JP5148086B2 - 有機薄膜トランジスタ表示板 - Google Patents
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Description
平板表示装置では、スイッチング素子として、三端子素子である薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)を使用して、この薄膜トランジスタを制御するための走査信号を伝達するゲート線(gate line)、及び画素電極に印加される信号を伝達するデータ線(data line)が形成されている。
有機薄膜トランジスタは、低温で溶液工程(solution process)で製造することができるので、蒸着工程だけでは限界がある大面積の平板表示装置にも容易に適用することができる。また、有機物質の特性上、繊維(fiber)またはフィルム(film)のような形態に形成することができるので、可撓性表示装置(flexible display device)の核心素子として注目されている。
また、有機半導体は、無機半導体に比べて電流比(Ion/Ioff)が低いので、これを改善するための方案が要求される。
隔壁の第2開口部は、ゲート絶縁体の第1開口部より小さい。それによって、第1開口部に形成されているゲート絶縁体を、ゲート絶縁体上部の隔壁が堅固に固定して、浮び上がる(lifting)のを防止することができる。ゲート絶縁体が浮かび上がりを防止することで、最終的にゲート絶縁体上部の有機半導体の浮かび上がりも防止し、ゲート絶縁体及び有機半導体が後続工程での化学溶液により損傷されるのを防止することができる。
本発明4は、発明3において、前記ゲート絶縁体は、ポリイミド系化合物、ポリビニルアルコール系化合物、及びポリフルオラン系化合物から選択される少なくとも1種の物質を含む。
本発明6は、発明1において、前記有機半導体上に形成されている遮断部材をさらに含む。
本発明7は、発明6において、前記遮断部材は、フッ素系炭化水素化合物またはポリビニルアルコール系化合物を含む。
本発明8は、発明1において、前記データ線または前記ゲート線のうちのいずれか一つと平行で、前記画素電極と少なくとも一部が重畳する維持電極線をさらに含む。
本発明9は、発明8において、前記維持電極線及び前記画素電極の間に位置する前記第1層間絶縁膜を含む。
本発明11は、発明10において、前記第1層間絶縁膜は有機物質を含み、前記第2層間絶縁膜は無機物質を含む。
本発明12は、発明8において、前記画素電極に連結されていて、前記維持電極線のうちの一部と重畳する導電体をさらに含む。
本発明13は、発明1において、前記第1層間絶縁膜、前記ゲート絶縁体、前記隔壁、及び前記有機半導体のうちの少なくとも一つは、溶解性物質を含む。第1層間絶縁膜、前記ゲート絶縁体、前記隔壁、及び前記有機半導体が溶解性物質を含む場合、スピンコーティング、インクジェット印刷のような溶液工程を用いることができる。
本発明15は、発明1において、前記ソース電極及び前記画素電極は、ITOまたはIZOを含む。
本発明16は、本発明の一実施例による有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法は、基板上にデータ線を形成する段階、前記データ線上に第1絶縁膜を形成する段階、前記第1絶縁膜上にゲート電極を含むゲート線を形成する段階、前記ゲート線及び前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する段階、前記第2絶縁膜に前記ゲート電極を露出する第1開口部を形成する段階、前記第1開口部にゲート絶縁体を形成する段階、前記ゲート絶縁体上に前記データ線と連結されるソース電極及び前記ソース電極と対向するドレイン電極を含む画素電極を形成する段階、前記ソース電極及び前記画素電極上に第2開口部を定義する隔壁を形成する段階、そして前記第2開口部に有機半導体を形成する段階を含む。
本発明18は、発明16において、前記有機半導体を形成する段階の後に、前記有機半導体を覆う遮断部材を形成する段階をさらに含む。
本発明19は、発明18において、前記第1絶縁膜を形成する段階、前記ゲート絶縁体を形成する段階、前記隔壁を形成する段階、前記有機半導体を形成する段階、及び前記遮断部材を形成する段階のうちの少なくとも一つは、溶液工程で行う。
図面では、各層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体を通して類似した部分については、同一な図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるとする時、これは他の部分の“真上”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も意味する。反対に、ある部分が他の部分の“真上”にあるとする時、これはその中間に他の部分がない場合を意味する。
