CN101470308A

CN101470308A - 具有高开口率的液晶显示器

Info

Publication number: CN101470308A
Application number: CNA2007101598845A
Authority: CN
Inventors: 施博盛; 张祖强; 陈柏仰; 吴昭慧
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: CN101470308B

Abstract

一种薄膜晶体管液晶显示器，其包括：衬底、设置在衬底上的第一导线、用于覆盖衬底的无机绝缘层、用于直接接触无机绝缘层的透明电极、用于与第一导线交错的第二导线、用于覆盖衬底的无机保护层，以及用于直接接触无机保护层并且与透明电极以及第一导线的一部份重叠的像素电极。

Description

具有高开口率的液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器，尤其涉及一种具有高开口率并且不受耦合效应影响的薄膜晶体管液晶显示器。

背景技术

随着薄膜晶体管液晶显示器(Thin-Film-Transistor Liquid-CrystalDisplay，TFT-LCD)的普及，从小尺寸到大尺寸的显示装置都可以见到薄膜晶体管液晶显示器的踪迹。然而，愈往小尺寸发展的薄膜晶体管液晶显示器，在相同解析度下，因受限于显示区域变小，造成像素的开口率降低，导致产品的亮度、对比度降低；或者在设计更高解析度的产品时，会使得像素开口率过低，造成需要增加背光源的亮度，才能维持一定的显示亮度，然而增加背光源的亮度，会造成背光模组的成本增加，因此，如何增加像素结构的开口率是研发薄膜晶体管液晶显示器重要的研究方向。

现有技术已开始发展多晶硅薄膜晶体管液晶显示器生产技术，由于多晶硅(p-si)的电子迁移率比现在大量应用的非晶硅(a-si)高几十到几百倍，使得薄膜晶体管的尺寸可以做得更小，而具有较高的开口率，然而多晶硅薄膜晶体管液晶显示器的生产技术所需的工艺温度比非晶硅薄膜晶体管液晶显示器所要来得高，并且需要激光退火将非晶硅结构转变成多晶硅结构，在成本、良率上都比不上非晶硅薄膜晶体管液晶显示器的生产技术。

请参考图1与图2，图1为公知的薄膜晶体管液晶显示器中像素结构的俯视图。图2为图1沿着AA’线的剖面的示意图。如图1所示，薄膜晶体管液晶显示器中像素结构10包括：两条平行排列的扫描线(scan line)12、两条垂直于扫描线12排列的数据线(data line)14、设置在数据线14与扫描线12交界处的薄膜晶体管16、介于扫描线12之间的共用线(common line)18以及与部份扫描线12和数据线14重叠的像素电极20，其中薄膜晶体管16包括有漏极110与源极120。由于像素电极20与扫描线12信号和线14重叠，因而在重叠的部分产生耦合电容(Cpd，capacitance between pixel and data line)。如图2所示，液晶显示器中像素结构10进一步包括：阵列衬底22、有机层(organic layer)24、导电层(conductive layer)26、栅极绝缘层(gate insulating layer)28以及保护层(passivation layer)30。薄膜晶体管16与共用线18设置在阵列衬底22上，该导电层(conductivelayer)26设置在栅极绝缘层28与保护层30之间，有机层24则设置在保护层30与像素电极20之间，并且有机层24与保护层30都具有两个通孔(through hole)32、34，使像素电极20得以透过通孔34电气地连接到薄膜晶体管18的漏极110以及透过通孔34电气地连接到导电层(conductive layer)26。因此，公知的技术利用设置有机层24，并增大有机层24的厚度以降低像素电极20与数据线14以及扫描线12间的耦合电容，以使耦合效应得以降低。但由于此公知的像素结构10在像素电极20与保护层30之间增加了厚度达大约3微米的有机层24于，不只增加制造成本也使得薄膜晶体管液晶显示器中像素结构10的厚度增加，所以如何在减少耦合效应的前提下提升像素开口率已为业界极力改善的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种薄膜晶体管液晶显示器，以使其具有高开口率且不受耦合效应影响。

根据本发明的权利要求书，本发明提供了一种薄膜晶体管液晶显示器，其包括：衬底、设置在衬底上的第一导线、用于覆盖衬底的无机绝缘层、用于直接接触无机绝缘层的透明电极、用于与第一导线交错的第二导线、用于覆盖衬底的无机保护层以及直接接触于无机保护层且与透明电极以及第一导线部份重叠的像素电极。

