CN107229167A - 液晶显示器面板及其像素单元的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示器面板及其像素单元的制备方法。液晶显示器面板包括玻璃衬底、多条石墨烯数据线、多条石墨烯栅极线，多条石墨烯数据线平行排列于该玻璃衬底上，多条石墨烯栅极线平行排列于该玻璃衬底上，该多条石墨烯栅极线与该多条石墨烯数据线垂直，定义出多个像素区，每个像素区中设有一像素单元，该像素单元包括：晶体管、显示电极及电容电极，晶体管形成于该玻璃衬底上，该晶体管包括一栅极电极、一源极电极及一漏极电极，该栅极电极电性连接于一条石墨烯栅极线，该源极电极电性连接于一条石墨烯数据线，显示电极形成于该玻璃衬底上，该显示电极电性连接于该漏极电极，电容电极形成于该玻璃衬底上，该电容电极电性连接于该显示电极。

Description

液晶显示器面板及其像素单元的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种液晶显示器面板及其像素单元的制备方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-LCD,TFT LCD)是在画面中的每个像素内建有晶体管，可使亮度更明亮、色彩更丰富及可视面积更宽广，且具有屏幕反应速度快、对比度佳、亮度高、可视角度大等优点。TFT LCD面板自上表面至下表面大致由上层偏光板、上层玻璃衬底、彩色滤光片、公共电极、液晶、沉积在底层玻璃衬底上的场效晶体管电极、底层玻璃衬底、底层偏光板、背光板及背光光源组成。背光光源由背光板发射出来，经过液晶和上层偏光板与下层偏光板的控制，并通过彩色滤光片以产生色彩斑斓的图像。
LCD中有一个很重要的规格就是亮度。参考图1A，如1A为现有技术中LCD面板的一像素单元的俯视或仰视图，像素单元包括两条互相平行的数据线S以及与数据线S垂直的两条互相平行的栅极线G，数据线S与栅极线G定义出一像素区P1，像素区P1中包括晶体管TFT、显示电极D以及电容电极C。当背光光源从背光板发射出来时，不是所有的光线都能穿透过LCD面板，例如栅极线G及数据线S、晶体管TFT以及电容电极C，这些地方除了不完全透光之外，也由于经过这些地方的光线并不受电压的控制，而无法显示正确的灰阶，所以需要利用黑矩阵(black matrix)加以遮蔽，以免干扰到像素区P1中其他透光区域的正确亮度。
简单来说，图1B为图1A的像素区P1的透光示意图，如图1B所示，有效透光区域L1占像素区P1的比例即为“开口率”，开口率为决定LCD面板的关键因素，其影响背光光源亮度的需求。因此，改善开口率为一项重要的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶显示器面板及其像素单元的制备方法，以改善开口率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种液晶显示器面板，包括：
玻璃衬底；
多条石墨烯数据线，平行排列于该玻璃衬底上；
多条石墨烯栅极线，平行排列于该玻璃衬底上，该多条石墨烯栅极线与该多条石墨烯数据线相互垂直设置，以定义出多个像素区，每个像素区中设有像素单元，该像素单元包括：
晶体管，形成于该玻璃衬底上，该晶体管包括栅极电极、源极电极及漏极电极，该栅极电极电性连接于该多条石墨烯栅极线的其中一条，该源极电极电性连接于该多条石墨烯数据线中的其中一条；
显示电极，形成于该玻璃衬底上，该显示电极电性连接于该漏极电极；及
电容电极，形成于该玻璃衬底上，该电容电极电性连接于该显示电极；
其中，该电容电极与该玻璃衬底之间具有该多条石墨烯栅极线的其中一条的一部分、该多条石墨烯数据线中的其中一条的一部分与第一介电层，以形成石墨烯电容；
其中，该晶体管还包括第二介电层，该第二介电层形成于该栅极电极与该玻璃衬底之间，该源极电极与该漏极电极分别设置于该第二介电层的相对两侧，以形成石墨烯穿隧式通道。
可选的，对于所述的液晶显示器面板，该第一介电层的材料为二氧化硅、氟氧化硅、氮氧化硅的一种或组合。
