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TWI389211B - 影像顯示系統及其製造方法 - Google Patents

影像顯示系統及其製造方法 Download PDF

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TWI389211B
TWI389211B TW097116022A TW97116022A TWI389211B TW I389211 B TWI389211 B TW I389211B TW 097116022 A TW097116022 A TW 097116022A TW 97116022 A TW97116022 A TW 97116022A TW I389211 B TWI389211 B TW I389211B
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劉侑宗
李淂裕
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奇美電子股份有限公司
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Description

影像顯示系統及其製造方法
本發明關於一種影像顯示系統及其製造方法，尤指一種主動式矩陣有機發光二極體(Active Matrix Organic Diode; AMOLED)顯示器電路及其製造方法。
有機發光二極體(OLED)已公認為下一個世代的平面顯示器技術，特別是主動式矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器，更是現今相關業界爭相投入大量資源開發的產品。主動式矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器的一個像素單元可包含驅動薄膜電晶體(driving TFT)、開關薄膜電晶體(switching TFT)、發光元件以及電容。製作AMOLED前述元件時，係使用準分子雷射退火法(Excimer Laser Anneal; ELA)使長在玻璃基板上的非晶矽層(Amorphous Silicon)化成多晶矽層(Poly Silicon)。
但由於對用來驅動發光元件(OLED)的驅動電路的驅動薄膜電晶體(driving TFT)與開關薄膜電晶體(switching TFT)的電性要求迥異，如希望開關薄膜電晶體的載子移動率高，同時要求驅動薄膜電晶體的結晶晶粒小，以減少因各別OLED間之差異，即電晶體間的不一致性(non-uniformity)造成的發光不均勻(Mura)現象，因此，前述非晶矽層化成多晶矽層的結晶化製程中，需在不同區域形成不同晶粒特性之多晶矽層為佳。
因此現今業界多以不同道製程，不同的結晶化製程，以雷射結晶技術，例如：準分子雷射退火法。以非雷射結晶技術，例如：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)等來達成前述目的。
然而相較於單一雷射結晶技術進行結晶化製程，前述以不同道製程，不同的結晶化製程的各種方法不僅製程時間較長，且過程繁複，因而仍有良率無法提升的困難。此外，不同結晶化製程產生的多晶矽在晶粒特性上亦會導致明顯的差異，本發明意在解決因各別OLED間之差異造成的發光不均勻(Mura)現象，而造成AMOLED產品良率偏低的問題。
因此，如能以單一結晶化製程，於開關電路區域及該區域之外，同時分別形成晶粒大小不同之多晶矽層，即能有效解決前述種種問題。
本發明之目的係提供一種影像顯示系統及其製造方法，能以單一結晶化製程，於第一區域及第二區域分別形成晶粒大小不同之多晶矽層，解決以準分子雷射退火法形成多晶矽層時，所導致的發光不均勻(Mura)，從而使本發明之影像顯示系統具有良好的發光均勻性。
本發明之另一目的係提供一種影像顯示系統及其製造方法，可增加發光元件之光靈敏度。
本發明之又一目的係提供一種影像顯示系統及其製造方法，可減少電容面積，增加影像顯示系統之開口率。
本發明影像顯示系統包含一基板、一開關薄膜電晶體以及一驅動薄膜電晶體。基板具有第一區域及第二區域。開關薄膜電 晶體(switching TFT)，位於基板之第一區域上，且包括一第一多晶矽層。驅動薄膜電晶體(driving TFT)位於基板之第二區域上，且包括一第二多晶矽層以及一熱傳層，第二多晶矽層和熱傳層之間隔著一隔離層，第二區域亦可具有發光元件以及電容，第一多晶矽層與第二多晶矽層係具有不同的晶粒特性。
