CN1567072A

CN1567072A - 电容器结构

Info

Publication number: CN1567072A
Application number: CN 03147450
Authority: CN
Inventors: 张志清; 叶光兆
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: CN1307479C

Abstract

一种电容器结构，其具有：第一导电层、第一绝缘层依序设置于基板之上，第二导电层设置于部分的第一绝缘层之上，第二绝缘层设置于第二导电层、第一绝缘层之上，第三导电层设置于部分的第二绝缘层之上，第三绝缘层设置于第三导电层、第二绝缘层之上，以及第四导电层设置于第三绝缘层之上，第三、第四导电层分别经由至少一与第二导电层相邻的第一接触孔、至少一第二接触孔被电性连接至第一、第二导电层。

Description

电容器结构

技术领域

本发明是关于一种电容器(capacitor)结构，尤指一种应用于薄膜晶体管液晶显示面板(thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)时可以通过增加电容值(capacitance)以增加开口率(aperture ratio)并进而提高显示面板对比(contrast)的电容器结构。

背景技术

在现今的平面显示器产品中，液晶显示面板(liquid crystal display，LCD)可谓其中最为热门的一项技术，举凡日常生活中常见的手机、数字相机、摄影机、笔记型电脑以至于监视器均是利用此项技术所制造的商品。随着人们对于显示器视觉感受要求的提高，加上新技术应用领域不断的扩展，更高画质、高解析度、高亮度且具低价位的平面显示器便成为未来显示技术发展的趋势，也造就了新的显示技术发展的原动力。而平面显示器中的低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示面板(low temperature polysilicon thin filmtransistor liquid crystal display，LTPS-TFTLCD)，其是为薄膜晶体管液晶显示面板的一种，除了具有符合主动式驱动(actively drive)潮流的特性外，它的技术也正是一个可以达到上述目标的重要技术突破。尤其是具有将金属氧化物半导体以及低温多晶硅薄膜晶体管整合于同一制造过程技术的优点，使系统面板(system on panel，SOP)的目标得以被实现，因此成为各家厂商所积极研究发展的对象。

所谓的薄膜晶体管液晶显示面板，即是利用薄膜晶体管(TFT)来作为主动阵列(activematrix)的驱动开关，以控制对画素电极(未显示)充电，通过将画素中填充于液晶单元(未显示)内的液晶分子(未显示)旋转至预期的角度，来控制光的穿透度。请参考图1，图1为一TFT-LCD中一画素20的等效电路示意图。如图1所示，一画素20具有一液晶单元LC连接至一共通电极CE(common counter electrode)与一薄膜晶体管(TFT)22。其中，薄膜晶体管22的一栅极(gate electrode)24是连接一扫描线(scan line)G₀，一漏极(drainelectrode)26是连接一信号线(signal line)D₀，一源极(source electrode)28则与液晶单元LC的画素电极(pixel electrode，未显示)相连接。此外，画素20还具有一储存电容(storage capacitor)SC电性连接液晶单元LC与一扫描线G1。由于电容器具有视电压改变的大小而充电或放电，进而增加或减少电荷的特性，因此储存电容SC除了可以减少漏电流对液晶单元LC电压的影响之外，亦同时协助液晶单元LC储存电荷，以增加画素开启作用的时间。

请参考图2，图2为现有技术的一薄膜晶体管液晶显示面板30的结构示意图。如图2所示，现有技术的薄膜晶体管液晶显示面板30是具有一基板32，基板32是为一由透光的材质所构成的绝缘基板，且通常是为一玻璃基板、一石英基板或是一塑料基板。而基板32的表面另具有一像素阵列区域(pixel array area)33以及一周边电路区域34。此外，像素阵列区域33之中另具有一薄膜晶体管区域35用以设置一薄膜晶体管38、一电容区域36用以设置一储存电容42以及一开口区域(aperture region)37。而薄膜晶体管38的栅极44是由低温多晶硅材质所构成，因此薄膜晶体管38是一低温多晶硅薄膜晶体管。

储存电容42是具有一第一绝缘层46设置于基板32之上，一第一金属层48设置于第一绝缘层46之上，一第二绝缘层52设置于第一金属层48之上，一第二金属层54设置于第二绝缘层52之上，一第三绝缘层56设置于第二金属层54之上，一有机层(organic coating layer)58设置于第三绝缘层56之上，有机层58与第三绝缘层56之中具有一接触孔(contact hole)62，且接触孔62暴露出部分的第二金属层54，一透明导电层(transparent conductivelayer)64设置于有机层58的表面，并延伸至接触孔62之内与第二金属层54相接触。

