TWI402968B - 畫素結構及其製造方法以及電子裝置的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種畫素結構，且特別是有關於一種畫素結構及其製造方法，以及具有此畫素結構之電子裝置的製造方法。
電致發光裝置是一種自發光性(Emissive)之裝置。由於電致發光裝置具有無視角限制、低製造成本、高應答速度(約為液晶的百倍以上)、省電、可使用於可攜式機器的直流驅動、工作溫度範圍大以及重量輕且可隨硬體設備小型化及薄型化等等的優點。因此，電致發光裝置具有極大的發展潛力，可望成為下一世代的新穎平面顯示器。
以主動式電致發光裝置為例，其包括多個畫素結構，畫素結構包括主動元件及與主動元件電性連接的發光元件。主動元件可以是薄膜電晶體，其包括一閘極、一源極與一汲極以及一半導體層，發光元件是由一上電極層、一下電極層以及夾於兩電極層之間之一發光層所組成。其中，發光元件的下電極層與主動元件的源極或汲極電性連接，使主動元件作為控制發光元件的開關。
一般來說，在畫素結構的製作中，於主動元件上形成下電極層後，會以紫外光及臭氧來對下電極層的表面進行清洗，以去除其表面的污染物。然而，紫外光照射到主動元件的半導體層可能會導致主動元件的元件特性劣化，進而影響畫素結構及電致發光裝置的元件特性。
本發明提供一種畫素結構，以解決畫素結構在紫外光照射下所產生的劣化問題。
本發明另提供一種畫素結構的製造方法，能避免畫素結構在紫外光照射下所產生的劣化問題。
本發明提供一種電子裝置的製造方法，其具有良好的元件特性。
本發明提出一種畫素結構，包括一基板、一閘極、一絕緣層、一金屬氧化物半導體層、一源極以及一汲極、至少一膜層以及一第一電極層。閘極位於基板上。絕緣層覆蓋閘極。金屬氧化物半導體層位於閘極上方的絕緣層上。源極以及汲極位於金屬氧化物半導體層上。至少一膜層覆蓋金屬氧化物半導體層，其中至少一膜層包括一透明光觸媒材料，且透明光觸媒材料阻擋一紫外光波段光線穿透至金屬氧化物半導體層。第一電極層與源極或汲極電性連接。
本發明另提出一種畫素結構的製造方法。首先，在一基板上形成一閘極。接著，在閘極上形成一絕緣層。然後，在閘極上的絕緣層上形成金屬氧化物半導體層。而後，於金屬氧化物半導體層上形成一源極以及一汲極。之後，形成至少一膜層，所述至少一膜層覆蓋金屬氧化物半導體層且包括一透明光觸媒材料，且透明光觸媒材料阻擋一紫外光波段光線穿透至金屬氧化物半導體層。然後，形成一第一電極層，其與源極或汲極電性連接。
本發明又提出一種電子裝置的製造方法。首先，在一基板上形成多個畫素結構，其中每一畫素結構是以如前文所述的方法製成。接著，在基板的表面上形成一密封膠。然後，於基板上形成一蓋板，蓋板遮蔽畫素結構且與密封膠接觸。之後，進行一紫外光固化程序，以使密封膠固化。
基於上述，本發明在金屬氧化物半導體層上形成包括透明光觸媒材料的膜層，以避免紫外光等光線照射金屬氧化物半導體層而影響其特性。如此一來，能解決畫素結構在紫外光照射下所產生的劣化問題，使畫素結構及包含其的電子裝置具有良好的元件特性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是本發明之一實施例的一種畫素結構的剖面示意圖。請參照圖1，畫素結構100包括基板102、閘極112、絕緣層120、金屬氧化物半導體層130、源極134以及汲極136、第一保護層140以及第一電極層162。其中，閘極112、金屬氧化物半導體層130、源極134以及汲極136構成主動元件110。詳言之，閘極112位於基板102上。絕緣層120覆蓋閘極112。金屬氧化物半導體層130位於閘極112上方的絕緣層120上。源極134以及汲極136位於金屬氧化物半導體層130上。第一保護層140位於源極134與汲極136上並覆蓋金屬氧化物半導體層130。在本實施例中，金屬氧化物半導體層130的材質例如是銦鎵鋅氧化物(Indium-Gallium-Zinc Oxide，IGZO)、銦鋅氧化物(Indium-Zinc Oxide，IZO)、鎵鋅氧化物(Gallium-Zinc Oxide，GZO)、鋅錫氧化物(Zinc-Tin Oxide，ZTO)，或氧化鋅(Zinc Oxide，ZnO)。
