CN1964063B

CN1964063B - 适用于有机发光二极管显示器的多晶硅薄膜象素电极

Info

Publication number: CN1964063B
Application number: CN 200610139874
Authority: CN
Inventors: 郭海成; 王文; 孟志国; 孙家鑫; 朱秀玲
Original assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Current assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: HK1104668A1; CN1964063A

Abstract

本项发明包括两个方面，其一，由于MIC/MILC多晶硅薄膜具有较高电导和在可见光区间低吸收的特点，可将该种多晶硅材料作为有机发光二极管显示器的电极材料，所形成的OLED具有微谐振腔效果。其二，将该种电极材料与金属诱导晶化的多晶硅薄膜晶体管相集成，显示电极与薄膜晶体管的有源层为同一层材料。使用该技术取代通常的氧化铟锡电极可使得基板得制备过程简单，可省去氧化铟锡薄膜得沉积过程，电极光刻和接触孔的光刻过程。这样可以有效的降低制造成本。

Description

适用于有机发光二极管显示器的多晶硅薄膜象素电极

技术领域

平板显示器现以成为显示工业中非常重要的部分，有机发光二极管便是其中最有前景的一个。在2002年，OLED显示器所占有的市场达到了11.2亿美元。预测，OLED显示器的收入将以每年65％的速度增长。到2008年，将达到23亿美元。本项发明涉及显示器制造技术，进一步讲为有机发光二极管显示器的制备技术，特别是可形成微谐振腔的有机发光二极管显示器多晶硅薄膜阳极技术和由该种多晶硅薄膜的象素电极和多晶硅薄膜晶体管所形成的有源选址基板技术。采用本发明，可以实现简化流程，高良品率低成本技术，制备高性能的平板显示器。

背景技术

有机发光二极管(OLED)技术是近年来发展起来的新型显示技术。其性能上具有很多优势，如自发光、快速相应、驱动电压低、功耗低、颜色鲜艳、视角宽等。被人们确认为继第一代CRT，第二代LCD之后的第三代显示器的主流技术。通常OLED的结构主要包括透明导电电极(ITO)为阳极、有机空穴传递层、发光层、电子传导层、金属薄膜阴极等。专利US Patent：5,550,066；US Patent：6,262,441；US Patent：6,501,217；Patent：6,597,110等进行了相应技术的研究工作。为改善OLED的色纯度，提高发光效率，人们提出了OLED微谐振腔技术。现在制备OLED谐振腔，通常采用低吸收的半透半反金属薄膜做阳极，高反射率的金属薄膜做阴极，使部分光在微腔中来回反射，形成谐振。是否有新的材料可以满足谐振腔阳极的要求那？研究中我们发现，采用金属诱导晶化(MIC)或横向晶化(MILC)的多晶硅薄膜，对可见光的吸收率较低，调整薄膜厚度可以调控透射率和反射率，P型的MIC/MILC多晶硅具有较好的电导特性和作为阳极较理想的功函数。这些特性使得该种P型掺杂的多晶硅具备了制备微谐振腔阳极的条件。采用该种多晶硅电极，进行了红、绿、蓝OLED器件的制备，获得了很好的结果。证明了采用多晶硅电极的微谐振腔结构的OLED，可实现高发光效率全彩色显示。

另一方面，要实现高质量的图像显示，在OLED显示器中，最佳的方法是采用薄膜晶体管(TFT)有源矩阵驱动。在研究中我们发现，多晶硅TFT的有源层的优化厚度40-50纳米，与OLED多晶硅象素电极的优化厚度相同。这样，我们制备OLED象素电极和TFT有源岛可在同一制备过程中完成。因此，可省去传统流程中的氧化铟锡薄膜的沉积过程，电极光刻和接触孔的光刻过程，使得OLED TFT有源选址基板的制备过程大大的简化，这样既可以节约制造时间，提高良品率，又能有效地降低制造成本。

