整合於顯示面板的柵極驅動電路及其製作方法

2023-05-07 00:46:36 2

專利名稱：整合於顯示面板的柵極驅動電路及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種整合於顯示面板的柵極驅動電路及其製作方法，尤其涉 及一種無需利用透明導電層橋接第一層金屬圖案與第二層金屬圖案的柵極 驅動電路及其製作方法。
背景技術：
顯示面板目前被廣泛的應用在生活中，例如薄膜電晶體液晶顯示器 (TFT-LCD)、有機發光二級管顯示器(OLED)、低溫多晶矽(LTPS)顯示器以及 等離子體顯示器(PDP)等。請參考圖1。圖1繪示公知的薄膜電晶體液晶 顯示面板的示意圖。如圖1所示，薄膜電晶體顯示面板IO包含有多個呈陣 列狀排列的像素12，像素12是通過多條數據線D1、 D2、 ...、 Dn與多條柵 極線G1、 G2、 ...、 Gn控制，其中數據線電連接至數據驅動電路14並接受 其驅動，而柵極線電連接至柵極驅動電路16並接受其驅動。另外，薄膜晶 體管顯示面板10也與印刷電路板18電連接，而印刷電路板18上的電路可 將影像信號轉換為電壓信號並將電壓信號通過控制總線(bus)20傳送至數據 驅動電路14與柵極驅動電路16。
近年來，將柵極驅動電路結構直接製作於顯示面板上的作法已逐漸取代 傳統利用外部柵極驅動晶片驅動像素的作法，從而減少元件數目並降低製造 成本。請參考圖2。圖2繪示整合於顯示面板的柵極驅動電路(gate driver-on-array，GOA)的電路圖。如圖2所示，柵極驅動電路的作用在於產生 固定時序的脈衝，此脈衝會傳送至薄膜電晶體顯示面板10，以控制像素中薄 膜電晶體的開啟。柵極驅動電路主要包含多條信號線(例如Ll、 L2、 L3與 L4)、多個薄膜電晶體(例如T1、 T2、 T3與T4)、電容(例如Cl)，以及導線(例 如Wl)。信號線Ll用以傳輸一電壓信號Vss、信號線L2用於傳輸一起始脈 衝(start pulse)信號Vst、信號線L3用以傳輸一時鐘(clock)信號Vck，而信號 線L4用以傳輸一反向時鐘(complementary clock)信號Vxck。導線Wl的作用在於將信號線例如信號線L4的信號傳遞至內部元件，例如薄膜電晶體T2。 請再參考圖3。圖3為公知柵極驅動電路的示意圖，其繪示沿圖2的剖面線 A-A'、剖面線B-B'與剖面線C-C'的剖面示意圖。如圖3所示，公知整合於 顯示面板的柵極驅動電路主要由第一層金屬圖案22、柵極絕緣層24、半導 體層26與重摻雜半導體28、第二層金屬層30、保護層32以及透明導電層(像 素電極)34等六層薄膜堆疊而成。在柵極驅動電路結構中，部分第一層金屬 圖案22必須與第二層金屬圖案30電性連接，以發揮所需的電路功能。舉例 來說，由第二層金屬圖案30定義的信號線L4必須連接至由第一層金屬圖案 22定義的導線Wl ，信號Vck可通過導線Wl傳送至薄膜電晶體T2的漏極。 另外，薄膜電晶體T1的柵極(第一層金屬圖案22)必須與其漏極(第二層金屬 圖案30)電性連接。
如圖3所示，在公知柵極驅動電路結構中，第一層金屬圖案22與第二 層金屬圖案30的電性連接方式於對應位置的保護層32中以及保護層32下 方的柵極絕緣層24中形成接觸洞32A，並通過透明導電層34填入接觸洞32A 以橋接方式連接第一層金屬圖案22與第二層金屬圖案30。然而，利用透明 導電層34橋接第一層金屬圖案22與第二層金屬圖案30的作法會產生下列 缺點。首先，接觸洞部分容易於後續產生腐蝕問題(through hole corrosion), 且橋接處容易產生耦合電容。再者，公知作法常將透明導電層橋接結構藏於 框膠之下，但如此作法容易造成透明導電層產生金屬成分析出現象，造成第 一層金屬圖案與第二層金屬圖案接觸不良，而使得輸出波形異常。此外，使 用透明導電層連接第一層金屬圖案與第二層金屬圖案的作法，也會增加柵極 驅動電路的布局面積。

