晶体薄膜 [有机薄膜晶体的电子纸像素制作]

有机薄膜晶体的电子纸像素制作

有源矩阵驱动电泳显示器件的灰度实现有两种基本方法：一 种是固定脉冲宽度，调整电压幅值来实现不同的灰度显示；

另外一种是固定脉冲幅值，调整脉冲宽度来实现灰度显示。

这两种方法都可以达到灰度显示的目的，但是前一种方法需 要多级电压的驱动芯片支持，这会增加驱动电路的复杂性和 成本；
后一种方法只需要通过控制驱动的脉冲持续时间即可， 成本较低。目前的电泳显示器件的灰度实现方法大多采用时 间调制法［１０］。有机薄膜晶体管阵列在采用时间调制法 时，同一栅线上的相邻像素在显示不同灰度时，由于栅极电 压的脉冲时间相同，只能通过栅脉冲多次扫描，数据线写入 不同电压的方式来实现。最终显示画面对应的灰度是几次充 电和保持累加的效果；
电泳膜的材料电阻率为１０１０Ω? ｃｍ，比液晶的电阻率要小２～３个数量级，液晶漏电引起 的电压降比较明显，需用大的存贮电容和小的ＴＦＴ宽长比 来保持像素电压［１１－１２］；
而电泳膜的驱动电压为１ ５Ｖ，是液晶材料的３倍左右，小的存贮电容和大的有机薄 膜晶体管宽长比更容易充满。因此像素设计中，存贮电容和 ＴＦＴ结构的设计尤为关键［１３］。本文给出了有机薄膜 晶体管的转移特性曲线、像素电路结构和像素模型参数。并 在此基础上采用ＨＳＰＩＣＥ模拟了存贮电容和ＴＦＴ结 构对像素电压波形的影响，完成了４．８ｃｍ（１．９ｉｎ）有机薄膜晶体管阵列背板的设计并简要说明了面板阵列的 加工工艺。

２像素电路结构 ２．１有机薄膜晶体管的转移特性曲线 图１是在２．５代ＴＦＴ－ＬＣＤ生产线上制备的传统 的低栅、刻蚀阻挡型有机薄膜晶体管的转移特性曲线，其中 Ｗ／Ｌ＝３５μｍ／１０μｍ，ＶＤＳ＝－４０Ｖ，导电类 型为ｐ型，ＶＧＳ＝－７Ｖ时，ＩＤＳ＜１０－９Ａ，薄膜 晶体管关闭，ＶＧＳ＝－２５Ｖ时，ＩＤＳ＞１０－５Ａ， 薄膜晶体管打开，开关比为１０４，多数载流子为空穴，迁 移率可达到０．９ｃｍ２／Ｖ?ｓ。

２．２像素的电路结构和模型参数 本文用图２所示的像素电路结构和表１所示的模型参 数作为像素设计和ＨＳＰＩＣＥ模拟的基础，其电阻值和电 容值见表１，ＯＴＦＴ采用ＨＳＰＩＣＥ中的ＬＥＶＥＬ６ ２ｐ－ＳｉＴＦＴ模型来表示，器件参数值从实测数据中提 取。

３模拟结果 ３．１ＴＦＴ结构的选择 ＴＦＴ结构要考虑像素充电、保持和跳变电压等因素， 图３是通过ＨＳＰＩＣＥ模拟得到的具有相同宽长比的单 栅和双栅ＴＦＴ在不同大小的存贮电容下的像素波形，其中 单栅ＴＦＴ的宽长比为２０μｍ／２０μｍ。双栅ＴＦＴ是两个宽长比分别为２０μｍ／１０μｍ的ＴＦＴ串接。图３ （ａ）是存贮电容为０．０１ｐＦ时的像素波形，从图中看 出，存贮电容较小时，像素电压都有大的波动，但双栅ＴＦ Ｔ的像素保持的更好，而单栅ＴＦＴ的像素有明显的漏电。

图３（ｂ）是存贮电容为８０ｐＦ时的像素波形图，可以看 出，存贮电容比较大时，像素电压比较平稳，单栅ＴＦＴ更 容易充满。从模拟结果看，ＴＦＴ结构取决于存贮电容的大 小。

３．２存贮电容的选择 图４是宽长比为２０μｍ／１０μｍ的双栅ＴＦＴ在 不同大小存贮电容下的像素波形图，曲线（ａ）、（ｂ）、 （ｃ）、（ｄ）对应的存贮电容依次为８０ｐＦ，４０ｐＦ， ２．５ｐＦ和０．７５ｐＦ。存贮电容为８０ｐＦ时，像素 电压不到１５Ｖ；
存贮电容为４０ｐＦ时，像素电压接近１ ５Ｖ；
存贮电容为２．５ｐＦ时，像素电压达到１５Ｖ，但 随着数据线电压脉冲波动，在０．７５ｐＦ时，波动度大于 ５Ｖ，影响图像的正常显示。所以在ＴＦＴ结构确定的情况 下，要选择合适的存贮电容值。

４实际产品设计 表２是根据上述的模拟结果设计的一款４．８ｃｍ（１． ９ｉｎ）电子书的显示参数，其中ＴＦＴ选用双栅结构，宽 长比为３０μｍ／１０μｍ，存贮电容大小为４０ｐＦ。图 ５是像素波形模拟结果，像素电压能达到１５Ｖ，而且能够平稳保持。图６是一个像素是平面结构图，ＴＦＴ采用双栅 结构，共公电极覆盖整个像素区域。制作过程如下：首先在 玻璃基板上溅射２００ｎｍ的ＭｏＷ薄膜形成栅极，化学气 相沉积３００ｎｍ的ＳｉＮｘ绝缘层，溅射２００ｎｍ厚的 ＭｏＷ薄膜形成数据线，之后依次旋涂２００ｎｍ的有机膜 作为绝缘栅的平坦层；
接着采用热蒸发生长方式先沉积一层 较薄的ｐ－６Ｐ作为诱导层，然后再沉积一层较厚的小分子 有机半导体充当晶体管的有源层，接着在有机半导体上沉积 ２０ｎｍ的金，并通过光刻工艺形成半导体图形。其中，有 机半导体薄膜生长是采用弱外延生长机理，通过控制成膜温 度使有机半导体分子薄膜的外延分子和有序分子层之间的 作用力弱于外延分子层之间的作用力，从而导致有机半导体 分子在有序分子层表面以站立的方式有序生长，分子间π－ π作用较大的晶体方向在薄膜平面内有序取向，最终生长的 有机薄膜具有类似单晶的高迁移率性质，整个成膜温度控制 在２００℃以内；
最后磁控溅射ＩＴＯ形成像素电极，Ｓｉ Ｎｘ形成保护层。

５结论 用有机小分子材料作为半导体层的薄膜晶体管，开关比 达到１０４，迁移率达到０．９ｃｍ２／Ｖ?ｓ；
ＴＦＴ结 构的选择要依存贮电容的大小而定，对于一些高分辨率的显 示产品中，存贮电容较小，双栅ＴＦＴ容易保持像素电压；

而对于一些低分辨率的显示产品中，存贮电容可以做到很大，单栅ＴＦＴ更容易充满，而且弱取向外延生长的有机小分子 膜具有类似单晶的高迁移率性质，成膜温度低，适合在柔性 基板上加工。