ВЫРАВНИВАЮЩИЙ СЛОЙ
PLANARISATION LAYER

Уровень техники
Выравнивающие слои применяют при изготовлении электронных устройств для подготовки невыровненных (непланаризованных) поверхностей (таких, например, как поверхность пластиковой подложки или подложки из металлической фольги) к формированию в устройстве функционального слоя, такого как структурированный проводящий слой, задающий электрический контур данного устройства.
Шероховатость поверхности пластиковых подложек, а также подложек из металлической фольги рассматривалась как делающая такие подложки непригодными для непосредственного нанесения какого-либо функционального слоя электронного устройства. Обычный подход в этом случае состоит в выравнивании (планаризации) поверхности непланаризованной подложки до формирования такого функционального слоя.
Раскрытие изобретения
Авторами настоящего изобретения была поставлена задача создать функциональные слои, которые можно было бы расположить между выравнивающим слоем и непланаризованной подложкой, для планаризации которой предназначен выравнивающий слой.
Согласно изобретению предлагается устройство, содержащее подложку, выравнивающий слой, функция которого заключается в планаризации подложки, по меньшей мере первый проводящий слой и полупроводниковый слой, сформированные поверх выравнивающего слоя, а также, дополнительно, функциональный слой, расположенный между подложкой и выравнивающим слоем. Для одного или более транзисторных устройств первый проводящий слой образует по меньшей мере контур электродов истока и стока, а полупроводниковый слой - полупроводниковые каналы.
Предлагается также устройство, содержащее непланаризованную пластиковую подложку, сформированный на ней электрически или оптически функциональный слой, выравнивающий слой, сформированный поверх функционального слоя, а также по меньшей мере первый проводящий слой и полупроводниковый слой, сформированные поверх выравнивающего слоя. Для одного или более транзисторных устройств первый проводящий слой образует по меньшей мере контур электродов истока и стока, а полупроводниковый слой - полупроводниковые каналы.
Согласно одному из вариантов для излучения с длиной волны, облучение на которой приводит к деградации полупроводниковых каналов, пропускание функционального слоя меньше, чем пропускание подложки и выравнивающего слоя.
Согласно одному из вариантов излучение с указанной длиной волны представляет собой свет (оптическое излучение в видимой области), а устройство дополнительно содержит источник задней подсветки, расположенный на стороне подложки, противоположной по отношению к функциональному слою, и излучающий свет в оптическую среду, расположенную на стороне полупроводниковых каналов, противоположной по отношению к источнику задней подсветки, и управляемую транзисторными устройствами. При этом функциональный слой выполнен структурированным таким образом, чтобы обеспечить перенос света от источника задней подсветки к оптической среде в зонах, не являющихся полупроводниковыми каналами.
Согласно одному из вариантов указанная оптическая среда представляет собой жидкокристаллическую оптическую среду.
Согласно другому варианту в состав функционального слоя входит второй проводящий слой, который расположен по меньшей мере под частью контура электродов стока для единственного или каждого из транзисторов и связан посредством емкостной связи с электродом стока через выравнивающий слой.
Согласно одному из вариантов во втором проводящем слое сформирован массив проводящих участков, каждый из которых соединен внутри второго проводящего слоя со всеми смежными с ним проводящими участками.
Согласно еще одному из вариантов каждый проводящий участок по своему местоположению, по существу, соответствует по меньшей мере участку контура электрода стока для соответствующего транзистора.
Согласно следующему варианту второй проводящий слой сформирован сеткой, состоящей из соединенных между собой электропроводных волокон.
Согласно одному из вариантов в дополнительном слое содержится второй проводящий слой, образующий затворные электроды для каждого из транзисторных устройств.
Согласно другому варианту второй проводящий слой структурирован с образованием массива затворных линий независимой адресации, каждая из которых проходит под полупроводниковыми каналами соответствующего столбца транзисторов и содержит сетку, состоящую из электропроводных волокон.
