TWI578543B - 薄膜電晶體基板及包含其之顯示裝置 - Google Patents

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Description

薄膜電晶體基板及包含其之顯示裝置
本發明係關於一種薄膜電晶體基板及包含其之顯示裝置，尤指一種能夠降低源極電極與閘極電極至載子通道區間串聯阻抗的薄膜電晶體基板及包含其之顯示裝置。
隨著顯示器技術不斷進步，使用者對於電子產品之要求越來越高，所有的裝置均朝體積小、厚度薄、重量輕等趨勢發展，故目前市面上主流之顯示器裝置已由以往之陰極射線管發展成液晶顯示裝置(LCD)或有機發光二極體裝置(OLED)。
常見的薄膜電晶體分為上閘極結構與下閘極結構兩種，上閘極式氧化物半導體薄膜電晶體(Top Gate Oxide Semiconductor TFT)與下閘極式氧化物半導體薄膜電晶體(Bottom Gate Oxide Semiconductor TFT)相比，上閘極結構的優點在於：能夠減少薄膜電晶體元件尺寸，以增加顯示器的解析度；以及能夠減少閘極電極金屬與源極電極、汲極電極金屬間之寄生電容，以減少顯示器操作時發生訊號失真之現象。
然而，於上閘極結構中，源極電極及閘極電極 至載子通道區(Channel)間的串聯阻抗過高，將會造成薄膜電晶體元件的開通電流(On Current)下降，進而導致面板電容充電不足、功耗過高等問題。
有鑑於此，目前亟需發展一種改善上述問題之 薄膜電晶體基板，使包含其之顯示裝置可具備更穩定的使用品質以及較長的使用壽命。
本發明之主要目的係在提供一種薄膜電晶體 基板，俾能降低源極電極與閘極電極至載子通道區間串聯阻抗。
本發明之另一目的係在提供一種顯示裝置，俾能解決面板電容充電不足、功耗過高等問題。
為達成上述目的，本發明提供一種薄膜電晶體基板及包含其之顯示裝置，該薄膜電晶體基板包括：一基層；一半導體層，設置於該基層上；一源極電極與一汲極電極，設置於該半導體層上；以及一閘極電極，設置於該基層上並對應該半導體層；其中，該半導體層包含一第一區、一第二區及一第三區，該第一區係對應該閘極電極，該第二區係對應該源極電極，以及該第三區係對應該汲極電極，其中，該第一區具有一第一厚度，該第二區具有一第二厚度，該第三區具有一第三厚度，且該第一厚度大於該第二厚度或該第三厚度。
於本發明之薄膜電晶體基板中，該第二厚度或 該第三厚度可為該第一厚度之1%至50%。
於本發明之薄膜電晶體基板中，該半導體層可 更包括一第四區，位於該第一區及該第二區之間，該第四區具有一第四厚度，且該第四厚度係介於該第一厚度及該第二厚度之間。該第二厚度可為該第四厚度之1%至50%。
於本發明之薄膜電晶體基板中，該半導體層可 更包括一第五區，位於該第一區及該第三區之間，該第五區具有一第五厚度，且該第五厚度係介於該第一厚度及該第三厚度之間。該第三厚度可為該第五厚度之1%至50%。
於本發明之薄膜電晶體基板中，該第二區具有 一第一側及相對之一第二側，該第一側鄰近該第一區；以及該半導體層可更包括一第六區，其鄰近該第二區之該第二側，該第六區具有一第六厚度，且該第六厚度介於該第一厚度及該第二厚度之間。
於本發明之薄膜電晶體基板中，該第三區具有 一第一側及相對之一第二側，該第一側鄰近該第一區；以及該半導體層更包括一第七區，其鄰近該第三區之該第二側，該第七區具有一第七厚度，且該第七厚度介於該第一厚度及該第三厚度之間。
於本發明中，該薄膜電晶體基板可為一上閘極 式(top gate)薄膜電晶體基板。
此外，本發明另提供一種顯示裝置，包括：上 述薄膜電晶體基板；一對側基板，設置於該薄膜電晶體基板上；以及一顯示單元，設置於該薄膜電晶體基板與該對 側基板之間。該顯示裝置可為一有機發光二極體裝置(OLED)或一液晶顯示裝置(LCD)。
據此，本發明利用半導體層之特定結構，使半 導體層中各區域具有不同的阻抗分布，進而達到降低源極電極及閘極電極至載子通道區間的串聯阻抗，避免薄膜電晶體基板的開通電流下降，進而解決面板電容充電不足、功耗過高等問題。
1‧‧‧基層
3‧‧‧第一絕緣層
2‧‧‧半導體層
4‧‧‧第二絕緣層
21‧‧‧第一區
5‧‧‧源極電極
22‧‧‧第二區
6‧‧‧汲極電極
221,231‧‧‧第一側
7‧‧‧閘極電極
222,232‧‧‧第二側
8‧‧‧保護層
23‧‧‧第三區
10,10’‧‧‧薄膜電晶體基板
24‧‧‧第四區
20‧‧‧液晶單元
