TW202105714A - 包含薄膜電晶體和有機光二極體的影像感測器矩陣陣列裝置 - Google Patents

包含薄膜電晶體和有機光二極體的影像感測器矩陣陣列裝置 Download PDF

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Abstract

本發明係關於包含薄膜電晶體(Ts)的影像感測器矩陣陣列光電裝置以及關於包括橫列驅動電路(20)的有機偵測器，其在周邊區域(ZP)中包含薄膜電晶體(Tg)。完成供給由在薄膜電晶體上的介電層(105)所生的拓撲層級(201)中對光的遮屏，其對於在矩陣陣列區域(10)中的各個像素且對於用於所有驅動電路之電晶體(Tg)的覆蓋層遮屏(LSGOA )係為個別遮屏(LSi,j )。而且在周邊區域中的覆蓋層遮屏經由直接接觸的覆蓋作為用於以偏壓電壓(Vbias)來將主動區域之有機光二極體的頂部電極(E2)偏壓的互連結構。在主動區域中，頂部電極(E2)之層級(203)係藉由有機主動結構(OST)來與像素電極(E1)之層級(201)分開。在周邊區域中，這兩個拓撲層級201及203係直接在彼此上形成，而沒有插件。

Description

包含薄膜電晶體和有機光二極體的影像感測器矩陣陣列裝置
本發明係關於基於薄膜電晶體和有機光二極體(OPD；organic photodiode)之包含偵測矩陣陣列的光電子裝置，其打算形成矩陣陣列影像感測器(或像素化成像器)。
本發明特別是(但非只是)應用至使用以控制存取(服務、商品、機場等)的影像感測器。若考量(手的手指或手掌的)印紋(print)之感測器的領域，則拍攝對應至呈現在皮膚之表面上的表皮(epidermis)中的紋脊(ridge)和紋谷(valley)之交替的乳突圖樣(papillary pattern)之影像是一個課題。下列為影像捕捉之過程：所欲拍攝之影像的物件(例如手指)呈現在感測器之偵測窗中。觸發影像捕捉(自動地、藉由偵測或是例如經由觸發按扭以命令來進行)。此引起物件由整合到感測器中的光源所照明(例如結合在對焦光學元件且與之關聯的一側上或是在放置於偵測區域之間的發光二極體排組上的白光源(LED))。感測器測量在各個像素中於界定的整合周期之間由物件在其方向上反射的光量。此量額取決於其是否由表皮的紋脊或紋谷所反射而減少或增加。在此整合階段之後，接續是讀出像素的階段，其意旨為將由像素之各者整合的電荷量轉換成對應至灰階的數位值。獲得準備好要由特定於在課題上應用之演算法所使用/處理的數位化的物件之影像。由於其為印紋之課題，則其將是比較獲得的印紋資料與參考資料之課題。
基於與薄膜電晶體(TFT)關聯之有機光二極體的影像感測器為對於寬廣範圍可能的應用的良好候選者，並且正經歷快速的成長。具體而言，這些感測器係低廉、可靠且快速的，但也是薄、輕且強健的，其允許他們輕易地整合到任何類型的載體，不論其是否為透明的、剛性的或柔性的，並且無論使用的環境為何，車輛方向盤、銀行卡、行動電話、電腦、控制點(control post)(機場)為這類環境的範例。
在這些感測器中，偵測矩陣陣列以垂直堆疊由有機光二極體之矩陣陣列組成，其在薄膜電晶體之矩陣陣列上進行光偵測功能(將光子轉換成電荷)，進行允許像素被驅動且讀出的電子控制功能。主動或被動矩陣陣列是說取決於他們是否使用每像素複數個電晶體或單一電晶體。下面，單獨使用「主動矩陣陣列」的表述，給定其皆涵蓋兩者的可能性。
基於薄膜電晶體(TFT；thin-film transistor)的主動矩陣陣列在顯示像素(LCD、OLED顯示器)之控制的領域已經歷相當的發展，並且已改善關聯的技術來符合對於越來越大且更好表現的顯示螢幕的增長的需求。因此各種TFT技術是可利用的，已發展其技術以減少他們的成本、以改善他們的電性效能(功耗、切換速度、穩定性)以及他們的體積(小型化)，並且用以允許使用比矽更加低廉的載體基板而且能夠為剛性的或彈性的等。這些技術在通道半導體材料上特別地彼此相異：非晶矽(a-Si：H)，銦鎵鋅氧化物(IGZO)，有機材料(OTFT)乃至低溫多晶矽(LTPS)。亦提出各種技術：共面(coplanar)，交錯型(頂閘極)或逆交錯型(底部閘極)。
影像感測器已受益於此技術進展且結合這類主動TFT矩陣陣列，以為了控制影像感測器的偵測像素。接著是管理影像補捉和允許像素被讀出的課題。
