КОНФИГУРАЦИЯ СМЕЩЕННОГО ВЕРХНЕГО ПИКСЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА Российский патент 2013 года по МПК H01L27/32 G02F1/13 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к электронному прибору, включающему в себя смещенный пиксельный электрод; в частности, к многослойному прибору-транзистору, включающему в себя смещенный пиксельный электрод.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с предшествующим уровнем техники хорошо известны дисплеи с многослойной активной матрицей. Традиционные тонкопленочные транзисторы (TFT) типично изготавливают с помощью неорганического кремния, например, аморфного кремния или поликристаллического кремния. Процессы на основе кремния требуют сочетания стадий вакуумного осаждения и субтрактивного фотолитографического формирования рисунка, приводя к дорогому основному оборудованию, материалам и высокой стоимости производства. Самой распространенной технологией дисплеев с активной матрицей является жидкокристаллический дисплей (LCD) на тонкопленочных транзисторах, область применения которого варьируется от устройств PDA (персонального карманного компьютера) и ноутбука до телевизоров с плоским экраном. Дисплеи с активной матрицей используют также в сочетании с эффектами всплывающего экрана, такими как органические светодиоды (OLED) и электронная бумага. Во многих традиционных конфигурациях пикселей наличие пиксельного конденсатора снижает апертурный коэффициент.

Среди дисплеев с активной матрицей, где напряжением или током пикселя управляют с помощью одного или более транзисторов, доминирует конструкция дисплеев с плоской панелью. Одним из ключевых элементов пикселя дисплея с активной матрицей является пиксельный конденсатор, формируемый между каждым из пиксельных электродов и соединительной шиной с фиксированным потенциалом. Соединительная шина может быть отдельной металлической шиной, поддерживаемой при фиксированном потенциале (обычно потенциале земли) в ходе адресации активной матрицы, или же она может быть адресной шиной затвора соседнего (N-1)-го или (N+1)-го TFT, которая поддерживается при фиксированном потенциале в то время, как обращаются к адресной шине N-го затвора. Такая конфигурация является наиболее общей, поскольку она не требует третьего дополнительного набора междсоединительных шин, проходящих поперек дисплея, как имело бы место там, где существует отдельная линия шины.

Изготовление дисплеев с активной матрицей способами печати на основе растворов предлагает много потенциальных преимуществ по сравнению с традиционными способами изготовления. В принципе, способы печати на основе растворов являются экологически благоприятными, низкотемпературными, совместимыми с гибкими подложками, экономически эффективными и выигрышными для малых тиражей и дисплеев больших размеров. Однако изготовление дисплеев высокого разрешения способами печати является сложной задачей. При использовании таких способов печати, как аддитивная струйная печать, трафаретная печать и офсетная печать, или субтрактивных способов прямого формирования рисунка лазерной абляцией трудно изготовить металлические соединительные шины с шириной менее 50-100 мкм из-за трудностей, связанных с доставкой маленьких объемов жидкости. Более того, многие пригодные для печати проводники, такие как проводящие полимеры или коллоидные металлы, обладают значительно более низкими проводимостями, чем массивные медь или серебро, поэтому требуя толстых и широких соединительных шин для достижения равномерной проводимости по большой активной матрице. Следовательно, при использовании традиционных архитектур дисплея печатные компоненты могут иметь тенденцию к увеличению, что приводит к дисплеям с активной матрицей с низкими апертурными коэффициентами. Фигура 2 показывает известную многослойную структуру со сплошным верхним пиксельным электродом, нанесенным поверх электрода затвора.

Одна проблема, которая делится между традиционной TFT технологией и подобной технологией полупроводниковых печатных TFT на основе полимеров, состоит в ограниченной площади дисплея, в которой тонкопленочный транзистор, затворная шина, пиксельный конденсатор и сам пиксель конкурируют друг с другом за пространство. Это может приводить к снижению апертурного коэффициента и, следовательно, качества дисплея. Апертурный коэффициент дисплея определяют как площадь пиксельного электрода, деленную на занимаемую пикселем площадь. Поскольку пиксельный электрод является конкурентом за пространство в занимаемой пикселем площади, предпочтительно использовать многоуровневую структуру, где пиксельный электрод образован на слое, отличном от соединительной шины и шины данных. При изготовлении такого электрода выгодно использовать органический проводник, поскольку его можно подвергнуть обработке из раствора, что облегчает процесс заполнения сквозных отверстий и обеспечивает низкую стоимость процедур нанесения. Схематически архитектура предыдущего уровня техники показана на Фигурах с 1 по 3.

В нашей заявке на патент PCT/GB2006/050078 раскрыта четырех- или пятислойная структура архитектуры, в которой пиксельный конденсатор может быть образован одним из двух электродов пиксельного конденсатора, являющимся квазинепрерывным. В таком случае электрическая емкость пикселя становится более невосприимчивой к определенной позиции другого электрода. Это может быть достигнуто, например, проведением симметричной шины общего электрода (COM) с заданной шириной шины, меньшей, чем шаг пикселя, позади пиксельного электрода. Правильная емкость пикселя может быть настроена с помощью электрической емкости (толщины и диэлектрической постоянной диэлектрика 8 пиксельного конденсатора). Даже для большой ширины шины может быть достигнута, если требуется, маленькая емкость пикселя за счет выбора сравнительно толстого пиксельного диэлектрика. В такой структуре величина электрической емкости пикселя не зависит от точного местоположения шины COM позади пиксельного электрода, поскольку шина COM проходит полностью под пиксельным электродом, а не начинает перекрываться с соседним пиксельным электродом. За счет выбора соответствующей толщины диэлектрика между шиной COM и слоями TFT любой вклад в емкость пикселя из-за перекрытия шины COM с электродом затвора TFT в первом слое является незначительным. Это приводит к весьма одинаковой величине емкости пикселя по матрице пикселей, что является важным требованием для дисплеев серой шкалы.

