JP4999440B2 - 有機薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法 - 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)が平板表示装置に形成されている。
有機薄膜トランジスタは、低温の溶液工程(solution process)で製造されるので、蒸着工程だけでは限界の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)などの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。
特に、工程中に有機半導体に与える影響を最小化して、有機薄膜トランジスタの特性を改善することができる、新たな方案が要求されている。
前記有機半導体及び前記ゲート絶縁部材の厚さの合計は、前記隔壁の厚さより薄いことが好ましい。
前記ゲート電極は、前記有機半導体及び前記ゲート絶縁部材を完全に覆うことが好ましい。
前記データ線及び前記ソース電極は、異なる物質を含むことが好ましい。
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、導電性酸化物を含むことが好ましい。
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、ITOまたはIZOを含むことが好ましい。
前記隔壁は、前記ドレイン電極の一部を露出する接触孔を含み、前記接触孔を通じて前記ドレイン電極に接続されている画素電極をさらに含むことが好ましい。
前記画素電極は、前記保護膜上に形成されることが好ましい。
前記データ線と同一層に形成されている維持電極をさらに含むことが好ましい。
前記ドレイン電極は、前記維持電極と少なくとも一部が重畳する部分を含むことが好ましい。
前記有機半導体の下部に位置する光遮断膜をさらに含むことが好ましい。
前記ゲート絶縁部材は、有機物質を含むことが好ましい。
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、前記データ線上に層間絶縁膜を形成する段階、前記層間絶縁膜上に前記データ線に接続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形成する段階、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上面を覆うとともに前記ソース電極及びドレイン電極の一部を露出させる開口部及び接触孔を含む隔壁を形成する段階、前記開口部に有機半導体を滴下する段階、前記有機半導体上に有機絶縁物質を滴下して、ゲート絶縁部材を形成する段階、前記ゲート絶縁部材及び前記隔壁上にゲート線を形成する段階、そして前記接触孔を通じて前記ドレイン電極に接続されている画素電極を形成する段階を含む。
前記有機半導体を滴下する段階の後に、乾燥する段階をさらに含むことが好ましい。
前記ゲート線を形成する段階の後に、保護膜を形成する段階をさらに含むことが好ましい。
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、同一の図面符号を付けた。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。
図1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配置図であり、図2は図1の薄膜トランジスタ表示板のII-II線による断面図である。
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、複数の維持電極線(storage electrode line)172及び光遮断膜174が形成されている。
データ線171、維持電極線172及び光遮断膜174は、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金などのアルミニウム系金属、銀(Ag)や銀合金などの銀系金属、金(Ag)や金合金などの金系金属、銅(Cu)や銅合金などの銅系金属、モリブデン(Mo)やモリブデン合金などのモリブデン系金属、クロム(Cr)、タンタル(Ta)及びチタニウム(Ti)などで形成することができる。しかし、これらは、物理的特性が異なる2つの導電膜(図示せず)を含む多重膜構造とすることもできる。これらのうちの1つの導電膜は、信号遅延や電圧降下を減少させることができるように、比抵抗(resistivity)が低い金属、例えばアルミニウム系金属、銀系金属、銅系金属などで形成できる。これとは異なって、他の導電膜は、基板110との接着性が優れており、他の物質、特にITO(indium tin oxide)及びIZO(indium zinc oxide)との物理的、化学的、電気的接触特性が優れている物質、例えばモリブデン系金属、クロム、タンタル、チタニウムなどで形成することができ。これらの組合わせの例としては、クロムの下部膜及びアルミニウム(合金)の上部膜とする構成や、アルミニウム(合金)の下部膜及びモリブデン(合金)の上部膜とする構成などがある。しかし、データ線171及び維持電極線172は、その他にも多様な金属または導電物質で形成することができる。
データ線171、維持電極線172及び光遮断膜174上には、層間絶縁膜160が形成されている。層間絶縁膜160は、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiO2)などの無機絶縁物で形成することができ、その厚さは、約2000〜5000Åであることが好ましい。
層間絶縁膜160上には、複数のソース電極(source electrode)133、複数のドレイン電極(drain electrode)135及び複数の接触補助部材(contact assistant)82が形成されている。
