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CN111051976A - 液晶显示器的薄膜晶体管(tft)架构 - Google Patents

液晶显示器的薄膜晶体管(tft)架构 Download PDF

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CN111051976A CN201880056985.6A CN201880056985A CN111051976A CN 111051976 A CN111051976 A CN 111051976A CN 201880056985 A CN201880056985 A CN 201880056985A CN 111051976 A CN111051976 A CN 111051976A
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J·哈丁
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Fleck Innabur Technology Co ltd
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Plastic Logic Ltd
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Abstract

一种装置，包括：层的堆叠，所述层的堆叠限定：第一水平处的源极导体和像素导体；第二水平处的栅极导体和公共导体；所述源极导体和像素导体之间的半导体沟道；以及将所述半导体沟道电容性耦合到所述栅极导体的栅极电介质；其中，所述像素导体和公共导体被配置为使得在使用中，像素区域中的像素导体和公共导体之间的电位差的改变引起像素区域中的液晶材料的一个或多个光学性质的改变。

Description

液晶显示器的薄膜晶体管(TFT)架构
已知为边缘场切换(FFS)模式的液晶(LC)模式涉及通过改变在液晶材料的同一侧上以不同水平布置的像素电极和公共电极之间的电位差来引起液晶材料的LC指向矢的旋转。
与诸如面内切换(IPS)模式之类的其它LC模式相比，FFS模式的特征是操作电压相对低且透射率相对高。
FFS装置的产生可以涉及建立层的堆叠，层的堆叠限定像素电极和公共电极以及TFT的有源矩阵阵列，TFT的有源矩阵阵列用于相对于公共电极处的电位变化像素的像素电极处的电位。传统上，像素电极和公共电极位于堆叠内与TFT导体不同的水平处。
本申请的发明人已经开发了用于FFS显示装置的新架构。
因此，提供了一种装置，该装置包括层的堆叠，该层的堆叠限定：第一水平处的源极导体和像素导体；第二水平处的栅极导体和公共导体；所述源极导体和像素导体之间的半导体沟道；以及将所述半导体沟道电容性耦合到所述栅极导体的栅极电介质；其中，所述像素导体和公共导体被配置为使得在使用中，像素区域中的像素导体和公共导体之间的电位差的改变引起像素区域中的液晶材料的一个或多个光学性质的改变。
根据一个实施例，该装置包括在所述第二水平处的至少两个导体图案，这两个导体图案具有不同的设计并且表现出不同的光学和/或电学性质。
根据一个实施例，所述栅极导体至少部分地由所述两个导体图案中的至少第一导体图案限定；并且所述公共导体至少部分地仅由所述两个导体图案中的第二导体图案限定。
根据一个实施例，第一导体图案表现出比第二导体图案更高的电导率，并且第二导体图案表现出比第一导体图案更高的可见光透射率。
根据一个实施例，该装置包括在所述第一水平处的至少两个导体图案，这两个导体图案具有不同的设计并且表现出不同的光学和/或电学性质。
根据一个实施例，所述源极导体至少部分地由所述第一水平处的所述两个导体图案两者限定；并且所述像素导体均至少部分地仅由所述两个导体图案中的第二导体图案限定。
根据一个实施例，第一导体图案表现出比第二导体图案更高的电导率，并且第二导体图案表现出比第一导体图案更高的可见光透射率。
因此，还提供了一种显示装置，该显示装置包括容纳在如上所述的装置和对向部件之间的液晶材料；其中，所述像素导体和公共导体被配置为使得在使用中，像素区域中的像素导体和公共导体之间的电位差的改变引起像素区域中的液晶材料的一个或多个光学性质的改变。
下面仅通过举例的方式，参考附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1例示了根据本发明的第一实施例的装置；和
图2例示了结合到液晶单元组件中的图1的装置。
在下面的详细描述中，术语“像素导体”是指经由半导体沟道和此处称为“源极导体”的导体连接到驱动器芯片的导体/电极，即在电学上相对于驱动器芯片位于半导体沟道的下游的导体。像素导体也可以被称为TFT漏极导体/电极。
参考图1，支撑衬底2支撑层的堆叠，该层的堆叠至少限定(i)用于像素阵列的FFS电极，(ii)用于控制每个像素的像素电极处的电位的薄膜晶体管，以及(iii)用于寻址来自例如布置在阵列的外围的一个或多个驱动器芯片(未示出)的每个薄膜晶体管的电路(未完整示出)。为了清楚和简洁起见，图1仅示出了一个像素的架构，但是对于整个阵列中的每个像素，基本上重复了相同的架构。
在堆叠的导体水平A处的两个导体图案10、12(具有不同的2D设计，并且包括不同的导体材料或导体材料的不同组合)限定了经由半导体沟道106连接的源极导体102和像素导体104。在堆叠的上导体水平B处的两个导体图案20、22(具有不同的2D设计，并且包括不同的导体材料或导体材料的不同组合)限定了栅极导体108和公共导体110。栅极导体108经由栅极电介质112电容性耦合到半导体沟道106，并且栅极导体108处的电位的改变引起半导体沟道的电荷载流子迁移率的改变。
源极导体102包括一组导体，每个导体连接到源极驱动器芯片(未示出)的相应输出端子，并且每个导体为相应的像素行提供源极导体；并且栅极导体108也包括一组导体，每个导体连接到栅极驱动器芯片(未示出)的相应输出端子，并且每个导体为相应的像素列提供栅极导体(其中，术语“列”和“行”在此简单地指示基本上正交的相对方向，但不限于任何绝对方向)。因此，借助于与像素导体104相关联的栅极驱动器输出端子和源极驱动器输出端子的独特组合，可以独立于所有其它像素导体104来控制每个像素导体104处的电位(相对于公共导体110处的电位)。
所有像素的公共导体110全部连接到阵列外围的公共端子(未示出)，用于将所有像素的所有公共导体110保持在基本恒定的电位。
