CN101520599A - 掩模及其设计方法、和使用该掩模制造阵列基板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可以降低新产品阵列基板开发成本的掩模板及其设计方法，该掩模板包括多个第一掩模图形区域，用于通过光刻在玻璃基板上形成多个第一掩模图形，多个第二掩模图形区域，用于通过光刻在玻璃基板上形成多个第二掩模图形，其中所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域分别用于阵列基板的不同工艺。该掩模板及其设计方法以及使用该掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，可以提高掩模板的使用效率，节省掩模板的费用，从而降低液晶显示装置的成本，尤其是使得新工艺产品在开发和验证时由于掩模板开模费而引起的成本降到最小。

Description

掩模及其设计方法、和使用该掩模制造阵列基板的方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示装置(thin film transistor liquidcrystal display，TFT-LCD)的阵列基板的制造方法，特别是涉及一种可以降低新产品阵列基板开发成本的掩模及其设计方法，以及使用该掩模制造液晶显示装置的阵列基板的方法。

背景技术

近年来，信息通讯领域的迅速发展，提高了各种类型的显示设备的需求。目前主流的显示器件主要有：阴极射线管显示器(CRT)，液晶显示器(LCD)，等离子体显示器(PDP)，电致发光显示器(ELD)和真空荧光显示器(VFD)等。其中薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)以其高清晰度，真彩视频显示，外观轻薄，耗电量少，无辐射污染等优点而成为显示器件发展的主流趋势。在TFT-LCD开发和生产过程中，如何降低产品的工艺开发成本，有效增加市场竞争能力已成为厂商追求的目标。

LCD通常包括用于显示画面的液晶显示面板和用于向液晶显示面板提供驱动信号的驱动电路部分。通常，液晶显示面板包括第一玻璃基板和第二玻璃基板，它们彼此粘接在一起并通过液晶盒间隙(CELL GAP)彼此间隔开。液晶材料层注入到第一玻璃基板和第二玻璃基板之间的间隙中。

在第一玻璃基板(即，薄膜晶体管液晶显示器的阵列基板)上形成有多条栅极线和多条数据线，其中多条栅极线以固定的间隔彼此分开并沿着第一方向延伸，而多条数据线以固定的间隔彼此分开并且沿着基本上垂直于第一方向的第二方向延伸，其中通过栅极线和数据线的相互交叉限定出多个像素区域，以矩阵方式设置在相应的每个像素区域中的多个像素电极；和多个薄膜晶体管(TFT)，能够响应提供给相应的每条栅极线的信号将来自数据线的信号发送给对应的每个像素电极。

第二玻璃基板(即，薄膜晶体管液晶显示器的滤色片基板)上形成有黑色矩阵层(BM)，能够防止在像素区域以外的面积中的光泄漏；滤色片层(R，G，B)，用于有选择地传输具有预定波长的光；和公共电极，用来实现画面。在平面开关模式(IPS模式)等水平场模式的LCD装置中，公共电极形成在第一玻璃基板上。

目前TFT液晶显示面板设计中采用的是同一种阵列工艺的产品采用一套掩模板，如图1所示。图1所示为现有的制造阵列基板时所使用掩模板的示意图。其中，10为掩模板，11为掩模板10的边框，12为单元产品面板掩模图形区域，13为掩模板周边空白区域。图2～图5所示为使用图1中掩模板10进行曝光形成阵列基板的过程示意图。其中，实线边框区域22为第一玻璃基板(即阵列玻璃基板)，虚线边框区域21和23为曝光时所用挡板，分别用于水平方向和垂直方向。如图2～图5所示，利用挡板21和23遮住不需要进行曝光的区域，并重复利用掩模板10在第一玻璃基板22的四个区域内分别形成相同的单元产品面板图形，并最终形成如图6所示的具有多个单元产品面板图形的第一玻璃基板22。通常的阵列基板需要使用5道左右的掩模板，使用每一道掩模板进行一次光刻蚀，以分别在第一玻璃基板22上形成阵列基板的不同层结构，然后将第一玻璃基板22与第二玻璃基板对位后用密封剂粘接，然后切割为多个单元产品面板，注入液晶材料后形成为一个单元产品面板。

