TWI605284B - 畫素結構 - Google Patents

Description

畫素結構

本發明是有關於一種畫素結構，且特別是有關於一種邊際場切換式(Fringe Field Switching, FFS)的畫素結構。

隨著液晶顯示技術不斷的提升，液晶顯示面板已廣泛地被應用在平面電視、筆記型電腦、手機與各類型的消費性電子產品上。為了解決習知液晶顯示面板之視角過小的缺點，業界研發出一種水平電場型液晶顯示面板來改善視角。

邊緣電場切換型(fringe field switching, FFS)液晶顯示面板主要特色在於將共通電極與畫素電極設置於同一基板的不同平面上，並藉由共通電極與畫素電極產生的電場來驅動液晶分子排列，進而達到廣視角的效果。然而，在習知的邊緣電場切換型液晶顯示面板中，共通電極的材料為透明導電材料，例如為氧化銦錫，由於氧化銦錫的阻抗較大，會使得共通訊號在傳遞時會產生衰減，因此造影響顯示的品質。

本發明提供一種畫素結構，其可以提升畫素結構的開口率。

本發明提供一種畫素結構包括基板、共通線、第一絕緣層、第一連接電極、主動元件、第二絕緣層、保護層、第一電極、第三絕緣層、第二連接電極及第二電極。共通線設置於基板上。第一絕緣層設置於基板與共通線上，且具有對應共通線的一第一開口。第一連接電極設置於第一絕緣層上，且透過第一開口與共通線電性連接。主動元件設置於基板上。第二絕緣層設置於第一絕緣層與主動元件上，且覆蓋部分的該第一連接電極。保護層設置於第二絕緣層上，其中保護層具有一第一保護層開口。第一電極設置於保護層上，其中第一電極具有至少一突出部。突出部覆蓋第一保護層開口的部分側壁，並且設置於第一保護層開口內的該第二絕緣層上。第三絕緣層位於第一電極上，其中第三絕緣層與第二絕緣層於共通線之上共同形成一第一接觸窗。第一接觸窗位於第一保護層開口內，且第一接觸窗與第一連接電極以及突出部對應設置。第二連接電極覆蓋於第一接觸窗上，使得第一電極的突出部透過第二連接電極與第一連接電極電性連接。第二電極位於第三絕緣層上，且與主動元件電性連接。

基於上述，本發明一實施例的畫素結構中，利用一個第一接觸窗的結構，使得第一電極的突出部透過第二連接電極與共通線電性連接，以提升畫素結構的開口率。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下將以圖式揭露本發明之多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應了解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式為之。

在以下詳細說明中，參考了作為詳細說明的一部分的附圖。在附圖中，類似符號通常表示類似部件，除非上下文另行指明。具體實施方式部分、附圖和權利要求書中記載的示例性實施例並不是限制性的。在不脫離在此所呈現主題的精神或範圍的情況下，可以利用其他實施例，且可以進行其他改變。應當理解，在此一般性記載以及附圖中圖示的本公開的各方案可以按照在此明確和隱含公開的多種不同配置來設置、替換、組合、分割和設計。

至於文中之用語僅是為描述特定實施例之目的，且並非意欲限制本發明。如本文中所使用的，除非本文另外有明確指示，否則單數形式「一」以及「所述」也代表包括複數的形式或至少一個的形式。而文中使用「第一」、「第二」等來描述各種元件、區、層等，但是這樣的用語僅用以將一元件、區或層區別於另一元件、區或層。因此，可在不偏離本揭示所教示的情況下，將以下討論之第一元件、零件、區域、層和/或部分稱為第二元件、零件、區域、層和/或部分。此外，本文中可使用諸如“於...下”、“於...上”、“下”、“上”及其類似之空間相對用語，來描述附圖中之一元件或特徵與另一元件或特徵的關係。應瞭解，空間相對用語可涵蓋使用中之元件除了附圖所描繪之方位以外的不同方位。舉例而言，若將圖中的元件翻轉，則被描述為位於其他元件或特徵“下方”或“之下”的元件接著將定向成位於其他元件或特徵“上方”。因此，空間相對用語“於......下”可包括上方以及下方的兩方位。