Согласно еще одному варианту второй проводящий слой структурирован с образованием массива участков, каждый из которых изолирован от других участков внутри второго проводящего слоя, а каждый участок выполнен с возможностью адресации через одну из множества линий адресации, проходящих над выравнивающим слоем.
Согласно одному варианту устройство дополнительно содержит третий проводящий слой, сформированный поверх выравнивающего слоя на стороне первого проводящего слоя, противоположной по отношению ко второму проводящему слою, и образующий контур затворных электродов для массива транзисторных устройств.
Предлагается также способ управления устройством, описанным выше, включающий управление напряжением, приложенным к затворным электродам, образованным вторым проводящим слоем, таким образом, чтобы уменьшить механическое напряжение, индуцированное в полупроводниковых каналах функционированием контура затворных электродов.
Согласно одному из вариантов способ включает использование затворных электродов, образованных вторым проводящим слоем, для настройки порогового напряжения, подаваемого на транзисторные устройства, а также использование контура затворных электродов для переключения транзисторных устройств.
Согласно одному из вариантов в состав функционального слоя входит второй проводящий слой, расположенный между подложкой и выравнивающим слоем. При этом указанные одно или более транзисторных устройств составляют контур управления для дисплейного устройства, а вторым проводящим слоем сформирован нижний проводник механизма сенсорного датчика для этого дисплейного устройства.
Согласно другому варианту в данном функциональном слое содержится второй проводящий слой, структурированный и сформированный сеткой, состоящей из соединенных между собой электропроводных волокон.
Предлагается также способ, включающий следующие операции:
получают непланаризованную подложку,
на непланаризованной подложке формируют электрически и/или оптически функциональный слой,
поверх функционального слоя формируют выравнивающий слой,
поверх выравнивающего слоя формируют первый проводящий слой и полупроводниковый слой,
при этом первый проводящий слой образует по меньшей мере контур электродов истока и стока для одного или более транзисторных устройств, а полупроводниковый слой образует полупроводниковые каналы для одного или более транзисторных устройств.
Согласно одному из вариантов функциональный слой представляет собой структурированный слой.
A
A
Согласно одному из вариантов описанных устройства и способа параметр R,характеризующий шероховатость поверхности подложки, превышает 5 нм, а в двух других вариантах соответственно 10 нм и 15 нм. Параметр R является общепринятым показателем для оценки шероховатости, подробно описанным в разделе 3.2.1.1. монографии "Surfaces and their Measurement", David Whitehouse (Taylor & Francis Books, Inc.) и характеризующим поверхность, исходя из вертикальных отклонений профиля шероховатости от средней линии. Данный параметр представляет собой среднее арифметическое абсолютных значений (модулей) вертикальных отклонений. В одном из вариантов непланаризованная пластиковая подложка характеризуется наличием поверхностных царапин и/или других дефектов поверхности.
Краткое описание чертежей
Далее варианты изобретения будут описаны, только в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 проиллюстрирована технология реализации изобретения согласно его первому варианту.
На фиг. 2 приведен пример паттерна проводящего слоя для технологии согласно второму варианту изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 приведен пример дисплейного устройства согласно первому варианту изобретения. Гибкая пластиковая подложка 2 (например из полиэтилентерефталата или полиэтиленнафталата) несет множество тонкопленочных транзисторов (ТПТ) с верхним расположением затвора. Каждый из ТПТ содержит электрод 8 истока и электрод 10 стока, соединенные полупроводниковым каналом, который образован структурированным (т.е. имеющим заданный паттерн) полупроводниковым слоем 12. В каждом транзисторе имеется также затворный электрод 16, сопряженный с полупроводниковым каналом через затворный диэлектрик 14. Кроме электродов 8 и 10, проводящим слоем образуются также следующие элементы: массив линий адресации истоков (на чертеже не изображен), в котором каждая линия соединяет с соответствующим терминалом, находящимся у края массива ТПТ, электроды 8 истока, задающие соответствующую строку ТПТ, и протяженные проводники стока, каждый из которых вне зоны действия затворного электрода 16 обеспечивает для соответствующего ТПТ наличие вертикальной межслоевой перемычки 20, электрически присоединенной к находящемуся над ней пиксельному электроду 22.
