TWI810234B - 子畫素電路及應用其之顯示器 - Google Patents

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Abstract

本揭露是用於一顯示裝置的一子畫素電路。子畫素電路具有一驅動薄膜電晶體及至少一開關薄膜電晶體。至少一開關薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體。子畫素電路額外地具有至少一儲存電容器，其中儲存電容器具有在約1飛法與約55飛法之間的一電容量。

Description

子畫素電路及應用其之顯示器
本揭露一般關於具有一微型化的儲存電容器(storage capacitor)的一種薄膜電晶體。薄膜電晶體可用於一顯示器螢幕中，例如一有機發光二極體(OLED)顯示器螢幕。
包括顯示裝置的輸入裝置可用於各種電子系統。顯示解析度顯示了螢幕可水平地及垂直地顯示的畫素數量。其以N×M的形式編寫。在此範例中，螢幕可水平地顯示N畫素，及垂直地顯示M畫素。若比較兩個相同尺寸但解析度相異的螢幕，具有較高解析度的螢幕(具有較多畫素的螢幕)將能夠顯示更多的處理內容，因此不須過多地捲動(scroll)。顯示器的解析度越高，顯示器所產生的清晰品質影像的清晰程度(degree of detail)就越高。
具有大於600ppi(每英寸畫素)的有機發光二極體的高解析度顯示裝置，需要非常小的畫素尺寸。每個畫素可具有三或更多的子畫素以設置一顏色於畫素中。隨著畫素尺寸的縮小，高解析度顯示器的一切將隨之變小。舉例來說，驅動子畫素的電路將具有較小的佔地面積(foot print)。驅動子畫素的電路具有多個薄膜電晶體、電容 器以及一有機發光二極體區域。基於高解析度的畫素尺寸的縮小，薄膜電晶體的尺寸可被縮小。然而，由於所需的儲存電容(storage capacitance)主要取決於畫面更新率(frame rate)及通過連接於儲存電容的薄膜電晶體的漏電流，難以使與薄膜電晶體電路相關聯(associated with)的儲存電容器變得更小。因此，進一步減少畫素的佔地面積是困難的。
因此，應發展可減少畫素佔地面積尺寸的新技術。
本揭露是用於一顯示裝置的一種子畫素電路。在一實施例中，子畫素電路具有一驅動薄膜電晶體(driving TFT)及至少一開關薄膜電晶體(switching TFT)。至少一開關薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體(oxide TFT)。子畫素電路額外地具有至少一儲存電容器，其中儲存電容器係藉由將驅動薄膜電晶體的閘極金屬與源極金屬重疊來形成，其中儲存電容器具有在約1飛法與約55飛法之間的一電容量。
在另一實施例中，一子畫素電路是形成於一堆疊中。子畫素電路具有一驅動薄膜電晶體。驅動薄膜電晶體具有設置於堆疊的頂表面上的一源極、堆疊的頂表面上的一汲極、以及形成於堆疊中的一導電通道。該導電通道具有一第一終端(end)與一第二終端。第一終端係電性耦接於源極，以及第二終端係電性耦接於汲極。子畫素電路具有至少一開關薄膜電晶體。子畫素電路額外地具有至少一儲存電容器和形成於開關薄膜電晶體下方 的第二儲存電容器，其中儲存電容器是位於設置於導電通道上方與頂表面下方的驅動薄膜電晶體內。
在另一實施例中，一顯示器具有多個畫素。此些畫素具有多個子畫素。此些畫素的每個子畫素具有一有機發光二極體區域及一子畫素電路。子畫素電路具有一驅動薄膜電晶體及至少一開關薄膜電晶體，其中至少一開關薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體。子畫素電路額外地具有形成於驅動薄膜電晶體內的至少一儲存電容器，其中儲存電容器具有在約1飛法與約55飛法之間的一電容量，儲存電容器係藉由重疊驅動薄膜電晶體的閘極金屬與源極金屬來形成。在另一實施例中，顯示器具有多個畫素。此些畫素具有多個子畫素。此些畫素的每個子畫素具有有機發光二極體區域及子畫素電路。子畫素電路具有驅動薄膜電晶體、至少一開關薄膜電晶體、第一儲存電容器及第二儲存電容器。至少一開關薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體。第一儲存電容器形成於驅動薄膜電晶體內，其中第一儲存電容器具有在約1飛法與約55飛法之間的一電容量，第一儲存電容器係藉由重疊驅動薄膜電晶體的閘極金屬與源極金屬來形成。第二儲存電容器形成於至少一開關薄膜電晶體下方。
因此可詳細理解的是，上述本揭露之特徵的方式，本揭露之更詳細之描述(如以上概述)可參照實施例，某些實施例係繪示於附圖中。值得注意的是，然而，這些附圖僅繪示例示性實施例，因此並非用以限定本發明的範圍，本揭露可允許其他等效的實施例。
100:有機發光二極體面板
110:閘極線
112:第一閘極線
120:資料線
122:第一資料線
150、1501N:子畫素
1501A:第一子畫素
1501B:第二子畫素
1501C:第三子畫素
160:列
180:行
190:畫素
1901:第一畫素
1902:第二畫素
1903:第三畫素
210:有機發光二極體區域
