CN107564919A - 背板衬底、其制造方法以及使用其的有机发光显示装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种背板衬底、其制造方法以及使用其的有机发光显示装置。该背板衬底被设计为获得甚至在超高分辨率结构的较小像素中也实现足够灰度的电路特性。在该背板衬底中，驱动薄膜晶体管具有与其它薄膜晶体管的堆叠结构不同的堆叠结构，使得仅驱动薄膜晶体管的S因子增大，其中S因子是从薄膜晶体管导通的时间到漏极电流饱和的时间的漏极电流的梯度的倒数。

Description

背板衬底、其制造方法以及使用其的有机发光显示装置
本申请要求于2016年6月30日提交的韩国专利申请No.10-2016-0082946的权益，其通过引用被并入，如同在此完全阐述一样。
技术领域
本发明涉及背板衬底，更具体地，涉及甚至在超高分辨率结构的较小像素中也实现高灰度的背板衬底、其制造方法以及使用其的有机发光显示装置。
背景技术
随着诸如移动通信终端和笔记本电脑的各种便携式电子设备的发展，对可以应用其的平板显示装置的需求日益增加。
作为这样的平板显示装置，已经研究了例如液晶显示装置、等离子体显示面板装置、场发射显示装置以及有机或无机发光显示装置。在这些平板显示装置中，特别地，有机发光显示装置的应用由于其诸如大规模生产技术的发展、驱动装置的便利性、低功耗、高图像质量、轻松实现大屏幕以及灵活性的几个优点而日益增加。
此外，这种平板显示装置包括矩阵中的多个像素，并且还包括每个像素中的一个或更多个薄膜晶体管(TFT)以分别控制各个像素。每个像素可以包括用于颜色表达的R子像素、G子像素和B子像素。
然而，由于用于增强现实或虚拟现实的显示装置需要在有限尺寸内实现高分辨率，所以单个像素的尺寸逐渐减小。此外，在其中在单个子像素中设置有发光元件的显示装置(例如，有机发光显示装置)中，电路元件(例如至少两个薄膜晶体管和一个电容器(2T1C))需要设置在单个子像素中，以允许单个子像素对于灰度被选择性地驱动，并且在此情况下，各个薄膜晶体管具有相同的结构。然而，虽然当单个子像素的面积小时元件特性诸如例如各个薄膜晶体管的迁移率得到改善，但驱动薄膜晶体管在被施加栅电压时可能会在短时间内经历电流饱和，这使其难以实现各种和足够的灰度。
也就是说，分辨率越高，子像素越小，并且驱动每个子像素所需的所有电路元件需要被包括在子像素的有限区域中。在此情况下，当驱动薄膜晶体管与其他薄膜晶体管具有相同的堆叠结构时，驱动薄膜晶体管的响应速度快，但是难以达到足够的灰度。
发明内容
因此，本发明涉及背板衬底、其制造方法以及使用其的有机发光显示装置，其基本上消除了由于相关技术的限制和缺点而引起的一个或更多个问题。
本发明的目的是提供一种甚至在超高分辨率结构的较小像素中也实现高灰度的背板衬底，以及使用其的有机发光显示装置。
在本发明的背板衬底中，驱动薄膜晶体管和开关薄膜晶体管可以具有不同的结构，使得驱动薄膜晶体管确保足够的S因子以使得能够实现高灰度并且开关薄膜晶体管和其它薄膜晶体管保持诸如高迁移率的电路特性，由此可以实现高灰度和预定的元件特性水平二者。
本发明的另外的优点、目的和特征将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地将在本领域普通技术人员通过检查以下内容之后变得明显，或者可以从实践中获悉本发明。本发明的目的和其他优点可以通过在书面说明书和权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目的和其他优点并且根据本发明的目的，如本文中实施和广泛描述的，一种背板衬底包括：具有多个子像素的衬底；驱动薄膜晶体管，驱动薄膜晶体管位于每个子像素中，驱动薄膜晶体管包括第一栅电极、由多晶硅形成的第一有源层、连接至第一有源层的第一沟道的相对侧的第一源电极和第一漏电极、在第一有源层与第一栅电极之间的第一栅绝缘层；以及开关薄膜晶体管，开关薄膜晶体管位于每个子像素中以连接至驱动薄膜晶体管，开关薄膜晶体管包括第二栅电极、由多晶硅形成的第二有源层、连接至第二有源层的第二沟道的相对侧的第二源电极和第二漏电极、以及在第二有源层与第二栅电极之间的第二栅绝缘层，其中第一有源层和第二有源层位于同一层中，其中第一栅电极和第二栅电极位于不同的层中，并且其中第一栅电极与第一有源层之间的第一距离比第二栅电极与第二有源层之间的第二距离长。
第一栅绝缘层可以比第二栅绝缘层厚。
在该配置的示例中，第一栅电极和第一栅绝缘层可以位于第一有源层和第二有源层下方，并且第二栅电极和第二栅绝缘层可以位于第一有源层和第二有源层上方。
在此情况下，第一栅电极可以比第二栅电极薄，并且可以具有在 至的范围内的厚度。
背板衬底还可以包括缓冲薄膜晶体管，缓冲薄膜晶体管包括第三栅电极、第三源电极和第三漏电极，它们与开关薄膜晶体管的第二栅电极、第二源电极和第二漏电极分别位于同一层中。
第一栅电极可以连接至第二源电极。
第一源电极可以连接至第三源电极。
在另一示例中，第二栅电极和第二栅绝缘层可以位于第一有源层和第二有源层下方，并且第一栅电极和第一栅绝缘层可以位于第一有源层和第二有源层上方。在此情况下，第二栅电极可以比第一栅电极薄，并且第二栅电极的厚度可以在至的范围内。
衬底可以被划分成具有子像素的有源区域和外围区域，并且背板衬底还可以包括外围区域中的与开关薄膜晶体管具有相同的结构的电路薄膜晶体管。
第一源电极可以连接至有机发光二极管的阳极电极。
