TWI591807B - Thin film transistor array and video display device - Google Patents
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Description
本發明係有關於薄膜電晶體陣列及影像顯示裝置。
由於資訊技術之驚人的發展，現在藉筆記型個人電腦或攜帶式資訊終端機等頻繁地進行資訊之收發。在不久之未來，可不拘場所地交換資訊之網路無所不在的社會將來到，這是周知的事實。在這種社會，期待重量更輕、薄的資訊終端機。
在這種資訊終端機所使用之電子構件中，現在薄膜電晶體元件所使用之半導體材料的主流是矽系。因為在使用矽系材料之薄膜電晶體元件的形成時包含高温的製程，所以對薄膜電晶體元件之基板材料要求可承受製程的温度。因此，一般作為使用玻璃形成薄膜電晶體元件的基板。
可是，在構成上述之資訊終端機時使用玻璃的情況，該資訊終端機的製品重、無柔軟性、並可能因落下之撞擊而裂開。因此，將薄膜電晶體元件形成於玻璃上所引起的這些特徵可說是不適合作為在網路無所不在之社會的資訊終端機。
因此，近年來，作為薄膜電晶體之半導體材
料，有機半導體受到注目。因為有機半導體材料係不需要如矽系材料之在高温的熱處理步驟，所以具有可設置於撓性之塑膠基板上等的優點。進而，因為不使用真空處理，以印刷處理可製作，所以亦具有可降低成本等的優點。
從溶液形成半導體層，可列舉旋塗法或浸漬
法、噴墨法等的方法。其中，藉由應用印刷處理，可高效率地形成半導體層。例如在專利文獻1，藉柔版印刷產生有機半導體溶液的圖案。
進而，在專利文獻2，藉由將半導體層作成
帶狀，提高對準精度，而可更提高生產效率。
可是，在半導體層採用有機半導體層的情
況，擔心由於大氣中之水分所造成的有機半導體的劣化比矽系材料快。因此，在有機半導體的情況，需要保護層來保護半導體層不會受到水份的影響。
在保護層之形成，亦可藉由應用濕處理，簡
單且低耗費地形成保護層。例如在專利文獻3，藉柔版印刷形成保護層，簡單地製作孔徑比高的薄膜電晶體陣列。
專利文獻1 日本公開專利公報「特開2006-63334號公報」
專利文獻2 日本公開專利公報「特開2008-235861號公報」
專利文獻3 日本專利公報「專利第4743348號公報」
可是，在使用印刷法產生薄膜電晶體陣列之保護層之圖案的情況，在陣列端部與中心部易發生油墨之乾燥不均或油墨不均所造成之印刷不均，尤其在陣列端部，保護層之形狀不良特別顯著。由於保護層的形狀變得不良，所以保護層未完全覆蓋半導體層，因露出之半導體層曝露於大氣，所以在元件製作中及製作後因大氣中的水分而劣化，構成薄膜電晶體陣列之元件的移動率降低。
本發明係提供生產效率佳，而且可使在顯示有效區域之元件特性難劣化的薄膜電晶體陣列及具備該薄膜電晶體陣列之影像顯示裝置。
用以解決該課題之第1發明係一種薄膜電晶體陣列，係具有顯示有效區域，該顯示有效區域係至少具備絕緣基板、閘極電極、閘極絕緣層、源極電極、汲極電極、半導體層及第1保護層，其特徵為：複數個該第1保護層以跨在複數個薄膜電晶體之方式帶狀地形成於該絕緣基板上；包含設置於該顯示有效區域外之複數個第2保護層。
又，第2發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：在第1發明，該第1保護層之帶的延伸方向係與源極配線之延伸方向相同。
又，第3發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：在第1發明，該第2保護層係帶狀，係與該第1保護層平行，並以在與源極配線之延伸方向平行之方向延伸的方式在該顯示有效區域之與該源極配線之延伸方向正交的方向鄰接地配置。
