CN1873509A - 液晶显示器及其薄膜晶体管基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器主要包含一液晶层夹设于一彩色滤光片基板以及一薄膜晶体管基板之间。该薄膜晶体管基板包含多条栅极线与数据线配置形成多个矩阵排列的像素区域。该每一个像素区域设有一像素电极、一电容电极以及一薄膜晶体管。该像素电极具有靠近数据线的第一边以及靠近栅极线的第二边。该薄膜晶体管的漏极有一部份沿该像素电极的第一边或第二边延伸且重叠相对应的电容电极。

Description

液晶显示器及其薄膜晶体管基板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器及其薄膜晶体管基板的制造方法。

背景技术

为达极小化及降低电力消耗，而推出的平面面板显示装置如液晶显示器、等离子体显示面板(PDP；Plasma Display Panel)、场致发光显示器(ELD；Electroluminescent Display)及真空发光显示器(VFD；Vacuum FluorescentDisplay)。在这些平面面板显示装置中，由于画质佳及电力消耗低，因此尽管有许多不同的缺点，液晶显示器的研发活动仍最为活跃。

不同于现有的单块晶体管(monolithic transistor)形成于一半导体基材中，薄膜晶体管以堆积数层薄膜于一基材上制造而成。因此薄膜晶体管具有较单块晶体管简单及容易制造的结构。故，薄膜晶体管已被广泛地使用于例如作为大尺寸电子装置(如液晶显示器)的开关元件上。

为了使薄膜晶体管液晶显示器的影像具有一致性，写入操作中由数据线施以的信号电压必须在另一信号接收前的一特定时间内保持固定。因此，为增进显示器的影像品质，一般在每个像素区域会设有一储存电容元件(storagecapacitor)。

图1所示为一现有薄膜晶体管液晶显示器的一像素配置图(pixel layout)。如图所示，多条栅极线2与数据线5呈矩阵排列形成在基板1上。像素区域指两相邻栅极线以及两相邻数据线所围的区域。每一个像素区域设有一像素电极4，其藉由一漏极7与一半导体层3连接。该半导体层3形成在该栅极线2上并藉由一源极6与数据线5连接。此外，每一个像素区域设有一独立配线的电容电极10，其与栅极线2平行。该电容电极10一般以不透光的导电金属例如铝、铬、钽或钼形成，因而会造成开口率(aperture ratio)(亦即可透光区域的比例)下降。

此外，像素电极4被设计为尽量靠近数据线5以获得优选的开口率。然而，当像素电极4的边缘太接近数据线5时将导致电容耦合(capacitivecoupling)(亦即串扰(crosstalk))的问题而使得显示器像素会有一部分呈现变暗(darkened)。

为了使液晶显示器彩色化，一般设有一彩色滤光片基板(未示于图中)。该彩色滤光片基板上设有一光遮蔽阵列(例如遮光层(BM))、彩色滤光片用来显示彩色以及一透明电极作为一共同电极(common electrode)。由于该彩色滤光片基板与前述基板1很难完全对准，因此为避免对位不准导致的漏光，该遮光层通常需要与像素电极重叠一特定距离以作为工艺裕度(processwindow)，因此该遮光层一般会设计得较宽；然而，这将造成液晶显示器开口率下降。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种具有新颖储存电容结构的液晶显示器，其可克服或至少改善前述现有技术的问题。

根据本发明的液晶显示器，其主要包含一液晶层夹设于第一及第二基板之间，以及多条栅极线(gate line)与数据线(data line)设于该第一基板。该多条栅极线与数据线配置形成多个矩阵排列的像素区域。该每一个像素区域设有一像素电极、一电容电极以及一薄膜晶体管。该像素电极具有靠近数据线的第一边以及靠近栅极线的第二边。该薄膜晶体管的漏极有一部份沿该像素电极的第一边或第二边延伸且重叠相对应的电容电极。该漏极延伸部的长度优选大致与该像素电极的相对应第二边长度相同。

