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CN100399179C - 液晶面板的像素结构及其制造方法与驱动方法 - Google Patents

液晶面板的像素结构及其制造方法与驱动方法 Download PDF

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CN100399179C CNB2005100908544A CN200510090854A CN100399179C CN 100399179 C CN100399179 C CN 100399179C CN B2005100908544 A CNB2005100908544 A CN B2005100908544A CN 200510090854 A CN200510090854 A CN 200510090854A CN 100399179 C CN100399179 C CN 100399179C
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Abstract

一种液晶面板的像素结构的制造方法，此方法是在第一基板上形成多晶硅岛状物，其中多晶硅岛状物具有主动元件区以及储存电容区。接着在储存电容区的多晶硅岛状物中植入离子以形成下电极。之后在多晶硅岛状物上形成栅绝缘层。在栅绝缘层上形成栅极与上电极。之后利用栅极作为植入掩膜于多晶硅岛状物中形成源极以及漏极，再于栅绝缘层上形成绝缘层。接着于绝缘层上形成像素电极，且像素电极与漏极与下电极电连接。随后于第二基板上形成电极膜，其中电极膜与上电极共同电连接至共电极。再于两基板之间形成液晶层。本发明的像素结构适合以共电位驱动方式驱动，以达到省电目的。

Description

液晶面板的像素结构及其制造方法与驱动方法
技术领域
本发明涉及一种液晶面板的像素结构及其制造方法与驱动方法，且特别是涉及一种低温多晶硅(low temperature poly-silicon，LTPS)薄膜晶体管液晶面板的像素结构及其制造方法与驱动方法。
背景技术
低温多晶硅薄膜晶体管是一种有别于一般传统的非晶硅薄膜晶体管(Amorphous Silicon TFT)的技术，其电子迁移率可以达到200cm2/V-sec以上，因此可使薄膜晶体管元件做得更小，而使开口率(Aperture Ratio)增加，进而增加显示器亮度，减少功率消耗。另外，由于电子迁移率的增加可以将部分驱动电路随同薄膜晶体管工艺同时制造于玻璃基板上，大幅提高液晶显示面板的特性及可靠性，使得面板制造成本大幅降低，因此制造成本较非晶硅薄膜晶体管液晶显示器低出许多。另外，因低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器具有厚度薄、重量轻、分辨率佳等特点，因此特别适合应用于要求轻巧省电的移动终端产品上。
目前对于液晶显示器的驱动方式经常会采用纵列反转型(columninversion)驱动方式或是行反转型(line inversion)驱动方式。然而，在传统行反转型驱动方式中，由于信号线的信号必须在每一次写入像素之后即进行极性反转，因此，高的电压振幅以及反转频率会造成功率消耗大幅提高。
为了降低行反转型驱动方式存在高消耗功率的问题，需要对此种驱动方式进行修改以达到低消耗功率的目的。
发明内容
因此，本发明的目的就是提供一种液晶面板的像素结构，此种像素结构能适用于低消耗功率的驱动方式。
本发明的再一目的是提供一种液晶面板的像素结构的制造方法，所制造出的像素结构能适用于低消耗功率的驱动方式。
本发明的另一目的是提供一种液晶面板的像素结构的驱动方法，此种驱动方式可以降低面板消耗功率。
本发明提出一种液晶面板的像素结构的制造方法，该方法首先在第一基板上形成多晶硅层。之后图案化此多晶硅层，以形成多晶硅岛状物，其中此多晶硅岛状物具有主动元件区以及储存电容区。接着在储存电容区的多晶硅岛状物中植入离子以形成下电极。然后在多晶硅岛状物上形成栅绝缘层。之后于主动元件区的栅绝缘层上形成栅极，并且在储存电容区的栅绝缘层上形成上电极。随后利用上述栅极作为掩膜进行离子植入步骤，以于主动元件区的多晶硅岛状物中形成源极以及漏极。接着在栅绝缘层上形成绝缘层，覆盖栅极以及上电极。并且于绝缘层上形成像素电极，其中像素电极与漏极以及下电极电连接。然后于第二基板上形成电极膜，其中电极膜与上电极共同电连接至电极。最后再于第一基板以及第二基板之间形成液晶层。
本发明提出一种液晶面板的像素结构，其包括第一基板、单一型低温多晶硅薄膜晶体管、像素电极、储存电容器、第二基板、电极膜、液晶层以及液晶电容器。其中，单一型低温多晶硅薄膜晶体管设置在第一基板上，像素电极设置在第一基板上，且与单一型低温多晶硅薄膜晶体管电连接。另外，储存电容器设置在第一基板上，其中此储存电容器的一端与单一型低温多晶硅薄膜晶体管电连接，且储存电容器相对于该单一型低温多晶硅薄膜晶体管来说为对称性电容器。此外，第二基板设置于第一基板的上方，电极膜设置在第二基板表面上。而液晶层是设置在第一基板以及第二基板之间。再者，液晶电容器是位于第一基板以及第二基板之间，其中此液晶电容器的一端与单一型低温多晶硅薄膜晶体管电连接，且此液晶电容器的另一端与上述储存电容器的另一端共同连接至共电极。
