有源矩阵有机发光显示器的制作方法
专利名称：有源矩阵有机发光显示器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及具有金属氧化物TFT和滤色器的有机发光显示器。
背景技术：
因为有机发光器件的属性，对有机发光显示器(OLED)有强烈的兴趣。通常，这些 器件具有低电流、低功率和高发光属性。此外，能生产有机发光器件来发出几乎任何颜色的 光，因此彩色显示是可能的。如本领域技术人员理解到的，彩色显示要求红-绿-蓝像素阵 列。然而，制造彩色像素阵列的有机发光器件非常困难。目前，唯一实用的方法是通过使用 称为“阴影掩蔽(shadow masking) ”的工艺或使用阴影掩模沉积所需的多层彩色材料，以便 沉积彩色层。主要问题是该阴影掩模非常难以制作并且昂贵。其次，由于尺寸变形，该阴影 掩模仅能被使用于某些沉积周期。此外，阴影掩模工艺具有上限尺寸，该上限尺寸将该工艺 限制到相对小的显示器。高信息内容彩色阵列使用有源矩阵类型的像素控制和寻址系统。通常，因为控制 晶体管置入阵列中，所以使用薄膜晶体管(TFT)。在现有技术中，将多晶硅用于有源矩阵 OLED显示器(AMOLED)中的开关和控制晶体管。然而，多晶硅要求相当高的温度来处理，并 且因此，邻接电路和基板极其受限。而且，因为晶体大小和位置的变化，以多晶硅形成的晶 体管的特性即使在阵列中的相邻器件间也会改变。为更好理解该问题，在亚微米栅极下的 导电区中，每一不同的晶体管能包括从一个或二个多晶硅晶粒至若干个晶粒，以及导电区 中的不同晶体数将会产生不同的特性。不同颗粒当中的尺寸和它们的物理特性也不同。此 外，多晶硅是光敏的，即，通过曝露到可见光，改变其I-V特性。非晶硅也是光敏的，因此由 这些材料的任何一个制造的器件要求遮光罩或光屏蔽，这进一步复杂化制造工艺并减小开 口率(发光面积比节距面积(Pitch area))。进而，对目标显示亮度，小开口率要求更大地 驱动0LED，由此对OLED操作寿命设定了更高的需求。基本上，用于有源矩阵有机发光显示器的像素驱动器包括两个晶体管和一个存储 电容器。一个晶体管用作开关以及另一个晶体管用作用于OLED的电流调节器。存储电容 器连接在电流调节器晶体管的栅极和漏极(或源极)间，以便记住断开开关晶体管后，数据 线上的电压。此外，像素驱动器连接到三条总线、扫描或选择线、数据线和电源线，它们均耦 合到外围控制电路。然而，在现有技术，或有源矩阵有机发光显示器的当前情形下，不能有 效地实现足够性能和/或低价格的像素驱动器。已经使用低温多晶硅(LTPS)和非晶硅(a-Si)来构造用于有源矩阵有机发光显 示器背板的像素驱动器电路。在上下文中，术语“背板”是指开关电路的任何阵列，通常按 列和行的形式排列，以及每一像素或像素元件具有连接到有机发光二极管的像素电极(透 射或反射发射光)。当前，商业市场中的所有有源矩阵有机发光显示器都利用LTPS背板制 造。尽管LTPS提供用于驱动OLED所需的足够操作寿命，但由TFT性能不均勻性引起的“云 纹”(mura)缺陷对LTPS TFT用于驱动OLED比用于驱动液晶显示器(IXD)更严重。因此， 通常在像素驱动器中使用二个以上的晶体管来补偿云纹不均勻性。同时，在一些应用中，包括三条以上总线(数据、选择和电源)用于补偿电路。此外，由于开关晶体管中相对更高的 “OFF”电流，LTPS背板要求更大的存储电容器。尽管LTPS背板中的更高迁移率允许具有更 短宽/长(W/L)比的晶体管，但开关晶体管中的更高OFF电流要求多栅极设计(例如顶部 和底部栅极)以及源极和漏极之间的更大空间。因此，每一像素驱动器所需的有效面积基 本上被比作总节距面积。由此，OLED发光器不得不与像素驱动器排列或堆叠以用于从顶部 发光。LTPS的小能隙还要求将LTPS TFT从发射光和环境光屏蔽。使用a-Si TFT制造有源矩阵有机发光显示器背板已经有相当大的成就。然而，在 DC操作下，a-Si TFT的I-V(电流-电压)性能不稳定(由于缺陷密度增加，Vth偏移以及 迁移率减小)，以致难以将a-Si TFT用于背板中的驱动器或电流调节器晶体管。已经提出 了具有更多晶体管、电容器和总线的像素控制电路来稳定晶体管性能，但它们中没有一个 展示出商业应用所需的稳定性。低载流子迁移率( 0. 1至0. 7cm2/Vsec)也要求更大的 W/L比(由此更大的TFT大小)用于驱动器或电流调节器晶体管。因此，对于用于底部发光 的OLED发光垫，没有足够的空间，使得必须使用顶部发光结构。在顶部发光有源矩阵有机发光显示器设计中，需要平面化层来将TFT与OLED发光 器的底部电极分开以便消除两部分之间的光电串扰。需要两至三个光处理来制造穿过平面 化层的通路和图案化用于OLED的底部电极。通常有另外1至2个光处理步骤来构造用于 全色OLED处理的存储体结构(诸如当喷墨打印用来图案化全色发光器层时，用来限制有机 发光器墨的阱)。由于透明顶部电极(通常由氧化铟锡或氧化铝锌制成)的体导电率不足 以公共电极使电流从像素通向外围驱动器芯片，所以通常需要另一通路，并且由此在背板 上需要另一金属总线。该设计使顶部发光有源矩阵有机发光显示器产品的开口率严重地限 制到 50%范围。在此“开口率”是指发光区与子像素节距尺寸的比率。此外，在OLED层 上沉积透明金属氧化物通常通过喷射工艺完成，在顶部电极工艺中保留OLED性能(功率效 率和操作寿命)是其余难题的一个。由此，对具有用于OLED垫的足够开口率、至少与其他显示器技术，诸如有源矩阵 液晶显示器相比，具有低成本工艺的底部发光有源矩阵有机发光显示器结构有强烈的兴 趣。
发明内容
简单地说，为实现本发明的期望目的，根据其优选实施例，提供一种全色有源矩阵 有机发光显示器，包括透明基板、位于基板的上表面上的滤色器、在滤色器的上表面上形成 的间隔层、在间隔层上形成并限定像素阵列的金属氧化物薄膜晶体管背板；以及单色、有机 发光器件阵列，形成在背板上，并放置成通过全色显示器中的背板、间隔层、滤色器和基板， 向下发出光。根据其优选实施例，在制造全色有源矩阵有机发光显示器的方法中，进一步实现 本发明的期望目的。该方法包括提供由玻璃、有机膜的一个或其组合形成的透明基板并且 基板是刚性或柔性的。滤色器被放置在基板的上表面上并且间隔层被沉积在滤色器的上表 面上。在间隔层上形成金属氧化物薄膜晶体管背板以便限定像素阵列。在背板上放置单色、 有机发光器件阵列以便通过全色显示器中的背板、间隔层、滤色器和基板，向下发出光。选择间隔层和背板的材料，以便基本上对由有机发光器件发出的光是可透过的，并且结果是大于50%的用于每一像素的开口率。用在背板的薄膜晶体管中的金属氧化物优 选地是非晶的，以便实质上改进整个阵列或矩阵上的薄膜晶体管的可重复性、或均勻性或 可靠性。
从结合附图的下述优选实施例的详细描述，对本领域技术人员来说，本发明的上 述和另外的以及更具体的目的和优点将变得更显而易见，其中图1是根据本发明的显示器的简化层图；图2是根据本发明的单色元件的电路图；以及图3是根据本发明的单色元件的另一实施例的电路图。