25‧‧‧第五區
30‧‧‧彩色濾光片基板
26‧‧‧第六區
40‧‧‧背光模組
27‧‧‧第七區
50‧‧‧有機發光二極體
60‧‧‧封裝基板(或薄膜封裝模組)
圖1係本發明一較佳實施例之薄膜電晶體基板示意圖。
圖2係圖1之薄膜電晶體基板中之半導體層放大圖。
圖3係本發明另一較佳實施例之半導體層放大圖。
圖4係本發明再一較佳實施例之半導體層放大圖。
圖5係本發明另一較佳實施例之薄膜電晶體基板示意圖。
圖6係本發明一較佳實施例之顯示裝置示意圖。
圖7係本發明另一較佳實施例之顯示裝置示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下 進行各種修飾與變更。
[實施例1]
請參照圖1，本發明提供一種薄膜電晶體基板10，包括：一基層1；一半導體層2，設置於該基層1上；一第一絕緣層3、一第二絕緣層4、一源極電極5與一汲極電極6皆設置於該半導體層2上；以及一閘極電極7，設置於該基層1上並對應該半導體層2。其中，該半導體層2包含一第一區21、一第二區22及一第三區23，該第一區21係對應該閘極電極7，該第二區22係對應該源極電極5，以及該第三區23係對應該汲極電極6，其中，圖2所示為該半導體層2之放大圖，該第一區21具有一第一厚度D1，該第二區22具有一第二厚度D2，該第三區具有一第三厚度D3，且該第一厚度D1大於該第二厚度D2或該第三厚度D3。在本發明中，該第一厚度D1、該第二厚度D2及該第三厚度並無特別限制，例如：該第二厚度D2及該第三厚度D3中其中一者可為該第一厚度D1之1%至90%，較佳為1%至70%，更佳為1%至50%。在此實施例中，該第一平均厚度D1為0.056μm，該第二平均厚度D2與該第三厚度D3皆為0.023μm；然而，該第二厚度D2與該第三厚度D3可為相同亦可為相異，可依實際需求而調整。
於此實施例中，請參照圖2，該半導體層2更包括一第四區24及一第五區25，該第四區24位於該第一區21及該第二區22之間，該第五區25位於該第一區21及該第三區23之間；該第四區24具有一第四厚度D4，該 第五區25具有一第五厚度D5，該第四厚度D4係介於該第一厚度D1及該第二厚度D2之間，且該第五厚度D5係介於該第一厚度D1及該第三厚度D3之間。在本發明中，該第四厚度D4及該第五厚度D5無特別限制，例如：該第二厚度D2可為該第四厚度D4之1%至50%，該第三厚度D3為該第五厚度D5之1%至50%。在此實施例中，該第四厚度D4及該第五厚度D5皆為0.046μm；然而，該第四厚度D4與該第五厚度D5可為相同亦可為相異，可依實際需求而調整。
據此，在此實施例中，由於第二厚度D2與第三厚度D3大致相同，第四厚度D4與第五厚度D5大致相同，而使該半導體層2之剖視圖大致呈現以該第一區21之厚度方向為基準的對稱性結構；然而，本發明中的半導體層並未受限於此。
如圖2所示，該第一區21的頂面為一水平面，該第二區22及該第三區23的頂面為一斜面；或者，該半導體層2之結構可如圖3所示，該第一區21、該第二區22及該第三區23的頂面皆為一水平面。於此，請一併參照圖1，「水平面」之定義為一與半導體層2下方基層1平行之表面，而「斜面」之定義為一與半導體層2下方基層1呈銳角θ之表面(0°<θ<90°)；本技術領域之人可根據後續製程需求而簡單調整該半導體層2的圖案化方式，僅須符合該第一厚度D1大於該第二厚度D2或該第三厚度D3即可。
或者，如圖4所示，該半導體層2可更包括一第六區26及一第七區27，其中，該第二區22具有一第一 側221及相對之一第二側222，該第一側221鄰近該第一區21與該第四區24，該第二側222鄰近該第六區26；該第三區23具有一第一側231及相對之一第二側232，該第一側231鄰近該第一區21與該第五區25，該第二側232鄰近該第七區27。該第六區26具有一第六厚度D6，該第七區27具有一第七厚度D7，該第六厚度D6介於該第一厚度D1及該第二厚度D2之間，該第七厚度D7介於該第一厚度D1及該第三厚度D3之間。於此實施例中，該第六厚度D6相似於該第四厚度D4，該第七厚度D7相似於第五厚度D5；但本發明並未受限於此。
於本發明中，「厚度」一詞表示一區域的平均厚度，詳言之，於一區域中隨機量測三個位置以上之厚度值，將該些厚度值平均後得到一區域之平均厚度。在量測厚度值時，較佳選取一區域中五個位置以上、更佳選取十個位置以上進行量測，可得到較準確的平均厚度值。「厚度」之量測方式不受限，可使用習知技術領域中常用之量測方式，例如在掃描式電子顯微鏡(SEM)下量測厚度。
