CN1371017A

CN1371017A - 有源矩阵液晶显示装置及制造方法和材料

Info

Publication number: CN1371017A
Application number: CN 02116456
Authority: CN
Inventors: 闫东航; 袁剑峰; 王刚; 张坚; 王军
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2002-09-25

Abstract

本发明属于有源矩阵液晶显示装置及制造方法和材料。采用有机薄膜晶体管(OTFT)驱动扭曲向列液晶,最大驱动电压低于30伏特。OTFT中有机半导体层上图形电极的加工方法是使用光刻胶为掩模漏板的剥离技术(lift－off)来图形化源、漏电极的,对有机半导体的损害很小。采用高度有序结晶的有机半导体氟代酞菁铬材料和OTFT矩阵的制造方法,材料的迁移率性质在0.01cm²/Vs以上,OTFT性能稳定。

Description

有源矩阵液晶显示装置及制造方法和材料

技术领域：

本发明涉及一种有源矩阵液晶显示装置。

本发明又涉及一种上述有源矩阵液晶显示装置的制造方法，具体地说涉及有源矩阵液晶显示装置中有机薄膜晶体管的制备方法。

本发明还涉及一种用于制备有机薄膜晶体管的材料。

背景技术：

目前，氢化非晶硅薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器(以下简称a-Si：H TFT AMLCD)以其高品质的视频显示画面，被广泛地作为显示设备应用于如便携式电脑和节省空间型的台式电脑的监视器。随着其市场份额的逐渐增大，人们对其性价比的要求也越来越高。也就是说，a-Si：H TFT AMLCD的高制作成本已经成为其发展的瓶颈。传统有源距阵液晶显示器是用a-Si：H TFT驱动的。氢化非晶硅薄膜的制备普遍采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法。为了获得良好的界面特性栅绝缘膜(一般采用氮化硅、SiO2等)也必须同样的成膜方法。PECVD设备结构复杂、价格昂贵，并且对反应气体的纯度、本底真空度、基板温度都有很高的要求，而且需要复杂且昂贵的高频电源，这就导致设备和材料成本的提高。例如它需要99.9999％纯度的硅烷、磷烷和氢气等气体，以及具有低导热系数耐高温的玻璃等。由于等离子体区的均匀性极难控制，不容易得到大面积均匀的薄膜。另外，所用的气体具有相当的毒性和易燃性，所以气路系统必须具有极高的密闭性。优质的氢化非晶硅薄膜需要在300摄氏度或更高的基板温度下得到，所以使柔性显示成为不可能。由此可以看出，a-Si：H TFT AMLCD的成本高(尤其在大尺寸情况下)受限于非晶硅半导体层的制备。虽然许多发明者已经提出了一些改进办法以降低a-Si：H TFT AMLCD的成本或简化其制造工序，但效果并不明显。

有机薄膜晶体管(OTFT)是采用有机或高分子材料为活性工作物质(以下称为有机半导体)的薄膜晶体管，有机半导体的优点是易于成膜(例如旋涂、蒸镀等)且成膜温度低于200℃。用OTFT取代a-Si：HTFT可以大降低液晶显示器的成本还可以实现柔性显示。H.E.A.Huitema等人(Applied Physics Letters第80卷，第1088页2002年2月)已提出并制造了柔性有源矩阵PDLC液晶显示，C.D.Sheraw等人(Nature 414卷，第599页2001年12月)也已提出并制造了工艺简单的有源矩阵PDLC液晶显示。PDLC液晶显示的缺点是需要的驱动电压比扭曲向列液晶显示(TNLC)高，不利于便携式显示。另外，由于PDLC的暗态是靠对光的散射实现的导致图像的对比度不高，尤其不利于彩色显示。H.E.A.Huitema等人采用的聚合物半导体材料的迁移率比较低，需要增大器件的宽长比来提高开态电流，这样会限制显示分辨率的提高。而C.D.Sheraw等人采用并五苯(Pentacene)作为半导体层。它的迁移率虽然比较高，但它的本征电导也比较高，所以必须增大栅脉冲的正负电压幅度才能达到高的电流开关比。这就增加了驱动的难度。而且Pentacene的化学稳定性较差加工难度大，只能采取源漏电极位于有机层之下的底电极结构。

