具有硅薄膜晶体管和半导体氧化物薄膜晶体管的显示器的制造方法
【专利说明】具有硅薄膜晶体管和半导体氧化物薄膜晶体管的显示器
[0001]本专利申请要求于2014年4月10日提交的美国部分继续专利申请14/249，716、于2014年3月27日提交的美国专利申请14，228,098、于2014年3月28日提交的美国专利申请14/229，232、于2014年3月27日提交的美国专利申请14/228，070和于2013年8月26日提交的临时专利申请61/869，937的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
【背景技术】
[0002]本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有显示器的电子设备，该显示器具有薄膜晶体管。
[0003]电子设备常常包括显示器。例如，蜂窝电话和便携式计算机包括用于向用户呈现信息的显示器。
[0004]显示器诸如液晶显示器由多个层形成。例如，液晶显示器可具有上偏振器层和下偏振器层、包含滤色器元件阵列的滤色器层、包括薄膜晶体管和显示器像素电极的薄膜晶体管层、以及插置在滤色器层和薄膜晶体管层之间的液晶材料层。每个显示器像素通常包括用于控制向显示器像素中的显示器像素电极结构施加信号的薄膜晶体管。
[0005]显示器诸如有机发光二极管显示器具有基于发光二极管的显示器像素阵列。在这种类型的显示器中，每个显示器像素包括发光二极管和用于控制向发光二极管施加信号的薄膜晶体管。
[0006]薄膜显示驱动器电路通常被包括在显示器中。例如，显示器上的栅极驱动器电路和解复用器电路可由薄膜晶体管形成。
[0007]如果不小心，则显示器像素中的薄膜晶体管电路和显示器的显示驱动器电路可能表现出不均匀的过大的漏电流、不足的驱动强度、差的面积效率、磁滞以及其他问题。因此，期望能够提供改进的电子设备显示器。
【发明内容】
[0008]本发明公开了一种可具有显示器的电子设备。该显示器可具有位于基板上的显示器像素阵列。显示器像素可以是有机发光二极管显示器像素或液晶显示器中的显示器像素。
[0009]在有机发光二极管显示器中，可形成包括半导体氧化物薄膜晶体管、硅薄膜晶体管和电容器结构的混合薄膜晶体管结构。电容器结构可与半导体氧化物薄膜晶体管重叠。电容器结构还可由多个重叠的电极层形成，该多个重叠的电极层由源极-漏极金属层、多晶硅层形成并可使用栅极金属层。
[0010]有机发光二极管显示器像素可具有氧化物晶体管和硅晶体管的组合。耦接至发光二极管的晶体管诸如驱动晶体管可由氧化物晶体管结构形成，并且开关晶体管可由硅晶体管结构形成。
[0011]在液晶显示器中，显示驱动器电路可包括薄膜晶体管电路，并且显示器像素可基于氧化物薄膜晶体管。在形成硅晶体管栅极和氧化物晶体管栅极的过程中可使用单个栅极金属层或两个不同的栅极金属层。硅晶体管可具有与浮栅结构重叠的栅极。氧化物晶体管可被并入显示驱动器电路中。
[0012]显示驱动器电路可被配置成将硅晶体管电路暴露于比显示器像素阵列中的氧化物晶体管电路更低的电压摆动。
【附图说明】
[0013]图1是根据实施例的示例性显示器的图示，该示例性显示器诸如具有有机发光二极管显示器像素阵列的有机发光二极管显示器或具有显示器像素阵列的液晶显示器。
[0014]图2是根据实施例的类型的示例性有机发光二极管显示器像素的图示，该示例性有机发光二极管显示器像素可与半导体氧化物薄膜晶体管和硅薄膜晶体管一起用于有机发光二极管中。
[0015]图3为根据实施例的示例性薄膜晶体管结构的横截面侧视图。
[0016]图4为根据实施例的附加示例性薄膜晶体管结构的侧视图。
[0017]图5是根据实施例的可包括氧化物薄膜晶体管和硅薄膜晶体管的类型的示例性有机发光二极管显示器像素的图示。