發明內容
本發明的目的之一在於提供一種整合於顯示面板(例如薄膜電晶體液晶 顯示器、有機發光二級管顯示器、低溫多晶矽顯示器以及等離子體顯示器等) 的柵極驅動電路及其製作方法，以縮減柵極驅動電路的布局面積、增加其電 性可靠度，並簡化其工藝。
為達上述目的，本發明的一優選實施例提供一種整合於顯示面板的柵極 驅動電路，包括一基板以及一柵極驅動電路結構。基板包括一周邊區。柵極驅動電路結構設置於該基板的該周邊區，其包括第一層金屬圖案、第二層金 屬圖案、 一絕緣層，以及一半導體層。第一層金屬圖案包括多個連接節點。 絕緣層設置該第一層金屬圖案與該第二層金屬圖案之間，且該絕緣層具有多 個接觸洞暴露出這些連接節點。第二層金屬圖案填入這些接觸洞並直接搭接 於該第一層金屬圖案的這些連接節點上，從而完成該柵極驅動電路結構所需 的電性連接。
為達上述目的，本發明的另一實施例提供一種製作整合於顯示面板的柵 極驅動電路的方法，上述方法包括下列步驟。首先提供一基板，並於該基板 上定義出一周邊區。接著於該基板的該周邊區形成一第一層金屬圖案，其中 該第一層金屬圖案包括多個連接節點。隨後於該基板與該第一層金屬圖案上 形成一絕緣層和一半導體層，並於該絕緣層上形成多個接觸洞，分別對應該 連接節點以暴露出該第一層金屬圖案的這些連接節點，並一併形成電晶體元 件的通道圖案。接著於該絕緣層上形成一第二層金屬圖案，並使該第二層金 屬圖案填入這些接觸洞。
本發明的柵極驅動電路結構利用第二層金屬圖案直接搭接第一層金屬 圖案的方式製作，不需於保護層形成接觸洞利用透明導電層進行連接，故可 縮減柵極驅動電路的布局面積、提高其電路可靠度，並減少工藝步驟，且本 發明並不限於液晶顯示器，也可廣泛應用在其他類型的顯示器上。


圖1繪示公知的薄膜電晶體液晶顯示面板的示意圖。
圖2繪示了整合於顯示面板的柵極驅動電路的電路圖。 圖3為公知柵極驅動電路結構的示意圖。
圖4為本發明整合於顯示面板的柵極驅動電路的優選實施例的示意圖。 圖5至圖9為本發明製作整合於顯示面板的柵極驅動電路的優選實施例 的方法示意圖。
圖10與圖11為本發明製作整合於顯示面板的柵極驅動電路結構的另一 優選實施例的方法示意圖。
其中，附圖標記說明如下 10薄膜電晶體顯示面板 12 像素14數據驅動電路16柵極驅動電路
18印刷電路板20總線
22第一層金屬圖案24柵極絕緣層
26半導體層28重摻雜半導體
30第二層金屬層32保護層
32A接觸洞34透明導電層
50柵極驅動電路結構52基板
54周邊區54A信號線連接區
54B薄膜電晶體區54C電容區
56柵極驅動電路結構58第一層金屬圖案
58A連接節點60絕緣層
60A接觸洞62半導體層
64重摻雜半導體層66第二層金屬圖案
68保護層70基板
72周邊區72A信號線連接區
72B薄膜電晶體區72C電容區
74第一層金屬圖案74A連接節點
76絕緣層76A接觸洞
78半導體層80重摻雜半導體層
81光致抗蝕劑層81A開口
82第二層金屬圖案84保護層
具體實施例方式
下文將列舉本發明的數個優選實施例，並配合所附附圖、元件符號等， 詳細說明本發明的構成內容及所欲達成的功效。
請參考圖4，並一併參考圖2的柵極驅動電路的電路圖。圖4為本發明 整合於顯示面板的柵極驅動電路的優選實施例的示意圖，其繪示本發明的柵 極驅動電路沿圖2的剖面線A-A'、剖面線B-B'與剖面線C-C'的剖面示意圖。 如圖4所示，整合於顯示面板的柵極驅動電路(gate driver-on-array， GOA)50 包括基板52以及柵極驅動電路結構56。基板52為液晶顯示面板的陣列基板，其包括周邊區54與像素區(圖未示)，而柵極驅動電路結構56設置於基板52 的周邊區54內。周邊區54包含有信號線連接區54A、薄膜電晶體區54B與 電容區54C。