TWI519879B - 顯示面板及包含該顯示面板的顯示裝置 - Google Patents

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Description

顯示面板及包含該顯示面板的顯示裝置
本發明係關於一種顯示面板及包含該顯示面板的顯示裝置。
液晶顯示器的面板(Panel)通常具有二個上下疊合的玻璃基板：薄膜電晶體(Thin-film transistor，簡稱TFT)基板與彩色濾光(Color filter，簡稱CF)基板。目前對於顯示面板內的薄膜電晶體，其源極、主動層、及汲極通常是橫向排列的平面式佈局方式，其中，該主動層或其內所形成的帶電載子通道(channel)係平行於該TFT基板。此類帶電載子通道的長度受到光微影或黃光製程之曝光精度的限制，也就是所謂的其臨界尺度(critical dimension，簡稱CD)，而難以將帶電載子通道的長度縮小到3μm以下。
未來平面顯示器將朝高解析度的方向發展，對於主動式開關元件的效能要求也隨而增高，例如，薄膜電晶體的開關速度，以符合畫面更新率(Frame rate)大於120Hz、解析度超過320PPI、以及開口率提高之設計要求；然而，平面式佈局方式的薄膜電晶體受限於上述之製程臨界尺度(critical dimension，簡稱CD)，帶電載子通道長度難有縮減的空間而無法加快開關速度，同時亦無法縮減薄膜電晶體面積以減少遮光比例。因此，有必要發展新的顯示面板技術，以對治及改善上述的問題。
為達成此目的，根據本發明的一方面，一實施例提供一種顯示面板，其包含：一基板；一第一電極，形成於該基板上；一第一絕緣層，形成於該第一電極上；一閘極電極，形成於該第一絕緣層上，該閘極電極側面相對於該基板的上表面具有一傾斜角，其介於30度與90度之間；一第二絕緣層，形成於該閘極電極上 並覆蓋該閘極電極側面；以及一主動層及一第二電極，形成於該第二絕緣層上，且該主動層覆蓋該閘極電極側面；其中，該主動層連接該第一電極與該第二電極。
在一實施例中，該第二電極可形成於該主動層上。
在一實施例中，該主動層可形成於該第二電極上。
在一實施例中，該主動層的組成材質可為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化銦鋅(IZO)。
在一實施例中，該顯示面板可進一步包括一第一穿孔，其貫穿該第一及第二絕緣層，以曝露出該第一電極。
在一實施例中，該顯示面板可進一步包括：一第三絕緣層，其覆蓋該主動層並形成於該第二電極上，且一第二穿孔貫穿該第三絕緣層，以曝露出該第二電極；以及一像素電極，覆蓋該第三絕緣層並形成於該基板上；其中，該像素電極電性連接該第二電極。
在一實施例中，該閘極電極可包括一第一電極層、一第二電極層、及一介於該第一電極層與該第二電極層之間的第四絕緣層。
在一實施例中，該顯示面板可應用於液晶顯示器、有機發光二極體顯示器、或電漿顯示器。
10‧‧‧顯示裝置
20/100/200/300‧‧‧顯示面板
110‧‧‧基板
120‧‧‧像素電極
130‧‧‧薄膜電晶體
131‧‧‧第一電極
132‧‧‧第一絕緣層
133‧‧‧閘極電極
1331‧‧‧第一閘極金屬層
1332‧‧‧第四絕緣層
1333‧‧‧第二閘極金屬層
134‧‧‧第二絕緣層
135‧‧‧主動層
136‧‧‧第二電極
137‧‧‧第一穿孔
138‧‧‧第三絕緣層
139‧‧‧第二穿孔
140‧‧‧掃描線
150‧‧‧資料線
第1圖為本發明實施例的顯示面板之平面佈局圖。
第2圖為本發明實施例的顯示面板之剖面示意圖，其為沿著第1圖所示之A-A’方向的剖面結構。
第3~8圖為本實施例顯示面板的製作程序之結構剖面圖。
第9圖為本發明另一實施例的顯示面板之剖面示意圖，其亦為沿著第1圖所示之A-A’方向的剖面結構。
第10圖為本發明另一實施例的顯示面板之剖面示意圖，其亦為沿著第1圖所示之A-A’方向的剖面結構