该第二基板一般设有一光遮蔽阵列例如遮光层(BM)，多个彩色滤光片以及一共同电极。该第一基板称为薄膜晶体管基板，而该第二基板称为彩色滤光基板因为其设有彩色滤光片。

根据本发明的薄膜晶体管的漏极延伸部与该像素电极一起作为该电容电极的相反电极，藉此可提供额外的储存电容。

根据本发明的电容电极可呈「U」字形且具有一中央部份以及两侧部分，该两侧部分藉由该中央部份互相连接。该「U」字形电容电极的两侧部分分别重叠该像素电极的第一边，用以作为一辅助光遮蔽层。因此，根据本发明彩色滤光基板上的遮光层可以设计得较窄以有效增加液晶显示器开口率，而利用本发明的「U」字形电容电极的两侧部分来遮蔽对位不准所可能导致的漏光。根据本发明的漏极的延伸部可呈「U」字形且重叠该电容电极的该中央部分以及该两侧部分。

此外，根据本发明的电容电极亦可呈环状且具有两连接部份以及两侧部分，该两侧部分藉由该两连接部份互相连接，每个环状电容电极的该两侧部分分别重叠该像素电极的第一边。在此实施例中，该漏极的延伸部可呈「U」字形且重叠该电容电极的该两侧部分以及该两连接部份之一。

此外，根据本发明的电容电极亦可呈倒「U」字形，且该漏极的延伸部亦呈倒「U」字形且彼此重叠。

在根据本发明的液晶显示器中，该漏极延伸部以及该像素电极与该电容电极形成一第一储存电容单元。此外，该每一个像素区域中的栅极线与栅电极优选各有一部份与相邻像素区域中的像素电极的相对应第二边重叠，藉此该栅极线以与栅电极重叠该像素电极的部分与该像素电极形成一第二储存电容单元而进一步提供额外的储存电容。

本发明另提供一种用以制造薄膜晶体管面板的方法，其包含下列步骤：(a)形成一具有栅极线与电容电极的第一金属图案于一绝缘基板上；(b)沉积一栅绝缘层覆盖该第一金属图案；(c)形成一半导体图案于该栅绝缘层之上；(d)形成一具有源极、漏极与数据线的第二金属图案于该半导体图案以与栅绝缘层上，该漏极有一部份沿该栅极线或数据线的方向延伸且重叠该电容电极的中央部份；(e)形成一护层覆盖该半导体图案及第二金属图案；(f)在该护层中形成多个通孔；及(g)形成多个像素电极于该护层上，每一个像素电极经由该通孔之一与该漏极电连接。

附图说明

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文特举本发明优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1：现有薄膜晶体管液晶显示器的像素配置图(pixel layout)；

图2-4：根据本发明一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixel layout)；

图5：根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixel layout)；

图6：根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixel layout)；

图7：根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixel layout)；

图8：根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixel layout)；以及

图9：根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixel layout)。

附图标记说明

1     基板                    2     栅极线

3     半导体层                4     像素电极

5     数据线                  6     源极

7     漏极                    10    电容电极

12    栅极线                  12a   栅电极

15    数据线                  15a   源极

22    像素电极                22a   第一边

22b   第二边                  24    电容电极

24a   侧部分                  24b   中央部份

24c   连接部分                24d   中央部份

25    连接部分                26    薄膜晶体管

28    半导体层                30    漏极

30a   延伸部                  32    连接部

40    遮光层

具体实施方式

虽然本发明可表现为不同形式的实施例，但附图所示者及于下文中说明者为本发明的优选实施例，并请了解本文所揭示者考量为本发明的一范例，且并非意图用以将本发明限制于图示及/或所描述的特定实施例中。