本發明的柵極驅動電路結構56由下而上依序包括第一層金屬 圖案58、絕緣層60、半導體62、重摻雜半導體層64、第二屬金屬圖案66 與保護層68等薄膜，且上述薄膜組成柵極驅動電路結構56的各元件。例如 於信號線連接區54A內，第一層金屬圖案58作為導線W1，而第二層金屬圖 案66則作為信號線L1、 L2、 L3、 L4;於薄膜電晶體區54B內，第一層金屬 圖案58作為薄膜電晶體T1、 T2、 T3、 T4的柵極、絕緣層60作為柵極絕緣 層、半導體層62作為其通道、重摻雜半導體層64作為歐姆接觸層，以及第 二層金屬圖案66作為其源極以及漏極；於電容區54C內，第一層金屬圖案 58構成其下電極、絕緣層60作為其電容介電層、第二層金屬圖案66構成其 上電極。
第一層金屬圖案58包括多個連接節點(connection node)58A，其作用在 於與第二層金屬圖案66電性連接。絕緣層60設置第一層金屬圖案58與第 二層金屬圖案66之間，且絕緣層60具有多個接觸洞60A暴露出第一層金屬 圖案58的連接節點58A。第二層金屬圖案66位於絕緣層60上，並填入絕 緣層60的接觸洞60A之內，由此第二層金屬圖案66可直接搭接於第一層金 屬圖案58的連接節點58A上，完成柵極驅動電路結構所需的電性連接。保 護層68則覆蓋於第二層金屬圖案66與絕緣層60上，使第二層金屬圖案60 不致暴露在外。
第一層金屬圖案58的連接節點58A可位於整合於顯示面板的柵極驅動 電路50的第一層金屬圖案58的任何需要與第二層金屬圖案66電性連接的 位置。舉例來說，第一層金屬圖案58的連接節點58A可為導線(例加圖2的 導線Wl)的一端點，而搭接於連接節點58A上的第二層金屬圖案66可為信 號線(例如信號線L4)，換言之信號線L4直接搭接於導線Wl上達成電性連 接，而非通過另外的導電結構與導線W1電性連接。此外，連接節點58A也 可為薄膜電晶體(例如圖2的薄膜電晶體Tl)的柵極，而搭接於連接節點58A 的第二層金屬圖案66可為薄膜電晶體Tl的源極或漏極，因此薄膜電晶體 Tl的柵極直接搭接於其源極或漏極上達成電性連接，而未通過其它導電結構 電性連接。本發明的應用並不以上述位置以及顯示器形式為限，除了上述位置以及顯示器形式外，整合於顯示面板的柵極驅動電路結構50的第一層金 屬圖案58的任何需要與第二層金屬圖案66電性連接的位置，均可利用第二 層金屬圖案66直接搭接第一層金屬圖案58的連接節點58A的方式達成。
不同於圖3所示的公知柵極驅動電路結構利用透明導電層34連接第一 層金屬圖案22與第二層金屬圖案30的方式，本發明的柵極驅動電路結構(如 圖4所示)利用將第二層金屬圖案66直接搭接於第一層金屬圖案58的方式將 兩者電性連接，因此不需於保護層68中形成接觸洞，如此一來保護層68可 使第二層金屬圖案66不會暴露在外，避免接觸洞部分容易於後續產生腐蝕 問題，更可有效縮減柵極驅動電路的布局面積。
請再參考圖5至圖9，並一併參考圖2。圖5至圖9繪示了本發明製作 整合於顯示面板的柵極驅動電路結構的優選實施例的方法示意圖，其中本實 施例是以液晶顯示面板為例說明本發明的方法，但本發明的方法並不限於應 用於液晶顯示面板，而可應用於各類型顯示面板。如圖5所示，首先提供基 板70。基板70為液晶顯示面板的陣列基板，且基板70上定義有周邊區72， 用以形成周邊電路，且周邊區72包含有信號線連接區72A、薄膜電晶體區 72B與電容區72C。本實施例的附圖僅繪示出信號線連接區72A、薄膜晶體 管區72B與電容區72C以便於突顯本發明的特徵，但本發明的方法的應用並 不以此為限。接著於基板70的周邊區72內形成金屬層(圖未示)，並利用光 刻和蝕刻技術去除部分金屬層以形成第一層金屬圖案74，其中第一層金屬圖 案74分別於信號線連接區72A定義出導線、於薄膜電晶體區72B定義出薄 膜電晶體的柵極，以及於電容區72C定義出電容之下電極等結構，且第一層 金屬圖案74包括有多個連接節點74A,作為後續與第二層金屬圖案(圖未示) 之用。如前所述，圖5中繪示的接點74A的位置僅為舉例說明，熟悉本發明 所屬技術領域的普通技術人員當可依照實際需求，在第一層金屬圖案74上 選擇適當的接點位置。
