专利名称：有机电致发光显示元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种显示元件，特别涉及有机电致发光显示元件及其制造方法。
背景技术：
有机电致发光显示器(organic electroluminescent devices)(又称为有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)显示器)其发光原理是在有机分子材料(依分子量大小可分为小分子材料(small molecule material)及聚合物材料(polymer material))施加外加电场使其产生发光现象。有机电致发光显示器(organic electroluminescent devices)因其为自发光性(self emission)元件，点阵列式显示(dot matrix type display)，具有轻薄、高对比、低消耗功率、高解析度、反应时间短(fast response time)、不需背光源及广视角等特性，且其面板尺寸可由4mm微型显示器至100时的大型户外看板显示器，被视为下一世代的平面面板显示器(flat panel display，FPD)。除了显示器的应用外，由于有机电致发光元件更可在轻薄、可挠曲的材料上形成阵列式结构，使其在应用上更加的广泛，尤其是非常适合应用于照明。一般预估有机电致发光元件其发光效率若能提升至100Lm/W以上，有机电致发光显示器装置即有机会取代一般照明光源。
请参照图1，开关晶体管102控制有机电致发光单元106，且驱动晶体管104耦接到电源线VP。然而，有机电致发光显示器面板存在有像素间均匀性不佳的问题，特别是有机电致发光显示器在长时间操作的后会产生亮度的衰退的问题。
发明内容
因此，为解决上述问题，本发明的目的为解决有机电致发光显示器面板像素间均匀性不佳，或长时间操作的后产生衰退的相关问题，而使得有机电致发光显示器像素间的特性更为均匀。
本发明提供一种有机电致发光显示元件。在像素单元中，基板包括控制区和感测区，开关元件和驱动元件位于控制区上。光感测器位于感测区上，有机电致发光单元位于感测区上，且可操作以照亮光感测器，电容器耦接到光感测器和驱动元件，其中通过光感测器感应到有机电致发光单元照射到光感测器的光线，产生对应于有机电致发光单元的光电流，如此，通过光电流调整电容器的电压，以控制通过驱动元件的电流，因此，改变有机电致发光单元的照度。
本发明提供一种有机电致发光显示元件的制造方法。首先，提供包括控制区和感测区的基板。其后，在基板的控制区上形成有源层，在有源层和基板的感测区上形成栅极介电层。接下来，在栅极介电层上形成导电层，图形化导电层，以在控制区形成第一和第二栅极，且在感测区形成第三栅极。后续，形成至少覆盖第一、第二和第三栅极的介电层，在感测区上的部分介电层上形成感测元件有源层。接着，在感测元件有源层上形成感测元件掺杂层，形成分别电性连接感测元件掺杂层的两对边的感测元件源极和感测元件漏极。其后，在部分的控制区和感测区上形成有机电致发光单元。
图1揭示有机电致发光显示器面板存在有像素间均匀性不佳的问题。
图2为本发明的实施例具有补偿元件的有机电致发光显示器的等效电路图。
图3A～图3N绘示本发明的实施例形成感测元件补偿有机发光元件的工艺的中间步骤的剖面图。
图4揭示本发明的实施例的电子元件的示意图。
附图标记说明VP～电源线；20～像素单元；30～面板； 40～输入单元；50～电子元件； 102～开关晶体管；104～驱动晶体管； 106～有机电致发光单元；202～有机电致发光显示单元；204～驱动元件； 206～开关元件；
208～电容器；210～光感测器；212～照度； 302～基板；304～控制区；306～感测区；307～电容区；308～缓冲层；309～下电极；310～第一有源层；312～第二有源层；314～光致抗蚀剂；316～沟道掺杂步骤； 318～光致抗蚀剂；320～沟道区；322～N+离子；324～源极； 326～漏极；328～栅极介电层；330～N型晶体管栅极；332～P型晶体管栅极； 334～感测元件栅极；335～上电极；344～P型晶体管的源极；346～P型晶体管的漏极；348～介电层；350～感测元件有源层；352～感测元件掺杂层；354～开口； 356～导电接触；358～感测元件源极； 360～感测元件漏极；362～保护层；364～平坦化层；366～接触开口； 368～像素电极层；370～像素定义层；372～有机电致发光层；374～阴极。
