CN100368906C

CN100368906C - 显示器

Info

Publication number: CN100368906C
Application number: CNB021597774A
Authority: CN
Inventors: 浜田弘喜; 铃木浩司; 井手大辅
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: KR20030064330A; KR100582609B1; JP3953330B2; US6936959B2; US20030141812A1; JP2003217867A; CN1434428A

Abstract

在玻璃构成的绝缘基材上，按照从底部到顶部的顺序，叠加由钼薄膜构成的第一钼层、由铝-钕合金薄膜构成的铝导电层、由钼薄膜构成的第二钼层以及二氧化硅构成的绝缘薄膜层。

Description

显示器

技术领域

本发明涉及一种显示器。

技术背景

人们期望用有机场致发光(EL)显示器作为显示器代替目前普遍使用的液晶显示器，并且有机EL显示器正投入实际使用。特别认为配备用作开关元件的薄膜晶体管(下面简称为“TFT”)的活性基质型有机场致发光显示器(下面简称为“有机EL显示器”)作为新一代平板显示器发挥了主导作用。

如图7所示，有机EL显示器具有设置在绝缘基材10上的显示区域200的基质中的显示像素。而且，如下面较好实施方案详细描述的，每一显示像素包括一有机EL元件和驱动该有机EL元件的TFT，该元件按照阳极、有机材料和阴极的顺序层叠。在显示区域200周边还提供有输出扫描信号的扫描驱动器210以及输出到各显示像素中设定的亮度数据的亮度数据驱动器220。而且，提供给有机EL元件的各种信号从设置在显示区域200周边一端的第一终端100和第二终端100a输入。

日本专利申请公报2001-282136公开了一种用于将信号输入到这样的显示器的显示像素的线路结构。图8A和8B所示为这样的线路结构的例子。图8A为沿图7中A-A线的剖面图，所示为供给阴极电压的终端区域的边界。

如图8A所示，在绝缘基材10上形成由铝制成的第一端100和第二端100a。第一端100将电压输送给阴极67，而第二端100a作用是作为阴极67以外的部件的信号输入端。

在终端之间设置了层间绝缘膜15，各铝端上都有ITO(氧化铟锡)膜61a与之叠合。在形成有机EL元件的阳极同时放置这种ITO膜61a。ITO膜61a还与阴极材料叠合，阴极材料将该ITO膜61a连接到阴极67。

在此，形成ITO膜61a，以防止铝端在针对各自显示像素进行像岛那样蚀刻有机EL元件的阳极时被蚀刻。这个ITO膜61a保护第一终端和第二终端100a免受蚀刻。

而且，图8B所示的结构的特征是通过在图8A所示的线路结构ITO膜61a和终端100之间提供难熔金属70以降低接触电阻。这种结构中，在形成第一端100之后通过溅射等方法将难熔金属70层叠在第一端100上。

应注意的是有机EL显示器其光学元件为电流驱动型时，对线路可靠性要求高于其光学元件为电压驱动型的显示器如液晶显示器。

通过图8B所示的常用结构实现降低接触电阻时，仍需要电迁移或应力迁移(stressmigration)阻力性能优良的材料和线路结构。

发明概述

针对上述情况作出本发明，本发明的目的是提供具有对上述电迁移和应力迁移具有高阻力特征的线路结构的显示器。

本发明提供了一种显示器装置，包括：

多层结构的线路，所述线路包括：

绝缘基材；

第一导电层，形成在所述绝缘基材上；

第二导电层，形成在所述第一导电层上，由铝合金构成；

第三导电层，形成在所述第二导电层上；

所述第一导电层和第三导电层由属于6A族的金属构成。

本发明一个较好实施方案涉及一种显示器。这种显示器包括多层结构的线路，包括：绝缘基材；在绝缘基材上形成的由难熔金属构成的第一导电层；在第一导电层上形成的由铝合金构成的第二导电层和在第二导电层上形成的由难熔金属构成的第三导电层。