根据本发明的另一方面，一种有机发光显示装置包括：具有多个子像素的衬底；驱动薄膜晶体管，驱动薄膜晶体管位于每个子像素中，驱动薄膜晶体管包括第一栅电极、由多晶硅形成并且位于第一栅电极上方的第一有源层、连接至第一有源层的第一沟道的相对侧的第一源电极和第一漏电极、在第一有源层与第一栅电极之间的第一栅绝缘层；开关薄膜晶体管，开关薄膜晶体管位于每个子像素中以连接至驱动薄膜晶体管，开关薄膜晶体管包括第二栅电极、由多晶硅形成并且位于第二栅电极下方的第二有源层、连接至第二有源层的第二沟道的相对侧的第二源电极和第二漏电极、以及在第二有源层与第二栅电极之间的第二栅绝缘层；在第一栅电极与第一源电极之间的存储电容器；以及有机发光二极管，有机发光二极管包括连接至第一源电极的阳极、与阳极相对的阴极、以及位于阳极与阴极之间的包括有机发光层的有机层，其中第一有源层和第二有源层位于同一层中，并且第一栅绝缘层比第二栅绝缘层厚。
根据本发明的另一方面，一种制造背板衬底的方法包括：制备具有多个子像素的衬底，每个子像素具有彼此分隔的第一区域和第二区域；在子像素的第一区域中设置第一栅电极；设置具有第一厚度以覆盖第一栅电极的第一栅绝缘层；分别在第一区域和第二区域中的第一栅绝缘层上设置第一有源层和第二有源层，第一有源层和第二有源层由多晶硅形成；设置具有小于第一厚度的第二厚度以覆盖第一有源层和第二有源层的第二栅绝缘层；在第二栅绝缘层上设置第二栅电极以与第二有源层的顶部对应；以及设置连接至第一有源层的相对侧的第一源电极和第一漏电极、以及连接至第二有源层的相对侧的第二源电极和第二漏电极。
设置第一有源层和第二有源层包括：第一操作：在第一栅绝缘层的整个表面上沉积无定形硅层；第二操作：使无定形硅层结晶成多晶硅层；以及第三操作：选择性地去除多晶硅层以使第一有源层和第二有源层留在第一区域和第二区域中。
应当理解，本发明的前述一般性描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步说明。
附图说明
包括有附图以提供对本发明的进一步理解并且附图被并入且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明的有机发光显示装置的俯视图。
图2是根据本发明的有机发光显示装置中的一个子像素的电路图。
图3A和3B是示出在驱动薄膜晶体管和开关薄膜晶体管具有相同堆叠结构时在不同的子像素面积的情况下Vg-Id特性的曲线图。
图4A和4B是示出根据ΔVgs的S因子的变化的曲线图。
图5是示出根据本发明的第一实施方式的背板衬底的示意性截面图。
图6是示出本发明的第一实施方式的修改的截面图。
图7是示出本发明的第一实施方式的扩展示例的截面图。
图8是示出根据本发明的第二实施方式的背板衬底的示意性截面图。
图9是示出使用根据本发明的第一实施方式的背板衬底的有机发光显示装置的一种形式的截面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。在整个说明书中，相同的参考标号表示基本相同的组成元件。在下面的描述中，当可能使本发明的主题相当不清楚时，将省略对并入本文的已知功能和配置的详细描述。此外，考虑到说明书的描述的容易性，选择以下描述中使用的组成元件的名称，并且这些可能与实际产品的部件的名称不同。
同时，在下面将要描述的术语中，背板衬底是指在每个子像素中形成有薄膜晶体管的衬底。背板衬底可以用于各种类型的显示装置，并且可以用于选择性地驱动每个子像素。在本发明中，尽管有机发光显示装置被描述为显示装置的一个示例，但是本发明的背板衬底不限于有机发光显示装置，而是可以应用于在每个子像素中需要两个或更多个薄膜晶体管的各种显示装置。有机发光显示装置通过将每个子像素的驱动薄膜晶体管和有机发光二极管(OLED)彼此连接来配置。
图1是示出根据本发明的有机发光显示装置的俯视图，图2是根据本发明的有机发光显示装置中的一个子像素的电路图。
如图1所示，本发明的有机发光显示装置包括：在衬底100的中央中的有源区域AA、在有源区域AA中按矩阵设置的多个子像素SP以及围绕有源区域AA的栅驱动器280a和280b和驱动器集成电路(IC)200。另外，在驱动器IC 200与栅驱动器280a和280b之间设置内部连接布线132以将它们彼此连接。
如图2所示，有源区域AA中的每个子像素SP包括布线，所述布线包括：在水平方向上彼此平行的扫描线SL和感测线SSL，以及与扫描线SL和感测线SSL相交并且相互平行的第一电压线VDL、数据线DL和第二电压线RL。子像素SP还包括：设置在扫描线SL与数据线DL的交点处的开关薄膜晶体管Sw-Tr、设置在开关薄膜晶体管Sw-Tr与第一电压线VDL之间的驱动薄膜晶体管D-Tr以及设置在感测线SSL与第二电压线RL的交点处的感测薄膜晶体管Ref-Tr。
此处，开关薄膜晶体管Sw-Tr与驱动薄膜晶体管D-Tr的连接节点被称为第一节点A，并且驱动薄膜晶体管D-Tr与感测薄膜晶体管Ref-Tr的连接节点被称为第二节点B。
在第一节点A与第二节点B之间设置有存储电容器Cst以实现每个子像素的保持特性，并且一侧的电极，即存储电容器Cst的第二节点B的一侧连接至有机发光二极管(OLED)。有机发光二极管(OLED)的阳极电极连接至第二节点B，阴极电极连接至接地端子，并且在阳极电极与阴极电极之间设置有包括有机发光层的有机层。此处，有机层可以包括单个有机发光层，或者可以包括设置在阳极电极与有机发光层之间的空穴注入层和/或空穴传输层以及设置在阴极电极与有机发光层之间的电子传输层和/或电子注入层。