[0018]图6、图7和图8是根据实施例的液晶显示器中的示例性薄膜晶体管电路的横截面侧视图。
[0019]图9是根据实施例的可由混合硅-氧化晶体管结构形成的类型的示例性互补金属氧化物半导体晶体管反相器的图示。
[0020]图10是根据实施例的可用于形成混合互补金属氧化物半导体晶体管反相器的类型的示例性薄膜晶体管结构的横截面侧视图。
[0021]图11是根据实施例的薄膜显示驱动器电路中的栅极驱动器电路的电路图。
[0022]图12是根据实施例的可用于显示器上的显示驱动器电路内的图11的栅极驱动器电路中的类型的电平移位器的图示。
[0023]图13是根据实施例的可用于防止显示器上的显示驱动器电路内的晶体管经受过大电压的示例性电路的电路图。
[0024]图14是根据实施例的液晶显示器中的示例性薄膜晶体管电路的横截面侧视图。
[0025]图15是根据实施例的包括液晶显示器中的顶栅半导体氧化物晶体管的示例性薄膜晶体管电路的横截面侧视图。
[0026]图16是根据实施例的包括液晶显示器中的具有光屏蔽件的顶栅半导体氧化物晶体管的示例性薄膜晶体管电路的横截面侧视图。
[0027]图17是根据实施例的包括液晶显示器中的顶栅半导体氧化物晶体管的示例性薄膜晶体管电路的横截面侧视图。
[0028]图18是根据实施例的包括有机发光二极管显示器中的顶栅半导体氧化物晶体管的示例性薄膜晶体管电路的横截面侧视图。
【具体实施方式】
[0029]电子设备中的显示器可具有用于在显示器像素阵列上显示图像的驱动器电路。在图1中示出了示例性显示器。如图1所示，显示器14可具有一个或多个层诸如基板24。层诸如基板24可由平面矩形材料层诸如平面玻璃层形成。显示器14可具有用于为用户显示图像的显示器像素22的阵列。显示器像素22的阵列可由位于基板24上的显示器像素结构的行和列形成。在显示器像素22阵列中可存在任意适当数量的行和列(例如，十个或更多个、一百个或更多个、或者一千个或更多个)。
[0030]可使用焊料或导电粘合剂来将显示驱动器电路诸如显示驱动器集成电路16耦接至导电路径诸如位于基板24上的金属迹线。显示驱动器集成电路16(有时被称为定时控制器芯片)可包含用于通过路径25与系统控制电路进行通信的通信电路。路径25可由位于柔性印刷电路上的迹线或其他缆线形成。控制电路可位于电子设备中的主逻辑板上，该电子设备诸如蜂窝电话、计算机、机顶盒、媒体播放器、便携式电子设备、或正在使用显示器14的其他电子设备。在操作期间，控制电路可为显示驱动器集成电路16提供有关要在显示器14上显示的图像的信息。为在显示器像素22上显示图像，当发出时钟信号和其他控制信号以支持薄膜晶体管显示驱动电路诸如栅极驱动电路18和解复用电路20时，显示驱动器集成电路16可将对应的图像数据供应到数据线D。
[0031]栅极驱动电路18可在基板24上形成(例如，在显示器14的左边缘和右边缘上、仅在显示器14的单个边缘上，或者在显示器14中的其他位置)。解复用器电路20可用于将数据信号从显示驱动器集成电路16解复用到多个对应的数据线D上。根据图1的这种示例性布置，数据线D通过显示器14竖直延伸。每条数据线D与显示器像素22的相应列相关联。栅极线G通过显示器14水平延伸。每条栅极线G与显示器像素22的相应行相关联。栅极驱动器电路18可位于显示器14的左侧，可位于显示器14的右侧或可位于显示器14的左侧和右侧两者，如图1中所示。
[0032]栅极驱动器电路18可断言显示器14中的栅极线G上的栅极信号(有时称为扫描信号)。例如，栅极驱动器电路18可从显示驱动器集成电路16接收时钟信号和其他控制信号，并可响应于所接收到的信号来从第一行显示器像素22中的栅极线信号G开始依次断言栅极线G上的栅极信号。由于每条栅极线被断言，因此在其中栅极线被断言的行中的对应显示器像素将显示在数据线D上出现的显示数据。