Затворные электроды выполнены в виде массива параллельных затворных линий 16, ориентированных перпендикулярно упомянутым линиям адресации истоков, причем каждая затворная линия 16 образует затворные электроды для соответствующего столбца ТПТ. От пиксельных электродов 22, имеющих верхнее расположение, затворные линии 16 изолированы слоем 18 изолятора. Структурированный проводящий слой, образующий затворные линии 16, может быть использован также для формирования других элементов, таких как СОМ линии (на чертеже не изображены), параллельные затворным линиям 16 и совместно с пиксельными электродами 22 образующие пиксельные конденсаторы.
A
На пластиковой подложке 2 поверх выравнивающего слоя 6 сформирован структурированный проводящий слой, образующий электроды 8, 10 истока и стока, линии адресации истока и протяженные проводники стока. Слой 6 планаризует верхнюю поверхность пластиковой подложки 2 (т.е. это первый слой, обеспечивающий получение верхней поверхности, у которой шероховатость существенно меньше, чем у верхней поверхности пластиковой подложки). Тем самым гарантируется наличие поверхности, хорошее качество которой позволяет нанести линии адресации истока и другие элементы даже при наличии на верхней поверхности пластиковой подложки 2 царапин, шероховатостей и других поверхностных дефектов. Шероховатость Rверхней поверхности после нанесения выравнивающего слоя на подложку обычно менее 2 нм, предпочтительно менее 1 нм.
Способ согласно одному из вариантов изобретения включает стадию, на которой на пластиковой подложке 2 до нанесения на нее какого-либо выравнивающего слоя обеспечивают формирование проводника с выполненным в нем паттерном. Такой структурированный проводящий слой, расположенный непосредственно на непланаризованной пластиковой подложке 2, может образовывать массив линий, экранирующих свет. Каждая из них параллельна соответствующей затворной линии 16, по существу, отцентрирована по ней, но шире ее, так что проекция каждой затворной линии 16 полностью находится в границах соответствующей линии 4, экранирующей свет. Это позволяет даже допустить до некоторой степени рассогласование между нижним проводящим слоем и верхним проводящим слоем, образующим в процессе изготовления устройства затворную линию 16. Например, ширина линий 4, экранирующих свет, может превышать ширину затворной линии на 10 или 15 мкм. Хорошее согласование по положению экранирующих линий 4 и электродов 8, 10 истока/стока по отношению к затворным линиям 16 можно обеспечить, используя в структурированном проводящем слое настроечные метки, задающие положение линий 4, и применяя эти метки в качестве базы при структурировании верхних проводящих слоев, образующих электроды истока/стока и затворные линии 16. Если формирование этих верхних проводящих слоев включает перед формированием паттерна нанесение сплошного слоя непрозрачного проводящего материала, места настроечных меток временно маскируют, чтобы метки не были скрыты этими сплошными слоями.
Наличие слоя, экранирующего свет, находит особое применение в таких дисплейных устройствах, в основе которых лежит перенос света от источника 26 задней подсветки через массив ТПТ в управляемую этим массивом оптическую среду 24 (такую как неотражающая жидкокристаллическая среда). Паттерн, выполненный в слое, экранирующем свет, защищает полупроводниковые каналы от излучения задней подсветки, под воздействием которого они деградируют, но в то же время позволяет этому излучению проходить от источника 26 задней подсветки в оптическую среду 24.
Линии 4, экранирующие свет, могут быть выполнены из любого материала, который по сравнению с подложкой 2 и выравнивающим слоем 6 менее прозрачен для падающего излучения, наносящего повреждения, например, для видимого излучения (света) или УФ излучения. В число примеров пригодных материалов входят золото, алюминий, медь, медные сплавы с высокими прочностными характеристиками, коммерчески доступные в качестве материалов, наносимых распылением, усовершенствованные серебряные сплавы (также коммерчески доступные в том же качестве) и серебро. Толщину линий 4, экранирующих свет, выбирают в соответствии с желаемым уровнем защиты полупроводниковых каналов от излучения.