如圖1所示，在本實施例中，畫素結構100更包括發光材料層164、第二電極層166以及第二保護層150，其中第一電極層162、發光材料層164以及第二電極層166構成發光元件160。詳言之，第一電極層162位於第一保護層140上，且第一電極層162例如是透過第一保護層140中的接觸窗開口142與源極134電性連接。第二保護層150位於第一保護層140上，具有一開口152以暴露出第一電極層162。發光材料層164例如是位於開口152所暴露出的第一電極層162上。第二電極層166覆蓋於發光材料層164上，並且延伸至第二保護層150之表面上。特別說明的是，在本實施例中是以第一電極層162透過第一保護層140中的接觸窗開口142與源極134電性連接為例，但在其他實施例中，第一電極層162也有可能透過第一保護層140中的接觸窗開口(未繪示)與汲極136電性連接。
在本實施例中，第一電極層162例如是金屬電極層或是透明導電層。發光材料層164可為有機發光層或無機發光層。舉例來說，發光材料層164可為紅色有機發光圖案、綠色有機發光圖案、藍色有機發光圖案或是混合各頻譜的光產生的不同顏色(例如白、橘、紫、...等)發光圖案。第二電極層166的材質例如是金屬電極層或是透明導電層。
特別注意的是，在本實施例中，第一保護層140與第二保護層150至少其中之一包括透明光觸媒材料，且透明光觸媒材料阻擋波長為170～350nm的紫外光波段光線穿透至金屬氧化物半導體層130。其中，透明光觸媒材料包括絕緣金屬氧化物或是金屬氧化物奈米顆粒，絕緣金屬氧化物例如是TiOx、TiSiOx、ZnOx、SnOx、ZrOx、CdS或ZnS等等，而金屬氧化物奈米顆粒例如是TiOx奈米顆粒、TiSiOx奈米顆粒、ZnOx奈米顆粒、SnOx奈米顆粒、ZrOx奈米顆粒、CdS奈米顆粒或ZnS奈米顆粒。也就是說，包括透明光觸媒材料的膜層可以是絕緣金屬氧化物或者包括有金屬氧化物奈米顆粒分散於其中的絕緣材料。
在本實施例中是以第一保護層140與第二保護層150至少其中之一包括透明光觸媒材料為例，但畫素結構100也可能還具有其他可以包括透明光觸媒材料的膜層。舉例來說，如圖2所示，根據本發明之另一實施例，畫素結構100可以更包括蝕刻終止層132，蝕刻終止層132位於金屬氧化物半導體層130的表面上，且第一保護層140覆蓋源極134與汲極136以及蝕刻終止層132。在圖2所示的實施例中，蝕刻終止層132、第一保護層140與第二保護層150至少其中之一包括透明光觸媒材料。再者，在其他實施例中，包括透明光觸媒材料的膜層也可能是覆蓋金屬氧化物半導體層130的其他絕緣膜層。此外，雖然在上述的實施例中是以具有發光材料層164的畫素結構100為例，但在其他實施例中，畫素結構也可以不具有發光材料層而應用在不需要發光材料層的元件中，譬如為液晶顯示器之主動陣列基板中的元件。
在上述的實施例中，是藉由在金屬氧化物半導體層上形成包括透明光觸媒材料的膜層，來避免紫外光等光線照射金屬氧化物半導體層所造成的元件特性劣化問題，諸如導致關閉電流上升與臨界電壓偏負等元件特性飄移。如此一來，畫素結構能具有良好的元件特性。
特別一提的是，實務上，圖1與圖2所示的畫素結構100可以進一步與一主動元件以及一電容器結合以形成一畫素單元，而多個畫素單元構成畫素陣列。圖3是本發明之一實施例的一種畫素陣列的等效電路圖。
