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    一種薄膜電晶體元件，設置於一基板上。薄膜電晶體元件包括一閘極、一半導體通道層、一閘極絕緣層位於閘極與半導體通道層之間、一源極與一汲極分別位於半導體通道層之兩相對側並分別與半導體通道層部分重疊、一電容電極至少與閘極部分重疊，以及一電容介電層位於電容電極與閘極之間。電容電極、閘極與電容介電層形成一電容元件。
    公开号:TW201314909A
    申请号:TW100134107
    申请日:2011-09-22
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Che-Chia Chang；Sheng-Chao Liu；Wu-Liu Tsai；chuan-sheng Wei；Chih-Hung Lin
    申请人:Au Optronics Corp；
    IPC主号:G02F1-00
    专利说明:
    薄膜電晶體元件及顯示面板之畫素結構與驅動電路
    本發明係關於一種薄膜電晶體元件及顯示面板之畫素結構與驅動電路，尤指一種具有閘極與電容電極垂直重疊而形成一電容元件之薄膜電晶體元件，以及設置有上述薄膜電晶體元件之顯示面板之畫素結構與驅動電路。
    平面顯示面板，例如液晶顯示面板，由於具有輕薄短小、低輻射與低耗電等特性，已取代傳統陰極射線管顯示器成為顯示器市場之主流產品。在平面顯示面板的發展上，窄邊框設計與高解析度規格為發展的兩大主要趨勢。在現行的平面顯示面板中，為了減少驅動晶片的數目，已發展出閘極驅動電路整合於陣列基板之作法(一般稱為GOA電路)。然而，隨著解析度的提升，製作於周邊區的GOA電路所佔的面積也必須增加，因此使得平面顯示面板的邊框無法進一步縮減，而影響了窄邊框平面顯示面板的發展。
    本發明之目的之一在於提供一種薄膜電晶體元件及顯示面板之畫素結構與驅動電路，以提高顯示面板之畫素結構的開口率及縮減顯示面板之邊框。
    本發明之一較佳實施例提供一種薄膜電晶體元件，設置於一基板上。薄膜電晶體元件包括一閘極、一半導體通道層、一閘極絕緣層位於閘極與半導體通道層之間、一源極與一汲極分別位於半導體通道層之兩相對側並分別與半導體通道層部分重疊、一電容電極至少與閘極部分重疊，以及一電容介電層位於電容電極與閘極之間。電容電極、閘極與電容介電層形成一電容元件。
    本發明之另一較佳實施例提供一種顯示面板之畫素結構，設置於一基板上。顯示面板之畫素結構包括一薄膜電晶體元件，以及一畫素電極。薄膜電晶體元件包括一閘極、一半導體通道層、一閘極絕緣層位於閘極與半導體通道層之間、一源極與一汲極分別位於半導體通道層之兩相對側並分別與半導體通道層部分重疊、一電容電極至少與閘極部分重疊，以及一電容介電層位於電容電極與閘極之間。畫素電極分別與汲極與電容電極電性連接，且電容電極、閘極與電容介電層形成一儲存電容元件。
    本發明之又一較佳實施例提供一種顯示面板之驅動電路，包括複數個驅動單元‧且各驅動單元包括一薄膜電晶體元件與一電容元件。薄膜電晶體元件包括一閘極、一半導體通道層、一閘極絕緣層位於閘極與半導體通道層之間，以及一源極與一汲極分別位於半導體通道層之兩相對側並分別與半導體通道層部分重疊。電容元件包括一電容電極至少與薄膜電晶體元件之閘極部分重疊、一電容介電層位於電容電極與閘極之間，以及薄膜電晶體元件之閘極。
    為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。
    請參考第1圖。第1圖繪示了本發明之第一較佳實施例之薄膜電晶體元件之示意圖。如第1圖所示，本實施例之薄膜電晶體元件10係設置於一基板12，例如被包括於一顯示面板之陣列基板。薄膜電晶體元件10包括一閘極14、一半導體通道層16、一閘極絕緣層18、一源極20S與一汲極20D、一電容電極22，以及一電容介電層24。閘極絕緣層18位於閘極14與半導體通道層16之間，源極20S與汲極20D分別位於半導體通道層16之兩相對側並分別與半導體通道層16部分重疊。此外，電容介電層24位於電容電極22與閘極14之間，電容電極22至少與閘極14部分重疊，且電容電極22、閘極14與電容介電層24形成一電容元件C。