В одном из примеров технологии формирования линий 4, экранирующих свет, на пластиковой подложке 2 до осаждения на нее какого-либо выравнивающего слоя формируют (например посредством распыления или используя другую технологию вакуумного осаждения) сплошной слой материала, экранирующего свет, а затем структурируют этот сплошной слой, применяя для этого, например, фотолитографию и травление.
Для выполнения функции экранирования света некритичны любые разрывы в линиях, экранирующих свет, возникающие вследствие дефектов поверхности пластиковой подложки, поскольку по отношению к любому элементу массива ТПТ данная функция не требует электрического подключения к терминалу у края устройства.
Структурированный слой, экранирующий свет, не обязательно формировать в виде линий, экранирующих свет и проходящих между противоположными краями массива ТПТ. Такой слой может быть сформирован, например, массивом изолированных участков материала, экранирующего свет, каждым из которых экранируется полупроводниковый канал соответствующего транзистора.
Кроме того, необязательно формировать слой, экранирующий свет, из проводящего материала, поскольку для экранирования полупроводниковых каналов от повреждения падающим излучением не требуется, чтобы траектория через массив ТПТ была проводящей. Однако нанесением проводящего материала непосредственно на непланаризованную пластиковую подложку 2 (т.е. до нанесения на нее какого-либо выравнивающего слоя) и изолированием подложки выравнивающим слоем 6 от расположенных над ней проводящих слоев могут выполняться другие функции, совмещенные или не совмещенные с функцией экранирования света.
Например, проводящие элементы, расположенные между пластиковой подложкой 2 и выравнивающим слоем 6 (т.е. на подложке 2 до осаждения на нее какого-либо выравнивающего слоя) могут образовывать конденсаторы совместно с протяженными проводниками стока и/или СОМ линиями, расположенными на том же уровне, что и затворные линии 16. Это способствует сохранению заряда на пиксельных электродах 22. Данная функция может выполняться также посредством проводящего слоя, не имеющего паттерна и расположенного между пластиковой подложкой 2 и выравнивающим слоем 6 (т.е. сформированного на непланаризованной пластиковой подложке до осаждения на нее какого-либо выравнивающего слоя).
Проводящие элементы 4, расположенные между пластиковой подложкой 2 и выравнивающим слоем 6 (т.е. сформированные на непланаризованной пластиковой подложке до осаждения на нее какого-либо выравнивающего слоя), могут также образовать вторые затворные электроды на стороне полупроводникового канала, противоположной по отношению к затворным линиям 16. Такие вторые затворные электроды могут оказаться полезными для настройки порогового напряжения ТПТ (т.е. напряжения, которое нужно создать на электроде истока, чтобы электрический потенциал на электроде стока вызвал изменение соответствующего пикселя на выходе оптической среды) или чтобы уменьшить механическое напряжение в полупроводниковых каналах, индуцированное работой верхних затворных электродов. Например, управление функционированием дисплейным устройством происходит путем последовательного переключения затворных линий в рабочий режим при удерживании остальных затворных линий в выключенном состоянии. Удерживать затворную линию в выключенном состоянии можно, подавая на нее напряжение; однако, через какой-то период времени (так называемое время кадра), в течение которого каждая затворная линия остается в этом состоянии, непрерывная подача выключающего напряжения может индуцировать в затворном диэлектрикеполяризационные эффекты, вызывающие миграцию мобильных ионов в полупроводниковые каналы и внутри этих каналов. Подобные мобильные ионы оказывают на устройство нежелательные воздействия, такие как захват заряда, и вызывают изменение порогового напряжения для ТПТ, ослабление электрического поля, созданного приложением напряжения к затворным электродам, и химически изменяют полупроводниковый канал и/или затворный диэлектрик. Для противодействия некоторым из этих нежелательных эффектов и/или для их компенсации может быть использован второй затворный электрод, расположенный на противоположной стороне полупроводникового канала. Вторые затворные электроды можно разместить в виде столбцов проводников, причем каждый такой столбец согласован с соответствующей затворной линией 16 и предоставляет второй затворный электрод тому же столбцу ТПТ, с которым согласована эта линия 16.
