专利名称：有源矩阵型液晶显示器及其像素结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具高开口率(aperture ratio)的有源矩阵型液晶显示器及其像素结构。
背景技术：
图1A为一平面示意图，显示一公知有源矩阵型液晶显示器(active matrixliquid crystal display；AM LCD)的有源元件基板(active element substrate)上构成一像素结构100的不同膜层，图1B为沿图1A的A-A线横切而得的剖面图，显示该像素结构100的一储存电容器(storage capacitor)Cst设计。
如图1A所示，薄膜晶体管(thin film transistor；TFT)102例示为一n型非晶硅薄膜晶体管(n-type a-Si TFT)，其栅极102g连接扫描线104，源极102s连接到数据线106，且漏极102d经由接触孔108连接像素电极110。请参考图1B，储存电容器Cst是由共同配线112间隔栅极绝缘层(gateinsulator)114、钝化层(passivation insulator)116与像素电极110所构成。作为储存电容器Cst下电极的共同配线112是于进行公知第一金属层(metal 1)工艺时与薄膜晶体管102的栅极102g共同形成。
一般而言，储存电容器Cst的电容值取决于上、下电容电极两者叠合的面积、所夹的介电层厚度与介电层的介电常数来决定。然而，上述的储存电容器Cst设计，其构成储存电容器Cst的两电极(共同配线112与像素电极110)间所夹的介电层过厚(同时包含栅极绝缘层114及钝化层116)，若欲获得所需的储存电容值，需大幅增加作为下电极的共同配线112的面积。然而，共同配线112由不透光的第一金属层材料所构成，如此即导致该像素结构100的开口率(aperture ratio)显著下降。
图2A及图2B为显示具有另一种储存电容器Cst设计的公知像素结构200的示意图，图2B为沿图2A的B-B线横切而得的剖面图。
如图2A所示，薄膜晶体管202例示为一n型非晶硅薄膜晶体管(n-type a-SiTFT)，其栅极202g连接扫描线204，源极202s连接到数据线206，且漏极202d则经由接触孔220连接像素电极212。储存电容器Cst由一下电极208与上电极210所构成。像素电极212经由一接触孔214与上电极210连接。储存电容器的下电极208是在进行公知第一金属层(metal 1)工艺时与薄膜晶体管202的栅极202g共同形成。储存电容器的上电极210则在进行公知第二金属层(metal2)工艺时与薄膜晶体管202的源极202s及漏极202d共同形成。
请参考图2B，依该储存电容器Cst设计，储存电容器Cst的下电极208(第一金属层构成)与上电极210(第二金属层构成)两者间仅间隔栅极绝缘层216而未间隔钝化层218。因此，与前述图1A、1B所示的储存电容器设计相比，因两电容电极所夹的介电层较薄而得以减小两电容电极的面积。然而，为确保导电异物不会沿下电极208边缘残留在栅极绝缘层216，同时考虑所能容许的制造公差，在利用该设计的液晶阵列基板实际制造过程中，下电极208通常会形成一比所需电容值更大的面积，以确保上电极210能置于下电极208所涵盖区域内，如此不仅造成材料浪费且使该像素结构200的开口率下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种液晶显示装置及其像素结构，其能通过储存电容器的改进结构而获得良好开口率，有效提升显示器的对比表现。
本发明的技术解决方案是一种具储存电容器的像素结构，其包含一第一金属层(metal 1 layer)、一栅极绝缘层、一第二金属层(metal 2 layer)、一钝化层及一像素电极。第一金属层界定出一共用配线、一扫描线及一有源元件的栅极区域，且覆盖第一金属层的栅极绝缘层具有至少一接触孔以暴露部份第一金属层的共用配线。第二金属层形成于栅极绝缘层上且界定出一数据线、有源元件的漏极及源极区域及一储存电容电极，且储存电容电极经由栅极绝缘层的接触孔电连接第一金属层所制成的共用配线。一钝化层覆盖该第二金属层，且一像素电极形成于钝化层上并与储存电容电极间隔该钝化层构成一储存电容器。由第二金属层构成的储存电容电极亦可作为像素结构中的一遮光线。
本发明还提出一种有源矩阵型液晶显示器，其包含一滤光片基板，其上形成一共用电极；一有源元件基板；一液晶层，夹设于该滤光片基板与该有源元件基板间；及多道彼此正交的扫描线及数据线，形成于该有源元件基板上，两相邻的扫描线及两相邻的数据线界定出一像素区域，且该像素区域具有一有源元件，形成于该扫描线及该数据线交叉点处；一共用配线，形成于两相邻扫描线之间且电连接该共用电极；一第一介电层，覆盖该共用配线且具有至少一接触孔以暴露该共用配线；一遮光金属层，形成于该第一介电层上且经由该接触孔电连接该共用配线；一第二介电层，覆盖该遮光金属层；及一像素电极，形成于该第二介电层上，该像素电极与该遮光金属层间隔该第二介电层构成该有源矩阵型液晶显示器的一储存电容器。
