图1和3的实施方案
图1和3实施方案的有源矩阵电致发光显示装置包括在具有矩阵寻址电路的电路基板100上的像素200的阵列。物理阻隔210在阵列的至少一个方向上存在于至少一些相邻像素之间。至少一些这些阻隔210由用作依照本发明的至少部分信号线(列导体)160的导电阻隔材料240构成。除了依照本发明的该特定结构和使用阻隔210以外,该显示器可以用公知的装置技术和电路技术,例如上文引用的背景参考文献中的技术来构造。
矩阵寻址电路包括横向的寻址(行)和信号(列)线150和160的组,分别如图1中所示。寻址元件T2(典型地为薄膜晶体管,以后称作“TFT”)在这些线150和160的每个相交处结合。应当理解,图1是通过一个具体像素电路结构的例子来描述的。其它像素电路结构对于有源矩阵电致发光显示装置是公知的。应当很容易理解到,不管该装置的具体像素电路结构如何,可以将本发明用于这种装置的像素阻隔。
如图1所示,每个像素200包括电流驱动的电致发光元件25(21,22,23),典型地为有机半导体材料的发光二极管(LED)。LED 25在阵列的两条电压电源线140和230之间与驱动元件T1(典型地为TFT)串联连接。该两条电源线典型地是电源线140(具有电压Vdd)和地线230(也称作“回线”)。随着由其各自的驱动TFT T1改变,LED 25的光发射通过流过LED 25的电流控制。
像素的每行通过施加到相关行导体150上(由此施加到该行像素的寻址TFT T2的栅极上)的选择信号的方式,在一个帧周期内依次被寻址。该信号开启寻址TFT T2,如此用来自列导体160的各个数据信号加载该行的像素。这些数据信号被施加到各个像素的单独驱动TFTT1的栅极上。为了保持该驱动TFT T1所产生的导电状态,通过保持电容器Ch将数据信号保持在其栅极5上,所述保持电容器耦合在栅极5与驱动线140,240之间。因此,在前一个寻址周期过程中施加的并作为电压存储在相应电容器Ch上的驱动信号的基础上,通过驱动TFTT1来控制流经每个像素200的LED 25的驱动电流。在图1特定的实施例中,T1显示为P沟道TFT,而T2显示为N沟道TFT。
该电路可以用公知的薄膜技术来构造。所述基板100可以具有绝缘玻璃基底10,其上沉积有例如二氧化硅的绝缘表面缓冲层11。以公知的方式在层11上建立所述薄膜电路。
图3显示了TFT T2特定的例子,其包括:有源半导体层1(典型为多晶硅);栅极介电层2(典型为二氧化硅);栅电极5(典型为铝或多晶硅);和金属电极3和4(典型为铝),其通过叠在上面的绝缘层2和8内的窗口(通孔)与半导体层1掺杂的源极和漏极区接触。
根据特定的TFT(例如电路基板的T1或T2或其它TFT)和其电路功能,电极3,4和5的延伸部分可以形成例如,元件T1,T2,Ch和LED 25之间的互连,和/或至少部分导线140,150和160。图3显示了作为用于信号线160连接的T2的电极4的小面积局部延伸160a。T2的栅电极5的线延伸形成所述寻址(行)线150。T1(图3中没有示出)的电极4的线延伸可以形成电源线140。
保持电容器Ch同样以公知的方式形成为电路基板100内的薄膜结构。
LED 25典型地包括下部电极21和上部电极23之间的发光有机半导体材料22。在优选的特定实施方案中,半导电共轭聚合物可以用做电致发光材料22。对于穿过基板100发射光250的LED,下部电极21可以是氧化铟锡(ITO)的阳极,上部电极23可以是包括例如钙和铝的阴极。图3示出了LED结构,其中下部电极21作为薄膜形成在电路基板100中。随后沉积的有机半导体材料22在(例如氮化硅的)平面绝缘层12内的窗口12a处与该薄膜电极层21相接触,所述平面绝缘层12在基板100的薄膜结构上延伸。
像在公知的装置中一样,依照本发明图1和3的所述装置在阵列的至少一个方向中,在至少一些相邻的像素之间包括物理阻隔210。这些阻隔210也可以称作例如“壁”,“分隔物”,“堤”,“肋”,“分离物”,或“坝”。根据所述特定装置的实施方案及其制造方法,其可以以公知的方式使用,例如:
