喷墨印刷系统和制造薄膜晶体管阵列板的方法

摘要

根据本发明的示范性实施例的喷墨印刷系统包括：在基板上淀积墨水的喷墨印刷室；以及与所述喷墨印刷室间隔预定间距的干燥室，其通过调节淀积在所述基板上的墨水的溶剂的蒸汽压力来干燥所述墨水。单独设置干燥室，并调节所述干燥室内的溶剂的蒸汽压力，从而调节墨水的干燥速度，以改善有机半导体的结晶度。

权利要求

1.一种喷墨印刷系统，包括：

在基板上淀积墨水的喷墨印刷室；以及

与所述喷墨印刷室间隔预定间距的干燥室，其通过以蒸汽的形式喷射所述墨水的溶剂至所述干燥室内从而调节淀积在所述基板上的所述墨水的溶剂的蒸汽压力来干燥所述墨水。

2.根据权利要求1所述的喷墨印刷系统，其中，在所述干燥室内安装用于调节所述溶剂的所述蒸汽压力的蒸汽压力调节装置和用于探测所述干燥室内的所述蒸汽压力的蒸汽压力探测器。

3.根据权利要求1所述的喷墨印刷系统，其中，在所述喷墨印刷室内安装向其上安装所述基板的台、在所述基板上淀积墨水的喷墨头和将所述喷墨头移动到预定位置的转移装置。

4.根据权利要求2所述的喷墨印刷系统，其中，所述蒸汽压力调节装置以蒸汽的形式喷射所述墨水的所述溶剂至所述干燥室内。

5.根据权利要求4所述的喷墨印刷系统，其中，所述溶剂为有机溶剂。

6.根据权利要求5所述的喷墨印刷系统，其中，所述有机溶剂为三甲基苯和萘满之一。

7.一种制造薄膜晶体管阵列板的方法，包括：

在喷墨印刷室内，通过在基板上淀积墨水形成有机半导体；

将其上形成了所述有机半导体的基板从所述喷墨印刷室中取出，之后将所述基板放置在干燥室内；以及通过在所述干燥室内，采用蒸汽压力调节装置以蒸汽的形式喷射所述墨水的溶剂从而调节所述干燥室内所述墨水的溶剂的蒸汽压力，干燥所述有机半导体。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，在所述喷墨印刷室内安装台、喷墨头和转移装置，所述基板安装在所述台上，所述喷墨头在所述基板上淀积墨水，所述转移装置将所述喷墨头移动到预定位置。

9.根据权利要求7所述的制造方法，其中，所述溶剂为有机溶剂。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述有机溶剂为三甲基苯和萘满之一。

说明书

喷墨印刷系统和制造薄膜晶体管阵列板的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于制造平板显示器的薄膜晶体管阵列的喷墨印刷系统。

背景技术

[0002] 通常，诸如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器和电泳显示器的平板显示器包括多对场发生电极和插置于其间的电-光激活层。液晶显示器包括作为电-光激活层的液晶层，有机发光二极管显示器包括作为电-光激活层的有机发射层。

[0003] 一对场发生电极中的一个通常连接至开关元件，以接收由电-光激活层转换为图像的电信号。

[0004] 在平板显示器中，采用作为三端子元件的薄膜晶体管(TFT)作为开关元件。在显示屏板上，栅极线传输扫描信号，以控制薄膜晶体管的导通和截止，从而将图像信号从数据线连接至像素电极。

[0005] 由于可以通过低温下的溶液工艺(solution process)，尤其是通过喷墨印刷法构建主要由具有增强的结晶度和分子排序的晶体材料构成的有机薄膜晶体管，因此，其对大面积平板显示器的适用性仅受所采用的淀积工艺的限制。但是，通过喷墨印刷形成的有机半导体可能具有不良的晶体生长，从而导致低下的晶体管特性。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种制造具有改善的结晶度的有机半导体的喷墨印刷系统。本发明的示范性实施例提供了一种喷墨印刷系统，其包括：在基板上淀积墨水的喷墨印刷室；以及与所述喷墨印刷室隔开的干燥室，其通过调节淀积在基板上的溶剂的蒸汽压力干燥墨水。

