CN104297970A - Goa 单元、阵列基板、显示装置及制作方法 - Google Patents

Goa 单元、阵列基板、显示装置及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GOA单元、阵列基板及显示装置，减小GOA电路的面积，实现窄边框设计。本发明的GOA单元包括电容结构，电容结构至少包括并联的第一电容器和第二电容器，所述第一电容器包括相对设置的第一极板和第二极板，所述第二电容器包括相对设置的第一极板和第三极板，所述第二极板和第三极板分布于所述第一极板的两侧，且所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影至少部分重叠。本发明减小了GOA电路的面积。

Description

GOA 单元、阵列基板、显示装置及制作方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是一种GOA单元、阵列基板、显示装置及制作方法。
背景技术
目前，对于薄膜晶体管阵列基板显示器(TFT-LCD)，其周边芯片有集成到玻璃基板上的趋势，即将***的芯片省略，直接在玻璃基板上制作驱动电路。目前的技术中，栅极驱动信号是通过外部的柔性线路板上的芯片，输出给玻璃上的栅极的，柔性电路板在玻璃基板工艺完成后通过热压连接在一起。而栅极驱动集成的技术(GOA技术)则不需要柔性线路板，而是直接将驱动线路做在玻璃基板上，这样既节约了成本，也减小了边框尺寸。
随着目前窄边框显示设备越来越流行，需要更窄边框的显示器。所以就需要将GOA(Gate driver On Array)电路做的越来越小，从而节约非显示区域的面积，实现窄边框设计。目前，常见的GOA电路由多个TFT(薄膜晶体管)和电容器组成，其各个公司的技术略有差异，即其电路结构略有差异，但是原理都是起到移位寄存器的作用，而且均是包括多个TFT和电容器的，如图1所示的GOA电路的等效电路示意图中的C1。当然，上述图1的GOA电路仅仅是举例说明，现有技术中还存在多种不同的GOA电路，在此不一一描述，但所有的GOA电路中必然都存在电容器。
而现有技术GOA电路中的电容器一般包括依次排列的第一金属层、绝缘层和第二金属层，第一金属层与第二金属层相平行，并具有相对的部分，形成电容结构。整个GOA电路结构为了实现上述的电容器，并保证电容器的设计规格，需要第一金属层与第二金属层具有相对较大的正对面积，因此整个第一金属层与第二金属层需要占用很大的面积，不利用窄边框设计。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种GOA单元、阵列基板、显示装置及制作方法，减小GOA电路的面积，实现窄边框设计。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种GOA单元，包括电容结构，所述电容结构至少包括并联的第一电容器和第二电容器，所述第一电容器包括相对设置的第一极板和第二极板，所述第二电容器包括相对设置的第一极板和第三极板，所述第二极板和第三极板分布于所述第一极板的两侧，且所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影至少部分重叠。
上述的GOA单元，其中，所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影重合。
上述的GOA单元，其中，所述GOA单元中包括一自举电路，所述电容结构为所述自举电路中的电容结构。
上述的GOA单元，其中，所述第一极板与所述阵列基板的栅极金属层同层设置，所述第二极板与所述阵列基板的源漏金属层同层设置，所述第三极板与所述阵列基板的ITO层同层设置。
上述的GOA单元，其中，所述阵列极板上具有公共电极层，所述第三极板与公共电极层同层设置，在制作公共电极层的同时形成所述第三极板，实现公共电极与所述第三极板的电连接。
