本發(fā)明屬于有機(jī)電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于全噴墨打印工藝的陣列背板電路及其制備方法。

背景技術(shù)：

印刷電子技術(shù)由于具有低工藝成本、可低溫制備、易于柔性和大面積集成等優(yōu)點(diǎn)得到了人們廣泛的關(guān)注，其在電子紙顯示背板、射頻識(shí)別標(biāo)簽、傳感器件、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域中具有很廣泛的應(yīng)用前景，特別是在陣列背板電路研發(fā)領(lǐng)域，隨著人們對(duì)顯示設(shè)備低成本、可柔性要求的日益增長(zhǎng)，采用溶液法制備陣列背板電路將會(huì)有更進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用。

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)溶液法制作陣列背板電路的工藝鮮有報(bào)導(dǎo)，傳統(tǒng)的陣列背板電路制備工藝并不能同時(shí)達(dá)到省材料、精確滴定、無需額外過孔工藝、易于大面積集成等效果，全溶液法制作工藝本身的不成熟也進(jìn)一步限制了其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種陣列背板電路及其制備方法，該陣列背板電路的基礎(chǔ)元件為采用溶液法全打印制成的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，制備方法僅用一臺(tái)印刷設(shè)備，按照加法工藝流程采用噴墨打印方法依次打印各功能層，無需借助傳統(tǒng)的光刻工藝實(shí)現(xiàn)薄膜的圖形化、過孔結(jié)構(gòu)，即可通過全打印的方法實(shí)現(xiàn)器件的全部制作流程，達(dá)到降低工藝成本、節(jié)省材料、實(shí)現(xiàn)大面積集成等效果，為均一性良好的陣列背板電路的制備提供穩(wěn)定的工藝基礎(chǔ)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種陣列背板電路的制備方法，通過全溶液法實(shí)現(xiàn)所述陣列背板電路的器件的全部制作過程，按照加法工藝流程采用噴墨打印方法依次打印該陣列背板電路的各功能層，同時(shí)實(shí)現(xiàn)薄膜的圖形化和過孔結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述陣列背板電路由驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線、數(shù)據(jù)信號(hào)總線、接地總線和若干單元電路組成，每一單元電路的結(jié)構(gòu)包括：絕緣襯底、柵電極、共用電極、柵極絕緣層、源電極、漏電極、電極修飾材料、有機(jī)半導(dǎo)體層、層間絕緣膜、下層像素電極、顯示材料和上層像素電極；所述的制備方法包括以下步驟：

1)在絕緣襯底上制備柵電極——使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨打印方法在所述絕緣襯底的上面打印出各單元電路的柵電極，并打印金屬線將同一行的柵電極連接起來；

2)在絕緣襯底上制備共用電極——使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨打印方法在所述絕緣襯底的上面打印出各單元電路的共用電極，并打印金屬線將同一行的共用電極連接起來；

3)在絕緣襯底、柵電極和共用電極上制備柵極絕緣層——使用有機(jī)聚合物溶液配合噴墨打印方法在所述柵電極、絕緣襯底和共用電極的上面精確滴定出圖形化的柵極絕緣層，同時(shí)保留出所述共用電極的一段以實(shí)現(xiàn)過孔結(jié)構(gòu)，便于該共用電極與后續(xù)制備步驟中的上層像素電極相連；

4)在柵極絕緣層上制備源電極和漏電極——使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨打印方法在所述柵極絕緣層的上面打印出各單元電路的源電極和漏電極，并打印金屬線將同一列的源電極連接起來；

5)在源電極和漏電極上修飾電極修飾材料——將所述源電極和漏電極浸涂在化學(xué)單分子自組裝薄膜中一段時(shí)間后取出，或者使用噴墨打印方法將化學(xué)單分子自組裝薄膜的材料溶液精確滴定在該源電極和漏電極的上表面；

6)在柵極絕緣層和電極修飾材料的上面及源電極與漏電極之間的區(qū)域中制備有機(jī)半導(dǎo)體層——使用有機(jī)半導(dǎo)體溶液結(jié)合噴墨打印方法在所述源電極與漏電極之間的溝道中精確滴定有機(jī)半導(dǎo)體溶液，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體層的圖形化；

7)在源電極、漏電極和有機(jī)半導(dǎo)體層上制備層間絕緣膜——使用有機(jī)聚合物溶液配合噴墨打印方法在所述源電極、有機(jī)半導(dǎo)體層和漏電極的上面精確滴定出圖形化的層間絕緣膜，在所述漏電極上保留出一個(gè)無層間絕緣膜的區(qū)域以實(shí)現(xiàn)過孔結(jié)構(gòu)，便于所述漏電極與后續(xù)制備步驟中的下層像素電極相連；