在开关薄膜晶体管Sw-Tr中，开关栅电极形成扫描线SL的一部分或从扫描线SL突出的图案，开关漏电极连接至数据线DL，且开关源电极连接至第一节点A。第一节点A还连接至驱动薄膜晶体管D-Tr的栅电极。
在驱动薄膜晶体管D-Tr中，驱动栅电极连接至第一节点A，驱动漏电极连接至第一电压线VDL，且驱动源电极连接至第二节点B。在一些情况下，可以在驱动薄膜晶体管D-Tr的背沟道部分上形成分开的电极。
在感测薄膜晶体管Ref-Tr中，感测栅电极形成感测线SSL的一部分或从感测线SSL突出的图案，感测漏电极连接至第二电压线RL，且感测源电极连接至第二节点B。
此处，在一些情况下，可以从子像素中省略感测线SSL、第二电压线RL以及感测薄膜晶体管Ref-Tr。
开关薄膜晶体管Sw-Tr连接至扫描线SL和数据线DL并且用于选择相应的子像素。另外，驱动薄膜晶体管D-Tr用于驱动由开关薄膜晶体管Sw-Tr选择的子像素的有机发光二极管(OLED)。当设置感测薄膜晶体管Ref-Tr时，它连接在感测线SSL与第二电压线RL之间并且用于感测或初始化第二节点B的电压值。以下描述基于考虑到初始化和感测的优点而设置感测薄膜晶体管Ref-Tr的示例。在一些情况下，可以省略感测薄膜晶体管。另外，可以进一步提供与开关薄膜晶体管和感测薄膜晶体管具有相同的堆叠结构的单独的缓冲晶体管，以补偿劣化。
在所示的电路图中，驱动电压被提供至第一电压线VDL，并且参考电压被提供至第二电压线RL。可替选地，可以经由第二电压线RL来读取第二节点B的电压值。
在衬底100上按矩阵设置多个子像素，并且在每个子像素中，可以在彼此间隔开的扫描线SL和感测线SSL与彼此间隔开的第一电压线VDL和数据线DL的交叉区域中限定存储电容器区域。
另外，扫描线SL和感测线SSL经由图1的栅驱动器280a和280b接收扫描信号和感测信号。栅驱动器280a和280b可以安装在衬底100中，而不是具有单独的集成电路(IC)或带载封装(TCP)的形式，或者玻璃上芯片(COG)的形式。在此情况下，可以针对每个扫描线/感测线设置多个电路薄膜晶体管。电路薄膜晶体管与开关薄膜晶体管具有相同的(堆叠)结构，这将在下面描述，因此具有高迁移率和稳定的阈值电压。
同时，驱动器IC 200可以包括源驱动器、被配置成控制栅驱动器和源驱动器的定时的控制器以及电源。
在本发明的背板衬底和有机发光显示装置中，每个子像素的电路可以具有上述的3TIC结构或2TIC结构，或者薄膜晶体管或电容器被添加至2T1C或3TIC结构中的任何其他结构。
在本发明的背板衬底和有机发光显示装置中，每个子像素的薄膜晶体管具有不同的堆叠结构，使得至少驱动薄膜晶体管具有与其他薄膜晶体管的S因子不同的S因子。
在下文中，将描述驱动薄膜晶体管具有与根据本发明的其他薄膜晶体管的S因子不同的S因子的原因。
图3A和图3B是示出在驱动薄膜晶体管和开关薄膜晶体管具有相同堆叠结构时在不同的子像素面积的情况下Vg-Id特性的曲线图。
图3A示出了具有403ppi(每英寸像素)分辨率的现代全高密度(FHD)结构中的Vg-Id特性，图3B示出了具有1500ppi分辨率的超高分辨率结构中的Vg-Id特性，在超高分辨率结构中，每个子像素的面积减小为FHD结构中的每个子像素的面积的大约1/14。此处，在以下条件下进行实验：在这两个结构中，所有薄膜晶体管具有相同的堆叠结构，例如顶部栅电极结构。
在现代显示装置中，例如，3D眼镜和移动装置倾向于需要较小面板、显示与实际图像类似并且具有1000ppi或更大的分辨率的图像的能力。然而，由于这些装置具有小尺寸，因此随着分辨率的增大，每个子像素的尺寸减小。
例如，FHD结构中的单个子像素具有31.5μm的宽度和63μm的长度，而1500ppi结构中的单个子像素具有8.45μm的宽度和16.9μm的长度，因此，子像素中的电路占据的面积减小为FHD结构中的面积的约1/14。
如图3B所示，当子像素的面积减小时，光发射面积减小，因此所需的漏极电流(Id)值在较小范围内(从1×10-12A至5×10-9A)。相比之下，由于当子像素的面积较大时光发射面积较大，如图3A所示，则所需的漏极电流(Id)值在较大范围内(从1×10-12A至1×10-7A)。因此，当具有相同堆叠结构的薄膜晶体管设置在FHD结构和1500ppi结构的子像素中时，如图3A所示，在FHD结构中，ΔVgs约为2V并且饱和状态下的漏极电流Id约为1×10-7A，而如图3B所示，在1500ppi高分辨率结构中，ΔVgs在约1V以下并且饱和状态下的漏极电流Id约为5×10-9A。因此，可以观察到，随着分辨率增大并且因此子像素的面积减小，漏极电流在更短时间内饱和，这使得难以实现足够的灰度。作为参考，在从薄膜晶体管导通的时间到漏极电流饱和的时间的区段内，即在ΔVgs内实现了灰度。因此，当ΔVgs较小时灰度被限制。
也就是说，上述实验表明，在假设所有薄膜晶体管具有相同结构的情况下，子像素的面积的变化对于ΔVgs的影响从薄膜晶体管导通的时间到漏极电流饱和的时间。这意味着在子像素中的所有薄膜晶体管具有相同的堆叠结构的情况下，当分辨率增大时，难以实现足够的灰度。
因此，在本发明的旨在高分辨率小模型的背板衬底和有机发光显示装置中，为了实现足够的灰度，对灰度有直接影响的驱动薄膜晶体管具有与其他薄膜晶体管的结构不同的结构，特别地，驱动薄膜晶体管与其他薄膜晶体管之间的S因子存在差异。