上述的GOA单元，其中，所述第三极板与所述阵列基板的像素电极层同层设置，所述第三极板通过过孔与阵列基板上的公共电极电连接，或者通过隔垫物与彩膜基板上的公共电极电连接。
上述的GOA单元，其中，所述第三极板与公共电压输出节点电连接。
上述的GOA单元，其中，所述第一极板包括电连接的第一子极板和第二子极板，所述第二极板设置于所述第一子极板和第二子极板之间，所述第二子极板位于所述第二极板和第三极板之间，第一子极板和第二极板形成的子电容器和第二子极板和第二极板形成的子电容器组成所述第一电容器，所述第二子极板和第三极板形成所述第二电容器。
上述的GOA单元，其中，所述第一子极板与栅极金属层同层形成，第二极板与源漏金属层同层形成，第二子极板与像素电极层同层形成，所述第三极板和彩膜基板上的公共电极层同层形成。
上述的GOA单元，其中，所述第一子极板与公共电极层同层形成，所述第二极板与栅极金属层同层形成，所述第二子极板与源漏金属层同层形成，所述第三极板与像素电极层同层形成。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种阵列基板，包括由上述任意一种GOA单元级联形成的GOA电路。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括上述的阵列基板。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种GOA单元的制作方法，所述GOA单元包括电容结构，所述电容结构并联的第一电容器和第二电容器，所述制作方法包括：
形成第二极板；
形成与第二极板相对的具有一定正对面积的第一极板；
在第一极板的远离第二极板的方向形成与第一极板相对的第三极板，其中且所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影至少部分重叠。
上述的制作方法，其中，所述GOA单元用于边缘场开关结构的阵列基板时，所述第一极板与所述阵列基板的栅极金属层同层设置，所述第二极板与所述阵列基板的源漏金属层同层设置，所述第三极板与所述阵列基板的公共电极层同层设置。
本发明实施例的阵列基板及显示装置能够降低GOA电路中电容结构的面积，降低了边框的宽度。
附图说明
图1表示现有技术的一种GOA电路的结构示意图；
图2表示本发明实施例的阵列基板采用的一种电容结构的结构示意图；
图3表示本发明实施例的阵列基板采用的另一种电容结构的结构示意图；
图4a-4b表示本发明实施例的阵列基板中采用并联电容的GOA电路的结构示意图；
图5表示本发明实施例的电容结构的层状结构示意图；
图6表示本发明实施例的阵列基板采用的再一种电容结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明具体实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明具体实施例的阵列基板及显示装置中，设置多个并联的电容器来形成GOA电路中的电容结构，而这些并联的电容器共用一块极板，且该共用的极板中具有一公共区域与其它极板形成不同的电容结构，以此降低了电容结构的面积，降低了边框的宽度。
首先，为方便理解本发明实施例，现对本发明实施例涉及到的一些概念解释如下。
1、平板电容器
电容器分为很多种类，如圆柱电容器、球形电容器以及平板电容器等。其中，平板电容器是由间隔一定距离，中间以空间或介电质隔离的两片电极板构成。本发明具体实施例中涉及到的电容器为平板电容器。
2、电容器的连接
电容器的连接包括串联和并联，电容器串联形成的电容结构的电容小于任意一个电容器的电容，而电容器并联形成的电容结构的电容等于所有电容器的电容之和。
3、影响平板电容器的电量存储能力的因素
平板电容器的电量存储能力C为：εA/d。
其中ε为介质的电容器率，A为电极板的正对面积，d为电极板间隔距离，可以发现，改变电容器的C可以通过改变电极板间的介质、改变电极板的正对面积，和/或改变电极板间隔距离来实现。
在本发明具体实施例中，在不考虑ε和d的情况下，如果需要降低电容结构的占据面积，则需要提高单位面积内的电极板的正对面积。
