本發(fā)明屬于顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，尤其涉及一種陣列基板及顯示裝置。

背景技術(shù)：

目前使用的液晶顯示裝置或有機發(fā)光二極管顯示裝置中都含有銦、銅、鉬、錫等昂貴的重金屬。這些重金屬材料資源有限、成本高，而且具有一定的環(huán)境污染危害，因此減少顯示裝置中的金屬、甚至不用金屬元素是未來發(fā)展的趨勢。比如ito(indiumtinoxide，氧化銦錫)電極，其機械穩(wěn)定性差，并且銦資源日益缺少導致其成本不斷提高，同時也帶來金屬環(huán)境問題，因此急需一些可替代的環(huán)保電極材料。

另外，隨著傳統(tǒng)硅半導體器件的尺寸不斷縮小，一些不可避免的制約因素不斷顯現(xiàn)出來，如短溝道效應、小尺寸下?lián)诫s濃度的統(tǒng)計漲落造成器件性質(zhì)不均勻性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種陣列基板及顯示裝置，用以構(gòu)建綠色、廉價器件，減少金屬元素對環(huán)境和人體的潛在危害。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種陣列基板，包括薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括：

第一導電層，其設置于基底上；

絕緣層，其設置于所述第一導電層和裸露的基底上；

有源層，其設置于所述絕緣層上；

第二導電層，其設置于所述有源層上；

鈍化層，其設置于所述第二導電層和裸露的絕緣層上，

其中，所述第一導電層、所述有源層和所述第二導電層采用透明可導電的碳化合物材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還包括：

第一平坦層，其設置于所述鈍化層上；

第三導電層，其設置于所述第一平坦層上，并采用透明可導電的碳化合物材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一導電層、所述第二導電層和所述第三導電層采用石墨烯材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述有源層采用半導體型碳納米管材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還包括有機發(fā)光二極管，所述有機發(fā)光二極管包括：

第二平坦層，其設置于所述第三導電層和裸露的第一平坦層上；

陽極，其設置于所述第二平坦層上；

發(fā)光層，其設置于所述陽極上；

陰極，其設置于所述發(fā)光層上。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述陽極和所述陰極采用摻雜石墨烯材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述摻雜石墨烯材料包括氮摻雜石墨烯、磷摻雜石墨烯、硅摻雜石墨烯、硼摻雜石墨烯和功能化石墨烯。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述發(fā)光層采用硅量子點材料、碳量子點材料或石墨烯量子點材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述有機發(fā)光二極管還包括：

空穴注入層，其設置于所述陽極上；

空穴傳輸層，其設置于所述空穴注入層和所述發(fā)光層之間；

電子傳輸層，其設置于所述發(fā)光層和所述陰極之間。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種顯示裝置，包括以上所述的陣列基板。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以碳基材料替代顯示裝置中的金屬元素，以具有優(yōu)良導電性能和透光率的石墨烯代替金屬和ito作為導電電極，以具有高遷移率的半導體型碳納米管作為tft器件的有源層，以具有良好發(fā)光效率的碳點作為qled發(fā)光層，可以不需要金屬元素，減少金屬元素對環(huán)境和人體的潛在危害。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的碳基薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的陣列基板示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的有源發(fā)光二極管及其驅(qū)動電路示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的有源發(fā)光二極管陣列基板驅(qū)動電路示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

碳元素是目前擁有納米結(jié)構(gòu)和特性最為豐富的材料之一，如富勒烯、碳量子點、碳納米管、石墨烯等由于具有優(yōu)異的化學、物理、機械和電子性能而引起了科研人員的極大研究興趣和實驗應用。結(jié)合純碳形式或者雜化結(jié)構(gòu)的納米碳材料的維度和量子限制效應所產(chǎn)生的獨特的性質(zhì)，能夠產(chǎn)生前所未有的物理性能和機械性能，為碳基器件的構(gòu)建都提供了一個潛在的途徑。

