CN100547824C - 有机绝缘体、包含它的有机薄膜晶体管阵列面板及其制法 - Google Patents

有机绝缘体、包含它的有机薄膜晶体管阵列面板及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种绝缘膜,包含它的薄膜晶体管阵列面板及其制备方法。根据本发明实施方案的绝缘膜具有化学式1,式中R彼此相同或不同并具有化学式2,m是整数。

Description

有机绝缘体、包含它的有机薄膜晶体管阵列面板及其制法
技术领域
本发明涉及电子显示器。更具体地,本发明涉及含有有机绝缘体、有机薄膜阵列面板的电子显示器,及其制备方法。
背景技术
目前正致力于开发一种包含绝缘体的有机薄膜晶体管(TFT),作为“下一代”显示器的部件。有机TFT包括有机半导体,并且还可以包括其它有机元件如有机衬底或有机绝缘体。
有机TFT可以通过印刷液相有机材料和通过采用光而相对廉价地制备。有机TFT可以形成在柔软的塑料衬底上以制备柔软的显示器件。具体地,开发出布置在有机半导体和栅极之间的有机栅极绝缘体作为包含氧化硅或氮化硅的常规栅极绝缘体的代替物,常规栅极绝缘体与塑料衬底的附着力差并且需要高温和真空。
然而,有机薄膜通常允许高漏电流,包含常规有机栅极绝缘体的有机TFT的载流子迁移率低。因此,在现阶段TFT中通常没有采用有机栅极绝缘体,而改进它们的努力继续进行。
发明内容
根据本发明实施方案的绝缘膜具有化学式1
Figure C20051012164000071
其中化学式1中的R彼此相同或不同,m是整数,
R具有化学式2:
R=——R1——R2——R3        (2),
并且化学式2中的R1、R2和R3分别选自化学式3、4和5(n是整数):
Figure C20051012164000081
化学式1中的R可以包括-OCO(CH2)8CH3
化学式1中的R可以包括-OCO(CH2)8CH3和-CH2CH2CN,并且-OCO(CH2)8CH3数可以占化学式1中的R数的约30~100%。
根据本发明的实施方案的薄膜晶体管阵列面板,包括:衬底;形成在该衬底上的栅极线;形成在该栅极线上的栅极绝缘层;形成在该栅极绝缘层上的数据线;形成在栅极绝缘层上的漏极;形成在数据线和漏极的上面或下面的半导体层;及连接到漏极的像素电极,其中所述栅极绝缘层包含具有化学式1的材料
Figure C20051012164000091
其中所述化学式1中的R彼此相同或不同,m是整数,
R具有化学式2:
R=——R1——R2——R3            (2)
并且该化学式2中的R1、R2和R3分别为选自化学式3、4和5中的一种(n是整数):
Figure C20051012164000092
半导体层可以包含选自并五苯、聚噻吩、聚芴、铜酞菁及其衍生物中的至少一种材料。
衬底可以包含塑料。
根据本发明实施方案,制备薄膜晶体管阵列面板的方法包括:在衬底上形成栅极线;在栅极线上形成栅极绝缘层;在栅极绝缘层上形成半导体层、数据线和漏极;及形成连接在漏极上的像素电极,其中所述栅极绝缘层包含具有化学式1的材料
Figure C20051012164000101
其中化学式1中的R彼此相同或不同,m是整数,
R具有化学式2:
R=——R1——R2——R3    (2)
化学式2中的R1、R2和R3分别为选自化学式3、4和5中的一种(n是整数):
Figure C20051012164000102
Figure C20051012164000111
栅极绝缘层可以通过旋涂、印刷或浸渍形成。
半导体层可以包含选自并五苯、聚噻吩、聚芴、铜酞菁及其衍生物中的至少一个材料。
附图说明
通过参考附图详述其实施方案,本发明将变得更加显而易见,附图中:
图1是根据本发明实施方案用于液晶显示器(LCD)的有机TFT阵列面板的布局图;
图2是图1所示的有机TFT阵列面板沿线II-II’的剖视图;