請參照圖3，畫素陣列20配置於基板102上。畫素陣列20包括多個畫素單元22，每一畫素單元22包括如圖1或圖2所示的畫素結構100、一主動元件T以及一電容器CS。根據本發明之一實施例，畫素陣列20更包括多條掃描線SL、多條資料線DL以及多條電源線PL，每一畫素單元22與對應的一條掃描線SL、對應的一條資料線DL以及對應的一條電源線PL電性連接。詳言之，在本實施例中，每一畫素單元22包括主動元件110、T、發光元件160以及電容器CS。主動元件110包括閘極112、金屬氧化物半導體層130、源極134以及汲極136(參照圖1與圖2)。發光元件160包括第一電極層162、發光材料層164以及第二電極層166(參照圖1與圖2)。其中，主動元件T與電容器CS可以具有所屬技術領域中具有通常知識者所周知的結構，故在此不加以描述。再者，在本實施例中，每一畫素單元22是以兩個主動元件搭配一個電容器(2T1C)為例來說明，但並非用以限定本發明，本發明不限每一畫素單元22內的主動元件與電容器的個數。
在本實施例中，在2T1C形式的畫素單元22中，主動元件T的源極S會與資料線DL連接，閘極G會與掃描線SL電性連接，且汲極D會與主動元件110的閘極112連接；主動元件110的閘極112是與主動元件T的汲極D電性連接，源極134是與電源供應線PL電性連接，且汲極136是與發光元件160電性連接。電容器CS的一端與主動元件T的汲極D以及主動元件110的閘極電性連接，電容器CS的另一端則是與主動元件110的源極134以及電源供應線PL電性連接。
一般來說，於基板102上完成上述之畫素陣列20的製作之後，可以接著進行密封程序，以形成電子裝置。圖4是本發明之一實施例的一種電子裝置的示意圖。請參照圖4，電子裝置10包括圖1與圖2所繪示的畫素結構100的畫素陣列20、密封膠30以及蓋板32。在本實施例之電子裝置10中，密封膠30例如是紫外光固化式膠體，以及蓋板32例如是玻璃蓋板、塑膠蓋板或其他透明材質蓋板。在本實施例中，由於畫素結構100具有發光材料層164，因此具有此畫素結構100的電子裝置10例如是電致發光裝置。當然，如同前文所述，本發明之畫素結構也可以不包括發光材料層，因此畫素結構也可以應用於其他種類的電子裝置中。此外，在另一實施例中，如圖5所示，也可以在圖3所示的畫素陣列20上形成保護膜40，以形成電子裝置10a。
在上述的實施例中，是藉由在金屬氧化物半導體層上形成包括透明光觸媒材料的膜層，來避免紫外光等光線照射金屬氧化物半導體層所造成的元件特性劣化問題(諸如關閉電流上升與臨界電壓偏負等元件特性飄移)。如此一來，畫素結構、包含畫素結構的畫素陣列以及包括畫素結構的電子裝置能具有良好的元件特性。
接下來將介紹本發明之畫素結構的製造方法，由於圖1所示之畫素結構的製造方法與圖2所示之畫素結構的製造方法大致相同，其主要差異處僅在於圖1所示之畫素結構的製造方法省略了蝕刻終止層的形成步驟，因此在下文中以介紹圖2所示之畫素結構的製造方法為例，而不重複描述圖1所示之畫素結構的製造方法。
圖6A至圖6E為圖2所示之畫素結構的製造方法的流程剖面示意圖。請參照圖6A，首先，在基板102上形成一閘極112。接著，在閘極112上形成一絕緣層120。基板102例如是硬基板，其例如是玻璃基板，或是軟質基板，其例如是塑膠基板。閘極112的材質例如是金屬，其形成方法例如是物理氣相沈積法。接著，在閘極112上形成一絕緣層120。絕緣層120的材質例如是氮化矽或氧化矽。
請參照圖6B，然後，在閘極112上的絕緣層120上形成金屬氧化物半導體層130。金屬氧化物半導體層130的材質例如是銦鎵鋅氧化物(IGZO)。接著，於金屬氧化物半導體層130上形成一蝕刻終止層132。而後，於金屬氧化物半導體層130上形成一源極134與一汲極136。源極134與汲極136的材質例如是金屬，其形成方法例如是物理氣相沈積法。
