TWI386741B - 影像顯示系統及其製造方法 - Google Patents

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Description

影像顯示系統及其製造方法
本發明係有關於一種液晶顯示器的形成方法，且特別有關於一種邊緣電場切換(Fringe Field Switching，以下簡稱FFS)型液晶顯示器的形成方法。
液晶顯示器(LCD)具有許多的優點，例如體積小、重量輕、及低電力消耗等，因而已經廣泛地被應用於行動顯示裝置、筆記型電腦、個人電腦(PC)螢幕及電視(TV)等電子產品。就大尺寸螢幕及電視的應用需求而論，其關鍵在於必須具備快應答速度、高對比率、高透光性及無灰階反轉的寬視角。橫向電場切換(in-plane switching，簡稱IPS)型液晶顯示器符合上述高畫質影像的關鍵性特點，且其藉由將液晶分子定向為平行基板以解決視角問題。邊緣電場切換(Fringe Field Switching，以下簡稱FFS)型液晶顯示器是藉由邊緣電場使面板內幾乎均質排列的液晶分子沿電極表層橫向旋轉，進而產生傳統IPS型液晶顯示器無法達成的高穿透性效應。典型的FFS型液晶顯示器包括畫素和相對電極設置於同一基板上的不同層位置。上述畫素與相對電極之間的距離小於上基板和下基板之間的距離，使得在電極周圍產生邊緣電場，進而產生高亮度及廣視角效果。
美國專利第US 6,856,371號揭露一種邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器的電極結構。藉由上、下對稱的電極設計，使顯示器兼具高顯示品質，卻不致影響其穿透率。
第1圖係顯示傳統邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器的剖面示意圖。一邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器1包括一第一基板(或稱下基板)10、一第二基板(或稱上基板)20以及一液晶層30夾置於第一基板10與第二基板20之間的空間，以構成一液晶胞。一相對電極(counter electrode)11以及複數條畫素電極13設置於第一基板10上。一絕緣層15夾置於相對電極11與畫素電極13之間。一下配向層14形成於絕緣層15上，且覆蓋畫素電極13。一彩色濾光層25及一上配向層24設置於第二基板20的內側表面，與液晶層30鄰接。
第2圖係顯示傳統邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器的基板結構的上視圖。兩平行的閘極線3、8與兩平行的資料線7彼此相隔且直交，其間所圍成的區域定義為一個次畫素(sub-pixel)區5。相對電極11與畫素電極13形成於次畫素區5內。畫素電極13包括兩電極棒(bar)13a平行於資料線7以及複數條傾斜的電極臂13b。各電極臂13b的兩端分別與電極棒13a電性連接，且具一傾斜角φ(直線m與直線m’所夾之角度)。應注意的是，電極臂13b的傾斜角φ會直接影響FFS型液晶顯示器的驅動電壓(Vop )。更明確地說，電極臂13b的傾斜角φ愈大則FFS型液晶顯示器所需的驅動電壓亦愈大。
就小面板而言，為了使FFS型液晶顯示器具低的驅動電壓，電極臂13b的傾斜角φ則必須降低。然而，低的傾斜角φ(例如小於7°)會造成黑線條效應(disclination effect)，而破壞顯示影像的品質。此外，高的傾斜角φ需要高的驅動電壓，因此薄膜電晶體元件TFT的面積必須增加，以提供足夠的電荷儲存的能力。薄膜電晶體元件TFT的結構包括閘極線3、通道與源極/汲極區域4、以及源極接觸6a/汲極接觸6b。汲極接觸6b藉由一接觸窗9與畫素電極13連接。然而，若增加薄膜電晶體元件TFT所佔的面積，如此勢必壓縮畫素電極13的面積，進而降低FFS型液晶顯示器的開口率(aperture ratio)與穿透率(transmittance)。
有鑑於此，業界亟需一種FFS型液晶顯示器的電極結構設計，可兼顧其低驅動電壓(Vop )的需求，又可避免黑線條效應(disclination effect)及提高其開口率(aperture ratio)與穿透率(transmittance)。