图3、5、7和9是根据本发明实施方案的图1和2所示的TFT阵列面板在其制备方法的中间步骤中的布局图;
图4是图3所示的TFT阵列面板沿线IV-IV’的剖视图;
图6是图5所示的TFT阵列面板沿线VI-VI’的剖视图;
图8是图7所示的TFT阵列面板沿线VIII-VIII’的剖视图;
图10是图9所示的TFT阵列面板沿线X-X’的剖视图;
图11为两种不同的有机TFT图;
图12和13是漏电流ID和漏电流ID的平方根(ID)1/2的曲线图;及
图14和15是作为源电压-漏电压的函数的漏电流ID的曲线图,其表明输出特性。
全部附图中,相同的附图标记是指相应的元件。而且,应该理解附图中的描述是图示性的,而不必按比例。
具体实施方式
现在,在下文中将参考附图更充分地描述本发明,其中描述了本发明的优选实施方案。然而,本发明可以体现为多种不同的形式,而不应认为限于本文中提出的实施方案。
附图中,为了清楚起见,放大了层和区域的厚度。将会理解,当元件如层、区域或衬底称作“在...(另一元件)上”时,它可以直接在其它元件上或者也可以存在插入元件。相比之下,当元件称作“直接在...(另一元件)上”时,则不存在插入元件。
将参照图1和2描述根据本发明实施方案的有机TFT阵列面板。
图1是根据本发明实施方案用于LCD的有机TFT阵列面板的布局图,图2是图1所示的有机TFT阵列面板沿着线II-II‘的剖视图。
多个栅极线121形成在绝缘衬底110如透明玻璃、硅树脂或塑料上。
栅极线121传送栅极信号并且基本上沿横向延伸。各栅极线121包含向上伸出的多个栅极124和具有与另一层或驱动电路接触的大面积的端部129。用于生成栅极信号的栅极驱动电路(未示出)可以设置在FPC薄膜(未示出)上,其可以连接衬底110,直接设置在衬底110上,或者集成在衬底110上。栅极线121可以延伸与驱动电路连接,驱动电路可以集成在衬底110上。
栅极线121优选由含Al的金属如Al和Al合金、含Ag的金属如Ag和Ag合金、含Au的金属如Au或Au合金、含Cu的金属如Cu和Cu合金、含Au的材料如Au和Au合金、含Mo的金属如Mo和Mo合金、Ni、Pd、Cr、Ta、Ti、导电氧化物如铟锡氧化物(ITO)或导电聚合物如BaytronP(PEDT:PSS)制成。然而,它们可能具有包含两个具有不同物理特性的导电薄膜(未示出)的多层结构。该两个薄膜之一优选由低阻金属制成以减少信号延迟或电压降,低阻金属包括含Al的金属、含Ag的金属、含Cu的金属。另一个薄膜优选由具有优良的物理、化学和与其它材料如ITO或铟锌氧化物(IZO)的电接触特性的材料如含Mo的金属、Cr、Ta或Ti制成。该两个薄膜结合的良好实例是下Cr薄膜和上Al(合金)薄膜与下Al(合金)薄膜和上Mo(合金)薄膜。然而,栅极线121可以由各种金属或导体制成。
栅极线121的侧面相对于衬底110的表面倾斜,并且其倾斜角为约30~80度。
栅极绝缘层140形成在栅极线121上。栅极绝缘层140可以由有机绝缘体制成,有机绝缘体可以在液相中通过旋涂、(喷墨)印刷等处理。无机绝缘体的实例包含具有化学式1的材料。
式中R均具有化学式2:
R=——R1——R2——R3    (2)
在化学式2中,R1、R2和R3分别为选自化学式3、4和5中的一种:
Figure C20051012164000132
化学式1中的R可以具有相同的结构或不同的结构。
化学式1所示的有机材料包含侧链。侧链中的有机材料烷基引起疏水性和低吸湿性,丙烯酸酯基团或硅烷基团允许交联。
具体地,化学式1中的R优选包括-OCO(CH2)8CH3。作为选择,化学式1中的R优选包括-OCO(CH2)8CH3和-CH2CH2CN,-OCO(CH2)8CH3的数目优选大于R的总数的约30%。
上述有机材料可以是在液相中通过旋涂、印刷、浸渍等处理,因而适用于大屏幕显示器件。具体地,与氧化硅相比,它适于包括塑料衬底的柔韧显示器件,因为塑料衬底易受高温和真空损坏。