●在提供半导电聚合物层22的过程中,分离和防止在单独的电极200和/或像素200的列的各个区域之间聚合物溶液的溢出;
●在用于单独的像素200和/或用于像素200的列的半导电聚合物或其它电致发光层22的限定内,在基板表面上提供自构图能力(甚至可能提供对于像素单独电极的自分离,例如上部电极23的单独底部层);
●在至少有机半导体材料22和/或电极材料的沉积过程中,充当用于基板表面上的掩模的间隔物作用。
●当通过顶部(代替地,或也通过底部基板100)发射光250时,在阵列中形成用于像素200的明确光学分离的不透明阻隔210。
在这些公知方式中无论具体使用哪一种,本发明实施方案中平行于所述阵列的列延伸的物理阻隔210都以特殊的方式来构造和使用。因此,图3的像素阻隔210包括金属240(或其它导电性材料240),其在比电路基板100更高的水平面处提供至少部分信号线(列导体)160,从而减小所述列电容。
该导电阻隔材料240在其邻近LED 25的侧面处被绝缘,并在其延伸160a处与寻址TFT的主电极4相连。如图3中所示,导电阻隔材料240与TFT T2的这些连接发生在沿所述列的每个像素处中间绝缘层12内的单独连接窗口12b处。因此,该导电阻隔材料240能在邻近于像素的其大部分长度上提供信号线160。
依照本发明用于信号线160的阻隔210的具体结构和使用,允许图2中示出的先有技术列电容减小。因此,图2显示了通过在典型的先有技术设置中每个单独像素上的信号(列)线所见到的电容。在这种公知的设置中,例如,信号(列)线160X作为TFT电极4的线延伸160X在电路基板100内完全形成。阻隔210X简单地是绝缘材料(例如,绝缘聚合物)。跨越电介质12和210X,在薄膜列线160X和LED上部电极23(典型地为聚合物LED 25中的阴极)之间具有寄生电容(CD和CSN)。高的寄生电容CP和CA跨越电介质8(典型地为氮化硅),分别产生在薄膜列线160X与电源线140及寻址(行)线150之间。作为这种高的列电容的结果,用于寻址这种装置设置中的单独像素以纠正电流电平的时间常数,对于大显示器令人无法接受地变大。
本发明通过在像素区域中形成和使用具有金属240(或其它导电性材料240)的像素阻隔210作为信号线(列导体)160避免了这个问题,即,在比电路基板100高的平面处。因此,从图3可以看出,电路基板100的顶部平面化绝缘层12作为附加的电介质插入在阻隔形成的信号线160与电路基板100的薄膜线150和5,150之间。因此显著减小了所述高的寄生电容CP和CA。
图3显示了一个特定的实施方案,其中像素阻隔210主要是导电性材料240,240x,优选非常低的电阻率的金属(例如铝或铜或镍或银)。因此,图3的这些阻隔210包括导电材料的块或芯240,所述导电材料在其侧面和顶部上具有绝缘涂层40(例如是二氧化硅或氮化物)。图3通过例子显示了邻接该绝缘涂层40的像素LED 25的上部电极23。从而,电极23在跨越像素阵列的布局中具有几何条纹。可选择地,如果足够厚度的绝缘体用作涂层40,那么像素阵列可以具有公共电极23,其也在像素阻隔210的上面延伸。
图4和5的替换的列线阻隔实施方案
图4显示了修改的实施方案,其中阻隔210主要是绝缘材料244。在这种情况下,在电路基板100中,穿过绝缘材料244到电极区域160a,4蚀刻或研磨出通孔244b。金属涂层240提供导电阻隔材料,所述导电阻隔材料在绝缘阻隔210的顶部上和穿过其中的通孔244b中延伸。
阻隔210的金属涂层240可以与LED 25上部电极23的主要部分23a以自对准方式同时形成。因此,可以同时沉积金属层以用于金属涂层240和电极23,它们通过阻隔210侧面中的悬垂形状的荫罩效应而分离,如图4中所示。这是用于根据本发明的列线阻隔210,240的一个可能的处理实施方案。图11到13示出了用于主要为金属的列线阻隔210,240的其它处理实施方案。
