CN117337083A - 有机发光显示装置 - Google Patents

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金贤雅
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Abstract

提供一种有机发光显示装置，包括：发光元件；驱动晶体管，所述驱动晶体管被配置为向所述发光元件提供驱动电流并且包括第一氧化物半导体层和设置在所述第一氧化物半导体层上的第一栅极；在所述第一氧化物半导体层的下方与所述第一氧化物半导体层交叠的第一光阻挡层；以及至少一个绝缘层，所述绝缘层设置在所述第一光阻挡层和所述第一栅极之间并且由无氢硅氮化物材料制成。因此，可增大采用氧化物半导体层的驱动晶体管的S因子并且确保性能。

Description

有机发光显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年6月30日提交的韩国专利申请No.10-2022-0080594的优先权，为了所有目的通过引用将该专利申请的全部内容结合到本申请中。
技术领域
本发明涉及一种有机发光显示装置，更具体地，涉及一种包括混合型薄膜晶体管的有机发光显示装置，其中混合型薄膜晶体管在配置构成单位像素的驱动电路的多个薄膜晶体管时使用不同类型的半导体材料来制造。
背景技术
对于在计算机显示器、TV、移动电话、膝上式电脑、智能手表、车辆仪表盘等中使用的显示装置，取代液晶显示器(LCD)，正在积极进行对自发光的有机发光显示器(OLED)的研究。
显示装置可以进行各种应用，需要一种在从小型电子产品到超大型广告牌的范围的各种领域中可使用的同时基于产品具有减小的体积和重量的显示装置。
由于能够实现相对较薄和较轻显示装置的有机发光显示器包括形成在柔性基板上的发光元件，所以有机发光显示器能够以各种形式配置屏幕比如可弯折、折叠或卷曲的屏幕。
此外，为了应用于具有很多静态屏幕的诸如智能手表或菜单板(menu board)之类的显示装置，需要一种具有能够通过防止静态屏幕中的漏电流来降低功耗的新型驱动电路的发光显示装置。
在配置这种驱动电路时，提出了一种使用利用有利于防止漏电流的氧化物半导体的薄膜晶体管的方法。
包括使用不同类型的半导体层，例如多晶硅半导体层和氧化物半导体层的薄膜晶体管的显示装置可经由复杂的工艺来制造，其中，需要分开执行形成多晶硅半导体层的工艺和形成氧化物半导体层的工艺。此外，由于多晶硅半导体层和氧化物半导体层即使对于相同的化学气体也具有不同的特性，所以需要更复杂的工艺。
由于多晶硅半导体层具有比氧化物半导体层更快的载流子比如电子和空穴的移动速度，所以多晶硅半导体层适用于驱动需要快速驱动的薄膜晶体管。因此，通常使用多晶硅半导体层来实现驱动薄膜晶体管。
但是，使用多晶硅半导体层的驱动薄膜晶体管具有快速驱动速度，但是存在不利于表现低灰度级的问题，因为由于电流应力(current stress)会出现电流的较大波动率(fluctuation rate)。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种驱动元件，其通过使用氧化物半导体实现驱动薄膜晶体管，能够减少由于电流应力导致的电流波动率并且具有较大的S因子值，其中S因子值表示提供给像素电极的电压的充电速度。
此外，本发明的一个目的是提供一种驱动薄膜晶体管，其使用能够具有高阈值电压和长时间稳定驱动的光学可靠性的氧化物半导体。
本发明要实现的目的不限于上述目的，未提及的其他目的由本发明构思所属领域的普通技术人员根据下文描述可清楚地理解到。
根据实施方式，一种有机发光显示装置包括：发光元件；驱动晶体管，所述驱动晶体管被配置为向所述发光元件提供驱动电流并且包括第一氧化物半导体层和设置在所述第一氧化物半导体层上的第一栅极；在所述第一氧化物半导体层的下方与所述第一氧化物半导体层交叠的第一光阻挡层；以及至少一个绝缘层，所述绝缘层设置在所述第一光阻挡层和所述第一栅极之间并且由无氢(hydrogen-free)硅氮化物材料制成。因此，可增大采用氧化物半导体层的驱动晶体管的S因子并且可确保性能。
其他实施方式的细节包括在详细描述和附图中。
附图说明
图1是图解根据本发明实施方式的显示装置的框图。
图2是图解包括在根据本发明实施方式的显示装置中的像素驱动电路的电路图。
图3是根据本发明实施方式的显示装置的剖视图。
图4是根据本发明实施方式的驱动薄膜晶体管的剖视图。
图5是图解在根据本发明实施方式的驱动薄膜晶体管中形成的寄生电容器之间的关系的电路图。
图6是示出相对于基于电容比的S因子，薄膜晶体管的特性的曲线图。
图7是根据本发明另一实施方式的显示装置的剖视图。
具体实施方式
通过参照附图详细描述的以下实施方式，本发明的优点和特点以及其实现方法将变得清楚。然而，本发明不限于下文公开的实施方式，而是可以以不同的各种形式实施。实施方式给出本发明的完整公开内容，提供实施方式仅是为了使得所属领域的普通技术人员完全理解本发明的范围。本发明仅由所附权利要求书的范围限定。
为了描述本发明的各实施方式而在附图中示出的形状、面积、比例、角度、数量等仅仅是示例，本发明不限于此。相似的参考标记通篇指代相似的要素。此外，在本发明的下文描述中，可省略对已知相关技术的详细描述，以避免不必要地模糊本发明的主题。在本文中使用的诸如“包括”、“具有”和“包含”之类的术语通常旨在允许添加其他元件，除非这些术语与术语“仅”一起使用。对单数的任何引用可包括复数，除非有其他明确指明。
即使没有明确指明，要素也被解释为包括通常的误差范围。
