CN1731597A

CN1731597A - 有机薄膜晶体管及包含该有机薄膜晶体管的平板显示装置

Info

Publication number: CN1731597A
Application number: CN200510091070.3A
Authority: CN
Inventors: 具在本; 徐旼彻; 金京道; 牟然坤
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: US20060028130A1; CN1731597B; KR100615235B1; KR20060012940A; JP2006049811A; US7538480B2

Abstract

提供了一种有机薄膜晶体管(TFT)，其能防止由于机械应力导致的变形或分离；和一种包括有机TFT的平板显示装置。有机TFT包括栅电极；与栅电极绝缘的源电极和漏电极；与栅电极绝缘、并与源电极和漏电极接触的有机半导体层；和使栅电极与源电极、漏电极和有机半导体层绝缘的栅绝缘层。栅绝缘层被构图成岛状形状以允许基板的相邻部分自由地弯曲，因此减小了有机TFT和其组成层的应力和变形。

Description

有机薄膜晶体管及包含该有机薄膜晶体管的平板显示装置

本申请要求于2004年8月5号在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号为10-2004-0061669的权益，其公开内容包含在此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种有机薄膜晶体管(TFT)以及一种包含该有机TFT的平板显示装置，尤其涉及，防止由于机械应力造成的变形或分离的有机TFT和具有该有机TFT的平板显示装置。

背景技术

聚乙炔、具有半导体特性的共轭有机高聚物的发展已经引起了在诸如功能电子装置和光学装置的各个领域将有机材料用于晶体管的研究。有机材料给生产商带来了选择多种合成方法、纤维或薄膜的可塑性、及柔韧性、导电性、和低生产成本的优点。

传统的硅薄膜晶体管(TFT)包括具有掺杂了高浓度杂质的源区和漏区的硅半导体层。沟道区域形成在上述两个区域之间；栅电极与半导体层绝缘并且位于与沟道区域对应的区域内；源电极和漏电极与栅电极绝缘但分别与源区和漏区接触。然而，传统的硅TFT生产成本高、易碎、并且不能用于塑料基板，这是因为其在高温例如300℃或更高温度下生产。

平板显示装置如液晶显示器(LCD)或电致发光显示器(ELD)利用TFT作为控制和操作像素的开关装置和驱动装置。为了使平板显示装置变大、薄、并且柔软，研究人员正致力于利用塑料基板代替玻璃基板。然而，塑料基板很难生产，这是因为显示装置必须在低温下生产，该温度低于传统的硅TFT所需的温度。

因为有机TFT半导体层解决了上述问题，所以正在积极研究开发用于有机半导体层的有机TFT。

图1、2和3分别是传统的反向共面型有机TFT、反向交错型有机TFT、和交错型有机TFT的截面图。

参考图1，栅电极14位于基板12的上部，并且栅绝缘层18位于基板12的整个表面上以覆盖栅电极14。此外，源电极15和漏电极16位于栅绝缘层18上，并且有机半导体层17位于基板12的整个表面上以覆盖源电极15和漏电极16。在分别在图2和图3中示出的反向交错型TFT和交错型TFT内，基本元件的位置与图1中的相似，但其布局倒置。

例如，参考图1、2和3，在上面的结构中，有机半导体层17、27或37以及栅绝缘层18、28或38位于基板12、22或32的整个表面上，并且当有机半导体层17、27或37以及栅绝缘层18、28或38都由有机材料形成时柔韧性是最好的。然而，栅绝缘层18、28或38大大影响了TFT的电特性。虽然漏电流是10^-10A或更小并且击穿电压是5MV/cm或更高是所希望的，但利用有机材料很难满足上述需要。因此，经常利用无机材料如氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)作为有机TFT中的栅绝缘层。然而，由无机材料形成的栅绝缘层具有较差的柔韧性，并且由于机械应力所述TFT可能变形或分离。