图2-4所示为根据本发明一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixellayout)。根据本发明的液晶显示器主要包含一液晶层(未示于图中)密封于一第一基板与一第二基板之间。如图所示，多条栅极线12与数据线15呈矩阵排列设在该第一基板上。该多条栅极线12与数据线15配置形成多个矩阵排列的像素区域，这些栅极线12以及数据线15藉由一栅绝缘层而彼此绝缘。像素区域指两相邻栅极线12以及两相邻数据线15所围的区域。每一个像素区域设有一像素电极22(在图2及图3中该像素电极22以阴影覆盖用以帮助了解)、一电容电极24以及一薄膜晶体管26。该像素电极22具有大致平行于数据线15的第一边22a以及大致平行于栅极线12的第二边22b。

该薄膜晶体管26包含一由栅极线12延伸的栅电极12a、一半导体层28、一由数据线15延伸的源极15a及一漏极30。每一像素区域内设有一连接部32用以电连接该漏极30与像素电极22。该连接部32可包含一通孔，该通孔的连接可利用形成像素电极22的导电层(例如铟锡氧化物(ITO))。当扫描信号输入栅极线12时，薄膜晶体管26将被打开而将影像信号(data signal)送入像素电极22。

参见图4，该第二基板上设有一光遮蔽阵列例如遮光层(BM)40(未示于图2及图3中，而在图4中该遮光层40以阴影覆盖用以帮助了解)、彩色滤光片用来显示彩色(未示于图中)以及一透明电极例如铟锡氧化物(ITO)电极(未示于图中)作为一共同电极(common electrode)。一般而言，该第一基板称为薄膜晶体管基板，而该第二基板称为彩色滤光基板因为其设有彩色滤光片。

请参照图2，在此实施例中每个电容电极24呈「U」字形且具有两侧部分24a藉由一中央部份24b互相连接。该电容电极24的两侧部分24a分别重叠该像素电极22的第一边22a，而中央部分24b沿该像素电极22相对应的第二边22b延伸。该电容电极24一般与栅极线12与栅电极12a一起由一栅极金属层图案化而成。

由于栅极金属层一般以不透光的导电金属例如铝、铬、钽或钼形成，因此该电容电极24的两侧部分24a可作为一辅助光遮蔽层而用来遮蔽基板在实际量产时因对位误差所导致的漏光。此外，藉由将该遮光层40与该电容电极24的两侧部分24a重叠一定距离以作为工艺裕度(process window)，根据本发明第二基板上的遮光层40在该电容电极24的两侧部分24a可以设计得较窄。因此，参见图4，在该电容电极24的两侧部分24a的可透光区域的宽度A比未设置电容电极的可透光区域区域的宽度B大，因此根据本发明的电容电极24的设置可有效增加液晶显示器开口率，以有效增加透光率以提升光的利用率。

如图3所示，每个电容电极24利用连接部分25与相邻近的电容电极连接而大致平行于该栅极线12左右延伸。电容电极24与栅极线12相隔一特定距离并且被独立驱动。

请再参照图2，该薄膜晶体管26的漏极30有一延伸部30a沿该像素电极22的相对应第二边22b延伸且该漏极延伸部30a的长度大致与该像素电极22的相对应第二边22b长度相同。由于该漏极30以连接部32电连接至像素电极22，使得该漏极延伸部30a可与像素电极22一起作为该电容电极24的相反电极(counter electrode)，藉此可提供额外的储存电容。

在根据本发明的液晶显示器中，该漏极延伸部30a以及该像素电极22与该电容电极24形成一第一储存电容单元。因此，该每一个像素区域中的栅极线12与栅电极12a优选各有一部份与相邻像素区域中的像素电极22的相对应第二边22b重叠，除了藉此该栅极线以与栅电极重叠该像素电极的部分与该像素电极形成一第二储存电容单元而进一步提供额外的储存电容之外，由于栅极金属层如前述一般以不透光的导电金属形成，因此该栅极线12与该电容电极24的中央部份24b可作为一辅助光遮蔽层，以辅助在该像素电极22的第二边22b所需的遮光区域，是以，根据本发明第二基板上的遮光层40在该像素电极22的第二边22b可以设计得较窄。此外，漏极一般虽然以不透光的导电金属形成，本发明的漏极30的该延伸部30a由于与该电容电极24的中央部份24b相重叠(亦即该延伸部30a与该中央部份24b会垂直投影在基板平面上相同的区域)，因此除了可提供额外的储存电容，也不会因为延伸部30a而增加额外的遮光面积，还可有效增加液晶显示器开口率。因此根据本发明的电容电极24的中央部份24b的配置可有效增加液晶显示器开口率，以有效增加透光率以提升光的利用率。