另外,上述有机材料的介电常数通常比氧化硅大。
多个数据线171和多个漏极175形成在栅极绝缘层140上。
数据线171传送数据信号并且基本上沿纵向延伸贯穿栅极线121。各数据线171包括多个向栅极124凸出的源极173,及具有用于与另一层或外部驱动电路接触的大面积的端部179。用于生成数据信号的数据驱动电路(未示出)可以设置在FPC薄膜(未示出)上,其可以连接衬底110,直接设置在衬底110上,或者集成在衬底110上。数据线171可以延伸连接驱动电路,驱动电路可以集成在衬底110上。
漏极175与数据线171隔开,并且相对于栅极124布置在源极173的对面。
数据线171和漏极175优选由含Al的金属如Al和Al合金、含Ag的金属如Ag和Ag合金、含Au的金属如Au或Au合金、含Cu的金属如Cu和Cu合金、含Au的材料如Au和Au合金、含Mo的金属如Mo和Mo合金、Ni、Pd、Cr、Ta、Ti、导电氧化物如ITO或导电聚合物如Baytron P制成。然而,它们可以具有包含两个具有不同物理特性的导电薄膜(未示出)的多层结构。该两个薄膜之一优选由低阻金属制成以减少信号延迟或电压降,低阻金属包括含Al的金属、含Ag的金属和含Cu的金属。其它的薄膜优选由具有良好的物理、化学和与其它的材料如ITO或IZO的电接触特性的材料如含Mo的金属、Cr、Ta或Ti制成。然而,数据线171和漏极175可以由各种金属或导体制成。
数据线171和漏极175具有倾斜的边缘外形,并且其倾斜角为约30~80度。
多个有机半导体岛状物154形成在源极173、漏极175和栅极绝缘层140上。有机半导体岛状物154布置在栅极124上并且接触源极173和漏极175。有机半导体岛状物154完全覆盖栅极124以致栅极124的边缘重叠有机半导体岛状物154。
有机半导体岛状物154可以包含可溶于水溶液或有机溶剂中的高分子化合物或低分子化合物。有机半导体岛状物154可以通过喷墨印刷,通过沉积如旋涂,或者通过利用或不利用蚀刻的光刻法形成。
有机半导体岛状物154可以由并五苯、聚噻吩、聚芴、铜酞菁的衍生物制成。
栅极124、源极173和漏极175与有机半导体岛状物154一起形成有机TFT,该有机TFT具有形成于布置在源极173和漏极175之间的有机半导体岛状物154中的沟道。
钝化层180形成在有机半导体岛状物154、数据线171、漏极175和栅极绝缘层140上。钝化层180优选由无机绝缘体如氮化硅或氧化硅、有机绝缘体或低介电绝缘体制成。有机绝缘体和低介电绝缘体的介电常数优选小于约4.0,并且低介电绝缘体包含通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的a-Si:C:O和a-Si:O:F。用于钝化层180的有机绝缘体可以是感光性的,钝化层180可以具有平坦的表面。钝化层180可以包括由无机绝缘体制成的下膜和由有机绝缘体制成的上膜,以致它具有优良的无机绝缘体的绝缘特征,同时通过有机绝缘体防止有机半导体岛状物154的暴露部份遭到损坏。
钝化层180具有多个分别暴露数据线171的端部179和漏极175的接触孔182和185。钝化层180和栅极绝缘层140具有多个暴露栅极线121的端部129的接触孔181。
多个像素电极190和多个接触辅助物81和82形成在钝化层180上。它们优选由透明导体如ITO或IZO,或者反射导体如Ag、Al或其合金制成。
像素电极190通过接触孔185物理和电连接到漏极175,以便像素电极190从漏极175接收数据电压。接收到数据电压后,像素电极190与供以公共电压的反向显示面板(未示出)的公共电极(未示出)协作产生电场。该电场决定布置在两电极之间的液晶层(未示出)中的液晶分子(未示出)的取向。像素电极190和公共电极形成电容器,称为“液晶电容器”,其在TFT关闭之后储存所施加的电压。
