專利名稱：電致發(fā)光顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電致發(fā)光顯示器件，尤其涉及具有像素陣列的有源矩陣顯示器件，其包含發(fā)光電致發(fā)光顯示元件和薄膜晶體管。更特別地，但不專門地，本發(fā)明涉及一種有源矩陣電致發(fā)光顯示器件，其像素包括響應(yīng)于顯示元件發(fā)射的光并在顯示元件通電的控制中使用的光敏元件。
使用電致發(fā)光的發(fā)光顯示元件的矩陣顯示器件是公知的。顯示元件通常包括有機(jī)薄膜電致發(fā)光元件，(OLED)，其包含聚合物材料(PLED)、或發(fā)光二極管(LED)。下面使用的術(shù)語LED意在覆蓋所有的這些可能。這些材料一般包括夾在一對電極之間的一層或多層半導(dǎo)體的共軛聚合物，所述一對電極中的一個(gè)是透明的，另一個(gè)是適于將空穴或電子注入聚合物層的材料。
這種顯示器件中的顯示元件是電流驅(qū)動的，并且常規(guī)的模擬驅(qū)動方案包括給該顯示元件供給可控的電流。電流源晶體管一般被提供作為像素結(jié)構(gòu)的一部分，并且給用于確定通過電致發(fā)光(EL)顯示元件的電流的電流源晶體管供給柵電壓。在尋址階段以后存儲電容器保持柵電壓。EP-A-0717446中描述了這種像素電路的一個(gè)實(shí)例。
每個(gè)像素由此包括EL顯示元件和相關(guān)的驅(qū)動電路。驅(qū)動電路具有尋址晶體管，該尋址晶體管借助行導(dǎo)體上的行尋址脈沖導(dǎo)通。當(dāng)尋址晶體管導(dǎo)通時(shí)，列導(dǎo)體上的數(shù)據(jù)電壓可以傳送到像素的其余部分。特別地，尋址晶體管供給列導(dǎo)體電壓給電流源，包括驅(qū)動晶體管和與驅(qū)動晶體管的柵極連接的存儲電容器。給驅(qū)動晶體管的柵極提供列數(shù)據(jù)電壓，且即使在行尋址脈沖結(jié)束之后柵極也通過存儲電容器保持在該電壓。該電路中的驅(qū)動晶體管被實(shí)現(xiàn)為p溝道TFT(薄膜晶體管)，以便存儲電容器保持柵-源電壓固定。這導(dǎo)致固定的源極-漏極電流通過晶體管，因而其提供了像素的期望的電流源操作。EL顯示元件的亮度大約與通過它的電流成比例。
在上面基本的像素電路中，對于給定的驅(qū)動電流導(dǎo)致像素亮度級別降低的LED材料的差別老化(differential ageing)或退化能夠引起跨越顯示器的圖像質(zhì)量的變化。經(jīng)常使用的顯示元件將比很少使用的顯示元件更加暗淡。另外，由于驅(qū)動晶體管的特性、尤其是閾值電壓電平的變化，還出現(xiàn)了顯示不均勻性問題。
已經(jīng)提出了改善的電壓尋址像素電路，其可以補(bǔ)償LED材料的老化和晶體管特性的變化。這些包括光敏元件，其響應(yīng)顯示元件的光輸出并用于響應(yīng)于光輸出將存儲電容器上的存儲電荷泄漏，從而在像素的最初尋址之后的驅(qū)動周期過程中控制顯示元件的集成光輸出。WO01/20591和EP 1 096 466中詳細(xì)描述了這種類型的像素結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在實(shí)施實(shí)施例中，像素中的光電二極管將存儲電容器上存儲的柵電壓放掉，并且當(dāng)驅(qū)動晶體管上的柵電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)EL顯示元件停止發(fā)射，此時(shí)存儲電容器停止放電。電荷從光電二極管泄漏的速率是顯示元件輸出的函數(shù)，從而光電二極管用作光敏反饋器件。
采用這種配置，從顯示元件輸出的光與EL顯示元件效率無關(guān)，并且由此提供老化補(bǔ)償。這種技術(shù)已經(jīng)顯示出在獲得高質(zhì)量顯示方面是有效的，其在時(shí)間周期范圍內(nèi)經(jīng)歷了較少的非均勻性。然而，該方法需要高瞬時(shí)峰值亮度級別來在幀時(shí)間中從像素獲得充分的平均亮度，并且當(dāng)作為結(jié)果LED材料可能更快速老化時(shí)這對于顯示器的操作沒有益處。
在可替換的方法中，光反饋系統(tǒng)用于改變顯示元件操作的占空因數(shù)。該顯示元件被驅(qū)動到固定的亮度，并且光反饋用于觸發(fā)快速關(guān)斷驅(qū)動晶體管的晶體管開關(guān)。這不需要高瞬時(shí)亮度級別，但給像素引入了額外的復(fù)雜性。
光反饋系統(tǒng)的使用被認(rèn)為是克服LED顯示元件的差別老化的有效方法。