发明内容：

本发明的目的之一在于提供一种有源矩阵液晶显示装置，具有驱动电压低和采用柔性基板的优点。

本发明的又一目的在于提供一种有源矩阵液晶显示装置的制备方法，具体地说是有源矩阵液晶显示器中的有机薄膜晶体管的制备方法，该方法对有机半导体的损害很小。

本发明的还一目的在于提供一种用于制备有机薄膜晶体管的材料。

为实现上述目的，本发明提供的有源矩阵液晶显示装置，为有机薄膜晶体管驱动控制液晶显示单元，该显示单元为扭曲向列液晶；该装置的具体结构为：

在有源矩阵液晶显示器的下基板上具有多条栅线和与该栅线垂直交叉的多条信号线形成矩阵象素显示，其中，每个象素具有一个OTFT、象素电容和象素电极，每个OTFT栅极与栅线相联，每个OTFT源极与信号线相联，每个OTFT漏极与象素电极相联，液晶层被夹在上下极板之间，上极板上镀有公共透明电极。

本发明提供的制备上述液晶显示装置中的有机薄膜晶体管的方法，其主要步骤为：

1)、溅射蒸镀栅线和栅电极，并光刻成型；用于制备栅线和栅电极的材料为Ta、W、Ti、Mo中的一种或任意二种的合金金属；

2)、溅射蒸镀栅绝缘膜；该绝缘膜为Ta₂O₅、AL₂O₃、TiO₂、氧化硅或氮化硅的一种或任意二种的合金氧化物，旋涂聚合物栅绝缘膜，该绝缘膜为PMMA、聚酰氩胺或环氧树脂；

3)、溅射蒸镀透明电极(ITO)像素电极并光刻成型；

4)、分子气相沉积制备有机半导体薄膜，在有机薄膜上热蒸发信号线和源、漏电极并采用光刻胶为掩模漏板的剥离技术直接图形化；其信号线和源、漏电极为Au、Ag、Ba、Ti或Mo；

5)、将一层聚乙烯醇保护膜兼液晶分子取向层旋涂在矩阵板的上面；

6)、封装液晶盒。

本发明提供的用于制备上述液晶显示装置中的有机薄膜晶体管的材料，为高度有序结晶的氟代酞菁铬，其中氟代酞菁铬为六元苯环上至少有一个取代的氟，用该材料制备的有机晶体管器件在室温工作环境下开关电流比大于10⁵，场致载流子迁移率大于0.01cm²/Vs，阈值电压低于15V，这种晶体管可以应用在柔性有源矩阵液晶和有机发光显示器、柔性存储器、塑料激光器、柔性集成电路和传感器上；

本发明中的基板可以是刚性的玻璃，也可以是柔性的塑料；

本发明中栅极可以是ITO透明电极，也可以是金属Cr，Ta，Al，Mo，Ni、W电极或它们中任意二种，绝缘层可以是金属和过渡金属的氧化物，也可以是有机聚合物；源极和漏极可以是金属Cr，Al，Au，Ag或它们中任意二种。

本发明的优点如下所述：

本发明采用OTFT驱动扭曲向列液晶，最大驱动电压低于30伏特。

本发明OTFT中有机半导体层上图形电极的加工方法是使用光刻胶为掩模漏板的剥离技术(lift-off)来图形化源、漏电极的，与无机半导体工艺中使用的离子束刻蚀或使用刻蚀液方法比较，本发明方法对有机半导体的损害很小。

本发明采用高度有序结晶的有机半导体氟代酞菁铬材料和OTFT矩阵的制造方法，材料的迁移率性质在0.01cm²/Vs以上，OTFT性能稳定。本发明也可以采用高度有序结晶的酞菁铜、酞菁锌、酞菁镍、氟代酞菁铜、并五苯、五噻吩或六噻吩。