第一绝缘层46以及第二绝缘层52是为一氧化硅层，第一金属层48以及第二金属层54可能为一钨层或是一铬层，第三绝缘层56是为一氮化硅层，有机层58是为一利用旋涂(spin coating)方式所形成的有机材料层，而透明导电层64是为一氧化铟锡层(indium tin oxide layer，ITO layer)或是一氧化铟锌层(indium zinc oxide layer，IZO layer)。同时，第一金属层48是用来作为储存电容42的下极板(bottom electrode plate)，第二金属层54是用来作为储存电容42的上极板(top electrode plate)，第二绝缘层52是用来作为储存电容42的电容介电层(capacitor dielectric layer)。

然而现有应用于薄膜晶体管液晶显示面板30的电容器，却具有一项难以突破的限制，即任一电容器的电容值(capacitance)是直接反映出其储存电荷的能力。当电容器的电极板面积愈大时，其电容值也愈大，换句话说，电容器所储存的电量与电极板面积成正比。而具有大面积电极的电容器虽然能储存较多的电荷以增加画素开启作用的时间，却会占用较大的面积，进而减少画素的开口率。如此一来，不仅液晶显示面板所能达到的最大亮度有限，整体的对比也因而下降，同时基于画素开口率不足的限制，往往在设计或是生产产品时需要做特殊的处理或考虑，最后造成成本提高，使产品不具有竞争力。

因此，如何能发展出一种新的电容器结构，其应用于薄膜晶体管液晶显示面板作为储存电容时不仅能以较小的面积储存一定电量的电荷，以提升面板的对比，对制作时又不需变更现有的制造过程，使产品更具有竞争力，便成为十分重要的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容器结构，尤指一种应用于薄膜晶体管液晶显示面板时可以通过增加电容值以增加开口率并进而提高显示面板对比的电容器结构。

在本发明的优选实施例中，是提供一种电容器结构，该结构包括：一基板，一第一导电层设置于该基板之上，一第一绝缘层设置于该第一导电层之上，一第二导电层设置于部分的该第一绝缘层之上，一第二绝缘层设置于该第二导电层以及该第一绝缘层之上，一第三导电层设置于部分的该第二绝缘层之上，一第三绝缘层设置于该第三导电层以及该第二绝缘层之上，以及一第四导电层设置于该第三绝缘层之上，其中该第三、第四导电层分别经由至少一与该第二导电层相邻的第一接触孔、至少一第二接触孔被电性连接至该第一、第二导电层。

由于本发明的电容器结构是利用现有技术中常用的四层导电层来作为四层电极板，以形成三个上下堆叠的电容，进而取代原本由两层极板所构成的平面式电容。并且此三个电容是为互相并联，其等效电容的电容值是等于三个电容的电容值的和，因此本发明的电容器结构只需现有技术中电容器面积的约三分之一，即可储存相同的电量。如此一来，不仅画素的开口率得以被增加，液晶显示面板所能达到的最大亮度亦相应增加，现有技术中整体对比不足的现象将可以被改善。另外，本发明的电容器中是利用现有技术中既有的四层导电层，应用本发明的电容器结构于低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器或是其他产品时，并没有因为特殊处理或考虑而增加的成本，因此产品非常具有竞争力。