這些補(bǔ)償方案的一個(gè)問題在于，利用頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)不容易實(shí)現(xiàn)它們。頂部發(fā)射的困難是光不能進(jìn)入有源矩陣中的光傳感器，因?yàn)殛枠O將覆蓋大部分像素電子線路，并且它通常是高反射和不透射的。
另一問題涉及光反饋元件的效率和實(shí)施方式。已經(jīng)考慮了兩種類型的光傳感器。一種方法是可以使用低溫多晶硅(LTPS)TFT作為光敏元件，利用ITO LED陽極來選通?？商鎿Q地，額外透明的ITO電平可以添加到代替LED陽極給光TFT提供選通的技術(shù)中。困難在于從光子到電子的轉(zhuǎn)換效率在綠色和紅色帶是非常低的(例如分別是2％和1％)。因此，需要填充孔的大器件。這些大器件也存在其他困難，例如大暗電流和高寄生電容。
第二種方法是利用LTPS工藝集成非晶硅PIN/NIP光電二極管。這產(chǎn)生高效率的光傳感器，例如分別為80％、70％和40％的RGB效率。這使得非常小的NIP器件能夠用在像素中。然而，這還意味著當(dāng)限定器件時(shí)出現(xiàn)的邊緣不均勻性將是重要的，并且將跨越顯示器產(chǎn)生差異。另外，小器件僅采樣LED像素孔的小區(qū)域，并且這不能代表導(dǎo)致不良校正的整個(gè)孔。
兩種方法的另一困難在于光敏器件常規(guī)地位于LED的孔下面，并且由于臺階覆蓋問題，光傳感器可能引起沿像素孔的不均勻性，再次導(dǎo)致不良的差別老化校正。光電二極管可以產(chǎn)生約0.2-1.5μm的垂直臺階，并且這難以平面化。由此，甚至對于底部發(fā)射結(jié)構(gòu)，光電二極管位于像素層下面也可能引起問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包括顯示像素陣列的有源矩陣顯示器件，每個(gè)像素包括電流驅(qū)動型發(fā)光顯示元件，其包括夾在電極之間的發(fā)光材料區(qū)域；光相關(guān)(light-dependent)器件，其用于檢測顯示元件的亮度；和驅(qū)動晶體管電路，其用于驅(qū)動通過顯示元件的電流，其中響應(yīng)于光相關(guān)器件輸出來控制驅(qū)動晶體管，其中光相關(guān)器件橫向定位于發(fā)光材料區(qū)域。
通過將光相關(guān)器件定位在發(fā)光層的一側(cè)，該器件不在發(fā)光材料層中引起臺階覆蓋問題。另外，光相關(guān)器件位于像素孔區(qū)域的一側(cè)使得該器件能夠集成到像素布局中而不影響像素孔。另外，光相關(guān)器件可以與發(fā)光材料區(qū)域的全部長度并排地延伸，以便它從大部分顯示元件區(qū)域接收光輸入。
光相關(guān)器件優(yōu)選包括例如具有PIN或NIP二極管疊層以及頂部和底部接觸端子的光電二極管。
通過橫向地在這種結(jié)構(gòu)中接收光，光相關(guān)器件的效率可以被改善，因?yàn)樵诠庵苯油溉氡菊鲗又械那闆r下，可以避免通過頂部(或底部)摻雜層的損耗。
二極管的頂部接觸端子優(yōu)選在疊層的頂部上方并且沿疊層的一側(cè)向下延伸，以及用作在光電二極管的該側(cè)上的像素的光屏蔽。這樣，二極管結(jié)構(gòu)從一側(cè)橫向地接收光，并且為從另一側(cè)橫向接收的光提供屏蔽。
顯示元件電極可以包括頂部基本透明的電極和底部基本不透明的反射電極。這限定了頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)。本發(fā)明使得像素內(nèi)光感測發(fā)生而不需要減小這種器件中的像素孔。
底部電極可不僅用于顯示功能，還用于將來自顯示元件的光反射到光相關(guān)器件。例如，底部電極可以反射以與法線所成的、大于與光相關(guān)器件所成的第一角度的角度發(fā)射的光。然后以小于第一角度的角度發(fā)射的光是顯示光，并且以大于第一角度的光基本是橫向照射。
另一反射層可以設(shè)置在光相關(guān)器件上面，并且用于將來自反射底部電極的反射光反射到光相關(guān)器件。由此，提供雙反射以將來自顯示元件的光橫向引導(dǎo)到光相關(guān)器件。
該器件可進(jìn)一步包括多個(gè)印刷壩(printing dam)，然后發(fā)光材料包括可印刷材料。在這種情況下，反射層可以形成在印刷壩的基底。然后光敏器件形成在印刷壩的下面。
印刷壩可以包括絕緣本體和在絕緣本體上方的導(dǎo)電金屬層。然后導(dǎo)電金屬層可以提供連接頂部基本透明的電極的較低電阻分路(shunt)，并且它還可以限定反射層。