图5所示为根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixellayout)。除了该漏极延伸部30a大致呈「U」字形且重叠该电容电极24的该中央部分24b以及该两侧部分24a之外，图5所示的液晶显示器大致与第2-4图所示的液晶显示器相同。

图6所示为根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixellayout)。除了该电容电极24呈环状且其具有两侧部分24a藉由两连接部份24c互相连接之外，图6所示的液晶显示器大致与第2-4图所示的液晶显示器相同。

图7所示为根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixellayout)。除了该漏极延伸部30a大致呈「U」字形且重叠该电容电极24的该两侧部分24a以及相对应连接部份24c之外，图7所示的液晶显示器大致与图6所示的液晶显示器相同。

图8所示为根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixellayout)。除了该漏极延伸部30a大致呈环状且重叠该电容电极24的该两侧部分24a以及两连接部份24c之外，图8所示的液晶显示器大致与图6所示的液晶显示器相同。

图9所示为根据本发明另一实施例的液晶显示器的像素配置图(pixellayout)。除了该电容电极24以及该漏极延伸部30a大致呈倒「U」字形且彼此重叠之外，图9所示的液晶显示器大致与图5所示的液晶显示器相同。该电容电极24具有两侧部分24a藉由一中央部份24d互相连接。

虽然该每一个像素区域中的栅极线12与栅电极12a优选各有一部份与相邻像素区域中的像素电极22的相对应第二边22b重叠(如第2-8图所示)以提供额外的储存电容，但是在电容值足够的情况下(一般为液晶电容最少为电容电极的电容的0.8倍～1倍或以上)，也可以如图9所示的实施例一般不必重叠。此外在靠近栅极部分由于电容电极可设计成如图6-8所示的环状或如图9所示的倒「U」字形，因此该电容电极24的连接部份24c(参见第6-8图)或中央部份24d(参见图9)可作为一辅助光遮蔽层，以辅助在该像素电极22的第二边22b所需的遮光区域。因此，当像素电极22的相对应第二边22b不需与相邻像素区域中的栅极线12与栅电极12a重叠时，其可以设计成位于环型电极的中间。

根据本发明的薄膜晶体管面板(第一基板)制造方法将参照图2描述于下。首先，将一第一金属层溅镀于一透明基板上(例如一透明玻璃基板)直到具有一预先设定厚度。该第一金属层可能为单层或多层的遮光金属层，其材质优选为：铬(Cr)、铝(Al)、钼(Mo)或铝钕合金(AlNd)。在本实施例中其为两层结构，下层为铝钕合金，上层为钼，皆利用溅镀(Sputter)工艺。接着将该第一金属层利用一微影工艺图案化而形成一第一金属图案，其包含前述的栅极线12与电容电极24。

然后，将一绝缘层沉积于具有栅极线12与电容电极24的基板的全部表面上，以形成一栅绝缘层(未示于图中)。在本实施例中其材质为氮化硅(SiNx)，且利用等离子体增强化学气相沉积(Plasma-enhanced ChemicalVapor Deposition)工艺。

接着，将一半导体层形成于栅绝缘层上，半导体层一般包含一非晶硅层以及一欧姆接触层(ohmic contact layer)例如不纯物掺杂层(例如n+掺杂非晶硅层)。

