CN103137707B - 有机绝缘层组合物及使用其的薄膜晶体管基板和显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机绝缘层组合物及使用其的薄膜晶体管基板和显示装置，所述有机绝缘层组合物包括光敏剂、粘合剂、添加剂和溶剂，其中所述光敏剂包括光致产酸剂(PAG)，其中本发明的组合物通过省略额外的用于颜色变化的整个表面曝光工艺以及曝光工艺之后的烘焙工艺能简化工艺，且通过实现良好的光透射率能使色坐标偏移的问题最小化。
Description
技术领域
本发明涉及应用于薄膜晶体管基板的绝缘层，尤其涉及一种有机绝缘层组合物。
背景技术
薄膜晶体管被广泛用作诸如液晶显示器(LCD)或有机发光显示器(OLED)的显示装置的开关元件。
薄膜晶体管包括栅电极、有源层、源电极和漏电极。然后，在薄膜晶体管上形成钝化层。
下文，将参照附图描述现有技术的薄膜晶体管基板。
图1是现有技术的薄膜晶体管基板的剖面图。如图1所示，在基板10上形成有栅电极20，在栅电极20上形成有栅绝缘层30。
然后，在栅绝缘层30上形成有半导体层40，在半导体层40上形成有源电极52和漏电极54，其中源电极52和漏电极54彼此相对设置。
在源电极52和漏电极54上形成有钝化层60，并在钝化层60上形成有像素电极70。在该情形中，在钝化层60中形成有预定接触孔(H)，由此像素电极70通过接触孔(H)与漏电极54电连接。
如上所述，钝化层60形成在薄膜晶体管上，由此保护薄膜晶体管。通常，用于保护薄膜晶体管的钝化层60可由有机绝缘层形成。
钝化层60被构图，以具有预定接触孔(H)。用于构图钝化层60的工艺包括使用预定掩模的曝光工艺和使用预定显影液的显影工艺。就是说，通过使用预定掩模进行曝光工艺，由此在钝化层60的暴露区域中发生化学反应。在这些条件下，进行显影工艺，由此由于暴露区域与非暴露区域之间不同的材料特性，通过显影液移除暴露区域，从而形成接触孔(H)。
应当能够构图在钝化层60中的接触孔(H)。因而，用于钝化层60的有机绝缘层包括能对曝光工艺(对诸如UV的光)进行化学反应的光敏剂。
在现有技术的情形中，有机绝缘层中包括的光敏剂一般由光活性化合物(PAC)形成。
然而，使用光活性化合物(PAC)作为光敏剂，具有下面的缺陷。
首先，为了形成细微图案，就是说，为了形成精确图案的接触孔(H)，当使用光活性化合物(PAC)作为光敏剂时，必须额外在曝光工艺与显影工艺之间进行烘焙工艺用于施加预定热量。
就是说，因为光活性化合物(PAC)对曝光工艺的反应性较低，所以在曝光工艺之后额外进行烘焙工艺，由此将整个区域清晰地划分为将通过随后的显影工艺被移除的区域和不被移除的区域。
此外，光活性化合物(PAC)具有黄色。因而，如果使用光活性化合物(PAC)，可能会降低显示装置的光透射率，导致色坐标偏移的问题。
同时，当用紫外线(UV)照射光活性化合物(PAC)时，其黄色变为白色，从而能够提高光透射率。然而，为此，不得不额外进行整个表面曝光工艺。此外，即使通过整个表面曝光工艺将黄色变为白色，也很难获得高水平的光透射率。
如上所述，如果使用光活性化合物(PAC)作为光敏剂，显示装置的光透射率降低，且由于额外的工艺，如烘焙工艺和整个表面曝光工艺，整个制造工艺变得复杂。
发明内容
本发明涉及一种有机绝缘层组合物及使用其的薄膜晶体管基板和显示装置，其基本上克服了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题。
本发明的一个方面提供一种有机绝缘层组合物、使用上述有机绝缘层组合物的薄膜晶体管基板以及包括上述薄膜晶体管基板的显示装置，所述有机绝缘层组合物包括能通过简单的工艺形成钝化层的图案并能提高光透射率的光敏剂。