在另一實(shí)施例中，電極可以包括頂部基本透明的電極和底部基本透明的電極，并且該器件進(jìn)一步包括在底部電極下面的附加反射層。這在顯示材料層和底部反射電極之間提供間隔，其使得更多橫向引導(dǎo)的光被光相關(guān)器件捕獲。頂部反射層可以再次設(shè)置在光相關(guān)器件上面并且用于將來自底部反射層的光反射到光相關(guān)器件。該頂部反射層可以形成在發(fā)光顯示元件的底部電極的水平處。
光相關(guān)器件可以與發(fā)光材料區(qū)域并排地延伸，并且可以沿發(fā)光材料區(qū)域的一側(cè)的基本全部長度延伸。它還可以在發(fā)光材料區(qū)域的上和下部周圍延伸。這最大化了暴露于來自顯示元件的橫向光的光相關(guān)器件的區(qū)域。
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是有源矩陣EL顯示器件的實(shí)施例的簡化示意圖；圖2圖解說明了像素電路的已知形式；圖3示出了第一個(gè)已知的光反饋像素設(shè)計(jì)；圖4示出了第二個(gè)已知的光反饋像素設(shè)計(jì)；圖5示出了本發(fā)明的顯示器件的示意像素；圖6示出了底部發(fā)射型顯示像素的已知結(jié)構(gòu)；圖7示出了頂部發(fā)射型顯示像素的已知結(jié)構(gòu)；圖8示出了結(jié)合光敏元件的底部發(fā)射型顯示像素的已知結(jié)構(gòu)；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合光敏元件的頂部發(fā)射型顯示像素結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合光敏元件的頂部發(fā)射型顯示像素結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合光敏元件的頂部發(fā)射型顯示像素結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合光敏元件的頂部發(fā)射型顯示像素結(jié)構(gòu)的第四實(shí)例；圖13示出了本發(fā)明可應(yīng)用于三個(gè)為一組的顯示子像素的一種方式；圖14示出了圖13的截面；圖15示出了本發(fā)明可應(yīng)用于三個(gè)為一組的顯示子像素的第二種方式；以及圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合光敏元件并使用光敏晶體管的頂部發(fā)射型顯示像素結(jié)構(gòu)的第五實(shí)例。
相同的參考數(shù)字在整個(gè)附圖中都表示相同或相似的部分。
圖1示出了已知的有源矩陣電致發(fā)光顯示器件。該顯示器件包括面板，該面板具有由方框1表示的規(guī)則間隔開的像素的行列矩陣陣列，并包括電致發(fā)光顯示元件2以及相關(guān)開關(guān)裝置，其位于行(選擇)和列(數(shù)據(jù))尋址導(dǎo)體4和6的交叉組之間的交點(diǎn)處。為了簡單起見在圖中只示出了幾個(gè)像素。實(shí)際上可以存在數(shù)百行和列的像素。通過包括與各組導(dǎo)體的端連接的行掃描驅(qū)動電路8和列數(shù)據(jù)驅(qū)動電路9的外圍驅(qū)動電路，經(jīng)由行和列尋址導(dǎo)體組來尋址像素1。
電致發(fā)光顯示元件2包括有機(jī)發(fā)光二極管，這里表示為二極管元件(LED)并包括其間夾有有機(jī)電致發(fā)光材料的一層或多層有源層的電極對。陣列的顯示元件與在絕緣支撐體一側(cè)上的相關(guān)有源矩陣電路一起被承載。顯示元件的陰極或陽極由透明導(dǎo)電材料形成。支撐體是諸如玻璃的透明材料，并且最靠近基板的顯示元件2的電極可以包括諸如ITO的透明導(dǎo)電材料，以便由電致發(fā)光層產(chǎn)生的光可以透過這些電極和支撐體，使得支撐體的另一側(cè)的觀察者能夠看見。
圖2以簡化的示意形式示出了用于提供電壓尋址操作的最基本的像素和驅(qū)動電路配置。每個(gè)像素1包括EL顯示元件2和相關(guān)的驅(qū)動電路。驅(qū)動電路具有尋址晶體管16，其通過行導(dǎo)體4上的行尋址脈沖導(dǎo)通。當(dāng)尋址晶體管16導(dǎo)通時(shí)，列導(dǎo)體6上的電壓可以傳遞給像素的其余部分。特別地，尋址晶體管16供給列導(dǎo)體電壓給電流源20，其包括驅(qū)動晶體管22和存儲電容器24。給驅(qū)動晶體管22的柵極供給列電壓，且即使行尋址脈沖結(jié)束后仍借助存儲電容器24將柵極保持在該電壓。
該電路中的驅(qū)動晶體管22被實(shí)現(xiàn)為p型TFT，從而存儲電容器24保持柵-源電壓固定。這導(dǎo)致固定的源極-漏極電流通過晶體管，因而其提供了像素的期望的電流源操作。