具体实施例方式参见图1，示例说明根据本发明的显示器10的简化层图。显示器10包括基板12， 在本实施例中，优选地为玻璃，但能是任何相对刚性的透明材料，诸如各种塑料等等。在本 上下文中，术语“透明”或“基本上透明”定义成是指能以大于70%光学地透射可见光范围 GOOnm至700nm)中的光的材料。此外，意图显示器10能是与用在现代电视机、计算机监视 器等等中的显示器类似的大小，即相对大面积显示器。滤色器14被沉积在基板12的上表 面上，通常包括具有相对低耐热即通常低于250°C的塑料材料。以非常公知的方式，用三色 像素(红、绿、蓝)制造滤色器14，即根据非常公知的过程，每一像素包括三个色元件，每一 个均是可控的来增加每一颜色的被选量，从而生成任何被选的最终或组合色。间隔层16被沉积于滤色器14的上表面，提供包括平面化滤色器14和更兼容界面 的几种功能(即，层16确保每一界面的材料间的更好匹配，结晶和能量层都是)。因为滤色 器14的各种材料被沉积于分离的层中，为沉积下述部件的更好表面优选平面化。在间隔层16的上表面上形成金属氧化物薄膜晶体管(MO TFT)层18。通过诸如物 理汽相沉积的工艺、通过包括印刷或涂敷的溶液工艺，或通过表面化学反应，能以相对低温 (例如低至室温)形成金属氧化物薄膜晶体管。印刷包括诸如喷墨、点胶(dispensing)、柯 式印刷(off-set printing)、照相凹版印刷、丝网印刷等等的任何工艺。涂敷包括诸如缝涂 (slot coating)、幕式淋涂(curtain coating)、喷涂等等的任何工艺。物理汽相沉积包括 诸如溅射、热沉积、e束沉积等等的任何工艺。表面化学反应包括气体或液体环境中的表面 反应。除平面化外，间隔层16在(MO TFT)层18的制造期间，提供用于滤色器14的热保 护。例如，已经发现退火金属氧化物层提高晶体管的可靠性和特性。通过利用脉冲红外线能 量将晶体管的每一个的栅极金属加热到超过300°C，执行该退火过程。来自栅极金属的热使 与栅极金属相邻的金属氧化物半导体退火，并且间隔层16防止滤色器过热(低于250°C )。 可以在 2008 年 5 月 21 日提交的，名为"Laser Annealing of Metal Oxide Semiconductor On Temperature Sensitive Substrate Formations”，序列号 12/124，420 的未决美国专禾Ij 申请中找到有关该过程的另外信息，在此包括以供参考。在非晶金属氧化物半导体，诸如 ΖηΟ、ΙηΟ,ΑΙΖηΟ,ΖηΙηΟ, InAlZno、InGaZnO,ZnSnO,GaSnO, InGaCuO, InCu0,AlCu0 等等中形 成金属氧化物TFT。在此应注意到术语“非晶”包括膜平面中的颗粒大小显著小于TFT沟道尺寸的任何半晶或非晶金属氧化物。因为非晶金属氧化物具有小的、标准颗粒大小，所以在 层18中形成的TFT的特性彼此基本相同。此外，金属氧化物透过光以致光向下透过层18、 层16、滤色器14和基板12。适合于间隔层16的材料的例子包括Si02、SiN、聚酰亚胺、BCB 或丙烯酸聚合物。由μν/L2定义薄膜晶体管(TFT)中的优值系数，其中，μ是迁移率，V是电压以及 L是栅极长度。通过金属氧化物半导体材料中的新发展部分补救主要问题，所述金属氧化 物半导体材料已经展示出高达80cm7V-sec的迁移率。金属氧化物半导体的独特特征之一 是载流子迁移率不那么取决于膜的颗粒大小，即，高迁移率非晶金属氧化物也是可能的。然 而，为实现高性能应用所需的高迁移率，金属氧化物沟道的体积载流子密度应当高并且金 属氧化物膜的厚度应当小(例如< IOOnm并且优选地是< 50nm)。然而，已经发现对这些非 常薄的沟道，金属氧化物与在下面的材料和覆盖的材料的界面相互作用不再可忽略。以两种方式的任何一种或两种，能实现界面相互作用的控制(1)与在下面的结 构的相互作用；以及O)与覆盖的结构的相互作用。为制造TFT，可以使用用于覆盖的结构 和在下面的结构的任一或所有下述功能。例如，可以在TFT的不同部分或表面上使用不同 功能。作为不同功能的使用的例子，能使用弱相互作用来调整TFT的阈值，并且优选强相 互作用以实现源极/漏极区中的良好欧姆接触。覆盖的结构的一些可能功能包括(1)钝 化-提供弱或无相互作用；( 栅极-提供弱或无相互作用；以及C3)源极/漏极-提供强 相互作用。此外，在下面的结构的一些可能功能包括(1)钝化-提供弱或无相互作用；(2) 栅极-提供弱或无相互作用；以及⑶源极/漏极-提供强相互作用。TFT的任何具体实 施例所需的覆盖的结构和在下面的结构的功能由TFT的构造而定。对覆盖的结构或在下面 的结构，可能需要多个功能。能在2008年7月16日提交的、序列号No. 12/173，995，名为 "Metal Oxide TFT with Improved Carrier Mobility”的未决美国专利申请中找到与界面 相互作用的控制有关的另外的信息，在此包含以供参考。在MO TFT层18的表面上形成有机发光器件(OLED)的层20以便在OLED层20中 生成的光向下通过MO TFT层18、间隔16、滤色器14和基板12。OLED层20还称为OLED垫， 因为其通常形成为整个单元。层18的金属氧化物和间隔层16对于从层20中的OLED发出 的光是可透过的。因为滤色器14提供所需颜色，因此由层20的OLED发出的光是单色，诸 如白色。然而，将理解到，OLED可能构造成发出一个或多个原色(例如蓝或蓝-绿)，因此， 滤色器用来分开其他两种原色。通常，有三种滤色器和相关的光发生器。应理解到，在所有全色显示器中，像素包括三个不同色元件，红、绿和蓝。每一色 元件具有相关的有机发光器件，以及主要目的是制造具有相同结构和均发出相同颜色的 OLED0第一种滤色器是指吸色型滤色器。在吸色型滤色器中，每一像素的所有三个元件 (红、绿和蓝)均是吸色的，以及相关的OLED生成白光。由此，红色元件吸收除红光外的所 有光，绿色元件吸收除绿光外的所有光，以及蓝色元件吸收除蓝光外的所有光。这种滤色器的一个问题是因为吸色特性，所生成的光的仅约三分之一透过滤色 器。为克服低效率，这种类型的一些滤色器在每一像素中包括第四元件，简单地允许白光 (在当前情况下，由OLED生成的光)直接由此通过。这种滤色器基本上能更有效，因为所显 示的大部分视图的实际区域为白色或非常接近白色的非常公知的事实。由此，将一些白光 与红、绿和蓝的任何一种或所有混合能基本上增加这种滤色器的效率。