[0007] 根据本发明的示范性实施例的薄膜晶体管阵列板的制造方法包括：在喷墨印刷室内，通过在基板上淀积含有墨水的溶剂形成有机半导体；将基板从所述喷墨印刷室中取出，之后将其放置在干燥室内；以及采用蒸汽压力调节装置调节墨水溶剂的蒸汽压力，由此干燥所述有机半导体。有利地，所述有机溶剂可以是三甲基苯和萘满之一。

附图说明

[0008] 通过阅读下文中结合附图的说明，本发明的前述和其他目的和特征将变得更为显见，附图中：

[0009] 图1是根据本发明的示范性实施例的喷墨印刷系统的透视图。

[0010] 图2是根据本发明的示范性实施例的喷墨印刷系统的头单元的底部平面图。

[0011] 图3是说明采用根据本发明的示范性实施例的喷墨印刷系统的喷墨头形成有机半导体的方法的示意图。

[0012] 图4是说明根据本发明的示范性实施例的有机薄膜晶体管阵列板的制造方法的第一步骤的布局图。

[0013] 图5是沿图4的V-V线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图。

[0014] 图6是说明图4所示步骤的后继步骤的布局图。

[0015] 图7是沿图6的VII-VII线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图。

[0016] 图8是说明图6所示步骤的后继步骤的布局图。

[0017] 图9是沿图8的IX-IX线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图。

[0018] 图10是说明图8所示步骤的后继步骤的布局图。

[0019] 图11是沿图10的XI-XI线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图。

[0020] 图12是说明图10所示步骤的后继步骤的布局图。

[0021] 图13是沿图12的XIII-XIII线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图。

[0022] 图14是说明图12所示步骤的后继步骤的布局图。

[0023] 图15是沿图14的XV-XV线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图。

具体实施方式

[0024] 在附图中，为了清晰起见夸大了层、膜、屏板、区域等的厚度。在整个说明书中始终采用类似的附图标记表示类似的元件。应当理解，当称一元件，例如层、膜、区域或基板在另一元件“上”时，它可能直接在另一元件上，或者也可能存在中间元件。相反，在称一元件直接位于另一元件上时，不存在中间元件。

[0025] 在下文中将参考图1到图3详细说明根据本发明的示范性实施例的喷墨印刷系统。图1是根据本发明的示范性实施例的喷墨印刷系统的透视图，图2是根据本发明的示范性实施例的喷墨印刷系统的头单元的底部平面图，图3是说明采用根据本发明的示范性实施例的喷墨印刷系统的喷墨头形成有机半导体的方法的示意图。

[0026] 如图1到图3所示，喷墨印刷系统包括在其内执行喷墨印刷过程的喷墨印刷室51和与喷墨印刷室51隔离的调节墨水溶剂的蒸汽压力的干燥室(drying chamber)52。

[0027] 在喷墨印刷室51内安装向其上安装基板110的台(stage)510、位于台510之上的头单元700和用于移动头单元700的转移装置300。

[0028] 头单元700包括喷墨头400和用于对喷墨头400定位的传感器600。喷墨头400具有长条形，并且包括多个设置于其底面上的喷嘴410。通过喷嘴410在基板110上淀积用于形成有机半导体154的墨水5。墨水溶剂可以是三甲基苯(mesitylen)、萘满(tetralin)、环己酮等。此外，也可以采用其他合适的墨水溶剂。

[0029] 喷墨头400相对于Y方向倾斜预定角度θ。喷嘴间距D是指形成于喷墨头400内的喷嘴410之间的距离。距离P表示将要印刷的有机半导体154之间的距离。由于距离D和P互不相同，因此，通过将喷墨头400旋转预定角度θ来提供相邻有机半导体154之间的距离P。尽管图示的喷墨头单元700为整体部分，但是其可以由多个部分构成。

