CN101424848B - Tft-lcd像素结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TFT-LCD像素结构及其制造方法，其中像素结构包括栅线、数据线、薄膜晶体管和像素电极，其中栅线通过薄膜晶体管与本行的像素电极连接，还包括薄膜二极管，所述栅线通过所述薄膜二极管与下一行的像素电极连接；制造方法包括：在基板上形成栅线、第一栅电极和第二栅电极；形成栅绝缘层，并形成栅绝缘层过孔；形成第一非晶硅层、第一n+非晶硅层、第二非晶硅层和第二n+非晶硅层；形成数据线、金属电极层和源漏电极层；沉积钝化层；形成像素电极。本发明提出的TFT-LCD像素结构及其制造方法，有效的改善了影像残留现象；同时与现有技术相比，保证了开口率，提高了画面品质。

Description

TFT-LCD像素结构及其制造方法 
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)像素结构及其制造方法，尤其涉及一种在栅线和下一行的像素电极之间设置薄膜二极管的TFT-LCD像素结构及其制造方法，属于液晶显示器制造领域。 
背景技术
影像残留是TFT-LCD画面品质有待改善的问题之一。TFT-LCD的显示方式为保持模式，如果长时间在同一画面下，受驱动的液晶将被极化，造成液晶偏转不受信号电压控制，使屏幕切换成其他画面时仍显示上一段时间的画面，这种现象称为影像残留。例如，在长时间显示典型的黑白图案后，再切换成其他画面，如典型的灰度画面，就会发现仍然部分显示上述黑白图案，存在影像残留问题。目前的初步研究表明，影像残留与取向层的材料相关，前述长时间显示的画面，在液晶两侧取向层材料或其他储能微结构中造成电荷累积，在像素电极之间产生额外的压差，即一定的直流偏压，从而引起在不施加同一图像数据信号时，仍然使得液晶分子相似极化产生部分同样的旋光性效果。目前针对影像残留问题的主要策略是材料多元化和变更工艺，取得了一定的进展。 
图6为现有技术TFT-LCD像素结构的示意图，图7为现有技术TFT-LCD像素结构等效电路的示意图，包括第一薄膜晶体管2、栅线3、本行的像素电极4、下一行的像素电极5、数据线6、公共电极7以及第二薄膜晶体管8，在栅线3和下一行的像素电极5之间设有第二薄膜晶体管8，当本行的扫描信号到来时，栅线3控制公共电极7与下一行的像素电极5连接，从而将下 一行的像素电极5上累积的电荷释放；当下一行扫描信号到来时，下一行的像素电极5上不再存在累积电荷，因此，改善了影像残留现象。 
但是，现有技术中TFT-LCD像素结构具有以下缺点：如图6所示，第二薄膜晶体管8占用了下一行的像素电极5的部分区域，势必造成开口率的下降，影响TFT-LCD的亮度和对比度等画面品质。 
发明内容
本发明的目的是提供一种TFT-LCD像素结构及其制造方法，在不影响开口率的前提下，能有效改善影像残留现象，提高TFT-LCD的画面品质。 
为了实现上述目的，本发明提供了一种TFT-LCD像素结构，包括栅线、数据线、薄膜晶体管和像素电极，其中栅线通过薄膜晶体管与本行的像素电极连接，还包括薄膜二极管，所述栅线与所述薄膜二极管的第一栅电极连接，并通过所述薄膜二极管的金属电极层与下一行的像素电极连接。 
所述薄膜二极管可以包括： 
所述第一栅电极，形成在基板上，且与所述栅线连接； 
栅绝缘层，形成在所述第一栅电极上，并覆盖整个基板，且在第一栅电极上方位置形成有栅绝缘层过孔； 
第一非晶硅层，形成在所述栅绝缘层上，并通过所述栅绝缘层过孔与所述第一栅电极连接； 
第一n+非晶硅层，形成在所述第一非晶硅层上； 
所述金属电极层，形成在所述第一n+非晶硅层上，位于第一栅电极上方； 
钝化层，形成在所述金属电极层上，并覆盖整个基板，且形成有使像素电极与金属电极层连接的钝化层第一过孔。 
为了实现上述目的，本发明还提供了一种TFT-LCD像素结构的制造方法，包括： 
步骤1、在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成栅线、 第一栅电极和第二栅电极，所述第一栅电极和第二栅电极与所述栅线连接； 
步骤2、在完成步骤1的基板上沉积栅绝缘层，通过光刻工艺和干刻工艺在第一栅电极上方位置形成栅绝缘层过孔； 
步骤3、在完成步骤2的基板上连续沉积非晶硅薄膜和n+非晶硅薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺在第一栅电极上方形成第一非晶硅层和第一n+非晶硅层，且使所述第一非晶硅层通过所述栅绝缘层过孔与第一栅电极连接；在第二栅电极上方形成第二非晶硅层和第二n+非晶硅层； 