第二种滤色器是其中相关的OLED生成蓝光的滤色器。这种称为色下变频型滤色 器。在下变频型滤色器中，每一像素的蓝光直接透过滤色器而不改变。在绿色元件中，每一 像素的蓝光从蓝色下变频到绿色。基本上，蓝光撞击在滤色器的绿色元件中的材料上，激励 那一材料以便发出绿光。类似地，在红色元件中，每一像素的蓝光从蓝色下变频到红色。基 本上，蓝光撞击在滤色器的红色元件中的材料上，激励那一材料以便发出红光。第三种滤色器是其中相关的OLED生成蓝-绿光的滤色器。这称为混合型滤色器 (即吸收和下变频)。在混合型滤色器中，每一像素的蓝色元件是吸收除蓝色以外的所有光 (即绿光)的吸色元件。每一像素的绿色元件是吸收除绿色外的所有光(即蓝光)的吸色 元件。在红色元件中，每一像素的蓝-绿光从蓝-绿下变频到红色。基本上，蓝-绿光撞击 在滤色器的红色元件中的材料上，激励那一材料以便发出红光。这种滤色器也具有效率问 题，因为所生成的光的仅约三分之一透过蓝元件和绿元件。为克服如上所述的低效率，一些 这种滤色器在每一像素中包括第四元件，简单地允许白光直接由此通过。由此，在本公开内容中，术语“全色”显示器定义成是指其中像素包括至少三个不 同色元件，红、绿和蓝，以及在一些特定应用中，包括第四透明或白色元件的显示器。在包括 第四透明或白色元件的全色显示器中，来自OLED的光直接通过滤色器而基本上不改变。很重要的是，理解层20的所有OLED均是相同结构，与滤色器的类型无关，以便在 制造期间不需要特殊的工艺。即，层20的每一 OLED生成类似光，在此称为单色、有机发光 器件的阵列。即，使用一个共用的过程，在不图案化发光层的情况下，能形成所有0LED，并且 基本上简化制造。除去通过阴影掩模图案化发光层的步骤使得生产非常大的显示器成为可 能。通常，在整个结构上形成密封或保护涂层22，以便使OLED与周围环境阻隔，这会对后续 操作有害。由此，能相对廉价地制造使用低功率、高输出OLED的显示器。此外，通过本发明， 可以制造足够大来与当今电视屏幕、计算机监视器等等竞争的显示器，使用现有技术阴影 掩模工艺等等，相对大的显示器是不可能的。此外，已知能通过相对低功率操作0LED，并且 它们会产生或生成相对高的光量。因为OLED的整个阵列包含单一类型或颜色，优选地是白 色、天蓝或蓝色，大大地简化制造工艺并且真正使得制造相对大的显示器成为可能。以低温(例如室温)沉积用在背板18中的金属氧化物薄膜晶体管并且要求最少 操作。例如，能使用四个光掩模，制造MO TFT背板18，并且如果通过印刷工艺(例如喷墨、点 胶、柯式印刷、照相凹版印刷、丝网印刷等等)形成复合半导体图案，那么能通过三个光掩 模完成背板。此外，根据上述过程，通过退火和控制所执行的界面相互作用，而不过热滤色 器14，能增强TFT的特性。金属氧化物半导体材料的相对高迁移率和低漏电流(低OFF电 流)允许使用小型存储电容器，能覆盖电源线以便进一步增加可用于发光器垫的空间。通 过低温有选择地阳极化处理栅极金属材料，以便在晶体管沟道区和电容器区形成栅极电介 质，能进一步增强低泄漏和简化的制造技术。在优选实施例中，通过大于50%的开口率，构 造有源矩阵有机发光二极管像素驱动器(背板)，以及仅金属电源线不透过可见光，以致使 用剩余区域来限定发光器垫。在具体的实施例中，选择线、数据线和电源线由不透明金属形 成并用作用于像素电极形成的掩模。在每一像素的透明区上沉积和图案化透明像素电极， 或从背面通过自对准图案化工艺进行。对于lOOppi，实现了比80%的开口率大的85μπι乘 255 μ m的子像素区域。
在一个例子中，通过作为栅极的Al和作为栅极绝缘体的A10，制成TFT。氧化铟 锡(ITO)用作源极和漏极。在沟道和源极/漏极区上喷射和图案化&10。沟道的宽度和长 度分别为200μπι和20μπι。不加热基板或滤色器，执行所有沉积和图案化过程。在150°C 执行后烘焙达30分钟。每一元件中的至少一个TFT具有η型特性，在20V的ON电流为约 0. 5mA,以及在-20V的OFF电流为几微微安。0N/0FF比在20V为超过107，以及在5cm2/Vsec 至10cm7Vsec的范围中，观察到电子迁移率。该例子证实通过在低温，用非晶金属氧化物 半导体材料能制造高迁移率、高开关比TFT。现在转到图2，示例说明像素中的单色元件，标明为30的电路图。如将从该公开内 容理解到，两个晶体管、一个电容器、三个总线元件30是可能的，因为新颖结构和使用金属 氧化物半导体晶体管。像素30是公共阴极布置，其中，阵列中的所有元件的所有阴极均连 接到公共端或导体。将理解到，在每一像素中包含与色元件30类似的三个色元件，以便照 明用于每一像素的红/绿/蓝色。如本领域技术人员所理解的，全色显示器包含通常按行 和列定向的像素阵列，每一像素包括三个元件，每一元件与滤色器14的红、绿和蓝区域的 一个有关。色元件30耦合到在数据线32和选择线34之间。具有元件30的列中的每一像素 耦合到数据线32和单独的选择线34。类似地，具有元件30的行中的每一元件耦合到选择 线34和不同的数据线。由此，通过寻址数据线32和选择线34，具体地选择像素30。以类 似的方式，能选择或寻址阵列中的每一元件，并且亮度由数据线上的信号控制。元件30的控制电路包括开关晶体管36、电流调节器或驱动器晶体管38和存储电 容器40。开关晶体管36的栅极连接到选择线34以及源极-漏极连接在数据线32和驱动 器晶体管38的栅极之间。受控制电路控制的OLED 42具有连接到公共端或导体的阴极，并 且阳极通过驱动器晶体管38的源极-漏极被连接到电源Vdd。在电源Vdd和驱动器晶体管 38的栅极之间，连接存储电容器40。由此，当选择信号出现在选择线34上以及数据信号出现在数据线32上时，寻址或 选择像素30。将选择线34上的信号施加到开关晶体管36的栅极，接通晶体管。通过开关 晶体管36的源极-漏极，将数据线32上的数据信号施加到驱动器晶体管38的栅极，根据 数据信号的幅度和/或持续时间，接通驱动器晶体管。然后，驱动器晶体管38通常以驱动 电流的形式，向OLED 42供电，由OLED 42生成的光的亮度或强度由所提供的电流的量和/ 或持续时间而定。因为OLED 42的效率，驱动电流，即由驱动器晶体管38提供的元件电流 通常在亚微安至几微安的范围中。存储电容器40记住在断开开关晶体管36后在数据线32 上的电压。现在转到图3，示例说明在像素中标记为30’的单色元件的另一实施例的电路图。 在本实施例中，用类似的数字标记与图2类似的部件，并且每一数字增加符号(’)以表示不 同的实施例。像素30’是公共阳极布置，其中，阵列中的所有元件的所有阳极均连接到公共 端或导体。色元件30’耦合在数据线32’和选择线34’之间。具有元件30’的列中的每一 像素耦合到数据线32’和单独的选择线34’。类似地，具有元件30’的行中的每一元件耦合 到选择线34’和不同的数据线。因此，通过寻址数据线32’和选择线34’，具体地选择像素 30’。以类似的方式，选择或寻址阵列中的每一元件，并且亮度受数据线上的信号控制。元件30’的控制电路包括开关晶体管36’、电流调节器或驱动器晶体管38’以及存储电容器40’。开关晶体管36’的栅极连接到选择线34’并且源极-漏极连接在数据线 32’和驱动器晶体管38’的栅极之间。受控制电路控制的OLED 42’具有连接到公共端或导 体的阳极，并且阴极通过驱动器晶体管38’的源极-漏极连接到电源Vss。存储电容器40’ 连接在电源Vss和驱动器晶体管38’的栅极之间。由此，公开了一种全色有源矩阵有机发光显示器，包括透明基板、位于基板的上表 面上的滤色器、在滤色器的上表面上形成的间隔层、在间隔层上形成并限定像素阵列的金 属氧化物薄膜晶体管背板，以及在背板上形成的，并且定位以便通过全色显示器中的背板、 间隔层、滤色器和基板，向下发射光的单色、有机发光器件的阵列。滤色器和单色、有机发光 器件的阵列的组合允许简化有机发光器件的制造，由此简化器件的使用。此外，金属氧化物 薄膜晶体管背板允许光向下透过背板和基板，从而基本上增加开口率，便于像素大小的实 质缩减(或光发射的改进)。本领域技术人员很容易想到对这里的为示例目的而选择的实施例进行的各种改 变和改进。在这些改进和变形未背离本发明的精神的情况下，它们被意图包括在仅由所附 权利要求的清楚解释评定的范围内。已经以清楚和简洁的方式全面地描述了本发明，以便允许本领域技术人员理解和 实现。
权利要求
