像素装置的制作方法

专利名称：像素装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种像素装置，且特别涉及一种利用布局技术增加其所包含 的存储电容电容量的像素装置。
背景技术：
液晶显示面板由像素阵列所组成，而像素阵列包括多个像素装置。图1
为传统像素装置100的电路图。请参照图1，像素装置100包含有开关元件 110、存储电容130及液晶单元120。开关元件IIO例如为晶体管，其栅极耦 接扫描线Lll以接收扫描驱动信号，其第一源/漏极耦接数据线L12以接收 数据驱动信号，且其第二源/漏极耦接液晶单元120的电极M1及存储电容 130的电极M2。液晶单元120的另一电极M3及存储电容130的另一电极 M4则分别耦接共同电压Vcom及参考电压Vref。
当扫描驱动信号致能而使开关元件110导通时，具有像素电压Vpix的 数据驱动信号便会通过数据线L12提供至液晶单元120，使液晶单元l兀响 应其所接收的数据驱动信号，进而控制液晶的转动及透光率。然而，液晶单 元120的电极Ml及M3之间的漏电流效应，将使得所提供的像素电压逐渐 降低。因此，在画面扫描期间，需要通过存储电容130用来维持液晶单元120 电极Ml及M3之间的电压差。
在像素装置中，存储电容130是很重要的元件，其依据布局及工艺技术 可分为三种不同结构，即多晶硅层-绝缘层-多晶硅层(poly-insulator-poly, PIP) 结构，金属层-绝缘层-金属层(metal-insulator-metal, MIM)结构，以及金属氧 4匕物石圭(metal-oxide-silicon， MOS)结构。
图2A为传统像素装置的电路图。请参照图2A,像素装置200包括开关 元件210、液晶单元220及存储电容230，其中存储电容230为多晶硅层-绝 缘层-多晶硅层结构。在此，开关元件210、液晶单元220及存储电容230的 连接关系如图l所示。图2B为图2A中存储电容230的布局结构图。请参 照图2A及图2B，存储电容230的电极P21及P22分别为由第一多晶硅层及第二多晶硅层组成，且绝缘层IN21耦接于电极P21与P22之间。请参照图 2B，第一多晶硅层所组成的电极P21耦接至第一金属层的第一部分所组成的 电极M211，其中参考电压Vref为提供至电极M211。第二多晶硅层所组成 的电极P22耦接至第 一金属层的第二部分所组成的电极M212 ，其中像素电 压Vpix为提供至电极M212。图2A及图2B所绘示的像素结装置可应用在 硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon ,LCOS )面板，且液晶单元220的电极 M23须经由第二金属层所组成的电极M22,而耦接至具有像素电压Vpix的 电极M212，其中电极M23作为金属镜面或反射器。
图3A为传统像素装置的电路图。请参照图3A,像素装置300包括开关 元件310、液晶单元320及存储电容330。存储电容330为金属氧化物硅结 构。在此，开关元件310、液晶单元320及存储电容330的连接关系如图1 所示。图3B为图3A中存储电容330的布局结构图。请参照图3A及图3B, 存储电容330的电极D31及P31分别为由扩散层及多晶硅层所组成的，其中 绝缘层IN31耦接于电极D31与P31之间。请参照图3B,扩散层所组成的电 极D31耦接第 一金属层的第 一部分所组成的电极M311 ，其中参考电压Vref 提供至电极M311。多晶硅层所组成的电极P31耦接第一金属层的第二部分 所组成的电极M312，其中像素电压Vpix提供至电极M312。另外，液晶单 元320的电极M33经由第二金属层组成的电极M32而耦接具有像素电压 Vpix的电极M312。
图4A为传统像素装置的电路图。请参照图4A，像素装置400包括开关 元件410、液晶单元420及存储电容430，其中存储电容430为金属层-绝缘 层-金属层结构。在此，开关元件410、液晶单元420及存储电容430的连接 关系为如图1所示。图4B为图4A中存储电容430的布局结构图。请参照 图4A及图4B，存储电容430的电极M41及M44为分别由第一金属层及电 容上置金属层(capacitor top metal, CTM)所组成的，其中绝缘层IN41为耦接 于电极M41与M44之间。电容上置金属层所组成的电极M44耦接第二金属 层所组成的电极M42,其中像素电压Vpix提供至电极M42,且参考电压Vref 提供至电极M41。另夕卜，液晶单元420的电极M43耦接具有像素电压Vpix 的电极M42。