本發明影像顯示系統之製造方法包含步驟有提供一基板，具有一第一區域和一第二區域；形成一緩衝層於該基板之第一區域和第二區域上；形成一熱傳層於第二區域之緩衝層上；形成一隔離層於該第二區域之熱傳層上；形成一非晶矽層於該第一區域之緩衝層上以及該第二區域之隔離層上；藉由一結晶化製程使第一區域及第二區域之非晶矽層分別形成具有不同晶粒特性之第一多晶矽層及第二多晶矽層；在第一區域上形成一開關薄膜電晶體，其包括第一多晶矽層；以及在第二區域上形成一驅動薄膜電晶體，其包括第二多晶矽層。
其中第一多晶矽層之結晶晶粒大小大於第二多晶矽層之結晶晶粒大小，則第一多晶矽層之載子移動率能高於第二多晶矽層之載子移動率。
光感測元件之熱傳層係用以反射照在光感測元件之光線，增加該光感測元件之光靈敏度。而電容之熱傳層可作為該電容之電極，與該電容並聯，能減少該電容面積，增加該有機發光二極體顯示器之開口率。
以下將參照所附圖式詳細說明本發明之技術內容。
請參考第1圖，係顯示一主動式矩陣有機發光二極體顯示器(AMOLED)之簡單結構圖。主動式矩陣有機發光二極體 (AMOLED)顯示器的一個像素單元可包含開關薄膜電晶體(switching TFT)100、驅動薄膜電晶體(driving TFT)200、發光元件250以及電容400。
如前述對其電性的要求迥異：對開關薄膜電晶體(switching TFT)而言，需要低次臨界擺幅值(sub-threshold swing)及高載子移動率(mobility)。對驅動薄膜電晶體(driving TFT)而言，則需要高次臨界擺幅值(sub-threshold swing)且滿足電晶體間一致性的要求，以利傳送驅動發光元件250的導通電流。而電流驅動對於各別發光元件250的差異非常敏感，各別發光元件間之差異存在會造成發光不均勻(Mura)的現象。因此能滿足前述需求的方式即為於開關薄膜電晶體100之區域及預定形成驅動薄膜電晶體200、發光元件250以及電容400之第二區域，分別形成具有不同的晶粒結構，或晶粒大小不同之多晶矽層。依據本發明利用第二區域形成之熱傳層存在與否以及熱傳現象，能實現以單一結晶化製程在不同區域分別形成具有不同的晶粒結構，或晶粒大小不同之多晶矽層。
請參考第2a圖至第2c圖，係顯示本發明利用準分子雷射退火法的熱傳現象，形成晶粒小之多晶矽層的說明圖。如第2a圖所示，於一基板上首先形成一個或多個緩衝層，此些緩衝層的材料可為氧化物或者氮化物，例如：氧化矽或者氮化矽。沉積用來進行結晶化製程之非晶矽前，先形成一熱傳層。一般而言，為達成良好熱傳導結果，熱傳層的材料可選用金屬。接著，再形成一隔離氧化層後，再形成一非晶矽層(Amorphous Silicon)。以雷射光照射，即以準分子雷射退火法，進行非晶矽層(Amorphous Silicon)化成多晶矽層(Poly Silicon)的結晶化製 程。
如第2b圖所示，於融化非晶矽層時，熱傳層將熱流傳導開，如第2c圖所示，非晶矽層將化成相較於沒有熱傳層存在的多晶矽層，晶粒較小之多晶矽層。
請參考第3a圖至第3c圖，係顯示依據本發明影像顯示系統之製造方法流程步驟的剖面示意圖。如第3a圖所示，以有機發光二極體顯示器為例，本發明於製造有機發光二極體顯示器之開關薄膜電晶體(switching TFT)100、驅動薄膜電晶體(driving TFT)200、光感測元件300及電容(Cst )400等元件時，係提供一基板10，基板10具有第一區域，包含開關薄膜電晶體100以及第二區域包含驅動薄膜電晶體200、光感測元件300及電容400等元件。於一基板10上形成一層或多層緩衝層，緩衝層20為一氮化層，例如：氮化矽，緩衝層30為一氧化層，例如：氧化矽。於此實施例中，本發明可於第二區域的驅動薄膜電晶體200、光感測元件300及電容(Cst )400之緩衝層30上形成熱傳層(Heat Sink Layer)40，熱傳層40之材料可為金屬，其中金屬可為鉬或合金。接著，再於熱傳層40上形成一隔離層35，其材料可與緩衝層30同為氧化矽，即如圖中所示緩衝層30與隔離層包覆熱傳層40。接著，如第3b圖所示，形成一非晶矽層50，披覆在緩衝層30與隔離層35的上方，以準分子雷射退火(Excimer Laser Anneal; ELA)法將非晶矽層50轉化成多晶矽層，並對多晶矽層加以圖樣化(patterning)，形成如第3c圖中所示之在第一區域形成一第一多晶矽層60及於第二區域形成一第二多晶矽層61。