CN114089578A - 电子纸阵列基板及其制造方法、电子纸显示装置 - Google Patents

电子纸阵列基板及其制造方法、电子纸显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于显示装置领域，提出一种电子纸阵列基板，包括：衬底基板；阵列于衬底基板上的多个薄膜晶体管，薄膜晶体管包括栅极、半导体层、以及设于半导体层两侧的源极和漏极；多个像素电极，像素电极为不透光的导电层，像素电极分别与相应的薄膜晶体管的漏极电连接，且像素电极覆盖与其对应的薄膜晶体管的半导体层。上述电子纸阵列基板的像素电极能够避免外界光照射薄膜晶体管的沟道区，进而避免因薄膜晶体管的漏电流变大而引起的串扰、对比度降低等显示不良现象。本发明还提出一种电子纸阵列基板的制造方法及一种电子纸显示装置。

Description

电子纸阵列基板及其制造方法、电子纸显示装置
技术领域
本发明涉及显示装置领域，尤其涉及一种电子纸阵列基板及其制造方法、电子纸显示装置。
背景技术
点阵式电子纸产品能够依靠外界光反射来实现显示，不需要背光源，人眼看上去比较舒服，已成为新一代显示器。然而，在自然强光环境下使用时，部分外界光会穿越电子纸产品的电子墨水并照射到晶体管上，造成晶体管漏电流变大，而像素电容与晶体管串联，漏电加快，像素电容两端电压变低，致使电子墨水显示出现串扰，对比度降低，显示效果变差，甚至显示错乱的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电子纸阵列基板及其制造方法、电子纸显示装置，以解决外界光照射到晶体管上造成的串扰、对比度降低、显示效果变差和错乱等问题。
本发明第一方面的实施例提出一种电子纸阵列基板，包括：
衬底基板；
阵列于所述衬底基板上的多个薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、半导体层、以及设于所述半导体层两侧的源极和漏极；
多个像素电极，所述像素电极为不透光的导电层，所述像素电极分别与相应的所述薄膜晶体管的漏极电连接，且所述像素电极覆盖与其对应的所述薄膜晶体管的半导体层。
在一实施例中，所述电子纸阵列基板还包括多条扫描线和多条数据线，多条所述扫描线和多条所述数据线相互交叉并形成多个像素区域，所述像素电极分别位于相应的所述像素区域内；
所述像素电极包括间隔设置的主体部和覆盖部，所述覆盖部设于所述半导体层的上方，所述主体部设于所述像素区域的其他区域且电连接于所述漏极。
在一实施例中，所述电子纸阵列基板还包括设于所述薄膜晶体管与所述像素电极之间的绝缘层以及加厚绝缘层，所述加厚绝缘层与所述半导体层对应设置且所述加厚绝缘层的厚度范围为1-3um。
在一实施例中，所述像素电极为金属或合金材质。
在一实施例中，所述电子纸阵列基板还包括公共电极，所述公共电极与所述栅极或所述源极位于同一层。
本发明的第二方面提出一种电子纸阵列基板的制作方法，包括：
在衬底基板上制作薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、半导体层、以及设于所述半导体层两侧的源极和漏极；
在所述衬底基板上制作覆盖所述薄膜晶体管的绝缘层，并在所述绝缘层上制作开孔，以暴露部分所述漏极；
在所述绝缘层上方制作像素电极，所述像素电极为不透光的导电层，各所述像素电极分别通过所述开孔与相应的所述漏极电连接，且所述像素电极覆盖所述薄膜晶体管的半导体层。
在一实施例中，述像素电极分为间隔设置的主体部和覆盖部，所述覆盖部设于所述半导体层的上方。
在一实施例中，在所述衬底基板上制作覆盖所述薄膜晶体管的绝缘层之后，所述制作方法还包括：
在所述绝缘层上方制作加厚绝缘层，所述加厚绝缘层与所述半导体相对应，且所述加厚绝缘层的厚度范围为1-3um。
在一实施例中，所述在衬底基板上制作多个薄膜晶体管，包括：
通过溅射在所述衬底基板上制作第一电极层，并通过光刻工艺形成所述栅极和公共电极；
通过溅射或化学沉积在所述衬底基板上制作栅极绝缘层和所述半导体层，并通过光刻工艺将所述半导体层进行图案化，所述栅极绝缘层覆盖所述栅极和所述衬底基板，图案化后的所述半导体层设于所述栅极上方；
