TWI665493B - 液晶顯示器面板畫素單元的製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種液晶顯示器面板及其畫素單元的製備方法，其中，液晶顯示器面板包括玻璃基板、複數條列電極線、複數條行電極線。複數條列電極線平行排列於該玻璃基板上，複數條行電極線，平行排列於該玻璃基板上，該些行電極線與該些列電極線相互垂直設置，以定義出複數個畫素區，每個畫素區中設有畫素單元，該畫素單元包括電晶體、顯示電極及儲存電容。電晶體形成於該玻璃基板上，該電晶體包括閘極電極、源極電極及汲極電極，該閘極電極電性連接於該些列電極線的其中一條，該源極電極電性連接於該些行電極線中的其中一條。顯示電極形成於該玻璃基板上，該顯示電極電性連接於該汲極電極。儲存電容形成於該玻璃基板上，該儲存電容電性連接於該顯示電極，該儲存電容具有透明導電層作為上電極，且具有石墨烯層作為下電極。

Description

液晶顯示器面板畫素單元的製備方法
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種含有石墨烯層與透明導電層的液晶顯示器面板及其畫素單元的製備方法。
薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor-LCD,TFT LCD)是在畫面中的每個像素內建有電晶體，可使亮度更明亮、色彩更豐富及可視面積更寬廣，且具有螢幕反應速度快、對比度佳、亮度高、可視角度大等優點。TFT LCD面板由上表面至下表面大致由上層偏光板、上層玻璃基板、彩色濾光片、公共電極、液晶、沈積在底層玻璃基板上的場效電晶體電極、底層玻璃基板、底層偏光板、背光板及背光光源組成。背光光源由背光板發射出來，經過液晶和上層偏光板與下層偏光板的控制，並透過彩色濾光片以產生色彩斑斕的圖像。
LCD中有一個很重要的規格就是亮度。參考第1A圖，第1A圖為習知LCD面板的一畫素單元的俯視或仰視圖，畫素單元包括兩條互相平行的資料線S以及與資料線S垂直的 兩條互相平行的閘極線G，資料線S與閘極線G定義出一畫素區P1，畫素區P1中包括電晶體TFT、顯示電極D以及電容電極C。當背光光源從背光板發射出來時，不是所有的光線都能穿透過LCD面板，例如閘極線G及資料線S、電晶體TFT以及電容電極C，這些地方除了不完全透光之外，也由於經過這些地方的光線並不受電壓的控制，而無法顯示正確的灰階，所以需要利用黑矩陣(black matrix)加以遮蔽，以免干擾到畫素區P1中其他透光區域的正確亮度。
簡單來說，第1B圖為第1A圖的畫素區P1的透光示意圖，如第1B圖所示，有效透光區域L1佔畫素區P1的比例即為「開口率」，開口率為決定LCD面板的關鍵因素，其影響背光光源亮度的需求。因此，改善開口率為一項重要的課題。
本發明的目的在於，提供一種液晶顯示器面板及製備液晶顯示器面板的畫素單元的方法。
為解決上述技術問題，本發明一種液晶顯示器面板，包括玻璃基板、複數條列電極線及複數條行電極線。複數條列電極線平行排列於該玻璃基板上。複數條行電極線平行排列於該玻璃基板上。該些行電極線與該些列電極線相互垂直設置，以定義出複數個畫素區，每個畫素區中設有畫素單元，該畫素單元包括電晶體、顯示電極及儲存電容。電晶 體形成於該玻璃基板上，該電晶體包括閘極電極、源極電極及汲極電極，該閘極電極電性連接於該些列電極線的其中一條，該源極電極電性連接於該些行電極線中的其中一條。顯示電極形成於該玻璃基板上，該顯示電極電性連接於該汲極電極。儲存電容形成於該玻璃基板上，該儲存電容電性連接於該顯示電極，該儲存電容具有透明導電層作為上電極，且具有石墨烯層作為下電極。該電晶體還包含介電層，該介電層形成於該閘極電極與該玻璃基板之間，該介電層與該玻璃基板之間具有石墨烯材料，該源極電極與該汲極電極分別設置於該介電層的相對兩側，以形成石墨烯穿隧式通道。
根據一實施例，該透明導電層的材料為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)、鋁氧化鋅(AZO)或鎵氧化鋅(GZO)。
根據一實施例，該介電層的材料為高介電常數材料。
根據一實施例，該介電層的材料為二氧化鈦(TiO2)、二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、或該等之組合。
根據一實施例，該閘極電極、該源極電極及該汲極電極的材料分別為鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)或該等之組合。