基于以上的分析，本发明实施例的一种GOA包括一个电容结构，每一个所述电容结构至少包括并联的第一电容器和第二电容器，如图2所示，所述第一电容器包括相对设置的第一极板301和第二极板302，所述第二电容器包括相对设置的第一极板301和第三极板303，所述第二极板302和第三极板303分布于所述第一极板301的两侧，且所述第二极板302在所述第一极板301上的投影和第三极板303在所述第一极板301上的投影至少部分重叠。
下面对本发明实施例的阵列基板能够降低电容器占据面积说明如下。
结合图2所示，假定现有技术的GOA电路中的电容结构由第一极板301和第二极板302形成，而第一极板301和第二极板302的间隔距离为d，电极板间的填充介质的电容器率为ε，而第一极板301和第二极板302的正对面积为S，同时S也是电容结构的占据面积，则现有技术中，当电容结构占据面积为S时，电容结构的最大电容为εS/d。
而本发明具体实施例中，如图2所示，整个电容结构包括两个电容器，即：第一极板301和第二极板302形成的电容器，以及第一极板301和第三极板303形成的电容器，其中假定第一极板301和第二极板302以及第一极板301和第三极板303之间的填充介质的电容器率均为ε，而第一极板301和第二极板302以及第一极板301和第三极板303之间的距离均为d。
由于电容器以并联方式连接，则本发明实施例中，电容结构能够提供的电容为两个电容器的电容之和，而任意一个电容器能够提供的电容为εA/d，整个电容结构的电容为2εA/d。
也就是说，相对于现有技术的阵列基板而言，在同样的占据面积下，图2所示的本发明实施例所采用的电容结构能够提供的电容更大。
以上是以第二极板和第三极板完全正对为例进行的说明，但应当理解的是，本发明实施例并不需要第二极板和第三极板完全正对，只需要二者在所述第一极板301上的投影至少部分重叠即可达到目的，对此继续说明如下。
如图3所示，为本发明实施例的阵列基板的GOA电路中另一种形式的电容结构的示意图。其中，第二极板302与第一极板301的正对面积为区域ABFE的面积，假定为S1，而第三极板303与第一极板301的正对面积为区域DCHG的面积，假定为S2，则整个电容结构的电容为：εS1/d+εS2/d。
区域ABFE可以分为两个区域ABCD和CDEF，区域DCHG可以分为两个区域CDEF和EFGH，假定区域ABCD、CDEF和EFGH的面积分别为S11，S12和S21，则整个电容结构的电容为：ε(S11+S12)/d+ε(S12+S21)/d。
上述的电容结构的电容可以变换为：ε(S11+S12+S21)/d+εS12/d，即：εS/d+εS12/d，其相对于现有技术能够提供的电容εS/d更大，差值为εS12/d。
因此，相对于现有技术的阵列基板而言，同样的占据面积S，图3所示的本发明实施例所采用的电容结构能够提供更大的电容。
根据上述描述可以发现，从降低电容结构的占据面积而言，当所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影重合时能够达到最好的效果。
应当理解的是，在GOA电路中，自举电路必须包括一个电容结构，但其他部分也可以包括电容结构，本发明实施例中的电路结构可以是自举电路中的电容结构，也可以是GOA电路中其他部分的电容结构，如申请号为201210176588.7，发明名称为薄膜晶体管阈值电压偏移补偿电路及GOA电路、显示器的专利申请中的电容结构，本发明具体实施例并不限定该电容结构在GOA电路中的位置。
图4a表示本发明实施例的阵列基板在自举电路中采用并联电容的一种GOA电路的结构示意图，与图2相比，其不但包括电容器C1，同时还增加了一个电容器C2，电容器C1和电容器C2以并联的方式设置于PU节点和OUTPUT节点之间，形成最终的电容结构。