[0033]显示驱动电路，例如解复用器电路20和栅极线驱动电路18可以由基板24上的薄膜晶体管形成。在形成显示器像素22中的电路时也可以使用薄膜晶体管。为增强显示器性能，可使用满足期望标准诸如漏电流、切换速度、驱动强度、均匀度等的显示器14中的薄膜晶体管结构。一般来讲，显示器14中的薄膜晶体管可使用任何合适类型的薄膜晶体管技术(例如，基于硅的薄膜晶体管技术、基于半导体氧化物的薄膜晶体管技术，等等)形成。
[0034]根据在本文中有时被描述为实例的一种适当的布置，显示器14上的一些薄膜晶体管中的沟道区域(有效区域)由硅(例如，硅诸如使用低温方法来沉积的多晶硅，有时被称为LTPS或低温多晶硅)形成，并且显示器14上的其他薄膜晶体管中的沟道区域由半导体氧化物材料(例如，非晶态的氧化铟镓锌，有时被称为IGZ0)形成。如果需要，其他类型的半导体可用于形成薄膜晶体管诸如非晶硅、除了 IGZ0之外的半导体氧化物等。在这种类型的混合显示器构型中，硅晶体管(例如，LTPS晶体管)可在期望属性诸如切换速度和良好驱动电流的情况下使用(例如，在考虑切换速度的液晶二极管显示器或有机发光二极管显示器像素的部分中的栅极驱动器)，而氧化物晶体管(例如，IGZ0晶体管)可在期望低漏电流(例如，在液晶二极管显示器像素和显示驱动器电路中)或期望高像素间均匀性的情况下(例如，在有机发光二极管显示器像素阵列中)使用。其他注意事项也可被考虑(例如，与功率消耗、占位面积消耗、磁滞等相关的注意事项)。
[0035]氧化物晶体管诸如IGZ0薄膜晶体管通常是η沟道设备(即，NM0S晶体管)。硅晶体管可使用Ρ-沟道设计或η-沟道设计制成(S卩，LTPS设备可以是PM0S或NM0S)。这些薄膜晶体管结构的组合可提供最佳的性能。
[0036]在有机发光二极管显示器中，每个显示器像素包含相应的有机发光二极管。在图2中示出了示例性有机发光二极管显示器像素22-1的示意图。如图2所示，显示器像素22-1可包括发光二极管26。可将正电源电压ELVDD提供给正电源端子34，并且可将接地电源电压ELVSS提供给接地电源端子36。驱动晶体管28的状态控制流经二极管26的电流量，因此控制来自显示器像素22-1的发射光40的量。
[0037]为确保晶体管28被保持在数据的连续帧之间的期望状态，显示器像素22-1可包括存储电容器诸如存储电容器Cst。存储电容器Cst上的电压在节点A处被施加到晶体管28的栅极以控制该晶体管28。可使用一个或多个开关晶体管诸如开关晶体管30来将数据加载到存储电容器Cst中。当开关晶体管30关闭时，数据线D从存储电容器Cst隔离，并且端子A上的栅极电压等于被存储在存储电容器Cst中的数据值(S卩，来自在显示器14上显示的显示数据的先前帧的数据值)。当在与显示器像素22-1相关联的行中的栅极线G(有时称为扫描线)被断言时，开关晶体管30将被打开并且数据线D上的新的数据信号将被加载到存储电容器Cst中。电容器Cst上的新信号在节点A处被施加到晶体管28的栅极，从而调节晶体管28的状态并且调节由发光二极管26发射的光40的对应量。
[0038]有机发光二极管显示器像素诸如图2的像素22-1可使用在图3中示出的类型的薄膜晶体管结构。在这种类型的结构中，两种不同类型的半导体被使用。如图3所示，电路72可包括显示器像素结构诸如发光二极管阴极端子42和发光二极管阳极端子44。有机发光二极管发射材料47可被插置在阴极42和阳极44之间。电介质层46可用于界定显示器像素的布局并且有时可被称为像素界定层。平面化层50可形成于薄膜晶体管结构52的顶部上。薄膜晶体管结构52可形成于基板24上的缓冲层54上。
[0039]薄膜晶体管结构52可包括硅晶体管58。晶体管58可以是使用“顶栅”设计形成的LTPS晶体管，并且可充当有机发光二极管显示器像素中的开关晶体管(例如，参见图2的像素22-1中的晶体管30)。晶体管58可具有由栅极绝缘体层64(例如，氧化硅层)覆