[実施例1]
それでは、図1及び図2を参照して、本発明の一実施例による有機薄膜トランジスタ表示板について詳細に説明する。
透明なガラス、シリコン(silicone)、またはプラスチック(plastic)などからなる絶縁基板(substrate)110上に、複数のデータ線(data line)171及び複数の維持電極線(storage electrode line)131が形成されている。
下部層間絶縁膜160上には、複数のゲート線(gate line)121及び複数のストレージキャパシタ用導電体(storage capacitor conductor)127が形成されている。
ゲート線121及びストレージキャパシタ用導電体127は、データ線171及び維持電極線131と同一な系列の物質からなることができる。ゲート線121及びストレージキャパシタ用導電体127の側面も、基板110の面に対して傾いていて、その傾斜角は約30゜乃至約80゜であるのが好ましい。
上部層間絶縁膜140は、データ線171の端部179付近には形成しない。これは、データ線171の端部179上に形成された下部層間絶縁膜160及び上部層間絶縁膜140が接着性(adhesion)不良で分離されるのを防止する一方で、データ線171の端部179及び外部回路が効果的に連結されるように、層間絶縁膜の厚さを減少させるためである。
上部層間絶縁膜140の開口部144内には、ゲート絶縁体(gate insulator)146が形成されている。ゲート絶縁体146は、ゲート電極124を覆っていて、その厚さは、約1,000乃至10,000Åである。開口部144の側壁は、上部層間絶縁膜140により形成されており、上部層間絶縁膜140が堤防(bank)の役割を果たし、開口部144は、ゲート絶縁体146の表面が平坦になるように十分な大きさに形成される。
上部層間絶縁膜140及びゲート絶縁体146上には、複数のソース電極(source electrode)193、複数の画素電極(pixelel ectrode)191、及び複数の接触補助部材(contact assistant)81、82が形成されている。これらは、IZOまたはITOなどの透明な導電物質からなることができ、その厚さは、約300Å乃至約800Åである。
画素電極191は、ゲート電極124を中心にソース電極193と対向する部分(以下、ドレイン電極とする)195を含み、接触孔147を通じてストレージキャパシタ用導電体127に連結されている。ドレイン電極195及びソース電極193の対向する二つの辺は互いに平行となるように蛇行しており、互いに櫛歯状に組み合うように配置されている。画素電極191は、ゲート線121及びデータ線171と重畳して、開口率(aperture ratio)を高めている。
ソース電極193、画素電極191、及び上部層間絶縁膜140上には、複数の隔壁(partition)180が形成されている。隔壁180は、後述する有機半導体154を閉じ込める堤防の役割を果たす。
隔壁180は、溶液工程が可能な感光性有機物質からなり、その厚さは、約5,000Å乃至4μmである。隔壁180の開口部184は、上部層間絶縁膜140の開口部144より小さい。それによって、その下部に形成されているゲート絶縁体146を隔壁180が堅固に固定して、浮び上がる(lifting)のを防止することができ、後続の製造工程で化学溶液が浸透するのを防止することができる。ゲート絶縁体146が浮かび上がりを防止することで、その上部の有機半導体154の浮かび上がりも防止し、ゲート絶縁体146及び有機半導体154が後続工程での化学溶液により損傷されるのを防止することができる。特に、有機半導体154は耐薬品性が弱く工程途中で損傷を受ける可能性が高いが、本発明によれば有機半導体154の損傷を阻止し、トランジスタの性能及び信頼性を向上することができる。
一つのゲート電極124、一つのソース電極193、及び一つのドレイン電極195は、有機半導体154と共に一つの薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)(Q)を構成し、薄膜トランジスタ(Q)のチャンネル(channel)は、ソース電極193及びドレイン電極195の間の有機半導体154に形成される。
遮断部材186上には、有機半導体154を保護する機能を強化するための他の保護膜(図示せず)が形成されることもできる。
