CN102723344A - 一种阵列基板及其制造方法和液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种阵列基板及其制造方法和液晶显示器，本发明提供一种阵列基板，包括：玻璃基板和、晶体管阵列器件和太阳能电池，所述晶体管阵列器件包括：栅电极、第一层绝缘层、氧化物沟道层、源极和漏极、以及像素电极；所述太阳能电池包括：下电极、P型半导体层、N型半导体层、多个上电极；其中，N型半导体层与氧化物沟道层均由相同的材料制成；以及所述上电极与像素电极均由透明材料制成。本发明通过上电极和氧化物沟道层为具有金属水平的透明低电阻氧化物，一方面外界光能完全入射于电极表面，另一方面，由于阻抗达金属水平，远低于ITO材料，因此信号延迟得到很大的改善，从而使将太阳能电池为液晶面板供电。
Description
技术领域
本发明涉及一种TFT液晶显示技术，尤其涉及一种阵列基板及其制造方法和液晶显示器。
背景技术
液晶显示器是目前常用的平板显示器，其中，薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,TFT-LCD）是液晶显示器的主流产品。液晶显示器的最重要的部件，其上设有TFT基板和CF基板，在TFT基板和CF基板加有液晶（LC），故称为液晶显示器。
图1A是现有一种TFT基板的电路示意图，图1B是图1A所示TFT基板沿A-A线的侧视剖切结构示意图，图1C是图1A和图1B的电路结构示意图。
如图1A、图1B和图1C，TFT基板包括基体10，在基体10上形成横纵交叉的数据线20和栅线30；数据线20和栅线30围设形成矩形排列的像素单元；每个像素单元包括TFT开关40和像素电极50，TFT开关40包括栅极41、源极42、漏极43和绝缘层44；栅极41连接栅线30，源极42连接数据线20，漏极43连接像素电极50；基体10上还设有公共电极线60，公共电极线60与栅极41和数据线20间隔设置，一般与栅线30同层且平行设置，在栅线30、栅极41和公共电极线60上覆盖有栅绝缘层70，像素电极50通过漏电极孔430与漏极43连接。
目前TFT液晶显示器的发展趋势是降低能耗，太阳能发电是一种新兴的可再生能源，太阳能具有普遍、无害、巨大、长久等优点，使太阳能成为近几年发展最快，最具活力的研究领域，且现有技术提出以太阳能电池作为液晶显示器供电的技术方案。
但现有技术中使用的方法是将太阳能电池制作在液晶面板外部，或者是在液晶面板外的模组上，即：将已制成的太阳能电池组件和液晶面板简单叠加，例如，在电子产品中，将太阳能电池组件，即，光电二极管及其附属部分、输电线路等置于液晶面板远离背光源的一侧，光电二极管吸收太阳光、灯光等周边环境的光电产生电能，由输电线供给液晶面板的电源控制装置，增加了电子产品的体积和重量，造成携带不方便，同时也增加了成本，不符合市场发展需求。
发明内容
本发明提供一种阵列基板，在将太阳能电池集成在晶体管阵列器件上，能够 简化现有液晶面板的结构。
本发明又提供一种阵列基板的制造方法，通过将太阳能电池与晶体管阵列器件两者利用相容的工艺集成于同一基板上，简化了现有液晶面板的制作工艺。
本发明又提供一种液晶显示器，通过太阳能电池为液晶显示器供电，节约了能源。
本发明提供一种阵列基板，包括：玻璃基板和位于玻璃基板上的晶体管阵列器件和太阳能电池，所述晶体管阵列器件包括：位于玻璃基板上的栅电极、第一层绝缘层、位于第一层绝缘层上的氧化物沟道层、源极和漏极、以及与漏极相连的像素电极；所述太阳能电池包括：位于玻璃基板上的下电极、P型半导体层、N型半导体层、以及位于N型半导体层上的上电极；其中，N型半导体层与氧化物沟道层均由相同的材料制成；以及所述上电极与像素电极均由透明材料制成。
