CN1278166C - 具有凹形反射层的液晶显示装置的制造方法 - Google Patents

具有凹形反射层的液晶显示装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种具有凹形反射层的液晶显示装置的制造方法包括：在一基板上形成一开关元件，所述开关元件包括一栅极、一半导体层、一源极和一漏极；在包含开关元件的基板上形成第一绝缘层；在第一绝缘层上形成多个光阻图形；通过用光阻图形作为掩模将第一绝缘层构图成具有一凹形表面；以及在具有凹陷的不平整表面的第一绝缘层上形成一反射层。

Description

具有凹形反射层的液晶显示装置的制造方法
本申请要求享有2002年12月31日在韩国递交的韩国专利申请P2003-000393号的权益，该申请可供参考。
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，更具体地说，涉及一种具有凹形反射层(concave reflector)的液晶显示装置的制造方法。虽然本发明适用于宽范围的应用领域，但是本发明尤其适用于提高液晶显示装置中反射层的灵活性。
背景技术
随着信息时代的迅速发展，需要具有厚度薄、重量轻且低功耗的平板显示装置。根据发光原理，平板显示装置可以分为两类。一类是自身发光来显示图像的发光型显示装置，而另一类是使用外部光源来显示图像的光接收型显示装置。等离子体显示板(PDP)装置、场发射显示(FED)装置和电致发光(EL)显示装置是发光型显示装置的例子，而液晶显示(LCD)装置是光接收型显示装置的例子。液晶显示装置由于其优越的分辨率、显示彩色图像和所显示的图像质量而广泛地被用于笔记本计算机和台式监视器等。
通常，液晶显示装置具有相互分隔开并彼此面对的第一和第二基板。每个基板包括一电极，且每个基板的电极都设置成彼此面对。在第一和第二基板之间设置有一液晶层。将一电压提供给每个基板的电极，这样根据提供的电压改变液晶分子的排列，从而显示图像。如上所述的液晶显示装置不能发光，需要外部光源来显示图像。
因此，可以这样来显示彩色图像，即通过将来自背光的人造光照射到液晶层上，所述的背光位于液晶板的后面，然后根据液晶的排列来控制光的数量。此时，用透明导电材料形成电极，且基板是透明的。这种液晶显示(LCD)装置通常称为透射式LCD装置。由于透射式LCD装置是利用例如背光的外部光源，因此它能够在黑暗的环境下显示亮的图像，但是其具有较高的功耗。
为了解决这个问题，人们已经提出并开发了反射式LCD装置。反射式LCD装置根据液晶分子的排列控制光的透射比来显示彩色图像，而液晶分子是通过反射背景光和外部光进行排列的。反射式LCD装置依靠背景光源或外部光源作为光源，从而具有比透射式液晶显示装置更低的功耗。在反射式LCD装置中，下电极可以用光反射效率高的材料形成，而上电极可以用透明导电材料形成。
图1是按照现有技术的反射式液晶显示装置的示意性剖面图。
在图1中，第一和第二基板11和21彼此分隔开。在第一基板11的内表面上形成栅极12，并在栅极12上形成栅极绝缘层13。还在第一基板11和栅极绝缘层13之间形成连接到栅极12的栅极线(未示出)。在栅极12上方的栅极绝缘层13上依次形成有源层14和欧姆接触层15a和15b。在欧姆接触层15a和15b上形成源极16b和漏极16c，且源极16b和漏极16c形成具有栅极12的薄膜晶体管。在栅极绝缘层13上形成数据线4，所述数据线可以用与源极16b和漏极16c相同的材料形成。数据线4连接到源极16b并与栅极线交叉而限定一象素区。
在源极16b和漏极16c上形成钝化层17，所述钝化层可以用有机材料形成。钝化层17覆盖薄膜晶体管且具有暴露部分漏极16c的接触孔17a。在象素区的钝化层17上形成用作象素电极的反射电极18。反射电极18通过接触孔17a连接到漏极16c。这里，反射电极18是由例如金属材料的导电材料形成的，并具有一用于使光分散的起伏表面，其目的是为使用者在有效视角内增加反射比。反射电极18覆盖薄膜晶体管并与数据线4重叠以增加装置的孔径比。此时，钝化层17可以用具有相对较低介电常数的有机材料形成，从而防止反射电极18和数据线4的信号之间的彼此干扰。
同时，在第二基板21的内表面上形成黑色矩阵22，并在黑色矩阵22上形成具有红(R)、绿(G)和蓝(B)三种颜色的滤色片层23a、23b和23c。在滤色片层23a、23b和23c上形成透明导电材料的公共电极24。滤色片层23a、23b和23c的各种颜色对应于各个反射电极18，而黑色矩阵22设置到反射电极18的相应边缘。如上所述，由于例如金属的不透明导电材料的反射电极18覆盖了薄膜晶体管，因此黑色矩阵22能够仅覆盖反射电极18的边缘。