1.一种全色有源矩阵有机发光显示器，包括透明基板；位于所述基板的上表面上的滤色器；在所述滤色器的上表面上形成的间隔层；在所述间隔层上形成的并限定像素阵列的金属氧化物薄膜晶体管背板；以及单色、有机发光器件阵列，形成在所述背板上，并放置成通过全色显示器中的所述背 板、所述间隔层、所述滤色器和所述基板，向下发出光。
2.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述基板由玻璃、有机膜 或其组合的一个形成。
3.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述基板是刚性或柔性 的一种。
4.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述金属氧化物薄膜晶 体管背板包括用于阵列中的每一像素的每一颜色的像素元件驱动电路，每一驱动电路包括 两个晶体管、一个存储电容器和三条总线。
5.如权利要求4所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一驱动电路中的所 述两个晶体管包括从 SiO、InO, AlZnO、ZnInO, InAlZnO, InGaZnO, ZnSnO、GaSnO, InGaCuO, hCuO、和AlCuO的一个选择的半导体材料。
6.如权利要求5所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，被选择的半导体材料是 非晶材料。
7.如权利要求4所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，除所述三条总线外，所述 间隔层和所述金属氧化物薄膜晶体管背板中的所有材料对从所述有机发光器件阵列发出 的光基本上是可透过的。
8.如权利要求7所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述三条总线包括用于 阵列中的像素的每一行的选择总线和用于阵列中的像素的每一列的数据总线和电源总线。
9.如权利要求8所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一像素元件中的所述 两个晶体管包括开关晶体管和电流调节晶体管，所述开关晶体管具有连接到相关选择总线 的栅极和连接在相关数据总线和所述电流调节晶体管的栅极之间的源极/漏极，所述电流 调节晶体管的源极/漏极将所述电源总线连接到相关有机发光二极管的端子，并且所述存 储电容器连接在所述电源总线和所述电流调节晶体管的所述栅极之间。
10.如权利要求7所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一像素元件驱动电路 具有大于50%的开口率。
11.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述单色、有机发光器 件阵列的每一有机发光器件生成类似光，并且所述类似光包括白光、蓝光和蓝绿光的一个。
12.如权利要求11所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述单色、有机发光器 件阵列中的每一有机发光器件生成白光、蓝光和蓝绿光的一种，并且所述滤色器分别包括 吸收型滤色器、下变频型滤色器和混合型滤色器的一种。
13.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述滤色器、所述金属 氧化物薄膜晶体管背板、和所述有机发光器件阵列被布置到多个像素中，每一像素包括至 少红、绿、和蓝元件。
14.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述滤色器、所述金属 氧化物薄膜晶体管背板、和所述有机发光器件阵列被布置到多个像素中，每一像素包括红、 绿、蓝、和非滤光白或蓝绿元件。
15.一种全色有源矩阵有机发光显示器，包括透明基板，由玻璃、有机膜或其组合的一个形成，并且是刚性或柔性的一种；滤色器，位于所述基板的上表面上；间隔层，位于所述滤色器的上表面上；金属氧化物薄膜晶体管背板，形成在所述间隔层上，并限定像素阵列，所述金属氧化物 薄膜晶体管背板包括用于阵列中的每一像素的每一颜色的像素元件驱动电路；以及单色、有机发光器件阵列，形成在所述背板上，并放置成通过全色显示器中的所述背 板、所述间隔层、所述滤色器和所述基板，向下发出光，除总线外，所述间隔层和所述金属氧 化物薄膜晶体管背板中的材料对从所述有机发光器件阵列发出的光基本上是可透过的。
16.如权利要求15所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一像素元件驱动电 路具有大于50%的开口率。
17.如权利要求15所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一驱动电路中的晶 体管包括从 ZnO、InO, AlZnO、ZnInO, InAlZnO, InGaZnO, ZnSnO、GaSnO, InGaCuO, hCuO、和 AlCuO的一个选择的半导体材料。
18.如权利要求15所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，被选择的半导体材料 是非晶材料。
19.一种制造全色有源矩阵有机发光显示器的方法，包括步骤提供透明基板，所述透明基板由玻璃、有机膜或其组合的一个形成，并且是刚性或柔性 的一种；将滤色器放置在所述基板的上表面上；将间隔层沉积在所述滤色器的上表面上；在所述间隔层上形成金属氧化物薄膜晶体管背板，并且限定像素阵列；在所述背板上放置单色、有机发光器件阵列，以便通过全色显示器中的所述背板、所述 间隔层、所述滤色器、和所述基板，向下发出光。
20.如权利要求19所述的方法，其中，沉积间隔层的步骤包括沉积包括Si02、SiN、聚酰 亚胺、BCB、或丙烯酸聚合物的一种的层。
21.如权利要求19所述的方法，其中，形成金属氧化物薄膜晶体管背板的步骤包括沉 积从 ZnO、InO、AlZnO、ZnInO, InAlZnO、InGaZnO, ZnSnO、GaSnO, InGaCuO, InCuO,或 AlCuO 的 一个选择的非晶金属氧化物半导体。
22.如权利要求21所述的方法，其中，形成金属氧化物薄膜晶体管背板的步骤包括通 过物理汽相沉积、包括印刷或涂敷的溶液工艺，或表面化学反应工艺的一种，沉积非晶金属 氧化物半导体材料。
23.如权利要求19所述的方法，包括选择对由所述单色、有机发光器件阵列发出的光 是基本上可透过的、用于所述间隔层和所述金属氧化物薄膜晶体管背板的材料的步骤。
全文摘要
本发明涉及全色有源矩阵有机发光显示器，包括透明基板；位于基板的上表面上的滤色器；在滤色器的上表面上形成的间隔层；在间隔层上形成的并限定像素阵列的金属氧化物薄膜晶体管背板；以及单色、有机发光器件阵列，形成在背板上，并放置成通过全色显示器中的背板、间隔层、滤色器和基板向下发出光。
文档编号G09G3/32GK102105927SQ200980128733
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月23日