图4b表示本发明实施例的阵列基板在自举电路中采用并联电容的另一种GOA电路的结构示意图，与图2相比，其不但包括电容器C1，同时还增加了一个电容器C3，电容器C1和电容器C3同时作用于晶体管M3的栅极(也就是说本发明实施例的并联包括图4a和图4b两种情况)。与图4a的不同之处在于，电容器C2和电容器C3的控制电压不同，在图4a中，电容器C2的一端连接到OUTPUT节点，也就是受到Vgl电压的影响，而在图4b中，电容器C3的一端连接到Vcom节点(即公共电压输出节点)，也就是说，所述第三极板与公共电压输出节点电连接，使得电容器C3受到COM电压的影响。而在阵列基板工作过程中，COM电压远大于Vgl电压，因此相对于C2，C3在充放电上需要的电荷更少，在减小负载的同时也提升了充放电的效率。
在本发明具体实施例中，为了提高充放电效率，可以向第三极板施加Vcom电压，而向第三极板施加Vcom电压可以通过多种方式来实现，说明如下。
当公共电极设置于阵列基板时，如IPS型阵列基板、ADS(ADvanced SuperDimension Switch，高级超维场转换)型阵列基板等，此时，可以将第三极板与公共电极层同层设置，在制作公共电极层的同时形成所述第三极板，实现公共电极与所述第三极板的电连接，从而向第三极板需要施加Vcom电压。
当然，第三极板和公共电极层也可以不是同层设置，此时只需要在制作过程中设置过孔，即可通过过孔实现公共电极与所述第三极板的电连接，从而向第三极板需要施加Vcom电压。
当公共电极设置于彩膜基板时，此时，所述第三极板可以与所述阵列基板的像素电极层同层设置，在制作像素电极的同时形成所述第三极板，同时在封装阵列基板和彩膜基板时，通过导电的隔垫物实现第三极板与彩膜基板上的公共电极电连接，从而向第三极板需要施加Vcom电压。
当然，向第三极板施加Vcom电压的方式多种多样，本领域技术人员可根据上述的需求自行采用其他方式来实现，在此不一一列举。
从以上描述可以发现，本发明实施例的阵列基板的GOA电路中所采用的电容结构需要3个位于不同层的极板。上述的3个极板可以通过独立的工艺形成。但为了与现有的阵列基板的制作工艺相匹配，而不需要另外增加工艺流程，本发明实施例中，该阵列基板最好应用于各种形成有3层导电结构的阵列基板中，以降低工艺复杂度和制作成本。
如所有的阵列基板都包括栅极金属层、源漏金属层和形成像素电极的ITO层，而对于横向电场型的阵列基板(如IPS型阵列基板以及ADS型阵列基板等)而言，其还包括位于阵列基板上的用于形成公共电极的另一个ITO层，由于这些层之间都具备绝缘层，因此这些具备导电能力的层都可以作为本发明实施例中的电容结构的电极板。
因此制作本发明实施例的上述的电容结构并不需要额外增加层状结构，都可以在不额外增加层的情况下实现本发明实施例的上述电容结构。
以下以ADS结构的阵列基板为例对本发明实施例的阵列基板进行详细描述如下。
在ADS结构的阵列基板的显示区域中，从玻璃基板开始包括第一ITO层(即面状公共电极层)、第一绝缘层、栅极金属层、第二绝缘层、半导体层、源漏金属层、第三绝缘层以及第二ITO层(即像素电极层)。
可以发现，其中有多层为导电层，即：第一ITO层、栅极金属层、第二绝缘层、源漏金属层以及第二ITO层。
在本发明的具体实施例中，可以在制作栅极金属层的同时形成第一电极板，而在形成源漏金属层的同时形成第二电极板，在形成第一ITO层的同时形成第三电极板，形成的结构如图5所示。
其中，在玻璃基板601上方形成有作为第三电极板的第一ITO层602，在第一ITO层602上方形成为作为电容介质的第一绝缘层603，在第一绝缘层603上方形成为作为第一电极板的栅极金属层604，在栅极金属层604上方形成为作为电容介质的第二绝缘层605，在第二绝缘层605上方形成为作为第二电极板的源漏金属层606。
也就是说，本发明具体实施例中，所述第一极板与所述阵列基板的栅极金属层同层设置，所述第二极板与所述阵列基板的源漏金属层同层设置，所述第三极板与所述阵列基板的ITO层同层设置。
当然，在本发明的具体实施例中，第一电极板、第二电极板和第三电极板也可以分别由如下层形成：栅极金属层604、源漏金属层606和第二ITO层。与图5中所描述的电容结构的不同之处在于电极板所在的层不同，在此不再详细说明。
通过这种方式，本发明实施例的阵列基板的上述电容结构的制作都能在制作阵列基板的像素结构的同时完成，在降低GOA电路的面积的同时简化了工艺流程，降低了实现成本。