當矩陣陣列包含每像素單一電晶體(被動矩陣陣列)時，該矩陣陣列僅僅准許像素被選擇來將對光暴露的時間期間由像素所收集的電荷傳送至電子讀出電路。當矩陣陣列除了此選擇電晶體(主動矩陣陣列)以外包含其它電晶體時，該矩陣陣列准許像素之改善的電子控制且特別是要被重置的像素，他們的飽和要被避免，且更精緻的讀出技術會隨著改善的信噪比(signal-to-noise ratio)之意旨而被應用。特別是，提供了連接為隨耦器(follower)的電晶體，其確保在像素內側的電荷/電壓轉換，而選擇電晶體接著將代表收集的電荷之信號準位傳送至讀出電子設備。在應用上，諸如印紋感測器、包含每像素一電晶體的矩陣陣列(其係更緊密且更低廉)一般而言將會是足夠的，並且於下方，在本文的其餘部分中，其係為將會被考量的本上下文。然而，下面將述說的每件事亦應用至包含每像素多於一電晶體的矩陣陣列。
在本發明中，述及了藉由將在這類TFT矩陣陣列上疊加有機光偵測矩陣陣列所形成的影像感測器之拓撲態樣，具有改善其緊密性及其電性效能的意旨，包括其對靜電放電的抗性、對於其可靠性及其光學品質的貢獻。在描述此堆疊之拓撲態樣之前(其將允許在課題中的根本問題被解釋)，將簡短地回想矩陣陣列影像感測器之電性佈局。
圖1繪示影像感測器的主結構元件：主動偵測矩陣陣列10，驅動電路20，矩陣陣列之線以及用於讀出矩陣陣列之胞元的電路30。
矩陣陣列10係從所有同樣的像素所形成，所述像素係以橫列(row)和直行(column)來佈設。像素Pi,j (其位於矩陣陣列的秩(rank)i的橫列及秩j的直行中)包含選擇電晶體Ts，其閘極連接至將秩i之所有橫列之像素之選擇電晶體的閘極連接的橫列導體Li ，以及其汲極或源極終端電極(例如源極s)係連接至將秩j之所有直行之像素的選擇電晶體之源極連接的直行導體Cj 。其它終端電極(汲極d)係連接至像素電極E1，其在闡述的範例中對應至光二極體OP之陰極(cathode)。其餘的光二極體電極E2，在本範例中的陽極，係以對於矩陣陣列之所有像素係相同的偏壓電壓(biasing voltage)來偏壓：在圖中，其係為了所有電極E2共同由導體連接至接收偏壓電壓Vbias的供電匯流排(supply bus)的原因。
在實行上，此電極E2於光二極體層之最終堆疊層級上形成覆蓋矩陣陣列之表面的未圖案化層結構(及/或網格(mesh))，並且其係以偏壓電壓來被偏壓，一般是經由對周邊匯流排(peripheral bus)的互連進行，該周邊匯流排走向為該矩陣陣列之至少一側的長度。此偏壓電壓係經由在面板邊緣提供的接觸重分佈墊(contact redistribution pad)施加至此匯流排，其允許經由彈性排線(flat cable)連接至外部電源。
將注意的是，在圖中像素之光偵測區域係以陰影線矩形來刻記，其係由兩個直行導體Cj 和Cj+1 以及兩個橫列導體Li 和Li+1 來劃界。
驅動電路20允許在各個捕捉周期中一個接一個順序選擇(亦稱掃描)像素的各個橫列。如所周知的，矩陣陣列之偵測像素的橫列之選擇對應至將閘極控制電壓脈衝施加至對應的橫列導體，其允許選定的橫列之像素的電晶體Ts於脈衝的期間被導通。讀出電路30接著讀出這些像素，在各個選定像素中各者經由關聯的直行導體讀出，由像素接收且由陰極收集的光子所產生的電子經由導通選擇電晶體轉移到該關聯的直行導體。此直行導體係連接至讀出電路30之對應的輸入，其傳統上包含放大器級30a，其次是類比數位轉換器30b。從轉換器輸出的數位資料被傳送至影像處理系統(未繪示)。當像素包含複數個電晶體時，選擇電晶體不再直接連接至像素電極，而是間接經由電晶體連接作為電壓隨耦器，其確保電流/電壓轉換。然而，讀出定址技術的原理保持不變。
驅動電路20係基於運用一或多個移位暫存器(shift register)的結構，具有與允許像素被選擇且橫列接著橫列地讀出的矩陣陣列線一樣多的輸出級。如所週知且在技術文獻中描述的，相應的電路圖包含電晶體和電容器(特別是所謂的自舉式電容器(bootstrap capacitor))的佈設，並且這些電子組件係以高頻來驅動以為了允許高電壓脈衝從一輸出級傳播到另一個。這些佈設被設計來允許高度電容性的輸出線(橫列導體)以高頻來驅動。
這些驅動電路或線驅動器已長時間以CMOS技術來生產。因此，他們曾是由彈性排線配接到偵測矩陣陣列面板之接觸重分佈墊的外部周邊電路。隨著技術的進展，已變成可能提供基於TFT(和電容器)較高效能的線驅動器佈局。這些積體線驅動器統稱為「陣列上閘」(或是GOA(gate on array))。與橫列導體的互連(以及關聯的可靠性態樣)係更為最佳化的(緊密性、成本、可靠性)。特別是，在需要外部連接/介面的組件面板上接觸重分佈點的數目顯著地減少。製造成本亦減少，因為驅動電路20(GOA)以及主動矩陣陣列10之TFT接著在相同基板上以相同技術步驟來一起生產。移位暫存器之各個輸出級的輸出係以對齊矩陣陣列之對應的橫列導體且對之連接來形成。此整合係符合市場對於更加緊密性、更加可靠性以及較低成本的需求。
