JP2004527124A - 有機薄膜トランジスタを使用する高性能アクティブマトリクスピクセルを提供する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ゲートとピクセルの間の容量を最小にする少なくとも１つの有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）（２１０）を有するピクセル構造（２００）。１つの実施形態においては、ピクセル構造は、トランジスタのデータライン側のＯＴＦＴ電極（２１２）が、トランジスタのピクセル側電極の３辺の周囲まで拡張されている、又は周囲を囲んでいる、新しいトランジスタ構造を提供する。従って、トランジスタの有効幅（及び従ってオン電流）を低減させることなく、ピクセル側電極を非常に小さく製作することができる。
【選択図】図２

Description

【関連技術】
【０００１】
本出願は、本文書に参考とすることにより組み込まれる米国仮特許出願第６０／２６９，２５０号（出願日：２００１年４月１０日）の利益を享受する。
【０００２】
本発明は、契約番号Ｎ６１３３１−９８−Ｃ−００２１（ＤＡＲＰＡ ＯＴＦＴプログラム）下において米国政府の支援を受けて行われた。米国政府は、本発明における特定の権利を保持する。
【０００３】
本発明は、少なくとも１つの有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）を使用する新規のピクセル構造に関する。より詳細には、本発明は、トランジスタのデータライン側のＯＴＦＴ電極がトランジスタのピクセル側電極の３側面ないしは３辺の周囲まで拡張されている、又は周囲を囲んでいる、新規のトランジスタ構造を提供する。
【発明の背景】
【０００４】
従来のピクセルは、図１に示されている。ＴＦＴのソースとドレインの接点は、有機層とのオーム接触を形成する金属膜（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）層（パラジウムなど）から成る。この金属膜層は、ディスプレイのデータライン（列ライン）を形成するためにも使用され、この層は、ピクセルトランジスタの片側と接触する。透明なインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）のピクセル電極は、トランジスタの反対側において金属膜と接触する。金属膜の「パッド」は、図１に示されているように、ＴＦＴと接触し、ＩＴＯの上に存在する。ゲート金属膜は、ゲート誘電体層（二酸化珪素又は窒化珪素）の下に存在し、このゲート誘電体層はゲート金属膜と有機層を隔てている。
【０００５】
図１の構造においては、ゲート電極と、ＩＴＯピクセル電極に延びるソース−ドレイン金属膜との間に高い容量が存在し、この寄生容量は、２つの電極が重なる面積にほぼ比例する。これは重大な問題であり、なぜなら、トランジスタは「オン」状態から「オフ」状態に遷移するため、この容量に起因して、トランジスタがオフになるときにピクセル電圧において容量性の大きな「プッシュダウン（ｐｕｓｈ−ｄｏｗｎ）」（ｎチャネルＴＦＴの場合）又は「プッシュアップ（ｐｕｓｈ−ｕｐ）」（ｐチャネルＴＦＴの場合）が発生するためである。ピクセル電圧のこの変化は、従来の形状を使用して製造されるピクセルの場合、約１５ボルトである。容量はピクセルごとに不均一であるため、この変化によってディスプレイ全体にわたるピクセル電圧が不均一になり、すなわち、ディスプレイ全体にわたる光の強度も変わり、これは人の目に知覚される。また、この変化のため、ＯＴＦＴは、この容量効果が存在しない場合よりも、ゲート、ソース、及びドレインの間の高い電圧に耐えられる必要がある。
【０００６】
従って、ゲートとピクセルの間の容量を最小にするＯＴＦＴ構造を有する新規のピクセル構造の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、ゲートとピクセルの間の容量を最小にする少なくとも１つのＯＴＦＴを有する新規のピクセル構造である。１つの実施形態においては、本発明は、トランジスタのデータライン側のＯＴＦＴ電極が、トランジスタのピクセル側電極の３辺の周囲まで拡張されている、又は周囲を囲んでいる、新しいトランジスタ構造を提供する。
【０００８】
従って、トランジスタの有効幅（及び従ってオン電流）を低減させることなく、ピクセル側電極を非常に小さく製作することができる。この新規の構造を使用すると、ゲートとピクセルとの間の容量を数分の一に低減することができる。
【０００９】
本発明の教示内容は、添付される図面と併せて以下の詳細な説明を検討することによって、容易に理解することができる。
【００１０】
理解を容易にするため、図面に共通する同じ要素は、可能な場合には同じ参照数字を使用して表記されている。
【詳細な説明】
【００１１】
図２は、本発明の新規のＯＴＦＴピクセル２００（「ピクセルＩ，Ｊ」）を示している。表記「ピクセルＩ，Ｊ」は、Ｍ列、Ｎ行を有するディスプレイ内の特定のグリッド座標（１≦Ｉ≦Ｍ、かつ１≦Ｊ≦Ｎ）におけるピクセルを示している。