在利用一微影工艺将半导体层图案化之后，将一第二金属层形成于栅绝缘层以及半导体层图案的全部表面上，直到形成一预先设定厚度。该第二金属层可能为单层或多层，其材质优选为：钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、铝(Al)、硅化钼(MoSi₂)、硅化钛(TiSi₂)、硅化钽(TaSi₂)、硅化钨(WSi₂)、硅化铝(AlSi)、铝铜合金(AlCu)、铝铅合金(AlPd)、铝钕合金(AlNd)或氮化钼(MoN)。在本实施例中其为三层结构，下层为氮化钼，中层为铝，上层为氮化钼，皆利用溅镀(Sputter)工艺形成。接着，利用一微影工艺将第二金属层图案化而形成一第二金属图案，其包含前述的数据线15、源极15a以及漏极30。

将一护层(passivation layer)(例如氮化硅层，未示于图中)形成于上述构造的全部的表面上，直到一预先设定厚度。在本实施例中其材质为氮化硅(SiNx)，且利用等离子体增强化学气相沉积工艺。接着，利用一微影工艺在该护层中形成多个通孔，使漏极30部分裸露出来。在具有护层的结构的整个表面上形成一作为导电层的铟锡氧化物层之后(ITO layer)，利用一微影工艺图案化ITO层(步骤311)，藉此形成多个像素电极22于该护层上。每一个像素电极22经由该通孔之一与该漏极30电连接。

由于液晶显示器需要有优选的显示亮度而同时又要节省能源消耗，因此开口率越高越好。在根据本发明的液晶显示器中，该漏极延伸部以及第二储存电容单元所提供额外的储存电容使得电容电极可以被缩小而仍可获得预先设定的储存电容。由于电容电极一般以不透光的导电金属例如铝、铬、钽或钼形成，因此本发明的设计可进一步增加液晶显示器开口率。

虽然本发明已以前述优选实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围以所附权利要求所界定的为准。

Claims (26)

1.一种液晶显示器，其包含：

一第一基板及一第二基板；

一液晶层夹设于该第一及第二基板之间；

多条栅极线(gate line)与数据线(data line)设于该第一基板上，该多条栅极线与数据线配置形成多个矩阵排列的像素区域，该每一个像素区域为两相邻栅极线以及两相邻数据线所界定；

该每一个像素区域设有一像素电极，该像素电极具有靠近数据线的第一边以及靠近栅极线的第二边；

多个电容电极，其分别设于相对应的像素区域；

该每一个像素区域设有一薄膜晶体管，该薄膜晶体管包含一栅电极、一半导体层以及源/漏极，该漏极有一部份沿该像素电极的第一边或第二边延伸且重叠相对应的电容电极，

其中该漏极延伸部与该像素电极一起作为该电容电极的相反电极。

2.依权利要求1的液晶显示器，其中该漏极延伸部以及该像素电极与该电容电极形成一第一储存电容单元，且该每一个像素区域中的栅极线与栅电极各有一部份与相邻像素区域中的像素电极的相对应第二边重叠，藉此该栅极线以与栅电极重叠该像素电极的部分与该像素电极形成一第二储存电容单元。

3.依权利要求1的液晶显示器，其中该电容电极呈「U」字形且其具有一中央部份以及两侧部分，该两侧部分藉由该中央部份互相连接，每个该些「U」字形电容电极的该两侧部分分别重叠该像素电极的第一边，每个该些「U」字形电容电极的该中央部分沿该像素电极相对应的第二边延伸。

4.依权利要求3的液晶显示器，其中该漏极延伸部沿该像素电极的相对应第二边延伸且重叠每个「U」字形电容电极的该中央部份。

5.依权利要求4的液晶显示器，其中该漏极延伸部的长度大致与该像素电极的相对应第二边长度相同。

6.依权利要求3的液晶显示器，其中该漏极的延伸部大致呈「U」字形且重叠该电容电极的该中央部分以及该两侧部分。

7.依权利要求1的液晶显示器，其中该电容电极呈环状且其具有两连接部份以及两侧部分，该两侧部分藉由该两连接部份互相连接，每个环状电容电极的该两侧部分分别重叠该像素电极的第一边。

