TWI487120B - 薄膜電晶體基板與其所組成之顯示裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種基板，且特別是有關於一種薄膜電晶體基板與其所組成之顯示裝置。
液晶顯示器(liquid crystal display)由於具有輕、低消耗功率、無輻射等優點，目前已應用於各種個人電腦、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、手機、電視等。
液晶顯示器主要由薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)基板、彩色濾光片(color filter,CF)基板與形成於兩基板之間的液晶層所組成。依照液晶顯示器電極的位置擺放差異，又可分成扭轉向列型模式(twisted nematic,TN)或橫向電場效應模式(in-plane switching,IPS)。
請參見第1圖，此圖為習知橫向電場效應模式(in-plane switching,IPS)薄膜電晶體基板之俯視圖，薄膜電晶體基板單一畫素區100由閘極線(亦可稱為掃描線)102、共同線104與垂直於閘極線102之資料線106所組成，其中薄膜電晶體108位於閘極線102之上，畫素電極110與共同電極112設計在同一基板(未顯示)之上，且因為畫素電極110與共同電極112由透明導電材料所組成(畫素電極110與共同電極112位於不同的兩層，兩者電性不導通)，因此兩者所在區域(虛線區域)為透光區114。
習知為了降低反饋通道效應(feed-through effect)，將位於汲極150上的汲極接觸孔(drain via) 185形成於閘極線102與資料線106所定義之區域中(即可透光之區域)，然而汲極150由不透光材料組成，因此降低了液晶顯示器之可視區114面積。
此外，隨著液晶顯示器解析度日益提高的同時，汲極接觸孔(drain via) 185若依然設計於可透光之區域中，會使開口率(Aperture ratio,AR)降低，因此，業界亟需提出一種新的薄膜電晶體基板，以解決上述問題。
本發明提供一種薄膜電晶體基板，包括：一基板；一閘極線(gate line)、一閘極絕緣層、一主動層依序形成於基板上；一源極、一汲極同時形成於主動層上，以構成一薄膜電晶體；一絕緣層，形成於薄膜電晶體之上，其該絕緣層中具有一接觸孔(via)，且接觸孔形成於部分汲極與部分主動層之上，以暴露部分汲極與部分主動層；以及一畫素電極，形成於接觸孔中與絕緣層之上，其中畫素電極透過接觸孔電性連接至該汲極。
本發明另提供一種薄膜電晶體基板，包括：一基板；一閘極線(gate line)、一閘極絕緣層、一主動層依序形成於基板上；一源極、一汲極形成於主動層上，以構成一薄膜電晶體；一絕緣層，形成於薄膜電晶體之上，其中絕緣層中具有一接觸孔(via)，且接觸孔完全地(totally)形成於閘極線之上，以暴露部分汲極；以及一畫素電極形成於接觸孔中與絕緣層之上，其中畫素電極透過接觸孔電性連接至汲極。
本發明亦提供一種顯示裝置，包括：一薄膜電晶體基板，其包括本發明實施例一~實施例六所述之薄膜電晶體基板；一彩色濾光片基板，其中彩色濾光片基板與薄膜電晶體基板相對設置；一液晶層，形成於薄膜電晶體基板與彩色濾光片基板之間；以及一背光模組，形成於薄膜電晶體基板之遠離液晶層之一側。
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：
本發明提供一種薄膜電晶體基板，此基板的汲極接觸孔(drain via)僅部份地佔據可透光的位置，或完全不佔據可透光的位置，以提高可視區的位置並解決高解析度液晶顯示器開口率降低的問題。
請參見第2A-2B圖，第2A圖顯示本發明第一實施例之薄膜電晶體基板之俯視圖，第2B圖顯示第2A圖沿著AA’線之剖面圖。
第2A圖提供一種橫向電場效應模式(in-plane switching,IPS)薄膜電晶體基板之俯視圖，薄膜電晶體基板單一畫素區200由閘極線(亦可稱為掃描線) 202、共同線204與垂直於閘極線202之資料線206所組成，其中薄膜電晶體208位於閘極線202之上，畫素電極290與共同電極270設計在同一基板201(請參見第2B圖)之上。
請參見第2B圖，閘極線202、閘極絕緣層230、主動層240、汲極251、源極252構成薄膜電晶體208，其中，汲極251、源極252與資料線206由同一道金屬層所定義出，且平坦層260與保護層280形成於薄膜電晶體208之上，其中於平坦層260與保護層280中具有汲極接觸孔(drain via)285，此汲極接觸孔285係形成於部分汲極251與部分主動層240之上，以暴露部份汲極251與部份主動層240。於一實施例中，主動層240由非晶矽材料(a-Si)所組成，而平坦層260由有機材料所組成。