図3、図5、図7、図9、及び図11は図1及び図2の有機薄膜トランジスタ表示板を本発明の一実施例によって製造する方法の中間段階での配置図であり、図4は図3の有機薄膜トランジスタ表示板のIV−IV線による断面図であり、図6は図5の有機薄膜トランジスタ表示板のVI−VI線による断面図であり、図8は図7の有機薄膜トランジスタ表示板のVIII−VIII線による断面図であり、図10は図9の有機薄膜トランジスタ表示板のX−X線による断面図であり、図12は図11の有機薄膜トランジスタ表示板のXII−XII線による断面図である。
次に、無機物質を化学気相蒸着(chemical vapor deposition、CVD)したり、有機物質をスピンコーティング(spin coating)して、接触孔163、162が形成されている下部層間絶縁膜160を形成する。接触孔163、162は、無機物質の場合には感光膜を使用した写真エッチング工程で形成し、有機物質の場合には写真エッチング工程だけで形成することができる。
次に、図7及び図8を参照すれば、感光性有機物質などをスピンコーティングし、パターニングして、開口部144及び接触孔141、143、147が形成されている上部層間絶縁膜140を形成する。この時、データ線171の端部179付近は有機物質が全て除去されるようにする。
図9及び図10を参照すれば、非晶質ITOなどをスパッタリングした後、写真エッチングして、ドレイン電極195を含む画素電極191、ソース電極193、及び接触補助部材81、82を形成する。スパッタリングの温度は、25℃乃至130℃の低温、特に常温であるのが好ましく、非晶質ITOは、弱塩基性エッチング液を使用してエッチングするのが好ましい。このように、ITOを低温でスパッタリングし、弱塩基性エッチング液でエッチングすることによって、その下部の有機物質からなるゲート絶縁体146及び上部層間絶縁膜140が熱及び化学溶液によって損傷されるのを防止することができる。
次に、図1及び図2に示したように、開口部184にインクジェット印刷方法などで有機半導体154及び遮断部材186を連続して形成する。
本発明の実施例によれば、上部層間絶縁膜140及びゲート絶縁体146を各々の用途に合う物質で、それに適当な方法で形成することができる。例えば、上部層間絶縁膜140は、寄生容量を減少させるために誘電定数が低い物質で形成する。また、ゲート絶縁体146は、有機薄膜トランジスタの特性を向上することができる物質で形成するが、寄生容量を考慮して、ゲート電極124とソース電極193及びドレイン電極195との間にだけ局部的に形成することができる。
[実施例2]
以下、本発明の他の実施例による有機薄膜トランジスタ表示板について、図13及び図14を参照して説明する。前記の実施例と重複する説明は省略する。
絶縁基板110上に、複数の突出部173及び端部179を含む複数のデータ線171が形成されている。
データ線171上には、データ線171の突出部173及び端部179を各々露出する複数の接触孔163、162が形成されている下部層間絶縁膜160が形成されている。
維持電極線131は、所定の電圧の印加を受け、ゲート線121とほぼ平行にのびている。各維持電極線131は、二つのゲート線121の間に位置して、図13に示すように、二つのゲート線121のうちの上側に近く形成されている。維持電極線131は、上及び/または下に拡張された維持電極137を含む。しかし、維持電極線131及び維持電極137の形状及び配置は、多様に変更することができる。
上部層間絶縁膜140の開口部144内には、ゲート絶縁体146が形成されていて、上部層間絶縁膜140及びゲート絶縁体146上には、複数のソース電極193、ドレイン電極195を含む複数の画素電極191、及び複数の接触補助部材81、82が形成されている。
このように、画素電極191と重畳する維持電極線131を形成することによって、液晶キャパシタを補完して、維持静電量を増加させることができる。それによって、有機半導体の材料的限界によってオン/オフ電流比(Ion/Ioff)が低くなるのを補完することができる。
隔壁180の開口部184には、複数の島型有機半導体154が形成されていて、有機半導体154上には、遮断部材186が形成されている。これらの構成は、実施例1と同様である。このような実施例2は、実施例1と同様の作用効果を奏する。
[実施例3]
本実施例による有機薄膜トランジスタ表示板は、図15及び図16に示されている。
図15及び図16に示したように、維持電極線131を除いては、前記実施例1と同一な構造である。
本実施例によれば、維持電極線131は、データ線171と平行に形成されていて、両側に拡張された維持電極137を含む。維持電極線131は、画素電極191と重畳していて、維持電極線131及び画素電極191の間に位置する下部層間絶縁膜160及び上部層間絶縁膜140でストレージキャパシタを構成する。この時、下部層間絶縁膜160は、窒化ケイ素または酸化ケイ素などの無機物質からなり、上部層間絶縁膜140は、前記有機物質からなることができる。
