CN1983663B - 显示装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有改善的特性的具有薄膜晶体管的显示装置，所述显示装置包括：形成绝缘基板上的包括栅电极的栅极导体；形成于所述栅电极上的栅极绝缘层；由多个层构成的导电层，其包括源电极和漏电极，所述源电极和漏电极形成于所述栅极绝缘层上，并且跨越所述栅电极彼此隔开，由此界定沟道区；以及形成于所述沟道区内的有机半导体层，其中，所述导电层包括金属层和透明电极层。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示装置，更具体而言，涉及包括有机薄膜晶体管(OTFT)的显示装置及其制造方法。
背景技术
包括液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器的平板显示装置采用薄膜晶体管(TFT)形成图像。TFT是用于控制和驱动每一像素的操作的开关和驱动元件。TFT包括栅电极、覆盖所述栅电极的栅极绝缘层和设置于所述栅极绝缘层上的半导体层。所述半导体层包括非晶硅或多晶硅，最近还有人采用有机半导体。
有机半导体(OSC)形成于常温常压下，并且可以通过无需涂覆、曝光和显影过程的喷墨打印工艺形成，其方式为形成围绕设置有机半导体的区域，即沟道区的壁。所述壁具有暴露沟道区的开口。之后，通过所述开口向沟道区喷射有机半导体溶液，并从有机半导体溶液中去除溶剂，由此形成有机半导体。
但是，由于TFT是一个非常小的元件，因而不易于向所述开口适当地喷射有机半导体溶液。例如，可能未将有机半导体溶液喷射到适当位置，而是使其淀积在了所述壁上。因此，每一像素上的有机半导体层的厚度可能不同，因而有机半导体的特性也可能是不均匀的。为了解决这一问题，对壁的表面进行处理，使之防水防油。
但是，通过表面处理可能会改变位于有机半导体层之下的栅极绝缘层的特性，因而可能对包括有机半导体层的TFT的特性造成不利影响。
发明内容
一种显示装置，包括：形成于绝缘基板上的栅极导体和栅电极；通过在所述栅极导体上涂覆金属形成的金属层；位于所述金属层上的优选由无定形ITO或IZO形成的透明电极层，优选采用铬蚀刻剂对所述透明电极层进行构图，从而跨越所述栅电极将其划分为两部分，之后对其退火，从而使其变为聚合晶体；采用所述透明电极作为阻挡层对所述金属层构图，以机诶定通过所述栅电极被划分为两部分的沟道区；以及形成于所述沟道区内的有机半导体层。在所述绝缘基板上形成数据导体，并在形成所述栅极导体之前，在所述数据导体上形成中间绝缘层。在所述中间绝缘层上形成的第一壁，使之具有暴露所述栅电极的第一开口，在所述第一开口内形成覆盖所述栅电极的栅极绝缘层。
优选通过喷墨法在所述第一开口内形成所述栅极绝缘层。在所述透明电极层上形成第二壁，从而提供暴露所述沟道区的第二开口。在所述退火之后，并且在对所述金属层构图之前，对所述第二壁进行表面处理。优选通过喷墨法在所述第二开口内形成所述有机半导体层。
通过O2等离子体处理工艺、CF4等离子体处理工艺或自聚集单原子层工艺(SAM)中的至少一种执行所述表面处理。
在所述有机半导体层上形成钝化层。
附图说明
通过阅读下文中结合附图的说明，本发明的前述和其他目的、特征和优点将变得更为显见，附图中：
图1是说明根据本发明第一实施例的TFT基板的布局图。
图2是沿图1的II-II线获得的截面图。
图3A到图3L示出了根据本发明的第一实施例的显示装置的制造方法。
图4是根据本发明第二实施例的显示装置的截面图。
具体实施方式
根据本发明的TFT基板组件100包括绝缘基板110、数据导体121、123、中间绝缘层130、栅极导体141、143、145、第一壁150、栅极绝缘层155、源电极161、171和漏电极163、173。在绝缘基板110上形成数据导体121、123，在数据导体121、123上形成中间绝缘层130，在层130上形成栅极导体141、143、145。壁150具有暴露栅极导体141、143和145的至少一部分的开口151。在开口151内形成栅极绝缘层155。跨越栅电极143将源电极161、171与漏电极163、173相互分开，以界定沟道区C。