又，第4發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：在第1發明，該複數個第2保護層形成為從該顯示有效區域之最外側之元件的通道區域起在源極配線之延伸方向該第1保護層之至少延伸2mm以上的部分。
又，第5發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：在第1發明，藉有機絕緣材料形成該保護層。
又，第6發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：在第1發明，藉凸版印刷法、噴墨印刷法、網版印刷法形成該保護層。
又，第7發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：在第1發明，該絕緣基板係塑膠基板。
又，第8發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：在第1發明，該閘極絕緣膜包含有機材料。
又，第9發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：具備該薄膜電晶體陣列與影像顯示媒體。
又，第10發明係一種薄膜電晶體陣列，其特
徵為：在第9發明，該影像顯示媒體係利用電泳方式。
若依據第1發明，能以高生產效率提供低耗費、高品質之軟性薄膜電晶體陣列。具體而言，藉由將薄膜電晶體陣列之保護層作成帶狀，對準變得容易，可提高軟性薄膜電晶體之生產力。又，藉由設置與軟性薄膜電晶體之顯示相關之顯示有效區域內的第1保護層、與顯示有效區域外之第2保護層，可從大氣之水分保護薄膜電晶體陣列內之半導體層，因為可減輕元件特性之劣化，所以可高良率地生產高品質的軟性薄膜電晶體陣列。
根據以上，可提供生產效率佳，而且可使在顯示有效區域之元件特性難劣化的薄膜電晶體陣列。
又，若依據第2發明，可提高保護層之對準精度，而可生產高品質之軟性薄膜電晶體陣列。
又，若依據第3發明，可減少位於薄膜電晶體陣列之顯示有效區域的端部之帶保護層的形成不良，而可抑制顯示有效區域之端部之元件特性的劣化。
又，若依據第4發明，因為可減少覆蓋顯示有效區域內之最外側之元件的通道部分之保護層的形狀不良，所以可減少軟性薄膜電晶體陣列內之元件特性的劣化不均。
又，若依據第5發明，因為藉有機絕緣材料形成該保護層，所以可作為油墨使用。因為可藉印刷形成保護層，所以能以低耗費簡單地形成保護層。
又，若依據第6發明，在大面積之薄膜電晶體陣列亦可在短時間內形成保護層。
又，若依據第7發明，因為該絕緣基板是塑膠基板，所以比以往之形成於玻璃基板的薄膜電晶體重量輕且具有柔軟性，而可製作即使掉落亦不會裂開之安全的軟性薄膜電晶體陣列。
又，若依據第8發明，因為在製作該閘極絕緣膜時使用含有有機材料的材料，所以可比塗布法更易於形成閘極絕緣膜，而可提高軟性薄膜電晶體陣列之生產效率。
1‧‧‧薄膜電晶體陣列
10‧‧‧塑膠基板
11‧‧‧閘極電極
12‧‧‧閘極絕緣膜
13‧‧‧源極電極
13(a)‧‧‧源極配線
14‧‧‧汲極電極
15‧‧‧半導體層
16‧‧‧顯示有效區域之保護層
17(a)‧‧‧配置於顯示有效區域之上下的虛擬保護層
17(b)‧‧‧配置於顯示有效區域之左右的虛擬保護層
18‧‧‧電容器電極
19‧‧‧電泳媒體
101‧‧‧顯示有效區域
第1A圖係表示本發明之實施形態，係表示薄膜電晶體陣列整體之示意構成之圖案配置的平面圖。
第1B圖係表示本發明之實施形態，係表示薄膜電晶體陣列之顯示有效區域及虛擬保護層區域的元件之細部的構成的平面圖。
第1C圖係表示本發明之實施形態，係表示薄膜電晶體陣列之在顯示有效區域的元件之構成的剖面圖。
第1D圖係表示本發明之實施形態，係表示薄膜電晶體陣列之在虛擬保護層區域之構成的剖面圖。
