CN103186002A - 显示装置以及包含其的影像显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置及包含其的影像显示系统。该显示装置包含一薄膜晶体管，以及一储存电容。其中该薄膜晶体管包含一通道。该储存电容包含一透明金属氧化电极，与该通道由相同的材质所构成；及一像素电极，位于该透明金属氧化电极上，且电性连接该薄膜晶体管。

Description

显示装置以及包含其的影像显示系统

技术领域

本发明是有关于一种显示装置以及包含其的影像显示系统，特别是关于一种具有可提升开口率的显示装置以及包含其的影像显示系统。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)液晶显示装置的像素基板一般包含晶体管、储存电容、像素电极、扫描线、资料线等元件。其中，储存电容可维持驱动液晶所需的电位，避免像素闪烁(flickering)、及对比不佳(low color contrast)等问题。

请参照图1，是为现有一下电极式薄膜晶体管液晶显示装置其像素基板50的剖面示意图。该像素基板50包含一基板10；该基板10上形成有一栅极电极14以及一共通电极配线(common line)12；一栅极绝缘层16形成于该栅极电极14以及该共通电极配线12之上；一通道层18形成于位于栅极电极14正上方的栅极绝缘层16之上；一对源极/漏极电极20形成于该通道层18两侧，以及一金属桥接层22形成于该栅极绝缘层16之上；一保护层24顺应性形成于该源极/漏极电极20、该通道层18、以及该金属桥接层22之上；一贯孔26贯穿该保护层24，并露出部分该金属桥接层22的上面表；以及，一透明导电层28(作为像素电极)形成于位于共通电极配线12正上方的保护层24之上，并填入该贯孔26中与该金属桥接层22直接接触。仍请参照图1，该共通电极配线12、部分该透明导电层28、以及位于该共通电极配线12以及该透明导电层28之间的栅极绝缘层16与保护层24构成一储存电容(storage capacitor)，其中该共通电极配线12作为该储存电容的下电极，而该透明导电层28作为该储存电容的上电极。一般来说法，为达到使用最少掩膜数目的工艺目的(该像素基板50是使用五道掩膜工艺)，该栅极电极14以及该共通电极配线12是对一第一金属导电层使用同一道掩膜进行图形化后所定义出来。换言之，该共通电极配线12与该栅极电极14同样由一不透明金属导电层所成，如此一来储存电容30所在区域无法使得背光源穿过，降低开口率以及影像亮度。此外，为当提高影像解析度而缩小像素的整体尺寸时，像素的最大部分的面积应该是用于配置像素电极，相对的，非显示区域(例如储存电容器所占的区域)使用的像素面积应缩到最小，以维持像素的开口率。然而，为提高开口率而降低储存电容器的尺寸，会使像素无法储存必要的电容值，因此导致显示器内的像素闪烁、颜色对比不佳、及串音(cross-talk)的问题，进而影响显示器的性能表现。

因此，如何能同时增加储存电容器的容量且增加像素电极的面积(换言之，在不影响像素的开口率的情况下增加储存电容器的容量)，是目前薄膜晶体管液晶显示器工艺中一个非常重要的个课题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种显示装置以及包含其的影像显示系统，其具有提升开口率(aperture ratio)的显示装置。该显示装置是利用形成透明的储存电容下电极，可在不增加整个工艺掩膜数量的前提下，提升像素区域的开口率。

该显示装置包含一薄膜晶体管，以及一储存电容。其中该薄膜晶体管包含一通道。该储存电容包含一透明金属氧化电极，与该通道是由相同的材质所构成；及一像素电极，位于该透明金属氧化电极上，且电性连接该薄膜晶体管。

该影像显示系统包含上述的显示装置及一输入单元，该输入单元与所述显示装置耦接，其中该输入单元传输一信号至所述显示装置以产生影像。

为使本发明的上述目的、特征能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1是绘示现有像素基板的剖面结构示意图；