ドレイン電極135は、光遮断膜174上でソース電極133と対向する部分(以下、電極部とする)136及び維持電極線172と少なくとも一部が重畳する部分(以下、容量部とする)137を含む。電極部136は、ソース電極133と対向して、薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)の一部を構成し、容量部137は、維持電極線172と重畳して、電圧維持能力を強化するためのストレージキャパシタ(storage capacitor)を形成する。
ソース電極133及びドレイン電極135は、有機半導体と直接接触するため、有機半導体と仕事関数(work function)の差が大きくない導電物質で形成され、それによって、有機半導体及び電極の間のショットキー障壁(schottky barrier)を低くして、キャリアの注入及び移動を容易にすることができる。このような物質としては、ITOまたはIZOなどの導電性酸化物がある。これらの厚さは、約300〜1000Åであることが好ましい。
隔壁140は、複数の開口部147及び複数の接触孔145を含む。開口部147は、ソース電極133及びドレイン電極135の電極部136の一部及びこれらの間の層間絶縁膜160を露出し、接触孔145は、ドレイン電極135の容量部137の一部を露出する。
有機半導体154は、ソース電極133及びドレイン電極135と接触し、その高さが隔壁140より低く形成されていることから、隔壁140で完全に囲まれる。このように有機半導体154が隔壁140によって完全に囲まれて側面が露出しないので、後続工程で有機半導体154の側面に化学液などが浸透するのを防止することができる。
有機半導体154は、水溶液や有機溶媒に溶解される高分子化合物や低分子化合物を含むことができる。
有機半導体154上には、ゲート絶縁部材146が形成されている。ゲート絶縁部材146は、隔壁140の開口部147に形成されていて、有機半導体154及びゲート絶縁部材146の厚さの合計は、隔壁140の厚さよりも薄い。
ゲート絶縁部材146は、比較的高い誘電定数を有する有機物質または無機物質からなる。このような有機物質の例としては、ポリイミド(polyimide)系化合物、ポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol)系化合物、ポリフルオラン(polyfluorane)系化合物、パリレン(parylene)などの溶解性高分子化合物があり、無機物質の例としては、オクタデシルトリクロロシラン(octadecyltrichlorosilane、OTS)で表面処理された酸化ケイ素などがある。
ゲート線121は、ゲート信号を伝達し、主に図1の横方向に延びて、データ線171及び維持電極線172と交差している。各ゲート線121は、図1の上方に突出した複数のゲート電極(gate electrode)124、及び他の層または外部駆動回路との接続のために幅が拡張された端部129を含む。ゲート信号を生成するゲート駆動回路(図示せず)は、基板110上に取り付けられる可撓性印刷回路膜(図示せず)上に装着することができる、基板110上に直接装着することもでき、基板110上に集積することもできる。ゲート駆動回路を基板110上に集積する場合、ゲート線121を延長してゲート駆動回路に直接接続することができる。
ゲート線121は、データ線171及び維持電極線172と同一の物質で形成することができる。
ゲート線121上には、保護膜180が形成されている。保護膜180は、ゲート線121の端部129上にも形成されていて、ゲート線121の端部129が隣接するゲート線の端部と短絡するのを防止することができる。
接触孔185は、隔壁140に形成されている接触孔145の上部に位置してドレイン電極137の容量部137の一部を露出し、接触孔181は、ゲート線121の端部129を露出する。
保護膜180は、有機薄膜トランジスタ及びゲート線121を保護するためのものであって、基板の一部または全面に形成されるが、場合によっては省略することもできる。
画素電極191は、接触孔185、145を通じてドレイン電極135に接続されている。
画素電極191は、ゲート線121及び/またはデータ線171と重畳することにより、開口率(aperture ratio)を高めることができる。
1つのゲート電極124、1つのソース電極133及び1つのドレイン電極135は、有機半導体154と共に1つの薄膜トランジスタを構成し、薄膜トランジスタのチャンネル(channel)は、ソース電極133及びドレイン電極135の間の有機半導体154に形成される。
図3、図5、図7、図9、図11及び図13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り、図14は図13の有機薄膜トランジスタ表示板のXIV-XIV線による断面図である。
次に、図5及び図6に示したように、窒化ケイ素を化学気相蒸着(chemical vapor deposition、CVD)して層間絶縁膜160を形成し、その上に感光膜を塗布して写真エッチングして、接触孔162、163を形成する。
次に、図9及び図10に示したように、基板の全面に感光性有機膜を塗布して現像し、複数の開口部147及び複数の接触孔145を含む隔壁140を形成する。
有機半導体154は、インクジェット印刷(inkjet printing)方法によって開口部147に有機半導体溶液を滴下した後、有機半導体溶液中の溶媒を乾燥させて形成する。
次に、開口部147内にゲート絶縁部材146を形成する。ゲート絶縁部材146も、インクジェット印刷方法によって開口部147内の有機半導体154上に有機絶縁溶液を滴下した後、有機絶縁溶液中の溶媒を乾燥させて形成する。
次に、図13及び図14に示したように、基板の全面に保護膜180を形成して写真エッチングして、接触孔181、185を形成する。
有機半導体及びゲート絶縁部材をインクジェット印刷方法で形成するので、別途のマスクなしで容易に形成することができ、隔壁によって囲まれるので、後続工程で有機半導体に与える影響を最小化することができる。また、有機半導体との接触特性が優れているソース電極及びドレイン電極を含むので、有機薄膜トランジスタの特性を改善することができる。