本發明係關於這樣的光電(optronic)組件，其中用於驅動偵測矩陣陣列之線的偵測矩陣陣列和電路被整合到相同的組件面板中，並且本發明的一主題為其設計係針對高可靠性和較佳緊密性而不增加製造成本來最佳化的這類組件，考量具有連接以及出現的電性或發光干擾的各種根本問題。
特別是，光減低/修改TFT之通道半導體的電性性質是周知的。更精確地說，對光暴露導致在臨界電壓上的飄移，其導致矩陣陣列之電晶體的切換行為中的非均勻性(nonuniformity)，因為增加的臨界電路，故某些者導通較低，或甚至一點都不再導通。此具有將輸出影像品質衰減的效應，因而衰減感測器的可靠性：與應用於課題關聯的錯誤率將增加(未被認出的印紋)。這亦減少感測器的壽命。此根本問題衝擊整合到組件面板中所有的TFT電晶體，亦即主動矩陣陣列之電晶體和驅動電路之該些電晶體兩者。
藉由增加控制電壓之準位來允許在臨界電壓上變化受補償的電子技術(動態解決方案)為已知的，但他們非常昂貴(動態解決方案)。
另一個被動解決方案係為使得電晶體之通道藉由屏幕/遮屏受保護免於光而達到。當光首先到達閘極(在到達通道之前)時，從不透明金屬(銀、鉬、銅等)作成的TFT的閘極，在某些情形中，可進行屏蔽(screening)功能。此解決方案係取決於電晶體之拓撲(頂部閘極或底部閘極)以及取決於照光模式(lighting mode)和要被成像的物件之位置(亦即，感測器之前側及/或背側)。其亦取決於使用的製造技術和取決於TFT電晶體之技術：在某些情形中，閘極可能不足以保護在邊緣上的通道，因而保護將不會永遠是最佳的。此最特別關於在通道和源極/汲極電極之後最後生成閘極的情形(交錯式(staggered)頂閘極結構)。
因此，需要將用於進行此屏蔽功能的特定元件整合到組件的層之堆疊中，同時小心不要或不輕易地減少有用的及/或照明的光傳輸到主動偵測結構中。換言之，所需要的是，不要去減少，或是盡可能少地減少像素的孔徑比(aperture ratio)。
因此，需要考量光電組件所打算用於的影像感測器之規格(需求)，用以決定如何最恰當的整合這些屏蔽。具體而言，條件可隨一感測器到另一個而變化：要被偵測的有用光一般從感測器前側通過有機光二極體之透明頂部電極到達於正向入射(normal incidence)處。然而，其可從載體基板之背側(其在此情形中必然是透明的)或甚至在允許兩者的感測器中從前側或背側兩者到達。關於使用以照明要被成像的物件的光源：在某些感測器中，其例如被整合到在前側上或在背側上的殼體(housing)。在其它感測器中，光源被整合到背側上或前側上(用於照光目的之OLED之排組(bank))之非常拓撲的組件中。
亦需要考量TFT之實際技術，且特別是他們是否為頂部閘極或底部閘極。
如上所指示的，TFT之通道相對於光的保護之根本問題衝擊了偵測矩陣陣列之電晶體以及驅動電路之該些電晶體兩者。然而，對於後者，當設置由具有相對於要被暴露之有用(主動)區域的透明偵測窗的不透明材料作成的包封板(encapsulating plate)時，可隨著整合到目的地感測器而解決此問題。
然而，所有此僅考量在操作中使用感測器的條件之下的光源。如上曾經指示的，雖然用於製造有機矩陣陣列的低熱預測(low-thermal-budget)、溼製程(wet process)與TFT技術相容，然而，已觀察到的是，在有機矩陣陣列之製造期間，在TFT拓撲堆疊上面，照射(特別是UV照射)對TFT之電特性並非沒有影響。換言之，若在平板上的生成的TFT之電特性在有機矩陣陣列之生成之前或之後測量，則觀察到變化。此可能影響主動矩陣陣列之TFT電晶體以及驅動電路之該些電晶體兩者。
本發明的一個目標是設置其中有機光偵測矩陣陣列疊加於TFT之矩陣陣列上的組件，且藉由設計其設置所有TFT電晶體的有效保護，其位於相同拓撲面板級上，其來自在用於形成有機矩陣陣列堆疊的製程期間所使用的照射以及來自在操作上出現的照射，無論在課題中相對於影像感測器之偵測和照明的這些電晶體之技術或類型及特定性(specificity)為何。因此，有效減少組件之電晶體的電特性之間的差異(disparity)，有助於改善感測器的效能(可靠性、壽命)。
在本發明中，所欲的是在不減低組件的緊密性下進行，並且較佳的是同時對其改善，以為了符合市場對於越來越小及越薄的感測器(允許其之易於整合)以及對於耐於搬運的需求。組件之尺寸係取決於堆疊層的數目以及厚度，但也取決於在矩陣陣列附近需要的周邊區域之面積(用於給定的成像器之尺寸)用於生成或連接需要驅動矩陣陣列像素的電性或電子元件。
