CN1897309B - 薄膜晶体管和基板及基板的制造方法和液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示器，包括：背光，配置来发光；显示面板，与背光耦合并配置来显示图像；和机架，耦合到显示面板且包覆显示面板的边缘，其中显示面板包括基板和粘结部分，基板具有包括第一薄膜晶体管的第一区域和包括第二薄膜晶体管的第二区域，粘结部分将背光粘结到显示面板并吸收从背光照射的光，第二薄膜晶体管包括源极区、漏极区和具有至少一个开口的栅电极以暴露源极区和漏极区之间的区域，粘结部分设置在第二区域中，且其中栅电极限定所述开口，所述开口穿过栅电极形成，且在平面图中栅电极围绕所述开口，所述栅电极的一部分与形成在源极区和漏极区之间的半导体层中的轻掺杂区交叠。

Description

薄膜晶体管和基板及基板的制造方法和液晶显示器 
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管(TFT)和使用其的液晶显示器(LCD)，且更具体而言，涉及一种可用作光传感器的TFT，使用该TFT的TFT基板，制造该TFT基板的方法和LCD。 
背景技术
一般而言，平板显示器是具有薄轮廓和提供平面图像的一种类型的显示器。平板显示器包括：液晶显示器(LCD)，其被广泛地用作笔记本计算机监视器；有机电致发光装置(OLED)，其被广泛地用于蜂窝电话等。在这样的平板显示器中，薄膜晶体管(TFT)一般被用作开关元件，用于独立地操作各个像素。 
图1A是根据相关技术的薄膜晶体管的平面图，且图1B是沿图1A的线I-I’所取的剖面图。 
参考图1A和1B，相关技术的TFT包括形成于基板1上的半导体层2和栅电极6。半导体层2由非晶硅或多晶硅制成。源极区3和漏极区4形成于半导体层2的选定的部分，从而栅电极6部分地覆盖源极区3和漏极区4。在半导体层2和栅电极6之间插置了栅极绝缘膜5。当将外部电压施加到栅电极6时，在源极区3和漏极区4之间的沟道区中形成了沟道。虽然在图中未显示，金属电极形成于源极区3和漏极区4的上表面上。通过如此，TFT与用于传送数据的互连线电连接或与设置于LCD中的每个像素区上的像素电极电连接以独立地操作每个像素。 
在一种通用的平板显示器中，光传感器被用来感测从外部入射的光量以调整图像的亮度。TFT可以被用作这样的光传感器。当光入射到光传感器TFT中时，产生光致电流，即使光传感器TFT没有被选通。光致电流的强度与入射光量成比例。然而，如图1A和1B所示的相关技术TFT当被用作光传感器时具有以下的缺点。 
首先，由于设置于入射光与源极和漏极区之间的器件结构，图1A和1B中所示的TFT具有减小的光接收面积。继续参考图1A，来自TFT外部的光入射到源极区3和漏极区4上，除了由栅电极6屏蔽的各个部分。另外，因为金属电极形成于源极区3和漏极区4上，光传感器TFT的光接收区域被显著减小。除了上述，相关技术TFT还具有的缺点在于光感测能力低，其将在以下更详细地描述。 
响应入射光，在源极区3和漏极区4中产生了电子-空穴对。产生的电子和空穴对沿沟道区迁移，从而产生光致电流。然而，在源极区3和漏极区4中产生的电子空穴对可能在复合之前不具有足够的能量来穿过沟道区。 
发明内容
本发明的实施例提供了一种液晶显示器，包括：背光，配置来发光；显示面板，与所述背光耦合并配置来显示图像；和机架，耦合到所述显示面板且包覆所述显示面板的边缘，其中所述显示面板包括基板和粘结部分，所述基板具有包括第一薄膜晶体管的第一区域和包括第二薄膜晶体管的第二区域，所述粘结部分将所述背光粘结到所述显示面板并吸收从所述背光照射的所述光，所述第二薄膜晶体管包括源极区、漏极区和具有至少一个开口的栅电极以暴露所述源极区和漏极区之间的区域，所述粘结部分设置在所述第二区域中，且其中所述栅电极限定所述开口，所述开口穿过所述栅电极形成，且在平面图中所述栅电极围绕所述开口，所述栅电极的一部分与形成在所述源极区和漏极区之间的半导体层中的轻掺杂区交叠。 