【００１２】
詳細には、図２は、有機薄膜トランジスタ２１０とピクセル電極（例：透明なインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）ピクセル電極２２０）とを備えるＯＴＦＴピクセル２００を示している。なお、本発明の望ましい実施形態においては、ＩＴＯピクセル電極２２０を開示しているが、本発明はこの形態に限定されない。すなわち、この本発明の新規のＯＴＦＴ構造は、ピクセルの光制御素子（図には示されていない）に結合されている他のタイプのピクセル電極を使用して動作するように適合させることができる。
【００１３】
各ＯＴＦＴピクセル構造は、データライン２３０（列ライン）と選択ライン２４０（行ライン）と連携して動作する。これらのラインは、ピクセルにデータをロードするために、かつ、その格納されたデータを表示させるために、使用されている。従って、各ＯＴＦＴピクセルは、ソース／ドレイン金属膜が１つの辺においてデータライン２３０に接続されているトランジスタ２１０を含む。更に、ゲート電極２４２は、選択ライン２４０に接続されている。
【００１４】
図３は、図２の線３−３に沿ってのＯＴＦＴピクセルの断面を示している。本発明の説明をより良く理解するためには、図２と図３の両方を参照する必要がある。有機薄膜トランジスタ２１０は、一対のソース電極２１２とドレイン電極２１４と、有機半導体層２５０と、ゲート誘電体層３２０と、ゲート電極２４２とを備える。これらの層と電極は、基板３１０（例：ポリエステル基板）上に溶着されている。
【００１５】
本発明において、図２は、トランジスタ２１０のデータライン側のＯＴＦＴ電極（ソース電極２１２）が、トランジスタのドレイン電極２１４の３辺の周囲まで拡張されている、又は周囲を囲んでいる、新規のトランジスタ構造を示している。すなわち、ソース電極２１２の一端に半円形の溝がパターン化されていて、かつ、より小さいドレイン電極２１４の一端が、半円形の溝の中に横に配置されている。この効果は、より小さいドレイン電極２１４の一端が、ソース電極２１２のより大きな半円形又は半円に近い溝によって３辺が囲まれることである。
【００１６】
従って、トランジスタの有効幅（及び従ってオン電流）を低減させることなく、ピクセル側の電極（ドレイン電極２１４）を非常に小さく製作することができる。本発明の新規のトランジスタ配置を使用すると、ゲートとピクセルの間の寄生容量を数分の一に低減することが可能である。言い換えれば、ＯＴＦＴアクティブマトリクスピクセルに本発明の新規の配置を使用することによって、ゲート電極とピクセル電極の間の容量を大幅に低減することができる。これにより、ピクセルの選択が解除されるときのピクセル電圧の容量性のプッシュダウン又はプッシュアップ（又は電荷注入（ｃｈａｒｇｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ））が減少し、これにより、ディスプレイの良好な均一性が可能となり、トランジスタに対する電圧要件が軽減される。
【００１７】
本発明の構造の１つの重要な利点は、トランジスタ２１０全体の低い抵抗が依然として維持されることである。すなわち、抵抗が低いと、ピクセルを充電するための充電時間がより早くなる。留意すべき点として、トランジスタの抵抗は、ソース−ドレイン電極の幅に反比例し、ソース−ドレイン電極の長さに正比例する。言い換えれば、ソース電極とドレイン電極の両方の幅を単に減少させた場合、寄生容量の効果は低減するが、トランジスタ全体の抵抗が増加する。従って、本発明の新規の非対称構造は、トランジスタ全体の望ましい低い抵抗を維持しながら、寄生容量も低減される、最良のバランスを実現する。
【００１８】
留意すべき点として、図３には、ソース電極２１２が左側に、ドレイン電極２１４が右側に示されているが、当業者には、これらの電極は相互に位置を交換できるものとして単にソース−ドレイン電極としばしば称されることが認識されるであろう。従って、請求項を解釈する場合には、「第１のソース−ドレイン電極」と「第２のソース−ドレイン電極」は、ソース電極とドレイン電極、又はドレイン電極とソース電極として広く解釈する必要がある。言い換えれば、特定の実施又は慣例によっては、ソース電極ではなくドレイン電極が、半円形の端部を有する大きい方の電極であることも可能である。
【００１９】
更に、本発明は、ソース−ドレイン電極が一端に半円形の溝を有することを言及しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、溝の内側は曲面でなくてもよく、代わりに図２に示されているように複数の辺（直線及び/又は曲線）から構成されていてもよい。実際には、溝は半楕円形の溝でよい。
【００２０】
更に、本発明は、ドレイン電極が、ソース電極の溝端によって「３辺」が囲まれていることを言及しているが、本発明はこれに限定されない。具体的には、図２は、長方形形状のドレイン電極の一端の３辺がソース電極の溝端によって囲まれていることを示している。しかしながら、当業者には、ドレイン電極の端部を円形又は（矢の頭のような）尖った形に形成しても、ソース電極の溝端の中に配置することができることが認識されるであろう。ドレイン電極のこれらの代替の端部構造も、本発明の範囲に含まれる。