220:子畫素電路
250:子畫素區域
310:開關薄膜電晶體
320:儲存電容器
330:驅動薄膜電晶體
382:高電平供應電源(VDD)
384:Vdata線
386:Vscan線
388:有機發光二極體
500:圖
512:高Vscan電壓
518:低Vscan電壓
522:高Vdata電壓
528:低Vdata電壓
530:圖線
540:圖線
550:反衝電壓
560:電壓差
570:時間
602:第一層
604:第二層
606:第三層
608:第四層
610:第五層
612:第六層
632:閘極
634:導電通道
640:導電通道
650:堆疊
664:第二源極
670:閘極
742:閘極絕緣材料
760:第二源極
762:源極
810:光罩
820:光罩
920:第二儲存電容器
934:閘極材料
936:閘極材料
950:源極層
991:另一電容器
S1、S2:源極
G1、G2:閘極
D1、D2:汲極
第1圖是根據一或多個實施例之一主動式矩陣有機發光二極體面板的示意圖。
第2A圖繪示一底發射有機發光二極體顯示器的示意圖。
第2B圖繪示一頂發射有機發光二極體顯示器的示意圖。
第3圖繪示根據一或多個實施例之一子畫素電路範例。
第4圖繪示根據一或多個實施例之另一子畫素電路範例。
第5圖繪示根據一或多個實施例之通過開關電晶體的電壓變化圖。
第6A圖及第6B圖繪示根據一或多個實施例之形成於一基板中的一子畫素電路的範例。
第7A圖及第7B圖繪示根據一或多個實施例之形成於一基板中的一子畫素電路的範例。
第8A圖及第8B圖繪示根據一或多個實施例之形成於一基板中的一子畫素電路的範例。
第9A圖及第9B圖繪示根據一或多個實施例之形成於一基板中的一子畫素電路的範例。
為幫助理解，於可能的情況下，係使用相同的參考符號以標示共同出現於圖式中的相同元件。可以預期的是，一實施例所揭露的元件可被有利地利用於其他實施例上，不需特別詳述。除非特別說明，本文所提到的圖式不應被理解為係按照比例繪製。此外，圖式 係常常被簡化，且省略一些細節或元件以進行清楚地表達與解釋。圖式及討論用來解釋以下所討論的原理，類似的符號表示類似的元件。
以下的詳細敘述本質上僅是例示性的，並非用以限制本揭露或本揭露的應用及使用。再者，並無意圖被先前背景技術、發明內容或以下詳細敘述中所呈現的任何明示性或暗示性的理論所限制。
金屬氧化物(MOx)薄膜電晶體的截止漏電流(Off leakage current,Ioff)通常比低溫多晶矽(low temperature polysilicon,LTPS)薄膜電晶體少三個數量級(order of magnitude)。由於有機發光二極體畫素裝置的低截止漏電流，由金屬氧化物薄膜電晶體所製成的開關薄膜電晶體可以有效地保持儲存電容。因此，相較於低溫多晶矽，由於藉由使用一金屬氧化物所製造的開關薄膜電晶體的較低的漏電流，儲存電容的尺寸(storage capacitance size)可被減小。
有機發光二極體的高解析度顯示裝置(亦即，大於600每英寸畫素)將會具有較小的畫素尺寸。由於縮小的畫素尺寸，高解析度顯示器的一切隨之縮小。基於來自高解析度的畫素尺寸的縮小，薄膜電晶體的尺寸可被縮小。然而，儲存電容器的電容量(亦即尺寸)，主要取決於畫面更新率以及通過連接於有機發光二極體顯示器的儲存電容器的開關薄膜電晶體的漏電流，因此，本揭露是，允許在具有較小的儲存電容器尺寸的高解析度有機發光二極體進行操作的一種畫素電路及裝置結構。
相較於低溫多晶矽開關薄膜電晶體(LTPS switching TFT)，使用金屬氧化物開關薄膜電晶體(MOx switching TFT)可達到降 低三個數量級的截止漏電流(Ioff)。因此，相較於低溫多晶矽開關薄膜電晶體，金屬氧化物開關薄膜電晶體可以不損失電容量地維持1畫面保持時間(frame holding time)的儲存電容。此特性可減少約5至約10倍之間的儲存電容器尺寸。減少的電容器尺寸為更高的畫素密度提供空間。較小的電容器尺寸的高介電常數法(high k solution)對於接近於約1200每英寸畫素的有機發光二極體有效，而一金屬氧化物開關薄膜電晶體可以被應用於更高的解析度，例如大於1200每英寸畫素的一解析度。
為了操作一顯示器的一有機發光二極體畫素的一子畫素，至少需要兩電晶體及一電容器。一開關薄膜電晶體將數據電壓傳遞至電容器(儲存)。儲存電容器係連接至驅動薄膜電晶體的一閘極。連接於儲存電容的驅動薄膜電晶體的閘極電壓決定了流動至有機發光二極體的驅動薄膜電晶體的電流流量，以控制亮度。儲存電容器所需的電容量取決於畫面更新率以及開關薄膜電晶體的漏電流，此開關薄膜電晶體皆連接至顯示器的儲存電容器及驅動薄膜電晶體的閘極。儲存電容器所需的電容量係以下列方程式表示：△Q=C×△V=漏電流(leakage current)×△t
若漏電流降低一個數量級，則電容量(C)亦可減少一個數量級。將一傳統的低溫多晶矽開關薄膜電晶體替換為一金屬氧化物開關薄膜電晶體，可至少減少1至2個數量級的漏電流。所需的電容量也可被減少相同的程度(level)。因此，藉由使用金屬氧化物開關薄膜 電晶體，儲存電容器的尺寸可被減小。可在以下附圖的敘述中，查找此配置的進一步敘述。