而上述的图5所示的电容结构的各个极板与GOA电路中的其他部分的连接可以通过任意现有的方式进行连接，如同层之间可以在制作过程中通过掩模版实现直接连接，不同层之间通过制作过程形成的过孔来实现不同的导电层之间的连接。
本发明实施例的GOA单元中，还可以通过如下的实施方式进一步减小GOA电路的面积。
如图6所示，所述第一极板301包括电连接的第一子极板3011和第二子极板3012，所述第二极板302设置于所述第一子极板3011和第二子极板3012之间，所述第二子极板3012位于所述第二极板302和第三极板303之间，第一子极板3011和第二极板302形成的子电容器C41和第二子极板3012和第二极板302形成的子电容器C42组成所述第一电容器，所述第二子极板3012和第三极板303形成所述第二电容器。
结合图6所示，其中形成了两个电容器C4和C5，其中电容器C4由两部分组成，即第一子极板3011和第二极板302形成的子电容器C41和第二子极板3012和第二极板302形成的子电容器C42，电容器C4的电容为子电容器C41和子电容器C42的电容之和。
因此，可以发现，上述的结构中，第一极板301的第二子极板3012得到了复用，而同时第二极板在形成电容器C4的过程中也得到了复用，上述的结构中最终得到的电容器的电容量接近现有技术形成的电容量的3倍。
上述的结构可以应用于通常的具有4层导电层的阵列基板中，但也可以应用于只具有3层导电层的阵列基板中，此时，最上方的第三极板303使用彩膜基板上的导电层，并使用绝缘的隔垫物作为第二电容器的介质即可。
结合图6所示，在本发明的一种具体实施例中，当阵列基板上只有3层导电层时，第一子极板3011与栅极金属层同层形成，而第二极板302与源漏金属层同层形成，第二子极板3012与像素电极层同层形成，利用栅绝缘层作为电容器C42的介质，而源漏金属层之上的绝缘层作为电容器C41的介质，而第三极板303则采用彩膜基板上的公共电极层来形成，
结合图6所示，在本发明的另一种具体实施例中，当阵列基板上有4层导电层时，第一子极板3011与公共电极层同层形成，第二极板302与栅极金属层同层形成，第二子极板3012与源漏金属层同层形成，而第三极板303与像素电极层同层形成。
至于各个极板连接到对应的位置(如PU节点或者OUTPUT节点)都可以通过现有技术来实现，在此不再详细说明。
上述图6所示的电容器结构中，第一子极板3011和第二子极板3012位于不同的层(如第一ITO层和源漏金属层)，因此二者需要通过过孔连接。
在本发明的上述实施例中，利用了制作阵列基板过程中需要形成的绝缘层(如栅绝缘层、位于公共电极层和栅极金属层之间的绝缘层、或者位于像素电极层和源漏金属层之间的绝缘层等)来作为电容器的介质。
为了减小电容器的膜厚度，并扩宽电容器的电容量和工作电压范围，以进一步降低电容结构的占用面积，在本发明的具体实施例中，对阵列基板中与电容器介质同层的绝缘层使用有机材料来形成，如树脂。。
当作为电容器介质的绝缘层使用有机材料形成时，本发明具体实施例中形成的GOA单元中的电容器则为有机电容器，而有机电容器的膜厚度相对更薄，而且有机电容器的电容量和工作电压范围相对很宽，这就进一步降低了电容结构的占用面积。
本发明实施例还提供了一种阵列基板，包括由上述的GOA单元级联形成的GOA电路。
本发明实施例还提供了一种显示装置，包括上述的阵列基板。
其中，阵列基板的结构以及工作原理同上述实施例，在此不再赘述。该显示装置可以为：液晶面板、电子纸、液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等具有任何显示功能的产品或部件。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种GOA单元的制作方法，所述GOA单元包括电容结构，所述电容结构并联的第一电容器和第二电容器，所述制作方法包括：
形成第二极板；
形成与第二极板相对的具有一定正对面积的第一极板；
