TWI430441B - 影像顯示系統及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種平面顯示器技術，特別是有關於一種有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)顯示器中具有不同的電特性(electrical characteristic)的薄膜電晶體(TFT)裝置以及具有這些TFT裝置的影像顯示系統及其製造方法。
近年來，主動式陣列平面顯示器的需求快速的增加，例如主動式陣列有機發光二極體(active matrix OLED,AMOLED)顯示器。AMOLED顯示器通常利用薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)作為畫素區的開關元件以及發光元件的驅動元件。另外，AMOLED顯示器的週邊電路區(即，驅動電路區)也需要使用由TFT所構成的CMOS電路。
依據主動層所使用的材料分為非晶矽(a-Si)及多晶矽TFT。非晶矽TFT的製作較為簡單且成本低，然而TFT主動層(active layer)容易劣化而不適合作為發光元件的驅動元件。現行的多晶矽TFT由低溫多晶矽(low temperature polysilicon,LTPS)製程製作而成，其具有高載子遷移率及高驅動電路集積度及低漏電流的優勢。然而，在上述LTPS製程期間，TFT的主動層是採用高功率雷射結晶化製程所形成的，因此製作成本高。再者，由於雷射輸出能量不均，使得所形成的每一OLED驅動TFT的驅動電流有所差異而造成顯示器產生視覺缺陷/發光不均勻(mura)的問題。
另外，在AMOLED顯示器中，畫素區中開關元件之電特性需不同於發光元件的驅動元件。舉例而言，驅動元件需具有高次臨界擺盪及低起始電壓(threshold voltage)等特性，藉以增加顯示灰階(gray scale)及延長OLED壽命。然而，以上述LTPS製程，要製作具有不同電特性的開關TFT與驅動TFT是相當困難的。
本發明一實施例提供一種影像顯示系統，包括：一薄膜電晶體裝置，其包括：一基板、一驅動薄膜電晶體、以及一開關薄膜電晶體。基板具有一畫素區。驅動薄膜電晶體及開關薄膜電晶體分別位於畫素區且設置於基板上。其中，驅動薄膜電晶體包括一多晶矽主動層，而開關薄膜電晶體包括一非晶矽主動層。
本發明另一實施例提供一種影像顯示系統之製造方法，其中此系統具有薄膜電晶體裝置，而此方法包括：提供一基板，其具有一畫素區。在基板的畫素區上分別形成一驅動薄膜電晶體及一開關薄膜電晶體。其中，驅動薄膜電晶體包括一多晶矽主動層，且開關薄膜電晶體包括一非晶矽主動層。
以下說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易了解本發明所提供的實施例僅用於說明以特定方法製作及使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。
請參照第1圖，其繪示出一主動式陣列有機發光二極體(AMOLED)顯示器平面示意圖。AMOLED顯示器包括：一顯示面板10、資料線驅動電路12、以及掃描線驅動電路14。顯示面板10係具有複數個畫素單元，為了簡化圖式，此處僅繪示出單一畫素單元10a。資料線驅動電路12具有複數資料線D1至Dn，而掃描線驅動電路14具有複數掃描線S1至Sn。每一畫素單元10a與一條資料線以及一條掃描線連接(例如，資料線D3及掃描線S3)而排列成一矩陣。
請參照第2圖，其繪示出第1圖中畫素單元10a的電路示意圖。畫素單元10a包括：一發光元件22，例如有機發光二極體(OLED)、一薄膜電晶體裝置400、以及用於儲存影像資料的一儲存電容20。薄膜電晶體裝置400包括：用於驅動發光元件的一驅動薄膜電晶體(driving TFT)18以及用於切換畫素單元的開啟與關閉狀態的一開關薄膜電晶體(switching TFT)16。在本實施例中，用以驅動該發光元件22的驅動薄膜電晶體18一般為P型薄膜電晶體(PTFT)，而開關薄膜電晶體16一般為N型薄膜電晶體(NTFT)。開關薄膜電晶體16的閘極連接至對應之掃描線S3，汲極連接至對應之資料線D3，源極則與儲存電容器20的一端以及驅動薄膜電晶體18的閘極連接。儲存電容器20的另一端係與驅動薄膜電晶體18的源極連接，且連接至電壓源Vdd。驅動薄膜電晶體18的汲極係與發光元件22連接。
以下說明本發明實施例之影像顯示系統及其製造方法。第3H圖係繪示出根據本發明實施例之影像顯示系統，特別是一種具有薄膜電晶體裝置400的影像顯示系統。本發明的實施例係於透明基板上的畫素區製造用於畫素單元的開關薄膜電晶體(如，NTFT)以及驅動薄膜電晶體(如，PTFT)。