Объект настоящего изобретения относится к электронному прибору, включающему в себя смещенный пиксельный электрод, с помощью которого достигается повышенная диффузионная емкость.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту этого изобретения предусмотрена многослойная электронная структура, содержащая подложку, несущую по меньшей мере три проводящих слоя, причем смежные из упомянутых проводящих слоев разделены диэлектрическим слоем, первый из упомянутых проводящих слоев образует электроды стока и истока тонкопленочного транзистора (TFT) для управления пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей, промежуточный второй из упомянутых проводящих слоев образует электрод затвора упомянутого транзистора и первую обкладку конденсатора для хранения заряда с целью поддержания электрического состояния упомянутого пикселя активной матрицы, а третий из упомянутых проводящих слоев образует вторую обкладку упомянутого конденсатора, при этом упомянутая вторая обкладка расположена в плане так, что она смещена в вертикальном направлении от упомянутого электрода затвора, и так, что она перекрывается в вертикальном направлении с упомянутой первой обкладкой и по меньшей мере электродом затвора другого тонкопленочного транзистора для управления соседним пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей.

В вариантах воплощения такое расположение второй обкладки конденсатора в смещенной конфигурации так, чтобы перекрывать первую обкладку (электрод COM) конденсатора, а также электрод затвора соседнего прибора, обеспечивает улучшенные рабочие характеристики прибора. Это происходит в результате снижения вклада, вносимого в паразитную емкость между верхним пиксельным электродом и электродом затвора, обеспечивая снижение толщины диэлектрика верхнего пикселя вместе с сопутствующим увеличением диффузионной емкости. Это оказывает выгодный эффект обеспечения возможности совокупного увеличения отношения диффузионной емкости к паразитной емкости и тем самым снижения бросков обратного напряжения из-за низкого тока включения тонкопленочных транзисторов, управляющих носителями данных на “электронной бумаге” (e-paper).

Предпочтительно, структура включает в себя сквозное отверстие, соединяющее электрод затвора со второй обкладкой конденсатора для зарядки при активировании TFT. В предпочтительном варианте воплощения сквозное отверстие подсоединено к стоку посредством связанной с ним контактной площадки стока, и, в частности, как можно более по центру и далеко от краев. Таким образом, во время изготовления снижается риск случайного позиционирования сквозного отверстия частично или полностью вне контактной площадки стока. В проводящем слое, который не должен быть соединен с этим сквозным отверстием (слое, образующем электрод затвора и первую обкладку конденсатора), может быть сформирован рисунок для исключения сквозного отверстия, предпочтительно так, что сквозное отверстие проходит через первую обкладку конденсатора.

В некоторых предпочтительных вариантах воплощения диэлектрический слой затвора содержит множественные диэлектрические слои, например, двухслойную структуру, включающую слой с более низкой диэлектрической постоянной на границе раздела полупроводникового слоя и следующий слой с более высокой диэлектрической постоянной. Предпочтительно, по меньшей мере некоторые из этих слоев содержат органический, в частности, полимерный материал, такой как полимерный полупроводящий и/или проводящий материал (здесь ссылки на органические материалы включают металлоорганические материалы).

При введении в структуру управления пикселем дисплея с активной матрицей, предпочтительно, первая обкладка образует общую линию шины дисплея, например, соединительную шину, поддерживаемую при фиксированном потенциале, таком как потенциал земли, или адресную шину, такую как адресная шина затвора соседнего тонкопленочного транзистора. Предпочтительно, вторая обкладка конденсатора образует пиксельный управляющий электрод для подачи напряжения/тока к электролюминесцентному материалу. Такая структура помогает обеспечить повышенный апертурный коэффициент, а также обеспечивает определенный допуск на совмещение между различными слоями структуры.

Многочисленные структуры управления пикселем могут образовывать дисплей с активной матрицей, в котором линии структур управления пикселем чередуют с шинами истока, которые обеспечивают дисплей сигнальными данными, и в котором вторая обкладка конденсатора структуры управления пикселем перекрывает электрод затвора тонкопленочного транзистора соседней структуры управления пикселем в данной шине. Вторая обкладка шины структур управления пикселем может перекрываться со смежной шиной истока, тем самым обеспечивая некоторый дополнительный допуск на совмещение между разными слоями структуры, что облегчает процесс изготовления дисплея.

В связанном аспекте этого изобретения предусмотрен способ изготовления многослойной электронной структуры на подложке, включающий в себя: нанесение и формирование рисунка первого проводящего слоя поверх упомянутой подложки с образованием электродов истока и стока тонкопленочного транзистора для управления пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей; нанесение органического полупроводящего слоя поверх упомянутого первого проводящего слоя; нанесение первого диэлектрического слоя поверх упомянутого органического полупроводящего слоя; нанесение и формирование рисунка первой части второго проводящего слоя поверх упомянутого первого диэлектрического слоя с образованием электрода затвора упомянутого тонкопленочного транзистора; нанесение и формирование рисунка второй части упомянутого второго проводящего слоя практически копланарно с упомянутой первой частью с образованием первой обкладки конденсатора для хранения заряда с целью поддержания электрического состояния упомянутого пикселя активной матрицы; нанесение второго диэлектрического слоя поверх упомянутого второго проводящего слоя; нанесение и формирование рисунка третьего проводящего слоя поверх упомянутого второго диэлектрического слоя с образованием второй обкладки упомянутого конденсатора; при этом упомянутую вторую обкладку позиционируют в плане так, что она смещена в вертикальном направлении от упомянутого электрода затвора, и так, что она перекрывается в вертикальном направлении с упомянутой первой обкладкой и по меньшей мере электродом затвора другого тонкопленочного транзистора для управления соседним пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей.