图4A和图4B是示出S因子的变化依赖于ΔVgs的曲线图。
等式1
在有机发光显示装置中，S因子是从薄膜晶体管导通的时间到漏极电流饱和的时间的漏极电流Ids的梯度的倒数，如示出Vgs-Ids的关系的曲线图所示，并且S因子由等式1表示。此处，“Ci”是栅绝缘层的电容，“Cd”是LDD区域(耗尽区域)的容量，并且“Cit”是在间隙中捕获的栅绝缘层的密度。
当ΔVgs较小时S因子较小，如图4A所示，而当ΔVgs较大时S因子较大，如图4B所示。ΔVgs与S因子近似彼此成比例。
在上述用于计算S因子的等式中，可以通过薄膜晶体管之间的结构差异改变的因子是“Ci”。特别地，在上述等式1中，“Ci”是相应的薄膜晶体管中的栅绝缘层的电容，并且与栅绝缘层的厚度成反比。在上述等式中，由于“Ci”位于分母中，因此得出以下结论：当相应的薄膜晶体管中的栅绝缘层较薄时S因子增大，并且当栅绝缘层较厚时S因子减小。
在本发明中，参考上述等式1并且参考图4A和图4B中的S因子的关系，驱动薄膜晶体管具有与其他薄膜晶体管的堆叠结构不同的堆叠结构。也就是说，如图4B所示，驱动薄膜晶体管具有较大的S因子以实现足够的灰度，而如图4A所示，其他薄膜晶体管具有较小的S因子以保持其高响应速度。
也就是说，在根据本发明的背板衬底和使用该背板衬底的有机发光显示装置中，驱动薄膜晶体管具有与超高分辨率结构中的其他薄膜晶体管的截面配置不同的截面配置。因此，驱动薄膜晶体管可以具有足够的S因子，以在增大的ΔVgs范围内实现256种或更多种颜色的灰度。以这种方式，可以显示与实际图像类似的高灰度图像。另外，开关薄膜晶体管和/或感测薄膜晶体管或电路薄膜晶体管可以保持高迁移率和高响应速度，以确保每个子像素的高性能电路操作。
*第一实施方式*
图5是示出根据本发明的第一实施方式的有机发光显示装置的背板衬底的示意截面图。
如图5所示，根据本发明的第一实施方式的背板衬底包括具有多个子像素衬底100、位于每个子像素中的驱动薄膜晶体管D-Tr、以及位于每个子像素中并且连接至驱动薄膜晶体管D-Tr的开关薄膜晶体管S-Tr，驱动薄膜晶体管D-Tr包括第一栅电极110、由多晶硅形成的第一有源层130、连接至第一有源层130的第一沟道130a的相对侧的第一源电极142和第一漏电极143、以及位于第一有源层130与第一栅电极110之间的第一栅绝缘层115。开关薄膜晶体管S-Tr包括第二栅电极120、由多晶硅形成的第二有源层135、连接至第二有源层135的第二沟道135a的相对侧的第二源电极141和第二漏电极146、以及位于第二有源层135与第二栅电极120之间的第二栅绝缘层125。在一些情况下，可以使用形成第二栅电极的工艺在驱动薄膜晶体管D-Tr的背沟道部分上形成分开的电极。
另外，在根据本发明的第一实施方式的背板衬底中，第一有源层130和第二有源层135位于同一层中，并且第一栅电极110与第一有源层130之间的第一距离H1比第二栅电极120与第二有源层135之间的第二距离H2长。
第一距离H1对应于第一栅绝缘层115的厚度，并且第二距离H2对应于第二栅绝缘层125的厚度。因此，第一栅绝缘层115比第二栅绝缘层125厚。第一栅绝缘层115和第二栅绝缘层125可以由无机材料例如SiOx、SiNx、SiOxNy或HfO2形成。当第一栅绝缘层115和第二栅绝缘层125的无机材料具有相同或相似的介电常数时，如上所述，第一栅绝缘层115和第二栅绝缘层125可以具有厚度差。在一些情况下，当第一栅绝缘层115和第二栅绝缘层125的材料具有不同的介电常数时，考虑到由介电常数和厚度确定的电容Ci，第一栅绝缘层115和第二栅绝缘层125的厚度可以改变，使得第一栅绝缘层115具有与第二栅绝缘层125相比较小的电容。虽然在附图中第一栅绝缘层115和第二栅绝缘层125的上表面被示为平整的，但是本公开内容不限于此，并且可以考虑第一栅电极110与位于其上的第一有源层130和第二有源层135之间的距离差而形成上表面。
此处，第一栅电极110和第一栅绝缘层115位于第一有源层130和第二有源层135的下方，第一有源层130和第二有源层135位于同一层中，并且第二栅电极120和第二栅绝缘层125位于第一有源层130和第二有源层135的上方。
在根据本发明的第一实施方式的背板衬底中，直接连接至有机发光二极管以控制电流的驱动薄膜晶体管具有以下堆叠结构，其中，第一栅绝缘层115的第一厚度(第一栅电极与第一有源层之间的距离H1)较大，以实现0.2V/dec或更大的S因子。因此，ΔVgs超过至少1V，优选地为1.5V或更大，这使得能够在较宽ΔVgs范围内实现足够的灰度。在此情况下，在开关薄膜晶体管和任何另外的薄膜晶体管中，与驱动薄膜晶体管不同，第二栅电极120位于第二有源层135的上方，因此第二有源层135与第二栅电极120之间的第二栅绝缘层125处于不同的位置，由此驱动薄膜晶体管的堆叠结构与其他薄膜晶体管的堆叠结构不同。此时，开关薄膜晶体管的S因子低于0.2V/dec，ΔVgs低于1V。较低的ΔVgs有利于高速驱动。
因此，在根据本发明的第一实施方式的背板衬底中，关于开关薄膜晶体管和其他薄膜晶体管，第二栅绝缘层125的所需厚度减小，以获得与驱动薄膜晶体管相比更低的S因子，并且保持高迁移率和高响应速度。