图1的装置被设计用于透射型显示器，其中像素的像素电极和公共电极104、110之间的电位的改变控制(经由像素区域中的液晶材料114的LC指向矢的旋转)从设置在图1的装置的相对侧的背光116透射到液晶材料114的光量，如图2中所示。当使用对由背光116发射的光敏感的半导体材料(诸如一些有机聚合物半导体材料)时，该装置可以进一步包括在导体水平A和背光116之间(例如，如图1中所示，在导体水平A和支撑衬底2之间)的图案化的反射层6，该反射层6保护半导体沟道106免于由背光发射的光。
在LC显示装置中，上述图1的控制装置与容纳在图1的控制装置和对向元件40之间的仔细控制厚度的液晶材料114相结合，该对向元件40可以包括支撑从白色背光116提供彩色显示的彩色滤色器阵列34的支撑膜38。在控制装置和对向元件40之间设置间隔物26，以在显示装置的整个观看区域上更好地实现液晶材料的均匀厚度。在控制装置和对向元件40的相对表面上设置光对准层30、32，以产生固定电场，该固定电场在像素电极和公共电极104、110之间不存在任何电位差的情况下静态地控制液晶材料的LC指向矢的取向。间隔物26可以例如通过对沉积在控制装置的上表面之上的间隔物材料层进行光刻图案化来形成(其后是在控制装置的上表面之上形成光对准层30)。
在一个示例中，用于像素的公共导体110包括一组间隔开的平行子导体，并且像素导体104至少占据子导体正下方的所有区域以及子导体之间的空间正下方的所有区域。
接下来，下面描述用于生产图1的装置的方法的一个示例。
在支撑衬底2(诸如，柔性塑料支撑膜)上构建层的堆叠。在堆叠的构造期间，支撑衬底2本身可以通过可释放的粘合剂临时固定到更刚性的载体(例如，玻璃载体)。
塑料支撑膜2的顶表面涂覆有一个或多个平坦化层4，以提供更硬、更耐刮擦并且更光滑的上表面，在该上表面上构建层的堆叠。接下来，通过气相沉积技术沉积一个或多个金属/金属合金层，并通过光刻进行图案化以限定图案化的反射器6，该图案化的反射器6将半导体沟道106从背光116屏蔽。
接下来，在上表面上涂覆一个或多个另外的平坦化层，以提供用于形成下一导体图案10的更平滑的表面。
通过诸如溅射的气相沉积技术将具有相对高的电导率和相对低的可见光透射率的第一导体材料层沉积在上表面之上，并通过例如光刻进行图案化。该第一导体图案10限定源极导体线，每个源极导体线为相应的像素行提供源极导体的部分，并且从阵列的一个边缘延伸到阵列的相对边缘以连接到相应的源极驱动器芯片端子。
具有相对低的电导率但是具有较高的可见光透射率的第二导体材料层沉积在上表面之上并且被图案化以形成每个像素的像素导体104和源极导体的部分。该第二导体图案12具有与第一导体图案10不同的二维设计；使用不同的掩模来产生第一导体图案10和第二导体图案12。第二导体图案12在源极导体线的区域中与第一导体图案10重叠，但是另外为每个像素限定了最接近每个像素的像素导体104的源极导体102的额外部分，其中为每个像素提供半导体沟道106。第二导体图案12可以包括像素的源极导体和像素导体102、104最接近的叉指部分，以便增加其之上源极导体和像素导体102、104最接近的半导体沟道106的宽度。
接下来，在存在第二导体图案12的上表面的部分上选择性地形成电荷注入有机聚合物材料的自组装单层(SAM)(未示出)，以促进电荷载流子在源极导体102和有机半导体沟道106之间和/或在像素导体104和有机半导体沟道106之间的移动。
接下来，在整个上表面之上形成有机聚合物半导体材料层，并且在半导体材料层的整个上表面之上形成有机聚合物栅极电介质材料层。然后通过光刻将这两个层一起图案化，以限定半导体材料的岛(被栅极电介质材料16覆盖)，每个岛为相应的像素提供半导体沟道106。在该半导体图案化工艺之前，在半导体材料上提供第一栅极电介质材料层16有助于为TFT产生良好的半导体电介质界面。
接下来，在整个上表面之上形成第二有机聚合物栅极电介质材料层18。在一个实施例中，第二栅极电介质材料层18由比第一栅极电介质材料层16更耐用于在导体水平B图案化导体层的工艺(如上所述)的材料形成。
接下来，通过诸如溅射之类的气相沉积技术将具有相对高的电导率和相对低的可见光透射率的第一导体材料层沉积在上表面之上，并通过光刻进行图案化。所得的处于水平B的第一导体图案20限定了平行线导体的阵列，每个平行线导体为相应的像素列提供栅极导体108，并且每个平行线导体从该阵列的一个边缘延伸到该阵列的相对边缘以连接到相应的栅极驱动器芯片端子。
具有相对低的电导率但是具有较高的可见光透射率的第二导体材料层沉积在上表面之上并且通过光刻进行图案化。所得的处于导体水平B处的第二导体图案22具有与第一导体图案20不同的二维设计；不同的掩模用于产生第一和第二导体图案。第二导体图案22限定了公共导体110。该第二导体也被保留在第一导体图案20(栅极导体线108)的区域中，以避免用于限定公共导体110的图案化工艺具有去除栅极导体线108的部分的不期望的副作用的任何风险。用于所有像素的公共导体110连接到阵列外围处的公共电源端子，以将所有公共导体保持在基本上相同的电位。
公共导体和像素导体110、104被设计为使得像素的公共导体和像素导体之间的电位的改变可以产生电场，该电场引起/触发像素区域中液晶材料114的LC指向矢的旋转，该旋转足以将像素区域中的液晶材料在两种状态之间切换，该两种状态透射来自背光116的基本上不同比例的光。
如上所述，图1的装置被设计用于透射型装置；并且在导体水平A和B处的第二导体图案(即，限定公共导体110和像素导体104的导体图案12、22)表现出从背光116发射的可见光的相对高的透射率(与限定源极导体线和栅极导体线108的下层第一导体图案10、20相比)。第二导体图案12、22两者的材料的一个示例是导电铟锡氧化物(ITO)化合物。相比之下，处于导体水平A和B的第一导体图案10、20可以例如包括金属或金属合金层或者金属/合金层的堆叠。导体水平A和B处的第一导体图案10、20可以包括不同的材料或材料的不同组合。
诸如ITO之类的透明导体材料通常表现出与金属或金属合金非常不同的功函数，但是存在有机半导体材料(例如，有机聚合物有机材料)，诸如ITO之类的透明导体材料利用该有机半导体材料表现出良好的电荷载流子传输。
除了上面明确提到的任何修改之外，对于本领域技术人员而言清楚的是，可以在本发明的范围内对所描述的实施例进行各种其它修改。
申请人在此单独公开了本文所述的每个单独的特征以及两个或更多个这样的特征的任意组合，其程度是，能够根据本领域技术人员的共同的一般知识基于本说明书作为整体来执行这样的特征或组合，不论这些特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且不限于权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以由任何这样的单个特征或特征的组合组成。