附图说明

图1为一TFT-LCD中一画素的等效电路示意图；

图2为现有技术的一薄膜晶体管液晶显示面板的结构示意图；

图3为本发明的一薄膜晶体管液晶显示面板的结构示意图；

图4为图3的储存电容的等效电路示意图。

附图标记说明

20画素 22薄膜晶体管

24栅极 26漏极

28源极

30、100薄膜晶体管液晶显示面板

32、102基板 33、103像素阵列区域

34、104周边电路区域 35、105薄膜晶体管区域

36、106电容区域 37、107开口区域

38、108薄膜晶体管 42、112储存电容

44、114栅极 46、118第一绝缘层

48第一金属层 52、124第二绝缘层

54第二金属层 56、128第三绝缘层

58、142有机层 62接触孔

64透明导电层 116第一导电层

122第二导电层 126第三导电层

132第四导电层 134第一接触孔

136第二接触孔 138第五导电层

144漏极

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明的一薄膜晶体管液晶显示面板100的结构示意图。如图3所示，本发明的薄膜晶体管液晶显示面板100具有一基板102，基板102是为一由透光的材质所构成的绝缘基板，且通常是一玻璃基板、一石英基板或是一塑料基板。基板102的表面具有一像素阵列区域103以及一周边电路区域104，而像素阵列区域103之中另具有一薄膜晶体管区域105用以设置一薄膜晶体管108，一电容区域106用以设置一储存电容112，以及一开口区域107。由于薄膜晶体管108的栅极114是由低温多晶硅材料所构成，因此薄膜晶体管107是为一低温多晶硅薄膜晶体管。

储存电容112具有一第一导电层116设置于基板102之上，一第一绝缘层118设置于第一导电层116之上，一第二导电层122设置于部分的第一绝缘层118之上，一第二绝缘层124设置于第二导电层122以及第一绝缘层118之上，一第三导电层126设置于部分的第二绝缘层124之上，一第三绝缘层128设置于第三导电层126以及第二绝缘层124之上，以及一第四导电层132设置于第三绝缘层128之上。其中，第三导电层126是经由至少一第一接触孔134被电性连接至第一导电层116，且第一接触孔134是与第二导电层122相邻，同时第四导电层132是经由至少一第二接触孔136被电性连接至第二导电层122。

第一导电层116、第一绝缘层118以及第二导电层122是构成一第一电容，第二导电层122、第二绝缘层124以及第三导电层126是构成一第二电容，第三导电层126、第三绝缘层128以及第四导电层132是构成一第三电容。第一导电层126是为一多晶硅层(polyslicon layer)，第一绝缘层是具有一氧化硅层(silicon oxide layer，SiO_x layer，其中0＜x＜2.0)，一氮化硅层(silicon nitride layer，SiN_y layer，其中0＜y＜1.33)或是一氮氧化硅层(siliconoxynitride layer，SiO_xN_y layer，其中0＜x＜2.0，0＜y＜1.33)。第二导电层122以及第三导电层126是分别为一金属层、一合金层或是一金属多层膜层(metal multi-layer)。且金属层是具有一钨层、一铬层(Cr layer)、一钛层、一铝层、一铌层(Nb layer)或是一钼层(Mo layer)；合金属是具有一钕化铝层(AlNd layer)；金属多层膜层是具有一钛铝钛层(Ti/Al/Ti layer)、一钼铝钼层(Mo/Al/Mo layer)或是一铬铝层(Cr/Al layer)。

第二绝缘层124以及第三绝缘层128是分别具有一氧化硅层、一氮化硅层或是一氮氧化硅层。第四导电层132是具有一氧化铟锡层或是一氧化铟锌层。第一接触孔134是设置于第一绝缘层118以及第二绝缘层124之中，且第一接触孔134暴露出部分的第一导电层116，第二接触孔136是设置于第二绝缘层124之中，且第二接触孔136暴露出部分的第二导电层122。

第三导电层126是延伸至第一接触孔134之内，并与第一导电层116相接触，以电性连接第一导电层116以及第三导电层126。另外，基板102之上另具有一第五导电层138设置于第二接触孔136之内，以将第四导电层132电性连接至第二导电层122。第三导电层126与第五导电层138是经由图案化同一金属层所形成，且第三导电层126与第五导电层138并不相连，因此，第一电容、第二电容与第三电容并没有所谓短路的问题。

值得一提的是，第四导电层132是延伸至整个开口区域107、整个薄膜晶体管区域105以及整个周边电路区域104，并且通过一设置于基板102上的有机层142与基板102上的其他结构，如薄膜晶体管、金属层或是导电层电隔绝(electrically isolated)，且延伸至薄膜晶体管区域105的第四导电层132是用来作为液晶单元(未显示)的画素电极(pixel electrode，未显示)。同时，有机层142是一利用旋涂(spin coating)方式所形成的有机材料层。另外，第五导电层138是延伸至薄膜晶体管区域105之内，以将第四导电层132电性连接至薄膜晶体管108的一漏极144。事实上，第五导电层138是为一信号线(signal line，未显示)，其是与连接至栅极114的一扫描线(scan line，未显示)一起用来控制薄膜晶体管108的开启与关闭，进而控制对画素电极(未显示)的充电，以将填充于液晶显示(未显示)内的液晶分子(未显示)旋转至预期的角度。