特别地，本发明解决以下问题：在具有1500ppi的高分辨率的结构中，如图4A所示，当设置在子像素的减小区域中的所有薄膜晶体管具有相同的堆叠结构并且因此一起呈现较小S因子时，灰度被限制。为了解决该问题，如图4B所示，选择性地改变对灰度有直接影响的驱动薄膜晶体管的垂直结构，使得S因子和ΔVgs增大以实现高灰度。另外，作为改变垂直结构的一个示例，在本发明的背板衬底中，驱动薄膜晶体管具有底部栅电极结构，而开关薄膜晶体管和其他薄膜晶体管具有顶部栅电极结构。在本发明的背板衬底中，开关薄膜晶体管和其他薄膜晶体管具有较小S因子和较小的ΔVgs，以保持其高响应速度，如图4A所示。
在本发明的背板衬底中形成的薄膜晶体管包括位于同一层中的第一有源层130和第二有源层135，第一有源层130和第二有源层135在无定形硅沉积并结晶成多晶硅时形成，并且有利地具有与无定形硅相比更高的迁移率。
同时，在使用激光结晶之后的冷却工艺中，为了防止由于第一栅电极110上方的第一有源层130中的结晶物质的质量流动或冷凝造成的第一有源层130的短路，第一栅电极110被沉积成与第二栅电极120的厚度相比从至的范围内的足够小的厚度。也就是说，当第一栅电极110足够薄并且第一栅绝缘层115较厚时，可以防止在第一栅电极110的边缘处的第一有源层130的短路。为了更有效地防止第一有源层130的短路，第一栅电极110的相对边缘可以具有45度或更小的平缓斜率，这可以取决于靠近第一有源层与第一栅电极的相对边缘叠置的区域的栅电极部件的存在或不存在而使距离差最小化。
第一有源层130包括与第一栅电极110的顶部对应的第一沟道130a、在第一沟道130a的相对侧处的LDD区域130b以及向外与相应的LDD区域130b接触的高密度掺杂区域130c。另外，位于第一沟道130a的相对侧处的高密度掺杂区域130c连接至第一源电极142和第一漏电极143。
与第一有源层130类似，第二有源层135包括与第二栅电极120的底部对应的第二沟道135a、在第二沟道135a的相对侧处的LDD区域135b以及向外与相应的LDD区域135b接触的高密度掺杂区域135c。另外，位于第二沟道135a的相对侧处的高密度掺杂区域135c连接至第二源电极141和第二漏电极146。
尽管图5示出了第一源电极142和第二源电极141以及第一漏电极143和第二漏电极146位于同一层中，但是本公开内容不限于此，并且对于驱动薄膜晶体管D-Tr、开关薄膜晶体管或任何其他薄膜晶体管，源电极和漏电极可以位于不同层中。
同时，在图5中，参考标号140表示第一层间绝缘层。该层位于第二栅电极120与第一源电极142和第二源电极141以及第一漏电极143和第二漏电极146之间，用于防止相应层的金属的交点处的金属至金属短路。该层间绝缘层可以包括硅氮化物SiNx，并且可以在激光结晶期间用作为氢供应源。
在根据本发明的第一实施方式的背板衬底中，仅驱动薄膜晶体管D-Tr中的第一栅绝缘层115较厚以实现大的S因子，而不包括驱动薄膜晶体管D-Tr的其他薄膜晶体管具有相同的堆叠结构，使得其第二栅绝缘层125较薄。
同时，第一栅电极110和第二栅电极120、第一源电极142和第二源电极141以及第一漏电极143和第二漏电极146可以在使用钼、铜、钨、铝或前述的合金的单层或多层中形成。
图6是示出本发明的第一实施方式的修改的截面图。
如图6和图2所示，驱动薄膜晶体管的第一栅电极210可以延伸到一侧以连接至开关薄膜晶体管的第二源电极241的延伸部。在此情况下，第二源电极241的延伸部穿过第一层间绝缘层140、第二栅绝缘层125和第一栅绝缘层115并且连接至位于第一栅绝缘层115下方的第一栅电极210。
这里，第二源电极241可以采用单个垂直部分的形式，该垂直部分被形成为穿过第二有源层235并且使用掩模延伸至第一栅电极210的顶部，该掩模与用于第一源电极242以及第一漏电极243和第二漏电极246的掩模不同。在此情况下，形成第二源电极的垂直部分穿过第二有源层135并且在其侧表面连接至第二有源层135。
图7是示出了本发明的第一实施方式的扩展示例的截面图。
如图2和图7所示，在除了驱动薄膜晶体管D-Tr和开关薄膜晶体管SW-Tr之外还设置有感测薄膜晶体管Ref-Tr的情况下，感测薄膜晶体管Ref-Tr可以与开关薄膜晶体管Sw-Tr具有相同的堆叠结构，并且可以包括第三栅电极260、第三源电极261和第三漏电极266，第三栅电极260与图5的第二栅电极120或者图6的第二栅电极220位于同一层中，第三源电极261与图5的第二源电极141或者图6的第二源电极241位于同一层中，第三漏电极266与图5的第二漏电极146或者图6的第二漏电极246位于同一层中。
此外，当感测薄膜晶体管Ref-Tr与子像素中的驱动薄膜晶体管D-Tr和开关薄膜晶体管SW-Tr一起设置时，感测薄膜晶体管Ref-Tr可以共享开关薄膜晶体管Sw-Tr的第二有源层235或者驱动薄膜晶体管D-Tr的第一有源层230。
在一些情况下，位于图1的外围区域中的电路部分的电路薄膜晶体管可以与开关薄膜晶体管SW-Tr和/或感测薄膜晶体管Ref-Tr具有相同的结构。在此情况下，电路部分的电路薄膜晶体管与开关薄膜晶体管具有相同结构的原因是为了获得基于如图4A所示的开关薄膜晶体管的快速导通的高响应速度。
图7的驱动薄膜晶体管D-Tr的第一源电极242可以与感测薄膜晶体管Ref-Tr的第三源电极261一体地形成，以与第三源电极261连接(参见图2的第二节点B)。在此情况下，子像素中的两个薄膜晶体管共享源电极242和261，这可以减小子像素中的元件所占据的面积。