图4和5一起显示了也被有利地包含在本发明实施方案中的防护线特征。在该实施方案中,薄膜导体层9(用TFT电极区域3,4和160a同时形成)在信号线160的导电阻隔材料240下面延伸作为电容间防护线。因此,该防护线9作为屏蔽存在于基板100的电路与在其大部分长度上的列线160之间。图6显示了通过在每个单独像素上的列线160而现在看到的电容。可以获得非常低的列电容,尤其当图6的设置与图7中示出的有利缓冲器电路部件一起使用时。
图6和7的特定防护线实施方案
在图6的设置中,用防护线9(而不是用图2现有技术中的列线160),(跨越电介质8)形成电源线140和行线150的各个电容CP和CA。而且,在所述防护线9与图4实施方案中的列线160之间形成电介质12和244的各个电容CSN和CD。
使用图7的缓冲器电路结构现在可以获得非常低的列电容。在这种情况下,电压缓冲器600连接在列线160与防护线9之间。除了包含缓冲器600和防护线9以及列线160的阻隔结构以外,图7的基本电路可是公知的类型。因此,620可以代表公知类型的电流镜像素电路,例如,与US-A-2001/0052606中公开的一样。通过例如公知的电流宿类型的列驱动器610,将信号施加到列线160。列驱动器610和电压缓冲器600可以外部地实现在与电路基板100连接的IC(集成电路)中。可选择地,它们可以使用多晶硅TFT技术内部集成在电路基板100上。
电压缓冲器600采用在列驱动器610输出的信号电压作为其输入,并将其缓冲到防护线9上。结果,列线160与防护线9之间的电压为零或几乎为零,以致在该列防护电容CD,CSN上没有电荷累积,且所有电流从像素电路620中汲取。这允许快速的操作。电压缓冲器需要给防护线9与各个电源和寻址线140和150之间的电容CP和CA充电,但是缓冲器600的低输出阻抗使其快速实现。
图8和9的多导体阻隔实施方案
图8的实施方案与图3的相似,其中阻隔210包括其上具有金属涂层40a的金属芯240x。然而,图8实施方案附加地包括在芯240x的顶部和侧面上,存在于绝缘涂层40a上的金属涂层240y。
图8的这个结构比图3的更通用。其允许金属芯240x和金属涂层240y用于不同的目的。因此,例如金属芯240x可以提供如图3的列(信号)线160,并因此与TFT T2的电极4相连。金属涂层240y可以用作芯线240x上的信号的同轴屏蔽。金属涂层240y可以与基板100内的部分防护线9b连接,和/或与另一个电路元件连接,例如与另一个TFT相连。可选择地,金属涂层240y可以提供列(信号)线160,金属芯240x可以形成部分防护线9a。
代替屏蔽列(信号)线160,为了不同的目的,用于阻隔210的多导体结构240x,240y可以在显示器中其他地方使用,例如为了交迭两条线,如140和150,或为了形成附加的部件。金属涂层240y可以局限在沿阻隔210的特定位置,其中需要特定的连线或部件,例如在单独的像素或子像素处。
尤其重要的是其中图8的多导体结构240x,240y被设计成形成具有电容器电介质40a的电容器的实施方案。因此,金属芯240x、绝缘涂层40a和金属涂层240y的分离的和/或绝缘的长度可以一起形成连接于基板电路元件4,5等之间的电容器。例如,这种电容器可以是用于每个连接在电源线140(TFT T1的主电极线4)和TFT T2的栅极线5(TFT T1的主电极线3)之间的各个像素200的单独的保持电容器Ch。
图9显示了用于集成这种多导体阻隔结构240x,240y作为每个像素区域200的保持电容器Ch的合适的像素布局。在这种情况下,多导体阻隔结构240x,240y包括横向延伸至列形成阻隔210(240,160)的绝缘阻隔长度。
可选择地,图9的横向阻隔布局可以被采用以阻隔210和210c,每一个阻隔都包括如图3或图4中的单一金属导体240(不具有金属涂层240y)。在这种情况下,横向阻隔210c的导电阻隔材料240可以与TFT T2的栅极线5,150连接,以备用和/或取代寻址(行)线150的长度。由于导电阻隔材料240具有一横截面积,其比在电路基板100中典型地提供TFT栅极线5(150)的导线层的横截面积至少大两倍(甚至可能是数量级),所以以这种方式可以显著减小所述行线的线电阻。此外,栅极线5(150)典型地是掺杂多晶硅,而导电阻隔材料240典型地是具有更高电导率的金属。
