TW201545333A - 畫素結構 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種畫素結構，包括第一導電層、半導體層、絕緣層、第二導電層、保護層以及第一電極層。第一導電層包括掃描線以及下電極。半導體層包括第一半導體圖案，且第一半導體圖案具有第一通道層、第一源極區以及第一汲極區。絕緣層位於半導體層上。第二導電層位於絕緣層上，第二導電層包括上電極、第一閘極、第一源極、第一汲極以及與第一源極連接的資料線。其中，下電極與上電極重疊以形成電容器。保護層覆蓋第一導電層、半導體層以及第二導電層，其中保護層具有第一開口、第二開口以及第三開口。第一開口暴露出第一源極以及半導體層之第一源極區，第二開口暴露出第一汲極以及半導體層之第一汲極區，且第三開口暴露出第一閘極以及掃描線。第一電極層位於保護層上，其中第一電極層更填入第一開口、第二開口以及第三開口中，以使得第一源極與第一源極區電性連接，使得第一汲極與第一汲極區電性連接，且使得第一閘極與掃描線電性連接。

Description

畫素結構
本發明是有關於一種畫素結構，且特別是有關於一種黃光製程對位精準且提高畫素電容穩定度的畫素結構。
有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)面板是一種自發光的顯示裝置，其因具有廣視角、省電、簡易製程、低成本、操作溫度廣泛、高應答速度以及全彩化等優點，而可望成為下一代平面顯示器之主流。一般來說，有機發光二極體面板包括多個畫素結構(pixel structure)，且各畫素結構包括多個主動元件(例如：薄膜電晶體)或被動元件(例如：電阻、電容)、與主動元件電性連接的陰極或陽極以及位於陰極與陽極之間的有機發光層。
畫素結構的主動元件可利用氧化銦鎵鋅(Indium gallium zinc oxide,IGZO)技術製造。IGZO是一種含有銦、鎵和鋅的金屬氧化物，其載子遷移率(mobility)是非晶矽(a-Si)的10倍以上。因此可以大大提高主動元件對像素電極的充放電速率，實現更快的掃描頻率(frame rate)，使動畫的播放更加流暢。目前頂閘極(Top Gate)式的畫素結構，第一道製程為半透明的半導體層(如IGZO)。但半透明的半導體層存在使後續的黃光製程不易精準對位的問題。
本發明提供一種畫素結構，可使黃光製程對位更精準且同時提升畫素電容的穩定度。
本發明的畫素結構包括第一導電層、半導體層、絕緣層、第二導電層、保護層以及第一電極層。第一導電層包括掃描線以及下電極。半導體層包括第一半導體圖案，且第一半導體圖案具有第一通道層、第一源極區以及第一汲極區。絕緣層位於半導體層上。第二導電層位於絕緣層上，第二導電層包括上電極、第一閘極、第一源極、第一汲極以及與第一源極連接的資料線。其中，下電極與上電極重疊以形成電容器。保護層覆蓋第一導電層、半導體層以及第二導電層，其中保護層具有第一開口、第二開口以及第三開口。第一開口暴露出第一源極以及半導體層之第一源極區，第二開口暴露出第一汲極以及半導體層之第一汲極區，且第三開口暴露出第一閘極以及掃描線。第一電極層位於保護層上，其中第一電極層更填入第一開口、第二開口以及第三開口中，以使得第一源極與第一源極區電性連接，使得第一汲極與第一汲極區電性連接，且使得第一閘極與掃描線電性連接。
本發明的畫素結構包括掃描線、資料線、第一主動元件、 電容器、保護層、第一連接結構、第二連接結構以及第三連接結構。第一主動元件與掃描線以及資料線電性連接，其中第一主動元件包括第一半導體圖案、絕緣層、第一閘極、第一源極以及第一汲極。第一半導體圖案具有第一通道區、第一源極區以及第一汲極區。絕緣層位於第一半導體圖案上。第一閘極、第一源極以及第一汲極位於絕緣層上。電容器與第一主動元件電性連接，電容器包括下電極以及上電極，且下電極與掃描線為同一膜層，上電極與第一閘極為同一膜層。保護層具有第一開口、第二開口以及第三開口。第一連接結構位於保護層上且透過第一開口以電性連接第一源極以及第一源極區。第二連接結構位於保護層上且透過第二開口以電性連接第一汲極以及第一汲極區。第三連接結構位於保護層上且透過第三開口以電性連接第一閘極與掃描線。
基於上述，本發明的畫素結構的第一膜層為第一導電層(例如是金屬層)。金屬層較半導體層的反射率高，因此可提升後續黃光製程對位的精準度。另外，所述畫素結構是使用第一導電層以及第二導電層作為畫素電容的電極，以形成金屬-絕緣層-金屬的電容器，此種電容器結構相較於傳統半導體-絕緣層-金屬的電容結構更加穩定。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧畫素結構