液晶层30设置在反射电极18和公共电极24之间。当向反射电极18和公共电极24提供电压时，通过反射电极18和公共电极24之间感应的电场来排列液晶层30的液晶分子。尽管图中未表示，但实际上，还分别在反射电极18和公共电极24上形成定向层，以排列液晶材料层30的液晶分子。
在反射式液晶显示装置中，通过反射来自反射电极外部的光来显示图像，所述反射电极是用反射效率高的材料制成。这样，反射式液晶显示装置由于其低功耗的优点可以以有限的功耗而长时间使用。
此外，由于钝化层17具有起伏的表面，反射电极18也具有起伏的表面。起伏的表面改变了光的反射角，从而增加了前侧的亮度。
下面将参照附图描述按照现有技术反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺。这里，直到源极和漏极的工艺步骤与传统液晶显示装置的制造工艺相同，因此为了简化而省略了详细的描述。
图2A至图2F是表示按照现有技术反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺的剖面图。
在图2A中，在基板11上形成薄膜晶体管和钝化层17，并通过涂敷有机材料在钝化层17上形成第一有机层31。有机材料可以是诸如感光压克力(photo-acryl)的感光材料。对于构图而言，感光材料不需要额外的光阻材料。
在图2B中，用掩模对图2A的第一有机层31曝光，然后显影而形成具有一定尺寸和相互之间具有规则的间隔的有机图形33。此时，可以通过调整有机图形33之间的间隔或重叠部分来控制要在后续工序中形成的不平整表面的倾斜角。可以除去曝光的有机材料的部分。或者，可以除去被暴露的部分。
在图2C中，对图2B的有机图形33进行退火以形成起伏的有机图形35。此时，通过退火将起伏的有机图形35熔化并铺展在钝化层17上。接着，将起伏的有机图形35硬化，从而使其具有倾斜角并缓慢地弯曲。
在图2D中，通过涂敷有机材料在其上包括起伏的有机图形35的钝化层17的整个表面上形成第二有机层37。这里，由于起伏的有机图形35的原故，可以调整第二有机层37的侧面，并且可以使第二有机层37的表面弯曲而使其具有一倾斜角。
在图2E中，通过利用掩模对钝化层17和第二有机层37进行构图形成漏极接触孔17a。漏极接触孔17a暴露出漏极16c的一部分。
在图2F中，利用掩模在象素区内的第二有机层37上形成反射层18。反射层18由于起伏的有机图形35而具有起伏表面，起到反射光和驱动液晶分子的反射电极的作用。
用上述方法形成的凸形反射层中，不平整表面是由作为感光树脂的感光压克力形成的。然而，在透射式液晶显示装置中不使用感光压克力，因此使用现有的设备不能形成反射式液晶显示装置的不平整表面。更具体地说，感光压克力使用的显影剂不同于其它的有机材料，因此需要对新的显影生产线设备进行投资。
发明内容
为此，本发明旨在提出一种具有凹形反射层的液晶显示装置的制造方法，能够基本上消除因现有技术的局限和缺点造成的这些问题。
本发明的另一个目的在于提供一种具有凹形反射层的液晶显示装置的制造方法，所述凹形反射层能提供高反射率。
以下要说明本发明的附加特征和优点，有些内容可以从说明书中看出，或者是通过对本发明的实施来学习。采用说明书及其权利要求书和附图中具体描述的结构就能实现并达到本发明的目的和其他优点。
为了按照本发明的意图实现上述目的和其他优点，以下要具体和概括地说明，一种液晶显示装置的制造方法包括：在一基板上形成一开关元件，所述开关元件包括一栅极、一半导体层、一源极和一漏极；在包含开关元件的基板上形成第一绝缘层；在第一绝缘层上形成多个光阻图形；通过利用光阻图形作为掩模将第一绝缘层构图成具有一凹形表面；以及在具有凹陷的(recessed)不平整表面的第一绝缘层上形成一反射层，其中所述光阻图形在约4微米(μm)至30微米(μm)的范围内彼此分开一定距离。
应该意识到以上对本发明的概述和下文的详细说明都是解释性的描述，都是为了进一步解释所要求保护的发明。
附图说明
所包括的用来便于理解本发明并且作为本申请一个组成部分的附图表示了本发明的实施例，连同说明书一起可用来解释本发明的原理。
在附图中：
图1是按照现有技术的反射式液晶显示装置的示意性剖面图；
图2A至图2F是表示按照现有技术反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺的剖面图；
图3是按照本发明第一实施例用于反射式液晶显示装置的阵列基板的剖面图；
图4A至图4D是表示按照本发明第一实施例用于反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺的剖面图；
图5是按照本发明第一实施例用于透射反射式液晶显示装置的阵列基板的剖面图；以及