[0030] 转移装置300包括将头单元700定位于基板110之上从而沿Y方向移动头单元700的Y方向转移构件310、沿X方向移动头单元700的X方向转移构件330和用于使头单元700上升和下降的升降器340。

[0031] 在干燥室52内，安装台520、蒸汽压力调节装置800和蒸汽压力探测器900。蒸汽压力调节装置800将墨水5的溶剂加热成蒸汽801，之后将蒸汽801喷射到干燥室52的内部空间。在干燥室52之内，蒸汽压力探测器900探测溶剂的蒸汽压力。

[0032] 现在，将说明采用具有上述结构的喷墨印刷系统在基板110上形成有机半导体的操作。

[0033] 首先，通过X或Y方向转移构件330或310以及升降器340的操作将头单元700置于喷墨印刷室51中的对应的基板110之上。

[0034] 接下来，通过驱动转移装置300的X方向转移构件330和喷墨头400的喷嘴410，淀积墨水5，同时沿X方向移动头单元700，由此在各个像素上形成有机半导体154。

[0035] 接下来，将基板110从喷墨印刷室51中取出，之后放入干燥室52中。在将基板110放入干燥室52之前，形成于基板110上的有机半导体154的晶体154a的尺寸非常小。

[0036] 接下来，通过采用蒸汽压力调节装置800调节干燥室52内的溶剂的蒸汽压力来调节墨水5的干燥速度，从而改善有机半导体154的结晶度。随着溶剂蒸汽压力的提高，加快有机半导体154的晶体生长，从而提高晶体154b的尺寸，由此改善结晶度。优选将溶剂的蒸汽压力提高至有机半导体154不会再次溶解的值。这时，采用蒸汽压力探测器900检验室52内的溶剂的蒸汽压力，由此调节溶剂的蒸汽压力，使之不会过大。

[0037] 照此，可以通过提供隔离的干燥室52改善有机半导体154的结晶度，并且可以同时处理多个基板。

[0038] 将参考图4到图15详细描述采用图1到图3所示的喷墨印刷系统制造有机薄膜晶体管阵列板的方法。

[0039] 图4是说明根据本发明的示范性实施例的有机薄膜晶体管阵列板的制造方法的第一步骤的布局图；图5是沿图4的V-V线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图；图6是说明图4所示步骤的后继步骤的布局图；图7是沿图6的VII-VII线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图；图8是说明图6所示步骤的后继步骤的布局图；图9是沿图8的IX-IX线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图；图10是说明图8所示步骤的后继步骤的布局图；图11是沿图10的XI-XI线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图；图12是说明图10所示步骤的后继步骤的布局图；图13是沿图12的XIII-XIII线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图；图14是说明图12所示步骤的后继步骤的布局图；图15是沿图14的XV-XV线得到的有机薄膜晶体管阵列板的横截面图。

[0040] 首先，如图4和图5所示，通过(例如)溅射法在基板110上淀积金属层，并采用光刻(photolithography)对其进行蚀刻，由此形成每者均包括多个突起173和端部179的数据线171和每者均包括多个存储电极137的存储电极线131。

[0041] 接下来，采用无机材料进行化学气相淀积(CVD)或采用有机材料进行旋涂，由此形成具有接触孔163和162的下部层间绝缘层160。就无机材料而言可以通过采用感光膜的光刻法形成接触孔163和162，或者就有机材料而言可以仅通过平版印刷(lithography)形成接触孔163和162。

[0042] 参考图6和图7，在下部层间绝缘层160上淀积金属层，并采用光刻法对其进行蚀刻，由此形成每者均包括多个栅电极124和端部129的栅极线121和存储电容器导体127。

[0043] 接下来，参考图8和图9，采用(例如)感光有机材料进行旋涂，并对其构图，由此形成上部层间绝缘层140，上部层间绝缘层140具有开口144的上侧壁和接触孔141、143、147。这时，形成数据线171的端部179，从而去除所有的有机材料。