步骤4、在完成步骤3的基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成数据线、金属电极层和源漏电极层，所述源漏电极层的源电极与数据线连接；其中金属电极层位于第一栅电极上方，包含源电极和漏电极的源漏电极层位于第二栅电极上方，同时蚀刻掉源漏电极层处暴露的第二n+非晶硅层，形成沟道区域； 
步骤5、在完成步骤4的基板上沉积钝化层，通过光刻工艺和蚀刻工艺在金属电极层上方位置形成钝化层第一过孔，在源漏电极层的漏电极上方位置形成钝化层第二过孔； 
步骤6、在完成步骤5的基板上沉积像素电极层，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成像素电极，其中本行的像素电极通过钝化层第二过孔与所述源漏电极层的漏电极连接，下一行的像素电极通过钝化层第一过孔与所述金属电极层连接。 
本发明提出了一种TFT-LCD像素结构及其制造方法，栅线通过薄膜二极管与下一行的像素电极连接，利用二极管正向导通、反向截止的特点，在扫描信号到来时，将栅线的栅电极高电位引入下一行的像素电极，消除了下一行的像素电极残留的上一帧信号，避免了在同一画面长时间作用下的电荷残留造成的像素电极之间的直流偏压，有效地改善了影像残留现象；同时与现有技术相比，保证了开口率，提高了画面品质。 
附图说明
图1为本发明TFT-LCD像素结构的示意图； 
图2为本发明TFT-LCD像素结构等效电路的示意图； 
图3为图1中A-A向的剖面图； 
图4为图1中B-B向的剖面图； 
图5为本发明TFT-LCD像素结构的制造方法的流程图； 
图6为现有技术TFT-LCD像素结构的示意图； 
图7为现有技术TFT-LCD像素结构等效电路的示意图。 
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 
图1为本发明TFT-LCD像素结构示意图，图2为本发明TFT-LCD像素结构等效电路的示意图，TFT-LCD像素结构包括薄膜二极管1、薄膜晶体管2、栅线3、本行的像素电极4、下一行的像素电极5以及数据线6，其中薄膜晶体管2位于栅线3和本行的像素电极4之间，数据线6通过薄膜晶体管2与本行的像素电极4连接；薄膜二极管1位于栅线3和下一行的像素电极5之间，栅线3通过薄膜二极管1与下一行的像素电极5连接。本实施例利用薄膜二极管1正向导通、反向截止的特点，当本行的扫描信号到来时，将栅线3的栅电极高电位引入下一行的像素电极5，消除下一行的像素电极5上残留的上一帧信号，避免了在同一画面长时间作用下的电荷残留造成的像素电极之间的直流偏压，有效的改善了影像残留现象。 
图3为图1中A-A向的剖面图，可以进一步说明本发明TFT-LCD像素结构。如图3所示，薄膜二极管1由依次形成在基板10上的第一栅电极11、栅绝缘层12、第一非晶硅层13、第一n+非晶硅层14、金属电极层15和钝化层16构成，其中第一栅电极11与栅线3连接，第一栅电极11作为薄膜二极管1的开关；栅绝缘层12上位于第一栅电极11的位置设有栅绝缘过孔17， 第一非晶硅层13通过该栅绝缘过孔17与第一栅电极11接触；金属电极层15位于第一栅电极11的上方；钝化层16上设有钝化层第一过孔18，下一行的像素电极5通过钝化层第一过孔18与金属电极层15连接。 
图4为图1中B-B向的剖面图。如图4所示，薄膜晶体管2由依次形成在基板10上的第二栅电极21、栅绝缘层12、第二非晶硅层22、第二n+非晶硅层23、源漏电极层24和钝化层16构成，其中第二栅电极21与栅线3连接，第二栅电极21作为薄膜晶体管2的开关；第二非晶硅层22位于第二栅电极21上方，且作为沟道区域；源漏电极层24位于第二栅电极21上方，包括源电极241和漏电极242，源电极241与数据线6连接；钝化层16上设有钝化层第二过孔25，本行的像素电极4通过第二过孔25与源漏电极层24的漏电极242连接。 
本实施例提供的TFT-LCD像素结构，通过在栅线3和下一行的像素电极5之间设置薄膜二极管1，薄膜二极管1由第一栅电极11、第一非晶硅层13、第一n+非晶硅层14和金属电极层15构成，利用薄膜二极管1正向导通、反相截止的特点，在扫描信号到来时，与栅线3连接的第一栅电极11为高电位，使第一栅电极11通过第一非晶硅层13、第一n+非晶硅层14与金属电极层15导通，即由与栅线3连接的第一栅电极11通过金属电极层15将高电位引入下一行的像素电极5，消除了下一行的像素电极5残留的上一帧信号，避免了在同一画面长时间作用下的电荷残留造成的像素电极之间的直流偏压，有效的改善了影像残留现象；同时与现有技术相比，保证了开口率，提高了画面品质。 
