CN103926765B - 一种双栅极扫描线驱动的像素结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双栅极扫描线驱动的像素结构及其制作方法。该像素结构包括：像素单元，包括水平相邻的两个子像素；每个所述像素包括两条扫描线和一条数据线；每个子像素设置有薄膜晶体管，薄膜晶体管包括与扫描线电连接的栅极和补偿栅极，每条数据线分别与薄膜晶体管的源极电连接，且与同一条数据线电连接的薄膜晶体管分别与不同的扫描线电连接；像素电极，位于子像素中，并与薄膜晶体管的漏极电连接；公共电极,包括由第一层金属层制成的第一公共电极和由第二金属层制成的第二公共电极,第一公共电极和第二公共电极通过接触孔电连接,第一公共电极、第二公共电极围绕所述子像素的四周设置，且与像素电极部分交叠。

Description

一种双栅极扫描线驱动的像素结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种双栅极扫描线驱动的像素结构及其制作方法。

背景技术

液晶显示器（LCD）通常由阵列基板与彩膜基板组成，阵列基板上设置有排列成行列矩阵的像素结构。如图1所示，每一像素包含共同形成于一基板的一薄膜晶体管（TFT）及一像素电极P，薄膜晶体管的栅极与扫描线（D1，D2，D3）连接，源极与数据线（S1，S2，S3）连接，漏极与像素电极P连接。位于同一行的薄膜晶体管的栅极通过一根扫描线连接在一起，再由扫描驱动器来控制，位于同一行的薄膜晶体管的源极分别通过不同的数据线由源极驱动器来控制。共电极则形成于另一基板上。液晶密封于阵列基板的像素电极与彩膜基板的公共电极之间，通过控制两基板之间液晶分子的偏转得以显示出每一画面。

栅极驱动器与源极驱动器分别由多个驱动集成电路（IC）芯片所组成。由于源极驱动芯片的价格通常高于栅极驱动芯片的价格，因此为了降低成本，提出了一种双栅极扫描线驱动的像素结构。如图2所示，增加一倍栅极扫描线的数量，而源极数据线的数目减少一半，这样总驱动IC的成本降低，使双栅极扫描线驱动的液晶显示器的成本低于传统的液晶想显示器。

但是双栅极线扫描驱动的液晶显示器存在问题，如图3所示，在由扫描线5、扫描线5’、数据线4和4’限定出的像素区域中存在呈对角设置的两个TFTa和b。以TFTa包括与栅极扫描线5连接的栅极1，在栅极之上的沟道层6，在沟道层之上与数据线4连接的源极2，与像素电极7连接的漏极3。在栅极1和漏极源3之间存在寄生的栅漏电容。同样在TFTb中栅极1’和漏极3’之间也存在寄生的栅漏电容。由于TFTa和b的栅极采用同一金属层制成，而TFTa和b的漏极采用另一金属层制成。寄生的栅漏电容的大小和作为TFT栅极的金属层图形和作为TFT漏极的金属层图形的重叠面积成正比，而作为TFT源极的金属层图形和作为TFT漏极的图形是通过两次光刻工艺制作的，两次光刻工艺之间工程上会存在一定的偏差。如作为TFT栅极的金属层图形为基准位置不变，当作为TFT漏极的金属层图形向右偏移时，结果像素区域中左上角TFTa的栅漏电容就会变小，而右下角TFTb中的源漏电容就会变大，如此图中左边一列和右边一列的很多TFT参数在电子驱动时最佳条件的取值就会不同，导致整屏的电子驱动调节范围下降，屏的画质效果显著下降。