薄膜電晶體裝置400包括具有畫素區100的基板300。一緩衝層302，可任意地覆蓋於基板300上，以作為基板300與後續所形成的主動層之間的黏著層或是污染阻障層，其可由氧化矽層、氮化矽層、或其組合所構成。
一驅動薄膜電晶體350位於畫素區100且設置於基板300上方的緩衝層302上，用以驅動位於畫素區100內的一發光元件(未繪示)，例如一有機發光二極體。驅動薄膜電晶體350具有頂部閘極結構，且包括：一多晶矽主動層304、覆蓋多晶矽主動層304以作為閘極介電層的一第一絕緣層306、以及位於多晶矽主動層304上方的一第一閘極電極308a。多晶矽主動層304包括：一通道區304b以及一對被通道區304b所隔開的源極/汲極區304a。第一閘極電極308a兩側的一對第一源極/汲極電極326分別電性連接至源極/汲極區304a。
一開關薄膜電晶體360位於畫素區100且設置於基板300上方的緩衝層302上，用以切換一畫素的開啟與關閉狀態。開關薄膜電晶體360具有底部閘極結構，且包括：一第二閘極電極308c、覆蓋第二閘極電極308c以作為閘極介電層的一第二絕緣層310、以及位於閘極電極308上方的一非多晶矽主動層325。非多晶矽主動層325包括：一對源極/汲極層324以及位於源極/汲極層324與第二閘極電極308c之間的一通道層322。非多晶矽主動層325兩側的一對第二源極/汲極電極330分別與源極/汲極層324接觸以作為電性連接之用。
一儲存電容位於畫素區100且設置於基板300上方的緩衝層302上，並經由其中一第二源極/汲極電極330而電性連接至開關薄膜電晶體360。儲存電容包括下電極308b、上電極328、以及位於下電極308b與上電極328之間以作為電容介電層的第二絕緣層310。在本實施例中，第一閘極電極308a、第二閘極電極308c、以及下電極308b可由同一金屬層所構成，而第一源極/汲極電極326、第二源極/汲極電極330、以及上電極328可由同一金屬層所構成。
接下來，第3A至3H圖係繪示出根據本發明實施例之具有薄膜電晶體400之影像顯示系統之製造方法剖面示意圖。請參照第3A圖，提供一基板300，其具有一畫素區100。基板300可由玻璃、石英、或其他透明材料所構成。接著，可任意地於基板300上形成緩衝層302。之後，在緩衝層302上形成非晶矽層(未繪示)。接著，對其進行結晶化製程以及圖案化製程，以形成一多晶矽層主動層304。在本實施例中，多晶矽層304可藉由非雷射結晶技術進行該結晶化製程。舉例而言，非雷射結晶技術包括：固相結晶化法(solid phase crystallization,SPC)、金屬誘發結晶化法(metal induced crystallization,MIC)、金屬誘發側向結晶化法(metal induced lateral crystallization,MILC)、電場增強金屬誘發側向結晶化法(field enhanced metal induced lateral crystallization,FE-MILC)、或電場增強快速熱退火法(field enhanced rapid thermal annealing)等等。在此列舉的各種結晶化法僅為例示，本發明並不受限於此。
請參照第3B圖，在基板300的畫素區100上方依序形成一第一絕緣層306及一金屬層308並覆蓋多晶矽主動層304，其中第一絕緣層306係用以作為閘極介電層，而金屬層308係用以定義閘極電極與電容下電極。第一絕緣層306可由氧化矽、氮化矽、或其他習知閘極介電材料所構成，而金屬層308可由鉬(Mo)、鉬合金、或其他習知金屬電極材料所構成。
請參照第3C圖，圖案化金屬層308，以在畫素區100的第一絕緣層306上分別形成第一閘極電極308a、第二閘極電極308c、以及下電極308b，其中第一閘極電極308a位於多晶矽主動層304上方的第一絕緣層306上。之後，以第一閘極電極308a作為佈植罩幕(implant mask)，對多晶矽主動層304實施重離子佈植(heavy ion implantation)309，以在多晶矽主動層304內形成通道區304b及源極/汲極區304a，例如P型源極/汲極區。此處，多晶矽主動層304、第一絕緣層306、以及第一閘極電極308a係構成一驅動薄膜電晶體350。
請參照第3D圖，在第一絕緣層306上依序形成一第二絕緣層310、一非晶矽層312、以及一摻雜的非晶矽層314(例如N型摻雜的非晶矽層)並覆蓋第一閘極電極308a、第二閘極電極308c、以及下電極308b。第二絕緣層310係用以作為閘極介電層及電容介電層。再者，第二絕緣層310可由氧化矽、氮化矽、或其他習知閘極介電材料所構成。
請參照第3E圖，藉由習知微影及蝕刻製程依序圖案化摻雜的非晶矽層314及下方的非晶矽層312，以在第二閘極電極308c上方的第二絕緣層310上形成非晶矽主動層325。在本實施例中，非晶矽主動層325包括：由摻雜的非晶矽層314形成的源極/汲極層324以及位於源極/汲極層324與第二閘極電極308c之間且由非晶矽層312所形成的一通道層322。
