专利名称：有源矩阵型有机电致发光显示器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种有源矩阵型电致发光显示器(AMOLED)及其制作方法，尤其是涉及一种用于减少光线自显示屏反射以由此获得高对比度的AMOLED及其制造方法。
背景技术：
在当今信息社会中，电子显示装置广泛用于商业、工业和家庭中。
电子显示装置可分类成发射型显示装置和非发射型显示装置。发射型显示装置利用发光现象显示光信息信号，而非发射型显示装置通过光的反射、散射或干涉显示光信息信号。发射型显示装置包括阴极射线管(CRT)、等离子显示面板(PDP)、发光二极管(LED)、和电致发光显示器(ELD)。发射型显示装置称为主动显示装置。同样，非发射型显示装置成为被动显示装置，其包括液晶显示器(LCD)、电化学显示器(ECD)、以及电泳图象显示器(EPID)。
CRT已经广泛用作电视接收器或计算机的监视器。CRT以相对低的制造成本显示高质量图象。CRT的缺点包括其重量重、体积大且耗能高。
最近，平板显示器已经变得越来越普及。平板显示器具有优越的特性，如厚度薄、重量轻、驱动电压低、以及能耗低。这种平板显示器可以按照快速改进的半导体技术予以制造。
电致发光(EL)元件已经被感兴趣的用户注意到。EL元件根据其所用的材料大致分为无机和有机类型。
无机EL元件为如下的装置，即，其中，高电场施加到发光部分上，而电子在所施加的电场中加速以与发光部分的中心区域撞击，从而发光部分被激励，由此发光。
有机EL元件为如下的装置，即，其中电子和空穴分别从阴极和阳极注如到发光部分中，而所诸如的电子和空穴彼此结合以产生激子，从而这些激子在从激励状态向基本装置过渡时发光。
无机EL元件需要100～200V的高驱动电压，而有机EL元件在5～20V的低电压下工作。并且，有机EL元件具有诸如视角宽、响应速度快、对比度高等上乘特性。
有机EL元件可以应用于有源矩阵型显示装置和无源矩阵型显示装置二者。有源矩阵型有机EL显示器为如下的显示装置，即，它利用诸如薄膜晶体管的开关元件独立地驱动与多个象素相对应的每个有机EL元件。有机EL显示装置也称为有机电致发光显示器(OELD)或有机发光装置(OLED)。此后，有源矩阵型有机EL显示装置称为AMOLED。
图1是传统AMOLED的横截面图。参照图1，由氧化硅构成的阻挡层12形成在玻璃、石英、蓝宝石等制成的绝缘衬底10上。可以省略掉阻挡层12，然而，优选地使用其，以防止衬底10内包含的各种杂质在结晶无定性硅层的后续工序过程中渗入硅薄膜中。
在阻挡层12上，形成薄膜晶体管(TFT)30，其包括有源图案14、栅极绝缘层16、栅极电极18、绝缘夹层20、以及源极/漏极电极26和28。
钝化层32形成在包括TFT30的衬底10的整个表面上，在钝化层32上，形成有象素电极36，该象素电极36经由过孔34连接到源极/漏极电极26和28的任一个上。包括氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)的透明导电薄膜的象素电极36设置为有机EL元件50的阳极。
在钝化薄膜32和象素电极36上，形成有有机绝缘层40，该有机绝缘层40具有暴露象素电极36的一部分的开口42。有机EL层44形成在开口42上。作为有机EL元件50的阴极，用于背光(rear luminescence)的金属电极46形成在有机EL层44上。
根据上述传统的AMOLED，从有机EL元件50产生的光线通过其上形成TFT30的底层衬底发射到外侧。由于其上形成TFT30的衬底朝向显示屏布置，因此入射到显示屏上的外部自然光从显示屏后面的金属反射，该金属诸如是用于驱动TFT30的互连以及有机EL元件50的金属电极46。反射光线妨碍用户向显示屏观看。并且，由于反射光线在OFF状态过程中也存在，因此难于实现黑状态。
解决这些问题的一项提议为利用圆偏振片。然而，圆偏振片自身阻挡了一部分从有机EL层发射的光线，减少大约60％的亮度。另一种所提出的方法为利用低反射率材料形成的阴极。然而，只有发出的光线的大约50％发射到外侧。此外，从TFT和金属互连反射的光线仍存在。