[0044] 接下来，通过(例如)喷墨印刷法在上部层间绝缘层140的开口144内形成栅极绝缘体146。为了通过喷墨印刷形成栅极绝缘体146，在开口144内淀积溶液，然后使其干燥。但是，本发明不限于此，可以通过诸如旋涂或狭缝涂覆的各种溶液工艺形成栅极绝缘体146。

[0045] 参考图10和图11，通过溅射(例如)无定形ITO，之后对其进行光刻来形成包括漏极195的像素电极191、源电极193以及接触辅助物81和82。温度优选为25℃到130℃的低温，例如室温，优选采用弱碱性(basic)蚀刻剂蚀刻所述无定形ITO。通过在低温下形成ITO，并采用弱碱性蚀刻剂对其蚀刻，防止由有机材料构成的栅极绝缘体146和上部层间绝缘层140受到热或化学溶液的损坏。

[0046] 接下来，如图12和图13所示，通过淀积感光有机层并对其显影，形成具有开口184的堤坝180。之后，在开口184内淀积来自喷墨头400的喷嘴410的墨水5，以形成有机半导体154。

[0047] 接下来，将基板110转移到干燥室52内，在干燥室52内，蒸汽压力调节装置800控制墨水溶剂蒸汽的干燥速度，从而提高所淀积的有机半导体154的结晶度。

[0048] 接下来，如图14和图15所示，在有机半导体154上形成光阻挡构件186，由此制毕有机薄膜晶体管阵列板。

[0049] 在下文中，将详细描述由根据本发明的上述示范性实施例的有机薄膜晶体管阵列板的制造方法制造的有机薄膜晶体管阵列板。

[0050] 在由透明玻璃、硅酮、塑料等构成的绝缘基板110上形成多条数据线171和多条存储电极线131。

[0051] 数据线171传输数据信号，并且总体上沿垂直方向延伸。每条数据线171包括多个向侧面突出的突起173和端部179，端部179被放大，从而具有用于与其他层或外部驱动电路连接的大面积。可以将用于生成数据信号的数据驱动电路(未示出)安装在附着于基板110上的柔性印刷电路膜(未示出)上，或者将其直接安装在基板110上，或者将其与基板110集成。在将数据驱动电路与基板110集成的情况下，数据线171可以通过延伸与其直接连接。

[0052] 存储电极线131接收预定电压，并且基本与数据线171平行延伸。每条存储电极线131设置于两条数据线171之间，并且更为接近两条数据线171中左侧的一条。存储电极线131包括侧向延伸的存储电极137。但是，可以对存储电极线131的形状和淀积做出各种修改。

[0053] 数据线171和存储电极线131可以由诸如铝Al或铝合金的基于铝的金属、诸如银Ag或银合金的基于银的金属、诸如金Au或金合金的基于金的金属、诸如铜Cu或铜合金的基于铜的金属、诸如钼Mo或钼合金的基于钼的金属、铬Cr、钽Ta、钛Ti等构成。它们可以具有包括两个具有不同物理特性的导电层(未示出)的多层结构。所述导电层之一可以由诸如基于铝的金属、基于银的金属和基于铜的金属的具有低电阻率的金属构成，从而降低信号延迟或电压降。相反，另一导电层由与基板之间具有良好的粘合特性的材料，或者具有良好的物理、化学特性以及与其他材料，尤其是与氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)之间具有良好的电接触特性的材料构成，例如基于钼的金属、铬、钛和钽。作为此类组合的例子，可以有铬下层和铝(合金)上层，或者铝(合金)下层和钼(合金)上层。但是，数据线171和存储电极线131可以由各种金属或导体构成。

[0054] 数据线171和存储电极线131的侧面优选相对于基板110的表面倾斜30到80度。

[0055] 在数据线171和存储电极线131上，形成下部层间绝缘层160。下部层间绝缘层160可以由无机绝缘体或有机绝缘体构成。作为无机绝缘体的例子，可以采用氮化硅SiNx或二氧化硅SiO2。下部层间绝缘层160的厚度可以是大约 到4μm。