当使用诸如“在……上”、“在……上方”、“在……下方”、“在……之后”之类的术语描述两部分之间的位置关系时，一个或多个部分可位于这两个部分之间，除非这些术语与术语“紧接”或“直接”一起使用。
将理解，当一元件被称为在另一元件或层“上”时，其可直接位于另一元件或层上，或者也可存在中间元件。
尽管可使用术语诸如“第一”、“第二”等之类的术语来描述各种组件，但这些组件不受上述术语的限制。这些术语仅仅是用来将一组件与其他组件区分开。因此，在本发明的精神内，下文描述的第一组件可以是第二组件。
相同的参考标记通篇指代相同的要素。
在本发明的多个方面中，为了便于说明，将源极和漏极进行彼此区分。但是，源极和漏极可互换地使用。源极可以是漏极，漏极可以是源极。此外，在一个实施方式中的源极可以是在另一实施方式中的漏极，在一个实施方式中的漏极可以是在另一实施方式中的源极。
在本发明的一个或多个方面中，为了便于说明，将源极区与源极进行区分，将漏极区与漏极进行区分。但是，本发明的多个方面不限于此结构。例如，源极区可以是源极，漏极区可以是漏极。此外，源极区可以是漏极，漏极区可以是源极。
为了便于描述，示出了在附图中所示的每个构造的尺寸和厚度，本发明不必限于图示构造的尺寸和厚度。
本发明各个方面的特征可彼此部分地或整体地结合或组合，并且可在技术上彼此进行各种互操作和驱动，如所属领域的普通技术人员能够充分理解的那样。本发明的多个方面可彼此独立地实施，或者可以以相互依赖的关系一起实施。
下文中，将参照附图描述本发明。
图1是图解根据本发明实施方式的显示装置100的框图。
参照图1，根据本发明实施方式的显示装置100可包括显示面板102、包括用于向显示面板102传输电压和信号的驱动电路的印刷电路板、以及配备有显示面板102的仪器(instruments)。显示面板102可包括显示区AA以及作为显示区AA的外围区的非显示区NA。
显示面板102可包括由具有柔性的塑料材料制成以便可弯曲的基板。例如，基板可由诸如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚砜(PSF)或环烯烃共聚物之类的材料制成。此外，可采用非常薄的玻璃以便使显示面板102弯曲。
用于实现屏幕的多个子像素可设置在显示区AA中。子像素PX可包括发光元件以及用于向发光元件施加驱动电流的像素驱动电路。此外，像素驱动电路可利用采用氧化物半导体材料作为有源层的薄膜晶体管实现。
数据驱动器104和栅极驱动器103的至少之一可设置在非显示区NA中。此外，非显示区NA可进一步包括显示面板102被弯曲的弯曲区BA。
栅极驱动器103可作为利用采用多晶半导体材料作为有源层的薄膜晶体管来实现的P沟道金属氧化物半导体(PMOS)直接形成在基板上，或者可作为利用采用多晶半导体材料作为有源层的薄膜晶体管以及采用氧化物半导体材料作为有源层的薄膜晶体管实现的互补金属氧化物半导体(CMOS)电路直接形成在基板上。当对于非显示区NA和显示区AA中设置的薄膜晶体管采用相同的半导体材料时，可同时执行相同的工艺。
具有氧化物半导体层的薄膜晶体管和具有多晶硅半导体层的薄膜晶体管可具有在沟道中的高电子迁移率，由此实现高分辨率和低功耗。
多条数据线和多条栅极线可设置在显示区AA中。例如，多条数据线可布置成多个列，多条栅极线可布置成多个行。数据线和栅极线可单独连接至子像素PX中包括的驱动电路。
包括栅极驱动电路的栅极驱动器103可设置在非显示区NA中。栅极驱动器103的栅极驱动电路可通过向多条栅极线GL依次提供扫描信号和发光信号来依次驱动显示区AA中的像素行。栅极驱动电路可包括提供扫描信号的扫描驱动电路和提供发光信号的发光驱动电路。在这种情形下，像素行可指包括连接至一条栅极线GL的多个像素的行。
栅极驱动电路可包括移位寄存器、电平移位器等。
如同根据本发明实施方式的显示装置100，栅极驱动电路可实现为面板内栅极(GIP)型并且直接设置在基板上。
栅极驱动器103可向多条栅极线依次提供具有导通(on)电压或截止(off)电压的扫描信号和发光信号。
当通过栅极驱动器103向指定的栅极线提供导通电压时，包括在根据本发明实施方式的显示装置100中的数据驱动器104可将图像数据转换成模拟数据电压，并且将模拟数据电压提供给多条数据线。
设置在基板上的多条栅极线GL可包括多条扫描线和多条发光线。多条扫描线的每一条可向扫描晶体管的栅极节点传输扫描信号，多条发光线的每一条可向发光晶体管的栅极节点传输发光信号。
数据线DL可被设置为在连接在子像素PX和数据驱动器104之间的同时穿过弯曲区BA。具体地，数据线DL可连接至与数据驱动器104连接的数据焊盘。
弯曲区BA是基板被弯曲并且变形的区域。基板可在除了弯曲区BA之外的区域保持平坦状态。非显示区NA的一部分可经由弯曲区BA与显示区AA的后表面交叠。
图2是图解包括在根据本发明实施方式的显示装置100中的像素驱动电路的电路图。
根据本发明实施方式的显示装置100可包括具有7个薄膜晶体管和一个存储电容器Cst的像素驱动电路。7个薄膜晶体管的其中之一可以是驱动薄膜晶体管DT，7个薄膜晶体管的其余薄膜晶体管可以是用于补偿驱动薄膜晶体管DT或者发光元件EL的劣化并且对驱动薄膜晶体管DT进行驱动的开关薄膜晶体管T2、T3、T4、T5、T6和T7。像素驱动电路可向发光元件EL施加驱动电流。发光元件EL可以是有机发光元件或无机发光元件。例如，发光元件EL可以是采用有机发光二极管、微LED(微发光二极管)、LED、量子点等作为材料的元件。
作为本发明的实施方式，像素驱动电路被实现为与发光元件EL的阳极连接，以将驱动电流施加给阳极，但不限于此。像素驱动电路可被实现为与发光元件EL的阴极连接。