此外，第一源电极242可以延伸至一侧以连接至第一有源层230，并且还可以包括连接部分，该连接部分垂直地位于第一栅电极210的下侧，以连接至第一存储电极150。
同时，参考标号113表示第二层间绝缘层，第二层间绝缘层被设置为将第一栅电极210与第一存储电极150彼此电分离。
参照图2和图7，为了增大存储电容器Cst的面积，第一存储电极150可以连接至与第一源电极242相同的节点(参见图2的第二节点B)并且可以位于第一栅电极210下方以与第一栅电极210交叠。在此情况下，第一栅电极210被用作第二存储电极(参见图2的第二节点B)，并且存储电容器被限定在第一存储电极150与第一栅电极210彼此交叠的区域中。
虽然图7示出了第一存储电极150被设置在第一栅电极210下方的示例，但是本公开不限于此，并且第一存储电极150可以被设置在不同的层位置，以连接至第一源电极242。
尽管本发明的上述第一实施方式描述了在子像素中设置两个晶体管或者三个晶体管的示例，但是本公开不限于此，并且可以设置四个或更多个晶体管。也就是说，在本发明的背板衬底和有机发光显示装置中，在设置在子像素中的薄膜晶体管中，直接连接至有机发光二极管的驱动薄膜晶体管可以包括厚的栅绝缘层，以获得用于实现足够灰度的大的S因子，而另一个薄膜晶体管(开关薄膜晶体管、感测薄膜晶体管和电路薄膜晶体管)可以具有薄的栅绝缘层以保持其高响应速度。
同时，下面将参照图1和图2以及图5至图7来描述制造根据本发明的第一实施方式的背板衬底的方法。
首先，制备其中设置多个子像素SP并且每个子像素SP包括彼此分割的第一区域(D-Tr区域)和第二区域(Sw-Tr区域)的衬底100。
随后，通过选择性地从每个子像素SP的第一区域(D-Tr区域)中去除使用钼、铜、钨、铝或其合金以单层或多层形成的材料来设置第一栅电极110或者210。
随后，通过将无机材料例如SiOx、SiNx、SiOxNy或者HfO2沉积至第一厚度H1以覆盖第一栅电极110或210来设置第一栅绝缘层115。
随后，分别在第一区域(D-Tr区域)和第二区域(Sw-Tr区域)中的第一栅绝缘层115上设置由多晶硅形成的第一有源层130和第二有源层135。
具体地，通过以下方式来设置第一有源层130和第二有源层135：在第一栅绝缘层115的整个表面上沉积无定形硅层，使无定形硅层结晶成多晶硅层，并选择性地去除多晶硅层以使第一有源层和第二有源层留在第一区域和第二区域中。
然后，LDD区域130b和135b以及高密度掺杂区域130c和135c可以通过使用掩模用掺杂剂选择性地掺杂第一有源层130和第二有源层135来限定。在该处理中，LDD区域130b之间以及LDD区域135b之间的固有区域分别被限定为第一沟道130a和第二沟道135a。
随后，第二栅绝缘层125使用无机材料例如SiOx、SiNx、SiOxNy或者HfO2形成至小于第一厚度H1的第二厚度H2，以覆盖第一有源层130和第二有源层135。在一些情况下，可以在形成第二栅绝缘层125之后限定第一有源层130和第二有源层135的掺杂区域130b、130c、135b和135c。
随后，在第二栅绝缘层125上设置第二栅电极120以通过选择性地去除使用钼、铜、钨、铝或其合金以单层或多层形成的材料来与第二有源层135的顶部对应。第二栅电极120可以与扫描线SL集成在一起。
随后，设置第一层间绝缘层140以覆盖扫描线SL和第二栅电极120。然后，选择性地去除第一层间绝缘层140和第二栅绝缘层125，以暴露第一有源层130和第二有源层135的高密度掺杂区域130c和135c的一部分。
随后，通过沉积使用钼、铜、钨、铝或其合金以单层或多层形成的材料并选择性地去除所沉积的材料，来设置连接至第一有源层130的第一沟道130a的相对侧的高密度掺杂区130c的第一源电极142或242以及第一漏电极143或243以及连接至第二有源层135的相对侧的第二源电极141或241以及第二漏电极146或246。
*第二实施方式*
在下文中，将描述根据本发明的第二实施方式的背板衬底。
图8是示出根据本发明的第二实施方式的背板衬底的示意性截面图。
如图8所示，与上述第一实施方式的结构相比，根据本发明的第二实施方式的背板衬底的特征在于，驱动薄膜晶体管的第一栅电极310和第一栅绝缘层315位于第一有源层130和第二有源层135的上方，并且开关薄膜晶体管(和/或感测薄膜晶体管)的第二栅电极320和第二栅绝缘层325位于第一有源层130和第二有源层135的下方，并且此时，位于第一有源层130和第二有源层135上方的第一栅绝缘层315比位于第一有源层130和第二有源层135上方的第二栅绝缘层325厚，其他配置是相同的。
甚至在该配置中，为了与上述第一实施方式相同的目的，仅驱动薄膜晶体管D-Tr包括厚的栅绝缘层，以获得用于实现足够灰度的大的S因子，并且除了驱动薄膜晶体管之外的其他薄膜晶体管具有相同的配置，并且包括薄的栅绝缘层，以保持子像素中的电路操作所需的预定响应速度。
同时，甚至在根据本发明的第二实施方式的背板衬底中，在使用激光的结晶之后的冷却处理中，为了防止由在第二栅电极320上方的第二有源层135中的结晶物质的质量流或冷凝引起的第二有源层135的短路，第二栅电极320被沉积至与第一栅电极310的厚度相比在从至的范围内足够小的厚度。在此情况下，由于位于第二有源层135下方的第二栅电极320足够薄，因此即使第二栅绝缘层325比某一厚度更薄，第二有源层135与第二有源层135下方的电极材料之间的距离差的影响也较小，这可以防止在第二栅电极320的边缘处短路。为了更有效地防止第二电极135的短路，第二栅电极的相对边缘可以具有45度或者更小的平缓斜率，这可以使得距离差最小化，这取决于在第二有源层与第二栅电极的相对边缘交叠的区域附近存在还是不存在栅电极部件。
