CN1292394C - 电激发光显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种顶部发光电激发光显示装置，其包括：一薄膜晶体管、一非透明电极、一非透明层、一电激发光媒介层、及一透明电极。薄膜晶体管设置于一基板上方，并为一中间绝缘层所覆盖。非透明电极及非透明层依序设置于中间绝缘层上方，其中非透明电极与薄膜晶体管电连接，非透明层具有一开口而露出下方一部分的非透明电极。电激发光媒介层设置于开口底部。透明电极设置于非透明层上方并顺应开口及电激发光媒介层的表面而覆盖它们。本发明还涉及电激发光显示装置的制造方法。

Description

电激发光显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种平面显示装置，特别是涉及一种顶部发光(top emissiontype)电激发光显示装置(electro-luminescence device)及其制造方法。

背景技术

电激发光装置，例如有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)，为一种使用有机材料的自发光型装置。典型地，有机发光二极管包括：一阳极、一阴极、以及设置于阳极与阴极之间的电激发光媒介层(electro-luminescence medium layer，EML)。当施加一电位差于阴极与阳极之间时，电子及电穴会分别从阴极及阳极注入电激发光媒介层而重新结合(recombine)，并以发光的形式来释放能量。

图1绘示出传统的底部发光电激发光显示装置剖面示意图。请参照图1，一缓冲层102形成于一基板100上，而一薄膜晶体管111设置于缓冲层102上，其包括一通道层104、栅极介电层106、栅极电极107、及源极/漏极电极109。通道层104，例如一多晶硅层，形成于缓冲层102上，其具有源极/漏极掺杂区105。通道层104上方被一绝缘层106所覆盖，例如氮化硅层，以作为该栅极介电层。栅极电极107设置于位在通道层104上方的栅极介电层106上方，且其被一层间介电(interlayer dielectric，ILD)层108所覆盖。栅极电极107两侧设置有源极/漏极电极109，其经由层间介电层与下方绝缘层106中的接触窗(contact hole)而与源极/漏极掺杂区105电连接。一第一护层(passivation layer)110覆盖薄膜晶体管111及层间介电层108，其具有一介层洞以露出其中一源极/漏极电极109。一透明电极112，例如铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)，形成于一部分的第一护层110上并经由介层洞而与露出的源极/漏极电极109电连接。第二护层114设置于薄膜晶体管111上方的第一护层110上。一电激发光媒介层116覆盖于第二护层114及透明电极112上方，而一非透明电极118，例如一金属材料，形成于电激发光媒介层116上方。

在图1的电激发光显示装置中，透明电极112作为一阳极，而非透明电极118作为一阴极。因此，光线从电激发光媒介层116经过透明电极112向下发射。此称作底部发光电激发光显示装置。然而，底部发光电激发光显示装置的发光面积受限于薄膜晶体管。当显示装置的薄膜晶体管数量增加时，电激发光显示装置的开口率(aperture ratio)会缩小。为了维持面板亮度，耗电量会因而增加，使电激发光显示装置的寿命缩短。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电激发光显示装置及其制造方法，其藉由向上发射光线的方式，使发光面积(或开口率)不受限于薄膜晶体管。

本发明的另一目的在于提供一种电激发光显示装置及其制造方法，其藉由一围绕发光区的非透明层来避免光侧漏，进而防止电激发光显示装置发生色偏(color wash out)。

根据上述的目的，本发明提供一种电激发光显示装置，其包括：一具有一第一区及一第二区的基板、一薄膜晶体管、一中间绝缘层、一非透明电极、一非透明层、一电激发光媒介层、及一透明电极。薄膜晶体管设置于基板的第一区上方，且中间绝缘层设置于基板的第二区上方并覆盖薄膜晶体管。非透明电极设置于中间绝缘层上方并与薄膜晶体管电连接，而非透明层设置于非透明电极上方，其具有一开口而露出一部分的非透明电极。电激发光媒介层设置于开口底部。透明电极设置于非透明层上方并顺应开口及电激发光媒介层的表面而覆盖它们。