为了解决上述的问题，通常采用补偿性TFT的构造，如图4所示。在TFT中增加了与栅极扫描线相连接的补偿栅极8，补偿栅极8与漏极3之间的栅漏电容为补偿电容。在图中左上角的TFTa的栅漏电容等效为栅极1和漏极3之间的栅漏电容与补偿栅极8和漏极3之间的补偿的栅漏电容之和。TFT的漏极发生左右偏移时，栅漏电容增大，则补偿电容减小；或者TFT的栅漏电容减小，则补偿电容会增大，这样无论漏极3向左或向右偏移，最终TFT的栅漏等效电容是TFT源漏电容和TFT源漏电容补偿部分两部分组成的，结果不变。但这样的结构在公共电极9和栅极扫描线5之间存在一定的缺口，如图4中虚线部分框起的位置10，需要进行防漏光设计，这样在需要黑矩阵（BM）图形的拐角设计，以填补该缺口的漏光，增大的BM的面积，导致透光率下降，使作为液晶显示器重要性能参数的开口率降低。

发明内容

本发明的目的在于一种双栅极扫描线驱动的像素结构及其制作方法，能够填补公共电极与栅极扫描驱动线之间的缺口，不需要BM防漏光，提高透光率和开口率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种双栅极扫描线驱动的像素结构，包括：

像素单元，包括相邻的两个子像素；

每个所述像素单元包括两条扫描线和一条数据线；

每个所述子像素设置有薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括与所述扫描线电连接的栅极和补偿栅极，每条所述数据线分别与所述薄膜晶体管的源极电连接，且与同一条数据线电连接的所述薄膜晶体管分别与不同的所述扫描线电连接；

像素电极，位于所述子像素中，并与所述薄膜晶体管的漏极电连接；

公共电极,包括由第一层金属层制成的第一公共电极和由第二金属层制成的第二公共电极,所述第一公共电极和第二公共电极通过第一接触孔电连接,其中，所述第一公共电极、第二公共电极围绕所述子像素的四周设置，且与所述像素电极部分交叠。

进一步地，所述第一公共电极设置在靠近所述数据线的一侧，所述第二公共电极设置在远离所述数据线的一侧。

进一步地，所述扫描线、所述薄膜晶体管的栅极和补偿栅极、所述第一公共电极由同一金属层制成。

进一步地，所述数据线、所述薄膜晶体管的漏极、所述第二公共电极由同一金属层制成。

进一步地，所述薄膜晶体管还包括位于所述栅极和所述补偿栅极之上的沟道层,以及与所述像素电极电连接的漏极。

进一步地，所述薄膜晶体管的漏极通过接触孔与所述像素电极电性连接。

进一步地，所述补偿栅极设置在所述第二公共电极与所述扫描线之间的空隙处，且所述补偿栅极与所述第二公共电极部分交叠。

本发明还公开一种双栅极扫描线驱动的像素结构的制作方法，包括以下步骤:

提供一基板；

在所述基板上设置第一金属层，图案化所述第一金属层，以形成扫描线、与所述扫描线电性连接的栅极和补偿栅极、第一公共电极；

在所述扫描线、所述薄膜晶体管的栅极和补偿栅极、所述第一公共电极之上形成第二金属层，图案化所述第二金属层，以形成数据线、薄膜晶体管的源极及漏极、第二公共电极；

其中，每条所述数据线分别与所述薄膜晶体管的源极电连接，且与同一条数据线电连接的所述薄膜晶体管分别与不同的所述扫描线电连接；

所述第二公共电极通过第一接触孔与所述第一公共电极连接，所述第一公共电极、第二公共电极围绕所述子像素的四周设置，且与所述像素电极部分交叠；

形成像素电极层,与所述薄膜晶体管的漏极电连接。

进一步地，所述扫描线,薄膜晶体管的栅极和所述补偿栅极,第一公共电极由同一金属层制成。

进一步地，所述数据线,所述薄膜晶体管的漏极,第二公共电极由同一金属层制成。

进一步地，所述补偿栅极设置在所述第二公共电极与所述扫描线之间的空隙处，且所述补偿栅极与所述第二公共电极部分交叠。

进一步地，形成像素电极层之后,与薄膜晶体管的漏极连接的步骤还包括

形成像素电极层之后还包括：

形成覆盖所述数据线、薄膜晶体管的漏极、第二公共电极的保护层；

所述薄膜晶体管的漏极之上的保护层形成有第二接触孔；

所述薄膜晶体管的漏极通过所述第二接触孔与所述像素电极电性连接。

本发明还公开一种液晶显示器，包括阵列基板，所述阵列基板上设置有双栅极扫描线驱动的像素结构。

与现有技术相比，本发明以TFT的补偿部分与公共电极至少部分重叠的方式填补公共电极与栅极扫描线之间的空白区域，无需BM图形的拐角设计，提高了液晶显示器透光率和开口率。