在第一极板的远离第二极板的方向形成与第一极板相对的第三极板，其中且所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影至少部分重叠。
上述的制作方法，其中，所述GOA单元用于边缘场开关结构的阵列基板时，所述第一极板与所述阵列基板的栅极金属层同层设置，所述第二极板与所述阵列基板的源漏金属层同层设置，所述第三极板与所述阵列基板的公共电极层同层设置。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种GOA单元，包括电容结构，其特征在于，所述电容结构至少包括并联的第一电容器和第二电容器，所述第一电容器包括相对设置的第一极板和第二极板，所述第二电容器包括相对设置的第一极板和第三极板，所述第二极板和第三极板分布于所述第一极板的两侧，且所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影至少部分重叠。
2.根据权利要求1所述的GOA单元，其特征在于，所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影重合。
3.根据权利要求1所述的GOA单元，其特征在于，所述GOA单元中包括一自举电路，所述电容结构为所述自举电路中的电容结构。
4.根据权利要求1或2或3所述的GOA单元，其特征在于，所述第一极板与所述阵列基板的栅极金属层同层设置，所述第二极板与所述阵列基板的源漏金属层同层设置，所述第三极板与所述阵列基板的ITO层同层设置。
5.根据权利要求4所述的GOA单元，其特征在于，所述第三极板与公共电压输出节点电连接。
6.根据权利要求5所述的GOA单元，其特征在于，所述阵列极板上具有公共电极层，所述第三极板与公共电极层同层设置，在制作公共电极层的同时形成所述第三极板，实现公共电极与所述第三极板的电连接。
7.根据权利要求5所述的GOA单元，其特征在于，所述第三极板与所述阵列基板的像素电极层同层设置，所述第三极板通过过孔与阵列基板上的公共电极电连接，或者通过隔垫物与彩膜基板上的公共电极电连接。
8.根据权利要求1所述的GOA单元，其特征在于，所述第一极板包括电连接的第一子极板和第二子极板，所述第二极板设置于所述第一子极板和第二子极板之间，所述第二子极板位于所述第二极板和第三极板之间，第一子极板和第二极板形成的子电容器和第二子极板和第二极板形成的子电容器组成所述第一电容器，所述第二子极板和第三极板形成所述第二电容器。
9.根据权利要求8所述的GOA单元，其特征在于，所述第一子极板与栅极金属层同层形成，第二极板与源漏金属层同层形成，第二子极板与像素电极层同层形成，所述第三极板和彩膜基板上的公共电极层同层形成。
10.根据权利要求8所述的GOA单元，其特征在于，所述第一子极板与公共电极层同层形成，所述第二极板与栅极金属层同层形成，所述第二子极板与源漏金属层同层形成，所述第三极板与像素电极层同层形成。
11.一种阵列基板，包括由权利要求1-10中任意一项所述的GOA单元级联形成的GOA电路。
12.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求11所述的阵列基板。
13.一种GOA单元的制作方法，其特征在于，所述GOA单元包括电容结构，所述电容结构并联的第一电容器和第二电容器，所述制作方法包括：
形成第三极板；
形成与第三极板相对的具有一定正对面积的第一极板；
在第一极板的远离第三极板的方向形成与第一极板相对的第二极板，其中且所述第二极板在所述第一极板上的正投影和第三极板在所述第一极板上的正投影至少部分重叠。
14.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述GOA单元用于边缘场开关结构的阵列基板时，所述第一极板与所述阵列基板的栅极金属层同层设置，所述第二极板与所述阵列基板的源漏金属层同层设置，所述第三极板与所述阵列基板的公共电极层同层设置。
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