121 ゲート線
124 ゲート電極
129 ゲート線の端部
133 ソース電極
135 ドレイン電極
136 電極部
137 容量部
140 隔壁
145、162、163、185 接触孔
146 ゲート絶縁部材
147 開口部
154 有機半導体
160 層間絶縁膜
171 データ線
172 維持電極線
173 データ線の突出部
174 光遮断膜
177 維持電極
179 データ線の端部
180 保護膜
81、82 接触補助部材
191 画素電極
Claims (19)
- 基板と、
前記基板上に形成されているデータ線と、
前記データ線に接続されているソース電極と、
前記ソース電極と対向する部分を含むドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上面を覆うように設けられ、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開口部が形成された隔壁と、
前記開口部に形成されている有機半導体と、
前記有機半導体上に形成されているゲート絶縁部材と、
前記データ線と交差するとともに、ゲート電極を含むゲート線と、
を含み、
前記ゲート電極は前記開口部より大きい、有機薄膜トランジスタ表示板。 - 前記有機半導体及び前記ゲート絶縁部材は、溶解性物質を含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記有機半導体及び前記ゲート絶縁部材の厚さの合計は、前記隔壁の厚さよりも薄い、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ゲート電極は、前記有機半導体及び前記ゲート絶縁部材を完全に覆う、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記データ線及び前記ソース電極は、それぞれ異なる物質で形成されている、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ドレイン電極は、導電性酸化物を含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、ITOまたはIZOを含む、請求項6に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記隔壁は、前記ドレイン電極の一部を露出する接触孔を含み、
前記接触孔を通じて前記ドレイン電極に接続されている画素電極をさらに含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。 - 前記ゲート線上に形成されている保護膜をさらに含む、請求項8に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記画素電極は、前記保護膜上に形成される、請求項9に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記データ線と同一層に形成されている維持電極をさらに含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ドレイン電極は、前記維持電極と少なくとも一部が重畳する部分を含む、請求項11に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ドレイン電極及び前記維持電極の間に形成されている層間絶縁膜をさらに含む、請求項12に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記有機半導体の下部に位置する光遮断膜をさらに含む、請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ゲート絶縁部材は、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。
- 基板上にデータ線を形成する段階と、
前記データ線上に層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜上に前記データ線に接続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形成する段階と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上面を覆うとともに、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開口部及び接触孔を備える隔壁を形成する段階と、
前記開口部に有機半導体を滴下する段階と、
前記有機半導体上に有機絶縁物質を滴下して、ゲート絶縁部材を形成する段階と、
前記ゲート絶縁部材及び前記隔壁上にゲート電極を含むゲート線を形成する段階と、
前記接触孔を通じて前記ドレイン電極に接続されている画素電極を形成する段階と、
を含み、
前記ゲート電極は前記開口部より大きい、有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法。 - 前記有機半導体を滴下する段階及び前記ゲート絶縁部材を形成する段階は、インクジェット印刷方法で行う、請求項16に記載の有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記有機半導体を滴下する段階の後に、乾燥する段階をさらに含む、請求項17に記載の有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記ゲート線を形成する段階の後に、保護膜を形成する段階をさらに含む、請求項16に記載の有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
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