需要解决的就是提供一种具有改进了柔韧性和材料特性的有机TFT，其能防止由于机械应力造成的变形或分离。

发明内容

本发明提供了一种能防止由于机械应力造成的变形或分离的有机薄膜晶体管(TFT)，和包含该有机TFT的平板显示装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种有机薄膜晶体管，包括：栅电极；与栅电极绝缘的源电极和漏电极；与栅电极绝缘、并与源电极和漏电极接触的有机半导体层；使栅电极与源电极、漏电极和有机半导体层绝缘的栅绝缘层，其中栅绝缘层被构图成岛状形状。

栅绝缘层可以由无机材料形成。

栅电极可以位于基板上，栅绝缘层可以覆盖栅电极，源电极和漏电极可以形成在栅绝缘层上，并且有机半导体层可以覆盖源电极和漏电极。

栅电极可以形成在基板上，栅绝缘层可以覆盖栅电极，有机半导体层可以形成在栅绝缘层上，并且源电极和漏电极可以形成在有机半导体层上。

有机薄膜晶体管可以形成在柔性基板上。

栅绝缘层可以被构图从而与每个有机薄膜晶体管对应。

根据本发明的另一个方面，提供了一种平板显示装置，包括：栅电极；与栅电极绝缘的源电极和漏电极；与栅电极绝缘、并与源电极和漏电极接触的有机半导体层；使栅电极与源电极、漏电极和有机半导体层绝缘的栅绝缘层；和电连接到源电极和漏电极的至少其中一个的显示元件，其中栅绝缘层被构图成岛状形状。

栅绝缘层被构图从而与每个包括源电极、漏电极和栅电极的有机薄膜晶体管对应。

显示元件可以发射红、绿和蓝色光中其中一种光，并且栅绝缘层可以被构图从而与每个显示元件对应。

显示元件可以发射红、绿和蓝色光中其中一种光，并且栅绝缘层可以被构图从而与三个相邻的分别发射红、绿和蓝色光的显示元件对应。

显示元件可以是电致发光元件。

附图说明

本发明上述和其他优点将在参考附图详细描述的优选实施例中变得更加显而易见。

图1是传统的反向共面有机薄膜晶体管(TFT)的截面示意图；

图2是传统的反向交错型有机TFT的截面示意图；

图3是传统的交错型有机TFT的截面示意图；

图4是根据本发明的反向共面型有机TFT的截面示意图；

图5是根据本发明的另一实施例的反向共面型有机TFT的截面示意图；

图6是根据本发明的再一实施例的反向共面型有机TFT的截面示意图；

图7是根据本发明的反向交错型有机TFT的截面示意图；

图8是根据本发明的交错型有机TFT的截面示意图。

具体实施方式

图4是根据本发明的反向共面型有机TFT的截面示意图。参考图4，源电极105和漏电极106与栅电极104绝缘。此外，有机半导体层107与栅电极104绝缘并且与源电极105和漏电极106接触，栅绝缘层108a使栅电极104与源电极105、漏电极106、和有机半导体层107绝缘。栅绝缘层108a可以由无机材料，如氧化硅或氮化硅形成。

在上面的结构中，图4中示出的TFT是反向共面结构，也就是，栅电极104形成在基板102上，栅绝缘层108a覆盖栅电极，源电极105和漏电极106形成在栅绝缘层108上，并且有机半导体层107覆盖源电极105和漏电极106。

根据本发明的反向共面型有机TFT与图1中所示的传统的反向共面型有机TFT的一个区别在于：栅绝缘层108a被构图成岛状形状。进一步，图4中108b表示的没有形成TFT的栅绝缘层的部分可以被构图成岛状形状。因而，在栅绝缘层108a和每个栅绝缘层部分108b之间出现了间隙110。因此，当沉积有机半导体层107时，有机半导体层107的一部分将填充间隙而有机半导体层107的其他部分覆盖栅绝缘部分108b。