如上所述，由于AMOLED具有低孔径比和大量的金属互连，因此不发光的区域大部分由金属互连占据。
因此，存在对一种能够通过减少从不发光区域反射的光量来获得高对比度的AMOLED的需求。
发明内容
根据本发明实施例，提供了一种AMOLED，其包括衬底，而衬底包括TFT、用于驱动TFT的金属互连、连接到TFT上的象素电极、形成在象素电极上的有机EL层、以及基本形成在衬底上的其上形成象素电极的一部分之外的表面上的低反射图案。
优选地是，低反射图案为黑色基质(black matrix)。
此外，在低反射图案上，形成有TFT，其包括有源图案、栅极电极、以及源极/漏极电极。钝化薄膜形成在TFT、低反射图案和衬底上。象素电极形成在钝化薄膜上，以连接到TFT上。有机EL层形成在象素电极上。
根据本发明另一实施例，提供了一种用于制作AMOLED的方法，该方法包括如下步骤在衬底上象素电极区域之外的表面上形成低反射图案；在低反射图案上形成TFT，该TFT包括有源图案、栅极电极、以及源极/漏极电极；在TFT、低反射图案和衬底上形成钝化薄膜；在钝化薄膜上形成象素电极，以与TFT相连接；以及在象素电极上形成有机EL层。
通过上述实施例，具有低反射率的诸如黑色基质的低反射图案形成在衬底上象素电极区域之外的表面上，由此防止外界光线在象素区域之外的区域，即不发光区域处反射。
通过参照附图对其示例性实施例的详细描述，本发明将变得更清楚，图中图1是传统AMOLED的横截面图；图2是根据本发明实施例的AMOLED的横截面图；图3A到3E是用于说明制造图2所示的AMOLED的方法的步骤的横截面图；
图4是根据本发明实施例的AMOLED的平面图；以及图5是根据本发明实施例的AMOLED的平面图。
具体实施例方式
现在，参照附图，详细描述本发明的优选实施例。
图2是根据本发明实施例的AMOLED的横截面图，参照图2，低反射图案(或低反射层)，优选地为黑色基质104形成在绝缘衬底100的其上形成象素电极的区域之外的表面上。绝缘衬底100包括玻璃、石英或蓝宝石。为了防止外界光线的反射，黑色基质104应该由低于5％，优选地约在3％到约4％之间的低反射率材料制成。
优选地是，黑色基质104形成为层叠结构，该结构具有CrOx、NiOx或FeOx的金属氧化物层101以及Cr、Ni或Fe的底部金属层102。典型地是，CrOx、NiOx或FeOx的金属氧化物层透射大约50％的光线并反射其他量的光线。因此，如果较高反射率的金属层102层叠在金属氧化物层101上，会发生入射到黑色基质104上的光线的相消干扰，从而减小反射率。
另外，黑色基质104可以由不透明材料构成的单层形成。
在衬底100的包含黑色基质104的整个表面上，形成有包括氧化硅的热扩散阻挡层106。热扩散阻挡层106作用为防止在薄膜晶体管有源层的后续结晶过程中热量从黑色基质104的金属层102发出。
在热扩散阻挡层106上，形成有薄膜晶体管125，其包括有源图案108、栅极绝缘层110、栅极电极112、绝缘夹层114和源极/漏极电极120和122。源极和漏极电极120和122分别通过接触孔116和118连接到有源图案108内形成的源极和漏极区域(未示出)上。优选地是，有源图案108形成在与黑色基质104的边缘分隔开1μm或更远的区域处，以获得均匀的TFT特性。
在源极和漏极电极120和122以及绝缘夹层114上，形成有无机绝缘材料，如氮化硅制成的钝化层126。在钝化薄膜层126上，象素电极130形成为通过过孔128连接到源极电极120和漏极电极122中任一个上，例如，通过过孔128连接到漏极电极122上。透明导电薄膜(如ITO或IZO)形成的象素电极130设置成有机EL元件140的阳极。
在钝化层126和象素电极130上，形成有机绝缘层132，该绝缘层132具有暴露出象素电极130一部分的开口134。有机EL层136形成在开口134上。作为有机EL元件140的阴极，用于背光的金属电极138形成在有机EL层136上。
下面，将描述制造具有上述结构的AMOLED的方法。
图3A到3E是用于说明制造如图2所示的AMOLED的方法的横截面图。参照图3A，CrOx、NiOx或FeOx制成的金属氧化物层101在诸如玻璃、石英或蓝宝石的绝缘衬底100上淀积为厚度约为500。然后，低反射率的金属层102，如Cr、Ni或Fe在金属氧化物层101上淀积为厚度大约是1000。