附图说明

图1是现有技术中单栅极扫描线驱动的液晶显示器示意图。

图2是现有技术中双栅极扫描线驱动的液晶显示器示意图。

图3是现有技术中双栅极扫描线驱动的像素结构示意图。

图4是现有技术中具有补偿性TFT的双栅极扫描线驱动的像素结构示意图。

图5是本发明具体实施例中双栅极扫描线驱动的像素结构示意图。

图6是本发明具体实施例中双栅极扫描线驱动的像素结构示意图。

图7-1至7-4为在本发明具体实施例中各主要步骤中所得到的像素结构的示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、1’栅极；2、源极；3、3’、漏极；4、4、数据线；5、5’、扫描线；6、沟道层；7、像素电极；8、补偿栅极；9、公共电极；10、缺口；

101、栅极；101-1、补偿栅极；104、104’、数据线；105、105’、扫描线；106、沟道层；108、第一公共电极；109、第二公共电极；110、第一接触孔；111、第二接触孔；112、113、像素电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图5示出了本具体实施例中中双栅极扫描线驱动的像素结构。如图所示，本具体实施方式的双栅极扫描线驱动的像素结构包括扫描线105和105’,由第一金属层组成，所述金属为常用的栅极金属材料如Al、Cr、Ta、Mo等；数据线104和104’，由第二金属层组成，所述金属为常用的源漏极金属材料如Al、Cr、Al合金等。所述的扫描线105、105’和数据线104、104’限定出了一个像素单元，包括水平相邻的两个子像素；

在每个子像素中设置有一个薄膜晶体管，分别为TFTa和b，该两个TFT的结构完全相同，以左上角的TFTa为例详细说明。TFTa包括与数据线104连接的源极102，与扫描线连接的栅极101和补偿栅极101－1，在优选的方式中，栅极101和补偿栅极101－1与扫描线105采用同一金属层，一次光刻形成，同样所述栅极101和补偿栅极101－1也可以与扫描线不为同一金属层，只要实现栅极101和补偿栅极101－1与扫描线连接即可。

在栅极101之上具有沟道层106，在所述栅极和沟道层之间还存在栅绝缘层（图中未示出）。所述沟道层由半导体材料如非晶硅、多晶硅等形成。同样在补偿栅极101－1之上也存在沟道层，这里补偿栅极上形成的ＴＦＴ是作为补偿性ＴＦＴ而存在的。在沟道层之上存在ＴＦＴａ的源极和漏极103，漏极103同时通过第二接触孔111与像素电极连接在一起，图5中为理解方便，像素电极未示出。每条所述数据线分别与所述薄膜晶体管的源极电连接，且与同一条数据线电连接的所述薄膜晶体管分别与不同的所述扫描线电连接。在像素区域中具有公共电极，所述公共电极包括第一公共电极108和第二公共电极109，所述第一公共电极108、第二公共电极109围绕子像素的四周设置，且与所述像素电极部分交叠。在优选的方式中，所述第一部分108是与扫描线105为同一金属层制成，所述第二部分109与TFT的漏极及数据线104、104’由同一金属层制成。所述第一公共电极108和第二公共电极109由未示出的栅绝缘层间隔，通过第一接触孔110连接在一起，第二公共电极109将像素区域中分割为分别包括两个子像素区域，在每个像素区域中都具有像素电极通过第二接触孔111与TFT的漏极103连接在一起，图5中未示出该像素电极。在图6中进行详细地示出，如图6中112和113分别为TFTa和b中像素区域的像素电极。