将栅绝缘层108a构图成图4中所示的岛状形状的优点在于：岛状形状减小了弯曲基板102的条件对栅绝缘层108a产生的机械应力，这是因为基板102接近于间隙110的部分可以自由地弯曲。因此，可以防止有机TFT的变形或分离。

如果栅绝缘层108a和基板102之间的附着力较弱，弯曲基板102特别容易使栅绝缘层108a从基板102分离。使栅绝缘层108a构图成岛状形状能有助于防止发生分离。

示意性地，基板102几乎可以是任意弯曲的基板，如金属箔或塑料基板，但并不限于此。

栅绝缘层108a的图形并不限于特定的形状。例如，如图4所示，栅绝缘层108b在没有有机TFT的部分上被构图。此外，如根据本发明第二实施例的图5中的反向共面型有机TFT所示，两个或多个TFT 211和212的栅绝缘层(208a)可以互相作为整体形成并且另一TFT 214的栅绝缘层(208b)可以独立地形成，也就是，利用间隙210使其与栅绝缘层208a分离。示意性地，间隙210内填充了有机半导体层207。此外，在图5中，附图标记202表示柔性基板，附图标记204表示栅电极，附图标记205表示源电极；并且附图标记206表示漏电极。

图4和图5仅示出了反向共面型有机TFT，然而，本发明可以用于任何类型的有机TFT，如反向交错型或交错型，以及反向共面型有机TFT(如果所述有机TFT具有被构图成岛状形状的栅绝缘层)。上述情况也可以用于下面的实施例中。

下面将描述反向交错型有机TFT的结构。反向交错型有机TFT包括栅电极；与栅电极绝缘的源电极和漏电极；与栅电极绝缘并与源电极和漏电极接触的有机半导体层；和使栅电极与源电极、漏电极、及有机半导体层绝缘的栅绝缘层。因而，反向交错型有机TFT的上述结构与反向共面型有机TFT的相同。反向交错型有机TFT与反向共面型有机TFT的不同在于：栅电极形成在基板上，栅绝缘层覆盖栅电极，有机半导体层形成在栅绝缘层上，并且源电极和漏电极形成在有机半导体层上。

此外，下面将描述交错型有机TFT的结构。交错型有机TFT的基本结构与反向共面型有机TFT或反向交错型有机TFT的基本结构相同。然而，源电极和漏电极位于基板上，有机半导体层覆盖源电极和漏电极，栅绝缘层形成在有机半导体层上，并且栅电极形成在栅绝缘层上。

在反向交错型有机TFT中，覆盖形成在基板上的栅电极的栅绝缘层被构图成岛状形状，减小了栅绝缘层上的机械应力并且防止了有机TFT的变形或分离。此外，在交错型有机TFT中，位于有机半导体层上的栅绝缘层被构图成岛状形状以减小栅绝缘层上的机械应力并防止有机TFT的变形或分离。

图6是根据本发明的第三实施例的反向共面型有机TFT的截面示意图。反向共面型有机TFT不同于前面的反向共面型有机TFT的地方在于：栅绝缘层308a、308b和308c被构图以与每个有机TFT 311、312和314对应。因此，在例如弯曲基板的机械应力下，每个栅绝缘层308a、308b和308c上的应力减小了，防止了任一有机TFT 311、312和314的变形或分离。例如，TFT 311具有通过间隙310与TFT 312的栅绝缘层308b分离的栅绝缘层308a。顺序地，TFT 312的栅绝缘层308b通过间隙310与TFT 314的栅绝缘层308c分离。此外，在图6中，附图标记302表示柔性基板；附图标记304表示栅电极，附图标记305表示源电极；附图标记306表示漏电极，并且附图标记307表示覆盖源电极305和漏电极306并且填充栅绝缘层308a、30ab和308c之间间隙310的有机半导体层。