8)在層間絕緣膜上制備下層像素電極——使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨打印方法在各單元電路的層間絕緣膜的上面打印出下層像素電極，并通過步驟7)中形成的過孔結(jié)構(gòu)與所述漏電極相連；

9)在下層像素電極上制備顯示材料——使用顯示材料溶液結(jié)合噴墨打印方法在各單元電路的下層像素電極的上面打印出顯示材料；

10)在顯示材料上制備上層像素電極——使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨打印方法，在各單元電路的顯示材料上打印出上層像素電極，并通過步驟3)中形成的過孔結(jié)構(gòu)與所述共用電極相連；

11)將每行的驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線與各單元電路的柵電極相連，每行的接地總線與各單元電路的存儲(chǔ)電容和寄生電容的一端相連，每列的數(shù)據(jù)信號(hào)總線與各單元電路的源電極或漏電極相連，組成完整的陣列背板電路。

進(jìn)一步地，所述制備方法的所有工藝的最高溫度不超過180攝氏度。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案為：

一種通過上述方法制備的基于全噴墨打印工藝的陣列背板電路，其由驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線、數(shù)據(jù)信號(hào)總線、接地總線和若干單元電路組成；所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線和接地總線按行排列，所述數(shù)據(jù)信號(hào)總線按列排列，每一單元電路包括：溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、存儲(chǔ)電容和寄生電容，具體結(jié)構(gòu)包括：絕緣襯底、柵電極、共用電極、柵極絕緣層、源電極、漏電極、電極修飾材料、有機(jī)半導(dǎo)體層、層間絕緣膜、下層像素電極、顯示材料和上層像素電極；所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線與各單元電路的溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵電極相連，所述數(shù)據(jù)信號(hào)總線與各單元電路的溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源電極或漏電極相連，各單元電路的存儲(chǔ)電容和寄生電容的一端與所述溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏電極或源電極相連，所述存儲(chǔ)電容和寄生電容的另一端與所述接地總線相連并接地。

進(jìn)一步地，所述的絕緣襯底的材料為PET塑料薄膜、PEN塑料薄膜、PI塑料薄膜或玻璃。

進(jìn)一步地，所述的柵電極、共用電極、源電極、漏電極、下層像素電極和上層像素電極的材料為導(dǎo)電金屬金、銀、銅、鋁或者導(dǎo)電有機(jī)物PEDOT:PSS。

進(jìn)一步地，所述的柵極絕緣層和層間絕緣膜為有機(jī)聚合物薄膜。

進(jìn)一步地，所述的電極修飾材料為化學(xué)單分子自組裝薄膜。

進(jìn)一步地，所述的有機(jī)半導(dǎo)體層的材料為有機(jī)小分子材料和絕緣聚合物的共混材料或者有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料。

進(jìn)一步地，所述的顯示材料為有機(jī)顯示材料LCD或OLED。

本發(fā)明的有益效果在于：

第一、所述制備方法通過全噴墨打印方法實(shí)現(xiàn)每一層材料溶液的精確滴定和薄膜的圖形化，無需借助傳統(tǒng)的光刻工藝實(shí)現(xiàn)過孔結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體圖形化，從而大大節(jié)省了材料，簡(jiǎn)化了制備工藝，大幅度降低了陣列背板電路生產(chǎn)制作的成本。

第二、所述方法適用于陣列背板電路的大面積加工，易于電路集成，既能應(yīng)用于柔性電子工藝，也能與現(xiàn)有硅基電子工藝兼容。

第三、所述方法的所有工藝的最高溫度不超過180攝氏度，因而能夠很好的應(yīng)用于柔性襯底。

本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)便、材料節(jié)省、滴定精確、易于大面積集成等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了設(shè)備和生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于全噴墨打印工藝的陣列背板電路的示意圖。

圖2是本發(fā)明的單元電路的示意圖。

圖3是本發(fā)明的制備方法流程圖。

圖4是單元電路的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5A-圖5I是本發(fā)明的工藝步驟示意圖。

圖6A-圖6D是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)性示例中對(duì)應(yīng)每一種材料噴墨打印機(jī)的輸出電壓波形。

圖7是實(shí)驗(yàn)性示例得到的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明所述的陣列背板電路的制備方法用于制備基于全噴墨打印工藝的陣列背板電路，該陣列背板電路的結(jié)構(gòu)如圖1所示。所述陣列背板電路由驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線11、數(shù)據(jù)信號(hào)總線12、接地總線13和若干單元電路組成。所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線11和接地總線13按行排列，所述數(shù)據(jù)信號(hào)總線12按列排列。