Слои могут быть нанесены с использованием технологий обработки раствором, таких как нанесение покрытия центрифугированием и струйная печать, хотя, альтернативно, один или более из этих слоев могут быть нанесены с помощью процессов испарения или распыления (evaporation or sputtering). Дополнительно предусмотрен способ изготовления дисплея с активной матрицей с применением вышеописанного способа для изготовления структуры драйвера для практически каждого из пикселей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для того чтобы помочь понять изобретение, теперь будет описан конкретный вариант его воплощения в качестве примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фигура 1 показывает известный способ формирования структуры транзистора;

Фигура 2 показывает схематичный вид сбоку архитектуры со сплошным верхним пиксельным электродом по уровню техники без смещения, то есть верхним пиксельным электродом, перекрывающим электрод затвора;

Фигура 3 показывает схематичный вид сверху архитектуры со сплошным верхним пиксельным электродом по уровню техники без смещения, то есть верхним пиксельным электродом, одновременно перекрывающим как электрод затвора, так и общий электрод адресуемого прибора;

Фигура 4 иллюстрирует схематичный вид сбоку архитектуры, включающей в себя вариант воплощения многослойной электронной структуры, имеющей в своем составе смещенный верхний пиксельный электрод по изобретению, а также детализацию соседнего прибора-транзистора;

Фигура 5 иллюстрирует схематичный вид сверху архитектуры, включающей в себя структуры управления пикселем, включающие в себя вариант воплощения многослойной электронной структуры, имеющей в своем составе смещенный верхний пиксельный электрод по изобретению, причем этот верхний пиксельный электрод позиционирован горизонтально перекрывающим левую шину истока;

Фигура 6 иллюстрирует схематичный вид сверху архитектуры, включающей в себя структуры управления пикселем, включающие в себя вариант воплощения многослойной электронной структуры, имеющей в своем составе смещенный верхний пиксельный электрод, причем этот верхний пиксельный электрод позиционирован горизонтально перекрывающим правую шину истока;

Фигура 7 показывает схематичный вид сверху архитектуры, включающей в себя структуры управления пикселем, включающие в себя вариант воплощения многослойной электронной структуры, имеющей в своем составе смещенный верхний пиксельный электрод, причем этот верхний пиксельный электрод позиционирован горизонтально перекрывающим левую шину истока, при этом сквозное отверстие помещено по центру в пределах контактной площадки стока и шины COM.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Первый вариант воплощения настоящего изобретения описывается теперь подробно со ссылкой на Фигуру 4. Подложку 1 покрывают тонким слоем проводящего материала. Подложка может быть либо стеклом, либо полимерной пленкой. В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения изобретения подложкой является пластмассовая подложка, такая как пленка полиэтилентерефталата (PET) или полиэтиленнафталата (PEN). Первый проводящий слой 2,3 является предпочтительно металлическим слоем, а наиболее предпочтительно, слоем неорганического металла, такого как золото, который обладает хорошей адгезией к подложке и электрически совместим с выбранным полупроводником или любым сочетанием металлов для достижения таких эффектов. В промежутке между слоем металлического материала и подложкой может быть нанесена двухслойная структура, включающая затравочный или адгезионный слой. Альтернативно, может быть использован проводящий полимер, такой как PEDOT/PSS. Проводящий материал предпочтительно наносят с использованием технологий обработки раствором, таких как, но не ограничиваясь ими, нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия погружение, нанесение покрытия ракелем, нанесение покрытия с удалением излишков планкой, нанесение покрытия шлицевой головкой или нанесение покрытия распылением, струйная, глубокая, офсетная или трафаретная печать. Для нанесения металлического слоя можно также использовать такой метод, как испарение или распыление (evaporation or sputtering), но не ограничиваться ими. Первый проводящий слой обычно подвергается формированию рисунка и может образовывать, например, электроды 2, 3 истока и стока или электрод затвора (в случае прибора с нижним затвором) прибора-транзистора. Формирование рисунка может быть достигнуто с помощью такого процесса, как фотолитография, лазерная абляция, непосредственное формирование рисунка (прямая печать), но не ограничивается ими. Другие способы, которые могут быть использованы, включают напыление через теневую маску или другие способы печати и травления.

Затем поверх первого проводящего слоя наносят последовательность дополнительных проводящих, диэлектрических и полупроводящих слоев.