图7是根据本发明第四实施例的反向交错型有机TFT的截面示意图。参考图7，栅绝缘层408a、408b和408c被构图以与每个有机TFT411、412和414对应。因此，在例如弯曲基板的机械应力下，每个栅绝缘层408a、408b和408c上的应力减小了，可防止任何一个有机TFT411、412和414的变形或分离。例如，TFT 411具有通过间隙410与TFT 412的栅绝缘层408b分离的栅绝缘层408a。顺序地，TFT 412的栅绝缘层408b通过间隙410与TFT 414的栅绝缘层408c分离。此外，在图7中，附图标记402表示柔性基板；附图标记404表示栅电极，附图标记405表示源电极；附图标记406表示漏电极，并且附图标记407表示覆盖源电极405和漏电极406并且填充栅绝缘层408a、408b和408c之间的间隙410的有机半导体层。

图8是根据本发明的第五实施例的交错型有机TFT。参考图8，栅绝缘层508a、508b和508c被构图以与每个有机TFT 511、512和514对应。因此，在例如弯曲基板的机械应力下，每个栅绝缘层508a、508b和508c上的应力减小了，防止了任何一个有机TFT 511、512和514的变形或分离。例如，TFT 511具有通过间隙510与TFT 512的栅绝缘层508b分离的栅绝缘层508a。顺序地，TFT 512的栅绝缘层508b通过间隙510与TFT 514的栅绝缘层508c分离。此外，在图8中，附图标记502表示柔性基板；附图标记504表示栅电极，附图标记505表示源电极；附图标记506表示漏电极，并且附图标记507表示覆盖源电极505和漏电极506并且填充栅绝缘层508a、508b和508c之间间隙510的有机半导体层。

如上所述，此处公开的任何有机TFT都可以用在具有显示元件的柔性平板显示装置内。电连接到有机TFT的源电极或漏电极的显示元件减小了有机TFT的栅绝缘层上的机械压应力，因此防止了有机TFT的变形或分离。按上述方式制造的平板显示装置可以更柔软并且寿命更长。

平板显示装置可以是液晶显示(LCD)装置或电致发光(EL)显示装置。

平板显示装置如LCD或EL显示装置可以利用如前面示意性地描述的一个TFT作为控制像素操作的开关装置、每个像素的驱动装置、以及各种其他驱动器。当有机TFT用作驱动TFT时，平板显示装置的像素电极可以连接到其源电极或漏电极。

根据本发明要求保护的原理制造的有机TFT可以有效地用在EL显示装置内，并且下面将描述具有上述结构的平板显示装置。

示意性地，EL显示装置可以具有各种像素图形，该像素图形根据包括例如红、绿和蓝色子像素的发射层发出的光而变化。红、绿和蓝色子像素中的每一个都可以包括EL装置，该EL装置是自发光装置并且连接到上面描述的一个或多个有机TFT。电容器可以包括在每个像素内。

EL元件是电流驱动型发光装置，该发光装置根据形成EL元件的两个电极间流动的电流发射红、绿或蓝色光。当作为整体现看时，多个像素可以显示图像。EL元件包括连接到TFT的源电极或漏电极的像素电极，覆盖所有像素或个别地覆盖每个像素的反电极，和包括至少一层发光层、形成在像素电极和反电极之间的中间层。然而，本发明并不限于上述结构，可以使用EL元件的各种结构。

像素电极可以起到阳极的功能，并且反电极可以起到阴极的功能。然而，像素电极和反电极的极性可以互换。

像素电极可以是透明电极或反射电极。如果像素电极是透明电极，像素电极可以由氧化铟锡(ITO)、氧化锌锡(IZO)、ZnO或In₂O₃形成。如果像素电极是反射电极，其可以通过利用Ag、Mg、Al、Pt、Pd、Au、Ni、Nd、Ir、Cr或其化合物形成的反射层来制作，并且将ITO、IZO、ZnO或In₂O₃形成在其上。