根据本发明的某些实施例中，基板包括多条栅极线和数据线，彼此交叉且界定所述第一区域。 
根据本发明的某些实施例，所述第二区域设置来在使用中屏蔽从背光产生的光。 
根据本发明的某些实施例，所述背光配置来从第一方向透射产生的光到所述显示器，且其中所述第二薄膜晶体管配置来在从与第一方向相对的第二方向感测入射到所述显示面板上的光。 
根据本发明的某些实施例，其中所述显示面板包括由所述机架包覆的边缘区域，且其中所述第二区域被包括在所述边缘区域中，且其中所述机 架包括设置于与设置有第二薄膜晶体管的所述第二区域交叠的光透射部分，从而从所述第二方向入射到所述显示面板上的光通过所述光透射部分透射。 
根据本发明的某些实施例，其中所述光透射部分包括穿过所述机架的穿孔。 
根据本发明的某些实施例，其中所述第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的至少之一包括其中形成有各自的源极区和漏极区的半导体层，所述半导体层包括多晶硅。 
附图被引入以提供本发明的进一步的理解，且被引入且构成本中请的一部分，附图示出了本发明的实施例且与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中： 
附图说明
图1A是根据相关技术的TFT的平面图； 
图1B是沿图1的线I-I’所取的剖面图； 
图2A是根据本发明的实施例的TFT的平面图； 
图2B是沿图2的线II-II’所取的剖面图； 
图3是使用根据本发明的TFT的显示面板的平面图； 
图4A到4E是示出根据本发明在基板上制造TFT的方法的剖面图；以及 
图5是根据本发明的实施例的LCD的分解透视图。 
现将参考其中显示本发明的实施例的附图在其后更加全面地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现。而是，提供这些实施例使得本公开充分和完整，且向那些本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。因此，本发明不应解释为限于这里阐释的实施例。在附图中，为了清晰简化或夸大了层和区域的厚度。在图中相似的附图标记指示相似的元件，因此可以省略它们的描述。 
图2A是根据本发明的实施例的TFT的平面图，且图2B是沿图2的线II-II’所取的剖面图。 
具体实施方式
参考图2A，栅电极60在选择的方向形成，且源极区30和漏极区40分别形成于栅电极60的两侧。开口65形成于栅电极60的选择的部分；在图2A所述的实施例中，形成了两个矩形开口65。轻掺杂区45(用一种或多种适当的杂质材料的比较低的浓度轻掺杂)还相邻于源极区30和漏极区40形成。或者，如需要还可以添加轻掺杂区。 
现将描述TFT的垂直结构。参考图2B，半导体层20和栅极绝缘膜50堆叠在基板10上，且具有开口65的栅电极60设置于栅极绝缘膜50的选择的部分上。栅电极60部分地覆盖半导体层20的轻掺杂区45，且形成开口65从而光可以透射通过开口65(示为延伸通过栅电极60的整个厚度)。 
上述的TFT结构具有一个重要的特征在于栅电极60形成具有开口65，其当TFT被用作光传感器来感测光时特别有用。如上面注意到的，TFT可以被用作光传感器，其利用由入射光产生的电子-空穴对产生的光致电流。光致电流取决于由传感器接收的入射光量。光传感器的性能取决于光传感器可以接收的光量(传感器的有效面积)，以及操作特性，比如响应非常小的入射光量产生的光致电流的量。两个特征均通过开口65改善，其现将被描述。 
