CN1176396C - 同平面切换模式液晶显示单元的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种同平面切换模式液晶显示单元的制造方法，包含下列步骤：提供一绝缘基板；于该绝缘基板上形成一第一导体层，以一第一光罩微影蚀刻过程对其定义出一栅极导线构造、一共同电极构造、一接线垫、一第一梳状电极以及一第二梳状电极；于该绝缘基板上方依序形成一栅极绝缘层以及一半导体层，以一第二光罩微影蚀刻过程对该半导体层以与门极绝缘层进行图案定义，用以形成一信道结构、一绝缘结构、一储存电容的介电层以及多个导线交错绝缘结构；于该绝缘基板上方形成一高掺杂半导体层以及一第二导体层，以一第三光罩微影蚀刻过程于上定义出一源漏极构造、一数据导线、一连接电极以及一储存电容的上电极；以及于该绝缘基板中除部分接线垫外的区域上方形成一保护结构。
Description
发明领域
本发明为一种液晶显示单元的制造方法，尤指一种同平面切换模式(In-PlaneSwitching Mode)的液晶显示单元制造方法。
发明背景
随着技术的进展，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)已有取代传统映像管显示器成为未来显示器主流的趋势，请参见图1(a)，其是一液晶显示器中一像素单元的电路示意图，其主要由一薄膜晶体管11所完成的切换单元、一显示单元12与一储存电容13(storage capacitor)所构成。而其中关于显示单元12的构造，目前主要分为两大类，一般常见的构造是如图1(b)所示的扭转向列式液晶显示器(TN-LCD)，其数据电极121(Data electrode)与共同电极122(Common electrode)是设于液晶分子123的两侧，其上下玻璃间隙(cell gap)为d，通过控制数据电极121(Data electrode)与共同电极122间的电位差大小(图中虚线表示出电场方向)，使液晶分子123产生竖立而与Z轴的夹角产生变化，进而改变其透光率而完成该像素的亮度控制。而由于上述显示单元构造中液晶分子的旋转方式，造成当观看者视角θ不同时，如图1(b)的倾斜方向A-A’与B-B’而言，复折射成分布不一样，透过率亦迥异，进而有无法提供较大视角的缺失，因此在显示器面积尺寸日趋增加之际，上述显示单元确实存在其限制。
然相对于第一类结构(扭转向列式液晶显示器)中液晶分子旋转方式所具有视角较狭小的缺失，第二类的显示单元12构造则具有较佳的视角范围，请参见图1(c)，其是一同平面切换模式(In-Plane Switching Mode，IPS Mode)显示单元12的构造示意图，由图可明显看出，其数据电极121(Data electrode)与共同电极122(Commonelectrode)是设于液晶分子123的同一侧，因此当数据电极121(Data electrode)与共同电极122(Common electrode)间的电位差产生变化时(图中虚线表示出电场方向)，液晶分子123将以Z轴为轴心产生旋转，进而改变其透光率而完成该像素的亮度控制。而此类显示单元构造中液晶分子的旋转方式，并不会因观看者视角θ不同时而有透光率的变化，因而具有提供较大视角的优点，对于制作大尺寸的显示面板将有颇大助益。
而一般薄膜晶体管液晶显示器中一同平面切换模式(In-Plane SwitchingMode，IPS Mode)像素单元的上视构造与沿AB线段的剖面示意图是如图2(a)(b)所示，其主要依下列步骤来完成：
(a)在一基板20上形成第一金属层并定义出薄膜晶体管的栅极导线21(Gateline)、显示单元的共同电极22(Common electrode)以及周边所需的接线垫23(pad)(第一道光罩微影蚀刻过程)。
(b)沉积栅极绝缘层24、半导体层以及高掺杂半导体层后定义出一信道结构25(第二道光罩微影蚀刻过程)。
(c)形成第二金属层并定义出薄膜晶体管的源/漏极区域26、数据导线27与显示单元的像素电极28(第三道光罩微影蚀刻过程)。
(d)沉积一保护层29并于接线垫23(pad)上定义出接触孔231(第四道光罩微影蚀刻过程)。
而由图2(a)(b)所示可看出，由于显示单元的共同电极22(Common electrode)与像素电极28是分别由第一金属层与第二金属层来完成于不同高度的平面，数据电压与穿透率的曲线将呈不对称的状态(如图2(c)所示)，因此显示的影像将会产生残影(sticking)或闪烁(flicker))，且由于显示单元的共同电极22(Common electrode)与像素电极28是分别由第一金属层与第二金属层且于不同的光罩微影蚀刻过程中完成，因此两电极间亦将不可避免地发生对准误差(misalignment)问题，而当误差产生时将造成透光率不均匀(如图中所示的L1≠L2)，而且为能容忍对准时所产生的误差，其设计规则(design rule)将导致组件尺寸无法缩小。