その他の構成は実施例1と同様であり、このような実施例3は、実施例1と同様の作用効果を奏する。
以上で、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も、本発明の権利範囲に属する。
121 ゲート線
124 ゲート電極
127 ストレージキャパシタ用導電体
129 ゲート線の端部
131 維持電極線
137 維持電極
140、160 層間絶縁膜
146 ゲート絶縁体
154 有機半導体
171 データ線
179 データ線の端部
180 隔壁
81、82 接触補助部材
141、143、147、162、163 接触孔
144、184 開口部
186 遮断部材
191 画素電極
193 ソース電極
195 ドレイン電極
Q 有機薄膜トランジスタ
Claims (10)
- 基板と、
前記基板上に形成されているデータ線と、
前記データ線と交差していて、ゲート電極を含むゲート線と、
前記ゲート線及び前記データ線上に形成されていて、前記ゲート電極を露出する第1開口部が形成されている第1層間絶縁膜と、
前記第1開口部に形成されているゲート絶縁体と、
前記ゲート絶縁体上に位置して、前記データ線に連結されているソース電極と、
前記ゲート絶縁体上に位置して、前記ソース電極と対向するドレイン電極を含む画素電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に形成されていて、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一部を露出する第2開口部を定義する隔壁と、
前記第2開口部に形成されている有機半導体と、
を含む、有機薄膜トランジスタ表示板。 - 前記第2開口部は、前記第1開口部より小さい、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ゲート絶縁体は、前記第1層間絶縁膜より誘電定数が高く、
前記ゲート絶縁体は、ポリイミド系化合物、ポリビニルアルコール系化合物、及びポリフルオラン系化合物から選択される少なくとも1種の物質を含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。 - 前記第1層間絶縁膜は、ポリアクリル系化合物、ポリスチレン系化合物、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ベンゾシクロブタン、パリレンから選択される少なくとも1種の物質を含む、請求項3に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記有機半導体上に形成されている遮断部材をさらに含み、
前記遮断部材は、フッ素系炭化水素化合物またはポリビニルアルコール系化合物を含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。 - 前記データ線または前記ゲート線のうちのいずれか一つと平行で、前記画素電極と少なくとも一部が重畳する維持電極線をさらに含み、
前記第1層間絶縁膜は、前記維持電極線及び前記画素電極の間に位置する、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。 - 前記維持電極線及び前記画素電極の間であって前記第1層間絶縁膜よりも下に位置する第2層間絶縁膜をさらに含み、
前記第1層間絶縁膜は有機物質を含み、前記第2層間絶縁膜は無機物質を含む、請求項6に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。 - 前記画素電極に連結されていて、前記維持電極線のうちの一部と重畳する導電体をさらに含む、請求項6に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記第1層間絶縁膜、前記ゲート絶縁体、前記隔壁、及び前記有機半導体のうちの少なくとも一つは、溶解性物質を含むか、または、前記第1層間絶縁膜及び前記隔壁のうちの少なくとも一つは、感光性有機物質を含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ソース電極及び前記画素電極は、ITOまたはIZOを含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
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