請(qǐng)參閱圖2，每一單元電路包括：溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管14、存儲(chǔ)電容15和寄生電容16。請(qǐng)參閱圖4，其對(duì)應(yīng)于具體結(jié)構(gòu)包括：絕緣襯底21、柵電極22、共用電極23、柵極絕緣層24、源電極25、漏電極26、電極修飾材料27、有機(jī)半導(dǎo)體層28、層間絕緣膜29、下層像素電極30、顯示材料31和上層像素電極32。其中，絕緣襯底21位于溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管14的最底層，柵電極22位于絕緣襯底21之上，共用電極23位于絕緣襯底21之上，柵極絕緣層24覆蓋絕緣襯底21、柵電極22和共用電極23，在柵極絕緣層24表面制備有源電極25和漏電極26，在源電極25和漏電極26上面修飾電極修飾材料27，有機(jī)半導(dǎo)體層28覆蓋柵極絕緣層22和電極修飾材料27，層間絕緣膜29覆蓋源電極25、漏電極26、電極修飾材料27和有機(jī)半導(dǎo)體層28，下層像素電極30覆蓋層間絕緣膜29，并通過層間絕緣膜29上的過孔與漏電極26相連，顯示材料31覆蓋下層像素電極30，上層像素電極32覆蓋顯示材料31，并與共用電極23相連。

請(qǐng)參閱圖2，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線11與各單元電路的溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管14的柵電極22相連；所述數(shù)據(jù)信號(hào)總線12與各單元電路的溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管14的源電極25或漏電極26相連；所述各單元電路的存儲(chǔ)電容15和寄生電容16分別有一共同端與溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管14的漏電極26或源電極25相連；所述存儲(chǔ)電容15和寄生電容16的另一共同端與接地總線13相連并接地。

所述絕緣襯底21的材料為玻璃或PET、PEN、PI等塑料薄膜等。

所述柵電極22的材料為金、銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬，或PEDOT:PSS等導(dǎo)電有機(jī)物，通常厚度為幾十納米。

所述共用電極23的材料為金、銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬，或PEDOT:PSS等導(dǎo)電有機(jī)物，通常厚度為幾十納米。

所述柵極絕緣層24為溶液法加工的有機(jī)聚合物薄膜。這里提到的有機(jī)聚合物薄膜不溶于有機(jī)半導(dǎo)體層所用到的溶劑，柵極絕緣層24的厚度一般為幾百納米。

所述源電極25和漏電極26的材料為金、銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬，或PEDOT:PSS等導(dǎo)電有機(jī)物，通常厚度為幾十納米。

所述電極修飾材料27為化學(xué)單分子自組裝薄膜，能夠起到改善電極-半導(dǎo)體接觸的作用。

所述有機(jī)半導(dǎo)體層28的材料為有機(jī)小分子材料和絕緣聚合物的共混材料或者有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料。若用有機(jī)小分子和絕緣聚合物的共混材料，成膜后小分子和聚合物會(huì)發(fā)生相分離形成很薄的有機(jī)半導(dǎo)體層，這會(huì)有助于器件工作在耗盡型溝道模式，后續(xù)需要退火改善半導(dǎo)體層的結(jié)晶，提高器件性能；若用有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料，成膜后分子間形成大π鍵，能夠讓載流子順利遷移，從而保證較高器件性能。

所述層間絕緣膜29為溶液法打印加工或傳統(tǒng)溶液法加工的有機(jī)聚合物薄膜。這里提到的有機(jī)聚合物薄膜不溶于有機(jī)半導(dǎo)體層所用到的溶劑，層間絕緣膜29的厚度一般為幾百納米。

所述下層像素電極30的材料為金、銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬，或PEDOT:PSS等導(dǎo)電有機(jī)物，通常厚度為幾十納米。

所述顯示材料31為L(zhǎng)CD、OLED等顯示材料，通常厚度為幾百納米。

所述上層像素電極32的材料為金、銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬，或PEDOT:PSS等導(dǎo)電有機(jī)物，通常厚度為幾十納米。

請(qǐng)參閱圖3，所述陣列背板電路的制備步驟包括：

1)在所述絕緣襯底21上制備柵電極22，請(qǐng)參閱圖5A，制備方法為使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨印刷方法，在絕緣襯底21上打印出各單元電路的柵電極22并打印金屬線將同一行的柵電極22連接。

2)在所述絕緣襯底21上制備共用電極23，請(qǐng)參閱圖5A，所用制備方法為使導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨印刷方法，在絕緣襯底21上打印出各單元電路的共用電極23并打印金屬線將同一行的共用電極23連接。

