DE102004002446A1 - Anzeigevorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Bei einer Anzeigevorrichtung mit einem ersten Array von einzelnen Anzeigeelementen (12) und einem zweiten Array von Ansteuertransistoren (14) für die Anzeigeelemente (12) ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ansteuertransistoren (14) aus einem Halbleitermaterial großer Bandlücke gebildet sind und im sichtbaren Spektralbereich transparent sind. Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anzeigevorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einem ersten Array von einzelnen Anzeigeelementen und einem zweiten Array von Ansteuertransistoren für die Anzeigeelemente. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für eine derartige Anzeigevorrichtung.
  • Für die Ansteuerung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen (LCD, liquid crystal display} sind zwei Verfahren bekannt; die Passiv-Matrix-Steuerung und die Aktiv-Matrix-Steuereung.
  • Wie beispielsweise in der Druckschrift DE 199 50 839 A1 beschrieben, wird vor allem bei kleineren Arrays oder geringen Anforderungen an die Anzeigequalität eine passive Matrix verwendet, bei der die Anzeigeelemente in einem Zeilen-Spalten-Multiplexmodus angesprochen werden.
  • Bei höherwertigen Anwendungen kommt die sogenannte Aktiv-Matrix-Steuerung zum Einsatz, bei der eine Dünnfilmtransistor-Elektronik (TFT, thin film transistor) unter Verwendung von amorphem oder polykristallinem Silizium auf einem Glasträger zum Einsatz kommt.
  • Bei Anzeigevorrichtungen mit organischen Licht-Emittern (O-LEDs, organic light emitting diode) können ebenfalls Dünnfilm-Transistoren zur direkten Ansteuerung der einzelnen, die Pixel bildenden Anzeigeelemente eingesetzt werden.
  • Durch die Verwendung von Siliziumtransistoren treten in beiden Fällen bei der Erzeugung von sichtbarem Licht durch Photoabsorption Fehlströme auf, da die Photonenenergie des erzeugten Lichts größer als die Bandlücke von Silizium ist. Gegenwärtig werden die Transistoren daher nur unter den Struk turen eingesetzt oder verursachen teils erhebliche Absorptionsverluste.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung mit einer verbesserten Ansteuerelektronik bereitzustellen. Insbesondere sollen bei dieser Absorptionsverluste in der Ansteuerelektronik verringert oder möglichst vollständig vermieden sein.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 16 oder des Anspruches 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Anzeigevorrichtung bzw. des Herstellungsverfahrens gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 15 und 18 bis 19 hervor.
  • Bei einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ansteuertransistoren aus einem Halbleitermaterial großer Bandlücke gebildet sind und im sichtbaren Spektralbereich transparent sind.
  • Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, transparente Halbleiterstrukturen für die Ansteuertransistor-Arrays einzusetzen, bei denen aufgrund der großen Bandlücke deutlich verringerte oder im Wesentlichen gar keine Photoabsorption im Transistorsystem stattfindet. Das Problem der Fehlströme wird damit vermieden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Anzeigevorrichtung sind die Anzeigeelemente durch organische lichtemittierende Elemente gebildet.
  • Insbesondere sind die organischen lichtemittierenden Elemente mit Vorteil aus einer Schichtenfolge mit einer Kathode, einer Elektronentransportschicht, einer organischen lichtemittierenden Schicht, einer Löchertransportschicht und einer Anode gebildet.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Anzeigevorrichtung sind die Anzeigeelemente durch Flüssigkristallelemente gebildet.
  • Die Bandlücke des Halbleitermaterials der Ansteuertransistoren ist vorteilhaft größer als 3 eV.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der ANzeigevorrichtung ist vorgesehen, daß das Halbleitermaterial der Ansteuertransistoren BN, Ga(In,Al)N, ZnO, einen II-VI-Halbleiter wie ZnS, SiC oder Diamant umfaßt. Dabei liegen auch Heterostrukturen aus den genannten Halbleitermaterialien im Rahmen der Erfindung.