即，铝合金夹在难熔金属和线路间，因此构成多层结构，使铝合金的迁移阻力提高。在此，难熔金属可以是属于6A族金属如钼、铬或钨。这类属于6A族的金属扩散到铝合金较小。

通常，电流通过铝合金并产生热量，铝合金电阻值小于难熔金属层电阻值，因此需要释放这一热量。由于绝缘基材的热导一般较小，在第一导电层使用期望具有散热作用的难熔金属。从而可以抑制热应力引起的第二导电层中应力迁移的产生。另一方面，第三导电层的作用是作为第二导电层的保护膜，抑制与终端如ITO的接触电阻。

在此，作为线路的例子，有向其提供设定在各显示像素的亮度数据的数据信号线、向其提供书写亮度数据用的定时数据的扫描线、为各像素中配备的光学元件提供能量的驱动能源线，但不限于这些。而且，在绝缘基材与第一导电层之间，第一导电层和第二导电层之间以及第二导电层和第三导电层之间可各自提供一空隙层。绝缘基材可以是例如由石英玻璃、无碱玻璃(no-alkali glass)等材料，但不限于这些。

而且，使用6A族的金属可以是钼或钼合金。应注意的是钼的加工相对容易，尤其在其制造过程中。

一般，这种线路结构用于使用低温多硅TFT等的活性基质型显示器的线路结构。然而，这种线路结构的用途不限这些，可用于被动型(passive)显示器的线-阳极或阴极，或用于广泛使用MIS(金属绝缘半导体)的显示器的线路。

而且，第二导电层中的铝合金可以是含钕元素的铝-钕合金。钕浓度含量可以大于或等于2％(原子)。铝中包含钕元素可以抑制电迁移的发生。在常规实践中，考虑铝合金电阻的增加，无论何时掺杂元素如钕应尽可能少。

然而，在光学元件为电流驱动型如有机EL显示器情况，与其光学元件为电压驱动型的显示器如液晶显示器相比对线路要求更高的可靠性。铝中包含2％或更多的钕可以提高对电迁移的阻力，获得适合于其光学元件为电流驱动型显示器的线路。

而且，尽管没有具体设定浓度上限，但较好为小于或等于10％(原子)，例如，更好还可以小于或等于5％(原子)。这一上限取决于使用这种线路方式的显示器面板的尺寸。即，涉及到由于电阻较大以及使用的显示器面板尺寸较大情况下线路太长和两端的电位差较大而使需要的信号不能输入到像素。因此，如果将这种线路结构应用于大尺寸显示器面板，铝合金中包含的钕浓度将被降低到较低量。

在第二导电层中包含的杂质铁的重量-换算浓度(weight-converted concentration)在约50-200ppm范围。一般，当线路中包含杂质时，线路的电阻率增大。然而，如果包含在上述范阻的非常小量的铁时，由于销接(pinning)作用电阻率下降。

在第二导电层中包含的杂质氧、氮和碳元素浓度分别约小于或等于1×10²⁰cm^-3、5×10¹⁹cm^-3和1×10¹⁹cm^-3。如果各元素的含量太高，电阻率将会上升。这是因为氧、氮和碳元素的浓度分别被抑制在上述范围为宜的原因。

而且，线路可连接到电流驱动型的光学元件。如上所述，这种线路结构在光学元件如在有机EL显示器或无机EL显示器中光学元件为电流驱动型的情况特别有效。

根据上面所述的本发明，通过提供难熔金属如使用钼的第一导电层，尤其在绝缘基材和铝合金构成的第二导电层之间，可以抑制应力迁移的产生。而且，提供在第二导电层提供难熔金属，可以抑制第二导电层连接到外端时引起的接触电阻。

