CN102956646A - 薄膜晶体管基板与其所组成的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管基板与其所组成的显示装置。该薄膜晶体管基板包括：一基板；一栅极线(gate line)、一栅极绝缘层、一有源层、一源极、一漏极形成于基板上，以构成一薄膜晶体管；一绝缘层，形成于薄膜晶体管之上，其中绝缘层中具有一接触孔(via)，且接触孔形成于部分漏极与部分有源层之上，以暴露部分漏极与部分有源层；以及一像素电极，形成于接触孔中与绝缘层之上，其中像素电极电性透过接触孔连接至漏极。

Description

薄膜晶体管基板与其所组成的显示装置

技术领域

本发明是有关于一种基板，且特别是有关于一种薄膜晶体管基板与其所组成的显示装置。

背景技术

液晶显示器(liquid crystal display)由于具有轻、低消耗功率、无辐射等优点，目前已应用于各种个人电脑、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、手机、电视等。

液晶显示器主要由薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)基板、彩色滤光片(color filter，CF)基板与形成于两基板之间的液晶层所组成。依照液晶显示器电极的位置摆放差异，又可分成扭转向列型模式(twisted nematic，TN)或横向电场效应模式(in-plane switching，IPS)。

请参见图1，此图为已知横向电场效应模式(in-plane switching，IPS)薄膜晶体管基板的俯视图，薄膜晶体管基板单一像素区100由栅极线(亦可称为扫描线)102、共同线104与垂直于栅极线102的数据线106所组成，其中薄膜晶体管108位于栅极线102之上，像素电极110与共同电极112设计在同一基板(未显示)之上，且因为像素电极110与共同电极112由透明导电材料所组成(像素电极110与共同电极112位于不同的两层，两者电性不导通)，因此两者所在区域(虚线区域)为透光区114。

已知技术为了降低反馈通道效应(feed-through effect)，将位于漏极150上的漏极接触孔(drain via)185形成于栅极线102与数据线106所定义的区域中(即可透光的区域)，然而漏极150由不透光材料组成，因此降低了液晶显示器的可视区114面积。

此外，随着液晶显示器解析度日益提高的同时，漏极接触孔(drain via)185若依然设计于可透光的区域中，会使开口率(Aperture ratio，AR)降低，因此，业界亟需提出一种新的薄膜晶体管基板，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种薄膜晶体管基板，包括：一基板；一栅极线(gate line)、一栅极绝缘层、一有源层依序形成于基板上；一源极、一漏极同时形成于有源层上，以构成一薄膜晶体管；一绝缘层，形成于薄膜晶体管之上，其该绝缘层中具有一接触孔(via)，且接触孔形成于部分漏极与部分有源层之上，以暴露部分漏极与部分有源层；以及一像素电极，形成于接触孔中与绝缘层之上，其中像素电极透过接触孔电性连接至该漏极。

本发明另提供一种薄膜晶体管基板，包括：一基板；一栅极线(gate line)、一栅极绝缘层、一有源层依序形成于基板上；一源极、一漏极形成于有源层上，以构成一薄膜晶体管；一绝缘层，形成于薄膜晶体管之上，其中绝缘层中具有一接触孔(via)，且接触孔完全地(totally)形成于栅极线之上，以暴露部分漏极；以及一像素电极形成于接触孔中与绝缘层之上，其中像素电极透过接触孔电性连接至漏极。

本发明亦提供一种显示装置，包括：一薄膜晶体管基板，其包括本发明实施例一～实施例六所述的薄膜晶体管基板；一彩色滤光片基板，其中彩色滤光片基板与薄膜晶体管基板相对设置；一液晶层，形成于薄膜晶体管基板与彩色滤光片基板之间；以及一背光模块，形成于薄膜晶体管基板的远离液晶层的一侧。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为一俯视图，用以说明已知的薄膜晶体管基板的结构。