上面已解釋的是，其有益於將線驅動電路20整合到此周邊區域。然而，接觸重分佈點允許對讀出電子電路的連接，其一般是外部的(CMOS電路)，並且用於將頂部電極E2偏壓的導電金屬匯流排也必需擺放在該周邊區域中。此偏壓電極必需能夠保證最高可能表面電流(surface-current)均勻性，使得在像素中的光電轉換以及讀出電路在所有矩陣陣列之面積之上將盡可能地均勻，確保良好的影像品質。因此，一般而言，安排沿著矩陣陣列的兩側延伸之匯流排，其係從面板邊緣開始，在其上安排接觸重分佈點以用於對外部電壓特的連接(典型地經由可撓的排線)；並且電極板延伸超出在該等兩側上的矩陣陣列，以為了經由重疊(直接連接)或經由垂直互連(通孔)對此匯流排作成連接。
本發明的一個目標是回應相對於可靠性、效能以及緊密性的這些根本問題，具有易於實行且低廉的解決方案，並且無關於使用的TFT技術以及無關於感測器的功能特定性。
依據本發明的影像感測器矩陣陣列光電子裝置在相同絕緣載體基板上包含：在橫列和直行上對齊的像素之矩陣陣列，其矩陣陣列係在主動偵測區域中生成，以及包含用於控制像素之橫列的驅動電路，該電路含有電晶體且在周邊區域中生成，各個像素包含至少一電晶體，其實行用於像素的選擇電晶體功能，並且包含在特定於像素且連接至該至少一像素電晶體的底部電極與對像素為公共的頂部電極之間的有機光二極體，並且該光電子裝置由在介電載體基板上接連成組的層之堆疊所形成，其包含：
・在該主動矩陣陣列區域中： ○形成該像素之至少一電晶體的第一組薄膜電晶體，該組薄膜電晶體以在其之上連續地延伸的絕緣鈍化層來遮罩，以及 ○第二組層，形成像素之有機光二極體且包含在各個像素中形成底部電極的一或多個導電層之第一堆疊層級(其為由該鈍化層所生的層級來空間定位/局部化)、包含主動有機結構之一或多層的第二堆疊層級以及包含形成像素之頂部電極且位在主動基板上面的一或多個導電層之第三堆疊層級，並且在各個像素中，該一或多個導電層之第一堆疊層級亦在各個像素中形成對光的遮屏來遮罩至少該像素之一或多個電晶體的面積，並且 ・在周邊區域中： ○該第一組層，其形成該驅動電路的該電晶體， ○一或多個導電層之該第一堆疊層級(其被空間定位)係由該鈍化層所生，且其形成在該驅動電路之該電晶體上面連續地延伸的對光之遮屏，並且其包含允許連接至外部偏壓電壓的接觸重分佈區域， ○該像素之該頂部電極(其延伸到該周邊區域中以為了以直接電接觸該對光的遮屏來遮罩)形成用於以電壓Vbias來將頂部電極偏壓的互連。
依據第一態樣，一或多層的定位第一堆疊層級包含由不透明金屬作成的至少一導電層，其被空間定位以為了在主動區域中和在周邊區域中形成光屏蔽(light-screening)圖案。
有益的是，第一堆疊層級包含由透明導電材料作成的至少一第二層，其形成該第一堆疊層級的頂部表面。
依據另一態樣，第一堆疊層級在鈍化層之表面上形成雙層圖案，其包含在鈍化層之表面平面中形成的不透明圖案，以及包含覆蓋且自鈍化層上的該不透明圖案之各側突出的透明圖案。
如一變體，第一堆疊層級在鈍化層之表面上形成三層圖案，其圖案包含完全囊封於透明圖案之厚度中的不透明圖案。
為了簡潔的緣故，在圖中，相同的元件被設計成具有相同的參考標記。而且，僅已詳述有用於本發明之理解的元件。也值得注意的是，在本發明說明中，術語「被連接」、「被互連」、「連接」以及「互連」被理解為意味在兩個導電元件之間的直接連接而沒有插入電子組件，而術語「(被)連結」和「(被)耦接」和「(被)結合」意味直接電性連結或經由例如像是電晶體的電子組件來連結。再者，圖已描繪以促進本發明的理解。特別是，在圖式中的各種元件並未按比例，並且僅已繪示有用於理解本發明的元件。
上方已見到的是，圖1繪示偵測像素之矩陣陣列10和周邊驅動電路20、讀出電路30以及偏壓電路40。像素各者系從有機光二極體OP以及從標誌為Ts的至少一TFT(其允許像素經由驅動電路20之分別的輸出來選定)來形成。有機光二極體具有底部電極E1(其形成像素電極)以及在實行中為對所有像素公共的電極之頂部電極E2。在範例中，有機光二極體具有反相結構：E1對應陰極(電子的注入)而E2對應陽極(電洞的注入)，其接著以負或零電壓Vbias來偏壓。
本發明係對照像是反相結構的光二極體來說明，例其亦應用到具有非反相之結構的光二極體(在此情形中，E2對應陰極且電壓Vbias為正電壓)。