Например, в случае прибора-транзистора в конфигурации с верхним затвором, как только сформирован рисунок металлического слоя с образованием электродов 2, 3 истока и стока, поверх подложки наносят слой полупроводящего материала 4. Полупроводящим материалом может быть полупроводящий полимер, такой как производное политриариламина, полифлуорена или политиофена. Для нанесения полупроводящего материала можно использовать широкий ряд способов печати на подложку, включая, но не ограничиваясь ими, струйную печать, мягкую литографическую печать (J.A. Rogers и др., Appl. Phys. Lett. 75, 1010 (1999); S. Brittain и др., Physics World, Май 1998, стр. 31), трафаретную печать (Z. Bao, и др., Chem. Mat. 9, 12999 (1997)) и фотолитографическое формирование рисунка (смотри WO 99/10939), офсетную печать, нанесение покрытия ракелем или окунанием, нанесение покрытия завесой, нанесение покрытия, образуемого при контактировании мениска наносимого материала в жидком состоянии на верхнюю часть подложки (meniscus coating), нанесение покрытия распылением или нанесение покрытия экструзией, нанесение покрытия центрифугированием. Типичная толщина полупроводящего слоя составляет порядка 50-100 нм после испарения растворителя. Помимо этого, можно также использовать испарительный процесс. Предпочтительной технологией является струйная печать, с помощью которой также можно формировать рисунок полупроводящего слоя. Если слой получают струйной печатью, можно использовать минимальное количество полупроводникового материала, что является выгодным как с экологической, так и с экономической точки зрения. Предпочтительно, рисунок полупроводникового слоя формируют для того, чтобы предотвратить ток утечки между смежными приборами.

Затем поверх полупроводящего слоя может быть нанесен слой диэлектрического материала 5 затвора или последовательность диэлектрических слоев. Могут быть использованы такие материалы, как полиизобутилен, полиметилметакрилат, полистирол или поливинилфенол. Диэлектрический материал может быть нанесен в виде сплошного слоя такими методами, как нанесение покрытия распылением или ракелем, но не ограничиваясь ими. Однако, предпочтительно, используют метод нанесения покрытия центрифугированием. Типичная толщина диэлектрического слоя затвора находится между 150-1000 нм. Рабочие характеристики прибора определяет граница раздела полупроводниковый слой/диэлектрический слой. Диэлектриком может быть либо отдельный слой, либо последовательность нескольких слоев. В соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения диэлектриком является двойной слой с диэлектриком с низкой k (диэлектрической постоянной) в контакте с полупроводящим слоем и нанесенным сверху материалом с высокой k. Помимо этого, диэлектрический(е) слой(и) следует выбирать таким образом, чтобы позволить с легкостью нанести соединительную шину затвора поверх диэлектрического(их) слоя(ев). Этого можно достичь с помощью нанесения дополнительного диэлектрического слоя, действующего в качестве смачивающего слоя, поверх диэлектрического материала с высокой k.

После нанесения слоя диэлектрического материала следует нанесение соединительной шины 6, 14 затвора. Соединительная шина затвора может содержать проводящий полимер, такой как полиэтилендиокситиофен, легированный полистиролсульфоновой кислотой (PEDOT/PSS). Однако, электрод затвора является предпочтительно металлическим материалом с высокой электропроводностью, таким как золото или медь, а наиболее предпочтительно, пригодной для печати жидкостью, содержащей наночастицы серебра или золота, которую можно нанести множеством различных средств. Электрод затвора наносят и формируют его рисунок с использованием таких методов, как распыление, фотолитография или формирование рисунка лазером, или наносят и формируют рисунок методами обработки раствором, такими как нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия погружением, нанесение покрытия ракелем, нанесение покрытия с удалением излишков планкой, нанесение покрытия шлицевой головкой, глубокая, офсетная или трафаретная печать. Предпочтительно, электрод затвора наносят с помощью струйной печати. Смачивающий слой электрода затвора, такой как слой поливинилфенола, может быть нанесен на подложку перед печатанием металлическими чернилами.

Электропроводность соединительной шины 6 затвора должна быть достаточно высокой для того, чтобы управлять дисплеем. Нанесенные соединительные шины затвора, созданные с помощью такого процесса, обычно требуют проведения процесса отжига для улучшения электропроводности или преобразования непроводящих чернил в проводящее состояние. Такой процесс отжига предпочтительно осуществляют лучом ИК лазера. Однако, в зависимости от чернил, которые используют для проводящего слоя, можно также использовать ультрафиолетовое излучение или термический отжиг.

Как проиллюстрировано на Фигуре 4, общий электрод (COM) 7, 14 наносят в копланарном соответствии (в одной плоскости) с электродом затвора. Этот электропроводящий слой должен демонстрировать достаточную электропроводность для того, чтобы компенсировать любые колебания напряжения, когда переключают соединительную шину затвора. Желательным требованием является исключение зоны сквозного отверстия 9 в области пиксельного электрода, такого как сквозное отверстие диаметром приблизительно 15 мкм (в зависимости от используемого процесса формирования межсоединения в сквозном отверстии) для пикселя 250 мкм на 250 мкм в дисплее с разрешением ~100 пикселей/дюйм. Дополнительным желательным требованием для нанесения общего электрода является исключение затворной шины.

К пакету слоев, показанному на Фигуре 4, затем добавляют верхний диэлектрический слой 8. Предпочтительно, верхний диэлектрический слой является диэлектрическим органическим материалом или слоем органическо-неорганического гибридного диэлектрического материала. Слоем диэлектрического материала может быть, например, слой нанесенного химическим осаждением из паровой фазы парилена. Альтернативно, на этой стадии может быть нанесено некоторое число слоев диэлектрического материала, включая слои материала, такого как нанесенный из раствора полистирол или PMMA (полиметилметакрилат). Эти слои диэлектрического материала могут быть нанесены с помощью любых способов нанесения покрытия на большие участки, таких как, но не ограничиваясь ими, нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия распылением или нанесение покрытия ракелем. Толщина слоя находится предпочтительно в интервале 0,1-20 мкм, а наиболее предпочтительно - в интервале от 2 до 5 мкм.

