CN101539691A - 图像显示系统及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像显示系统及其制造方法，而该显示系统包括：显示面板，其中该显示面板包括：下基板、周边电路、至少一个薄膜晶体管、第一透明电极层、及第二透明电极图案。该下基板具有第一表面，且该第一表面被区分成像素区域与驱动器区域。该周边电路位于该第一表面的该驱动器区域内。该至少一个薄膜晶体管位于该像素区域内，且该薄膜晶体管包括有源层、位于该有源层上方的栅极介电层、位于该栅极介电层上方的栅极电极，其中该有源层具有源极与漏极区域。该第一透明电极层直接与漏极区域的一部分重叠并形成电性连接。该第二透明电极图案位于该栅极介电层上，且与该第一透明电极层相对。

Description

图像显示系统及其制造方法
技术领域
本发明有关于一种液晶显示器的形成方法，且特别有关于一种边缘电场切换(Fringe Field Switching，以下简称FFS)型液晶显示器的形成方法。
背景技术
液晶显示器(LCD)具有许多的优点，例如体积小、重量轻、及低电力消耗等，因而已经广泛地被应用于行动显示装置、笔记型电脑、个人电脑(PC)荧幕及电视(TV)等电子产品。就大尺寸荧幕及电视的应用需求而论，其关键在于必须具备快应答速度、高对比率、高透光性及无灰阶反转的宽视角。横向电场切换(in-plane switching，简称IPS)型液晶显示器符合上述高画质图像的关键性特点，且其藉由将液晶分子定向为平行基板以解决视角问题。边缘电场切换(Fringe Field Switching，以下简称FFS)型液晶显示器是藉由边缘电场使面板内几乎均质排列的液晶分子沿电极表层横向旋转，进而产生传统IPS型液晶显示器无法达成的高穿透性效应。典型的FFS型液晶显示器包括像素和相对电极设置于同一基板上的不同层位置。上述像素与相对电极之间的距离小于上基板和下基板之间的距离，使得在电极周围产生边缘电场，进而产生高亮度及广视角效果。
美国专利第US 6,856,371号揭露一种边缘电场切换(FFS)型液晶显示器的电极结构。藉由上、下对称的电极设计，使显示器兼具高显示品质，却不致影响其穿透率。
图1是显示传统边缘电场切换(FFS)型液晶显示器的剖面示意图。一边缘电场切换(FFS)型液晶显示器1包括一第一基板(或称下基板)10、一第二基板(或称上基板)20以及一液晶层30夹置于第一基板10与第二基板20之间的空间，以构成一液晶胞。一相对电极(counter electrode)11以及多条像素电极13设置于第一基板10上。一绝缘层15夹置于相对电极11与像素电极13之间。一下配向层14形成于绝缘层15上，且覆盖像素电极13。一彩色滤光层25及一上配向层24设置于第二基板20的内侧表面，与液晶层30邻接。
图2是显示传统边缘电场切换(FFS)型液晶显示器的基板结构的俯视图。两平行的栅极线3、8与两平行的数据线7彼此相隔且直交，其间所围成的区域定义为一个次像素(sub-pixel)区5。相对电极11与像素电极13形成于次像素区5内。像素电极13包括两电极棒(bar)13a平行于数据线7以及多条倾斜的电极臂13b。各电极臂13b的两端分别与电极棒13a电性连接，且具一倾斜角
Figure A20091011983200051
(直线m与直线m’所夹的角度)。应注意的是，电极臂13b的倾斜角
Figure A20091011983200052
会直接影响FFS型液晶显示器的驱动电压(Vop)。更明确地说，电极臂13b的倾斜角
Figure A20091011983200053
愈大则FFS型液晶显示器所需的驱动电压亦愈大。
就小面板而言，为了使FFS型液晶显示器具低的驱动电压，电极臂13b的倾斜角
Figure A20091011983200054
则必须降低。然而，低的倾斜角
Figure A20091011983200055