因此，本發(fā)明提供了一種采用碳基材料取代金屬材料的陣列基板。如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的陣列基板上的碳基開關(guān)元件薄膜晶體管tft的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的陣列基板剖面結(jié)構(gòu)示意圖，以下參考圖1和圖2來對本發(fā)明進行詳細說明。

在本發(fā)明的一個實施例中，該陣列基板包括薄膜晶體管，該薄膜晶體管包括依次設置的第一導電層、絕緣層、有源層、第二導電層和鈍化層。第一導電層設置于基底上。絕緣層設置于第一導電層和裸露的基底上。有源層設置于絕緣層上。第二導電層設置于有源層上。鈍化層設置于第二導電層和裸露的絕緣層上。其中，第一導電層、有源層和第二導電層全部采用透明可導電的碳化合物材料制成。也就是說，該陣列基板采用碳基材料代替金屬材料作為導電材料來進行導電。碳基材料來源豐富，化學性質(zhì)穩(wěn)定，且沒有毒性，有利于構(gòu)建綠色、廉價器件。并且，采用碳基材料來制作陣列基板，而不需要金屬元素，可以減少金屬元素對環(huán)境和人體的潛在危害。

該開關(guān)元件可以為底柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，此處的第一導電層為柵極層，第二導電層為對應的源漏極層?；蛘?，該開關(guān)元件可以為頂柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，第一導電層為源漏極層，第二導電層為對應的柵極層。本發(fā)明以底柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管為例進行說明，但不限于此。如圖1所示，第一導電層包括設置于基底11上的柵極12。絕緣層13設置于柵極12和裸露的基底11上，用于對柵極12進行絕緣保護。有源層14設置于絕緣層13上，并對應柵極12設置，用于形成開關(guān)元件的導電溝道。第二導電層設置于有源層14上，包括用于形成開關(guān)元件的源漏極15以及數(shù)據(jù)線(未示出)，數(shù)據(jù)線與開關(guān)元件的源極連接。鈍化層16設置于第二導電層(源漏極、數(shù)據(jù)線)和裸露的絕緣層13上，用于保護第二導電層。

在本發(fā)明的一個實施例中，該陣列基板還包括依次設置的第一平坦層和第三導電層。其中，第一平坦層設置于鈍化層上。第三導電層設置于第一平坦層上，并采用透明可導電的碳化合物材料制成。具體的，如圖2所示，第一平坦層17設置于鈍化層16上。第三導電層18設置于第一平坦層17上，用作像素電極或?qū)㈤_關(guān)元件的漏極與有機發(fā)光二極管連接的中間電極。

在本發(fā)明的一個實施例中，該第一導電層、第二導電層和第三導電層全部采用石墨烯材料制成。石墨烯是一種以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密排列的碳原子所構(gòu)成的層狀二維碳材料，由于具有高導電性、透明性、可彎曲性、空氣與高溫穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，其作為一種新型的柔性電子與電極材料得到了廣泛認同。因此，在本發(fā)明中，采用石墨烯材料來制備第一導電層、第二導電層和第三導電層。具體的，如圖2所示，采用石墨烯材料來制備柵極12、源漏極15和第三導電層18。當然，也可以采用其他透明導電碳基材料來制備第一導電層、第二導電層和第三導電層，本發(fā)明不限于此。

在本發(fā)明的一個實施例中，該有源層采用半導體型碳納米管制成。半導體碳納米管被認為是最有應用價值的電學材料之一，因其優(yōu)良的力學、熱學、電學性能和化學穩(wěn)定性，可以用于高頻器件，提高器件的頻率響應范圍。單壁碳納米管由于免摻雜即可制備出n型或p型晶體管進而應用于集成電路，有可能取代硅基半導體應用而受到重視。因此，本發(fā)明采用導體型碳納米管來制作開關(guān)元件的有源層。當然，也可以采用其他碳基材料來制備開關(guān)元件的有源層，本發(fā)明不限于此。