Этот слой (слои) обеспечивает электрическую изоляцию для предотвращения короткого замыкания слоя COM и копланарных соединительных шин затвора с вышеупомянутым верхним электродом. Этот верхний диэлектрический слой (слои) должен быть достаточно толстым для того, чтобы уменьшить любую емкостную связь между соединительной шиной затвора/верхним пиксельным электродом и верхним пиксельным электродом, или для того, чтобы обеспечить подходящую диэлектрическую постоянную. Материал диэлектрического слоя может быть модифицирован для того, чтобы обеспечить формирование рисунка, такими способами, как введение в материал поглощающей ИК-лучи химической составляющей, с последующей лазерной абляцией материала. Диэлектрический слой может также быть настроен или выбран таким образом, что он обладает адгезионными свойствами, что позволяет легко наносить слой вышележащего электрода и дополнительно позволяет слою COM прилипать к нижележащим слоям.

Как дополнительно проиллюстрировано на Фигуре 4, затем формируют сквозное отверстие 9 сквозь слои прибора для соединения верхнего слоя проводящего материала с проводящей контактной площадкой переходного отверстия на первом слое прибора, таким образом соединяя верхний слой пикселя с высоким апертурным коэффициентом с нижележащим электродом стока транзистора. Такое соединение позволяет заряжать верхний пиксельный электрод, когда TFT активирован. Сквозное отверстие предпочтительно формируют с использованием эксимерного лазера для сверления сквозь нижележащие полимерные слои. Тем не менее, другие известные из уровня техники способы формирования сквозного отверстия включают механическую пробивку сквозного отверстия сквозь нижележащие слои или способ локального нанесения растворителя (смотри, например, нашу заявку на патент PCT/GB00/04942).

В уровне техники затем наносят верхний пиксельный электрод, как это показано на Фигуре 2, так чтобы перекрыть электрод затвора и COM-электрод. Для такой конфигурации требуется толстый пиксельный диэлектрический слой 8 из-за вредной электрической емкости сток-затвор (C_dg).

Однако в настоящем изобретении верхний пиксельный электрод наносят в смещенной конфигурации, так чтобы перекрыть COM-электрод данного прибора, но также и электрод затвора соседнего прибора, как изложено ниже и изображено на Фигуре 4 и 5. Для того чтобы получить повышенную величину диффузионной емкости, выгодно, чтобы верхний пиксельный электрод перекрывался с COM-электродом, но не с электродом затвора того прибора, которым управляют (который возбуждают). Следовательно, верхний пиксельный электрод перекрывается с электродом затвора соседнего прибора, для того чтобы максимизировать величину диффузионной емкости и минимизировать емкость перекрытия электрода затвора с электродом стока. Следовательно, в данном случае, верхний проводящий слой прибора окончательно наносят поверх нижележащего многослойного пакета в виде слоя 10, 12 и 15 верхнего пиксельного электрода.

ПРИМЕР 1: Смещенный пиксельный электрод для создания перекрытия между верхним пиксельным электродом и нижележащим COM-электродом и соседним электродом затвора, с тем чтобы повысить диффузионную емкость

Целью настоящего изобретения является предоставление тонкопленочного прибора-транзистора, включающего в себя архитектуру, приводящую к высокому апертурному коэффициенту и, предпочтительно, обеспечивающую хорошую емкость пикселя и низкое C_dg (т.е. обратное напряжение). Примерные архитектуры многослойной электронной структуры и структур управления пикселем можно видеть на Фигурах 4 и 5 соответственно.

Со ссылкой на эти фигуры, многослойный пакет может быть нанесен так, как описано выше и детализировано на Фигурах 1 и 2, вплоть до нанесения верхнего пиксельного электрода. Как можно видеть на Фигуре 2, известные архитектурные структуры матрицы транзисторов задуманы таким образом, что верхний пиксельный электрод 24 формируют так, чтобы перекрывать и COM-электрод 7, и электрод 6 затвора того прибора, которым управляют.

В настоящем изобретении верхний пиксельный электрод наносят поверх многослойного пакета с образованием новой конфигурации, как проиллюстрировано на Фигурах 4 и 5. Данная новая конструкция архитектуры предусматривает верхний пиксельный электрод 12, который перекрывает как COM-электрод 7 данного прибора, так и электрод 13 затвора соседнего прибора. Зазор структурирован для формирования смежных верхних пиксельных электродов так, что этот зазор может быть совмещен с зазором между электродом затвора данного прибора и COM-электродом данного прибора, несмотря на то, что на практике может быть более удобно делать последний зазор более широким из-за проблем, связанных со средами отображения. Тогда верхний пиксельный электрод перекрывается с COM-электродом данного прибора и электродом затвора соседнего прибора. Такая структура архитектуры достигает увеличенной диффузионной емкости (C_диф.), как между стоком и общим электродом, так и между общим электродом и верхним пиксельным электродом. Это также будет приводить к минимизированию вредной емкости сток-затвор (C_dg). Такое преимущество полностью изложено ниже. Следовательно, конфигурация, показанная на Фигуре 4, обеспечивает уменьшенную толщину диэлектрика, поскольку практически не происходит вклада в паразитную емкость сток-затвор (C_dg) со стороны верхнего пикселя. Увеличение толщины диэлектрика верхнего пикселя и/или уменьшение C_диф. может улучшить соотношение C_диф./C_dg.