TFT基板组件100包括导电层161、163、171、173、175、177和179、第二壁180和有机半导体层190。导电层161、163、171、173、175、177和179包括多个层。第二壁180具有开口181，其暴露位于导电层161、163、171、173、175、177和179、源电极161、171以及漏电极163、173上的沟道区C。在开口181内形成有机半导体层190。
绝缘基板110可以由玻璃或塑料构成。如果绝缘基板110由塑料构成，那么TFT基板组件100将具有柔软的特点，但可能易于受到热量的影响。但是，如果在常温常压下形成第一实施例中的有机半导体层190，则可以毫无困难地采用塑料基板。所述塑料可以是聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚砜(PES)、多芳基化合物(PAR)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等。
在绝缘基板110上形成数据导体121、123。数据导体121、123包括沿一个方向延伸的数据线121和设置在数据线121的末端部分的数据焊盘123，数据焊盘123用于从外部接收驱动信号和控制信号。数据焊盘123接收驱动信号和控制信号，并将其传输给数据线121。数据导体121、123包括铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、铜(Cu)和铝钕(AlNd)中的至少一种。此外，数据导体121、123可以具有包括前述材料中的至少一种的单个层或多层。
在本发明中，首先在绝缘基板110上形成数据导体121、123，随后形成覆盖数据导体121、123的中间绝缘层130。数据导体121、123可以具有单个层或者多层。
绝缘层130将数据导体121、123与栅极导体141、143和145电绝缘。层130可以是具有良好的耐用性的有机层或者具有良好的工艺效率的无机层。在另一示范性实施例中，中间绝缘层可以是设置于有机层之下的多层，其包括由具有良好的工艺效率的氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiOx)构成的无机层。可以根据有机层的工艺效率省略所述无机层。
在绝缘层130内形成暴露数据线121的一部分和数据焊盘123的绝缘层接触孔131和接触孔(未示出)。采用绝缘层130覆盖数据导体121、123降低了可能对有机半导体层190造成的劣化，所述劣化可能是由用于形成数据导体121、123的化学制品或等离子体引起的，这些化学制品可能残留并扩散到绝缘层接触孔131、接触孔153或开口151之间的界面内。
在绝缘层130上形成栅极导体141、143和145。栅极导体141、143和145包括栅极线141、栅极焊盘145和栅电极143。栅极线141与数据线121绝缘并与之相交以界定像素区。栅极焊盘145设置在栅极线141的末端部分，用来从外部接收驱动信号或控制信号。栅电极143从栅极线141分支出来，并对应于有机半导体层190形成，在下文中将对此予以说明。栅极焊盘145接收来自外部的用于导通/截止TFT的驱动和控制信号，并将其通过栅极线141传输至栅电极143。栅极导体141、143与数据导体121、123相似，包括Al、Cr、Mo、Au、Pt、Pd、Cu和AlNd中的至少一种。在中间绝缘层130上形成壁150。壁150包括包括壁接触孔153和暴露栅极导体141、143和145的至少一部分的开口151。具体而言，壁150包括暴露栅电极143的开口151、对应于绝缘层接触孔131形成并暴露数据线121的一部分的壁接触孔153以及每者暴露数据焊盘123和栅极焊盘145的接触孔152和154。提供壁150的作用在于通过喷墨法形成栅极绝缘层155，壁150可以包括光致抗蚀剂有机层。为了保持位于栅电极143上栅极绝缘层155的平面化表面，优选采用较大开口151。通过开口151喷射栅极绝缘层材料。从所述材料中去除溶剂，以形成栅极绝缘层155。在去除溶剂的过程中，栅极绝缘层155干燥，并变为平板形状，即外围区域厚，中央区域薄并且平坦。我们将其称为咖啡渍现象。当在咖啡渍现象的影响下，栅极绝缘层155根据其在栅电极143上的位置而具有不同厚度时，可能会劣化TFT的特性。因此，将开口151形成为具有大尺寸，使得厚度大的外围区域与栅电极143具有最小范围的重叠。因此，使TFT特性受到最小的影响。