在上面基本的像素電路中，對于基于多晶硅的電路，由于在晶體管溝道中多晶硅顆粒的統(tǒng)計(jì)分布，所以存在晶體管的閾值電壓的變化。然而，多晶硅晶體管在電流和電壓應(yīng)力下相當(dāng)穩(wěn)定，從而閾值電壓保持基本恒定。
閾值電壓的變化在非晶硅晶體管中、至少在基板上方的短范圍內(nèi)是小的，但是閾值電壓對于電壓應(yīng)力非常敏感。施加驅(qū)動晶體管所需的閾值以上的高電壓導(dǎo)致閾值電壓的大變化，該變化依賴于顯示圖像的信息內(nèi)容。因此與不是非晶硅晶體管的那種相比，非晶硅晶體管的閾值電壓總是存在大差別。這種差別老化在利用非晶硅晶體管驅(qū)動的LED顯示器中是嚴(yán)重的問題。
除了晶體管特性的變化之外，LED本身也存在差別老化。這是由于施加電流應(yīng)力之后發(fā)光材料的效率降低。在大多數(shù)情形下，通過LED的電流和電荷越多，效率越低。
圖3和4示出了具有用于提供老化補(bǔ)償?shù)墓夥答伒南袼夭季值膶?shí)例。
在圖3的像素電路中，光電二極管27將存儲在電容器24(C數(shù)據(jù))上的柵電壓放掉，導(dǎo)致亮度減小。當(dāng)驅(qū)動晶體管22(T驅(qū)動)上的柵電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)，顯示元件2將不再發(fā)射，其后存儲電容器24將停止放電。電荷從光電二極管27泄漏的速率是顯示元件輸出的函數(shù)，從而光電二極管27用作光敏反饋器件。一旦驅(qū)動晶體管22關(guān)斷，顯示元件陽極電壓就減小，使得放電晶體管29(T放電)導(dǎo)通，從而存儲電容器24上剩余的電荷被快速失去，并且亮度(luminance)被切斷。
當(dāng)保持柵-源電壓的電容器放電時(shí)，顯示元件的驅(qū)動電流逐漸降低。因而，亮度減小。這導(dǎo)致較低的平均光強(qiáng)度。
圖4示出了由申請人已經(jīng)提出的電路，其具有恒定的光輸出并根據(jù)光輸出在某時(shí)關(guān)斷。
驅(qū)動晶體管22的柵-源電壓再次保持在存儲電容器24(C存儲)上。然而，在該電路中，借助充電晶體管34從充電線32將該電容器24充電至固定電壓。因而，將驅(qū)動晶體管22驅(qū)動到恒定級別，其獨(dú)立于顯示元件要被照射時(shí)輸入到像素的數(shù)據(jù)。通過改變占空因數(shù)、尤其是通過改變驅(qū)動晶體管關(guān)斷的時(shí)間來控制亮度。
通過使存儲電容器24放電的放電晶體管36來關(guān)斷驅(qū)動晶體管22。當(dāng)放電晶體管36導(dǎo)通時(shí)，電容器24快速放電，并且驅(qū)動晶體管關(guān)斷。
當(dāng)柵電壓達(dá)到足夠的電壓時(shí)放電晶體管36導(dǎo)通。光電二極管27被顯示元件2照射并根據(jù)顯示元件2的光輸出再次產(chǎn)生光電流。該光電流給放電電容器40(C數(shù)據(jù))充電，并在特定的時(shí)間點(diǎn)，電容器40兩端的電壓將達(dá)到放電晶體管36的閾值電壓，并由此使其導(dǎo)通。該時(shí)間依賴于最初存儲在電容器40上的電荷和光電流，其又依賴于顯示元件的光輸出。該放電電容器最初存儲數(shù)據(jù)電壓，從而初始數(shù)據(jù)和光反饋都影響電路的占空因數(shù)。
存在具有光反饋的像素電路的多種替換實(shí)施方式。圖3和4示出了p型實(shí)施方式，還存在n型實(shí)施方式，例如用于非晶硅晶體管。
現(xiàn)在將參考圖5總體上描述本發(fā)明。
如圖5所示，每個(gè)像素50具有相對于像素電極54橫向定位的光相關(guān)器件52。器件52的設(shè)計(jì)，優(yōu)選是PIN或NIP二極管或肖特基二極管，允許從所關(guān)心的像素50a的橫向照射但是用作相鄰像素50b的光屏蔽。
光電二極管52被構(gòu)造在像素孔的外面。在一些實(shí)施例中，橫向照射允許NIP/PIN器件用金屬覆蓋其頂部窗口，以便還可以減少環(huán)境光通過傳感器。
以這種方式使用的NIP/PIN光電二極管的效率跨越所有波長將是良好的，因?yàn)槠骷腘和P層內(nèi)的吸收損耗不再由于光可以進(jìn)入經(jīng)過器件的一側(cè)而被看到。光水平將低于器件直接在孔下面時(shí)，因此大光電二極管是優(yōu)選的，如圖5所示。這去除了非常小的器件的不均勻性效應(yīng)。
在其他實(shí)施例中，橫向定位的光電二極管仍可使用反射路徑接收來自上面的光。