請參照圖6C，接著，於源極134與汲極136上形成一第一保護材料層(未繪示)，並覆蓋金屬氧化物半導體層130。然後，圖案化第一保護材料層，以形成具有一接觸窗開口142的第一保護層140，其中接觸窗開口142例如是暴露出源極134。之後，形成一第一電極層162，且使第一電極層162填入接觸窗開口142以與源極134電性連接。第一電極層162的材質例如是金屬電極層或是透明導電層。
請參照圖6D，然後，於第一保護層140上形成一第二保護材料層(未繪示)，覆蓋第一電極層162。之後，圖案化第二保護材料層，以形成具有開口152的第二保護層150，其中開口152暴露出第一電極層162。
在本實施例中，蝕刻終止層132、第一保護層140與第二保護層150至少其中之一包括透明光觸媒材料，且透明光觸媒材料阻擋波長為170～350nm的紫外光波段光線穿透至金屬氧化物半導體層130。其中，透明光觸媒材料包括絕緣金屬氧化物或是金屬氧化物奈米顆粒，絕緣金屬氧化物例如是TiOx、TiSiOx、ZnOx、SnOx、ZrOx、CdS或ZnS等等，而金屬氧化物奈米顆粒例如是TiOx奈米顆粒、TiSiOx奈米顆粒、ZnOx奈米顆粒、SnOx奈米顆粒、ZrOx奈米顆粒、CdS奈米顆粒或ZnS奈米顆粒。也就是說，包括透明光觸媒材料的膜層可以是絕緣金屬氧化物或者包括有金屬氧化物奈米顆粒分散於其中的絕緣材料。
請參照圖6E，之後，對第一電極層162之表面進行一紫外光清潔程序UV1，以去除其表面的污染物。在本實施例中，紫外光清潔程序UV1包括施予臭氧並且照射紫外光，且所述紫外光的波長約為172nm，然而，紫外光的波長可視設計者或製程所需變更，並不侷限。特別注意的是，由於蝕刻終止層132、第一保護層140與第二保護層150至少其中之一包括透明光觸媒材料，因此能避免紫外光清潔程序UV1步驟中所使用的紫外光照射金屬氧化物半導體層130。
請參照圖6F，於第一電極層162上形成一發光材料層164以及於發光材料層164上形成一第二電極層166，以完成畫素結構100的製作。發光材料層164可為有機發光層或無機發光層，其例如是填入第二保護層150的開口152中。第二電極層166的材質例如是金屬電極層或是透明導電層，其覆蓋於發光材料層164上，並且延伸至第二保護層150之表面上。
一般來說，以上述流程在基板102上形成多個畫素結構100後，可以接著進行密封程序，以完成電子裝置的製作。接下來將以圖7A至圖7C來說明電子裝置的製作流程。
圖7A至圖7C是一種電子裝置的製造方法的流程剖面示意圖。請參照圖7A，首先，在一基板102上形成以圖6A至圖6F所述的方法製成的多個畫素結構100，以形成畫素陣列20。其中，如圖3及前文所述，畫素陣列20包括多個畫素結構100以及電容器CS、主動元件T、資料線DL、掃描線SL以及電源線PL等元件，但由於電容器CS、主動元件T、資料線DL、掃描線SL以及電源線PL等元件的製作方法為本領域具有通常知識者所周知，故於此不贅述。
請參照圖7B，接著，在基板102的表面上形成一密封膠30。在本實施例中，密封膠30例如是紫外光固化式膠體。
請參照圖7C，然後，於基板102上形成一蓋板32，蓋板32遮蔽畫素結構(以畫素陣列20表示)且與密封膠30接觸。其中，蓋板32可以是玻璃蓋板、塑膠蓋板或其他透明材質蓋板。
之後，進行一紫外光固化程序UV2，以使密封膠30固化，以形成電子裝置10。在本實施例中，紫外光固化程序UV2的紫外光的波長為313nm，然而，紫外光的波長可視設計者或製程所需變更，並不侷限。特別注意的是，由於畫素結構100中的蝕刻終止層132、第一保護層140與第二保護層150至少其中之一包括透明光觸媒材料，因此能避免紫外光固化程序UV2步驟中所使用的紫外光照射金屬氧化物半導體層130。