发明内容

本发明的内容是研制一种新型的，性能更优良的，生产成本更低廉的，用于OLED显示器的多晶硅象素电极和多晶硅TFT寻址基板技术。

本发明主要是关于1)如何以MIC/MILC多晶硅为原材料制备OLED像素阳极2)如何将此像素阳极与薄膜晶体管相集成。

本发明所述的用于OLED显示器的多晶硅象素电极的制备方法经过下述步骤：

1)选择玻璃作为衬底。在上面沉积一层阻挡层，阻挡层以上是一层非晶硅层。其上再附着一层保护层，保护层上开有诱导孔。

2)在上述样品表面覆盖一层微量的诱导金属或含有诱导金属的物质。

3)将附着微量诱导金属的样品，进行退火，完成晶化过程。在这个过程中，诱导孔区域为金属诱导晶化区(MIC)，保护层覆盖处的非晶硅沿平行于表面的方向晶化，即横向晶化(MILC)。

4)晶化之后，将多晶硅上方的保护层去除。然后对薄膜多晶硅进行离子注入，活化后即形成多晶硅象素电极。

5)将未掺杂的多晶硅薄膜材料，加工成多晶硅TFT的有源岛图形和OLED阳极象素电极图形。

6)沉积栅绝缘层，形成栅电极图形。离子注入并活化，使多晶硅TFT的源漏区域和象素电极具有较好的导电性。

7)沉积电极绝缘层，开诱导孔，形成金属引出电极。

8)形成有机绝缘层，开OLED阳极窗口。

所述的玻璃衬底，为但不限于康宁1737F，鹰2000等。厚度0.3-3.0毫米。

所述的阻挡层，为但不限于氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，采用PECVD、LPCVD、溅射等方法沉积。厚度为30-900纳米。

所述的非晶硅采用但不限于PECVD、LPCVD、溅射等方法形成，厚度为10-300纳米。

所述的保护层为低温氧化硅(LTO)层，采用但不限于PECVD、LPCVD、溅射等方法形成，厚度为30-3000纳米。

所述的诱导口图形采用但不限于光刻的方法结合湿法腐蚀方法形成。

所述的微量金属为但不限于金属镍，含量为所催化非晶硅中硅量的0.1％-0.01％。采用但不限于溅射、蒸发、离子注入、溶液浸泡或旋涂等方法形成。

所述的退火过程是在氮气下完成的，温度为420-620℃，时间1-4小时。

所述的去掉多晶硅薄膜上的保护层，是指但不限于用LTO的腐蚀液(稀释氢氟酸、BOE)腐蚀掉该保护层。

所述的注入离子为但不限于硼离子，注入剂量2×10¹⁵-8×10¹⁵/平方厘米，活化温度为420-620℃。

所述的多晶硅TFT有源岛和OLED阳极象素电极是连在一起的。

所述的栅绝缘层为但不限于LTO，采用PECVD、LPCVD或溅射方法沉积。厚度20-500纳米。

所述的栅电极为但不限于多晶硅、金属。厚度100-3000纳米，采用光刻方法形成电极图形。

此处所述的注入离子为但不限于硼离子，注入剂量4-8×10¹⁵/平方厘米，活化温度为420-620℃。

所述的电极绝缘层为但不限于LTO、氮化硅。采用PECVD、LPCVD或溅射方法形成，厚度100-3000纳米。

所述的接触孔为金属引出电极与多晶硅源漏以及栅电极之间的接触孔，通过光刻方法形成。

所述的金属电极为不限于铝硅合金，采用溅射或蒸发方法沉积，厚度为100-3000纳米。

所述的金属引出电极是通过光刻的方法形成的。

所述的有机绝缘层可通过但不限于旋涂、印刷等方法形成与样品表面。多晶硅阳极窗口上的各种绝缘层，通过刻蚀、腐蚀的方法去除。

附图说明：

图1：从非晶硅开始制备多晶硅薄膜过程的截面示意图

图2：从非晶硅开始制备多晶硅薄膜过程的俯视图

图3：在样品表面沉积镍的截面示意图

图4：MIC/MILC多晶硅的平面示意图

图5：在MIC/MILC多晶硅膜上掺杂的截面示意图

图6：用MIC/MILC多晶硅作为薄膜电极的OLED单元的截面示意图

图7：用MIC/MILC多晶硅薄膜制作像素电极的AMOLED的截面示意图(在沉积有机功能层和阴极之前)

图8：以MIC/MILC多晶硅为薄膜晶体管和电极的像素的平面示意图(在沉积有机功能层和阴极之前)