在根据本发明实施方式的像素驱动电路中，驱动薄膜晶体管DT的有源层和与构成驱动薄膜晶体管DT的栅极、源极和漏极的其中之一连接的第三开关薄膜晶体管T3的有源层利用氧化物半导体材料形成。此外，用于补偿驱动薄膜晶体管DT的其余开关薄膜晶体管T2、T4、T5、T6和T7的至少之一可采用多晶半导体材料作为有源层。
下文描述的开关薄膜晶体管可简要地称为开关晶体管或晶体管，下文描述的驱动薄膜晶体管也可称为驱动晶体管。
在根据本发明实施方式的显示装置100中包括的第n像素行中设置的栅极线GL可包括第一扫描信号Scan1[n]、第二扫描信号Scan2[n]、第三扫描信号Scan3[n]、第四扫描信号Scan4[n]、以及发光信号EM[n]。在这种情形下，第四扫描信号Scan4[n]可连接至第(n+1)像素行中设置的第三扫描信号。
第一扫描信号Scan1[n]可控制第三晶体管T3的导通和截止，第二扫描信号Scan2[n]可控制第二晶体管T2的导通和截止。第三扫描信号Scan3[n]可控制第四晶体管T4的导通和截止，第四扫描信号Scan4[n]可控制第七晶体管T7的导通和截止。发光信号EM[n]可控制第五晶体管T5和第六晶体管T6的导通和截止。
除了栅极线GL之外，数据线DL和电源线也可设置在像素驱动电路中。数据线DL可连接至第二晶体管T2以向驱动薄膜晶体管DT的漏极提供数据电压Vdata。电源线可包括用于提供初始化电压VIN的初始化线、用于提供高电位电压VDD的高电位线、用于提供低电位电压VSS的低电位线、以及用于提供阳极复位电压VAR的阳极复位电压线。
初始化电压VIN可经由第四晶体管T4提供给驱动薄膜晶体管DT的源极，高电位电压VDD可经由电容器Cst的一个电极或者第五晶体管T5提供给驱动薄膜晶体管DT的漏极。低电位电压VSS可提供给发光元件EL的阴极，阳极复位电压VAR可经由第七晶体管T7提供给发光元件的阳极。
本发明不限于图2的像素驱动电路，其可应用于各种构造的内部补偿电路或外部补偿电路。
图3是根据本发明实施方式的显示装置100的剖视图。
图3显示出包括一个驱动薄膜晶体管DT、两个开关薄膜晶体管T3和330、以及一个电容器Cst的显示装置100的剖视图。两个开关薄膜晶体管T3和330可包括：包括氧化物半导体材料的第三开关薄膜晶体管T3；以及包括多晶半导体材料的开关薄膜晶体管T2、T4、T5、T6和T7中的一个开关薄膜晶体管330。在这种情形下，第三开关薄膜晶体管T3可称为氧化物开关薄膜晶体管T3，包括多晶半导体材料的开关薄膜晶体管可称为多晶开关薄膜晶体管330。
如上所述，一个子像素PX可包括发光元件EL以及向发光元件EL提供驱动电流的像素驱动电路370。像素驱动电路370可设置在基板101上，发光元件EL可设置在像素驱动电路370上。封装层328可设置在发光元件EL上以保护发光元件EL。
像素驱动电路370可指包括驱动薄膜晶体管DT、开关薄膜晶体管T3和330、以及电容器Cst的一个子像素PX的阵列单元。此外，发光元件EL可指用于发光的阵列单元，此阵列单元包括阳极、阴极、以及设置在阳极和阴极之间的发光层。
在本发明的一个实施方式中，驱动薄膜晶体管DT和至少一个开关薄膜晶体管可采用氧化物半导体作为有源层。与采用多晶半导体材料作为有源层的薄膜晶体管相比，采用氧化物半导体材料作为有源层的薄膜晶体管可具有卓越的漏电流阻挡效果以及相对廉价的制造成本。因此，为了降低功耗和制造成本，根据本发明实施方式的像素驱动电路370可包括采用氧化物半导体材料的驱动薄膜晶体管DT和至少一个开关薄膜晶体管。
构成像素驱动电路370的所有薄膜晶体管可采用氧化物半导体材料实现，或者仅一些开关薄膜晶体管可采用氧化物半导体材料实现。
应注意，本发明的一个实施方式既包括采用氧化物半导体材料的开关薄膜晶体管又包括采用多晶半导体材料的开关薄膜晶体管，因为采用氧化物半导体材料的薄膜晶体管难以确保可靠性并且采用多晶半导体材料的薄膜晶体管具有高运作速度和卓越的可靠性。
基板101可被实现为交替堆叠有机膜和无机膜的多层。例如，基板101可通过交替堆叠诸如聚酰亚胺之类的有机膜和诸如硅氧化物(SiO2)之类的无机膜形成。
下缓冲层301可形成在基板101上。下缓冲层301用于防止湿气从外部渗透，并且可通过将硅氧化物(SiO2)膜等堆叠成多个层来使用。
辅助缓冲层可进一步设置在下缓冲层301上以保护元件免受湿气渗透的影响。
多晶开关薄膜晶体管330可形成在基板101上。多晶开关薄膜晶体管330可采用多晶半导体作为有源层。多晶开关薄膜晶体管330可包括：包括电子或空穴的移动沟道的第一有源层303；第一栅极306；第一源极317S；以及第一漏极317D。
第一有源层303可包括：第一沟道区303C；设置在一侧的第一源极区303S；以及设置在另一侧的第一漏极区303D，其中第一沟道区303C插置在第一源极区303S和第一漏极区303D之间。
第一源极区303S和第一漏极区303D可通过利用V族或III族的掺杂剂离子，例如磷(P)或硼(B)，以预定浓度掺杂本征(intrinsic)多晶半导体材料来形成。
多晶半导体材料保持在本征状态的第一沟道区303C可提供电子或空穴的移动路径。
同时，多晶开关薄膜晶体管330可包括与第一有源层303的第一沟道区303C交叠的第一栅极306。第一栅极绝缘层302可设置在第一栅极306和第一有源层303之间。
第一栅极绝缘层302可通过以单层或多层堆叠硅氧化物(SiO2)膜等来形成。由于采用多晶半导体的薄膜晶体管相比采用氧化物半导体的薄膜晶体管相对较少地受到氢的影响，但是当过度产生氢原子时可能出现诸如阈值电压偏移之类的缺陷，所以可采用包含相对较少量的氢的硅氧化物(SiO2)作为栅极绝缘层。