其中，所述制成上电极和像素电极的透明材料为具有金属水平的低电阻的材料。
本发明提供一种制造阵列基板的方法，包括以下步骤：
a）在玻璃基板上形成第一金属层，接着在第一金属层上形成栅极和下电极；
b）在玻璃基板上形成第一绝缘层，并将下电极上方区域的第一绝缘层出掉；
c）在下电极上沉淀形成电池的P型半导体层；
d）在形成上述图案的基础上沉淀形成N型半导体层及氧化物沟道层；
e）在氧化物沟道层上形成源极和漏极；
f）用透明材料分别形成与漏极连接的像素电极、位于N型半导体层上的多个上电极。
其中，在步骤f)之前还有如下步骤：
在形成上述图案的基础上形成第二绝缘层，并将位于N型半导体层上的第二绝缘层形成与上电极相匹配的通孔，将位于漏极上的第二绝缘层形成像素电极沟道。
本发明提供一种液晶显示器，包括液晶面板和外围电路，所述液晶面板包括：CF基板和阵列基板，所述CF基板和阵列基板之间填充有液晶，阵列基板包括晶体管阵列器件和太阳能电池，太阳能电池包括上电极和下电极，上电极与下电极分别引出上电极导线和下电极导线；所述外围电路包括存储器和控制器；其中，所述存储器与太阳能电池的上电极导线和下电极导线导电相连。
本发明又提供一种液晶显示器，包括液晶面板和外围电路，所述液晶面板包 括：CF基板和阵列基板，所述CF基板和阵列基板之间填充有液晶；所述外围电路包括存储器和控制器；其中，所述存储器与太阳能电池的上电极和下电极导电相连。
本发明通过太阳能电池的上电极和晶体管阵列器件的氧化物沟道层为具有金属水平的透明低电阻氧化物，一方面外界光能完全入射于电极表面，另一方面，由于阻抗达金属水平，远低于ITO材料，因此信号延迟得到很大的改善，从而使将太阳能电池为液晶面板供电。
附图说明
图1A是现有一种TFT基板的电路示意图；
图1B是图1A所示TFT基板沿A-A线的侧视剖切结构示意图；
图1C是图1A和图1B的电路结构示意图；
图2为本发明阵列基板的结构示意图；
图3为本发明阵列基板的晶体管阵列器件的结构示意图；
图4为本发明阵列基板的太阳能电池的结构示意图；
图5为本发明阵列基板的制作方法的步骤流程图之一；
图6为本发明阵列基板的制作方法的步骤流程图之二；
图7为本发明阵列基板的制作方法的步骤流程图之三；
图8为本发明阵列基板的制作方法的步骤流程图之四；
图9为本发明阵列基板的制作方法的步骤流程图之五；
图10为本发明阵列基板的制作方法的步骤流程图之六；
图11为本发明阵列基板的制作方法的步骤流程图之七；
图12为本发明阵列基板的制作方法的步骤流程图之八,；
图13为本发明液晶显示器的结构示意图。
图中符号说明：
100-阵列基板 1-晶体管阵列器件 12-太阳能电池
10-玻璃基板 11-栅电极 12-源极 13-漏极
30-第一层绝缘层30 40-氧化物沟道层 50-第二绝缘层
14-像素电极 60-栅线60 70-数据线
21-下电极21 26-上电极26 23-电池缓冲区
22-P型半导体层 24-N型半导体层
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
太阳能电池的工作原理是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能。太阳能电池相当于一个半导体光电二极管，包括N型半导体薄膜和P型半导体薄膜构成的P-N结，当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被半导体材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。