图9：以MIC/MILC多晶硅和以ITO为阳极的红、绿、蓝OLED光谱特性的比较。

具体实施方式

本发明参照附图详述如下：

如图1所示，制备多晶硅器件的衬底材料101是但不限为康宁1737F、鹰2000等制备平板显示器的常用玻璃。为阻挡玻璃衬底中的杂质在制备的热过程中向有源层中扩散，在玻璃衬底上沉积50-3000纳米的阻挡层102，该阻挡层为但不限于低温氧化硅(LTO)，氮化硅或氮氧化硅低温氧化硅，采用但不限于PECVD、LTCVD或溅射等方法。在阻挡层102上，采用PECVD、LPCVD或溅射的方法制备多晶硅材料的前驱物非晶硅薄膜103，其厚度为10-300纳米。其上采用PEVCD、LPCVD或溅射的方法沉积一层保护层104，其厚度为30-300纳米。保护层上的诱导口采用光刻的方法形成。

图2所示的是图1所示样品的俯视图。诱导口可根据结晶需要形成各种形状的图形，如规则排列的方孔、圆孔或长条孔等。

图3所示的是，在保护层104的上面，采用但不限于溅射、蒸发、离子注入、溶液的浸泡或旋涂等方法，沉积微量镍105。其含量为所催化非晶硅中硅的0.1％-0.01％。一层能够诱导非晶硅晶化的诱导源。

图4所示的是，将以上样品放入退火炉中在420-620℃的环境下加热数小时后样品的俯视图。诱导口下方非晶硅变成MIC多晶硅106，而在保护层覆盖的地方非晶硅沿平行于表面的方向MILC多晶硅107。

图5所示的是，首先去除附着在多晶硅表面的保护层104，然后在MIC和MILC多晶硅中，注入或离子淋入P型杂质硼108，掺杂剂量4-8×10¹⁵/平方厘米，从而降低了多晶硅的电阻。被注入的杂质要在420-620℃的环境下活化，或者采用激光诱导加热技术使之活化，形成掺杂多晶硅电极薄膜109。

图6所示的是有源矩阵的有机发光显示(AMOLED)单元的截面图，它包括底部多晶硅电极109。110有机功能层一般包括以下几个层，从下向上依次是孔注射层(HIL)/孔运输层(HTL)/发射层(EML)/电子传输层(ETL)。111反射电极一般是单层金属(例如：铝)或者双分子层(例如：LiF/Al)或者三分子层(LiF/Al/Ag)结构。

图7所示的是AMOLED的一个像素的截面图(尚未沉积110有机功能层和111反射阴极)，使用的多晶硅TFT 113和多晶硅像素电极109。所述的多晶硅象素电极可见光范围平均吸收率为5-20％，方块电阻为0.2-1KΩ/方块，厚度20-100纳米。多晶硅TFT有源层113b和像素电极是同一层多晶硅，因此不需要溅射ITO膜，不需要像素的掩模图和电极的接触孔掩模，有源层和像素电极层联系非常紧密。114低温氮化硅或LTO层。113a为TFT的金属电极。

图8所示的是AMOLED的一个像素的平面图(尚未沉积110有机功能层和111反射阴极)，115扫描线和保持电容。TFT的漏极延伸形成像素电极，因此可以得到大的占空比。

图9所示的是以MIC/MILC多晶硅和以ITO为阳极的红、绿、蓝OLED光谱特性的比较。以多晶硅为阳极的OLED的光谱宽度比以ITO为阳极的OLED的光谱相比，宽度变窄。

具体实施制备方法是：

1)1.1毫米的康宁1737F玻璃101上，采用PECVD的方法，沉积200纳米氮化硅100纳米LTO做为阻挡层102。之后，在550℃下，LPCVD沉积50纳米的非晶硅层103。在非晶硅层上面LPCVD沉积150纳米的LTO层做阻挡层104，并通过光刻的方法，形成诱导口。

2)在上述样品上，采用镍硅混合靶，氩氧混合气体溅射微量镍105附着在样品表面，镍含量为非晶硅中硅的～0.05％。

3)将上面的样品放在590℃的环境中进行3小时退火处理。形成MIC106/MILC107多晶硅薄膜。

4)晶化之后，保护层完成其使命，将其去除。然后在晶化区域注入4×10¹⁵/平方厘米的硼108作为掺杂剂。之后，在550℃退火1小时。该过程就可以完成多晶硅电极材料109的制备。