图6A至图6D表示按照本发明第二实施例用于反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺。
具体实施方式
以下要具体描述本发明的最佳实施例，在附图中表示了这些例子。在可能的情况下，所有附图中都用相同的标号代表相同或相似的部件。
图3是按照本发明第一实施例用于反射式液晶显示装置的阵列基板的剖面图。在第一实施例中，具有起伏表面的反射层由苯并环丁烯(BCB)形成。
在图3中，在基板100上形成作为开关元件的包括栅极102、半导体层106、源极108和漏极110的薄膜晶体管。在基板100的整个表面上方形成覆盖薄膜晶体管的第一有机层113。第一有机层113具有一凹陷或凹形的不平整表面117。在第一有机层113上形成第二有机层119。第一有机层113和第二有机层119具有暴露部分漏极110的漏极接触孔121。在第二有机层119上形成反射层123并通过漏极接触孔121连接到漏极110。反射层123起到反射电极的作用。
图4A至图4D是表示按照本发明第一实施例用于反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺的剖面图。
在图4A中，通过如下步骤在基板100上形成栅极102，即沉积例如铬(Cr)、铜(Cu)和铝(Al)的金属材料，在金属材料上涂敷光阻材料，通过具有栅极图形的掩模暴露光阻材料，对光阻材料显影，然后蚀刻金属材料。在包括栅极102的基板100的整个表面上形成栅极绝缘层104。栅极绝缘层104可以用氮化硅(SiNx)和氧化硅(SiO2)之一形成。
接着，在栅极102上方的栅极绝缘层104上形成半导体层106，所述半导体层包括非晶硅的有源层106a和掺杂非晶硅的欧姆接触层106b。这里，可以通过沉积非晶硅层并对其进行构图来形成有源层106a，而欧姆接触层106b可以通过将磷(P)或硼(B)掺杂到有源层106a中来形成。
通过沉积金属材料并用掩模工艺对其进行构图，在欧姆接触层106b上形成源极108和漏极110。此时，在形成源极108和漏极110之后，使用源极108和漏极110作为掩模除去源极108和漏极110之间的欧姆接触层106b，以暴露有源层106a。
在图4B中，通过涂敷例如苯并环丁烯(BCB)的有机材料，在包括源极108和漏极110的基板100的整个表面上形成第一有机层113。接着，通过涂敷光阻材料并用掩模工艺对其进行曝光和显影，在第一有机层113上形成光阻图形115。光阻图形115可以具有诸如五边形、六边形、梯形的多边形、半圆形或半椭圆形的截面。光阻图形115之间具有一规则的间距W，且W的范围在大约4微米(μm)至大约30微米(μm)之间。光阻图形115的尺寸以及光阻图形115之间的间距W可以通过考虑如下所述的因素来进行设计，即由于从一侧到另一侧的临界尺寸损失约为1微米(μm)，因此光阻图形的尺寸和其间距W可能会与其预定值有所不同。
在图4C中，通过在包括光阻图形115的基板100上进行干刻过程，同时蚀刻第一有机层113和光阻图形115，然后形成凹陷或凹形的不平整表面117，该表面在对应光阻图形115的第一有机层113表面上具有多个陷窝(dimple)。第一有机层113在源极108和漏极110上方可以具有一平坦表面。这里，对第一有机层113和光阻图形115在垂直和水平方向进行干刻。这样，通过控制光阻图形115的厚度，不平整表面117的每个陷窝可以具有范围在大约8微米(μm)至大约34微米(μm)的宽度。此外，在不平整表面117的陷窝中，深度和宽度之比可以为大约1比10至大约1比30。残余的第一有机层113的厚度可以大约为0.7微米(μm)。此时，光阻图形115和第一有机层113的蚀刻选择性可以通过控制干刻过程的条件进行调整。
在图4D中，通过涂敷苯并环丁烯(BCB)或压克力树脂，在具有不平整表面117的第一有机层113上形成第二有机层119，然后通过掩模工艺用第一有机层113对第二有机层119进行构图，以形成暴露部分漏极110的漏极接触孔121。接着，在第二有机层119上形成反射层123。反射层123通过漏极接触孔121连接到漏极110，并起到反射电极的作用。由于第一有机层113的不平整表面117，反射层123和第二有机层119也具有起伏的表面。
这里，反射式液晶显示装置可以包括一有机层而代替由例如苯并环丁烯(BCB)的有机材料形成的第二有机层119。