(例如小于7°)会造成黑线条效应(disclination effect)，而破坏显示图像的品质。此外，高的倾斜角
Figure A20091011983200056
需要高的驱动电压，因此薄膜晶体管元件TFT的面积必须增加，以提供足够的电荷储存的能力。薄膜晶体管元件TFT的结构包括栅极线3、通道与源极/漏极区域4、以及源极接触6a/漏极接触6b。漏极接触6b藉由一接触窗9与像素电极13连接。然而，若增加薄膜晶体管元件TFT所占的面积，如此势必压缩像素电极13的面积，进而降低FFS型液晶显示器的开口率(aperture ratio)与穿透率(transmittance)。
有鉴于此，业界亟需一种FFS型液晶显示器的电极结构设计，可兼顾其低驱动电压(Vop)的需求，又可避免黑线条效应(disclination effect)及提高其开口率(aperture ratio)与穿透率(transmittance)。
发明内容
本发明一实施例提供一种图像显示系统，而该显示系统包括：显示面板，其中该显示面板包括：下基板、周边电路、至少一个薄膜晶体管、第一透明电极层、及第二透明电极图案。该下基板具有第一表面，且该第一表面被区分成像素区域与驱动器区域。该周边电路位于该第一表面的该驱动器区域内。该至少一个薄膜晶体管位于该像素区域内，且该薄膜晶体管包括有源层、位于该有源层上方的栅极介电层、位于该栅极介电层上方的栅极电极，其中该有源层具有源极与漏极区域。该第一透明电极层直接与漏极区域的一部分重叠并形成电性连接。该第二透明电极图案位于该栅极介电层上，且与该第一透明电极层相对。
本发明另一实施例提供一种图像显示系统的制造方法，而该图像显示系统的制造方法包括：提供显示面板，其中该显示面板包括具有第一表面的下基板，其中该第一表面被区分成像素区域与驱动器区域。该图像显示系统的制造方法还包括：形成位于该驱动器区域上方的第一、二有源层及位于该像素区域上方的第三有源层；形成第一透明电极层，其中该第一透明电极层与该第三有源层的一部分重叠；形成栅极介电层，其中该栅极介电层位于该第一、二、三有源层、及该第一透明电极层上；形成第二透明电极图案，其中该第二透明电极图案位于该栅极介电层上方而与该第一透明电极层相对；执行第一金属化步骤(M1)，以形成位于该第一有源层上方的第一栅极电极、位于该第二有源层上方的第二栅极电极、位于该第三有源层上方的第三、四栅极电极、及覆盖该第二透明电极图案的金属掩模；形成层间介电层，其中该层间介电层位于整个该下基板上方；在整个该下基板上方执行第二金属化步骤(M2)；形成保护层，其中该保护层位于整个该下基板上方；以及将该下基板与上基板接合。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示一习知的边缘电场切换型液晶显示器；
图2是绘示一习知的边缘电场切换型液晶显示器的下基板的剖面图；
图3A～3J是绘示本发明一实施例的图像显示系统的制造方法的剖面图；
图3k绘示根据本发明一实施例的方法所制得的图像显示系统；
图4绘示根据本发明另一实施例的图像显示系统。
主要元件符号说明
m～直线；m’～直线；1～边缘电场切换(FFS)型液晶显示器；3～栅极线；3’～轻掺杂漏极掺杂步骤；4～源极/漏极；5～次像素区；6a～源极接触；6b～漏极接触；7～数据线；8～栅极线；9～接触窗；10～第一基板；11～相对电极；13～像素电极；13a～电极棒；13b～电极臂；14～配向层；15～绝缘层；20～第二基板；24～配向层；25～彩色滤光层；30～液晶层；40～输入元件；50～电子元件；302～基板；304～驱动器区域；306～像素区域；308～缓冲层；310～第一有源层；312～第二有源层；312’～通道区域；314～光致抗蚀剂层；316～通道掺杂；318～光致抗蚀剂层；320～通道区域；322～n型掺杂物离子；324～源极；324a～轻掺杂漏极区域；326～漏极；326a～轻掺杂漏极区域；330