於本發明中，薄膜電晶體基板可採用習知之薄膜電晶體製程製作。請參照圖1，簡言之，製作薄膜電晶體基板時，需先提供一具有上述第一區21、第二區22及第三區23之圖案化半導體層，其中第一區21、第二區22及第三區23的平均厚度可根據使用材料而加以調整實施；接著，將該圖案化之半導體層2設置於基層1上；於半導體層2上沉積一絕緣層材料，並經由電漿處理蝕刻該絕緣層 材料，以形成第一絕緣層3；於第一絕緣層3上沉積一電極材料作為閘極電極7；再於其上沉積一絕緣層材料，並經由電漿處理蝕刻該絕緣層材料，以形成第二絕緣層4，其具有用於容納源極電極5與汲極電極6之穿孔；最後於第二絕緣層4之穿孔處沉積一電極材料，以形成與半導體層2直接接觸之源極電極5與汲極電極6。據此，完成一上閘極式(top gate)薄膜電晶體基板。
然而，一下閘極式(bottom gate)薄膜電晶體基板亦可用於本發明，可由本技術領域之人視實際需求而簡單調整。例如，目前已知如蝕刻阻障層結構(etching stop layer structure,ESL)、或如背通道蝕刻結構(back channel etching structure,BCE)等。若為下閘極式薄膜電晶體基板，例如圖5所示之蝕刻阻障層結構：可於一基層1上依序沉積形成一閘極電極7、一第一絕緣層3、一半導體層2、一第二絕緣層4及一源極電極5與一汲極電極6，可再視需要設置一保護層8於該源極電極5與該汲極電極6上，以得到下閘極式之薄膜電晶體基板10’。相同地，製作該薄膜電晶體基板10’時，需先提供一具有上述第一區21、第二區22、第三區23、第四區24及第五區25之圖案化半導體層2，再進行後續製程；其中，第一區21對應閘極電極7並位於第二區22與第三區23之間，第二區22對應源極電極5，第三區對應汲極電極6，第二區22之鄰接第一區21之反側設有第四區24，第三區23之鄰接第一區21之反側設有第五區25。於此實施例中，第一區21、第四區24及第五區25之 厚度大致相同並大於第二區22及第三區23之厚度(第二區22及第三區23之厚度大致相同)。
此外，基層1可使用本技術領域常用之基板，如玻璃基板、塑膠基板、矽基板及陶瓷基板等。再者，源極電極5、汲極電極6及閘極電極7之材料可分別使用本技術領域常用之導電材料，如金屬、合金、金屬氧化物、金屬氮氧化物、或其他本技術領域常用之電極材料；且較佳為金屬材料，但本發明不僅限於此，若需要，可選用透明電極與半透明電極之複合電極，如：TCO電極與鉑薄膜電極之複合電極。至於半導體層2，亦可採用本技術領域常用之半導體層材料，例如氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦錫鋅(ITZO)、其他金屬氧化物半導體、非晶矽、多晶矽、結晶矽及其他有機半導體例如P13、DH4T、五苯環之有機材料等；另外，第一絕緣層3及第二絕緣層4之材料可為本技術領域常用之如氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)或其組合之鈍化層材料。然而，本發明並不僅限於此。
因此，為了使半導體層中各區的阻值關係符合：第一區≧第四區(相似於第五區)>第二區(相似於第三區)，經由電漿處理對半導體層進行圖案化，使半導體層中各區的厚度符合：第一區≧第四區(相似於第五區)>第二區(相似於第三區)。據此，由於半導體層中各區域的厚度不同，經過電漿處理之後，造成各區域的阻值不同，厚度越薄則阻值越低，進而達到降低源極電極及閘極電極至載子通道區間的串聯阻抗，避免薄膜電晶體基板的開通電流下 降，進而解決面板電容充電不足、功耗過高等問題。
[實施例2]
本發明另提供一種顯示裝置，包含：上述薄膜電晶體基板，一對側基板，設置於該薄膜電晶體基板上；以及一顯示單元，設置於該薄膜電晶體基板與該對側基板之間。如圖6所示，當本發明之顯示裝置為一液晶顯示裝置(LCD)，更包含設置於薄膜電晶體基板10上方之液晶單元20及彩色濾光片基板30、以及設置於薄膜電晶體基板10下方之背光模組40；或者，如圖7所示，當本發明之顯示裝置為一有機發光二極體裝置(OLED)時，更包含設置於薄膜電晶體基板10上方之有機發光二極體50和封裝基板(或薄膜封裝模組)60。此外，本技術領域中具有通常知識者可輕易了解其他省略的元件，習知常用的元件皆可應用於本發明。例如，有機發光二極體50包含第一電極、有機發光層及第二電極，以及其他可幫助電子電洞傳輸結合之層之有機發光二極體元件均可應用於本發明中，例如：包括電子傳輸層、電子注入層、電洞傳輸層、及電洞注入層等。此外，本發明之顯示裝置，可應用於本技術領域已知之任何電子裝置上，如顯示器、手機、筆記型電腦、攝影機、照相機、音樂播放器、行動導航裝置、電視等。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