本发明有机薄膜晶体管驱动的有源矩阵液晶显示装置具有驱动电压低和采用柔性基板的优点。

本发明半导体薄膜具有载流子迁移率高、OTFT器件加工温度低于200℃。

附图说明

图1是有源矩阵液晶显示单元象素的结构剖面示意图。

图2是用于驱动液晶显示的OTFT有源矩阵面板的等效电路图。

图3是图1中单元象素的结构示意图。

图4是上述OTFT器件的转移特性曲线；场致迁移率达到0.04cm²/Vs，开关电流比达到10⁵和阈值电压为15V。

具体实施方式：

结合附图描述如下，其中图1是有源矩阵液晶显示单元象素的结构剖面示意图，图2是用于驱动液晶显示的OTFT有源矩阵面板的等效电路图，图3是单元象素的结构示意图。

实施例

首先是OTFT矩阵工艺。在玻璃或柔性塑料基板11上用射频磁控溅射方法镀上一层金属Ta膜，厚度200纳米，并光刻成信号线和栅极形状13以及像素存储电容16，其中刻蚀金属Ta采用反应离子刻蚀(RIE)干法技术；用直流磁控溅射方法在栅极13和基板11上面反应溅射一层Ta₂O₅作为栅绝缘层10，厚度100纳米；用直流磁控溅射方法连续溅射一层透明导电膜(ITO)，厚度150纳米，并利用光刻技术加工成像素电极15形状；采用分子气相沉积方法制备结晶有机半导体氟代酞菁铬层，氟代酞菁铬为六元苯环上有一个取代的氟，厚度约40纳米，并经光刻和RIE干法刻蚀成岛状9，采用剥离技术制作信号线和源电极8、漏电极14；旋涂聚乙烯醇水溶液作为保护膜7并兼作矩阵基板11的液晶分子取向层，厚度150纳米；

然后是液晶盒封盒工艺：对带有透明电极3和取向层4的上基板2与矩阵基板11一起进行摩擦处理；喷洒液晶盒隔垫物和封盒胶5；压盒；灌注液晶层6；点封口胶；贴上下偏振片1和12。

Claims

1、一种有源矩阵液晶显示器件，其特征在于，为有机薄膜晶体管驱动控制液晶显示单元；在有源矩阵液晶显示器的下基板上具有多条栅线和与该栅线垂直交叉的多条信号线形成矩阵象素显示，其中，每个象素具有一个有机薄膜晶体管(OTFT)、象素电容和象素电极，每个OTFT栅极与栅线相联，每个OTFT源极与信号线相联，每个OTFT漏极与象素电极相联；液晶层被夹在上下极板之间，上极板上镀有公共透明电极。

2、如权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，显示单元采用扭曲向列液晶。

3、如权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述基板为玻璃或为柔性塑料。

4、制备如权利要求1所述的有源矩阵液晶显示装置的方法，其中有机薄膜晶体管的主要制备步骤为：

1)溅射蒸镀栅线和栅电极，并光刻成型；用于制备栅线和栅电极的材料为Ta、W、Ti、Mo中的一种或任意二种的合金金属；

2)溅射蒸镀栅绝缘膜；该绝缘膜为Ta₂O₅、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、氧化硅或氮化硅中的一种或任意二种；

3)溅射蒸镀透明电极(ITO)像素电极并光刻成型；

4)分子气相沉积制备有机半导体薄膜，在有机薄膜上热蒸发信号线和源、漏电极并采用光刻胶为掩模漏板的剥离技术直接图形化；其信号线和源、漏电极材料为Au、Ag、Al、Ba、Ti或Mo；

5)将一层水溶性高分子保护膜兼液晶分子取向层聚乙烯醇旋涂在矩阵板的上面；

6)封装液晶盒。

5、如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机薄膜晶体管在室温下载流子迁移率为0.01平方厘米每伏每秒(cm²/Vs)以上，开关电流比在10⁵以上，阈值电压15伏以下。

6、如权利要求4所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘层膜为Ta₂O₅、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、氧化硅、氮化硅、(说明书中没有)聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰氩胺或环氧树脂中的一种或任何二种。

7、用于制备权利要求1所述的液晶显示器件的材料，其中有机薄膜晶体管的材料为高度有序结晶的酞菁铜、酞菁锌、酞菁镍、氟代酞菁铜、氟代酞菁铬、并五苯、五噻吩或六噻吩。