发明者俞钢, 谢泉隆 申请人:思布瑞特有限公司
技术领域：
本发明通常涉及具有金属氧化物TFT和滤色器的有机发光显示器。
背景技术：
因为有机发光器件的属性，对有机发光显示器(OLED)有强烈的兴趣。通常，这些 器件具有低电流、低功率和高发光属性。此外，能生产有机发光器件来发出几乎任何颜色的 光，因此彩色显示是可能的。如本领域技术人员理解到的，彩色显示要求红-绿-蓝像素阵 列。然而，制造彩色像素阵列的有机发光器件非常困难。目前，唯一实用的方法是通过使用 称为“阴影掩蔽(shadow masking) ”的工艺或使用阴影掩模沉积所需的多层彩色材料，以便 沉积彩色层。主要问题是该阴影掩模非常难以制作并且昂贵。其次，由于尺寸变形，该阴影 掩模仅能被使用于某些沉积周期。此外，阴影掩模工艺具有上限尺寸，该上限尺寸将该工艺 限制到相对小的显示器。高信息内容彩色阵列使用有源矩阵类型的像素控制和寻址系统。通常，因为控制 晶体管置入阵列中，所以使用薄膜晶体管(TFT)。在现有技术中，将多晶硅用于有源矩阵 OLED显示器(AMOLED)中的开关和控制晶体管。然而，多晶硅要求相当高的温度来处理，并 且因此，邻接电路和基板极其受限。而且，因为晶体大小和位置的变化，以多晶硅形成的晶 体管的特性即使在阵列中的相邻器件间也会改变。为更好理解该问题，在亚微米栅极下的 导电区中，每一不同的晶体管能包括从一个或二个多晶硅晶粒至若干个晶粒，以及导电区 中的不同晶体数将会产生不同的特性。不同颗粒当中的尺寸和它们的物理特性也不同。此 外，多晶硅是光敏的，即，通过曝露到可见光，改变其I-V特性。非晶硅也是光敏的，因此由 这些材料的任何一个制造的器件要求遮光罩或光屏蔽，这进一步复杂化制造工艺并减小开 口率(发光面积比节距面积(Pitch area))。进而，对目标显示亮度，小开口率要求更大地 驱动0LED，由此对OLED操作寿命设定了更高的需求。基本上，用于有源矩阵有机发光显示器的像素驱动器包括两个晶体管和一个存储 电容器。一个晶体管用作开关以及另一个晶体管用作用于OLED的电流调节器。存储电容 器连接在电流调节器晶体管的栅极和漏极(或源极)间，以便记住断开开关晶体管后，数据 线上的电压。此外，像素驱动器连接到三条总线、扫描或选择线、数据线和电源线，它们均耦 合到外围控制电路。然而，在现有技术，或有源矩阵有机发光显示器的当前情形下，不能有 效地实现足够性能和/或低价格的像素驱动器。已经使用低温多晶硅(LTPS)和非晶硅(a-Si)来构造用于有源矩阵有机发光显 示器背板的像素驱动器电路。在上下文中，术语“背板”是指开关电路的任何阵列，通常按 列和行的形式排列，以及每一像素或像素元件具有连接到有机发光二极管的像素电极(透 射或反射发射光)。当前，商业市场中的所有有源矩阵有机发光显示器都利用LTPS背板制 造。尽管LTPS提供用于驱动OLED所需的足够操作寿命，但由TFT性能不均勻性引起的“云 纹”(mura)缺陷对LTPS TFT用于驱动OLED比用于驱动液晶显示器(IXD)更严重。因此， 通常在像素驱动器中使用二个以上的晶体管来补偿云纹不均勻性。同时，在一些应用中，包括三条以上总线(数据、选择和电源)用于补偿电路。此外，由于开关晶体管中相对更高的 “OFF”电流，LTPS背板要求更大的存储电容器。尽管LTPS背板中的更高迁移率允许具有更 短宽/长(W/L)比的晶体管，但开关晶体管中的更高OFF电流要求多栅极设计(例如顶部 和底部栅极)以及源极和漏极之间的更大空间。因此，每一像素驱动器所需的有效面积基 本上被比作总节距面积。由此，OLED发光器不得不与像素驱动器排列或堆叠以用于从顶部 发光。LTPS的小能隙还要求将LTPS TFT从发射光和环境光屏蔽。使用a-Si TFT制造有源矩阵有机发光显示器背板已经有相当大的成就。然而，在 DC操作下，a-Si TFT的I-V(电流-电压)性能不稳定(由于缺陷密度增加，Vth偏移以及 迁移率减小)，以致难以将a-Si TFT用于背板中的驱动器或电流调节器晶体管。已经提出 了具有更多晶体管、电容器和总线的像素控制电路来稳定晶体管性能，但它们中没有一个 展示出商业应用所需的稳定性。低载流子迁移率( 0. 1至0. 7cm2/Vsec)也要求更大的 W/L比(由此更大的TFT大小)用于驱动器或电流调节器晶体管。因此，对于用于底部发光 的OLED发光垫，没有足够的空间，使得必须使用顶部发光结构。在顶部发光有源矩阵有机发光显示器设计中，需要平面化层来将TFT与OLED发光 器的底部电极分开以便消除两部分之间的光电串扰。需要两至三个光处理来制造穿过平面 化层的通路和图案化用于OLED的底部电极。通常有另外1至2个光处理步骤来构造用于 全色OLED处理的存储体结构(诸如当喷墨打印用来图案化全色发光器层时，用来限制有机 发光器墨的阱)。由于透明顶部电极(通常由氧化铟锡或氧化铝锌制成)的体导电率不足 以公共电极使电流从像素通向外围驱动器芯片，所以通常需要另一通路，并且由此在背板 上需要另一金属总线。该设计使顶部发光有源矩阵有机发光显示器产品的开口率严重地限 制到 50%范围。在此“开口率”是指发光区与子像素节距尺寸的比率。此外，在OLED层 上沉积透明金属氧化物通常通过喷射工艺完成，在顶部电极工艺中保留OLED性能(功率效 率和操作寿命)是其余难题的一个。由此，对具有用于OLED垫的足够开口率、至少与其他显示器技术，诸如有源矩阵 液晶显示器相比，具有低成本工艺的底部发光有源矩阵有机发光显示器结构有强烈的兴 趣。
发明内容
简单地说，为实现本发明的期望目的，根据其优选实施例，提供一种全色有源矩阵 有机发光显示器，包括透明基板、位于基板的上表面上的滤色器、在滤色器的上表面上形成 的间隔层、在间隔层上形成并限定像素阵列的金属氧化物薄膜晶体管背板；以及单色、有机 发光器件阵列，形成在背板上，并放置成通过全色显示器中的背板、间隔层、滤色器和基板， 向下发出光。根据其优选实施例，在制造全色有源矩阵有机发光显示器的方法中，进一步实现 本发明的期望目的。该方法包括提供由玻璃、有机膜的一个或其组合形成的透明基板并且 基板是刚性或柔性的。滤色器被放置在基板的上表面上并且间隔层被沉积在滤色器的上表 面上。在间隔层上形成金属氧化物薄膜晶体管背板以便限定像素阵列。在背板上放置单色、 有机发光器件阵列以便通过全色显示器中的背板、间隔层、滤色器和基板，向下发出光。选择间隔层和背板的材料，以便基本上对由有机发光器件发出的光是可透过的，并且结果是大于50%的用于每一像素的开口率。用在背板的薄膜晶体管中的金属氧化物优 选地是非晶的，以便实质上改进整个阵列或矩阵上的薄膜晶体管的可重复性、或均勻性或 可靠性。
从结合附图的下述优选实施例的详细描述，对本领域技术人员来说，本发明的上 述和另外的以及更具体的目的和优点将变得更显而易见，其中图1是根据本发明的显示器的简化层图；图2是根据本发明的单色元件的电路图；以及图3是根据本发明的单色元件的另一实施例的电路图。