【００２１】
図４は、本発明の代替のトランジスタ構造を示している。具体的には、ドレイン電極４１４の一端は、複数の「フィンガー（指）」４１０を備えるのに対して、ソース電極４１２の一端は、複数の半円形の溝４２０を備える。この新規の構造は、図２について上述されているものと同じ利益を共有し、更に追加される利点として、トランジスタ全体の抵抗を、配置するフィンガー／溝の対の数に基づいて更に調整することができる。従って、この追加の利益は、ソース−ドレイン電極構造がより複雑になる代償として得られる。
【００２２】
最後に、留意すべき点として、本発明のトランジスタ構造は、有機ＴＦＴと共に使用されるときに特に適する。ＴＦＴに使用されるアモルファスシリコンと異なり、有機層は室温で形成することができ、これにより、安価、軽量、かつ頑丈なプラスチック基板と、その他の新しい基板材料上にアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）を作製する可能性が開く。有機ＴＦＴは、その電気的特性がアモルファスシリコンＴＦＴと同等であるため、プラスチックのＡＭＬＣＤの性能は既存のガラスベースのＡＭＬＣＤの性能に類似することが予期される。
【００２３】
本発明の好適な実施形態においては、有機層２５０は、ペンタセンであり、これは、直線状（ｌｉｎｅａｒ）多環芳香族炭化水素である。しかしながら、有機層２５０は、他の有機材料や、特に、それぞれコストと性能のレベルが異なるナフタレン、アントラセン、テトラセンなどの他の直線状多環芳香族炭化水素を使用して実施することもできる。
【００２４】
図５は、本発明の複数のアクティブマトリクスピクセル構造２００及び/又は４００を有するディスプレイ５２０を採用するシステム５００のブロック線図を示している。システム５００は、ディスプレイコントローラ５１０とディスプレイ５２０とを備える。
【００２５】
より具体的には、ディスプレイコントローラは、中央処理装置ＣＰＵ ５１２と、メモリ５１４と、複数のＩ／Ｏデバイス５１６（例：マウス、キーボード、記憶装置（例：磁気ドライブ、光学ドライブ）、モデム、その他）とを有する汎用コンピュータとして実施することができる。ディスプレイ５２０を作動させるソフトウェア命令は、メモリ５１４にロードされ、ＣＰＵ５１２によって実行され得る。
【００２６】
ディスプレイ５２０は、ピクセルインタフェース５２２と複数のピクセル（例：ピクセル構造２００及び／又は４００）とを備える。ピクセルインタフェース５２２は、ピクセル２００又は４００を駆動するための必要な回路を含んでいる。例えば、ピクセルインタフェース５２２は、マトリクスアドレッシングインタフェース（ｍａｔｒｉｘ ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）でよい。
【００２７】
従って、システム５００は、ラップトップコンピュータとして実施され得る。これに代えて、ディスプレイコントローラ５１０は、マイクロコントローラ、又はアプリケーションに固有な集積回路（ＡＳＩＣ）、又はハードウェア及びソフトウェア命令の組み合わせなど、他の方式において実施され得る。要約すれば、システム５００は、本発明のディスプレイを組み込んでいる、より大きなシステムの中に実施することができる。
【００２８】
更に、本発明のピクセル構造は、柔軟性及び可曲性のあるディスプレイ内に配置することができる。この実施形態は、本文書に参考とすることにより組み込まれる論文「ポリエステル基板上の有機薄膜トランジスタを使用するＡＭＬＣＤ（ＡＭＬＣＤｓ Ｕｓｉｎｇ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｏｎ Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）」（Ｋａｎｅ氏ら、Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＳＩＤ）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ、２００１年６月５日）に開示されている。
【００２９】
以上、本発明の教示内容を含むさまざまな実施形態を図示し詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の教示内容を同様に含む別の多数のさまざまな実施形態を容易に創案することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のＯＴＦＴピクセルを示している。
【図２】本発明の新規のＯＴＦＴピクセルを示している。
【図３】図２の線３−３に沿ってのＯＴＦＴピクセルの断面を示している。
【図４】囲む側のソースとフィンガードレインの複数の対を有する本発明の代替のトランジスタ構造を示している。
【図５】本発明の複数のＯＴＦＴピクセル構造を有するディスプレイを使用するシステムのブロック線図を示している。