5)在有源寻址矩阵中，选择未注入的本征MIC/MILC多晶硅薄膜，光刻出多晶硅TFT的有源岛113b和多晶硅象素电极图形。LPCVD方法沉积100纳米的LTO栅绝缘层，之后沉积280纳米的多晶硅电极层，并光刻成栅电极。采用离子注入的方法，40KeV的能量，4×10¹⁵/平方厘米的剂量注入硼，在550℃活化1小时，形成具有良好性能的MIC/MILC-TFT 113和具有良好光学特性和电学特性的P型MIC/MILC多晶硅薄膜象素电极109。

6)LPCVD的方法，沉积500纳米的LTO作为电极绝缘层。光刻加工出接触孔，溅射500纳米的铝硅合金，光刻加工成金属引出电极113a。之后在含氢氮气中420℃退火，完成合金化过程。

7)之后采用干法刻蚀和湿法腐蚀结合的方法，去掉多晶硅电极上的LTO绝缘层，打开多晶硅象素电极窗口。到此，多晶硅TFT和多晶硅象素电极的有源寻址基板制备完成。

Claims

1.OLED显示器的基板，其中包括由金属诱导晶化MIC的多晶硅像素电极和与其相连多晶硅选址TFT所形成像素的矩阵，其中所述多晶硅选址TFT的有源层和像素电极是同一层多晶硅，

其中所述多晶硅像素电极可见光范围平均吸收率为5-20％，方块电阻为0.2-1KΩ/方块，厚度20-100纳米。

2.权利要求1中所述的OLED显示器的基板，其中所述金属诱导晶化MIC的多晶硅像素电极是金属诱导横向晶化MILC的多晶硅像素电极。

3.权利要求2中所述的OLED显示器的基板，其中所述金属诱导晶化多晶硅是有覆盖层的金属诱导晶化多晶硅。

4.权利要求1中所述的OLED显示器的基板，其中针对组成所述多晶硅像素电极的多晶硅半导体薄膜，为降低其电阻率，进行离子注入或离子淋，植入的杂质为硼，掺杂剂量为2X10¹⁵-8X10¹⁵/平方厘米。

5.权利要求1中所述的OLED显示器的基板，其中掺杂组成所述多晶硅像素电极的多晶硅半导体薄膜，采用激光、闪灯快速活化和炉管的加热活化，活化温度450-620℃。

6.权利要求1中所述的OLED显示器的基板，其中所述多晶硅选址TFT所采用的有源层多晶硅材料，与像素电极的多晶硅材料为同种材料，驱动多晶硅选址TFT的源漏电极之一与像素电极相连，另一极与金属电极相连。

7.权利要求6中所述的OLED显示器的基板，其中所述多晶硅选址TFT的有源层与像素电极为同一光刻过程形成，像素与驱动所述多晶硅选址TFT的有源岛直接相连接。

8.权利要求7中所述的OLED显示器的基板，其中所述多晶硅选址TFT的栅绝缘层和电极绝缘层，同时覆盖在多晶硅像素电极上。

9.权利要求8中所述的OLED显示器的基板，其中所述多晶硅选址TFT的栅绝缘层为LTO、低温氮化硅或氮氧化硅，厚度为50-3000纳米。

10.权利要求1中所述的OLED显示器的基板，其中所述所形成像素的矩阵上面，采用印刷有机绝缘层，其作用之一是使金属电极与其上面的有机功能层绝缘，另一方面作为像素窗口掩埋。

11.权利要求10中所述的OLED显示器的基板，其中在所述像素窗口掩埋的保护下，去掉多晶硅像素电极上的LTO绝缘层，形成与有机功能层相连接的多晶硅像素电极表面。

12.权利要求11中所述的OLED显示器的基板，其中所述所形成像素的矩阵，以多晶硅像素电极为阳极，形成OLED器件的谐振结构，蒸度高反射率金属为阴极，形成OLED器件的上述谐振结构。

13.权利要求11中所述的OLED显示器的基板，其中所述所形成像素的矩阵，在设定位置分别形成红色OLED、绿色OLED和蓝色OLED子像素，使所述的OLED显示器具有全彩色显示功能。

14.权利要求13中所述的OLED显示器的基板，在多晶硅电极和金属阴极之间施加电压，控制OLED发光强度。