具体实施例方式
以下将以实施例详细说明做为本发明的参考，且范例是伴随着图示说明的。在图示或描述中，相似或相同的部分使用相同的图号。在图示中，实施例的形状或是厚度可扩大，以简化或是方便标示。图示中元件的部分将以描述说明的。可了解的是，未绘示或描述的元件，可以具有各种本领域的技术人员所知的形式。此外，当叙述一层位于基板或是另一层上时，此层可直接位于基板或是另一层上，或是其间亦可以有中间层。
在说明书中，有关“在基板上”(overlying the substrate)、“在该层上”(abovethe layer)或“在膜上”(on the film)等的叙述表示与当层表面的相对位置关系，其忽略中间存在的各层，因此，上述叙述可表示为与当层直接接触或中间有一或更多层相隔的非接触状态。
图2为本发明一实施例具有补偿元件的有机电致发光显示器的等效电路图。请参照图2，有机电致发光显示元件包括像素单元20，且在像素单元20中，例如开关集成电路(switch IC)或是开关晶体管的开关元件206控制有机电致发光显示单元202。像素单元20还包括连接到电源线VP的驱动元件204(亦可称为驱动集成电路)，其中通过驱动元件204的电流可控制有机电致发光单元202的照度212。行数据线220对开关元件206进行控制，可供选择的，电容器208连接到驱动元件204的栅极，其中电容器208也耦接光感测器210，此外，可对电容器208的电压进行调整，以根据光感测器210所感测到的有机电致发光单元202的照度212而控制通过驱动元件204的电流，如此，可改变有机电致发光单元202的照度212做为补偿。
图3N绘示本发明的实施例的有机发光单元的剖面图，图3A～图3N绘示本发明的实施例有机发光单元的的工艺中间步骤的剖面图。请参照图3A，首先提供基板302，基板包括控制区304、感测区306和电容区307。在基板302上形成缓冲层308，缓冲层308可以是氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅所组成，在本发明的优选实施例中，缓冲层308为氧化硅和氮化硅的堆叠层，而其厚度可以为例如氮化硅约为350～650埃，氧化硅约为1000～1600埃。
接下来，在缓冲层上形成导电层(未绘示)，导电层可以是多晶硅所组成，举例来说，导电层可首先以化学气相沉积方法沉积非晶硅，再以准分子激光退火(Excimer Laser Annealing，以下可简称ELA)将其转换成多晶硅。之后，将导电层以传统的光刻和蚀刻方法在基板302的控制区304上方定义第一有源层310和第二有源层312，并在基板302的电容区307的上方形成下电极309，而感测区306上并不保留有源层。
其后，如图3B所示，以光致抗蚀剂314遮住第二有源层312，而对第一有源层310进行沟道掺杂步骤316(channel doping)，在本发明的一优选实施例中，此掺杂步骤316可掺杂B+，而其掺杂量可为0～1E13/cm2。
后续，请参照图3C，再形成遮住第一有源层310的沟道区320的另一光致抗蚀剂318，并随后掺杂N+离子322以形成N型晶体管的源极324和漏极326，在本发明的一优选实施例中，此掺杂步骤322可掺杂磷，而其掺杂量可为1E14～1E16/cm2。
接者，请参照图3D，移除上述光致抗蚀剂并在第一有源层310、第二有源层312、缓冲层308和电容区307的下电极309上均厚性沉积栅极介电层328，栅极介电层328可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其组合或其堆叠层，或其它高介电材料所组成。需注意的是，栅极介电层328在电容区307用作电容介电层。
后续，请参照图3E，在栅极介电层328上沉积栅极导电层(未绘示)，栅极导电层可以为掺杂的多晶硅或是金属，在本发明的一优选实施例中，栅极导电层可以为厚度约为1500～2500埃的Mo。
接着，以传统的光刻和蚀刻方法对栅极导电层进行图形化，在第一有源层310上方形成N型晶体管栅极330，在第二有源层312上方形成P型晶体管栅极332，在感测区306的栅极介电层328上形成感测元件栅极334，且在电容区307上形成上电极335，如此，下电极309、栅极介电层328和上电极335构成如图2所示的电容器208。