为改善上述缺失，于是发展出如图3(a)(b)所示的另一常用同平面切换模式薄膜晶体管液晶显示器中像素单元的上视构造与沿AB线段的剖面示意图，而其主要是依下列步骤来完成：
(a)于一基板30上形成第一金属层并定义出薄膜晶体管的栅极导线31(Gateline)、显示单元的共同电极32(Common electrode)、储存电容的下电极320以及周边所需的接线垫33(pad)(第一道光罩微影蚀刻过程)。
(b)沉积栅极绝缘层34、半导体层以及高掺杂半导体层后定义出一信道结构35(第二道光罩微影蚀刻过程)。
(c)形成第二金属层并定义出薄膜晶体管的源/漏极区域36、数据导线37与储存电容的上电极38(第三道光罩微影蚀刻过程)。
(d)沉积一保护层39并于接线垫33(pad)、储存电容的上电极38以及共同电极32(Common electrode)的上定义出接触孔331、381以及321(第四道光罩微影蚀刻过程)。
(e)形成第三金属层并定义出两梳状电极382、322，分别透过接触孔381以及321来与储存电容的上电极38以及共同电极32(Common electrode)完成电性接触(第五道光罩微影蚀刻过程)。
而由上述叙述可清楚看出，由于两梳状电极382、322是形成于同高度的平面上且于同一光罩微影蚀刻过程中完成，因此两梳状电极间无高度差亦不会发生对准误差(misalignment)问题，有效解决上述技术的缺失，但缺点在于光罩微影蚀刻过程(PEP，photo etching process)数量过多，导致产能下降与成本提高，而如何消除上述常用技术的缺失，是为发展本案的主要目的。
发明内容
本发明是一种同平面切换模式(In-Plane Switching Mode)液晶显示单元的制造方法，其包含下列步骤：提供一绝缘基板；于该绝缘基板上形成一第一导体层，以一第一光罩微影蚀刻过程对其定义出一栅极导线构造、一共同电极构造、一接线垫、一第一梳状电极以及一第二梳状电极，其中该共同电极构造是连接至该第二梳状电极；于该绝缘基板上方依序形成一栅极绝缘层以及一半导体层，以一第二光罩微影蚀刻过程对该半导体层以与门极绝缘层进行图案定义，用以形成一信道结构、一绝缘结构、一储存电容的介电层以及多个导线交错绝缘结构；于该绝缘基板上方形成一高掺杂半导体层以及一第二导体层，以一第三光罩微影蚀刻过程于上定义出一源漏极构造、一数据导线、一连接电极以及一储存电容的上电极，其中该数据导线是覆盖于导线交错绝缘结构的上并连接至该漏极结构，该连接电极是连接于该源极结构与该第一梳状电极间，而该储存电容的上电极覆盖于该储存电容的介电层的上并连接于该第一梳状电极；以及于该绝缘基板中除部分接线垫外的区域上方形成一保护结构。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该保护结构的形成方法包含下列步骤：于该绝缘基板上方形成一保护层；以一第四光罩微影蚀刻过程对该保护层进行定义，进而形成于该接线垫上具有一接线透孔的一保护结构。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该保护结构的形成方法包含下列步骤：以一罩幕沉积法，于该绝缘基板中除部分接线垫外的区域上方完成一保护结构，用以于该接线垫上形成一接线透孔。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该绝缘基板是为一透光玻璃基板。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该第一导体层、第二导体层是选自铬、钼、钼化钽、钼化钨、钽、铝、铝化硅、铜等材质或其组合来完成。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该栅极绝缘层的材质可选自氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiOxNy)、氧化钽(TaOx)或氧化铝(AlOx)等材质或其组合。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该半导体层的材质选自本质非晶硅(i-a-Si)或本质微晶硅(Micro-crystalline silicon)或本质多晶硅(Polycrystalline silicon)。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该高掺杂半导体层的材质是选自高掺杂的非晶硅(n+-a-Si)或高掺杂的微晶硅(n+-microcrystaline-Si)或高掺杂多晶硅(n+-Polycrystalline silicon)。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该保护结构的材质选自氮化硅或氮氧化硅(SiOxNy)来完成。