本发明提供了一种薄膜晶体管液晶显示器，其具有直接接触在共用线上的透明电极，并且通过增加透明电极的面积来提升储存电容值，并且通过提升无机保护层的厚度，使直接接触在无机保护层上的像素电极与透明电极的距离加大，以降低耦合电容所产生的耦合效应，以使得本发明的薄膜晶体管液晶显示器具有高开口率又不受像素电极重叠于数据线与扫描线的耦合电容所造成的影响。

附图说明

图1是公知的薄膜晶体管液晶显示器像素结构的俯视图。

图2是图1沿着AA’线的剖面示意图。

图3是本发明第一优选实施例的薄膜晶体管液晶显示器像素结构的俯视图。

图4是图3沿着BB’线的剖面示意图。

图5是本发明第一优选实施例的薄膜晶体管液晶显示器的数据线剖面图。

图6是本发明薄膜晶体管液晶显示器的像素结构的电容连接电路的示意图。

图7是本发明第二优选实施例的薄膜晶体管液晶显示器像素结构的剖面示意图。

图8是本发明第三优选实施例的薄膜晶体管液晶显示器像素结构的俯视图。

图9是图8沿着CC’线的剖面示意图。

具体实施方式

请参考图3与图4，图3是本发明第一优选实施例的薄膜晶体管液晶显示器像素结构的俯视图，图4是图3沿着BB’线的剖面示意图。如图4所示，薄膜晶体管液晶显示器的像素结构50包括有两条平行排列的扫描线52、两条垂直于扫描线52排列的数据线54、设置在数据线54和扫描线52交界处的薄膜晶体管56、介于扫描线52之间并与扫描线52本质上平行的共用线58、透明电极62以及重与透明电极62以及部份扫描线52和数据线54重叠的像素电极60。值得注意的是，与部份数据线54和扫描线52重叠的像素电极60并不限于以上的限制，而是可以只与部分数据线54重叠或只与部分扫描线52重叠。

如图4所示，共用线58与扫描线52一般可以通过相同的光刻工艺来形成，并且共用线58与扫描线52一般是指第1金属层(M1)。数据线54在扫描线52之后形成，因此数据线54通常是指第2金属层(M2)。薄膜晶体管液晶显示器的像素结构50进一步包括衬底64，其中薄膜晶体管56与共用线58设置在衬底64上，并且透明电极62设置在共用线58上并且直接接触共用线58，在共用线58与透明电极62之间并无其他材料阻隔。另外，薄膜晶体管56则包括设置于衬底64上的栅极66、覆盖在栅极66和衬底上64的无机栅极绝缘层68、设置在无机栅极绝缘层68上的非晶硅层70、设置在非晶硅层70上的掺杂层72、设置在掺杂层72和无机栅极绝缘层68上的源极74与漏极76以及覆盖在衬底64上的无机保护层78，其中将像素电极60设置并且直接接触在无机保护层78上，并且无机保护层78具有通孔，以使像素电极60得以连接到源极74。值得注意的是，像素电极60与无机保护层78之间并无任何有机层设置在其中，并且无机保护层78的厚度可达4500埃到9000埃之间，因此本发明的液晶显示器具有简化的结构。在本实施例中，无机保护层78的材料可为氮化硅(siliconnitride)、氮氧化硅(silicon oxy-nitride)或氧化硅(silicon oxide)，上述其中的材料所构成的单层，或由上述材料堆迭而成的多层结构，但不限于此。像素电极60与透明电极62的材料则是透明导电材料，例如：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)等，但不限于此。另外，透明电极62在靠近扫描线52和数据线54的侧边分别具有第一边界80，而扫瞄线52和数据线54分别具有平行于第一边界80的第二边界82，并且像素电极60具有平行于第二边界82的第三边界84，其中在本实施例中，第二边界82可以靠近第三边界84和第一边界80，并且介于第三边界84和第一边界80之间，但不限定于此，第一边界80可以介于第三边界84和第二边界82之间，或者第一边界80、第二边界82和第三边界84的相对位置可以根据需要作适度变更。