第2A圖係表示本發明之實施形態，係表示使用實施例之薄膜電晶體陣列的影像顯示裝置之在顯示有效區域之構成的剖面圖。
第2B圖係表示本發明之實施形態，係表示使用實施例之薄膜電晶體陣列的影像顯示裝置之在虛擬保護層區域之構成的剖面圖。
第3A圖係表示本發明之實施形態，係表示第1比較例之薄膜電晶體陣列整體之示意構成的平面圖。
第3B圖係表示本發明之實施形態，係表示使用第1比較例之薄膜電晶體陣列的影像顯示裝置之在顯示有效區域之構成的剖面圖。
第3C圖係表示本發明之實施形態，係表示使用第1比較例之薄膜電晶體陣列的影像顯示裝置之在虛擬保護層區域之構成的剖面圖。
第4A圖係表示本發明之實施形態，係表示第2比較例之薄膜電晶體陣列整體之示意構成的平面圖。
第4B圖係表示本發明之實施形態，係表示使用第2比較例之薄膜電晶體陣列的影像顯示裝置之在顯示有效區域之構成的剖面圖。
第4C圖係表示本發明之實施形態，係表示使用第2比較例之薄膜電晶體陣列的影像顯示裝置之在虛擬保護層區域之構成的剖面圖。
以下，一面參照圖面，一面說明本發明之實施形態。在實施形態，對相同之構成元件附加相同的符號，並在實施形態之間省略重複的說明。
在第1A圖~第1D圖，表示本實施形態之薄膜電晶體陣列1之構成的一例。第1A圖係表示薄膜電晶
體陣列1之整體之圖案配置的平面圖，第1B圖係詳細地表示第1A圖之區域R的構成之圖案配置平面圖，第1C圖係表示第1B圖之A-A’線的剖面圖，第1D圖係表示第1B圖之B-B’線的剖面圖。
如第1C圖及第1D圖所示，薄膜電晶體陣列
1係在塑膠基板(絕緣基板)10上具備閘極電極11、電容器電極18、閘極絕緣層12、源極電極13、汲極電極14、半導體層15、保護層16及保護層17。保護層(第1保護層)16係於顯示有效區域101設置複數個，保護層(第2保護層)17係於與顯示無關之顯示有效區域外設置複數個。進而，與顯示無關之顯示有效區域外的保護層17係如第1A圖及第1B圖所示，由虛擬保護層17(a)與虛擬保護層17(b)所構成，虛擬保護層17(a)係藉由從顯示有效區域101之最外側之元件的通道區域，與構成源極電極13之一部分之源極配線13(a)所延伸的y方向平行地延長2mm以上所形成，虛擬保護層17(b)係與半導體層15平行，並在與源極配線13(a)平行之方向且顯示有效區域101之左右(與y方向正交之x方向)鄰接地配置。
此外，在第1A圖，表示顯示有效區域101
之保護層16與虛擬保護層17(a)、17(b)，並省略閘極電極11、電容器電極18、源極電極13及汲極電極14之圖示。第1A圖所示之區域R係包含位於顯示有效區域101之左下的4個元件與其周圍之虛擬保護層17(a)、17(b)的區域。在第1B圖，省略塑膠基板10與閘極絕緣膜12之圖示。又，虛擬保護層17(a)與虛擬保護層17(b)係採用彼此相同的形態。
在本實施形態之塑膠基板10，可使用聚甲基
丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚環硫乙烷、聚醚碸、聚烯烴、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、環烯烴聚合物、聚醚碸、三醋酸纖維素、聚氟乙烯薄膜、乙烯-四氟乙烯、共聚物樹脂、耐氣候性聚對苯二甲酸乙二酯、耐氣候性聚丙烯、玻璃纖維強化丙烯酸樹脂薄膜、玻璃纖維強化聚碳酸酯、透明性聚醯亞胺、氟樹脂、環狀聚烯烴樹脂等，但是本發明係未限定為這些材質。這些材質係亦可單獨使用，亦可作為由兩種以上之材質所積層而成的複合基板使用。又，亦可使用在玻璃或塑膠基板上具有如彩色濾光器之樹脂層的基板。
本實施形態之閘極電極11、源極電極13、汲