在没有开口65的TFT中，照射到TFT的光会被栅电极60屏蔽，且会入射到源极区30和漏极区40上。而且，虽然在图2B中未显示，金属电极形成于源极区30和漏极区40上。因此，光仅会入射到未被金属电极覆盖的源极区30和漏极区40的非常小的面积上。于是，比如图1A和1B所示的现有技术TFT具有显著小的光接收面积，但是根据本发明的实施例的TFT具有比较大的光接收面积，因为光可以通过栅电极60的开口65入射到TFT。 
除了改善TFT的光接收能力之外，开口65使得TFT能够感测非常小量的光。因为光传感器通过测量光致电流量来感测光，对于具有特定强度的入射光具有较大的单位面积的光致电流是有利的。例如，在n型TFT的情形，电子的能级在源极区30和漏极区40之间的沟道区比在源极区30/漏极区40中高。于是，虽然电子由在源极区30和漏极区40上入射的光产生，它们可以在横跨沟道区之前湮灭。 
同时，在沟道区中产生的具有比较高能级的电子或空穴可以比较容易地迁移到源极区30/漏极区40。因此，光致电流的强度可以根据光入射的区域而变化。当光入射到源极区30和漏极区40之间的区域时，光致电流更高效 地产生。因为本发明所示的实施例的开口65形成于栅电极60中且允许光入射到源极区30和漏极区40之间的区域上，TFT可以响应少量的光产生可探测的光致电流，且因此感测了少量的光。 
在图2A和2B所示的实施例中，开口65形成于两个位置，且每个形成为矩形的形状。然而，当开口65被配置来充分地增加光接收面积时，和/或当开口65增加了在源极区30和漏极区40之间的区域中产生的电子和空穴时，可以变化开口65的形状和数量。因此，开口65可以形成为圆形、三角形或其它形状(未显示)，且开口65的数量可以为等于或大于一的数量。另外，每个开口65不需为相同的尺寸、形状等。 
如上面注意到的，在本发明的某些实施例中，轻掺杂区45可以相邻于源极区30和漏极区40形成。这些轻掺杂区45显著减小或防止漏电流产生。与由比如入射光的外部因素产生的光致电流不同，漏电流可以由TFT的一个或多个内部特性产生，比如沟道长度的减小、阈值电压的减小等。光致电流用作感测光的入射量的信号，而其它电流源(比如漏电流)为噪声。轻掺杂区45用于减小或防止这样的噪声产生。 
另外，在某些实施例中，轻掺杂区45用于增加TFT的光接收面积。如图2B所示，轻掺杂区45部分地交叠栅电极60，但是剩余部分没有被栅电极60屏蔽。而且，因为与源极区30和漏极区40不同，轻掺杂区45没有用分开的金属电极覆盖，外部光可以照射到轻掺杂区45。换言之，由于入射到轻掺杂区45上的光产生的电子-空穴对，可以产生光致电流。 
现将描述一种使用具有以上结构的TFT的设备。TFT可以被用作元件来独立地操作比如LCD或OLED的平显示器的每个像素。另外，TFT可以被用作光传感器。其后，将描述构成LCD并使用TFT的TFT基板的实施例，所述TFT比如图2A和2B所示的TFT。 
图3是使用根据本发明的实施例的TFT的显示面板的平面图。 
LCD是一种显示器类型，其通过改变液晶材料的透光率从而将输入电信号转变为可视信息，将图像提供给观众。液晶是液体和晶体之间的中间状态，其具有取决于施加的电压的透光率。LCD包括用于显示图像的显示面板100，且显示面板100包括用于显示图像的基板10。基板10被分为像素单元。 