下面通过TFT-LCD像素结构的制造过程说明本发明的技术方案。 
使用磁控溅射的方法，在基板10上制备一层厚度为1000至7000
Figure 2007101764667_1
的金属薄膜。金属薄膜通常使用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或铜等金属，也可以使用上述几种材料薄膜的组合。用栅电极和栅线掩膜版通过曝光工艺和化学腐蚀工艺，在基板10的一定区域上形成栅线3、第一栅电极11 和第二栅电极21，第一栅电极11和第二栅电极21与栅线3连接。 
利用化学汽相沉积的方法在形成栅线3、第一栅电极11和第二栅电极21的基板上连续沉积厚度为 
Figure S2007101764667D00061
的栅绝缘层薄膜，并通过掩膜曝光和干刻工艺，在第一栅电极11上方形成栅绝缘层过孔17。 
利用化学汽相沉积的方法在形成栅绝缘层12的基板10上形成厚度为 
Figure S2007101764667D00062
的非晶硅薄膜和厚度为 
Figure S2007101764667D00063
的n+非晶硅薄膜，利用有源层的掩膜版通过曝光和蚀刻工艺，在第一栅电极11上方形成第一非晶硅层13和第一n+非晶硅层14，且使第一非晶硅层13通过栅绝缘层过孔17与第一栅电极11连接；与此同时，在第二栅电极21上方形成第二非晶硅层22和第二n+非晶硅层23。 
采用和栅电极类似的制备方法，在基板10上淀积一层厚度为 
Figure S2007101764667D00064
Figure S2007101764667D00065
金属薄膜，通常使用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或铜等金属，也可以使用上述几种材料薄膜的组合。通过掩膜版在一定区域上形成数据线6、源漏电极层24和金属电极层15，包含源电极241和漏电极242的源漏电极层24位于第二栅电极21上方，金属电极层15位于第一栅电极11上方，源漏电极层24的源电极241与数据线6连接；采用蚀刻工艺去掉源漏电极层24处暴露的第二n+非晶硅层23，露出第二非晶硅层22，形成沟道区域。 
用制备栅绝缘层和有源层类似的方法，在整个基板10上沉积一层厚度为 
Figure S2007101764667D00066
的钝化层16，其材料通常是氮化硅。通过钝化层的掩膜版，利用曝光和蚀刻工艺在金属电极层15上方位置形成钝化层第一过孔18和在源漏电极层24的漏电极241的上方位置形成钝化层第二过孔25。 
使用磁控溅射的方法在基板10上形成厚度为 
Figure S2007101764667D00067
透明电极，常用的透明电极为氧化铟锡等，通过掩膜光刻和化学腐蚀等工艺，形成本行的像素电极4和下一行的像素电极5，使本行的像素电极4通过钝化层第二过孔25与源漏电极层24的漏电极242连接，下一行的像素电极5通过钝化层第一过孔18与金属电极层15连接。 
如图5所示，为本发明TFT-LCD像素结构的制造方法的流程图，具体包括以下步骤： 
步骤1、在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成栅线、第一栅电极和第二栅电极，第一栅电极和第二栅电极与栅线连接； 
步骤2、在完成步骤1的基板上沉积栅绝缘层，通过光刻工艺和干刻工艺在第一栅电极上方位置形成栅绝缘层过孔； 
步骤3、在完成步骤2的基板上连续沉积非晶硅薄膜和n+非晶硅薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺在第一栅电极上方形成第一非晶硅层和第一n+非晶硅层，且使第一非晶硅层通过栅绝缘层过孔与第一栅电极连接；在第二栅电极上方形成第二非晶硅层和第二n+非晶硅层； 
步骤4、在完成步骤3的基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成数据线、金属电极层和源漏电极层，源漏电极层的源电极与数据线连接；其中金属电极层位于第一栅电极上方，包含源电极和漏电极的源漏电极层位于第二栅电极上方，同时蚀刻掉源漏电极层处暴露的第二n+非晶硅层，形成沟道区域； 