本发明的另一方面是为一种同平面切换模式(In-Plane Switching Mode)液晶显示单元的制造方法，其包含下列步骤：提供一绝缘基板；于该绝缘基板上形成一第一导体层，以一第一光罩微影蚀刻过程对其定义出一栅极导线构造、一共同电极构造、一第一梳状电极以及一第二梳状电极，其中该共同电极构造是连接至该第二梳状电极；于该绝缘基板上方依序形成一栅极绝缘层、一半导体层以及一高掺杂半导体层，以一第二光罩微影蚀刻过程对该高掺杂半导体层、半导体层以与门极绝缘层进行图案定义，用以形成一信道结构、一绝缘结构、一储存电容的介电层以及多个导线交错绝缘结构；于该绝缘基板上方形成一第二导体层，以一第三光罩微影蚀刻过程于该高掺杂半导体层定义出一源漏极结构，并于该第二导体层定义出一数据导线、一连接电极以及一储存电容的上电极，其中该数据导线是覆盖于导线交错绝缘结构的上并连接至该漏极结构，该连接电极是连接于该源极结构与该第一梳状电极间，而该储存电容的上电极覆盖于该储存电容的介电层之上并连接于该第一梳状电极；以及于该绝缘基板中除部分接线垫外的区域上方形成一保护结构。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该保护结构的形成方法包含下列步骤：于该绝缘基板上方形成一保护层；以一第四光罩微影蚀刻过程对该保护层进行定义，进而形成于该接线垫上具有一接线透孔的一保护结构。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该保护结构的形成方法包含下列步骤：以一罩幕沉积法，于该绝缘基板中除部分接线垫外的区域上方完成一保护结构，用以于该接线垫上形成一接线透孔。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该绝缘基板为一透光玻璃基板。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该第一导体层、第二导体层选自铬、钼、钼化钽、钼化钨、钽、铝、铝化硅、铜等材质或其组合来完成。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该栅极绝缘层的材质可选自氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiOxNy)、氧化钽(TaOx)或氧化铝(AlOx)等材质或其组合。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该半导体层的材质选自本质非晶硅(i-a-Si)或本质微晶硅(Micro-crystalline silicon)或本质多晶硅(Polycrystalline silicon)。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该高掺杂半导体层的材质选自高掺杂的非晶硅(n+-a-Si)或高掺杂的微晶硅(n+-microcrystaline-Si)或高掺杂多晶硅(n+-Polycrystalline silicon)。
根据上述构想，同平面切换模式液晶显示单元的制造方法中该保护结构的材质选自氮化硅或氮氧化硅(SiOxNy)来完成。
附图说明
本发明通过下列附图及详细说明，俾得一更深入的了解：
图1(a)是一液晶显示器中一像素单元的电路示意图。
图1(b)(c)是习用液晶显示器的两类显示单元的构造示意图。
图2(a)(b)是第一种常用薄膜晶体管液晶显示器中一同平面切换模式(In-Plane Switching Mode，IPS Mode)像素单元的上视构造与沿AB线段的剖面示意图。
图2(c)是常用薄膜晶体管液晶显示器中数据电压与穿透率的曲线呈不对称状态的曲线示意图。
图3(a)(b)是第二种常用薄膜晶体管液晶显示器中一同平面切换模式(In-Plane Switching Mode，IPS Mode)像素单元的上视构造与沿AB线段的剖面示意图。
图4(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)：其是本发明为改善上述常用手段而发展出来关于同平面切换模式(In-Plane Switching Mode)液晶显示单元的第一较佳实施例过程步骤及结构示意图。
图5(a)(b)(c)(d)是本案另一较佳实施例中与第一较佳实施例不同处的过程步骤及结构示意图。
具体实施方式