可选的，对于所述的液晶显示器面板，该第二介电层的材料为高介电常数材料。
可选的，对于所述的液晶显示器面板，该栅极电极、该源极电极及该漏极电极的材料皆为铬、金、镍、钨、钛、氮化钛的一种或组合。
相应的，本发明还提供一种如上所述的液晶显示器面板的像素单元的制备方法，包括
提供玻璃衬底；
在该玻璃衬底上形成p型掺杂石墨烯层，该p型掺杂石墨烯层具有暴露该玻璃衬底的第一开口，该第一开口将该p型掺杂石墨烯层分割为第一区域和第二区域；
形成第一介电层，该第一介电层具有覆盖该第一区域的第三区域与覆盖部分的暴露于该第一开口的该玻璃衬底的第四区域，以形成暴露该玻璃衬底的第二开口及暴露该p型掺杂石墨烯层的第三开口；
形成n型掺杂石墨烯层，该n型掺杂石墨烯层具有覆盖该第三区域的第五区域、覆盖该第四区域的第六区域、覆盖暴露于该第二开口的该玻璃衬底的第七区域和覆盖该第三开口的一部分的第八区域，以形成暴露该p型掺杂石墨烯层的第四开口；
在该第八区域上形成第二介电层；及
形成电极层，该电极层包括电容电极、漏极电极、栅极电极与源极电极，该电容电极形成于该第五区域的一部分上，该漏极电极形成于该第六区域的一部分与该第七区域的一部分上，该栅极电极形成于该第二介电层的一部分上，该源极电极形成于暴露于该第四开口的该p型掺杂石墨烯层的一部分上。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，该第一介电层的材料为二氧化硅、氟氧化硅、氮氧化硅的一种或组合。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，该第二介电层的材料为高介电常数材料。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，该第二介电层的材料包括二氧化钛、二氧化铪、二氧化锆的一种或组合。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，该电极层的材料为铬、金、镍、钨、钛、氮化钛的一种或组合。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，在该玻璃衬底上形成p型掺杂石墨烯层的步骤包括：通过第一道光刻蚀刻程序形成该第一开口。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，形成该第一介电层的步骤包括：通过第二道光刻蚀刻程序形成该第二开口与该第三开口。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，形成该n型掺杂石墨烯层的步骤包括：通过第三道光刻蚀刻程序形成该第四开口。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，形成该第二介电层的步骤包括：通过第四道光刻蚀刻程序形成该第二介电层。
可选的，对于所述的像素单元的制备方法，形成该电极层的步骤包括：通过第五道光刻蚀刻程序形成该电容电极、该漏极电极、该栅极电极与该源极电极。
本发明提供的液晶显示器面板及其像素单元的制备的方法，通过石墨烯材料沉积成长于玻璃衬底上，并以石墨烯材料作为场效晶体管的通道以及储存电容的下电极材料，兼具玻璃的透光性与石墨的导电性、导热性和表面疏水性等优点，由此增进显示器面板的亮度。
附图说明
图1A为现有技术中液晶显示器面板的像素单元的俯视或仰视图；
图1B为图1A的液晶显示器面板的像素单元的像素区的透光示意图；
图2A为本发明一实施例中液晶显示器面板的像素单元的俯视或仰视图；
图2B为图2A的液晶显示器面板的像素单元的像素区的透光示意图；
图3为本发明一实施例中制备液晶显示器面板的像素单元的方法流程图；
图4为本发明一实施例中液晶显示器面板的像素单元的玻璃衬底的剖面结构示意图；
图5为本发明一实施例中形成p型掺杂石墨烯层的剖面结构示意图；
图6为本发明一实施例中形成第一介电层的剖面结构示意图；
图7为本发明一实施例中形成n型掺杂石墨烯层的剖面结构示意图；