第二导电层中的铝合金是含浓度大于或等于2％(原子)的钕元素的铝-钕合金，可以抑制电迁移的发生。然后，线路电阻率上升和热量产生显著。因此，如上所述，有效的是在绝缘基材和铝合金之间提供钼层。而且，通过结合这些特点，可以达到对显示器如有机EL显示器或无机EL显示器尤其是其光学元件为电流驱动型的显示器特别有效的线路结构。

应注意，上述结构元件的任意组合或重新排列都是有效的并包括在本发明的实施方案中。

而且，发明概述并不需要描述所有的必要特征，因此本发明还可以是这些所述特征的再组合。

附图简述

图1所示是本发明实施方案的多层结构线路的剖面图。

图2所示是本发明一个实施方案的活性基质型有机EL显示器的显示像素的平面图。

图3A所示是沿图2中A-A线的活性基质型有机EL显示器的显示像素的剖面图。

图3B所示是沿图2中B-B线的活性基质型有机EL显示器的显示像素的剖面图。

图4是表示铝线路中钕浓度与线路电阻率间关系的测定结果的特性曲线。

图5是表示为铝线路中存在的杂质的氧、氮和碳原子浓度与线路电阻变化率关系的特性曲线。

图6是表示为线路中存在杂质铁的浓度与线路电阻率关系的特性曲线。

图7所示是活性基质型有机EL显示器的剖面图。

图8A所示是沿图7中A-A线的剖面图。

图8B所示是在ITO膜与图8所示的线路结构终端之间提供的难熔金属结构。

发明详细描述

根据较好实施方案描述本发明，这些实施方案仅举例说明本发明，不构成对本发明范围的限制。本实施方案中所描述的所有特性及其组合并不一定是本发明的主要特性。

首先，描述了有机EL显示器的显示像素的一般结构。图2所示是一种有机EL显示器的显示像素的剖面图。图3A所示是沿图2中A-A线的剖面图，图3B所示是沿图中B-B线的剖面图。

参见图2，在被门信号(gate signal)线和漏极(drain)信号线闭合的区域内形成显示像素。靠近这些信号线交叉的左上面点，有开关元件的第一TFT 30。第一TFT 30的源电极13s还可用作电容电极55，是一个和存储电容电极54(后面描述)一起的电容，可连接到驱动有机EL元件60的第二TFT 40的门电极42上。第二TFT 40的源电极43s连接到有机EL元件的阳极61，其漏极电极(drain electrode)43d连接到驱动能源线53，该能源线连接到驱动有机EL元件的驱动能源。

而且，存储电容电极54以平行于门信号线51方式设置在插入两个TFT之间的区域。这种存储电容电极54由铬及类似材料构成，通过在存储电容电极54本身与电容电极55之间存储电荷，用作并形成存储电容90，它们通过栅绝缘膜和第一TFT30的源电极13s形成整体。通过存储电容90来储存供给第二TFT 40的门电极42的电压。

参见图3A，下面描述第一TFT 30。活性层13包括通过激光辐照无定形硅膜已多晶化的多晶硅膜，在由石英玻璃、非碱玻璃及类似材料构成的绝缘基材10上形成该活性层13。在这种活性层13中，提供所谓的LDD(微掺杂漏极)结构。即，门电极11的两面提供低密度区13LDs，而作为高密度区的源电极13s和漏极电极13d在13LDs的外面。也可以在紧贴门电极11下面的低密度区13LDs之间提供通路13c。

在活性层13上形成栅绝缘膜12，门电极11由难熔金属如铬或钼构成，构成图2所示的门信号线51的一部分，并进一步在栅绝缘膜12上形成图2所示的门电极11。同时，形成存储电容电极54。

然后，在门电极11上并在门绝缘膜12的整个面上有按照SiO₂膜、SiN膜和SiO₂膜顺序与这些膜层叠的中间绝缘膜15。而且，提供漏极电极16，该电极由填充在对应于漏极电极13d的接触孔中的铝及类似金属构成，该电极构成漏极信号线52的部分。还在其整个表面提供由有机树脂构成的平面化绝缘膜17，该膜使表面平整。而且，还在绝缘膜17上叠加绝缘膜68、第一空穴传送层62、第二空穴传送层63、电子传送层65和阴极67。