  • Die Ansteuertransistoren sind bevorzugt in einer oder mehreren dünnen Schichten des Halbleitermaterials ausgebildet. Die dünne(n) Schicht en) des Halbleitermaterials weisen dabei mit Vorteil eine Schichtdicke von etwa 0,5 μm bis etwa 20 μm auf und können nach an sich bekannten Verfahren, etwa dem "SMART-cut"-Verfahren der Firma Soitec (vgl. US-A-5,374,564 ) hergestellt sein.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung enthält ein Array von Anzeigeelementen mehrere Teilarrays, deren jeweilige Anzeigeelemente für die Darstellung unterschiedlicher Farben ausgelegt und eingerichtet sind. Dadurch läßt sich ein mehrfarbiges Display realisieren. Insbesondere kann das Array von Anzeigeelementen zweckmäßig drei Teilarrays enthalten, deren Anzeigeelemente jeweils für die Darstellung von Rot, Grün und Blau ausgelegt und eingerichtet sind. Durch Kombinationen dieser drei Grundfarben sind die Farben des Farbraums in bekannter Weise weitgehend darstellbar.
  • Die große Bandlücke der verwendeten Ansteuertransistoren stellt sicher, dass die Strahlung der Anzeigeelemente durch die Ansteuerelektronik nur in vernachlässigbarem Umfang oder im Wesentlichen überhaupt nicht absorbiert wird, Photoabsorption und Fehlströme somit im Wesentlichen nicht auftreten.
  • Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Anzeigevorrichtung sind dabei die mehreren Teilarrays in derselben Ebene auf einem Trägersubstrat angeordnet.
  • Alternativ sind nach einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung die mehreren Teilarrays in mehreren Ebenen übereinander geschichtet angeordnet. Dabei können die mehreren Teilarrays jeweils auf einem eigenen Trägersubstrat, vorzugsweise eine Glasplatte, angeordnet sein, oder die Anzeigeelemente der Teilarrays sind direkt vertikal übereinander auf dem transparenten Träger angeordnet.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anzeigevorrichtung wird eine dünne Schicht eines Halbleitermaterial großer Bandlücke hergestellt und die dünne Schicht auf einen transparenten Träger wie einen Glasträger gebracht. Dann werden in der dünnen Schicht auf dem transparenten Träger die Strukturen für die Ansteuertransistoren prozessiert, und ein amorphes lichtemittierendes Material, insbesondere ein organisches Material für OLEDs, wird auf den Transistoren aufgebracht, um die Anzeigeelemente zu bilden.
  • Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anzeigevorrichtung wird zunächst eine dünne Schicht eines Halbleitermaterials großer Bandlücke hergestellt und in der dünnen Schicht werden die Strukturen für die Ansteuertransistoren prozessiert. Die prozessierte dünne Schicht wird dann auf einen transparenten Träger wie einen Glasträger gebracht, und ein amorphes lichtemittierendes Material, insbesondere ein organisches Material für OLEDs, wird auf den Transistoren aufgebracht, um die Anzeigeelemente zu bilden.
  • Bei beiden Herstellungsvarianten können zur Herstellung einer Farbanzeigevorrichtung die Anzeigeelemente für verschiedene Farben, insbesondere für Rot, Grün und Blau mit zugehörigen Ansteuertransistoren jeweils auf einem transparenten Träger, wie einem Glasträger, erzeugt werden, und die transparenten Träger mit den Anzeigeelementen dann übereinander justiert werden.
  • Alternativ können zur Herstellung einer Farbanzeigevorrichtung bei beiden Varianten die Anzeigeelemente für verschiedene Farben, insbesondere für Rot, Grün und Blau mit zugehörigen Ansteuertransistoren mittels einer Planarisierungstechnik direkt vertikal übereinander auf einem gemeinsamen transparenten Träger, wie einem Glasträger erzeugt werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung besteht bevorzugt eine eineindeutige Zuordnung zwischen den einzelnen Anzeigeelementen und den Ansteuertransistoren. In einer anderen Ausgestaltung steuert ein Ansteuertransistor jeweils mehrere der einzelnen Anzeigeelemente an.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen.
    •
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Dabei zeigt
  • 1 einen Ausschnitt eines monochromen Displays nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung;
  • 2 einen Ausschnitt eines Farbdisplays nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung; und
  • 3 einen Ausschnitt eines Farbdisplays nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung.
  • In den Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Das monochrome Display 10 gemäß 1 enthält ein zweidimensionales Array von OLED-Pixeln 12, von denen jedes durch einen TFT-Transistor 14 angesteuert wird. Die OLED-Pixel 12 und die TFT-Transistoren 14 sind auf einem Glasträger 16 angeordnet. Von der Vielzahl der OLED-Pixel 12 und der TFT-Transistoren 14 sind in der 1, wie auch in den folgenden Figuren, der Übersichtlichkeit halber nur drei Pixel dargestellt.