在下文中，将描述使用上述背板衬底的有机发光显示装置。
图9是示出使用根据本发明的第一实施方式的背板衬底的有机发光显示装置的一种形式的截面图。
如图9所示，除了上述背板衬底之外，使用根据本发明第一实施方式的背板衬底的有机发光显示装置还包括：有机发光二极管(OLED)以及第一栅电极110与第一源电极242之间的存储电容器Cst，OLED包括：连接至第一源电极242的阳极电极212；与阳极电极212相对的阴极电极240；以及位于阳极电极与阴极电极之间的包括有机发光层的有机层232。
尽管未示出，但参照图7，为了增大存储电容器Cst的面积，有机发光显示装置还可以包括第一存储电极150，其连接至与第一源电极242相同的节点并且位于第一栅电极210的下方以与第一栅电极110交叠。在此情况下，第一栅电极110可以被用作第二存储电极，并且可以在第一栅电极110与第一存储电极150交叠的区域处形成存储电容器。
另外，岸220可以被选择性地设置在阳极电极212上以限定发光部分。
这里，参考标号198表示保护层，其用于保护其下方的背板衬底的TFT。
此外，有机发光显示装置还可以包括覆盖有机发光二极管(OLED)的顶部以防止外界潮气或者外界空气进入的阻挡层或者阻挡堆叠(未示出)。阻挡堆叠可以是有机层和无机层的堆叠。
同时，背板衬底的配置可以用第二实施方式的配置来替代，并且具有上述配置的有机发光显示装置被配置为使得在每个子像素中设置的所有薄膜晶体管中，仅驱动薄膜晶体管D-Tr包括厚的栅绝缘层，以获得用于实现足够灰度的大的S因子，并且除了驱动薄膜晶体管之外的其他薄膜晶体管具有相同的配置，并且包括薄栅绝缘层，以保持子像素中的电路操作所需的预定响应速度。
此外，在本发明的背板衬底和有机发光显示装置中，由于驱动薄膜晶体管具有底部栅电极结构，而其他薄膜晶体管具有基于有源层的顶部栅电极结构，使得其栅电极位于不同的层中，平面中的两个栅电极之间的距离可以被减小，或者两个栅电极可以彼此交叠，而不需要考虑处理余量，这能够减小像素的尺寸，并且从减小显示装置的尺寸的方面获利。
在考虑以下描述的情况下，实现了本发明的背板衬底以及使用该背板衬底的有机发光显示装置。
也就是说，考虑小型显示装置的平面结构，其分辨率越高，其各个子像素的尺寸以及其发光面积就越小，因此所需的漏极电流范围减小，并且使电流饱和所需的时间减少。因此，尽管各元件的响应速度增大，但是元件的S因子减小，这导致了对灰度的限制。因此，提出改变元件的垂直截面结构。然而，尽管需要增大直接影响灰度的子像素中的驱动薄膜晶体管的S因子，但是将设置在子像素中的所有元素(薄膜晶体管)改变为具有相同的形状可能导致整个子像素的特性的劣化，并且在确保例如开关薄膜晶体管的特性方面可能是非常不利的。因此，为了提高可以对电流值有直接影响的驱动薄膜晶体管的S因子，使得ΔVgs变为1V或者更高，仅驱动薄膜晶体管D-Tr包括厚的第一栅绝缘层，并且其他薄膜晶体管包括薄的第二栅绝缘层，以保持用于其高分辨率的预定响应速度。
此外，在本发明中，驱动薄膜晶体管与其他薄膜晶体管具有不同的栅电极位置和不同的栅绝缘层厚度，从而展现出与其他薄膜晶体管不同的特性。因此，甚至在超高分辨率结构中，通过调整仅驱动薄膜晶体管的S因子，也可以在所需区域保持足够的电路特性的同时实现足够的灰度。以这种方式，可以实现具有优异的电路特性和足够灰度的超高分辨率有机发光显示装置。
虽然大多数现代多晶硅型薄膜晶体管是以顶部栅电极结构制造的，但是可以通过开发具有底部栅电极结构的各种多晶硅型薄膜晶体管来增大用于移动显示器的背板衬底的设计自由度。
此外，上述背板衬底还可应用于需要各种灰度的其他显示器的开发。
从上面的描述明显可以看出，背板衬底以及使用该背板衬底的有机发光显示装置具有以下效果。
在本发明的背板衬底和有机发光显示装置中，可以通过增大直接影响灰度的驱动薄膜晶体管的S因子来实现足够的灰度。
此外，其他薄膜晶体管例如开关薄膜晶体管可以与驱动薄膜晶体管具有不同的堆叠结构，以展现出足够的迁移率和高响应速度。因此，在高分辨率或超高分辨率结构中，可实现足够的灰度和高性能的电路操作二者。
虽然上面已经参照附图详细描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说明显的是，以上描述的本发明不限于以上描述的实施方式，并且可以在本发明的精神和范围内设计各种替代，修改和变更。因此，本发明中公开的各种实施方式不旨在限制本发明的技术精神，并且本发明的技术精神的范围应当基于所附权利要求来解释，并且落入等同于权利要求的范围内的所有技术理念都应理解为属于本发明的范围。

Claims (16)

1.一种背板衬底，包括：
具有多个子像素的衬底；
驱动薄膜晶体管，所述驱动薄膜晶体管位于每个子像素中，所述驱动薄膜晶体管包括第一栅电极、由多晶硅形成的第一有源层、连接至所述第一有源层的第一沟道的相对侧的第一源电极和第一漏电极、以及在所述第一有源层与所述第一栅电极之间的第一栅绝缘层；以及
开关薄膜晶体管，所述开关薄膜晶体管位于每个子像素中以连接至所述驱动薄膜晶体管，所述开关薄膜晶体管包括第二栅电极、由多晶硅形成的第二有源层、连接至所述第二有源层的第二沟道的相对侧的第二源电极和第二漏电极、以及在所述第二有源层与所述第二栅电极之间的第二栅绝缘层，
