CN1650225A - 有源矩阵显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种矩阵式显示器，包括象素(2)的阵列，每个象素具有与第二电极(28，36)重叠的具有脉动的宽度的第一电极(14，16)。每个象素中第二电极与第一电极之间重叠的面积在该阵列上以基本上无规律的方式变化以抵消人为缺陷。第一电极可以通过例如印刷工艺确定。

Description

有源矩阵显示装置
本发明涉及矩阵式显示装置及其制造方法。尤其涉及印刷或直接写入技术在制造此装置中的使用。
在矩阵式显示装置中制作电子元件阵列的已知方法包括以薄片形式在衬底上沉积材料，再利用光刻术和蚀刻使沉积的材料产生图案。对沉积材料层，确定每一层上的光致抗蚀剂并再把每个材料层的大约95％蚀刻掉等步骤的要求使得这些技术的成本很高。对高性能制作图案的工具的需求也制约了产量，并要使用大量昂贵的光致抗蚀剂和显影剂。
作为另一种方案，还提出了在衬底上以所需的图案直接印刷或写入材料，从而消除覆盖层沉积和用掩模曝光的过程。例如，可以利用喷墨打印喷嘴在将要刻上图案的一个或多个材料层上印刷光致抗蚀剂掩模。此项技术在2002年1月28日的Applied Physics Letters，Vol.80，No.4中W.S.Wong等人的“Amorphous silicon thin-filmtransistors and arrays fabricated by jet printing(由喷墨打印制造非晶硅薄膜晶体管和阵列)”一文中有所描述，该文的内容在此引为参考。在其它技术中，形成成品器件的材料(或该材料的前体)可以以所需的图案进行印刷。这里印刷电极材料的基准(reference)包括印刷前体材料，该材料通过进一步的处理被转变成成品电极的材料。
日本专利局提供的JP-A-11-274681专利的英文文摘描述了利用印刷形成电子器件的技术。薄膜晶体管(以下称作“TFT”)的栅极是利用喷墨印刷形成的。
本发明的目的在于提供一种利用印刷或直接写入技术来形成其电子元件的改进的矩阵式显示装置，并提供一种用于制造此类显示装置的改进的方法。
本发明提供了一种包括象素阵列的矩阵式显示装置，每个象素具有与第二电极重叠的具有脉动的宽度的第一电极，其中每个象素中第二电极与第一电极之间重叠的面积在该阵列上以基本上无规律的方式变化以抵消显示人为缺陷(artefacts)。
在优选实施例中，利用印刷工艺确定第一电极。具体地说，第一电极可以由一行相邻的点滴(droplet)形成。可以用于形成包含相邻点滴的电极的印刷技术的一个实例是喷墨打印。或者，第一电极可以通过均匀沉积第一电极材料、然后打印或直接写入规定第一电极所需结构的掩模而形成。然后蚀刻掉已曝光的第一电极材料并去除掩模，以便留下具有所需图案的第一电极。
在透射型显示器中，电极应尽可能地窄以使象素孔径最大化。本发明人发现，随着利用印刷法如喷墨打印建立的行宽度接近于给定打印装置的可能的最小宽度，组成行的各个点滴的廓线变得可见。这导致线条宽度沿其长度规律地改变。本发明人意识到这是显示器性能退化的致因。因为象素相互间等间隔地分布，所以各象素的电子元件的其它电极(通过印刷限定的重叠或底层行)和由打印所限定的行之间的重叠面积将在整个显示器中按差拍效应(beating effect)周期性地重复。因此，由其它电极与由打印所限定的行耦合而形成的电容以同样的方式改变。因此，象素的特性在整个显示器中周期性地改变。
应该理解，此脉动的线条宽度会造成电极材料本身被直接写入或掩模被直接写入并用于对电极材料形成图案。掩模边缘处的周期性变化在底层电极材料中将被复制。
象素的透射率对跨越其上的电压非常敏感，因此甚至轻微的周期性变化很可能就有显著的影响。另外，人眼对显示器上透射率的任何周期性变化非常敏感。利用反转驱动方式驱动的显示器，这种变化本身将表现为闪烁，对人眼很明显。