以下以采用石墨烯材料制備底柵結(jié)構(gòu)薄膜晶體管為例，說明采用碳基原料來制備該陣列基板上的開關(guān)元件的方法。

首先制備石墨烯第一導電層(即柵極12)。具體的，把通過化學氣相沉積法在銅箔上生長石墨烯，并通過轉(zhuǎn)印技術(shù)將石墨烯轉(zhuǎn)移到基底11上。再用氧氣等離子體以光刻法和反應型離子刻蝕法制備出石墨烯柵極圖案，以形成柵極12。

接著制備絕緣層。具體的，在第一導電層制備基礎(chǔ)上，采用化學氣相沉積法沉積一層二氧化硅薄膜，作為柵極絕緣層13。用丙酮、甲醇和異丙醇浸泡沖洗該生成第一導電層的陣列基板后，再用高純氮氣吹干該陣列基板。

然后制備碳納米管有源層14。具體的，采用高純氮氣吹干制備絕緣層后的陣列基板。再將該陣列基板浸入到碳納米管溶液中，以在該陣列基板的表面沉積碳納米管薄膜。沉積碳納米管薄膜后，將該陣列基板取出并在150℃下烘烤30分鐘，得到碳納米管網(wǎng)絡狀薄膜。采用光刻膠對用于開關(guān)器件的溝道部分進行保護，其余部分用氧離子刻蝕后去除光刻膠，制備出碳納米管溝道薄膜。該碳納米管溝道薄膜用作開關(guān)元件的有源層14。

接著制備石墨烯第二導電層(源漏極15)。具體的，把通過化學氣相沉積法生長在銅箔上的石墨烯通過轉(zhuǎn)印技術(shù)轉(zhuǎn)移到形成有碳納米管有源層14的陣列基板上，再用氧氣等離子體以光刻法和反應型離子刻蝕法制備出石墨烯源漏極圖案。該源漏極圖案對應薄膜晶體管的源漏極15。

接著制備鈍化層16。具體的，采用化學氣相沉積法在形成有第二導電層的陣列基板上覆蓋上二氧化硅模板以作為鈍化層16。然后通過涂布光刻膠、曝光、蝕刻、去光阻制備出對應開關(guān)元件漏極的接觸孔，得到完整的碳基材料開關(guān)元件。

此處采用的基底包括但不僅僅限于硅片、石英、玻璃、柔性塑料等基板，絕緣層包括但不限于sio2、氧化石墨烯、sinx、有機絕緣材料等。

在本發(fā)明的一個實施例中，該陣列基板還包括有機發(fā)光二極管。如圖3所示，該有機發(fā)光二極管包括第二平坦層(未示出)、陽極21、發(fā)光層24和陰極26。其中，第二平坦層設置于第三導電層18和裸露的第一平坦層17上。陽極21設置于第二平坦層上。發(fā)光層24設置于陽極21上。陰極26設置于發(fā)光層24上。

該有機發(fā)光二極管的陽極21與開關(guān)元件tft的漏極連接，通過該漏極向發(fā)光二極管提供陽極電壓。具體的，如圖3所示為一個像素單元中由兩個開關(guān)元件dt和st構(gòu)成的有機發(fā)光二級管的驅(qū)動電路示意圖，圖4所示為對應圖3的陣列基板電路驅(qū)動示意圖。