在互补金属氧化物半导体的工艺中，存储电容通常采用PIP结构及MOS 结构实现。这些存储电容布局于与晶体管相同的平面上，当像素装置的布局
5面积逐渐缩小时，存储电容的电容量便会急遽地降低。另外，以往存储电容
为采用单一结构，例如PIP结构、MIM结构或MOS结构，来实现像素装置， 造成像素装置在布局上的空间未能有效地利用。因此，在与以往像素装置相 同的布局面积下，如何使存储电容获得最大的电容量，或者在像素装置布局 面积缩小的情况下，如何维持所需的电容量，都是值得研究及探讨的重要课 题。

发明内容
有鉴于此，本发明提供一种像素装置，利用像素装置有限的布局面积， 增加像素装置的电容量，并且在此像素装置所组成的显示面板尺寸缩小时， 维持所需的电容量。
本发明提出一种像素装置，其包括第一开关、第一及第二电容。第一开 关的输入端及控制端分别接收像素信号及控制信号，且第一开关的输出端依 据控制信号选^^性地传送像素信号至像素电极。第一电容具有第一金属层的 第一部分、第二金属层及第一电介质层，其中第一金属层的第一部分及第二 金属层分别耦接参考电压及像素电极，且第一电介质层耦接于第一金属层的 第一部分与第二金属层之间。第二电容具有第一多晶硅层、电极层及第二电 介质层，其中第二电介质层耦接于第一多晶硅层与电极层之间。而第二电容
并联于第一电容。
上述的像素装置，在一实施例电极层为第二多晶硅层。
上述的像素装置，在一实施例中电极层为扩散层。
本发明所提出的像素装置，其为利用布局技术，在像素装置既有的布局 空间内形成多个并联的电容。由此，此像素装置无须增加布局面积，即可增 加电容量。而将此像素结构应用来组成显示面板，也能在显示面板尺寸变小 的情况下，维持所需的电容量。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合 所附图示，作详细"i兌明如下。


图1为传统像素装置的电路图。 图2A为传统像素装置的电路图。
6图2B为图2A中存储电容的布局结构图。
图3A为传统像素装置的电路图。
图3B为图3A中存储电容的布局结构图。
图4A为传统像素装置的电路图。
图4B为图4A中存储电容的布局结构图。
图5A为本发明的一实施例的像素装置的电路图。
图5B为本发明实施例图5A中电容的布局结构图。
图5C为本发明的一实施例的像素装置电路图。
图5D为本发明实施例图5C中电容的布局结构图。
图6A为本发明的一实施例的像素装置的电路图。
图6B为本发明实施例图6A中电容的布局结构图。
图6C为本发明实施例图6A中电容的布局结构图。
图7A为本发明的一实施例的像素装置的电路图。
图7B为本发明实施例图7A中电容的布局结构图。
附图标记说明
100、 200、 300、 400、 500、 600、 700:像素装置
110、 210、 310、 410、 510、 610、 710:开关元件
120、 220、 320、 420、 520、 620、 720:液晶单元
130、 230、 330、 430、 530~550、 630、 640、 730、 740、 750:电容
Lll、 L21、 L31、 L41、 L51、 L61、 L71:扫描线
L12、 E22、 L32、 L42、 L52、 E62、 L72:数据线
Vcom:共同电压
Vref:参考电压
Vpix、 Vp:像素电压
M1 M4、 M211 、 M212、 M22、 M23、 M311 、 M312、 M32、 M33、 M41 M44、 M511、 M512、 M52 M54、 M611、 M612、 M62 M64、 M711、 M712、 M72 M74、 P21、 P22、 P31、 P51、 P61、 P62、 P71、 P72、 D31、 D51、 D71:电极
IN21、 IN31、 IN41、 IN51、 IN52、 IN61、 IN62、 IN71、 IN72、 IN73:
电介质层
具体实施例方式