  • Die TFT-Transistoren 14 sind im Ausführungsbeispiel auf Basis von Ga(In,Al)N gebildet und für Strahlung im sichtbaren Spektralbereich transparent, so daß Absorptionsverluste durch Photoabsorption der von den OLED-Pixeln 12 emittierten Strahlung minimiert sind.
  • Die Anordnung der 1 kann auch für die Farbdarstellung eingesetzt werden. In diesem Fall sind verschiedene OLED-Pixel 12 für die Emission verschiedener Wellenlängen eingerichtet. Beispielsweise können die drei in der 1 gezeigten OLED-Pixel 12 für die Emission von Rot, Grün und Blau eingerichtet sein. Über die Ausdehnung der Anzeigevorrichtung sind eine Vielzahl von Gruppen aus eweils drei verschiedenfarbigen OLED-Pixeln 12 nebeneinander angeordnet.
  • Das Farbdisplay 20 gemäß 2 umfaßt drei übereinander gestapelte Farbgruppen 20R, 20G und 20B, die rotes, grünes und blaues Licht emittieren. Entsprechend sind die OLEDs 22R der ersten Farbgruppe 20R auf die Emission roten Lichts, die O-LEDs 22G der zweiten Farbgruppe 20G auf die Emission grünen Lichts, und die OLEDs 22B der dritten Farbgruppe 20B auf die Emission blauen Lichts ausgelegt. Die OLEDs 22R, 22G und 22B sind jeweils auf TFT-Transistoren 24R, 24G und 24B aufgebracht, die ihrerseits auf Glasplättchen 26R, 26G und 26B montiert sind.
  • Die TFT-Transistoren 24R, 24G und 24B sind im Ausführungsbeispiel auf Basis von SiC gebildet und weisen somit eine Bandlücke oberhalb des sichtbaren Spektralbereichs auf. Die Strahlung der OLEDs 22R, 22G und 22B wird somit durch die Transistoren der Ansteuerelektronik wenn überhaupt dann nur in vernachlässigbarem Umfang absorbiert.
  • Zur Herstellung des Farbdisplays 20 gemäß 2 werden dünne SiC-Schichten hergestellt und auf Glasträger 26R, 26G und 26B aufgebracht. Dann werden in den dünnen SiC-Schichten die Strukturen für die Ansteuertransistoren 24R, 24G und 24B prozessiert. Anschließend wird für die jeweilige Emissionswellenlänge (Rot, Grün, Blau) geeignetes amorphes lichtemittierendes organisches Material auf die Transistoren 24R, 24G und 24B aufgebracht, um die Anzeigeelemente 22R, 22G und 22B zu bilden.
  • Eine andere Variante eines Farbdisplays ist in der 3 dargestellt. Bei dem Farbdisplay 30 gemäß 3 sind die Paare aus OLED-Pixels 32R, 32G, 32B und zugehörigen Ansteuertransistoren 34R, 34G, 34B für die verschiedenen Farben (Rot, Grün, Blau) ebenfalls in verschiedenen Ebenen übereinander gestapelt. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 2 sind alle OLED-Pixel und Ansteuertransistoren auf einem gemeinsamen Glassubstrat 36 aufgebracht. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von an sich bekannten Planarisierungstechnologien wie etwa der SiO2 Planarisierung erreicht werden. Die TFT-Transistoren 34R, 34G, 34B sind in diesem Ausführungsbeispiel auf Basis des II-VI-Halbleitermaterials ZnS gebildet, dessen große Bandlücke auch in diesem Ausführungsbeispiel sicherstellt, daß die sichtbare Strahlung der OLED-Pixel 32R, 32G, 32B wenn überhaupt dann nur in vernachlässigbarem Umfang absorbiert wird.
  • Die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung auf diese zu verstehen. Es versteht sich, daß die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung sowohl einzeln als auch in jeder möglichen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein können.

Claims (19)

  1. Anzeigevorrichtung mit – einem ersten Array von einzelnen Anzeigeelementen (12), und – einem zweiten Array von Ansteuertransistoren (14) für die Anzeigeelemente (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuertransistoren (14) aus einem Halbleitermaterial mit einer derart großen Bandlücke gebildet sind, dass sie im sichtbaren Spektralbereich transparent sind.