请参考图5，且一并参考图3与图4，图5是本发明第一优选实施例的薄膜晶体管液晶显示器的数据线剖面图。如图5所示，薄膜晶体管液晶显示器进一步包括：相对于衬底64而设置的相对衬底122、设置在相对衬底122相对于衬底64的侧边的彩色滤光层124、设置在彩色滤光层124相对于衬底64的侧边的相对电极126、设置在相对衬底122与衬底64之间的液晶层128、两个分别设置在液晶层两侧的配向膜130以及设置在相对衬底122相对于衬底64的侧边并且对应数据线54设置的黑色矩阵86。其中，像素电极60与透明电极62重叠，并且重叠的部分可产生储存电容。此外由于像素电极60部分跨在数据线54上，其重叠的部分因数据线54为不透明材料所构成而为不透明，因此可当作遮光层用，所以本实施例通过上述的储存电容结构并且利用数据线当遮光层，因此可缩减像素与相邻像素间数据线上黑色矩阵86的宽度，使得背光源穿透单像素区域的透光率提升，因而增加像素开口的区域。本实施例亦可应用于扫描线上，缩减像素与相邻像素间扫描线上黑色矩阵86的宽度(未图示)。另外，像素电极60重叠在数据线54的部分会产生耦合电容，从公知的液晶显示器可知耦合电容会使薄膜晶体管产生耦合效应，主要是因为产生的耦合电容会导致像素电极60上充饱的电荷在下个显示画面转换前，会受到数据线54传送不同的电压影响，而造成显示画质失真。因此，为了提升开口率又不受耦合效应的影响，本实施例提供降低耦合效应又不影响开口率的方法。请参考图6，图6是本发明薄膜晶体管液晶显示器像素结构的电容连接电路的示意图。如图6所示，单像素区域内数据线的耦合电容比例为((Cpd1+Cpd2)/((Cpd1+Cpd2)+Cst+Clc+(Cgs+Cpg)))，Cpd1为像素电极与此像素区域数据线重叠所产生的耦合电容，Cpd2为像素电极与相邻像素区域数据线重叠所产生的耦合电容，Cst为像素电极与透明电极间的储存电容，Clc为液晶单元(Liquid Crystal)的电容，Cgs为薄膜晶体管的栅极与源极间的寄生电容，Cpg为像素电极与薄膜晶体管栅极间的电容。通过上述的公式可知，与像素电极未重叠在部分数据线和扫描线上的情况相比，像素电极重叠在部分数据线和扫描线情况的Cpd1与Cpd2较高，因此耦合电容比例也较高，所以若保持像素电极未重叠在部分数据线和扫描线上的状况，可以降低Cpd1与Cpd2以及增加Cst，因此Cpd1与Cpd2可通过增加无机保护层的厚度来降低，然而当无机保护层厚度增加后，Cst则同时也降低，对耦合电容比例的降低较无助益，因此，本实施例同时增加透明电极直接接触在共用线上的面积并且增加透明电极的面积，以增加像素电极与透明电极的重叠面积，使Cst增加，进而让耦合电容比例值与像素电极未重叠在部分数据线和扫描线上的情况相同，因此，可以降低耦合电容所产生的耦合效应。由于透明电极是像素电极是由透明材料构成，因此无论面积多大，都不影响像素开口率。

另外，请参考图4，除了利用增加透明电极62的面积的手段的之外，本实施例亦通过将透明电极62直接设置在无机保护层78的表面，并且无机保护层78的厚度约4500埃到9000埃之间，来增加无机保护层78的厚度，以使像素电极60与数据线和扫描线之间的耦合电容缩小，如此也可降低耦合效应的影响。

请参考图7，图7是本发明第二优选实施例的薄膜晶体管液晶显示器像素结构的剖面示意图。为了方便说明，与上述实施例相同元件使用相同参考标号，并且相同的部份将不重复赘述。如图7所示，本实施例的薄膜晶体管液晶显示器的像素结构90包括：衬底64、设置在衬底64上的薄膜晶体管56、设置在衬底64上的透明电极62、直接接触透明电极62并且设置在透明电极62上的共用线58以及像素电极60，其中薄膜晶体管56包括覆盖在栅极66和衬底64上的无机栅极绝缘层68以及覆盖在衬底64上的无机保护层78，并且像素电极60直接接触在无机保护层78上。本实施例与上述实施例的差异为透明电极62的位置设置在共用线58下并且与共用线58直接接触，还可以通过增加透明电极62的面积来提升储存电容的性能，进而降低耦合电容的耦合效应。另外，透明电极62在靠近扫描线52和数据线54的侧边边分别具有第一边界80，而扫描线52与数据线54分别具有平行于第一边界80的第二边界82，并且像素电极60具有平行于第二边界82的第三边界84，其中在本实施例中，第二边界82可以靠近第三边界84与第一边界80并且介于第三边界84与第一边界80之间，但不限定于此，第一边界80可以介于第三边界84与第二边界82之间，或者第一边界80、第二边界82和第三边界84的相对位置可以根据需要作适度变更。