Claims (10)

1. 複数のピクセル（２００，４００）を備えるディスプレイ（５２０）であって、各ピクセルが少なくとも１つの有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）（２１０）を有し、前記ＯＴＦＴが、
   第１の端部と第２の端部とを有する第１のソース−ドレイン電極（２１２）であって、前記第２の端部が少なくとも１つの溝を有する、前記第１のソース−ドレイン電極と、
   第１の端部と第２の端部とを有する第２のソース−ドレイン電極（２１４）であって、前記第２のソース−ドレイン電極の前記第１の端部が、前記第１のソース−ドレイン電極の前記第２の端部の中に配置されている、前記第２のソース−ドレイン電極と、
   前記第１のソース−ドレイン電極と前記第２のソース−ドレイン電極とに結合されている有機層（２５０）と、
   前記有機層に結合されているゲート誘電体層（３２０）と、
   前記ゲート誘電体層に結合されているゲート電極（２４２）と、
   前記ゲート電極に結合されている基板（３１０）と、
   を備える、ディスプレイ。
2. 前記第１のソース−ドレイン電極の前記第２の端部の前記溝が、半円形形状である、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記有機層が、直線状多環芳香族炭化水素である、請求項１に記載のディスプレイ。
4. 前記直線状多環芳香族炭化水素が、ペンタセンである、請求項３に記載のディスプレイ。
5. 前記第１のソース−ドレイン電極の前記第２の端部が、少なくとも２つの溝（４２０）を有し、かつ、前記第２のソース−ドレイン電極の前記第１の端部が、前記第１のソース−ドレイン電極の前記第２の端部の前記少なくとも２つの溝の中に配置されている少なくとも２本のフィンガー（４１０）を有する、請求項１に記載のディスプレイ。
6. 複数のピクセル（２００）を備えるディスプレイ（５２０）であって、各ピクセルが、
   ピクセル電極（２２０）と、
   少なくとも１つの有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）（２１０）と、
   を備え、前記ＯＴＦＴが、
   第１の端部と第２の端部とを有する第１のソース−ドレイン電極（２１２）であって、前記第２の端部が少なくとも１つの溝を有する、前記第１のソース−ドレイン電極と、
   第１の端部と第２の端部とを有する第２のソース−ドレイン電極（２１４）であって、前記第２のソース−ドレイン電極の前記第１の端部が、前記第１のソース−ドレイン電極の前記第２の端部の中に配置されていて、かつ、前記第２のソース−ドレイン電極の前記第２の端部が、前記ピクセル電極に結合されている、前記第２のソース−ドレイン電極と、
   前記第１のソース−ドレイン電極と前記第２のソース−ドレイン電極とに結合されている有機層（２５０）と、
   前記有機層に結合されているゲート誘電体層（３２０）と、
   前記ゲート誘電体層に結合されているゲート電極（２４２）と、
   前記ゲート電極に結合されている基板（３１０）と、
   を備える、ディスプレイ。
7. 前記第１のソース−ドレイン電極の前記第２の端部の前記溝が、半円形形状である、請求項６に記載のディスプレイ。
8. 前記有機層が、直線状多環芳香族炭化水素である、請求項６に記載のディスプレイ。
9. 前記直線状多環芳香族炭化水素が、ペンタセンである、請求項８に記載のディスプレイ。
10. ディスプレイコントローラ（５１０）と、
    前記ディスプレイコントローラに結合され、複数のピクセル（２００）を備えるディスプレイ（５２０）と
    を備えるシステム（５００）であって、各ピクセルが、
    ピクセル電極（２２０）と、
    少なくとも１つの有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）（２１０）と
    を備え、前記ＯＴＦＴが、
    第１の端部と第２の端部とを有する第１のソース−ドレイン電極（２１２）であって、前記第２の端部が少なくとも１つの溝を有する、前記第１のソース−ドレイン電極と、
    第１の端部と第２の端部とを有する第２のソース−ドレイン電極（２１４）であって、前記第２のソース−ドレイン電極の前記第１の端部が、前記第１のソース−ドレイン電極の前記第２の端部の中に配置されていて、かつ、前記第２のソース−ドレイン電極の前記第２の端部が、前記ピクセル電極に結合されている、前記第２のソース−ドレイン電極と、
    前記第１のソース−ドレイン電極と前記第２のソース−ドレイン電極とに結合されている有機層（２５０）と、
    前記有機層に結合されているゲート誘電体層（３２０）と、
    前記ゲート誘電体層に結合されているゲート電極（２４２）と、
    前記ゲート電極に結合されている基板（３１０）と、
    を備える、システム。

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