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      液晶顯示器面板及其像素單元的制備方法與流程

      文檔序號:11176212
      液晶顯示器面板及其像素單元的制備方法與流程

      本發明涉及半導體技術領域,特別是涉及一種液晶顯示器面板及其像素單元的制備方法。



      背景技術:

      薄膜晶體管液晶顯示器(Thin Film Transistor-LCD,TFT LCD)是在畫面中的每個像素內建有晶體管,可使亮度更明亮、色彩更豐富及可視面積更寬廣,且具有屏幕反應速度快、對比度佳、亮度高、可視角度大等優點。TFT LCD面板自上表面至下表面大致由上層偏光板、上層玻璃襯底、彩色濾光片、公共電極、液晶、沉積在底層玻璃襯底上的場效晶體管電極、底層玻璃襯底、底層偏光板、背光板及背光光源組成。背光光源由背光板發射出來,經過液晶和上層偏光板與下層偏光板的控制,并通過彩色濾光片以產生色彩斑斕的圖像。

      LCD中有一個很重要的規格就是亮度。參考圖1A,如1A為現有技術中LCD面板的一像素單元的俯視或仰視圖,像素單元包括兩條互相平行的數據線S以及與數據線S垂直的兩條互相平行的柵極線G,數據線S與柵極線G定義出一像素區P1,像素區P1中包括晶體管TFT、顯示電極D以及電容電極C。當背光光源從背光板發射出來時,不是所有的光線都能穿透過LCD面板,例如柵極線G及數據線S、晶體管TFT以及電容電極C,這些地方除了不完全透光之外,也由于經過這些地方的光線并不受電壓的控制,而無法顯示正確的灰階,所以需要利用黑矩陣(black matrix)加以遮蔽,以免干擾到像素區P1中其他透光區域的正確亮度。

      簡單來說,圖1B為圖1A的像素區P1的透光示意圖,如圖1B所示,有效透光區域L1占像素區P1的比例即為“開口率”,開口率為決定LCD面板的關鍵因素,其影響背光光源亮度的需求。因此,改善開口率為一項重要的課題。



      技術實現要素:

      本發明的目的在于提供一種液晶顯示器面板及其像素單元的制備方法,以改善開口率。

      為解決上述技術問題,本發明提供一種液晶顯示器面板,包括:

      玻璃襯底;

      多條石墨烯數據線,平行排列于該玻璃襯底上;

      多條石墨烯柵極線,平行排列于該玻璃襯底上,該多條石墨烯柵極線與該多條石墨烯數據線相互垂直設置,以定義出多個像素區,每個像素區中設有像素單元,該像素單元包括:

      晶體管,形成于該玻璃襯底上,該晶體管包括柵極電極、源極電極及漏極電極,該柵極電極電性連接于該多條石墨烯柵極線的其中一條,該源極電極電性連接于該多條石墨烯數據線中的其中一條;

      顯示電極,形成于該玻璃襯底上,該顯示電極電性連接于該漏極電極;及

      電容電極,形成于該玻璃襯底上,該電容電極電性連接于該顯示電極;

      其中,該電容電極與該玻璃襯底之間具有該多條石墨烯柵極線的其中一條的一部分、該多條石墨烯數據線中的其中一條的一部分與第一介電層,以形成石墨烯電容;

      其中,該晶體管還包括第二介電層,該第二介電層形成于該柵極電極與該玻璃襯底之間,該源極電極與該漏極電極分別設置于該第二介電層的相對兩側,以形成石墨烯穿隧式通道。

      可選的,對于所述的液晶顯示器面板,該第一介電層的材料為二氧化硅、氟氧化硅、氮氧化硅的一種或組合。

      可選的,對于所述的液晶顯示器面板,該第二介電層的材料為高介電常數材料。

      可選的,對于所述的液晶顯示器面板,該柵極電極、該源極電極及該漏極電極的材料皆為鉻、金、鎳、鎢、鈦、氮化鈦的一種或組合。

      相應的,本發明還提供一種如上所述的液晶顯示器面板的像素單元的制備方法,包括

      提供玻璃襯底;

