液晶显示装置及其形成方法
技术领域
本发明是有关于液晶显示器(Liquid Crystal Display;LCD),且特别有关于一种可避免栅极-漏极电容偏差的薄膜晶体管(Thin Film Transistor;TFT)-液晶显示器装置的结构。
背景技术
近年来,平面显示器发展迅速,已逐渐取代传统的显像管显示器,尤其是液晶显示器,应用范围由手机涵盖至大尺寸屏幕。在液晶显示器当中,使用薄膜晶体管的主动矩阵液晶显示器占了绝大比例,原因是由于其显示效果较被动矩阵液晶显示器更好。因此主动矩阵液晶显示器是当前液晶显示器的研发重点。
图1是显示一典型薄膜晶体管-液晶显示装置(TFT-LCD)当中一画素单元的平面图。此TFT-LCD装置的画素单元10包括一栅极线11沿水平方向设置于一绝缘基板上,并且该栅极线11具有一突出区域作为一栅极12。一主动层13形成于所述栅极12上,举例而言,是由非晶硅(amorphous silicon)构成。一源极线14以垂直方向延伸并跨越所述栅极线11,并具有一突出区域以作为一源极15。一漏极线16耦接一画素电极18并沿所述栅极线11的延伸方向横跨栅极12,并具有一漏极17。画素电极18通常是由一透明且具有良好传导力的导电材料构成,譬如是氧化铟锡(indium-tin-oxide;ITO)或氧化铟锌(indium-zinc-oxide;IZO)。
微影(photolithography)制作工艺中,机台变异以致于光罩在TFT的形成过程发生偏移时,源极15/漏极17与栅极12之间的重叠区域会发生变化。图2是显示曝光发生偏差,而使TFT-LCD装置10的画素单元内源极15/漏极17向右偏移的平面图。相较图1而言,图2内源极15与栅极12间的 重叠区域增大,而漏极17与栅极12间的重叠区域缩小。因此,栅极-源极电容(以下简称为CGS)增加,而栅极-漏极电容(CGD)减少。反之,当曝光过程发生偏差而使源极15及漏极17向左偏移(未显示)时,CGS减少,而CGD增加。
图3是一TFT-LCD当中一画素单元的等效电路图,用以说明CGD对于亮度的影响。图中G表示栅极,S表示源极,D代表漏极,CLC是液晶电容,CS是储存电容,并且这两个电容都是并连于一画素电极P及一共享电极C之间。当TFT-LCD打开时,栅极电压等于一相对高电压VGH,而TFT-LCD内总电荷Q1与画素电极电压VP1之间的关系式可表示为:
Q1=CGD(VP1-VGH)+(CLC+CS)(VP1-VCOM) ...(1)
其中VCOM是共享电极的电压。
反之,当TFT-LCD关闭时,栅极电压等于一相对低电压VGL,而TFT-LCD内总电荷Q2与画素电极电压VP2之间的关系式可表示为:
Q2=CGD(VP2-VGL)+(CLC+CS)(VP2-VCOM) ...(2)
由于总电荷守恒,即Q1=Q2,因此由(1)(2)可知:
ΔVP=VP1-VP2=(VGH-VGL)(CGD/(CCL+CCS+CGD)) ...(3)
由(3)可知,ΔVP(即所谓的回扣(Kickback)电压),是受CGD影响。由于LCD的亮度是由画素电极电压加以控制,因此若当微影制作工艺中机台变异以致不同区域TFT的CGD发生偏差时,结果液晶显示器各处就会出现亮度不均匀的现象,严重的话,就产生所谓的「Mura」。然而,由于曝光机的曝光精度受限于一定范围以致无法百分百精确,液晶显示器普遍地出现各处亮度不均匀的现象。
发明内容
有鉴于此,一种可避免栅极-漏极电容偏差的薄膜晶体管-液晶显示器(TFT-LCD)装置是本领域技术人员所向往的。
