TWI386886B - 影像顯示系統 - Google Patents
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Description
本發明有關於一種發光二極體顯示器(LED display)技術，特別是有關於一種具有可抑制閾電壓(threshold voltage)偏移，同時可防止開口率下降的自發光顯示裝置的影像顯示系統，以及一種具有該自發光顯示裝置的影像顯示系統製造方法。
近年來，隨著電子產品發展技術的進步及其日益廣泛的應用，像是行動電話、個人數位助理(PDA)及筆記型電腦的問市，使得與傳統顯示器相比具有較小體積及電力消耗特性的平面顯示器(flat panel display,FPD)之需求與日俱增，成為目前作重要的電子應用產品之一。在平面顯示器當中，由於有機電激發光裝置(organic electroluminescent/light-emitting,OELD/OLED)具有自發光、高亮度、廣視角、高應答速度及製程容易等特性，使得OLED無疑的將成為下一世代平面顯示器的最佳選擇。
平面顯示技術的主要趨勢之一在於開發出具有高發光效率及長使用壽命的OLED，因而發展出使用薄膜電晶體作為驅動元件的主動矩陣式有機電激發光裝置(active matrix OLED)。
主動矩陣式有機電激發光裝置(AMOLED)通常使
用多晶矽或非晶矽做為薄膜電晶體的主動層(active layer)。然而，在操作期間，主動層中的電子容易陷入於閘極介電層中而造成閾電壓(threshold voltage,Vth
)的偏移。由於OLED的亮度(luminance)取決於注入電流(inject current,Id
)的大小，且閾電壓增加會造成注入電流的下降而使OLED受到影響。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種影像顯示系統，其藉由在畫素結構中額外增加一驅動薄膜電晶體並藉由施加一偏壓，以回復陷入於閘極介電層中的電子，進而防止閾電壓的偏移。
本發明之另一目的在於提供一種影像顯示系統，其藉由將額外增加的驅動薄膜電晶體疊置於原驅動薄膜電晶體上，以增加畫素的開口率(aperture ratio)。
根據上述之目的，本實施例提供一種影像顯示系統，其包括一自發光顯示裝置。此自發光顯示裝置，包括：一陣列基板、一發光二極體、一第一驅動薄膜電晶體、以及一第二驅動薄膜電晶體。陣列基板具有一畫素區，發光二極體設置於陣列基板的畫素區。第一驅動薄膜電晶體電性連接至發光二極體，且包括疊置於陣列基板的畫素區上的一第一閘極及一主動層。第二驅動薄膜電晶體電性連接至發光二極體，且包括該主動層及疊置
於主動層上的一第二閘極。其中，在同一畫面週期下，第一閘極耦接至一第一電壓，而第二閘極耦接至不同於第一電壓的一第二電壓。
又根據上述之目的，本實施例提供一種影像顯示系統，其包括一自發光顯示裝置。此自發光顯示裝置，包括：一陣列基板、一發光二極體、一第一驅動薄膜電晶體、一第二驅動薄膜電晶體、一第一儲存電容以及一第二儲存電容。陣列基板具有一畫素區，發光二極體設置於陣列基板的畫素區。第一驅動薄膜電晶體電性連接至發光二極體，且包括疊置於陣列基板的畫素區上的一第一閘極及一主動層。第二驅動薄膜電晶體電性連接至發光二極體，且包括該主動層及疊置於主動層上的一第二閘極。第一儲存電容包括疊置於陣列基板的畫素區上的一第一電極及一第二電極，且第一電極電性連接至第一閘極。第二儲存電容包括第二電極及疊置於第二電極上的一第三電極，且第三電極電性連接至第二閘極。
以下配合實施例說明影像顯示系統及其製造方法。請參照第1G圖及第2圖，其中第1G圖係繪示出一影像顯示系統之實施例而第2圖係繪示出第1G圖的結構的電性連接關係圖(或等效電路圖)。此影像顯示系統包括：
一自發光顯示裝置300，例如一有機電激發光裝置(OLED)。其包括一下基板(以下稱作陣列基板)100及一相對設置的上基板(未繪示)。陣列基板100與上基板可為透明基板，例如玻璃、石英、或是其他透明材料。通常陣列基板100包括複數由掃描線及資料線所定義而成的複數畫素區。此處，為了簡化圖式，僅繪示出其中一畫素區P。