此后，金属层102和金属氧化物层101利用光刻工序构图，从而诸如黑色基质的低反射图案(或低反射层)104形成在衬底100上其上形成象素电极的区域的表面上。
参照图3B，在衬底100的包括黑色基质104的整个表面上，通过等离子体增强的化学蒸汽沉积(PECVD)方法，氧化硅淀积为具有2000的厚度，从而形成热扩散阻挡层106。热扩散阻挡层106作用为防止热量在有源层结晶的后续工序过程中辐射。
在热扩散阻挡层106上，通过低压化学蒸汽沉积(LPCVD)方法或PECVD方法，无定形硅薄膜淀积成具有大约500的厚度，用于形成有源层107。然后，有源层107经历激光退火，从而无定形硅的有源层107结晶为多晶硅的有源层。激光退火是利用能够补偿通过黑色基质104热损失的高能量，如440～450mJ/cm2来进行的，从而，可以获得具有相同晶粒尺寸的多晶薄膜。
参照图3C，多晶硅有源层107利用光刻工艺构图，以在每个象素的TFT区域上形成有源图案108。多晶硅有源层107在黑色基质的边缘部分和中间部分具有不同的晶粒尺寸，而其在与黑色基质104的边缘部分分隔开1μm或更远的区域处具有均匀的晶粒尺寸。于是，如果有源图案108形成在与黑色基质104的边缘部分分隔开大约1μm或更远的区域处，那么可用获得均匀的TFT特性。
此后，在有源图案108和热扩散阻挡层106上，通过PECVD方法，氧化硅薄膜淀积为具有1000～2000的厚度，用于形成栅极绝缘层110。栅极层，例如AlNd通过溅射方法淀积在栅极绝缘层110上，以具有大约3000的厚度，并然后通过光刻工艺构图。结果，形成在第一方向上延伸的栅极引线和从栅极引线分叉的TFT栅极电极112。
在此，利用构图栅极层所用的光掩膜注入杂质离子，由此在有源图案108两侧的表面上形成源极/漏极区域(未示出)。
参照图3D，进行激光或炉内退火，从而激励源极/漏极区域的掺杂的离子，并处理硅层的损坏部分。然后，氮化硅薄膜在所形成结构的整个表面上淀积为具有大约800的厚度，用于形成绝缘夹层114。
此后，利用光刻工艺，蚀刻掉绝缘夹层114，以形成暴露源极/漏极区域的接触孔116和118。例如MoW或AlNd的数据层在绝缘夹层114和接触孔116和118上淀积为具有大约3000～6000的厚度，然后，通过光刻工艺构图。通过这样做，形成有在与第一方向垂直的第二方向上延伸的数据引线(未示出)、直流信号线(Vdd)、以及分别通过接触孔116和118连接到源极/漏极区域上的源极/漏极电极120和122。
通过上述过程，在具有黑色基质104的衬底100上形成了包括有源图案108、栅极绝缘层110、栅极电极112和源极/漏极电极120和122的TFT125。
参照图3E，在包括TFT125的绝缘夹层114上，氮化硅薄膜淀积成具有大约2000～3000的厚度，用于形成钝化层126。然后，利用光刻工艺蚀刻掉钝化层126，以形成暴露源极电极120和漏极电极122中任一个的过孔128。
诸如ITO或IZO的透明导电层淀积在钝化层126和过孔128上，然后通过光刻工艺构图，以形成通过过孔128连接到TFT125的漏极电极122上的象素电极130。象素电极130设置为有机EL元件140的阳极。
再次参照图2，有机绝缘层132形成在包括象素电极130的钝化层126上，并然后通过曝光和显影过程而构图，以形成暴露出象素电极130的一部分的开口134。
此后，空穴迁移层(HTL未示出)、有机EL层136、电子迁移层(ETL未示出)依次形成在开口134上，然后，作用为有机EL元件140的阴极的金属电极形成在所形成结构的整个表面上。
图4是根据本发明实施例的AMOLED的平面图，参照图4，包括两个TFT、一个电容(未示出)和有机EL元件的象素布置成具有通过栅极引线g1、数据引线d1和电源引线Vdd1三根互连引线所限定的象素区域。电源引线Vdd1通过向所有象素上施加公共电压来提供驱动驱动TFT所需的基准电压。