图2图是为本发明一实施例所述的显示装置的剖面结构示意图；

图3a-图3i是为一系列剖面结构示意图，用以说明本发明图2所述的显示装置的制造流程。

图4是为本发明另一实施例所述的显示装置的剖面结构示意图；

图5a-图5c是为一系列剖面结构示意图，用以说明本发明另一实施例所述的显示装置的制造流程；

图6a-图6d是为一系列剖面结构示意图，用以说明本发明其他实施例所述的显示装置的制造流程；

图7是绘示根据本发明一实施例的影像显示系统方块示意图。

附图标号：

10～基板；                   12～共通电极配线；

14～栅极电极；               16～栅极绝缘层；

18～通道层；                 20～源极/漏极电极；

22～金属桥接层；             24～保护层；

26～贯孔；                   28～透明导电层；

30～储存电容；               50～像素基板；

100～显示装置；

102～基板；                  104～第一金属导电层；

104A～第一接触端；           104B～栅极电极；

105～膜薄晶体管；            106～栅极绝缘层；

108～透明金属氧化层；        108A～透明金属氧化电极；

108B～通道；                 110～第二金属导电层；

110A～第二接触端；           110B～源极电极/漏极电极；

112～保护层；          114～第一接触窗；

115～储存电容；        116～第二接触窗；

118～第三接触窗；      120～透明导电层；

120A～透明连结层；     120B～像素电极；

122～刻蚀停止层；      150～显示装置；

200～输入单元；以及

300～影像显示系统。

具体实施方式

以下将配合图示，以说明根据本发明所提供的包含薄膜晶体管像素结构的显示装置。

请参照图2，是显示根据本发明一实施例所述的具有提升开口率(apertureratio)的显示装置100。该显示装置100包含一基板102，该基板102可为一透明或不透明基板，例如玻璃基板、陶瓷基板、或塑胶基板；一第一接触端104A、以及一栅极电极104B配置于该基板102的上表面，其中该第一接触端104A与该栅极电极104B是由相同的材质所构成，换言之该第一接触端104A与该栅极电极104B是由同一道掩膜对一第一金属导电层(未图示，即M1)进行图化后所形成。该第一金属导电层的材质为导电金属，适合的材料可为钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)或其合金。与现有技术相比，由于该第一接触端104A并非用来作为后续所形成的储存电容的下电极，而只是用来提供后续形成的储存电容下电极一共通电位(Vcom)，因此该第一接触端104A可形成于显示装置100的像素区域以外的非像素区域内，不影响到开口率；一栅极绝缘层106配置于该基板102之上，并覆盖该栅极104B、及该第一接触端104A。该栅极绝缘层106可为介电材料，例如氧化硅或氮化硅；一透明金属氧化电极108A配置于该显示装置100像素区域内的栅极绝缘层106之上，而一通道108B，配置于该栅极电极104B正上方的该栅极绝缘层106之上，其中该透明金属氧化电极108A与该通道108B是由相同的材质所构成，换言之该透明金属氧化电极108A与该通道108B是由同一道掩膜对一透明金属氧化层进行图化后所形成。值得注意的是，传统显示装置位于像素区域内的储存电容下电极是在形成栅极的工艺中同时形成，是由一不透明金属材质所构成，因此会降低像素区域的开口率。