TWI607596B - 有機薄膜電晶體與顯示裝置 - Google Patents

Description

有機薄膜電晶體與顯示裝置

本案是關於一種有機薄膜電晶體及一種具有有機薄膜電晶體的顯示裝置。

現今有機薄膜電晶體技術中，有機絕緣層材料的介電常數(Dielectric constant)不足，但為了達到理想的充電目標，須將有機薄膜電晶體的元件尺寸設計得較大，導致有機薄膜電晶體的技術在產品的應用上和設計上有一定的難度，且在高解析度的產品上尤其明顯。

有機薄膜電晶體包含單閘極結構與雙閘極結構兩種形式。具有單閘極結構的有機薄膜電晶體的穩定性較差。然而在製造方面，相較於單閘極結構，雙閘極結構的有機薄膜電晶體其製程需採用多道黃光製程與接觸窗(Contact hole)的蝕刻製程，製程複雜度高且工站時間(Tact time)較長。

本發明之一技術態樣為一種有機薄膜電晶體。

根據本發明一實施方式，一種有機薄膜電晶體包 含汲極、半導體層、源極、閘極絕緣層與閘極。汲極具有鄰接的頂面與端面。半導體層具有鄰接的水平部與直立部。水平部與直立部分別位於汲極的頂面與端面上，且汲極往遠離半導體層之直立部的第一方向凸出半導體層之水平部。源極沿半導體層背對汲極的表面設置。源極具有延伸部，且延伸部往與第一方向相反的第二方向延伸。汲極、半導體層與源極定義出堆疊結構。堆疊結構具有上表面與相對的兩側面。閘極絕緣層覆蓋堆疊結構，且至少一部分的閘極絕緣層沿堆疊結構的上表面與兩側面設置。閘極位於該部分的閘極絕緣層上，使得該部分的閘極絕緣層位於堆疊結構與閘極之間。

在本發明一實施方式中，上述半導體層的剖面形狀為L形。

在本發明一實施方式中，上述源極具有依序連接的第一部分、第二部分與延伸部，第一部分位於半導體層的水平部上，第二部分位於半導體層的直立部上。

在本發明一實施方式中，上述第一部分與延伸部平行，而第二部分垂直第一部分與延伸部。

在本發明一實施方式中，上述半導體層的水平部具有一端面且與源極的第一部分具有的端面共平面。

在本發明一實施方式中，上述半導體層的水平部位於源極的第一部分與汲極之間。

在本發明一實施方式中，上述閘極絕緣層具有頂部與相對的兩側壁，閘極絕緣層的頂部位於閘極與源極的第一部分之間，堆疊結構位於閘極絕緣層的兩側壁之間。

在本發明一實施方式中，上述源極的第一部分與汲極至少部分重疊。

在本發明一實施方式中，上述源極的剖面形狀為階梯狀。

在本發明一實施方式中，上述該部分的閘極絕緣層的剖面形狀為U形。

在本發明一實施方式中，上述半導體層的水平部具有背對直立部的端面，半導體層的水平部的厚度小於水平部的端面與直立部之間的距離。

在本發明一實施方式中，上述水平部的厚度介於10奈米至100奈米。

在本發明一實施方式中，上述半導體層的相對兩側分別接觸汲極與源極，另相對兩側接觸閘極絕緣層。

本發明之另一技術態樣為一種顯示裝置。

根據本發明一實施方式，一種顯示裝置包含基板、至少一有機薄膜電晶體、至少一畫素電極與前面板。有機薄膜電晶體位於基板上。有機薄膜電晶體包含汲極、半導體層、源極、閘極絕緣層與閘極。汲極位於基板上且具有鄰接的頂面與端面。半導體層位於基板上且具有鄰接的水平部與直立部。水平部與直立部分別位於汲極的頂面與端面上，且汲極往遠離半導體層之直立部的第一方向凸出半導體層之水平部。源極位於基板上且沿半導體層背對汲極的表面設置。源極具有延伸部，且延伸部往與第一方向相反的第二方向延伸。汲極、半導體層與源極定義出堆疊結構。堆疊結構具有上表面與相對的 兩側面。閘極絕緣層覆蓋堆疊結構，且至少一部分的閘極絕緣層沿堆疊結構的上表面與兩側面設置。閘極位於該部分的閘極絕緣層上，使得該部分的閘極絕緣層位於堆疊結構與閘極之間。畫素電極電性連接有機薄膜電晶體的源極。前面板位於畫素電極上，前面板具有透光片與顯示介質層，且顯示介質層位於透光片與畫素電極之間。