第11圖為本發明實施例的顯示裝置之結構示意圖，其包含一根據前述實施例之顯示面板。
為對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明本發明的實施例如後。在所有的說明書及圖示中，將採用相同的元件編號以指定相同或類似的元件。
在各個實施例的說明中，當一元素被描述是在另一元素之「上方/上」或「下方/下」，係指直接地或間接地在該另一元素之上或之下的情況，其可能包含設置於其間的其他元素；所謂的「直接地」係指其間並未設置其他中介元素。「上方/上」或「下方/下」等的描述係以圖式為基準進行說明，但亦包含其他可能的方向轉變。所謂的「第一」、「第二」、及「第三」係用以描述不同的元素，這些元素並不因為此類謂辭而受到限制。為了說明上的便利和明確，圖式中各元素的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。
第1圖為本發明實施例的顯示面板100之平面佈局圖，為了說明上的清楚及方便，該圖只顯示單一個像素的佈局圖，其包含一個像素電極120、一個薄膜電晶體130、一條掃描線140以及一條資料線150。然而，在本實施例中，該顯示面板100實際上包含複數個具有像素電極120的像素、複數個薄膜電晶體130、複數個掃描線140以及複數個資料線150；如圖所示，該等掃描線140為橫向排列的信號線，該等資料線150為縱向排列的信號線，該等像素電極120以及其所對應的薄膜電晶體130則排列成矩陣的形式，且各個薄膜電晶體的閘極連接至其中一條掃描線140、其汲極連接至其中一條資料線150。
第2圖為本發明實施例的顯示面板100之剖面示意圖，其為沿著第1圖所示之A-A’方向的剖面結構。如第2圖所示，該顯示面板100包含一基板110、一第一電極131、一第一絕緣層132、一閘極電極133、一第二絕緣層134、一主動層135及一第二電極136；其中，第一電極131可為汲極或源極，而第二電極136可為相對應之源極或汲極，於本實施例中，第一電極131為汲極而第二電極131為源極。該第一電極131形成於該基板110上，該第一絕緣層132形成於該第一電極131上並覆蓋該第一電極131，該 閘極電極133形成於該第一絕緣層132上且與該第一電極131電性隔絕，該第二絕緣層134形成於該閘極電極133上並覆蓋該閘極電極133及部分該第一絕緣層132，該主動層135形成於該第二絕緣層134上並透過第一絕緣層132及第二絕緣層134之穿孔與第一電極131電性連接，該第二電極136形成於該主動層135上與之電性連接，且該主動層135作為半導體通道電性連接該第一電極131與該第二電極136。藉此，該閘極電極133、該主動層135、該第一電極131及該第二電極136可組合成一電晶體結構，也就是第1圖之平面佈局圖的薄膜電晶體130。該薄膜電晶體130的第二電極136、主動層135、及第一電極131屬於垂直於該基板110的立體堆疊結構，且其通道非平行於該基板而有別於習知技術之平面式的佈局結構，也就是薄膜電晶體的源極電極、主動層、及汲極電極為橫向排列的結構，其主動層或所形成的通道平行於該基板。
該基板110用以承載該像素電極120、該薄膜電晶體130、該掃描線140、及該資料線150。該基板110可以是軟性或剛性的透明基板或非透明基板。在本實施例中，該基板110材料係為玻璃，在其他實施例中該基板110之材料亦可為高分子塑膠、壓克力、玻璃纖維或金屬。由於該基板110上製做有該薄膜電晶體130，在顯示面板的製程技術中，該基板110可稱為薄膜電晶體基板(TFT substrate)。