須注意的是，於習知技術中，接觸孔佔據了部分可透光區的面積，因而降低了液晶顯示器之開口率，而於本發明第一實施例中，汲極接觸孔285除形成於部分汲極251與部分主動層240之上，尚包括完全地(totally)形成於閘極線202之上，因此，相較於先前技術，本發明之第一實施例之汲極接觸孔285完全不佔據可視區214(虛線區域)，以提高薄膜電晶體基板的開口率。
此外，所謂的「反饋通道效應(feed-through effect)」可由下列公式(I)表示：
反饋通道電壓(feedthrough voltage)Cgd
/Cst
----(I)
其中Cgd
表示閘極與汲極之間的電容，Cst
表示儲存電容
由式(I)可知，當Cst
提高時，可降低反饋通道電壓，由於本發明第一實施例屬於橫向電場效應模式(in-plane switching,IPS)時，因此，相較於習知扭轉向列型模式(twisted nematic,TN)，本發明之第一實施例之橫向電場效應模式(IPS)的儲存電容(Cst
)較大，使得反饋通道電壓變小。(平行電容的公式C=εA/d，其中A表示平行板的面積，d表示平行板的距離，於IPS模式，共同電極270面積較大，因此，IPS模式的Cst
大於TN模式的Cst
)。
請參見第3A-3E圖，該些圖顯示本發明第一實施例之製法，圖中標號與第2A-2B圖相同者，代表相同元件。下述製法使用多次的微影蝕刻技術，此技術為本領域人士所熟知，在此不再贅述。
於第3A圖中，首先提供一基板201，基板201之上可分成薄膜電晶體區30a與儲存電容區30b。接著，於基板201之上形成金屬線並圖案化之，使位於薄膜電晶體區30a的金屬線形成閘極線202，而位於儲存電容區30b的金屬線形成共同線204，金屬線包括銅(Cu)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、銀(Ag)或上述之組合。之後，於基板201之上、閘極線202與共同線204之上形成閘極絕緣層230。
接著，於薄膜電晶體區30a的閘極絕緣層230之上依序形成主動區240、汲極251與源極252，其中由閘極線202、閘極絕緣層230、主動層240、汲極251、源極252構成薄膜電晶體208。於一較佳實施例中，主動層240由非晶矽(a-Si)材料所組成。
之後，請參見第3B圖，於薄膜電晶體208與閘極絕緣層230之上形成平坦層260，其中平坦層260由絕緣材料所組成，較佳由有機材料所組成。之後，於儲存電容區30b的平坦層260與閘極絕緣層230中形成第一接觸孔265，以暴露共同線204。
請參見第3C圖，於第一接觸孔265之中形成共同電極270，以使共同電極270電性連接共同線204，其中共同電極270由透明導電層所組成，透明導電層包括氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide,CTO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化銦錫鋅(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎘(cadmium oxide,CdO)、氧化鉿(hafnium oxide,HfO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化銦鎵鋅鎂(indium gallium zinc magnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化銦鎵鎂(indium gallium magnesium oxide,InGaMgO)或氧化銦鎵鋁(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)。
請參見第3D圖，於共同電極270與平坦層260之上形成保護層280，保護層280亦由絕緣材料所組成。之後，於薄膜電晶體區30a的保護層280與平坦層260之中形成汲極接觸孔285，以暴露部分汲極251與部分主動層240。
請參見第3E圖，於汲極接觸孔285中與保護層280之上形成畫素電極290，其中畫素電極290電性接觸汲極251，且畫素電極290由透明導電層所組成。於一較佳的實施例中，共同電極270與畫素電極290皆由氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)所組成。
請參見第4A-4B圖，第4A圖顯示本發明第二實施例之薄膜電晶體基板之俯視圖，第4B圖顯示第4A圖沿著BB’線之剖面圖，圖中標號與第2A-2B圖相同者，代表相同元件，在此不再贅述。
須注意的是，第二實施例(第4A圖)與第一實施例(第2A圖)之差別在於，第二實施例之汲極接觸孔285僅部份地形成於閘極線202之上，而第一實施例之汲極接觸孔285則完全地形成於閘極線202之上。相較於第一實施例，第二實施例之閘極208與汲極251之間重疊的區域較小，亦即第二實施例之閘極與汲極之間的電容(Cgd
)較小，由式(I)可知，當Cgd