图10到12的处理实施方案
除了构造和使用用于信号线160的具有导电材料240的其阻隔210以外,依照本发明装置的有源矩阵电致发光显示器可以使用公知的装置技术和电路技术来构造,如所引用的背景参考文献中的。
图10到12示出了在特定的制造实施方案中新颖的处理步骤。以公知的方式制造具有其上部平面绝缘层12(例如氮化硅的)的薄膜电路基板100。以公知的方式,例如通过光刻掩模和蚀刻在层12中开出连接窗口(例如通孔12a,12b,12x等)。但是,为了制造依照本发明的装置,这些通孔的图案包括暴露出元件4,5等的通孔12b,12x,12y,用于与导电阻隔材料240,240x,240y等的底部连接。得到的结构显示在图10中。不管阻隔210是具有如图3和8中的金属芯,还是主要是如图4中的绝缘材料,这一阶段是共有的。
主要是绝缘材料的阻隔210的形成已经参照图4在上面进行了描述。现在将参照图11和12描述用于具有金属芯的阻隔210的合适的处理步骤。
在这种情况下,用于阻隔210的导电性材料沉积在至少在其通孔12a,12b等内的绝缘层12上。使用公知的掩模技术获得用于阻隔210的期望长度和布局图案。图11示出了一个实施方案,其中通过电镀沉积至少导电阻隔材料(例如,铜或镍或银)的块240。在这种情况下,首先在绝缘层12和其通孔12a,12b,12x等上沉积例如铜或镍或银的薄种晶层240a,用光刻掩模限定阻隔布局图案,然后将导电阻隔材料的块240电镀至所期望的厚度。得到的结构展示在图11中。
然后,使用CVD(化学气相沉积)沉积绝缘材料(例如二氧化硅或氮化硅),用于绝缘涂层40。通过使用公知的光刻掩模和蚀刻技术进行构图,所述沉积材料被留在导电阻隔材料的侧面和顶部,如图12中所示。
之后以公知的方式继续制造。从而,例如,可以喷墨印刷或旋涂共轭聚合物材料22以形成像素200。具有其绝缘涂层40的阻隔240,40能以公知的方式使用,以防止聚合物从物理阻隔240,40之间的像素区域中溢出。然后沉积上部电极材料23。
图13的变型处理实施方案
该实施方案使用阳极氧化处理(代替沉积),以至少在与像素区域相邻的阻隔210的侧面提供绝缘涂层40。典型地,导电阻隔材料240可以包含铝。使用公知的光刻掩模和蚀刻技术可以限定所沉积的铝的期望长度和布局图案。图13显示了保留在铝阻隔图案240顶部上的光刻限定的蚀刻剂掩模44。
然后,使用公知的阳极氧化技术至少在铝阻隔材料240的侧面上形成氧化铝的阳极绝缘涂层。因此,不需要额外的掩模来限定该涂层40的布局。
如图13中所示,在该阳极氧化过程中,掩模44可以保留在希望保护和形成非绝缘顶部连接区域240t的区域中。在这些区域中,只在铝阻隔图案240的侧面形成阳极涂层。在该阳极氧化之前,掩模44可以从在铝阻隔图案240的侧面和顶部处需要阳极涂层的区域中移除。可选择地,例如绝缘聚合物或二氧化硅或氮化物的掩模44可以保留在这些区域中,其中在所制造的装置中阻隔210(240,40)顶部上希望有绝缘。
到目前为止所描述的实施方案中,导电阻隔材料240是厚且不透明的金属,例如,铝,铜,镍或银。但是,也可以使用其它导电材料240,例如金属硅化物或(不太有利地)简并掺杂的(degenerately-doped)多晶硅,它们都可以被表面氧化,以形成绝缘涂层40。如果需要透明阻隔210,则可以使用ITO作为导电阻隔材料240。
通过阅读当前公开的内容,其它变化和修改对于本领域熟练技术人员来说是显而易见的。这种变化和修改包括等价的及其它的特征,这些特征在本领域中已经是公知的(例如在引用的背景参考文献中),并且这些特征可以替代或添加这里已经描述过的特征来使用。
尽管在该特定特征组合的申请中已经阐明了权利要求,应当理解本发明公开的范围还包括在这里明确或暗含公开的任何新颖的特征或任何新颖特征的组合或其任意的概括,无论其是否涉及与任意权利要求中要求的一样的发明,和是否减低与处理本发明一样的任意或全部的技术问题。
因此申请人给出提示,在本申请或任何可以从其导出的进一步申请的申请过程中,新的权利要求可以被描述成任何这种特征和/或这种特征的组合。