CN1477910B - 有源矩阵型有机发光二极管器件及其薄膜晶体管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源矩阵型有机发光二极管器件及其制作方法。有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件包括一衬底上的栅极；在包括栅极的衬底上的栅极绝缘层；栅极绝缘层上的半导体层；半导体层上的源极和漏极，其中的源极和漏极彼此分开并分别与栅极有部分重叠；在衬底上覆盖源极和漏极的一钝化层，该钝化层具有暴露出一部分漏极的漏极接触孔；钝化层上的第一电极，该第一电极通过漏极接触孔电连接到漏极；第一电极上的有机发光层；以及有机发光层上的第二电极，并且栅极与源极之间的重叠面积要大于栅极与漏极之间的重叠面积，其中，栅极与源极之间的重叠面积构成驱动象素的存储电容。

Description

有源矩阵型有机发光二极管器件及其薄膜晶体管
本申请要求享有2002年7月11日递交的第2002-040409号韩国专利申请的权益，该申请在此引用以供参考。
技术领域
本发明涉及有机发光二极管(OLED)，特别涉及一种有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件和其薄膜晶体管。
背景技术
液晶显示(LCD)器件由于其重量轻和低功耗被广泛地应用于平板显示器件领域。然而，液晶显示(LCD)器件不是发光元件而是光接收元件，需要另外的光源来显示图像。因此，在改善亮度，对比度，视角，以及扩大液晶显示板尺寸等方面存在技术限制。出于这些原因，对能够克服上述问题的新式平板显示元件的研发领域的研究已经有了积极的进展。有机发光二极管(OLED)器件就是一种新式平板显示元件。由于有机发光二极管(OLED)器件不需要另外的光源就能发光，其视角和对比度要优于液晶显示(LCD)器件。另外，由于不需要背景光作为光源，它具有重量轻，尺寸小和低功耗的优点。而且，有机发光二极管(OLED)器件能用低DC(直流)驱动，并具有快速响应时间。由于有机发光二极管(OLED)器件采用固体材料替代液晶等液体材料，它在外部冲击下更加稳定，并且有机发光二极管(OLED)器件能够在比液晶显示(LCD)器件更宽范围的温度条件下工作。有机发光二极管(OLED)器件的优越性尤其在于其生产成本低。具体地说，由于制作有机发光二极管(OLED)器件仅仅需要淀积设备和封装设备，与需要许多其它设备的液晶显示(LCD)器件或等离子体显示板(PDPs)相比，有机发光二极管(OLED)器件的制作工艺显得非常简单。如果有机发光二极管(OLED)器件是一种各象素都具有薄膜晶体管开关元件的有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件，通过施加低电流就能获得理想的亮度。因此，有机发光二极管(OLED)器件具有低功耗，高分辨率和大尺寸的优点。下面参照图1来解释有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的基本结构和工作特性。
图1表示按照现有技术的一种典型有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的象素结构。
参见图1，在第一方向上形成扫描线1，并在与第一方向垂直的第二方向上形成信号和电源线2和3。扫描线1及信号和电源线2和3彼此交叉而限定一个象素区。在邻近扫描线1与信号线2交叉点的部位形成一个作为寻址元件的开关薄膜晶体管4。一个存储电容6电连接到开关薄膜晶体管4和电源线3。一个作为电流源元件的驱动薄膜晶体管5电连接到存储电容6和电源线3。一个电致发光二极管7电连接到驱动薄膜晶体管5。具体地说，有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件在一个象素中具有开关薄膜晶体管4和驱动薄膜晶体管5。开关薄膜晶体管4用于对象素电压也就是栅极驱动电压寻址，而驱动薄膜晶体管5用来控制有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的驱动电流。有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件还需要存储电容6来维持稳定的象素电压。
图2A表示按照现有技术的一种典型的反相级联式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件的平面图。
参见图2A，在一个方向上形成栅极12，并覆盖栅极12形成一个具有岛状图形的半导体层14。在半导体层14上形成源极和漏极16和18，并分别覆盖一部分栅极12。源极16从与栅极12在同一方向上形成的电源线20上伸出。尽管图2A中没有表示，漏极18电连接到有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的第一电极(未示出)，而栅极12电连接到开关薄膜晶体管的漏极(未示出)。尽管图2A中没有表示，有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件还有一电连接到电源线的存储电容(未示出)，该存储电容用于在一定时间周期内稳定维持一个象素驱动电压。
在按照现有技术的有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件中，栅极12与源极16和漏极18的重叠部分在源极16和漏极18之间保持一个空间距离“d1”。栅极12和源极16之间的第一重叠部分“a”与栅极12和漏极18之间的第二重叠部分“b”相对于栅极12的中心线是对称的。