参考图3，基板10包括用于传输栅极选通信号的多条栅极线61，和用于传输数据电压的多条数据线31来显示图像。单独的像素“P”在多条栅极 线61和多条数据线31交叉的地方被界定。每个像素“P”具有与相关的栅极线61和相关的数据线31连接的TFT“T1”。TFT“T1”由通过相关栅极线61传送的栅极选通信号选通。此刻，将传输到数据线31的数据电压施加到相关像素“P”的像素电极(未显示)。随着电压被施加到像素电极，设置接近基板10上的相关像素的液晶层排列方向被改变，从而液晶的透光率也被改变来显示图像部分。 
另外，显示面板100还包括栅极驱动器62、数据驱动器32、和照明传感器72。数据驱动器32用于选择相应于图像数据的电压且将选择的电压传输到相关的像素。栅极驱动器62传输TFT“T1”的选通-关闭信号，从而将数据从数据驱动器32传输到相关的像素。照明传感器72感测从显示器的外部入射的光来调整屏幕的亮度。换言之，照明传感器72感测外部环境是亮或是暗，且控制从显示器背侧产生光的背光的照明以调整屏幕的亮度。 
照明传感器72提供有可以感测外部光的一个或更多的光传感器。TFT“T2”可以被用作光传感器。用作光传感器的TFT“T2”是在栅电极60中形成有开口65的TFT，如图2A和2B所示。如上所述，当TFT“T2”具有一个或多个开口65时，光接收量增加且光致电流也增加。因此，TFT“T2”可以被有利地用作光传感器。另外，当TFT“T2”被仅用作光传感器时，与开口65相关的技术可以被扩展来应用到其中栅电极60由透明导电膜形成的示范性实施例中。或者，栅电极60可以从TFT“T2”去除，由此最大程度地增加光入射面积。 
在本发明的某些实施例中，设置于像素“P”中的TFT“T1”与用作光传感器的TFT“T2”的结构不同。因此，为了在两个TFT之间区别，它们被分别命名为第一TFT“T1”和第二TFT“T2”。 
现将在以下描述可以形成有第二TFT“T2”的示范性位置。 
第二TFT“T2”产生对应于光致电流的信号，该光致电流又响应接收的光而产生。这里，注意的是从显示器外部入射的光应当被感测，从而调整屏幕的亮度，且由入射光之外的因素产生的漏电流是噪声。因为LCD一般被提供有设置于显示面板100的背侧的背光来产生光，第二TFT“T2”应当设置从而不从背光产生噪声。因为由背光产生的光通过由栅极线30和数据线40界定的像素“P”，第二TFT“T2”设置于像素区外部的基板10上的区域上。 
光可以通过各种传感器被感测，比如光电二极管基传感器等。在这样的各种传感器中，使用如这里所公开的TFT“T2”作为光传感器具有的优点在于TFT“T2”可以与TFT“T1”(其用作基板10上的开关元件)同时形成，简化了显示器的制造工艺。另外，通过在栅电极60中形成开口65，可以获得优异的操作特性。第一TFT“T1”和第二TFT“T2”可以通过各种方法同时形成。现将描述各种方法之一。 
图4A到4E是示出根据本发明在基板上形成第一和第二TFT的方法的剖面图。在图4A到4E中，区域“A”代表形成第一TFT的区域，且区域“B”代表形成第二TFT的区域。 
参考图4A，在基板10上形成半导体层20。基板10一般为玻璃基板，且半导体层20一般由多晶硅形成。半导体层20可以由非晶硅形成，然而，多晶硅更有利，因为多晶硅具有比非晶硅更高的电子迁移率。在多晶硅的情形，在玻璃基板上形成硅层，通过将激光束照射到形成的硅层上将其转变为晶体，且将多晶硅层构图来形成半导体层20。 
参考图4B，在半导体层20上形成栅极绝缘膜50。栅极绝缘膜50可以通过使用化学气相沉积(CVD)工艺在半导体层20上沉积氧化硅(SiO)或氮化硅(SiN)来形成。 