在本發明一實施方式中，上述閘極絕緣層具有電性連接源極的第一導電通道。顯示裝置更包含導電層。導電層位於閘極絕緣層上且電性連接第一導電通道。

在本發明一實施方式中，上述顯示裝置更包含鈍化層。鈍化層覆蓋有機薄膜電晶體與導電層。

在本發明一實施方式中，上述畫素電極位於鈍化層上。鈍化層具有第二導電通道，且第二導電通道電性連接畫素電極與導電層。

在本發明一實施方式中，上述第二導電通道對齊第一導電通道。

在本發明一實施方式中，上述顯示介質層具有複數個微膠囊。前面板更包含共用電極。共用電極位於透光片上且與畫素電極相對，且微膠囊位於共用電極與畫素電極之間。

在本發明上述實施方式中，由於汲極、半導體層與源極為堆疊結構，且在堆疊結構之上表面與兩側面的閘極絕緣層上設有閘極，因此有機薄膜電晶體可視為雙閘極結構。在有機薄膜電晶體中，因半導體層的厚度為通道(Channel)的長度，因此源極和汲極只要有些許重疊，有機薄膜電晶體的之電 流就能有所提升，因此可縮小占用畫素區的面積、增加電容、降低寄生電容，進而提高畫素區可顯示之面積。此雙閘極結構的有機薄膜電晶體可以抑制前通道和後通道的離子擴散至通道內，改善因離子擴散所造成之不穩定性。此外，有機薄膜電晶體的閘極僅透過一道黃光製程製作，無牽涉到複雜且易導致源極和汲極氧化的接觸窗相關製程，可減少開發和生產的複雜度和工站時間(Tact time)。