请参见图4(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)所示，其是本发明为改善上述常用手段而发展出来关于同平面切换模式(In-Plane Switching Mode)液晶显示单元的较佳实施例过程步骤及结构示意图。其中图4(a)表示出于提供一绝缘基板40后，再于该绝缘基板40上形成一第一导体层，以一第一光罩微影蚀刻过程(PEP，photo etching process)对其定义出一栅极导线构造41、一共同电极构造42、一接线垫43、一第一梳状电极441以及一第二梳状电极442，其中该共同电极构造42连接至该第二梳状电极442(其沿AB线段的剖面图如图4(b)所示)。图4(c)表示出于该绝缘基板40上方再依序形成一栅极绝缘层以及一半导体层后，以一第二光罩微影蚀刻过程对该半导体层以与门极绝缘层进行图案定义，用以形成一信道结构45、一绝缘结构46、一储存电容的介电层47以及多个导线交错绝缘结构48(其沿AB线段的剖面图如图4(d)所示)。图4(e)是表示出于该绝缘基板上方形成一高掺杂半导体层以及一第二导体层后，再以一第三光罩微影蚀刻过程于上定义出一源漏极构造49、一数据导线50、一连接电极51以及一储存电容的上电极52(其沿AB线段的剖面图是如图4(f)所示)。然后再于该绝缘基板40中除部分接线垫43外区域之上方形成一保护结构53。至于该保护结构的形成方法可选用下列两种方式中之一种来完成。第一种方式是如图4(g)所示，于该绝缘基板40上方形成一保护层后，再以一第四光罩微影蚀刻过程对该保护层进行定义，进而形成于该接线垫上具有一接线透孔531的一保护结构53。至于第二种方式如图4(h)所示，是以一罩幕沉积法来直接沉积该保护结构时，而由于中央镂空罩幕的作用，本发明人在不需第四光罩微影蚀刻过程情况下便能将基板周围遮盖，而能直接于该绝缘基板中除部分接线垫43外的区域上方沉积完成一保护结构53，而露出部分接线垫43供接线之用。
而在另一较佳实施例中，其与上一较佳实施例的不同处仅在于第二光罩微影蚀刻过程与第三光罩微影蚀刻过程的部分，如图5(a)(b)(c)(d)所示，本发明人在该绝缘基板60上方以第一光罩微影蚀刻过程定义完成栅极导线构造61、共同电极构造62、接线垫63、第一梳状电极641以及第二梳状电极642后后，便再依序形成一栅极绝缘层、一半导体层以及一高掺杂半导体层，而以一第二光罩微影蚀刻过程对该高掺杂半导体层、半导体层以与门极绝缘层进行图案定义，用以形成一信道结构65、一绝缘结构66、一储存电容的介电层67以及多个导线交错绝缘结构68(如图5(a)(b)所示)，然后再于该绝缘基板60上方形成一第二导体层，而以一第三光罩微影蚀刻过程于该高掺杂半导体层定义出一源漏极结构69，并于该第二导体层定义出一数据导线70、一连接电极71以及一储存电容的上电极72，其中该数据导线70是覆盖于导线交错绝缘结构68之上并连接至该漏极结构，该连接电极71是连接于该源极结构与该第一梳状电极641间，而该储存电容之上电极72覆盖于该储存电容的介电层67之上并连接于该第一梳状电极641(如图5(c)(d)所示)。至于保护结构的形成方法则与第一较佳实施例相同，故不再赘述。
而上述较佳实施例中的绝缘基板是可用透光玻璃所完成。至于第一导体层与与第二导体层是可以选自铬、钼、铝化钽、钼化钨、钽、铝、铝化硅、铜等材质或其组合来完成。而栅极绝缘层栅极绝缘层的材质可选自氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiOxNy)、氧化钽(TaOx)或氧化铝(AlOx)等材质或其组合，该半导体层的材质选自本质非晶硅(i-a-Si)或本质微晶硅(Micro-crystalline silicon)或本质多晶硅(Polycrystalline silicon)，而该高掺杂半导体层可用高掺杂的非晶硅(n+-a-Si)或高掺杂的微晶硅(n+-microcrystaline-Si)或高掺杂多晶硅(n+-Polycrystallinesilicon)来完成。至于保护结构大多以氮化硅或氮氧化硅(SiOxNy)来完成。
由上述较佳实施例步骤的叙述与所完成的构造可知，本案的两梳状电极382、322是形成于同高度的平面上且于同一光罩微影蚀刻过程中完成，因此两梳状电极间无高度差亦不会发生对准误差(misalignment)问题，且所需的光罩微影蚀刻过程(PEP，photo etching process)可降低为四道甚至三道，确能提高产能与降低成本，有效改善传统技术的缺失，进而能达成发展本发明的主要目的。然本发明通过熟悉该技术领域的人士根据本发明的权利要求进行的等效改变或修饰，皆不脱离本权利要求书的范围。
Claims (12)
1.一种同平面切换模式液晶显示单元的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
提供一绝缘基板；