图2B表示沿图2A中的IIB-IIB线剖开的剖视图。
参见图2B，栅极12在衬底10上形成，并在已经形成栅极12的整个衬底10上形成一个栅极绝缘层13。在栅极绝缘层13上形成覆盖栅极12的半导体层14。在半导体层14上形成彼此分开的源极和漏极16和18。在第一和第二重叠部分“a”和“b”中分别产生寄生电容Cgs和Cgd。寄生电容Cgs和Cgd具有相同的电容值。在按照现有技术的有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件中要尽量缩小第一和第二重叠部分“a”和“b”的面积以减少寄生电容Cgs和Cgd。另一方面，由于现有技术的液晶显示(LCD)器件的薄膜晶体管仅仅起到开关元件的作用，并且数据电压是根据一个公共电压来控制的，因此开关薄膜晶体管会产生寄生电容，而寄生电容会引起闪烁现象和交扰现象，影响显示图像的质量。
然而，在这种有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件中，由于影像的灰度必须要通过控制驱动薄膜晶体管中的电流量来显示，因此为了获得良好的显示图像质量，保持恒定的电流极为重要。具体地说，如果存储电容不能稳定地维持电压，电流电平就会有很大波动，无法显示具有良好画面质量的图像。因此，存储电容在有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件中发挥着极为重要的作用。有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件是一种电流调制元件，在其中一个象素电压的源极和漏极方向是已经确定的，并且不会象液晶显示(LCD)器件那样发生从正到负或是反方向的极性反转。
尽管在有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件与液晶显示(LCD)器件之间有上述的差别，但是在驱动薄膜晶体管中，例如开关薄膜晶体管中，所形成的栅极和源极之间的重叠面积与栅极和漏极之间的重叠面积是相同的。这样，象素电压的量就取决于一个附加存储电容的大小。因此，在存储电容区内有可能发生相邻金属图形的断路，从而导致产品缺陷。
发明内容
本发明涉及一种有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件，它能够基本上消除因现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的一个目的是为有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件提供一种驱动薄膜晶体管，在这种器件的结构中，所形成的栅极和源极之间的重叠面积要大于栅极和漏极之间的重叠面积，从而由栅极和源极之间的重叠面积构成用于驱动象素的存储电容。
本发明的其它特征和优点将在下面的说明中给出，其中一部分特征和优点可以从说明中明显得出或是通过本发明的实践而得到。通过在文字说明部分、权利要求书以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了按照本发明的意图实现上述目的和其它优点，作为举例性地和广义性地说明，一种有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件包括：一衬底上的栅极；在包括栅极的衬底上的栅极绝缘层；栅极绝缘层上的半导体层；半导体层上的源极和漏极，其中的源极和漏极彼此分开并分别与栅极有部分重叠；在衬底上覆盖源极和漏极的一钝化层，该钝化层具有暴露出一部分漏极的漏极接触孔；钝化层上的第一电极，该第一电极通过漏极接触孔电连接到漏极；第一电极上的有机发光层；以及有机发光层上的第二电极，并且栅极与源极之间的重叠面积要大于栅极与漏极之间的重叠面积，其中，栅极与源极之间的重叠面积构成驱动象素的存储电容。
这种有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件进一步包括电连接到栅极的一开关薄膜晶体管。有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件可以是朝上发光式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件，也可以是朝下发光式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件。
按照本发明的又一方面，供一种制作有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的方法包括以下步骤：在衬底上形成一个栅极；在包括栅极的衬底上形成一栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成半导体层；在半导体层上形成源极和漏极，其中的源极和漏极彼此分开并分别与栅极有部分重叠；在衬底上形成覆盖源极和漏极的一个钝化层，该钝化层具有暴露一部分漏极的漏极接触孔；在钝化层上形成第一电极，该第一电极通过漏极接触孔电连接到漏极；在第一电极上形成有机发光层；并且在有机发光层上形成第二电极，其中栅极与源极之间的重叠面积要大于栅极与漏极之间的重叠面积，其中，栅极与源极之间的重叠面积构成驱动象素的存储电容。