如图所示，现有的掩模板由于受到单元产品尺寸以及玻璃尺寸的限制，掩模板边缘存在大面积的空白区域13。一套掩模板高昂的价格使得液晶显示面板的成本居高不下。而空白区域13的存在也无疑增加了掩模板的价格。

另外，在新产品开发程序中，与常规产品相同，需要制造一套完整的掩模板以完成产品试验，如果开发失败，有可能需要重复多次改板，使得新产品开发的成本很高。

近年来也有一些新技术将A英寸与B英寸产品混合排版，或A英寸IPS与B英寸OCB产品混合排版。这样可以提高琉璃基板的利用率。降低液晶面板的成本。然而这些排版方式并不增加掩模的利用率。如图1所示。掩模周边仍有大量的空白空间得不到利用，掩模成本无法得到降低。

发明内容

本发明目的在于提供一种掩模板，可以极大地提高掩模板的使用效率，从而降低液晶显示装置的制造成本，特别是降低液晶显示装置的新产品的成本。

本发明的目的还在于提供一种设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，可以提高掩模板的使用效率，降低液晶显示装置的成本。

本发明的又一目的在于提供一种使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，可以提高掩模板的使用效率，降低液晶显示装置的成本。

为解决上述技术问题，本发明的掩模板包括多个第一掩模图形区域，用于通过光刻在玻璃基板上形成多个第一掩模图形；多个第二掩模图形区域，用于通过光刻在玻璃基板上形成多个第二掩模图形；其中所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域分别用于阵列基板的不同工艺。

为解决上述问题，本发明的设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，包括以下步骤：在所述掩模板上形成多个第一掩模图形区域的步骤，所述多个第一掩模图形区域用于在玻璃基板上形成多个第一掩模图形；以及在靠近掩模板边框的多个第一掩模图形区域与所述掩模板的边框之间形成多个第二掩模图形区域，所述第二掩模图形区域用于在玻璃基板上形成多个第二掩模图形，其中所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域分别用于阵列基板的不同工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，所述掩模板包括多个第一掩模图形区域和多个第二掩模图形区域，所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域用于阵列基板的不同工艺，该方法包括：当制造第一液晶显示装置时，使用挡板定义曝光区域，通过所述多个第一掩模图形区域在玻璃基板上仅形成第一掩模图形；当制造第二液晶显示装置时，使用挡板定义曝光区域，通过所述多个第一掩模图形区域和所述多个第二掩模图形区域在玻璃基板上形成多个第一掩模图形和多个第二掩模图形，然后废弃所述多个第一掩模图形。

本发明的掩模板，该掩模板的设计方法以及使用该掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，可以使掩模板周边的空白区域得到充分利用，形成两种以上不同工艺开发时所需要的掩模图形，提高掩模板的使用效率，节省掩模板的费用，从而降低液晶显示装置的成本，尤其是在进行液晶显示装置的新产品开发的过程中，不需要额外制作一套针对新产品或新工艺的掩模板，使得新工艺产品在开发和验证时由于掩模板开模费而引起的成本降到最小。