在本发明的一个实施方式中，多晶开关薄膜晶体管330可具有顶栅结构，其中第一栅极306位于第一有源层303的上方。因此，包括在电容器Cst中的第一电极305和包括在氧化物开关薄膜晶体管T3中的第二光阻挡层304可由与第一栅极306相同的材料形成并且可设置在相同的层中。通过经由一个掩模工艺形成第一栅极306、第一电极305和第二光阻挡层304，可减少掩模工艺的数量。
第一栅极306可由金属材料制成。例如，第一栅极306可以是由钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、钕(Nd)和铜(Cu)及其合金的至少之一制成的单层或多层，但不限于此。
第一层间绝缘层307可设置在第一栅极306上。第一层间绝缘层307可利用硅氮化物(SiNx)来实现。尤其是，由硅氮化物(SiNx)制成的第一层间绝缘层307可包括氢原子(氢粒子)。当形成第一有源层303、第一栅极绝缘层302和第一栅极306时，第一层间绝缘层307沉积在其上，然后执行热处理工艺，包含在第一层间绝缘层307中的氢原子可渗透到第一源极区303S和第一漏极区303D中，以有助于改进并且稳定化多晶半导体材料的导电性。上述工艺可也称为氢化工艺(hydrogenation process)。
多晶开关薄膜晶体管330可进一步包括依次设置在第一层间绝缘层307上的上缓冲层310、第二栅极绝缘层313以及第二层间绝缘层316，并且可包括形成在第二层间绝缘层316上并且分别连接至第一源极区303S和第一漏极区303D的第一源极317S和第一漏极317D。
第一源极317S和第一漏极317D可以是由钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、钕(Nd)和铜(Cu)及其合金的至少之一制成的单层或多层，但不限于此。
上缓冲层310可将由氧化物半导体材料制成的氧化物开关薄膜晶体管T3的第二有源层312和驱动薄膜晶体管DT的第三有源层311与利用多晶半导体材料实现的第一有源层303间隔开，并且提供用以形成第二有源层312和第三有源层311的基础。
第二层间绝缘层316可覆盖氧化物开关薄膜晶体管T3的第二栅极315和驱动薄膜晶体管DT的第三栅极314。第二栅极315和第三栅极314可设置在相同的层中并且由相同的材料制成。由于第二层间绝缘层316形成在由氧化物半导体材料制成的第二有源层312和第三有源层311上，所以第二层间绝缘层316可被实现为无机膜。例如，第二层间绝缘层316可由硅氧化物(SiO2)形成。
第二栅极315可由金属材料制成。例如，第二栅极315可以是由钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、钕(Nd)和铜(Cu)及其合金的至少之一制成的单层或多层，但不限于此。
同时，氧化物开关薄膜晶体管T3可包括：形成在上缓冲层310上并且由氧化物半导体材料制成的第二有源层312；覆盖第二有源层312的第二栅极绝缘层313；设置在第二栅极绝缘层313上的第二栅极315；覆盖第二栅极315的第二层间绝缘层316；以及设置在第二层间绝缘层316上的第二源极318S和第二漏极318D。
第二有源层312可包括由氧化物半导体材料制成并且未被掺杂剂掺杂的本征第二沟道区312C、以及被掺杂剂掺杂以具有导电性的第二源极区312S和第二漏极区312D。
氧化物开关薄膜晶体管T3可进一步包括位于上缓冲层310的下方并且与第二有源层312交叠的第二光阻挡层304。第二光阻挡层304可由与第一栅极306相同的材料制成并且可形成在第一栅极绝缘层302的上表面上。
第二光阻挡层304可电连接至第二栅极315以形成双栅极。可分离地包括连接电极CE以电连接第二光阻挡层304和第二栅极315，并且可按照通过绕过(bypass)第二有源层312将接触孔形成在第一层间绝缘层307、上缓冲层310和第二栅极绝缘层313中的方式来形成连接电极CE。因此，氧化物开关薄膜晶体管T3可被实现为具有双栅极结构，以更精确地控制流经第二沟道层312C的电流的流动并且能够以更小的尺寸制造，由此实现高分辨率显示装置。
第二源极318S和第二漏极318D可与第一源极317S和第一漏极317D一起利用相同的材料同时形成在第二层间绝缘层316上，由此减少工艺数量。
同时，驱动薄膜晶体管DT可形成在上缓冲层310上。
根据本发明实施方式的驱动薄膜晶体管DT可包括由氧化物半导体材料制成的第三有源层311。
采用有利于高速运作的多晶半导体材料作为有源层的驱动薄膜晶体管由于截止状态下的漏电流可消耗较大的功率。因此，根据本发明实施方式的驱动薄膜晶体管DT可采用有利于防止漏电流出现的氧化物半导体材料作为有源层。
在采用氧化物半导体材料作为有源层的薄膜晶体管的情形下，在需要精确电流控制的低灰度级区域中可出现缺陷，因为对于单位电压变化值的电流变化值由于氧化物半导体的材料性质而较大。因此，本发明的实施方式提供一种驱动薄膜晶体管，其中相对于施加给栅极的电压的变化值，有源层中电流的变化值相对较小。
参照图3，驱动薄膜晶体管DT可包括：形成在上缓冲层310上并且由氧化物半导体材料制成的第三有源层311；覆盖第三有源层311的第二栅极绝缘层313；形成在第二栅极绝缘层313上并且与第三有源层311交叠的第三栅极314；覆盖第三栅极314的第二层间绝缘层316；以及设置在第二层间绝缘层316上的第三源极319S和第三漏极319D。