步骤5、在完成步骤4的基板上沉积钝化层，通过光刻工艺和蚀刻工艺在金属电极层上方位置形成钝化层第一过孔，在源漏电极层的漏电极上方位置形成钝化层第二过孔； 
步骤6、在完成步骤5的基板上沉积像素电极层，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成像素电极，其中本行的像素电极通过钝化层第二过孔与源漏电极层的漏电极连接，下一行的像素电极通过钝化层第一过孔与金属电极层连接。 
进一步地，步骤1中，使用磁控溅射的方法，在基板上制备一层厚度为 至 
Figure S2007101764667D00072
的金属薄膜。金属薄膜通常使用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或铜等金属，也可以使用上述几种材料薄膜的组合。用栅电极和栅线掩膜版通过曝光工艺和化学腐蚀工艺，在基板的一定区域上形成栅线、第一栅电极和第二栅电极，第一栅电极和第二栅电极与栅线连接。 
步骤2中，利用化学汽相沉积的方法在形成栅线、第一栅电极和第二栅电极的基板上连续沉积厚度为 
Figure S2007101764667D00081
的栅绝缘层薄膜，并通过掩膜曝光和干刻工艺，在第一栅电极上方形成栅绝缘层过孔。 
步骤3中，利用化学汽相沉积的方法在形成栅绝缘层的基板上形成厚度为 的非晶硅薄膜和厚度为 
Figure S2007101764667D00083
的n+非晶硅薄膜，利用有源层的掩膜版通过曝光和蚀刻工艺，在第一栅电极上方形成第一非晶硅层和第一n+非晶硅层，且使第一非晶硅层通过栅绝缘层过孔与第一栅电极连接；与此同时，在第二栅电极上方形成第二非晶硅层和第二n+非晶硅层。 
步骤4中，采用和栅电极类似的制备方法，在基板上淀积一层厚度为 
Figure S2007101764667D00084
金属薄膜，通常使用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或铜等金属，也可以使用上述几种材料薄膜的组合。通过掩膜版在一定区域上形成数据线、源漏电极层和金属电极层，包含源电极和漏电极的源漏电极层位于第二栅电极上方，金属电极层位于第一栅电极上方，源漏电极层的源电极与数据线连接；采用蚀刻工艺去掉源漏电极层处暴露的第二n+非晶硅层，露出第二非晶硅层，形成沟道区域。 
步骤5中，用制备栅绝缘层和有源层类似的方法，在整个基板上沉积一层厚度为 
Figure S2007101764667D00085
的钝化层，其材料通常是氮化硅。通过钝化层的掩膜版，利用曝光和蚀刻工艺在金属电极层上方位置形成钝化层第一过孔和在源漏电极层的漏电极的上方位置形成钝化层第二过孔。 
步骤6中，使用磁控溅射的方法在基板上形成厚度为 
Figure S2007101764667D00086
透明电极，常用的透明电极为氧化铟锡等，通过掩膜光刻和化学腐蚀等工艺，形成本行的像素电极和下一行的像素电极，使本行的像素电极通过钝化层第二过孔与源漏电极层的漏电极连接，下一行的像素电极通过钝化层第一过孔与金属电极层连接。 
本发明TFT-LCD像素结构的制造方法，栅线通过薄膜二极管与下一行的像素电极连接，薄膜二极管由第一栅电极、第一非晶硅层、第一n+非晶硅层 和金属电极层构成，利用薄膜二极管正向导通、反相截止的特点，在扫描信号到来时，与栅线连接的第一栅电极为高电位，使第一栅电极通过第一非晶硅层、第一n+非晶硅层与金属电极层导通，即由与栅线连接的第一栅电极通过金属电极层将高电位引入下一行的像素电极，消除了下一行的像素电极残留的上一帧信号，避免了在同一画面长时间作用下的电荷残留造成的像素电极之间的直流偏压，有效的改善了影像残留现象；同时与现有技术相比，保证了开口率，提高了画面品质；此外，本发明TFT-LCD像素结构在现有的工艺条件下即可实施。 
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (10)

1.一种TFT-LCD像素结构，包括栅线、数据线、薄膜晶体管和像素电极，其中栅线通过薄膜晶体管与本行的像素电极连接，其特征在于，还包括薄膜二极管，所述栅线与所述薄膜二极管的第一栅电极连接，并通过所述薄膜二极管的金属电极层与下一行的像素电极连接。
2.根据权利要求1所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，所述薄膜二极管包括：
所述第一栅电极，形成在基板上，且与所述栅线连接；