  2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente (12) durch organische lichtemittierende Elemente (OLEDs) gebildet sind.
  3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen lichtemittierende Elemente (12) aus einer Schichtenfolge mit einer Kathode, einer Elektronentransportschicht, einer organischen lichtemittierenden Schicht, einer Löchertransportschicht und einer Anode gebildet sind.
  4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente durch Flüssigkristallelemente (LCDs) gebildet sind.
  5. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandlücke des Halbleitermaterials der Ansteuertransistoren größer als 3 eV ist.
  6. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der Ansteuertransistoren BN, Ga(In,Al)N, ZnO, einen II-VI-Halbleiter wie ZnS, SiC oder Diamant umfaßt.
  7. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuertransistoren (14) in einer oder mehreren dünnen Schichten des Halbleitermaterials ausgebildet sind.
  8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne(n) Schicht en) des Halbleitermaterials eine Schichtdicke von etwa 0,5 μm bis etwa 20 μm aufweisen.
  9. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Array von Anzeigeelementen mehrere Teilarrays (20R, 20G, 20B; 30R, 30G, 30B) enthält, deren jeweilige Anzeigeelemente (22R, 22G, 22B; 32R, 32G, 32B) für die Darstellung unterschiedlicher Farben ausgelegt und eingerichtet sind.
  10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Array von Anzeigeelementen drei Teilarrays (20R, 20G, 20B; 30R, 30G, 30B) enthält, deren Anzeigeelemente (22R, 22G, 22B; 32R, 32G, 32B) jeweils für die Darstellung von Rot (22R; 32R) Grün (22G; 32G) und Blau (22B; 32B) ausgelegt und eingerichtet sind.
  11. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Teilarrays in selben Ebene auf einem Trägersubstrat angeordnet sind.
  12. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Teilarrays (20R, 20G, 20B; 30R, 30G, 30B) in mehreren Ebenen übereinander geschichtet angeordnet sind.
  13. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Teilarrays (20R, 20G, 20B) jeweils auf einem eigenen Trägersubstrat (26R, 26G, 26B) vorzugsweise einer Glasplatte angeordnet sind.
  14. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine eineindeutige Zuordnung zwischen den einzelnen Anzeigeelementen (12) und den Ansteuertransistoren (14) besteht.
  15. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansteuertransistor (14) jeweils mehrere der einzelnen Anzeigeelemente (12) ansteuert.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem – eine dünne Schicht eines Halbleitermaterial mit einer derart großen Bandlücke hergestellt wird, dass sie im sichtbaren Spektralbereich transparent sind, – die dünne Schicht auf einen transparenten Träger, insbesondere auf einen Glasträger gebracht wird, – in der dünnen Schicht auf dem transparenten Träger die Strukturen für die Ansteuertransistoren prozessiert werden, und – ein amorphes lichtemittierendes Material, insbesondere ein organisches Material für OLEDs, auf den Transistoren aufgebracht wird, um die Anzeigeelemente zu bilden.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem – eine dünne Schicht eines Halbleitermaterial mit einer derart großen Bandlücke hergestellt wird, dass sie im sichtbaren Spektralbereich transparent sind, – in der dünnen Schicht die Strukturen für die Ansteuertransistoren prozessiert werden, – die prozessierte dünne Schicht auf einen transparenten Träger, wie einen Glasträger, gebracht wird, und – ein amorphes lichtemittierendes Material, insbesondere ein organisches Material für OLEDs, auf den Transistoren aufgebracht wird, um die Anzeigeelemente zu bilden.
  18. Herstellungsverfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Farbanzeigevorrichtung die Anzeigeelemente für verschiedene Farben, insbesondere für Rot, Grün und Blau mit zugehörigen Ansteuertransistoren jeweils auf einem transparenten Träger, wie einem Glasträger, erzeugt werden, und die transparenten Träger mit den Anzeigeelementen dann übereinander justiert werden.
  19. Herstellungsverfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Farbanzeigevorrichtung die Anzeigeelemente für verschiedene Farben, insbesondere für Rot, Grün und Blau mit zugehörigen Ansteuertransistoren mittels einer Planarisierungstechnik direkt vertikal übereinander auf einem gemeinsamen transparenten Träger, wie einem Glasträger erzeugt werden.
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