3)在所述絕緣襯底21、柵電極22和共用電極23上制備柵極絕緣層24，請(qǐng)參閱圖5B，所用制備方法為使用有機(jī)聚合物溶液配合噴墨印刷方法，在柵電極22、絕緣襯底21和共用電極23上精確滴定出圖形化的柵極絕緣層區(qū)域，保留出共用電極23的一段便于和后續(xù)制備步驟中的上層像素電極32相連，實(shí)現(xiàn)過孔結(jié)構(gòu)。

4)在所述柵極絕緣層24上制備源電極25和漏電極26，請(qǐng)參閱圖5C，所用制備方法為使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨印刷方法，在柵極絕緣層24上打印出各單元電路的源電極25、漏電極26并打印金屬線將同一列的源電極25連接。

5)在所述源電極25、漏電極26上修飾電極修飾材料27，請(qǐng)參閱圖5D，所用材料為化學(xué)單分子自組裝薄膜，所用制備方法為將所述源電極25和漏電極26浸涂在該化學(xué)單分子自組裝薄膜一段時(shí)間后取出，或用噴墨印刷方法將該化學(xué)單分子自組裝材料溶液精確滴定在電極表面。

6)在所述柵極絕緣層24和電極修飾材料27上，源電極25與漏電極26之間制備圖形化的有機(jī)半導(dǎo)體層28，請(qǐng)參閱圖5E，所用制備方法為有機(jī)半導(dǎo)體溶液結(jié)合噴墨印刷方法，在源電極25和漏電極26的溝道間精確滴定半導(dǎo)體溶液，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體層圖形化。

7)在所述源電極25、漏電極26和有機(jī)半導(dǎo)體層28上制備圖形化的層間絕緣膜29，請(qǐng)參閱圖5F，所用制備方法為使用有機(jī)聚合物溶液配合噴墨印刷方法，在源電極25、有機(jī)半導(dǎo)體層28和漏電極26上精確滴定出圖形化的層間絕緣膜29區(qū)域，在漏電極26上保留出一個(gè)無層間絕緣膜區(qū)域，便于漏電極26與后續(xù)制備步驟中的下層像素電,30相連，實(shí)現(xiàn)過孔結(jié)構(gòu)。

8)在所述層間絕緣膜29上制備下層像素電極30，請(qǐng)參閱圖5G，所用制備方法為使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨印刷方法，在各單元電路的層間絕緣膜29上打印出下層像素電極30，并通過步驟7)中形成的過孔結(jié)構(gòu)與漏電極26相連。

9)在所述下層像素電極30上制備顯示材料31，請(qǐng)參閱圖5H，所用制備方法為使用顯示材料溶液結(jié)合噴墨印刷方法，在各單元電路的下層像素電極30上打印顯示材料31。

10)在所述顯示材料31上制備上層像素電極32，請(qǐng)參閱圖5I，所用制備方法為使用導(dǎo)電材料墨水結(jié)合噴墨印刷方法，在各單元電路的顯示材料31上打印出上層像素電極32，并通過步驟3)中形成的過孔結(jié)構(gòu)與共用電極21相連。

11)將每行的驅(qū)動(dòng)信號(hào)總線11與各單元電路的柵電極22相連，每行的接地總線13與各單元電路的存儲(chǔ)電容15和寄生電容16的一端相連，每列的數(shù)據(jù)信號(hào)總線12與各單元電路的源電極25或漏電極26相連，組成完整的陣列背板電路。

上述所有工藝的最高溫度不超過180攝氏度。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，我們用溶液法全打印工藝制備了陣列背板電路中單元電路的核心部分溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管14，以下概述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)性示例：溶液法全打印有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的打印制備過程及電學(xué)特性。

圖6A-圖6D給出了本實(shí)驗(yàn)性示例中對(duì)應(yīng)每一種材料噴墨打印機(jī)輸出電壓波形。

圖7給出了本發(fā)明實(shí)驗(yàn)性示例得到的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，其電學(xué)特性如下表所示：

從以上圖表看出，通過本發(fā)明得到的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管有著較好的電學(xué)性能，其工作電壓小于3V。本實(shí)驗(yàn)性示例在實(shí)現(xiàn)了省材料、工藝簡(jiǎn)化、可應(yīng)用于大面積生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)的條件下，能夠制備出擁有較好電學(xué)性能的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，證明了其良好的應(yīng)用前景。

上述實(shí)施例不以任何方式限制本發(fā)明，凡是采用等同結(jié)構(gòu)或等效方法獲得的技術(shù)方案均落在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍內(nèi)。