附图说明

图1所示为现有的制造阵列基板时所使用掩模板的示意图。

图2所示为使用图1中的掩模板进行曝光形成阵列基板的过程示意图。

图3所示为使用图1中的掩模板进行曝光形成阵列基板的过程示意图。

图4所示为使用图1中的掩模板进行曝光形成阵列基板的过程示意图。

图5所示为使用图1中的掩模板进行曝光形成阵列基板的过程示意图。

图6所示为使用图1中的掩模板进行曝光工序后形成多个单元产品面板图形的阵列基板的示意图。

图7所示为根据本发明具体实施方式的掩模板的示意图。

图8所示为使用图7所示的掩模板进行曝光形成第一产品的阵列基板的过程示意图。

图9所示为使用图7所示的掩模板进行曝光形成第一产品的阵列基板的过程示意图。

图10所示为使用图7所示的掩模板进行曝光形成第一产品的阵列基板的过程示意图。

图11所示为使用图7所示的掩模板进行曝光形成第一产品的阵列基板的过程示意图。

图12所示为使用图7所示的掩模板进行曝光形成第二产品的阵列基板的过程示意图。

图13所示为使用图7所示的掩模板进行曝光形成第二产品的阵列基板的过程示意图。

图14所示为使用图7所示的掩模板进行曝光形成第二产品的阵列基板的过程示意图。

图15所示为使用图7所示的掩模板进行曝光形成第二产品的阵列基板的过程示意图。

图16所示为使用图7所示的掩模板进行曝光工序所形成的第二产品的阵列基板的示意图。

图17所示为本发明具体实施方式中的掩模板的变形例示意图。

图18所示为本发明具体实施方式中的掩模板的变形例示意图。

图19所示为本发明具体实施方式中的掩模板的变形例示意图。

图20所示为本发明具体实施方式中的掩模板的变形例示意图。

图21所示为本发明具体实施方式中的掩模板的变形例示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

首先简要说明现有TFT-LCD的阵列基板的工艺流程。首先，在玻璃基板上利用溅射(sputter)方法沉积一层金属薄膜(如Al、Ta、MoW合金等)，然后使用掩模板进行光刻形成扫描线、TFT的栅电极以及存储电容的下极板，此处的掩模板称为1mask。然后通过化学气相沉积方法形成栅绝缘层、半导体有源层a-Si：H以及沟道保护层SiNx，利用掩模板(2mask)进行光刻形成沟道保护层图形。其后，形成欧姆接触层，并通过3mask进行光刻形成有源层硅岛。下一步，沉积ITO像素电极，并使用4mask进行光刻以形成像素电极。为了使周边栅电极线引线区的引线焊接衬垫(PAD)能够与外部驱动电路的引线相连接，利用5mask对周边引线PAD区上方的栅绝缘层进行光刻，形成过孔图形。然后，沉积数据线金属(Al、Mo、Mo/Al/Mo多层结构等)，并使用6mask进行光刻形成数据线，以及TFT的源漏极金属。最后形成氮化硅保护层，为了提高像素电极显示区的光透过率，利用7mask通过光刻工艺刻掉ITO像素电极上方的氮化硅保护层。上述的阵列基板通过这样7道掩模板而形成，每一层掩模板的图案用以实现一种工艺，从而定义阵列基板的一层结构。

上面以7道掩模板为例说明了现有TFT-LCD的阵列基板的工艺流程，现有的工艺流程还存在6道掩模板，5道掩模板，甚至4道掩模板形成阵列基板的工艺。由于掩模板价格昂贵，一套掩模板大概需要几百万甚至上千万人民币，因此每节省一道掩模板就会极大的降低生产成本。

下面参照图7～图16说明根据本发明具体实施方式的掩模板，该掩模板的设计方法以及使用该掩模板制造阵列基板的方法。

图7所示为根据本发明具体实施方式的掩模板的示意图。其中，掩模板70包括多个第一产品掩模图形区域72，多个第二产品掩模图形区域71以及掩模板边框73。与现有的掩模板不同，本发明的掩模板不仅包括多个第一产品掩模图形区域72，还包括多个第二产品掩模图形区域71，并且该多个第二产品掩模图形区域71设置于第一产品掩模图形区域72的周边区域。根据本发明的掩模板70，可以用于形成第一产品中阵列基板的面板图形，同时可以用于形成第二产品中阵列基板的面板图形，并且该第一产品掩模图形区域72和第二产品掩模图形区域71可以分别用于形成阵列基板的不同工艺。

下面参照图8～图11说明使用本发明的掩模板70形成第一产品面板图形的方法。如图8～图11所示，将玻璃基板分为四个区域，每次曝光一个区域，分四次使用掩模板70在玻璃基板82的各个区域上面形成第一产品面板图形，并使用水平挡板81和垂直挡板83遮住不被曝光的区域。从而形成具有多个第一产品面板图形的玻璃基板82(即阵列基板)。

然后参照图12～图15说明使用本发明的掩模板70形成第二产品面板图形的方法。如图12和图13所示，使用水平挡板81和垂直挡板83在玻璃基板100上形成两行第一产品面板图形，然后，如图14和图15所示，使用水平挡板81和垂直挡板83在玻璃基板100上形成多个第一产品面板图形和多个第二产品面板图形，从而形成具有多个第一产品面板图形和多个第二产品面板图形的玻璃基板100(即阵列基板)。如图16所示，161所示的区域形成多个第二产品面板图形。在使用第二产品面板图形的区域161开发新产品时，161区域之外的其余的面板图形废弃。因此通过本发明的可以兼容不同产品的不同工艺的掩模板，在新产品开发时，不需要另外制作一套掩模板，从而极大的降低了新产品开发的费用。