在开口151内形成栅极绝缘层155。栅极绝缘层155使数据导体121、123与栅极导体141、143和145绝缘，并防止杂质扩散到易于受到化学制品和等离子体影响的有机半导体层190内。栅极绝缘层155可以是包括具有低介电常数的丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂和苯并环丁烯中的至少一种的厚层。优选地，根据本发明的栅极绝缘层155所包括的材料具有极佳的耐用性，并且具有低介电常数，从而将源电极171和栅电极143之间的以及漏极173和栅电极143之间的电容Cgs和Cgd降至最低，由此提高有机TFT的特性。栅极绝缘层155优选具有处于1和3之间的相对介电常数。
在壁150和栅极绝缘层155上形成导电层161、163、171、173、175、177和179。导电层161、163、171、173、175、177和179为多层，其中，金属层161和163设置在下部，透明电极层171、173、175、177和179设置于上部。金属层161和163与透明电极层171、173、175、177和179电连接。金属层161和163包括Al、Cr、Mo、Au、Pt、Pd、Cu和AlNd中的至少一种，透明电极层171、173、175、177和179包括诸如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)的透明导电材料。例如，金属层161和163可以包括铬(Cr)和钼(Mo)，或者铝(Al)。透明电极层171、173、175、177和179可以包括无定形ITO。
导电层161、163、171、173、175、177和179通过绝缘层接触孔131和壁接触孔153连接到数据线121。导电层161、163、171、173、175、177和179包括与有机半导体层190的至少一部分接触的源电极161、171、跨越栅电极143与源电极161、171隔开的漏电极163、173以及连接至漏电极163、173的像素电极175。而且，导电层161、163、171、173、175、177和179还包括连接到数据焊盘123的数据焊盘接触构件177和连接到栅极焊盘145的栅极焊盘接触构件179。源电极171通过绝缘层接触孔131和壁接触孔153从物理和电的角度连接至数据线121，以接收图像信号。跨越栅电极143将漏电极163、173与源电极161、171分隔开，以界定沟道区C。漏电极163、173和源电极161、171形成了控制每一像素电极175的工作的TFT开关和驱动元件。
在源电极161、171和漏电极163、173上形成壁180。壁180包围沟道区C，并且包括开口181，开口181暴露源电极161、171的一部分和漏电极、163、173的一部分。壁180起着形成有机半导体层190的模具的作用。
在开口181内形成有机半导体层190。有机半导体层190覆盖沟道区C，并与源电极161、171的至少一部分和漏电极163、173的一部分接触。有机半导体层190包括下述材料之一：包括丁省或戊省的置换基的衍生物；连接到噻吩环的2、5位置的4～8低聚噻吩；四羧酸二酐(perylenetetracarboxilicdianhidride)或其酰亚胺衍生物；萘四酸二酐(naphthalenetetracarboxilicdianhydride)或其酰亚胺衍生物；金属化酞菁(pthalocyanine)或其卤化衍生物或二萘嵌苯、coroene或者包括其置换基的衍生物；噻吩基(thienylene)和亚乙烯基的共低聚物或共聚合物；噻吩；二萘嵌苯或coroene，或者包括其置换基的衍生物；以及包括一个或多个1～30个碳原子到芳香环或芳香杂环的烃链的前述材料的衍生物(derivatives including one or more hydrocarbonchains of 1～30 carbons to aromatic or heteroaromatic ring of the aforementionedmaterials)。或者，有机半导体层190可以包括任何公知的有机半导体材料。
在另一示范性实施例中，，可以通过蒸镀法或涂敷法形成有机半导体层。在这种情况下，无需形成壁180。