通过溅射在所述衬底基板上制作第二电极层，并通过光刻工艺形成所述源极和所述漏极，所述源极和所述漏极分别设于所述半导体层的两侧。
本发明第三方面提出一种电子纸显示装置，包括：
如第一方面任一项所述的电子纸阵列基板；以及
与所述电子纸阵列基板相对设置的对向基板。
本发明提供的电子纸阵列基板包括衬底基板、设于衬底基板上的薄膜晶体管和像素电极，像素电极覆盖半导体层且像素电极为不透光的导电层，因此，像素电极既能够驱动电子墨水，又能够遮盖薄膜晶体管的沟道区，避免外界光照射沟道区而引起薄膜晶体管的漏电流变大，进而避免电子墨水显示出现串扰、对比度降低、显示效果变差、甚至显示错乱等显示不良的问题。上述电子纸阵列基板结构简单，成本较低，显示效果和稳定性较好。
本发明提供的电子纸阵列基板的制作流程简单，成本较低；同样的，本发明提供的电子纸显示装置同样具有较好的显示效果，实现了抗光干扰的效果，稳定性较好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的电子纸阵列基板的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的电子纸阵列基板的平面示意图；
图3是本发明另一实施例提供的电子纸阵列基板的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的的电子纸阵列基板的平面示意图；
图5是本发明一实施例提供的电子纸阵列基板的制造方法的流程图；
图6是图5所示流程图中步骤S110的具体流程图；
图7A和图7B是本发明一实施例提供的电子纸阵列基板在制作栅极和公共电极后的结构示意图；
图8A和图8B是本发明一实施例提供的电子纸阵列基板在制作半导体层后的结构示意图；
图9A和图9B是本发明一实施例提供的电子纸阵列基板在制作源极和漏极后的结构示意图；
图10A和图10B是本发明一实施例提供的电子纸阵列基板在制作绝缘层后的结构示意图；
图11A和图11B是本发明另一实施例提供的电子纸阵列基板在制作加厚层后的结构示意图；
图12是本发明一实施例提供的电子纸显示装置的结构示意图。
图中标记的含义为：
100、电子纸阵列基板；10、衬底基板；
20、薄膜晶体管；21、栅极；22、半导体层；23、源极；24、漏极；25、栅极绝缘层；
30、像素电极；301、通槽；31、主体部；32、覆盖部；40、绝缘层；401、开孔；41、加厚绝缘层；50、公共电极；GL：扫描线；DL：数据线；200、对向基板；500、电子纸显示装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图即实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以是直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本发明所述的技术方案，下面结合具体附图及实施例来进行说明。
请参照图1和图2，本发明第一方面的实施例提出一种电子纸阵列基板100，包括衬底基板10，阵列于衬底基板10上的多个薄膜晶体管(Thin film transistor，TFT)20，以及多个像素电极30。
薄膜晶体管20包括栅极21、半导体层22、以及设于半导体层22两侧的源极23和漏极24，其中，半导体层22的中部区域为沟道区。
可选的，薄膜晶体管20可为顶栅型或底栅型，薄膜晶体管20还可为工字形或马蹄形，本申请对薄膜晶体管20的类型不作限制；可以理解，衬底基板10上还设有多条扫描线GL和多条数据线DL，扫描线GL与数据线DL相互交叉，以形成多个像素区域，每个像素区域中设有至少一个薄膜晶体管20，栅极21连接于相应的扫描线GL，源极23连接于相应的数据线DL。
各像素电极30分别与相应的薄膜晶体管20的漏极24电连接，像素电极30为不透光的导电层，且像素电极30覆盖与其对应的薄膜晶体管20的半导体层22。由于像素电极30不透光，像素电极30可对光线进行反射，避免光线照射薄膜晶体管20的沟道区。