換言之，閘極14除了作為薄膜電晶體10之閘極，亦作為電容元件C之另一電容電極。電容電極22大體上對應於閘極14，也就是說，電容電極22與閘極14大體上可具有相同的尺寸，但不以此為限。例如電容電極22的尺寸亦可大於或小於閘極14的尺寸。在本實施例中，薄膜電晶體元件10係為一底閘型(bottom gate type)薄膜電晶體元件，因此電容介電層24係位於電容電極22之上，閘極14係位於電容介電層24之上，閘極絕緣層18係位於閘極14之上，半導體通道層16係位於閘極絕緣層18上，且源極20S與汲極20D係至少位於半導體通道層16之上。另外，源極20S以及汲極20D與半導體通道層16之間可分別設置歐姆接觸層(圖未示)。如第1圖所示，由於電容元件C之電容值與電容電極22之面積呈正比，因此當所需之電容值愈大時，電容電極22之面積亦愈大，而由於本發明之電容電極22與閘極14在垂直方向上重疊，因此電容元件C不會額外佔據基板12的面積，而可有效提升積集度。
    本發明之薄膜電晶體元件並不以上述實施例為限。下文將依序介紹本發明之其它較佳實施例之薄膜電晶體元件，且為了便於比較各實施例之相異處並簡化說明，在下文之各實施例中使用相同的符號標注相同的元件，且主要針對各實施例之相異處進行說明，而不再對重覆部分進行贅述。
    請參考第2圖。第2圖繪示了本發明之第二較佳實施例之薄膜電晶體元件之示意圖。如第2圖所示，不同於第一較佳實施例，本實施例之薄膜電晶體元件30係為一頂閘型(top gate type)薄膜電晶體元件，因此半導體通道層16係位於基板12上，源極20S與汲極20D係位於半導體通道層16之上，閘極絕緣層18係位於半導體通道層16、源極20S與汲極20D之上，閘極14係位於閘極絕緣層18之上，電容介電層24係位於閘極14之上，且電容電極22係位於電容介電層24之上。電容電極22至少與閘極14部分重疊，且電容電極22、閘極14與電容介電層24形成一電容元件C。
    請參考第3圖。第3圖繪示了本發明之第二較佳實施例之一變化型之薄膜電晶體元件之示意圖。如第3圖所示，不同於第二較佳實施例，在本變化型中，薄膜電晶體元件30’之源極20S與汲極20D係位於基板12上，半導體通道層16係位於基板12、源極20S與汲極20D之上，閘極絕緣層18係位於半導體通道層16之上，閘極14係位於閘極絕緣層18之上，電容介電層24係位於閘極14之上，且電容電極22係位於電容介電層24之上。電容電極22至少與閘極14部分重疊，且電容電極22、閘極14與電容介電層24形成一電容元件C。
    由上述可知，本發明之薄膜電晶體元件之電容電極與閘極可形成電容元件，且電容電極與閘極在垂直方向上重疊，因此不會額外佔據基板的面積，而可有效提升積集度。本發明之薄膜電晶體元件可應用於任何需要將電容元件與薄膜電晶體之閘極電性連接之電子裝置上，下文將介紹本發明之薄膜電晶體元件在應用上的實施例。
    請參考第4圖與第5圖，並一併參考第1圖至第3圖。第4圖繪示了本發明之一較佳實施例之顯示面板之畫素結構，而第5圖繪示了第4圖之顯示面板之畫素結構的等效電路圖。如第4圖與第5圖所示，本實施例之顯示面板之畫素結構50，例如可為一液晶顯示面板之畫素結構，其係設置於基板12上。顯示面板之畫素結構50包括一閘極線GL、一資料線DL、一薄膜電晶體元件40，以及一畫素電極52。薄膜電晶體元件40包括一閘極14、一半導體通道層16、一閘極絕緣層18位於閘極14與半導體通道層16之間、一源極20S與一汲極20D分別位於半導體通道層16之兩相對側並分別與半導體通道層16部分重疊、一電容電極22至少與閘極14部分重疊，以及一電容介電層24，位於電容電極22與閘極14之間。在本實施例中，顯示面板之畫素結構50的薄膜電晶體元件40可為前述本發明之第一、第二較佳實施例或其變化型所述之薄膜電晶體元件。畫素電極52係設置於一保護層54上，其中保護層54部分暴露出薄膜電晶體元件40之汲極20D，藉此畫素電極52與汲極20D電性連接。顯示面板之畫素結構50另包括一共通電極56(第4圖未示)以及一液晶層(圖未示)，且畫素電極52、共通電極56與其間之液晶層可形成一液晶電容Clc。另外，電容電極22另延伸至畫素電極52之下方，且保護層54、閘極絕緣層18與電容介電層24部分暴露出電容電極22，藉此畫素電極52與電容電極22電性連接。藉由上述配置，電容電極22、閘極14與電容介電層24可形成一儲存電容元件Cst，且部分之電容電極22與閘極14在垂直方向上重疊，可有效提升顯示面板之畫素結構50的開口率。在本實施例中，與閘極14對應之電容電極22以及延伸出閘極14而與畫素電極52電性連接之電容電極22可為同一層圖案化導電層所構成，但不以此為限，例如與閘極14對應之電容電極22以及延伸出閘極14而與畫素電極52電性連接之電容電極22亦可由不同之圖案化導電層形成，並利用橋接方式形成電性連接。