本發(fā)明的配置尤其適合于通過陰極(頂部發(fā)射)發(fā)射光的顯示器件，而不是通過陽極(底部發(fā)射)發(fā)射光的器件。對于此的原因?qū)南旅骓敳亢偷撞堪l(fā)射的常規(guī)像素布局的討論變得明顯。
圖6示出了包括有源矩陣的已知的基本底部發(fā)射結(jié)構(gòu)。
該器件包括其上方沉積了有驅(qū)動晶體管半導(dǎo)體本體62的基板60。柵極氧化物介電層64覆蓋半導(dǎo)體本體，并且在柵極介電層64上設(shè)置有頂部柵電極66。
第一絕緣層68(一般是二氧化硅或氮化硅)在柵電極(其一般也形成行導(dǎo)體)與源和漏電極之間提供了間隔。這些源和漏電極由絕緣層68上的金屬層70限定，并且這些電極通過所示的通孔與半導(dǎo)體本體相連。
第二絕緣層72(一般也是二氧化硅或氮化硅)在源和漏電極(其一般也形成列導(dǎo)體)與LED陽極之間提供了間隔。LED陽極74設(shè)置在第二絕緣層72上。
在如圖6所示的底部發(fā)射型顯示器的情形下，該底部陽極需要是至少部分透明的，并且一般使用ITO。
EL材料76形成在陽極上方的阱中，并且優(yōu)選通過印刷來沉積。分開的子像素被形成用于三基色，并且印刷壩78輔助不同EL材料的精確印刷。
印刷壩78能印刷單個(gè)像素。該壩層一般由絕緣聚合物形成并具有幾微米的高度。公共陰極80設(shè)置在顯示器上方，并且這是反射型的且對于所有像素都處于公共電位(圖2中的地)。
圖7示出了包括有源矩陣的基本的已知的頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基本上與圖6中的相同，但是陽極74a是反射型的，并且陰極80a是透射型的。陰極也可由ITO形成，但可在ITO和聚合物之間具有薄金屬、幾種金屬的組合(例如Bg/Ag)、或硅化物涂層，以控制電子注入的勢壘。例如，這可以是薄的5nm的鋇層/20nm的銀層。保護(hù)和封裝層82覆蓋顯示器。
在頂部發(fā)射型顯示器中，需要透明的陰極。然而該陰極必須為高導(dǎo)電性的，并且目前高導(dǎo)電性的透明金屬不容易獲得。因此頂部發(fā)射型顯示器的陰極包括在發(fā)射像素部分頂部上且與較低電阻導(dǎo)電(不透明的)金屬79分路的(半)透明層。通過如圖所示在壩78頂部上設(shè)置該高導(dǎo)電金屬79，像素孔沒有損失。
根據(jù)材料的電特性，陽極金屬可以是高功函數(shù)金屬，并且已知在反射金屬頂部上設(shè)置ITO層，以在LED疊層中獲得高功函數(shù)。這樣，陽極電極還可以滿足涉及電致發(fā)光材料的物理特性的要求，例如聚合物的潤濕。
圖8示出了以常規(guī)的方式在底部發(fā)射結(jié)構(gòu)中集成非晶硅PIN/NIP光電二極管84。這種類型的光傳感器是優(yōu)選的，因?yàn)閷τ诠馕諄碚f非晶硅具有高量子效率。
因?yàn)橛糜谛纬啥O管疊層的底部電極86的柵極金屬將光傳感器與外部光87隔開，所以這種類型的光傳感器對于底部發(fā)射是理想的。圖8中示意性所示的二極管疊層的開放的頂部孔允許來自LED的光進(jìn)入，如箭頭88所示。
清楚的是，傳感器在陽極層下面的定位不適合于頂部發(fā)射，其中陽極是反射型的和不透明的金屬。另外，二極管可能在電致發(fā)光材料層中產(chǎn)生臺階覆蓋問題，引起像素特性的不均勻性。
圖9更詳細(xì)地示出了用于頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第一實(shí)施方式。其中圖9中的部件對應(yīng)于圖6和7中的那些，使用相同的參考標(biāo)記并且不再重復(fù)描述。
光電二極管90位于顯示器的EL材料區(qū)域的一側(cè)，并且包括例如高度為大約1.5μm的NIP/PIN疊層。光電二極管被從LED孔的一側(cè)發(fā)射的光照射，如箭頭92所示。二極管疊層夾在頂部和底部電極93、94之間，并且在所示的結(jié)構(gòu)中，底部電極由源極/漏極金屬層70形成，以及頂部電極93由陽極金屬層74a形成。頂部電極覆蓋二極管疊層的頂部，以便該器件僅被橫向照射。頂部電極93還屏蔽二極管疊層免受來自一側(cè)以及來自上面的照射。
光電二極管被構(gòu)造在印刷壩78的下面，因此對頂部發(fā)射孔不具有影響。來自LED的光必須進(jìn)入二極管的側(cè)壁，并且為此目的，二極管必須具有大高度。適當(dāng)?shù)姆蔷Ч瓒O管高度是1.5μm，盡管它可以更低，例如是200nm-1μm。
圖9給出了源極/漏極上的絕緣層72和陽極金屬的層厚度的實(shí)例。這些厚度允許相對于二極管疊層的LED層76的垂直調(diào)節(jié)。1.5μm高度的二極管足以聚集來自LED的光。使陽極金屬變薄可以在LED向上發(fā)射時(shí)使二極管聚集更多的光，因此電致發(fā)光層的平面上的光電二極管越多，它將聚集的光越多。
