一种柔性蓝光显示装置以及制备方法

本发明属于半导体薄膜集成电路制造与显示，具体涉及一种柔性蓝光显示装置以及制备方法。

背景技术：

1、amoled（active-matrix organic light-emitting diode）是一种基于有机材料的发光技术，最早在20世纪80年代开始研究。其特点是每个像素采用有机发光二极管（oled）作为发光单元，且每个像素由一个独立的低温多晶硅（ltps）薄膜晶体管（tft）电路驱动。与传统的液晶显示技术相比，具有自发光、高对比度和广视角等优势，可以实现非常高的对比度和鲜艳的色彩表现，能够提供更加逼真和生动的图像。同时，每个像素单独发光，可以实现能耗较低的显示效果、高分辨率和更好的图像质量，特别是在大尺寸和高分辨率显示屏幕上，优势更为明显，这使得oled成为下一代显示技术的研究热点。

2、尽管amoled显示技术已经取得了显著的进展和应用，但仍然存在一些挑战和限制。从发光器件角度看，首先由于amoled使用有机材料作为发光层，这些材料对氧气和水份敏感，容易发生老化和降解。长时间使用或暴露在恶劣环境下，有机材料的稳定性可能会受到影响，导致显示质量下降和寿命缩短。其次，amoled的寿命是一个重要的问题，尽管有机材料的寿命已经得到改善，但与传统的液晶显示器相比，amoled仍然存在寿命较短的问题。特别是蓝色发光材料的寿命相对较短，可能会导致颜色平衡失调和显示屏幕的寿命不均衡。

3、除此之外，从像素驱动电路看，目前主要以低温多晶硅为主流的驱动电路还存在以下缺点，大面积显示器件在长期使用中由于薄膜特性老化，薄膜中电子和空穴的迁移率降低，需要的驱动电压增大。与此同时，驱动电路中每个tft的v th出现漂移，导致每个器件的开关初始状态不一致，电路电压降落（ir-drop）现象逐渐明显，导致显示画面出现不均匀。其次，在一些显示终端为了实现更高的亮度，amoled需要更高的电流驱动，导致能耗增加，这限制了amoled在某些市场领域的普及和应用。在这个背景下，通过持续的创新，从驱动电路、oled材料和器件结构出发，寻求电学性能更为优异的半导体材料、研发更具优势的驱动电路和发光器件结构为人们带来更加出色的视觉体验显得尤为重要。

4、针对现有技术存在的问题，发明人发现，在amoled显示驱动电路方面：过渡金属硫化物（transition metal dichalcogenides）的典型代表2d-mos2是一类具有特殊电子结构和优异性能的新型二维半导体材料，其出色的电学性能使其在新型电子器件中具有广阔的应用前景，以2d-mos2为载体制备的场效应晶体管表现出优异的开关特性和较低的功耗；以此同时，2d-mos2材料具有的超薄与可柔性加工特性，使其在柔性显示领域具有巨大的应用潜力。在发光器件方面：碳量子点（carbon quantum dots，cqds）是一种新型的纳米材料，具有独特的光学和电学性质。由于碳量子点具有较高的荧光量子产率、良好的生物相容性和环境友好性，同时能够发射可见光和近红外光，具有调谐发光波长的能力，因此在显示技术中具有广阔的应用前景。本发明采用2d-mos2薄膜作为沟道材料来制备具有优异驱动能力的3t1c显示电路，并将该电路应用于cqds-oled器件的驱动中获得蓝光显示装置，实现一种新型柔性显示技术。

技术实现思路

1、本发明提供了一种柔性蓝光显示装置以及制备方法，目的在于采用2d-mos2薄膜制备优异驱动能力的显示电路，实现一种新型柔性显示技术。

2、为此，本发明采用如下技术方案：

3、一种柔性蓝光显示装置以及制备方法，显示电路采用3t1c结构设计，包括数据读写控制单元t1、显示驱动单元t2和t3，以及显示外围信号控线data line、scan line，使能端vdd line和vss line；显示电路及蓝光显示装置的制备包括以下步骤：