这种有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的制作方法进一步包括电连接到栅极的一开关薄膜晶体管。有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件可以是朝上发光式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件，也可以是朝下发光式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件。
上面对本发明的一般性描述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，其意在对本发明的权利要求作进一步解释。
附图说明
本申请所包含的附图用于进一步理解本发明，其与说明书相结合并构成说明书的一部分，所述附图表示本发明的实施例并与说明书一起解释本发明的原理。
附图中：
图1表示按照现有技术的一种典型有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的象素结构；
图2A表示按照现有技术的一种典型的反相级联式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件的平面图；
图2B表示沿图2A中的IIB-IIB线剖开的剖视图；
图3A表示按照本发明的反相级联式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件的一个驱动薄膜晶体管的平面图；
图3B表示沿图3A中的IIIB-IIIB线剖开的剖视图；以及
图4表示按照本发明的一个有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件和一个驱动薄膜晶体管的剖视图。
具体实施方式
现在要详细说明本发明的最佳实施例，所述实施例的实例示于附图中。在可能的情况下，所有附图都用相同的标号表示相同或相似的部件。
图3A表示用于本发明的反相级联式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件的一个驱动薄膜晶体管的平面图。为了简化，图3A仅仅表示了一个栅极，一个半导体层，一个源极，和一个漏极。
参见图3A，在一个方向上形成栅极112，在栅极112上形成覆盖栅极112的具有岛状图形的半导体层114。在半导体层114上形成彼此分开的源极和漏极116和118。在栅极112的同方向上形成一条电源线120。栅极112，半导体层114，源极116，以及漏极118构成一个有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的一个驱动薄膜晶体管“T”。在栅极112和半导体层114之间设置一个绝缘层(在图3A中没有表示)，将栅极112电连接到一开关薄膜晶体管(未示出)的漏极。驱动薄膜晶体管“T”的漏极118电连接到有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的第一电极。栅极112和源极116具有第一重叠部分“a”，而栅极112和漏极118具有第二重叠部分“b”。源极116和漏极118之间的空间距离“d2”对应着图2A中的空间距离“d1”。第一重叠部分“a”的面积要大于第二重叠部分“b”的面积。按照本发明，可以通过扩展栅极112的宽度使形成的第一重叠部分“a”的面积大于第二重叠部分“b”的面积。
图3B表示沿图3A中的IIIB-IIIB线提取的截面图。
参见图3A，在衬底110上形成栅极112，并在已经形成栅极112的整个衬底110上形成栅极绝缘层113。在栅极绝缘层113上对应着栅极112形成半导体层114。在半导体层114上形成彼此分开的源极和漏极116和118。半导体层114具有一由非晶硅形成的有源层114a，以及由掺杂的非晶硅形成的一电阻接触层114b。通过去除源极116和漏极118之间的一部分使电阻接触层114b暴露出部分有源层114a。有源层114a在源极116和漏极118之间的暴露部分构成一个沟道区“ch”。如上所述，源极116和漏极118之间的空间距离“d2”对应着图2A中的空间距离“d1”，而第一重叠部分“a”的面积要大于第二重叠部分“b”。如图3B所示，栅极112的一端被延伸到源极116，所形成的第一重叠部分“a”比第二重叠部分“b”大。按照本发明，通过形成比第二重叠部分“b”大的第一重叠部分“a”而在栅极112和源极116之间产生被用作存储电容“Cst”的寄生电容。另一方面，与现有技术的有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件一样，在源极116和漏极118之间产生的寄生电容“Cgd”被减小。因此，如果第一和第二重叠部分“a”和“b”是不对称的结构，这样就可以缩小存储电容所占据的面积，或者可以省去附加的存储电容。由此能够增大孔径比。另外还能避免存储电容区内金属线的断路。
图4表示按照本发明的一个有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件和一个驱动薄膜晶体管的剖视图。