在依據本發明的光電子裝置中且如圖2所繪示，偵測矩陣陣列10和驅動電路20在相同組件面板上生成。矩陣陣列係在載體基板S之頂部表面上稱為主動區域ZA(由虛線所框定)的區域中生成。術語「主動」屬於TFT之主動矩陣陣列(無論每像素是否有一或多於一個電晶體)且屬於在像素之主動有機結構中電荷之光生(photogeneration)功能兩者。驅動電路20係在周邊區域ZP中、主動區域外側、在主動矩陣陣列之一側上以及在其必需驅動的橫列導體之延伸中生成。TFT已由在圖中的小矩形所代表。在主動區域中，他們已正規地在矩陣陣列之直行和橫列上對齊、在說明的範例像素結構中對應於單一選擇電晶體Ts之每像素一矩形的數量上被繪示。對照驅動電路20，已繪示代表各種移位暫存器級(shift-register stage)之電晶體Tg 之成組的矩形的正規佈設。此圖僅指像素及驅動電路的佈局，並且給定以輔助理解本發明。
裝置係如往常經由接連的層之堆疊生成。該堆疊的某些層係使用掩膜來空間定位，以為了在主動區域及/或周邊區域中形成彼此隔離的元件，並且此特別是用於形成TFT(Ts, TGOA )和像素電極E1的層的情形。
在兩個電極之間的有機主動結構僅在主動區域中出現，並且如所闡述的可在此區域中以未圖案化的形式(亦即，連續的)來生成。然而，其亦可以被形成至個別主動元件中(亦即，被圖案化)。其包含形成PN接面之混摻(blended)或並置(juxtaposed)的施體(donor)或受體(acceptor)半導體聚合物，以及包含至少在接面與作為陰極(在此範例中的E1)之間用於改善注入電荷的層。這些受體亦為對本領域具有通常知識之該些者為周知的而不會詳細說明，本發明並非相關於有機結構本身。
下面，使用「拓撲層及(topological level)」的表示來指定對應至裝置之功能元件的一或多個層，因而其可包含或對應至一或多個層。各個單層或多層拓撲層級可與一或多個合格要件(qualifier)關聯，其指示電性質(像是，「導電」、「介電」等)或光學性質(例如，「透明」或「不透明」)；或其指定功能電子組合件，像是「TFT」(其指定形成TFT的所有的層)或「有機的」或「有機主動的」，其指定形成有機PN接面的一或多個層以及與底部(像素)和頂部(公共)電極介接的該一或多個可選的中間層。
圖3為圖2之光電裝置的概略剖面視圖，繪示主要拓撲層級。下面，在主動區域中且從基板S之頂部表面開始以此次序陸續發現： ・對應於TFT的第一堆疊層級100。在此範例中，驅動電路20之電晶體Tg和像素電晶體Ts因此形成於此層級中。這些電晶體已由方塊所表示，沒有給定關於其構成的細節，並且由形成堆疊100之頂部表面的絕緣(介電)鈍化層CP所覆蓋。相當厚的抗蝕層可能是個課題，其形成適當地平面表面用於剩餘的堆疊。 ・拓撲層級200對應至偵測矩陣陣列，其被分成：在鈍化層CP上用於生成像素之底部電極E1的導電第一拓撲層級201；對應至主動有機結構OST的主動有機第二層級202，包括一或多個有機PN接面層和與接面電極E1及E2關聯的一或多個中間電荷注入層；以及頂部電極E2之導電第三拓撲層級203；接著 ・頂部拓撲層級300，其主要包含鈍化層301，以為了獲得在堆疊之頂面上的平面表面，並且其亦具有保護主動結構OST之有機材料免於在空氣中的氧及濕度的功能。
堆疊可以包含其它拓撲層級(未繪示)。特別是，在層級300中，可能生成一或多個額外的拓撲層級，例如目的在於生成用於照明目的之發光二極體排生；或是確實的光過濾功能，目的在於選擇波長範圍。而且，於此出現的主動有機結構為在主動區域中未圖案化的結構，個別偵測元件在各個像素中由像素電極E1所界定。然而，主動有機結構亦可以有具有與像素一樣多的特徵的空間定位結構。在此情形中，一般提供對應於停止層額外拓撲層級(用於特徵之生成)或電荷阻擋層。這些各種態樣對本領域具有通常知識者是已知的。生成用於影像感測器的偵測有機矩陣陣列的所有這些態樣為周知的且不再詳細說明，因為本發明係關於有益的使用頂部或底部電極之拓撲層級以改善裝置之可靠性以及其緊密性。
導電拓撲層級201係為對應於像素電極E1之者，其進行收集由像素電極E1(下方)與頂部電極E2(上方)之間的主動結構OST形成的PN接面所接收的光子之光電轉換(photoelectric conversion)所產生的電荷的電子功能(電子，由於其為陰極的課題)。像素電極E1係經由垂直互連而互連至像素Pi,j 之選擇TFT Ts之汲極(經由穿過在鈍化層之表面與該汲極之間的一或多個介電層之厚度生成的孔)。
此像素電極E1之導電拓撲層級201在本發明中使用來在主動區域中形成用於各個像素之一或多個TFT的個別光學遮屏，以及在周邊區域中形成用於驅動電路之電晶體的公共光學遮屏。這些遮屏允許TFT受保護免於經由上述層/層級到達的照射：遍及剩餘的生成上述拓撲層級之步驟(其層級包含有機拓撲層級以及頂部電極之拓撲層級和最終鈍化層(passivation))，並且之後於操作期間在影像感測器中(有用的光和照明的光)。