102‧‧‧基板
110‧‧‧第一導電層
112‧‧‧下電極
120‧‧‧半導體層
122‧‧‧第一半導體圖案
122s‧‧‧第一源極區
122c‧‧‧第一通道區
122d‧‧‧第一汲極區
124‧‧‧第二半導體圖案
124s‧‧‧第二源極區
124c‧‧‧第二通道區
124d‧‧‧第二源極區
130‧‧‧絕緣層
132‧‧‧第一絕緣層
140‧‧‧第二導電層
142‧‧‧上電極
150‧‧‧保護層
160‧‧‧第一電極層
170‧‧‧第二絕緣層
172‧‧‧發光層
174‧‧‧第二電極層
190‧‧‧氧化鋁層
C‧‧‧電容器
CT‧‧‧上電極
CB‧‧‧下電極
C1‧‧‧第一連接結構
C2‧‧‧第二連接結構
C3‧‧‧第三連接結構
D1‧‧‧第一汲極
D2‧‧‧第二汲極
DL‧‧‧資料線
G1‧‧‧第一閘極
G2‧‧‧第二閘極
L1‧‧‧第一訊號線
L2‧‧‧第二訊號線
OA‧‧‧第一電極
OC‧‧‧第二電極
OLED‧‧‧有機發光二極體
S1‧‧‧第一源極
S2‧‧‧第二源極
SL‧‧‧掃描線
T1‧‧‧第一主動元件
T2‧‧‧第二主動元件
V1‧‧‧第一開口
V2‧‧‧第二開口
V3‧‧‧第三開口
V4‧‧‧第四開口
V5‧‧‧第五開口
圖1A至圖1E是本發明一實施例的畫素結構的分層上視示意圖。
圖2A至圖2E是本發明一實施例的畫素結構的剖面圖。
圖2F是本發明一實施例的有機發光二極體顯示面板之畫素結構的剖面圖。
圖3是本發明一實施例的有機發光二極體顯示面板之畫素結構的等效電路圖。
圖1A至圖1E是本發明一實施例的畫素結構的分層上視示意圖。圖2A至圖2E是本發明一實施例的畫素結構的剖面圖。圖2A至圖2E的剖面位置分為對應至圖1A至圖1E的剖面線I1-I1’、剖面線I2-12’、剖面線I3-I3’以及剖面線I4-I4’的位置。以下將依序說明本發明的畫素結構的製程流程。
請同時參照圖1A以及圖2A，提供一基板102。基板102之材質可為玻璃、石英、有機聚合物、或是不透光/反射材料(例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷、或其它可適用的材料)、或是其它可適用的材料。若使用導電材料或金屬時，則在基板102上覆蓋一層絕緣層(未繪示)，以避免短路問題。
接著，在基板102的上表面上形成第一導電層110。第一導電層110的材質包括金屬。第一導電層110的形成方法例如是 透過化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)先形成導電材料層(未繪示出)，之後再透過黃光與蝕刻以定義出圖案而形成第一導電層110。第一導電層110包括掃描線SL、第一訊號線L1以及下電極112。之後，在第一導電層110上形成第一絕緣層132，如圖2A所示。由於第一膜層為金屬層，以第一膜層形成的黃光對位記號具有高反射率，便於之後黃光製程對位。相較於傳統頂閘極式的畫素結構的第一膜層為半透明的半導體層，本發明的畫素結構可以提高後續黃光製程對位的精度。
接著，在第一絕緣層132上形成半導體層120。半導體層120的形成方法例如是先形成半導體材料(未繪示出)，之後再加以圖案化。更詳細來說，如圖1B所示，半導體層120具有第一半導體圖案122以及第二半導體圖案124。第一半導體圖案122與第二半導體圖案124分離。半導體層120例如是金屬氧化物半導體材料，例如是氧化銦鎵鋅(Indium-Gallium-Zinc Oxide,IGZO)、氧化鋅(ZnO)氧化錫(SnO)、氧化銦鋅(Indium-Zinc Oxide,IZO)、氧化鎵鋅(Gallium-Zinc Oxide,GZO)、氧化鋅錫(Zinc-Tin Oxide,ZTO)或氧化銦錫(Indium-Tin Oxide,ITO)。
之後，在半導體層120上形成絕緣層130，如圖2B所示。絕緣層130的材料包含無機材料(例如：氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、其它合適的材料、或上述至少二種材料的堆疊層)、有機材料、或其它合適的材料、或上述之組合。