从而，在具有通过三个互连引线限定的象素区域的AMOLED中，象素电极200占据整个面板区域面积中大约40％的面积。于是，诸如黑色基质300的低反射图案形成在象素电极区域200之外的区域处，即，形成在TFT和三个互连引线g1、d1和Vdd1之下，由此使得外界光线从象素电极区域200之外的不发光区域反射最小。
图5是根据本发明另一实施例的AMOLED的平面图。参照图5，包括三个TFT、至少一个电容(未示出)和有机EL元件的象素布置成具有通过两根栅极引线g1和g2、数据引线d1和电源引线Vdd1的四根互连引线限定的象素区域。
在具有通过四根互连引线限定的象素区域的AMOLED中，象素电极200所占据的面积减小，从而，象素电极200占据整个面板面积的大约20％左右的面积。于是，诸如黑色基质300的低反射图案形成在象素电极区域200之外的区域处，即，形成在TFT和四根互连引线g1、g2、d1和Vdd1之下，从而使得外界光线自除象素电极区域200之外的不发光区域的反射最小。
虽然上述实施例示出了黑色基质形成在薄膜晶体管和金属互连之下的示例，显然象素电极可以由低反射金属制成，以使反射光最少。然而，这种构造可以导致从有机EL层发射的50％或更多的光线被浪费的缺点。
如上所述，根据本发明优选实施例，诸如黑色基质104的低反射图案(或低反射层)基本形成在衬底中象素电极区域之外的表面上，从而减小了外界光线从除象素电极之外的不发光区域的反射，由此获得了高对比度。于是，通过这些优选实施例，有可能在OFF状态下实现几乎完全黑，即使在孔径比低的情况下。另外，可以使从有机EL层发出的光线的损失最少。此外，可以消除高价格的偏振片，结果提高亮度并减小制造成本。
虽然已经详细描述了本发明优选实施例，但是应理解到在不背离由所附权利要求书限定的本发明精髓和范围前提下可以对其作出各种变化、替代和改型。
权利要求
1.一种有源矩阵型有机电致发光显示器，包括衬底，该衬底包括薄膜晶体管、用于驱动薄膜晶体管的金属互连、与薄膜晶体管连接的象素电极、以及形成在象素电极上的有机电致发光层；以及形成在衬底上其上形成象素电极区域的部分之外的基本整个表面上的黑色基质。
2.如权利要求1所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，黑色基质形成在薄膜晶体管和金属互连之下。
3.如权利要求2所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，还包括形成在黑色基质上的热扩散阻挡层。
4.如权利要求1所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，黑色基质包括金属氧化物层和层叠在金属氧化物层上的金属层。
5.如权利要求4所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，黑色基质包括从氧化铬/铬、氧化镍/镍、和氧化铁/铁所构成的组中选出的任一种。
6.一种有源矩阵型有机电致发光显示器，包括衬底；形成在衬底基本整个表面上的黑色基质；形成在黑色基质上并具有有源图案、栅极电极和源极/漏极电极的薄膜晶体管；形成在薄膜晶体管、黑色基质和衬底上的钝化层；形成在钝化层上的象素电极，该象素电极与薄膜晶体管相连接；以及形成在象素电极上的有机电致发光层。
7.如权利要求6所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，黑色基质形成在衬底上象素电极区域之外的基本整个表面上。
8.如权利要求7所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，还包括形成在黑色基质和薄膜晶体管之间的热扩散阻挡层。
9.如权利要求7所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，薄膜晶体管的有源图案形成在与黑色基质的边缘分隔开不小于约1μm的区域处。