第1圖是一主動式矩陣有機發光二極體面板(active matrix organic light emitting diode panel)100的示意圖。有機發光二極體面板100具有配置於列160及行180的一畫素陣列(array of pixels)190，亦即一第一畫素1901、一第二畫素1902、一第三畫素1903等。每一畫素190具有多個子畫素150，以決定畫素190的值。舉例來說，一第一畫素1901具有一第一子畫素1501A、一第二子畫素1501B及第三子畫素1501C。每一子畫素150為一各自的畫素190的一單一顏色元件(color element)。然而，第一畫素1901可具有多於三的子畫素150，例如一子畫素1501N，其中「1N」可代表第一畫素1901的任何數量的子畫素150。有機發光二極體面板100中每一列160可使用閘極線110來獨立存取。有機發光二極體面板100中的每一行180可使用資料線120來存取。定址(address)一第一閘極線112與一第一資料線122，以存取有機發光二極體面板100的第一畫素1901中的第一子畫素1501A。每一子畫素150可被類似地定址於有機發光二極體面板100中。在多個實施例中，雖然每一子畫素150被繪示為耦接於一單一選擇線，每一子畫素可被耦接於多個選擇線，此些選擇線可用以控制每一子畫素150的更新。在這些實施例中，可於不同時間與不同的選擇信號(select signal)來驅動選擇線，以控制子畫素150的更新時間(update timing)。
在一或多個實施例中，有機發光二極體面板100可以是一有機發光二極體顯示裝置。在此實施例中，每一子畫素150可包含一陽極電極，此陽極電極通過一或多個電晶體被耦接至對應的一或多個選擇線及一資料線。將一或多個子畫素資料信號應用於每一活化的陽極電極，以驅動陽極電極至一特定的電壓位準。一有機發光二極體顯示裝置更加包括一陰極電極，此陰極電極藉由用於顯示器更新的一處理系統及一或多個有機層而被驅動至一電壓位準。電源電壓(supply voltage)被施加至每個子畫素，以驅動子畫素的更新。在一實施例中，一正電源電壓可被稱為ELVDD，一負電源電壓可被稱為ELVSS。
第2A圖繪示一底發射有機發光二極體顯示器(bottom emission OLED display)的示意圖。有機發光二極體位於子畫素電路220的頂部上。由於發射光的方向，來自有機發光二極體的光線無法往下通過子畫素電路220的區域。單一子畫素150可以是第一子畫素1501A。然而，第2A圖所繪示的單一子畫素150是通用於每個子畫素150，例如第一子畫素1501A，進一步的討論將關於通用的子畫素150。子畫素150具有一子畫素區域250。部分的子畫素區域250被有機發光二極體區域210所佔據。有機發光二極體區域210為子畫素150的發光元件(light-emitting element)。有機發光二極體區域210為一電流驅動的發光裝置。子畫素區域250的剩餘部分被一子畫素電路220所佔據，子畫素電路220具有一或多個的電晶體、電容器以及連接電晶體和電容器的金屬佈線(metal routing)，以形成子畫素電路220。形成子畫素電路220 中，一或多個電晶體、電容器及金屬佈線可與另一個的電晶體、電容器及金屬佈線被設置於一基板(裝置)的不同金屬層內。子畫素電路220控制有機發光二極體區域210，有機發光二極體區域210提供驅動子畫素150所需的電源，亦即發射或不發射光線。
第2B圖繪示一頂發射有機發光二極體顯示器(top emission OLED display)的示意圖。對於頂發射有機發光二極體顯示器，有機發光二極體位於子畫素電路220的頂部上。來自有機發光二極體的光線是向上的，所以子畫素電路220並不會遮蔽到光線。因此，來自頂發射有機發光顯示器的子畫素電路220的區域可相當於(comparable)有機發光二極體區域210，允許比底發射有機發光二極體顯示器具有更高的密度。
第3圖及第4圖繪示根據一或多個實施例之子畫素150的子畫素電路220的示例示意圖。子畫素電路220具有多個薄膜電晶體及一儲存電容器。然而，應當理解的是，子畫素電路220可具有多於兩個的電晶體和/或多於一個的電容器。一般來說，子畫素電路220包括一開關薄膜電晶體310、一電流調整器或一驅動薄膜電晶體330，及一儲存電容器320。開關薄膜電晶體310、驅動薄膜電晶體330可為相對低漏電流的電晶體，例如氧化物電晶體、一低溫多晶矽電晶體、或低溫多晶矽與氧化物的一混合物，亦即低溫多晶氧化物(LTPO)電晶體。較佳地，開關薄膜電晶體310具有不超過約10-12安培的漏電流。驅動薄膜電晶體330可為一p型低溫多晶矽薄膜電晶體(Tp2)、或一n型低溫多晶矽 薄膜電晶體、或n型氧化物薄膜電晶體(Tn2)。開關薄膜電晶體310可為一氧化物薄膜電晶體(Tn1)或低溫多晶氧化物混合物(hybrid LTPO)。