根据本发明，预定将每个象素中的电子元件的第一电极和第二电极之间的重叠面积在阵列上的指定方向以基本上无规律的方式变化，以避免上述形式的差拍效应。因而，在整个显示器中相关电容的任何变化基本上是非周期的或随机的。应该知道，第二电极可以铺设于第一电极之上或相反。
在优选实施例中，在其中形成行并与点滴毗连，点滴沿每行基本上等距离地间隔，但第二电极相对于每个象素中点滴的位置基本上沿每行以无规律地方式变化。或者，各个象素中的第二电极沿点滴的每一行基本上等距离地间隔，并且每个象素中点滴的相对位置沿每一行基本上以无规律的方式变化。优选地，在后一实施例中，组件之间沿各个行的点滴的间隔调整为基本上均匀地沿着各个行以达到上述变化。因而，如果点滴沿电极等距离地间隔，则点滴从所占据的位置的移动逐渐被在其一侧或两侧的点滴所容纳。这样有助于避免点与其邻接的点滴之间过大或过小的间隔，这种过大或过小的间隔会造成行宽度异常地大的改变，影响点滴和另一电极之间的重叠，甚至导致印刷行的断裂。
在本发明的某些实施例中，每个象素中的电子组件包括第一和第二电极的重叠部分。电子组件可以是每个象素中的TFT。更具体的说，第二电极可以是连结到各个象素电极的TFT的漏电极，第一电极可以是TFT的栅电极。
或者，电子组件可以是每个象素中的存储电容器，它们沿显示器的存储电容器行相隔，这些存储电容器行是通过印刷限定的。
在另一优选实施例中，每个象素包括一个具有第三电极的另一电子组件，第三电极的脉动宽度与第四电极重叠，其中所述另一电子组件的第三和第四电极之间每个象素的重叠面积以基本上无规律的方式在整个阵列上变化以抵消显示器的人为缺陷。例如，一个电子组件可以是每个象素中的TFT，另一个组件可以是每个象素中的存储电容器。
显示器的行电极可以通过第一电极形成，另外，行电极的一个相应部分可以形成每个象素中TFT的栅电极。
本发明还提供了一种制造矩阵式显示装置的方法，该显示装置包括多个象素的阵列，每个象素具有与第二电极重叠的具有脉动的宽度的第一电极，本方法包括在每个象素中印刷第一电极并在每个象素中限定第二电极的步骤，其中每个象素中第一电极和第二电极之间的重叠面积在阵列中以基本上无规律的方式变化以抵消显示器的人为缺陷。优选地，通过喷墨打印毗连的点滴行以便在每个象素中形成第一电极。
下面通过参考附图对本发明的实施例进行描述，其中：
图1表示包括部分地利用印刷技术形成的TFT和存储电容器的有源矩阵式显示象素的平面图；
图2表示图1中的TFT沿A-A线的截面图；
图3表示图1中的存储电容器沿B-B线的截面图；
图4表示喷墨印刷行的平面图；
图5表示根据本发明第一实施例而改进的类似图1所示的象素；
图6表示根据本发明第二实施例形成喷墨印刷行的点滴的间隔变化平面图；
图7表示存储电容器上电极的位置变化平面图；和
图8表示根据本发明的液晶有源矩阵显示器的截面图。
应该注意，上述附图只是示意性的，没有按比例绘制。为了清楚和方便，图中部件的相对尺寸和比例被放大或缩小而显示。同一标号在改进和不同的实施例中一般用于表示对应的或类似的特征。
本申请人的未公开的英国专利申请No.0105145.7(PHGB010030)描述了一种特别适于利用印刷技术制造的TFT结构。此外，本申请人的未公开英国专利申请No.0112563.2和No.0112561.6(PHGB010076和PHGB010077)公开了适于用在采用印刷时的显示器基底上的象素存储电容器结构。这三项申请的内容在此作为参考材料被引用。
图1示出了在上述未公开申请中表示的TFT和存储电容器结构的实例。图1中表示了显示器基底4上象素阵列的单个象素2。象素阵列与基底一起形成有源矩阵式显示器的有源板。
