開關裝置，使所選擇的所述像素的一些發光區發光從而控制每個像素的亮度。
其中每個像素被劃分成獨立的發光區，每個像素的發光區適合于具有不同的尺寸，最好是不同的面積。最好是，在每個像素中，每個發光區(除去最小的之外)的尺寸是該像素的下一個最大發光區的尺寸的兩倍。
驅動裝置最好能夠驅動每個像素或每個發光區，以便以一個中間電壓非瞬時地操作，從而能夠進一步控制像素的總體亮度。因此，驅動裝置適合于能夠驅動開關裝置成為非瞬時局部導通狀態。局部導通狀態可以是第三個中間功率方式。也可以提供其它的中間功率方式。
像素與／或發光區的優選的厚度范圍為20到200nm，最好大約是100nm。
有機發光象素與／或發光區適合于由發光聚合物材料制成，最好由共軛材料制成。一種合適的材料是半導體共軛聚合物，例如PPV或其衍生物。制造像素與／或發光區的合適的發光材料是或者包括PPV，聚(2-甲氧基-5(2’-乙基)己基羥基亞苯基-亞乙烯基)(“MEH-PPV”)，PPV衍生物(例如二烷氧基或二烷基衍生物)，聚芴與／或包括聚芴段的共聚物，PPV與／或相關的共聚物。可以通過旋轉涂敷、浸漬涂敷、漿片涂敷、彎月面涂敷、自組合等等進行淀積。發光區與／或其前體的成分可以是水基的，例如基于PPV的前體。另一種材料是有機分子發光材料，例如Alq3，或任何其它的由現有技術得知的小的升華分子或共軛聚合物電致發光材料。
有機發光象素與／或發光區適合于利用噴墨印刷淀積。
為了改善裝置的性能，可以在發光區附近提供導電的聚合物層。導電的聚合物層最好包括聚乙烯二羥基噻吩(“PEDT”)，聚苯乙烯酸性硫酸基的酸摻雜的聚乙烯二羥基噻吩(“PEDT-PSS”)、摻雜的聚苯胺、摻雜的酒精噻吩與／或摻雜的聚吡咯。層的厚度適合地小于200nm，最好小于100nm，尤其最好小于或接近于50nm。合適的層的片電阻大于106或107Ω／方，較好的是大于108Ω／方，最好是大于或大約為1010Ω／方。
下面以舉例的方式參照


本發明，其中圖3表示和有機發光裝置的像素有關的開關電路的平面圖；圖4表示在圖3的線a-a’上取的電路的截面圖；圖5表示圖3和圖4的裝置的電路圖；圖6表示多像素裝置及其控制裝置的示意圖；以及圖7和圖8表示通過像素的電流對時間的曲線。
圖3到圖5表示和有機發光顯示裝置的像素16相關的TFT電路。像素的發光材料被分為4個發光區19a-d。TFT電路包括公共線12(其相應于圖1的電極3)和掃描線10(其相應于電極6)，它們由發光區19a-d共用，并且還包括分別為每個區提供的其它電路。每個發光區具有信號線11a-d(相應于圖1的電極5)，開關晶體管13a-d(相應于圖1的晶體管7)，存儲電容器14a-d(相應于圖1的電容器8)和電流晶體管15a-d(相應于圖1的晶體管9)。圖4所示的SiO2的絕緣區把電路的元件部分分開，并把電路淀積在玻璃基片17上。在晶體管15a-d的輸出端具有由透明的錫銦氧化物(“ITO”)制成的電極焊盤18a-d(見圖4的18a)，用于形成發光裝置的陽極。像素的有機發光材料被淀積在4個單獨的部分(見圖4的19a-d)中的焊盤上，公共電極20(相應于圖1的電極2)被淀積在這些部分的頂上。從像素朝向讀者發出的光基本上沿著圖3中進入紙面的方向，如圖4的箭頭B所示。
掃描、信號和公共線由控制裝置31，34控制(圖5)。在另一個實施例中，每個發光區19a-d可以配備一個相當于公共線12的線，每個單獨的線被控制裝置獨立地控制。
圖3到圖5的像素形成較大的發光裝置的一部分，在所述發光裝置中，數千個這種像素被排列在正交的行和列中。例如，一種典型的尺寸是800列乘600行，共有480000個像素。這種裝置甚至可以是具有相等數量的紅綠藍像素的彩色顯示裝置。在圖5的附加的裝置50用于控制另一個像素。
為了制造所述的裝置，首先以常規方式在玻璃基片17上淀積TFT電路。然后，在ITO焊盤18d等上面淀積有機發光材料。在本例中的有機發光材料是PPV。PPV可以作為一層被淀積在整個裝置上(例如通過旋轉涂敷一種前體聚合物)，然后進行成形，從而形成各個像素或像素區域，或者所述像素／區域可以被單獨地淀積(例如通過噴墨印刷)，特別是當形成具有發出不同顏色的光的像素的多色(例如紅綠藍)裝置時。所得的像素的厚度大約為1000埃。
為了利用噴墨印刷淀積發光材料，所述的材料通過噴墨打印機噴頭噴灑。合適的噴灑周期是每秒14400滴，每滴的容積為30pl。