開關薄膜電晶體310的閘極(G1)係連接至選擇掃描線(Vscan)386，源極-汲極係連接至Vdata線384與驅動薄膜電晶體330的閘極(G2)之間。設置於一全彩顯示器中的子畫素150的有機發光二極體區域210中的一有機發光二極體388，係電性連接於驅動薄膜電晶體330。有機發光二極體388的電路進一步延續於一低水平的電源電壓(VSS)或接地(GND)。有機發光二極體388是由子畫素電路220所控制，有機發光二極體388具有連接至共同端(common terminal)或導體的陰極，而陽極是通過驅動薄膜電晶體330的源極-汲極連接至一高水平供應電源(high level power supply)(VDD)382。儲存電容器(Cst)320的角色(role)為保持驅動薄膜電晶體(Tn2/Tp2)330的閘極電壓。於第3圖中，儲存電容器320係連接在高水平供應電源(VDD)382與驅動薄膜電晶體330的閘極(G2)之間。於第4圖中，儲存電容器320係連接在有機發光二極體388與驅動薄膜電晶體330的閘極(G2)之間。
當一選擇信號出現於Vscan線386上以及一資料信號出現於Vdata線384上時，有機發光二極體388係被定址或選擇。藉由施加通過選擇線的一選擇信號至開關薄膜電晶體310/驅動薄膜電晶體330的閘極，電晶體可被開啟或關閉。Vscan線386上的信號係被施加至開關薄膜電晶體310的閘極(G1)，以「開啟」電晶體。Vdata線384上的資料信號通過開關薄膜電晶體310的源極-汲極被施加至驅動薄膜電晶體330的閘極(G2)，根據資料信號的振幅和/或持續時間將驅動薄膜電晶 體330「開啟」。接著，驅動薄膜電晶體330通常是以驅動電流的形式供應電源至有機發光二極體388，有機發光二極體388所產生的光線的亮度或強度可取決於供應電流的流量和/或持續時間。在開關薄膜電晶體310被「關閉」後，儲存電容器320則記憶Vdata線384上的電壓。
第5圖繪示根據一或多個實施例之通過開關電晶體的電壓變化圖。圖500繪示於一時間570中，Vdata線384與Vscan線386的電壓。於時間570中，Vscan線386在一低Vscan電壓518與一高Vscan電壓512之間往返(traverse)。於相同時段(period of time)570中，Vdata線384在一低Vdata電壓528與一高Vdata電壓522之間往返。第5圖的項目(item)550所示，畫素電壓減少的一電壓值被稱為一反衝電壓(kickback voltage)(△Vp)。反衝電壓550是基於資料信號而改變並且被誘發於閘極信號下降時，亦即Vscan線386從高Vscan電壓512移至低Vscan電壓518。用於驅動有機發光二極體的閘極(G2)電壓(VG2)被儲存電容器(Cst)320維持。開關薄膜電晶體310的漏電(leakage)導致閘極電壓(VG2)數值下降。圖線530繪示通過開關薄膜電晶體310(氧化物薄膜電晶體Tn1)的無漏電的閘極電壓(VG2)。圖線540繪示通過開關薄膜電晶體310(低溫多晶矽薄膜電晶體Tn1)的具有微漏電的閘極電壓(VG2)。藉由儲存電容器(Cst)320來補償無漏電的閘極電壓(VG2)(圖線530)以及具有漏電的閘極電壓(VG2)(圖線540)之間的電壓差560。調整儲存電容器(Cst)320的尺寸以補償反衝電壓與漏電，以維持閘極(G2)的電壓。其中Cgd1為G1與D1之間的薄膜電晶體電容器，且Cgs2為G2與D2間的 薄膜電晶體電容器，閘極電壓(VG2)與反衝電壓(△Vp)皆可用以下方程式計算：VG2=(Vdata,High-Vdata,Low)×{(Cst+Cgs2)/(Cst+Cgd1+Cgs2)}
△Vp=(Vdata,High-Vdata,Low)×{(Cgd1)/(Cst+Cgd1+Cgs2)}
若氧化物薄膜電晶體被用作Tn1、而非低溫多晶矽薄膜電晶體，由於通過Tn1的漏電流較小，可最小化閘極電壓(VG2)的電壓降。若Cst遠大於Cgd1，可最小化反衝電壓(△Vp)以及由Cgd1(在G1與D1之間的薄膜電晶體電容器)所導致的閘極電壓(VG2)電壓降。
回顧第3圖，若氧化物薄膜電晶體被用作Tn1、而非低溫多晶矽薄膜電晶體，由於通過Tn1的漏電流較小，可最小化閘極電壓(VG2)的電壓降。若Cst遠大於Cgd1，可最小化反衝電壓△Vp以及由Cgd1(在G1與D1之間的薄膜電晶體電容器)所導致的閘極電壓(VG2)的電壓降。此處，Tn1為一n型氧化物薄膜電晶體，Tp2為一p型低溫多晶矽薄膜電晶體。至少使用兩個薄膜電晶體，一個為驅動薄膜電晶體(Tp2)，另一個為開關薄膜電晶體(Tn1)。
回顧第4圖，若一氧化物薄膜電晶體被用作Tn1、而非低溫多晶矽薄膜電晶體，由於通過Tn1的漏電流較小，可最小化閘極電壓(VG2)的電壓降。若Cst遠大於Cgd1，可最小化所有的反衝電壓△Vp以及由Cgd1(在G1與D1之間的薄膜電晶體電容器)所導致的閘極電壓(VG2)的電壓降。此處，Tn1為一n型氧化物薄膜電晶體，Tn2為一n型 低溫多晶矽薄膜電晶體或n型氧化物薄膜電晶體。因此，至少一電容器及兩個薄膜電晶體被用於子畫素電路220，其中兩個薄膜電晶體包含一驅動薄膜電晶體(Tn2)及一開關薄膜電晶體(Tn1)。