極電極14及電容器電極18，適合使用Au、Ag、Cu、Cr、Al、Mg、Li等之低電阻金屬材料或氧化物材料。具體而言，列舉氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎘(CdO)、氧化銦鎘(CdIn2O4)、氧化錫鎘(Cd2SnO4)、氧化錫鋅(Zn2SnO4)、氧化鋅銦(InZnO)等。又，在對該氧化物材料摻雜雜質者亦較佳。例如，列舉對氧化銦摻雜鉬或鈦者、對氧化錫摻雜銻或氟者、對氧化鋅摻雜銦、鋁、鎵者等。其中尤其對氧化銦摻雜錫之氧化銦錫(ITO)顯示特別低的電阻係數。又，PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)等之有機導電性材料亦適合，單體的情況與導電性氧化物材料之複數積層的情況都適合使用。閘極電極狀態11、源極電極13及汲極電極14可由相同之材料所製造
或亦可由相異之材料所製造。可是，為了減少製程，在源極電極13與汲極電極14使用相同之材料較佳。這些電極係藉真空蒸鍍法、離子鍍法、濺鍍法、雷射剝蝕法、電漿CVD法、光CVD法、熱線CVD法等所形成。又，亦可藉網版印刷、柔版印刷、噴墨法等塗布、烘烤將上述之導電性材料作成油墨狀、膏狀者，藉此來形成。本發明係未限定為這些。
作為本實施形態之閘極絕緣膜12所使用的
材料，列舉氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鉭、氧化釔、氧化鉿、鋁酸鉿、氧化鋯、氧化鈦等之無機材料、或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等之聚丙烯、PVA(聚乙烯醇)、PVP(聚乙烯基苯酚)等。本發明係未限定為這些材料。又，為了抑制閘極漏電流，絕緣材料之較佳的電阻係數係1011Ωcm以上，更佳係1014Ωcm以上。
作為本實施形態之半導體層15所使用的材
料，列舉氧化物半導體或有機半導體。作為氧化物半導體材料，列舉包含鋅、銦、錫、鎢、鎂、鎵等之中一種以上之元素的氧化物，即氧化鋅、氧化銦、氧化銦鋅、氧化錫、氧化鎢、氧化鋅鎵銦等周知的材料。作為有機半導體材料，可將聚噻吩、聚烯丙基胺、芴二噻吩共聚物及該等的衍生物之類的高分子有機半導體材料、及稠五苯、稠四苯、銅酞菁、苝、6,13-雙(三異丙基矽基乙炔基)稠五苯(TIPS稠五苯)、及該等衍生物之類的低分子有機半導體材料或藉加熱處理等變換成有機半導體的先
驅物用作半導體材料油墨。又，碳奈米管或富勒烯等之碳化合物或半導體奈米粒子分散液等亦可用作半導體層的材料。在使用半導體材料油墨的情況，作為溶媒，列舉甲苯、二甲苯、二氫茚、四氫萘、丙二醇甲基醚乙酸酯等，但是未限定為這些材料。這些半導體層係藉真空蒸鍍法、離子鍍法、濺鍍法、雷射剝蝕法、電漿CVD法、光CVD法、熱線CVD法等所形成。又，亦可藉網版印刷、柔版印刷、噴墨法等塗布將上述之導電性材料作成油墨狀、膏狀者並使其使其乾燥，藉此來形成，但是本發明係未限定為這些。
作為本實施形態所使用之保護層16及保護
層17所使用的材料係適合使用聚乙烯基苯酚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醯亞胺、聚乙烯醇、環氧樹脂、氟樹脂等之高分子溶液、使氧化鋁或矽膠等之粒子分散的溶液。
又，保護層之形成方法係適合採用使用網版印刷或凸版印刷、噴墨法等之濕式法直接形成圖案的方法，但是未限定為這些方法。
作為使用本實施形態之圖案形成方法所形成
之薄膜電晶體的構造，無特別限定，頂閘極型、底閘極型之任一構造都可。以閘極電極之配置以外之構造的差異而言，有半導體層之位置相異的底接觸型、頂接觸型，但是在使用有機半導體材料作為半導體層的情況，採用底接觸型較佳。這是由於底接觸型可使通道長度比頂接觸型短，而可得到大的汲極電流。