4、步骤一、柔性支撑层、显示电路底栅和栅氧化层的制备

5、1）选用2吋刚性衬底，在刚性衬底上通过分级旋涂工艺制备聚酰亚胺第一柔性支撑层，通过阶梯式加热工艺对旋涂后的聚酰亚胺薄膜进行固化，得到耐高温pi薄膜第一柔性支撑层；

6、2）在第一柔性支撑层上通过磁控溅射（rf-sputter）工艺沉积制备第一无机硅氧化物层；接着在第一无机硅氧化物层上制备第二柔性支撑层，第二柔性支撑层的制备工艺与第一柔性支撑层相同；其次，通过rf-sputter于第二柔性支撑层上沉积第二无机硅化物复合层；

7、3）采用电子束蒸发工艺在第二无机硅化物复合层上制备一层au薄膜，并对其做图形化处理在显示控制单元t2、t3管沟道位置处形成底栅电极。最后，采用等离子增强原子层沉积（peald）制备一层氧化铪形成栅氧化层。

8、步骤二、2d-mos2的制备与转移

9、选取2吋蓝宝石或玻璃衬底作为基片，基片清洗后采用rf-sputter在基片表面沉积moo3薄膜作为种子层；完成moo3薄膜制备后，采用高真空退火系统对moo3薄膜进行硫化，实现2d-mos2薄膜的原位生长；

10、采用旋涂工艺在2d-mos2薄膜表面涂布一层左旋聚乳酸（plla）薄膜后，接着旋涂聚二甲基硅氧烷（pdms），pdms形成第三柔性支撑层，通过第三柔性支撑层辅助转移2d-mos2薄膜，其工艺具体步骤如下：

11、将制备有pdms第三柔性支撑层的基片放入去离子水中，加热后，2d-mos2薄膜随pdms薄膜从基片上剥离，取下具有第三柔性支撑层的2d-mos2薄膜；

12、将带有第三柔性支撑层的2d-mos2薄膜贴合于完成氧化铪栅氧化层制备的基片表面，通过热压键合，使第三柔性支撑层2d-mos2薄膜基片表面氧化铪薄膜以范德华力紧密结合；

13、将贴合后的复合基片放入二氯甲烷有机溶剂中，实现辅助剥离的第三柔性支撑层pdms与2d-mos2薄膜分离。

14、步骤三、显示驱动电路的制备

15、1）将步骤二制备有柔性支撑层和2d-mos2薄膜的基片置于匀胶机真空吸盘中心，旋涂光刻胶，进行烘烤处理，烘烤结束后采用tft channel mask掩膜曝光与显影进行图形化，接着采用离子束刻蚀将光刻后的薄膜进行刻蚀形成mosfet t1、t2、t3的导电沟道，刻蚀结束后进行去胶与清洗处理；

16、2）在完成步骤1）的基片上采用磁控溅射工艺制备第一金属层{ti/mo}，通过metal1 mask完成mosfet第一、二端子（即数据读写控制单元t1、显示驱动单元t2和t3的源漏电极）、数据存储单元c st第一基板及信号互连线的制备；t1管第一端子与data line相连接，在第一阶段执行c st中数据写入，t1管第二端子引出与c st第二基板形成跳线连接的接触位点；t2和t3管第一端子相并与c st第一基板形成一起连接至vdd line，t2和t3管第二端子引出与oled阳极相连的接触位点；

