CN102437173A

CN102437173A - 有机tft阵列基板及其制造方法和电子纸显示装置

Info

Publication number: CN102437173A
Application number: CN2011103563851A
Authority: CN
Inventors: 汪梅林; 张其国; 潭莉; 韩学斌; 朱棋锋; 申剑锋; 郭晓东; 于涛
Original assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Current assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种有机薄膜晶体管阵列基板，包括：衬底及在衬底上形成的阵列TFT单元；在每个TFT沟道的上覆盖有保护层，保护层分为两层，其中紧靠沟道的第一层为不透光材料，第二层为硬度大于第一层材料硬度的材料。本发明不增加光刻工艺，操作简单；同时可以保护沟道处的有机半导体材料不受后序处理的影响，提高生产良率，降低生产成本；此外，保护层还可以起到遮光的作用，提高最终产品的对比度。

Description

有机TFT阵列基板及其制造方法和电子纸显示装置

技术领域

本发明涉及一种驱动电子纸的有机薄膜晶体管阵列基板及其有机薄膜晶体管阵列基板的制造方法，有机薄膜晶体管驱动的电子纸显示屏装置。

背景技术

电子纸(e-Paper)是新一代的显示装置，是普通显示纸张和平板显示器相结合的产物，和普通显示纸张相比，具有对比度高，可重复利用和实现动画显示的优点。和平板显示器相比，由于采用了双稳态技术，只有在刷新屏幕时才用电，断电时仍然保持显示，所以非常省电，同时电子纸是完全靠外界光反射来实现显示，而不用背光技术，人眼看上去更舒服。故电子纸有望替代纸制文件而成为新一代显示器。

目前市场上，电泳显示技术(EPD)是真正意义上量产的电子纸技术。主要原理是将黑、白两色的带电颗粒封装于微胞化液滴结构中，由外加电场控制不同电荷黑白颗粒的升降移动，黑白粒子在胶囊中的位置不同，对外界光的反射也不同，从而实现不同灰阶的显示。由于电子纸显示屏是电泳粒子直接涂覆在薄膜晶体管阵列基板的衬底上，与有源基板直接贴合成显示屏，所以无法像液晶显示器那样增加黑矩阵来挡光，即所有薄膜晶体管的沟道直接曝露在透过电泳离子的外界光下，产生较大的漏电流，从而产生交叉串扰情况，影响了电子纸显示屏的对比度。图1是CN101324733A提到的防止光漏电流的薄膜晶体管电子纸显示屏的结构图，其制作方法是制作完沟道保护层9之后，再涂覆一层黑色有机感光材料10作挡光层，经过曝光，刻蚀工艺在黑色有机感光材料上形成过孔，便于连接ITO像素电极11，制备工艺上略显复杂。此外，在有机薄膜晶体管阵列基板的制备过程中，因为有机半导体材料较脆弱，沟道处的有机半导体材料在后续工艺中经常被损伤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有机TFT阵列基板，它操作简单；同时可以保护沟道处的有机半导体材料不受后序处理的影响，提高生产良率，降低生产成本，提高最终产品的对比度。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种有机薄膜晶体管阵列基板，包括：衬底及在衬底上形成的阵列TFT单元；在每个TFT沟道的上覆盖有保护层，保护层分为两层，其中紧靠沟道的第一层为不透光材料，第二层为硬度大于第一层材料硬度的材料。

本发明的有益效果在于：不增加光刻工艺，操作简单；同时可以保护沟道处的有机半导体材料不受后序处理的影响，提高生产良率，降低生产成本；此外，保护层还可以起到遮光的作用，提高最终产品的对比度。

所属沟道保护层分为两层，其中紧靠沟道的第一保护层为不透光材料，第二层材料即可以是透光的，也可以不透光材料。

所述第二层材料为SiNx或Ta₂O₅。

本发明还提供了一种基于权利要求1所述有机薄膜晶体管阵列基板的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、在衬底上形成栅电极和寻址线，公共电极线和存贮电容下电极；

步骤2、在完成步骤1的所述衬底上沉积绝缘层；

步骤3：在完成步骤2的所述衬底上依次沉积有序有机分子层，有机半导体层和金属层，然后采用HTM光罩，形成有机薄膜晶体管的源极和漏极以及导电沟道，同时形成和漏极一体化的像素电极；