100‧‧‧有機薄膜電晶體

110‧‧‧汲極

112‧‧‧頂面

114‧‧‧端面

120‧‧‧半導體層

122‧‧‧水平部

124‧‧‧直立部

126‧‧‧端面

130‧‧‧源極

132‧‧‧延伸部

134‧‧‧第一部分

136‧‧‧第二部分

138‧‧‧端面

140‧‧‧堆疊結構

142‧‧‧上表面

144‧‧‧側面

146‧‧‧側面

150‧‧‧閘極絕緣層

151‧‧‧第一導電通道

152‧‧‧頂部

154‧‧‧側壁

156‧‧‧側壁

160‧‧‧閘極

200‧‧‧顯示裝置

210‧‧‧基板

220‧‧‧畫素電極

230‧‧‧前面板

232‧‧‧透光片

234‧‧‧顯示介質層

236‧‧‧共用電極

237‧‧‧微膠囊

238‧‧‧白色粒子

239‧‧‧黑色粒子

240‧‧‧導電層

250‧‧‧鈍化層

252‧‧‧第二導電通道

2-2‧‧‧線段

3-3‧‧‧線段

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

L‧‧‧厚度

W‧‧‧距離

第1圖繪示根據本發明一實施方式之有機薄膜電晶體的立體圖。

第2圖繪示第1圖之有機薄膜電晶體沿線段2-2的剖面圖。

第3圖繪示第1圖之有機薄膜電晶體沿線段3-3的剖面圖。

第4圖繪示根據本發明一實施方式之有機薄膜電晶體應用於顯示裝置中的剖面圖。

以下配合圖式說明本發明之複數個實施方式，為簡化圖式，一些習知慣用的結構與元件將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示根據本發明一實施方式之有機薄膜電晶體100的立體圖。第2圖繪示第1圖之有機薄膜電晶體100沿線段2-2的剖面圖。同時參閱第1圖與第2圖，有機薄膜電晶體 100包含汲極110、半導體層120、源極130、閘極絕緣層150與閘極160。其中，汲極110具有鄰接的頂面112與端面114。半導體層120具有鄰接的水平部122與直立部124，且半導體層120的水平部122與直立部124分別位於汲極110的頂面112與端面114上，使得半導體層120的剖面形狀為L形，如第2圖所示。此外，汲極110往遠離半導體層120之直立部124的第一方向D1凸出半導體層120之水平部122。

源極130沿半導體層120背對汲極110的表面設置，使得半導體層120位於源極130與汲極110之間。源極130具有延伸部132，且延伸部132往與第一方向D1相反的第二方向D2延伸。此外，汲極110、半導體層120與源極130可定義出堆疊結構140。在本實施方式中，半導體層120的材質可以為高分子有機材料，源極130、汲極110與閘極160的材質可以為銀，閘極絕緣層150的材質可以為有機材料，但並不用以限制本發明。堆疊結構140與閘極160可採用印刷(Printing)或光微影(Photolithography)的方式製作，光微影技術可包含曝光、顯影、蝕刻等製程。閘極絕緣層150可採用印刷(Printing)或塗佈(Coating)的方式製作。

第3圖繪示第1圖之有機薄膜電晶體100沿線段3-3的剖面圖。同時參閱第2圖與第3圖，堆疊結構140具有上表面142與相對的兩側面144、146，且上表面142鄰接兩側面144、146。閘極絕緣層150覆蓋堆疊結構140，且至少一部分的閘極絕緣層150沿堆疊結構140的上表面142與兩側面144、146設置。閘極160位在閘極絕緣層150上，使得此部分 的閘極絕緣層150位於堆疊結構140與閘極160之間。

更詳細地說，閘極絕緣層150具有頂部152與相對的兩側壁154、156，頂部152鄰接側壁154、156，使得閘極絕緣層150的剖面形狀為U形，如第3圖所示。閘極絕緣層150的頂部152位於閘極160與源極130的第一部分134之間，堆疊結構140位於閘極絕緣層150的兩側壁154、156之間。此外，由第2圖與第3圖的結構可知，半導體層120的相對兩側分別接觸汲極110與源極130，另相對兩側接觸閘極絕緣層150的兩側壁154、156。

由於汲極110、半導體層120與源極130為堆疊結構140，且在堆疊結構140之上表面142與兩側面144、146的閘極絕緣層150上設有閘極160，因此有機薄膜電晶體100可視為雙閘極結構。在有機薄膜電晶體100中，因半導體層120的厚度L為通道(Channel)的長度，因此源極130和汲極110只要有些許重疊，有機薄膜電晶體100的之電流就能有所提升，因此當有機薄膜電晶體100應用於顯示裝置時，可縮小占用畫素區的面積、增加電容、降低寄生電容，進而提高畫素區可顯示之面積。此雙閘極結構的有機薄膜電晶體100可以抑制前通道和後通道的離子擴散至通道內，改善因離子擴散所造成之不穩定性。此外，有機薄膜電晶體100的閘極160僅透過一道黃光製程製作，無牽涉到複雜且易導致源極130和汲極110氧化的接觸窗相關製程，可減少開發和生產的複雜度和工站時間(Tact time)。

請參閱第2圖，在本實施方式中，源極130具有依 序連接的第一部分134、第二部分136與延伸部132。第一部分134位於半導體層120的水平部122上，第二部分136位於半導體層120的直立部124上。源極130的第一部分134與汲極110至少部分重疊。源極130的第一部分134與延伸部132大致平行，而第二部分136大致垂直第一部分134與延伸部132。因此，源極130的剖面形狀為階梯狀。