图5A为本发明的一实施例的像素装置500的电路图。请参照图5A,像 素装置500可用以组成显示面板，且像素装置500包括开关510、液晶单元 520、电容530及540。在本实施例中，开关510例如为晶体管或者其他半导 体开关装置。而在此所提及的显示面板例如为硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon ，LCOS )面板，其中液晶单元520的像素电极M53则为金属镜面或反 射器，以反射光源。开关510的输入端耦接数据线L52以接收像素信号，开 关510的控制端耦接扫描线L51以接收控制信号，且开关510的输出端选择 性地传送像素信号到液晶单元520的像素电极M53。当控制信号致能而使开 关510导通时，具有像素电压Vp的像素信号会经由数据线L52及导通的开 关510，而传送到液晶单元520的像素电极M53。液晶单元520的电极M55 例如为氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)电极，且电极M55耦接共同电压 Vcom。因此，液晶单元520可以响应像素信号，以控制液晶的转动。
另夕卜，电容530的电极M52及M511分别耦接液晶单元520的像素电极 M53及参考电压Vref。电容540的电极P51及D51分别耦接液晶单元520 的像素电极M53及参考电压Vref。并联的电容540与电容530等效于存储 电容。在本实施例中，电容530为金属层-绝缘层-金属层 (metal-insulator-metal，以下简称MIM)结构，而电容540则为金属氧化物硅 (metal-oxide-silicon,以下简称MOS)结构。
图5B为本发明实施例图5A中电容530及540的布局结构图。请参照 图5A及图5B,电容530的电极M511及M52分别由第一金属层的第一部 分及第二金属层组成，而第一电介质层IN51例如为绝缘体，其耦接于电极 M511与M52之间。电容540的电极D51及P51分别为由扩散层及第一多晶 硅层所组成的，其中第二电介质层IN52如为绝缘体，且第二电介质层IN52 耦才妄于电才及D51与P51之间。
请参照图5B，在本实施例中，开关510的输出端经由金属贯孔(via)， 而耦接至第一金属层的第二部分所组成的电极M512,且当开关510导通时， 像素电压Vp便会提供至电极M512。值得注意的是，电极M511及M512分 别由第一金属层的不同部分组成，且二者未电性连接。为了提供像素电压 Vp至电容530的电极M52及电容540的电极P51,第二金属层所组成的电 极M52经由金属贯孔，而耦接第一金属层的第二部分所组成的电极M512,
8且第 一多晶珪层所组成的电极P51经由接角虫层(contact)，而耦接电极M512 。 像素电极M53经由金属贯孔，而耦接第二金属层所组成的电极M52,以获 得像素电压Vp。除此之外，将参考电压Vref提供至第一金属层的第一部分 所组成的电极M511，并且使扩散层所组成的电极D51经由接触层而耦接电 极M511,以获得参考电压Vref。
本实施例利用像素装置500既存的空间，形成MIM结构的电容530。 对照先前技术，在保持像素装置500的布局面积不变的情况下，并联的电容 530及540则具有较高的电容量。如果将本实施例的像素装置500应用在小 尺寸显示面板(例如手机)上，则像素装置500可维持其所需的电容量。请 参照图5B，因为电极M511及M52由不同的金属层组成，造成电极M511 及M52间的距离太长，以致于电容530不能具有足够的电容量。这是因为 电容的电容量与两电极之间的距离成反比。在本发明另一实施例，像素装置 更加入了电容上置金属层(capacitort叩metal,以下简称CTM层)，以增其电答量。
图5C为本发明的一实施例的像素装置500的电路图。请参照5C,其与 图5A及图5B的不同之处在于图5B的电容550还包含有CTM层所组成的 电极M54。图5D为本发明实施例图5C中电容540及550的布局结构图。 请参照图5D， CTM层组成的电极M54耦接于第二金属层所组成的电极M52 与第一电介质层IN51之间，其中电极M54经由金属贯孔而耦接电极M52， 以获得像素电压Vp。
图6A为本发明的一实施例的像素装置600的电路图。请参照图6A,像 素装置600包括开关610、液晶单元620、电容630及电容640，其中电容 630为MIM结构，而电容640则为多晶硅层-绝缘层-多晶硅层 (poly-insulator-poly，以下简称PIP)结构。在本实施例中，假设像素装置600 用以组成硅基液晶显示面板，则液晶单元620的像素电极M63为金属镜面 或反射器。开关610例如为晶体管，且晶体管的栅极、第一源/漏极及第二源 /漏极则分别作为开关610的控制端、输入端及输出端。本领域普通技术人员 可以视设计及环境所需而采用N型晶体管、P型晶体管或其他半导体开关装 置来实现开关610，并不局限于本实施例。像素装置600的电路运作方式与 图5所示的像素装置500相同，故不加以赘述。