降低時，更可降低反饋通道電壓。
第二實施例同樣屬於橫向電場效應模式(in-plane switching,IPS)，且製法與第一實施例相同，在此不再贅述。
請參見請參見第5A-5B圖，第5A圖顯示本發明第三實施例之薄膜電晶體基板之俯視圖，第5B圖顯示第5A圖沿著AA’線之剖面圖，圖中標號與第2A-2B圖相同者，代表相同元件，在此不再贅述。
於第三實施例中，本發明之汲極接觸孔285形成於部分汲極251與部分主動層240之上(請參見第5A圖)，且完全地形成於閘極線202之上(請參見第5B圖)。
請參見第2B與第5B圖，第三實施例與第一實施例之結構與製法大致相似，其差別在於，第三實施例係先形成畫素電極290與汲極251之間的電性接觸，之後才形成共同電極270於保護層280上。
請參見請參見第6A-6B圖，第6A圖顯示本發明第四實施例之薄膜電晶體基板之俯視圖，第6B圖顯示第6A圖沿著AA’線之剖面圖，圖中標號與第2A-2B圖相同者，代表相同元件，在此不再贅述。
於第四實施例中，本發明之汲極接觸孔285形成於部分汲極251與部分主動層240之上，且完全地形成於閘極線202之上。須注意的是，第四實施例與第一實施例之差別在於，第四實施例僅有保護層280，而無平坦層260。
於第四實施例中，由於共同線204可直接形成於共同電極270之上(圖中未顯示)，因此，相較於第一實施例，第四實施例不需要製作平坦層，也不需要於平坦層中製作第一接觸孔，可更節省製程步驟與成本。
請參見第7A-7B圖，第7A圖顯示本發明第五實施例之薄膜電晶體基板之俯視圖，第7B圖顯示第7A圖沿著AA’線之剖面圖，圖中標號與第2A-2B圖相同者，代表相同元件，在此不再贅述。
於第五實施例中，本發明之汲極接觸孔285形成於部分汲極251與部分主動層240之上，且完全地形成於閘極線202之上。須注意的是，請參見第7B圖，第五實施例與第一實施例之差別在於，第五實施例之閘極線202與基板201之間尚包括一共同電極270。於第五實施例中，共同電極270與閘極線202可利用一半調式光罩(圖中未顯示)形成。
須注意的是，半調式光罩由透明基板、金屬層與半透光膜所組成，其中半透光膜位於透明基板之上，金屬層位於半透光膜之上，由於半透光膜的透光率不同於金屬層之透光率，因此，可藉由半調式光罩形成具有圖案化之透明導電層與圖案化之金屬層。另言之，第五實施例可將兩道光罩的步驟改為一道半調式光罩，可更節省製程成本與時間。
請參見第8A-8B圖，第8A圖顯示本發明第六實施例之薄膜電晶體基板之俯視圖，第8B圖顯示第8A圖沿著AA’線之剖面圖，圖中標號與第2A-2B圖相同者，代表相同元件，在此不再贅述。
於第六實施例中，本發明之汲極接觸孔285形成於部分汲極251與部分主動層240之上，且完全地形成於閘極線202之上。須注意的是，請參見第8B圖，第六實施例與第一實施例之差別在於，第六實施例屬於扭轉向列型模式(twisted nematic,TN)。
請參見第9圖，本發明尚包括提供一顯示裝置，包括：薄膜電晶體基板2與相對設置之彩色濾光片基板4，其中薄膜電晶體基板2取自於上述第一~第六實施例；液晶層6形成於薄膜電晶體基板2與彩色濾光片基板4之間；以及背光模組8形成於薄膜電晶體基板2之遠離液晶層6之一側，以提供光線。
綜上所述，本發明提供六個實施例，其中第一實施例~第五實施例屬於橫向電場效應模式(in-plane switching,IPS)，而第六實施例屬於扭轉向列型模式(twisted nematic,TN)。須注意的是，本發明實施例之汲極接觸孔285之位置形成於部分汲極251與部分主動層240之上，且完全地(totally)或是部份地(partially)形成於閘極線202之上，藉由本發明汲極接觸孔285位置的特殊設計，不但可提高開口率，且不會增加反饋通道電壓(feed through voltage)。
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。
30a．．．薄膜電晶體區
30b．．．儲存電容區
100．．．薄膜電晶體基板單一畫素區
102．．．閘極線
104．．．共同線
106‧‧‧資料線
108‧‧‧薄膜電晶體
110‧‧‧畫素電極
112‧‧‧共同電極
114‧‧‧透光區
150‧‧‧汲極
185‧‧‧汲極接觸孔
200、400、500、700、900、1100‧‧‧薄膜電晶體基板單一畫素區
201‧‧‧基板
202‧‧‧閘極線
204‧‧‧共同線
206‧‧‧資料線
208‧‧‧薄膜電晶體
214‧‧‧可視區
230‧‧‧閘極絕緣層
240‧‧‧主動層
251‧‧‧汲極
252‧‧‧源極
260‧‧‧平坦層
265‧‧‧第一接觸孔
270‧‧‧共同電極
280‧‧‧保護層
285‧‧‧汲極接觸孔
290‧‧‧畫素電極
第1圖為一俯視圖，用以說明習知的薄膜電晶體基板的結構。
第2A~2B圖為一俯視圖與剖面圖，用以說明本發明第一實施例的薄膜電晶體基板結構。
第3A-3E圖為一系列剖面圖，用以說明本發明第一實施例之製法。