再次考量圖2：因此在主動區域ZA中的各個像素中形成個別遮屏LSi,j ，其遮罩(至少)像素之一或多個TFT，並且覆蓋層遮屏(blanket screen)LSGOA 因此形成於周邊區域ZP中，其遮罩所有的驅動電路之TFT。而且，此遮屏LSGOA 作為互連結構，用於經由直接接觸重疊以偏壓電壓Vbias將主動區域之有機光二極體的頂部電極E2偏壓。在實行中，頂部電極E2覆蓋偵測矩陣陣列10之表面且延伸到周邊區域中、到驅動電路20之側邊上、到屏幕LSGOA 之板材50的頂部表面上；並且在板材50之一側上屏幕LSGOA 包含指形區域51，其向基板之邊緣延伸以為了允許外部偏壓電壓Vbias經由接觸重分佈墊52而施加。
更精確且在圖3之剖面視圖中更清楚地看見，在主動區域ZA中，兩個導電拓撲層級201(像素電極E1)及203(頂部電極E2)係由有機主動結構之拓撲層級202(PN接面及/或電極介面層)所分開；這兩個拓撲層級201及203皆在周邊區域發現，但他們直接在彼此上形成，亦即作成直接接觸，而沒有插入其它層級/層。
此依據本發明的組構具有多個益處。首先，其允許光屏蔽功能插入到已存在於裝置中的拓撲層級中，此功能允許所有組件之TFT被保護，在周邊區域中該些者和在主動區域中該些者兩者。此就緊密性和製造成本而言是最佳的。而且，此屏蔽功能有效地保護TFT免於在製程期間和在操作操式兩者中經由上述拓撲層級到達的光，並且其完整地完成而無關於所使用的TFT技術。再者，由於保護驅動電路之電晶體的屏幕未任其浮接，而是抬升到固定電壓(電壓Vbias)，故避免與驅動電路之電性(電容性)耦接。此亦允許驅動電路被保護免於潛在靜電放電。
若裝置打算用於其中要被偵測的照明和光從前側到達的感測器，則頂部電極必然是透明的，但像素電極E1可為不透明的(圖3及4)。在此情形中，像素屏幕LSi,j 可為無而不是像素電極E1。此係繪示於圖3：像素電極為在層級201中單層結構的不透明金屬，並且同樣不透明導電特徵進行收進像素電極電荷的電子功能和對於像素之一或多個TFT的個別屏蔽的光學功能。
然而，若裝置係打算用於其中要被偵測的照明及/或光從後側到達的感測器，則像素電極E1必然大體上是透明的，亦即排除在一或多個電晶體上面小的不透明區域(其形成像素屏幕LSi,j )外的每一處是透明的。這是在圖2及6中所繪示的情形。這是藉由有益地提供至少不透明/透明雙層的拓撲像素電極結構來達成，其允許不透明的特徵被整合且定位到像素電極特徵中。有益地，此至少雙層結構允許不透明或「大體上不透明」像素電極特徵被生成(其將見於下方的是，電極在邊緣上是透明的)；或是確實「大體上透明」像素電極特徵，亦即藉由將不透明掩膜之圖案調整成最終產品的規格而排除像素之一或多個TFT上面外是透明之者。
更精確來說，在本發明中，有益地作成供應在不透明金屬層201a上包含至少一透明導電層201b的多層之導電拓撲層級201。頂部層級，亦即透明層201b被空間定位以在各個像素中形成像素電極E1特徵；而底部層級，亦即不透明層201a作為形成個別像素屏幕LSi,j 。換言之，透明層永遠出現，佔據所有像素電極面積，並且在不透明層級中的特徵之尺寸係取決於最終產品的規格藉由改變關聯的掩膜圖案來調整。因此： ・在圖2或6中的屏幕LSi,j 之面積被包含在像素之「TFT」面積中，並且像素電極係為「大體上透明的」(一或多個TFT所佔據的面積小於像素電極的面積)。在圖5中繪示對應的剖面視圖； ・在圖3、4、5中的屏幕LSi,j 之面積實質上對應於像素電極的面積。接著，像素電極大體上是不透明的。「大體上」的表達意味像素電極可如圖3中整體不透明(由不透明金屬作成的單層結構，或由完美對齊的不透明金屬/透明材料組成的結構)；或是在邊緣確實非不透明，例如因為透明頂部層級在不透明特徵之各側邊上突出一點(像是遮罩)，或是確實如在圖5中所描繪的將其完全囊封(如將在下面解釋的)。
在兩者的組構中，切確相同序列的技術步驟係應用來製造裝置；在主動區域中，不透明層201a之掩膜圖案合適於取決於最終產品之規格形成大體上將是透明的像素電極和大體上將是不透明的像素電極兩者。
就成本及可被使用來生成此導電拓撲層級201的材料之選取而言，此格式亦為有益的。具體而言，對於頂部導電層級201b，接著可能使用像是ITO或ZnO的透明導電氧化物來生成層201b，這些為常見的、低廉的及不可氧化的導電材料，並且如已知，其具有與其上生成的有機主動結構相容的電子性質(電子親和力(electron affinity)，功函數)。因此，偏好收集在主動結構中由底部電極(像素電極)E1所光生的電荷。而且，對於低層級，亦即不透明層201a，可能使用一般使用來生成TFT之導電層級的金屬，例如(但不完全是)：銀、鉬、銅。