在现有技术中，如图4所示，公共电极9为一个整体与扫描线5采用同一金属层制成。此时补偿性TFT的栅极设置在图4中8的位置，公共电极和扫描线之间存在缺口10。

在本具体实施方式中，补偿性TFT的栅极也就是补偿栅极101-1与所述第二公共电极109至少部分重叠，填补了图4中公共电极9与扫面线5之间的缺口10，避免了再采用拐角设计的BM图形防止漏光，提高了穿透率和开口率。

接些来详细描述本具体实施方式中双栅极扫描线驱动的像素结构的制作方法。图7-1至7-5为在各主要步骤中所得到的像素结构的示意图。各步骤如下：首先提供一基板，在基板上采用溅射、蒸镀等方式形成第一金属层，该金属层的材料为常用的栅极金属材料如Al、Cr、Ta、Mo等；接着对该第一金属层进行图案化处理得到扫描线105和扫描线105’，栅极101和补偿栅极101－1，第一公共电极108，如图7-1所示。在优选的方式中，栅极101和补偿栅极101－1与扫描线105采用同一金属层，一次光刻形成，同样所述栅极101和补偿栅极101－1也可以与扫描线不为同一金属层，只要实现栅极101和补偿栅极101－1与扫描线连接即可。

接着，在基板上沉积由氮化硅、氧化硅等组成的栅绝缘膜（图中未示出），所述栅绝缘膜覆盖整个基板，然后在所述栅绝缘膜上，栅极101和补偿栅极101－1的上方形成沟道层106、106-1，所述沟道层的材料为常用的半导体材料如非晶硅、多晶硅等，如图7-2所示。

接着，在覆盖所述第一公共电极108的栅绝缘膜上形成第一接触孔110，用于后续与所述公共电极第二公共电极109的连接，如图7-3所示。

然后在基板上采用溅射、蒸镀等方式形成第二金属层，所述金属为常用的源漏极金属材料如Al、Cr、Al合金等。对第二金属层进行图案化处理，形成数据线104,104’，TFT的源极和漏极3，第二公共电极109，如图7-4所示。第二公共电极109通过第一接触孔110与第一公共电极108连接在一起，所述第一公共电极、第二公共电极围绕所述子像素的四周设置，且与所述像素电极部分交叠。在优选的方式中，形成数据线104,104’，TFT的漏极3，第二公共电极109采用同一金属层制成，当然，也可以采用不同的金属层制成，只要使TFT的漏极与数据线连接即可。

接着在所述扫描线、所述薄膜晶体管的栅极和补偿栅极、所述第一公共电极上形成保护层（图中未示出），在覆盖漏极3的保护层上形成第二接触孔111，形成如图5所示的像素结构其中，每条所述数据线分别与所述薄膜晶体管的源极电连接，且与同一条数据线电连接的所述薄膜晶体管分别与不同的所述扫描线电连接。

最后沉积由氧化铟锌（ITO）材料组成的像素电极层112和113，所述像素电极层通过第二接触孔111与漏极连接，形成如图6所示的像素结构。

本具体实施方式的制作方法能够使TFT的补偿部分填补公共电极与栅极扫描驱动线之间的缺口，不需要BM拐角设计防漏光，提高透光率和开口率，并且第一公共电极与扫描线采用同层制作，第二部分与数据线采用同层制作，不增加工艺的复杂性。

本发明还公开一种液晶显示器，包括阵列基板，所述阵列基板上设置有以上实施例中所公开的任一项双栅极扫描线驱动的像素结构。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种双栅极扫描线驱动的像素结构，其特征在于，包括：

像素单元，包括相邻的两个子像素；

每个所述像素单元包括两条扫描线和一条数据线；

每个所述子像素设置有薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括与所述扫描线电连接的栅极和补偿栅极，每条所述数据线分别与所述薄膜晶体管的源极电连接，且与同一条数据线电连接的所述薄膜晶体管分别与不同的所述扫描线电连接；

