CN202025170U - 一种显示屏及显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种显示屏及显示装置，该显示屏包括位于下基板(1)上、构成彩色滤光片的黑矩阵(2)和彩膜(3)；设置在所述黑矩阵(2)上、从下至上依次沉积的S/D层、有源层(6)、栅绝缘层(8)和栅极(9)，所述S/D层包括源极(5)和漏极(5’)，所述源极(5)和漏极(5’)之间形成沟道。本新型克服了顶栅结构TFT光感电流过大的技术问题，上述结构还避免了沟道灰化，过孔等极易产生不良的工艺。

Description

一种显示屏及显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示器技术领域，尤其涉及一种采用薄膜场效应晶体管的显示屏及显示装置。

背景技术

TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜场效应晶体管-液晶显示器)是有源矩阵类型液晶显示器的一种，具有更高的对比度和更丰富的色彩，荧屏更新频率也更快。

显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的像素点组成，只要控制各个像素点显示相应的颜色就能达到目的了。TFT-LCD一般采用背光技术，为了能精确地控制每一个像素点的颜色和亮度，就需要在每一个像素点位置设置具有开关功能的薄膜场效应晶体管。

像素的三基色为红色R、绿色G和蓝色B，因此一个像素点的位置布有红色彩膜、绿色彩膜和蓝色彩膜，在上下夹层间每个彩膜对应一个薄膜场效应晶体管，薄膜场效应晶体管通电时，通过控制薄膜场效应晶体管形成的电场大小，利用上下夹层间填充的液晶分子的旋光性能，改变液晶分子的旋光程度，从而改变各个彩膜位置的光线，使像素点显示不同的颜色。

薄膜场效应晶体管包括栅极、栅绝缘层、有源层和S/D层。S/D层包括源极和漏极，源极和漏极之间形成沟道。在栅极施加一定电压时，源极和漏极之间通过有源层导通，以传输数据信号。根据栅极所处位置的不同，现有的TFT-LCD结构具有顶栅结构和底栅结构。

如图1所示为现有采用底栅结构的TFT-LCD，包括上基板12和下基板1，两个基板间填充有由液晶分子组成的液晶15，黑矩阵2和彩膜3组成的CF(color filter，彩色滤光片)层，光源发出的照射光线从下基板1射向上基板12；栅极9布置在下基板1上，栅绝缘层8布置在栅极9和有源层6之间，起到介电保护作用；有源层6位于栅绝缘层8上并与栅极9的位置相对，S/D层位于有源层6之上，源极5和漏极5’分布在沟道两边，有源层6包括沉积物为N⁺a-Si(N⁺型掺杂的非晶硅)的N⁺a-Si层及沉积物为a-Si(非晶硅)的a-Si层。

这样，如果在栅极9上施加一定电压，则会有电流从源极5经有源层6流向漏极5’，具体为电流流向为：源极-N⁺a-Si层-a-Si层-N⁺a-Si层-漏极。在夹层间设置隔垫物11、像素电极4和公共电极，像素电极4与漏极5’连接，公共电极与像素电极之间从而形成电场，改变液晶分子的旋光程度，使得穿过彩膜3的光线满足要求。

顶栅结构指栅极9位于有源层6和S/D层之上的结构，顶栅结构所存在的问题是，沟道受光线照射容易产生光感电流。相比顶栅结构，底栅结构可以通过底部优先沉积的栅极作为遮光层，防止沟道底部受光线照射产生光感电流。但从沉积工艺来讲却较为复杂，必须通过4-5次掩膜板曝光、刻蚀等工艺来实现，并且由于栅极9处于底部，为了实现像素电极4与漏极间的连接需要过孔，因此上述结构要经过孔、半曝光Half Tone等工艺流程，严重制约了良率的提高。

目前的TFT-LCD结构大多采用阵列基板(下基板)与CF基板相分离的设计，中间填充液晶分子，进行驱动以实现显示功能。但其中由于上基板与下基板之间的空间cell gap的存在，对黑矩阵的设计、液晶的填充、阵列基板与CF基板的对位等都提出了严格的要求，影响了产品的良率。