厚非晶硅光電二極管不存在額外的平面化問題，因?yàn)槎O管不在LED孔下面。層72平面化了像素孔下面的TFT。
二極管應(yīng)當(dāng)被制作得盡可能長，優(yōu)選長度與孔的尺寸相同，以聚集盡可能多的光。其寬度可以被限制在幾微米，因?yàn)閮H需要壁寬度來吸收紅色光子。這也是有利的，因?yàn)閴螌挾瓤梢栽诟叻直媛实南袼卦O(shè)計(jì)中是窄的。
將光電二極管與外部光隔開通過使用陽極金屬形成的頂部二極管接觸來實(shí)現(xiàn)，如上所述。甚至以非常淺的角度進(jìn)入顯示器的光將朝向顯示器法線被強(qiáng)烈折射(因?yàn)槭褂玫牟牧暇哂懈哒凵渎?，例如n＞1.8)，因此頂部接觸陽極金屬仍阻擋該光。通過如圖9所示保證在二極管上形成頂部接觸的金屬陽極用作光阻擋，還應(yīng)保護(hù)二極管不受來自相鄰像素的光的影響。
在上述實(shí)例中，光電二極管僅被橫向照射。然而，可以提供垂直照射或者允許垂直和橫向照射。
圖9中的方案僅收集二極管邊緣上的光，并且光電二極管的垂直位置必須因此被設(shè)置并被精確控制。
圖10示出(更示意性地)一種修改，其中在顯示材料76和光電二極管90之間限定反射路徑。這使得光電二極管能夠收集區(qū)域而不是邊緣上方的光，并允許層結(jié)構(gòu)內(nèi)的光電二極管的垂直定位的更多柔韌性。圖10僅示出與該修改相關(guān)的層，并且是器件的局部表示。
在圖10中，列金屬70用于反射被向下引導(dǎo)的光，而不是反射陽極。LED陽極74是透明的，并通過所示的通孔連接到列金屬層70。光電二極管90現(xiàn)在位于LED層76的直接視線以外，并且它被放置在柵極金屬62的水平處而不是如圖9中的列金屬水平處。由于對精確垂直位置的敏感性，收集的直射光可能引起不均勻性，并且圖10的實(shí)施例降低了這種敏感性。
為了通過頂表面將光反射到光電二極管中，像素下面的反射器理想上在ITO陽極74下面應(yīng)盡可能地深，并且還應(yīng)橫向延伸超過ITO陽極74，如圖10所示，以增加收集的角度。
如圖10所示，列金屬70提供向下引導(dǎo)的光的第一反射。以與法線所成的、大于最小值的角度發(fā)射的光將被反射，并且被基本上橫向地引導(dǎo)并具有向上的分量(箭頭100)。反射層102被設(shè)置在光電二極管90上面，用于提供第二反射給光電二極管的該光分量。為此，印刷壩聚合物可用作掩模，用于刻蝕反射層以使反射器102留在印刷壩78的基底處。
該反射器102將光引導(dǎo)到光電二極管的頂部，還可以用作環(huán)境光的光屏蔽。
圖11示出了圖10的變型，其中在ITO陽極74的水平處添加頂鏡110。再次由列金屬層70提供第一反射。圖11還更清楚地示出了形成在柵極金屬層62上的光電二極管90，并且還示出了TFT半導(dǎo)體層66和柵極介電層64。
用于使用通孔將ITO陽極74連接到列金屬層的處理階段還可以用于形成更高效率的有角度的鏡110，如圖11所示。LED下面的其他水平(例如柵極金屬62和半導(dǎo)體層66)還可以用于根據(jù)需要相對于光電二極管調(diào)節(jié)像素的高度，以控制光角度。LED和頂層、以及印刷壩未在圖11中示出。
圖12示出了另一種修改，其中兩個(gè)鏡之間的高度差進(jìn)一步增加以改善光收集效率。壩聚合物再次用于將鏡102限定在更高的水平，但是柵極金屬層62而不是列金屬用于限定底鏡。頂鏡金屬還可以在壩78下面被刻蝕以提供有角度的輪廓，并且這可以降低任何像素至像素泄漏。半導(dǎo)體層66還可以從形成底部反射器的柵極金屬部分下面被去除以產(chǎn)生增加的分離，或者如所示留在原位。該半導(dǎo)體層具有高表面粗糙度，其向上傳播直到柵極金屬層，并且該粗糙度可以增強(qiáng)散射至淺角度的光。
柵極金屬用作反射器的圖12的實(shí)例給出將最大ITO層74提供給反射器分離。使頂部反射器沿結(jié)構(gòu)向上盡可能高還能夠通過較寬的角范圍收集光。
彩色顯示器的像素被分組成不同顏色的子像素，并且為了完整起見圖13示出了三個(gè)為一組的三個(gè)有源矩陣LED像素50(R、G、B)的頂視圖，壩78和光傳感器90在壩下面的像素的一側(cè)處。
圖14示出了像素和壩的組合的截面圖。對于二極管的良好操作，重要的是降低漏電流。這可被提供用于通過將隔離間隔物130置于二極管的兩側(cè)來降低側(cè)壁處的電流泄漏。圖14還示出了降低光學(xué)串?dāng)_的另一方法，其中壩頂部上的陰極分路金屬79是不對稱的。在壩的右側(cè)，金屬79屏蔽光傳感器不受由相鄰像素發(fā)射的光的影響，并且這可用于與如上所述的頂部電極的使用相結(jié)合(例如，如接觸132所示的)。