于该绝缘基板上形成一第一导体层，以一第一光罩微影蚀刻过程对其定义出一栅极导线构造、一共同电极构造、一接线垫、一第一梳状电极以及一第二梳状电极，其中该共同电极构造是连接至该第二梳状电极；
于该绝缘基板上方依序形成一栅极绝缘层以及一半导体层，以一第二光罩微影蚀刻过程对该半导体层以与门极绝缘层进行图案定义，用以形成一信道结构、一绝缘结构、一储存电容的介电层以及多个导线交错绝缘结构；
于该绝缘基板上方形成一高掺杂半导体层以及一第二导体层，以一第三光罩微影蚀刻过程于上定义出一源漏极构造、一数据导线、一连接电极以及一储存电容的上电极，其中该数据导线是覆盖于导线交错绝缘结构之上并连接至该漏极结构，该连接电极连接于该源极结构与该第一梳状电极间，而该储存电容的上电极覆盖于该储存电容的介电层之上并连接于该第一梳状电极；以及
于该绝缘基板中除部分接线垫外的区域上方形成一保护结构。
2.根据权利要求1所述的同平面切换模式液晶显示单元的制造方法，其特征在于，该保护结构的形成方法包含下列步骤：
于该绝缘基板上方形成一保护层；
以一第四光罩微影蚀刻过程对该保护层进行定义，进而形成于该接线垫上具有一接线透孔的一保护结构。
3.根据权利要求1所述的同平面切换模式液晶显示单元的制造方法，其特征在于，该保护结构的形成方法包含下列步骤：以一罩幕沉积法，于该绝缘基板中除部分接线垫外的区域上方完成一保护结构，用以于该接线垫上形成一接线透孔。
4.根据权利要求1所述的同平面切换模式液晶显示单元的制造方法，其特征在于，该绝缘基板为一透光玻璃基板。
5.根据权利要求1所述的同平面切换模式液晶显示单元的制造方法，其特征在于，
该第一导体层、第二导体层是选自铬、钼、钼化钽、钼化钨、钽、铝、铝化硅、铜或其组合来完成；该栅极绝缘层的材质可选自氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化钽或氧化铝或其组合；该半导体层的材质选自本质非晶硅或本质微晶硅或本质多晶硅；该高掺杂半导体层的材质选自高掺杂的非晶硅或高掺杂的微晶硅或高掺杂多晶硅；以及该保护结构的材质是选自氮化硅或氮氧化硅或氧化硅来完成。
6.根据权利要求1所述的同平面切换模式液晶显示单元的制造方法，其特征在于，该梳状共同电极构造中所具有的一梳齿构造是平行交错设置于该梳状像素电极的一梳齿构造中。
7.根据权利要求1所述的同平面切换模式液晶显示单元的制造方法，其特征在于，该储存电容的介电层覆盖于该梳状共同电极构造中所具有之一储存电容的下电极之上。
8.一种可减少光罩数的液晶显示单元制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
提供一绝缘基板；
于该绝缘基板上形成一第一导体层，以一第一光罩微影蚀刻过程对其定义出一栅极导线构造、一梳状共同电极构造、一接线垫以及一梳状像素电极；
于该绝缘基板上方依序形成一栅极绝缘层、一半导体层以及一高掺杂半导体层，以一第二光罩微影蚀刻过程对该高掺杂半导体层、半导体层以与门极绝缘层进行图案定义，用以形成一信道结构、一绝缘结构、一储存电容的介电层以及多个导线交错绝缘结构；
于该绝缘基板上方形成一第二导体层，以一第三光罩微影蚀刻过程于该高掺杂半导体层定义出一源漏极结构，并于该第二导体层定义出一数据导线、一连接电极以及一储存电容的上电极，其中该数据导线覆盖于导线交错绝缘结构之上并连接至该漏极结构，该连接电极连接于该源极结构与该第一梳状电极间，而该储存电容的上电极覆盖于该储存电容的介电层之上并连接于该第一梳状电极；以及
于该绝缘基板中除部分接线垫外的区域上方形成一保护结构。
9.根据权利要求8所述的可减少光罩数的液晶显示单元制造方法，其特征在于，该绝缘基板为一透光玻璃基板。
10.根据权利要求8所述的可减少光罩数的液晶显示单元制造方法，其特征在于，该第一导体层、第二导体层是选自铬、钼、钼化钽、钼化钨、钽、铝、铝化硅、铜或其组合来完成，而该栅极绝缘层的材质是可选自氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化钽或氧化铝或其组合。
11.根据权利要求8所述的可减少光罩数的液晶显示单元制造方法，其特征在于，该半导体层的材质是选自本质非晶硅或本质微晶硅或本质多晶硅，而该高掺杂半导体层的材质是选自高掺杂的非晶硅或高掺杂的微晶硅或高掺杂多晶硅。
12.根据权利要求8所述的可减少光罩数的液晶显示单元制造方法，其特征在于，该梳状共同电极构造中所具有的一梳齿构造是平行交错设置于该梳状像素电极的一梳齿构造，而该储存电容的介电层是覆盖于该梳状共同电极构造中所具有的一储存电容的下电极之上。
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| CN1415999A (zh) | 2003-05-07 |
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