图6B为本发明实施例图6A中电容630及640的布局结构图。请同时参照图6A及图6B，电容630的电极M611及M64分别由第一金属层的第 一部分及CTM层组成，其中第一电介质层IN61例如为绝缘体，其耦4妄于电 极M611与M64之间。另外，电容630的电极M62由第二金属层组成，且 经由金属贯孔而耦接CTM层组成的电极M64,以提供像素电压Vp至电极 M64(于后详述)。电容640的电极P61及P62分别由第一多晶硅层及第二多 晶硅层组成，其中第二电介质层IN62例如为绝缘体，其耦接于电极P61与 P62之间。
请参照图6B,在本实施例中，开关610的输出端耦接由第一金属层的 第二部分组成的电极M612,且当开关610导通时，像素电压Vp会提供至 电极M612。值得注意的是，电极M612及M611分别由第一金属层的不同 部分组成，且二者并未电性连接。为了提供像素电压Vp至电容630的电极 M62及电容640的电极P62,第二金属层组成的电极M62经由金属贯孔而 耦接由第一金属层中的第二部分组成的电极M612,且第二多晶硅层组成的 电极P62经由接触层而耦接电极M612。另外，像素电极M63耦接第二金属 层所组成的电极M62，以获得像素电压Vp。参考电压Vref提供至电极M611, 而电容640的电极P61经由接触层耦接电极M611，以获得参考电压Vref。
图6C为本发明实施例图6A中电容630及640的布局结构图。请参照 图6A、图6B及图6C,实施例图6B与图6C不同之处在于图6C的电极P61 及P62分别为由第二多晶硅层及第一多晶硅层所组成的。为了提供参考电压 Vref至第二多晶石圭层所组成的电极P61,电极P61经由接触层而耦接第一金 属层的第一部分所组成的电极M611。另外，为了提供像素电压Vp至第一 多晶硅层所组成的电极P62 ，电极P62经由接触层而耦接第 一金属层的第二 部分所组成的电纟及M612 。
在上述实施例图6A、图6B及图6C中，由于电容630及640的并联， 使得形成像素装置600的既存空间可以有效地利用，而电容630及640分别 为MIM层结构及PIP结构。本实施例可以在布局面积逐渐缩小的情况下维 持所需的电容量，例如制作小尺寸的面板。为使本领域普通技术人员可以依 据本发明实施例的教示，轻易的施行本发明，以下将另举一实施例加以说明。
图7A为本发明的一实施例的像素装置700的电路图。请参照图7A,像 素装置700包括开关710、液晶单元720、电容730、 740及750，其中本实 施例的开关710为以晶体管实现的。电容730、 740及750分別为MIM结构、PIP结构及MOS结构，并且这些电容为并联连接。特别的是，电容740及 750共用电极P71(于后详述)，以节省像素装置的布局空间。在本实施例中， 假设采用像素装置700组成的显示面板为硅基液晶显示面板，则液晶单元 720的像素电极M73为金属镜面或反射器。本实施例的电路运作方式与图5 所示的实施例相同，故不加以赘述。
图7B为本发明实施例图7A中电容730、 740及750的布局结构图。请 参照图7A及图7B,电容730的电极M711及M74分别由第一金属层的第 一部分及CTM层组成，其中第一电介质层IN71例如为绝缘体，且其耦接于 电极M711与M74之间。第二金属层所组成的电极M72经由金属贯孔耦接 CTM层组成的电极M74，以提供像素电压Vp至电极M74。电容740的电 极P71及P72分别由第一多晶硅层及第二多晶硅层组成，其中第二电介质层 IN72例如为绝缘体，且其耦接于电极P71与P72之间。电容750的电极D71 及P71分别由扩散层及第一多晶硅层组成，其中第三电介质层IN73耦接于 电极D71与P71之间。
请参照图7B,在本实施例中，开关710的输出端耦接第一金属层的第 二部分所组成的电极M712，且当开关710导通时，像素电压Vp会提供至 电极M712。第二金属层所组成的电极M72经由金属贯孔而耦接由第一金属 层的第二部分所组成的电极M712，且第一多晶硅层所组成的电极P71经由 接触层而耦接电极M712，以获得像素电压Vp。参考电压Vref提供至第一 金属层的第一部分所组成的电极M711,且扩散层所组成的电极D71经由接 触层而耦接电极M7U,以获得参考电压Vref。