又根据上述的目的，本发明提供一种电激发光显示装置的制造方法。首先，提供一基板，其具有一第一区及一第二区，于基板的第一区上方形成一薄膜晶体管，接着于基板的第二区上方形成一中间绝缘层，并覆盖薄膜晶体管。之后，于中间绝缘层上方形成一非透明电极，并与薄膜晶体管电连接，接着于非透明电极上方形成一非透明层，其具有一开口而露出一部分的非透明电极。随后，于非透明电极露出的部分的上方形成一电激发光媒介层，再于非透明层上方形成一透明电极，并顺应开口及电激发光媒介层的表面而覆盖它们。

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图作详细说明。

附图说明

图1绘示出传统的底部发光电激发光显示装置剖面示意图。

图2A至2F绘示出根据本发明实施例的顶部发光电激发光显示装置的制造方法剖面示意图。

简单符号说明

现有

100～基板；102～缓冲层；104～通道层；105～源极/漏极掺杂区；106～栅极介电层；107～栅极电极；108～层间介电层；109～源极/漏极电极；110～第一护层；111～薄膜晶体管；112～透明电极；114～第二护层；116～电激发光媒介层；118～非透明电极。

本发明

10～第一区；20～第二区；200～基板；202～缓冲层；204～通道层；206～栅极介电层；207～栅极电极；209～离子注入；210～层间介电层；211～源极/漏极掺杂区；212～中间绝缘层；213～源极/漏极电极；214～非透明电极；215～薄膜晶体管；216～透明导电层；217、219、221～开口；218绝缘层；220～非透明层；222～电激发光媒介层；224～透明电极；226～电激发光二极管。

具体实施方式

图2F绘示出根据本发明实施例的顶部发光的电激发光显示装置的剖面示意图。电激发光显示装置包括：一具有一第一区10及一第二区20的基板200、一薄膜晶体管215、一中间绝缘层212、一非透明电极214、一非透明层220、一电激发光媒介层222、及一透明电极224。此处，基板200的第一区可为一晶体管区，而第二区20可为一发光区。再者，其上覆盖有一缓冲层202。薄膜晶体管215设置于基板200的第一区10上方的缓冲层202上，其由具有源极/漏极掺杂区211的通道层204、栅极介电层206、栅极电极207、及源极/漏极电极213所构成。一层间介电(ILD)层210设置于栅极介电层206上并覆盖栅极电极207。

中间绝缘层212设置于基板200的第二区20上方的层间介电(ILD)层210上并覆盖第一区10上方的薄膜晶体管215。此处，中间绝缘层212具有一开口而露出其中一源极/漏极电极213。

非透明电极214设置于中间绝缘层212上方并透过露出的源极/漏极电极213与薄膜晶体管215电连接。基板200的第二区20上方的非透明电极214的高度高于第一区10上方的薄膜晶体管215。一透明导电层216可选择性地设置于非透明电极214上，以作为电极214的一部分，使电极214的功函数可与后续形成的电激发光媒介层相匹配。

一绝缘层(护层)218及非透明层220依序设置于非透明电极214上方，其中绝缘层218具有一开口219位于基板200的第二区20上方而露出一部分具有透明导电层216形成其上的非透明电极214，而非透明层220具有一开口221位于开口219上方。此处，开口221大于开口219，以进一步增加开口率。电激发光媒介层222设置于开口221及219底部。透明电极224设置于非透明层220上方并顺应开口221及电激发光媒介层222的表面而覆盖它们。

当施加一电位差于电极214及224之间时，电子及电穴会从不同的电极214及224注入电激发光媒介层222而重新结合而发光。在本实施例中，光线藉由非透明电极214向上反射。如此一来，即使薄膜晶体管数量增加，其发光面积(或开口率)并不会缩小。因此，电激发光显示装置的亮度得以维持或增加。换言之，耗电量不会增加而使电激发光显示装置的寿命得以延长。再者，根据本发明的电激发光显示装置，设置于非透明电极214上方的非透明层220可阻挡光线自电激发光媒介层222两侧散出，进而防止电激发光显示装置发生色偏现象。亦即，可改善顶部发光电激发光显示装置的显示品质。