相應的，本發明還提供一種製備液晶顯示器面板的畫素單元的方法，包括提供玻璃基板。接著，形成石墨烯 層於該玻璃基板上，該石墨烯層具有暴露該玻璃基板的第一開口，該第一開口將該石墨烯層分割為第一區域和第二區域。然後，形成介電層，該介電層具有覆蓋該第一區域的第三區域、覆蓋部分的暴露於該第一開口的該玻璃基板的第四區域以及覆蓋部分的該第二區域的第五區域，以形成暴露該玻璃基板的第二開口、及暴露該第二區域的第三開口與第四開口，其中該第三區域與該第四區域相連接，該第三開口與該第四開口分別設置於該第五區域的相對兩側。之後，形成透明導電層，該透明導電層具有覆蓋該第三區域的第六區域與覆蓋該第四區域的第七區域，以形成暴露該第二開口、該第三開口、該第五區域與該第四開口的第五開口。之後，形成透明導電層，該透明導電層具有覆蓋該第三區域的第六區域與覆蓋該第四區域的第七區域，以形成暴露該第二開口、該第三開口、該第五區域與該第四開口的第五開口。最後，形成電極層，該電極層包括汲極電極、閘極電極及源極電極，該汲極電極具有覆蓋該部分的該第七區域的第八區域、覆蓋暴露於該第二開口的該玻璃基板的第九區域及覆蓋暴露於該第三開口的該石墨烯層的第十區域，該閘極電極形成於該五區域上，該源極電極覆蓋暴露於該第四開口的該石墨烯層，其中該第八、九、十區域互相連接。其中，該透明導電層作為儲存電容的上電極，該石墨烯層作為該儲存電容的下電極。
根據一實施例，形成該介電層的步驟包括：該介 電層的材料為高介電常數材料。
根據一實施例，形成該介電層的步驟包括：該介電層的材料包括二氧化鈦(TiO2)、二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、或該等之組合。
根據一實施例，形成該透明導電層的步驟包括：該透明導電層的材料為銦錫氧化物(Indium TinOxide,ITO)、鋁氧化鋅(AZO)或鎵氧化鋅(GZO)。
根據一實施例，形成該電極層的步驟包括：該電極層的材料為鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)或該等之組合。
根據一實施例，形成該石墨烯層於該玻璃基板上的步驟包括：透過第一道微影蝕刻程序形成該第一開口。
根據一實施例，形成該介電層的步驟包括：透過第二道微影蝕刻程序形成該第二開口、該第三開口與該第四開口。
根據一實施例，形成該透明導電層的步驟包括：透過第三道微影蝕刻程序形成該第五開口。
根據一實施例，形成該電極層的步驟包括：透過第四道微影蝕刻程序形成該汲極電極、該閘極電極與該源極電極。
本發明提供的液晶顯示器面板與製備液晶顯示器面板的畫素單元的方法，透過石墨烯材料沈積成長於玻璃基板 上，並以石墨烯材料作為場效電晶體的通道以及儲存電容的下電極材料，兼具玻璃的透光性與石墨的導電性、導熱性和表面疏水性等優點，藉此增進顯示器面板的亮度。
S‧‧‧資料線
G‧‧‧閘極線
C‧‧‧電容電極
D、D'‧‧‧顯示電極
TFT、TFT'‧‧‧電晶體
GS‧‧‧行電極線
GG‧‧‧列電極線
GC‧‧‧儲存電容
P1、P2‧‧‧畫素區
L1、L2、L3‧‧‧有效透光區
S1~S6‧‧‧液晶顯示器面板的畫素單元的製備方法流程步驟
1‧‧‧液晶顯示器面板的畫素單元
100‧‧‧玻璃基板
300‧‧‧石墨烯層
310‧‧‧第一開口
330‧‧‧第一區域
350‧‧‧第二區域
500‧‧‧介電層
520‧‧‧第二開口
530‧‧‧第三開口
540‧‧‧第四開口
550‧‧‧第三區域
570‧‧‧第四區域
590‧‧‧第五區域
700‧‧‧透明導電層
750‧‧‧第五開口
650‧‧‧第五區域
660‧‧‧第六區域
670‧‧‧第七區域
680‧‧‧第八區域
800‧‧‧第二介電層
900‧‧‧電極層
910‧‧‧汲極電極
930‧‧‧閘極電極
950‧‧‧源極電極
990‧‧‧石墨烯穿隧式通道
第1A圖為習知液晶顯示器面板的畫素單元的俯視或仰視圖；第1B圖為第1A圖的液晶顯示器面板的畫素單元的畫素區的透光示意圖；第2A圖為本發明一實施例中液晶顯示器面板的畫素單元的俯視或仰視圖；第2B圖為第2A圖的液晶顯示器面板的畫素單元的畫素區的透光示意圖；第3圖為本發明一實施例中製備液晶顯示器面板的畫素單元的方法流程圖；第4圖為本發明一實施例中液晶顯示器面板的畫素單元的玻璃基板的剖面結構示意圖；第5圖為本發明一實施例中形成石墨烯層的剖面結構示意圖；第6圖為本發明一實施例中形成介電層的剖面結構示意圖； 第7圖為本發明一實施例中形成透明導電層的剖面結構示意圖；第8圖為本發明一實施例中形成電極層的剖面結構示意圖。
下面將結合示意圖對本發明的液晶顯示器面板及其畫素單元的製備方法進行更詳細的描述，其中表示了本發明的較佳實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明，而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對於本領域技術人員的廣泛知道，而並不作為對本發明的限制。
下文結合附圖對本發明的液晶顯示器面板及其畫素單元的製備方法。
參考第2A-2B圖，第2A圖為本發明的一實施例的液晶顯示器面板的畫素單元的俯視或仰視圖，第2B圖為第2A圖的液晶顯示器面板的畫素單元的畫素區的透光示意圖。第2A圖僅顯示本發明的一實施例的液晶顯示器面板的一畫素單元，實際上液晶顯示器面板包含複數個畫素單元所排列的矩陣。