实用新型内容

本实用新型提供一种采用薄膜场效应晶体管的显示屏及显示装置，解决了感光电流对顶栅结构的影响，并避免了沟道灰化，过孔等极易产生不良的工艺。

本实用新型提供一种显示屏，包括：位于下基板上、构成彩色滤光片的黑矩阵和彩膜；设置在所述黑矩阵上、从下至上依次沉积的S/D层、有源层、栅绝缘层和栅极，所述S/D层包括源极和漏极，所述源极和漏极之间形成沟道。

优选地，所述黑矩阵的边缘的范围超出所述沟道的边缘的范围。

优选地，该显示屏还包括：

与所述下基板相对的上基板；

介于上基板和栅极之间起支撑作用的隔垫物，所述隔垫物覆盖所述沟道。

优选地，所述栅极覆盖所述沟道。

优选地，所述下基板和上基板的夹层空隙间填充有液晶。

优选地，所述有源层包括：

分别位于所述源极和漏极上的N⁺型掺杂的非晶硅N⁺a-Si层；

位于所述N⁺a-Si层上，连接源极和漏极的非晶硅a-Si层。

优选地，该显示屏还包括：

从所述下基板上方覆盖在整个下基板上的绝缘的钝化层。

优选地，该显示屏还包括：

像素电极，分布在所述彩色滤光片上并与所述漏极无需过孔直接连接；

公共电极，分布在所述彩色滤光片上并与公共电极线无需过孔直接相连。

优选地，所述彩色滤光片的个数为多个，并按照彩膜的颜色为红色、绿色和蓝色的顺序在下基板上呈阵列布置。

本实用新型还提供一种显示装置，其特征在于，包括上述结构的显示屏。

利用本实用新型提供的显示屏及显示装置，具有以下有益效果：将黑矩阵作为顶栅结构TFT沟道底部的遮光层，以顶部的栅极和其上的隔垫物作为外界光源的遮光层，巧妙的克服了顶栅结构TFT光感电流过大的技术问题，上述结构还避免了沟道灰化，过孔等极易产生不良的工艺。

附图说明

图1为常规TFT-LCD显示器件结构；

图2为本新型提供的显示屏的剖视图；

图3-1为完成CF层制备后得到的剖视图；

图3-2为完成CF层制备后得到的俯视图；

图4-1为完成像素电极和公共电极沉积后得到的剖视图；

图4-2为像素电极和公共电极的俯视图；

图5-1～图5-3为经过3掩膜mask工艺制备数据线、公共线及N⁺a-Si层的剖视图；

图5-4为完成源极、漏极、数据线、公共线及N⁺a-Si层沉积后得到的俯视图；

图6-1为完成a-Si层、栅绝缘层和栅极沉积后得到的剖视图；

图6-2为完成a-Si层、栅绝缘层和栅极沉积后得到的俯视图；

图7-1为完成钝化层沉积后得到的剖视图；

图7-2为完成钝化层沉积后得到的俯视图；

图8为顶栅结构TFT的COA阵列示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型提供的采用薄膜场效应管的显示屏及显示装置进行更详细地描述。

针对顶栅结构TFT容易感光产生光电流及底栅结构工艺流程复杂的缺点，本实用新型提供一种采用薄膜场效应管TFT的显示屏，即TFT-LCD，将顶栅结构TFT与CF on Array(COA，CF层在下基板上)结构相结合，能够巧妙防范顶栅结构TFT光电流产生，如图2所示，本新型提供的显示屏包括：

位于下基板1上、构成彩色滤光片的黑矩阵2和彩膜3；设置在黑矩阵2上、从下至上依次沉积的S/D层、有源层6、栅绝缘层8和栅极9，所述S/D层包括源极5和漏极5’，源极5和漏极5’之间形成沟道。这样，在栅极9上施加一定电压，则会有电流从源极5经有源层6流向漏极5’。

可见，本新型提供的显示屏，采用了顶栅结构TFT与CF on Array相结合的结构，CF on Array结构降低了阵列基板与CF基板对位精度的要求，同时，上述结构中，黑矩阵的边缘的范围超出所述沟道的边缘的范围，利用COA结构中滤光片CF的黑矩阵作为顶栅结构TFT沟道底部的遮光层，顶部以栅极和PS共同作为遮光层，从而解决了顶栅结构的光电流过大的缺点，同时由于采用顶栅结构，可以在阵列基板(即下基板)的沉积工艺中减少了过孔及灰化流程，有效的提高了良率，并简化了制备工艺。