接收光的光電二極管的區(qū)域由面向LED層的側(cè)壁的區(qū)域給出。由于二極管疊層的高度可以是1.5μm或更小，因此該區(qū)域可以非常小。如上所述，盡管二極管的高度優(yōu)選相對低，但是寬度可以與像素長度一樣大，如圖13所示。
二極管疊層的暴露側(cè)壁的長度可以進(jìn)一步增加，如圖15所示。在這種情況下，像素有源區(qū)域的圓周的大部分用于照射光電二極管，除了一個(gè)邊緣(圖15中的左邊緣)之外。在該邊緣處，放置了相鄰像素的光電二極管。
該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增加了被光電二極管感測的光的量。
上述實(shí)例都使用了光電二極管光傳感器。還可以使用非晶硅光TFT，如圖16所示。這包括源152和漏154電極頂部上的非晶硅層150。源極和漏極之間的溝道中吸收的光子產(chǎn)生光電流，其可以被源和漏電極感測。光電流還可能受非晶硅層頂部上的柵電極的施加的影響。
金屬壩在這種情況下可用作非晶硅光TFT的柵極和陰極之間的分路79。以與基板成微小角度發(fā)射的光可再次被金屬79的內(nèi)部朝向光TFT反射，增加了光電流的大小。圖15的實(shí)施例使用由被分路金屬79覆蓋的絕緣透明材料形成的壩。
低溫多晶硅光TFT也可以用作光敏器件，所得到的幾何形狀類似于圖16。
本發(fā)明的顯示器件將得到作為移動應(yīng)用(電話、PDA、數(shù)碼相機(jī))中、(膝上型)監(jiān)控器中、和電視機(jī)中的平板顯示器的特殊應(yīng)用。本發(fā)明還提供避免透發(fā)射型顯示器(trans-emissive display)中的環(huán)境光敏感性的解決方案，例如用在窗口或頭戴式顯示器中。在透發(fā)射型顯示器的情況下，來自另一側(cè)的日光可以例如被電源線屏蔽。
本發(fā)明的顯示器件的制造中涉及的工藝沒有在本申請中描述，因?yàn)樗鼈儗τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員來說是常規(guī)慣例。可以采用非晶硅、多晶硅、微晶硅或其他半導(dǎo)體晶體管技術(shù)。本發(fā)明可以應(yīng)用于任何像素電路，其中光敏器件用作每個(gè)像素的反饋元件。
如上所述，本發(fā)明提供用于頂部發(fā)射型器件結(jié)構(gòu)的特定優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明還可以用于改善光收集效率并去除底部發(fā)射型顯示器結(jié)構(gòu)中的臺階覆蓋問題。
通過閱讀本公開，其他修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。
權(quán)利要求
1.一種包括顯示像素陣列的有源矩陣顯示器件，每個(gè)像素包括電流驅(qū)動型發(fā)光顯示元件(2)，其包括夾在電極(74，80)之間的發(fā)光材料區(qū)域(76)；光相關(guān)器件(27，52，90)，其用于檢測顯示元件(2)的亮度；和驅(qū)動晶體管電路(16，22，24，29；16，22，24，34，36，40)，其用于驅(qū)動通過顯示元件的電流，其中響應(yīng)于光相關(guān)器件輸出來控制驅(qū)動晶體管(22)，其中光相關(guān)器件(52，90)橫向定位于發(fā)光材料區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中光相關(guān)器件(27，52，90)包括光電二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中光電二極管包括PIN或NIP二極管疊層或肖特基二極管以及頂部(93)和底部(94)接觸端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其中頂部(93)接觸端子在疊層的頂部上方并沿疊層的一側(cè)向下延伸，并用作光電二極管的該一側(cè)上的像素的光屏蔽。