在有机半导体层190上形成钝化层195。如图所示，钝化层195为单个层，但是其可以是双层。钝化层195防止有机半导体层190的特性劣化，并且其包括氟聚合物、聚乙烯醇(PVA)或类似物。当钝化层195为双层时，其可以包括位于下层中的氟聚合物和位于上层中的ITO和IZO之一。
在下文中，将参考图3A到图3L描述根据本发明的第一实施例的显示装置的制造方法。
参考图3A，绝缘基板110包括诸如玻璃、石英、陶瓷或塑料的绝缘材料。优选采用塑料基板制造软性显示装置。通过溅射法等在绝缘基板110上淀积数据导体材料，通过光刻等对其进行蚀刻以形成数据线121和数据焊盘123(参考图1)。
参考图3B，在绝缘基板110和数据导体121、123上淀积包括诸如氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiOx)的无机材料的中间绝缘材料，以形成中间绝缘层130。在另一示范性实施例中，，中间绝缘层可以是有机层。在这种情况下，通过旋涂法、丝网印刷法等在绝缘基板110上形成中间绝缘层130。中间绝缘层130可以包括有机层和无机层。采用光致抗蚀剂有机层作为壁，通过蚀刻工艺形成暴露部分数据线121的绝缘层接触孔131。
参考图3C，通过溅射法等在中间绝缘层130上淀积包括Al、Cr、Mo、Au、Pt、Pd、Cu和AlNd中的至少一种的栅极导体材料，并通过光刻对其蚀刻，以形成栅极线141(参见图1)、栅电极143和栅极焊盘145(参见图1)。
参考图3D，形成壁150，壁150具有暴露栅电极143的开口151和暴露数据线121的部分并对应于绝缘层接触孔131的壁接触孔153。壁150可以包括光致抗蚀剂有机层。按照下述步骤形成壁150：通过旋涂法或丝网印刷法在中间绝缘层130上形成具有预定厚度的有机层；将有机层与构图光掩模对准并对其曝光；以及对有机层显影以形成开口151和壁接触孔153。
参考图3E，喷嘴200向开口151喷射栅极绝缘材料156。栅极绝缘材料156包括具有低介电常数的丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂和苯并环丁烯中的至少一种。栅极绝缘材料156优选具有1到3之间的相对介电常数。这将降低源电极161、171和栅电极143之间的以及漏电极163、173和栅电极143之间的电容Cgs和Cgd，由此改善有机TFT的特性。之后，从栅极绝缘材料156去除溶剂，由此形成如图3F所示的栅极绝缘层155。优选形成足够大的开口151，从而将对TFT特性造成不利影响的咖啡渍效应降至最低。
参考图3F，在壁150和栅极绝缘层155上淀积包括Al、Cr、Mo、Au、Pt、Pd、Cu和AlNd中的至少一种的金属材料，以形成金属材料层160。通过溅射法形成金属材料层160。将金属材料层160通过壁接触孔153和绝缘层接触孔131连接至数据线121。这里，金属材料层160优选包括铝，因为铝不与蚀刻剂发生反应。由此，利用蚀刻剂的选择性，可以对金属材料层160毫无困难地构图。
参考图3G，在金属材料层160上形成透明电极材料层170。透明电极材料层170可以是ITO或IZO。透明电极材料层170优选为无定形ITO。其目的在于利用用于对金属材料层160和透明电极材料层170构图的蚀刻剂的选择性，更容易地对金属材料层160构图。
在透明电极材料层170上形成光致抗蚀剂层(未示出)，所述光致抗蚀剂层用于形成透明电极层171、173、175、177和179，如图3H所示。将光致抗蚀剂层相对于栅电极143划分为两部分，光致抗蚀剂层起着用于形成透明电极层171、173、175、177和179的阻挡层的作用。这里，在附图中未示出数据焊盘接触构件177和栅极焊盘接触构件179。可以通过铬蚀刻剂对透明电极材料层170构图，以形成透明电极层171、173、175、177和179。也可以采用铬蚀刻剂去除设置于透明电极材料层170之下的金属材料层160。因此，必须监视蚀刻速度，从而有选择地去除包括无定形ITO的透明电极材料层170，但不去除金属材料层160。同时，希望金属材料层170包括铝。铝不与铬蚀刻剂发生反应，并且这样无需监视蚀刻速度。这表明，透明电极材料层170可能会受到过蚀刻。
参考图3I，执行退火工艺。在退火工艺中，对材料充分加热并使之缓慢冷却，以获得稳定状态。通过退火工艺，透明电极层171、173、175、177和179从无定形ITO变为稳定的多晶ITO。