圖6示意地表示一個完整的裝置21的例子的實現，其中具有被排列在行和列中的大量像素22，23等等，每個像素被劃分成若干個可被獨立控制的發光區，如圖3到5所示。控制單元24和掃描線25、信號線26相連，并且能夠控制每個電壓。控制單元在27接收顯示信號(例如從個人計算機)，并且包括處理裝置28，用于把這些信號解碼成為用于顯示器的每個像素的實時亮度信息。處理器28在線29上輸出用于識別每個像素的地址信息，接著在線30上輸出用于那個像素的亮度信息。亮度信息一般可以是從0例如到16或64的數字，用于給出像素所需的亮度。控制單元包括地址轉換單元31，其在32接收用于識別像素的地址信息，并在33接收亮度信息，通過選擇像素所在的交點的掃描線和信號線尋址被識別的像素，并對掃描線和信號線的每一個施加合適的電壓，以便在那個像素的存儲電容器上存儲用于使像素按照線33上指示的所需的亮度導通而需要的電荷。控制單元或者控制單元的任何部分可以被形成在顯示器本身的背面。
在圖1所示的現有技術的裝置中，其中像素在其電流晶體管的過渡區內被驅動，尋址開關31可以直接從處理器28接收地址和亮度信息。然而，在本發明的這個示例的實施例中，在處理器28和開關單元31之間，具有中間處理器34。中間處理器通過線路29和30從處理器28接收用于每個像素的亮度信息，并在存儲器35中存儲每個像素的所需亮度。然后，中間處理器控制尋址開關單元，以便以一種方式或兩種方式固定亮度。
用于固定亮度的第一種方法是通過以一個占空因數快速地使像素導通和截止，使得當從整個時間(周期的持續時間)的平均看來，使每個像素達到所需的亮度。例如，如果需要半個亮度(例如在上述的64灰度方案中為32的亮度)，則像素被這樣轉換，使得像素在一半時間內完全導通，一半時間完全截止。通過快速地使像素在導通和截止狀態之間轉換，可以避免閃爍的印象。使觀眾從顯示裝置得到恒定的光輸出的印象的合適的轉換頻率是30到50Hz或更多。由中間處理器34在線33上輸出的亮度值表示完全導通或者完全截止；不使用中間值。因此，該裝置的像素的電流晶體管總是(除去在導通和截止期間的過渡狀態)在可預測的圖2所示的扁平的導通和截止區域中操作，從而使得像素的亮度更容易地保持恒定。
可以使用若干個復雜的驅動方法實現所需的每個像素的亮度。例如，像素可以每周期導通一次和截止一次(除去要求其在全亮度或0亮度時)，利用所選擇的在導通與截止轉換之間的時間實現所需的占空比(見圖7)，或者多于一次(見圖8)。圖8表示對一個像素施加的電流對時間的曲線。線36劃分驅動方案的周期。在圖8所示的3個周期期間，像素的亮度從大約10％增加到大約40％。像素的導通時間作為一系列等長度tp的脈沖被施加，這些長度被加到一起時，便得到為實現所需占空比所需的每周期總的導通時間。使每周期的總的導通時間保持相同，可以改變在導通時間和截止時間之間的電流圖形，以便適合于其它要求，例如減少閃爍或串音。
固定亮度的第二個方法是利用每個像素的單獨的發光區可以被分別地控制這個事實。像素的亮度可以通過使一個或幾個發光區導通進行控制。如前所述，亮度被控制單元24控制。尋址開關31也在線32上接收用于識別每個像素的地址信息，接著，在線33上接收用于該像素的亮度信息。此時，亮度信息具有從0到16的值，用于表示所需的亮度。尋址開關31包括多區域處理器45，其接收例如圖3到圖5所示的像素的地址信息，識別為尋址所述像素的各個發光區所需的掃描線和信號線，并根據在33接收的亮度值對這些線提供合適的電壓，以便使像素的0個，1個，2個，3個或者全部發光區全導通，從而達到所需的亮度。這些選擇的區域可以保持全導通，直到像素的亮度需要被改變。
每個像素被劃分成的發光區可以具有相同的尺寸或者不同的尺寸。一種通常的分割是，像素要被分成n個發光區，這些區域的尺寸是像素的總尺寸的1／(2n-1)，2／(2n-1)，4／(2n-1)…(2(n-1))／(2n-1)。這種結構由n個像素提供2n個灰度等級值。例如，在圖3中，發光區19d的面積是19c的兩倍，19c是19b的兩倍，19b是19a的兩倍。
發光區可以如圖3所示，或者以其它方式被限定為跨過像素延伸的平行帶。
為了實現更多的灰度等級，可以使用組合使用上述的兩種亮度控制方式，使得具有圖3到圖5所示的子分割的像素被參照圖7和圖8所述的脈沖驅動方法驅動。所述每種控制亮度的方法或者所述兩種控制亮度的方法可以和參照圖1所述的電壓控制方法組合使用，其中施加到每個發光區的電壓也能夠被改變為不是全導通或者全截止的值，從而給出更可靠的灰度等級。例如，在每個像素被分成如圖3所示的4個區域的裝置中，利用圖7所示的16個可利用的驅動方案中的一個驅動，其中峰值電壓從16個值中選擇一個，可以得到4096個灰度值。
