CN102394247A - 薄膜晶体管元件及显示面板的像素结构与驱动电路 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜晶体管元件及显示面板的像素结构与驱动电路。薄膜晶体管元件设置于一基板上。薄膜晶体管元件包括一栅极、一半导体通道层、一栅极绝缘层位于栅极与半导体通道层之间、一源极与一漏极分别位于半导体通道层的两相对侧并分别与半导体通道层部分重叠、一电容电极至少与栅极部分重叠，以及一电容介电层位于电容电极与栅极之间。电容电极、栅极与电容介电层形成一电容元件。

Description

薄膜晶体管元件及显示面板的像素结构与驱动电路
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管元件及显示面板的像素结构与驱动电路，尤指一种具有栅极与电容电极垂直重叠而形成一电容元件的薄膜晶体管元件，以及设置有上述薄膜晶体管元件的显示面板的像素结构与驱动电路。
背景技术
平面显示面板，例如液晶显示面板，由于具有轻薄短小、低辐射与低耗电等特性，已取代传统阴极射线管显示器成为显示器市场的主流产品。在平面显示面板的发展上，窄边框设计与高解析度规格为发展的两大主要趋势。在现行的平面显示面板中，为了减少驱动芯片的数目，已发展出栅极驱动电路整合于阵列基板的作法(一般称为GOA电路)。然而，随着解析度的提升，制作在周边区的GOA电路所占的面积也必须增加，因此使得平面显示面板的边框无法进一步缩减，而影响窄边框平面显示面板的发展。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种薄膜晶体管元件及显示面板的像素结构与驱动电路，以提高显示面板的像素结构的开口率及缩减显示面板的边框。
本发明的一较佳实施例提供一种薄膜晶体管元件，设置于一基板上。薄膜晶体管元件包括一栅极、一半导体通道层、一栅极绝缘层位于栅极与半导体通道层之间、一源极与一漏极分别位于半导体通道层的两相对侧并分别与半导体通道层部分重叠、一电容电极至少与栅极部分重叠，以及一电容介电层位于电容电极与栅极之间。电容电极、栅极与电容介电层形成一电容元件。
本发明的另一较佳实施例提供一种显示面板的像素结构，设置于一基板上。显示面板的像素结构包括一薄膜晶体管元件，以及一像素电极。薄膜晶体管元件包括一栅极、一半导体通道层、一栅极绝缘层位于栅极与半导体通道层之间、一源极与一漏极分别位于半导体通道层的两相对侧并分别与半导体通道层部分重叠、一电容电极至少与栅极部分重叠，以及一电容介电层位于电容电极与栅极之间。像素电极分别与漏极与电容电极电性连接，且电容电极、栅极与电容介电层形成一储存电容元件。
本发明的又一较佳实施例提供一种显示面板的驱动电路，包括多个驱动单元.且各驱动单元包括一薄膜晶体管元件与一电容元件。薄膜晶体管元件包括一栅极、一半导体通道层、一栅极绝缘层位于栅极与半导体通道层之间，以及一源极与一漏极分别位于半导体通道层的两相对侧并分别与半导体通道层部分重叠。电容元件包括一电容电极至少与薄膜晶体管元件的栅极部分重叠、一电容介电层位于电容电极与栅极之间，以及薄膜晶体管元件的栅极。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：
图1绘示了本发明的第一较佳实施例的薄膜晶体管元件的示意图；
图2绘示了本发明的第二较佳实施例的薄膜晶体管元件的示意图；
图3绘示了本发明的第二较佳实施例的一变化型的薄膜晶体管元件的示意图；
图4绘示了本发明的一较佳实施例的显示面板的像素结构；
图5绘示了图4的显示面板的像素结构的等效电路图；
图6绘示了本发明的另一较佳实施例的显示面板的驱动电路。
其中，附图标记
10    薄膜晶体管元件        12    基板
14    栅极                  16    半导体通道层
18    栅极绝缘层            20S   源极
20D   漏极                  22    电容电极
24    电容介电层            C     电容元件
30    薄膜晶体管元件        30’  薄膜晶体管元件