在第2A圖及第2B圖，表示第1實施例之由底閘極底接觸型的軟性薄膜電晶體陣列所構成之薄膜電晶體陣列1的剖面構造。第2A圖係表示使用薄膜電晶體陣列1之影像顯示裝置之在顯示有效區域的剖面構造。說明採用第2A圖及第2B圖所示之形態之薄膜電晶體陣列1的製造方法。本薄膜電晶體陣列1係一個元件尺寸是500μm×500μm，並包含240×320個該元件。
作為塑膠基板10，使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜(帝人杜邦製)。藉濺鍍法在PEN薄膜1將鋁成膜100nm後，使用正光阻劑，進行光蝕刻，然後，剝離光阻劑，藉此，形成閘極電極11、電容器電極18。
接著，作為閘極絕緣材料，藉模塗塗布聚醯亞胺(NEOPULIM三菱氣體公司製造)，並使其在180℃乾燥1小時，而得到閘極絕緣膜12。接著，藉蒸鍍法將金成膜50nm，再使用正光阻劑進行光蝕刻，然後，將光阻劑剝離，藉此，形成源極電極13及汲極電極14。
作為半導體層形成用材料，使用混和四氫化萘(關東化學公司製造)、6,13-雙(三異丙基矽基乙炔基)並五苯(TIPS並五苯)(Aldrich公司製造)之溶液。在半導體層之形成使用柔版印刷。在柔版印刷使用感光性樹脂柔版與150線網紋輥，在將半導體材料印刷成帶狀後，使其在100℃乾燥60分鐘，而形成半導體層15。
接著，形成保護層16、17。作為保護層形成材料，使用CYTOP(旭硝子公司製造)。保護層形成係使
用柔版印刷。柔版係使用感光性樹脂柔版，並使用150線網紋輥。柔版印刷係帶狀，各條帶的長度係由作為顯示有效區域101之176mm、與配置於顯示有效區域101之上下的虛擬保護層17(a)之4mm所相加的180mm。又，其條數係由作為陣列內之顯示有效區域101的320條帶、與作為虛擬保護層17(b)之10條帶所相加的共330條。藉網紋輥對柔版塗布油墨，在顯示有效區域101之兩端各形成5條虛擬保護層17(b)，而且以在顯示有效區域101內覆蓋半導體層15之方式將保護層印刷成帶狀。然後，使其在100℃乾燥90分鐘，使其成為帶狀保護層16、17，形成軟性薄膜電晶體陣列1。
然後，在相對向電極之間夾著電泳媒體19驅動本實施例之顯示器時，可在顯示有效區域101內均勻地形成密封層，所以可抑制製程中之水分所造成的劣化，而可進行顯示不均少之良好影像。
表示採用第3A圖、第3B圖及第3C圖所示形態之底閘極底接觸型軟性薄膜電晶體陣列2的製造方法。本電晶體陣列係一個元件尺寸是500μm×500μm，並包含240×320個該元件。在第3A圖，省略閘極電極11、電容器電極18、源極電極13及汲極電極14之圖示。又，虛擬保護層17(a)與虛擬保護層17(b)係彼此採用相同之形態。
按照與第1實施例一樣之步驟，在PEN薄膜10上形成閘極電極11、電容器電極18、閘極絕緣膜12、源極電極13、汲極電極14及半導體層15。
保護層16、17之形成係使用柔版印刷。柔版
印刷係使用感光性樹脂柔版與150線網紋輥，柔版係帶狀，各條帶的長度係由作為顯示有效區域101之176mm、與配置於顯示有效區域101之上下的虛擬保護層17(a)之4mm所相加的180mm。又，其條數係設為作為陣列內之顯示有效區域101的320條帶，與位於顯示有效區域101之兩端之顯示有效區域101的保護層16平行之帶狀的虛擬保護層17(b)係未形成。結果，顯示有效區域101之左右兩端的帶的形狀變得不良。具體而言，兩端之帶狀的保護層係溶劑快速揮發，在保護層形成之前油墨就已乾燥，而未能完全覆蓋半導體層15。因此，因為無法保護半導體層15不受到大氣水分的影響，所以無法得到軟性薄膜電晶體陣列2。
表示採用第4A圖、第4B圖及第4C圖所示形態之底閘極底接觸型軟性薄膜電晶體陣列3的製造方法。本電晶體陣列係一個元件尺寸是500μm×500μm，並包含240×320個該元件。在第4A圖，省略閘極電極11、電容器電極18、源極電極13及汲極電極14之圖示。又，虛擬保護層17(a)與虛擬保護層17(b)係彼此採用相同之形態。