图8为本发明一实施例中形成第二介电层的剖面结构示意图；
图9为本发明一实施例中形成电极层的剖面结构示意图。
其中，S 数据线
G 栅极线
C、C' 电容电极
D、D' 显示电极
TFT、TFT' 晶体管
GS 石墨烯数据线
GG 石墨烯栅极线
P1、P2 像素区
L1、L2、L3 有效透光区
S1～S6 液晶显示器面板的像素单元的制备方法流程步骤
1 液晶显示器面板的像素单元
100 玻璃衬底
200 p型掺杂石墨烯层
210 第一区域
220 第二区域
230 第一开口
400 第一介电层
420 第二开口
430 第三区域
440 第四区域
450 第三开口
600 n型掺杂石墨烯层
630 第四开口
650 第五区域
660 第六区域
670 第七区域
680 第八区域
800 第二介电层
900 电极层
910 电容电极
930 漏极电极
950 栅极电极
970 源极电极
990 石墨烯穿隧式通道
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的液晶显示器面板及其像素单元的制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图2A-图2B，图2A为本发明的一实施例的液晶显示器面板的像素单元的俯视或仰视图，图2B为图2A的液晶显示器面板的像素单元的像素区的透光示意图。图2A仅显示本发明的一实施例的液晶显示器面板的一像素单元，实际上液晶显示器面板包含多个像素单元所排列的矩阵。
如图2A所示，液晶显示器面板包括玻璃衬底(图未示)、多条石墨烯数据线GS、多条石墨烯栅极线GG。在本实施例中，多条石墨烯数据线GS形成于玻璃衬底上，多条石墨烯数据线GS的条数为m，且互相平行排列。在本实施例中，多条石墨烯栅极线GG形成于玻璃衬底上，多条石墨烯栅极线GG的条数为n，且互相平行排列，多条石墨烯栅极线GG与多条石墨烯数据线GS相互垂直设置，以定义出多个像素区P2，每个像素区P2中具有一像素单元，此像素单元包括晶体管TFT'、显示电极D'以及电容电极C'。
在本实施例中，晶体管TFT'形成于玻璃衬底上，晶体管TFT'包括栅极电极、源极电极及漏极电极，栅极电极电性连接于多条石墨烯栅极线GG的其中一条，源极电极电性连接于多条石墨烯数据线GS中的其中一条。在本实施例中，显示电极D'形成于玻璃衬底上，显示电极D'电性连接于漏极电极。在本实施例中，电容电极C'形成于玻璃衬底上，电容电极C'电性连接于显示电极D'。在本实施例中，电容电极C'与玻璃衬底之间具有多条石墨烯栅极线GG的其中一条的一部分、多条石墨烯数据线GS中的其中一条的一部分与第一介电层(图未示)，以形成石墨烯电容，也就是以石墨材料作为储存电容的电极材料。在本实施例中，晶体管TFT'还包括第二介电层(图未示)，第二介电层形成于栅极电极与玻 璃衬底之间，源极电极与漏极电极分别设置于第二介电层的相对两侧，以形成石墨烯穿隧式通道。
根据一实施例，第一介电层的材料为二氧化硅(SiO2)、氟氧化硅(SiOF)、氮氧化硅(SiON)的一种或组合。
根据一实施例，第二介电层的材料为高介电常数材料。
根据一实施例，栅极电极、源极电极及该漏极电极的材料皆可以为铬(Cr)、金(Au)、镍(Ni)、钨(W)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)的一种或组合。
由此，像素区P2中的有效透光区可从现有技术中的有效透光区L1另外增加了两个有效透光区L2、L3，也就是增加了开口率。
图3为本发明一实施例中制备液晶显示器面板的像素单元的方法流程图。图4～图9为图3中各步骤的结构示意图，其制备过程包括如下步骤
执行步骤S1，参考图4所示，提供一玻璃衬底100。根据一实施例，玻璃衬底100的材料为硅酸盐(SiO2)。
执行步骤S2，参考图5所示，在玻璃衬底100上形成p型掺杂石墨烯层200，p型掺杂石墨烯层200具有暴露玻璃衬底100的第一开口230，第一开口230将p型掺杂石墨烯层200分割为第一区域210和第二区域220。根据一实施例，在玻璃衬底100上形成p型掺杂石墨烯层200的步骤包括沉积p型掺杂石墨烯材料，并利用第一道光刻蚀刻程序形成该第一开口230。