本发明提出一种液晶面板的像素结构的驱动方法，此方法用以驱动先前所述的像素结构。此驱动方法即是对上述共电极施予开关式(toggle)电压，以利用共电位反转型(Vcom inversion)驱动方式驱动，其中此共电极与液晶电容器的一端以及储存电容器的一端电连接。
本发明的像素结构可以利用共电位反转型(Vcom inversion)驱动方式驱动，因此可以降低面板的功率消耗。此外，因本发明的液晶面板的像素结构的制造工艺中使用栅极作为自行对准掩膜来形成源极与漏极，因此可提高薄膜晶体管的性能。
为让本发明上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A至1F是依照本发明一较佳实施例的液晶面板的像素结构的制造流程剖面示意图。
图2是依照本发明一较佳实施例的液晶面板的像素结构剖面示意图。
图3是图2的液晶面板的像素结构的等效电路图。
图4A至图4C是依照本发明的另一较佳实施例的形成像素结构的步骤。
图5是驱动本发明的像素结构的时间与电压示意图。
主要元件标记说明
300、350：基板
302：多晶硅层
304：缓冲层
306：主动元件区
308：储存电容区
309、318：离子植入步骤
310：光刻胶层
312：下电极
314；栅绝缘层
316a：栅极
316b：上电极
320a：源极
320b：漏极
322：通道区
324、330：绝缘层
326a、326b：金属层
328：像素电极
352：彩色滤光层
354：电极膜
340：液晶层
360：薄膜晶体管
370：储存电容器
380：液晶电容器
DL：数据线
SL：扫描线
402、402a、402b：光刻胶层
500：光刻掩膜
502：未曝光区
504：局部曝光区
506：曝光区
具体实施方式
图1A至图1F是依照本发明一较佳实施例的液晶面板的像素结构的制造流程剖面示意图。图2是依照本发明一较佳实施例的液晶面板的像素结构的剖面示意图。图3是图2的像素结构的等效电路图。
首先，请参照图1A，在基板300上形成多晶硅层304。在一较佳实施例中，于形成多晶硅层304之前还包括先于基板300上形成缓冲层302。而形成多晶硅层304的方法例如是先沉积非晶硅层(未表示)之后，再对非晶硅层进行激光回火工艺以形成。
请参照图1B，图案化多晶硅层304，以形成多晶硅岛状物304a，其中多晶硅岛状物304a具有主动元件区306以及储存电容区308。在一较佳实施例中，形成多晶硅岛状物304a的方法例如是利用光刻工艺以及蚀刻工艺以形成。
请参照图1C，在储存电容区308的多晶硅岛状物304a中植入离子，以形成下电极312。在一较佳实施例中，于储存电容区308的多晶硅岛状物304a中植入离子以形成下电极312的方法例如是先于基板300的上方形成光刻胶层310，覆盖住多晶硅岛状物304a的主动元件区306。之后，利用光刻胶层310作为掩膜进行离子植入步骤309，以于储存电容器区308的多晶硅岛状物304a中植入N型或P型离子，而形成下电极312。
请参照图1D，移除图1C的光刻胶层310之后，于基板300上方形成栅绝缘层314，覆盖住上述多晶硅岛状物304a与下电极312。随后，在主动元件区306的栅绝缘层314上形成栅极316a，并且在储存电容区308的栅绝缘层314上形成上电极316b。如此，上电极316b、下电极312以及两电极之间的栅绝缘层314即构成如图3所示的储存电容器370。此时，还同时定义出如图3所示的扫描线SL。在一较佳实施例中，形成栅极316a与上电极316b的方法例如是先于栅绝缘层314上形成导电层之后，图案化该导电层，以定义出栅极316a、上电极316b以及扫描线SL。
请参照图1E，利用栅极316a与上电极316b作为植入掩膜进行N型或P型离子植入步骤318，以于主动元件区306的多晶硅岛状物304a中形成源极320a以及漏极320b，且源极320a以及漏极320b之间的区域即为通道区322。因此，栅极316a、源极320a、漏极320b以及通道区322即构成图3所示的薄膜晶体管360，其例如是N型低温多晶硅薄膜晶体管或是P型低温多晶硅薄膜晶体管。特别是，薄膜晶体管360(其漏极320b)与储存电容器370(其下电极312)电连接。
请参照图1F，于栅绝缘层314上形成绝缘层324，覆盖住栅极316a以及上电极316b。并且于绝缘层324的表面以及绝缘层324中形成与源极320a电连接的源极金属层326a，以及与漏极320b电连接的漏极金属层326b。此时，还包括定义出如图3所示的数据线DL，其与源极金属层326a电连接。之后，再于绝缘层324上定义出像素电极328，且像素电极328与漏极金属层326b电连接。
之后，请参照图2，于源极金属层326a与漏极金属层326b上覆盖另一绝缘层330。另外，再提供另一基板350，并且在基板350上方形成电极膜354。在一较佳实施例中，于形成电极膜354之前还可以先形成彩色滤光层352。彩色滤光层352例如是由多个彩色滤光图案以及黑矩阵所构成。随后，将已在其上形成有许多膜层的两基板350、300接合在一起，并于两基板350、300之间形成液晶层340。其中，基板300上的像素电极328、基板350上的电极膜354以及两电极之间的液晶层340即构成如图3所示的液晶电容器380。