按照與第1實施例一樣之步驟，在PEN薄膜10上形成閘極電極11、電容器電極18、閘極絕緣膜12、源極電極13、汲極電極14及半導體層15。
保護層16、17之形成係使用柔版印刷。柔版
印刷係使用感光性樹脂柔版與150線網紋輥，柔版係帶狀，各條帶的長度係由做為顯示有效區域101之176mm、與配置於顯示有效區域101之上下的虛擬保護層17(a)之1mm所相加的177mm。又，其條數係設為作為陣列內之顯示有效區域101的保護層16的320條帶半導體層、與作為虛擬保護層17(b)之10條帶所相加的共330條。藉網紋輥對柔版塗布油墨，在顯示有效區域101之兩端各形成5條虛擬保護層17(b)，而且以在顯示有效區域101內保護層形成用材料覆蓋半導體層15之方式形成保護層16。可是，屬於顯示有效區域101之上下兩端之2列的元件之部分的保護層其形狀變得不良，而無法得到軟性薄膜電晶體陣列3。這是由於在保護層之帶端部溶劑快速揮發，在保護層形成之前油墨就已乾燥，而未能完全覆蓋半導體層15的緣故。
本發明之軟性薄膜電晶體係可用作軟性電子紙、或軟性有機電致發光顯示器等之切換元件。尤其，藉由形成虛擬保護層，可提高在製程之良率或生產力。因此，可以低成本且高品質製作可廣泛地應用在軟性顯示器或IC卡、IC標籤等之軟性薄膜電晶體。
1‧‧‧薄膜電晶體陣列
10‧‧‧塑膠基板
12‧‧‧閘極絕緣膜
16‧‧‧保護層
17(a)‧‧‧虛擬保護層
101‧‧‧顯示有效區域
R‧‧‧區域
Claims (10)
- 一種薄膜電晶體陣列，係具有顯示有效區域，該顯示有效區域係至少具備絕緣基板、閘極電極、閘極絕緣層、源極電極、汲極電極、半導體層及第1保護層，其特徵為：複數個該第1保護層以跨在複數個薄膜電晶體之方式帶狀地形成於該絕緣基板上；包含設置於該顯示有效區域外之複數個第2保護層。
- 如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體陣列，其中該第1保護層之帶的延伸方向係與源極配線之延伸方向相同。
- 如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體陣列，其中該第2保護層係帶狀，係與該第1保護層平行，並以在與源極配線之延伸方向平行之方向延伸的方式在該顯示有效區域之與該源極配線之延伸方向正交的方向鄰接地配置。
- 如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體陣列，其中該複數個第2保護層形成為從該顯示有效區域之最外側之元件的通道區域起在源極配線之延伸方向該第1保護層之至少延伸2mm以上的部分。
- 申請專利範圍第1項之薄膜電晶體陣列，其中藉有機絕緣材料形成該保護層。
- 如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體陣列，其中藉凸版印刷法、噴墨印刷法、網版印刷法形成該保護層。
- 如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體陣列，其中該絕緣基板係塑膠基板。
- 如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體陣列，其中該閘極絕緣膜包含有機材料。
- 一種影像顯示裝置，其特徵為：具備如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體陣列與影像顯示媒體。
- 如申請專利範圍第9項之影像顯示裝置，其中該影像顯示媒體係利用電泳方式。
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