Фигура 4 показывает два соседних прибора матрицы транзисторов. Верхний пиксельный электрод был нанесен в смещенной конфигурации по сравнению с уровнем техники, который показан на Фигуре 2. Фигура 4 иллюстрирует, что в настоящем изобретении верхний пиксельный электрод перекрывается с COM-электродом (Cn) 7 первого прибора (Прибор 1) и электродом затвора (G_n+1) 13 соседнего прибора (Прибор 2). Такая новая архитектура матрицы приборов была получена в результате сдвига в положении верхнего пиксельного электрода в направлении соседнего прибора. Такая новая конфигурация является выгодной для рабочих характеристик каждого прибора, как это описано ниже более подробно.

Для того чтобы достичь вышеописанной конфигурации, выгодно, чтобы рисунок верхнего пиксельного электрода был сформирован так, как изложено ниже. Формирование рисунка слоя верхнего пиксельного электрода формирует электроды и обеспечивает электрический разрыв (или зазор) в верхнем пиксельном электроде между приборами внутри матрицы. Предпочтительно, формирование рисунка верхнего пиксельного электрода может быть достигнуто с помощью метода формирования рисунка селективной лазерной абляцией (SLAP), но могут быть также использованы и другие способы формирования рисунка. Альтернативные методу SLAP методы нанесения и формирования рисунка верхнего пиксельного электрода включают методы обработки раствором, такие как, но не ограничиваясь ими, нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия погружением, нанесение покрытия ракелем, нанесение покрытия с удалением излишков планкой, нанесение покрытия шлицевой головкой, нанесение покрытия распылением, струйная, глубокая, офсетная или трафаретная печать. Дополнительно можно использовать способы вакуумного осаждения, такие как испарение или распыление, с последующим фотолитографическим формированием рисунка или другими субтрактивными методами формирования рисунка. Предпочтительный метод SLAP раскрыт в нашей заявке на патент PCT/GB06/050133, полное содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки. SLAP предусматривает способ получения пиксельного электрода, который ограничен изоляцией проводящих контактных площадок электрода на поверхности полимера. SLAP позволяет формировать рисунок посредством лазерной абляции металлических слоев на верхних слоях прибора без излучения, вызывающего повреждение нижних, лежащих под ними слоев. В нем применяют короткоимпульсные лазеры для изготовления структур тонкопленочного транзистора (TFT). Такой метод, включающий лазерную абляцию, использует единичный импульс короткоимпульсного лазера на одну область получаемого изображения для формирования рисунка слоев металлического материала поверх лежащих под ними слоев с тем, чтобы получить тонкие поверхностные элементы TFT-прибора. Компенсации искажений при методе SLAP добиваются регулированием относительного положения отдельных облучаемых участков относительно друг друга для того, чтобы сохранять точное совмещение сформированного с помощью лазера рисунка верхнего слоя с ранее сформированным рисунком нижнего слоя, и трассировкой схемы таким образом, что в тех участках перекрытия, где происходит многократное облучение, не было повреждений вниз до функциональных слоев, в частности межсоединений (смотри, например, нашу заявку на патент PCT/GB06/050133).

В рамках архитектуры уровня техники известно, что диффузионная емкость C_диф. получается в результате перекрытия между COM-электродом и электродом стока. Эффект смещенного верхнего пиксельного электрода состоит в увеличении общей диффузионной емкости, вызванной перекрытием между верхним пиксельным электродом и COM-электродом, а также между верхним пиксельным электродом и затвором (C_n-1). Дополнительно, паразитная емкость между электродом затвора и электродом стока остается неизменной. Паразитная емкость между верхним пиксельным электродом и электродом затвора, однако, снижается. В настоящем изобретении, где верхний пиксельный электрод смещен, диффузионная емкость (С_диф.) может быть увеличена за счет снижения толщины диэлектрика верхнего пикселя. Это имеет положительный эффект увеличения общего отношения емкостей C_диф./С_{паразитн.}, обеспечивая, таким образом, хорошую общую емкость пикселя и пониженный бросок обратного напряжения и разброс. Диэлектрический слой верхнего пикселя может поэтому быть настроен для максимизации C_диф. без увеличения C_{паразитн.}

ПРИМЕР 2: Допущение горизонтального перемещения для формирования перекрытия с любыми соседними шинами истока (S_n или S_n+1)

Вариант воплощения настоящего изобретения предусматривает тонкопленочный прибор-транзистор, включающий в себя вышеупомянутую выгодную архитектуру (Фигуры 4 и 5), с описанным преимуществом обеспечения дополнительной гибкости в горизонтальном позиционировании верхнего пиксельного электрода, как показано на Фигуре 6.

Фигура 6 иллюстрирует, что верхний пиксельный электрод может быть нанесен так, чтобы в равной степени перекрываться с любой из соседних шин истока. Например, для транзисторов в левом ряду Фигуры 6 относящиеся к ним верхние пиксельные электроды перекрываются с правой шиной 20а истока (S_n+1). На фигуре 6 верхний пиксельный электрод показан перекрывающимся с левой шиной 20b истока (S_n) с таким же электрическим эффектом.

Эта дополнительная гибкость в позиционировании верхнего пиксельного электрода дополнительно позволяет облегчить применение такой архитектуры прибора и способа получения в процессе промышленного изготовления.