步骤4：在完成步骤3的所述衬底上进行光刻工艺，露出栅电极表面；

步骤5：在完成步骤4的所述衬底上，涂覆第一层沟道保护层；

步骤6：在完成步骤5的所述衬底上，生长第二层沟道保护层；

步骤7：在完成步骤6的所述衬底上进行光刻工艺，露出像素电极部分和外部连接电极表面。

紧靠沟道的第一保护层采用低温涂覆方法形成，第二保护层采用气相沉积方法形成。

生长完绝缘层之后，在绝缘层表面通过分子气相沉积的方法形成一层有序有机分子层。

在有序有机分子层的表面用分子气相沉积的方法形成一层有机半导体薄膜。

第一保护层和第二保护层用一次光刻工艺形成，第二保护层通过去胶形成图案并露出像素电极。

本发明还提供了一种有机薄膜晶体管阵列基板电子纸装置，包括与基于权利要求1所述的有机薄膜晶体管阵列基板对盒的电泳基板；所述电泳基板包括第二衬底，以及在所述第二衬底上涂覆的电泳粒子。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为现有技术中有机薄膜晶体管的剖面图；

图2为本发明提供的有机薄膜晶体管阵列基板单个像素的平面图；

图3为本发明提供的有机薄膜晶体管阵列基板，沿图2中A-A方向的剖面图；

图4为本发明提供的电子纸结构图。

1-第一衬底；2-栅电极；3-COM电极；4-绝缘层；5-有序分子层；6-有机半导体层；7-漏极；8-源极；9-第一保护层；10-第二保护层；11-象素电极；12-电泳粒子；13-公共电极；ITO100-第一衬底；200-电泳粒子层；300-第二衬底。

具体实施方式

本发明涉及一种驱动电子纸的有机薄膜晶体管阵列基板及其有机薄膜晶体管阵列基板的制造方法，有机薄膜晶体管驱动的电子纸显示屏装置。其中薄膜晶体管的沟道保护层采用两层结构，第一保护层采用不透光的材料低温工艺形成，防止外界光直接照射沟道引起光漏电流的情况发生，低温工艺防止沟道的有机半导体薄膜受后序加工的损伤。第二保护层用硬度较大的材料，可以透光，也可以不透光，防止有机薄膜晶体管器件受到损伤。

本发明提供了一种电子纸有机薄膜晶体管阵列基板，包括第一衬底及布设在第一衬底上的多个像素单元，每个像素包括一个薄膜晶体管、像素存贮电容和保护层。薄膜晶体管包括栅电极(2)，有源层(6)，源电极(8)漏电极(7)。像素存贮电容的下电极由公共电极(3)和漏电极(7)一体化的像素电极构成，中间介质为绝缘层(4)，弱外延取向层(5)，有机半导体层(6)。其中：在各像素单元的沟道处先涂覆一层黑色的有机感光材料作沟道第一保护层，然后用气相沉积的方法形成一层比第一保护层硬度高的材料作沟道第二保护层。

本发明还提供了一种上述提及到的有机薄膜晶体管的阵列基板制造方法。包括：

步骤1、在衬底1上形成栅电极1和栅扫描线，公共电极线和存贮电容下电极；

步骤2：在步骤1的基础上采用HTM光罩，形成源漏电极和有源层，形成有机薄膜晶体管，同时形成和漏极一体化的像素电极；

步骤3：在步骤2的基础上涂覆第一层沟道保护层；

步骤4：在步骤3的基础上生长第二层沟道保护层，然后进行光刻工艺形成把像素电极部分露出。

在上述提供的有机薄膜晶体阵列基板的基础上，本发明还提供了一种含有上述所提及有机薄膜晶体管的电子纸装置。本装置包括三部分，即有机薄膜晶体管阵列基板作为第一衬底，涂覆在第二衬底上的电泳粒子层和第二衬底。

本发明通过先涂覆一层黑色的有机感光材料作沟道保护层，然后用蒸镀或化学气相沉积的方法形成一层比较硬的材料作沟道保护层，采用一次光刻工艺的方法形成的沟道保护层，不增加光刻工艺，操作简单；同时可以保护沟道处的有机半导体材料不受后序处理的影响，提高生产良率，降低生产成本；此外，保护层还可以起到遮光的作用，提高最终产品的对比度。

有机薄膜晶体管阵列基板，基中的半导体材料为有机物，是由形成在玻璃或塑料衬底上的阵列像素单元构成，图2和图3是单个像素单元的俯视图和断面图。其制作过程及结构如下所述：