阵列基板的发展一般分为四个阶段，第一阶段为透明导电膜的实用化，如现在常见的ITO透明电极；第二阶段为透明N型半导体的实用化，如使用IGZO；第三阶段为透明P型半导体的实用化；到了透明导线达金属水平的低电阻且迈向实用化时，将进入第四阶段。目前透明氧化物的发展正处于第二阶段。图1为薄膜电池的示意图。随着氧化物沟道层研究的不断深入，将找到合适的氧化物材料，使太阳能电池与晶体管阵列器件，两者能利用相容的工艺集成于同一玻璃基板。
本发明利用太阳能电池的结构，将其集成到阵列基板上，太阳能电池和晶体管阵列器件能利用相容的工艺集成于同一玻璃基板，达到使太阳能电池为晶体管阵列器件供电的功能，以达到降低能量消耗，简化现有带太阳能电池的液晶显示器结构。
如图2为本发明阵列基板的结构示意图，本阵列基板100包括：玻璃基板10和位于玻璃基板10上的晶体管阵列器件1和太阳能电池2。
图3为本发明晶体管阵列器件的结构示意图，本晶体管阵列器件1包括：位于玻璃基板10上的栅电极11、位于玻璃基板11并覆盖栅极11的第一层绝缘层30、位于第一层绝缘层30上的氧化物沟道层15、位于氧化物沟道层40上的源极12和漏极13、第二绝缘层50、以及连接漏极13的像素电极14。
所述第一层绝缘层30由SiO2或SiNx制成。
氧化物沟道层15为ZnO、IGZO等材料制成。
第二绝缘层50由SiO2或SiNx制成的，具有减少反射的作用。
像素电极14为透明低电阻氧化物，这样一方面外界光能完全入射于电极表面，另一方面，由于阻抗达金属水平，远低于ITO材料，很大程度上改善信号延迟。
如图4为本发明太阳能电池的结构示意图，太阳能电池2包括：位于玻璃基板10上的下电极21、位于下电极21上的P型半导体层22、位于P型半导体层22上的电池缓冲区23、位于电池缓冲区23上的N型半导体层24、位于N型半导体层24上的减反层51、以及上电极26，所述减反层51上间隔开设有若干通孔25（如图11B），所述多个上电极26设于通孔25内。
所述上电极26上设有多个开孔261。
所述太阳能电池还包括位于N型半导体上的减反层，该减反层与第二绝缘层由相同材料制成，且该减反层填充在上电极26的开孔261内之间。
所述栅极11和下电极21是同一道工序制成的，且均由Al或Cu合金制成。
P型半导体层22由氧化物沟道层材料制成，如Cu与AlO2合金材料。
电池缓冲区23也可称为过渡层，该电池缓冲区23目的是为了降低带隙不连续性，缓冲晶格不匹配的问题，电池缓冲区23用ZnS或In2S3材料制成，随着技术的发展，若有合适的P-N结材料，该过渡层可省略。
N型半导体层24也是由氧化物沟道层材料制成，如ZnO、IGZO等材料，该N型半导体层24与晶体管阵列器件1的氧化物沟道层40的材料相同，且N型半导体层24与氧化物沟道层40由同一道工序制成。
减反层51实际是第二绝缘层50，也就是第二绝缘层50具有减反作用，故将位于N型半导体层24上的第二绝缘层50称为减反层51。
上电极2626设置在N型半导体层24上，上电极26的开孔中填充有减反层51，达金属水平的低电阻透明材料，上电极26也为透明低电阻氧化物，这样一方面外界光能完全入射于电极表面，另一方面，由于阻抗达金属水平，远低于ITO材料，很大程度上改善信号延迟。
本发明还揭示一种液晶显示器，包括液晶面板和外围电路，所述液晶面板包括CF基板和阵列基板100，阵列基板100包括晶体管阵列器件1和太阳能电池2，外围电路包括存储器和控制器，所述存储器与太阳能电池2的上电极和下电极导电相连，所述CF基板和阵列基板100之间填充有液晶。
通过存储器与太阳能电池2的上电极和下电极相连，达到为晶体管阵列器件1提供能量的作用。
