TWI869215B - 顯示面板的結構 - Google Patents
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Abstract
一種顯示面板，包含有複數個像素，其中一第一像素包含有一發光元件、一第一金屬層、及位於該第一金屬層下方的一第二金屬層。該發光元件具有一第一電極及一第二電極。該第一金屬層包含有耦接於該發光元件的該第一電極之一內電極板，且包含有耦接於該發光元件的該第二電極並與該第一金屬層的該內電極板透過一第一環狀空間隔開之一外電極板。該第二金屬層包含有耦接於該第一金屬層的該內電極板之一內電極板，且包含有與該第二金屬層的該內電極板透過一第二環狀空間隔開之一外電極板。其中，該第二環狀空間的長度不同於該第一環狀空間的長度。
Description
本發明係指一種顯示面板的結構，尤指一種有機發光二極體（Organic Light Emitting Diode，OLED）面板的結構。
有別於傳統發光二極體（Light Emitting Diode，LED）或有機發光二極體（Organic LED，OLED）面板其螢幕構建在玻璃基板上的方式，次世代有機發光二極體面板（如微型有機發光二極體（micro-OLED）面板）的螢幕係直接貼裝在矽晶圓上。在這種次世代有機發光二極體面板的製作程序中，像素元件（例如電容和金氧半電晶體（Metal-Oxide Semiconductor Transistor，MOS Transistor））及其金屬導線係透過互補式金氧半（Complementary MOS，CMOS）製程來實現，再將有機發光二極體元件蒸鍍（evaporation planting）在最上層金屬層的上方，即可完成上發光（top-emission）有機發光二極體面板的製作。
在上發光有機發光二極體面板中，有機發光二極體發出的光線係向上發送以產生欲顯示的影像，但仍可能存在部分光線散漏到底層的金氧半電晶體，而照射到金氧半電晶體的漏光可能導致電晶體產生漏電流。一般來說，用來驅動有機發光二極體的操作電流通常位於奈安培（nanoampere）及皮安培（picoampere）之間的等級。在此情況下，漏電流被要求應低於數個飛安培（femtoampere），以避免影響有機發光二極體的正常發光。
因此，本發明之主要目的即在於提出一種新式的有機發光二極體（Organic Light Emitting Diode，OLED）面板結構，以降低照射到電晶體的漏光，使漏電流達到最小。
本發明之一實施例揭露一種顯示面板，其包含有複數個像素，其中，該複數個像素中的一第一像素包含有一發光元件、一第一金屬層、及位於該第一金屬層下方的一第二金屬層。該發光元件具有一第一電極及一第二電極。該第一金屬層包含有一內電極板及一外電極板，其中，該內電極板耦接於該發光元件的該第一電極，且該外電極板耦接於該發光元件的該第二電極，並與該第一金屬層的該內電極板透過一第一環狀空間隔開。該第二金屬層包含有一內電極板及一外電極板，其中，該內電極板耦接於該第一金屬層的該內電極板，且該外電極板與該第二金屬層的該內電極板透過一第二環狀空間隔開。其中，該第二環狀空間的長度不同於該第一環狀空間的長度。
對於矽基（silicon-based）有機發光二極體（Organic Light Emitting Diode，OLED）面板而言，像素中的電容和金氧半電晶體（Metal-Oxide Semiconductor Transistor，MOS Transistor）及其連接線係透過互補式金氧半（Complementary MOS，CMOS）製程來實作。接著，有機發光二極體的陽極、發光層和陰極蒸鍍（evaporation planting）在這些電路元件及金屬導線上（即位於頂部金屬層上）。發光層可鍍上紅色、綠色或藍色材料以散發不同顏色的光線，抑或鍍上白色材料搭配彩色濾光片的設置來產生不同顏色。