象素2包括TFT6。TFT6沿垂直于基底4的平面的A-A线的截面示于图2。类似的，存储电容器8沿B-B线的垂直截面示于图3。
基底4由如玻璃那样的透明材料制成，该基底有一个基本上平坦的上表面10。在表面10上印刷第一金属化层并限定了多个在基底4上延伸的行电极以及多个也在基底4上延伸的平行于行电极14的存储电容器电极行16。在行电极14和存储电容器行16上设置例如由氮化硅制成的介电层18。
TFT6的半导体岛20由掺杂的氢化非晶硅(n+a-Si:H)层24之下的氢化本征非晶硅(i a-Si:H)层22组成。典型地情况是这两个层可以一个沉积在另一个上，两者再利用单个印刷掩模来限定。半导体岛20分布在行电极14之上并且在平面图中看为矩形，其长边平行于行电极14。半导体岛之下的行电极区域形成TFT6的栅电极。
利用光刻术限定第二带图案的金属化层，以形成列电极26，该列电极在垂直于行电极14的方向上延伸过整个基底4。还形成漏电极28以及围绕漏电极并穿过半导体岛20返回的从列电极26延伸的指状物30。半导体岛20区域中的漏电极28、指状物30和列电极26以垂直于行电极14的方式穿过岛而延伸。列电极26和指状物30在漏电极28的任一侧形成互连的源电极。
作为利用印刷法、如胶板印刷以形成半导体岛20的结果，其尾缘32的位置可能不能够精确地控制或限定。在没有指状物30时，将不能很好地限定TFT的栅-漏电容。这将导致在显示器的有源板上TFT的不均匀性能。指状物30把半导体岛延伸超过它而到达岛的尾缘32的部分连接到列电极26以解决此问题。应该理解，如果半导体岛印刷在相反的方向上，则尽管岛的前缘(在该情况下与指状物相邻)位置可能被更好的限定，但指状物将实现相同的功能。
在某些情况下，通过这种方式在漏电极两侧设置源电极可能会有额外的益处。例如，可以有效地使通道宽度加倍，因而降低器件的导通电阻。
第二金属化层可以用作蚀刻掩模以执行反向通道蚀刻步骤，蚀刻掉在暴光过的地方的掺杂的非晶硅层24。本征非晶硅层22形成TFT6的通道。
第二金属化层还用于形成存储电容器8的上电极36，介电层18用作上电极36和存储电容器行16之间的电容器介质。在钝化层上设置(优选利用印刷工艺)氧化铟锡(ITO)的象素电极44。
在整个基底之上形成钝化层38。经电容器8的上电极36和TFT6的漏电极28之上的钝化层38设置通孔40和42。该钝化层38可以由例如氮化硅形成。也可以采用其它材料，如聚合物材料。
图1～3中上述各层的布置以及尤其是半导体岛20和行电极14的简单形式意味着半导体岛和行电极的限定的不准确性没有象在常规阵列结构中那样严格，并且因此可以采用较低分辨率的方法，如印刷。TFT6的通道长度作为更重要的尺度，则通过更高分辨率的形成图案的方法(光刻术)来限定。的确，利用上述TFT结构这可能是唯一需更高分辨率的方法以制造有源矩阵显示器的有源板。
图4表示随着宽度接近给定印刷设备的最小可实现的情况下喷墨印刷电极的行宽度的变化。组成行的各个点滴的轮廓很清晰，造成行边缘52、54的波动。在距离为l时行宽度最小值w1和最大值w2之间脉动，l等于点滴间距的一半。
可以看出，图1和2中所示的TFT结构是源/漏金属化层中关于TFT其它层相对于常规TFT基底的变化容限。但是，行电极14的行宽度将影响漏电极28和行电极之间的寄生耦合电容，并因此影响TFT的性能特性。
图5表示类似于图1的根据本发明实施例经过改进的象素2。它与图1的不同之处在于TFT6a在平行于行电极14的方向上被平移距离d，其方向为离开列电极26a而朝向相关象素电极44的中心线。因而TFT的漏电极与行电极14在不同的位置重叠，而不是象图1所示的源/漏金属化图形的情形。可以理解，源/漏图案可以以类似的方式修改，以在列电极26a任一侧的距离范围内移动漏电极。通过以基本上无规律的方式改变整个显示区上逐个象素的位移，各相应象素的漏电极与形成行电极的点滴的重叠面积以同样的方式变化。