在下面的描述中将列出本发明的其它优点和特征，这些优点和特征的一部分从下面的描述对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的，或者可通过本发明的实施而知晓。通过说明书、权利要求书以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的这些目的和其他优点。
为了实现这些和其他优点并根据本发明的目的，如在此具体和概括描述的，提供了一种有机绝缘层组合物，包括：光敏剂、粘合剂、添加剂和溶剂，其中所述光敏剂包括光致产酸剂(PAG)。
在本发明的另一个方面中，提供了一种薄膜晶体管基板，包括：基板；在所述基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘层、半导体层以及源电极和漏电极；和用于保护薄膜晶体管的钝化层，其中通过使用包含光敏剂、粘合剂、添加剂和溶剂的有机绝缘层组合物形成所述钝化层，其中所述光敏剂包括光致产酸剂(PAG)，所述光致产酸剂(PAG)是由下面的化学式1表示的化合物，
[化学式1]
其中，R1选自由酯基团、醚基团、硫醚基团、胺基团和碳酸酯基团所构成的组中之一，其中每个基团的碳原子数不超过20，R2是碳原子数不超过12的烃基。
在本发明的另一个方面中，提供了一种显示装置，包括薄膜晶体管基板，其中所述薄膜晶体管基板包括：基板；在所述基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘层、半导体层以及源电极和漏电极；和用于保护薄膜晶体管的钝化层，其中通过使用包含光敏剂、粘合剂、添加剂和溶剂的有机绝缘层组合物形成所述钝化层，其中所述光敏剂包括光致产酸剂(PAG)，所述光致产酸剂(PAG)是由下面的化学式1表示的化合物，
[化学式1]
其中，R1选自由酯基团、醚基团、硫醚基团、胺基团和碳酸酯基团所构成的组中之一，其中每个基团的碳原子数不超过20，R2是碳原子数不超过12的烃基。
应当理解，本发明前面的一般性描述和下面的详细描述都是例示性的和解释性的，意在对要求保护的内容提供进一步的解释。
附图说明
附图提供对本发明的进一步理解并且并入说明书而组成说明书的一部分。所述附图示出本发明的实施方式，并且与说明书文字一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是现有技术的薄膜晶体管基板的剖面图；
图2是图解根据本发明实施例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率和根据比较例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率的曲线；
图3是根据本发明一个实施方式的薄膜晶体管基板的剖面图；
图4是根据本发明另一个实施方式的薄膜晶体管基板的剖面图；以及
图5是根据本发明另一个实施方式的薄膜晶体管基板的剖面图。
具体实施方式
现在详细描述本发明的示例性实施方式，附图中图解了这些实施方式的一些例子。尽可能地，在整个附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
下文，将参照附图描述根据本发明实施方式的有机绝缘层组合物。
根据本发明一个实施方式的有机绝缘层组合物包括光敏剂、粘合剂、添加剂和溶剂。
提供光敏剂是便于通过曝光工艺的化学反应在有机绝缘层中形成图案。根据本发明一个实施方式的光敏剂包括光致产酸剂(PAG)(photoacidgenerator)。
光致产酸剂(PAG)具有白色，而不是现有技术的光活性化合物(PAC)中所示的黄色。因而，在本发明的情形中，不必额外进行整个表面曝光工艺来将颜色从黄色变为白色，由此与现有技术相比可简化工艺。