為了抑制朝向底層金氧半電晶體的漏光，本發明提出了一種互補式金氧半製程的新式金屬層設計來阻隔漏光。第1圖為本發明實施例一顯示面板10之示意圖。顯示面板10可包含複數個像素，其中4個像素的部分金屬層結構繪示於第1圖中。如第1圖所示，每一像素包含有一頂部金屬層MT0（其係最上層）及一第二金屬層MT1（其係位於頂部金屬層MT0下方的次一層）。為求簡化，其它較低的金屬層和像素中的其它組成（如電晶體、電容、發光元件等）皆省略於第1圖中。
在每一像素中，頂部金屬層MT0可包含一內電極板102及一外電極板104，透過一環狀空間106彼此隔開。環狀空間106可填充絕緣材料，如氧化物。內電極板102位於環狀空間106所包圍的區域，外電極板104則位於環狀空間106外部。內電極板102可耦接至像素中的發光元件之一電極，如有機發光二極體的陽極。外電極板104可耦接至發光元件之另一電極，如有機發光二極體的陰極。由於有機發光二極體的陽極係貼裝在內電極板102上，較佳地，內電極板102的尺寸愈大愈好，以產生較強的光線強度。
第二金屬層MT1可包含一內電極板112及一外電極板114，透過一環狀空間116彼此隔開。同樣地，環狀空間116可填充絕緣材料，如氧化物。內電極板112位於環狀空間116所包圍的區域，外電極板114則位於環狀空間116外部。內電極板112可透過至少一導孔（via）122耦接至內電極板102，外電極板114可透過至少一導孔124耦接至外電極板104。內電極板112及外電極板114可透過其它導孔進一步耦接至下層，用以傳送欲提供予有機發光二極體陽極和陰極的供電壓及／或電流。需注意的是，第1圖中針對各電極板僅繪示單一導孔，但本領域具通常知識者應了解，金屬層之間可設置多個導孔來改善電壓／電流的傳輸能力。
如第1圖所示，每一像素中的有機發光二極體可正常進行發光，其發出向上的光線以產生所需要的亮度。此外，部分光線可能透過反射、折射、或散射而向下發散，以產生到達底層電路元件的漏光。在金屬層MT0及MT1中，漏光會通過透明的環狀空間106及116。因此，為了阻隔漏光並減少到達底層的光線，環狀空間116的長度應不同於環狀空間106的長度，且／或環狀空間116所包圍的面積應不同於環狀空間106所包圍的面積。更明確來說，環狀空間106及環狀空間116不應重疊，以避免形成直向底層的光線路徑。
如上所述，有機發光二極體的陽極係貼裝在內電極板102上，且內電極板102應具有較大的面積以產生較強的光線強度。在此情況下，頂部金屬層MT0中的環狀空間106可具有較大的直徑或長度。在此例中，環狀空間106為正方形的環狀空間以對應像素的面積。因此，正方形的環狀空間106具有較長的邊長。
為了阻隔向下的漏光，位於第二金屬層MT1的環狀空間116的直徑或長度可遠小於位於頂部金屬層MT0的環狀空間106的直徑或長度。同樣地，環狀空間116可以是正方形的環狀空間。因此，正方形的環狀空間116的邊長可小於環狀空間106的邊長。
第2圖繪示頂部金屬層MT0之上視圖。如第2圖所示，每一環狀空間106對應於一像素。環狀空間106所包圍的內電極板102耦接至相對應有機發光二極體的陽極。不同像素的外電極板104彼此相連，以接收相同的電壓準位並耦接至相對應有機發光二極體的陰極。
第3圖繪示顯示面板10上的一像素之剖面圖，其顯示第2圖中的X-X’橫截面。此像素包含有位於頂部金屬層MT0的內電極板102及外電極板104，位於第二金屬層MT1的內電極板112及外電極板114，以及連接金屬層MT0及MT1之間的導孔122及124。此像素亦包含有一基板130，其上設置有像素的電晶體和電容以及位於其它較下方金屬層的相關金屬繞線。此像素在頂部金屬層MT0的上方另包含有一保護層（passivation layer）140、一隔離層150及一有機發光二極體，此有機發光二極體包含有一陽極層162、一發光層164、一陰極層166及一陰極導孔168。