在本发明的一优选实施例中，在形成上述栅极330、332和334之后，可进行一轻掺杂步骤，以例如离子掺杂的方法，在N型晶体管206第一有源层310沟道区320两侧形成轻掺杂漏极336(light doped drain，以下可简称LDD)，如此，在控制区形成图2所示的N型的开关元件206和P型的驱动元件204，在本发明的一实施例中，开关元件206和驱动元件204为上栅极晶体管。
后续，请参照图3F，形成遮住第一有源层310的光致抗蚀剂338，并进行离子掺杂步骤340(如掺杂P型掺杂物)，以在P型晶体管栅极332下方的沟道区342两侧形成P型晶体管的源极344和漏极346，在此步骤及上述掺杂步骤中，感测区306的感测元件栅极334下方的结构层由于有感测元件栅极334遮蔽，不会在其中形成掺杂物。
接着，请参照图3G，移除上述的光致抗蚀剂，并在控制区304的栅极介电层328、N型晶体管栅极330、P型晶体管栅极332、感测区306的感测元件栅极334，及电容区307的上电极335上均厚性沉积介电层348。此介电层348在控制区304可用作控制元件(例如N型晶体管或P型晶体管)的金属连线间介电层，而其在感测区306可用作感测元件的栅极介电层。
介电层348可依照产品的需求或工艺要求而决定其组成和厚度，举例来说，介电层348可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其组合或其堆叠层所组成，另外，介电层348又可以为低介电材料，例如聚酰亚胺(Polyimide)、旋涂玻璃(SOG)、类钻石碳(例如美商应用材料所开发的Black Diamond)、氟硅玻璃FSG，Dow Chemical所开发的SILKTM，Trikon Technologies所开发的OrionTM，Honeywell所开发的FLARETM，JSR Micro所开发的LKD、Xerogel、Aerogel，多晶氟化碳和/或其它材料所组成，或是可以为高介电材料例如Ta2O5、HfO2、Al2O3、InO2、La2O3、ZrO2、TaO2、硅化物、铝化物和上述金属氧化物的氮氧化物，和钙钛矿结构的氧化物(perovskite-typeoxide)。在本发明的优选实施例中，介电层348为氧化硅和氮化硅的堆叠层，更佳为氮化硅/氧化硅/氮化硅的堆叠结构，其中下层氮化硅的厚度约为2500～3500埃，氧化硅的厚度约为2500～3500埃，上层氮化硅的厚度约为500～1500埃。
接着，请参照图3H，在感测区306的介电层348上形成感测元件有源层350和感测元件掺杂层352，在本发明的一实施例中感测元件有源层350可以为基础半导体(例如多晶硅、单晶硅、多晶硅和/或锗)、复合半导体(例如碳化硅、和/或砷化稼)、合金半导体(例如SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInP和/或GaInP，在本发明的一优选实施例中，感测元件有源层350由无掺杂的非晶硅所组成，而感测元件掺杂层352由掺杂N+离子(例如P)的非晶硅所组成，如此，感测元件有源层350可对于后续步骤形成的有机电致发光单元的照射更为灵敏。
感测元件掺杂层可以为以感测元件有源层350为主体材料的掺杂层，优选地，感测元件有源层350为无掺杂非晶硅，而感测元件掺杂层352为厚度约为掺杂N+离子非晶硅，更优选地，感测元件有源层350的厚度约为1000埃～10000埃，感测元件掺杂层352的厚度约为100埃～1000埃。
其后，请参照图3I，以传统的黄光和蚀刻工艺，图形化介电层348和栅极介电层328，形成多个开口354以分别暴露N型晶体管的源极324、栅极330和漏极326，及P型晶体管的源极344、栅极332和漏极346，以供做后续金属导线连接用。
接下来，请参照图3J，均厚沉积金属层(未绘示)，并随后以公知的黄光和蚀刻技术，图形化金属层与感测元件掺杂层352，以在上述开口中形成导电接触356，并同时在感测区306的感测元件有源层350和感测元件掺杂层352两侧分别形成感测元件源极358和感测元件漏极360，如此，形成图2中的光感测元件210，举例来说，光感测元件210可以为例如下栅极型态的晶体管。