2‧‧‧半導體層
21‧‧‧第一區
22‧‧‧第二區
23‧‧‧第三區
24‧‧‧第四區
25‧‧‧第五區

Claims (14)

  1. 一種薄膜電晶體基板，包括：一基層；一半導體層，設置於該基層上；一源極電極與一汲極電極，設置於該半導體層上；以及一閘極電極，設置於該基層上並對應該半導體層；其中，該半導體層包含一第一區、一第二區及一第三區，該第一區係對應該閘極電極，該第二區係對應且接觸該源極電極，以及該第三區係對應且接觸該汲極電極，其中，該第一區具有一第一厚度，該第二區具有一第二厚度，該第三區具有一第三厚度，且該第一厚度大於該第二厚度或該第三厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該第二厚度或該第三厚度為該第一厚度之1%至50%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該半導體層更包括一第四區，位於該第一區及該第二區之間，該第四區具有一第四厚度，且該第四厚度係介於該第一厚度及該第二厚度之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之薄膜電晶體基板，其中，該第二厚度為該第四厚度之1%至50%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該半導體層更包括一第五區，位於該第一區及該第三區之間，該第五區具有一第五厚度，且該第五厚度係介於該第一厚度及該第三厚度之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜電晶體基板，其中，該第三厚度為該第五厚度之1%至50%。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該第二區具有一第一側及相對之一第二側，該第一側鄰近該第一區；以及該半導體層更包括一第六區，其鄰近該第二區之該第二側，該第六區具有一第六厚度，且該第六厚度介於該第一厚度及該第二厚度之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該第三區具有一第一側及相對之一第二側，該第一側鄰近該第一區；以及該半導體層更包括一第七區，其鄰近該第三區之該第二側，該第七區具有一第七厚度，且該第七厚度介於該第一厚度及該第三厚度之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其係為一上閘極式(top gate)薄膜電晶體基板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該半導體層係氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦錫鋅(ITZO)、或其他金屬氧化物半導體。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該半導體層係非晶矽、多晶矽、或結晶矽。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該半導體層係P13、DH4T、或五苯環之有機半導體。
  13. 一種顯示裝置，包括： 該如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板；一對側基板，設置於該薄膜電晶體基板上；以及一顯示單元，設置於該薄膜電晶體基板與該對側基板之間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其係為一有機發光二極體裝置(OLED)或一液晶顯示裝置(LCD)。
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