在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、面板、區域等的厚度。在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同的元件。應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件”上”或”連接到”另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反地，當元件被稱為”直接在另一元件上”或”直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，”連接”可以指物理及/或電連接。

圖1A至圖8A為本發明一實施例的畫素結構之製造流程的上視示意圖。圖1B至圖8B是根據圖1A至圖8A的剖面線A-A’繪示的畫素結構的剖面示意圖。圖1C至圖8C是根據圖1A至圖8A的剖面線B-B’繪示的畫素結構的剖面示意圖。圖1D至圖8D是根據圖1A至圖8A的剖面線C-Cv繪示的畫素結構的剖面示意圖。圖9為本發明一實施例的2×2之畫素結構的上視示意圖。

請參照圖1A-1D。首先，提供一基板100。基板100可為硬質基板或可撓式基板，例如玻璃基板、石英基板、藍寶石基板、塑膠基板或其它適合的基板。接著，在基板100上形成一閘極GE、一掃描線SL以及一共通線CL。閘極GE與掃描線SL電性連接。在本實施例中，閘極GE、掃描線SL以及共通線CL一般是使用金屬材料，例如使用鉬(Mo)、鋁(Al)等，但本發明不限於此，在其他實施例中，閘極GE、掃描線SL以及共通線CL亦可使用其他導電材料，例如：合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、或者金屬材料與其它導電材料的堆疊層。詳細來說，閘極GE、掃描線SL以及共通線CL的形成方式例如是在基板100上形成一層導電層（未繪示），並藉由微影以及蝕刻的製程對此導電層圖案化以定義出閘極GE、掃描線SL以及共通線CL。

請參照圖2A-2D。接著，在閘極GE、掃描線SL以及共通線CL上形成第一絕緣材料層110’。 第一絕緣材料層110’覆蓋閘極GE、掃描線SL、共通線CL與基板100。第一絕緣材料層110’的材料可為無機材料（例如：氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或上述至少二種材料的堆疊層）、有機材料、或上述組合。且其形成方法例如是透過化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition, CVD）或是其他合適的製程方法。然後，在第一絕緣材料層110’上形成半導體層120。半導體層120的材質可為非晶矽（Amorphous silicon）、低溫多晶矽（Low Temperature Polycrystalline Silicon）、微晶矽、單晶矽、有機半導體材料、金屬氧化物半導體材料（例如：氧化銦鎵鋅、氧化銦鋅、銦鍺鋅氧化物等）、或其它適當的材料。半導體層120的形成方法例如是透過化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)或是其他合適的製程，先形成半導體材料(未繪示)，之後再透過微影與蝕刻以定義出圖案而形成半導體層120。

接著，請參照圖3A-3D。對第一絕緣材料層110’進行一微影蝕刻製程以形成第一絕緣層110，第一絕緣層110具有一第一開口112。第一開口112對應共通線CL。也就是說，第一開口112位於共通線CL之上並暴露的部份共通線CL。

請參照圖4A-4D。在第一絕緣層110與半導體層120上形成資料線DL、源極SE、汲極DE以及第一連接電極130。源極SE與汲極DE分別設置於半導體層120的兩側，且源極SE電性連接的資料線DL。第一連接電極130設置於共通線CL上方的第一絕緣層110上，並透過第一開口112與共通線CL電性連接。更詳細來說，第一連接電極130係填入第一開口112中，並與共通線CL接觸。而閘極GE、半導體層120、源極SE與汲極DE構成主動元件SW。

在本實施例中，資料線DL、源極SE、汲極DE以及第一連接電極130一般是使用金屬材料，例如使用鉬(Mo)、鋁(Al)等，但本發明不限於此，在其他實施例中，資料線DL、源極SE、汲極DE以及第一連接電極130亦可使用其他導電材料，例如：合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、或者金屬材料與其它導電材料的堆疊層。詳細來說，資料線DL、源極SE、汲極DE以及第一連接電極130的形成方式例如是在第一絕緣層110上形成一層導電層（未繪示出），並藉由微影以及蝕刻的製程對此導電層圖案化以定義出資料線DL、源極SE、汲極DE以及第一連接電極130。

需說明的是，雖然上述主動元件SW的製造方法是以底部閘極（bottom gate）型薄膜電晶體的製造方法為示例，但本發明不限於此，在其他實施例中，亦可以頂部閘極（top gate）型薄膜電晶體的製造方法形成主動元件SW。