优选地，本实施例中显示屏还包括与下基板1相对的上基板12，上基板12和下基板1的夹层空隙间填充有液晶15，该显示屏还包括：

介于上基板12和栅极9之间起支撑作用的隔垫物11，隔垫物11在垂直方向上覆盖源极5和漏极5’之间的沟道。这样，隔垫物11作为外界光源的遮光层，可以进一步减少外界光源对沟道的照射，进一步减少顶栅结构TFT产生的光电流。隔垫物11的形状可以根据需要灵活设计，如采用图2所示的倒梯形，当然也可以采用矩形等。隔垫物11优选采用PS(Photo Spacer)。

优选地，如图2、图6-2所示，本实施例中显示屏还包括：像素电极4，分布在彩色滤光片上并与漏极5’无需过孔直接连接；公共电极7，分布在彩色滤光片上，并与公共电极线13无需过孔直接相连。本实施例针对整个array基板的结构来说，S/D层的沉积就形成数据线，同时包括了源极和漏极。

这样栅极9加电压后，TFT打开信号电压从数据线通过沟道传递给像素电极4，同时公共电极7从公共线13获得公共电压，在像素电极4和公共电极7之间形成电场从而驱动液晶控制透过光强进行显示。

具体地，如果在栅极9上施加电压，则通过有源层6会有电流从源极5流向漏极5’进而流向像素电极4，公共电极7通过公共线13输入一定电压，这样在像素电极4和公共电极7间形成电场，从改变上方填充的液晶的旋光程度，当背光源从下基板1向上照射时，穿过各个彩膜3的光线穿过液晶到达上基板12会呈现不同强度并组合出不同颜色，实现显示目的。

上述上基板12和下基板1的材料优选采用玻璃基板，当然，还可以采用其它有透光性能的基板。

根据薄膜场效应管的特点，如图2所示，有源层包括：分别位于源极5和漏极5’上的材料为N⁺型掺杂的非晶硅N⁺a-Si的N⁺a-Si层；位于N⁺a-Si层上、连接源极5和漏极5’的材料为非晶硅a-Si的a-Si层，这样。如果在栅极9上施加一定电压，则会有电流从源极5流向漏极5’，具体为流向为：源极-N⁺a-Si层-a-Si层-N⁺a-Si层-漏极。

根据薄膜场效应管的特点，为了实现了栅极9和有源层6之间的绝缘，本新型的优选实施例中，栅极9和有源层6之间由具有介电性的栅绝缘层8，栅绝缘层8采用具有高介电性的材料，优选地，栅绝缘层8的材料为氮化硅SiNx。

本新型的优选实施例中，如图2所示，该显示屏还包括：从下基板1上方覆盖在整个下基板1的绝缘的钝化层10，从而覆盖黑矩阵2、彩膜3、像素电极4、公共电极7、栅极9等。起到对下基板1上各层结构进行保护同时起到减小各层沉积所产生的角段差的作用。钝化层10的材料优选采用氮化硅材料PVX，当然，也可以采用其它具有同性能的材料。

由于一个像素点应包含三基色RGB，如图3-2所示，彩色滤波片的个数为多个，并按照彩膜3的颜色为红色、绿色和蓝色的顺序在下基板1上呈阵列布置，彩膜3与黑矩阵2处于同一水平面，所述多个彩膜3被所述黑矩阵2隔开。每组R、G、B组合实现一个像素点的显示。

这样，下基板1上阵列分布有多个彩色滤波片，本新型的优选实施例中，显示模式采用共面水平场IPS(In-Plane Switching)模式，信号是一行一行显示的，所有彩色滤光片上的公共电极7通过公共线13连接在一起，同一行的栅极相连，将整行的TFT打开，每个子像素经数据线接收不同的信号电压，这样与公共电极产生不同的电压差，从而进行不同的显示。