此外，根据本发明的光致产酸剂(PAG)对于曝光工艺具有较高的反应性。因而，在本发明的情形中，不必在曝光工艺之后额外进行烘焙工艺，由此与现有技术相比可简化工艺。
此外，根据本发明的光致产酸剂(PAG)的光透射率大于其中颜色通过曝光工艺而变为白色的光活性化合物(PAC)的光透射率，由此与现有技术相比可获得改善的光透射率。
光致产酸剂(PAG)可包括由下述化学式1表示的化合物。
[化学式1]
在上述化学式1中，R1选自由酯基团、醚基团、硫醚基团、胺基团和碳酸酯基团所构成的组中之一，其中每种基团的碳原子数不超过20。特别是，R1可以是具有芳烃结构的单价烃基。R1可以是具有碳原子数不小于5的脂环烃结构的单价烃基。
在上述化学式1中，R2是碳原子数不超过12的烃基。特别是，R2可以是n-丙基或n-辛基。
例如，上述化学式1表示的化合物可以是2-((4-甲基苯基)磺酰基)氧基)-1H-苯并(脱)(异喹啉)-1，3(2H)-二酮、甲苯-4-磺酸(sulfonicacid)6-甲氧基-1，3-二氧-1H，3H-苯并(脱)异喹啉-2-基酯或N，N-二甲基-2-{[(2-甲基苯基)磺酰基]氧基}-1，3-二氧-2，3-二羟基-1H-苯并(脱)(异喹啉)-5-磺胺，但并不限于此。
含有光致产酸剂(PAG)的光敏剂可在整个有机绝缘层组合物中为0.1到5重量％范围内。如果光敏剂小于0.1重量％，则有机绝缘层的构图工艺会不平滑/平稳。同时，如果光敏剂超过5重量％，则有机绝缘层的机械特性会劣化。
提供粘合剂是为了改善有机绝缘层的机械特性。根据本发明一个实施方式的粘合剂可以是丙烯基粘合剂。
丙烯基粘合剂可由本领域技术人员一般公知的各种丙烯基聚合物形成。
粘合剂可为在整个有机绝缘层组合物中5到30重量％范围内。如果粘合剂小于5重量％，则有机绝缘层的机械特性会劣化。同时，如果粘合剂超过30重量％，则有机绝缘层的涂布和构图工艺会不平滑/平稳。
添加剂可包括选自固化剂、增塑剂、粘合促进剂和表面活性剂的至少一种。
固化剂可包括三聚氰胺基或乙烯基聚合物。用于固化剂的乙烯基聚合物可以是乙烯基乙二醇2(甲基)丙烯酸酯，但不是必须的。
增塑剂可包括邻苯二亚甲基聚合物，但不是必须的。
粘合促进剂可包括硅烷基聚合物，但不是必须的。
表面活性剂可包括硅氧烷基聚合物，但不是必须的。
添加剂可为在整个有机绝缘层组合物中0.01到5重量％范围内。如果添加剂小于0.01重量％，则不容易实现添加剂的功能。同时，如果添加剂超过5重量％，则有机绝缘层的机械特性会劣化，或者有机绝缘层的构图工艺会不平滑/平稳。
溶剂可以是本领域技术人员一般公知的各种有机溶剂，例如丙二醇甲基醚乙酸酯(PGMEA)。
溶剂可为在整个有机绝缘层组合物中60到90重量％范围内。如果溶剂小于60重量％或超过90重量％，则有机绝缘层的涂布工艺会不平滑/平稳。
下文，将参照详细的实验例描述在根据本发明一个实施例的有机绝缘层组合物中的颜色和光透射率特性。
首先，如下面的表1中所示，制备本发明实施例的有机绝缘层组合物和比较例的有机绝缘层组合物。
[表1]
| 本发明实施例 | 比较例 | |
| 光敏剂 | PAG(2.5重量％) | PAC(2.5重量％) |
| 粘合剂 | 丙烯基粘合剂(15重量％) | 丙烯基粘合剂(15重量％) |
| 添加剂 | 三聚氰胺基固化剂(2.5重量％) | 三聚氰胺基固化剂(2.5重量％) |
| 溶剂 | PGMEA(80重量％) | PGMEA(80重量％) |
在上面的表1中，本发明实施例中使用的PAG为2-((4-甲基苯基)磺酰基)氧基)-H-苯并(脱)(异喹啉)-1，3(2H)-二酮。
在上面的表1中，用作比较例中的光敏剂的PAC是由下面化学式2表示的材料形成。
[化学式2]
在上面的表1中，用作本发明实施例和比较例中的粘合剂的丙烯基粘合剂是由下面化学式3表示的材料形成。
[化学式3]