参考图4C，在栅极绝缘膜50上形成栅极导电膜60’和光致抗蚀剂图案80。通过沉积掺杂的多晶硅或金属膜来形成栅极导电膜60’。包括比如铝(Al)或钨(W)的金属元素的材料可以被用于栅极导电膜60’。通过在栅极导电膜60’上涂布光致抗蚀剂膜和使用光刻工艺来构图所涂布的光致抗蚀剂从而仅在预定的区域留下光致抗蚀剂膜，形成了光致抗蚀剂图案80。在第二TFT“T2”的情形，去除了对应于开口65的光致抗蚀剂膜的部分，从而开口65可在第二TFT“T2”中被构图。 
参考图4D，使用光致抗蚀剂图案60’作为蚀刻掩模来蚀刻栅极导电膜60’来形成栅电极60。此刻，开口65形成于第二TFT“T2”中。与图2B所示的实施例不同，在本实施例中，形成了单一开口65，其说明了开口65的数量没有被具体限制。如图4D所示，与光致抗蚀剂图案80比较，栅极导电膜60’相对过度蚀刻，以形成轻掺杂区45，如下所述。轻掺杂区可以由各种方法形成，包括与在本实施例中提供的方法不同的方法。 
在形成栅电极60之后，通过使用光致抗蚀剂图案80作为掩模以高浓度 注入杂质离子，形成了源极区30和漏极区40，如图4D的箭头所示。当第一和第二TFT“T1、T2”是n型TFT时，注入了比如磷(P)或砷(As)离子的杂质离子。在第二TFT“T2”的情形，将杂质离子注入到源极区30和漏极区40之间的半导体层20中(如虚线所示)。在该注入期间，接近可以被处理为轻掺杂区45的源极区30和漏极区40的区域基本通过光致抗蚀剂图案80被屏蔽于注入。 
参考图4E，去除在栅电极60上的光致抗蚀剂图案80，且将杂质离子以低浓度注入来形成轻掺杂区45。通过使用氧等离子体等的灰化方法来去除光致抗蚀剂图案80，且然后使用栅电极60作为掩模将杂质离子以低浓度注入。如上所注意的，在形成栅电极60的前面步骤中，栅电极60的宽度形成得比光致抗蚀剂图案80窄。因此，对应于宽度差异的半导体层20的部分在第一注入期间被屏蔽但是在第二注入期间被暴露。结果，区域45仅掺杂低浓度杂质离子。还将低浓度杂质离子注入到源极区30和漏极区40，从而源极区30和漏极区40的掺杂浓度增加。在该注入期间，还甚至将杂质离子注入到形成有开口65的区域中(如虚线所示)。为了避免杂质离子被注入到形成有开口65的区域中，可以使用用于第二TFT“T2”的单独的掩模。 
其后，进行通用工艺，其一般包括用层间绝缘层覆盖栅电极60和形成穿透层间绝缘层的选择部分的金属电极以电连接到源极区30和漏极区40。 
接下来，将描述同时使用操作每个像素的第一TFT和用作光传感器的第二TFT的LCD。 
图5是根据本发明的实施例的LCD的分解透视图。 
参考图5，根据本发明的LCD的实施例包括显示面板100、机架200和背光300。机架200固定显示面板100且与显示面板100耦合从而包覆显示面板100的边缘。因此，显示面板100被分为由机架200屏蔽并没有暴露于外部的非暴露区，和暴露于外部的暴露区。 
像素形成于暴露的区域中以显示图像信息，且还在每个像素中形成了用于操作每个像素的第一TFT“T1”。控制各个像素的电路形成于非暴露区中。作为感测从显示器外部入射的光的光传感器的第二TFT“T2”也可以形成于非暴露区中。第二TFT“T2”具有形成于栅电极中的开口，(例如)如图2A和2B所示。然后，如果第二TFT“T2”设置于由机架200屏蔽的非暴露区中，机架200包括光透射部分。 
如图5所示，光透射部分可以为穿过机架200的穿孔210。穿孔210和第二TFT“T2”应当形成于交叠的部分。虽然图5显示了具有单一穿孔210和单一第二TFT“T2”的实施例，可以存在多个穿孔和/或多个第二TFT“T2”。例如，穿孔210可以形成于矩形机架200四角的每个，且四个第二TFT“T2”安装在四角，从而可以感测通过屏幕整个面积入射的光量。 