如第3圖所示，有機發光二極體的陽極層162貼裝在頂部金屬層MT0的內電極板102上並覆蓋內電極板102，因此陽極層162之發光面的面積大致等於內電極板102的表面面積。有機發光二極體的發光係在陽極層162的區域產生，因此內電極板102應具有較大的表面面積，以提升發光強度。
除此之外，第3圖繪示來自有機發光二極體的漏光會透過頂部金屬層MT0的空隙（即環狀空間106）向下發散。由於頂部金屬層MT0的空隙不與第二金屬層MT1的空隙重疊，因此漏光可被第二金屬層MT1上的金屬阻擋。
第4A～4E圖繪示本發明實施例第3圖中的像素結構之製造流程。在一實施例中，像素元件係透過互補式金氧半製程實作，以在一矽晶圓上進行製造。因此，用來攜帶像素中電路元件的基板130為矽基板。在互補式金氧半製程中（如第4A圖所示），像素的電晶體及電容實現於矽基板130上，接著金屬層（包含第二金屬層MT1及頂部金屬層MT0）的金屬繞線由下而上一層一層形成。金屬層上的金屬電極和金屬層之間的導孔可透過鋁、銅、鎢、或任何其它導電材料構成。關於電晶體之詳細結構應為本領域具通常知識者所熟知，因此在不影響本實施例的說明之下略而未示。
除此之外，可將保護層140沉積在頂部金屬層MT0上。保護層140可包含一鈍化保護膜，其可透過二氧化矽（silicon dioxide）、氮化矽（silicon nitride）、或氧化矽（silicon oxide）形成，但不限於此。
接著，保護層140可進行蝕刻，使得有機發光二極體材料可嵌入保護層140中（如透過蒸鍍的方式），如第4B圖所示。在一實施例中，可進行電漿蝕刻（plasma etching）來移除保護層140中的預定部分，以產生用來填入有機發光二極體的有機材料及電極材料的數個孔洞。
請參考第4C圖，在蝕刻流程之後，可將隔離層150沉積在保護層140的內側孔洞側邊。用來形成隔離層150的材料可以是二氧化矽、氮化矽、氧化矽、或任何其它非導電材料，但不以此為限。
接著，可將有機發光二極體的陽極層162及發光層164嵌入保護層140的內側孔洞，如第4D圖所示，再將陰極導孔168嵌入保護層140的外側孔洞，有機發光二極體的陰極層166則鍍在發光層164及保護層140的表面上，如第4E圖所示。在一實施例中，可利用蒸鍍流程來嵌入有機發光二極體材料，其包含陽極層162、發光層164及陰極層166。
在一實施例中，發光層164可包含具有發光能力的有機材料。陽極層162及陰極層166可由透明導電材料所構成，如氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）或氧化銦鋅（Indium Zinc Oxide，IZO），以避免阻擋正常的向上發光。陰極導孔168可由任意導電材料所構成，如氧化銦錫、氧化銦鋅或鎢。
值得注意的是，本發明之目的在於提出一種新式的顯示面板之像素結構。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，在上述實施例中，頂部金屬層中的環狀空間的長度大於頂部金屬層下方的第二金屬層中的環狀空間的長度，以在內電極板上形成較大的發光面。在另一實施例中，為避免漏光向下發散至底層，頂部金屬層中的環狀空間的長度可小於第二金屬層中的環狀空間的長度。只要兩相鄰金屬層之間的空隙不互相重疊以阻隔向下的漏光，其相關的實施方式皆應屬於本發明之範疇。除此之外，上述實施例中的正方形環狀空間僅是用來說明金屬層上的空隙之一種範例。在另一實施例中，環狀空間可以是任意形狀，如圓形環狀、長方形環狀、或不規則環狀等，但不限於此。
在部分實施例中，第二金屬層MT1及其它較下方的金屬層可良好設計，以進一步阻隔並減少向下的漏光。第5圖為本發明實施例一顯示面板50之示意圖。顯示面板50之結構類似於顯示面板10之結構，故功能相似的組成或元件皆以相同符號表示。顯示面板50與顯示面板10之間的差異在於，在顯示面板50中，第三金屬層MT2之結構設計為具有一金屬-氧化物-金屬（Metal-Oxide-Metal，MOM）電容。