本发明是提供一种液晶显示装置,其包括一栅极线、一主动层、一画素电极一源极线,以及一漏极线。所述栅极线形成于一绝缘基板上,并且其中一区段的一边凸出而形成一凸出区域,以及该区段具有一内陷区域正对于所述凸出区域。所述主动层形成于所述区段上。所述画素电极形成于所述栅极线的凸出侧。所述源极线依大体上垂直于所述栅极线的延伸方向,横跨所述主动层与所述栅极线的重叠区域,而延伸超出所述主动层的边界,该源极线与所述重叠区域的边缘在栅极线方向的距离大于曝光机在栅极线方向的精度变化量。所述漏极线耦接所述画素电极,并依大体上平行于所述源极线的延伸方向,横跨并延伸超出所述主动层与所述栅极线的重叠区域,该漏极线与所述重叠区域在栅极线方向、垂直于栅极线方向的距离分别大于曝光机在栅极线方向、垂直于栅极线方向的精度变化量。
本发明是提供一种液晶显示装置,包括:一栅极线、一第一及一第二主动层、一第一及一第二画素电极、一源极线,以及一第一及一第二漏极线。所述栅极线形成于一绝缘基板上,其中该栅极线当中一区段的两边凸出而分别形成第一及第二凸出区域,并且具有一空洞区域于该第一及第二凸出区域中间,而将该区段分隔成第一部分及第二部分。所述第一及第二主动层分别形成于所述栅极线的第一部分及第二部分上。所述第一及第二画素电极分别形成于所述栅极线其中一侧。所述源极线依大体上垂直于所述栅极线的延伸方向来横跨所述主动层与所述第一部分的重叠区域以及所述主动层与所述第二部分的重叠区域,该源极线的边缘与所述重叠区域的边缘在栅极线方向的距离大于曝光机在栅极线方向的精度变化量。所述第一及第二漏极线分别耦接所述第一及第二画素电极,并依大体上平行于所述源极线的延伸方向来横跨并延伸超出所述第一及第二主动层分别与所述第一及第二部分的重叠区域,该第一及第二漏极线的边缘与所述重叠区域的边缘在栅极线方向、垂直于栅极线方向的距离分别大于曝光机在栅极线方向、垂直于栅极线方向的精度变化量。
本发明是提供一种液晶显示装置的形成方法,包括:在一绝缘基板上形 成一栅极线,其中所述栅极线当中一区段的一边凸出而形成一凸出区域,以及具有一内陷区域正对于所述凸出区域;在所述区段上形成一主动层;在所述主动层及绝缘基板上定义一源极线与一漏极线,以令所述源极线依大体上垂直于所述栅极线的延伸方向来横跨所述主动层与所述栅极线的重叠区域而延伸超出所述主动层的边界,该源极线与所述重叠区域的边缘在栅极线方向的距离大于曝光机在栅极线方向的精度变化量;以及令所述漏极线依大体上平行于所述源极线的延伸方向,由所述栅极线凸出侧一预定形成一画素电极的区域来横跨并延伸超出所述主动层与所述栅极线的重叠区域,该漏极线与所述重叠区域在栅极线方向、垂直于栅极线方向的距离分别大于曝光机在栅极线方向、垂直于栅极线方向的精度变化量;以及形成所述画素电极。
本发明是提供一种液晶显示装置的形成方法,包括:在一绝缘基板上形成一栅极线,其中所述栅极线当中一区段的两边凸出而分别形成第一及第二凸出区域,并且具有一空洞区域于所述第一及第二凸出区域中间而将该区段分隔成第一部分及第二部分;在所述栅极线的第一部分及第二部分上分别形成一第一及第二主动层;在所述第一、第二主动层及绝缘基板上定义一源极线,以及分别在所述第一及第二主动层与绝缘基板上定义第一及第二漏极线,以令所述源极线依大体上垂直于所述栅极线的延伸方向来横跨所述主动层与所述第一部分的重叠区域以及所述主动层与所述第二部分的重叠区域,该源极线的边缘与所述重叠区域的边缘在栅极线方向的距离大于曝光机在栅极线方向的精度变化量;以及令所述第一及第二漏极线依大体上平行于所述源极线的延伸方向,分别由所述绝缘基板上预定形成一第一及第二画素电极的区域来横跨所述第一及第二主动层分别与所述第一及第二部分的重叠区域,该第一及第二漏极线的边缘与所述重叠区域的边缘在栅极线方向、垂直于栅极线方向的距离分别大于曝光机在栅极线方向、垂直于栅极线方向的精度变化量;以及形成所述第一及第二画素电极。