50    显示面板的像素结构    40    薄膜晶体管元件
GL    栅极线                DL    数据线
52      像素电极          54      保护层
56      共通电极          Clc     液晶电容
Cst     储存电容元件      60      驱动电路
62      驱动单元          70      薄膜晶体管元件
Gn      栅极线            Gn+1    栅极线
Gn+2    栅极线            Gn+3    栅极线
具体实施方式
为使熟悉本发明所属技术领域的普通技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
请参考图1。图1绘示了本发明的第一较佳实施例的薄膜晶体管元件的示意图。如图1所示，本实施例的薄膜晶体管元件10设置于一基板12，例如被包括于一显示面板的阵列基板。薄膜晶体管元件10包括一栅极14、一半导体通道层16、一栅极绝缘层18、一源极20S与一漏极20D、一电容电极22，以及一电容介电层24。栅极绝缘层18位于栅极14与半导体通道层16之间，源极20S与漏极20D分别位于半导体通道层16的两相对侧并分别与半导体通道层16部分重叠。此外，电容介电层24位于电容电极22与栅极14之间，电容电极22至少与栅极14部分重叠，且电容电极22、栅极14与电容介电层24形成一电容元件C。换言之，栅极14除了作为薄膜晶体管10的栅极，亦作为电容元件C的另一电容电极。电容电极22大体上对应于栅极14，也就是说，电容电极22与栅极14大体上可具有相同的尺寸，但不以此为限。例如电容电极22的尺寸亦可大于或小于栅极14的尺寸。在本实施例中，薄膜晶体管元件10为一底栅型(bottom gate type)薄膜晶体管元件，因此电容介电层24位于电容电极22之上，栅极14位于电容介电层24之上，栅极绝缘层18位于栅极14之上，半导体通道层16位于栅极绝缘层18上，且源极20S与漏极20D至少位于半导体通道层16之上。另外，源极20S以及漏极20D与半导体通道层16之间可分别设置欧姆接触层(图未示)。如图1所示，由于电容元件C的电容值与电容电极22的面积呈正比，因此当所需的电容值愈大时，电容电极22的面积亦愈大，而由于本发明的电容电极22与栅极14在垂直方向上重叠，因此电容元件C不会额外占据基板12的面积，而可有效提升积集度。
本发明的薄膜晶体管元件并不以上述实施例为限。下文将依序介绍本发明的其它较佳实施例的薄膜晶体管元件，且为了便于比较各实施例的相异处并简化说明，在下文的各实施例中使用相同的符号标注相同的元件，且主要针对各实施例的相异处进行说明，而不再对重复部分进行赘述。
请参考图2。图2绘示了本发明的第二较佳实施例的薄膜晶体管元件的示意图。如图2所示，不同于第一较佳实施例，本实施例的薄膜晶体管元件30为一顶栅型(top gate type)薄膜晶体管元件，因此半导体通道层16位于基板12上，源极20S与漏极20D位于半导体通道层16之上，栅极绝缘层18位于半导体通道层16、源极20S与漏极20D之上，栅极14位于栅极绝缘层18之上，电容介电层24位于栅极14之上，且电容电极22位于电容介电层24之上。电容电极22至少与栅极14部分重叠，且电容电极22、栅极14与电容介电层24形成一电容元件C。
请参考图3。图3绘示了本发明的第二较佳实施例的一变化型的薄膜晶体管元件的示意图。如图3所示，不同于第二较佳实施例，在本变化型中，薄膜晶体管元件30’的源极20S与漏极20D位于基板12上，半导体通道层16位于基板12、源极20S与漏极20D之上，栅极绝缘层18位于半导体通道层16之上，栅极14位于栅极绝缘层18之上，电容介电层24位于栅极14之上，且电容电极22位于电容介电层24之上。电容电极22至少与栅极14部分重叠，且电容电极22、栅极14与电容介电层24形成一电容元件C。
由上述可知，本发明的薄膜晶体管元件的电容电极与栅极可形成电容元件，且电容电极与栅极在垂直方向上重叠，因此不会额外占据基板的面积，而可有效提升积集度。本发明的薄膜晶体管元件可应用于任何需要将电容元件与薄膜晶体管的栅极电性连接的电子装置上，下文将介绍本发明的薄膜晶体管元件在应用上的实施例。