此外，本发明还提出另一种有源矩阵型液晶显示器，其包含一滤光片基板，其上形成一共用电极；一有源元件基板；一液晶层，夹设于该滤光片基板与该有源元件基板间；多道彼此正交的扫描线及数据线，形成于该有源元件基板上；多个薄膜晶体管，各薄膜晶体管形成于该扫描线及该数据线的交叉点处；多个第一金属层构成的共用配线，各共用配线形成于两相邻扫描线间且电连接该共用电极；一第一介电层，覆盖所述共用配线且具有多个接触孔以暴露各共用配线；一第二金属层构成的一储存电容电极，形成于该第一介电层上且经由该些接触孔电连接所述共用配线；一第二介电层，覆盖该储存电容电极；及一像素电极，形成于该第二介电层上且该像素电极与该储存电容电极间隔该第二介电层构成该有源矩阵型液晶显示器的一储存电容器。
通过本发明的设计，因本发明储存电容器的两电容电极仅间隔厚度较薄的钝化层，故仅需较小的电极面积即可维持相同的电容值，因此可有效减少不透光的金属电极面积而提高像素结构的开口率。再者，本发明的储存电容电极不须形成一比所需电容值更大的面积来确保两电极间的精确对位，如此不仅能有效减少不透光的金属电极面积来提高开口率，同时亦节省金属电极材料而降低成本。
图1A为一平面示意图，显示一公知有源矩阵型液晶显示器的有源元件基板上构成一像素结构的不同膜层。
图1B为沿图1A的A-A线横切而得的剖面图。
图2A为一平面示意图，显示一公知有源矩阵型液晶显示器的有源元件基板上构成另一像素结构的不同膜层。
图2B为沿图2A的B-B线横切而得的剖面图。
图3为依本发明的一实施例，显示一有源矩阵型液晶显示器的局部剖面示意简图。
图4A为依本发明一实施例的平面示意图，显示一有源矩阵型液晶显示器的有源元件基板上构成一像素结构的不同膜层。
图4B为沿图4A的C-C线横切而得的剖面图。
图4C显示依本发明的像素结构的等效电路图。
图5为一示意图，显示本发明利用第二金属层构成的电容电极作为遮光线的一实施例。
图6为一示意图，显示本发明利用第二金属层构成的电容电极作为遮光线的另一实施例。
主要元件符号说明10、液晶显示器 12、滤光片基板14、有源元件基板16、液晶层18、有源元件22、像素电极24、34、配向层 26、彩色滤光片
28、黑矩阵层 32、共用电极40、像素结构 42、第一金属层44、第二金属层 46、像素电极48、扫描线 52、薄膜晶体管52c、通道层52d、漏极52e、n+非晶硅层52g、栅极52s、源极 54、共用配线56、数据线 58、电容电极62、栅极绝缘层 64、钝化层66、接触孔 100、像素结构102、薄膜晶体管102d、漏极102g、栅极 102s、源极104、扫描线106、数据线108、接触孔110、像素电极112、共用配线 114、栅极绝缘层116、钝化层200、像素结构202、薄膜晶体管202d、漏极202g、栅极 202s、源极204、扫描线206、数据线208、下电极210、上电极212、像素电极 214、220、接触孔216、栅极绝缘层218、钝化层具体实施方式
图3为本发明的一实施例，显示一有源矩阵型液晶显示器(active matrixliquid crystal display；AM LCD)10的局部剖面示意简图。
如图3所示，液晶显示器10包含一滤光片基板12及一有源元件基板(active element substrate)14，且两基板间夹设一液晶层16。有源元件基板14上面向液晶层16的一侧形成有如薄膜晶体管(TFT)的有源元件18、像素电极22及配向层24。滤光片基板12面向液晶层16的一侧形成有彩色滤光片26、隔开不同色彩的滤光片的遮光黑矩阵层28、共用电极32及配向层34。
图4A为依本发明一实施例的平面示意图，显示一有源矩阵型液晶显示器(AMLCD)的有源元件基板14上构成一像素结构40的不同膜层，且图4B为沿图4A的C-C线横切而得的剖面图，以显示本发明于该像素结构40中的储存电容器Cst结构。
如图4A所示，有源元件基板14上形成多道相互平行的扫描线(scanline)48及相互平行的数据线(data line)56，且两相邻的扫描线48正交于两相邻的数据线56而圈围出一像素区域。如氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)或铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide；IZO)透明导电膜构成的像素电极46分布于该像素区域上，且如薄膜晶体管52的一有源元件形成于扫描线48与数据线56交叉点处。
请同时参考图4A及图4B，在该像素结构40中，一第一金属层(metal 1layer)42形成于有源元件基板14上，该第一金属层42包含扫描线48、薄膜晶体管52的栅极52g以及一共用配线(common line)54。第一金属层42可由沉积如铬(Cr)、钽(Ta)、铝/钼(Al/Mo)之类金属膜于基板14上，再经光刻图案化工艺形成。