之后，参见图3B，下面描述第二TFT 40，该TFT是驱动有机EL元件60的TFT。在形成第一TFT 30的活性层13的同时，在绝缘基材10上形成为多晶硅膜的活性层43。活性层43中，在门电极42之下提供固有的或基本固有的通道43c，并通过应用p-型杂质的离子掺杂，在通道43c两面分别提供源电极43s和漏极电极43d，因此形成p-型通道TFT。在活性层43还提供有绝缘薄膜12和由难熔金属如铬或钼构成的门电极42。门电极42连接到第一TFT 30的源电极13。

在栅绝缘膜12和门电极42的全部表面上形成中间绝缘膜15，从底部到顶部，该膜依次与SiO₂膜、SiN膜和SiO₂膜层叠，设置驱动能源线53，该线由对应于漏极电极43d提供的接触孔中填充的铝及类似金属构成，并连接到驱动电源。还在其全部表面提供有机树脂构成的平面化的绝缘膜17，使表面平面化。在对应于源电极43s在平面化绝缘膜17的位置形成接触孔。然后，在平面化绝缘膜17上提供有机EL元件60的阳极61，该电极是通过这一接触孔与源电极43s接触的ITO(氧化铟锡)的透明电极。

有机EL有机60具有包括阳极61(为ITO或类似材料构成的透明电极)、发光元件层66和锰-铟合金构成的阴极67的结构，它们从底部到顶部按此顺序叠加。发光元件层66也具有MTDATA(4，4’，4”-3(3-甲基苯基苯基氨基)三苯胺)构成的第一空穴传递层62、由TPD(N，N’-二苯基-N，N’-二(3-甲基苯基)-1，1’-二苯基-4，4’-二胺)构成的第二空穴传递层63、由含喹吖啶酮衍生物的Bebq2(二(10-羟基苯并[h]喹啉酸)铍(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium))构成的发光层64和由Bebq2构成的电子传递层65，它们从底部到顶部以此顺序叠加。

在各显示器像素上提供的有机EL元件60上共同形成这些第一空穴传递层62、第二空穴传递层63、电子传递层65和阴极67。发光层64以对应于阳极61的岛方式形成。而且，在阳极61的周边形成绝缘膜68(由圆点线标出区域之外)。这一薄膜68的设计是防止在阴极67和阳极61之间的短路，由于阳极61厚度导致的水平差异，而使发光元件层66断裂或切断所引起。在阳极61上沉积上述各层的材料，从而形成第一空穴传递层62。

从有机EL元件60的阳极61注入的空穴和从其阴极67注入的空穴在发光层内彼此再结合，通过激发形成发光层64的有机分子产生激子(exiton)。在激子的辐射减活化过程中，光从发光层64发射，当光通过透明绝缘基材从透明电极61向外面释放时有机EL元件60因此发射光。

按照这种方式，从第一TFT 30的源电极13s施加的电荷储存在存储电容90中，同时施加给第二TFT 40的门电极42，而有机EL元件60依据其电压发射光。应注意，从设置在其周边一端的终端提供有机EL装置使用的信号。有机EL元件60的阴极67的电压也是从一个终端输入到它的。

根据上述有机EL显示器的各显示像素结构下面来描述本发明的特征。根据本发明较好实施方案，使用铝-钕合金作为信号线和扫描线的线路材料，它们驱动活性基质型有机EL显示器装置的各显示像素中包含的TFT，还用作向其有机EL元件提供电力的驱动电力线。而且，设置了多层结构，使铝-钕合金在其上面和下面由钼金属夹住。