此外，半導體層120的水平部122位於源極130的第一部分134與汲極110之間。半導體層120的水平部122具有背對直立部124的端面126，源極130的第一部分134具有背對第二部分136的端面138，且半導體層120的水平部122的端面126與源極130的第一部分134的端面138可以是共平面的。半半導體層120的水平部122的厚度L小於水平部122的端面126與直立部124之間的距離W。其中，水平部122的厚度L可視為通道(Channel)的長度，而距離W可視為通道的寬度。當距離W與厚度L的比值(即W/L)越大時，則電流越大。在本實施方式中，水平部122的厚度L小於100奈米，例如介於10奈米至100奈米。

應瞭解到，上述已提及過之元件的連接關係與材料將不再重複贅述，合先敘明。在以下敘述中，將說明包含有機薄膜電晶體100的顯示裝置。

第4圖繪示根據本發明一實施方式之有機薄膜電晶體100應用於顯示裝置200中的剖面圖。顯示裝置200包含基板210、前述的有機薄膜電晶體100、至少一畫素電極220與前面板230。有機薄膜電晶體100位於基板210上。有機薄膜電晶 體100包含汲極110、半導體層120、源極130、閘極絕緣層150與閘極160。汲極110、半導體層120與源極130位於基板210上並定義出堆疊結構140。畫素電極220電性連接有機薄膜電晶體100的源極130。前面板230位於畫素電極220上。前面板230具有透光片232與顯示介質層234，且顯示介質層234位於透光片232與畫素電極220之間。

此外，閘極絕緣層150具有電性連接源極130的第一導電通道151。顯示裝置200還包含導電層240與鈍化層250。導電層240位於閘極絕緣層150上且電性連接第一導電通道151。鈍化層250覆蓋有機薄膜電晶體100與導電層240。畫素電極220位於鈍化層250上。鈍化層250具有電性連接畫素電極220與導電層240的第二導電通道252，且第二導電通道252大致對齊第一導電通道151。如此一來，有機薄膜電晶體100的源極130可經由第一導電通道151與第二導電通道252電性連接畫素電極220。

在本實施方式中，顯示介質層234具有複數個微膠囊237，微膠囊237其內具有複數個色粒子。在一實施例中可以是白色粒子238與黑色粒子239。前面板230還包含共用電極236。共用電極236位於透光片232上且與畫素電極220相對，而微膠囊237位於共用電極236與畫素電極220之間。共用電極236與畫素電極220之間的電場可驅使色粒子移動，例如當白色粒子238在上黑色粒子239在下時可顯示亮面，當黑色粒子239在上白色粒子238在下時可顯示暗面。

顯示裝置200為電子紙顯示器(Electronic Paper Display；EPD)，在其他實施方式中，有機薄膜電晶體100亦可應用於其他種類的顯示裝置中，例如液晶顯示器(Liquid Crystal Display；LCD)。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100‧‧‧有機薄膜電晶體

110‧‧‧汲極

112‧‧‧頂面

114‧‧‧端面

120‧‧‧半導體層

122‧‧‧水平部

124‧‧‧直立部

126‧‧‧端面

130‧‧‧源極

132‧‧‧延伸部

134‧‧‧第一部分

136‧‧‧第二部分

138‧‧‧端面

140‧‧‧堆疊結構

142‧‧‧上表面

150‧‧‧閘極絕緣層

160‧‧‧閘極

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

L‧‧‧厚度

W‧‧‧距離

Claims (19)