图6示出了图5所示实施例的另一种实施例。不是以无规律的方式移动每个象素的TFT以实现象素电极和行电极的点滴之间相对位置的非周期性，而是通过改变各个点滴的位置实现相同的结果。所述点滴的位置这样定位，使得行电极14在被象素电极28重叠处的点滴的宽度在整个显示器上基本上以无规律的方式变化。
图6中示出了相邻象素的象素电极28、28’以及由等间隔分布的点滴形成的行电极14(虚线轮廓线)和具有可变点间隔的第二行电极14’。为了清楚起见省去了各个象素的其它特征。可以看出，电极14’的点滴60’的廓线移到电极14中对应物60的左边。电极14’在象素电极28’位置处的平均宽度w3小于电极14的对应尺度w4。给定象素电极底层的各点滴的位移可以通过调节该象素电极和下一象素电极之间交错的点滴位置而被逐渐包容。如图6所示，象素电极28和28’之间行电极14’中的点滴的间隔相对于行电极14的情形略有减小，以包容点滴60’相对于点滴60的位移。
本发明的另一实施例示于图7中。该图显示了存储电容器线条16和第一上电容电极36。还展示(用虚线轮廓线)了第二上电极36’，该电极与第一上电极大小相同但有平行于行16的移位。第一上电极36和线条16之间的重叠面积大于第二上电极与该线条的重叠面积。由于喷墨打印行16的波动的轮廓，被第一上电极而没有被第二上电极覆盖的面积71a大于被第二上电极而没有被第一上电极覆盖的区域70b，导致包含第二上电极36’的电容器相对于包含第一上电极36的电容器的电容量的净减小。为了避免由显示器上存储电容器的电容量的周期性变化引起的显示器的人为缺陷，各个相应上电极以及形成相应存储电容器的相关点滴的相对位置可在整个显示器上以基本上无规律的方式变化。在类似于上述TFT结构的方法中，这既可以通过含有规律间隔的点滴和随机改变每个象素中上电极的位置来实现，也可以通过随机改变每个象素中与上电极相关的点滴的位置来实现。如上所述，点滴位置中的任何位移都可以逐渐被上电极之间沿相同存储电容器行的点滴所包容。
应该理解，取代提供专用存储电容行16，可以利用设置在下一个或前一个印刷的行电极14之上的附加电极以形成每个象素的存储电容器。对附加电极相对于印刷电极的位置可适用类似于上述的考虑以抵消显示器的人为缺陷。
可以利用按照上述本发明制作的有源板80以本领域技术人员公知的图8所示的方式，通过提供无源板82，并在有源板和无源板之间夹置液晶材料84而形成有源矩阵式液晶显示器。
本领域的读者将会理解，本发明可以应用到各项印刷技术(包括直接写入技术)上，喷墨打印是其中一例，其中材料区域以所希望的图案沉积在基底上，而对该方法在分辨率方面的限制会导致印刷线条宽度的脉动。
虽然以上关于底栅TFT对本发明进行了描述，但本领域的技术人员将会理解，本发明同样可应用到包括顶栅TFT的象素。在顶栅TFT中，可以在沉积了源/漏金属化层、半导体层和栅极绝缘层之后沉积限定其栅极的印刷行电极。
另外，本发明可以应用到各种半导体技术中。上述的非晶硅层可以用其它类型的半导体所取代。例子包括多晶硅、微晶硅、有机半导体、II-VI半导体如CdTe、III-V半导体如GaAs及其它。另外，金属化层可以是铝、铜或任何方便的半导体，不必一定是金属。
通过阅读本发明，本发明的其它变形和改型对熟悉本技术的人们将变得更加清晰。这类变形和改型可以包括现有技术中公知的等同的及其它的特征，并且可以用于替代或附加这里的前述特征。
虽然在本申请中对特征的具体组合阐述了权利要求，但应该理解，本发明公开的范围也包括在此所述的任何新颖的特征或特征的任何新颖组合，而无论它们是明示还是隐含的、或它们的任何概括，也不论它们是否与在任何权利要求中所提出的同一发明相关，并且也不论它是否像本发明那样减少了同一技术问题的任何部分或全部。