像素电极，位于所述子像素中，并与所述薄膜晶体管的漏极电连接；

公共电极,包括由第一层金属层制成的第一公共电极和由第二金属层制成的第二公共电极,所述第一公共电极和第二公共电极通过第一接触孔电连接,其中，所述第一公共电极、第二公共电极围绕所述子像素的四周设置，且与所述像素电极部分交叠；

所述补偿栅极与所述第二公共电极部分交叠。

2.根据权利要求1所述的双栅极扫描线驱动的像素结构，其特征在于，所述第一公共电极设置在靠近所述数据线的一侧，所述第二公共电极设置在远离所述数据线的一侧。

3.根据权利要求1所述的双栅极扫描线驱动的像素结构，其特征在于，所述扫描线、所述薄膜晶体管的栅极和补偿栅极、所述第一公共电极由同一金属层制成。

4.根据权利要求1所述的双栅极扫描线驱动的像素结构，其特征在于，所述数据线、所述薄膜晶体管的漏极、所述第二公共电极由同一金属层制成。

5.根据权利要求1所述的双栅极扫描线驱动的像素结构，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括位于所述栅极和所述补偿栅极之上的沟道层,以及与所述像素电极电连接的漏极。

6.根据权利要求5所述的双栅极扫描线驱动的像素结构，其特征在于，所述薄膜晶体管的漏极通过接触孔与所述像素电极电性连接。

7.根据权利要求1所述的双栅极扫描线驱动的像素结构，其特征在于，所述补偿栅极设置在所述第二公共电极与所述扫描线之间的空隙处，且所述补偿栅极与所述第二公共电极部分交叠。

8.一种双栅极扫描线驱动的像素结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤:

提供一基板；

在所述基板上设置第一金属层，图案化所述第一金属层，以形成扫描线、与所述扫描线电性连接的栅极和补偿栅极、第一公共电极；

在所述扫描线、薄膜晶体管的栅极和补偿栅极、所述第一公共电极之上形成第二金属层，图案化所述第二金属层，以形成数据线、薄膜晶体管的源级及漏极、第二公共电极；

其中，每条所述数据线分别与所述薄膜晶体管的源极电连接，且与同一条数据线电连接的所述薄膜晶体管分别与不同的所述扫描线电连接；

所述第二公共电极通过第一接触孔与所述第一公共电极连接，所述第一公共电极、第二公共电极围绕子像素的四周设置，且与像素电极部分交叠；

形成像素电极层,与所述薄膜晶体管的漏极电连接；

所述补偿栅极与所述第二公共电极部分交叠。

9.根据权利要求8所述的双栅极扫描线驱动的像素结构的制作方法，其特征在于，所述扫描线,薄膜晶体管的栅极和所述补偿栅极,第一公共电极由同一金属层制成。

10.根据权利要求8所述的双栅极扫描线驱动的像素结构的制作方法，其特征在于，所述数据线,所述薄膜晶体管的漏极,第二公共电极由同一金属层制成。

11.根据权利要求8所述的双栅极扫描线驱动的像素结构的制作方法，其特征在于，所述补偿栅极设置在所述第二公共电极与所述扫描线之间的空隙处，且所述补偿栅极与所述第二公共电极部分交叠。

12.根据权利要求8所述的双栅极扫描线驱动的像素结构的制作方法，其特征在于，形成像素电极层之后还包括：

形成覆盖所述数据线、薄膜晶体管的漏极、第二公共电极的保护层；

所述薄膜晶体管的漏极之上的保护层形成有第二接触孔；

所述薄膜晶体管的漏极通过所述第二接触孔与所述像素电极电性连接。

13.根据权利要求8所述的双栅极扫描线驱动的像素结构的制作方法，其特征在于，形成扫描线、与所述扫描线电性连接的栅极和补偿栅极、第一公共电极之后还包括：在所述扫描线、与所述扫描线电性连接的栅极和补偿栅极、第一公共电极之上覆盖栅绝缘层，在所述栅绝缘层上形成沟道层。

14.一种液晶显示器，包括阵列基板，其特征在于，所述阵列基板上设置有如权利要求1-7中任一项所述的双栅极扫描线驱动的像素结构。