执行步骤S3，参考图6所示，形成第一介电层400，第一介电层400具有覆盖第一区域210(标示于第5图)的第三区域430与覆盖部分的暴露于第一开口230(标示于第5图)的玻璃衬底100的第四区域440，以形成暴露玻璃衬底100的第二开口420及暴露p型掺杂石墨烯层200的第三开口450。根据一实施例，形成第一介电层400的步骤包括沉积第一介电材料，例如二氧化硅(SiO2)、氟氧化硅(SiOF)、氮氧化硅(SiON)的一种或组合，并利用第二道光刻蚀刻程序形成第二开口420与第三开口450。
执行步骤S4，参考图7所示，形成n型掺杂石墨烯层600，n型掺杂石墨烯层600具有覆盖第三区域430(标示于第6图)的第五区域650、覆盖第四区域440(标示于第6图)的第六区域660、覆盖暴露于第二开口420(标示于第6图)的玻璃衬底100的第七区域670和覆盖第三开口450(标示于第6图)的一 部分的第八区域680，以形成暴露p型掺杂石墨烯层200的第四开口630。根据一实施例，形成n型掺杂石墨烯层600的步骤包括沉积n型掺杂石墨烯材料，并利用第三道光刻蚀刻程序形成第四开口630。
执行步骤S5，参考图8所示，在第八区域680(标示于第7图)上形成第二介电层800。根据一实施例，形成第二介电层800的步骤包括沉积第二介电材料，例如二氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)等高介电常数材料，并利用第四道光刻蚀刻程序形成第二介电层800。
执行步骤S6，参考图9所示，形成电极层900，电极层900包括电容电极910、漏极电极930、栅极电极950与源极电极970，电容电极910形成于第五区域650(标示于第7图)的一部分上，漏极电极930形成于第六区域660(标示于第7图)的一部分与第七区域670(标示于第7图)的一部分上，栅极电极950形成于第二介电层800的一部分上，源极电极970形成于暴露于第四开口630(标示于第7图)的p型掺杂石墨烯层200的一部分上，由此形成液晶显示器面板的像素单元1。根据一实施例，形成电极层900的步骤包括沉积电极材料，例如铬(Cr)、金(Au)、镍(Ni)、钨(W)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)等导电金属的其中一种或组合，并利用第五道光刻蚀刻程序形成电容电极910、漏极电极930、栅极电极950与源极电极970。
根据一实施例，步骤S2至S6的沉积步骤分别采用化学气相沉积(CVD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、分子束沉积(MBE)或原子层沉积(ALD)等方式沉积。
值得注意的是，第二介电层800形成于栅极电极950与玻璃衬底100之间，p型掺杂石墨烯层200的第二区域220(标示于第5图)与n型掺杂石墨烯层600的第八区域680(标示于第7图)形成于第二介电层800与玻璃衬底100之间，源极电极970与漏极电极930分别设置于第二介电层800的相对两侧，以形成石墨烯穿隧式通道990。
本发明采用石墨烯晶体管取代非晶硅薄膜晶体管，并采用石墨烯作为储存电容的材料，可增加有效透光区域，即提高开口率，以增加液晶显示器面板的亮度，并降低背光光源的亮度需求，进而节省LCD面板的功耗。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种液晶显示器面板，包括：
玻璃衬底；
多条石墨烯数据线，平行排列于该玻璃衬底上；
多条石墨烯栅极线，平行排列于该玻璃衬底上，该多条石墨烯栅极线与该多条石墨烯数据线相互垂直设置，以定义出多个像素区，每个像素区中设有像素单元，该像素单元包括：
晶体管，形成于该玻璃衬底上，该晶体管包括栅极电极、源极电极及漏极电极，该栅极电极电性连接于该多条石墨烯栅极线的其中一条，该源极电极电性连接于该多条石墨烯数据线中的其中一条；