請同時參照圖1C以及圖2C，在絕緣層130上形成第二 導電層140。第二導電層140的材質包括金屬。第二導電層140包括第一閘極G1、第一源極S1、第一汲極D1、資料線DL、上電極142、第二訊號線L2、第二閘極G2。第一源極S1與資料線DL連接。第一汲極D1與上電極142連接，且上電極142與第二閘極G2連接。承上所述，由於第一閘極G1及第二閘極G2位於半導體層120上，此種主動元件型式又稱為頂閘極型主動元件。此外，第二導電層140的上電極142與第一導電層110的下電極112重疊，以構成一電容器C。相較於傳統半導體-絕緣層-金屬的畫素電容結構，本發明的畫素電容結構為金屬-絕緣層-金屬。由於不需施加一高電壓於畫素電容的半導體層上，因此可提高畫素電容的穩定性。第二導電層140的形成方法例如是在絕緣層130上形成導電材料層(未繪示出)，之後同時對導電材料層、絕緣層130以及第一絕緣層132進行圖案化。
根據一實施例，在形成第二導電層140之後，更包括於圖案化的絕緣層130以及第二導電層140上形成一層鋁層(未繪示出)。接著通入氧氣中以進行高溫退火使得鋁層氧化，形成氧化鋁(Al2O3)層190。在上述高溫退火過程之中，於鋁層和半導體層120接觸的區域處，鋁原子會與半導體層120反應以使得該處的導電度提高，以形成第一源極區122s、第一汲極區122d、第二源極區124s以及第二汲極區124d。因此，使得第一半導體圖案122具有第一通道區122c、第一源極區122s以及第一汲極區122d。第二半導體圖案124具有第二通道區124c、第二源極區124s以及第二 汲極區124d。另外，上述鋁層未與半導體層120接觸的區域處所形成的氧化鋁層190可作為絕緣層。
請參考圖1D以及圖2D，於第二導電層140以及氧化鋁層190上形成保護層150。保護層150會覆蓋第一導電層110、第二導電層140以及半導體層120。保護層150具有第一開口V1、第二開口V2、第三開口V3、第四開口V4以及第五開口V5。第一開口V1暴露出第一源極S1以及第一半導體圖案122之第一源極區122s。第二開口V2暴露出第一汲極D1以及第一半導體圖案122之第一汲極區122d。第三開口V3暴露出第一閘極G1以及掃描線SL。第四開口V4暴露出第二源極區124s以及第一訊號線L1。第五開口V5暴露出第二半導體圖案124之第二汲極區124d以及下電極112。形成保護層150的方法包括先形成一保護材料層(未繪示出)再加以圖案化。值得一提的是，在圖案化保護材料層時更一併移除下方的氧化鋁層190，以使得半導體層120、第一導電層110以及第二導電層140可以暴露出來。也就是說，保護層150與氧化鋁層190是使用同一道光罩製程。因為保護層150以及氧化鋁層190同時定義，可節省一道光罩製程。據此，可提高產線的生產量。
請參考圖1E以及圖2E。於保護層150上形成第一電極層160，第一電極層160填入第一開口V1、第二開口V2、第三開口V3、第四開口V4以及第五開口V5中。第一電極層160的形成方法例如是先形成一層電極材料層(未繪示出)，並對此電極材料層 圖案化以定義出第一、第二及第三連接結構C1、C2、C3、第二源極S2、第二汲極D2以及第一電極OA。更詳細而言，第一電極層160之第一連接結構C1填入第一開口V1以使得第一源極S1與第一源極區122s電性連接。第一電極層160之第二連接結構C2填入第二開口V2以使得第一汲極D1與第一汲極區122d電性連接。第一電極層160之第三連接結構C3填入第三開口V3的以使得第一閘極G1與掃描線SL電性連接。第一電極層160之第二源極S2填入第四開口V4以與第一訊號線L1電性連接。第一電極層160之第二汲極D2填入第五開口V5與第二汲極區124d與下電極112電性連接。第二汲極D2與第一電極OA連接在一起，因此第一電極OA透過第二汲極D2與第二汲極區124d以及下電極112電性連接。
承上所述，在上述之畫素結構中，第一電極層160之第一電極OA與掃描線SL以及資料線DL重疊，因此第一電極OA的面積可以提高，以增加畫素結構之發光區面積。
若上述之畫素結構是應用在有機發光二極體顯示面板，那麼在圖2E之步驟之後，更包括進行圖2F之步驟。亦即，於第一電極層160上形成第二絕緣層170，第二絕緣層170具有第六開口V6以暴露出第一電極OA。接著在第六開口V6形成發光層172，其中發光層172可為紅色有機發光圖案、綠色有機發光圖案、藍色有機發光圖案或是混合各頻譜的光產生的不同顏色(例如白、橘、紫、…等)發光圖案。接著在發光層172上覆蓋第二電極 層174，其中第二電極層174具有第二電極OC，且第二電極OC電性連接至第二訊號線L2。在此，第一電極OA、發光層172以及第二電極OC構成有機發光二極體OLED。