本發明一實施例係提供一種影像顯示系統，而該顯示系統包括：一顯示面板，其中該顯示面板包括：一下基板、一周邊電路、至少一個薄膜電晶體、一第一透明電極層、及一第二透明電極圖案。該下基板具有一第一表面，且該第一表面被區分成一畫素區域與一驅動器區域。該周邊電路位於該第一表面之該驅動器區域內。該至少一個薄膜電晶體位於該畫素區域內，且該薄膜電晶體包括一主動層、位於該主動層上方之一閘極介電層、位於該閘極介電層上方之一閘極電極，其中該主動層具有源極與汲極區域。該第一透明電極層直接與汲極區域之一部份重疊並形成電性連接。該第二透明電極圖案位於該閘極介電層上，且與該第一透明電極層相對。
本發明另一實施例係提供一種影像顯示系統之製造方法，而該影像顯示系統之製造方法係包括：提供一顯示面板，其中該顯示面板包括具有一第一表面之一下基板，其中該第一表面被區分成一畫素區域與一驅動器區域。該影像顯示系統之製造方法更包括：形成位於該驅動器區域上方之第一、二主動層及位於該畫素區域上方之一第三主動層；形成一第一透明電極層，其中該第一透明電極層與該第三主動層之一部分重疊；形成一閘極介電層，其中該閘極介電層位於該第一、二、三主動層、及該第一透明電極層上；形成一第二透明電極圖案，其中該第二透明電極圖案位於該閘極介電層上方而與該第一透明電極層相對；執行一第一金屬化步驟(M1)，以形成位於該第一主動層上方之一第一閘極電極、位於該第二主動層上方之一第二閘極電極、位於該第三主動層上方之第三、四閘極電極、及覆蓋該第二透明電極圖案之一金屬罩幕；形成一層間介電層，其中該層間介電層位於整個該下基板上方；在整個該下基板上方執行一第二金屬化步驟(M2)；形成一保護層，其中該保護層位於整個該下基板上方；以及將該下基板與一上基板接合。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第3A～3J圖係繪示本發明一實施例之影像顯示系統之製造方法的剖面圖。如第3A圖所示，提供一乾淨的基板302，其中，基板302係用於製造一薄膜電晶體陣列基板，且其包括一驅動器區域304與一畫素區域306；其中，在驅動器區域304內形成周邊電路(未顯示)；在基板302上方形成緩衝層308。緩衝層308可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或其組合；緩衝層308亦可以是氧化矽層與氮化矽層之堆疊層。在本發明之實施例中，氮化矽層之厚度約350埃～650埃；氧化矽層之厚度約500埃～1600埃。
接著，在緩衝層308上方形成一半導體層(圖未顯示)。上述半導體層可以是多晶矽層。例如，先以化學氣相沈積法形成一非晶矽層，之後進行結晶化或準分子雷射退火步驟(ELA)而形成一多晶矽層。上述半導體層經習知之微影蝕刻製程而形成一第一主動層310、一第二主動層312與一第三主動層3101；其中，第一主動層310、第二主動層312位於基板302之驅動器區域304上方；第三主動層3101位於基板302之畫素區域306上方。在本發明之一實施例中，第一主動層310、第二主動層312與第三主動層3101之厚度約350埃～500埃，例如430埃。
參考第3B圖，以光阻層314覆蓋第二主動層312。對第一主動層310與第三主動層3101進行一通道摻雜316，其中，摻雜物可以是硼離子(B＋)，且其劑量通常介於0～1E13/cm2 。
參考第3C.圖，以光阻圖案3141(亦即所謂的W-閘極結構)覆蓋第三主動層3101之通道區域3101’與3101”。以另一光阻層318覆蓋第一主動層310之通道區域320，並將n型摻雜物離子322植入第一主動層310以形成n型電晶體之源極324與汲極326。同時，將n型摻雜物離子植入暴露之第三主動層3101，因此，形成其重摻雜n型區域3101a、3101b與3101c。在本發明之一實施例中，n型摻雜物離子可以是PHx + ，且其劑量約1E14～1E16/cm2 。
參考第3D圖，在移除光阻層314、3141與318之後，於緩衝層308上方形成與部分n型區域3101b接觸之第一透明電極層3000。第一透明電極層3000之形成方法包括濺鍍或微影蝕刻，而其材料可以是銦錫氧化物或是銦鋅氧化物。請注意，第一透明電極層3000係直接與n型區域3101b電性連接而不需要藉由接觸孔。