在分开的实施例的文字中所描述的特征也可以在单独一个实施例中综合地提供。相反，为了简明起见在单独一个实施例中描述的各种特征也可以分开提供或以任何合适的亚组合提供。在此本申请人提出通告，即在执行本申请或任何由此导出的进一步的申请期间对这样的特征和/或这样特征的组合可能形成新的权利要求。

Claims (15)

1.一种矩阵式显示装置，包括象素(2)的阵列，每个象素具有与第二电极(28，36)重叠的具有脉动宽度的第一电极(14，16)，其中每个象素中第二电极与第一电极之间重叠的面积在该阵列上以基本上无规律的方式变化以抵消显示人为缺陷。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于第一电极(14，16)利用印刷工艺来确定。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于第一电极由一行相邻的点滴来形成。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述点滴沿每一行基本上等间隔地分布，并且第二电极(28，36)相对于每个象素(2)中所述点滴的位置基本上以无规律的方式在整个阵列上变化。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于各个象素(2)中的第二电极(28，36)沿每行点滴基本上等间隔分布，并且每个象素中所述点滴相对于它的位置沿每行基本上以无规律的方式变化。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于组件之间沿各个行的点滴的间隔基本上沿各个行被均匀地调整以达到所述变化。
7.如前述任一权利要求的装置，其特征在于每个象素中的电子组件包括第一和第二电极的重叠部分。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于电子组件是存储电容器(8)。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于电子组件是TFT(6)。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于每个象素(2)包括象素电极(44)，每个象素的第二电极(28)连接到相应象素电极，且第一电极(14)形成TFT(6)的栅电极。
11.如权利要求7～10任一项所述的装置，其特征在于每个象素(2)包括一个具有第三电极(14，16)的另一电子组件(6，8)，第三电极是由与第四电极(28，36)重叠的一行邻接的点滴形成的，其中所述另一电子组件的第三和第四电极之间每个象素的重叠面积以基本上无规律的方式在整个阵列上变化以抵消显示器的人为缺陷。
12.如权利要求9所述的装置，当从属于权利要求9或10时，其特征在于该另一个组件是存储电容器(8)。
13.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于显示器的行电极(14)由第一电极形成。
14.一种制造矩阵式显示装置的方法，该显示装置包括象素(2)的阵列，每个象素具有与第二电极(28，36)重叠的具有脉动的宽度的第一电极(14，16)，本方法包括在每个象素印刷该第一电极并在每个象素中限定第二电极的步骤，其中每个象素中第一电极和第二电极之间的重叠面积在阵列中以基本上无规律的方式变化以抵消显示器的人为缺陷。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于通过喷墨打印相邻接的点滴行而在每个象素中形成第一电极(14，16)。
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