ПРИМЕР 3: Смещенный пиксельный электрод, в котором межсоединение в сквозном отверстии помещено по центру в пределах пиксельного электрода

Для того чтобы дополнительно снизить риск ненадежного воспроизведения межсоединений в сквозных отверстиях от прибора к прибору, целесообразно идентифицировать подходящее для сквозного отверстия положение в пределах контактной площадки стока, которая имеет наиболее воспроизводимые характеристики.

Фигура 7 иллюстрирует конфигурацию прибора, которое имеет в своем составе межсоединение в сквозном отверстии в углу контактной площадки стока. Желательно формирование шины COM с по меньшей мере частью вырезанной шины COM 16 для того, чтобы сделать возможным формирование сквозного отверстия 17. Вырезанная шина COM 16 повышает локальную напряженность поля при зарядке, приводя к возможным проблемам с электромиграций и проблемам вызванного полем повреждения диэлектрика. Такая конфигурация несет в себе риск проблем как с надежностью, так и с совмещением. В частности, обеспечение того, что процесс получения межсоединения в сквозном отверстии приведет к образованию межсоединения в сквозном отверстии на самой контактной площадке стока, может быть сложной задачей, и шанс формирования межсоединения в сквозном отверстии по меньшей мере частично вне контактной площадки стока высок, со связанными с этим рисками, касающимися выхода годной продукции. Следовательно, позиционирование межсоединения в сквозном отверстии более близко к середине на контактной площадке стока, вдали от кромок контактной площадки стока, является предпочтительным для дополнительного предотвращения риска того, что межсоединение в сквозном отверстии будет расположено (частично или целиком) вне контактной площадки стока. Однако это имеет тот дополнительный недостаток, что возможно потребуется сформировать COM-электрод так, что большую его часть вырезают с тем, чтобы допустить размещение межсоединения в сквозном отверстии. Шину COM возможно понадобиться разрезать и разместить вокруг межсоединения в сквозном отверстии для того, чтобы обеспечить отсутствие короткого замыкания шины COM с нижележащей контактной площадки стока. Однако, чем больше та часть шины COM, которую вырезают или удаляют из отображения линейной шины COM, тем больше снижение результирующей емкости COM-электрод/электрод стока.

Фигура 7 показывает предпочтительное расположение сквозного отверстия на контактной площадке стока. Межсоединение 22 в сквозном отверстии размещено по центру на контактной площадке стока для того, чтобы гарантировать максимально увеличенную надежность размещения сквозного отверстия в заданном положении.

В этом случае рисунок COM-электрода формируют так, чтобы избегать положения сквозного отверстия пикселя с тем, чтобы обеспечить отсутствие коротких замыканий между контактной площадкой стока и COM-электродом. При этом из COM-электрода исключена приблизительно круговая часть 21 вокруг межсоединения 22 в сквозном отверстии (как показано на Фигуре 7).

Настоящее изобретение не ограничено приведенными выше примерами. Аспекты настоящего изобретения включают все новые и/или изобретательские аспекты описанных здесь идей или все новые и/или изобретательские сочетания описанных здесь признаков.

Настоящим заявитель раскрывает по отдельности каждый отдельный признак, описанный здесь, и любое сочетание двух или более таких признаков, в той мере, что такие признаки или сочетания в целом осуществимы на основе настоящего описания изобретения в свете общеизвестных знаний специалиста в данной области техники, независимо от того, будут ли такие признаки или сочетания признаков решать любые раскрытые здесь проблемы, и без ограничения объема притязаний формулы изобретения. Заявитель указывает, что аспекты настоящего изобретения могут состоять из любого такого признака или сочетания признаков. Принимая во внимание предшествующее описание, специалисту в данной области техники будет очевидно, что могут быть выполнены различные модификации в рамках объема изобретения.

Настоящее изобретение относится к электронному прибору, включающему в себя смещенный пиксельный электрод. Такая конфигурация обеспечивает улучшенные рабочие характеристики прибора, такие как большая диффузионная емкость. В многослойной электронной структуре, содержащей подложку, несущую по меньшей мере три проводящих слоя, причем смежные из упомянутых проводящих слоев разделены диэлектрическим слоем, первый из упомянутых проводящих слоев образует электроды стока и истока тонкопленочного транзистора (TFT) для управления пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей, промежуточный второй из упомянутых проводящих слоев образует электрод затвора упомянутого транзистора и первую обкладку конденсатора для хранения заряда с целью поддержания электрического состояния упомянутого пикселя активной матрицы, а третий из упомянутых проводящих слоев образует пиксельный электрод в качестве второй обкладки упомянутого конденсатора, при этом упомянутый пиксельный электрод помещен в плане так, что он смещен в вертикальном направлении от упомянутого электрода затвора и перекрывается в вертикальном направлении с упомянутой первой обкладкой и по меньшей мере электродом затвора другого тонкопленочного транзистора для управления соседним пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Многослойная электронная структура, содержащая: подложку, несущую по меньшей мере три проводящих слоя, причем смежные из упомянутых проводящих слоев разделены диэлектрическим слоем, первый из упомянутых проводящих слоев образует электроды стока и истока тонкопленочного транзистора (TFT) для управления пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей, промежуточный второй из упомянутых проводящих слоев образует электрод затвора упомянутого транзистора и первую обкладку конденсатора для хранения заряда с целью поддержания электрического состояния упомянутого пикселя активной матрицы, а третий из упомянутых проводящих слоев образует пиксельный электрод в качестве второй обкладки упомянутого конденсатора, при этом упомянутый пиксельный электрод помещен в плане так, что он смещен в вертикальном направлении от упомянутого электрода затвора, и так, что он перекрывается в вертикальном направлении с упомянутой первой обкладкой и по меньшей мере электродом затвора другого тонкопленочного транзистора для управления соседним пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей.