再者，陣列基板100的畫素區P上設置有一發光二極體D(未繪示於第1G圖)、第一及第二驅動薄膜電晶體DT1及DT2、以及第一及第二儲存電容C1及C2。其中，第一驅動薄膜電晶體DT1可為N型或P型。在本實施例中，係以NTFT作為範例說明。第一驅動薄膜電晶體DT1包括：一閘極104a、一絕緣層(作為閘極介電層)106、一具有源極/汲極區108a及輕摻雜汲極(lightly doped drain,LDD)區108c的主動層108、以及電性連接至源極/汲極區108a的源極/汲極120。閘極104a及主動層108依序疊置於陣列基板100的畫素區P上。第二驅動薄膜電晶體DT2可為N型或P型。在本實施例中，係以NTFT作為範例說明。第二驅動薄膜電晶體DT2包括：一閘極114a、一絕緣層(作為閘極介電層)112、主動層108、以及源極/汲極120。閘極114a疊置於主動層108上，且大體對準於閘極104a。在本實施例中，第一及第二驅動薄膜電晶體DT1及DT2共用主動層108及源極/汲極120。
第一儲存電容C1包括：二電極104b及108b以及位於其間的一絕緣層(作為電容介電層)106。二電極104b及108b依序疊置於陣列基板100的畫素區P上。第二儲存電容C2包括：二電極108b及114b以及位於其間的一絕緣層(作為電容介電層)112。電極114b疊置於電極108b上，且大體對準於電極104b。在本實施例中，第一及第二儲存電容C1及C2共用電極108b。再者，電極108b延伸自主動層108。亦即，電極108b與主動層108由同一材料層定義而成，例如，一多晶矽或非晶矽層。
如第2圖所示，第一及第二驅動薄膜電晶體DT1及DT2的輸入端電性連接至第一及第二儲存電容C1及C2的電極(即，電極108b)，且耦接至一電壓源Vdd
。再者，第一及第二驅動薄膜電晶體DT1及DT2的輸出端電性連接至發光二極體D，而發光二極體D耦接至低於電壓源Vdd
電位的一電壓源Vss
。第一驅動薄膜電晶體DT1的控制端(即，閘極104a)電性連接至第一儲存電容C1的另一電極(即，電極104b)，而第二驅動薄膜電晶體DT2的控制端(即，閘極114a)電性連接至第二儲存電容C2的另一電極(即，電極114b)。
在本實施例中，當自發光顯示裝置300進行操作時，在同一畫面週期(frame)下，第一驅動薄膜電晶體DT1的閘極104a耦接至一電壓V1，而第二驅動薄膜電晶體DT2的閘極114a耦接至一電壓V2，其中電壓V1與電壓V2可具有相同的大小及相反的極性。
請參照第3A至3B及3B-1圖，其繪示出第1G圖中自發光顯示裝置300的驅動薄膜電晶體DT1及DT2操作示意圖。如第3A圖所示，在一畫面週期下，第一驅動薄膜電晶體DT1的閘極104a耦接至一電壓V1，其極性為負，而第二驅動薄膜電晶體DT2的閘極114a耦接至一電壓V2，其極性為正。因此，電場E方向為由上而下，如箭號所示，且由第二驅動薄膜電晶體DT2驅動發光二極體D。如此一來，位於主動層108的電子e會陷入於第二驅動薄膜電晶體DT2的閘極介電層112中，導致第二驅動薄膜電晶體DT2容易在下一次驅動時閾電壓發生偏移。因此，在下一個畫面週期時，將電壓V1的極性轉為正，而電壓V2的極性轉為負，使電場E方向為由下而上，如箭號所示，且由第一驅動薄膜電晶體DT1驅動發光二極體D。如此一來，陷入於閘極介電層112中的電子e會回到主動層108，防止第二驅動薄膜電晶體DT2在下一次驅動時閾電壓發生偏移，如第3B圖所示。
雖然位於主動層108的電子e會在此畫面週期下陷入於第一驅動薄膜電晶體DT1的閘極介電層106中(如第3B-1圖所示)，導致第一驅動薄膜電晶體DT1容易在下一次驅動時閾電壓發生偏移，但是可藉由在下一畫面週期下將電壓V1的極性轉為負，而電壓V2的極性轉為正，使電場E方向為由上而下(即，由第二驅動薄膜電晶體DT2驅動發光二極體D)。如此一來，陷入於閘極介電層106中的電子e會回到主動層108，防止第一驅動