調整儲存電容器(Cst)320的尺寸以補償反衝電壓△Vp 550以及通過開關薄膜電晶體310的漏電流。參照第3圖及第4圖，儲存電容器(Cst)的容量(尺寸)需要大約大於Cgs的9倍以最小化電壓反衝(voltage kickback)，其中Cgs為開關薄膜電晶體310的在閘極與源極之間的電容量。
對於長度約10微米、寬度約40微米、閘極氧化物厚度約100奈米且Cgs約0.5飛法/微米2(fF/μm2)的一薄膜電晶體，較佳的Cst數值範圍是在大於Cst約2.2飛法及小於約55飛法之間。
對於長度約10微米、寬度約40微米、閘極氧化物厚度約150奈米且Cgs約0.34飛法/微米2的一薄膜電晶體，較佳的Cst數值範圍是在大於Cst約1.5飛法及小於約37飛法之間。
對於長度約10微米、寬度約40微米、閘極氧化物厚度約200奈米且Cgs約0.25飛法/微米2的一薄膜電晶體，較佳的Cst數值範圍是在大於Cst約1.1飛法及小於約28飛法之間。
第6A圖及第6B圖繪示根據一或多個實施例之形成於一堆疊650中的一子畫素電路的範例。堆疊650具有一第一層602。一第二層604設置於第一層602上。在一實施例中，第二層604係接觸於第一層602。一第三層606設置於第二層604上。在一實施例中，第三層606接觸於第二層604。一第四層608設置於第三層606上。在一實施例中，第 四層608係接觸於第三層606。一第五層610設置於第四層608上。在一實施例中，第五層610係接觸於第四層608。一第六層612設置於第五層610上。在一實施例中，第六層612係接觸於第五層610。
第一層602可以是一玻璃基板或其他適合的可撓性基板(flexible substrate)。第二層604為一第一緩衝層。第二層604(緩衝層1)可由例如是一p型矽(硼摻雜矽(boron-doped silicon))、氧化釩(vanadium oxide,V2O5)、氮化鋁(aluminum nitride,AlN)、氮化鎢(tungsten nitride)、其他金屬氧化物或金屬氮化物、或其組合物之一材料所組成。第三層606為一閘極絕緣層(gate insulating layer)(GI)。第三層606(GI)可由例如是二氧化矽(SiO2)、聚甲基矽倍半氧烷(polymethylsilsesquioxane,PMSQ)或其他適合的材料之一材料所組成。第四層608是一第一層間介電質(inter layer dielectric,ILD)。第四層608(ILD1)可由例如是氧化物(摻雜的以及未摻雜的)、氮化物、氮氧化物以及碳化物(例如矽基介電薄膜(silicon-based dielectric film))之一材料所組成。第五層610為一第二緩衝層。第五層610(緩衝層2)可由實質上相同於第二層604(緩衝層1)的材料列表(list of materials)所形成。第六層612為一第二層間介電質。第六層612(ILD2)可由實質上相同於第四層608(ILD1)的材料列表所形成。
開關薄膜電晶體310係繪示於第六層612(ILD2)中。開關薄膜電晶體310為一氧化物薄膜電晶體。開關薄膜電晶體具有設置於ILD2(亦即第六層612)頂部上的一源極(S1)與一汲極(D1)。源極(S1)與汲極(D1)耦接至第六層612中的通孔(via)，以耦接於一導電通道 (IGZO)，在此範例中，導電通道由氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,IGZO)所形成，但其他材料可相等地適用。導電通道(IGZO)係形成於第五層610(緩衝層2)的頂部。一閘極絕緣(GI)材料係形成於第六層612(ILD2)中的導電通道(IGZO)上。閘極絕緣(GI)材料是由二氧化矽、聚甲基矽倍半氧烷(PMSQ)或其他適合的材料所組成。一閘極(G1)材料係形成於閘極絕緣(GI)材料的頂部。閘極(G1)為一金屬導電材料，例如氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、或其他合適材料。
驅動薄膜電晶體330繪示於第三層606至第六層612(ILD2)中。驅動薄膜電晶體330為一低溫多晶矽薄膜電晶體。驅動薄膜電晶體330具有設置於ILD2(即第六層612)頂部上的一源極(S2)與一汲極(D2)。源極(S2)與汲極(D2)係耦接至第六層612及第五層610中的通孔、以及耦接至設置於第五層610(緩衝層2)中的一第二源極(S2)664與第二汲極(D2)。此些通孔進一步延伸通過第四層608(ILD1)至第三層606(GI)中，至多晶矽(低溫多晶矽)的一導電通道634。導電通道634係形成於第二層604(緩衝層1)的頂表面上。一閘極(G2)632係形成於導電通道634上方的第四層608(ILD1)中，且形成於第三層606(GI)的頂部上。閘極(G2)材料是由二氧化矽、聚甲基矽倍半氧烷(PMSQ)或其他適合的材料所組成。第三層606(GI)為導電通道634與閘極(G2)632之間的閘極絕緣材料。