17、3）ild mask制备层间介质层：在完成步骤2）的衬底基片表面采用磁控溅射制备氧化铪（hfo2）薄膜介质层，再通过等离子增强原子层沉积（peald）工艺生长一层hfo2作为mosfet栅氧化层和数据存储单元c st的介质层；hfo2生长完成后，在hfo2表面涂布光刻胶并做光刻处理，通过反应离子束刻蚀（icp-rie）对完成光刻的hfo2在需要电信号连接的位置处刻蚀形成转接孔；在存在metal1分布位置处hfo2完全覆盖，在t1管第二端子引出与c st第二基板连接的接触位点处形成信号线接触孔，t2和t3管第二端子相并后引出与oled阳极相连的接触位点处刻蚀出信号跳线转接的接触孔；

18、4）在步骤3）的基片上采用磁控溅射工艺制备第二金属层{mo/ti}，通过metal1mask实现mosfet第三端子（即数据读写控制单元t1、显示驱动单元t2和t3的栅电极）、数据存储单元c st第二基板及信号传输线的制备；其中t1管第三端子连接至scan line，在显示周期第一、二阶段控制t1管的开关状态，完成数据存储单元c st中电荷写入与擦除；t2和t3管第三端子与其底栅电极bg1相并后连接至c st第二基板连接，c st中存储的电荷调控t2和t3管开关状态，在显示周期第二阶段中调控oled器件中流过电流的大小。

19、步骤四、平坦层pln、复合阳极和显示定义层pdl的制备

20、1）步骤三完成后，通过旋涂工艺在基片上制备一层高分子聚合物形成pln层，pln层在基片上形成平整的表面；对pln层通过掩膜光刻，在显示驱动单元t2和t3管第二端子相并后引出与oled阳极相连的接触位形成与阳极接触的跳线接触孔pln hole，通过阶梯式加热完成器件中pln的固化；

21、2）采用anode mask制备oled器件阳极及信号互连线：首先在衬底基片表面涂布lor，接着涂布光刻胶并进行烘烤处理，随后进行掩膜曝光后进行翻转烘烤，静置后进行泛曝光和显影；最后采用磁控溅射制备复合阳极层{ ito/ag/ito}，薄膜沉积完成后将衬底基片置于丙酮溶液中完成lift-off工艺，最终完成oled器件阳极及信号传输线；

22、3）采用pdl mask制备器件发光限定层，通过旋涂工艺，在基片表面形成的pi薄膜，取下衬底基片对薄膜烘烤处理；接着对pi薄膜进行掩膜曝光，随后完成pi显影，在显示驱动单元 t2和3管与阳极接触的位置形成pdl hole；将完成光刻的基片置于阶梯式加热板上，阶梯加热固化形成pdl层。

23、一种蓝光显示装置的制备方法，包括上述显示电路的制备方法，还包括以下步骤：

24、步骤五、锰掺杂蓝色碳量子点（mn-cqds）的制备

25、取相同物质的量的柠檬酸和氯化锰四水合物，溶解于去离子水中；然后向溶液中分阶段加入不同含量的乙二胺，搅拌均匀并进行水热反应；反应结束后收集上清液，并进行纯化处理；将纯化后溶液离心处理，除去溶液中的固体颗粒后收集溶液，接着将溶液置于冷冻干燥系统，得到高效蓝光发射的mn-cqds。

26、步骤六、柔性蓝光显示装置的制备

27、蓝光显示装置的显示单元结构为：空穴注入层/空穴传输层/发光1区/pedot:pss-mn-cqds/发光2区/电子传输层/电子注入层/复合阴极。首先通过电子束蒸镀和旋涂相结合的工艺，将步骤五）得到的mn-cqds与有机发光材料制备于步骤四）获得的显示电路的pdl开口位置处，再采用金属共溅射方式得到透明阴极获得一种显示电路驱动的蓝光显示装置。器件中有机材料包括m-mtdata、npb、madn:tbpe、madn:tbpe、bcp，有机材料通过电子束蒸发完成薄膜蒸镀，mn-cqds通过旋涂工艺与pedot:pss制备于器件中间层；复合阴极材料为mg@ag。