在實行中，例如可能使用兩個接連沉積步驟來在鈍化層CP之頂部表面上生成導電層級201：其中不透明材料201a之層被沉積且定位(形成屏蔽特徵)的步驟，接著是其中透明材料201b之層被沉積且定位的步驟。
較佳地，如同遮罩，在透明層201b中的特徵延伸超出在不透明層201a中的特徵，使得從一產品到下一產品，僅必需調適不透明層的掩膜圖案(對像素之TFT面積的尺寸；對像素電極之大體上不透明或透明本質)。透明材料201b延伸超出不透明材料的事實允許機械附著於鈍化層得到改善，並且允許不透明金屬受保護免於氧化，其已具有將其性質相對電傳導性(electrical conduction)減低的效果。
有益地，不透明圖案被整合到透明材料的厚度中，這改善了所有這些效應(附著，不可氧化)。在圖5及6中獲得透明/不透明/透明三層。為此目的，沉積第一透明層級，亦即透明材料201b之層；接著沉積且定位不透明材料201a於此第一透明層上面；接著沉積第二透明層級，亦即透明材料201b之層，接著空間定位獲得的多層結構以在主動區域中形成像素電極特徵以及在周邊區域中形成遮蔽特徵。
此外，藉由指示的方式，圖5及6繪示TFT之構成的閘極、通道、汲極及源極元件以及對應的拓撲層級：導體101(閘極)、閘極絕緣體102、(通道)半導體103、(汲極/源極)導體104以及最終介電質105(典型地為氮化物：SiN、SiNx、SiOx、SiON等)，以頂部閘極結構為範例，其就緊密性及電移動度(electrical mobility)而言是最佳的。添加於上方的鈍化層CP一般由有機介電材料、典型抗蝕劑以及例如從SU8作成。
將注意的是，亦可以作成供給鈍化層CP來除了抗蝕刻之厚度以外包含由非有機介電材料作成的表面層，且較佳地由與層105相同的材料作成，以為了提升不透明金屬201a之機械附著。這些各種變體係由本發明所涵蓋。
剛已進行說明的本發明應用到任何TFT技術，無論是頂部閘極或是底部閘極。特別是，在頂部閘極結構中，已知的是該閘極(不透明金屬)可能不會完美地保護通道邊緣免於經由上面層級到達的光。依據本發明形成的屏幕，接著在像素電極層級中允許可靠地獲得光學保護。對於從下面到達的光，在此情形中，基板將需要以電晶體(黑矩陣(black matrix))作成不透明層級。
相對導電頂部電極拓撲層級203，將可能從能夠使用底溫預算之濕處理(wet-processing)技術來沉積且合適於生成此電極的材料來作成：像是用於透明的超薄層中之Al、Ag、Au及Pt的金屬；像是ITO(氧化銦錫)、IZO(氧化銦鈦)的透明導電氧化物；像是PEDOT-PSS(摻合兩聚合物：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸酯(PSS))的有機導體。
特別是，相對透明之成本和品質一般有益的是(當其必要時)使用基於PEDOT-PSS的材料。可能以導線(例如銀線)的形式或是以網格的形式插入來將金屬與其關聯，以為了減少其每單位面積的阻值。在此情形中，隨著層201b由透明導電氧化物(像是ITO或ZnO)作成，具有頂部電極的良好電子相容性(功函數)係從其得益。
藉由範例的方式，在本發明的一實行中，生成透明/不透明/透明三層特徵之堆疊之層級201，以具有以200奈米之厚度沉積、囊封於具有在不透明材料之下20奈米及之上30奈米之ITO的厚度之ITO(201a)中的鉬，作為不透明材料201a。
10:主動偵測矩陣陣列 20:驅動電路 30:電路 30a:放大器級 30b:類比數位轉換器 40:偏壓電路 Li,Li+1:橫列導體 Cj, Cj+1:直行導體 g:閘極 s:源極 d:汲極 OP:光二極體 E1,E2:電極 Pi,j:像素 50:板材 51:指形區域 52:接觸重分佈墊 TS:電晶體 TG:電晶體 ZP:周邊區域 ZA:主動區域 CP:鈍化層 OST:有機結構 S:基板 100:第一堆疊層級 101:導體 102:閘極絕緣體 103:半導體 104:導體 105:最終介電質 200:拓撲層級 201:導電拓撲層級 202:主動有機第二層級 203:導電頂部電極拓撲層級 201a:不透明材料 201b:透明材料 300:頂部拓撲層級 301:鈍化層 LSij:遮屏 LSGOA:覆蓋層遮屏