参见图4，在衬底210上形成栅极212，并在已经形成栅极212的整个衬底210上形成覆盖栅极212的栅极绝缘层213。在栅极绝缘层213上对应着栅极212形成半导体层214。在半导体层214上形成彼此分开的源极和漏极216和218。栅极212，半导体层214，源极216，以及漏极218构成一个驱动薄膜晶体管“T”。在已经形成驱动薄膜晶体管“T”的整个衬底210上形成第一钝化层222，并且通过第一钝化层222形成暴露出一部分漏极218的漏极接触孔220。第一电极224在第一钝化层222上形成，并且通过漏极接触孔220电连接到漏极218。在已经形成第一电极224的整个衬底210上形成第二钝化层228。通过第二钝化层228形成暴露出一部分第一电极224的一个开口部分226。在第二钝化层228上形成一个有机发光层230，并且通过第二钝化层228的开口部分226连接到第一电极224。在有机发光层230上形成第二电极232。第一和第二电极224和232以及有机发光层230构成一个有机发光二极管(OLED)。在这种有机发光二极管(OLED)中，有机发光层230发出的光有选择地通过第一电极224或第二电极232。
按照本发明，第一电极224是下电极，而第二电极232是上电极。如果第一电极224是用透明材料形成的，那么光是通过第一电极发射。这样的有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件就成为朝下发光式有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件。另一方面，如果第二电极232是用透明材料形成的，那么光是通过第二电极232发射。这样的有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件就成为朝上发光式有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件。
如本文所述，栅极212和源极216之间形成的第一重叠部分“a”比栅极212和漏极218之间的第二重叠部分“b”要宽。在栅极212与源极216之间和栅极212与漏极之间形成的寄生电容中，在栅极212与源极216之间产生的寄生电容被用作驱动象素的存储电容。本发明中，一个象素中的薄膜晶体管数量是两个，但是一个象素中的薄膜晶体管数量是可以改变的，例如三个或三个以上。
本发明具有以下优点。增大象素的存储电容能够改善显示图像的质量，通过缩小附加存储电容的尺寸或是省去附加的存储电容能够增大孔径比。另外还能减少存储电容区内金属线的断路或者是短路。
本领域的技术人员能够看出，在不脱离本发明的原理和范围的前提下，对本发明的有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件及其薄膜晶体管可以有各种各样的修改和变更。因此，本发明应该覆盖权利要求书及其等效物范围内的修改和变更。

Claims (8)

1.一种有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件，包括：
一衬底上的栅极；
在包括栅极的衬底上的栅极绝缘层；
栅极绝缘层上的半导体层；
半导体层上的源极和漏极，其中的源极和漏极彼此分开并分别与栅极有部分重叠；
在衬底上覆盖源极和漏极的一钝化层，该钝化层具有暴露出一部分漏极的漏极接触孔；
钝化层上的第一电极，该第一电极通过漏极接触孔电连接到漏极；
第一电极上的有机发光层；以及
有机发光层上的第二电极，并且栅极与源极之间的重叠面积要大于栅极与漏极之间的重叠面积，
其中，栅极与源极之间的重叠面积构成驱动象素的存储电容。
2.按照权利要求1的器件，其特征在于，进一步包括电连接到栅极的一开关薄膜晶体管。
3.按照权利要求1的器件，其特征在于，该有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件是一种朝上发光式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件。
4.按照权利要求1的器件，其特征在于，该有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件是一种朝下发光式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件。
5.一种制作有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件的方法，包括以下步骤：
在衬底上形成一个栅极；
在包括栅极的衬底上形成一栅极绝缘层；
在栅极绝缘层上形成半导体层；
在半导体层上形成源极和漏极，其中的源极和漏极彼此分开并分别与栅极有部分重叠；
在衬底上形成覆盖源极和漏极的一个钝化层，该钝化层具有暴露一部分漏极的漏极接触孔；
在钝化层上形成第一电极，该第一电极通过漏极接触孔电连接到漏极；
在第一电极上形成有机发光层；并且
在有机发光层上形成第二电极，其中栅极与源极之间的重叠面积要大于栅极与漏极之间的重叠面积，
其中，栅极与源极之间的重叠面积构成驱动象素的存储电容。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，进一步包括形成一电连接到栅极的开关薄膜晶体管。
7.按照权利要求5的方法，其特征在于，有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件是一种朝上发光式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件。
8.按照权利要求5的方法，其特征在于，有源矩阵型有机发光二极管(AMOLED)器件是一种朝下发光式有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)器件。
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