透过布局技术，并联的电容730、 740及750不仅可以保持像素装置700 的布局面积，也可有效地利用像素装置700既存的空间来增加电容量。值得 一提的是，虽然本发明实施例的像素装置为假设应用于组成硅基液晶显示面 板，但本发明不限于此。实施例所述的像素装置亦可应用于组成其他反射式 或穿透式液晶显示面板。
综上所述，本发明实施例所述的像素装置为利用布局技术，在像素装置 既存的空间内形成并联的多个电容。不仅可有效地利用像素装置的布局空 间，也无须增加像素装置的布局面积，即可增加其电容量。上述实施例的像 素装置可应用于组成显示面板。即使显示面板的面积缩小，像素装置仍可维 持所需的电容量。虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属 技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的 更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种像素装置，适于一显示面板，包括一第一开关，其输入端接收一像素信号，其控制端接收一控制信号，其输出端依据该控制信号选择性地传送该像素信号至一像素电极；一第一电容，具有一第一金属层的一第一部分、一第二金属层及一第一电介质层，其中该第一金属层的该第一部分耦接一参考电压，该第二金属层耦接该像素电极，且该第一电介质层耦接于该第一金属层的该第一部分与该第二金属层之间；以及一第二电容，具有一第一多晶硅层、一电极层及一第二电介质层，而该第一电介质层耦接于该第一多晶硅层与该电极层之间，其中该第二电容并联该第一电容。
2. 如权利要求1所述的像素装置，其中该电极层为一第二多晶硅层。
3. 如权利要求2所述的像素装置，其中该第二多晶硅层经由该第一金属 层的一第二部分而耦接该第二金属层。
4. 如权利要求3所述的像素装置，其中该第 一多晶硅层经由一接触层而 耦接该第 一金属层的该第 一部分。
5. 如权利要求2所述的像素装置，其中该第 一多晶硅层经由该第 一金属 层的一第二部分而耦接该第二金属层。
6. 如权利要求5所述的像素装置，其中该第二多晶硅层经由一接触层而 耦接该第 一金属层的该第 一部分。
7. 如权利要求2所述的像素装置，还包括一第三电容，具有该第一多晶硅层、 一扩散层及一第三电介质层，而该 第三电介质层耦接于该第 一多晶硅层与该扩散层之间，其中该第三电容并联 该第一电容。
8. 如权利要求7所述的像素装置，其中该第 一 多晶硅层经由该第 一金属 层的一第二部分而耦接该第二金属层。
9. 如权利要求8所述的像素装置，其中该扩散层经由一接触层而耦接该 第一金属的该第一部分。
10. 如权利要求1所述的像素装置，其中该电极层为一扩散层。
11. 如权利要求10所述的像素装置，其中该第一多晶硅层经由该第一金属层的一第二部分而耦接该第二金属层。
12. 如权利要求11所述的像素装置，其中该扩散层经由一接触层而耦接 该第一金属层的该第一部分。
13. 如权利要求1所述的像素装置，其中该第一电容更具有一电容上置 金属层，其经由一金属贯孔耦接该第二金属层，且耦接于该第二金属层与该 第一电介质层之间。
14. 如权利要求1所述的像素装置，其中该显示面板为一液晶显示面板。
15. 如权利要求1所述的像素装置，其中该显示面板为一硅基液晶面板。
全文摘要
本发明公开了一种像素装置，其包括第一开关、第一电容及第二电容。第一开关依据控制信号而传送像素信号到像素电极。第一电容具有第一金属层的第一部分、第二金属层及第一电介质层，其第一电介质层耦接于第一金属层的第一部分与第二金属层之间。第二电容具有第一多晶硅层、电极层及第二电介质层，其第二电介质层耦接于第一多晶硅层与电极层之间。在此将第一电容及第二电容并联以作为存储电容，使像素装置可获得较高的电容量。
文档编号G02F1/1362GK101539699SQ200810213789
公开日2009年9月23日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年3月17日
发明者颜呈机 申请人:立景光电股份有限公司