在以準分子雷射退火(Excimer Laser Anneal; ELA)法將非晶矽層50轉化成第一多晶矽層60及第二 多晶矽層61之結晶化製程中，由於包含驅動薄膜電晶體200、光感測元件300及電容400的第二區域係先形成熱傳層40，於此區域會產生熱傳現象，而於包含開關薄膜電晶體100的第一區域未設置熱傳層40，因此於第一區域及第二區域分別形成具有不同的晶粒特性之第一多晶矽層60與第二多晶矽層61。接著，再進行後續的許多道製程步驟，以製作出如第3d圖中所示完成之開關薄膜電晶體(switching TFT)100、驅動薄膜電晶體(driving TFT)200、光感測元件300及電容(Cst )400等元件。
當第一多晶矽層60用於製作開關薄膜電晶體，第二多晶矽層61用於製作驅動薄膜電晶體時，第一多晶矽層60之結晶晶粒大小係大於第二多晶矽層61之結晶晶粒大小，亦即第一多晶矽層60之載子移動率高於第二多晶矽層61之載子移動率。是以能滿足開關薄膜電晶體100的載子移動率高，同時驅動薄膜電晶體200的晶粒較小之要求，以減少因各別發光元件間差異，即能減少驅動薄膜電晶體200間的不一致性(non-uniformity)所造成的發光不均勻(Mura)現象。
並且依據本發明，對應光感測元件300位置之熱傳層40可用以反射照在光感測元件300之光線，增加該光感測元件300之光靈敏度。對應電容400位置之熱傳層40可作為電容400之電極，與電容400並聯，能減少其所佔面積，增加本發明有機發光二極體顯示器之開口率。
因此，依據本發明能以單一結晶化製程，於第一區域及第二區域，同時分別形成晶粒大小不同之多晶矽層，解決以準分子雷射退火法形成多晶矽層時，所導致的發光不均勻(Mura)，使有機發光二極體顯示器具有良好的發光均勻性。並且能增加光 感測元件之光靈敏度，亦能減少電容面積，增加本發明有機發光二極體顯示器之開口率。並且，本發明之影像顯示系統可應用於一行動電話、一數位相機、一PDA(個人資料助理)、一筆記型電腦、一桌上型電腦、一電視、一車用顯示器、一全球定位系統(GPS)、一航空用顯示器、一數位相框(digital photo frame)、或是一可攜式DVD放映機。
雖然本發明已就較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可作各種之變更和潤飾。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‧‧‧基板
20‧‧‧緩衝層(氮化層)
30‧‧‧緩衝層(氧化層)
35‧‧‧隔離層
40‧‧‧熱傳層(Heat Sink Layer)
50‧‧‧非晶矽層
60‧‧‧第一多晶矽層
61‧‧‧第二多晶矽層
100‧‧‧開關薄膜電晶體(switching TFT)
200‧‧‧驅動薄膜電晶體(driving TFT)
250‧‧‧發光元件
300‧‧‧光感測元件
400‧‧‧電容(Cst )
第1圖係顯示主動式矩陣有機發光二極體顯示器(AMOLED)之簡單結構圖；第2a圖至第2c圖係顯示本發明利用熱傳現象，形成晶粒小之多晶矽層的說明圖；以及第3a圖至第3d圖係顯示依據本發明影像顯示系統之製造方法流程步驟的剖面示意圖。
10‧‧‧基板
20‧‧‧緩衝層(氮化層)
30‧‧‧緩衝層(氧化層)
40‧‧‧熱傳層(Heat Sink Layer)
60‧‧‧第一多晶矽層
61‧‧‧第二多晶矽層
100‧‧‧開關薄膜電晶體(switching TFT)
200‧‧‧驅動薄膜電晶體(driving TFT)
300‧‧‧光感測元件(photo sensor)
400‧‧‧電容(Cst )

Claims (20)