驱动薄膜晶体管DT可进一步包括设置在上缓冲层310的内部并且与第三有源层311交叠的第一光阻挡层308。第一光阻挡层308可插入到上缓冲层310中。更详细地描述如何在上缓冲层310的内部设置第一光阻挡层308：上缓冲层310可包括第一上缓冲层310a和第二上缓冲层310b。第一光阻挡层308可设置在第一层间绝缘层307上，第一上缓冲层310a可覆盖第一光阻挡层308。此外，第二上缓冲层310b可设置在第一上缓冲层310a上。
在根据本发明实施方式的显示面板102中，第一上缓冲层310a和第二上缓冲层310b可由硅氧化物(SiO2)制成。可选地，第一上缓冲层310a可由硅氮化物(SiNx)制成，第二上缓冲层310b可由硅氧化物(SiO2)制成。在形成薄膜的工艺中，相比硅氮化物(SiNx)，硅氧化物(SiO2)可导致少量的氢。
因此，与第二有源层312和第三有源层311相邻的第二上缓冲层310b由硅氧化物(SiO2)制成，由此减小对采用其可靠性很可能受到氢原子损坏的氧化物半导体层作为有源层的氧化物开关薄膜晶体管T3和驱动薄膜晶体管DT的影响。
另一方面，由于第一上缓冲层310a不直接接触第二有源层312和第三有源层311，所以第一上缓冲层310a可由具有卓越的捕获氢原子的能力的硅氮化物(SiNx)制成。第一上缓冲层310a可覆盖第一光阻挡层308的顶表面和侧表面。由于相比硅氧化物(SiO2)，硅氮化物(SiNx)具有卓越的捕获氢原子的能力，所以通过利用硅氮化物(SiNx)形成第一上缓冲层310a，可捕获可在第一上缓冲层310a的下方产生的氢原子，由此减小对采用氧化物半导体层作为有源层的氧化物开关薄膜晶体管T3和驱动薄膜晶体管DT的影响。
设置在上缓冲层310下方的第一层间绝缘层307包括氢原子。在采用多晶半导体材料作为有源层的多晶开关薄膜晶体管330的氢化工艺期间产生的氢原子可穿过上缓冲层310，从而损坏位于上缓冲层310上的氧化物半导体层的可靠性。也就是说，当氢原子渗透到氧化物半导体层中时，采用氧化物半导体层作为有源层的薄膜晶体管根据晶体管的形成位置可具有不同的阈值电压或者改变的沟道导电性。由于驱动薄膜晶体管DT直接有助于发光元件EL的运作，所以对于确保可靠性来说很重要。
同时，在根据本发明实施方式的显示装置中，第二栅极绝缘层313可由无氢硅氮化物(SiNx:F)制成。由于第二栅极绝缘层313设置在第二有源层312和第二栅极315之间以及在第三有源层311和第三栅极314之间，所以第二栅极绝缘层313的介电常数可影响驱动薄膜晶体管DT的特性。
一般而言，由于硅氮化物(SiNx)的介电常数是7.5[ε]并且硅氧化物(SiO2)的介电常数是3.9[ε]，所以当第二栅极绝缘层313由硅氮化物(SiNx)制成时，第二栅极绝缘层313的厚度增加裕度(margin)可增大。也就是说，可不必增大第二栅极绝缘层313的厚度。
但是，当形成硅氮化物(SiNx)时通常产生氢。由于第二栅极绝缘层313被设置为与第二有源层312和第三有源层311接触，所以在形成第二栅极绝缘层313时产生的氢原子可影响有源层。因此，由无氢硅氮化物(SiNx:F)制成的第二栅极绝缘层313可根据下述方法沉积。
[方案I]
SiF4+N2→SiNx
根据方案1，当二氮(N2)用作四氟化硅(SiF4)的反应气体时，可形成硅氮化物(SiNx)。在这种情形下，由于在形成硅氮化物(SiNx)的过程中不产生氢，所以由氧化物半导体制成的有源层不会受到影响。
例如，当硅氧化物(SiO2)用作第二栅极绝缘层313时，第二栅极绝缘层313的厚度可能必须增加以改进驱动薄膜晶体管DT的S因子。由于第二栅极绝缘层313的厚度增加会增大在氧化物开关薄膜晶体管T3中的第二有源层312和第二栅极315之间的距离，所以导致氧化物开关薄膜晶体管T3的第二沟道区312C的大部分载流子减少，由此使氧化物开关薄膜晶体管T3的器件性能退化。
因此，在根据本发明实施方式的显示装置中，通过采用无氢硅氮化物(SiNx:F)作为第二栅极绝缘层313，可改善第二栅极绝缘层313的介电常数并且确保沟道区中足够量的载流子。因此，可改进开关薄膜晶体管T3的性能。
同时，第一光阻挡层308可垂直设置在第三有源层311的下方，以与第三有源层311交叠。此外，第一光阻挡层308可形成得比第三有源层311具有更大的尺寸，以与第三有源层311完全交叠。
第一光阻挡层308可在第一层间绝缘层307上与第二电极309由相同的材料制成并且可与第二栅极309设置在相同的层中。第二电极309可被设置为与第一电极305交叠以形成电容器Cst。
第一光阻挡层308和第二电极309可以是由钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、钕(Nd)和铜(Cu)及其合金的至少之一制成的单层或多层。
电容器Cst可在确定时间段内存储经由数据线DL施加的数据电压Vdata，并且向发光元件EL提供数据电压。
电容器Cst可包括彼此对应的两个电极以及设置在两个电极之间的电介质。第一层间绝缘层307可位于第一电极305和第二电极309之间。
电容器Cst的第一电极305可电连接至驱动薄膜晶体管DT的第三栅极314。但是，电容器Cst的连接关系可根据像素驱动电路而改变，而不限于此。
第三有源层311可由氧化物半导体材料制成，并且包括未被掺杂剂掺杂的本征第三沟道区311C、以及被掺杂剂掺杂并且具有导电性的第三源极区311S和第三漏极区311D。第三源极区311S和第三漏极区311D可分别连接至第三源极319S和第三漏极319D。
类似于第一源极317S和第一漏极317D，第三源极319S和第三漏极319D是由钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、钕(Nd)和铜(Cu)及其合金的至少之一制成的单层或多层。