具体实施例方式参见图1，示例说明根据本发明的显示器10的简化层图。显示器10包括基板12， 在本实施例中，优选地为玻璃，但能是任何相对刚性的透明材料，诸如各种塑料等等。在本 上下文中，术语“透明”或“基本上透明”定义成是指能以大于70%光学地透射可见光范围 GOOnm至700nm)中的光的材料。此外，意图显示器10能是与用在现代电视机、计算机监视 器等等中的显示器类似的大小，即相对大面积显示器。滤色器14被沉积在基板12的上表 面上，通常包括具有相对低耐热即通常低于250°C的塑料材料。以非常公知的方式，用三色 像素(红、绿、蓝)制造滤色器14，即根据非常公知的过程，每一像素包括三个色元件，每一 个均是可控的来增加每一颜色的被选量，从而生成任何被选的最终或组合色。间隔层16被沉积于滤色器14的上表面，提供包括平面化滤色器14和更兼容界面 的几种功能(即，层16确保每一界面的材料间的更好匹配，结晶和能量层都是)。因为滤色 器14的各种材料被沉积于分离的层中，为沉积下述部件的更好表面优选平面化。在间隔层16的上表面上形成金属氧化物薄膜晶体管(MO TFT)层18。通过诸如物 理汽相沉积的工艺、通过包括印刷或涂敷的溶液工艺，或通过表面化学反应，能以相对低温 (例如低至室温)形成金属氧化物薄膜晶体管。印刷包括诸如喷墨、点胶(dispensing)、柯 式印刷(off-set printing)、照相凹版印刷、丝网印刷等等的任何工艺。涂敷包括诸如缝涂 (slot coating)、幕式淋涂(curtain coating)、喷涂等等的任何工艺。物理汽相沉积包括 诸如溅射、热沉积、e束沉积等等的任何工艺。表面化学反应包括气体或液体环境中的表面 反应。除平面化外，间隔层16在(MO TFT)层18的制造期间，提供用于滤色器14的热保 护。例如，已经发现退火金属氧化物层提高晶体管的可靠性和特性。通过利用脉冲红外线能 量将晶体管的每一个的栅极金属加热到超过300°C，执行该退火过程。来自栅极金属的热使 与栅极金属相邻的金属氧化物半导体退火，并且间隔层16防止滤色器过热(低于250°C )。 可以在 2008 年 5 月 21 日提交的，名为"Laser Annealing of Metal Oxide Semiconductor On Temperature Sensitive Substrate Formations”，序列号 12/124，420 的未决美国专禾Ij 申请中找到有关该过程的另外信息，在此包括以供参考。在非晶金属氧化物半导体，诸如 ΖηΟ、ΙηΟ,ΑΙΖηΟ,ΖηΙηΟ, InAlZno、InGaZnO,ZnSnO,GaSnO, InGaCuO, InCu0,AlCu0 等等中形 成金属氧化物TFT。在此应注意到术语“非晶”包括膜平面中的颗粒大小显著小于TFT沟道尺寸的任何半晶或非晶金属氧化物。因为非晶金属氧化物具有小的、标准颗粒大小，所以在 层18中形成的TFT的特性彼此基本相同。此外，金属氧化物透过光以致光向下透过层18、 层16、滤色器14和基板12。适合于间隔层16的材料的例子包括Si02、SiN、聚酰亚胺、BCB 或丙烯酸聚合物。由μν/L2定义薄膜晶体管(TFT)中的优值系数，其中，μ是迁移率，V是电压以及 L是栅极长度。通过金属氧化物半导体材料中的新发展部分补救主要问题，所述金属氧化 物半导体材料已经展示出高达80cm7V-sec的迁移率。金属氧化物半导体的独特特征之一 是载流子迁移率不那么取决于膜的颗粒大小，即，高迁移率非晶金属氧化物也是可能的。然 而，为实现高性能应用所需的高迁移率，金属氧化物沟道的体积载流子密度应当高并且金 属氧化物膜的厚度应当小(例如< IOOnm并且优选地是< 50nm)。然而，已经发现对这些非 常薄的沟道，金属氧化物与在下面的材料和覆盖的材料的界面相互作用不再可忽略。以两种方式的任何一种或两种，能实现界面相互作用的控制(1)与在下面的结 构的相互作用；以及O)与覆盖的结构的相互作用。为制造TFT，可以使用用于覆盖的结构 和在下面的结构的任一或所有下述功能。例如，可以在TFT的不同部分或表面上使用不同 功能。作为不同功能的使用的例子，能使用弱相互作用来调整TFT的阈值，并且优选强相 互作用以实现源极/漏极区中的良好欧姆接触。覆盖的结构的一些可能功能包括(1)钝 化-提供弱或无相互作用；( 栅极-提供弱或无相互作用；以及C3)源极/漏极-提供强 相互作用。此外，在下面的结构的一些可能功能包括(1)钝化-提供弱或无相互作用；(2) 栅极-提供弱或无相互作用；以及⑶源极/漏极-提供强相互作用。TFT的任何具体实 施例所需的覆盖的结构和在下面的结构的功能由TFT的构造而定。对覆盖的结构或在下面 的结构，可能需要多个功能。能在2008年7月16日提交的、序列号No. 12/173，995，名为 "Metal Oxide TFT with Improved Carrier Mobility”的未决美国专利申请中找到与界面 相互作用的控制有关的另外的信息，在此包含以供参考。在MO TFT层18的表面上形成有机发光器件(OLED)的层20以便在OLED层20中 生成的光向下通过MO TFT层18、间隔16、滤色器14和基板12。OLED层20还称为OLED垫， 因为其通常形成为整个单元。层18的金属氧化物和间隔层16对于从层20中的OLED发出 的光是可透过的。因为滤色器14提供所需颜色，因此由层20的OLED发出的光是单色，诸 如白色。然而，将理解到，OLED可能构造成发出一个或多个原色(例如蓝或蓝-绿)，因此， 滤色器用来分开其他两种原色。通常，有三种滤色器和相关的光发生器。应理解到，在所有全色显示器中，像素包括三个不同色元件，红、绿和蓝。每一色 元件具有相关的有机发光器件，以及主要目的是制造具有相同结构和均发出相同颜色的 OLED0第一种滤色器是指吸色型滤色器。在吸色型滤色器中，每一像素的所有三个元件 (红、绿和蓝)均是吸色的，以及相关的OLED生成白光。由此，红色元件吸收除红光外的所 有光，绿色元件吸收除绿光外的所有光，以及蓝色元件吸收除蓝光外的所有光。这种滤色器的一个问题是因为吸色特性，所生成的光的仅约三分之一透过滤色 器。为克服低效率，这种类型的一些滤色器在每一像素中包括第四元件，简单地允许白光 (在当前情况下，由OLED生成的光)直接由此通过。这种滤色器基本上能更有效，因为所显 示的大部分视图的实际区域为白色或非常接近白色的非常公知的事实。由此，将一些白光 与红、绿和蓝的任何一种或所有混合能基本上增加这种滤色器的效率。
第二种滤色器是其中相关的OLED生成蓝光的滤色器。这种称为色下变频型滤色 器。在下变频型滤色器中，每一像素的蓝光直接透过滤色器而不改变。在绿色元件中，每一 像素的蓝光从蓝色下变频到绿色。基本上，蓝光撞击在滤色器的绿色元件中的材料上，激励 那一材料以便发出绿光。类似地，在红色元件中，每一像素的蓝光从蓝色下变频到红色。基 本上，蓝光撞击在滤色器的红色元件中的材料上，激励那一材料以便发出红光。第三种滤色器是其中相关的OLED生成蓝-绿光的滤色器。这称为混合型滤色器 (即吸收和下变频)。在混合型滤色器中，每一像素的蓝色元件是吸收除蓝色以外的所有光 (即绿光)的吸色元件。每一像素的绿色元件是吸收除绿色外的所有光(即蓝光)的吸色 元件。在红色元件中，每一像素的蓝-绿光从蓝-绿下变频到红色。基本上，蓝-绿光撞击 在滤色器的红色元件中的材料上，激励那一材料以便发出红光。这种滤色器也具有效率问 题，因为所生成的光的仅约三分之一透过蓝元件和绿元件。为克服如上所述的低效率，一些 这种滤色器在每一像素中包括第四元件，简单地允许白光直接由此通过。由此，在本公开内容中，术语“全色”显示器定义成是指其中像素包括至少三个不 同色元件，红、绿和蓝，以及在一些特定应用中，包括第四透明或白色元件的显示器。