其中，所述第一有源层和所述第二有源层位于同一层中，
其中，所述第一栅电极和所述第二栅电极位于不同的层中，并且
其中，所述第一栅电极与所述第一有源层之间的第一距离比所述第二栅电极与所述第二有源层之间的第二距离长。
2.根据权利要求1所述的背板衬底，其中，所述第一栅绝缘层比所述第二栅绝缘层厚。
3.根据权利要求1所述的背板衬底，其中，所述第一栅电极和所述第一栅绝缘层位于所述第一有源层和所述第二有源层下方，并且
其中，所述第二栅电极和所述第二栅绝缘层位于所述第一有源层和所述第二有源层上方。
4.根据权利要求3所述的背板衬底，其中，所述第一栅电极比所述第二栅电极薄。
5.根据权利要求4所述的背板衬底，其中，所述第一栅电极的厚度在至的范围内。
6.根据权利要求1所述的背板衬底，还包括缓冲薄膜晶体管，所述缓冲薄膜晶体管包括与所述第二栅电极位于同一层中的第三栅电极、与所述第二源电极和所述第二漏电极分别位于同一层中的第三源电极和第三漏电极。
7.根据权利要求1所述的背板衬底，其中，所述第一栅电极连接至所述第二源电极。
8.根据权利要求6所述的背板衬底，其中，所述第一源电极连接至所述第三源电极。
9.根据权利要求1所述的背板衬底，其中，所述第二栅电极和所述第二栅绝缘层位于所述第一有源层和所述第二有源层下方，并且
其中，所述第一栅电极和所述第一栅绝缘层位于所述第一有源层和所述第二有源层上方。
10.根据权利要求9所述的背板衬底，其中，所述第二栅电极比所述第一栅电极薄，并且所述第二栅电极的厚度在至的范围内。
11.根据权利要求1所述的背板衬底，其中，所述衬底被划分成具有所述子像素的有源区域和外围区域，并且所述背板衬底还包括所述外围区域中的与所述开关薄膜晶体管具有相同的结构的电路薄膜晶体管。
12.根据权利要求1所述的背板衬底，其中，所述驱动薄膜晶体管的S因子是0.2V/dec或更大，并且所述开关薄膜晶体管的S因子小于0.2V/dec，其中S因子是从薄膜晶体管导通的时间到漏极电流饱和的时间的所述漏极电流的梯度的倒数。
13.一种背板衬底，包括：
具有多个子像素的衬底；
驱动薄膜晶体管，所述驱动薄膜晶体管位于每个子像素中，所述驱动薄膜晶体管包括第一栅电极、由多晶硅形成并且位于所述第一栅电极上方的第一有源层、连接至所述第一有源层的第一沟道的相对侧的第一源电极和第一漏电极、以及在所述第一有源层与所述第一栅电极之间的第一栅绝缘层；以及
开关薄膜晶体管，所述开关薄膜晶体管位于每个子像素中以连接至所述驱动薄膜晶体管，所述开关薄膜晶体管包括第二栅电极、由多晶硅形成并且位于所述第二栅电极下方的第二有源层、连接至所述第二有源层的第二沟道的相对侧的第二源电极和第二漏电极、以及在所述第二有源层与所述第二栅电极之间的第二栅绝缘层，
其中，所述第一有源层和所述第二有源层位于同一层中，并且
其中，所述第一栅电极与所述第一有源层之间的第一距离比所述第二栅电极与所述第二有源层之间的第二距离长。
14.一种制造背板衬底的方法，所述方法包括：
制备具有多个子像素的衬底，每个子像素具有彼此分隔的第一区域和第二区域；
在所述子像素的所述第一区域中设置第一栅电极；
设置具有第一厚度以覆盖所述第一栅电极的第一栅绝缘层；
分别在所述第一区域和所述第二区域中的所述第一栅绝缘层上设置第一有源层和第二有源层，所述第一有源层和所述第二有源层由多晶硅形成；
设置具有小于所述第一厚度的第二厚度以覆盖所述第一有源层和所述第二有源层的第二栅绝缘层；
在所述第二栅绝缘层上设置第二栅电极以与所述第二有源层的顶部对应；以及
设置连接至所述第一有源层的相对侧的第一源电极和第一漏电极、以及连接至所述第二有源层的相对侧的第二源电极和第二漏电极。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，设置所述第一有源层和所述第二有源层包括：
第一操作：在所述第一栅绝缘层的整个表面上沉积无定形硅层；
第二操作：使所述无定形硅层结晶成多晶硅层；以及
第三操作：选择性地去除所述多晶硅层以使所述第一有源层和所述第二有源层留在所述第一区域和所述第二区域中。
16.一种有机发光显示装置，包括：
具有多个子像素的衬底；
驱动薄膜晶体管，所述驱动薄膜晶体管位于每个子像素中，所述驱动薄膜晶体管包括第一栅电极、由多晶硅形成并且位于所述第一栅电极上方的第一有源层、连接至所述第一有源层的第一沟道的相对侧的第一源电极和第一漏电极、以及在所述第一有源层与所述第一栅电极之间的第一栅绝缘层；以及
开关薄膜晶体管，所述开关薄膜晶体管位于每个子像素中以连接至所述驱动薄膜晶体管，所述开关薄膜晶体管包括第二栅电极、由多晶硅形成并且位于所述第二栅电极下方的第二有源层、连接至所述第二有源层的第二沟道的相对侧的第二源电极和第二漏电极、以及在所述第二有源层与所述第二栅电极之间的第二栅绝缘层；
在所述第一栅电极与所述第一源电极之间的存储电容器；以及
有机发光二极管，所述有机发光二极管包括连接至所述第一源电极的阳极、与所述阳极相对的阴极、以及位于所述阳极与所述阴极之间的包括有机发光层的有机层，
其中，所述第一有源层和所述第二有源层位于同一层中，并且
其中，所述第一栅电极与所述第一有源层之间的第一距离比所述第二栅电极与所述第二有源层之间的第二距离长。
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