请参考图8与图9，图8是本发明第三优选实施例的薄膜晶体管液晶显示器像素结构的俯视图，图9是图8沿着CC’线的剖面示意图。为了方便说明，与第一优选实施例相同元件使用相同参考标号，并且相同的部份将不重复赘述。如图8与图9所示，本实施例的薄膜晶体管液晶显示器的像素结构100包括：衬底64、设置在衬底64上的栅极66、设置在衬底64上的共用线58、设置在栅极66和共用线58上的无机栅极绝缘层68、设置在无机栅极绝缘层68上并且直接接触无机栅极绝缘层68的透明电极62、设置在无机栅极绝缘层68和透明电极62上的无机保护层78以及设置在无机保护层78上的像素电极60，其中无机栅极绝缘层68具有通孔102，以使透明电极62连接到共用线58。本实施例与第一优选实施例的差异在于无机栅极绝缘层68具有通孔102，而透明电极62则设置在无机栅极绝缘层68上，并且透明电极62通过通孔102连接到共用线58。与上述实施例相比，本实施例的像素结构100使得像素电极60与透明电极62的距离缩短以具有较大的储存电容，能更有效地降低耦合电容所产生的耦合效应。但本发明并不限于只应用在储存电容位于共用线上的类型(Cst oncommon type)，还可应用于储存电容位于栅极上的类型(Cst on gatetype)。另外，透明电极62在靠近扫描线52和数据线54的侧边分别具有一个第一边界80，而扫瞄线52与数据线54分别具有平行于第一边界80的第二边界82，并且像素电极60具有平行于第二边界82的第三边界84，其中在本实施例中，第二边界82可以靠近第三边界84和第一边界80并且介于第三边界84与第一边界80之间，但不限定于此，第一边界80可介于第三边界84与第二边界82之间，或者第一边界80、第二边界82和第三边界84的相对位置可以根据需要作适度变更。

综上所述，本发明提供了一种薄膜晶体管液晶显示器，其具有直接接触在共用线上的透明电极，可通过增加透明电极的面积来提升储存电容值，并且通过提升无机保护层的厚度，使直接接触在无机保护层上的像素电极与透明电极的距离加大，以降低耦合电容所产生的耦合效应，因此本发明的薄膜晶体管液晶显示器既具有高开口率又不受像素电极重叠在数据线与扫描线的耦合电容所造成的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例，所有根据本发明的权利要求的范围所做的等效变形与修改，都应该属于本发明的涵盖范围。

Claims

1、一种液晶显示器，包括：

衬底；

设置在所述衬底上的第一导线；

无机绝缘层，用于覆盖所述衬底；

用于直接接触所述无机绝缘层的透明电极，其中所述透明电极与所述第一导线电气地连结；

与所述第一导线交错的第二导线；

无机保护层，用于覆盖所述衬底；以及

像素电极，用于直接接触所述无机保护层，并且与所述透明电极以及所述第一及所述第二导线的一部份重叠。

2、如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述透明电极具有第一边界，所述第一导线具有平行于所述第一边界的第二边界，并且所述像素电极具有平行于所述第二边界的第三边界。

3、如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第二导线是扫描线或数据线。

4、如权利要求2所述的液晶显示器，其中所述第二边界靠近所述第三边界和所述第一边界。

5、如权利要求2所述的液晶显示器，其中所述第二边界介于所述第三边界和所述第一边界之间。

6、如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第一导线是共用线。

7、如权利要求6所述的液晶显示器，其中将所述透明电极设置在所述像素电极和所述无机绝缘层之间，并且所述无机绝缘层具有通孔。

8、如权利要求7所述的液晶显示器，其中所述透明电极通过所述通孔连接到所述共用线。

9、如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述无机保护层具有厚度，所述厚度介于4500埃至9000埃之间。

10、如权利要求1所述的液晶显示器，其中将所述无机保护层设置在所述像素电极和所述透明电极之间。

11、如权利要求1所述的液晶显示器，其中将所述无机绝缘层设置在所述像素电极和所述透明电极之间。

12、如权利要求1所述的液晶显示器，其中将所述透明电极与所述第一导线设置在所述无机绝缘层之下。