Столбцы или строки адресуемых проводящих элементов, расположенных между пластиковой подложкой 2 и выравнивающим слоем 6 (т.е. сформированных на непланаризованной пластиковой подложке до осаждения на нее какого-либо выравнивающего слоя), могут сформировать также нижний проводящий слой в механизме сенсорного датчика для дисплейного устройства.
Для приложения напряжения ко всем этим дополнительным компонентам требуется их электрическое подключение к терминалу у края массива ТПТ. На фиг.2 иллюстрируется технология, позволяющая лучше избежать электрических разрывов между терминалом и любым проводящим элементом, расположенным между пластиковой подложкой 2 и выравнивающим слоем 6 (т.е. элементом, сформированным на непланаризованной пластиковой подложке до нанесения на нее какого-либо выравнивающего слоя). Данная технология предусматривает, что на пластиковой подложке 2 формируют проводящий слой 4 в виде массива проводящих участков 34, каждый из которых в структурированном проводящем слое 4 соединен перемычками 36 со всеми смежными с ним проводящими участками (в обоих направлениях х, у). Данная технология применяется, в частности, (i) для формирования, совместно с протяженными проводниками стока и/или СОМ линиями, проводящих элементов, образующих конденсаторы на том же уровне, на котором находятся затворные линии, и (П) для формирования дополнительных затворных электродов, для которых предусмотрена возможность выполнять свою функцию одновременно для всех ТПТ в массиве.
Другая технология предусматривает структурирование проводящего слоя в виде массива проводящих участков, изолированных друг от друга внутри данного слоя, и наличие межслоевых проводящих перемычек, проходящих через выравнивающий слой 6 между каждым таким участком и одним из элементов массива параллельных проводящих линий, сформированных на выравнивающем слое параллельно линиям адресации истока. При этом каждая проводящая линия подключена к соответствующей строке этих участков и к соответствующему терминалу у края массива ТПТ. Данная технология особенно полезна (i) для формирования, совместно с протяженными проводниками стока и/или СОМ линиями, проводящих элементов, образующих конденсаторы на том же уровне, на котором находятся затворные линии проводящих элементов, и (ii) для формирования строк или столбцов проводников механизма сенсорного датчика.
Еще одна технология предусматривает формирование между пластиковой подложкой 2 и выравнивающим слоем 6 проводящего слоя в виде нетканой сетки, состоящей из соединенных между собой электропроводных волокон, таких как металлические нанопровода (например, из серебра). Массив проводящих линий, выполненный из такой нетканой сетки, менее предрасположен к появлению электрических разрывов в любой из данных линий, поскольку по сравнению с напыленным металлическим слоем нетканая сетка более пластична, а изгибание устройства в его готовом состоянии с меньшей вероятностью приводит к электрическому разрыву в любой из линий даже в случае механического разламывания некоторых волокон, образующих сетку. Технология с использованием сетки особенно эффективна, в частности, (i) для формирования проводящих линий, образующих, совместно с протяженными проводниками стока и/или СОМ линиями, конденсаторы на том же уровне, на котором находятся затворные линии, (ii) для формирования дополнительных затворных линий, выполнение функции которых требует одновременной подачи напряжения на разные столбцы ТПТ, и (iii) для формирования проводящих линий механизма сенсорного датчика.
Для специалиста в данной области будет очевидно, что в добавление к любым модификациям, конкретно упомянутым выше, в границах объема изобретения могут быть реализованы и другие различные модификации предпочтительных вариантов.