在包括 第四透明或白色元件的全色显示器中，来自OLED的光直接通过滤色器而基本上不改变。很重要的是，理解层20的所有OLED均是相同结构，与滤色器的类型无关，以便在 制造期间不需要特殊的工艺。即，层20的每一 OLED生成类似光，在此称为单色、有机发光 器件的阵列。即，使用一个共用的过程，在不图案化发光层的情况下，能形成所有0LED，并且 基本上简化制造。除去通过阴影掩模图案化发光层的步骤使得生产非常大的显示器成为可 能。通常，在整个结构上形成密封或保护涂层22，以便使OLED与周围环境阻隔，这会对后续 操作有害。由此，能相对廉价地制造使用低功率、高输出OLED的显示器。此外，通过本发明， 可以制造足够大来与当今电视屏幕、计算机监视器等等竞争的显示器，使用现有技术阴影 掩模工艺等等，相对大的显示器是不可能的。此外，已知能通过相对低功率操作0LED，并且 它们会产生或生成相对高的光量。因为OLED的整个阵列包含单一类型或颜色，优选地是白 色、天蓝或蓝色，大大地简化制造工艺并且真正使得制造相对大的显示器成为可能。以低温(例如室温)沉积用在背板18中的金属氧化物薄膜晶体管并且要求最少 操作。例如，能使用四个光掩模，制造MO TFT背板18，并且如果通过印刷工艺(例如喷墨、点 胶、柯式印刷、照相凹版印刷、丝网印刷等等)形成复合半导体图案，那么能通过三个光掩 模完成背板。此外，根据上述过程，通过退火和控制所执行的界面相互作用，而不过热滤色 器14，能增强TFT的特性。金属氧化物半导体材料的相对高迁移率和低漏电流(低OFF电 流)允许使用小型存储电容器，能覆盖电源线以便进一步增加可用于发光器垫的空间。通 过低温有选择地阳极化处理栅极金属材料，以便在晶体管沟道区和电容器区形成栅极电介 质，能进一步增强低泄漏和简化的制造技术。在优选实施例中，通过大于50%的开口率，构 造有源矩阵有机发光二极管像素驱动器(背板)，以及仅金属电源线不透过可见光，以致使 用剩余区域来限定发光器垫。在具体的实施例中，选择线、数据线和电源线由不透明金属形 成并用作用于像素电极形成的掩模。在每一像素的透明区上沉积和图案化透明像素电极， 或从背面通过自对准图案化工艺进行。对于lOOppi，实现了比80%的开口率大的85μπι乘 255 μ m的子像素区域。
在一个例子中，通过作为栅极的Al和作为栅极绝缘体的A10，制成TFT。氧化铟 锡(ITO)用作源极和漏极。在沟道和源极/漏极区上喷射和图案化&10。沟道的宽度和长 度分别为200μπι和20μπι。不加热基板或滤色器，执行所有沉积和图案化过程。在150°C 执行后烘焙达30分钟。每一元件中的至少一个TFT具有η型特性，在20V的ON电流为约 0. 5mA,以及在-20V的OFF电流为几微微安。0N/0FF比在20V为超过107，以及在5cm2/Vsec 至10cm7Vsec的范围中，观察到电子迁移率。该例子证实通过在低温，用非晶金属氧化物 半导体材料能制造高迁移率、高开关比TFT。现在转到图2，示例说明像素中的单色元件，标明为30的电路图。如将从该公开内 容理解到，两个晶体管、一个电容器、三个总线元件30是可能的，因为新颖结构和使用金属 氧化物半导体晶体管。像素30是公共阴极布置，其中，阵列中的所有元件的所有阴极均连 接到公共端或导体。将理解到，在每一像素中包含与色元件30类似的三个色元件，以便照 明用于每一像素的红/绿/蓝色。如本领域技术人员所理解的，全色显示器包含通常按行 和列定向的像素阵列，每一像素包括三个元件，每一元件与滤色器14的红、绿和蓝区域的 一个有关。色元件30耦合到在数据线32和选择线34之间。具有元件30的列中的每一像素 耦合到数据线32和单独的选择线34。类似地，具有元件30的行中的每一元件耦合到选择 线34和不同的数据线。由此，通过寻址数据线32和选择线34，具体地选择像素30。以类 似的方式，能选择或寻址阵列中的每一元件，并且亮度由数据线上的信号控制。元件30的控制电路包括开关晶体管36、电流调节器或驱动器晶体管38和存储电 容器40。开关晶体管36的栅极连接到选择线34以及源极-漏极连接在数据线32和驱动 器晶体管38的栅极之间。受控制电路控制的OLED 42具有连接到公共端或导体的阴极，并 且阳极通过驱动器晶体管38的源极-漏极被连接到电源Vdd。在电源Vdd和驱动器晶体管 38的栅极之间，连接存储电容器40。由此，当选择信号出现在选择线34上以及数据信号出现在数据线32上时，寻址或 选择像素30。将选择线34上的信号施加到开关晶体管36的栅极，接通晶体管。通过开关 晶体管36的源极-漏极，将数据线32上的数据信号施加到驱动器晶体管38的栅极，根据 数据信号的幅度和/或持续时间，接通驱动器晶体管。然后，驱动器晶体管38通常以驱动 电流的形式，向OLED 42供电，由OLED 42生成的光的亮度或强度由所提供的电流的量和/ 或持续时间而定。因为OLED 42的效率，驱动电流，即由驱动器晶体管38提供的元件电流 通常在亚微安至几微安的范围中。存储电容器40记住在断开开关晶体管36后在数据线32 上的电压。现在转到图3，示例说明在像素中标记为30’的单色元件的另一实施例的电路图。 在本实施例中，用类似的数字标记与图2类似的部件，并且每一数字增加符号(’)以表示不 同的实施例。像素30’是公共阳极布置，其中，阵列中的所有元件的所有阳极均连接到公共 端或导体。色元件30’耦合在数据线32’和选择线34’之间。具有元件30’的列中的每一 像素耦合到数据线32’和单独的选择线34’。类似地，具有元件30’的行中的每一元件耦合 到选择线34’和不同的数据线。因此，通过寻址数据线32’和选择线34’，具体地选择像素 30’。以类似的方式，选择或寻址阵列中的每一元件，并且亮度受数据线上的信号控制。元件30’的控制电路包括开关晶体管36’、电流调节器或驱动器晶体管38’以及存储电容器40’。开关晶体管36’的栅极连接到选择线34’并且源极-漏极连接在数据线 32’和驱动器晶体管38’的栅极之间。受控制电路控制的OLED 42’具有连接到公共端或导 体的阳极，并且阴极通过驱动器晶体管38’的源极-漏极连接到电源Vss。存储电容器40’ 连接在电源Vss和驱动器晶体管38’的栅极之间。由此，公开了一种全色有源矩阵有机发光显示器，包括透明基板、位于基板的上表 面上的滤色器、在滤色器的上表面上形成的间隔层、在间隔层上形成并限定像素阵列的金 属氧化物薄膜晶体管背板，以及在背板上形成的，并且定位以便通过全色显示器中的背板、 间隔层、滤色器和基板，向下发射光的单色、有机发光器件的阵列。滤色器和单色、有机发光 器件的阵列的组合允许简化有机发光器件的制造，由此简化器件的使用。此外，金属氧化物 薄膜晶体管背板允许光向下透过背板和基板，从而基本上增加开口率，便于像素大小的实 质缩减(或光发射的改进)。本领域技术人员很容易想到对这里的为示例目的而选择的实施例进行的各种改 变和改进。在这些改进和变形未背离本发明的精神的情况下，它们被意图包括在仅由所附 权利要求的清楚解释评定的范围内。已经以清楚和简洁的方式全面地描述了本发明，以便允许本领域技术人员理解和 实现。
权利要求