以下配合图2A至2F说明本发明实施例的顶部发光电激发光显示装置的制造方法。首先，请参照图2A，提供一基板200，例如玻璃或石英基板，其具有多个晶体管区及发光区，用以在其上分别形成薄膜晶体管及电激发光二极管。此处，为了简化图式，仅绘示出一第一区10及一第二区20。举例而言，第一区10表示一晶体管区，而第二区20表示一发光区。接着，在基板200上形成一缓冲层202。此缓冲层202可为一单层结构或叠层结构。举例而言，缓冲层202可由一氮化硅层及一位于上方的氧化硅层所构成。接着，在缓冲层202上形成一半导体层(未绘示)，随后利用现有光刻及蚀刻工艺定义该半导体层，以在基板200的第一区10上方形成一图案化半导体层204，以作为薄膜晶体管的通道层。

接下来，请参照图2B，在缓冲层202上方形成一绝缘层206，例如氮化硅层，并覆盖通道层204，以作为薄膜晶体管的栅极介电层。之后，在绝缘层206上形成一金属层(未绘示)，利用现有光刻及蚀刻工艺定义该金属层，以在基板200的第一区10上方形成一图案化金属层207，以作为薄膜晶体管的栅极电极。接着，利用栅极电极207作为掩模，对下方的通道层204实施离子注入工艺209，以在其中形成源极/漏极掺杂区211。

接下来，在图2B中所示的基板上方沉积一层间介电(ILD)层210。随后，藉由蚀刻工艺在栅极电极207两侧形成贯穿层间介电层210及绝缘层206的接触窗而露出源极/漏极掺杂区211，如图2C所示。

接下来，请参照图2D，在层间介电层210上形成一金属层(未绘示)并填入接触窗而与源极/漏极掺杂区211电连接。之后，藉由现有光刻及蚀刻工艺定义该金属层，以形成源极/漏极电极213，而在基板200的第一区10上方完成薄膜晶体管215的制作。接着，在基板200的第一及第二区10及20上方的层间介电层210上沉积一中间绝缘层(interlayer insulator)212，并覆盖薄膜晶体管215，以作为一平坦层。接着，在中间绝缘层212中形成一开口217以露出其中一源极/漏极电极213。

接下来，请参照图2E，在中间绝缘层212上方形成一非透明导电层214并填入开口217而与露出的源极/漏极电极213电连接。非透明导电层214作为有机发光二极管的电极及光反射层。非透明电极214可为一单层或多层金属层。举例而言，其可由铝、银、金、钛、镍、铬、铜、铁、锰、铂、锌、及其合金的任一种所构成。在本实施例中，位于基板200的第二区20上方的非透明导电层214高于薄膜晶体管215，使后续形成的电激发光媒介层能高于薄膜晶体管215而增加其开口率。接着，可选择性在非透明电极214上沉积一透明导电层216，例如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。透明导电层216为电激发光二极管的电极214的一部分，使电极214的功函数能够与后续形成的电激发光媒介层匹配。需注意的是，若后续形成的电激发光媒介层与电极214之间无透明导电层216，则必须额外对电激发光媒介层进行掺杂，使电极214的功函数能够与电激发光媒介层匹配。

接着，在具有透明导电层216形成其上的非透明电极214上形成一绝缘层(护层)218。之后，在位于基板200的第二区20上方的绝缘层218中形成一开口219。

最后，请参照图2F，进行本发明的关键步骤，在绝缘层218上形成一非透明层220。如以上所述，此非透明层220用以防止光线自后续形成的电激发光媒介层两侧散出，进而避免因漏光所引发的色偏现象。在本实施例中，非透明层220的材料可为金属层、金属氧化层、有机材料层(例如光致抗蚀剂)、及聚合物的任一种。优选地，非透明层220的材料为金属层。举例而言，其可由铝、银、金、钛、镍、铬、铜、铁、锰、铂、锌、及其合金的任一种所构成。再者，其可为一单层或多层结构，如同非透明电极214。当非透明层220的材料为金属层，侧漏光线会困在非透明电极214与非透明层220所形成的波导管之中，而减少漏光的机会。接着，在开口219上方的非透明层220中形成另一开口221，其优选为大于开口219，以免遮住自后述形成的电激发光媒介层(EML)所发出的光。之后，在开口219及221底部形成一电激发光媒介层222，其可为一单层或多层结构。在本实施例中，举例而言，电激发光媒介层222为一多层结构且包括：一电穴传输层(hole transportlayer，HTL)、一电子传输层(electron transport layer，ETL)、及设置于电穴传输层与电子传输层之间的发光层(active or emissive layer)。此处，为简化图式，以一单层结构表示之。接着，于非透明层220上方形成一透明电极224，例如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)，并顺应开口221及电激发光媒介层222的表面而覆盖它们，以在基板200的第二区20上方完成电激发光二极管226的制作。由于光线自电激发光媒介层222向上发射，故称作顶部发光电激发光显示装置。