在上面的化学式3中，a、b、c、d和e都是不小于1的整数。
下面的表2示出了根据本发明实施例的有机绝缘层组合物中的黄色指数和根据比较例的有机绝缘层组合物中的黄色指数。
在该情形中，在不进行整个表面曝光工艺的条件下测量根据本发明实施例制备的有机绝缘层组合物中的黄色指数。同时，在进行整个表面曝光工艺之后测量根据比较例制备的有机绝缘层组合物中的黄色指数。
[表2]
| 本发明实施例 | 比较例 | |
| 黄色指数(ASTM D1925) | 15.5 | 16.6 |
| 黄色指数(ASTM E313) | 21.9 | 23.2 |
如上面的表2中所示，根据本发明实施例的有机绝缘层组合物中的黄色指数小于根据比较例的有机绝缘层组合物中的黄色指数。具体来说，在本发明实施例的情形中，黄色指数(ASTMD1925)不超过16，而黄色指数(ASTME313)不超过22。
从上述结果可知，本发明的PAG比现有技术的PAC白。
图2是图解由本发明实施例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率和由比较例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率的曲线。
以与上面表2的黄色指数相同的方式，在不进行整个表面曝光工艺的条件下测量由本发明实施例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率，在进行整个表面曝光工艺之后测量由比较例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率。
如图2中所示，在400nm波长的条件下，由本发明实施例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率为99.06，而由比较例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率为94.25。
此外，在380～780nm波长的条件下，由本发明实施例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率平均值为99.51，而由比较例制备的有机绝缘层组合物中的光透射率平均值为97.09。下文，将描述应用本发明一个实施方式的有机绝缘层组合物的本发明各个实施方式的薄膜晶体管基板。
图3是根据本发明一个实施方式的薄膜晶体管基板的剖面图。
参照图3，在基板100上构图栅电极200，并在栅电极200上形成栅绝缘层300。
然后，在栅绝缘层300上构图半导体层400。此外，在半导体层400上形成彼此相对的源电极和漏电极520和540。
将栅电极200形成在半导体层400下方的结构称为底栅结构。然而，本发明并不限于底栅结构。本发明可应用于栅电极200形成在半导体层400上方的顶栅结构。
在源电极和漏电极520和540上构图钝化层600。
用于构图钝化层600的工艺包括涂布前述的有机绝缘层组合物；以及通过使用预定掩模将涂布的组合物暴露于诸如UV的光并通过使用预定的显影液显影暴露的部分来形成暴露漏电极540预定部分的接触孔(H)。
根据本发明，用于有机绝缘层的光敏剂由光致产酸剂(PAG)形成。因而，本发明的工艺不必进行现有技术的烘焙工艺和整个表面曝光工艺。
在钝化层600上，交替布置像素电极700和公共电极800。
像素电极700通过接触孔(H)与漏电极540电连接。
像素电极700和公共电极800平行布置，由此在它们之间形成面内型电场。因此，通过使用面内型电场控制液晶的取向。图3的薄膜晶体管可应用于面内切换(IPS)模式LCD装置。
如果用于保护薄膜晶体管的钝化层是由前述根据本发明一个实施方式的有机绝缘层组合物形成，则根据本发明的薄膜晶体管基板可包括本领域技术人员一般公知的能应用于任何IPS模式LCD装置以及图3中所示结构的各种薄膜晶体管基板。