如圖4所示，以虛線框內(nèi)標注的像素為例進行說明。在該像素進行顯示時，向掃描線vscan輸入掃描信號，以打開開關(guān)元件st。此時，數(shù)據(jù)線vdata輸出數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)信號經(jīng)開關(guān)元件st到達dt的柵極，以打開開關(guān)元件dt并同時對電容cs進行充電。在數(shù)據(jù)信號到達dt的柵極并打開開關(guān)元件dt時，驅(qū)動電壓vdd通過開關(guān)元件dt向發(fā)光二極管qled輸出驅(qū)動電壓。在開關(guān)元件st關(guān)閉時，由于電容cs存儲有電荷，可以使得開關(guān)元件dt繼續(xù)保持打開狀態(tài)，使得驅(qū)動電壓vdd通過開關(guān)元件dt向發(fā)光二極管qled輸出驅(qū)動電壓。開關(guān)元件dt繼續(xù)保持打開狀態(tài)的時間與電容cs存儲的電荷量有關(guān)，電容cs存儲的電荷量與數(shù)據(jù)線vdata輸出的數(shù)據(jù)信號有關(guān)。

在本發(fā)明的一個實施例中，該有機發(fā)光二極管的陽極21和陰極26采用摻雜石墨烯材料制成。也就是說，在石墨烯材料中摻雜其他材料，改變石墨烯材料的某些性能，以更適合做有機發(fā)光二極管的陰極和陽極。

在本發(fā)明的一個實施例中，該摻雜石墨烯材料包括氮摻雜石墨烯、磷摻雜石墨烯、硅摻雜石墨烯、硼摻雜石墨烯和功能化石墨烯。功能化石墨烯通過引入特定的官能團，可以賦予石墨烯新的性質(zhì)，進一步拓展其應用領(lǐng)域。功能化是實現(xiàn)石墨烯分散、溶解和成型加工的最重要手段。氮摻雜石墨烯、磷摻雜石墨烯、硅摻雜石墨烯、硼摻雜石墨烯是通過向石墨烯中添加對應的離子實現(xiàn)。

在本發(fā)明的一個實施例中，該發(fā)光層采用硅量子點材料、碳量子點材料或石墨烯量子點材料制成。在眾多碳納米材料中，碳量子點是一種三維尺寸小于10nm的準零維納米顆粒，因其具有低成本、低毒性、長期穩(wěn)定性、粒徑大小可調(diào)節(jié)光學響應和高效多樣的載流子生成能力，且易于制備而成為傳統(tǒng)半導體量子點的理想替換材料。本發(fā)明還可以采用石墨烯量子點或現(xiàn)有技術(shù)中的硅量子點等材料來制備有機發(fā)光二極管的發(fā)光層。

在本發(fā)明的一個實施例中，該有機發(fā)光二極管進一步包括空穴注入層、空穴傳輸層和電子傳輸層。如圖3所示，空穴注入層22設置在陽極21上，通常采用pedot(pss)(聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))、2t-nata(4,4',4”-三(2-萘基苯基氨基)三苯基胺)或m-mtdata(4,4′,4″-三(n-3-甲基苯基-n-苯基氨基)三苯胺)等材料制成。空穴傳輸層23設置在空穴注入層22和發(fā)光層24之間，通常采用tfb(1,2,4,5-四(三氟甲基)苯)、pvk(聚乙烯咔唑)、cbp(4,4’-n,n’-二咔唑聯(lián)苯)、npb(n,n'-二苯基-n,n'-(1-萘基)-1,1'-聯(lián)苯-4,4'-二胺)或poly-tpd(聚(雙(4-苯基)(4-丁基苯基)胺))等材料制成。如圖3所示，該電子傳輸層25設置在發(fā)光層24和陰極26之間，通常采用tpbi(1,3,5-三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯)、bbot(2,5-雙(5-叔丁基-2-苯并惡唑基)噻吩)、bcp(2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲羅啉)或bnd(5-溴-5-硝基-1,3-二惡烷)等材料構(gòu)成。

以下以采用石墨烯材料制備有機發(fā)光二極管為例，說明采用碳基原料來制備該陣列基板上的有機發(fā)光二極管的方法。

首先，制備第二平坦層。把pi(聚酰亞胺)或pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)溶解于dmac(二甲基乙酰胺)中，形成pi或pet溶液。然后將該溶液均勻涂布到干凈的含碳基材料開關(guān)元件的基板上，以形成pi薄膜或pet薄膜。加熱除去薄膜中的水分以使pi薄膜或pet薄膜固化。采用氧氣等離子體蝕刻出接觸孔，得到附著在陣列基板上的第二平坦層21。