通过本发明所揭露的薄膜晶体管液晶显示(TFT-LCD)装置及其形成方法,可避免栅极-漏极电容在机台对位不准时发生偏差,因而可防范LCD不同区域亮度不均匀的现象。
然而,本发明的结构与其形成方法,连同其额外的目的与优点,需通过以下特定实施例的描述,并且阅读时参考附加图标,以能获得最佳的理解。
附图说明
图1是一传统TFT-LCD装置当中一画素单元的平面图;
图2是图1的传统TFT-LCD装置当中一画素单元在曝光时源极/漏极向右偏移的平面图;
图3是一TFT-LCD当中一画素单元的等效电路图;
图4A及图4B是显示本发明的一LCD装置当中一画素单元的实施例的平面图,并在TFT附近具有不同的栅极线宽度而具有不同的内陷区域;
图5A至图5E是呈现图4A的LCD装置当中一画素单元形成过程的剖面图;
图6A至图6E是呈现图4A的LCD装置当中一画素单元形成过程的平面图;
图7是显示本发明另一LCD装置当中一画素单元的实施例的平面图;以及
图8A至图8E是呈现图7的LCD装置当中一画素单元形成过程的平面图。
符号说明:
10~传统薄膜晶体管-液晶显示装置的一画素单元
11~栅极线
12~栅极 13~主动层
14~源极线 15~源极
16~漏极线 17~漏极
18~画素电极
40、40’~本发明的LCD装置的一画素单元
41~栅极线/导电薄膜 41a~凸出区域
41b~内陷区域 42~栅极
43~半导体层/主动层 44~源极线
45~源极 46~漏极线
47~漏极 48~画素电极
52~栅极绝缘薄膜 55~钝化薄膜
66~接触孔 70~本发明LCD装置的一画素单元
71~栅极线 71a1~第一凸出区域
71a2~第二凸出区域 71b~内陷区域
721~第一栅极 722~第二栅极
731~第一主动层 732~第二主动层
741~第一源极 742~第二源极
761~第一漏极线 762~第二漏极线
771~第一漏极 772~第二漏极
781~第一画素电极 782~第二画素电极
861~第一接触孔 862~第二接触孔
具体实施方式
此处所参考的图标并未以等比例来作缩减。图中所描绘不同组件的相对尺寸并非用以表示这些组件实际尺寸的比例特性,而仅用以辅佐本领域的普通技术人员,使其能清楚地得知如何制造与使用本发明,以及明白蕴含于本发明内的创造性概念。
参考图4A,其是显示本发明的一LCD装置当中一画素单元的实施例的平面图。如图所示,在一画素单元40内,一栅极线41形成于一绝缘基板(图中未显示)上,其中该栅极线当中一区段的一边凸出而形成一凸出区域41a, 以及另一侧内凹而形成一内陷区域41b,其正对于所述凸出区域41a。该区段是用作一栅极42。一主动层43形成于栅极42上。一源极线44依大体上垂直于所述栅极线41的延伸方向,横跨所述主动层43与所述栅极线41的重叠区域而具有一源极45于主动层43上,并延伸超出所述主动层43的边界。一漏极线46耦接一画素电极48,并依大体上平行于所述源极线44的延伸方向,由所述栅极线41的凸出区域41a往内陷区域41b来横跨所述主动层43与所述栅极线41的重叠区域,而具有一漏极47于主动层43上。在所述主动层43内所述源极45与漏极47之间定义出通道区域。请注意,源极线44在TFT上略弯向漏极线46,然而源极线也可为直线,或以其它大体上垂直于所述栅极线41的延伸方向来延伸即可。