反观本发明，是以该透明金属氧化电极108A作为后续所形成的储存电容的下电极，由于本发明所述的透明金属氧化电极108A所使用的材质是为透明且导电的金属氧化物(例如：氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)、氧化锌铝(ZAO)、氧化锌镓(GZO)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化锌(ZnO)或其迭层)，不会遮蔽背光源所发出的光，即使扩大储存电容所占的面积，亦完全不会影响到开口率。本发明的另一个特点在于，该透明金属氧化电极108A与该通道108B是由同一道掩膜对一透明金属氧化层进行图化后所形成，即该透明金属氧化电极108A(作为储存电容的下电极)是在形成薄膜晶体管105的通道108B时同时形成，并不需要额外沉积透明导电层或是使用其他的微影刻蚀步骤来形成，可降低整体显示装置的工艺复杂性；一源极电极及一漏极电极110B，分别配置于该通道108B的两端的该栅极绝缘层106上，并与该通道108B接触，以及一第二接触端110A，配置于该栅极绝缘层106之上，其中该源极/漏极电极110B与该第二接触端110A是由相同的材质所构成，换言的该源极/漏极电极110B与该第二接触端110A是由同一道掩膜对一第二金属导电层(未图示，即M2)进行图化后所形成。该第二金属导电层的材质是为导电金属，适合的材料可为钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)或其合金。该栅极电极104B、该通道108B、该源极/漏极电极110B、以及位于该栅极电极104B与该通道108B间的栅极绝缘层106，是构成一薄膜晶体管105，而该第二接触端110A是用来与后续所形成的像素电极电性连结；一保护层112，配置于该栅极绝缘层106之上，并覆盖该透明金属氧化电极108A、该第二接触端110A、该源极/漏极电极110B、以及该通道108B。该保护层112可为介电材料，例如氧化硅或氮化硅；一第一接触窗114贯穿该栅极绝缘层106、及该保护层112，露出部分该第一接触端104A的表面、一第二接触窗116贯穿该保护层112，露出部分该透明金属氧化电极108A的表面、以及一第三接触窗118贯穿该保护层112，露出部分该第二接触端110A的表面，其中该第一接触窗114、第二接触窗116、以及第三接触窗118是以同一道掩膜对该保护层112进行微影刻蚀后所形成；一透明连结层120A，配置于该保护层112之上，并填入该第一接触窗114及该第二接触窗116，以电性连结该第一接触端104A及该透明金属氧化电极108A；一像素电极120B，配置于该透明金属氧化电极108A正上方的该保护层112之上，并填入该第三接触窗118，与该第二接触端110A电性连结，其中该透明连结层120A与该像素电极120B是由相同的材质所构成，换言之，该透明连结层120A与该像素电极120B是由同一道掩膜对一透明导电层(未图示)进行图化后所形成。该透明导电层可例如为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)、氧化锌铝(ZAO)、氧化锌镓(GZO)或其迭层。值得注意的是，该像素电极120B、该透明金属氧化电极108A、及位于该透明金属氧化电极108A与该像素电极120B间的保护层112构成一储存电容115，而该像素电极120B作为该储存电容115的上电极，而该位于该透明金属氧化电极108A与该像素电极120B间的保护层112作为电容介电层。由上可知，本发明所述的显示装置100工艺仅需要五道微影刻蚀步骤，与现有技术相比，可在不增加工艺复杂性的前提下，改善显示装置100的开口率。