[0056] 下部层间绝缘层160可以具有多个分别暴露数据线171的突起173和端部179的接触孔163和162。

[0057] 在下部层间绝缘层160上，形成多个栅极线121和多个存储电容器导体127。

[0058] 栅极线121传输栅极信号，并且总体上沿水平方向延伸，从而与数据线171和存储电极线131交叉。每条栅极线121包括多个向上突起的栅电极124和端部129，端部129被扩大，从而使其具有用于连接其他层或外部驱动电路的大面积。可以将用于生成栅极信号的栅极驱动电路(未示出)安装在附着于基板110上的柔性印刷电路膜(未示出)上，或者将其直接安装在基板110上，或者将其与基板110集成。在将栅极驱动电路与基板110集成的情况下，栅极线121可以通过延伸与栅极驱动电路直接连接。

[0059] 存储电容器导体127与栅极线121分隔，并且与存储电极137重叠。

[0060] 栅极线121和存储电容器导体127可以由与数据线171和存储电极线131相同的材料构成。栅极线121和存储电容器导体127的侧面相对于基板110的表面倾斜，所述倾斜角优选处于大约30°到大约80°之间。

[0061] 在栅极线121和存储电容器导体127上形成上部层间绝缘层140。上部层间绝缘层140由具有大约2.5到4.0的相对较低的介电常数的有机材料或无机材料构成。作为有机材料的例子，可以采用基于聚丙烯的化合物、基于聚苯乙烯的化合物和诸如苯并环丁烯(BCB)的可溶高分子化合物，作为无机材料的例子，可以采用氮化硅和氧化硅。上部层间绝缘层140的厚度可以是大约 到4μm。

[0062] 通过采用具有低介电常数的上部层间绝缘层140，降低数据线171和栅极线121与上部导电层之间的寄生电容。

[0063] 上部层间绝缘层140不存在于数据线171的端部179的附近。这样做的原因不仅在于防止形成于数据线171的端部179上的下部层间绝缘层160和层间绝缘层140之间产生太大间隔，还在于降低层间绝缘层的厚度，从而使数据线171的端部179与外部电路有效地相互连接。

[0064] 在上部层间绝缘层140内形成多个暴露栅电极124的开口144、多个暴露栅极线121的端部129的接触孔141、多个暴露数据线171的突起173的接触孔143和多个暴露存储电容器导体127的接触孔147。

[0065] 在上部层间绝缘层140的开口144内形成栅极绝缘体146。栅极绝缘体146覆盖栅电极124，其厚度大约为1000到 开口144的侧壁高于栅极绝缘体146，因而上部层间绝缘层140起着堤坝的作用，开口144具有足够的尺寸，使得栅极绝缘体146的表面变为平面。

[0066] 栅极绝缘体146由具有大约3.5到10的较高介电常数的有机材料或无机材料构成。作为有机材料的例子，可以采用诸如基于聚酰亚胺的化合物、基于聚乙烯醇的化合物、基于聚荧烷的化合物和聚对二甲苯(parylene)的可溶高分子化合物，作为无机材料的例子，可以采用通过十八烷基三氯硅烷(octadecyl trichloro silane，OTS)进行表面处理的氧化硅。具体地，栅极绝缘体146的介电常数优选高于上部层间绝缘层140的介电常数。

[0067] 通过设置具有高介电常数的栅极绝缘体146，可以降低有机薄膜晶体管的阈值电压，并且可以提高其离子电流，由此提高有机薄膜晶体管的效率。

[0068] 在上部层间绝缘层140和栅极绝缘体146上形成多个源电极193、多个像素电极191以及多个接触辅助物81和82。它们可以由诸如IZO和ITO的透明导电材料构成，其厚度可以是大约 到大约

[0069] 源电极193通过接触孔143连接到数据线171，并且在栅电极124之上延伸。

[0070] 像素电极191包括以栅电极124为中心面对源电极193的部分195(以下称为漏电极)，并且通过接触孔147连接到存储电容器导体127。漏电极195和源电极193各自的互相面对的侧边相互平行迂回蛇行(snakewindingly)。像素电极191与栅极线121和数据线171叠置，以增大开口率。