图4是根据本发明另一个实施方式的薄膜晶体管基板的剖面图。图5是根据本发明另一个实施方式的薄膜晶体管基板的剖面图。这些薄膜晶体管基板应用于边缘场切换(FFS)模式LCD装置。
参照图4和5，在基板100上构图栅电极200，在栅电极200上形成栅绝缘层300。然后，在栅绝缘层300上构图半导体层400。此外，在半导体层400上形成彼此相对的源电极和漏电极520和540。此外，在源电极和漏电极520和540上形成具有接触孔(H)的第一钝化层610。
参照图4，在第一钝化层610上形成像素电极700，其中像素电极700通过接触孔(H)与漏电极540电连接。然后，在像素电极700上形成第二钝化层650，在第二钝化层650上构图具有预定狭缝的公共电极800。
参照图5，在第一钝化层610上形成公共电极800，在公共电极800上形成具有接触孔(H)的第二钝化层650。在第二钝化层650上，具有通过接触孔(H)与漏电极540电连接的像素电极700。图5的像素电极700被构图为具有预定狭缝。
图4和5中所示的薄膜晶体管基板设置有形成于不同层的像素电极700和公共电极800，其中在像素电极700和公共电极800的任意之一中形成狭缝，由此通过狭缝在像素电极700与公共电极800之间形成边缘场。因而可应用于由边缘场驱动液晶的FFS模式LCD装置。
在图4和5中所示的薄膜晶体管基板中，第一钝化层610和第二钝化层650中的至少任意之一可由前述根据本发明一个实施方式的有机绝缘层组合物形成。
如果用于保护薄膜晶体管的钝化层是由前述根据本发明一个实施方式的有机绝缘层组合物形成，则根据本发明的薄膜晶体管基板可包括本领域技术人员一般公知的能应用于任何FFS模式LCD装置以及图4和5中所示结构的各种薄膜晶体管基板。
上面的描述涉及IPS模式和FFS模式薄膜晶体管基板。然而，根据本发明的薄膜晶体管基板可包括使用所述有机绝缘层组合物作为钝化层的薄膜晶体管基板，其可应用于本领域技术人员一般公知的各种模式的LCD装置，例如，扭曲向列(TN)模式、垂直取向(VA)模式等。
此外，本发明可包括包含上述各种薄膜晶体管基板的液晶显示(LCD)装置或有机发光显示(OLED)装置。
根据本发明一个实施方式的LCD装置包括前述的薄膜晶体管基板、与薄膜晶体管相对的另一基板以及形成在两个基板之间的液晶层。其中，与薄膜晶体管相对的另一基板可包括滤色器和黑矩阵，其详细结构可以变为本领域技术人员一般公知的各种类型。
根据本发明一个实施方式的OLED可包括在前述薄膜晶体管基板上的额外的发光器件。该发光器件可以以依次沉积空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层的沉积结构形成。在此，可省略空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层中的一层或多层。
根据本发明，省略了额外的用于颜色变化的整个表面曝光工艺以及曝光工艺之后的烘焙工艺，从而能简化工艺，且通过实现良好的光透射率能使色坐标偏移的问题最小化。
在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所附权利要求范围及其等价范围内的本发明的修改和变化。
Claims (13)
1.一种有机绝缘层组合物，包括光敏剂、粘合剂、添加剂和溶剂，其中所述光敏剂包括光致产酸剂，其中所述光致产酸剂由化学式1表示的化合物形成，
其中，R1选自由酯基团、醚基团、硫醚基团、胺基团和碳酸酯基团所构成的组中之一，其中每种基团的碳原子数不超过20，R2是碳原子数不超过12的烃基。
2.根据权利要求1所述的有机绝缘层组合物，其中R1是具有芳烃结构的单价烃基、或者具有碳原子数不小于5的脂环烃结构的单价烃基，R2是n-丙基或n-辛基。