5.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的器件，其中電極包括頂部基本透明的電極(80a)和底部基本不透明的反射電極(74a)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中底部電極(74a)用于將來自顯示元件的光反射到光相關(guān)器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件，其中底部電極(74a)用于反射以與法線所成的、大于與光相關(guān)器件所成的第一角度的角度發(fā)射的光。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的器件，進(jìn)一步包括在光相關(guān)器件上面并用于將來自底部電極(74a)的光反射到光相關(guān)器件的反射層(102)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的器件，其中該器件進(jìn)一步包括多個(gè)印刷壩(78)，以及發(fā)光材料(76)包括可印刷材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中反射層(102)形成在印刷壩(78)的基底處。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中印刷壩包括絕緣本體和在絕緣本體上方的導(dǎo)電金屬層(79)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件，其中導(dǎo)電金屬層(79)提供連接頂部基本透明的電極的較低電阻分路。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的器件，其中導(dǎo)電金屬層(79)限定反射層。
14.根據(jù)權(quán)利要求9～13中的任一項(xiàng)所述的器件，其中光敏器件(90)形成在印刷壩下面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任一項(xiàng)所述的器件，其中電極包括頂部基本透明的電極和底部基本透明的電極(74)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中該器件進(jìn)一步包括在底部電極(74)下面的附加反射層(70；62)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的器件，進(jìn)一步包括反射層(102；110)，其在光相關(guān)器件(90)上面，并用于將來自反射層(102；110)的光反射到光相關(guān)器件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中反射層(110)形成在發(fā)光顯示元件的底部電極(74)的水平處。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中該器件進(jìn)一步包括多個(gè)印刷壩(78)，以及發(fā)光材料(76)包括可印刷材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的器件，其中反射層(102)形成在印刷壩(78)的基底處。
21.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的器件，其中光相關(guān)器件與發(fā)光材料區(qū)域并排地延伸并沿發(fā)光材料區(qū)域的一側(cè)的基本全部長度延伸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的器件，其中光相關(guān)器件在發(fā)光材料區(qū)域的上和下部周圍延伸。
23.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的器件，其中發(fā)光顯示元件包括電致發(fā)光顯示元件。
全文摘要
有源矩陣顯示器件包括顯示像素陣列，并且每個(gè)像素包括EL顯示元件、用于檢測顯示元件的亮度的光相關(guān)器件、和用于通過顯示元件驅(qū)動電流的驅(qū)動晶體管電路。響應(yīng)于光相關(guān)器件輸出來控制驅(qū)動晶體管，以便可以實(shí)施老化補(bǔ)償。光相關(guān)器件橫向定位于EL顯示元件的發(fā)光材料區(qū)域。這樣，光相關(guān)器件不引起臺階覆蓋問題，并可以集成到像素布局中而不影響像素孔。另外，光相關(guān)器件可以與發(fā)光材料區(qū)域的全部長度并排地延伸，以便它從大部分顯示元件區(qū)域接收光輸入。
文檔編號G09G3/20GK1934605SQ200580008438
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者D·A·菲什, N·D·楊, H·里夫卡, A·吉拉爾多, W·奧普特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司