背光300设置于显示面板100的背侧。背光300提供有一个或多个光源310来产生光并将产生的光照射向显示面板100。在大尺寸LCD的情形，灯可以被用作光源310，而在小尺寸LCD的情形，可以使用发光二极管。虽然在图中未显示，但是背光可以包括光导板、光反射板等来引导产生的光。粘结部分110形成于显示面板100中，虽然粘结部分110看上去设置于图5中显示面板100的顶边，从而显示由粘结部分110占据的区域，但是实际上其可以设置于显示面板100的底边。背光300通过粘结部分110与显示面板耦合。粘结部分110可以使用吸收从背光300照射的光的黑带来制造。 
如图5所示，第二TFT“T2”安装在形成显示面板100的粘结部分110的区域上。提供设置如所示的TFT“T2”，从背光300照射的光不到达第二TFT“T2”。为了调整屏幕的亮度的目的，由背光300的光在第二TFT“T2”中产生的泄漏电流是噪声。因此，如图5所示，优选的是屏蔽可以由第二TFT“T2”产生噪声的源，比如来自背光300的光。 
如上所述，根据本发明的实施例，当TFT被用作光传感器时，TFT的栅电极形成有开口，从而光可以入射到开口中，由此提高光感测能力。而且，通过在平显示器的基板或LCD中使用这样的TFT，可以根据来自显示器外部的照明适当地调节屏幕的亮度。而且，因为TFT被用作光传感器，在制造以上基板中，用于操作各个像素的TFT可以与用于光传感器的TFT同时形成。 
对于本领域的技术人员明显的是可以在本发明中进行各种改进和变化。因此，本发明旨在覆盖本发明的所述改进和变化，只要它们落在权利要求和其等同物的范围内。 

Claims (7)

1.一种液晶显示器，包括：
背光，配置来发光；
显示面板，与所述背光耦合并配置来显示图像；和
机架，耦合到所述显示面板且包覆所述显示面板的边缘，
其中所述显示面板包括基板和粘结部分，所述基板具有包括第一薄膜晶体管的第一区域和包括第二薄膜晶体管的第二区域，所述粘结部分将所述背光粘结到所述显示面板并吸收从所述背光照射的所述光，所述第二薄膜晶体管包括源极区、漏极区和具有至少一个开口的栅电极以暴露所述源极区和漏极区之间的区域，所述粘结部分设置在所述第二区域中，且
其中所述栅电极限定所述开口，所述开口穿过所述栅电极形成，且在平面图中所述栅电极围绕所述开口，所述栅电极的一部分与形成在所述源极区和漏极区之间的半导体层中的轻掺杂区交叠。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述基板包括多条栅极线和数据线，彼此交叉且界定所述第一区域。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第二区域设置来在使用中屏蔽从背光产生的光。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述背光配置来从第一方向透射产生的光到所述显示器，且其中所述第二薄膜晶体管配置来在从与第一方向相对的第二方向感测入射到所述显示面板上的光。
5.根据权利要求4所述的液晶显示器，其中所述显示面板包括由所述机架包覆的边缘区域，且其中所述第二区域被包括在所述边缘区域中，且其中所述机架包括设置于与设置有第二薄膜晶体管的所述第二区域交叠的光透射部分，从而从所述第二方向入射到所述显示面板上的光通过所述光透射部分透射。
6.根据权利要求5所述的液晶显示器，其中所述光透射部分包括穿过所述机架的穿孔。
7.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的至少之一包括其中形成有各自的源极区和漏极区的半导体层，所述半导体层包括多晶硅。
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