栅绝缘层，形成在所述第一栅电极上，并覆盖整个基板，且在第一栅电极上方位置形成栅绝缘层过孔；
第一非晶硅层，形成在所述栅绝缘层上，并通过所述栅绝缘层过孔与所述第一栅电极连接；
第一n+非晶硅层，形成在所述第一非晶硅层上；
所述金属电极层，形成在所述第一n+非晶硅层上，位于所述第一栅电极上方；
钝化层，形成在所述金属电极层上，并覆盖整个基板，且形成有使像素电极与金属电极层连接的钝化层第一过孔。
3.根据权利要求1或2所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，所述薄膜晶体管包括：
第二栅电极，形成在基板上，且与所述栅线连接；
栅绝缘层，形成在所述第二栅电极上，并覆盖整个基板；
第二非晶硅层，形成在所述栅绝缘层上，位于第二栅电极上方；
第二n+非晶硅层，形成在所述第二非晶硅层上；
源漏电极层，形成在所述第二n+非晶硅层上，位于第二栅电极上方，并在源漏电极层的源电极和漏电极之间形成沟道区域；
钝化层，形成在所述源漏电极层上，并覆盖整个基板，且形成有使像素电极与源漏电极层的漏电极连接的钝化层第二过孔。
4.根据权利要求2所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，所述第一 栅电极的材料为钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬或铜，或者上述材料的任一组合；所述金属电极层的材料为钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬或铜，或者上述材料的任一组合。 
5.根据权利要求3所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，所述钝化层的材料是氮化硅。 
6.根据权利要求3所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，所述像素电极的材料为氧化铟锡。 
7.一种TFT-LCD像素结构的制造方法，其特征在于，包括： 
步骤1、在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成栅线、第一栅电极和第二栅电极，所述第一栅电极和第二栅电极与所述栅线连接； 
步骤2、在完成步骤1的基板上沉积栅绝缘层，通过光刻工艺和干刻工艺在第一栅电极上方位置形成栅绝缘层过孔； 
步骤3、在完成步骤2的基板上连续沉积非晶硅薄膜和n+非晶硅薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺在第一栅电极上方形成第一非晶硅层和第一n+非晶硅层，且使所述第一非晶硅层通过所述栅绝缘层过孔与第一栅电极连接；在第二栅电极上方形成第二非晶硅层和第二n+非晶硅层； 
步骤4、在完成步骤3的基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成数据线、金属电极层和源漏电极层，所述源漏电极层的源电极与数据线连接；其中金属电极层位于第一栅电极上方，包含源电极和漏电极的源漏电极层位于第二栅电极上方，同时蚀刻掉源漏电极层处暴露的第二n+非晶硅层，形成沟道区域； 
步骤5、在完成步骤4的基板上沉积钝化层，通过光刻工艺和蚀刻工艺在金属电极层上方位置形成钝化层第一过孔，在源漏电极层的漏电极上方位置形成钝化层第二过孔； 
步骤6、在完成步骤5的基板上沉积像素电极层，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成像素电极，其中本行的像素电极通过钝化层第二过孔与所述源漏电 极层的漏电极连接，下一行的像素电极通过钝化层第一过孔与所述金属电极层连接。 
8.根据权利要求7所述的TFT-LCD像素结构的制造方法，其特征在于，所述步骤1和步骤4中沉积的金属薄膜的材料为钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬或铜，或者上述材料的任一组合。 
9.根据权利要求7所述的TFT-LCD像素结构的制造方法，其特征在于，所述步骤5中沉积的钝化层的材料为氮化硅。 
10.根据权利要求7所述的TFT-LCD像素结构的制造方法，其特征在于，所述步骤6中沉积的像素电极层的材料为氧化铟锡。 
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