请参考图4，图4为图3的储存电容112的等效电路示意图。如图4所示，图3的储存电容112是为图3中第一电容、第二电容以及第三电容并联的等效电容(equivalent capacitor)。也就是说，第一电容的上极板(topelectrode plate)、电容介电层(capacitor dilectric layer)与下极板(bottomelectrode plate)是分别为第二导电层122、第一绝缘层(未显示)与第一导电层116，第二电容的上极板、电容介电板与下极板是分别为第二导电层122、第二绝缘层(未显示)与第三导电层126，而第三电容的上极板、电容介电层与下极板是分别为第四导电层132、第三绝缘层(未显示)与第三导电层126。第二导电层122与第四导电层132是储存电容122的正电极(亦可为负电极)，并由第五导电层138经第二接触孔136将第二导电层122与第四导电层132连结在一起；而第一导电层116与第三导电层126是为储存电容112的负电极(亦可为正电极)，并由第三导电层126经第一接触孔134将第一导电层116与第三导电层126连结在一起。因此储存电容112的电容值(C_ST)是等于第一电容的电容值(C₁)、第二电容的电容值(C₂)与第三电容的电容值(C₃)之和。

此外，本发明的电容器并不限于被设置于液晶显示器的阵列基板(arraysubstrate)上的像素阵列区域之内，其亦可以被设置于液晶显示器的阵列基板上的周边电路区域之内，只是在前一种情形之下，其是用来作为储存电容，而在后一种情形之下，其是因应电路设计需要的其它电容。同时，本发明的电容器并不限于被应用在薄膜晶体管液晶显示面板，或是本发明实施例中的低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示面板，事实上，本发明的电容器亦可以被应用于有机发光二极体(OLED)、场发射显示器(FED)或是其他利用薄膜晶体管来主动驱动的显示器。

由于本发明的电容器结构，是利用现有技术中的四层导电层作为四层电极板，以形成三个上下堆叠的电容，来取代原本由两层极板所构成的平面式电容。在三个电容是互相并联的情况下，储存电容的电容值是等于三个电容的电容值之和，如此一来，本发明的电容器结构只需现有技术中电容器面积的约三分之一，即可储存相同的电量，不仅明显增加画素的开口率，液晶显示面板所能达到的最大亮度亦相应增加，以改善现有技术中整体对比不足的现象。同时，本发明的电容器中是利用现有技术中既有的四层导电层，应用本发明的电容器结构于低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器或是其他产品时，并没有因为特殊处理或考虑而增加的成本，因此产品非常具有竞争力。

相较于现有的电容器结构，本发明的电容器结构是利用现有技术中的四层导电层作为四层电极板，以形成三个上下堆叠的电容，来取代原本由两层极板所构成的平面式电容。由于此三个电容是为互相并联，其等效电容的电容值是等于三个电容的电容值之和，因此，本发明的电容器结构只需现有技术中电容器面积的约三分之一，即可储存相同的电量。如此一来，不仅画素的开口率得以被提高，液晶显示面板所能达到的最大亮度亦相应增加，现有技术中整体对比不足的现象将可以被改善。并且，本发明电容器中的四层电极板，纯粹是利用现有技术中既有的四层导电层，因此制作本发明的电容器结构时完全不需变更现有制造过程，只需稍微修改像素阵列区域的布局与制作时所使用的光罩，并没有额外的因特殊处理或考虑所招致的成本，使本发明电容器结构具有相当的实用性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种电容器结构，该电容器结构包括：

一基板；

一第一导电层设置于该基板之上；

一第一绝缘层设置于该第一导电层之上；

一第二导电层设置于部分的该第一绝缘层之上；

一第二绝缘层设置于该第二导电层以及该第一绝缘层之上；

一第三导电层设置于部分该第二绝缘层之上，该第三导电层是经由至少一第一接触孔被电性连接至该第一导电层，且该第一接触孔是与该第二导电层相邻；

一第三绝缘层设置于该第三导电层以及该第二绝缘层之上；以及

一第四导电层设置于该第三绝缘层之上，且该第四导电层是经由至少一第二接触孔以及一第五导电层连接至该第二导电层。

2.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该绝缘基板具有一玻璃基板、一石英基板或是一塑料基板。