步骤1、在衬底1上用溅射或蒸镀的方法生长一层金属膜，这层膜可以是铝、铜、钼、金、钨、镍等金属中的单独的一种或是合金，然后经过涂胶、曝光、显影、刻蚀的方法形成栅电极2和COM电极3，其中栅电极2和扫描线相连接后接到外部驱动电路上。COM电极同时也是存贮电容的下电极，和外部回路的COM回路相连接。

步骤2、在步骤1的基础上用化学气相沉积的方法生长一层栅绝缘层材料4。这层材料可以是SINx；膜厚在300纳米左右，也可以是Ta₂O₅，然后经过光刻工艺露出和外界回路相连接的栅电极。

步骤3、在步骤2的基础上，在绝缘层表面采用分子气机沉积的方法生长一层有机半导体有序分子层5，其主要作用是控制后序生长的有机半导体薄膜6能够站立在有序分子层上，与有序分子层5存在取向关系，这种状态下的有机半导体薄膜可获得最大的迁移率。其中有机半导体有序分子层5可以是单分子层，也可以是多分子层，材料为p型有机半导体材料，可以是并五苯(pentacene)、六联笨(6P)。有机半导体薄膜6可以是酞箐铜(CnPc)，酞箐锌(ZnPc)。膜厚在10纳米到50纳米之间。最后在有机半导体薄膜6的上面通过气相沉积的方法形成一层金属材料，整个成膜的基板温度控制在35度到200度之间，通过涂胶、曝光和显影、刻蚀，采用HTM mask方法形成源极8和漏极7以及导电沟道、薄膜晶体管、与漏极7一体化的像素电极、存贮电容。

步骤4：在步骤3的基础上生长沟道第一层保护层9。这层膜为黑色的、不透光的有机感光层材料，通过涂覆的方式形成，然后用气相沉积的方法生长比较硬的第二保护层10，第二保护层可以是SINx材料。经过光刻工艺取掉显示电极7上方的保护层。其中像素电极上方的保护层9是通过去胶的方法直接取掉，而不用额外的光刻工艺来处理。降低了生产成本，到此所有的阵列基板的加工工艺完成。

步骤5：在步骤4的基础上实现如图4所示的电子纸装置，其制作方法如下：

A.在第二衬底300上沉积一层ITO金属作COM ITO电极。

B.在第二衬底300上贴一层包含电泳粒子11的薄膜200。

C.有机薄膜晶体管阵列基板100和贴有电泳膜200的第二衬底基板贴后在一起。贴合时温度控制以130度左右，完成整个有机薄膜晶体管的制作。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims

1.一种有机薄膜晶体管阵列基板，包括：

衬底及在衬底上形成的阵列TFT单元；

其特征在于：在每个TFT沟道的上覆盖有保护层，保护层分为两层，其中紧靠沟道的第一层为不透光材料，第二层为硬度大于第一层材料硬度的材料。

2.根据权利1所述的有机薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：所属沟道保护层分为两层，其中紧靠沟道的第一保护层为不透光材料，第二层材料即可以是透光的，也可以不透光材料。

3.根据权利要求3所述的有机薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：所述第二层材料为SiNx或Ta₂O₅。

4.一种基于权利要求1所述有机薄膜晶体管阵列基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2、在完成步骤1的所述衬底上沉积绝缘层；

5.根据权利要求4所述的有机薄膜晶体管阵列基板制造方法，其特征在于：紧靠沟道的第一保护层采用低温涂覆方法形成，第二保护层采用气相沉积方法形成。

6.根据权利要求4所述的有机薄膜晶体管阵列基板制造方法，其特征在于：生长完绝缘层之后，在绝缘层表面通过分子气相沉积的方法形成一层有序有机分子层。

7.根据权利要求4所述的有机薄膜晶体管阵列基板制造方法，其特征在于：在有序有机分子层的表面用分子气相沉积的方法形成一层有机半导体薄膜。

8.根据权利要求4所述的有机薄膜晶体管阵列基板制造方法，其特征在于：第一保护层和第二保护层用一次光刻工艺形成，第二保护层通过去胶形成图案并露出像素电极。

9.一种有机薄膜晶体管阵列基板电子纸装置，其特征在于：包括与基于权利要求1所述的有机薄膜晶体管阵列基板对盒的电泳基板；所述电泳基板包括第二衬底，以及在所述第二衬底上涂覆的电泳粒子。