脈沖驅動方法可以用于具有一個整體像素而不是具有如圖3到圖5所示的裝置的子分割像素的裝置。
本發明可以包括此處所披露的任何特征或特征的組合，這些特征或者是隱含的，或者是明確的，或者是任何普遍化的，而不管其是否和目前要求保護的本發明相關。顯然，按照上述的說明，不脫離本發明的構思，本領域的技術人員，可以作出各種改變和改型。
權利要求
1．一種有機發光裝置，具有包括多個有機發光象素的有機發光區；開關裝置，其每個和各個像素相連，用于向所述像素傳遞功率；以及驅動裝置，用于驅動每個開關裝置在低功率方式的第一方式和高功率方式的第二方式之間循環，所述循環的頻率足以使得從相關像素發出的光看起來基本上是連續的，高功率方式相對于低功率方式的持續時間可被改變，從而改變像素的平均亮度。
2．如權利要求1所述的有機發光裝置，其中在第一方式中像素基本上是不發光的。
3．如權利要求1或2所述的有機發光裝置，其中所述開關裝置包括用于把提供的功率傳遞給像素的晶體管開關。
4．如權利要求3所述的有機發光裝置，其中在第二方式晶體管處于其全導通狀態。
5．如權利要求3所述的有機發光裝置，在第二方式晶體管處于其全截止狀態。
6．如權利要求3到5任何一個所述的有機發光裝置，其中驅動裝置能夠驅動開關裝置成為非瞬時局部導通狀態。
7．如前面任何一個權利要求所述的有機發光裝置，其中開關裝置包括薄膜晶體管開關。
8．如前面任何一個權利要求所述的有機發光裝置，其中驅動裝置驅動每個開關裝置以至少30Hz的頻率在第一方式和第二方式之間循環。
9．如前面任何一個權利要求所述的有機發光裝置，其中每個像素包括至少兩個獨立的發光區，并且包括和每一個發光區相連開關裝置，以便在驅動裝置的控制下獨立地向所述發光區傳遞功率。
10．如權利要求9所述的有機發光裝置，其中每個像素的發光區具有不同的面積。
11．如前面任何一個權利要求所述的有機發光裝置，其中有機發光象素由發光的聚合物材料制成。
12．如前面任何一個權利要求所述的有機發光裝置，其中有機發光像素由發光的共軛材料制成。
13．如前面任何一個權利要求所述的有機發光裝置，其中有機發光象素由聚(p-亞苯基亞乙烯基)(poly(p-phenylenevinylene))或其衍生物制成。
14．如前面任何一個權利要求所述的有機發光裝置，其中每個像素利用噴墨印刷淀積而成。
15．一種有機發光裝置，包括包括多個有機發光象素的有機發光區，每個像素包括至少兩個獨立的發光區；開關結構，其和每個像素相連，并且包括和所述像素的各個發光區相連的開關裝置，用于向所述發光區傳遞功率；以及控制裝置，用于利用其相關的開關結構尋址每個像素并用于通過選擇地驅動一個或幾個相應的開關裝置，使所選擇的所述像素的一些發光區發光從而控制每個像素的亮度。
16．如權利要求15所述的有機發光裝置，其中每個像素的發光區具有不同的尺寸。
17．如權利要求16所述的有機發光裝置，其中每個像素的發光區具有不同的面積。
18．如權利要求15到17任何一個所述的有機發光裝置，其中有機發光區由發光的聚合物材料制成。
19．如權利要求15到18任何一個所述的有機發光裝置，其中有機發光區由發光的共軛材料制成。
20．如權利要求15到19任何一個所述的有機發光裝置，其中有機發光區由聚(p-亞苯基亞乙烯基)或其衍生物制成。
21．如權利要求15到20任何一個所述的有機發光裝置，其中每個像素利用噴墨印刷淀積而成。
22．一種基本上如參照附圖中的圖3到圖8所述的場致發光裝置。
全文摘要
一種有機發光裝置,具有:包括多個有機發光象素的有機發光區;開關裝置,其每個和各個像素相連,用于向所述像素傳遞功率;以及驅動裝置,用于驅動每個開關裝置在低功率方式的第一方式和高功率方式的第二方式之間循環,所述循環的頻率足以使得從相關像素發出的光看起來基本上是連續的,高功率方式相對于低功率方式的持續時間可被改變,從而改變像素的平均亮度。
文檔編號H01L27/32GK1291321SQ9980312
公開日2001年4月11日 申請日期1999年2月5日 優先權日1998年2月18日
發明者理查德·H·弗里德, 杰里米·H·伯勞弗斯, 木村睦, 斯蒂芬·K·何克斯 申請人:劍橋顯示技術有限公司, 精工愛普生株式會社