像素电极190重叠栅极线121和数据线171,增加开口率(aperture ratio)。
接触辅助物81和82分别通过接触孔181和182连接到栅极线121的端部129和数据线171的端部179。接触辅助物81和82保护端部129和179并增强在端部129和179与外部器件之间的附着力。
现在,将参照图3~12及图1和2,详细描述根据本发明实施方案的图1和2所示的有机TFT阵列面板的制备方法。
图3、5、7和9是说明图1和2所示的TFT阵列面板的制备中的工序布局图。图4是图3所示的TFT阵列面板沿线IV-IV’的剖视图;图6是图5所示的TFT阵列面板沿线VI-VI’的剖视图;图8是图7所示的TFT阵列面板沿线VIII-VIII’的剖视图;图10是图9所示的TFT阵列面板沿线X-X’的剖视图。
参照图3和4,多个包含栅极124和端部129的栅极线121形成在绝缘衬底110上。
参照图5和6,具有化学式1的有机材料溶解在溶剂中并且通过旋涂、(喷墨)印刷等沉积形成栅极绝缘层140。此后,通过沉积利用阴罩形成多个包含源极173与端部179的数据线171和多个优选由Au制成的漏极175(如所已知的,它们还可以通过沉积、光刻或蚀刻形成)。
参照图7和8,通过沉积、光刻和蚀刻,或者通过阴罩和沉积,或者通过(喷墨)印刷形成多个有机半导体岛状物154。用于有机半导体层的沉积方法包括热蒸发、分子束沉积、气相沉积、真空升华、CVD、PECVD、反应性沉积(reactive deposition)、溅射、旋涂等。
参照图9和10,使钝化层180与栅极绝缘层140一起沉积并构图形成多个分别暴露栅极线121的端部129、数据线171的端部179和漏极175的接触孔181、182和185。
最后,如图1和2所示,在钝化层180上形成多个像素电极190和多个接触辅助物81和82。
示例性TFT制备
已经解释了根据本发明形成的TFT的实施方案,现在描述制备该TFT的示例性方法。本领域的普通技术人员将会了解下面的方法仅仅说明如何制备根据本发明的TFT的实例,而本发明不限于这些制备方法。本领域的技术人员也将会了解存在制备该TFT的其它方法。而且,本领域的技术人员将会了解,本发明不限于所采用的工艺参数的各个值(即,温度值、压力值等)。可以适当采用其它值。
制备两种不同的图11所示的有机TFT 10。一种TFT(TFT 1)含有由具有化学式1的有机材料制成的栅极绝缘层2,另一种TFT(TFT 2)含有由二氧化硅(SiO2)制成的栅极绝缘层2。各种制得的有机TFT的沟道长度为约数百微米,沟道宽度为约数毫米。
对于TFT 1,具有包含由约30%-OCO(CH2)8CH3和约70%-CH2CH2CN组成的R的化学式1的有机化合物,以约5%重量溶解在环己酮中。然后将该溶液以约5000
Figure C20051012164000171
的厚度旋涂在充当栅极的重掺杂硅晶片1上,形成有机栅极绝缘层2。
对于TFT 2,在充当栅极的重掺杂硅晶片1上,通过热氧化形成厚度为约2000
Figure C20051012164000172
的二氧化硅薄膜,从而形成栅极绝缘层2。随后清洗该栅极绝缘层2。
对于TFT 1和TFT 2的每一种来说,在约10-6托的真空度和约15℃的温度下,通过热蒸发以约0.5
Figure C20051012164000173
/秒的沉积速率,在栅极绝缘层2上沉积并五苯,以形成厚度为约600
Figure C20051012164000174
的有机半导体薄膜3。通过利用阴罩,在有机半导体薄膜上形成由金制成的源极4和漏极5。
测量在1MHz的频率下各个TFT的栅极绝缘层2的介电常数。对于TFT1,测量的TFT1的介电常数约等于11.5,其是测量约等于4的TFT 2的介电常数的约三倍。
使用由Hewlett Packard制造的HP4156A半导体参数分析仪来测量TFT10的电特性。