以下描述本阵列基板100的制造方法。
步骤10：准备洗净处理后的玻璃基板10，然后用溅镀（Sputter）成膜技术在洗净的玻璃基板10上沉淀用Al或Cu合金制成的第一金属层（图未示），如图5所示，接着通过曝光显影形成栅极11和太阳能电池下电极21，图5中将左侧定义为电池下电极21，右侧定位为栅极11。
步骤20：用SiO2或SiNx材料在玻璃基板10上沉积形成第一绝缘层30，如图6，然后利用曝光显影技术将下电极21上方区域的绝缘层蚀刻出掉，从而使第一绝缘层30作为晶体管阵列器件1的栅极绝缘层。
步骤30：如图7，用半导体材料在下电极21上沉淀形成电池的P型半导体层22，该半导体材料为CuAlO2氧化物。
步骤40：如图8，用ZnS或In2S3材料在P型半导体层22上形成电池缓冲区23，该电池缓冲区23也可称为过渡层，该电池缓冲区23目的是为了降低带隙不连续性，缓冲晶格不匹配的问题。
随着技术的发展，若有合适的PN结材料，该缓冲区23可省略。
步骤50：如图9，在形成上述图案的基础上，薄膜半导体材料如ZnO或IGZO沉淀形成N型半导体层24及氧化物沟道层15，并在氧化物沟道层15上蚀刻形成源极开孔（图未示）和漏极开孔（图未示）；N型半导体层24位于电池缓冲区23上，N型半导体层24、缓冲区23、P型半导体层22构成太阳能电池光电转化层；氧化物沟道层15为晶体管阵列器件1的氧化物沟道层。
步骤60：如图10，在氧化物沟道层15的源极开孔内沉积形成源极12、在漏极开孔漏极13，源极12和漏极13由金属材料Al或Cu制成。
步骤70：如图11A，首先在形成上述图案的基础，用SiO2或SiNx材料沉积形成第二绝缘层50，该第二绝缘层50覆盖第一绝缘层30、N型半导体层24、源极12、氧化物沟道层15、以及漏极13，第一绝缘层50一方面为太阳能电池2起减反射作用，另一方面作为晶体管阵列器件1的第二绝缘层。
如图11B，分别将N型半导体层24上方的第二绝缘层50蚀刻掉成锯齿状结构的若干通孔25，也将漏极13上方的区域蚀刻像素电极沟道141。
步骤80，用达金属水平的低电阻透明材料在通孔25内形成电池上电极26、 并在像素电极沟道141内形成像素电极14，这样一方面外界光能完全入射于电极表面，另一方面，由于阻抗达金属水平，远低于ITO材料，很大程度上改善信号延迟。
如图13为本发明液晶显示器的结构示意图，包括液晶面板和外围电路，所述液晶面板包括CF基板和阵列基板100，阵列基板100包括晶体管阵列器件1和太阳能电池2，外围电路包括位于PCB板3上的存储器4和控制器，所述CF基板和阵列基板100之间填充有液晶。
所述晶体管阵列器件1的栅极11连接栅线60，源极12连接数据线70。
太阳能电池2的上电极21与下电极26分别引出上电极导线211和下电极导线261，上电极导线211和下电极导线261均与所述存储器4导电相连。
当有外界光照射时，光线从开口处照射太阳能电池2，光电转化层即产生电子空穴对，从而产生稳定的电流电压，再通过上电极导线211和下电极导线261与存储器4导电相连，将太阳能电池2的电能传输给存储器，最终为模组显示系统供电。
综上所述，本发明通过太阳能电池的上电极和晶体管阵列器件的氧化物沟道层均为具有金属水平的透明低电阻氧化物，一方面外界光能完全入射于电极表面，另一方面，由于阻抗达金属水平，远低于ITO材料，因此信号延迟得到很大的改善，当有外界光照射时，光线从开口处照射太阳能电池，光电转化层即产生电子空穴对，从而产生稳定的电流电压，再通过太阳能电池的上电极与下电极分别引出导线，将太阳能电池的电能传输给存储器，最终为液晶面板供电。
Claims (16)
1.一种阵列基板，包括：玻璃基板和位于玻璃基板上的晶体管阵列器件和太阳能电池，其特征在于：