本新型采用顶栅结构TFT与COA结构相结合，TFT结构单元沉积于黑矩阵之上，利用黑矩阵对来自下基板方向的背光进行遮挡；沉积于上基板的隔垫物与下基板的TFT结构单元相对应，对来之外界的光源进行遮挡；栅极沉积于有源层上，栅极覆盖沟道，利用金属材料不透光的性能同样对外界光源进行遮挡。克服了顶栅结构TFT光感电流过大的技术问题。制备本新型的显示屏，会彻底改变普通底栅结构TFT的沉积顺序，并利用灰阶曝光技术，有效降低了工艺流程及掩膜mask数目。

本新型还提供一种显示装置，包括本发明上述实施例提供的显示屏，显示屏的具体结构描述同上述实施例，这里不再详述。

下面制备以IPS显示模式的显示屏为例，从彩色滤光片CF沉积开始详细本新型所提供的显示屏的制备流程。

从沉积顺序上来说，在下基板1的沉积工艺进行了简化，在下基板上制备了按三基色排列的彩膜3和黑矩阵2，即制备了彩色滤光片CF后，依次沉积像素电极4/公共电极7、数据线/公共线13、N⁺a-Si层，经过灰阶刻蚀，最后沉积a-Si层、栅绝缘层8和栅极9，轻松实现3mask工艺，并避免了沟道灰化和像素电极过孔等极易产生不良的工艺流程。按上述工艺形成的显示屏结构如图2所示，其结构包括：

下基板1；

黑矩阵2，直接沉积于上述下基板1上；

彩膜3，直接沉积于下基板1上，与上述黑矩阵2形成彩色滤光片CF；

像素电极4和公共电极7(公共电极见图6-2)，沉积于上述CF之上；

数据线、公共线13，沉积于上述CF之上，位于黑矩阵2区域；

N⁺a-Si层6a，沉积于上述源极5和漏极5’之上，经二次刻蚀仅存在于沟道区域两侧；

a-Si层6b，沉积于上述N⁺a-Si层6a及沟道区域之上；

采用SiNx的栅绝缘层8，沉积于上述a-Si层6b之上；

栅极9，沉积于上述栅绝缘层8之上；

采用PVX的钝化层10，覆盖于整个下基板1之上，对下基板1上的各层结构进行保护同时起到减小各层沉积所产生的角段差的作用；

采用PS的隔垫物11、上基板12，加上常规的聚酰亚胺PI层和填充的由液晶分子组成的液晶15，共同形成完整的顶栅结构的TFT-LCD显示器件。其中PI层位于上下两基板内侧紧邻液晶层，其作用为促使液晶分子定向排列，此层较薄，图中未示出，是填充液晶前对液晶分子进行定向处理的工序。

本实用新型根据顶栅结构TFT自身的特点，采用灰阶曝光(即半曝光)技术，极大程度上简化工艺流程。为实现上述的器件结构，下面给出具体实施时详细的制备工艺流程，主要包括以下几个步骤：

步骤一，制备彩色滤光片CF；

根据常规彩膜制备工艺，经过黑矩阵BM、红色彩膜R、绿色彩膜G、蓝色彩膜B四个掩膜mask工艺，分别经清洗、涂覆、曝光、显影等工序，在下基板1完成上如图3-1、图3-2所示的由黑矩阵2和彩膜3构成的CF结构。

步骤二，制备像素电极4和公共电极7；

在完成上述步骤一所述常规CF结构的工艺之后，首先在彩膜区域进行像素电极4和公共电极7的沉积，具体地，经树脂PR涂覆、曝光、显影、刻蚀和剥离工艺，制备出如图4-1、图4-2所示的像素电极4和公共电极7图案。

步骤三，制备S/D层和N⁺a-Si层6a；

在完成上述像素电极和公共电极的沉积后，依次完成包括源极5和漏极5’的数据线；公共线13以及N⁺a-Si层6a的沉积、曝光、显影、刻蚀等工序。

具体地，经过PR涂覆，如图5-1为经PR涂覆、经灰阶曝光后的剖视图，N⁺a-Si保留区PR较厚，其余图案区域较薄；经过一次刻蚀即形成处于同一层的数据线、公共线13一次刻蚀，N⁺a-Si一次刻蚀之后，形成如图5-1所示图案；经灰化后形成图5-2所示图形，最后经N⁺a-Si二次刻蚀，如图5-3为完成N⁺a-Si二次刻蚀后得到的剖视图，最终完成如图5-4所示的图案，保留沟道两侧的N⁺a-Si层。