图12和13是漏电流ID和漏电流ID的平方根(ID)1/2的示意图,图14和15是作为表征了输出特性的源-漏电压函数的漏电流ID的示意图。
参照图12~15,包括含有氮化硅的栅极绝缘层的OTFT的阈电压约等于-2V、迁移率约等于0.016cm2/Vs、开/关电流比约等于103。相比之下,根据本发明实施方案包括有机绝缘层的本发明的OTFT的阈电压约等于-9V、迁移率约等于1.8cm2/Vs、开/关电流比约等于3×103
因此,根据本发明实施方案的OTFT的输出特性和传输特性得到显著改善。
本发明可以用于任何包含LCD和OLED的显示器件。
虽然已经在上文详述了本发明的优选实施方案,但是应该清楚地理解,本领域的技术人员对于在本文中所教导的基本发明构思做出的许多变化和/或修改,仍将落在如在所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种绝缘膜,其具有化学式1:
Figure C2005101216400002C1
式中R彼此相同或不同,m是整数,R具有化学式2:
R=-R1-R2-R3            (2)    ,
并且化学式2中的R1、R2和R3分别选自化学式3、4和5,其中n是整数:
Figure C2005101216400002C2
2.根据权利要求1的绝缘膜,其中所述化学式1中的R包括-OCO(CH2)8CH3
3.根据权利要求1的绝缘膜,其中所述化学式1中的R包括-OCO(CH2)8CH3和-CH2CH2CN。
4.根据权利要求3的绝缘膜,其中所述化学式1中至少30%的R包括-OCO(CH2)8CH3
5.一种薄膜晶体管阵列面板,包括:
衬底;
形成在该衬底上的栅极线;
形成在该栅极线上的栅极绝缘层;
形成在该栅极绝缘层上的数据线;
形成在该栅极绝缘层上的漏极;
形成在该数据线和漏极的上面或下面的半导体层;及
连接到该漏极的像素电极,
其中所述栅极绝缘层包含具有化学式1的材料,
Figure C2005101216400003C1
式中R彼此相同或不同,m是整数,R具有化学式2:
R=-R1-R2-R3        (2),
并且化学式2中的R1、R2和R3分别为选自化学式3、4和5中的一种,其中n是整数,
Figure C2005101216400004C1
6.根据权利要求5的薄膜晶体管阵列面板,其中所述化学式1中的R包括-OCO(CH2)8CH3
7.根据权利要求5的薄膜晶体管阵列面板,其中所述化学式1中的R包括-OCO(CH2)8CH3和-CH2CH2CN。
8.根据权利要求7的薄膜晶体管阵列面板,其中所述化学式1中至少30%的R包括-OCO(CH2)8CH3
9.根据权利要求5的薄膜晶体管阵列面板,其中所述半导体层包含至少一种选自并五苯、聚噻吩、聚芴、铜酞菁及上述物质的衍生物的材料。
10.根据权利要求5的薄膜晶体管阵列面板,其中所述衬底包括塑料。
11.一种制备薄膜晶体管阵列面板的方法,该方法包括:
在衬底上形成栅极线;
在该栅极线上形成栅极绝缘层;
在该栅极绝缘层上形成半导体层、数据线和漏极;及
形成连接到该漏极的像素电极,
其中所述栅极绝缘层包含具有化学式1的材料,
Figure C2005101216400005C1
式中R彼此相同或不同,m是整数,R具有化学式2:
R=-R1-R2-R3                (2)
并且化学式2中的R1、R2和R3分别为选自化学式3、4和5中的一种,其中n是整数:
Figure C2005101216400005C2
12.根据权利要求11的方法,其中所述栅极绝缘层通过旋涂、印刷或浸渍中的至少一种方法形成。
13.根据权利要求11的方法,其中所述半导体层包含至少一种选自并五苯、聚噻吩、聚芴、铜酞菁及上述物质的衍生物的材料。
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