驱动薄膜晶体管DT的第三源极319S可电连接至第一光阻挡层308。通过将第一光阻挡层308设置在上缓冲层310的内部并且将第三源极319S电连接至第一光阻挡层308，可获得附加效果。将参照图4和图5描述细节。
同时，第一平坦化层320和第二平坦化层322可依次设置在像素驱动电路370上以将像素驱动电路370的上端平坦化。第一平坦化层320和第二平坦化层322可以是诸如聚酰亚胺或丙烯酸树脂(acrylic resin)之类的有机膜。
此外，发光元件EL可形成在第二平坦化层322上。
发光元件EL可包括阳极323、阴极327、以及设置在阳极323和阴极327之间的发光层325。如图2所示，在采用共同使用低电位电压VSS的像素驱动电路来实现的情形下，阳极323对于每个子像素可设置成分离的电极。在采用共同使用高电位电压VDD的像素驱动电路来实现的情形下，阴极327对于每个子像素可设置成分离的电极。
发光元件EL可经由设置在第一平坦化层320上的中间电极321电连接至驱动元件DT。具体地，发光元件EL的阳极323以及构成像素驱动电路370的驱动薄膜晶体管DT的第三漏极319D可经由中间电极321彼此连接。
阳极323可连接至经由穿过第二平坦化层322的第一接触孔CH1暴露的中间电极321。此外，中间电极321可连接至经由穿过第一平坦化层320的第二接触孔CH2暴露的第三漏极319D。
中间电极321可用作连接第三漏极319D和阳极323的媒介。中间电极321也可由诸如铜(Cu)、银(Ag)、钼(Mo)或钛(Ti)之类的导电材料制成。
阳极323可具有包括透明导电膜和具有高反射效率的不透明导电膜的多层结构。透明导电膜可由具有相对较高的功函数值的材料比如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)制成，不透明导电膜可具有包括铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)、铅(Pb)、钼(Mo)、钛(Ti)或其合金的单层或多层结构。例如，阳极323可具有依次堆叠有透明导电膜、不透明导电膜和透明导电膜的结构，或者依次堆叠有透明导电膜和不透明导电膜的结构。
发光层325可通过依次或者按照相反的顺序在阳极323上堆叠空穴相关层、有机发光层和电子相关层来形成。
堤层324可以是暴露每个子像素PX的阳极323的像素限定膜。堤层324可由不透明材料(例如黑色材料)制成，以防止相邻子像素PX之间的光学干扰。在这种情形下，堤层324可包括由彩色颜料、有机黑(organic black)和碳的至少之一制成的光阻挡材料。间隔件(spacer)326可进一步设置在堤层324上。
阴极327可面对阳极323，其间插置有发光层325，并且阴极327可形成在发光层325的顶表面和侧表面上。阴极327可一体地形成在整个显示区AA上。当应用于顶发光型有机发光显示装置时，阴极327可由诸如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)之类的透明导电层制成。
用于抑制湿气渗透的封装层328可进一步设置在阴极327上。封装层328可包括依次堆叠的第一无机封装层328a、第二有机封装层328b和第三无机封装层328c。
封装层328的第一无机封装层328a和第三无机封装层328c可由诸如硅氧化物(SiOx)之类的无机材料形成。封装层328的第二有机封装层328b可由诸如丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂和聚酰亚胺树脂之类的有机材料形成。
图4是根据本发明实施方式的驱动薄膜晶体管的剖视图。图5是图解在根据本发明实施方式的驱动薄膜晶体管中形成的寄生电容器之间的关系的电路图。此外，图6是示出相对于基于电容比的S因子，薄膜晶体管的特性的曲线图。
参照图4和图5，在由氧化物材料制成的第三有源层311中，第三源极311S和第三漏极311D被掺杂剂掺杂，以使第三有源层311导电，导致第三有源层311内部的寄生电容，其称为有源层寄生电容Cact。此外，在第三栅极314和第三有源层311之间也出现寄生电容，其称为绝缘层寄生电容Cgi，并且在电连接至第三源极319S的第一光阻挡层308与第三(辅助)有源层311之间出现的寄生电容称为缓冲层寄生电容Cbuf。
第三有源层311和第一光阻挡层308经由第三源极319S电连接，从而有源层寄生电容Cact和缓冲层寄生电容Cbuf彼此并联连接，有源层寄生电容Cact和绝缘层寄生电容Cgi串联连接。此外，当栅极电压Vgat被施加给第三栅极314时，施加给第三有源层311的有效电压Veff通过下面的公式获得：
在此，ΔVeff是施加给第三有源层311的有效电压Veff的变化量，ΔVgat是施加给第三栅极314的栅极电压Vgat的变化量。由于施加给第三有源层311的第三沟道区311C的有效电压Veff与缓冲层寄生电容Cbuf成反比，所以施加给第三有源层311的有效电压Veff可通过调节缓冲层寄生电容Cbuf来控制。
因此，第一光阻挡层308被设置为与第三有源层311相邻，以增加缓冲层寄生电容Cbuf，由此减小流经第三有源层311的实际电流。
减小流经第三有源层311的有效电流可指：扩大能够经由实际施加给第三栅极314的栅极电压Vgat得到控制的驱动薄膜晶体管DT的控制范围。
在本发明的一个实施方式中，在驱动薄膜晶体管DT中的第三有源层311和第一光阻挡层308之间的距离被实现为小于在氧化物开关薄膜晶体管T3中的第二有源层312和第二光阻挡层304之间的距离，由此扩大驱动薄膜晶体管DT控制灰度级的范围。此外，即使在低灰度级的情形下也可精确地控制发光元件，由此解决频繁出现在低灰度级情形下的屏幕污点问题。