此外，根据本发明另一实施例，由于该透明金属氧化电极108A为一透明导电层且直接位于该像素电极120B的正下方，因此该像素电极120B可进一步被设计为一梳形结构，以与该透明金属氧化电极108A构成一边缘电场驱动模式(fringe-field switching)的电极阵列结构，以增加显示系统的可视角度。再者，根据本发明其他实施例，该第一接触窗114与该第二接触窗116可构成一单一的贯孔，贯穿该栅极绝缘层106、及该保护层112，同时露出部分该透明金属氧化电极108A的表面、及该第第一接触端的表面，而该透明连结层120A是填入该贯孔中，以电性连结该第一接触端104A及该透明金属氧化电极108A。

请参阅图3a至图3i，是显示本发明图2所示的显示装置100其制造流程。在此用以说明的例子是为下栅极式的膜薄晶体管，然而根据本发明其他实施例，本发明所述具有提升开口率(aperture ratio)的显示装置亦可采用上栅极式的膜薄晶体管。

首先，请参照图3a，提供一基板102，并在其上形成一第一金属导电层104(不透明导电层)。接着，请参照图3b，以一第一道微影刻蚀步骤对该第一金属导电层104进行图形化，得到第一接触端104A、以及栅极电极104B，换言之该第一接触端104A、以及栅极电极104B是以相同材料并在同一工艺步骤中所同时形成。接着，请参照图3c，顺应性形成一栅极绝缘层106于该基板102之上，并覆盖该栅极绝缘层106；在形成该栅极绝缘层106之后，再顺应性形成一透明金属氧化层108于该栅极绝缘层106之上。接着，请参照图3d，以一第二道微影刻蚀步骤对该透明金属氧化层108层进行图形化，得到透明金属氧化电极108A(位于像素区域内)与通道108B(位于栅极电极104B的上方)，换言之该透明金属氧化电极108A与通道108B是以相同材料并在同一工艺步骤中所同时形成。值得注意的是，该第二道微影刻蚀可采用背通道刻蚀(Back-Channel-Etched)的方式(搭配该栅极电极104B作为刻蚀罩幕)来图形化该透明金属氧化层108(或同时图形化一形成于图形化该透明金属氧化层108之上的刻蚀停止层(未图示))。接着，请参照图3e，顺应性形成一第二金属导电层110于该栅极绝缘层106之上并覆盖该透明金属氧化电极108A与通道108B。接着，请参照图3f，以一第三道微影刻蚀步骤对该第二金属导电层110进行图形化，形成一第二接触端110A以及源极电极/漏极电极110B(配置于该通道108B的两端的该栅极绝缘层106上，并与通道108B接触)，换言之该第二接触端110A与源极电极/漏极电极110B是以相同材料并在同一工艺步骤中所同时形成。接着，请参照图3g，顺应性形成一保护层112于该栅极绝缘层106之上，并覆盖该透明金属氧化电极108A、该第二接触端110A、该源极/漏极电极110B、以及该通道108B。接着，请参照图3h，以一第四道微影刻蚀步骤对该保护层112进行刻蚀，分别形成一第一接触窗114、一第二接触窗116、以及一第三接触窗118，其中该第一接触窗114贯穿该栅极绝缘层106、及该保护层112，露出部分该第一接触端104A的表面；该第二接触窗116贯穿该保护层112，露出部分该透明金属氧化电极108A的表面；以及，该第三接触窗118贯穿该保护层112，露出部分该第二接触端110A的表面。接着，请参照图3i，顺应性形成一透明导电层120于该保护层112之上，并填入该第一接触窗114、该第二接触窗116、以及该第三接触窗118之内。最后，以一第五道微影刻蚀步骤对该透明导电层120进行图形化，形成一透明连结层120A与像素电极120B(换言的该透明连结层120A与像素电极120B是以相同材料并在同一工艺步骤中所同时形成)，其中该透明连结层120A，配置于该保护层112之上，并填入该第一接触窗114及该第二接触窗116，使得该第一接触端104A及该透明金属氧化电极108A藉由该透明连结层120A达到电性连结；而该像素电极120B配置于该透明金属氧化电极108A正上方的该保护层112之上，并填入该第三接触窗118，与该第二接触端110A电性连结，得到图2所示的显示装置100。

根据本发明另一实施例，在完成图3e所述形成该第二金属导电层110于该栅极绝缘层106之上的步骤后，当以一第三道微影刻蚀步骤对该第二金属导电层110进行图形化时，除了形成该第二接触端110A以及该源极电极/漏极电极110B之外，更进一步形成一第三接触端110C(即该第二接触端110A、源极电极/漏极电极110B、及第三接触端110C是以相同材料并在同一工艺步骤中所同时形成)，并使得第三接触端110C与该透明金属氧化电极108A直接接触。请参照图4，形成该第三接触端110C的目的在于藉由第三接触端110C来改善后续所形成的透明连结层120A与源极电极/漏极电极110B之间的导电性，如此一来可降低由第一接触端104A的接触阻值。

此外，根据本发明其他实施例，该第二道微影刻蚀亦可由基板的上表面(形成该第一金属导电层104的表面)侧来进行曝光，形成该透明金属氧化电极108A与通道108B。此时，请参照图5a，为避免在后续移除部分形成在通道108B表面上的第二金属导电层110的步骤中造成对通道108B的损害(会导致薄膜晶体管稳定性下降)，可在形成该第二金属导电层110前，形成一刻蚀停止层122于该通道108B之上(可利用一第六道微影刻蚀来形成该刻蚀停止层122)。之后，请参照图5b，再对该第二金属导电层108进行微影刻蚀步骤，得到该第二接触端110A与源极电极/漏极电极110B。接着，再进行图3g至图3i所述的步骤，得到图5c所示的显示装置100。