參考第3E圖，在第一主動層310、第二主動層312、第三主動層3101、第一透明電極層3000與緩衝層308上全面形成一閘極介電層3002，而此閘極介電層3002例如是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或其組合、或其堆疊層、或其它高介電常數材料。閘極介電層3002之沈積方法可以利用化學氣相沈積法。之後，在閘極介電層3002上形成第二透明電極圖案3004(亦稱為銦錫氧化物指狀物(finger))。第二透明電極圖案3004之形成方法包括濺鍍或微影蝕刻製程，且其材料可以是銦錫氧化物或是銦鋅氧化物。
如第3F圖所示，沈積一金屬層(圖未顯示)並將其圖案化以形成位於第二透明電極上方之掃瞄線(圖未顯示)、共通電極(圖未顯示)與閘極電極(或稱閘極)330、332、3006、3008與罩幕層3010。接著，執行一n型輕摻雜步驟(例如，離子佈植)，以在n型電晶體之第一主動層310之通道區域320兩側形成輕摻雜汲極區域324a、326a。而且，位於通道區域3101’兩側之輕摻雜汲極區域3101d、3101e與位於通道區域3101”兩側之輕摻雜汲極區域3101f、3101g係同時形成。請注意，在輕摻雜汲極摻雜步驟3’之前，形成位於第二透明電極圖案3004上方之罩幕3010，以避免第二透明電極圖案3004遭受離子轟擊。而且，第二透明電極圖案3004係直接與共通電極電性連接而不需藉由接觸孔，且第二透明電極圖案3004是狹縫狀構造。閘極電極3006、3008、閘極介電層3002與第三主動層3101構成一個雙閘極(twin-gate)結構，也就是說，兩個閘極共用同一主動層。
在第3G圖中，形成光阻圖案3011以覆蓋整個基板302，但是，不包含閘極332與閘極介電層3002之一部份。執行一p型摻雜物離子佈植步驟337以在p型電晶體之通道區域312’兩側形成源極344與汲極346。
接著，請參考第3H圖，移除光阻圖案3011。在基板302上方全面沈積一層間介電層3012。通常，根據製程規格或製程窗決定介電層3011之厚度與組成。例如，層間介電層3012可以是二氧化矽、聚亞醯胺、旋塗式玻璃、氟摻雜二氧化矽層、黑鑽石(應用材料公司的產品)、Xerogel、Aefogel、非晶系氟化碳及/或其它材料。在此實施例中，層間介電層3012是氧化矽與氮化矽所構成的堆疊層。層間介電層3012之形成方法包括化學氣相沈積法。而且，進行一退火製程以活化摻雜物。
如第3I圖所示，藉由微影蝕刻製程定義並蝕穿層間介電層3012與閘極介電層3002而形成接觸孔3012a。上述蝕刻步驟可以是乾蝕刻或濕蝕刻，用以暴露第二透明電極圖案3004與罩幕3010。罩幕3010保護介於第二透明電極圖案3004之狹縫間的介電層3002，以避免在接觸孔蝕刻步驟中受到侵蝕。
藉由對層間介電層施以濺鍍步驟而沈積一導電材料薄膜。如第3J圖所示，導電材料3012b填充接觸孔3012a。導電材料3012b可以是金屬或金屬合金。資料線也是藉由圖案化並蝕刻導電層而形成。在蝕刻資料線時或蝕刻資料線之後移除罩幕3010。
之後，形成保護層與平坦層。因為後續步驟屬於習知技術，所以在此省略說明。
第3k圖係繪示根據本發明一實施例之方法所製得之影像顯示系統的俯視圖。共通線1003、資料線1007與閘極線1009定義畫素區域306，而畫素區域306包括透明電極層3000、3004、閘極電極3006、3008、第三主動層3101與填充於接觸孔3012a內之導電材料3012b。相較於第1圖與第2圖之習知與結構，本發明之實施例的結構省略了一些接觸孔，因此增加了開口率。
第4圖係繪示本發明另一較佳實施例中用於顯示影像之系統；在此，上述用於顯示影像之系統可以是邊緣電場切換型液晶顯示器30000或是電子元件50。上述薄膜電晶體陣列基板可以裝配於顯示面板而作成邊緣電場切換型液晶顯示器面板。在其它實施例中，邊緣電場切換型液晶顯示器面板可由顯示面板與控制器所構成。在其它實施例中，邊緣電場切換型液晶顯示器30000可以構成各種電子元件((例如，在此為電子元件50))之一部分。一般而言，電子元件50包括邊緣電場切換型液晶顯示器30000、控制器與輸入元件40。而且，輸入元件40係與邊緣電場切換型液晶顯示器30000耦接，且提供輸入訊號(例如，影像訊號)至顯示面板20以產生影像。電子元件50可以是行動電話、數位相機、個人數位助理(personal digital assistant；PDA)、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車上顯示器、全球定位系統、航空顯示器或可攜式DVD播放機。