明显可知,在结构尺寸配合制作工艺精度变化下,CGD不会因为制作工艺精度变化而随之改变。如图所示,平行栅极线41的延伸方向称为X方向,垂直栅极线41的延伸方向称为Y方向。若曝光机在X方向有±DX的精度变化量,而源极线44与主动层43与栅极线41的重叠区域的边缘在X方向的距离为LX1,漏极线46与主动层43与栅极线41的重叠区域的边缘在X方向的距离为LX2,因此LX1与LX2必须设计为大于DX。同理,若曝光机在Y方向有±DY的精度变化量,漏极线46与主动层43与栅极线41的重叠区域的边缘在Y方向的距离为LY,因此LY必须设计为大于DY。当达到此设计要求时,若曝光机的曝光精度发生偏差,源极45/漏极47与栅极42的重叠面积都保持固定,从而CGD的变动不大。
另外,为了达到栅极线41低电阻的要求,可如图4B所示的画素单元40’,栅极线是增加线宽,而具有一空洞空间41b正对所述突出区域41a。
图5A至图5E是以图4A的LCD装置为例,来呈现本发明的LCD装置当中一画素单元形成过程的剖面图。图6A至图6E是以图4A的LCD装置为例,来呈现本发明的LCD装置当中一画素单元形成过程的平面图,而图5A至图5E分别显示图6A至图6E中沿直线AA’的剖面图。
首先,参见图5A,形成一导电薄膜41于一绝缘基板50(譬如一玻璃基板)上,其中所述导电薄膜41的材质例如是铝(Aluminum;Al)或铬(chromium;Cr)之类的低电阻金属或其合金,以单层或多层结构形成,而形成方法例如是溅渡(sputtering)的传统沉积程序。接着,再利用一曝光显影及蚀刻的程序(photolithography-etching process)为所述导电薄膜41制作图案(patternning),以形成一栅极线41与栅极42于绝缘基板50上。如图6A所示,栅极线41当中一区段的一边凸出而形成一凸出区域41a,以及该区段具有一内陷区域41b正对于所述凸出区域41a,以及所述区段作为栅极42。
接下来,如图5B及图6B所示,形成一栅极绝缘薄膜(例如是一氮化物层)52,以及一由非晶硅(amorphous silicon)构成的半导体层43(例如是包括一掺杂N型杂质的非晶硅层)于上述步骤所产生结构的表面上,而形成方法例如是利用电浆化学气相(plasma enhanced Chemical Vapor Deposition;PECVD)的传统沉积程序,并随后为所述半导体层43制作图案以形成一主动层43于栅极42(与栅极绝缘薄膜52)上。
接下来,如图5C及图6C所示,形成一导电薄膜于上述步骤所产生结构的整个表面上,其中所述导电薄膜的材质例如是铝(Aluminum;Al)或铬(chromium;Cr)之类的低电阻金属或其合金,以单层或多层结构形成,而形成方法例如是利用溅渡(sputtering)之类的传统沉积程序,并继而利用曝光显影及蚀刻的程序来为所述导电薄膜制作图案以形成一源极线44及一漏极线46,其中所述源极线44与漏极线46分别具有一源极45与漏极47于该主动层43上。如图5C所示,该制作图案的程序是令源极线44依大体上垂直于所述栅极线41的延伸方向横跨所述主动层43与所述栅极线41的重叠区域,以及所述漏极线46依大体上平行于所述源极线44的延伸方向由所述栅极线41凸出侧一预定形成画素电极的区域,来横跨所述主动层43与所述栅极线41的重叠区域。