参照图6，显示了基于氧化物薄膜晶体管中的电容比的S因子值。在曲线图的横轴上的电容比是绝缘层寄生电容Cgi相对于缓冲层寄生电容Cbuf的值，其中绝缘层寄生电容Cgi是分子，缓冲层寄生电容Cbuf是分母。此外，曲线图的纵轴表示S因子值。在图6中，V/dec表示V/10(decade)。测量条件是氧化物(IGZTO)薄膜晶体管、0.1nA至1.0nA的驱动电流值、5V的漏极-源极电压值、3/6μm的沟道W/L值。
当通过改变栅极绝缘层的厚度测量的值比如和/>由虚线表示时，显示出向右上升。也就是说，随着电容比增大，S因子值也增大。换句话说，当栅极寄生电容的值相同时，S因子值随着缓冲层寄生电容值的增加而增加。换句话说，当栅极绝缘层的厚度相同时，S因子值随着上缓冲层的厚度的减小而增加。
将从机械方面(mechanistically)描述氧化物薄膜晶体管的性能。当上缓冲层的厚度减小时，缓冲层寄生电容增大，有源层的有效电压减小，从而栅极电压的灵敏度降低以增大S因子并且减小导通电流，由此改进氧化物薄膜晶体管的性能。
图7是根据本发明另一实施方式的显示装置的剖视图。图7显示了与图3的实施方式包括相同组件的实施方式，不同之处仅在于上缓冲层310的结构。在图7中，省略或者简要给出对与图3的组件重复的那些组件的描述。
参照图7，上缓冲层310’作为单层形成在第一层间绝缘层307和第二栅极绝缘层313之间以覆盖第一光阻挡层308。
在根据本发明另一实施方式的显示装置中，第二栅极绝缘层313可由硅氧化物(SiO2)制成，上缓冲层310’可由无氢硅氮化物(SiNx:F)制成。由于上缓冲层310’接触第二有源层312的下表面和第三有源层311的下表面，所以上缓冲层310’的介电常数可影响驱动薄膜晶体管DT的特性。
当上缓冲层310’由具有高介电常数的无氢硅氮化物(SiNx:F)制成时，有效电压由于缓冲层寄生电容Cbuf的增大而减小，由此消除了减小上缓冲层310’厚度的必要性。例如，当上缓冲层310’由具有高介电常数的无氢硅氮化物(SiNx:F)制成时，上缓冲层310’可被形成为具有由硅氧化物(SiO2)制成的上缓冲层310’的厚度的两倍的厚度。上述构造可防止由于驱动薄膜晶体管DT中上缓冲层310’的厚度减小而在第三有源层311和第一光阻挡层308之间出现的短路，并且由于无氢硅氮化物(SiNx:F)的耐高压和湿气阻挡特性，可确保驱动薄膜晶体管DT的可靠性。此外，驱动薄膜晶体管DT的S因子通过向上缓冲层310’涂覆无氢硅氮化物(SiNx:F)而增大，由此改进驱动薄膜晶体管DT的性能。
通过向上缓冲层310’涂覆无氢硅氮化物(SiNx:F)，确保了驱动薄膜晶体管DT的性能，由此消除了增大第二栅极绝缘层313的厚度的必要性。因此，由于氧化物开关薄膜晶体管T3的第二栅极绝缘层313的厚度不增加，所以不会出现氧化物开关薄膜晶体管T3的第二沟道区312C的主要载流子的减少。因此，可防止氧化物开关薄膜晶体管T3的性能的退化。
根据本发明各实施方式的显示装置可描述如下。
根据实施方式，一种有机发光显示装置包括：发光元件；驱动晶体管，所述驱动晶体管被配置为向所述发光元件提供驱动电流并且包括第一氧化物半导体层和设置在所述第一氧化物半导体层上的第一栅极；在所述第一氧化物半导体层的下方与所述第一氧化物半导体层交叠的第一光阻挡层；以及至少一个绝缘层，所述绝缘层设置在所述第一光阻挡层和所述第一栅极之间并且由无氢硅氮化物材料制成。因此，可增大采用氧化物半导体层的驱动晶体管的S因子并且可确保性能。
根据本发明的另一特点，所述有机发光显示装置还可包括：第一开关晶体管，所述第一开关晶体管电连接至所述驱动晶体管并且包括第二氧化物半导体层以及设置在所述第二氧化物半导体层上的第二栅极。
根据本发明的另一特点，所述有机发光显示装置还可包括：在所述第二氧化物半导体层的下方与所述第二氧化物半导体层交叠的第二光阻挡层。
根据本发明的另一特点，所述绝缘层可设置在所述第二光阻挡层和所述第二栅极之间。
根据本发明的另一特点，在所述第一光阻挡层和所述第一氧化物半导体层之间的距离可小于在所述第二光阻挡层和所述第二氧化物半导体层之间的距离。
根据本发明的另一特点，所述有机发光显示装置还可包括：第二开关晶体管，所述第二开关晶体管电连接至所述第一开关晶体管并且包括多晶半导体层以及设置在所述多晶半导体层上的第三栅极。
根据本发明的另一特点，所述第三栅极可与所述第二光阻挡层设置在相同的层中并且由相同的材料制成。
根据本发明的另一特点，所述有机发光显示装置还可包括：设置在所述第三栅极和所述第一氧化物半导体层之间的至少一个硅氮化物层。
根据本发明的另一特点，所述硅氮化物层可不与所述第一氧化物半导体层接触。
根据本发明的另一特点，所述第一栅极和所述第二栅极可设置在相同的层中并且由相同的材料制成。
根据本发明的另一特点，所述有机发光显示装置还可包括电容器，所述电容器包括：与所述第一光阻挡层设置在相同的层中并且由相同的材料制成的第一电极；以及与所述第二光阻挡层设置在相同的层中并且由相同的材料制成的第二电极。
根据本发明的另一特点，所述驱动晶体管可包括连接至所述第一氧化物半导体层的第一源极和第一漏极，所述第一源极可连接至所述第一光阻挡层。
根据本发明的另一特点，所述绝缘层可设置在所述第一氧化物半导体层和所述第一栅极之间。
根据本发明的另一特点，所述有机发光显示装置还可包括设置在所述第一氧化物半导体层和所述第一光阻挡层之间的第一缓冲层和第二缓冲层。
根据本发明的另一特点，所述第一缓冲层可由硅氮化物材料制成，所述第二缓冲层可由硅氧化物材料制成。