显示电极，形成于该玻璃衬底上，该显示电极电性连接于该漏极电极；及
电容电极，形成于该玻璃衬底上，该电容电极电性连接于该显示电极；
其中，该电容电极与该玻璃衬底之间具有该多条石墨烯栅极线的其中一条的一部分、该多条石墨烯数据线中的其中一条的一部分与第一介电层，以形成石墨烯电容；
其中，该晶体管还包括第二介电层，该第二介电层形成于该栅极电极与该玻璃衬底之间，该源极电极与该漏极电极分别设置于该第二介电层的相对两侧，以形成石墨烯穿隧式通道。
2.如权利要求1所述的液晶显示器面板，其特征在于，该第一介电层的材料为二氧化硅、氟氧化硅、氮氧化硅的一种或组合。
3.如权利要求1所述的液晶显示器面板，其特征在于，该第二介电层的材料为高介电常数材料。
4.如权利要求1所述的液晶显示器面板，其特征在于，该栅极电极、该源极电极及该漏极电极的材料皆为铬、金、镍、钨、钛、氮化钛的一种或组合。
5.一种如权利要求1所述的液晶显示器面板的像素单元的制备方法，包括：
提供玻璃衬底；
在该玻璃衬底上形成p型掺杂石墨烯层，该p型掺杂石墨烯层具有暴露该玻璃衬底的第一开口，该第一开口将该p型掺杂石墨烯层分割为第一区域和第二区域；
形成第一介电层，该第一介电层具有覆盖该第一区域的第三区域与覆盖部分的暴露于该第一开口的该玻璃衬底的第四区域，以形成暴露该玻璃衬底的第二开口及暴露该p型掺杂石墨烯层的第三开口；
形成n型掺杂石墨烯层，该n型掺杂石墨烯层具有覆盖该第三区域的第五区域、覆盖该第四区域的第六区域、覆盖暴露于该第二开口的该玻璃衬底的第七区域和覆盖该第三开口的一部分的第八区域，以形成暴露该p型掺杂石墨烯层的第四开口；
在该第八区域上形成第二介电层；及
形成电极层，该电极层包括电容电极、漏极电极、栅极电极与源极电极，该电容电极形成于该第五区域的一部分上，该漏极电极形成于该第六区域的一部分与该第七区域的一部分上，该栅极电极形成于该第二介电层的一部分上，该源极电极形成于暴露于该第四开口的该p型掺杂石墨烯层的一部分上。
6.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，该第一介电层的材料为二氧化硅、氟氧化硅、氮氧化硅的一种或组合。
7.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，该第二介电层的材料为高介电常数材料。
8.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，该第二介电层的材料包括二氧化钛、二氧化铪、二氧化锆的一种或组合。
9.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，该电极层的材料为铬、金、镍、钨、钛、氮化钛的一种或组合。
10.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，在该玻璃衬底上形成p型掺杂石墨烯层的步骤包括：通过第一道光刻蚀刻程序形成该第一开口。
11.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，形成该第一介电层的步骤包括：通过第二道光刻蚀刻程序形成该第二开口与该第三开口。
12.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，形成该n型掺杂石墨烯层的步骤包括：通过第三道光刻蚀刻程序形成该第四开口。
13.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，形成该第二介电层的步骤包括：通过第四道光刻蚀刻程序形成该第二介电层。
14.如权利要求5所述的像素单元的制备方法，其特征在于，形成该电极层的步骤包括：通过第五道光刻蚀刻程序形成该电容电极、该漏极电极、该栅极电极与该源极电极。
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