如第2A圖所示，液晶顯示器面板包括玻璃基板(圖未示)、複數條列電極線GG、複數條行電極線GS。在本 實施例中，複數條列電極線GG形成於玻璃基板上，多條列電極線GG的條數為m，且互相平行排列。在本實施例中，複數條行電極線GS形成於玻璃基板上，多條行電極線GS的條數為n，且互相平行排列，多條列電極線GG與多條行電極線GS相互垂直設置，以定義出複數個畫素區P2，每個畫素區P2中具有一畫素單元，此畫素單元包括電晶體TFT'、顯示電極D'以及儲存電容GC。
在本實施例中，電晶體TFT'形成於玻璃基板上，電晶體TFT'包括閘極電極、源極電極及汲極電極，閘極電極電性連接於多條列電極線GG的其中一條，源極電極電性連接於行電極線GS中的其中一條。在本實施例中，顯示電極D'形成於玻璃基板上，顯示電極D'電性連接於汲極電極。在本實施例中，儲存電容GC形成於玻璃基板上，儲存電容GC電性連接於顯示電極D'。在本實施例中，儲存電容GC具有透明導電層作為上電極，且具有石墨烯層作為下電極。在本實施例中，電晶體TFT'還包含介電層(圖未示)，介電層形成於閘極電極與玻璃基板之間，源極電極與汲極電極分別設置於介電層的相對兩側，介電層與玻璃基板之間具有石墨烯材料，以形成石墨烯穿隧式通道。
根據一實施例，透明導電層的材料為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)、鋁氧化鋅(AZO)或鎵氧化鋅(GZO)。
根據一實施例，介電層的材料為高介電常數材 料，例如二氧化鈦(TiO2)、二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、或該等之組合。
根據一實施例，閘極電極、源極電極及汲極電極的材料分別為鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)或該等之組合。
藉此，畫素區P2中的有效透光區可從習知的有效透光區L1另外增加了兩個有效透光區L2、L3，也就是增加了開口率。
第3圖為本發明一實施例中製備液晶顯示器面板的畫素單元的方法流程圖。第4圖~第8圖為第3圖中各步驟的結構示意圖，其製備過程包括如下步驟：
執行步驟S1，參考第4圖所示，提供一玻璃基板100。根據一實施例，玻璃基板100的材料為矽酸鹽(SiO2)。
執行步驟S2，參考第5圖所示，形成石墨烯層300於玻璃基板100上，石墨烯層300具有暴露玻璃基板100的第一開口310，第一開口310將石墨烯層300分割為第一區域330和第二區域350。根據一實施例，形成石墨烯層300於玻璃基板100上的步驟包括沈積石墨烯材料，並利用第一道微影蝕刻程序形成第一開口310。
執行步驟S3，參考第6圖所示，形成介電層500，介電層500具有覆蓋第一區域330(標示於第5圖)的第三區域550、覆蓋部分的暴露於第一開口310(標示於第5圖)的玻璃 基板100的第四區域570以及覆蓋部分的第二區域350(標示於第5圖)的第五區域590，以形成暴露玻璃基板100的第二開口520及暴露石墨烯層300的第三開口530與第四開口540。更具體地來說，第三區域550與第四區域570互相連接，第二開口520與第三開口530相鄰近，第三開口530與第四開口540分別位於第五區域590的相對兩側。
根據一實施例，形成介電層500的步驟包括沈積介電材料，介電材料可選用高介電常數材料，例如二氧化鈦(TiO2)、二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、或該等之組合，並利用第二道微影蝕刻程序形成第二開口520、第三開口530與第四開口540。
執行步驟S4，參考第7圖所示，形成透明導電層700，透明導電層700具有覆蓋第三區域550(標示於第6圖)的第六區域710與覆蓋第四區域570(標示於第6圖)的第七區域730，以形成暴露第二開口520(標示於第6圖)、第三開口530(標示於第6圖)、第五區域590(標示於第6圖)與第四開口540(標示於第6圖)的第五開口750。根據一實施例，形成透明導電層700的步驟包括沈積透明導電材料，例如銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)、鋁氧化鋅(AZO)或鎵氧化鋅(GZO)，並利用第三道微影蝕刻程序形成第五開口750。值得注意的是，透明導電層700、介電層500與石墨烯層300形成儲存電容(未標示)，透明導電層700作為儲存電容的上電極，石墨烯 層300的第一區域330作為儲存電容的下電極。
執行步驟S5，參考第8圖所示，形成電極層900。電極層900包括源極電極910、閘極電極930與汲極電極950。源極電極910覆蓋暴露於第四開口540(標示於第6圖)的石墨烯層300。閘極電極930形成於第五區域590(標示於第6圖)上。源極電極950覆蓋第四開口。汲極電極930具有覆蓋部分之第七區域730(標示於第7圖)的第八區域951、覆蓋暴露於第二開口(標示於第6圖)的玻璃基板100的第九區域953與覆蓋暴露於第三開口530(標示於第6圖)的石墨烯層300的第十區域955。更具體地來說，第八區域951、第九區域953與第十區域955互相連接。