反电极也可以是透明电极或反射电极。如果反电极是透明电极，在形成了ITO、IZO、ZnO或In₂O₃的子电极层或总线电极线后，沉积Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Al、Ag、Mg、或其化合物以面对中间层。如果反电极是反射电极，则沉积Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Al、Ag、Mg、或其化合物。然而，本发明并不限于此，并且像素电极和反电极可以由有机材料如导电聚合物等形成。

EL元件根据其中间层是无机层还是有机层被划分为无机EL元件或有机EL元件。有机中间层可以是低分子有机层或高分子有机层。

如果使用低分子有机层中间层，该中间层可以包括空穴注入层(HI L)、空穴传输层(HTL)、发射层(EML)、电子传输层(ETL)、和电子注入层(EIL)的单层或复合层结构。此外，低分子有机层可以由铜酞菁(CuPc)、N-N-二(萘基-1-基)-N，N’-二苯基-联苯胺(NPB)或三-8-羟基喹啉铝(Alq₃)形成。低分子有机层可以通过在真空状态下加热有机物质并且沉积有机物质而形成。中间层的结构并不限于此，并且中间层可以包括各种其他层。

如果使用高分子有机层中间层，它可以包括HTL和EML。高分子HTL可以利用聚-(2，4)-乙烯-二羟基噻吩(PEDOT)或聚苯胺(PANI)通过喷墨印刷或旋转涂覆而形成。高分子EML可以由PPV、可溶PPV、氰基-PPV或聚芴构成，并且高分子EML的彩色图形可以通过喷墨印刷、旋转涂覆或利用激光的热传递而形成。中间层的结构并不限于上述结构，并且如果需要的话中间层可以通过包括各种其他层而形成。

无机EL元件使用无机中间层，其可以包括EML和布置在EML和电极之间的绝缘层。中间层的结构并不限于此。

EML可以由金属硫化物如ZnS、SrS或CaS、或碱土钾硫化物如CaGa₂S₄和SrGa₂S₄、以及发射中心原子如过渡金属或包括Mn、Ce、Tb、Eu、Tm、Er、Pr和Pb的碱稀土金属形成。

在具有上述结构的EL元件中，将在其上构图栅绝缘层的一个或多个TFT连接到EL元件的像素电极以控制流过像素电极的电流，因而控制每个像素的发光。

此外，有机TFT可以形成在LCD上，并且下面将描述LCD装置的结构。

用于对准液晶层的对准层位于彼此互相面对的第一基板和第二基板之间。第一电极形成在对准层和第一基板之间，第二电极形成在对准层和第二基板之间，并且滤色层形成在第二基板和第二电极之间。

第一光偏振层形成在与第二基板相对的第一基板的表面上，并且第二光偏振层形成在与第一基板相对的第二基板的表面上。此外，保护膜形成在第二光偏振层上。

在具有上述结构的LCD装置中，第一电极连接到有机TFT，在该TFT上栅绝缘层被构图，以由有机TFT控制的外部信号在第一和第二电极之间产生电势差。此外，电势差决定液晶层的排列，根据液晶层的排列由位于第一基板下部的背光单元(BLU)提供的可见光被阻挡或传送。当被传送的光穿过滤色层时，图像被显示。

本发明的有机TFT可以用于除了EL显示装置和LCD装置之外的各种平板显示装置。此外，有机TFT可以适应所有使用TFT的装置，如电子板、智能卡、智能标签、以及RFID装置。

在具有上述结构的平板显示装置内，栅绝缘层的图形并不局限于特定的形状(栅绝缘层形成包括在平板显示装置内的有机TFT)，可以是可自由选择的岛状类图形。如上所述，当包括在平板显示装置内的有机TFT的栅绝缘层被构图成岛状形状时，减小了由于机械震动如弯曲基板导致的栅绝缘层上的机械应力。此外，可以防止有机TFT的变形或分离，因而提高了平板显示装置的可靠性和寿命。