1. 一種有機薄膜電晶體，包含：一汲極，具有鄰接的一頂面與一端面；一半導體層，具有鄰接的一水平部與一直立部，該水平部與該直立部分別位於該汲極的該頂面與該端面上，且該汲極往遠離該半導體層之該直立部的一第一方向凸出該半導體層之該水平部；一源極，沿該半導體層背對該汲極的表面設置，該源極具有一延伸部，且該延伸部往與該第一方向相反的一第二方向延伸，其中該汲極、該半導體層與該源極定義出一堆疊結構，該堆疊結構具有一上表面與相對的兩側面；一閘極絕緣層，覆蓋該堆疊結構，且至少一部分的該閘極絕緣層沿該堆疊結構的該上表面與該兩側面設置；以及一閘極，位於該閘極絕緣層上，使得一部分的該閘極絕緣層位於該堆疊結構與該閘極之間。
2. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該半導體層的剖面形狀為L形。
3. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該源極具有依序連接的一第一部分、一第二部分與該延伸部，該第一部分位於該半導體層的該水平部上，該第二部分位於該半導體層的該直立部上。
4. 如請求項3所述的有機薄膜電晶體，其中該 第一部分與該延伸部大致平行，而該第二部分大致垂直該第一部分與該延伸部。
5. 如請求項3所述的有機薄膜電晶體，其中該半導體層的該水平部具有一端面，且與該源極的該第一部分具有的一端面共平面。
6. 如請求項3所述的有機薄膜電晶體，其中該半導體層的該水平部位於該源極的該第一部分與該汲極之間。
7. 如請求項3所述的有機薄膜電晶體，其中該閘極絕緣層具有一頂部與相對的兩側壁，該閘極絕緣層的該頂部位於該閘極與該源極的該第一部分之間，該堆疊結構位於該閘極絕緣層的該兩側壁之間。
8. 如請求項3所述的有機薄膜電晶體，其中該源極的該第一部分與該汲極至少部分重疊。
9. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該源極的剖面形狀為階梯狀。
10. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該閘極絕緣層的剖面形狀為U形。
11. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該半導體層的該水平部具有背對該直立部的一端面，該半導體層的該水平部的厚度小於該水平部的該端面與該直立部之間的距離。
12. 如請求項11所述的有機薄膜電晶體，其中該水平部的厚度介於10奈米至100奈米。
13. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該半導體層的相對兩側分別接觸該汲極與該源極，另相對兩側接觸該閘極絕緣層。
14. 一種顯示裝置，包含：一基板；至少一有機薄膜電晶體，位於該基板上，該有機薄膜電晶體包含：一汲極，位於該基板上且具有鄰接的一頂面與一端面；一半導體層，位於該基板上且具有鄰接的一水平部與一直立部，該水平部與該直立部分別位於該汲極的該頂面與該端面上，且該汲極往遠離該半導體層之該直立部的一第一方向凸出該半導體層之該水平部；一源極，位於該基板上且沿該半導體層背對該汲極的表面設置，該源極具有一延伸部，且該延伸部往與該第一方向相反的一第二方向延伸，其中該汲極、該半導 體層與該源極定義出一堆疊結構，該堆疊結構具有一上表面與相對的兩側面；一閘極絕緣層，覆蓋該堆疊結構，且至少一部分的該閘極絕緣層沿該堆疊結構的該上表面與該兩側面設置；以及一閘極，位於該閘極絕緣層上，使得一部分的該閘極絕緣層位於該堆疊結構與該閘極之間；以及至少一畫素電極，電性連接該有機薄膜電晶體的該源極；以及一前面板，位於該畫素電極上，該前面板具有一透光片與一顯示介質層，且該顯示介質層位於該透光片與該畫素電極之間。
15. 如請求項14所述的顯示裝置，該閘極絕緣層具有電性連接該源極的一第一導電通道，該顯示裝置更包含：一導電層，位於該閘極絕緣層上且電性連接該第一導電通道。
16. 如請求項15所述的顯示裝置，更包含：一鈍化層，覆蓋該有機薄膜電晶體與該導電層。
17. 如請求項16所述的顯示裝置，其中該畫素電極位於該鈍化層上，該鈍化層具有一第二導電通道，且該第二導電通道電性連接該畫素電極與該導電層。
18. 如請求項17所述的顯示裝置，其中該第二導電通道對齊該第一導電通道。
19. 如請求項14所述的顯示裝置，其中該顯示介質層具有複數個微膠囊，該前面板更包含：一共用電極，位於該透光片上且與該畫素電極相對，且該些微膠囊位於該共用電極與該畫素電極之間。