由国立先进工业科技研究所(AIST)、日立和Optoelectronic工业技术开发协会的研究人员组成的联合研究小组在日本东京报告说,他们在使用印刷方法制造有机薄膜晶体管上取得了重大进步,这为在纸张和柔性基底上制造下一代低成本高分辨率显示器铺平了道路。
该研究小组已经生产出一种可以同现有的非结晶硅(amorphous-silicon)TFT LCD相媲美的分辨率为80像素/英寸的1.4英寸全彩色液晶显示器。与通过常用的高成本平版照相和真空淀积过程形成保护层的技术不同,该显示器的有机TFT使用印刷方式形成保护层。这项技术增强了这些研究人员对以下前景的信心,即将来某一天有可能可以用印刷方式制造整个有机晶体管。
“我们实现了以印刷方式形成保护层,从而扫除了最后一个障碍,”AIST有机半导体器件组组长Toshihike Kamata表示,“现在,每个元件都可以用印刷方式形成。我们必须要做的是以印刷方式实现所有工艺的集成。”
LCD工业目前使用半导体类型的制造工艺在玻璃衬底上制造显示器。这种显示器要求刚性背板、大片玻璃和高耗能背光,而所有这些都增加了尺寸和成本。
“我们正在致力于使用通过印刷方法形成的有机晶体管来开发一种低成本显示器或电子纸张。其成本可低至10美元左右,因此我们甚至可以把它用作免费样品,”Kamata说。
有机TFT技术是显示器制造商用来生产低成本柔性显示器的一种方法。电子纸张开发商SiPix公司正在全力推进一项与Polymer Vision公司(飞利浦技术公司的一项投资)联合投资的基于电泳技术开发卷筒式显示器的项目。另外,Eastman Kodak公司的显示器及元件集团拥有一种把散布的聚合物液晶微粒沉积到卷筒馈送式塑料衬底上的柔性显示器技术。该技术的应用目标是零售商的顾客招徕标牌。
对任何一种柔性显示技术来说,取得成功的关键是开发出一种有良好发展前景的业务,有机TFT也不例外,从事市场研究的DisplaySearch公司(德州Austin)的显示器技术总监Norman Bardsley指出。“仅仅制造1英寸的LCD是没有意义的,”他指出,“使用各种标准的技术来制造广告牌大小的LCD缺乏经济性。如果可以采用印刷方法来制造,则可以大大降低其成本。”不过,Bardsley提醒说,“性能和制造能力常常是一对需要折衷的矛盾问题。”
在其有机TFT开发过程中,该日本研究小组声称要解决两个主要问题:晶体管的退化问题和有机晶体管和金属电极之间的源极和漏极的高接触电阻问题。第一个问题通过LC过程来解决。对于第二个问题,这些科学家把与有机半导体相接触的电极末端的边缘部分修改成尖角状。由于边缘形状的改变,晶体管的电阻降低了20%,从而提高了源-漏电流,该小组表示。
这些科学家还开发了一种两层的保护结构,该结构可以保护晶体管避免在与液晶形成像素的过程中被损坏。该结构组合了有机层和非有机层:内层包含一种同有机晶体管关系密切的有机化合物；外层保护整个晶体管,避免在LC过程中被损坏。
尽管这些晶体管是通过印刷、平版照相和真空沉积三种工艺组合的方式生产的,该研究小组相信将来可以普遍使用印刷方法。“理想的情况是,这种两层的保护层可以只用两次涂覆来形成并可以自动成型,”日立的高级实验研究所纳米系统实验室的高级研究员Masahiko Andou说。Andou已经利用纳米材料的自集结现象开发了一种免校准印刷方法来形成有机晶体管。
作者:原好子,秦岛
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