如同習知之非邊緣電場切換型液晶顯示器一樣，上述實施例所述之邊緣電場切換型液晶顯示器可僅由9道光罩製程完成。而且，不需要汲極側之接觸孔(例如與n型區域3101b連接之接觸洞)，因此增加了開口率。另外，如同先前所述，共通電極係與第二透明電極直接連接，因此不需要額外的接觸孔。故，相較於形成邊緣電場切換型薄膜電晶體結構之習知技術而言，每個畫素可以省略兩個接觸孔。介於兩透明電極層間之介電層具有與閘極介電層相同之厚度，且較習知之邊緣電場切換型薄膜電晶體結構所使用者為薄，因此所需之邊緣電場切換驅動電壓較低。而且，因為介電層薄，所以儲存電容值高。因此，此液晶模式較少串音干擾的問題，且可以忍受較高背光源強度。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
m．．．直線
m’．．．直線
1．．．邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器
3．．．閘極線
3’．．．輕摻雜汲極摻雜步驟
4．．．源極/汲極
5．．．次畫素區
6a．．．源極接觸
6b．．．汲極接觸
7．．．資料線
8．．．閘極線
9．．．接觸窗
10．．．第一基板
11．．．相對電極
13．．．畫素電極
13a．．．電極棒
13b．．．電極臂
14．．．配向層
15．．．絕緣層
20．．．第二基板
24．．．配向層
25．．．彩色濾光層
30．．．液晶層
40．．．輸入元件
50．．．電子元件
302．．．基板
304．．．驅動器區域
306．．．畫素區域
308．．．緩衝層
310．．．第一主動層
312．．．第二主動層
312’．．．通道區域
314．．．光阻層
316．．．通道摻雜
318．．．光阻層
320．．．通道區域
322．．．n型摻雜物離子
324．．．源極
324a．．．輕摻雜汲極區域
326．．．汲極
326a．．．輕摻雜汲極區域
330．．．閘極電極
332．．．閘極電極
337．．．離子佈植步驟
344．．．源極
346．．．汲極
1003．．．共通線
1007．．．資料線
1009．．．閘極線
3000．．．第一透明電極層
3002．．．閘極介電層
3004．．．第二透明電極圖案
3006．．．閘極電極
3008．．．閘極電極
3010．．．罩幕層
3011．．．光阻圖案
3012．．．層間介電層
3012a．．．接觸洞
3012b．．．導電材料
3101．．．第三主動層
3101’．．．通道區域
3101”．．．通道區域
3101a．．．重摻雜n型區域
3101b．．．重摻雜n型區域
3101c．．．重摻雜n型區域
3101d．．．輕摻雜汲極區域
3101e．．．輕摻雜汲極區域
3101f．．．輕摻雜汲極區域
3101g．．．輕摻雜汲極區域
3141．．．光阻圖案
30000．．．邊緣電場切換型液晶顯示器
第1圖係繪示一習知之邊緣電場切換型液晶顯示器。
第2圖係繪示一習知之邊緣電場切換型液晶顯示器之下基板的剖面圖。
第3A～3J圖係繪示本發明一實施例之影像顯示系統之製造方法的剖面圖。
第3k圖係繪示根據本發明一實施例之方法所製得之影像顯示系統。
第4圖係繪示根據本發明另一實施例之影像顯示系統。
1003．．．共通線
1007．．．資料線
1009．．．閘極線
3000．．．第一透明電極層
3004．．．第二透明電極圖案
3006．．．閘極電極
3008．．．閘極電極
3101．．．第三主動層

Claims (14)