请参考图4与图5，并一并参考图1至图3。图4绘示了本发明的一较佳实施例的显示面板的像素结构，而图5绘示了图4的显示面板的像素结构的等效电路图。如图4与图5所示，本实施例的显示面板的像素结构50，例如可为一液晶显示面板的像素结构，其设置于基板12上。显示面板的像素结构50包括一栅极线GL、一数据线DL、一薄膜晶体管元件40，以及一像素电极52。薄膜晶体管元件40包括一栅极14、一半导体通道层16、一栅极绝缘层18位于栅极14与半导体通道层16之间、一源极20S与一漏极20D分别位于半导体通道层16的两相对侧并分别与半导体通道层16部分重叠、一电容电极22至少与栅极14部分重叠，以及一电容介电层24，位于电容电极22与栅极14之间。在本实施例中，显示面板的像素结构50的薄膜晶体管元件40可为前述本发明的第一、第二较佳实施例或其变化型所述的薄膜晶体管元件。像素电极52设置于一保护层54上，其中保护层54部分暴露出薄膜晶体管元件40的漏极20D，借此像素电极52与漏极20D电性连接。显示面板的像素结构50另包括一共通电极56(图4未示)以及一液晶层(图未示)，且像素电极52、共通电极56与其间的液晶层可形成一液晶电容Clc。另外，电容电极22另延伸至像素电极52的下方，且保护层54、栅极绝缘层18与电容介电层24部分暴露出电容电极22，借此像素电极52与电容电极22电性连接。通过上述配置，电容电极22、栅极14与电容介电层24可形成一储存电容元件Cst，且部分的电容电极22与栅极14在垂直方向上重叠，可有效提升显示面板的像素结构50的开口率。在本实施例中，与栅极14对应的电容电极22以及延伸出栅极14而与像素电极52电性连接的电容电极22可为同一层图案化导电层所构成，但不以此为限，例如与栅极14对应的电容电极22以及延伸出栅极14而与像素电极52电性连接的电容电极22亦可由不同的图案化导电层形成，并利用桥接方式形成电性连接。
请参考图6，并一并参考图1至图3。图6绘示了本发明的另一较佳实施例的显示面板的驱动电路。如图6所示，本实施例的显示面板的驱动电路60包括多个驱动单元62。在本实施例中，显示面板的驱动电路以一栅极驱动电路为例，且各驱动单元62分别为栅极驱动电路的移位寄存电路(shift registercircuit)单元，但本发明的显示面板的驱动电路并不以此为限。各驱动单元62包括一薄膜晶体管元件70以及一电容元件C，其中薄膜晶体管元件70可为前述本发明的第一、第二较佳实施例或其变化型所述的薄膜晶体管元件。各驱动单元62的电容元件C系与薄膜晶体管元件70的栅极14电性连接，亦即电容电极22与栅极14形成电容元件C，且电容电极22至少与栅极14部分重叠。此外，各驱动单元62分别与对应的栅极线例如Gn、Gn+1、Gn+2、Gn+3电性连接。本实施例的显示面板的驱动电路60用以提供显示面板所需的栅极驱动信号，而由于驱动单元62的电容电极22与栅极14在垂直方向上重叠，因此电容元件C不会额外占据面积，而可有效缩减显示面板的驱动电路的面积，符合窄边框的要求。
综上所述，本发明将电容元件与薄膜晶体管垂直堆叠，可使得电容元件不会占据额外的面积，而可有效提升积集度，特别是在应用于高解析度的平面显示面板时，可大幅缩减周边电路的布局面积，而实现出窄边框的设计。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种薄膜晶体管元件，其特征在于，设置于一基板上，该薄膜晶体管元件包括：
一栅极；
一半导体通道层；
一栅极绝缘层，位于该栅极与该半导体通道层之间；
一源极与一漏极，分别位于该半导体通道层的两相对侧并分别与该半导体通道层部分重叠；
一电容电极，至少与该栅极部分重叠；以及