根据本发明所要求保护的一个方面，平板显示装置内的显示装置可以具有一个或多个有机TFT，并且栅绝缘层可以被构图以与每个有机TFT对应。此外，显示装置可以发射红、绿或蓝色光，因而栅绝缘层可以被构图从而与每个显示装置也就是每个子像素对应。换句话说，栅绝缘层可以被构图从而分别与三个发射红、绿和蓝色光的显示装置对应，也就是与每个像素对应。在上述结构中，减小了由于机械震动如弯曲基板导致的栅绝缘层上的机械应力。此外，可以防止有机TFT的变形和分离，因而提高了平板显示装置的可靠性和寿命。

有机TFT和包括本发明的有机TFT的平板显示装置可以得到以下效果。

因为栅绝缘层被构图成岛状形状，当机械震动如产生基板弯曲时，栅绝缘层上的机械应力可以被减小，防止了有机TFT的变形或分离。

此外，本发明能防止栅绝缘层和基板的分离，即使当它们的附着力不是很强时。

虽然已经参考优选实施例特别地示出和描述了本发明，但对于本领域技术人员来说可以理解的是，在没有脱离如附属权利要求书所限定的本发明精神和范围的情况下可以进行各种形式和细节上的修改。

Claims

1、一种有机薄膜晶体管，包括：

栅电极；

与栅电极绝缘的源电极和漏电极；

与栅电极绝缘、并与源电极和漏电极接触的有机半导体层；和

使栅电极与源电极、漏电极和有机半导体层绝缘的栅绝缘层，

其中栅绝缘层被构图成岛状形状。

2、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中栅绝缘层由无机材料形成。

3、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中栅电极位于基板上，栅绝缘层覆盖栅电极，源电极和漏电极形成在栅绝缘层上，并且有机半导体层覆盖源电极和漏电极。

4、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中栅电极形成在基板上，栅绝缘层覆盖栅电极，有机半导体层形成在栅绝缘层上，并且源电极和漏电极形成在有机半导体层上。

5、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中源电极和漏电极形成在基板上，有机半导体层覆盖源电极和漏电极，栅绝缘层形成在有机半导体层上，并且栅电极形成在栅绝缘层上。

6、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中有机薄膜晶体管形成在柔性基板上。

7、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中栅绝缘层被构图从而与每个有机薄膜晶体管对应。

8、根据权利要求2所述的有机薄膜晶体管，其中栅绝缘层被构图从而与每个有机薄膜晶体管对应。

9、根据权利要求3所述的有机薄膜晶体管，其中栅绝缘层被构图从而与每个有机薄膜晶体管对应。

10、根据权利要求4所述的有机薄膜晶体管，其中栅绝缘层被构图从而与每个有机薄膜晶体管对应。

11、根据权利要求5所述的有机薄膜晶体管，其中栅绝缘层被构图从而与每个有机薄膜晶体管对应。

12、根据权利要求6所述的有机薄膜晶体管，其中栅绝缘层被构图从而与每个有机薄膜晶体管对应。

13、一种平板显示装置，包括：

栅电极；

与栅电极绝缘的源电极和漏电极；

与栅电极绝缘、并与源电极和漏电极接触的有机半导体层；

使栅电极与源电极、漏电极和有机半导体层绝缘的栅绝缘层；和

电连接到源电极和漏电极的至少其中一个的显示元件，

其中栅绝缘层被构图成岛状形状。

14、根据权利要求13所述的平板显示装置，其中栅绝缘层被构图从而与每个包括源电极、漏电极和栅电极的有机薄膜晶体管对应。

15、根据权利要求13所述的平板显示装置，其中显示元件发射红、绿和蓝色光中的其中一种光，并且栅绝缘层被构图从而与每个显示元件对应。

16、根据权利要求13所述的平板显示装置，其中显示元件发射红、绿和蓝色光中其中一种光，并且栅绝缘层被构图从而与三个相邻的分别发射红、绿和蓝色光的显示元件对应。

17、根据权利要求13所述的平板显示装置，其中显示元件是电致发光元件。