一具有介电效果的栅极绝缘层(gate insulator)62覆盖该第一金属层42，栅极绝缘层62可以化学气相沉积方式将氮化硅(SiN)材料沉积于第一金属层42上形成。
一如非晶硅膜构成的薄膜晶体管通道层52c、n+非晶硅层52e及一第二金属层(metal 2 layer)44形成于栅极绝缘层62上。第二金属层44包含薄膜晶体管52的源极52s、漏极52d、数据线56及一储存电容电极58，第二金属层44可由溅镀如铝/铬(Al/Cr)、铝/钛(Al/Ti)、钛(Ti)、钼/铝/钼(Mo/Al/Mo)的金属膜于栅极绝缘层62上，且第二金属层44于薄膜晶体管52形成区域上覆盖通道层52c及n+非晶硅层52e，再以光刻图案化工艺形成。源极52s与漏极52d配置于栅极52g上方的通道层52c两侧，薄膜晶体管52的栅极52g、源极52s及漏极52d分别与扫描线48、数据线56及像素电极46电性连接。
一具有介电效果的钝化层(passivation insulator)设置于栅极绝缘层62及第二金属层44上，以覆盖薄膜晶体管52的源极52s、漏极52d、数据线56及储存电容电极58，该钝化层例如可由氮化硅(SiN)材料制成。如ITO或IZO透明导电膜构成的透明像素电极46设置于该钝化层64上。
详如图4B所示，依本发明的设计，像素结构40的储存电容器Cst是由第二金属层44构成的电容电极58与像素电极46两者间隔钝化层64所形成。再者，栅极绝缘层62具有开口以形成贯穿栅绝缘膜的接触孔66，使第二金属层44构成的电容电极58与第一金属层42构成的共用配线54经由接触孔66电性连接。
和图1B的公知结构相比，因本发明储存电容器Cst的两电容电极58、46仅间隔钝化层64，故仅需较小的电极面积即可维持相同的电容值，因此可有效减少不透光的金属电极面积而提高该像素结构40的开口率。另一方面，和图2B的公知结构相比，因本发明的储存电容器Cst是由第二金属层44构成的电容电极58与像素电极46两者所构成，故电容电极58不须形成一比所需电容值更大的面积来确保两电极间的精确对位，如此不仅能有效减少不透光的金属电极面积来提高开口率，同时亦节省金属电极材料而降低成本。再者，在目前液晶阵列基板制造过程中，钝化层64的设计厚度通常比栅极绝缘层62薄。因此，本发明的两电容电极58、46仅间隔厚度较薄的钝化层64，故可进一步减少所需电极面积而使开口率更加提高。
图4C显示依本发明设计的像素结构的等效电路图，由图4C可清楚看出本发明储存电容器与其他元件的电连接方式。薄膜晶体管52的栅极52g电连接扫描线48、源极52s电连接数据线56、且漏极52d电连接像素电极46。共用配线54形成于两相邻扫描线48间且电连接形成于滤光片基板12上的共用电极32。共用电极32和共用配线54可由外部施加一基准电压，一数据驱动电路(未图示)传送数据信号给数据线56，且一栅极驱动电路(未图示)传送扫描线信号给扫描线48。有源元件基板14上的像素电极46与滤光片基板12上的共用电极32构成一液晶电容Clc，储存电容器Cst其由第二金属层44构成的电容电极58，经由接触孔66与第一金属层42构成的共用配线54电性连接。储存电容器Cst的两电容电极仅间隔厚度较薄的钝化层64，故仅需较小电极面积即可获得所需电容值，而可有效提高开口率。
再者，依本发明的设计，由第二金属层44构成的电容电极58的分布位置，并不限定于如图4A所例示位于像素区域中间的横向分布，而可视实际需要加以变化。举例而言，液晶显示器下基板的像素电极46是对应上基板的共同电极(未图示)以共同产生垂直电场，但像素电极46分布区域通常小于共同电极的分布区域，如此在像素电极46周边亦对应该共同电极但无像素电极46分布的部份下基板区域处，容易产生变形电场而影响液晶分子于导通状态(Von)下的指向控制，造成漏光现象。因此，如图5所示，亦可将第二金属层44构成的电容电极58延伸形成于邻近数据线56的像素区域边缘，构成左右两道遮光线而获得遮蔽泄露的异常光的效果。当然，该电容电极58构成的遮光线的形成位置、面积及厚度并不限定，仅需获得良好遮光效果即可。例如，亦可如图6所示，将遮光线形成于像素区域四个缘边而框围整个像素区域，以完全避免因各种因素造成的像素边缘露光问题。
虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。
权利要求
1.一种具有储存电容器的像素结构，其特征在于，包含一第一金属层，形成于一基板上，该第一金属层界定出一共用配线、一扫描线及一有源元件的栅极区域；一第一介电层，覆盖该第一金属层，该第一介电层具有至少一接触孔以暴露部份该第一金属层；一第二金属层，形成于该第一介电层上，该第二金属层界定出一数据线、该有源元件的漏极及源极区域及该储存电容器的一第一电容电极，且该第一电容电极经由该第一介电层的该接触孔电连接该第一金属层；一第二介电层，覆盖该第二金属层；及一像素电极，形成于该第二介电层上且构成该储存电容器的一第二电容电极。