如圖6所示，接著於基板70與第一層金屬圖案74上形成絕緣層76，並 利用光刻和蝕刻技術去除部分絕緣層76，形成多個對應於連接節點74A的 接觸洞76A，以暴露出連接節點74A。絕緣層76於信號線連接區72A發揮 絕緣作用以避免短路、於薄膜電晶體區72B作為柵極絕緣層之用，而於電容 區72C作為電容介電層之用。如圖7所示，隨後薄膜電晶體區72B的絕緣層76上依序形成半導體層78與重摻雜半導體層80，其中半導體層78作為通 道，而重摻雜半導體層80作為歐姆接觸層。
如圖8所示，之後於絕緣層76與重摻雜半導體層80上形成另一金屬層 (圖未示)，並利用光刻和蝕刻技術去除部分金屬層，以形成第二層金屬圖案 82，最後以第二層金屬圖案82做硬掩模(hardmask)，以形成作為歐姆接觸層 的重摻雜半導體層80的圖案。第二層金屬圖案82分別於信號線連接區72A 定義出信號線、於薄膜電晶體區72B定義出薄膜電晶體的源極及漏極，以及 於電容區72C定義出電容之上電極等結構，且在需要與第一層金屬圖案74 電性連接的位置，例如信號線或薄膜電晶體的源極或漏極，第二層金屬圖案 82填入絕緣層76的接觸洞76A內而直接搭接於第一層金屬圖案74的連接 節點74A上；值得注意的是，因為第一層金屬圖案74是利用接觸洞76A直 接與第二金屬圖案82電性連接，不需要額外利用其他的導電層來橋接，所 以可以縮減柵極驅動電路的布局面積。
如圖9所示，最後於第二層金屬圖案82上形成保護層84，並使保護層 84覆蓋於第二層金屬圖案82以確保第二層金屬圖案82不致暴露在外，即形 成本發明的整合於顯示面板的柵極驅動電路結構。
在前述實施例中，雖然絕緣層與半導體層分別利用兩道不同掩模於不同 步驟中加以定義，然而本發明的方法並不以此為限。請參考圖lO與圖ll， 並一併參考圖5與圖8至圖9。圖10與圖11繪示了本發明製作整合於顯示 面板的柵極驅動電路結構的另一優選實施例的方法示意圖，其中本實施例與 前述實施例的差異為製作絕緣層、半導體層、重摻雜半導體層的步驟方法， 而為便於比較本實施例與前述實施例使用相同標號標註相同元件。如圖10 所示，根據本實施例的方法，在基板70上形成第一層金屬圖案74後，於基 板70與第一層金屬圖案74上連續沉積出絕緣層76、半導體層78與重摻雜 半導體層80，接著再於重摻雜半導體層80上形成於不同區域具有不同厚度 的光致抗蝕劑層81。光致抗蝕劑層81的製作可利用灰階掩模(half-tonemask) 進行曝光的方式達成，其中灰階掩模具有不透光區、透光區與半透光區，其 中掩模的不透光區對應到光致抗蝕劑層81較厚的第一厚度Tl的區域、掩模 的透光區對應到光致抗蝕劑層81的開口 81A的區域，而掩模的半透光區則 對應到光致抗蝕劑層81較薄的第二厚度T2的區域，由此於曝光後即可於光致抗蝕劑層81形成較厚的第一厚度T1、較薄的第二厚度T2以及開口 81A。 如圖11所示，接著進行通過光致抗蝕劑層81的不同厚度進行蝕刻，以分別 於絕緣層76中對應連接節點74A的位置形成接觸洞76A，並於薄膜電晶體 區72B的絕緣層76上保留部分半導體層78作為通道，以及保留部分重摻雜 半導體層80作為歐姆接觸層。由上述可知，本實施例的方法僅使用一道掩 模定義絕緣層76的接觸洞76A以及半導體層78的圖案，因此可節省一道掩 模，而後續工藝則與前述實施例相似，故可接續圖8與圖9的作法，在此不 再贅述。