上述电子纸阵列基板100包括衬底基板10、设于衬底基板10上的薄膜晶体管20和像素电极30，像素电极30覆盖半导体层22且像素电极30为不透光的导电层，因此，像素电极30既能够驱动电子墨水，又能够遮盖薄膜晶体管20的沟道区，避免外界光照射沟道区而引起薄膜晶体管20的漏电流变大，进而避免电子墨水显示出现串扰、对比度降低、显示效果变差、甚至显示错乱等显示不良的问题。上述电子纸阵列基板100结构简单，成本较低，实现了抗光干扰的效果，即使在强光下也能获得较好的显示效果，稳定性较好。
在一实施例中，像素电极30包括间隔设置的主体部31和覆盖部32，覆盖部32设于半导体层22的上方，主体部31设于像素区域的其他区域且电连接于漏极24。主体部31和覆盖部32之间通过贯穿像素电极30的通槽301相互间隔，可选的，通槽301同时设于覆盖部32的相邻两侧，使覆盖部32与主体部31相间隔，从而不具有电性，可以理解，可依据像素电极30和薄膜晶体管20的结构设置通槽301，通槽301也可位于覆盖部32的一侧或多侧，只要保证覆盖部32无电性即可。
通过采用上述技术方案，主体部31电连接于漏极24，能够驱动电子墨水；由于覆盖部32与主体部31间隔设置，覆盖部32不具有电性，仅起到遮光作用，从而覆盖部32的位置不会产生电容，避免增加像素区域的电容而影响驱动和显示效果。
可选的，漏极24可覆盖大部分像素区域，从而漏极24具有较大的面积，像素电极30覆盖漏极24和沟道区，从而上述电子纸阵列基板100的开口率较高，可以实现高分辨率的显示。
如图1所示，电子纸阵列基板100还包括设于薄膜晶体管20与像素电极30之间的绝缘层40，绝缘层40起到绝缘和平坦化的作用。
在一实施例中，像素电极30为金属或合金材质，例如：AL(铝)、ALCu(铜铝合金)、ALNd(铝钕合金)、Ag(银)、Mo(钼)等。像素电极30采用不透光的导电金属材质，具有反光能力，能够反射光线，避免光线照射至薄膜晶体管20的沟道区。为了保证像素电极30的反光能力，可选的，像素电极30所采用的材质的反射率可大于85％。
在一实施例中，电子纸阵列基板100还包括公共电极50，公共电极50与栅极21或源极23位于同一层。公共电极50与像素电极30部分重叠设置，形成存储电容(Cst)。如图1所示，在一实施例中，公共电极50与栅极21位于同一层，可以理解，公共电极50也可与源极23、漏极24位于同一层，如此，能够节省一道光罩制程，降低制造成本。
可选的，栅极21、源极23和漏极24作为导电层，可选用MO、AL、Au、TI、Nb等金属；可选的，半导体层22可为A-SI，也可以是IGZO或LTPS，本申请对此不作限制。
可以理解，电子纸阵列基板100还包括设于栅极21上方的栅极绝缘层25。
请参照图3和图4，在另一实施例中，电子纸阵列基板100还包括加厚绝缘层41，加厚绝缘层41设于绝缘层40的上方且与半导体层22对应设置，加厚绝缘层的厚度范围为1-3um。
可选的，加厚绝缘层41为不导电的光刻胶，加厚绝缘层41可为透明的光刻胶或者为黑胶。由于像素电极30不透光，加厚绝缘层41既可为透光材质，也可为遮光材质。
相较于现有技术，绝缘层的厚度通常为200-400nm之间，本实施例通过在绝缘层40上方设置加厚绝缘层41，能够降低电荷对薄膜晶体管20的影响，增强薄膜晶体管20工作的可靠性；同时，能够降低像素电极30在沟道区上方的存储电容，此时通槽301可以取消；由于像素电极30可覆盖整个像素区域，具有较大的面积，提升了开口率。
在再一实施例中，绝缘层40包括设于半导体层22上方的第一绝缘部和设于漏极24上方的第二绝缘部，第一绝缘部和第二绝缘部相连接，第一绝缘部41和第二绝缘部42的厚度可大致相等且均为1-3um，以降低整个像素区域的存储电容；或者，第一绝缘部的厚度大于第二绝缘部的厚度
请参照图1、图2和图5，本发明第二方面的实施例提出一种电子纸阵列基板100的制造方法，包括以下步骤。
步骤S110：在衬底基板10上制作薄膜晶体管20。
薄膜晶体管20包括栅极21、半导体层22、以及设于半导体层22两侧的源极23和漏极24。
请同时参照图6，在一实施例中，步骤S110在衬底基板10上制作薄膜晶体管20，包括以下步骤。
步骤S111：通过溅射在衬底基板10上制作第一电极层，并通过光刻工艺形成栅极21和公共电极50。