在本发明的一些实施例中，开关元件206、驱动元件204和光感测器210可包括位于同一层的栅极，举例来说，请参照图3J，开关元件的栅极330、驱动元件的栅极332和光感测器的栅极334为同一层。
后续，请参照图3K，在导电接触356、介电层348、感测元件源极358和感测元件漏极360上形成保护层362，保护层362可以是氮化硅或氮氧化硅所组成，优选地，保护层362由厚度约1000埃～5000埃的氮化硅所组成。
接下来，请参照图3L，在保护层362上形成例如有机物或是氧化硅所组成的平坦化层364，在本发明的优选实施例中，平坦化层364的厚度约介于10000埃～50000埃，并在接下来的步骤，以传统的黄光及蚀刻方法图形化平坦化层364及其下的保护层362，以在上述的导电接触356上方形成接触开口366，在本发明的一优选实施例中，接触开口366暴露P型晶体管的漏极346上方的导电接触356。
后续，请参照图3M，在平坦化层364上形成例如铟锡氧化物(indium tinoxide，以下可简称ITO)的像素电极层368，并电性连接到上述导电接触356。之后，在部分平坦化层364及像素电极层368上形成例如氧化物或是有机物所组成的像素定义层370，特别是，像素定义层370暴露部分或全部的感测元件。
后续，请参照图3N，在上述的像素电极层368和像素定义层370上方形成有机电致发光层372。在本发明的一实施例中，有机电致发光层372在像素电极层368上(又可称为阳极导电层)包括依序设置的空穴掺杂层、空穴传输层、有机发光材料层、电子传输层、电子掺杂层以及阴极导电层。其中，阳极导电层系采用铟锡氧化物(In2O3:Sn，简称为ITO)，其具有易蚀刻性、低成膜温度、低电阻等优点。当外加偏压之后，电子、空穴分别经过电子传输层、空穴传输层而进入有机发光材料层中并结合成为激子(exciton)，再将能量释放出来而回到基态(ground state)，而在这些被释放出来的能量中，会依据所选择的发光材料的不同而以不同颜色光的形式释放出来，例如红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)。
接着，在有机电致发光层372上形成例如铝或银等具高反射系数所组成的阴极374，如此，像素电极层368、有机电致发光层372和阴极374构成有机电致发光单元，如图2所示，而形成向下发射有机电致发光元件202。
如图2和图3N所示，在本发明的一些实施例中，当有机电致发光单元202照射光感测器210时，光感测器210中产生光电流，有机电致发光单元202的亮度可决定光电流的大小，因此，可依据光感测器210所感测到的有机电致发光单元202照度，调整耦接到驱动元件204的电容器208的电压，以控制通过驱动元件204的电流，如此，可改变有机电致发光单元202的照度以做为补偿。因此，在有机电致发光元件衰退之后，可通过上述的内部补偿改进有机电致发光单元202的亮度均匀性。
图4显示像素单元20(例如图2或是图3N所显示的像素单元)可并入面板(例如面板30)，而此面板可以为有机电致发光面板，此外，此面板可以做为各种型态的电子元件(例如电子元件50)的一部分。一般来说，电子元件包括有机电致发光面板20和输入单元40，更甚者，输入单元40操作性地耦接到有机电致发光面板30，且提供输入信号(例如图像信号)，举例来说，此电子元件50可以为个人数位助理(personal digital assistant，简称PDA)、笔记型电脑、桌上型电脑、手机、车用电视(car TV)或是数码相机。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种有机电致发光显示元件，包括像素单元，包括基板，包括控制区和感测区；开关元件和驱动元件，位于该控制区上；光感测器，位于该感测区上；有机电致发光单元，位于该感测区上，且可照亮该光感测器；及电容器，耦接到该光感测器和该驱动元件，其中通过该光感测器感应到该有机电致发光单元照射到该光感测器的光线，产生对应于该有机电致发光单元的光电流，如此，通过该光电流调整该电容器的电压，以控制通过该驱动元件的电流，因此，改变该有机电致发光单元的照度。
2.如权利要求1所述的有机电致发光显示元件，其中该开关元件和该驱动元件为上栅极晶体管，且该光感测器为下栅极晶体管。