現僅參照第6A圖，儲存電容器320形成於相鄰於驅動薄膜電晶體330的第三層606(GI)中、第四層608(ILD1)中以及第五層 610(緩衝層2)中。第二源極(S2)664在第五層610(緩衝層2)中，在相對於第二汲極(D2)的方向上橫向地延伸。一通孔662從第二源極(S2)664延伸通過第四層608(ILD1)至第三層606(GI)中。通孔662延伸至多晶矽(低溫多晶矽)的一導電通道640。導電通道640設置於第二層604(緩衝層1)的頂表面上。導電通道634藉由第三層606的閘極絕緣材料來隔離於導電通道640。一閘極(G2)670係形成於導電通道640上方的第四層608(ILD1)中，且形成於第三層606(GI)的頂部上。閘極(G2)670係隔離於閘極(G2)632，在閘極(G2)670與閘極(G2)632之間具有通孔662。
現僅參照第6B圖，儲存電容器320係形成於相鄰於驅動薄膜電晶體330的第四層608(ILD1)中以及第五層610(緩衝層2)中。第二源極(S2)664在第五層610(緩衝層2)中，在遠離第二汲極(D2)的方向上橫向地延伸。閘極(G2)670係形成於第四層608(ILD1)中，且形成於第三層606(GI)的頂部上。所獲得的電容器具有比第6A圖中所形成的電容器更減少一個遮罩。
繪示於上述之第6A圖及第6B圖的優點在於，更減少一個遮罩係可能的，且子畫素電路220的形成較不複雜。
第7A圖及第7B圖繪示根據一或多個實施例之形成於一基板中的一子畫素電路的範例。所繪示的開關薄膜電晶體310為一氧化物類型，且實質上類似於上述的第6A圖及第6B圖之開關薄膜電晶體。
現僅參照第7A圖，驅動薄膜電晶體330係繪示於第三層606至第六層612(ILD2)中。驅動薄膜電晶體330為一低溫多晶矽薄膜 電晶體。驅動薄膜電晶體330具有設置於ILD2(亦即第六層612)頂部上的一源極(S2)與一汲極(D2)。源極(S2)與汲極(D2)係耦接至第六層612及第五層610中的通孔，以及耦接至設置於第五層610(緩衝層2)中的一第二源極(S2)664與第二汲極(D2)。此些通孔進一步延伸通過第四層608(ILD1)至第三層606(GI)，至多晶矽(低溫多晶矽)的一導電通道634。導電通道634係形成於第二層604(緩衝層1)的頂表面上。一閘極(G2)632係形成於導電通道634上方的第四層608(ILD1)中，且形成於第三層606(GI)的頂部上。閘極(G2)材料是由二氧化矽、聚甲基矽倍半氧烷(PMSQ)或其他適合的材料所組成。第三層606(GI)為導電通道634與閘極(G2)632之間的閘極絕緣材料。
儲存電容器320係形成於驅動薄膜電晶體330內的第四層608(ILD1)中以及第五層610(緩衝層2)中。一第二源極(S2)760在第五層610(緩衝層2)中且在形成於第四層608(ILD1)中的閘極(G2)632上方，在朝向第二汲極(D2)的方向上橫向地延伸。位於驅動薄膜電晶體330中的所獲得的電容器減少了子畫素電路220的佔地面積(footprint)。
現僅參照第7B圖，驅動薄膜電晶體330係繪示於第六層612(ILD2)中。驅動薄膜電晶體330為一氧化物薄膜電晶體。驅動薄膜電晶體330具有設置於ILD2(亦即第六層612)頂部上的一源極(S2)762與一汲極(D2)。源極(S2)與汲極(D2)係耦接於第六層612中的通孔而到一導電通道(IGZO)，在此範例中，導電通道由氧化銦鎵鋅(IGZO)所形成，但其他材料可相等地適用。導電通道(IGZO)係形成於第五層610(緩 衝層2)的頂部上。一閘極絕緣(gate insulating,GI)材料742係形成於第六層612(ILD2)中的導電通道(IGZO)上。閘極絕緣(GI)材料742係由二氧化矽、聚甲基矽倍半氧烷(PMSQ)或其他適合的材料所組成。一閘極(G2)材料係形成於閘極絕緣(GI)材料742的頂部上。閘極(G2)為一金屬導電材料，例如氧化銦錫(ITO)、氧化鋅、氧化銦鎵鋅(IGZO)、或其他合適材料。
儲存電容器320形成於驅動薄膜電晶體330中。該源極(S2)762沿著第六層612的頂表面，朝向該汲極(D2)以及該閘極(G2)材料的上方延伸，以形成該儲存電容器320。
有利地，儲存電容器320係形成於更接近於驅動薄膜電晶體330，藉由減少畫素電路面積(pixel circuity area)來獲得更高的解析度。
第8A圖及第8B圖繪示根據一或多個實施例之形成於一基板中的一子畫素電路的範例。所繪示的開關薄膜電晶體310為一氧化物類型，且實質上類似於上述之第6A圖及第6B圖之開關薄膜電晶體。第8A圖中，開關薄膜電晶體310具有形成於導電通道(IGZO)下的第五層610(緩衝層2)中的一光罩(light shield)810。第8B圖中，開關薄膜電晶體310具有形成於導電通道(IGZO)下方的第四層608(ILD1)中的一光罩820。光罩810/820是由一金屬材料所形成。金屬被使用於氧化物開關薄膜電晶體310下，以改善其穩定性。
第8A圖及第8B圖中繪示的驅動薄膜電晶體330及儲存電容器320，係實質上如同上述的第7圖之驅動薄膜電晶體330。驅動薄 膜電晶體330為一低溫多晶矽薄膜電晶體，且設置於第三層606至第六層612(ILD2)中。儲存電容器320係形成於驅動薄膜電晶體330內的第四層608(ILD1)及第五層610(緩衝層2)中。位於驅動薄膜電晶體330中的所獲得的電容器減少了子畫素電路220的佔地面積。