另外，在本发明另一实施例中，非透明层220可直接形成于非透明电极214上方。亦即，非透明层220与非透明电极214之间无绝缘层218存在。然而，需注意的是非透明层220需为绝缘材料，例如金属氧化层、有机材料层(例如光致抗蚀剂)、及聚合物的任一种。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1、一种电激发光显示装置，包括：

一基板，其具有一第一区及一第二区；

一薄膜晶体管，设置于该基板的该第一区上方；

一中间绝缘层，设置于该基板的该第二区上方并覆盖该薄膜晶体管；

一非透明电极，设置于该中间绝缘层上方并与该薄膜晶体管电连接；

一非透明层，设置于该非透明电极上方，其具有一第一开口而露出一部分的该非透明电极；

一电激发光媒介层，设置于该第一开口底部；以及

一透明电极，设置于该非透明层上方并顺应该第一开口及该电激发光媒介层的表面而覆盖它们。

2、如权利要求1所述的电激发光显示装置，其中位于该第二区上方的该非透明电极高于该薄膜晶体管。

3、如权利要求1所述的电激发光显示装置，还包括一铟锡氧化层设置于该电激发光媒介层与该非透明电极之间。

4、如权利要求1所述的电激发光显示装置，其中该非透明电极包括一金属层。

5、如权利要求1所述的电激发光显示装置，其中该非透明层包括一有机材料层、金属氧化层、及聚合物层的任一种。

6、如权利要求1所述的电激发光显示装置，还包括一绝缘层设置于该非透明电极与该非透明层之间，其具有一第二开口位于该第一开口下方而露出该非透明电极。

7、如权利要求6所述的电激发光显示装置，其中该非透明层包括一金属层、金属氧化层、有机材料层、及聚合物层的任一种。

8、如权利要求6所述的电激发光显示装置，其中该第一开口大于该第二开口。

9、如权利要求1所述的电激发光显示装置，其中该第一开口位于该基板的该第二区上。

10、如权利要求1所述的电激发光显示装置，其中该第一开口横跨该基板的该第一区及该第二区。

11、一种电激发光显示装置的制造方法，包括下列步骤：

提供一基板，其具有一第一区及一第二区；

于该基板的该第一区上方形成一薄膜晶体管；

于该基板的该第二区上方形成一中间绝缘层，并覆盖该薄膜晶体管；

于该中间绝缘层上方形成一非透明电极，并与该薄膜晶体管电连接；

于该非透明电极上方形成一非透明层，其具有一第一开口而露出一部分的该非透明电极；

于该非透明电极露出的部分的上方形成一电激发光媒介层；以及

于该非透明层上方形成一透明电极，并顺应该第一开口及该电激发光媒介层的表面而覆盖它们。

12、如权利要求11所述的电激发光显示装置的制造方法，其中位于该第二区上方的该非透明电极高于该薄膜晶体管。

13、如权利要求11所述的电激发光显示装置的制造方法，还包括于该电激发光媒介层与该非透明电极之间形成一铟锡氧化层。

14、如权利要求11所述的电激发光显示装置的制造方法，其中该非透明电极包括一金属层。

15、如权利要求11所述的电激发光显示装置的制造方法，其中该非透明层包括一有机材料层、金属氧化层、及聚合物层的任一种。

16、如权利要求11所述的电激发光显示装置的制造方法，还包括于该非透明电极与该非透明层之间形成一绝缘层，其具有一第二开口位于该第一开口下方而露出该非透明电极。

17、如权利要求16所述的电激发光显示装置的制造方法，其中该非透明层包括一金属层、金属氧化层、有机材料层、及聚合物层的任一种。

18、如权利要求16所述的电激发光显示装置的制造方法，其中该第一开口大于该第二开口。

19、如权利要求11所述的电激发光显示装置的制造方法，其中该第一开口位于该基板的该第二区上。

20、如权利要求11所述的电激发光显示装置的制造方法，其中该第一开口横跨该基板的该第一区及该第二区。

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