再者，根据本发明其他实施例，为避免对第二金属导电层110进行图形化时造成对通道108B的损害，再形成该栅极绝缘层106之后，可以将形成该第二接触端110A以及源极电极/漏极电极110B步骤提前，亦即在完成该第二金属导电层110的图形化后再形成通道108B。请参照图6a，形成该第二金属导电层110于该栅极绝缘层106之上，接着对该第二金属导电层110进行图形化，形成第二接触端110A以及源极电极/漏极电极110B，请参照图6b。接着，形成该透明金属氧化层108，并对该透明金属氧化层108进行图形化，形成该明金属氧化电极108A及通道108B，请参照图6c，其中通道108B形成于源极电极/漏极电极110B之间，并与源极电极/漏极电极110B接触。接着，在进行图3g至图3i所述的步骤，得到图6d所示的显示装置100。

综上所述，本发明所述的显示装置是使用透明氧化物来作为储存电容的下电极，因此即使增加储存电容所占的面积亦不会影响到像素的开口率。此外，本发明所述的透明储存电容下电极是在形成该通道的步骤中同时形成，不需要多一道微影刻蚀步骤来形成该透明储存电容下电极，因此并不会增加工艺复杂性。再者，本发明是使用一透明连结层来使该透明储存电容下电极与共通电极配线(common line、即第一接触端)达到电性连结，而该透明连结层是在形成该像素电极的步骤中同时形成，因此不需要使用额外的微影刻蚀步骤来定义该透明连结层。与现有技术相比，本发明所述的显示装置，可在不增加工艺复杂性的前提下(同样为五道微影刻蚀步骤)，改善像素的开口率，且不需要更动常规的显示装置的驱动设计。

图7是绘示出根据本发明另一实施例所述的影像显示系统300方块示意图，其可实施于一电子装置，例如笔记型电脑、移动电话、数字相机、个人数字助理、桌上型电脑、电视机、车用显示器、或携带式数字影音光碟播放器。本发明所述的影像显示系统300，包含显示装置100和输入单元200。该输入单元200耦接至显示装置100，用以提供输入信号(例如，影像信号)至显示装置100以产生影像。显示装置100可是液晶显示器、有机激发光显示器等。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为基准。

Claims (11)

1.一种显示装置，其特征在于，所述的显示装置包括：

一薄膜晶体管，包含：

一通道；及

一储存电容，包含：

一透明金属氧化电极，与所述通道由相同的材质所构成；及

一像素电极，位于所述透明金属氧化电极上，且电性连接所述薄膜晶体管。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述透明金属氧化电极与所述通道配置于同一层上。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述透明金属氧化电极与所述通道由同一道掩膜对一透明金属氧化层进行图案化后所形成。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述透明金属氧化层包含氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟锡锌、氧化锌铝、氧化锌镓、或其迭层。

5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述影像显示装置更包含一第一接触端，所述第一接触端电性连接所述透明金属氧化电极。

6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述薄膜晶体管更包含一栅极电极，所述栅极电极与所述第一接触端由相同的材质所构成。

7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述栅极电极与所述第一接触端配置于同一层上。

8.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述栅极电极与所述第一接触端由同一道掩膜对一第一金属导电层进行图案化后所形成。

9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述像素电极为一梳形结构，并与所述透明金属氧化电极构成一边缘电场驱动模式的电极阵列结构。

10.一种影像显示系统，其特征在于，所述的影像显示系统包含：

权利要求1所述的显示装置；以及

一输入单元，与所述显示装置耦接，其中所述输入单元传输一信号至所述显示装置以产生影像。

11.如权利要求10所述的影像显示系统，其特征在于，所述影像显示系统为移动电话、数字相机、个人数字助理、笔记型电脑、桌上型电脑、电视、车用显示器、或携带式数字影音光碟播放器。

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