所述晶体管阵列器件包括：位于玻璃基板上的栅电极、第一层绝缘层、位于第一层绝缘层上的氧化物沟道层、源极和漏极、以及与漏极相连的像素电极；
所述太阳能电池包括：位于玻璃基板上的下电极、P型半导体层、N型半导体层、以及位于N型半导体上的上电极；其中，
N型半导体层与氧化物沟道层均由相同的材料制成；以及
所述上电极与像素电极均由透明材料制成。
2.根据权利要求1所述阵列基板，其特征在于：所述制成上电极和像素电极的透明材料为具有金属水平的低电阻的材料。
3.根据权利要求1所述阵列基板，其特征在于：还包括覆盖在晶体管阵列器件和太阳能电池的第二绝缘层，所述上电极上设有多个开孔，所述第二绝缘层部分填充在该开孔内；位于所述漏极上的第二绝缘层内开设有像素电极沟道，所述像素电极穿过像素电极开孔与漏极连接。
4.根据权利要求1或3所述阵列基板，其特征在于：所述第一、第二绝缘层均由SiO2或SiNx材料制成。
5.根据权利要求1所述阵列基板，其特征在于：所述P型半导体层与N型半导体层之间设有电池缓冲区。
6.根据权利要求5所述阵列基板，其特征在于：所述缓冲区由ZnS或In2S3材料制成。
7.根据权利要求1所述阵列基板，其特征在于：所述源极和漏极位于氧化物沟道层上。
8.根据权利要求1所述阵列基板，其特征在于：N型半导体层与氧化物沟道层均由ZnO或IGZO制成。
9.根据权利要求1所述阵列基板，其特征在于：所述栅极和下电极的制成材料相同。
10.根据权利要求1所述阵列基板，其特征在于：所述栅极和下电极均由Al或Cu合金制成。
11.根据权利要求1所述阵列基板，其特征在于：所述第一金属由Cu与AlO2合金材料制成。
12.一种液晶显示器，包括液晶面板和外围电路，其特征在于：
所述液晶面板包括：CF基板和权利要求1~12任一所述方法制造的阵列基板，所述CF基板和阵列基板之间填充有液晶，阵列基板包括晶体管阵列器件和太阳能电池，太阳能电池包括上电极和下电极，上电极与下电极分别引出上电极导线和下电极导线；
所述外围电路包括存储器和控制器；其中，
所述存储器与太阳能电池的上电极导线和下电极导线导电相连。
13.一种制造阵列基板的方法，其特征在，包括以下步骤：
a）在玻璃基板上形成第一金属层，接着在第一金属层上形成栅极和下电极；
b）在玻璃基板上形成第一绝缘层，并将下电极上方区域的第一绝缘层出掉；
c）在下电极上沉淀形成电池的P型半导体层；
d）在形成上述图案的基础上沉淀形成N型半导体层及氧化物沟道层；
e）在氧化物沟道层上形成源极和漏极；
f）用透明材料分别形成与漏极连接的像素电极、位于N型半导体层上的上电极。
14.根据权利要求13所述制造阵列基板的方法，其特征在于：在步骤f)之前还有如下步骤：
在形成上述图案的基础上形成第二绝缘层，并将位于N型半导体层上的第二绝缘层形成与上电极相匹配的通孔，将位于漏极上的第二绝缘层形成像素电极沟道。
15.根据权利要求14所述制造阵列基板的方法，其特征在于：
在步骤d）和步骤e）之间还有形成电池缓冲区的步骤，该电池缓冲区位于P型半导体层与N型半导体层之间。
16.一种液晶显示器，包括液晶面板和外围电路，其特征在于：
所述液晶面板包括：CF基板和权利要求14~15任一所述方法制造的阵列基板，所述CF基板和阵列基板之间填充有液晶，阵列基板包括晶体管阵列器件和太阳能电池，太阳能电池包括上电极和下电极，上电极与下电极分别引出上电极导线和下电极导线；
所述外围电路包括存储器和控制器；其中，
所述存储器与太阳能电池的上电极导线和下电极导线导电相连。
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