在本實施例中，由於在金屬氧化物半導體層上形成包括透明光觸媒材料的膜層，因此能避免紫外光清潔程序、紫外光固化程序或其他程序中所使用到的紫外光照射金屬氧化物半導體層。如此一來，能避免紫外光等光線照射金屬氧化物半導體層所造成的元件特性劣化問題(諸如關閉電流上升與臨界電壓偏負等元件特性飄移)。因此，畫素結構能具有良好的元件特性，以及包括此畫素結構的電子裝置能具有較佳且均勻的元件特性。
綜上所述，本發明在金屬氧化物半導體層上形成包括透明光觸媒材料的膜層，以避免紫外光等光線照射金屬氧化物半導體層而影響其特性。如此一來，能解決畫素結構在紫外光照射下所產生的劣化問題，使畫素結構及包含其的電子裝置具有良好的元件特性。
此外，本發明是藉由改變諸如蝕刻終止層及保護層等膜層的材質，就能達到阻擋紫外光等光線而保護金屬氧化物半導體層的目的。也就是說，本發明不需要在畫素結構中形成額外的結構，故可應用於現有的畫素結構佈局中，且能在現有的畫素結構的製程與機台下實現。因此，本發明不會造成畫素結構之製造成本的大幅增加。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，當可作些許之更動與潤飾，故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、10a．．．電子裝置
20．．．畫素陣列
22．．．畫素單元
30．．．密封膠
32．．．蓋板
40．．．保護膜
100．．．畫素結構
102．．．基板
110、T‧‧‧主動元件
112‧‧‧閘極
120‧‧‧絕緣層
130‧‧‧金屬氧化物半導體層
132‧‧‧蝕刻終止層
134‧‧‧源極
136‧‧‧汲極
142、152‧‧‧開口
140、150‧‧‧保護層
160‧‧‧發光元件
162、166‧‧‧電極層
164‧‧‧發光材料層
D‧‧‧汲極
G‧‧‧閘極
S‧‧‧源極
CS‧‧‧電容器
DL‧‧‧資料線
SL‧‧‧掃描線
PL‧‧‧電源線
UV1‧‧‧紫外光清潔程序
UV2‧‧‧紫外光固化程序
圖1是本發明之一實施例的一種畫素結構的剖面示意圖。
圖2是本發明之另一實施例的一種畫素結構的剖面示意圖。
圖3是本發明之一實施例的一種畫素陣列的等效電路圖。
圖4是本發明之一實施例的一種電子裝置的示意圖。
圖5是本發明之另一實施例的一種電子裝置的示意圖。
圖6A至圖6F為圖2所示之畫素結構的製造方法的流程剖面示意圖。
圖7A至圖7C是一種電子裝置的製造方法的流程剖面示意圖。
100．．．畫素結構
102．．．基板
110．．．主動元件
112．．．閘極
120．．．絕緣層
130．．．金屬氧化物半導體層
132．．．蝕刻終止層
134．．．源極
136．．．汲極
142、152．．．開口
140、150．．．保護層
160．．．發光元件
162、166．．．電極層
164．．．發光材料層
Claims (16)
- 一種畫素結構，包括：一基板；一閘極，位於該基板上；一絕緣層，覆蓋該閘極；一金屬氧化物半導體層，位於該閘極上方的該絕緣層上；一源極以及一汲極，位於該金屬氧化物半導體層上；一蝕刻終止層，位於該金屬氧化物半導體層的表面上，配置於該金屬氧化物半導體層與該源極以及該汲極之間，覆蓋該金屬氧化物半導體層，其中該蝕刻終止層包括一透明光觸媒材料，且該透明光觸媒材料阻擋一紫外光波段光線穿透至該金屬氧化物半導體層，其中該透明光觸媒材料包括金屬氧化物奈米顆粒；以及一第一電極層，其與該源極或該汲極電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，更包括一第一保護層，覆蓋該源極與該汲極，且該第一電極層位於該第一保護層上，其中該第一保護層包括該透明光觸媒材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，更包括：一第一保護層，覆蓋該源極與該汲極；以及一第二保護層，位於該第一保護層上，且暴露出該第一電極層，其中該第一保護層與該第二保護層至少其中之一包 