2.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该第一介电层为一栅极绝缘层且该第二介电层为一钝化层。
3.如权利要求2所述的像素结构，其特征在于，该第一电容电极经由该栅极绝缘层的该接触孔电连接该共用配线。
4.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该有源元件为一薄膜晶体管，且该薄膜晶体管位于该扫描线与该数据线交叉点处。
5.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该第一电容电极形成为该像素结构的至少一遮光线。
6.一种有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，包含一滤光片基板，其上形成一共用电极；一有源元件基板；一液晶层，夹设于该滤光片基板与该有源元件基板间；及多道彼此正交的扫描线及数据线，形成于该有源元件基板上，两相邻的扫描线及两相邻的数据线界定出一像素区域，且该像素区域具有一有源元件，形成于该扫描线及该数据线交叉点处；一共用配线，形成于两相邻扫描线之间且电连接该共用电极；一第一介电层，覆盖该共用配线且具有至少一接触孔以暴露该共用配线；一遮光金属层，形成于该第一介电层上且经由该接触孔电连接该共用配线；一第二介电层，覆盖该遮光金属层；及一像素电极，形成于该第二介电层上，该像素电极与该遮光金属层间隔该第二介电层构成该有源矩阵型液晶显示器的一储存电容器。
7.如权利要求6所述的有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，该共用配线是由一第一金属层所构成，且该遮光金属层是由一第二金属层所构成。
8.如权利要求6所述的有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，该第二介电层厚度小于该第一介电层厚度。
9.如权利要求6所述的有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，该第一介电层为一栅极绝缘层且该第二介电层为一钝化层。
10.如权利要求6所述的有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，该有源元件为一薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极电连接该扫描线、源极电连接该数据线、且漏极电连接该像素电极。
11.如权利要求6所述的有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，该遮光金属层形成为位于该像素区域中央的一遮光线。
12.如权利要求6所述的有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，该遮光金属层形成为该像素区域中邻近该数据线位置处的多道遮光线。
13.如权利要求6所述的有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，该遮光金属层分布于该像素区域的各个缘边。
14.一种有源矩阵型液晶显示器，其特征在于，包含一滤光片基板，其上形成一共用电极；一有源元件基板；一液晶层，夹设于该滤光片基板与该有源元件基板间；多道彼此正交的扫描线及数据线，形成于该有源元件基板上；多个薄膜晶体管，各薄膜晶体管形成于该扫描线及该数据线的交叉点处；多个第一金属层构成的共用配线，各共用配线形成于两相邻扫描线间且电连接该共用电极；一第一介电层，覆盖所述共用配线且具有多个接触孔以暴露各共用配线；一第二金属层构成的一储存电容电极，形成于该第一介电层上且经由该些接触孔电连接所述共用配线；一第二介电层，覆盖该储存电容电极；及一像素电极，形成于该第二介电层上且该像素电极与该储存电容电极间隔该第二介电层构成该有源矩阵型液晶显示器的一储存电容器。
全文摘要
本发明公开了一种有源矩阵型液晶显示器像素结构，其具有由一电容电极及一像素电极两者间隔一钝化层所构成的储存电容器。电容电极是由第二金属层(metal 2 layer)所构成，且其经由一栅极绝缘层的接触孔电连接由第一金属层(metal 1 layer)构成的共用配线。本发明克服了现有技术的缺陷，能通过储存电容器的改进结构而获得良好开口率，有效提升显示器的对比表现。
文档编号G02F1/1335GK101055383SQ20061007223
公开日2007年10月17日 申请日期2006年4月12日 优先权日2006年4月12日
发明者郭建忠, 周怡伶 申请人:胜华科技股份有限公司