薄膜電晶體DT1在下一次驅動時閾電壓發生偏移。在其他的實施例中，電壓V1與電壓V2亦可具有相同的極性及不同的大小，並可藉由相似的方法來避免閾電壓發生偏移。
第1A至1G圖係繪示出根據本發明實施例之具有自發光顯示裝置之影像顯示系統的製造方法剖面示意圖。請參照第1A圖，提供一陣列基板100，例如透明玻璃或是石英，其具有一畫素區P。在陣列基板100上依序形成一緩衝層102及一導電層104。緩衝層102可為一單層結構，例如為一氧化矽層或是一氮化矽層。其亦可為多層結構，例如由一氧化矽層與一氮化矽層所構成。導電層104可為一金屬層，例如鋁(Al)、銀(Ag)、鉬(Mo)、鋁釹(AlNd)合金、或是其組合所構成。導電層104可藉由習知沉積技術形成之，例如濺鍍法。
請參照第1B圖，對導電層104實施微影及蝕刻製程，以在畫素區P中定義出用於驅動薄膜電晶體的閘極104a及用於儲存電容的一電極104b。之後，在緩衝層102上依序形成一絕緣層106及一半導體層107，並覆蓋閘極104a及電極104b。覆蓋閘極104a的絕緣層106作為閘極介電層，而覆蓋電極104b的絕緣層106作為電容介電層。絕緣層106可為一單層結構，例如為一氧化矽層或是一氮化矽層。其亦可為多層結構，例如由一氧化矽層與一氮化矽層所構成。半導體層107可為多晶矽層或非晶矽層。
請參照第1C圖，可在閘極104a上方的半導體層107上形成一光阻圖案層110，接著利用光阻圖案層110作為佈植罩幕，以對半導體層107實施重離子佈值111，而在閘極104a上方的絕緣層106上形成具有源極/汲極區108a的主動層108，且在電極104b上方的絕緣層106上形成電極108b，其中電極104b、電極108b及絕緣層106係構成一第一儲存電容C1。
請參照第1D圖，在去除光阻圖案層110之後，在主動層108及延伸自主動層108的電極108b上方依序形成一絕緣層112及一導電層114。絕緣層112可為一單層結構，例如為一氧化矽層或是一氮化矽層。其亦可為多層結構，例如由一氧化矽層與一氮化矽層所構成。導電層114可為一金屬層，例如鋁(Al)、銀(Ag)、鉬(Mo)、鋁釹(AlNd)合金、或是其組合所構成，並可藉由習知沉積技術形成之，例如濺鍍法。覆蓋主動層108的絕緣層112作為閘極介電層，而覆蓋電極108b的絕緣層112作為電容介電層。
請參照第1E圖，對導電層114實施微影及蝕刻製程，以在主動層108上方的絕緣層112上形成閘極114a，且在電極108b上方的絕緣層112上形成電極114b，其中閘極114a大體對準閘極104a，而電極114b大體對準電極104b。電極108b、電極114b及絕緣層112係構成一第二儲存電容C2。接著，利用閘極114a作為佈植罩幕，以對主動層108實施輕離子佈值115，而在其中形成輕摻
雜汲極(lightly doped drain,LDD)區108c，其相鄰於源極/汲極區108a。
請參照第1F圖，在絕緣層112上依序形成一內層介電(interlayer dielectric,ILD)層116及一平坦層(或保護層)118，並覆蓋閘極114a及電極114b。之後，依序蝕刻平坦層118、ILD層116、及絕緣層112，以在其中介層洞119而露出源極/汲極區108a。
請參照第1F圖，在介層洞119填入導電層120，以電性連接至源極/汲極區108a。導電層120可為一金屬層，例如鋁(Al)、銀(Ag)、鉬(Mo)、鋁釹(AlNd)合金、或是其組合所構成，用以作為薄膜電晶體的源極/汲極。在本實施例中，閘極104a、絕緣層106、主動層108、以及源極/汲極120係構成一第一驅動薄膜電晶體DT1，而閘極114a、絕緣層112、主動層108、以及源極/汲極120係構成第二驅動薄膜電晶體DT2。