参考图3J，形成包围沟道区的壁180，壁180具有开口181，开口181暴露源电极171的部分和漏电极173的部分。壁180起着形成有机半导体层190的模具的作用。壁180可以是光致抗蚀剂层。按照下述步骤形成壁180：通过旋涂法或丝网印刷法在源电极171、漏电极173和像素电极195的部分上形成具有预定厚度的有机层；将有机层与位于其上的构图掩模对准，并对其曝光；以及对有机层显影，从而在壁180内形成如图3J所示的开口181。
为了使喷射到壁180的表面上的有机半导体溶液193(参考图3L)自然地流动到开口181内，对壁180的表面进行处理。但是，在常规显示装置中，在暴露沟道区C的同时实施等离子体表面处理，这样将对栅极绝缘层155造成不利影响，并降低有机薄膜晶体管的质量。具体而言，栅极绝缘层155的表面处理提供了针对有机半导体溶液193的疏水性和疏油性，因此有机半导体溶液193无法均匀扩展，而是集中在源电极161、171和漏电极163、173周围。因此，无法在栅极绝缘层155和有机半导体层190之间形成良好的界面，并且有机半导体层190不具有均匀厚度，由此对有机薄膜晶体管的特性造成不利影响。
因此，在本发明中，参考图3J，对壁180的表面进行处理，从而在使金属材料层160覆盖沟道区C的同时使壁180的表面具有疏水性和疏油性。也就是说，由于金属材料层160覆盖沟道区C，因此等离子体和化学材料无法扩散到栅极绝缘层155内，由此改善了有机薄膜晶体管的特性。
通过O2等离子体处理工艺、CF4等离子体处理工艺或自聚集单原子层(self-assembled monolayer，SAM)工艺中的至少一种执行所述表面处理。这里，将O2等离子体处理工艺和CF4等离子体处理工艺用于壁180的表面，以获得疏水性和疏油性。另一方面，自聚集单原子层工艺用于通过降低喷射到沟道区C上的有机半导体层190与源电极171和漏电极173之间的接触电阻而使电荷容易移动，由此改善有机薄膜晶体管的特性。
参考图3K，对金属材料层160构图，以形成跨越栅电极143划分为两个部分的金属层161和163。可以通过铬蚀刻剂对金属材料层160构图。具体地，未通过铬蚀刻剂去除包括通过退火过程变为聚合晶体的ITO的透明电极层171、173、175、177和179，因而其起着对金属材料层160构图的屏蔽的作用。
当金属材料层160由铝构成时，优选通过铝蚀刻剂对其构图。由通过退火工艺变为聚合晶体的ITO构成的透明电极层171、173、175、177和179不与铝蚀刻剂发生反应，因而可以通过浸泡或冲洗对金属材料层160容易地构图，以形成源电极161和漏电极163。
在另一个实施例中，用于形成壁的光致抗蚀剂层或基本成分可能残留在沟道区C中，所述基本成分可能降低有机薄膜晶体管的特性。但是，在本发明中，采用弱酸性蚀刻剂对金属材料层160构图，由此与残留在沟道区内的基本成分中和，并将其去除。相应地，提高了导通电流和电荷的流动度，由此提高了有机薄膜晶体管的特性。
参考图3L，通过喷嘴200向沟道区C内喷射有机半导体溶液193。有机半导体溶液193可以根据溶剂而为水溶液或油溶液。从有机半导体溶液193中去除所述溶剂，由此形成有机半导体层190(参考图2)。由于可以在无需光刻的情况下，通过喷墨法对有机半导体层190构图，因而使其避免受到光刻过程中采用的化学材料的影响，由此降低了对其特性的劣化。
在另一示范性实施例中，，可以通过蒸镀法或涂敷法形成有机半导体层。在这种情况下，无需形成壁180。
同样地，可以通过在有机半导体层190上喷射钝化溶液形成钝化层(未示出)。所述钝化溶液可以根据溶剂而为水溶液或油溶液。从所述钝化溶液中去除溶剂，由此形成钝化层195。所述钝化层195的表面是平坦的。
在下文中，将参考图4描述根据本发明第二实施例的显示装置及其制造方法。在下述说明中，将描述根据第二实施例的显示装置及其制造方法的区别性特征。