根据本发明的另一特点，所述第二缓冲层可设置在所述第一缓冲层上。
根据本发明的另一特点，所述绝缘层可设置在所述第一光阻挡层和所述第一氧化物半导体层之间。
根据本发明的另一特点，所述有机发光显示装置还可包括：设置在所述第一氧化物半导体层和所述第一栅极之间的硅氧化物层。
根据本发明的另一特点，通过将驱动电路实现为包括具有氧化物半导体的开关薄膜晶体管和驱动薄膜晶体管，可减小在薄膜晶体管截止时的漏电流和功耗。
根据本发明的实施方式，通过实现包括氧化物半导体的驱动薄膜晶体管，可经由寄生电容的控制来减小在氧化物半导体中产生的有效电压并且能够以低灰度级实现精确的灰度级表现。因此，可减少诸如有机发光显示装置的屏幕污点之类的缺陷。
根据本发明的实施方式，通过在采用氧化物半导体层的开关薄膜晶体管中的氧化物半导体层和栅极之间设置无氢绝缘层，可增大沟道区中的载流子数量，以改进开关薄膜晶体管的性能。
根据本发明的实施方式，在采用氧化物半导体层的驱动薄膜晶体管中的氧化物半导体层和栅极之间设置无氢绝缘层，从而通过增大在氧化物半导体层和栅极之间的寄生电容，确保了在氧化物半导体层和栅极之间的距离裕度，并且通过增大驱动薄膜晶体管的S因子，改进了驱动薄膜晶体管的性能。
根据本发明的实施方式，在采用氧化物半导体层的驱动薄膜晶体管中的氧化物半导体层和光阻挡层之间设置无氢绝缘层，从而防止了由于氢导致的光阻挡层和氧化物半导体层之间的短路以及元件的性能退化，并且阻挡了湿气渗透，从而确保了可靠性。
根据本发明实施方式的效果不限于上述效果，更多种的效果包括在本发明中。

Claims (24)

1.一种有机发光显示装置，包括：
发光元件；
驱动晶体管，所述驱动晶体管被配置为向所述发光元件提供驱动电流并且包括第一氧化物半导体层和设置在所述第一氧化物半导体层上的第一栅极；
在所述第一氧化物半导体层的下方与所述第一氧化物半导体层交叠的第一光阻挡层；以及
至少一个绝缘层，所述绝缘层设置在所述第一光阻挡层和所述第一栅极之间并且由无氢硅氮化物材料制成。
2.根据权利要求1所述的有机发光显示装置，还包括：
第一开关晶体管，所述第一开关晶体管电连接至所述驱动晶体管并且包括第二氧化物半导体层以及设置在所述第二氧化物半导体层上的第二栅极。
3.根据权利要求2所述的有机发光显示装置，还包括：
在所述第二氧化物半导体层的下方与所述第二氧化物半导体层交叠的第二光阻挡层。
4.根据权利要求3所述的有机发光显示装置，其中所述绝缘层设置在所述第二光阻挡层和所述第二栅极之间。
5.据权利要求3所述的有机发光显示装置，其中在所述第一光阻挡层和所述第一氧化物半导体层之间的距离小于在所述第二光阻挡层和所述第二氧化物半导体层之间的距离。
6.根据权利要求3所述的有机发光显示装置，还包括：
第二开关晶体管，所述第二开关晶体管电连接至所述第一开关晶体管并且包括多晶半导体层以及设置在所述多晶半导体层上的第三栅极。
7.根据权利要求6所述的有机发光显示装置，其中所述第三栅极与所述第二光阻挡层设置在相同的层中并且由相同的材料制成。
8.根据权利要求6所述的有机发光显示装置，还包括：
设置在所述第三栅极和所述第一氧化物半导体层之间的至少一个硅氮化物层。
9.根据权利要求8所述的有机发光显示装置，其中所述硅氮化物层不与所述第一氧化物半导体层接触。
10.根据权利要求2所述的有机发光显示装置，其中所述第一栅极和所述第二栅极设置在相同的层中并且由相同的材料制成。
11.根据权利要求3所述的有机发光显示装置，还包括电容器，所述电容器包括：
与所述第一光阻挡层设置在相同的层中并且由相同的材料制成的第一电极；以及
与所述第二光阻挡层设置在相同的层中并且由相同的材料制成的第二电极。
12.根据权利要求1所述的有机发光显示装置，其中所述驱动晶体管包括连接至所述第一氧化物半导体层的第一源极和第一漏极，
其中所述第一源极连接至所述第一光阻挡层。
13.根据权利要求1所述的有机发光显示装置，其中所述绝缘层设置在所述第一氧化物半导体层和所述第一栅极之间。
14.根据权利要求13所述的有机发光显示装置，还包括：
设置在所述第一氧化物半导体层和所述第一光阻挡层之间的第一缓冲层和第二缓冲层。
15.根据权利要求14所述的有机发光显示装置，其中所述第一缓冲层由硅氮化物材料制成，所述第二缓冲层由硅氧化物材料制成。
16.根据权利要求15所述的有机发光显示装置，其中所述第二缓冲层设置在所述第一缓冲层上。
17.根据权利要求1所述的有机发光显示装置，其中所述绝缘层设置在所述第一光阻挡层和所述第一氧化物半导体层之间。
18.根据权利要求17所述的有机发光显示装置，还包括：
设置在所述第一氧化物半导体层和所述第一栅极之间的硅氧化物层。
19.根据权利要求1所述的有机发光显示装置，其中所述第一光阻挡层比所述第一氧化物半导体层具有更大的尺寸，以与所述第一氧化物半导体层完全交叠。
20.根据权利要求2所述的有机发光显示装置，其中所述绝缘层接触所述第一氧化物半导体层的下表面和所述第二氧化物半导体层的下表面。
21.根据权利要求2所述的有机发光显示装置，其中所述绝缘层设置在所述第二氧化物半导体层和所述第二栅极之间以及在所述第一氧化物半导体层和所述第一栅极之间。
22.根据权利要求3所述的有机发光显示装置，其中所述第二光阻挡层电连接至所述第二栅极，以形成所述第一开关晶体管的双栅极。
23.根据权利要求15所述的有机发光显示装置，其中所述第一缓冲层覆盖所述第一光阻挡层的顶表面和侧表面。
24.根据权利要求15所述的有机发光显示装置，其中所述第一缓冲层不接触所述第一氧化物半导体层。
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