根據上述本實施例，由於發光二極體D由第一及第二驅動薄膜電晶體DT1及DT2輪流驅動，且利用未進行驅動的薄膜電晶體將電子e送回主動層108中，因此可避免閾電壓發生偏移。再者，由於第二驅動薄膜電晶體DT2及第二儲存電容C2分別疊置於第一驅動薄膜電晶體DT1及第一儲存電容C1上，因此畫素區P的開口率不會因增加驅動薄膜電晶體及儲存電容的數量而下降。
第4圖係繪示出另一實施例之影像顯示系統，其中該系統可實施成一自發光顯示裝置或是一電子裝置，例
如筆記型電腦、手機、數位相機、個人數位助理(PDA)、桌上型電腦、電視機、車上型顯示器、或可攜式數位影碟(DVD)播放器。在其他實施例中，上述的自發光顯示裝置可併入一顯示面板中，其可為一自發光顯示面板。如第4圖所示，自發光顯示面板400包括一繪示於第1G圖之自發光顯示裝置300。在其他實施例中，自發光顯示面板可併入於電子裝置中。如第4圖所示，電子裝置600包括具有自發光顯示裝置300的自發光顯示面板400以及一控制器500耦接至自發光顯示裝置300，其中控制器500係用以控制自發光顯示裝置300而根據輸入來提供影像。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧陣列基板(下基板)
102‧‧‧緩衝層
104、114‧‧‧導電層
104a、114a‧‧‧閘極
104b、108b、114b‧‧‧電極
106、112‧‧‧絕緣層
107‧‧‧半導體層
108‧‧‧主動層
108a‧‧‧源極/汲極區
108c‧‧‧輕摻雜汲極區
110‧‧‧光阻圖案層
111‧‧‧重離子佈植
115‧‧‧輕離子佈植
116‧‧‧內層介電層
118‧‧‧平坦層
119‧‧‧介層洞
120‧‧‧源極/汲極(導電層)
300‧‧‧自發光顯示裝置
400‧‧‧自發光顯示面板
500‧‧‧控制器
600‧‧‧電子裝置
C1‧‧‧第一儲存電容
C2‧‧‧第二儲存電容
D‧‧‧發光二極體
DT1‧‧‧第一驅動薄膜電晶體
DT2‧‧‧第二驅動薄膜電晶體
e‧‧‧電子
P‧‧‧畫素區
V1、V2‧‧‧電壓
Vdd
、Vss
‧‧‧電壓源
第1A至1G圖係繪示出根據本發明實施例之具有自發光顯示裝置之影像顯示系統的製造方法剖面示意圖。
第2圖係繪示出第1G圖中自發光顯示裝置之等效電路圖。
第3A至3B及3B-1圖係繪示出第1G圖中自發光顯示裝置的驅動薄膜電晶體操作示意圖。
第4圖係繪示出根據本發明另一實施例之影像顯示系統方塊示意圖。
100‧‧‧陣列基板(下基板)
102‧‧‧緩衝層
104a、114a‧‧‧閘極
104b、108b、114b‧‧‧電極
106、112‧‧‧絕緣層
108‧‧‧主動層
108a‧‧‧源極/汲極區
108c‧‧‧輕摻雜汲極區
116‧‧‧內層介電層
118‧‧‧平坦層
119‧‧‧介層洞
120‧‧‧源極/汲極(導電層)
300‧‧‧自發光顯示裝置
C1‧‧‧第一儲存電容
C2‧‧‧第二儲存電容
DT1‧‧‧第一驅動薄膜電晶體
DT2‧‧‧第二驅動薄膜電晶體
P‧‧‧畫素區
Claims (20)
- 一種影像顯示系統，包括：一自發光顯示裝置，包括：一陣列基板，其具有一畫素區；一發光二極體，設置於該陣列基板的該畫素區；一第一驅動薄膜電晶體，電性連接至該發光二極體，且包括疊置於該陣列基板的該畫素區上的一第一閘極及一主動層；以及一第二驅動薄膜電晶體，電性連接至該發光二極體，且包括該主動層及疊置於該主動層上的一第二閘極；其中在同一畫面週期下，該第一閘極耦接至一第一電壓，而該第二閘極耦接至不同於該第一電壓的一第二電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該自發光顯示裝置更包括：一第一儲存電容，包括疊置於該陣列基板的該畫素區上的一第一電極及一第二電極，且該第一電極電性連接至該第一閘極；以及一第二儲存電容，包括該第二電極及疊置於該第二電極上的一第三電極，且該第三電極電性連接至該第二閘極。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像顯示系統，其中該主動層與該第二電極由同一材料層定義而成。