  1. 一種影像顯示系統之製造方法，該方法包含下列步驟：提供一基板，具有一第一區域和一第二區域；形成一緩衝層於該基板之第一區域和第二區域上；形成一熱傳層於該第二區域之緩衝層上；形成一隔離層於該第二區域之熱傳層上；形成一非晶矽層於該第一區域之緩衝層上以及該第二區域之隔離層上；藉由一結晶化製程使該第一區域與該第二區域之非晶矽層分別形成具有不同晶粒特性之第一多晶矽層及第二多晶矽層；在該第一區域上形成一開關薄膜電晶體，其包括該第一多晶矽層；以及在該第二區域上形成一驅動薄膜電晶體，其包括該第二多晶矽層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該結晶化製程係為準分子雷射退火法(Excimer Laser Anneal；ELA)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一多晶矽層與該第二多晶矽層具有不同的晶粒結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一多晶矽層之晶粒大小大於該第二多晶矽層之晶粒大小。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一多晶矽層之載子移動率高於該第二多晶矽層之載子移動率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括在該第二區域上形成一光感測元件，其包括該第二多晶矽層，且該熱傳層 用以反射照在該光感測元件上之光線。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括在該第二區域上形成一電容，其中該熱傳層係作為該電容之一電極。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該電容之該熱傳層係用以與該電容並聯。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該熱傳層係為一金屬層。
  10. 一種影像顯示系統，包含：一基板，具有一第一區域和一第二區域；一開關薄膜電晶體(switching TFT)，位於該基板之該第一區域上，且包括一第一多晶矽層；以及一驅動薄膜電晶體(driving TFT)，位於該基板之該第二區域上，且包括一第二多晶矽層，以及一熱傳層，該第二多晶矽層和該熱傳層之間隔著一隔離層，其中該第一多晶矽層與該第二多晶矽層係具有不同的晶粒特性。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，其中該開關薄膜電晶體包括形成於該基板上之一緩衝層，與於該緩衝層上形成之該第一多晶矽層；以及該驅動薄膜電晶體包括形成於該基板上之該緩衝層，形成於該緩衝層上之該熱傳層，形成於該熱傳層上之該隔離層，以及於該隔離層上形成之該第二多晶矽層。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，其中該第一多晶矽層與該第二多晶矽層具有不同的晶粒結構。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，其中該 第一多晶矽層之晶粒大小係大於該第二多晶矽層之晶粒大小。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，其中該第一多晶矽層之載子移動率高於該第二多晶矽層之載子移動率。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，更包括一光感測元件，位於該基板之第二區域上，其中該光感測元件包括該第二多晶矽層，且該熱傳層用以反射照在該光感測元件上之光線。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，更包括一電容，位於該基板之第二區域上，其中該熱傳層係作為該電容之一電極。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之影像顯示系統，其中該電容之該熱傳層係用以與該電容並聯。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，其中該熱傳層係為一金屬層。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之影像顯示系統，其中該金屬層係為鉬或其合金。
  20. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，係用於一行動電話、一數位相機、一PDA(個人資料助理)、一筆記型電腦、一桌上型電腦、一電視、一車用顯示器、一全球定位系統(GPS)、一航空用顯示器、一數位相框(digital photo frame)、或是一可攜式DVD放映機。
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