      在該玻璃襯底上形成p型摻雜石墨烯層,該p型摻雜石墨烯層具有暴露該玻璃襯底的第一開口,該第一開口將該p型摻雜石墨烯層分割為第一區域和第二區域;

      形成第一介電層,該第一介電層具有覆蓋該第一區域的第三區域與覆蓋部分的暴露于該第一開口的該玻璃襯底的第四區域,以形成暴露該玻璃襯底的第二開口及暴露該p型摻雜石墨烯層的第三開口;

      形成n型摻雜石墨烯層,該n型摻雜石墨烯層具有覆蓋該第三區域的第五區域、覆蓋該第四區域的第六區域、覆蓋暴露于該第二開口的該玻璃襯底的第七區域和覆蓋該第三開口的一部分的第八區域,以形成暴露該p型摻雜石墨烯層的第四開口;

      在該第八區域上形成第二介電層;及

      形成電極層,該電極層包括電容電極、漏極電極、柵極電極與源極電極,該電容電極形成于該第五區域的一部分上,該漏極電極形成于該第六區域的一部分與該第七區域的一部分上,該柵極電極形成于該第二介電層的一部分上,該源極電極形成于暴露于該第四開口的該p型摻雜石墨烯層的一部分上。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,該第一介電層的材料為二氧化硅、氟氧化硅、氮氧化硅的一種或組合。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,該第二介電層的材料為高介電常數材料。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,該第二介電層的材料包括二氧化鈦、二氧化鉿、二氧化鋯的一種或組合。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,該電極層的材料為鉻、金、鎳、鎢、鈦、氮化鈦的一種或組合。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,在該玻璃襯底上形成p型摻雜石墨烯層的步驟包括:通過第一道光刻蝕刻程序形成該第一開口。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,形成該第一介電層的步驟包括:通過第二道光刻蝕刻程序形成該第二開口與該第三開口。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,形成該n型摻雜石墨烯層的步驟包括:通過第三道光刻蝕刻程序形成該第四開口。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,形成該第二介電層的步驟包括:通過第四道光刻蝕刻程序形成該第二介電層。

      可選的,對于所述的像素單元的制備方法,形成該電極層的步驟包括:通過第五道光刻蝕刻程序形成該電容電極、該漏極電極、該柵極電極與該源極電極。

      本發明提供的液晶顯示器面板及其像素單元的制備的方法,通過石墨烯材料沉積成長于玻璃襯底上,并以石墨烯材料作為場效晶體管的通道以及儲存電容的下電極材料,兼具玻璃的透光性與石墨的導電性、導熱性和表面疏水性等優點,由此增進顯示器面板的亮度。

      附圖說明

      圖1A為現有技術中液晶顯示器面板的像素單元的俯視或仰視圖;

      圖1B為圖1A的液晶顯示器面板的像素單元的像素區的透光示意圖;

      圖2A為本發明一實施例中液晶顯示器面板的像素單元的俯視或仰視圖;

      圖2B為圖2A的液晶顯示器面板的像素單元的像素區的透光示意圖;

      圖3為本發明一實施例中制備液晶顯示器面板的像素單元的方法流程圖;

      圖4為本發明一實施例中液晶顯示器面板的像素單元的玻璃襯底的剖面結構示意圖;

      圖5為本發明一實施例中形成p型摻雜石墨烯層的剖面結構示意圖;

      圖6為本發明一實施例中形成第一介電層的剖面結構示意圖;

      圖7為本發明一實施例中形成n型摻雜石墨烯層的剖面結構示意圖;

      圖8為本發明一實施例中形成第二介電層的剖面結構示意圖;