如图4所示，根据第二实施例的显示装置包括源电极261、271和漏电极263、273。源电极261、271和漏电极263、273每者包括多个层。根据第二实施例的源电极261、271和漏电极263、273的制造过程与根据第一实施例制造过程相同，因而如上所述改善了有机薄膜晶体管的特性。在第二实施例中，在与金属层261和263相同的层上形成数据导体265。也就是说，形成金属材料层(未示出)并对其构图，以形成数据导体265。接下来，如前所述，在其上形成透明电极材料层，并对其构图，以形成透明电极层271、273、275、277和279。之后，形成壁280，并对其表面进行处理。采用透明电极层271、273、275、277和279作为阻挡层形成金属层261和263。相对于栅电极243将金属层261和263划分为两个部分。相应地，与第一实施例相比，在第二实施例中可以省略对数据导体构图的过程，形成中间绝缘层的过程以及形成绝缘层接触孔的过程。此外，由于在以金属材料层(未示出)覆盖沟道区C的同时，通过对第二壁280的表面的处理，使其具有疏水性和疏油性，因此用于表面处理的等离子体和化学材料不能扩散到栅极绝缘层255内，由此改善了有机薄膜晶体管的特性。
可以将根据本发明的壁用于诸如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、电泳指示显示器等。
OLED是采用有机材料接收电信号由此发光的自发光装置。在OLED中层叠着阴极层(像素电极)、空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层、电子注入层和阳极层(对电极)。将根据本发明的位于TFT基板上的漏电极电连接到阴极层，以施加数据信号。
电泳指示显示器是用于电子书(e-book)的平板显示器。电泳指示显示器包括形成第一电极和TFT的第一基板、形成第二电极的第二基板、设置于两基板之间的液体以及分布在所述液体内的带电粒子。所述带电粒子是正的或者是负的，且是黑的或者是白的。如果向彼此相对的两个电极施加电压，从而在其间形成电势差，那么带电粒子将朝向具有相反极性的电极上下移动。因此，观察者将看到从外部入射并在带电粒子内受到反射的光。电泳指示显示器利用了当带电粒子上下移动时，观察者对带电粒子颜色的强弱识别的原理。
但是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员显然可以做出各种修改和变型。
本申请要求于2005年12月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2005-0122752的权益，在此将其全部内容引入以供参考。
Claims (9)
1.一种显示装置，包括：
形成在绝缘基板上的包括栅电极的栅极导体；
形成于所述栅电极上的栅极绝缘层；
由多个层构成的导电层，其包括源电极和漏电极，所述源电极和漏电极形成于所述栅极绝缘层上，并且跨越所述栅电极彼此隔开，由此界定沟道区；
形成于所述导电层上的具有第一开口的第一壁，其暴露所述沟道区、所述源电极的一部分和所述漏电极的一部分；以及
形成于所述第一开口内的有机半导体层，
其中，所述导电层包括金属层和透明电极层，以及
在所述栅极绝缘层的表面不具有疏水性和疏油性的同时，所述第一壁的表面具有疏水性和疏油性。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述透明电极层形成于所述金属层上。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述金属层包括铝、铬、钼、金、铂、钯、铜和铝钕中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中，所述透明电极层包括氧化铟锡和氧化铟锌之一。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述金属层和所述透明电极层相互电连接。
6.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述透明电极层为多晶体。
7.根据权利要求1所述的显示装置，还包括：设置于所述绝缘基板和所述栅极导体之间的数据导体、覆盖所述数据导体的中间绝缘层以及第二壁，所述第二壁具有位于所述中间绝缘层上的用于暴露所述栅电极的第二开口。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其中，所述栅极绝缘层设置于所述第二开口内。
9.根据权利要求7所述的显示装置，其中，在所述有机半导体层上形成钝化层。
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