2. Многослойная электронная структура по п.1, дополнительно содержащая сквозное соединение между упомянутой второй обкладкой и контактной площадкой стока, связанной с упомянутым стоком, причем упомянутое сквозное соединение соединено практически по центру с поверхностью упомянутой контактной площадки стока.

3. Многослойная электронная структура по п.2, при этом упомянутое сквозное соединение расположено в плане так, чтобы проходить через упомянутую первую обкладку в вертикальном направлении.

4. Многослойная электронная структура по любому из предшествующих пунктов, при этом между упомянутыми первым и вторым проводящими слоями предусмотрено множество диэлектрических слоев.

5. Многослойная электронная структура по п.4, при этом более близкий из множества диэлектрических слоев к активной области упомянутого тонкопленочного транзистора для управления пикселем обладает более низкой диэлектрической постоянной, чем более дальний из множества диэлектрических слоев.

6. Многослойная электронная структура по п.1, при этом упомянутый тонкопленочный транзистор содержит органический полупроводниковый материал.

7. Многослойная электронная структура по п.6, при этом электронная структура адаптирована к осаждению из раствора.

8. Многослойная электронная структура по п.1, при этом упомянутая подложка содержит гибкую подложку.

9. Структура управления пикселем для дисплея с активной матрицей, включающая в себя многослойную электронную структуру по любому из предшествующих пунктов, при этом упомянутая вторая обкладка упомянутого конденсатора содержит пиксельный управляющий электрод для управления пикселем упомянутого дисплея.

10. Структура управления пикселем по п.9, при этом упомянутая первая обкладка упомянутого конденсатора присоединена к шине опорного напряжения или межсоединению упомянутой структуры управления пикселем.

11. Дисплей с активной матрицей, содержащий множество линий структур управления пикселем по п.9 или 10 и множество шин истока, расположенных практически параллельно и чередующихся с упомянутыми линиями структур управления пикселем, при этом упомянутый соседний пиксель является соседом в одной и той же из упомянутых линий структур управления пикселем.

12. Дисплей с активной матрицей по п.11, при этом вторые обкладки каждой линии структур управления пикселем позиционированы так, что они плоскостно перекрываются с соответствующей смежной из шин истока.

13. Способ изготовления многослойной электронной структуры на подложке, включающий в себя:
нанесение и формирование рисунка первого проводящего слоя поверх упомянутой подложки с образованием электродов истока и стока тонкопленочного транзистора для управления пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей;
нанесение органического полупроводящего слоя поверх упомянутого первого проводящего слоя;
нанесение первого диэлектрического слоя поверх упомянутого органического полупроводящего слоя;
нанесение и формирование рисунка первой части второго проводящего слоя поверх упомянутого первого диэлектрического слоя с образованием электрода затвора упомянутого тонкопленочного транзистора;
нанесение и формирование рисунка второй части упомянутого второго проводящего слоя практически копланарно с упомянутой первой частью с образованием первой обкладки конденсатора для хранения заряда с целью поддержания электрического состояния упомянутого пикселя активной матрицы;
нанесение второго диэлектрического слоя поверх упомянутого второго проводящего слоя;
нанесение и формирование рисунка третьего проводящего слоя поверх упомянутого второго диэлектрического слоя с образованием второй обкладки упомянутого конденсатора;
при этом упомянутую вторую обкладку размещают в плане так, что она смещена в вертикальном направлении от упомянутого электрода затвора, и так, что она перекрывается в вертикальном направлении с упомянутой первой обкладкой и по меньшей мере электродом затвора другого тонкопленочного транзистора для управления соседним пикселем оптоэлектронного прибора с активной матрицей.

14. Способ изготовления многослойной электронной структуры по п.13, при этом упомянутые нанесение и формирование рисунка первого проводящего слоя поверх упомянутой подложки дополнительно образуют контактную площадку стока, связанную с упомянутым стоком.

15. Способ изготовления многослойной электронной структуры по п.14, при этом перед нанесением и формированием рисунка упомянутого третьего проводящего слоя способ дополнительно включает в себя формирование сквозного соединения с упомянутой контактной площадкой стока, и при этом упомянутое сквозное соединение формируют так, что оно соединяется практически по центру с верхней поверхностью упомянутой контактной площадки стока.

16. Способ изготовления многослойной электронной структуры по п.13, при этом между упомянутыми органическим полупроводящим слоем и вторым проводящим слоем наносят множество диэлектрических слоев.

17. Способ изготовления многослойной электронной структуры по п.13, при этом между упомянутыми вторым и третьим проводящими слоями наносят множество диэлектрических слоев.

18. Способ изготовления многослойной электронной структуры по п.16 или 17, при этом относительно упомянутого органического полупроводящего слоя более близкий из множества диэлектрических слоев обладает более низкой диэлектрической постоянной, чем более дальний из множества диэлектрических слоев.

19. Способ изготовления многослойной электронной структуры по п.13, при этом по меньшей мере некоторые из упомянутых этапов нанесения и формирования рисунка используют технологию обработки раствором.

20. Способ изготовления дисплея с активной матрицей, включающий в себя изготовление многослойной электронной структуры согласно способу по любому из пп.13 - 19 для практически каждого из множества пикселей упомянутого дисплея.