～栅极电极；332～栅极电极；337～离子注入步骤；344～源极；346～漏极；1003～共通线；1007～数据线；1009～栅极线；3000～第一透明电极层；3002～栅极介电层；3004～第二透明电极图案；3006～栅极电极；3008～栅极电极；3010～掩模层；3011～光致抗蚀剂图案；3012～层间介电层；3012a～接触洞；3012b～导电材料；3101～第三有源层；3101’～通道区域；3101”～通道区域；3101a～重掺杂n型区域；3101b～重掺杂n型区域；3101c～重掺杂n型区域；3101d～轻掺杂漏极区域；3101e～轻掺杂漏极区域；3101f～轻掺杂漏极区域；3101g～轻掺杂漏极区域；3141～光致抗蚀剂图案；30000～边缘电场切换型液晶显示器。
具体实施方式
图3A～3J是绘示本发明一实施例的图像显示系统的制造方法的剖面图。如图3A所示，提供一干净的基板302，其中，基板302用于制造一薄膜晶体管阵列基板，且其包括一驱动器区域304与一像素区域306；其中，在驱动器区域304内形成周边电路(未显示)；在基板302上方形成缓冲层308。缓冲层308可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或其组合；缓冲层308亦可以是氧化硅层与氮化硅层的堆叠层。在本发明的实施例中，氮化硅层的厚度约350埃～650埃；氧化硅层的厚度约500埃～1600埃。
接着，在缓冲层308上方形成一半导体层(图未显示)。上述半导体层可以是多晶硅层。例如，先以化学气相沉积法形成一非晶硅层，之后进行结晶化或准分子激光退火步骤(ELA)而形成一多晶硅层。上述半导体层经习知的微影蚀刻工艺而形成一第一有源层310、一第二有源层312与一第三有源层3101；其中，第一有源层310、第二有源层312位于基板302的驱动器区域304上方；第三有源层3101位于基板302的像素区域306上方。在本发明的一实施例中，第一有源层310、第二有源层312与第三有源层3101的厚度约350埃～500埃，例如430埃。
参考图3B，以光致抗蚀剂层314覆盖第二有源层312。对第一有源层310与第三有源层3101进行一通道掺杂316，其中，掺杂物可以是硼离子(B+)，且其剂量通常介于0～1E13/cm2。
参考图3C，以光致抗蚀剂图案3141(亦即所谓的W-栅极结构)覆盖第三有源层3101的通道区域3101’与3101”。以另一光致抗蚀剂层318覆盖第一有源层310的通道区域320，并将n型掺杂物离子322注入第一有源层310以形成n型晶体管的源极324与漏极326。同时，将n型掺杂物离子注入暴露的第三有源层3101，因此，形成其重掺杂n型区域3101a、3101b与3101c。在本发明的一实施例中，n型掺杂物离子可以是PHx +，且其剂量约1E14～1E16/cm2。
参考图3D，在移除光致抗蚀剂层314、3141与318之后，于缓冲层308上方形成与部分n型区域3101b接触的第一透明电极层3000。第一透明电极层3000的形成方法包括溅镀或微影蚀刻，而其材料可以是铟锡氧化物或是铟锌氧化物。请注意，第一透明电极层3000系直接与n型区域3101b电性连接而不需要藉由接触孔。
参考图3E，在第一有源层310、第二有源层312、第三有源层3101、第一透明电极层3000与缓冲层308上全面形成一栅极介电层3002，而此栅极介电层3002例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或其组合、或其堆叠层、或其它高介电常数材料。栅极介电层3002的沉积方法可以利用化学气相沉积法。之后，在栅极介电层3002上形成第二透明电极图案3004(亦称为铟锡氧化物指状物(finger))。第二透明电极图案3004的形成方法包括溅镀或微影蚀刻工艺，且其材料可以是铟锡氧化物或是铟锌氧化物。