更明確來說，第三金屬層MT2位於第二金屬層MT1下方並且和第二金屬層MT1相鄰。如第5圖所示，在每一像素中，金屬層MT2可包含二個柵狀的金屬導線502及504，其互相交錯而形成金屬-氧化物-金屬電容。第三金屬層MT2另包含有一特定電極板510，其透過至少一導孔512耦接至第二金屬層MT1的內電極板112，用來傳送電壓及／或電流以提供予有機發光二極體的陽極。較佳地，特定電極板510的直徑、側邊長度、及／或面積不同於內電極板112，以避免漏光通過特定電極板510周邊的空隙。同樣地，特定電極板510亦可以是任意形狀，其不限於第5圖所示。
值得注意的是，顯示面板上的像素電路通常具有一儲存電容，用來儲存資料電壓及臨界電壓之資訊，而包含有金屬導線502及504的金屬-氧化物-金屬電容即可用來實現儲存電容。金屬導線502及504的柵狀圖案之間的間隔可良好地配置以實現較高密度，進而減少漏光向下發散的空間。此外，金屬-氧化物-金屬電容之柵狀缺口通常小於一般用來傳送訊號的金屬繞線之間的缺口，因此，設置金屬-氧化物-金屬電容的金屬導線502及504可實現較高的金屬密度和較小的缺口，搭配適當的金屬柵狀設計能夠實現更佳的光線阻隔效果。
第6圖為本發明實施例另一顯示面板60之示意圖。顯示面板60之結構類似於顯示面板10之結構，故功能相似的組成或元件皆以相同符號表示。顯示面板60與顯示面板10之間的差異在於，在顯示面板60中，第二金屬層MT1的外電極板114可形成一金屬-絕緣層-金屬（Metal-Insulator-Metal，MIM）電容的頂部金屬電極，且頂部金屬層MT0的外電極板104可透過導孔124耦接至設置於像素邊界的另一電極板610，因此可透過電極板610來提供用於有機發光二極體陰極的電壓／電流。
在此例中，金屬-絕緣層-金屬電容可設置於金屬層MT1及其下方的金屬層，以實現像素的儲存電容。外電極板114作為金屬-絕緣層-金屬電容的頂部金屬電極，其可以是大面積的金屬電極板，能夠阻隔大量的漏光。就光線阻隔效果而言，金屬-絕緣層-金屬電容的大面積金屬電極板優於金屬-氧化物-金屬電容的柵狀圖案。
在各像素中，由於第二金屬層MT1的多數面積用來設置金屬-絕緣層-金屬電容，使得電極板610的面積可能無法提供充足的電壓／電流傳輸予有機發光二極體的陰極，因而在大量電流通過陰極時的壓降較為嚴重。為解決此問題，頂部金屬層MT0的外電極板104可透過像素外的金屬繞線進一步耦接至一電壓供應電路，以從電壓供應電路接收用於有機發光二極體陰極的電壓／電流。
第7圖為本發明實施例又一顯示面板70之示意圖。在顯示面板70中，第二金屬層MT1的外電極板114可作為金屬-絕緣層-金屬電容或金屬-氧化物-金屬電容之一金屬電極。因此，為了提供充足的電壓／電流予有機發光二極體的陰極，外電極板104可耦接至頂部金屬層MT0上位於像素外的一外部金屬板710，以進一步透過至少一導孔702耦接至一電壓供應電路700，以從電壓供應電路700接收所需要的電壓（如負電壓）。
第8圖繪示設置有金屬-氧化物-金屬電容以阻隔漏光的一像素80之剖面圖。第8圖所示的像素結構類似於第3圖所示的像素結構，因此相似的元件皆以相同符號表示。在像素80中，包含有多個柵狀圖案的一金屬-氧化物-金屬電容800設置於第三金屬層MT2。
第9圖繪示設置有金屬-絕緣層-金屬電容以阻隔漏光的一像素90之剖面圖。第9圖所示的像素結構類似於第3圖所示的像素結構，因此相似的元件皆以相同符號表示。在像素90中，一金屬-絕緣層-金屬電容900設置於數個金屬層，包括金屬層MT1及MT2。
除此之外，在像素80及90中，第二金屬層MT1的外電極板114可透過外部金屬繞線耦接至一電壓供應電路，進而針對陰極改善電壓／電流傳輸能力，類似於第7圖的實施方式。