Claims (8)

1.一种装置，包括：层的堆叠，所述层的堆叠限定：第一水平处的源极导体和像素导体；第二水平处的栅极导体和公共导体；所述源极导体和像素导体之间的半导体沟道；以及将所述半导体沟道电容性耦合到所述栅极导体的栅极电介质；其中，所述像素导体和公共导体被配置为使得在使用中，像素区域中的像素导体和公共导体之间的电位差的改变引起所述像素区域中的液晶材料的一个或多个光学性质的改变。
2.根据权利要求1所述的装置，包括在所述第二水平处的至少两个导体图案，其中两个导体图案具有不同的设计并且表现出不同的光学和/或电学性质。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述栅极导体至少部分地由所述两个导体图案中的至少第一导体图案限定；并且所述公共导体至少部分地仅由所述两个导体图案中的第二导体图案限定。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，第一导体图案表现出比第二导体图案更高的电导率，并且第二导体图案表现出比第一导体图案更高的可见光透射率。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，包括在所述第一水平处的至少两个导体图案，其中两个导体图案具有不同的设计并且表现出不同的光学和/或电学性质。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述源极导体至少部分地由在所述第一水平处的所述两个导体图案两者限定；并且所述像素导体均至少部分地仅由所述两个导体图案中的第二导体图案限定。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，第一导体图案表现出比第二导体图案更高的电导率，并且第二导体图案表现出比第一导体图案更高的可见光透射率。
8.一种显示装置，包括：液晶材料，所述液晶材料容纳在根据权利要求1至7中的任一项所述的装置和对向部件之间；其中，所述像素导体和公共导体被配置为使得在使用中，像素区域中的像素导体和公共导体之间的电位差的改变引起所述像素区域中的液晶材料的一个或多个光学性质的改变。
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