藉此形成液晶顯示器面板的畫素單元1。根據一實施例，形成電極層900的步驟包括沈積電極材料，例如鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)等導電金屬的其中一種或組合，並利用第四道微影蝕刻程序形成源極電極910、閘極電極930與汲極電極950。
根據一實施例，步驟S2至S5的沈積步驟分別採用化學氣相沈積(CVD)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)或原子層沈積(ALD)等方式沈積。
值得注意的是，介電層500形成於閘極電極930與玻璃基板100之間，石墨烯層300的第二區域350形成於介電層500與玻璃基板100之間，源極電極910與汲極電極950分別設置 於介電層500的相對兩側，以形成石墨烯穿隧式通道990。
本發明採用石墨烯電晶體取代非晶矽薄膜電晶體，並採用透明導電材料與石墨烯材料作為儲存電容的電極材料，可增加有效透光區域，即提高開口率，以增加液晶顯示器面板的亮度，並降低背光光源的亮度需求，進而節省LCD面板的功耗。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。

Claims (9)

  1. 一種製備液晶顯示器面板的畫素單元的方法，包括：提供玻璃基板；形成石墨烯層於該玻璃基板上，該石墨烯層具有暴露該玻璃基板的第一開口，該第一開口將該石墨烯層分割為第一區域和第二區域；形成介電層，該介電層具有覆蓋該第一區域的第三區域、覆蓋部分的暴露於該第一開口的該玻璃基板的第四區域以及覆蓋部分的該第二區域的第五區域，以形成暴露該玻璃基板的第二開口、及暴露該第二區域的第三開口與第四開口，其中該第三區域與該第四區域相連接，該第三開口與該第四開口分別設置於該第五區域的相對兩側；形成透明導電層，該透明導電層具有覆蓋該第三區域的第六區域與覆蓋該第四區域的第七區域，以形成暴露該第二開口、該第三開口、該第五區域與該第四開口的第五開口；及形成電極層，該電極層包括汲極電極、閘極電極及源極電極，該汲極電極具有覆蓋該部分的該第七區域的第八區域、覆蓋暴露於該第二開口的該玻璃基板的第九區域及覆蓋暴露於該第三開口的該石墨烯層的第十區域，該閘極電極形成於該五區域上，該源極電極覆蓋暴露於該第四開口的該石墨烯層，其中該第八、九、十區域互相連接；其中，該透明導電層作為儲存電容的上電極，該石墨烯層作為該儲存電容的下電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中，形成該介電層的步驟包括：該介電層的材料為高介電常數材料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中，形成該介電層的步驟包括：該介電層的材料包括二氧化鈦(TiO2)、二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、或該等之組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中，形成該透明導電層的步驟包括：該透明導電層的材料為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)、鋁氧化鋅(AZO)或鎵氧化鋅(GZO)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中，形成該電極層的步驟包括：該電極層的材料為鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)或該等之組合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中，形成該石墨烯層於該玻璃基板上的步驟包括：透過第一道微影蝕刻程序形成該第一開口。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中，形成該介電層的步驟包括：透過第二道微影蝕刻程序形成該第二開口、該第三開口與該第四開口。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中，形成該透明導電層的步驟包括：透過第三道微影蝕刻程序形成該第五開口。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中，形成該電極層的步驟包括：透過第四道微影蝕刻程序形成該汲極電極、該閘極電極與該源極電極。
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