該顯示面板100的複數個像素係以矩陣的形式設置於該基板110上。對於彩色顯示器而言，一個像素可包含紅色子像素、綠色子像素、及藍色子像素各一個。如第1圖所示，該等掃描線140為橫向排列的信號線，用以傳送一掃描驅動器(未圖示)所輸出對每條掃描線140依序進行掃描的掃描信號；該等資料線150為縱向排列的信號線，用以傳送一資料驅動器(未圖示)所輸出的像素資料信號，該資料驅動器輸出該像素資料相對應之電壓、以驅動該等資料線150。每條掃描線140與每條資料線150的交叉處可定義一個所謂的子像素。各個薄膜電晶體130的閘極連接一條掃描線 140，其汲極連接一條資料線150，藉由掃描信號、資料信號、與該像素電極而決定該像素的開或關(On/Off)。
以下藉由第3~8圖的元件結構剖面圖，詳細說明本實施例的顯示面板100之該薄膜電晶體130的製作程序。首先，藉由適當的沉積技術，例如，蒸鍍法或濺鍍法，形成一金屬層於該基板110上，並藉由適當的光微影技術及蝕刻(乾式或溼式)技術，圖案化該金屬層以定義出該薄膜電晶體的第一電極131，如第3圖所示。該第一電極131的組成材料可以是鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、金(Au)、鉬(Mo)、鋁釹(Al-Nd)合金、鉬鎢(MoW)合金、或鉬/鋁/鉬(Mo/Al/Mo)多層金屬，但本發明對此不加以限制。
接著，藉由適當的沉積技術，例如，物理氣相沉積或化學氣相沉積，形成一絕緣層於該第一電極131上，以作為如第2圖之該第一絕緣層132。該第一絕緣層132覆蓋第一電極131用以保護該第一電極131，並隔開該閘極電極133與該第一電極131，如第4圖所示。該第一絕緣層132的組成材料可以是氮化矽(SiNx)、氮氧化矽(SiOxNx)、氧化鋁(AlOx)、氧化矽(SiOx)、或氧化鈦(TiOx)，其中的下標x表示化合物的原子莫耳比率；但本發明對該第一絕緣層132的組成材料不加以限制。
接著，藉由適當的沉積技術，例如，蒸鍍法或濺鍍法，形成另一金屬層於該第一絕緣層132上，並藉由適當的光微影(photolithography)技術及蝕刻(乾式或溼式)技術，圖案化該金屬層以定義出該薄膜電晶體的閘極電極133，如第4圖所示，閘極電極133與第一電極131電性隔絕。該閘極電極133的組成材料可以是鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、金(Au)、鉬(Mo)、鋁釹(Al-Nd)合金、鉬鎢(MoW)合金、或鉬/鋁/鉬(Mo/Al/Mo)多層金屬，但本發明對此不加以限制。如前所述，本實施例的薄膜電晶體130之第二電極136、主動層135、及第一電極131為垂直式堆疊結構；因此，該閘極電極133位於該第一電極131的上方，其寬度小於該第一電極131的寬度，且該閘極電極133的側面，例如，如第4圖之右側面，相對於該基板110或該第一絕緣層132的上表面而言，具有一介於30 度與90度之間的傾斜角θ。由於本實施例後續即將製作的主動層135，將形成於該閘極電極133的側面上，因此，該側面不宜過於陡峭，例如，90度的傾斜角θ，這將導致該主動層135不易附著及形成於該側面上而產生缺陷；該側面也不宜過於平緩，例如，小於30度的傾斜角θ，這將導致該主動層135未能達到本發明垂直式堆疊結構薄膜電晶體所預期的縮短通道長度之功效。
接著，藉由適當的沉積技術，例如，物理氣相沉積或化學氣相沉積，形成另一絕緣層於該閘極電極133上，以作為該薄膜電晶體130的閘極絕緣層(Gate insulator)，其為如第2圖之該第二絕緣層134，其完整覆蓋閘極電極133及部分第一絕緣層132。該第二絕緣層134用以隔開該閘極電極133與該主動層135，如第5圖所示。該第二絕緣層134的組成材料可以是氮化矽(SiNx)、氮氧化矽(SiOxNx)、氧化鋁(AlOx)、氧化矽(SiOx)、或氧化鈦(TiOx)，其中的下標x表示化合物的原子莫耳比率；但本發明對該第二絕緣層134的組成材料不加以限制。接著，藉由適當的光微影技術及蝕刻技術，圖案化該第一絕緣層132及該第二絕緣層134以定義出一第一穿孔137，其貫穿該第一絕緣層132與該第二絕緣層134，以曝露出該第一電極131，如第5圖所示。該第一穿孔137將作為本實施例的後續製程中，該第一電極131連接該主動層135接觸孔(contact hole)。