特别是，液晶电容器380的其中一端(像素电极328)与薄膜晶体管360电连接，液晶电容器380的另一端(电极膜354)电连接至共电极(Vcom)。而且先前所述的储存电容器370的另一端(上电极316b)也是电连接至该共电极(Vcom)。
值得注意的是，先前图1B至图1C的步骤亦可以以下列图4A至图4C的步骤来取代。首先请参照图4A，于基板300上形成多晶硅层304之后，于多晶硅层304上形成光刻胶层402，其中光刻胶层402具有第一部分402a以及第二部分402b，且第一部分402a覆盖住主动元件区306，第二部分402b覆盖住储存电容区308，且第一部分402a的厚度大于第二部分402b的厚度。在一较佳实施例中，形成光刻胶层402的方法例如是利用特殊设计的光刻掩膜500来进行光刻工艺，其中该光刻掩膜500具有对应储存电容区308的局部曝光区504、对应主动元件区306的未曝光区502以及对应其它区域的曝光区506。采用光刻掩膜500来进行光刻工艺，即可以形成具有第一部分402a以及第二部分402b的光刻胶层402。
之后，请参照图4B图，利用光刻胶层402作为蚀刻掩膜对多晶硅层304进行蚀刻工艺，以定义出多晶硅岛状物304a。
随后，如图4C所示，移除光刻胶层402的第二部分402b，而保留覆盖住主动元件区306的第一部分402a。在一较佳实施例中，移除光刻胶层402的第二部分402b的方法例如是对光刻胶层402进行灰化步骤(ashing)，其例如是利用氧气等离子体进行各向异性蚀刻步骤。之后，利用保留下来的光刻胶层402第一部分402a作为植入掩膜进行离子植入步骤，以于储存电容区308的多晶硅岛状物304a中植入N型离子或是P型离子，以形成下电极312。
后续的步骤即与图1D至图1F以及图2相同，在此不再赘述。而若使用图4A至图4C的步骤来取代图1B至图1C的步骤，则可以省去一道光刻掩膜工艺。
因此，利用上述方法所形成的液晶面板的像素结构如图2所示，且其等效电路图如图3所示。
请同时参照图2以及图3，本发明的液晶面板的像素结构包括扫描线SL、数据线DL、P型或N型低温多晶硅薄膜晶体管360、储存电容器370以及液晶电容器380。其中，低温多晶硅薄膜晶体管360与扫描线SL以及数据线DL电连接，储存电容器370的一端与低温多晶硅薄膜晶体管360电连接，液晶电容器380的一端亦与低温多晶硅薄膜晶体管360电连接。特别是，储存电容器370的另一端以及液晶电容器380的另一端共同连接至共电极(Vcom)。
在一较佳实施例中，低温多晶硅薄膜晶体管360由栅极316a、源极320a、漏极320b以及位于源极320a与漏极320b之间的通道区322所构成。本发明的低温多晶硅薄膜晶体管360可以是单一栅极形式或是双栅极形式(附图表示单一栅极形式，但并非用以限定本发明)。其中，栅极316a与扫描线SL电连接，源极320a通过源极金属层326a而与数据线DL电连接，漏极320b通过漏极金属层326b而与像素电极328电连接。在此，若薄膜晶体管360为P型薄膜晶体管，则源极320a与漏极320b中掺杂有P型离子。相反的，若薄膜晶体管360为N型薄膜晶体管，则源极320a与漏极320b中掺杂有N型离子。
此外，储存电容器370由上电极316b、下电极312以及夹于两电极之间的绝缘层314所构成，其中储存电容器370的下电极312与薄膜晶体管360的漏极320b电性接触。特别是，因储存电容器370相对于低温多晶硅薄膜晶体管360来说为不具极性的对称性电容器。也就是，若低温多晶硅薄膜晶体管360为N型低温多晶硅薄膜晶体管，则下电极312中掺杂有N型离子。反之，若低温多晶硅薄膜晶体管360为P型低温多晶硅薄膜晶体管，则下电极312中掺杂有P型离子。
再者，液晶电容器380的其中一个电极即是像素电极328，而另一电极是另一基板350上的电极膜354，而夹于两电极膜之间的液晶层340即是电容介电层。其中，液晶电容器380的其中一个电极(即像素电极328)与薄膜晶体管360的漏极320b电连接。
特别是，上述储存电容器370的上电极316b以及液晶电容器380的另一电极(即电极膜354)为共同电连接的共电极(Vcom)。
由于本发明的像素结构中的储存电容器为不具有极性的对称性电容器，因此本发明的像素结构(如图2与图3所示)可以利用共电位反转型(Vcom inversion)驱动方式驱动。而此种驱动方式即是对图3所示的共电极(Vcom)施予开关式(toggle)电压，其中此共电极(Vcom)与液晶电容器380的一端以及储存电容器370的一端电连接。而上述开关式(toggle)电压例如是如图5所示，其为时间与电压的关系图。
由于本发明的像素结构可以利用共电位反转型(Vcom inversion)驱动方式驱动，因此可以降低面板的功率消耗。
除此之外，由于本发明的液晶面板的像素结构的制造工艺中使用栅极作为自行对准掩膜来形成源极与漏极，因此可提高薄膜晶体管的性能。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (7)