如图3F所示，沉积一金属层(图未显示)并将其图案化以形成位于第二透明电极上方的扫瞄线(图未显示)、共通电极(图未显示)与栅极电极(或称栅极)330、332、3006、3008与掩模层3010。接着，执行一n型轻掺杂步骤(例如，离子注入)，以在n型晶体管的第一有源层310的通道区域320两侧形成轻掺杂漏极区域324a、326a。而且，位于通道区域3101’两侧的轻掺杂漏极区域3101d、3101e与位于通道区域3101”两侧的轻掺杂漏极区域3101f、3101g同时形成。请注意，在轻掺杂漏极掺杂步骤3’之前，形成位于第二透明电极图案3004上方的掩模3010，以避免第二透明电极图案3004遭受离子轰击。而且，第二透明电极图案3004直接与共通电极电性连接而不需藉由接触孔，且第二透明电极图案3004是狭缝状构造。栅极电极3006、3008、栅极介电层3002与第三有源层3101构成一个双栅极(twin-gate)结构，也就是说，两个栅极共用同一有源层。
在图3G中，形成光致抗蚀剂图案3011以覆盖整个基板302，但是，不包含栅极332与栅极介电层3002的一部分。执行一p型掺杂物离子注入步骤337以在p型晶体管的通道区域312’两侧形成源极344与漏极346。
接着，请参考图3H，移除光致抗蚀剂图案3011。在基板302上方全面沉积一层间介电层3012。通常，根据工艺规格或工艺窗决定介电层3011的厚度与组成。例如，层间介电层3012可以是二氧化硅、聚酰亚胺、旋涂式玻璃、氟掺杂二氧化硅层、黑钻石(应用材料公司的产品)、Xerogel、Aerogel、非晶系氟化碳及/或其它材料。在此实施例中，层间介电层3012是氧化硅与氮化硅所构成的堆叠层。层间介电层3012的形成方法包括化学气相沉积法。而且，进行一退火工艺以活化掺杂物。
如图3I所示，藉由微影蚀刻工艺定义并蚀穿层间介电层3012与栅极介电层3002而形成接触孔3012a。上述蚀刻步骤可以是干蚀刻或湿蚀刻，用以暴露第二透明电极图案3004与掩模3010。掩模3010保护介于第二透明电极图案3004的狭缝间的介电层3002，以避免在接触孔蚀刻步骤中受到侵蚀。
藉由对层间介电层施以溅镀步骤而沉积一导电材料薄膜。如图3J所示，导电材料3012b填充接触孔3012a。导电材料3012b可以是金属或金属合金。数据线也是藉由图案化并蚀刻导电层而形成。在蚀刻数据线时或蚀刻数据线之后移除掩模3010。
之后，形成保护层与平坦层。因为后续步骤属于习知技术，所以在此省略说明。
图3k是绘示根据本发明一实施例的方法所制得的图像显示系统的俯视图。共通线1003、数据线1007与栅极线1009定义像素区域306，而像素区域306包括透明电极层3000、3004、栅极电极3006、3008、有源层3101与填充于接触孔3012a内的导电材料3012b。相较于图1与图2的习知与结构，本发明的实施例的结构省略了一些接触孔，因此增加了开口率。
图4绘示本发明另一较佳实施例中用于显示图像的系统；在此，上述用于显示图像的系统可以是边缘电场切换型液晶显示器30000或是电子元件50。上述薄膜晶体管阵列基板可以装配于显示面板而作成边缘电场切换型液晶显示器面板。在其它实施例中，边缘电场切换型液晶显示器面板可由显示面板与控制器所构成。在其它实施例中，边缘电场切换型液晶显示器30000可以构成各种电子元件((例如，在此为电子元件50))的一部分。一般而言，电子元件50包括边缘电场切换型液晶显示器30000、控制器与输入元件40。而且，输入元件40与边缘电场切换型液晶显示器30000耦接，且提供输入信号(例如，图像信号)至显示面板20以产生图像。电子元件50可以是行动电话、数位相机、个人数位助理(personal digital assistant；PDA)、笔记型电脑、桌上型电脑、电视、车上显示器、全球定位系统、航空显示器或可携式DVD播放机。