本發明之其它特徵、細節和益處在讀取下列說明時將變得明白，其係藉由範例的方式參考所附圖式來給定，並且其分別繪示： ・[圖1]：依據前案，在包含TFT電晶體的像素結構和具有反相結構(inverted structure)的光二極體之範例中，主動光學偵測矩陣陣列電路和周邊位址以及讀出電路的概括方塊圖。 ・[圖2]：依據本發明的光電子裝置之簡化示意頂部視圖。 ・[圖3]：依據本發明之一實施例的頂部視圖。 ・[圖4]：依據本發明一實施例的裝置之拓撲堆疊(層級/層)之示意剖面視圖，更特別是在由不透明金屬作成的單層像素電極結構之範例中，適於光之前側照射及偵測。 ・[圖5]：使用多層像素電極結構且在「大致上」不透明的版本中的圖4之變體。 ・[圖6]：照射「大致上透明」的版本的圖5之變體。
20:驅動電路
201:導電拓撲層級
TS:電晶體
TG:電晶體
ZA:主動區域
ZP:周邊區域
LSGOA:覆蓋層遮屏
LSij:遮屏

Claims (11)

  1. 一種影像感測器矩陣陣列光電子裝置，包含：在相同絕緣載體基板(S)上，在橫列和直行上對齊的像素之矩陣陣列，其矩陣陣列係在主動偵測區域(ZA)中生成，以及包含用於控制像素之該橫列的驅動電路(20)，該電路含有電晶體且在周邊區域(ZP)中生成，各個像素包含至少一電晶體(Ts)，其進行用於像素的選擇電晶體功能，並且包含在特定於該像素且連接至該至少一像素電晶體的底部電極(E1)與對像素為公共的頂部電極(E2)之間的有機光二極體(OP)，並且該光電子裝置由在該介電載體基板上接連成組的層之堆疊所形成，其包含： ・在該主動矩陣陣列區域(ZA)中： ○形成該像素之至少一電晶體(Ts)的第一組(100)薄膜電晶體，該組薄膜電晶體以在其之上連續地延伸的絕緣鈍化層(CP)來遮罩，以及 ○第二組(200)層，形成該像素之有機光二極體(OP)，且包含在各個像素中形成底部電極(E1)、由該鈍化層(CP)所生的層級來空間定位的一或多個導電層之第一堆疊層級(201)，包含主動有機結構(OST)之一或多層的第二堆疊層級(202)，以及包含形成該像素之頂部電極(E2)且位在該主動結構上面的一或多個導電層之第三堆疊層級(203)，並且在各個像素中，該一或多個導電層之第一堆疊層級(201)亦在各個像素中形成對光的屏蔽(LSi,j )來遮罩至少該像素之該一或多個電晶體的面積，並且 ・在該周邊區域(ZP)中： ○該第一組層，其形成該驅動電路(20)之該電晶體(Tg)， ○被空間定位的一或多個導電層之該第一堆疊層級(201)係由該鈍化層(CP)所生，且其形成在該驅動電路之該電晶體(Tg)上面連續地延伸的對光的遮屏(LSGOA )，並且其包含允許連接至外部偏壓電壓(Vbias)的接觸重分佈區域(52)， ○延伸到該周邊區域中以為了以直接電接觸該對光的遮屏(LSGOA )來遮罩的該像素之該頂部電極(E2)形成用於以電壓(Vbias)來將該頂部電極偏壓的互連。
  2. 依據請求項1的矩陣陣列光電子裝置，其中定位的該一或多層之第一堆疊層級(201)包含由不透明金屬作成的至少一導電層(201a)，其被空間定位以為了在該主動區域中的該各個像素中形成個別光屏蔽圖案以及在該周邊區域中形成用於該驅動電路的光屏蔽圖案。
  3. 依據請求項2的矩陣陣列光電子裝置，其中該一或多導電層之第一堆疊層(201)包含由透明導電材料作成的至少一第二層(201b)，其形成該第一堆疊層級的頂部表面。
  4. 依據請求項3的矩陣陣列光電子裝置，其中該第一堆疊層級(201)在該鈍化層(CP)之表面上形成雙層圖案，其包含在該鈍化層之表面平面中形成的不透明圖案(201a)，以及包含覆蓋且自該鈍化層上的該不透明圖案之各側突出的透明圖案(201b)。
  5. 依據請求項3的矩陣陣列光電子裝置，其中該第一堆疊層級(201)在該鈍化層(CP)之表面上形成三層圖案，其圖案包含完全囊封於透明圖案(201b)之厚度中的不透明圖案(201a)。
  6. 依據請求項1到5之任一項的矩陣陣列光電子裝置，其中在各個像素中，該光屏蔽面積對應於該像素之電極面積。
  7. 依據請求項1到5之任一項的矩陣陣列光電子裝置，其中在各個像素中，該光屏蔽面積外接於在該像素中該一或多個電晶體之面積。
  8. 依據請求項3的矩陣陣列光電子裝置，其中該透明導電材料(201b)為導電氧化物。
  9. 依據請求項1的矩陣陣列光電子裝置，其中形成該頂部電極(E2)的該第三堆疊層級(203)係基於PEDOT-PSS。
  10. 依據請求項1的矩陣陣列光電子裝置，其中該薄膜電晶體係以屬於下列族群的薄膜技術來生成：非晶矽(a-Si：H)，氧化銦鎵鋅(IGZO)，有機(OTFT)以及低溫多晶矽(LTPS)。
  11. 一種影像感測器，整合依據請求項1到10之任一項的矩陣陣列光電子裝置。
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