上述之有機發光二極體顯示面板之畫素結構的等效電路圖如圖3所示，畫素結構100包括第一主動元件T1、第二主動元件T2以及電容器C，以2T1C的畫素結構為例子作為說明。畫素結構100包括掃描線SL、資料線DL、第一主動元件T1、第二主動元件T2、電容器C、有機發光二極體OLED、第一訊號線L1以及第二訊號線L2。第一主動元件T1與T2例如是頂閘極型薄膜電晶體。第一主動元件T1包括第一閘極G1、第一源極S1以及第一汲極D1。第二主動元件T2包括第二閘極G2、第二源極S2以及第二汲極D2。第一閘極G1耦接到掃描線SL。第一源極S1耦接到資料線DL。第一汲極D1耦接到第二閘極G2且耦接到電容器C的上電極CT。第二源極S2耦接到第一訊號線L1。第二汲極D2耦接到有機發光二極體OLED的陽極且耦接到電容器C的下電極CB。有機發光二極體OLED的陰極耦接到第二訊號線L2。
承上所述，由於第一電極層160的第一電極OA可與掃描線SL以及資料線DL重疊，以增大畫素結構之發光區面積。一般來說，畫素結構之發光區與整個畫素的面積比例稱為開口率。因此，本實施例之第一電極層160與掃描線SL、資料線DL重疊，可提升開口率。
綜上所述，本發明的畫素結構的第一膜層為第一導電層 (金屬層)。金屬層較半導體層的反射率高，因此可提升後續黃光製程對位的精準度。另外，使用第一導電層以及第二導電層作為畫素電容的電極。傳統半導體-絕緣層-金屬的畫素電容結構需要施加一高電壓以提升半導體層的導電性。長時間施加高電壓容易使畫素電容的特性漂移，影響面板上的畫素整體的顯示均勻度。本發明的金屬-絕緣層-金屬的畫素電容結構比起傳統半導體-絕緣層-金屬的畫素電容結構更加穩定。此外，本發明的畫素結構之保護層150之第一開口V1以及第二開口V2暴露出第二導電層140以及半導體層120。保護層150之第三開口V3暴露出第一導電層110以及第二導電層140。保護層150之第四開口V4暴露出半導體層120以及第一導電層110。保護層150之第五開口V5暴露出半導體層120以及第一導電層110。接著，利用第一電極層160橋接於半導體層120與第一導電層110之間、橋接於第一導電層110與第二導電層140之間以及橋接於半導體層120與第二導電層140之間。因此，本發明之畫素結構的設計方式可以節省光罩數。另外，因第一電極層160與掃描線SL以及資料線DL可以重疊設置，因此有利於畫素結構的高開口率設計。基於上述，本發明的畫素結構可以提升黃光對位精度、提升畫素電容穩定度，並可以維持高開口率且製程可以減少一道光罩，提高生產量。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍 當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
102‧‧‧基板
110‧‧‧第一導電層
112‧‧‧下電極
120‧‧‧半導體層
122‧‧‧第一半導體圖案
122s‧‧‧第一源極區
122c‧‧‧第一通道區
122d‧‧‧第一汲極區
124‧‧‧第二半導體圖案
124s‧‧‧第二源極區
124c‧‧‧第二通道區
124d‧‧‧第二源極區
130‧‧‧絕緣層
132‧‧‧第一絕緣層
140‧‧‧第二導電層
142‧‧‧上電極
150‧‧‧保護層
160‧‧‧第一電極層
190‧‧‧氧化鋁層
C‧‧‧電容器
C1‧‧‧第一連接結構
C2‧‧‧第二連接結構
C3‧‧‧第三連接結構
D1‧‧‧第一汲極
D2‧‧‧第二汲極
DL‧‧‧資料線
G1‧‧‧第一閘極
G2‧‧‧第二閘極
L1‧‧‧第一訊號線
L2‧‧‧第二訊號線
OA‧‧‧第一電極
S1‧‧‧第一源極
S2‧‧‧第二源極
SL‧‧‧掃描線
V1‧‧‧第一開口
V2‧‧‧第二開口
V3‧‧‧第三開口
V4‧‧‧第四開口
V5‧‧‧第五開口

Claims (13)

  1. 一種畫素結構，包括：一第一導電層，包括一掃描線以及一下電極；一半導體層，包括一第一半導體圖案，且該第一半導體圖案具有一第一通道層、一第一源極區以及一第一汲極區；一第一絕緣層，位於該第一導電層以及該半導體層之間；一第二絕緣層，位於該半導體層上；一第二導電層，位於該第二絕緣層上，該第二導電層包括一上電極、一第一閘極、一第一源極、一第一汲極以及與該第一源極連接的一資料線，其中該下電極與該上電極重疊以形成一電容器；一保護層，覆蓋該第一導電層、該半導體層以及該第二導電層，其中該保護層具有一第一開口、一第二開口以及一第三開口，該第一開口暴露出該第一源極以及該半導體層之該第一源極區，該第二開口暴露出該第一汲極以及該半導體層之該第一汲極區，且該第三開口暴露出該第一閘極以及該掃描線；以及一第一電極層，位於該保護層上，其中該第一電極層更填入該第一開口、