    請參考第6圖，並一併參考第1圖至第3圖。第6圖繪示了本發明之另一較佳實施例之顯示面板之驅動電路。如第6圖所示，本實施例之顯示面板之驅動電路60包括複數個驅動單元62。在本實施例中，顯示面板之驅動電路係以一閘極驅動電路為例，且各驅動單元62分別為閘極驅動電路之平移暫存電路(shift register circuit)單元，但本發明之顯示面板之驅動電路並不以此為限。各驅動單元62包括一薄膜電晶體元件70以及一電容元件C，其中薄膜電晶體元件70可為前述本發明之第一、第二較佳實施例或其變化型所述之薄膜電晶體元件。各驅動單元62之電容元件C係與薄膜電晶體元件70之閘極14電性連接，亦即電容電極22與閘極14形成電容元件C，且電容電極22至少與閘極14部分重疊。此外，各驅動單元62分別與對應之閘極線例如Gn、Gn+1、Gn+2、Gn+3電性連接。本實施例之顯示面板之驅動電路60係用以提供顯示面板所需之閘極驅動訊號，而由於驅動單元62之電容電極22與閘極14在垂直方向上重疊，因此電容元件C不會額外佔據面積，而可有效縮減顯示面板之驅動電路的面積，符合窄邊框的要求。
    綜上所述，本發明將電容元件與薄膜電晶體垂直堆疊，可使得電容元件不會佔據額外的面積，而可有效提升積集度，特別是在應用於高解析度之平面顯示面板時，可大幅縮減周邊電路的佈局面積，而實現出窄邊框的設計。
    以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
    10．．．薄膜電晶體元件
    12．．．基板
    14．．．閘極
    16．．．半導體通道層
    18．．．閘極絕緣層
    20S．．．源極
    20D．．．汲極
    22．．．電容電極
    24．．．電容介電層
    C．．．電容元件
    30．．．薄膜電晶體元件
    30’．．．薄膜電晶體元件
    50．．．顯示面板之畫素結構
    40．．．薄膜電晶體元件
    GL．．．閘極線
    DL．．．資料線
    52．．．畫素電極
    54．．．保護層
    56．．．共通電極
    Clc．．．液晶電容
    Cst．．．儲存電容元件
    60．．．驅動電路
    62．．．驅動單元
    70．．．薄膜電晶體元件
    Gn．．．閘極線
    Gn+1．．．閘極線
    Gn+2．．．閘極線
    Gn+3．．．閘極線
    第1圖繪示了本發明之第一較佳實施例之薄膜電晶體元件之示意圖。
    第2圖繪示了本發明之第二較佳實施例之薄膜電晶體元件之示意圖。
    第3圖繪示了本發明之第二較佳實施例之一變化型之薄膜電晶體元件之示意圖。
    第4圖繪示了本發明之一較佳實施例之顯示面板之畫素結構。
    第5圖繪示了第4圖之顯示面板之畫素結構的等效電路圖。
    第6圖繪示了本發明之另一較佳實施例之顯示面板之驅動電路。
    10．．．薄膜電晶體元件
    12．．．基板
    14．．．閘極
    16．．．半導體通道層
    18．．．閘極絕緣層
    20S．．．源極
    20D．．．汲極
    22．．．電容電極
    24．．．電容介電層
    C．．．電容元件
    权利要求:
    Claims (16)
    [1] 一種薄膜電晶體元件，設置於一基板上，該薄膜電晶體元件包括：一閘極；一半導體通道層；一閘極絕緣層，位於該閘極與該半導體通道層之間；一源極與一汲極，分別位於該半導體通道層之兩相對側並分別與該半導體通道層部分重疊；一電容電極，至少與該閘極部分重疊；以及一電容介電層，位於該電容電極與該閘極之間，其中該電容電極、該閘極與該電容介電層形成一電容元件。