接下来,如图5D及图6D所示,形成一钝化薄膜(passivation film)55于上述步骤所产生结构的整个表面上,其中该钝化薄膜55例如是一氮化物薄膜,并且形成方法利用电浆CVD的传统沉积程序,随后在所述钝化薄膜55内利用曝光显影及蚀刻的程序来形成一接触孔(contact hole)61(未显示于图5D,而显示于图6D),以使所述漏极线46的一部分区域曝露于外。
接下来,如图5E及图6E所示,形成一透明导电材料于上述步骤所产生结构的整个表面上,譬如是氧化铟锡或氧化铟锌,并利用一蚀刻程序为所述导电材料制作图案,以使该导电材料连接至所述漏极线46的曝露表面,而形成一画素电极48,其中该画素电极48是形成于漏极线46的一部分区域以及接触孔61之上,以及形成于所述主动层43与TFT的邻近钝化薄膜55上。所述画素电极48是通过钝化薄膜55内的接触孔61来连接至漏极线46。
值得注意的是,本发明的结构可扩充为一双薄膜晶体管结构,以增加导通电流。图7是显示本发明的另一LCD装置当中一画素单元的实施例的平面图,其是包含两个并联的薄膜晶体管。
如图7所示,在一画素单元70内,一栅极线71沿水平方向设置于一绝缘基板上。所述栅极线71当中一区段的两边凸出而分别形成第一凸出区域71a1及第二凸出区域71a2,并且具有一空洞区域71b于所述第一凸出区域71a1及第二凸出区域71a2中间,而将该区段分隔成第一部分及第二部分。所述第一部分及第二部分别作为第一栅极721与第二栅极722。一第一主动层731及第二主动层732分别形成于所述第一栅极721与第二栅极722上。一源极线74沿大体上垂直于所述栅极线71的延伸方向,横跨所述第一主动层731与栅极线第一部分的重叠区域以及第二主动层732与栅极线71第二部分的重叠区域,而分别在所述重叠区域上具有一第一源极751及第二源极752。一第一漏极线761依大体上平行于所述源极线74的延伸方向,由一第一画素电极781横跨所述第一主动层731与所述栅极线71第一部分的重叠区域,而在该重叠区域上具有一第一漏极771。类似地,一第二漏极线762依大体上平行于 所述源极线74的延伸方向,由一第二画素电极782横跨所述第二主动层732与所述栅极线71第二部分的重叠区域,而在该重叠区域上具有一第二漏极772。第一源极751与第一漏极771之间,以及第二源极752与第二漏极772之间,是分别在所述第一主动层731及第二主动层732内定义出一通道区域。
此结构是一双薄膜晶体管结构,其包含两个并联的第一薄膜晶体管及第二薄膜晶体管。第一薄膜晶体管包括第一栅极721,第一主动层731,第一源极751,以及第一漏极771;而第二薄膜晶体管包括第二栅极722,第二主动层732,第二源极752,以及第二漏极772。此外,需注意到,图中源极线74经过第一及第二薄膜晶体管时略弯向第一及第二漏极线761及762,然而源极线74也可为一直线,即沿一大体上垂直于所述栅极线71的延伸方向来延伸即可。
此实施例的LCD装置在结构尺寸与制作工艺精度变化相配合下,CGD即不会因为制作工艺精度变化而随之改变。如图所示,源极线74的边缘与两主动层731/732与栅极线71的重叠区域的边缘在X方向的距离分别为LX11及LX12,以及两漏极线761及762的边缘分别与两主动层731、732与栅极线71的重叠区域的边缘在X方向的距离为LX21及LX22,而在Y方向的距离为LY1及LY2。倘若曝光机在X及Y方向分别有±DX及±DY的精度变化量,则当LX11、LX12、LX21、LX22设计为大于DX,以及LY1与LY2设计为大于DY时,即使曝光机的曝光精度发生偏差,源极线74、第一漏极线761与栅极线71的重叠面积,以及源极线74、第二漏极线762与栅极线71的重叠面积都能保持固定,从而第一及第二薄膜晶体管的CGD的变动都不大。