[0071] 将接触辅助物81和82分别通过接触孔141和162连接至栅极线121的端部129和数据线171的端部。接触辅助物81和82补充栅极线121的端部129和数据线171的端部179与外部装置之间的粘合特性，并且保护这些构件。

[0072] 在源电极193、像素电极191和上部层间绝缘层140上形成多个堤坝180。

[0073] 在堤坝180中形成多个开口184。开口184位于栅电极124和上部层间绝缘层140的开口144上，并且暴露源电极193和漏电极195的部分以及位于其间的栅极绝缘体146。

[0074] 堤坝180由厚度大约为 到4μm的可以对其实施溶液工艺的感光有机材料构成。堤坝180的开口184小于上部层间绝缘层140的开口144。因此，堤坝180牢固地固定了形成于下方的栅极绝缘体146，从而能够防止栅极绝缘体146的脱落，并且可以在后续过程中减少化学溶液的渗透。

[0075] 在堤坝180的开口184内形成多个有机半导体岛154。有机半导体154接触位于栅电极124之上的源电极193和漏电极195，其高度低于堤坝180的高度，因而有机半导体154被堤坝180完全包围。由于有机半导体154被堤坝180完全包围，因此，其侧面没有露出，因而能够在后续过程中防止化学溶液渗透到半导体154的侧面当中。

[0076] 有机半导体154可以包括溶于有机溶剂的高分子化合物或低分子化合物，并且可以通过喷墨印刷法形成有机半导体154。

[0077] 有机半导体154可以包括具有并四苯或并五苯的取代基(substituent)的衍生物。有机半导体154可以包括具有四到八个连接至噻吩环的位置2或5的噻吩的寡噻吩(oligothiophene)。

[0078] 有机半导体154可以包括聚噻吩基乙烯撑(polythienylenevinylene)、聚3己基噻吩、聚噻吩、酞菁染料、金属化酞菁染料或其衍生物。有机半导体154可以包括二萘嵌苯四羧酸二酐(perylenetetracarboxylic dianhydride，PTCDA)、萘四羧酸二酐(naphthalenetetracarboxylic dianhydride，NTCDA)或其酰亚胺衍生物。有机半导体154可以包括二萘嵌苯或六苯并苯以及包括其取代基的衍生物。有机半导体的厚度可以是大约到

[0079] 一个栅电极124、一个源电极193和一个漏电极195连同一个有机半导体154形成一个薄膜晶体管(TFT)Q。在源电极193和漏电极195之间的有机半导体154上形成薄膜晶体管Q的沟道。

[0080] 薄膜晶体管Q向像素电极191施加数据电压，从而连同施加到显示屏板(未示出)的公共电极(未示出)上的公共电压一起形成电场，由此决定位于所述两个电极之间的液晶层(未示出)的液晶分子的方向。像素电极191和公共电极形成电容器(以下称为液晶电容器)，从而在薄膜晶体管截止之后保持外加电压。

[0081] 在有机半导体154上形成光阻挡构件186。光阻挡构件186由基于氟的碳氢化合物、基于聚乙烯醇的化合物等构成，并保护有机半导体154不受外部的热、等离子体和化学物质的影响。

[0082] 可以在阻挡构件186上形成用于增强对有机半导体154的保护的钝化层(未示出)。

[0083] 在根据本发明实施例的喷墨印刷系统和制造有机薄膜晶体管阵列板的方法当中，单独设置干燥室，并调节干燥室内溶剂的蒸汽压力，从而调节墨水的干燥速度，由此改善有机半导体的结晶度。

[0084] 尽管已经结合当前被认为是实际的示范性实施例的内容对本发明进行了描述，但是，应当理解本发明不限于所公开的实施例，反之，本发明意在涵盖不违背本发明的精神和范围的各种修改和等同设置，这些修改和等同设置对于本领域技术人员而言是显而易见。

[0085] 本申请要求于2005年12月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0123136的优先权和权益，在此将其内容引入以供参考。