請參照第3F圖，藉由習知微影及蝕刻製程在第一閘極電極308a兩側的第二絕緣層310及下方的第一絕緣層306中形成開口315以露出源極/汲極區304a。同時，在下電極308b上方的第二絕緣層310中形成開口317以露出部分的下電極308b。
請參照第3G圖，在第二絕緣層310上形成一金屬層(未繪示)，並填入開口315及317以及覆蓋非晶矽主動層325。在本實施例中，金屬層材質包括：鋁(Al)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、或其組合。接著，藉由微影及蝕刻製程來圖案化金屬層，以在第二絕緣層310上分別形成一對第一源極/汲極電極326、上電極328、以及一對第二源極/汲極電極330。第一源極/汲極電極326大體位於第一閘極308a兩側，且經由第二絕緣層310中的開口315而與對應的源極/汲極區304a電性連接。上電極328與下方的第二絕緣層310及下電極308b係構成一儲存電容。第二源極/汲極電極330分別延伸至非晶矽主動層325上表面而與其電性連接，且露出部分的源極/汲極層324。再者，其中一第二源極/汲極電極330經由第二絕緣層310中的開口317而與儲存電容的下電極308b電性連接。
請參照第3H圖，去除露出的源極/汲極層324以形成一對分開的源極/汲極層324並露出部分的通道層322。此處，非晶矽主動層325(含一對分開的源極/汲極層324及通道層322)、位於下方的第二絕緣層310及第二閘極電極308c係構成開關薄膜電晶體360。
根據上述實施例，由於驅動薄膜電晶體的主動層是採用非雷射結晶化製程製造而成，可避免顯示器產生視覺缺陷/發光不均勻的問題。再者，由於開關薄膜電晶體的主動層由非晶矽所構成且驅動薄膜電晶體的主動層由非雷射結晶化製程製造而成，相較於使用LTPS技術來製作驅動薄膜電晶體及開關薄膜電晶體而言，驅動薄膜電晶體的電特性可不同於開關薄膜電晶體的電特性，同時可降低製造成本。
第4圖係繪示出根據本發明另一實施例之具有影像顯示系統方塊示意圖，其可實施於平面顯示(FPD)裝置500或電子裝置700，例如筆記型電腦、手機、數位相機、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、桌上型電腦、電視機、車用顯示器、或攜帶型DVD播放器。根據本發明之TFT裝置400可設置於平面顯示裝置500，而平面顯示裝置500可為OLED顯示器。在其他實施例中，TFT裝置400可設置於電子裝置700。如第4圖所示，電子裝置700包括：平面顯示裝置500及輸入單元600。輸入單元600係耦接至平面顯示器裝置500，用以提供輸入信號(例如，影像信號)至平面顯示裝置500以產生影像。
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。
10．．．顯示面板
10a．．．畫素單元
12．．．資料線驅動電路
14．．．掃描線驅動電路
16、360．．．開關薄膜電晶體
18、350．．．驅動薄膜電晶體
20．．．儲存電容器
22．．．發光元件
100．．．畫素區
300．．．基板
302．．．緩衝層
304．．．多晶矽主動層
304a．．．源極/汲極區
304b．．．通道區
306．．．第一絕緣層
308．．．金屬層
308a．．．第一閘極電極
308b．．．下電極
308c．．．第二閘極電極
309．．．重離子佈植
310．．．第二絕緣層
312．．．非晶矽層
314．．．摻雜的非晶矽層
315、317．．．開口
322．．．通道層
324．．．源極/汲極層
325．．．非晶矽主動層
326．．．第一源極/汲極電極
328．．．上電極
330．．．第二源極/汲極電極
400．．．薄膜電晶體裝置
500．．．平面顯示器裝置
600．．．輸入單元
700．．．電子裝置
D1-Dn．．．資料線
S1-Sn．．．掃描線
Vdd．．．電壓源
第1圖係繪示出一主動式陣列有機發光二極體顯示器平面示意圖；
第2圖係繪示出第1圖中畫素單元的電路示意圖；
第3A至3H圖係繪示出根據本發明實施例之具有薄膜電晶體之影像顯示系統之製造方法剖面示意圖；以及
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．．．畫素區
300．．．基板
302．．．緩衝層
304．．．多晶矽主動層
304a．．．源極/汲極區
304．．．多晶矽主動層
306．．．第一絕緣層
308a．．．第一閘極電極
308b．．．下電極
308c．．．第二閘極電極
310．．．第二絕緣層
315、317．．．開口
322．．．通道層
324．．．源極/汲極層
325．．．非晶矽主動層
326．．．第一源極/汲極電極