图2A～2B为一俯视图与剖面图，用以说明本发明第一实施例的薄膜晶体管基板结构。

图3A-3E为一系列剖面图，用以说明本发明第一实施例的制法。

图4A-4B为一俯视图与剖面图，用以说明本发明第二实施例的薄膜晶体管基板结构。

图5A-5B一俯视图与剖面图，用以说明本发明第三实施例的薄膜晶体管基板结构。

图6A-6B为一俯视图与剖面图，用以说明本发明第四实施例的薄膜晶体管基板结构。

图7A-7B为一俯视图与剖面图，用以说明本发明第五实施例的薄膜晶体管基板结构。

图8A-8B为一俯视图与剖面图，用以说明本发明第六实施例的薄膜晶体管基板结构。

图9为一剖面图，用以说明本发明的显示装置。

主要元件符号说明：

30a～薄膜晶体管区

30b～储存电容区

100～薄膜晶体管基板单一像素区

102～栅极线

104～共同线

106～数据线

108～薄膜晶体管

110～像素电极

112～共同电极

114～透光区

150～漏极

185～漏极接触孔

200、400、500、700、900、1100～薄膜晶体管基板单一像素区

201～基板

202～栅极线

204～共同线

206～数据线

208～薄膜晶体管

214～可视区

230～栅极绝缘层

240～有源层

251～漏极

252～源极

260～平坦层

265～第一接触孔

270～共同电极

280～保护层

285～漏极接触孔

290～像素电极

具体实施方式

本发明提供一种薄膜晶体管基板，此基板的漏极接触孔(drain via)仅部分地占据可透光的位置，或完全不占据可透光的位置，以提高可视区的位置并解决高解析度液晶显示器开口率降低的问题。

请参见图2A-2B，图2A显示本发明第一实施例的薄膜晶体管基板的俯视图，图2B显示图2A沿着AA’线的剖面图。

图2A提供一种横向电场效应模式(in-plane switching，IPS)薄膜晶体管基板的俯视图，薄膜晶体管基板单一像素区200由栅极线(亦可称为扫描线)202、共同线204与垂直于栅极线202的数据线206所组成，其中薄膜晶体管208位于栅极线202之上，像素电极290与共同电极270设计在同一基板201(请参见图2B)之上。

请参见图2B，栅极线202、栅极绝缘层230、有源层240、漏极251、源极252构成薄膜晶体管208，其中，漏极251、源极252与数据线206由同一道金属层所定义出，且平坦层260与保护层280形成于薄膜晶体管208之上，其中于平坦层260与保护层280中具有漏极接触孔(drain via)285，此漏极接触孔285系形成于部分漏极251与部分有源层240之上，以暴露部分漏极251与部分有源层240。于一实施例中，有源层240由非晶硅材料(a-Si)所组成，而平坦层260由有机材料所组成。

须注意的是，于已知技术中，接触孔占据了部分可透光区的面积，因而降低了液晶显示器的开口率，而于本发明第一实施例中，漏极接触孔285除形成于部分漏极251与部分有源层240之上，尚包括完全地(totally)形成于栅极线202之上，因此，相较于先前技术，本发明的第一实施例的漏极接触孔285完全不占据可视区214(虚线区域)，以提高薄膜晶体管基板的开口率。

此外，所谓的“反馈通道效应(feed-through effect)”可由下列公式(I)表示：

反馈通道电压(feed through voltage)∝C_gd/C_st----(I)

其中C_gd表示栅极与漏极之间的电容，C_st表示储存电容

由式(I)可知，当C_st提高时，可降低反馈通道电压，由于本发明第一实施例属于横向电场效应模式(in-plane switching，IPS)时，因此，相较于已知扭转向列型模式(twisted nematic，TN)，本发明的第一实施例的横向电场效应模式(IPS)的储存电容(C_st)较大，使得反馈通道电压变小。(平行电容的公式C＝εA/d，其中A表示平行板的面积，d表示平行板的距离，于IPS模式，共同电极270面积较大，因此，IPS模式的C_st大于TN模式的C_st)

请参见图3A-3E，这些图显示本发明第一实施例的制法，图中标号与图2A-2B相同者，代表相同元件。下述制法使用多次的光刻蚀刻技术，此技术为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

于图3A中，首先提供一基板201，基板201之上可分成薄膜晶体管区30a与储存电容区30b。接着，于基板201之上形成金属线并图案化之，使位于薄膜晶体管区30a的金属线形成栅极线202，而位于储存电容区30b的金属线形成共同线204，金属线包括铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)、银(Ag)或上述的组合。之后，于基板201之上、栅极线202与共同线204之上形成栅极绝缘层230。

接着，于薄膜晶体管区30a的栅极绝缘层230之上依序形成有源区240、漏极251与源极252，其中由栅极线202、栅极绝缘层230、有源层240、漏极251、源极252构成薄膜晶体管208。于一较佳实施例中，有源层240由非晶硅(a-Si)材料所组成。