如上所述，通过定义曝光范围，既可以使用本发明的掩模板制造第一产品面板，也可以使用本发明的掩模板制造第二产品面板。并且可以使用该掩模板分别实现不同工艺，例如可以利用第一产品掩模图形区域实现在第一产品面板中形成栅极线、TFT的栅极和存储电容的下极板的工艺，还可以利用第二产品掩模图形区域实现第二产品面板中形成栅绝缘层的工艺。

上述的第一产品面板和第二产品面板可以为常规面板图形和研发面板图形共同形成在一张掩模板上，还可以形成两种不同的常规面板图形，或两种不同的研发面板图形等。并且上述说明中在玻璃基板上所形成的面板图形的数目、玻璃基板分割区域数目以及面板图形形成方式和顺序等仅为举例，并不构成对于本发明的限制。

另外，本发明对于形成不同种产品的面板图形的区域并不做出限制，如图17～图19所示，第二产品掩模图形区域还可以形成在第一产品掩模图形区域的下方，左侧或者右侧，只要是第一产品曝光未使用的空白区域均可用作为第二产品掩模图形区域的设计区域。如图17利用了下方区域，图18利用了左方区域，图19利用了右方区域等，另外也可以是不同方向的区域同时使用或混合使用，从而最大程度上提高掩模板的使用效率，降低制造成本。

本发明的掩模板还可以用于形成三种面板图形，如图20所示，其中201为第二产品掩模图形区域，202为第三产品掩模图形区域。在进行工艺开发时，使用不同的阵列工艺和曝光方式，可以分别得到第二产品的阵列基板上的图形和第三产品的阵列基板上的图形。从而可以实现不需要增加掩模板，而进行两种或两种以上的工艺产品同时开发，大大的降低新产品开发的费用。

图21所示为本发明具体实施方式中的掩模板的变形例示意图。如图所示对于第一产品掩模图形区域和第二产品掩模图形区域的尺寸并不作出限制，既可以是两种掩模图形区域的尺寸相同，也可以是两种掩模图形区域的尺寸不同。当两种掩模图形区域的尺寸相同时，可以利用两种掩模图形区域实现不同产品的不同工艺，从而同样可以节省一套掩模板，降低成本。

本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改和变型落入所附权利要求书及其等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (24)

1.一种掩模板，用于制造液晶显示装置的阵列基板，包括：

多个第一掩模图形区域，用于通过光刻在玻璃基板上形成多个第一面板图形；

多个第二掩模图形区域，用于通过光刻在玻璃基板上形成多个第二面板图形；

其中所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域分别用于阵列基板的不同工艺。

2.根据权利要求1所述的掩模板，其中所述阵列基板的不同工艺包括：形成栅极线、薄膜晶体管的栅极和存储电容的下极板的工艺，形成沟道保护层图形的工艺，形成有源层硅岛的工艺，形成像素电极的工艺，形成过孔图形的工艺，形成数据线的工艺，以及形成氮化硅保护层的工艺。

3.根据权利要求1所述的掩模板，其中所述第一面板图形和所述第二面板图形通过不同的玻璃基板形成液晶显示装置。

4.根据权利要求1所述的掩模板，其中所述第一面板图形和所述第二面板图形分别用于制造不同的液晶显示模式的液晶显示面板的阵列基板。

5.根据权利要求1所述的掩模板，其中设置所述第二掩模图形区域的部分位于设置所述第一掩模图形区域的部分的上方或下方。

6.根据权利要求1所述的掩模板，其中设置所述第二掩模图形区域的部分位于设置所述第一掩模图形区域的部分的左侧或右侧。

7.根据权利要求1所述的掩模板，其中所述掩模板还包括多个第三掩模图形区域，用于通过光刻在玻璃基板上形成多个第三面板图形，并且所述第三掩模图形区域用于不同于第一掩模图形区域和第二掩模图形区域的工序。