接著，藉由適當的沉積技術，例如，物理氣相沉積或化學氣相沉積，形成該主動層135於該第二絕緣層134上，並保形地(confirmally)覆蓋該第一穿孔137；藉此，該第一電極131可連接該主動層135。接著，藉由適當的光微影技術及蝕刻技術，圖案化該主動層135以定義出適合於該薄膜電晶體130的通道區，如第6圖所示。該主動層135經過圖案化製程之後，覆蓋該閘極電極133的側面及部分頂端、該第一穿孔137的內側面、以及該第一電極131的曝露區表面；藉此，該主動層135可連接該第一電極131。該主動層135的組成材料可以是適當的半導體材料；但本發明對該主動層135的組成材料不加以限制。該主動層135亦可由帶電 載子移動性(mobility)較佳的氧化物半導體材料所組成，例如，矽(Si)、鍺(Ge)等元素，或氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦錫鋅(ITZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)等，形成所謂的「氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT)」，此類實施例可另外設計適當的元件結構，這將詳述於後文中。
接著，藉由適當的沉積技術，例如，蒸鍍法或濺鍍法，又形成另一金屬層於該主動層135及該第二絕緣層134上，並藉由適當的光微影技術及蝕刻(乾式或溼式)技術，圖案化該金屬層以定義出該薄膜電晶體的第二電極136；如第7圖所示，該第二電極136覆蓋該閘極電極133的頂端與左側面以及部分的該第一電極131；藉此，該主動層135可連接該第二電極136。該第二電極136的寬度小於該第一電極131的寬度，且可略大於該閘極電極133的寬度，使得本實施例的薄膜電晶體130之第二電極136、主動層135、及第一電極131易於形成垂直式堆疊的結構。該第二電極136的組成材料可以是鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、金(Au)、鉬(Mo)、鋁釹(Al-Nd)合金、鉬鎢(MoW)合金、或鉬/鋁/鉬(Mo/Al/Mo)多層金屬，但本發明對此不加以限制。
本實施例的顯示面板100之製作程序進行至此，已初步完成垂直式堆疊結構的薄膜電晶體130，如第7圖所示，其主要包含該閘極電極133、該第一電極131、該第二電極136、及該主動層135，元件結構上明顯不同於習知的平面式薄膜電晶體。該主動層135的長度可以由該第一絕緣層132、該閘極電極133、及該第二絕緣層134的寬度加總來加以估算。由於一般製程所製作的絕緣層之厚度約為100~200nm，金屬電極層之厚度約為180~250nm，因此該主動層135的長度可縮短至約500nm(0.5μm)以下。相較於習知的平面式薄膜電晶體，其主動層長度至少大於3μm，本發明實施例的垂直式薄膜電晶體具有主動層長度被大幅縮短之功效。
為了使該薄膜電晶體130受到適當的保護、並電性連接至其所對應的像素電極，我們可繼續藉由適當的沉積技術，例如，物理氣相沉積或化學氣相沉積，形成一第三絕緣層138於該第二電 極136及該主動層135上，用以保護該第二電極136及該主動層135，如第8圖所示。該第三絕緣層138的組成材料可以是氮化矽(SiNx)、氮氧化矽(SiOxNx)、氧化鋁(AlOx)、氧化矽(SiOx)、或氧化鈦(TiOx)，其中的下標x表示化合物的原子莫耳比率；但本發明對該第三絕緣層138的組成材料不加以限制。接著，藉由適當的光微影技術及蝕刻技術，圖案化該第三絕緣層138以定義出一第二穿孔139，其貫穿該第三絕緣層138，以曝露出該第二電極136，如第8圖所示。該第二穿孔139將作為本實施例的後續製程中，該第二電極136連接該像素電極120的接觸孔。