3.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该第一导电层是为一多晶硅层(polysilicon layer)。

4.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该第一绝缘层是具有一氧化硅层(silicon oxide layer，SiO_x layer，其中0＜x＜2.0)，一氮化硅层(siliconnitride layer，SiN_y layer，其中0＜y＜1.33)或是一氮氧化硅层(siliconoxynitride layer，SiO_xN_y layer，其中0＜x＜2.0，0＜y＜1.33)。

5.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该第二导电层以及该第三导电层是分别为一金属层、一合金层或一金属多层膜层。

6.如权利要求5所述的电容器结构，其中，该金属层是具有一钨层(Wlayer)、一铬层(cr layer)、一钛层(Ti layer)、一铝层(Al layer)、一铌层(Nb layer)或是一钼层(Mo layer)；该合金层是具有一钕化铝层(AlNd layer)；该金属多层膜层是具有一钛铝钛层(Ti/Al/Ti layer)、一钼铝钼层(Mo/Al/Mo layer)或是一铬铝层(Cr/Al layer)。

7.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该第五导电层是设置于该第二接触孔之内，用以电性连接该第四导电层以及该第二导电层。

8.如权利要求7所述的电容器结构，其中，该第三导电层以及该第五导电层是互不相连(not connected)。

9.如权利要求7所述的电容器结构，其中，该基板是为一液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的阵列基板(array substrate)，该基板的表面上是具有一像素阵列区域(pixel array area)，且该第四导电层是经由该第五导电层被电性连接至该像素阵列区域内的一薄膜晶体管。

10.如权利要求9所述的电容器结构，其中，该电容器结构是设置于该基板的该像素阵列区域之内，以用来作为一储存电容(storage capacitor)。

11.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该基板是为一液晶显示器的阵列基板，该基板的表面上是包含一周边电路区域(periphery circuit area)，且该电容器是设置于该基板表面上的该周边电路区域之内。

12.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该第二绝缘层是具有一氧化硅层(silicon oxide layer，SiO_x layer，其中0＜x＜2.0)，一氮化硅层(siliconnitride layer，SiN_y layer，其中0＜y＜1.33)或是一氮氧化硅层(siliconoxynitride layer，SiO_xN_y layer，其中0＜x＜2.0，0＜y＜1.33)。

13.如权利要求1所述的电容器结构，其中该第一接触孔是设置于该第一绝缘层以及该第二绝缘层之中，且该第一接触孔暴露出部分的该第一导电层。

14.如权利要求1所述的电容器结构，其中该第三绝缘层是具有一氧化硅层(silicon oxide layer，SiO_x layer，其中0＜x＜2.0)，一氮化硅层(siliconnitride layer，SiN_y layer，其中0＜y＜1.33)或是一氮氧化硅层(siliconoxynitride layer，SiO_xN_y layer，其中0＜x＜2.0，0＜y＜1.33)。

15.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该第四绝缘层是具有一氧化铟锡层(indium tin oxide layer，ITO layer)或是一氧化铟锌层(indium zincoxide layer，IZO layer)。

16.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该第二接触孔是设置于该第二绝缘层之中，且该第二接触孔暴露出部分的该第二导电层。

17.如权利要求1所述的电容器结构，其中，该第一导电层、该第一绝缘层以及该第二导电层是构成一第一电容，该第二导电层、该第二绝缘层以及该第三导电层是构成一第二电容，该第三导电层、该第三绝缘层以及该第四导电层是构成一第三电容。

18.如权利要求17所述的电容器结构，其中，该第二导电层与该第四导电层是为该电容器的正电极，并由该第五导电层经该第二接触孔将该第二导电层与该第四导电层连结在一起；而该第一导电层与该第三导电层是为该电容器的负电极，并由该第三导电层经该第一接触孔将该第一导电层与该第三导电层连结在一起。

19.如权利要求17所述的电容器结构，是利用多层导电层作为多层电极板，以形成两个以上的堆叠电容。

20.如权利要求17所述的电容器结构，其中，该电容器的电容值是等于该第一电容器以及该第二电容器以及该第三电容器并联的等效电容的电容值。