10.一种制造有源矩阵型有机电致发光显示器的方法，该方法包括基本在衬底整个表面上形成黑色基质；在黑色基质和衬底上形成薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括有源图案、栅极电极和源极/漏极电极；在薄膜晶体管、黑色基质、和衬底上形成钝化层；在钝化层上形成象素电极，以与薄膜晶体管相连接；以及在象素电极上形成有机电致发光层。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法还包括在衬底上象素电极区域之外的基本整个表面上形成黑色基质。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，先于形成薄膜晶体管，还包括在黑色基质和衬底上形成热扩散阻挡层。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，薄膜晶体管的有源图案由以下形成在黑色基质和衬底上淀积有源层；通过施加能够补偿通过黑色基质的热损失的能量来结晶有源层；以及构图有源层，以在与黑色基质的边缘分隔开不小于约1μm的区域处形成有源图案。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，黑色基质包括金属氧化物层和金属氧化物层上层叠的金属层。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，黑色基质包括从氧化铬/铬、氧化镍/镍、和氧化铁/铁所构成的组中选出的任一种。
16.一种有源矩阵型有机电致发光显示器，包括衬底，其包括薄膜晶体管、用于驱动薄膜晶体管的金属互连、与薄膜晶体管相连接的象素电极、以及形成在象素电极上的有机电致发光层；以及形成在衬底中其上形成象素电极区域部分之外的表面上的低反射图案。
17.如权利要求16所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，低反射图案是黑色基质。
18.如权利要求16所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，低反射图案包括具有低于5％的低反射率的材料。
19.如权利要求16所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，低反射图案包括金属氧化物层和在金属氧化物层上层叠的金属层。
20.一种有源矩阵型有机电致发光显示器，包括衬底；形成在衬底中象素电极区域之外的基本整个表面上的低反射图案；形成在低反射图案上并具有有源图案、栅极电极和源极/漏极电极的薄膜晶体管；形成在薄膜晶体管、低反射图案和衬底上的钝化层；形成在钝化层上的象素电极，该象素电极与薄膜晶体管相连接；以及形成在象素电极上的有机电致发光层。
21.如权利要求20所述的有源矩阵型有机电致发光显示器，其特征在于，低反射图案包括具有低于5％的低反射率的材料。
22.一种制造有源矩阵型有机电致发光显示器的方法，该方法包括在衬底中象素电极区域之外的基本整个表面上形成低反射图案；在低反射图案和衬底上形成薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括有源图案、栅极电极和源极/漏极电极；在薄膜晶体管、低反射图案、和衬底上形成钝化层；在钝化层上形成象素电极，以与薄膜晶体管相连接；以及在象素电极上形成有机电致发光层。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，低反射图案包括具有低于5％的低反射率的材料。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，低反射图案包括金属氧化物层和在金属氧化物层上层叠的金属层。
全文摘要
本发明公开了一种有源矩阵型有机电致发光显示器及其制造方法。低反射图案基本形成在衬底中其上形成象素电极区域之外的表面上。该衬底包括用于驱动薄膜晶体管的金属互连、与薄膜晶体管相连接的象素电极以及形成在象素电极上的有机电致发光层。通过上述结构，外界光线从象素电极之外的不发光区域的反射被最小化，从而获得高对比度。
文档编号H01L51/52GK1440224SQ0310543
公开日2003年9月3日 申请日期2003年2月20日 优先权日2002年2月20日
发明者崔凡洛, 崔埈厚 申请人:三星电子株式会社