步骤四，沉积a-Si层、栅绝缘层8和栅极9；

在完成步骤三的沉积之后，依次进行a-Si层，栅绝缘层8和栅极9的沉积，制作过程中，栅极9是以栅极线的形式存在，但其作为沟道部位。经过PR涂覆、曝光、显影、刻蚀、剥离等工序，形成如图6-1的剖面结构，其俯视效果如图6-2所示，至此完成顶栅结构的TFT器件的沉积。

从图中可以看出，顶栅结构TFT器件的沟道下部被CF层的黑矩阵2结构遮挡，沟道上方被最后形成的栅极有效遮挡，栅极9为金属层，因此遮挡效果好，这样的结构既有效的解决了顶栅结构光感电流过大的弊端，同时又通过合理的工艺步骤，完成CF层和array层(包括像素电极和公共电极)的共同沉积，解决了对位、过孔等极易产生不良和漏光的工序，极大的简化了工艺流程，具有一举多得的功效。

步骤五，制备钝化层10；

在完成上述步骤四的各层沉积之后，经清洗工艺后，在其表面沉积一层材料为PVX的钝化层10，对上述各层起到保护作用，同时减小由各层沉积所引起的角段差，避免下一步的PI涂覆、摩擦rubbing工艺及液晶填充工艺的不良影响。如图7-1为完成钝化层10沉积后得到的剖面图，图7-2为完成钝化层10沉积后像素区array部分的俯视图，最终形成的阵列结构如图8所示。

本新型采用CF on Array的方式，并将彩色滤光片CF优先于TFT沉积于下基板之上，与顶栅结构的TFT相结合，利用彩色滤光片CF的黑矩阵作为顶栅结构TFT沟道的遮光层，以顶部栅极和其上的隔垫物作为外界光源的遮光层，巧妙的克服了顶栅结构TFT光感电流过大的缺陷，由于结构的设计避免了沟道灰化，过孔等极易产生不良的工艺，通过对顶栅结构TFT的沉积流程的设计，结合灰阶曝光技术，极大程度上简化了工艺。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种显示屏，其特征在于，包括：

位于下基板(1)上、构成彩色滤光片的黑矩阵(2)和彩膜(3)；

设置在所述黑矩阵(2)上、从下至上依次沉积的S/D层、有源层(6)、栅绝缘层(8)和栅极(9)，所述S/D层包括源极(5)和漏极(5’)，所述源极(5)和漏极(5’)之间形成沟道。

2.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，

所述黑矩阵(2)的边缘的范围超出所述沟道的边缘的范围。

3.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，还包括：

与所述下基板(1)相对的上基板(12)；

介于所述上基板(12)和栅极(9)之间起支撑作用的隔垫物(11)，所述隔垫物(11)覆盖所述沟道。

4.如权利要求1-3任一所述的显示屏，其特征在于，

所述栅极(9)覆盖所述沟道。

5.如权利要求1-3任一所述的显示屏，其特征在于，所述下基板(1)和上基板(12)的夹层空隙间填充有液晶。

6.如权利要求1-3任一所述的显示屏，其特征在于，所述有源层包括：

分别位于所述源极(5)和漏极(5’)上的N⁺型掺杂的非晶硅N⁺a-Si层(6a)；

位于所述N⁺a-Si层(6a)上，连接源极(5)和漏极(5’)的非晶硅a-Si层(6b)。

7.如权利要求1-3任一所述的显示屏，其特征在于，还包括：

从所述下基板(1)上方覆盖在整个下基板(1)上的绝缘的钝化层(10)。

8.如权利要求1-3任一所述的显示屏，其特征在于，还包括：

像素电极(4)，分布在所述彩色滤光片上并与所述漏极(5’)无需过孔直接连接；

公共电极(7)，分布在所述彩色滤光片上并与公共电极线(13)无需过孔直接相连。

9.如权利要求1-3任一所述的显示屏，其特征在于，所述彩色滤光片的个数为多个，并按照彩膜(3)的颜色为红色、绿色和蓝色的顺序在下基板(1)上呈阵列布置。

10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1～9任一所述的显示屏。

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