第4A-4B圖為一俯視圖與剖面圖，用以說明本發明第二實施例的薄膜電晶體基板結構。
第5A-5B圖一俯視圖與剖面圖，用以說明本發明第三實施例的薄膜電晶體基板結構。
第6A-6B圖為一俯視圖與剖面圖，用以說明本發明第四實施例的薄膜電晶體基板結構。
第7A-7B圖為一俯視圖與剖面圖，用以說明本發明第五實施例的薄膜電晶體基板結構。
第8A-8B圖為一俯視圖與剖面圖，用以說明本發明第六實施例的薄膜電晶體基板結構。
第9圖為一剖面圖，用以說明本發明之顯示裝置。
200．．．薄膜電晶體基板單一畫素區
202．．．閘極線
204．．．共同線
206．．．資料線
208．．．薄膜電晶體
251．．．汲極
270．．．共同電極
285．．．汲極接觸孔
290．．．畫素電極
214．．．可視區
Claims (13)
- 一種薄膜電晶體基板，包括：一基板；一閘極線(gate line)、一資料線、一閘極絕緣層、一主動層依序形成於該基板上，其中該閘極線與該資料線定義一可視區；一源極、一汲極形成於該主動層上，以構成一薄膜電晶體；一絕緣層，形成於該薄膜電晶體之上，其中該絕緣層中具有一接觸孔(via)，且該接觸孔形成於部分該汲極與部分該主動層之上，以暴露部分該汲極與部分該主動層，其中該接觸孔位於該可視區外；以及一畫素電極，形成於該接觸孔中與該絕緣層之上，其中該畫素電極透過該接觸孔電性連接至該汲極。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該接觸孔部分地(partially)形成於該閘極線之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該接觸孔完全地(totally)形成於該閘極線之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該畫素電極由透明導電層所組成。
- 如申請專利範圍第4項所述之薄膜電晶體基板，其中該透明導電層包括氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide,CTO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化銦錫鋅 (indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎘(cadmium oxide,CdO)、氧化鉿(hafnium oxide,HfO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化銦鎵鋅鎂(indium gallium zinc magnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化銦鎵鎂(indium gallium magnesium oxide,InGaMgO)或氧化銦鎵鋁(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該絕緣層包括一平坦層、一保護層或上述之組合。
- 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體基板，其中該平坦層由有機材料所組成。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該主動層由非晶矽材料所組成。
- 一種薄膜電晶體基板，包括：一基板；一閘極線(gate line)、一資料線、一閘極絕緣層、一主動層依序形成於該基板上，其中該閘極線與該資料線定義一可視區；一源極、一汲極形成於該主動層上，以構成一薄膜電晶體；一絕緣層，形成於該薄膜電晶體之上，其中該絕緣層中具有一接觸孔(via)，該接觸孔形成於該閘極線之上且位於該閘極線之邊緣內，以暴露部分該汲極，其中該接觸孔位於該可視區外；以及一畫素電極，形成於該接觸孔中與該絕緣層之上，其中該畫素電極透過該接觸孔電性連接至該汲極。
- 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板，其中該接觸孔形成於部分該汲極與部分該主動層之上，以暴露部分該汲極與部分該主動層。
- 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板，其中該絕緣層包括一平坦層、一保護層或上述之組合。
- 如申請專利範圍第11項所述之薄膜電晶體基板，其中該平坦層由有機材料所組成。
- 一種顯示裝置，包括：如申請專利範圍第1項或第9項所述之一薄膜電晶體基板；一彩色濾光片基板，其中該彩色濾光片基板與該薄膜電晶體基板相對設置；一液晶層，形成於該薄膜電晶體基板與該彩色濾光片基板之間；以及一背光模組，形成於該薄膜電晶體基板之遠離該液晶層之一側。
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