如同习知的非边缘电场切换型液晶显示器一样，上述实施例所述的边缘电场切换型液晶显示器可仅由9道光掩模工艺完成。而且，不需要漏极侧的接触孔(例如与n型区域3101b连接的接触洞)，因此增加了开口率。另外，如同先前所述，共通电极系与第二透明电极直接连接，因此不需要额外的接触孔。故，相较于形成边缘电场切换型薄膜晶体管结构的习知技术而言，每个像素可以省略两个接触孔。介于两透明电极层间的介电层具有与栅极介电层相同的厚度，且较习知的边缘电场切换型薄膜晶体管结构所使用者为薄，因此所需的边缘电场切换驱动电压较低。而且，因为介电层薄，所以储存电容值高。因此，此液晶模式较少串音干扰的问题，且可以忍受较高背光源强度。
虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种图像显示系统，包括：
显示面板，包括：
下基板，其具有第一表面，其中该第一表面被区分成像素区域与驱动器区域；
周边电路，其位于该第一表面的该驱动器区域内；
至少一个薄膜晶体管，其位于该像素区域内，其中该薄膜晶体管包括有源层、位于该有源层上方的栅极介电层、位于该栅极介电层上方的栅极电极，其中该有源层具有源极与漏极区域；
第一透明电极层，其直接与漏极区域的一部分重叠并形成电性连接；以及
第二透明电极图案，其位于该栅极介电层上，与该第一透明电极层相对。
2.如权利要求1所述的图像显示系统，还包括：
多个共通电极，其不透过接触孔而直接与该第二透明电极图案形成电性连接。
3.如权利要求1所述的图像显示系统，还包括：
层间介电层，其位于该至少一个薄膜晶体管上方，暴露出该第二透明电极图案。
4.如权利要求1所述的图像显示系统，其中该第二透明电极图案为一狭缝状结构。
5.如权利要求1所述的图像显示系统，其中该至少一个薄膜晶体管为一个双栅极结构，而在该双栅极结构中两个栅极共用同一有源层。
6.一种图像显示系统的制造方法，包括：
提供一显示面板，其中，该显示面板包括：
下基板，其具有第一表面，其中该第一表面被区分成像素区域与驱动器区域；
形成位于该驱动器区域上方的第一有源层、第二有源层以及位于该像素区域上方的第三有源层；
形成第一透明电极层，其中该第一透明电极层与该第三有源层的一部分重叠；
形成栅极介电层，其中该栅极介电层位于该第一、二、三有源层及该第一透明电极层上；
形成第二透明电极图案，其中该第二透明电极图案位于该栅极介电层上方而与该第一透明电极层相对；
执行第一金属化步骤，以形成位于该第一有源层上方的第一栅极电极、位于该第二有源层上方的第二栅极电极、位于该第三有源层上方的第三、四栅极电极以及覆盖该第二透明电极图案的金属掩模；
形成层间介电层，其中该层间介电层位于整个该下基板上方；
在整个该下基板上方执行第二金属化步骤；
形成保护层，其中该保护层位于整个该下基板上方；以及
将该下基板与上基板接合。
7.如权利要求6所述的图像显示系统的制造方法，其中该第二透明电极图案为一狭缝状结构。
8.如权利要求6所述的图像显示系统的制造方法，还包括：
在该第一金属化步骤之后执行轻掺杂漏极的掺杂步骤，其中以该第一、三、四栅极电极作为掩模而形成该第一、三、四栅极电极的个别轻掺杂漏极。
9.如权利要求8所述的图像显示系统的制造方法，还包括：
在该轻掺杂漏极的掺杂步骤之后形成位于该整个下基板上方的光致抗蚀剂图案，其中该光致抗蚀剂图案未覆盖该第二栅极电极与该第二有源层；
执行p型掺杂，其中以该第二栅极电极作为掩模而形成该第二有源层的源极与漏极区域；以及
移除该光致抗蚀剂图案。
10.如权利要求9所述的图像显示系统的制造方法，其中在整个该下基板上方执行第二金属化步骤包括：
在层间介电层内形成接触孔，以暴露出该第一、二有源层的源极与漏极区域、及该第三有源层的源极区域，其中，同时移除位于该金属掩模与该第二透明电极图案上方的该层间介电层的一部分；
以导电材料填充该接触孔，其中该导电材料形成数据线；以及
移除该金属掩模。
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