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像顯示系統，其 中該等第一及第二驅動薄膜電晶體電性連接至該第二電極。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像顯示系統，其中該第三電極大體對準該第一電極，且該第二閘極大體對準該第一閘極。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該第一電壓與該第二電壓具有相同的大小及相反的極性。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該第一電壓與該第二電壓具有相同的極性。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括：一自發光顯示面板，包括該自發光顯示裝置；以及一控制器，耦接至該自發光顯示裝置，用以控制該自發光顯示裝置而使該自發光顯示裝置根據輸入來提供影像。
- 如申請專利範圍第8項所述之影像顯示系統，其中該系統包括一電子裝置，其包括該自發光顯示面板。
- 如申請專利範圍第9項所述之影像顯示系統，其中該電子裝置包括：筆記型電腦、手機、數位相機、個人數位助理、桌上型電腦、電視機、車上型顯示器、或可攜式數位影碟播放器。
- 一種影像顯示系統，包括：一自發光顯示裝置，包括： 一陣列基板，其具有一畫素區；一發光二極體，設置於該陣列基板的該畫素區；一第一驅動薄膜電晶體，電性連接至該發光二極體，且包括疊置於該陣列基板的該畫素區上的一第一閘極及一主動層；一第二驅動薄膜電晶體，電性連接至該發光二極體，且包括該主動層及疊置於該主動層上的一第二閘極；一第一儲存電容，包括疊置於該陣列基板的該畫素區上的一第一電極及一第二電極，且該第一電極電性連接至該第一開極；以及一第二儲存電容，包括該第二電極及疊置於該第二電極上的一第三電極，且該第三電極電性連接至該第二閘極。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統，其中該主動層與該第二電極由同一材料層定義而成。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統，其中該等第一及第二驅動薄膜電晶體電性連接至該第二電極。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統，其中該第三電極大體對準該第一電極。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統，其中該第二閘極大體對準該第一閘極。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統，其中在同一畫面週期下，該第一閘極耦接至一第一電 壓，而該第二閘極耦接至一第二電壓，且該第一電壓與該第二電壓具有相同的大小及相反的極性。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統，其中在同一畫面週期下，該第一閘極耦接至一第一電壓，而該第二閘極耦接至的一第二電壓，且該第一電壓與該第二電壓具有相同的極性及不同的大小。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統，更包括：一自發光顯示面板，包括該自發光顯示裝置；以及一控制器，耦接至該自發光顯示裝置，用以控制該自發光顯示裝置而使該自發光顯示裝置根據輸入來提供影像。
- 如申請專利範圍第18項所述之影像顯示系統，其中該系統包括一電子裝置，其包括該自發光顯示面板。
- 如申請專利範圍第19項所述之影像顯示系統，其中該電子裝置包括：筆記型電腦、手機、數位相機、個人數位助理、桌上型電腦、電視機、車上型顯示器、或可攜式數位影碟播放器。
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