    [2] 如請求項1所述之薄膜電晶體元件，其中該電容介電層係位於該電容電極之上，該閘極係位於該電容介電層之上，該閘極絕緣層係位於該閘極之上，該半導體通道層係位於該閘極絕緣層上，且該源極與該汲極係至少位於該半導體通道層之上。
    [3] 如請求項1所述之薄膜電晶體元件，其中該半導體通道層係位於該基板、該源極與該汲極之上，該閘極絕緣層係位於該半導體通道層之上，該閘極係位於該閘極絕緣層之上，該電容介電層係位於該閘極之上，且該電容電極係位於該電容介電層之上。
    [4] 如請求項1所述之薄膜電晶體元件，其中該源極與該汲極係位於該半導體通道層之上，該閘極絕緣層係位於該半導體通道層、該源極與該汲極之上，該閘極係位於該閘極絕緣層之上，該電容介電層係位於該閘極之上，且該電容電極係位於該電容介電層之上。
    [5] 如請求項1所述之半導體元件結構，其中該電容電極大體上對應於該閘極。
    [6] 一種顯示面板之畫素結構，設置於一基板上，該顯示面板之該畫素結構包括：一薄膜電晶體元件，包括：一閘極；一半導體通道層；一閘極絕緣層，位於該閘極與該半導體通道層之間；一源極與一汲極，分別位於該半導體通道層之兩相對側並分別與該半導體通道層部分重疊；一電容電極，至少與該閘極部分重疊；以及一電容介電層，位於該電容電極與該閘極之間；以及一畫素電極，分別與該汲極與該電容電極電性連接；其中該電容電極、該閘極與該電容介電層形成一儲存電容元件。
    [7] 如請求項6所述之顯示面板之畫素結構，其中該電容介電層係位於該電容電極之上，該閘極係位於該電容介電層之上，該閘極絕緣層係位於該閘極之上，該半導體通道層係位於該閘極絕緣層上，且該源極與該汲極係至少位於該半導體通道層之上。
    [8] 如請求項6所述之顯示面板之畫素結構，其中該半導體通道層係位於該基板、該源極與該汲極之上，該閘極絕緣層係位於該半導體通道層之上，該閘極係位於該閘極絕緣層之上，該電容介電層係位於該閘極之上，且該電容電極係位於該電容介電層之上。
    [9] 如請求項6所述之顯示面板之畫素結構，其中該源極與該汲極係位於該半導體通道層之上，該閘極絕緣層係位於該半導體通道層、該源極與該汲極之上，該閘極係位於該閘極絕緣層之上，該電容介電層係位於該閘極之上，且該電容電極係位於該電容介電層之上。
    [10] 如請求項6所述之顯示面板之畫素結構，其中該電容電極大體上對應於該閘極。
    [11] 一種顯示面板之驅動電路，包括：複數個驅動單元，各該驅動單元包括：一薄膜電晶體元件，包括：一閘極；一半導體通道層；一閘極絕緣層，位於該閘極與該半導體通道層之間；以及一源極與一汲極，分別位於該半導體通道層之兩相對側並分別與該半導體通道層部分重疊；以及一電容元件，包括：一電容電極，至少與該薄膜電晶體元件之該閘極部分重疊；一電容介電層，位於該電容電極與該閘極之間；以及該薄膜電晶體元件之該閘極。
    [12] 如請求項11所述之顯示面板之驅動電路，其中該顯示面板之該驅動電路包括一閘極驅動電路，各該驅動單元包括一平移暫存電路(shift register circuit)單元，且各該驅動單元係分別與一對應之閘極線電性連接。
    [13] 如請求項11所述之顯示面板之驅動電路，其中該電容介電層係位於該電容電極之上，該閘極係位於該電容介電層之上，該閘極絕緣層係位於該閘極之上，該半導體通道層係位於該閘極絕緣層上，且該源極與該汲極係至少位於該半導體通道層之上。
    [14] 如請求項11所述之顯示面板之驅動電路，其中該半導體通道層係位於該基板、該源極與該汲極之上，該閘極絕緣層係位於該半導體通道層之上，該閘極係位於該閘極絕緣層之上，該電容介電層係位於該閘極之上，且該電容電極係位於該電容介電層之上。
    [15] 如請求項11所述之顯示面板之驅動電路，其中該源極與該汲極係位於該半導體通道層之上，該閘極絕緣層係位於該半導體通道層、該源極與該汲極之上，該閘極係位於該閘極絕緣層之上，該電容介電層係位於該閘極之上，且該電容電極係位於該電容介電層之上。
    [16] 如請求項11所述之顯示面板之驅動電路，其中該電容電極大體上對應於該閘極。
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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