  1. 一種影像顯示系統，包括：一顯示面板，包括：一下基板，其具有一第一表面，其中該第一表面被區分成一畫素區域與一驅動器區域；一周邊電路，其位於該第一表面之該驅動器區域內；至少一個薄膜電晶體，其位於該畫素區域內，其中該薄膜電晶體包括一主動層、位於該主動層上方之一閘極介電層、位於該閘極介電層上方之一閘極電極，其中該主動層具有源極與汲極區域；一第一透明電極層，其不透過接觸孔而直接與汲極區域之一部份重疊並形成電性連接；以及一第二透明電極圖案，其位於該閘極介電層上，與該第一透明電極層相對。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括：複數個共通電極，其不透過接觸孔而直接與該第二透明電極圖案形成電性連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括：一層間介電層，其位於該至少一個薄膜電晶體上方，暴露出該第二透明電極圖案。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該第一透明電極層與該第二透明電極圖案的材料包括銦錫氧化物或銦鋅氧化物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該顯示面板更包括一上基板，而該上基板係一彩色濾光片，且該下基板係一陣列基板。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括：一電子元件，其中，該電子元件包括：該顯示面板；以及一耦接至該顯示面板之輸入單元，且該輸入單元用以提供一輸入訊號至該顯示面板，因而該顯示面板顯示影像。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像顯示系統，其中該電子元件係為一行動電話、數位相機、個人數位助理、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車上顯示器或可攜式數位多功能光碟播放機。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該第二透明電極圖案係一狹縫狀結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該至少一個薄膜電晶體係一個雙閘極結構，而在該雙閘極結構中係兩個閘極共用同一主動層。
  10. 一種影像顯示系統之製造方法，包括：提供一顯示面板，其中，該顯示面板包括：一下基板，其具有一第一表面，其中該第一表面被區分成一畫素區域與一驅動器區域；形成位於該驅動器區域上方之第一、二主動層以及位於該畫素區域上方之一第三主動層；形成一第一透明電極層，其中該第一透明電極層與該 第三主動層之一部分重疊；形成一閘極介電層，其中該閘極介電層位於該第一、二、三主動層及該第一透明電極層上；形成一第二透明電極圖案，其中該第二透明電極圖案位於該閘極介電層上方而與該第一透明電極層相對；執行一第一金屬化步驟，以形成位於該第一主動層上方之一第一閘極電極、位於該第二主動層上方之一第二閘極電極、位於該第三主動層上方之第三、四閘極電極以及覆蓋該第二透明電極圖案之一金屬罩幕；形成一層間介電層，其中該層間介電層位於整個該下基板上方；在整個該下基板上方執行一第二金屬化步驟；形成一保護層，其中該保護層位於整個該下基板上方；以及將該下基板與一上基板接合。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該第二透明電極圖案係一狹縫狀結構。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製造方法，更包括：在該第一金屬化步驟之後執行一輕摻雜汲極之摻雜步驟，其中以該第一、三、四閘極電極作為罩幕而形成該第一、三、四閘極電極之個別輕摻雜汲極。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統之製造方法，更包括：在該輕摻雜汲極之摻雜步驟之後形成位於該整個下 基板上方之一光阻圖案，其中該光阻圖案未覆蓋該第二閘極電極與該第二主動層；執行一p型摻雜，其中以該第二閘極電極作為罩幕而形成該第二主動層之源極與汲極區域；以及移除該光阻圖案。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像顯示系統之製造方法，其中在整個該下基板上方執行一第二金屬化步驟係包括：在層間介電層內形成接觸孔，以暴露出該第一、二主動層之源極與汲極區域、及該第三主動層之源極區域，其中，同時移除位於該金屬罩幕與該第二透明電極圖案上方之該層間介電層的一部份；以導電材料填充該接觸孔，其中該導電材料形成資料線；以及移除該金屬罩幕。
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