请参照图7A、图7B，栅极21和公共电极50设于衬底基板10上且位于同一层。可以理解，在该步骤中同时制作扫描线GL，各栅极21分别与相应的扫描线GL电连接。
步骤S112：通过溅射或化学沉积在衬底基板10上制作栅极绝缘层25和半导体层22，并通过光刻工艺将半导体层22进行图案化。
请参照图8A和图8B，栅极绝缘层25覆盖栅极21和衬底基板10，图案化后的半导体层22设于栅极21上方。
步骤S113：通过溅射在衬底基板10上制作第二电极层，并通过光刻工艺形成源极23和漏极24。
请参照图9A、图9B，源极23和漏极24分别设于半导体层22的两侧。
可以理解，在该步骤中同时制作数据线DL，各源极23分别与相应的数据线DL电连接。
如此，电子纸阵列基板100可通过五道制程完成制作，流程简单，成本较低；公共电极50与栅极21位于同一层且同时制作，可节省流程；在另一实施例中，公共电极50也可与源极23、漏极24位于同一层且同时制作。
步骤S120：在衬底基板10上制作覆盖薄膜晶体管20的绝缘层40，并在绝缘层40上制作开孔，以暴露部分漏极24。
请参照图10A、图10B，先通过溅射或化学沉积方式在衬底基板10上制作一层绝缘层40，绝缘层40可为SIO2、SINx、SINxO等材质，然后通过光刻、干刻在绝缘层40上制作开孔401，开孔401暴露部分漏极24；在该步骤中，同时在引线区、绑定区制作开孔，用于电连接。
步骤S130：在绝缘层40上方制作像素电极30，像素电极30为不透光的导电层。
请再次参照图1和图2，各像素电极30分别通过开孔401与相应的漏极24电连接，且像素电极30覆盖薄膜晶体管20的半导体层22。
上述制造方法能够制造电子纸阵列基板100，由于像素电极30采用不透光的导电层，且像素电极30覆盖半导体层22，像素电极30既能够驱动电子墨水，也可能遮盖薄膜晶体管20的沟道区，起到遮光的作用，避免外界光照射沟道区而引起薄膜体管的漏电流变大，进而避免电子墨水显示出现串扰、对比度降低、显示效果变差、甚至显示错乱等显示异常问题。上述制造方法可采用五道光罩，不增加步骤，避免增加成本。因此，上述电子纸阵列基板100的制造方法流程简单，成本较低。
可以理解，依据需要，上述制造方法也可采用六道光罩制程。
在一实施例中，在制作像素电极30时，通过蚀刻的方式在像素电极30上制作出通槽301，通槽301将像素电极30分为间隔设置的主体部31和覆盖部32，覆盖部32设于半导体层22的上方，主体部31设于像素区域的其他区域且电连接于漏极24。如图1所示，通槽301贯穿像素电极30，且通槽301可同时设于半导体层22的相邻两侧，以间隔覆盖部32与主体部31。
由于覆盖部32与主体部31间隔设置，覆盖部32不具有电性，仅起到遮光作用，从而覆盖部32的位置不会产生电容，避免增加像素区域的电容而影响驱动和显示效果；像素电极30可覆盖大部分像素区域，具有较大的面积。
在另一实施例中，请参照图5、图11A与图11B，在步骤S120之后、步骤S130之前，制作方法还包括：在绝缘层40上方制作加厚绝缘层41，加厚绝缘层41与半导体层22对应设置。
可选的，通过涂布光刻胶的方式制作加厚绝缘层41，加厚绝缘层41可为透明的光刻胶或者为黑胶。加厚绝缘层41的范围可为1-3um。
请再次参照图3和图4，在制作加厚绝缘层41后，进入步骤S130，在绝缘层40上方制作像素电极30，像素电极30同时覆盖绝缘层40和加厚绝缘层41，因此，半导体层22上方的部分像素电极30的高度大于其余部分像素电极30的高度。
通过设置加厚绝缘层41，可以降低像素电极30在半导体层22上方的存储电容；像素电极30可覆盖整个像素区域，具有较大的面积，提升了开口率。
在再一实施例中，将绝缘层40设置为包括第一绝缘部和第二绝缘部，第一绝缘部设于半导体层22的上方，第二绝缘部设于漏极24的上方，第一绝缘部的厚度大于第二绝缘部的厚度，且第一绝缘部的厚度范围为1-3um。；或者将第一绝缘部和第二绝缘部均设置为1-3um，以降低整个像素区域的存储电容
请参照图12，本申请的第三方面提出一种电子纸显示装置500，包括第一方面的电子纸阵列基板100；以及与电子纸阵列基板100相对设置的对向基板200。电子纸阵列基板100与对向基板200之间设置有电子墨水或其他显示介质，电子墨水中设有带电粒子，能够在电场的作用下移动。