一电容介电层，位于该电容电极与该栅极之间，其中该电容电极、该栅极与该电容介电层形成一电容元件。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其特征在于，其中该电容介电层位于该电容电极之上，该栅极位于该电容介电层之上，该栅极绝缘层位于该栅极之上，该半导体通道层位于该栅极绝缘层上，且该源极与该漏极至少位于该半导体通道层之上。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其特征在于，其中该半导体通道层位于该基板、该源极与该漏极之上，该栅极绝缘层位于该半导体通道层之上，该栅极位于该栅极绝缘层之上，该电容介电层位于该栅极之上，且该电容电极位于该电容介电层之上。
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其特征在于，其中该源极与该漏极位于该半导体通道层之上，该栅极绝缘层位于该半导体通道层、该源极与该漏极之上，该栅极位于该栅极绝缘层之上，该电容介电层位于该栅极之上，且该电容电极位于该电容介电层之上。
5.根据权利要求1所述的半导体元件结构，其特征在于，其中该电容电极大体上对应于该栅极。
6.一种显示面板的像素结构，其特征在于，设置于一基板上，该显示面板的该像素结构包括：一薄膜晶体管元件以及一像素电极；
该薄膜晶体管元件，包括：
一栅极；
一半导体通道层；
一栅极绝缘层，位于该栅极与该半导体通道层之间；
一源极与一漏极，分别位于该半导体通道层的两相对侧并分别与该半导体通道层部分重叠；
一电容电极，至少与该栅极部分重叠；以及
一电容介电层，位于该电容电极与该栅极之间；以及
该像素电极，分别与该漏极与该电容电极电性连接；
其中该电容电极、该栅极与该电容介电层形成一储存电容元件。
7.根据权利要求6所述的显示面板的像素结构，其特征在于，其中该电容介电层位于该电容电极之上，该栅极位于该电容介电层之上，该栅极绝缘层位于该栅极之上，该半导体通道层位于该栅极绝缘层上，且该源极与该漏极至少位于该半导体通道层之上。
8.根据权利要求6所述的显示面板的像素结构，其特征在于，其中该半导体通道层位于该基板、该源极与该漏极之上，该栅极绝缘层位于该半导体通道层之上，该栅极位于该栅极绝缘层之上，该电容介电层位于该栅极之上，且该电容电极位于该电容介电层之上。
9.根据权利要求6所述的显示面板的像素结构，其特征在于，其中该源极与该漏极位于该半导体通道层之上，该栅极绝缘层位于该半导体通道层、该源极与该漏极之上，该栅极位于该栅极绝缘层之上，该电容介电层位于该栅极之上，且该电容电极位于该电容介电层之上。
10.根据权利要求6所述的显示面板的像素结构，其特征在于，其中该电容电极大体上对应于该栅极。
11.一种显示面板的驱动电路，其特征在于，包括：
多个驱动单元，各该驱动单元包括：一薄膜晶体管元件以及一电容元件；
该薄膜晶体管元件，包括：
一栅极；
一半导体通道层；
一栅极绝缘层，位于该栅极与该半导体通道层之间；以及
一源极与一漏极，分别位于该半导体通道层的两相对侧并分别与该半导体通道层部分重叠；以及
该电容元件，包括：
一电容电极，至少与该薄膜晶体管元件的该栅极部分重叠；
一电容介电层，位于该电容电极与该栅极之间；以及
该薄膜晶体管元件的该栅极。
12.根据权利要求11所述的显示面板的驱动电路，其特征在于，其中该显示面板的该驱动电路包括一栅极驱动电路，各该驱动单元包括一移位寄存电路单元，且各该驱动单元分别与一对应的栅极线电性连接。
13.根据权利要求11所述的显示面板的驱动电路，其特征在于，其中该电容介电层位于该电容电极之上，该栅极位于该电容介电层之上，该栅极绝缘层位于该栅极之上，该半导体通道层位于该栅极绝缘层上，且该源极与该漏极至少位于该半导体通道层之上。
14.根据权利要求11所述的显示面板的驱动电路，其特征在于，其中该半导体通道层位于该基板、该源极与该漏极之上，该栅极绝缘层位于该半导体通道层之上，该栅极位于该栅极绝缘层之上，该电容介电层位于该栅极之上，且该电容电极位于该电容介电层之上。
15.根据权利要求11所述的显示面板的驱动电路，其特征在于，其中该源极与该漏极位于该半导体通道层之上，该栅极绝缘层位于该半导体通道层、该源极与该漏极之上，该栅极位于该栅极绝缘层之上，该电容介电层位于该栅极之上，且该电容电极位于该电容介电层之上。
16.根据权利要求11所述的显示面板的驱动电路，其特征在于，其中该电容电极大体上对应于该栅极。
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