3.如权利要求1所述的有机电致发光显示元件，其中该像素单元由多膜层所组成，且该开关元件、该驱动元件和该光感测器包括位于同一层的栅极。
4.如权利要求1所述的有机电致发光显示元件，其中该开关元件包括第一有源层，该驱动元件包括第二有源层，且其中该第一有源层和该第二有源层为多晶硅层。
5.如权利要求1所述的有机电致发光显示元件，其中该光感测器具有一第三有源层，且该第三有源层为非晶硅层。
6.如权利要求1所述的有机电致发光显示元件，还包括第一有源层，位于该开关元件中；第二有源层，位于该驱动元件中；及栅极介电层，位于该第一有源层、该第二有源层和该感测区上。
7.如权利要求6所述的有机电致发光显示元件，还包括第一栅极和第二栅极，位于该控制区的栅极介电层上，其中该第一栅极位于该开关元件中，且该第二栅极位于该驱动元件中；及第三栅极，位于该感测区的栅极介电层上，其中该第一栅极、该第二栅极和该第三栅极为同一层。
8.如权利要求7所述的有机电致发光显示元件，还包括介电层，至少覆盖该第一栅极、该第二栅极和该第三栅极；及第三有源层，位于该感测区的部分介电层上。
9.如权利要求8所述的有机电致发光显示元件，还包括感测元件掺杂层，位于该第三有源层上；及感测元件源极和感测元件漏极，分别电性连接该感测元件掺杂层的对边。
10.如权利要求6所述的有机电致发光显示元件，其中该介电层还包括多个开口，暴露该第一栅极、该第二栅极和部分的该第一和第二有源层，且该开口填入有导电接触。
11.如权利要求10所述的有机电致发光显示元件，还包括保护层，位于该导电接触、该介电层、该感测元件源极和该感测元件漏极上。
12.如权利要求11所述的有机电致发光显示元件，还包括第一电极，位于该平坦化层上；有机电致发光层，位于该第一电极上；及第二电极，位于该有机电致发光层上，其中该第一电极、该有机电致发光层和该第二电极构成该有机电致发光单元。
13.如权利要求1所述的有机电致发光显示元件，还包括显示面板，其中该像素单元系由该显示面板的像素单元的阵列排列。
14.如权利要求13所述的有机电致发光显示元件，还包括输入单元，耦接该显示面板，且可提供输入至该显示面板，以使该显示面板显示画面。
15.如权利要求13所述的有机电致发光显示元件，还包括提供输入至该显示面板的装置。
16.如权利要求13所述的有机电致发光显示元件，其中该显示面板为该显示元件的一部分。
17.一种有机电致发光显示元件，包括基板，包括控制区和感测区；开关元件和驱动元件，位于该控制区上；光感测器，位于该感测区上；有机电致发光单元，位于该感测区中，且可操作以照亮该光感测器；及电容器，耦接到该光感测器和该驱动元件，其中通过光感测器感应到有机电致发光单元照射到光感测器的光线，产生对应于该有机电致发光单元的光电流，如此，通过该光电流调整该电容器的电压，以控制通过该驱动元件的电流，因此，改变该有机电致发光单元的照度，其中该开关元件为上栅极晶体管，且该光感测器系为下栅极晶体管。
18.一种有机电致发光显示元件的制造方法，包括提供基板，包括控制区和感测区；在该基板的控制区上形成有源层；在该有源层和基板的感测区上形成栅极介电层；在该栅极介电层上形成导电层；图形化该导电层，以于该控制区形成第一和第二栅极，且于该感测区形成第三栅极；形成至少覆盖该第一、第二和第三栅极的介电层；在该感测区上的部分该介电层上形成感测元件有源层；在该感测元件有源层上形成感测元件掺杂层；形成分别电性连接该感测元件掺杂层的两对边的感测元件源极和感测元件漏极；及在部分的该控制区和该感测区上形成有机电致发光单元。
全文摘要
一种有机电致发光显示元件。在像素单元中，基板包括控制区和感测区，开关元件和驱动元件位于控制区上。光感测器位于感测区上，有机电致发光单元位于感测区上，且可操作以照亮光感测器，电容器耦接到光感测器和驱动元件，其中通过光感测器感应到有机电致发光单元照射到光感测器的光线，产生对应于有机电致发光单元的亮度的光电流，如此，通过光电流调整电容器的电压，以控制通过驱动元件的电流，因此，改变有机电致发光单元的照度。
文档编号H05B33/10GK1996611SQ200610072598
公开日2007年7月11日 申请日期2006年4月13日 优先权日2006年1月4日
发明者曾章和, 彭杜仁, 蔡耀铭 申请人:统宝光电股份有限公司