      圖9為本發明一實施例中形成電極層的剖面結構示意圖。

      其中,S 數據線

      G 柵極線

      C、C' 電容電極

      D、D' 顯示電極

      TFT、TFT' 晶體管

      GS 石墨烯數據線

      GG 石墨烯柵極線

      P1、P2 像素區

      L1、L2、L3 有效透光區

      S1~S6 液晶顯示器面板的像素單元的制備方法流程步驟

      1 液晶顯示器面板的像素單元

      100 玻璃襯底

      200 p型摻雜石墨烯層

      210 第一區域

      220 第二區域

      230 第一開口

      400 第一介電層

      420 第二開口

      430 第三區域

      440 第四區域

      450 第三開口

      600 n型摻雜石墨烯層

      630 第四開口

      650 第五區域

      660 第六區域

      670 第七區域

      680 第八區域

      800 第二介電層

      900 電極層

      910 電容電極

      930 漏極電極

      950 柵極電極

      970 源極電極

      990 石墨烯穿隧式通道

      具體實施方式

      下面將結合示意圖對本發明的液晶顯示器面板及其像素單元的制備方法進行更詳細的描述,其中表示了本發明的優選實施例,應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明,而仍然實現本發明的有利效果。因此,下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道,而并不作為對本發明的限制。

      在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面說明和權利要求書,本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是,附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例,僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

      參考圖2A-圖2B,圖2A為本發明的一實施例的液晶顯示器面板的像素單元的俯視或仰視圖,圖2B為圖2A的液晶顯示器面板的像素單元的像素區的透光示意圖。圖2A僅顯示本發明的一實施例的液晶顯示器面板的一像素單元,實際上液晶顯示器面板包含多個像素單元所排列的矩陣。

      如圖2A所示,液晶顯示器面板包括玻璃襯底(圖未示)、多條石墨烯數據線GS、多條石墨烯柵極線GG。在本實施例中,多條石墨烯數據線GS形成于玻璃襯底上,多條石墨烯數據線GS的條數為m,且互相平行排列。在本實施例中,多條石墨烯柵極線GG形成于玻璃襯底上,多條石墨烯柵極線GG的條數為n,且互相平行排列,多條石墨烯柵極線GG與多條石墨烯數據線GS相互垂直設置,以定義出多個像素區P2,每個像素區P2中具有一像素單元,此像素單元包括晶體管TFT'、顯示電極D'以及電容電極C'。

      在本實施例中,晶體管TFT'形成于玻璃襯底上,晶體管TFT'包括柵極電極、源極電極及漏極電極,柵極電極電性連接于多條石墨烯柵極線GG的其中一條,源極電極電性連接于多條石墨烯數據線GS中的其中一條。在本實施例中,顯示電極D'形成于玻璃襯底上,顯示電極D'電性連接于漏極電極。在本實施例中,電容電極C'形成于玻璃襯底上,電容電極C'電性連接于顯示電極D'。在本實施例中,電容電極C'與玻璃襯底之間具有多條石墨烯柵極線GG的其中一條的一部分、多條石墨烯數據線GS中的其中一條的一部分與第一介電層(圖未示),以形成石墨烯電容,也就是以石墨材料作為儲存電容的電極材料。在本實施例中,晶體管TFT'還包括第二介電層(圖未示),第二介電層形成于柵極電極與玻 璃襯底之間,源極電極與漏極電極分別設置于第二介電層的相對兩側,以形成石墨烯穿隧式通道。

      根據一實施例,第一介電層的材料為二氧化硅(SiO2)、氟氧化硅(SiOF)、氮氧化硅(SiON)的一種或組合。

      根據一實施例,第二介電層的材料為高介電常數材料。

      根據一實施例,柵極電極、源極電極及該漏極電極的材料皆可以為鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)的一種或組合。