請參照圖5A-5D，接著，在主動元件SW與第一連接電極130上形成第二絕緣材料層140’。 第二絕緣材料層140’覆蓋主動元件SW、第一連接電極130以及第一絕緣層110。第二絕緣材料層140’的材料可為無機材料（例如：氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或上述至少二種材料的堆疊層）、有機材料或上述組合。然後，在第二絕緣材料層140’上形成保護層150。保護層150具有第一保護層開口152與第二保護層開口154。第一保護層開口152暴露出位於第一連接電極130上方的部份第二絕緣材料層140’。 第二保護層開口154暴露出位於汲極DE上方的部份第二絕緣材料層140’。保護層150的材料為一般為有機材料，但不以此為限，例如也可以為無機材料與有機材料的組合。值得一提的是，保護層150若選用彩色光阻有機材料，則可以形成彩色濾光層在陣列基板(color filter on array, COA)的畫素結構。

請參照圖6A-6D與並請參考圖9。接著，在保護層150上形成第一電極160。第一電極160具有第二開口162，第二開口162對應暴露出主動元件SW與該第一連接電極130設置，也就是說，第二開口162未覆蓋主動元件SW與該第一連接電極130。第一電極160覆蓋於第一保護層開口152的部分側壁，且第一電極160具有至少一突出部165，突出部165設置於第一保護層開口152內的第二絕緣材料層140’上。在本實施例中，第一電極160具有兩個突出部165，設置於第一保護層開口152內。第一電極160的材質一般為透光導電材料，但不以此為限，例如第一電極160的材質也可以為反光導電材料或透光導電材料與反光導電材料的組合。透光導電材料例如為銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、上述至少二者之堆疊層或其他適當材料。反光導電材料可為金屬（例如：鋁等）或其他適當材料。

接著，請繼續參照圖7A-7D。第三絕緣材料層(未繪示)共形地（conformally）覆蓋於保護層150與第一電極160上。然後，對第三絕緣材料層(未繪示)與第二絕緣材料層140’進行蝕刻製程，以形成第二絕緣層140與第三絕緣層170。第二絕緣層140與第三絕緣層170於共通線CL之上共同形成一第一接觸窗172，以及於汲極DE上共同形成一第二接觸窗174。第二接觸窗174暴露出汲極DE。第一接觸窗172暴露出第一連接電極130和突出部 165。在本實施例中，由於進行蝕刻製程之前，突出部165被第三絕緣材料層(未繪示)覆蓋，也就是說，突出部165是設置於第三絕緣材料層(未繪示)與第二絕緣材料層140’之間，因此在進行蝕刻製程時，突出部165可以被第三絕緣層170暴露出來。第三絕緣層170的材料可為無機材料（例如：氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或上述至少二種材料的堆疊層）、有機材料、或上述組合。

承上所述，在本實施例中，第一保護層開口152的尺寸大於第一接觸窗172的尺寸；第二保護層開口154的尺寸大於第二接觸窗174的尺寸。也就是說，第一接觸窗172的面積小於第一保護層開口152的面積；第二接觸窗174的面積小於第二保護層開口154的面積。更詳細來說，在本實施例中，第一接觸窗172在垂直於基板100的投影方向Z上係位於第一保護層開口152內；第二接觸窗174在垂直於基板100的投影方向Z上係位於第二保護層開口154內。

值得一提的是，第三絕緣層170覆蓋第一保護層開口152和第二保護層開口154的側壁。更詳細來說，於第一保護層開口152處和第二保護層開口154處，第二絕緣層140與第三絕緣層170共同地包覆保護層150，因此，當前述的第三絕緣材料層(未繪示)與第二絕緣材料層140’進行蝕刻(例如乾蝕刻) 製程時，可以避免保護層150受到損傷。此外，在本實施例中，由於前述的第三絕緣材料層(未繪示)與第二絕緣材料層140’的蝕刻製程可以使用同一道光罩進行圖案化，因此能夠減少所需的光罩數目，以降低畫素結構的製作成本。進一步來說，由於第三絕緣層170具有充分的覆蓋性，所以能夠防止保護層150受到侵蝕，避免保護層150產生膨潤(swelling)現象。