图1所示为具有上述多层结构的线路的剖面图。图1中所示结构为图8B所示的剖面部分结构，特别是钼用作难熔金属70，还在绝缘基材10和铝构成的第一终端100之间提供为难熔金属的钼层。

参见图1，在由玻璃构成的绝缘基材10上，从底部到顶部叠加了为钼薄膜的第一钼层72、为铝-钕合金薄膜的铝导电层76和为钼薄膜的第二钼层74。

从电迁移考虑，尽管在铝中加入钕使电阻增加，但提高了控制电迁移的可靠性。而且，从应力迁移考虑，在玻璃构成的绝缘基材10上提供第一钼层72，使其有散热功能，从而提高控制由于热应力的应力迁移的可靠性。

下面所示是对上述三层的较好厚度范围：

第一钼层72：20-200nm。

铝导电层76：300-1000nm。

第二钼层74：20-200nm。

通过使用在上面所列厚度范围之内的各层，线路结构显示对应力迁移的极佳电阻。

图4是测定结果的特性曲线，显示铝导电层76中钕浓度与铝导电层76电阻率之间的关系。至于使用的试验条件，铝导电层76是200nm厚的薄膜的单层，使用的铝中包含的钕浓度有五种，即：0、1.3、2.0、3.5和5.0％(原子)。在图4的特性曲线中，横轴代表铝中包含的钕的浓度，纵轴代表线路电阻率。通过次级离子质谱(secondary-ion mass spectrometry)测定该浓度。

当钕浓度为0、1.3、2.0、3.5和5.0％(原子)时，电阻率分别为9.6、13.5、21.5和31.4μΩ·cm。线性关系在钕浓度大于或等于1.3％(原子)处变得明显，在其浓度大于或等于2.0％(原子)时电阻率还线性增加。

关于测量中所使用的线路的电迁移的证据如下。获得的结果显示当钕浓度等于或大于2.0％(原子)时线路具有足够的可靠性，而当浓度小于1.3％(原子)时丧失其可靠性。因此，铝包含的钕浓度下限宜设定为等于或大于1.3％(原子)，等于或大于2.0％(原子)更好。

另一方面，钕浓度上限受到与线路电阻率升高相关的限制。当电阻率较大时，使用较长的线路会在线路两端产生较大电位差，因此，不能在整个显示屏上达到均匀发光。而且，在线路和电阻值之间的寄生电容对显示的图像质量和其对照比有不良影响。为此原因，电阻率较小为宜。

在此，确定显示器装置的面板尺寸所允许的钕浓度上限，以抑制线路电阻率的上限。实际制造中，对2-5英寸的面板尺寸，允许电阻率最大约为30μΩ·cm，这意味着允许钕浓度高达约5.0％(原子)。然而，当面板尺寸为15英寸大时，电阻率将设定在等于或小于15μΩ·cm，并因此相应地将钕浓度设定为小于或等于2.5％(原子)。

图5所示为一特性曲线，表明线路所含杂质浓度与线路电阻中的电阻变化率之间的关系。由其中所示的关系来确定作为杂质所允许的单位体积中的氧、氮和碳原子数量。这些杂质一般在层叠过程中混入线路。在此，给与加压之前的最初状态的电阻值定义为参考电阻值R₀。

该特性曲线横轴代表以自然对数表示的杂质浓度，其纵轴代表线路电阻变化率。在此，图1所示的第一钼层72、铝导电层76和第二钼层74的薄膜厚度各自为200nm线路宽度为5μm。而铝导电层76中钕浓度为2.0％(原子)。作为所采用的试验条件，温度为80℃作为加速条件，施加电流为100mA，施加电流周期为20小时。通过次级离子质谱测定出该浓度。

观察到线路中电阻变化率在氧、氮和碳原子浓度分别约为1×10²⁰、5×10¹⁹和1×10¹⁹％(原子)时上升。由此可知，上述这些值设为这些元素杂质的浓度上限为合适的。