      由此,像素區P2中的有效透光區可從現有技術中的有效透光區L1另外增加了兩個有效透光區L2、L3,也就是增加了開口率。

      圖3為本發明一實施例中制備液晶顯示器面板的像素單元的方法流程圖。圖4~圖9為圖3中各步驟的結構示意圖,其制備過程包括如下步驟

      執行步驟S1,參考圖4所示,提供一玻璃襯底100。根據一實施例,玻璃襯底100的材料為硅酸鹽(SiO2)。

      執行步驟S2,參考圖5所示,在玻璃襯底100上形成p型摻雜石墨烯層200,p型摻雜石墨烯層200具有暴露玻璃襯底100的第一開口230,第一開口230將p型摻雜石墨烯層200分割為第一區域210和第二區域220。根據一實施例,在玻璃襯底100上形成p型摻雜石墨烯層200的步驟包括沉積p型摻雜石墨烯材料,并利用第一道光刻蝕刻程序形成該第一開口230。

      執行步驟S3,參考圖6所示,形成第一介電層400,第一介電層400具有覆蓋第一區域210(標示于第5圖)的第三區域430與覆蓋部分的暴露于第一開口230(標示于第5圖)的玻璃襯底100的第四區域440,以形成暴露玻璃襯底100的第二開口420及暴露p型摻雜石墨烯層200的第三開口450。根據一實施例,形成第一介電層400的步驟包括沉積第一介電材料,例如二氧化硅(SiO2)、氟氧化硅(SiOF)、氮氧化硅(SiON)的一種或組合,并利用第二道光刻蝕刻程序形成第二開口420與第三開口450。

      執行步驟S4,參考圖7所示,形成n型摻雜石墨烯層600,n型摻雜石墨烯層600具有覆蓋第三區域430(標示于第6圖)的第五區域650、覆蓋第四區域440(標示于第6圖)的第六區域660、覆蓋暴露于第二開口420(標示于第6圖)的玻璃襯底100的第七區域670和覆蓋第三開口450(標示于第6圖)的一 部分的第八區域680,以形成暴露p型摻雜石墨烯層200的第四開口630。根據一實施例,形成n型摻雜石墨烯層600的步驟包括沉積n型摻雜石墨烯材料,并利用第三道光刻蝕刻程序形成第四開口630。

      執行步驟S5,參考圖8所示,在第八區域680(標示于第7圖)上形成第二介電層800。根據一實施例,形成第二介電層800的步驟包括沉積第二介電材料,例如二氧化鈦(TiO2)、二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)等高介電常數材料,并利用第四道光刻蝕刻程序形成第二介電層800。

      執行步驟S6,參考圖9所示,形成電極層900,電極層900包括電容電極910、漏極電極930、柵極電極950與源極電極970,電容電極910形成于第五區域650(標示于第7圖)的一部分上,漏極電極930形成于第六區域660(標示于第7圖)的一部分與第七區域670(標示于第7圖)的一部分上,柵極電極950形成于第二介電層800的一部分上,源極電極970形成于暴露于第四開口630(標示于第7圖)的p型摻雜石墨烯層200的一部分上,由此形成液晶顯示器面板的像素單元1。根據一實施例,形成電極層900的步驟包括沉積電極材料,例如鉻(Cr)、金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)等導電金屬的其中一種或組合,并利用第五道光刻蝕刻程序形成電容電極910、漏極電極930、柵極電極950與源極電極970。

      根據一實施例,步驟S2至S6的沉積步驟分別采用化學氣相沉積(CVD)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、分子束沉積(MBE)或原子層沉積(ALD)等方式沉積。

      值得注意的是,第二介電層800形成于柵極電極950與玻璃襯底100之間,p型摻雜石墨烯層200的第二區域220(標示于第5圖)與n型摻雜石墨烯層600的第八區域680(標示于第7圖)形成于第二介電層800與玻璃襯底100之間,源極電極970與漏極電極930分別設置于第二介電層800的相對兩側,以形成石墨烯穿隧式通道990。

      本發明采用石墨烯晶體管取代非晶硅薄膜晶體管,并采用石墨烯作為儲存電容的材料,可增加有效透光區域,即提高開口率,以增加液晶顯示器面板的亮度,并降低背光光源的亮度需求,進而節省LCD面板的功耗。

      顯然,本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發 明的精神和范圍。這樣,倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內,則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。

      再多了解一些
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