对向基板200可为彩色滤光基板，包括阵列的彩色滤光片、黑色矩阵，设于彩色滤光片和黑色矩阵上方的透明材料层，以及设于透明材料层上的公共电极。彩色滤光片可以采用红色彩膜层(R)、绿色彩膜层(G)、蓝色彩膜层(B)，分设在三个像素区域内，以实现多种颜色的显色。可以理解，若电子纸显示装置仅需要黑白显示，则彩色滤光片可以省略。
上述电子纸显示装置500为反射式工作方式，外界光从对向基板200射入电子墨水中，经像素电极30反射后，从对向基板200射出，以呈现图像。由于像素电极30覆盖了薄膜晶体管20的沟道区，
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子纸阵列基板，其特征在于，包括：
衬底基板；
阵列于所述衬底基板上的多个薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、半导体层、以及设于所述半导体层两侧的源极和漏极；
多个像素电极，所述像素电极为不透光的导电层，所述像素电极分别与相应的所述薄膜晶体管的漏极电连接，且所述像素电极覆盖与其对应的所述薄膜晶体管的半导体层。
2.如权利要求1所述的电子纸阵列基板，其特征在于，所述电子纸阵列基板还包括多条扫描线和多条数据线，多条所述扫描线和多条所述数据线相互交叉并形成多个像素区域，所述像素电极分别位于相应的所述像素区域内；
所述像素电极包括间隔设置的主体部和覆盖部，所述覆盖部设于所述半导体层的上方，所述主体部设于所述像素区域的其他区域且电连接于所述漏极。
3.如权利要求1所述的电子纸阵列基板，其特征在于，所述电子纸阵列基板还包括设于所述薄膜晶体管与所述像素电极之间的绝缘层以及加厚绝缘层，所述加厚绝缘层与所述半导体层对应设置且所述加厚绝缘层的厚度范围为1-3um。
4.如权利要求1所述的电子纸阵列基板，其特征在于，所述像素电极为金属或合金材质。
5.如权利要求1-4中任一项所述的电子纸阵列基板，其特征在于，所述电子纸阵列基板还包括公共电极，所述公共电极与所述栅极或所述源极位于同一层。
6.一种电子纸阵列基板的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上制作薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、半导体层、以及设于所述半导体层两侧的源极和漏极；
在所述衬底基板上制作覆盖所述薄膜晶体管的绝缘层，并在所述绝缘层上制作开孔，以暴露部分所述漏极；
在所述绝缘层上方制作像素电极，所述像素电极为不透光的导电层，各所述像素电极分别通过所述开孔与相应的所述漏极电连接，且所述像素电极覆盖所述薄膜晶体管的半导体层。
7.如权利要求6所述的电子纸阵列基板的制作方法，其特征在于，在制作所述像素电极时，通过蚀刻的方式在所述像素电极上制作出通槽，使所述像素电极分为间隔设置的主体部和覆盖部，所述覆盖部设于所述半导体层的上方。
8.如权利要求6所述的阵列基板的制作方法，其特征在于，在所述衬底基板上制作覆盖所述薄膜晶体管的绝缘层之后，所述制作方法还包括：
在所述绝缘层上方制作加厚绝缘层，所述加厚绝缘层与所述半导体相对应，且所述加厚绝缘层的厚度范围为1-3um。
9.如权利要求6-8中任一项所述的电子纸阵列基板的制作方法，其特征在于，所述在衬底基板上制作薄膜晶体管，包括：
通过溅射在所述衬底基板上制作第一电极层，并通过光刻工艺形成所述栅极和公共电极；
通过溅射或化学沉积在所述衬底基板上制作栅极绝缘层和所述半导体层，并通过光刻工艺将所述半导体层进行图案化，所述栅极绝缘层覆盖所述栅极和所述衬底基板，图案化后的所述半导体层设于所述栅极上方；
通过溅射在所述衬底基板上制作第二电极层，并通过光刻工艺形成所述源极和所述漏极，所述源极和所述漏极分别设于所述半导体层的两侧。
10.一种电子纸显示装置，其特征在于，包括：
如权利要求1-5中任一项所述的电子纸阵列基板；以及
与所述电子纸阵列基板相对设置的对向基板。
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