1.一种全色有源矩阵有机发光显示器，包括透明基板；位于所述基板的上表面上的滤色器；在所述滤色器的上表面上形成的间隔层；在所述间隔层上形成的并限定像素阵列的金属氧化物薄膜晶体管背板；以及单色、有机发光器件阵列，形成在所述背板上，并放置成通过全色显示器中的所述背 板、所述间隔层、所述滤色器和所述基板，向下发出光。
2.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述基板由玻璃、有机膜 或其组合的一个形成。
3.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述基板是刚性或柔性 的一种。
4.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述金属氧化物薄膜晶 体管背板包括用于阵列中的每一像素的每一颜色的像素元件驱动电路，每一驱动电路包括 两个晶体管、一个存储电容器和三条总线。
5.如权利要求4所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一驱动电路中的所 述两个晶体管包括从 SiO、InO, AlZnO、ZnInO, InAlZnO, InGaZnO, ZnSnO、GaSnO, InGaCuO, hCuO、和AlCuO的一个选择的半导体材料。
6.如权利要求5所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，被选择的半导体材料是 非晶材料。
7.如权利要求4所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，除所述三条总线外，所述 间隔层和所述金属氧化物薄膜晶体管背板中的所有材料对从所述有机发光器件阵列发出 的光基本上是可透过的。
8.如权利要求7所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述三条总线包括用于 阵列中的像素的每一行的选择总线和用于阵列中的像素的每一列的数据总线和电源总线。
9.如权利要求8所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一像素元件中的所述 两个晶体管包括开关晶体管和电流调节晶体管，所述开关晶体管具有连接到相关选择总线 的栅极和连接在相关数据总线和所述电流调节晶体管的栅极之间的源极/漏极，所述电流 调节晶体管的源极/漏极将所述电源总线连接到相关有机发光二极管的端子，并且所述存 储电容器连接在所述电源总线和所述电流调节晶体管的所述栅极之间。
10.如权利要求7所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一像素元件驱动电路 具有大于50%的开口率。
11.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述单色、有机发光器 件阵列的每一有机发光器件生成类似光，并且所述类似光包括白光、蓝光和蓝绿光的一个。
12.如权利要求11所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述单色、有机发光器 件阵列中的每一有机发光器件生成白光、蓝光和蓝绿光的一种，并且所述滤色器分别包括 吸收型滤色器、下变频型滤色器和混合型滤色器的一种。
13.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述滤色器、所述金属 氧化物薄膜晶体管背板、和所述有机发光器件阵列被布置到多个像素中，每一像素包括至 少红、绿、和蓝元件。
14.如权利要求1所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，所述滤色器、所述金属 氧化物薄膜晶体管背板、和所述有机发光器件阵列被布置到多个像素中，每一像素包括红、 绿、蓝、和非滤光白或蓝绿元件。
15.一种全色有源矩阵有机发光显示器，包括透明基板，由玻璃、有机膜或其组合的一个形成，并且是刚性或柔性的一种；滤色器，位于所述基板的上表面上；间隔层，位于所述滤色器的上表面上；金属氧化物薄膜晶体管背板，形成在所述间隔层上，并限定像素阵列，所述金属氧化物 薄膜晶体管背板包括用于阵列中的每一像素的每一颜色的像素元件驱动电路；以及单色、有机发光器件阵列，形成在所述背板上，并放置成通过全色显示器中的所述背 板、所述间隔层、所述滤色器和所述基板，向下发出光，除总线外，所述间隔层和所述金属氧 化物薄膜晶体管背板中的材料对从所述有机发光器件阵列发出的光基本上是可透过的。
16.如权利要求15所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一像素元件驱动电 路具有大于50%的开口率。
17.如权利要求15所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，每一驱动电路中的晶 体管包括从 ZnO、InO, AlZnO、ZnInO, InAlZnO, InGaZnO, ZnSnO、GaSnO, InGaCuO, hCuO、和 AlCuO的一个选择的半导体材料。
18.如权利要求15所述的全色有源矩阵有机发光显示器，其中，被选择的半导体材料 是非晶材料。
19.一种制造全色有源矩阵有机发光显示器的方法，包括步骤提供透明基板，所述透明基板由玻璃、有机膜或其组合的一个形成，并且是刚性或柔性 的一种；将滤色器放置在所述基板的上表面上；将间隔层沉积在所述滤色器的上表面上；在所述间隔层上形成金属氧化物薄膜晶体管背板，并且限定像素阵列；在所述背板上放置单色、有机发光器件阵列，以便通过全色显示器中的所述背板、所述 间隔层、所述滤色器、和所述基板，向下发出光。
20.如权利要求19所述的方法，其中，沉积间隔层的步骤包括沉积包括Si02、SiN、聚酰 亚胺、BCB、或丙烯酸聚合物的一种的层。
21.如权利要求19所述的方法，其中，形成金属氧化物薄膜晶体管背板的步骤包括沉 积从 ZnO、InO、AlZnO、ZnInO, InAlZnO、InGaZnO, ZnSnO、GaSnO, InGaCuO, InCuO,或 AlCuO 的 一个选择的非晶金属氧化物半导体。
22.如权利要求21所述的方法，其中，形成金属氧化物薄膜晶体管背板的步骤包括通 过物理汽相沉积、包括印刷或涂敷的溶液工艺，或表面化学反应工艺的一种，沉积非晶金属 氧化物半导体材料。
23.如权利要求19所述的方法，包括选择对由所述单色、有机发光器件阵列发出的光 是基本上可透过的、用于所述间隔层和所述金属氧化物薄膜晶体管背板的材料的步骤。
全文摘要
本发明涉及全色有源矩阵有机发光显示器，包括透明基板；位于基板的上表面上的滤色器；在滤色器的上表面上形成的间隔层；在间隔层上形成的并限定像素阵列的金属氧化物薄膜晶体管背板；以及单色、有机发光器件阵列，形成在背板上，并放置成通过全色显示器中的背板、间隔层、滤色器和基板向下发出光。
文档编号G09G3/32GK102105927SQ200980128733
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月23日
发明者俞钢, 谢泉隆 申请人:思布瑞特有限公司
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