請參照圖8A-8D，接著，於第三絕緣層170上形成第二連接電極185與第二電極180。第二電極180透過第二接觸窗174與汲極DE電性連接。第二連接電極185透過第一接觸窗172與第一連接電極130電性連接。於此便完成了本實施例之畫素結構10。詳細來說，第二連接電極185覆蓋於該第一接觸窗172上，使得第一電極160的突出部165透過第二連接電極185與該第一連接電極130電性連接，而第一連接電極130與共通線CL電性連接。在一實施例中，第二連接電極185可以與突出部165的上表面和第一連接電極130的上表面接觸。值得說明的是，第一接觸窗172沿著垂直於共通線CL的延伸方向X上（即Y方向上）具有兩相對的第一側壁172E1，沿著共通線CL的延伸方向X上具有兩相對的第二側壁172E2，在本實施例中，第二連接電極185覆蓋第一側壁172E1並與第一連接電極130電性連接。此外，在本實施例的畫素結構中，突出部165沿著共通線CL的延伸方向X上具有一端部165E，第二連接電極185於端部處165E具有一斷路結構185S。

請再參照圖8A，第二電極180與第一電極160重疊設置，在本實施例中，第一電極160可為一面狀電極，而第二電極180可具有多個狹縫180S，對應於第一電極160的面積中。每一狹縫180S暴露出部分第一電極160。第一電極160與第二電極180之間的電位差可使狹縫180S與第一電極160之間形成邊緣電場，進而驅動畫素結構100上方的顯示介質（未繪示）。換言之，本實施例之畫素結構10可為邊緣場切換（Fringe-Field Switching，FFS）畫素結構。在本實施例中，第一電極160可電性連接至一共用電壓(例如為定電位)，第二電極180電性連接至主動元件SW。第二連接電極185與第二電極180可適用的材料與第一電極160可適用的材料相同，於此便不再重述。

綜上所述，本發明一實施例的畫素結構中，利用一個第一接觸窗的結構，使得第一電極的突出部暴露出來以及與共通線電性連接的第一連接電極暴露出來，並讓第一電極的突出部透過第二連接電極與第一連接電極電性連接，藉此可以降低接觸窗對畫素結構的開口率的影響。由於共通線的材料可以是金屬材料，所以第一電極透過第一接觸窗電性連接於共通線，也可以降低第一電極的電阻值，避免影響顯示品質。另一方面，由於保護層藉由第二絕緣層與第三絕緣層的保護，因此可以防止保護層受到侵蝕，避免保護層產生膨潤現象。再者，透過畫素結構中各膜層的疊層配置設計，使得畫素結構的製作光罩數目與製作成本得以降低，進而提升畫素結構的開口率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

10‧‧‧畫素結構
100‧‧‧基板
110’‧‧‧第一絕緣材料層
110‧‧‧第一絕緣層
112‧‧‧第一開口
120‧‧‧半導體層
130‧‧‧第一連接電極
140’‧‧‧第二絕緣材料層
140‧‧‧第二絕緣層
150‧‧‧保護層
152‧‧‧第一保護層開口
154‧‧‧第二保護層開口
160‧‧‧第一電極
162‧‧‧第二開口
165‧‧‧突出部
165E‧‧‧端部
170‧‧‧第三絕緣層
172‧‧‧第一接觸窗
172E1‧‧‧第一側壁
172E2‧‧‧第二側壁
174‧‧‧第二接觸窗
180‧‧‧第二電極
180S‧‧‧狹縫
185‧‧‧第二連接電極
185S‧‧‧斷路結構
CL‧‧‧共通線
DE‧‧‧汲極
DL‧‧‧資料線
GE‧‧‧閘極
SE‧‧‧源極
SL‧‧‧掃描線

圖1A至圖8A為本發明一實施例的畫素結構之製造流程的上視示意圖。 圖1B至圖8B是根據圖1A至圖8A的剖面線A-A’繪示的畫素結構的剖面示意圖。 圖1C至圖8C是根據圖1A至圖8A的剖面線B-B’繪示的畫素結構的剖面示意圖。 圖1D至圖8D是根據圖1A至圖8A的剖面線C-C’繪示的畫素結構的剖面示意圖。 圖9為本發明一實施例的2×2之畫素結構的上視示意圖。