綜上所述，本發明提出了一種新式的顯示面板之像素結構，其中，一或多個較上方的金屬層可進行良好設計，以阻隔向下漏光到達底層，進而減少或避免電晶體受到漏光照射而產生的漏電流。在一實施例中，第二金屬層中的環狀空間長度不同於頂部金屬層中的環狀空間長度，使得這兩個環狀空間不互相重疊，進而避免直向底層的光線路徑並減少漏光。在一實施例中，可將像素的金屬-絕緣層-金屬電容及／或金屬-氧化物-金屬電容設置於較上方的金屬層，以增加這些金屬層的金屬密度，進而減少到達底層電晶體的漏光。此外，可藉由互補式金氧半製程中良好的上方金屬層設計，來簡化有機發光二極體製程之金屬層結構，進而改善發光效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10, 50, 60, 70: 顯示面板
MT0: 頂部金屬層
MT1: 第二金屬層
102, 112: 內電極板
104, 114: 外電極板
106, 116: 環狀空間
122, 124, 512, 702: 導孔
130: 基板
140: 保護層
150: 隔離層
162: 陽極層
164: 發光層
166: 陰極層
168: 陰極導孔
MT2: 第三金屬層
502, 504: 金屬導線
510, 610: 電極板
710: 外部金屬板
700: 電壓供應電路
80, 90: 像素
800: 金屬-氧化物-金屬電容
900: 金屬-絕緣層-金屬電容
第1圖為本發明實施例一顯示面板之示意圖。
第2圖繪示頂部金屬層之上視圖。
第3圖繪示顯示面板上的一像素之剖面圖。
第4A圖至第4E圖繪示本發明實施例第3圖中的像素結構之製造流程。
第5圖為本發明實施例一顯示面板之示意圖。
第6圖為本發明實施例另一顯示面板之示意圖。
第7圖為本發明實施例又一顯示面板之示意圖。
第8圖繪示設置有金屬-氧化物-金屬電容以阻隔漏光的一像素之剖面圖。
第9圖繪示設置有金屬-絕緣層-金屬電容以阻隔漏光的一像素之剖面圖。
10: 顯示面板
MT0: 頂部金屬層
MT1: 第二金屬層
102, 112: 內電極板
104, 114: 外電極板
106, 116: 環狀空間
122, 124: 導孔
Claims (10)
- 一種顯示面板，包含有複數個像素，該複數個像素中的一第一像素包含有： 一發光元件，具有一第一電極及一第二電極； 一第一金屬層，包含有： 一內電極板，耦接於該發光元件的該第一電極；以及 一外電極板，耦接於該發光元件的該第二電極，並與該第一金屬層的該內電極板透過一第一環狀空間隔開；以及 一第二金屬層，位於該第一金屬層下方，該第二金屬層包含有： 一內電極板，耦接於該第一金屬層的該內電極板；以及 一外電極板，與該第二金屬層的該內電極板透過一第二環狀空間隔開； 其中，該第二環狀空間的長度不同於該第一環狀空間的長度。
- 如請求項1所述之顯示面板，其中該第二環狀空間的長度短於該第一環狀空間的長度。
- 如請求項1所述之顯示面板，其中該第一電極係該發光元件的陽極，該第二電極係該發光元件的陰極。
- 如請求項1所述之顯示面板，其中該第一環狀空間及該第二環狀空間皆為對應於該第一像素的面積之一正方形環狀空間。
- 如請求項1所述之顯示面板，其中該第二金屬層的該外電極板耦接於該第一金屬層的該外電極板。
- 如請求項1所述之顯示面板，其中該第二金屬層的該外電極板形成一金屬-絕緣層-金屬（Metal-Insulator-Metal，MIM）電容之一電極。
- 如請求項1所述之顯示面板，另包含有： 一第三金屬層，位於該第二金屬層下方，該第三金屬層包含有： 至少二條金屬導線，用以形成一金屬-氧化物-金屬（Metal-Oxide-Metal，MOM）電容。
- 如請求項7所述之顯示面板，其中該第三金屬層另包含有一特定電極板，耦接於該第二金屬層的該內電極板，其中，該特定電極板之直徑、側邊長度、或面積不同於該第二金屬層的該內電極板之直徑、側邊長度、或面積。
- 如請求項1所述之顯示面板，其中該第一金屬層的該外電極板透過該複數個像素外的一金屬繞線耦接至一電壓供應電路。
- 如請求項1所述之顯示面板，另包含有： 一矽基板，用來攜帶該顯示面板之該複數個像素。
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