有利地，儲存電容器320係形成於更接近於驅動薄膜電晶體330，藉由減少畫素電路面積來獲得更高的解析度。此外，如上所述，光罩810/820改善了開關薄膜電晶體310的穩定性。
第9A圖及第9B圖繪示根據一或多個實施例之形成於一基板中的一子畫素電路範例。所繪示的開關薄膜電晶體310為一氧化物類型，且實質上類似於上述的第6A圖及第6B圖之開關薄膜電晶體。光罩810係形成於導電通道(IGZO)下方的第五層610(緩衝層2)中。此外，一閘極(G2)材料934係形成於光罩810下方的第四層608(ILD1)中。閘極(G2)材料934是由一金屬材料所形成。光罩810及閘極(G2)材料934於開關薄膜電晶體310下方形成一第二儲存電容器920。
現僅參照第9A圖，驅動薄膜電晶體330及儲存電容器320如同以上第7A圖所述。換言之，儲存電容器320係形成於驅動薄膜電晶體330內，以最小化子畫素電路220。
現僅參照第9B圖，驅動薄膜電晶體330及儲存電容器320係如同以上第7B圖所述。儲存電容器320係形成於驅動薄膜電晶體330內，以最小化子畫素電路220。此外，一閘極(G2)材料936係形成於一源極層(S2)950下的第四層608(ILD1)中。閘極(G2)材料936是由一 金屬材料所形成。源極層(S2)950及閘極(G2)材料936在驅動薄膜電晶體330下形成另一電容器991。
有利地，儲存電容器320係形成於更接近於驅動薄膜電晶體330，藉由減少畫素電路面積而獲得更高的解析度。光罩810改善開關薄膜電晶體310的穩定性。此外，於開關薄膜電晶體310下方形成一第二儲存電容器920以保持子畫素電路220的佔地面積，同時增加儲存電容並允許更長的畫面更新率。
畫素電路由一驅動薄膜電晶體、至少一開關薄膜電晶體與至少一儲存電容器組成。開關薄膜電晶體係皆連接至驅動薄膜電晶體的閘極及儲存電容器。相較於低溫多晶矽薄膜電晶體，由於藉由使用氧化物薄膜電晶體作為一開關薄膜電晶體，漏電流降低二至三個數量級，儲存電容器的尺寸可被減少。然而，由於電壓反衝，儲存電容器並不能非常小。如上所示，提出的儲存電容器(Cst)尺寸是在約1飛法與約55飛法之間。閘極絕緣體(gate insulator)的厚度是在約100奈米至約200奈米之間。薄膜電晶體通道長度是在約0.5微米與3微米之間。薄膜電晶體通道寬度是在約1微米與約4微米之間。
上述的開關薄膜電晶體的裝置結構繪示一儲存電容器與具有儲存電容器的驅動薄膜電晶體，此儲存電容器形成於多晶矽及閘極金屬之間。或者地，此結構繪示，儲存電容器形成於閘極與源極金屬之間，以在製造期間減少遮罩的數量。於另一替代方案中，一高解析度的結構係被提出，其中儲存電容器是藉由重疊驅動薄膜電晶體的閘極與源極金屬來形成。於另一替代方案中，一高解析度的結構係 被提出，其中儲存電容器是形成於氧化物薄膜電晶體下。在其他結構中，由金屬所形成的一光罩被加入於氧化物薄膜電晶體下。這些結構提供具有小於10-12(安培)漏電流的一氧化物薄膜電晶體，允許約7.5皮安培×(1/60秒)/0.35伏特或約36飛法的一儲存電容器。
於可變更新率(variable refresh rate,VRR)[60赫茲(Hz)、30赫茲、15赫茲、1赫茲]下，達成顯著的有機發光二極體面板的節能(power saving)。然而，低於60赫茲的更新率可導致視覺假象(visual artifact)，例如閃爍或亮度的突然改變。隨著較小的漏電流通過連接的開關薄膜電晶體，以保持儲存電容器(C1)的保持在液晶顯示器(LCD)與有機發光二極體中的數據電壓，閃爍及亮度的突然改變係最小化。若儲存電容器(C1)所需的數值大於36飛法，如同第9A圖及第9B圖之一額外的儲存電容器可被提供。若加倍儲存電容器的尺寸(例如72飛法)，△閘極電壓(△VG)將是大約一半，亦即大約0.175伏特。因此，達成了藉由減少閘極電壓的變化量之改善的一致性(uniformity)。此外，若漏電流是一半，所需的儲存電容器數值將是一半，亦即大約18飛法。儲存電容器的面積被減少至大約一半的電路的先前尺寸，藉由減少畫素尺寸面積來允許更高的每英寸畫素。
可根據所述之特定實施例以及其他變化來理解這些及其他優點。可理解的是，以上描述旨在例示性而非限制性。檢閱以上的敘述後，在申請專利範圍的精神及範圍內之許多其他實施例及潤飾，對於所屬技術領域中具有通常知識者將是顯而易見的。因此，本發明的範圍，應參照後附之申請專利範圍、以及以這些申請專利範圍 命名(entitled)之等值物(equivalent)的全部範圍來決定。在以下的申請專利範圍中，用語「第一」、「第二」及「第三」等僅用作標號(label)，而非對這些物件施加數值要求(numerical requirement)。
100:面板
110:閘極線
112:第一閘極線
120:資料線
122:第一資料線
150:子畫素
1501A:第一子畫素
1501B:第二子畫素
1501C:第三子畫素
160:行
180:列
190:畫素
1901:第一畫素
1902:第二畫素
1903:第三畫素

Claims (16)