这种双薄膜晶体管的LCD装置的形成过程是与图4A内具单薄膜晶体管结构的LCD装置的形成过程类似。为简略起见,在图8A至图8E呈现图7的LCD装置当中一画素单元形成过程的平面图,而省略剖面图的绘示及相关说明。形成过程包括以下步骤。
首先,形成一导电薄膜于一绝缘基板(譬如一玻璃基板)上,其中所述 导电薄膜的材质例如是铝或铬之类的低电阻金属或其合金,以单层或多层结构形成,而形成方法例如是溅渡的传统沉积程序。继而,再利用一曝光显影及蚀刻的程序为所述导电薄膜制作图案,以形成一栅极线71于该绝缘基板上。如图8A所示,所述栅极线71当中一区段的两边凸出而分别形成第一凸出区域71a1及第二凸出区域71a2,并且具有一空洞区域71b而将所述区段分隔成第一栅极721与第二栅极722。
接下来,在上述步骤所产生结构的表面上,形成一栅极绝缘薄膜(例如是一氮化物层),以及一非晶硅构成的半导体层(比方是包括一掺杂N型杂质的非晶硅层)。而形成方法比方是利用电浆化学气相的传统沉积程序。之后,再为所述非晶硅制作图案以在所述第一栅极721(与其邻近的栅极绝缘薄膜)上,以及第二栅极722(与其邻近的栅极绝缘薄膜)上,分别形成一第一主动层731及第二主动层732,如图8B所示。
接下来,形成一导电薄膜于上述步骤所产生结构的整个表面上。该导电薄膜的材质举例而言,是铝或铬之类的低电阻金属或其合金,以单层或多层结构形成,而形成方法例如是利用溅渡的传统沉积程序。接着,再利用一曝光显影及蚀刻的程序来为所述导电薄膜制作图案,以形成一源极线74、第一漏极线761,以及第二漏极线762。参见图8C,该制作图案的程序是令源极线74依大体上垂直于栅极线71的延伸方向横跨第一主动层731及第二主动层732与所述栅极线71的重叠区域,以及令第一漏极线761及第二漏极线762依大体上平行于所述源极线74的延伸方向,分别由所述栅极线其中一侧一预定形成一第一及第二电极的区域来横跨第一主动层731及第二主动层732与该栅极线71的重叠区域。
接下来,形成一钝化薄膜于上述步骤所产生结构的整个表面上。该钝化薄膜譬如是一氮化物薄膜。而形成方法譬如是电浆CVD的传统沉积程序。随后,在所述钝化薄膜内实行一曝光显影及蚀刻的程序,以形成一第一接触孔861及第二接触孔862,而使第一漏极线761及第二漏极线762的一部分区 域曝露于外,如图8D所示。
接下来,形成一透明导电材料于上述步骤所产生结构的整个表面上,譬如是氧化铟锡或氧化铟锌,并利用一蚀刻程序来为所述导电材料制作图案,以使所述导电材料连接至第一漏极线761及第二漏极线762的曝露表面,而形成第一画素电极781及第二画素电极782。参见图8E,制作图案的过程是使第一画素电极781形成于第一漏极线761的一部分区域与第一接触孔861上以及第一薄膜晶体管的邻近钝化薄膜上;以及使第二画素电极782形成于第二漏极线762的一部分区域与第二接触孔862上以及第二薄膜晶体管的邻近钝化薄膜上。如此一来,第一画素电极781可通过第一接触孔861来连接至第一漏极线761,而第二画素电极782可通过第二接触孔862来连接至第二漏极线762。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟习此技艺的人,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定的为准。