和图5类似，图6是表示线路薄膜包含的铁浓度与线路的电阻变化率之间关系的特性曲线。在此，上述氧、氮和碳原子分别设定在等于或小于1×10¹⁹％(原子)。铁浓度在50-200ppm之间时电阻值最小，采用该电阻值作为参考电阻值R₀₁，获得电阻变化率R/R₀₁，是不同铁浓度下电阻R的比值。在铁浓度下限5ppm，电阻变化率为1.2，电阻值上升20％。而在较高铁浓度，260ppm，电阻变化率为1.3，电阻值上升30％。因此，作为杂质的铁浓度宜在50-200ppm范围。也是通过次级离子质谱测定该铁浓度。

根据上述本发明较好实施方案，通过设置多层结构和设定铝-钕合金中包含的杂质的适当浓度，可实现高可靠性线路，所述多层结构中，铝-钕合金夹在钼合金之间。采用这种线路结构，可实现适用于高速移动图像的有机EL显示器装置。

根据实施方案描述本发明，这些实施方案仅用于举例。本领域技术人员应理解，还存在对上述部件和方法的其它各种变动，这样的变动包括在本发明范围之内。

在图1所示的实施方案中，本发明的线路结构仅应用于第一端100，但可以应用于第二端100a。而且本发明的线路结构可应用于无机EL显示器装置等。

尽管通过举例方式描述了本发明，应理解，本领域技术人员在不偏离权利要求书定义的范围还可以进行各种修改和替换。

Claims

1.一种显示器装置，包括：

多层结构的线路，所述线路包括：

绝缘基材；

第一导电层，形成在所述绝缘基材上；

第二导电层，形成在所述第一导电层上，由铝合金构成；

第三导电层，形成在所述第二导电层上；

所述第一导电层和第三导电层由属于6A族的金属构成。

2.如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于所述线路连接到电流驱动型光学元件。

3.如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于属于6A族的金属是钼。

4.如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中的铝合金是含钕元素的铝-钕合金。

5.如权利要求4所述的显示器装置，其特征在于所述第二导电层中钕浓度大于或等于2％原子百分比。

6.如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于所述第二导电层包含的作为杂质的铁的重量-换算浓度在50-200ppm范围。

7.如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中包含的作为杂质的氧、氮和碳元素的浓度分别小于或等于1×10²⁰％原子百分比、5×10¹⁹原子百分比和1×10¹⁹原子百分比。

8.如权利要求2所述的显示器装置，其特征在于所述第一导电层和所述第三导电层是由包含属于6A族金属的材料构成。

9.如权利要求8所述的显示器装置，其特征在于属于6A族的金属是钼。

10.如权利要求2所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中的铝合金是含钕元素的铝-钕合金。

11.如权利要求9所述显示器装置，其特征在于所述第二导电层可包含钕，且其浓度大于或等于2％原子百分比。

12.如权利要求2所述的显示器装置，其特征在于所述第二导电层包含的作为杂质的铁的重量-换算浓度在50-200ppm范围。

13.如权利要求2所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中包含的作为杂质的氧、氮和碳元素的浓度分别小于或等于1×10²⁰原子百分比、5×10¹⁹原子百分比和1×10¹⁹原子百分比。

14.如权利要求1所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中的铝合金是含钕元素的铝-钕合金。

15.如权利要求7所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中的铝合金是含钕元素的铝-钕合金。

16.如权利要求3所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中的铝合金是含钕元素的铝-钕合金。

17.如权利要求8所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中的铝合金是含钕元素的铝-钕合金。

18.如权利要求17所述的显示器装置，其特征在于所述第二导电层包含的作为杂质的铁的重量-转变浓度在50-200ppm范围。

19.如权利要求18所述的显示器装置，其特征在于在所述第二导电层中包含的作为杂质的氧、氮和碳元素的浓度分别小于或等于1×10²⁰原子百分比、5×10¹⁹原子百分比和1×10¹⁹原子百分比。