該第二開口以及該第三開口中，以使得該第一源極與該第一源極區電性連接，使得該第一汲極與該第一汲極區電性連接，且使得該第一閘極與該掃描線電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中該第一電極層與該掃描線以及該資料線重疊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中：該第一導電層更包括一第一訊號線；該半導體層更包括一第二半導體圖案，該第二半導體圖案具有一第二通道層、一第二源極區以及一第二汲極區；該第二導電層更包括一第二閘極以及一第二訊號線；該保護層更包括一第四開口以及一第五開口，該第四開口暴露出該第二源極區以及該第一訊號線，該第五開口暴露出該第二汲極區以及該下電極；以及該第一電極層更包括一第二源極且該第二源極更填入該第四開口與該第二源極區電性連接，該第一電極層更包括一第二汲極且該第二汲極更填入該第五開口以與該第二汲極區電性連接。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的畫素結構，更包括：一發光層，位於該第一電極層上；以及一第二電極層，位於該發光層上，其中該第二電極層與該第二訊號線電性連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中該第一電極層包括：一第一連接結構，位於該保護層上且透過該第一開口以電性連接該第一源極以及該第一源極區；一第二連接結構，位於該保護層上且透過該第二開口以電性連接該第一汲極以及該第一汲極區；以及一第三連接結構，位於該保護層上且透過該第三開口以電性 連接該第一閘極與該掃描線。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中該半導體層包括金屬氧化物半導體材料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包括一氧化鋁層，位於該第二導電層之表面上。
  8. 一種畫素結構，包括：一掃描線以及一資料線；一第一主動元件，與該掃描線以及該資料線電性連接，其中該第一主動元件包括：一第一半導體圖案，具有一第一通道區、一第一源極區以及一第一汲極區；一絕緣層，位於該第一半導體圖案上；一第一閘極、一第一源極以及一第一汲極，位於該絕緣層上；一電容器，與該第一主動元件電性連接，該電容器包括一下電極以及一上電極，且該下電極與該掃描線為同一膜層，該上電極與該第一閘極為同一膜層；一保護層，該保護層具有一第一開口、一第二開口以及一第三開口；一第一連接結構，位於該保護層上且透過該第一開口以電性連接該第一源極以及該第一源極區；一第二連接結構，位於該保護層上且透過該第二開口以電性 連接該第一汲極以及該第一汲極區；以及一第三連接結構，位於該保護層上且透過該第三開口以電性連接該第一閘極與該掃描線。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的畫素結構，其中該第一電極與該掃描線以及該資料線重疊。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的畫素結構，更包括：一第二主動元件，包括：一第二半導體圖案，具有一第二通道區、一第二源極區以及一第二汲極區，且該絕緣層覆蓋該第二半導體圖案；一第二閘極、一第二源極以及一第二汲極，位於該絕緣層上；一第一訊號線位於該絕緣層下；一第二訊號線位於該絕緣層上；該保護層覆蓋該第一訊號線以及該第二訊號線且更包括一第四開口以及一第五開口，其中該第二源極透過該第四開口以電性連接該第二源極區以及該第一訊號線，該第二汲極透過該第五開口以電性連接該該第二汲極區以及該下電極。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的畫素結構，更包括：一第一電極，位於該保護層上，並且與該第二汲極連接；一發光層，位於該第一電極上；以及一第二電極，位於該發光層上。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的畫素結構，其中該半導體 層包括金屬氧化物半導體材料。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的畫素結構，更包括一氧化鋁層，位於該第一閘極、該第一源極、該第一汲極以及該上電極之表面上。
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