Transparente Elektronik für Aktiv-Matrix-Displays (PDF)

„Transparente Elektronik für Aktiv-Matrixdisplays“
Die Realisierung großflächiger Displays auf Basis organischer Leuchtdioden erfordert eine Aktiv-Matrix-Ansteuerung. Anders als in Flüssigkristall-Displays (LCDs), muss die Elektronik dabei nicht nur als Schalter wirken, sondern darüber hinaus als Treiber den Pixelstrom zur Verfügung stellen. Dadurch ergeben sich hohe Anforderungen an die Dünnschichttransistoren (TFTs).
TFTs auf Basis transparenter Metalloxid-Halbleiter erreichen Sättigungs-Feldeffekt-beweglichkeiten, die mit etwa μsat = 10 cm2/Vs eine Größenordnung über denen amorphen Siliziums liegen. Gleichzeitig können sie eine Transmission von über 80% im sichtbaren Spektralbereich erreichen. Damit werden Anwendungen ermöglicht, die mit amorphem Silizium undenkbar wären, wie z.B. vollständig transparente Aktiv-Matrix OLED-Displays.

In dieser Arbeit werden TFTs mit einem aktiven Kanal bestehend aus einem Metalloxid-Halbleiter studiert. Die Grundlage für die Abscheidung des aktiven Kanals ist die Sauerstoff-Plasma unterstützte gepulster Laserdeposition (PAPLD). Diese Technologie stellt radikale Sauerstoff-Spezies zur Verfügung, um die Qualität der Schicht zu verbessern und ein Sauerstoff-Defizit zu vermeiden. Transparente, leitfähige Schichten aus mit Aluminium dotiertem Zinkoxid (AZO) werden durch PLD abgeschieden, Atomlagendeposition (ALD) wird zur Herstellung dichter dielektrischer Schichten niedriger Pinhole-Dichte genutzt.
Neben exzellenten Transistoreigenschaften, wie Feldeffektbeweglichkeiten im Bereich μsat=10 cm2/Vs und einer Schwellspannung nahe 0 V weisen TFTs auf Basis von Zink-Zinnoxid (ZTO) auch eine besondere Stabilität auf. Daher werden sie für die Anwendung in transparenten Aktiv-Matrix-Displays als bestens geeignet betrachtet. Die Grundlagen der Schwellenverschiebung der Oxid-TFTs unter Bias-Stress werden in Abhängigkeit von der Komposition des Kanalmaterials studiert Bei [Zn]:[Sn] von etwa 36:64 wird eine optimierte Stabilität erreicht. Bei 450 °C abgeschiedene ZTO-TFTs zeigen darüberhinaus eine extrem niedrige Lichtempfindlichkeit. Sogar sehr hohe Beleuchtungsintensitäten bei den kürzesten in einem transparenten Display notwendigen Wellenlängen führen zu einer Verringerung der TFT-Schwelle um weniger als 1,7 V. Die Empfindlichkeit des ZTO-Kanals gegen Sauerstoffmoleküle ist deutlich niedriger als es für andere Oxid-Halbleiter berichtet wurde. In ersten Experimenten wird die Kompatibilität der Bauelemente mit einer Dünnschichtverkapselung mit Barriereschichten für Wasser und Sauerstoff demonstriert. Dies ist für eine Anwendung der TFTs in OLED-Displays von entscheidender Bedeutung. Die ersten transparenten OLED-Pixel aus monolithisch integrierten transparenten OLEDs und TFTs werden vorgestellt. Sie weisen eine mittlere Transmission von 70% im sichtbaren Spektralbereich auf. Darüber hinaus werden aktive Pixeltreiber auf Basis von ZTO realisiert, die hochauflösende OLED-Displays ermöglichen. Sie zeigen exzellente Eigenschaften hinsichtlich erreichbarer Auflösung (Full HD) und Bildwiederholrate (100 Hz), Pixel-Nebensprechen sowie der erreichbaren Display-Helligkeit (2.200 cd/ m2). Diese Ergebnisse demonstrieren die Realisierbarkeit eines transparenten, hochauflösenden OLED-Displays.