接著，制備有源發(fā)光二極管的陽極。將生長在銅箔上的摻雜石墨烯-1通過壓印技術(shù)壓印在第二平坦層21上面。然后滴加銅蝕刻液在銅箔上。待蝕刻液把銅箔蝕刻完后，用去離子水多次清洗，完全去除蝕刻液殘留。在100℃條件下，對形成有第二平坦層21的陣列基板烘干處理2h，得到摻雜石墨烯附著型tft基板。

接著，制備空穴注入層。具體的，在摻雜石墨烯附著型tft基板上，以pedot：pss為材料制備空穴注入層。將pedot：pss溶液以3000rpm的轉(zhuǎn)速在該摻雜石墨烯附著型tft基板上旋涂60s，后在手套箱中200℃下加熱10min去除水分，得到以pedot為hil層。

接著，制備空穴傳輸層。具體的，以poly-tpd制備空穴傳輸層，同樣將poly-tpd溶液以旋涂的方式在空穴注入層層上制備空穴傳輸層薄膜，得到poly-tpd/pedot/摻雜石墨烯-1/tft基板。

接著，制備量子點發(fā)光層。具體的，將溶解于正己烷中的碳量子點以2000rpm的轉(zhuǎn)速在poly-tpd/pedot/摻雜石墨烯-1/tft基板上旋涂20s，形成20nm厚的量子點發(fā)光層，放在80℃的真空干燥箱中干燥1小時，得到c-qds/poly-tpd(聚(n，n’-雙(3-甲基苯基)-n，n’-二苯基-1，1’-聯(lián)苯-4，4’-二胺))/pedot(聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)/摻雜石墨烯-1/tft基板。

接著，制備電子傳輸層。具體的，將以上多層薄膜置于蒸鍍機中，熱蒸鍍一層40nm厚的tpbi作為etl，得到tpbi/c-qds/poly-tpd/pedot/摻雜石墨烯-1/tft基板(etl/eml/htl/hil/anode/tft基板)。

最后，制備有機發(fā)光二極管的陰極。具體的，把生長在銅模上的摻雜石墨烯-2轉(zhuǎn)移到以上所得到的多層薄膜上作為陰極，從而得到由摻雜石墨烯-2/tpbi/c-qds/poly-tpd/pedot/摻雜石墨烯-1/tft基板(陰極/etl/eml/htl/hil/陽極/tft基板)組成的完整顯示器件。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種顯示裝置，該顯示裝置包括以上所述的陣列基板。該陣列基板采用碳基材料代替金屬材料作為導電材料來進行導電。碳基材料來源豐富，化學性質(zhì)穩(wěn)定，且沒有毒性，有利于構(gòu)建綠色、廉價器件。并且，采用碳基材料來制作陣列基板，而不需要金屬元素，可以減少金屬元素對環(huán)境和人體的潛在危害。并且，該陣列基板采用有機發(fā)光二極管進行發(fā)光時，該有機發(fā)光二極管的陽極和陰極均采用摻雜石墨烯材料制成，量子點發(fā)光層采用碳基材料制成，而不采用金屬材料，可以進一步構(gòu)建綠色、廉價器件，減少金屬元素對環(huán)境和人體的潛在危害。

本發(fā)明以碳基材料替代顯示裝置中的金屬元素，以具有優(yōu)良導電性能和透光率的石墨烯代替金屬和ito作為導電電極，以具有高遷移率的半導體型碳納米管作為tft器件的有源層，以具有良好發(fā)光效率的碳點作為qled發(fā)光層，可以不需要金屬元素，減少金屬元素對環(huán)境和人體的潛在危害。

雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。