之后，请参见图3B，于薄膜晶体管208与栅极绝缘层230之上形成平坦层260，其中平坦层260由绝缘材料所组成，较佳由有机材料所组成。之后，于储存电容区30b的平坦层260与栅极绝缘层230中形成第一接触孔265，以暴露共同线204。

请参见图3C，于第一接触孔265之中形成共同电极270，以使共同电极270电性连接共同线204，其中共同电极270由透明导电层所组成，透明导电层包括氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)、氧化镉锡(cadmium tin oxide，CTO)、氧化铝锌(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化铟锡锌(indium tin zinc oxide，ITZO)、氧化锌(zinc oxide)、氧化镉(cadmium oxide，CdO)、氧化铪(hafnium oxide，HfO)、氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide，InGaZnO)、氧化铟镓锌镁(indium gallium zinc magnesium oxide，InGaZnMgO)、氧化铟镓镁(indium gallium magnesium oxide，InGaMgO)或氧化铟镓铝(indiumgallium aluminum oxide，InGaAlO)。

请参见图3D，于共同电极270与平坦层260之上形成保护层280，保护层280亦由绝缘材料所组成。之后，于薄膜晶体管区30a的保护层280与平坦层260之中形成漏极接触孔285，以暴露部分漏极251与部分有源层240。

请参见图3E，于漏极接触孔285中与保护层280之上形成像素电极290，其中像素电极290电性接触漏极251，且像素电极290由透明导电层所组成。于一较佳的实施例中，共同电极270与像素电极290皆由氧化铟锡(indium tinoxide，ITO)所组成。

请参见图4A-4B，图4A显示本发明第二实施例的薄膜晶体管基板的俯视图，图4B显示图4A沿着BB’线的剖面图，图中标号与图2A-2B相同者，代表相同元件，在此不再赘述。

须注意的是，第二实施例(图4A)与第一实施例(图2A)的差别在于，第二实施例的漏极接触孔285仅部分地形成于栅极线202之上，而第一实施例的漏极接触孔285则完全地形成于栅极线202之上。相较于第一实施例，第二实施例的栅极208与漏极251之间重叠的区域较小，亦即第二实施例的栅极与漏极之间的电容(C_gd)较小，由式(I)可知，当C_gd降低时，更可降低反馈通道电压。

第二实施例同样属于横向电场效应模式(in-plane switching，IPS)，且制法与第一实施例相同，在此不再赘述。

请参见请参见图5A-5B，图5A显示本发明第三实施例的薄膜晶体管基板的俯视图，图5B显示图5A沿着AA’线的剖面图，图中标号与图2A-2B相同者，代表相同元件，在此不再赘述。

于第三实施例中，本发明的漏极接触孔285形成于部分漏极251与部分有源层240之上(请参见图5A)，且完全地形成于栅极线202之上(请参见图5B)。

请参见图2B与图5B，第三实施例与第一实施例的结构与制法大致相似，其差别在于，第三实施例系先形成像素电极290与漏极251之间的电性接触，之后才形成共同电极270于保护层280上。

请参见请参见图6A-6B，图6A显示本发明第四实施例的薄膜晶体管基板的俯视图，图6B显示图6A沿着AA’线的剖面图，图中标号与图2A-2B相同者，代表相同元件，在此不再赘述。

于第四实施例中，本发明的漏极接触孔285形成于部分漏极251与部分有源层240之上，且完全地形成于栅极线202之上。须注意的是，第四实施例与第一实施例的差别在于，第四实施例仅有保护层280，而无平坦层260。

于第四实施例中，由于共同线204可直接形成于共同电极270之上(图中未显示)，因此，相较于第一实施例，第四实施例不需要制作平坦层，也不需要于平坦层中制作第一接触孔，可更节省制程步骤与成本。

请参见图7A-7B，图7A显示本发明第五实施例的薄膜晶体管基板的俯视图，图7B显示图7A沿着AA’线的剖面图，图中标号与图2A-2B相同者，代表相同元件，在此不再赘述。

于第五实施例中，本发明的漏极接触孔285形成于部分漏极251与部分有源层240之上，且完全地形成于栅极线202之上。须注意的是，请参见图7B，第五实施例与第一实施例的差别在于，第五实施例的栅极线202与基板201之间尚包括一共同电极270。于第五实施例中，共同电极270与栅极线202可利用一半调式光罩(图中未显示)形成。