最後，藉由適當的沉積技術，例如，物理氣相沉積或化學氣相沉積，形成一透明導電層於該第三絕緣層138上，並藉由適當的光微影技術及蝕刻(乾式或溼式)技術，圖案化該金屬層以定義出該像素的像素電極120，則該顯示面板100平面佈局及剖面結構圖可如第1及2圖所示。該像素電極120的組成材料可以是氧化物半導體之透明導電材料，例如，氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、或氧化鋅(ZnO)等，但本發明對此不加以限制。
此外，為了減少該薄膜電晶體130在逆向偏壓時可能產生的漏電流問題，我們可以使用夾有絕緣層的雙金屬層結構來設計該閘極電極133，如第9圖所示。第9圖為本發明另一實施例的顯示面板200之剖面示意圖，其亦為沿著第1圖所示之A-A’方向的剖面結構；其中，該閘極電極133包括一第一閘極金屬層1331、一形成於該第一閘極金屬層1331上的第四絕緣層1332、以及一形成於該第四絕緣層1332上的第二閘極金屬層1333，其餘部分則與上述第2圖實施例描述相同。該第一閘極金屬層1331及該第二閘極金屬層1333的組成材料可以是鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、金(Au)、鉬(Mo)、鋁釹(Al-Nd)合金、鉬鎢(MoW)合金、或鉬/鋁/鉬(Mo/Al/Mo)多層金屬，但本發明對此不加以限制；該第二閘極金屬層1333的寬度大於該第一閘極金屬層1331的寬度；該第四絕緣層1332的組成材料可以是氮化矽(SiNx)、氮氧化矽(SiOxNx)、氧化鋁(AlOx)、氧化矽(SiOx)、或氧化鈦(TiOx)，其中的下標x表示化合物的原子莫 耳比率；但本發明對該第三絕緣層138的組成材料不加以限制。藉由增加該第四絕緣層1332的厚度，該薄膜電晶體130的逆向偏壓漏電流可得到適當的抑制。
此外，具有良好帶電載子移動性的非結晶形(amorphous)氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化銦鋅(IZO)等亦可選用來作為該主動層135的組成材料，但因此類氧化物半導體材料容易受到其後續製程的影響，而受到傷害或產生缺陷，影響其導電特性，我們可在另一實施例中，將上述實施例之第6圖及第7圖的製程順序對調，以減少氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化銦鋅(IZO)之主動層135的後續金屬化製程，則其剖面結構圖可如第10圖所示。第10圖為本發明另一實施例的顯示面板300之剖面示意圖，其亦為沿著第1圖所示之A-A’方向的剖面結構；其中，該第二電極136先形成於於該第二絕緣層134上，該主動層135再形成於該第二電極136上，其餘部分則與上述第2圖實施例的描述相同。
最後，第11圖為根據本發明實施例的顯示裝置10之結構示意圖，該顯示裝置10包含一依據前述實施例之顯示面板20。該顯示裝置10可以是含有顯示面板作為螢幕的電腦設備、行動電話、平板電腦、或數位相框等，但本發明並不對此加以限制。該顯示面板20可以是液晶面板，係薄膜電晶體基板、彩色濾光片基板及液晶層之組合，藉由液晶分子排列會受到外部電壓或電場的影響而造成光極化的變化，以達成影像的顯示；該顯示面板20亦可以是以有機發光二極體(Organic light emitting diode，簡稱OLED)技術來製作，係薄膜電晶體基板、彩色濾光片基板及有機發光二極體之組合；本發明的另一實施例，更可包括一蓋板，相對該薄膜電晶體基板設置；以及一有機發光二極體，介於該薄膜電晶體基板及該蓋板之間。此外，該顯示面板20亦可以是以電漿顯示面板(Plasma display panel，簡稱PDP)技術來製作。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