括該透明光觸媒材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該金屬氧化物奈米顆粒包括TiOx奈米顆粒、TiSiOx奈米顆粒、ZnOx奈米顆粒、SnOx奈米顆粒、ZrOx奈米顆粒、CdS奈米顆粒或ZnS奈米顆粒或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，更包括：一發光材料層，位於該第一電極層上；以及一第二電極層，位於該發光材料層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該透明光觸媒材料阻擋波長為170~350 nm的光。
- 一種畫素結構的製造方法，包括：在一基板上形成一閘極；在該閘極上形成一絕緣層；在該閘極上的該絕緣層上形成一金屬氧化物半導體層；於該金屬氧化物半導體層上形成一蝕刻終止層，以覆蓋該金屬氧化物半導體層，其中該蝕刻終止層包括一透明光觸媒材料，且該透明光觸媒材料阻擋一紫外光波段光線穿透至該金屬氧化物半導體層，其中該透明光觸媒材料包括金屬氧化物奈米顆粒；於該蝕刻終止層上形成一源極以及一汲極；以及形成一第一電極層，其與該源極或該汲極電性連接。
- 如申請專利範圍第7項所述之畫素結構的製造方法，其中該透明光觸媒材料阻擋波長為170~350 nm的光。
- 如申請專利範圍第7項所述之畫素結構的製造方法，更包括對該第一電極層之表面進行一紫外光清潔程序。
- 如申請專利範圍第7項所述之畫素結構的製造方法，其中該紫外光清潔程序包括施予臭氧並且照射紫外光，且所述紫外光的波長約為172nm。
- 如申請專利範圍第7項所述之畫素結構的製造方法，更包括：於該源極與該汲極上形成一第一保護層，並覆蓋該金屬氧化物半導體層，其中該第一保護層包括該透明光觸媒材料；以及圖案化該第一保護層，以於該第一保護層中形成一接觸窗開口，暴露出該源極或該汲極，其中該第一電極層填入該接觸窗開口以與該源極或該汲極電性連接。
- 如申請專利範圍第7項所述之畫素結構的製造方法，更包括：於該源極與該汲極上形成一第一保護層，並覆蓋該金屬氧化物半導體層；圖案化該第一保護層，以於該第一保護層中形成一接觸窗開口，暴露出該源極或該汲極，其中該第一電極層填入該接觸窗開口以與該源極或該汲極電性連接；於該第一保護層上形成一第二保護層，覆蓋該第一電極層；以及圖案化該第二保護層，以暴露出該第一電極層，其中該第一保護層與該第二保護層至少其中之一包 括該透明光觸媒材料。
- 如申請專利範圍第7項所述之畫素結構的製造方法，其中該金屬氧化物奈米顆粒包括TiOx奈米顆粒、TiSiOx奈米顆粒、ZnOx奈米顆粒、SnOx奈米顆粒、ZrOx奈米顆粒、CdS奈米顆粒或ZnS奈米顆粒或其組合。
- 如申請專利範圍第7項所述之畫素結構的製造方法，更包括：於該第一電極層上形成一發光材料層；以及於該發光材料層上形成一第二電極層。
- 一種電子裝置的製造方法，包括：在一基板上形成多個畫素結構，其中每一畫素結構是以如申請專利範圍第7項所述的方法製成；在該基板的表面上形成一密封膠；於該基板上形成一蓋板，該蓋板遮蔽該些畫素結構且與該密封膠接觸；以及進行一紫外光固化程序，以使該密封膠固化。
- 如申請專利範圍第15項所述之電子裝置的製造方法，其中該紫外光固化程序的紫外光的波長為313nm。
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