8.根据权利要求1所述的掩模板，其中所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域的尺寸相同。

9.一种设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，包括以下步骤：

在所述掩模板上形成多个第一掩模图形区域的步骤，所述多个第一掩模图形区域用于在玻璃基板上形成多个第一面板图形；以及

在靠近掩模板边框的多个第一掩模图形区域与所述掩模板的边框之间形成多个第二掩模图形区域，所述第二掩模图形区域用于在玻璃基板上形成多个第二面板图形，

其中所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域分别用于阵列基板的不同工艺。

10.根据权利要求9所述的设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，其中所述阵列基板的不同工艺包括：形成栅极线、薄膜晶体管的栅极和存储电容的下极板的工艺，形成沟道保护层图形的工艺，形成有源层硅岛的工艺，形成像素电极的工艺，形成过孔图形的工艺，形成数据线的工艺，以及形成氮化硅保护层的工艺。

11.根据权利要求9所述的设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，其中所述第一面板图形和所述第二面板图形通过不同的玻璃基板形成液晶显示装置。

12.根据权利要求9所述的设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，其中所述第一面板图形和所述第二面板图形分别用于制造不同的液晶显示模式的液晶显示面板的阵列基板。

13.根据权利要求9所述的设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，其中设置所述第二掩模图形区域的部分位于设置所述第一掩模图形区域的部分的上方或下方。

14.根据权利要求9所述的设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，其中设置所述第二掩模图形区域的部分位于设置所述第一掩模图形区域的部分的左侧或右侧。

15.根据权利要求9所述的设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，其中在靠近掩模板边框的多个第一掩模图形区域与所述掩模板的边框之间还包括多个第三掩模图形区域，用于通过光刻在玻璃基板上形成多个第三面板图形，并且所述第三掩模图形区域用于不同于第一掩模图形区域和第二掩模图形区域的工序。

16.根据权利要求9所述的设计用于制造液晶显示装置的掩模板的方法，其中所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域的尺寸相同。

17.一种使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，所述掩模板包括多个第一掩模图形区域和多个第二掩模图形区域，所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域用于阵列基板的不同工艺，该方法包括通过挡板定义曝光区域，在玻璃基板上仅形成多个第一面板图形以制造第一液晶显示装置。

18.一种使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，所述掩模板包括多个第一掩模图形区域和多个第二掩模图形区域，所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域用于阵列基板的不同工艺，该方法包括通过挡板定义曝光区域，在玻璃基板上形成多个第一面板图形和多个第二面板图形，废弃所述多个第一面板图形，以制造第二液晶显示装置。

19.一种使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，所述掩模板包括多个第一掩模图形区域和多个第二掩模图形区域，所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域用于阵列基板的不同工艺，该方法包括：

当制造第一液晶显示装置时，使用挡板定义曝光区域，通过所述多个第一掩模图形区域在玻璃基板上仅形成多个第一面板图形；

当制造第二液晶显示装置时，使用挡板定义曝光区域，通过所述多个第一掩模图形区域和所述多个第二掩模图形区域在玻璃基板上形成多个第一面板图形和多个第二面板图形，然后废弃所述多个第一面板图形。

20.根据权利要求19所述的使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，其中所述第一液晶显示装置和所述第二液晶显示装置为不同液晶模式的液晶显示装置。

21.根据权利要求19所述的使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，其中所述阵列基板的不同工艺包括：形成栅极线、薄膜晶体管的栅极和存储电容的下极板的工艺，形成沟道保护层图形的工艺，形成有源层硅岛的工艺，形成像素电极的工艺，形成过孔图形的工艺，形成数据线的工艺，以及形成氮化硅保护层的工艺。

22.根据权利要求19所述的使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，其中所述第一液晶显示装置和所述第二液晶显示装置形成在不同的玻璃基板上。

23.根据权利要求19所述的使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，其中所述第一掩模图形区域和所述第二掩模图形区域的尺寸相同。

24.根据权利要求19所述的使用掩模板制造液晶显示装置的阵列基板的方法，其中所述掩模板还包括多个第三掩模图形区域，用于不同于第一掩模图形区域和第二掩模图形区域的工艺，以制造第三液晶显示装置。

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