28、完成oled器件制备后，采用准分子激光辐照刚性衬底，实现刚性衬底与第一柔性支撑层分离，获得一种显示电路驱动的蓝光显示装置的制备。

29、本发明相比现有技术的改进在于：

30、1.电路采用3t1c结构设计实现像素驱动，其中t1、t2、t3的导电沟道，采用高电子迁移率的2d-mos2薄膜材料，器件在工作中可完成高速开关状态切换，消除低温多晶硅器件开关迟滞带来的画面残影，有利于实现高质量画面显示。其中t2、t3背对背并联实现在显示周期第三阶段高亮阶段大电流驱动。

31、2.采用剥离技术制备像素电路tft的源漏电极、数据存储单元第一基板及信号互连线的第一金属层（metal1），可以避免采用金属刻蚀中欠刻蚀引起的接触不良；第一、二金属层分别采用{ ti（15nm）/mo（300nm）}和{mo（300nm）/ti（15nm）}的复合结构；阳极（anode）采用{ ito（7nm）/ag（100nm）/ito（7nm）}的复合结构。

32、3.t1、t2、t3管栅氧化层和电容c st介质层采用rf-sputter与peald两种工艺制备，首先rf-sputter制备厚度为5nm hfo2介质层薄膜，该hfo2用于peald工艺制备hfo2薄膜时，防止因工艺中加热导致mos2薄膜中s原子由于获得能量从膜内溢出，形成硫空位缺陷。接着通过peald工艺生长一层厚度为30nm的hfo2作为mosfet栅极和电容的介质层。

33、4.第二金属层与anode之间设置了厚度为1.5μm的有机平坦层pln，有机层有利于将晶圆上工艺中形成的凹槽流平，在晶圆上形成平整面，防止蒸镀发光器件时有机材料在不同深度造成的色偏；anode设置了像素定义层pdl，将oled发光器件限定于小于anode金属的面积。

34、5.oled发光器件制备，采用电子束蒸镀和旋涂工艺相结合的技术在pdl开口位置制备结构为：hil/htl/eml1/pedot:pss-mn-cqds/eml2/etl/eil/mg@ag的发光器件，oled发光区域采用pi进行限定。oled结构由两层发光层有机双发光层和一层量子点发光层组成，量子点发光层夹于两层发光层中间，量子点发光层通过旋涂工艺获得。

35、本发明的有益效果在于：

36、1.与现有技术相比，本发明在像素电路中采用3t1c的驱动电路结构，其中显示驱动单元显示驱动单元 t2、t3采用2tft并联结构设计，与采用单个显示驱动单元显示驱动单元 t2、t3像素电路相比，一方面在oled器件发光阶段，提高电流驱动能力，同时可以减小高亮画面下tft的电流，在oled器件由发光向暗态切换时，可实现状态的快速切换，减小显示画面的残影。此外，t2、t3管采用底栅和顶栅的双栅极的结构设计，其在发光态向暗态切换瞬间可实现快速的沟道电流夹断。

37、2.采用2d-mos2高电子迁移率的材料制备amoled像素驱动电路，与基于低温多晶硅（ltps）的像素电路相比，以2d-mos2为载体的晶体管具有更为优异的开关特性和较低的功耗，其出色的低功耗性能降低显示终端对电源容量的依赖。此外，二维材料的超薄特性，可实现高能效柔性显示，为其独特柔性特性，使其在柔性显示器领域具有巨大的应用潜力。

38、3.在发光器件方面，碳量子点（carbon quantum dots，cqds）作为一种新型的纳米材料，具有独特的光学和电学性质。由于碳量子点具有较高的荧光量子产率、良好的生物相容性和环境友好性，同时能够发射可见光和近红外光，具有调谐发光波长的能力，因此在显示技术中具有广阔的应用前景。其可作为新型发光二极管（led）的发光层，用于制造高效、节能的照明设备。本发明将mn-cqds应用于oled器件结构中实现高效率发光，并采用2d-mos2制备优异驱动能了的像素电路，实现一种新的显示技术。