须注意的是，半调式光罩由透明基板、金属层与半透光膜所组成，其中半透光膜位于透明基板之上，金属层位于半透光膜之上，由于半透光膜的透光率不同于金属层的透光率，因此，可借由半调式光罩形成具有图案化的透明导电层与图案化的金属层。另言之，第五实施例可将两道光罩的步骤改为一道半调式光罩，可更节省制程成本与时间。

请参见图8A-8B，图8A显示本发明第六实施例的薄膜晶体管基板的俯视图，图8B显示图8A沿着AA’线的剖面图，图中标号与图2A-2B相同者，代表相同元件，在此不再赘述。

于第六实施例中，本发明的漏极接触孔285形成于部分漏极251与部分有源层240之上，且完全地形成于栅极线202之上。须注意的是，请参见图8B，第六实施例与第一实施例的差别在于，第六实施例属于扭转向列型模式(twistednematic，TN)。

请参见图9，本发明尚包括提供一显示装置，包括：薄膜晶体管基板2与相对设置的彩色滤光片基板4，其中薄膜晶体管基板2取自于上述第一～第六实施例；液晶层6形成于薄膜晶体管基板2与彩色滤光片基板4之间；以及背光模块8形成于薄膜晶体管基板2的远离液晶层6的一侧，以提供光线。

综上所述，本发明提供六个实施例，其中第一实施例～第五实施例属于横向电场效应模式(in-plane switching，IPS)，而第六实施例属于扭转向列型模式(twisted nematic，TN)。须注意的是，本发明实施例的漏极接触孔285的位置形成于部分漏极251与部分有源层240之上，且完全地(totally)或是部分地(partially)形成于栅极线202之上，借由本发明漏极接触孔285位置的特殊设计，不但可提高开口率，且不会增加反馈通道电压(feed through voltage)。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (13)

1.一种薄膜晶体管基板，包括：

一基板；

一栅极线、一栅极绝缘层、一有源层依序形成于该基板上；

一源极、一漏极同时形成于该有源层上，以构成一薄膜晶体管；

一绝缘层，形成于该薄膜晶体管之上，其中该绝缘层中具有一接触孔，且该接触孔形成于部分该漏极与部分该有源层之上，以暴露部分该漏极与部分该有源层；以及

一像素电极，形成于该接触孔中与该绝缘层之上，其中该像素电极透过该接触孔电性连接至该漏极。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该接触孔部分地形成于该栅极线之上。

3.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该接触孔完全地形成于该栅极线之上。

4.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该像素电极由透明导电层所组成。

5.如权利要求4所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该透明导电层包括氧化铟锡、氧化铟锌、氧化镉锡、氧化铝锌、氧化铟锡锌、氧化锌、氧化镉、氧化铪、氧化铟镓锌、氧化铟镓锌镁、氧化铟镓镁或氧化铟镓铝。

6.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该绝缘层包括一平坦层、一保护层或上述的组合。

7.如权利要求6所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该平坦层由有机材料所组成。

8.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该有源层由非晶硅材料所组成。

9.一种薄膜晶体管基板，包括：

一基板；

一栅极线、一栅极绝缘层、一有源层依序形成于该基板上；

一源极、一漏极同时形成于该有源层上，以构成一薄膜晶体管；

一绝缘层，形成于该薄膜晶体管之上，其中该绝缘层中具有一接触孔，且该接触孔完全地形成于该栅极线之上，以暴露部分该漏极；以及

一像素电极，形成于该接触孔中与该绝缘层之上，其中该像素电极透过该接触孔电性连接至该漏极。

10.如权利要求9所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该接触孔形成于部分该漏极与部分该有源层之上，以暴露部分该漏极与部分该有源层。

11.如权利要求9所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该绝缘层包括一平坦层、一保护层或上述的组合。

12.如权利要求11所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，该平坦层由有机材料所组成。

13.一种显示装置，包括：

如权利要求1或9所述的一薄膜晶体管基板；

一彩色滤光片基板，其中该彩色滤光片基板与该薄膜晶体管基板相对设置；

一液晶层，形成于该薄膜晶体管基板与该彩色滤光片基板之间；以及

一背光模块，形成于该薄膜晶体管基板的远离该液晶层的一侧。

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