本發明的柵極驅動電路結構利用第二層金屬圖案直接搭接第一層金屬 圖案的方式製作，不需於保護層形成接觸洞並利用透明導電層或是額外的導 電層進行橋接，因此可減少工藝步驟，且第二層金屬圖案為保護層所覆蓋保 護而未外露，因此可避免柵極驅動電路結構外露而受損，故可提高柵極驅動 電路的可靠度。另外，本發明的柵極驅動電路結構相較於公知利用透明導電 層橋接方式，可減少柵極驅動電路的布局面積，進而精簡面板外側布局(slim border)。
雖然本發明已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何具有 本發明所屬技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當 可作各種變動與潤飾，並可參考其他不同的實施例，因此本發明的保護範圍 應當視後附的權利要求書所限定的範圍為準。
權利要求
1.一種整合於顯示面板的柵極驅動電路，包括一基板，包括一周邊區；以及一柵極驅動電路結構，設置於該基板的該周邊區，該柵極驅動電路結構包括第一層金屬圖案、第二層金屬圖案以及一絕緣層，該絕緣層設置於該第一層金屬圖案與該第二層金屬圖案之間，其中該第一層金屬圖案包括多個連接節點，該絕緣層具有多個接觸洞，所述接觸洞暴露出所述連接節點，且該第二層金屬圖案填入所述接觸洞並直接搭接於該第一層金屬圖案的所述連接節點上。
2. 如權利要求l所述的柵極驅動電路結構，還包括一保護層，覆蓋於該 第二層金屬圖案上。
3. 如權利要求1所述的柵極驅動電路結構，其中該第一層金屬圖案的各 該連接節點為一導線的一端點，且搭接於各該連接節點的該第二層金屬圖案為一信號線。
4. 如權利要求l所述的柵極驅動電路結構，還包括一薄膜電晶體，該薄 膜電晶體包括一柵極、 一源極及一漏極，且該第一層金屬圖案的各該連接節 點為該柵極，且搭接於各該連接節點的該第二層金屬圖案為該源極或該漏 極。
5. 如權利要求1所述的柵極驅動電路結構，其中該薄膜電晶體還包括一 半導體層與一重慘雜半導體層，位於該薄膜電晶體的該絕緣層與該源極及該 漏極之間。
6. —種製作整合於顯示面板的柵極驅動電路的方法，包括 提供一基板，並於該基板上定義出一周邊區；於該基板的該周邊區形成第一層金屬圖案，其中該第一層金屬圖案包括 多個連接節點；於該基板與該第一層金屬圖案上形成一絕緣層，並於該絕緣層上形成多 個接觸洞，分別對應該連接節點以暴露出所述連接節點；以及於該絕緣層上形成第二層金屬圖案，並使該第二層金屬圖案填入所述接 觸洞。
7. 如權利要求6所述的方法，還包括於該第二層金屬圖案上形成一保護層。
8. 如權利要求6所述的方法，其中該第一層金屬圖案的各該連接節點為 一導線的一端點，且搭接於各該連接節點的該第二層金屬圖案為一信號線。
9. 如權利要求6所述的方法，還包括一薄膜電晶體，該薄膜電晶體包括 一柵極、 一源極及一漏極，且該第一層金屬圖案的各該連接節點為該柵極， 且搭接於各該連接節點的該第二層金屬圖案為該源極或該漏極。
10. 如權利要求6所述的方法，還包括於該薄膜電晶體的該絕緣層與該 源極及該漏極之間形成一半導體層與一重摻雜半導體層。
11. 如權利要求IO所述的方法，其中該絕緣層與該半導體層通過一具有 不同厚度的光致抗蝕劑層加以定義。
全文摘要
本發明提供一種整合於顯示面板的柵極驅動電路及其製造方法，包括基板與柵極驅動電路結構設於其上。柵極驅動電路結構設置於基板的周邊區，其包括第一層金屬圖案、第二屬金屬圖案，以及絕緣層設於其間。第一層金屬圖案包括多個連接節點。絕緣層具有多個接觸洞暴露出第一層金屬圖案的連接節點。第二層金屬圖案填入接觸洞並直接搭接於第一層金屬圖案的連接節點上，從而完成柵極驅動電路結構所需的電性連接。
文檔編號H01L21/70GK101241911SQ20081008733
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月21日 優先權日2008年3月21日
發明者石明昌, 蔡東璋 申請人:友達光電股份有限公司