100‧‧‧顯示面板
110‧‧‧基板
120‧‧‧像素電極
131‧‧‧第一電極
132‧‧‧第一絕緣層
133‧‧‧閘極電極
134‧‧‧第二絕緣層
135‧‧‧主動層
136‧‧‧第二電極
138‧‧‧第三絕緣層

Claims (8)

  1. 一種顯示面板，其包含：一基板；一第一電極，形成於該基板上；一第一絕緣層，形成於該第一電極上；一閘極電極，形成於該第一絕緣層上，並具有一側面；一第二絕緣層，形成於該閘極電極上並覆蓋該側面；一主動層，相對該側面形成於該第二絕緣層上，並電性連接該第一電極；以及一第二電極，電性連接該主動層；其中，該側面相對於該基板的上表面具有一傾斜角，該傾斜角之角度介於30度與90度之間；其中，該閘極電極包括一第一閘極金屬層、一第二閘極金屬層、及一第四絕緣層，該第四絕緣層介於該第一閘極金屬層與該第二閘極金屬層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板，其中，該第二電極位於該第二絕緣層及該主動層之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板，其中，該主動層位於該第二絕緣層及該第二電極之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板，其中，該主動層的材質為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化銦鋅(IZO)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板，進一步包括一第一穿孔，其貫穿該第一絕緣層及該第二絕緣層，以曝露出該第一電極。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板，進一步包括：一第三絕緣層，形成於該第二電極上並覆蓋該主動層，一第二穿孔貫穿該第三絕緣層，以曝露出該第二電極；以及一像素電極，形成於該基板上並覆蓋該第三絕緣層；其中，該像素電極電性連接該第二電極。
  7. 一種液晶顯示裝置，其包含一顯示面板，該顯示面板包括： 一薄膜電晶體基板，包括：一基板；一第一電極，形成於該基板上；一第一絕緣層，形成於該第一電極上；一閘極電極，形成於該第一絕緣層上，並具有一側面；一第二絕緣層，形成於該閘極電極上並覆蓋該側面；一主動層，相對該側面形成於該第二絕緣層上，並電性連接該第一電極；以及一第二電極，電性連接該主動層；其中，該側面相對於該基板的上表面具有一傾斜角，該傾斜角之角度介於30度與90度之間；其中，該閘極電極包括一第一閘極金屬層、一第二閘極金屬層、及一第四絕緣層，該第四絕緣層介於該第一閘極金屬層與該第二閘極金屬層之間；一彩色濾光片基板，相對該薄膜電晶體基板設置；以及一液晶層，介於該薄膜電晶體基板及該彩色濾光片基板之間。
  8. 一種有機發光二極體顯示裝置，其包含一顯示面板，該顯示面板包括：一薄膜電晶體基板，包括：一基板；一第一電極，形成於該基板上；一第一絕緣層，形成於該第一電極上；一閘極電極，形成於該第一絕緣層上，並具有一側面；一第二絕緣層，形成於該閘極電極上並覆蓋該側面；一主動層，相對該側面形成於該第二絕緣層上，並電性連接該第一電極；以及一第二電極，電性連接該主動層；其中，該側面相對於該基板的上表面具有一傾斜角，該傾斜角之角度介於30度與90度之間；其中，該閘極電極包括一第一閘極金屬層、一第二閘極金屬 層、及一第四絕緣層，該第四絕緣層介於該第一閘極金屬層與該第二閘極金屬層之間；一蓋板，相對該薄膜電晶體基板設置；以及一有機發光二極體，介於該薄膜電晶體基板及該蓋板之間。
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