1.一种液晶面板的像素结构的制造方法，其特征是包括：
在第一基板上形成多晶硅层；
图案化该多晶硅层，以形成多晶硅岛状物，其中该多晶硅岛状物具有主动元件区以及储存电容区；
在该储存电容区的该多晶硅岛状物中植入离子，以形成下电极；
在该多晶硅岛状物上形成栅绝缘层；
在该主动元件区的该栅绝缘层上形成栅极，并且在该储存电容区的该栅绝缘层上形成上电极；
利用该栅极作为掩膜进行离子植入步骤，以于该主动元件区的该多晶硅岛状物中形成源极以及漏极；
在该栅绝缘层上形成绝缘层，覆盖该栅极以及该上电极；
于该绝缘层上形成像素电极，其中该像素电极与该漏极以及该下电极电连接；
于第二基板上形成电极膜，其中该电极膜与该上电极共同电连接至共电极；以及
于该第一基板以及该第二基板之间形成液晶层。
2.根据权利要求1所述的液晶面板的像素结构的制造方法，其特征是在该储存电容区的该多晶硅岛状物中植入离子以形成该下电极的方法包括：
在该多晶硅岛状物上形成光刻胶层，覆盖该主动元件区；
以该光刻胶层为植入掩膜进行离子植入步骤，以于该储存电容区的该多晶硅岛状物中植入离子；以及
移除该光刻胶层。
3.根据权利要求1所述的液晶面板的像素结构的制造方法，其特征是形成该多晶硅岛状物以及在该储存电容区的该多晶硅岛状物中植入离子以形成该下电极的方法包括：
在该多晶硅层上形成光刻胶层，其中该光刻胶层具有覆盖住该主动元件区的第一部分以及覆盖住该储存电容区第二部分，且该第一部分的厚度大于该第二部分的厚度；
以该光刻胶层为蚀刻掩膜蚀刻该多晶硅层，以形成该多晶硅岛状物；
移除该光刻胶层的该第二部分；
以该光刻胶层的该第一部分作为植入掩膜进行离子植入步骤，以于该储存电容区的该多晶硅层中植入离子；以及
将该光刻胶层移除。
4.根据权利要求3所述的液晶面板的像素结构的制造方法，其特征是形成该光刻胶层的方法包括利用具有局部曝光区以及未曝光区的光刻掩膜以进行光刻工艺，即可形成对应该未曝光区的该第一部分以及对应该局部曝光区的该第二部分。
5.根据权利要求3所述的液晶面板的像素结构的制造方法，其特征是移除该光刻胶层的该第二部分的方法包括对该光刻胶层进行灰化步骤。
6.根据权利要求1所述的液晶面板的像素结构的制造方法，其特征是于形成该多晶硅层之前，还包括于该基板上形成缓冲层。
7.根据权利要求1所述的液晶面板的像素结构的制造方法，其特征是于该第二基板上形成该电极膜之前，还包括先于该第二基板上形成彩色滤光层。
CNB2005100908544A 2004-09-22 2005-08-18 液晶面板的像素结构及其制造方法与驱动方法 Expired - Fee Related CN100399179C (zh)

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