8.依权利要求7的液晶显示器，其中该漏极延伸部沿该像素电极的相对应第二边延伸且重叠每个「U」字形电容电极的相对应连接部份。

9.依权利要求8的液晶显示器，其中该漏极延伸部的长度大致与该像素电极的相对应第二边长度相同。

10.依权利要求7的液晶显示器，其中该漏极的延伸部大致呈「U」字形且重叠该电容电极的该两侧部分以及该两连接部份之一。

11.依权利要求7的液晶显示器，其中该漏极的延伸部大致呈环状且重叠该电容电极的该两侧部分以及该两连接部份。

12.依权利要求1的液晶显示器，其中该电容电极呈倒「U」字形且其具有一中央部份以及两侧部分，该两侧部分藉由该中央部份互相连接，每个该些倒「U」字形电容电极的该两侧部分分别重叠该像素电极的第一边。

13.依权利要求12的液晶显示器，其中该漏极的延伸部大致呈倒「U」字形且重叠该倒「U」字形电容电极的该中央部份以及该两侧部分。

14.一种用以制造薄膜晶体管面板的方法，其包含下列步骤：

形成一具有栅极线与电容电极的第一金属图案于一绝缘基板上；

沉积一栅绝缘层覆盖该第一金属图案；

形成一半导体图案于该栅绝缘层的上；

形成一具有源极、漏极与数据线的第二金属图案于该半导体图案以与栅绝缘层上，该漏极有一部份沿该栅极线或该数据线的方向延伸且重叠该电容电极；

形成一护层覆盖该半导体图案及第二金属图案；

在该护层中形成多个通孔；及

形成多个像素电极于该护层上，每一像素电极经由该通孔之一与该漏极电连接，每一个像素电极具有靠近数据线的第一边及靠近栅极线的第二边。

15.依权利要求14的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极延伸部以及该像素电极与该电容电极形成一第一储存电容单元，且该栅极线有一部份与相邻的像素电极的相对应第二边重叠，藉此该栅极线以与栅电极重叠该像素电极的部分与该像素电极形成一第二储存电容单元。

16.依权利要求14的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该电容电极呈「U」字形且其具有一中央部份以及两侧部分，该两侧部分藉由该中央部份互相连接，每个该些「U」字形电容电极的该两侧部分分别重叠该像素电极的第一边，每个该些「U」字形电容电极的该中央部分沿该像素电极相对应的第二边延伸。

17.依权利要求16的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极延伸部沿该像素电极的相对应第二边延伸且重叠每个「U」字形电容电极的该中央部份。

18.依权利要求14的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极延伸部的长度大致与该像素电极的第二边长度相同。

19.依权利要求16的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极的延伸部大致呈「U」字形且重叠该电容电极的该中央部分以及该两侧部分。

20.依权利要求14的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该电容电极呈环状且其具有两连接部份以及两侧部分，该两侧部分藉由该两连接部份互相连接，每个该些环状电容电极的该两侧部分分别重叠该像素电极的第一边。

21.依权利要求20的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极延伸部沿该像素电极的相对应第二边延伸且重叠每个「U」字形电容电极的相对应连接部份。

22.依权利要求21的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极延伸部的长度大致与该像素电极的相对应第二边长度相同。

23.依权利要求20的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极的延伸部大致呈「U」字形且重叠该电容电极的该两侧部分及该两连接部份之一。

24.依权利要求20的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极的延伸部大致呈环状且重叠该电容电极的该两侧部分以及该两连接部份。

25.依权利要求14的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该电容电极呈倒「U」字形且其具有一中央部份以及两侧部分，该两侧部分藉由该中央部份互相连接，每个该些倒「U」字形电容电极的该两侧部分分别重叠该像素电极的第一边。

26.依权利要求25的用以制造薄膜晶体管面板的方法，其中该漏极的延伸部大致呈倒「U」字形且重叠该倒「U」字形电容电极的该中央部份以及该两侧部分。

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