  1. 一種用於一顯示器的子畫素電路，該子畫素電路包含：一驅動薄膜電晶體(driving TFT)；至少一開關薄膜電晶體(switching TFT)，其中該至少一開關薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體；以及至少一儲存電容器，其中該儲存電容器係藉由將該驅動薄膜電晶體的一閘極金屬與一源極金屬重疊來形成，其中該儲存電容器具有約1飛法(fF)與約55飛法之間的一電容量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之子畫素電路，其中該驅動薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之子畫素電路，其中該驅動薄膜電晶體為一多晶矽薄膜電晶體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之子畫素電路，其中該至少一開關薄膜電晶體更包含：在約100奈米與約200奈米之間的一閘極絕緣層厚度；在約0.5微米與約3微米之間的一薄膜電晶體通道長度；以及在約1微米與約4微米之間的一薄膜電晶體通道寬度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之子畫素電路，其中該至少一開關薄膜電晶體更包含：小於約10-12(安培)的一薄膜電晶體漏電流。
  6. 一種形成於一堆疊中的子畫素電路，該子畫素電路包含：一驅動薄膜電晶體，包含：一源極，設置於該堆疊的一頂表面上；一汲極，位於該堆疊的該頂表面上；及一導電通道，形成於該堆疊中，該導電通道具有一第一終端及一第二終端，其中該第一終端係電性耦接於該源極，且該第二終端係電性耦接於該汲極；至少一開關薄膜電晶體；一儲存電容器，其中該儲存電容器係位於設置於該導電通道上方與該頂表面下方的驅動薄膜電晶體內，其中該儲存電容器係藉由將一閘極金屬與一源極金屬重疊來形成；以及一第二儲存電容器，形成於該開關薄膜電晶體下方。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之子畫素電路，其中該堆疊更包含：一第一層，形成一第一緩衝層；一第二層，由一閘極絕緣材料所形成；一第三層，形成一第一層間介電質；一第四層，形成一第二緩衝層；以及一第五層，形成一第二層間介電質，其中該至少一開關薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體，且該至少一開關薄膜電晶體不延伸至該第四層中。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之子畫素電路，其中該驅動薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之子畫素電路，其中該驅動薄膜電晶體為一多晶矽薄膜電晶體。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之子畫素電路，其中該閘極金屬係與該驅動薄膜電晶體的該源極金屬重疊。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之子畫素電路，其中該儲存電容器更包含：一閘極絕緣體，以及該儲存電容器不延伸至該第四層中。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之子畫素電路，其中該儲存電容器延伸於該第四層的下方，且該導電通道位於該第二層中。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之子畫素電路，更包含：一光罩，設置於該開關薄膜電晶體下方。
  14. 如申請專利範圍第6項所述之子畫素電路，更包含：一第三儲存電容器，形成於該驅動薄膜電晶體下方。
  15. 一種顯示器，包含：複數個畫素，該些畫素包含：複數個子畫素，該複數個畫素的每個子畫素包含：一有機發光二極體區域；以及 一子畫素電路，該子畫素電路包含：一驅動薄膜電晶體；至少一開關薄膜電晶體，其中該至少一開關薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體；及至少一儲存電容器，形成於該驅動薄膜電晶體內，其中該儲存電容器具有在約1飛法與約55飛法之間的一電容量，該儲存電容器係藉由重疊該驅動薄膜電晶體的一閘極金屬與一源極金屬來形成。
  16. 一種顯示器，包含：複數個畫素，該些畫素包含：複數個子畫素，該複數個畫素的每個子畫素包含：一有機發光二極體區域；以及一子畫素電路，該子畫素電路包含：一驅動薄膜電晶體；至少一開關薄膜電晶體，其中該至少一開關薄膜電晶體為一氧化物薄膜電晶體；一第一儲存電容器，形成於該驅動薄膜電晶體內，其中該第一儲存電容器具有在約1飛法與約55飛法之間的一電容量，該第一儲存電容器係藉由重疊該驅動薄膜電晶體的一閘極金屬與一源極金屬來形成；及一第二儲存電容器，形成於該至少一開關薄膜電晶體下方。
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