3.根据权利要求1所述的有机绝缘层组合物，其中所述光敏剂由2-((4-甲基苯基)磺酰基)氧基)-1H-苯并(脱)(异喹啉)-1,3(2H)-二酮、甲苯-4-磺酸6-甲氧基-1,3-二氧-1H,3H-苯并(脱)异喹啉-2-基酯或N,N-二甲基-2-{[(2-甲基苯基)磺酰基]氧基}-1,3-二氧-2,3-二羟基-1H-苯并(脱)(异喹啉)-5-磺胺形成。
4.根据权利要求1所述的有机绝缘层组合物，其中所述粘合剂包括丙烯基聚合物。
5.根据权利要求1所述的有机绝缘层组合物，其中所述添加剂包括选自固化剂、增塑剂、粘合促进剂和表面活性剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的有机绝缘层组合物，其中
光敏剂在整个所述有机绝缘层组合物中为0.1到5重量百分比的范围内；
粘合剂在整个所述有机绝缘层组合物中为5到30重量百分比的范围内；
添加剂在整个所述有机绝缘层组合物中为0.01到5重量百分比的范围内；以及
溶剂在整个所述有机绝缘层组合物中为60到90重量百分比的范围内。
7.一种薄膜晶体管基板，包括：
基板；
在所述基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘层、半导体层以及源电极和漏电极；和
用于保护薄膜晶体管的钝化层，
其中所述钝化层是通过使用包含光敏剂、粘合剂、添加剂和溶剂的有机绝缘层组合物形成，
其中所述光敏剂包括光致产酸剂，所述光致产酸剂是由化学式1表示的化合物，
其中，R1选自由酯基团、醚基团、硫醚基团、胺基团和碳酸酯基团所构成组中之一，其中每种基团的碳原子数不超过20，R2是碳原子数不超过12的烃基。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管基板，其中R1是具有芳烃结构的单价烃基、或者具有碳原子数不小于5的脂环烃结构的单价烃基，R2是n-丙基或n-辛基。
9.根据权利要求7所述的薄膜晶体管基板，其中所述光敏剂由2-((4-甲基苯基)磺酰基)氧基)-1H-苯并(脱)(异喹啉)-1,3(2H)-二酮、甲苯-4-磺酸6-甲氧基-1,3-二氧-1H,3H-苯并(脱)异喹啉-2-基酯、或N,N-二甲基-2-{[(2-甲基苯基)磺酰基]氧基}-1,3-二氧-2,3-二羟基-1H-苯并(脱)(异喹啉)-5-磺胺形成。
10.根据权利要求7所述的薄膜晶体管基板，其中所述粘合剂包括丙烯基聚合物。
11.根据权利要求7所述的薄膜晶体管基板，其中所述添加剂包括选自固化剂、增塑剂、粘合促进剂和表面活性剂中的至少一种。
12.根据权利要求7所述的薄膜晶体管基板，其中
光敏剂在整个所述有机绝缘层组合物中为0.1到5重量百分比的范围内；
粘合剂在整个所述有机绝缘层组合物中为5到30重量百分比的范围内；
添加剂在整个所述有机绝缘层组合物中为0.01到5重量百分比的范围内；以及
溶剂在整个所述有机绝缘层组合物中为60到90重量百分比的范围内。
13.一种显示装置，包括薄膜晶体管基板，其中所述薄膜晶体管基板包括：
基板；
在所述基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘层、半导体层以及源电极和漏电极；
用于保护薄膜晶体管的钝化层，
其中所述钝化层是通过使用包含光敏剂、粘合剂、添加剂和溶剂的有机绝缘层组合物形成，
其中所述光敏剂包括光致产酸剂，所述光致产酸剂是由化学式1表示的化合物，
其中，R1选自由酯基团、醚基团、硫醚基团、胺基团和碳酸酯基团所构成的组中之一，其中每种基团的碳原子数不超过20，R2是碳原子数不超过12的烃基。
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