328．．．上電極
330．．．第二源極/汲極電極
350．．．驅動薄膜電晶體
360．．．開關薄膜電晶體
400．．．薄膜電晶體裝置
Claims (16)
- 一種影像顯示系統，包括：一薄膜電晶體裝置，包括：一基板，具有一畫素區；以及一驅動薄膜電晶體及一開關薄膜電晶體，分別位於該畫素區且設置於該基板上，其中該驅動薄膜電晶體包括一多晶矽主動層，且該開關薄膜電晶體包括一非晶矽主動層。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該驅動薄膜電晶體更包括一第一閘極電極，位於該多晶矽主動層上方，且該開關薄膜電晶體更包括一第二閘極電極，位於該非晶矽主動層下方。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像顯示系統，其中該驅動薄膜電晶體更包括一第一源極/汲極電極，電性連接至該多晶矽主動層，且該開關薄膜電晶體更包括一第二源極/汲極電極，電性連接至該非晶矽主動層，其中該第一源極/汲極電極與該第二源極/汲極電極由同一金屬層所構成。
- 如申請專利範圍第3項所述之影像顯示系統，其中該非晶矽主動層更包括：一源極/汲極區，與該第二源極/汲極電極接觸；以及一通道區，位於該源極/汲極層與該第二閘極電極之間。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像顯示系統，其中該第一閘極電極與該第二閘極電極由同一金屬層所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括一緩衝層，覆蓋該基板，且由一氧化矽層、一氮化矽層、或其組合所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括：一平面顯示裝置，包括該薄膜電晶體裝置，其中該平面顯示裝置為有機發光二極體顯示器。
- 如申請專利範圍第7項所述之影像顯示系統，更包括一電子裝置，且該電子裝置更包括：該平面顯示裝置；以及一輸入單元，耦接至該平面顯示裝置，用以提供一輸入至該平面顯示裝置，使該平面顯示裝置顯示影像。
- 如申請專利範圍第8項所述之影像顯示系統，其中該電子裝置包括一筆記型電腦、一手機、一數位相機、一個人數位助理、一桌上型電腦、一電視機、一車用顯示器、或一攜帶型DVD播放器。
- 一種影像顯示系統之製造方法，其中該系統具有一薄膜電晶體裝置，而該方法包括：提供一基板，其具有一畫素區；以及在該基板的該畫素區上分別形成一驅動薄膜電晶體及一開關薄膜電晶體；其中該驅動薄膜電晶體包括一多晶矽主動層，且該開關薄膜電晶體包括一非晶矽主動層。
- 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該驅動薄膜電晶體更包括一第一閘極電極，位於該多晶矽主動層上方，而該開關薄膜電晶體更包括一第二閘極電極，位於該非晶矽主動層下方，且該第一閘極電極與該第二閘極電極同時由一金屬層所定義而成。
- 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製造方法，其中形成該驅動薄膜電晶體及該開關薄膜電晶體包括：在該基板的該畫素區上形成該多晶矽主動層；在該多晶矽主動層上及該基板上覆蓋一第一絕緣層；在該第一絕緣層上分別形成一第一閘極電極及一第二閘極電極，其中該第一閘極電極位於該多晶矽主動層上方；在該第一閘極電極及該第二閘極電極上覆蓋一第二絕緣層；在該第二閘極電極上方的該第二絕緣層上形成該非晶矽主動層；以及在該第二絕緣層上形成一第一源極/汲極電極及一第二源極/汲極電極，且經由該第二絕緣層分別電性連接至該多晶矽主動層及該非晶矽主動層。
- 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該非晶矽主動層更包括：一源極/汲極層，與該第二源極/汲極電極接觸；以及一通道層，位於該源極/汲極層與該第二閘極電極之間。
- 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統之製造方法，更包括在形成該多晶矽主動層之前，在該基板上覆蓋一緩衝層，其中該緩衝層由一氧化矽層、一氮化矽層、或其組合所構成。
- 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該多晶矽主動層係由非雷射結晶技術所形成。
- 如申請專利範圍第15項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該非雷射結晶技術包括固相結晶化法、金屬誘發結晶化法、金屬誘發側向結晶化法、電場增強金屬誘發側向結晶化法、或電場增強快速熱退火法。
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