10‧‧‧畫素結構

100‧‧‧基板

120‧‧‧半導體層

130‧‧‧第一連接電極

152‧‧‧第一保護層開口

154‧‧‧第二保護層開口

160‧‧‧第一電極

165‧‧‧突出部

170‧‧‧第三絕緣層

172‧‧‧第一接觸窗

174‧‧‧第二接觸窗

180‧‧‧第二電極

180S‧‧‧狹縫

185‧‧‧第二連接電極

CL‧‧‧共通線

DE‧‧‧汲極

DL‧‧‧資料線

SE‧‧‧源極

SL‧‧‧掃描線

Claims (15)

1. 一種畫素結構，包括：一基板；一共通線，設置於該基板上；一第一絕緣層，設置於該基板與該共通線上，且具有對應該共通線的一第一開口；一第一連接電極，設置於該第一絕緣層上，且透過該第一開口與該共通線電性連接；一主動元件，設置於該基板上；一第二絕緣層，設置於該第一絕緣層與該主動元件上，且覆蓋部分的該第一連接電極；一保護層，設置於該第二絕緣層上，其中該保護層具有一第一保護層開口；一第一電極，設置於該保護層上，其中該第一電極具有至少一突出部，覆蓋該第一保護層開口的部分側壁，且該至少一突出部設置於該第一保護層開口內的該第二絕緣層上；一第三絕緣層，位於該第一電極上，其中該第三絕緣層與該第二絕緣層於該共通線之上共同形成一第一接觸窗，該第一接觸窗位於該第一保護層開口內，且該第一接觸窗與該第一連接電極以及該至少一突出部對應設置；一第二連接電極，覆蓋於該第一接觸窗上，使得該第一電極的該至少一突出部透過該第二連接電極與該第一連接電極電性連接； 一第二電極，位於該第三絕緣層上，且與該主動元件電性連接。
2. 如請求項1所述之畫素結構，其中該第二電極具有多個狹縫，且該第二電極與該第一電極重疊設置。
3. 如請求項2所述之畫素結構，其中該些狹縫對應於該第一電極的面積中。
4. 如請求項1所述之畫素結構，其中該第二連接電極與該至少一突出部的上表面接觸。
5. 如請求項1所述之畫素結構，其中該第一接觸窗沿著垂直於該共通線的延伸方向上具有兩相對的第一側壁，該第二連接電極覆蓋該些第一側壁並與該第一連接電極電性連接。
6. 如請求項1所述之畫素結構，其中該至少一突出部沿著該共通線的延伸方向上具有一端部，該第二連接電極於該端部具有一斷路結構。
7. 如請求項1所述之畫素結構，其中該第一保護層開口的尺寸大於該第一接觸窗的尺寸。
8. 如請求項1所述之畫素結構，其中該第三絕緣層覆蓋該第一保護層開口的側壁。
9. 如請求項1所述之畫素結構，其中：該主動元件包括一閘極、一半導體層、一源極以及一汲極；該保護層具有一第二保護層開口；該第二絕緣層與該第三絕緣層於該汲極上共同形成一第二接觸窗，該第二接觸窗位於該第二保護層開口內；以及 該第二電極透過該第二接觸窗與該汲極電性連接。
10. 如請求項9所述之畫素結構，更包括一掃描線與一資料線，其中該閘極與該掃描線設置於該基板上，該第一絕緣層覆蓋該閘極與該掃描線，該半導體層設置於該第一絕緣層上，該源極與該汲極分別設置於該半導體層的兩側，該資料線設置於該第一絕緣層上並與該源極電性連接，並且該第二絕緣層設置於該源極、該汲極與該資料線上。
11. 如請求項9所述之畫素結構，其中該第二保護層開口的尺寸大於該第二接觸窗的尺寸。
12. 如請求項9所述之畫素結構，其中該第三絕緣層覆蓋該第二保護層開口的側壁。
13. 如請求項1所述之畫素結構，其中該保護層包含一有機材料。
14. 如請求項1所述之畫素結構，其中該第一電極電性連接至一共用電壓。
15. 如請求項1所述之畫素結構，其中該第一電極更包含一第二開口，對應該主動元件與該第一連接電極設置。