本发明第一实施例可以应用于透射反射式液晶显示装置，该装置也具有一反射层，而且既可以在透射模式中使用，也可以在反射模式中使用。图5是按照本发明第一实施例用于透射反射式液晶显示装置的阵列基板的剖面图。用于透射反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺与图4A至图4D中所示的用于反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺相同，因此，为简便起见省略了对制造工艺的描述。
如图5所示，在具有反射部分A和透射部分B的基板150上形成薄膜晶体管，并在薄膜晶体管上形成第一绝缘层152。第一绝缘层152具有凹陷或凹形的不平整表面154，并且为了提高透射部分B的亮度，在透射部分B处除去第一绝缘层152。在反射部分A中的第一绝缘层152上形成反射层156。第一绝缘层152可以用有机绝缘材料形成。在反射部分A中的反射层156上和透射部分B处都形成第二绝缘层158，所述第二绝缘层158可以用无机绝缘材料形成。第二绝缘层158具有穿过反射层156和第一绝缘层152暴露部分薄膜晶体管(即，漏极)的接触孔159。通过沉积例如铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)的透明导电材料，在第二绝缘层158上形成象素电极160，并通过接触孔159连接到漏极。
在按照第一实施例的反射式或透射反射式液晶显示装置中，用苯并环丁烯(BCB)形成包括多个陷窝的凹陷或凹形的不平整表面，该表面能达到更有效的视角且具有优异的反射比。在传统的液晶显示装置中已经采用了BCB。因此，采用现有的设备就可以制造反射式或透射反射式液晶显示装置。此外，与使用感光压克力形成的凸形不平整表面相比，凹陷或凹形的不平整表面提高了反射比。
在第一实施例中，尽管凹陷或凹形的不平整表面是通过干刻的苯并环丁烯(BCB)形成的，但是凹陷或凹形的不平整表面也可以用例如氮化硅的无机绝缘材料形成。
图6A至6D表示按照本发明第二实施例用于反射式液晶显示装置的阵列基板的制造工艺。在第二实施例中，不平整表面通过湿刻氮化硅而形成的。
如图6A所示，在基板200上形成栅极202，并在包括栅极202的基板200的整个表面上形成栅极绝缘层204。在栅极202上方的栅极绝缘层204上形成包括有源层206a和欧姆接触层206b的半导体层206。在欧姆接触层206b上形成源极208和漏极210。栅极202、半导体层206、源极208和漏极210构成一薄膜晶体管。
接着，如图6B所示，在包括源极208和漏极210的基板200的整个表面上形成无机层212，所述无机层212可以用氮化硅形成。通过涂敷光阻材料、用一掩模经掩模工艺对其进行曝光和显影，在无机层212上形成光阻图形214。所述的掩模可以包括多个柱体，其中，这些柱体的尺寸范围可以在大约2微米(μm)至大约20微米(μm)之间，而且柱体之间的间距范围可以在大约1微米(μm)至大约2微米(μm)之间。所述柱体可以具有如下的各种形状之一，例如圆形、椭圆形和六边形。同时，可以用氧化硅形成无机层212。
如图6C所示，通过在包括图6B的光阻图形214的基板200上进行湿刻过程，对无机层212进行蚀刻。此时，由于光阻图形214下面的无机层212从横向的侧面也受到蚀刻，因此，通过控制湿刻条件，在无机层212的表面上可形成具有多个陷窝的凹陷或凹形的不平整表面。
如图6D所示，通过掩模工艺，在包括凹陷或凹形的不平整表面的无机层212上形成漏极接触孔220。在包括凹陷或凹形的不平整表面的无机层212上形成反射电极222。反射电极222通过漏极接触孔220连接到漏极210。
在第二实施例中，在形成氮化硅的无机层之前，可以在源极和漏极上形成有机层。即，在源极和漏极上形成有机层，并在有机层上形成无机层。接着，通过湿刻工艺在无机层的表面上形成凹陷或凹形的不平整表面。
尽管图中未表示，但是这实际上在透射反射式液晶显示装置中，可以在具有凹陷的或凹形的不平整表面的无机层上形成反射层。还可以在反射层上进一步形成另一个无机层，并在另一个无机层上形成通过漏极接触孔连接到漏极的透射电极。
因此，按照本发明制造具有凹形反射层的液晶显示装置的方法具有以下一些优点。
由于包括多个陷窝的凹陷或凹形的不平整表面是用苯并环丁烯(BCB)或氮化硅形成的，而苯并环丁烯在液晶显示装置中通常作为钝化层，因此，能够使用现有的设备来制造反射式或透射反射式液晶显示装置。此外，凹陷的或凹形的不平整结构比凸形不平整结构具有更好的反射比。
显然，本领域的技术人员无需脱离本发明的原理和范围还能对本发明的具有凹形反射层的液晶显示装置的制造方法作出各种各样的修改和变更。因此，本发明的意图是要覆盖权利要求书及其等效物范围内的修改和变更。

Claims (17)

1.一种液晶显示装置的制造方法，包括：
在一基板上形成一开关元件，所述开关元件包括一栅极、一半导体层、一源极和一漏极；
在包括开关元件的基板上形成第一绝缘层；
在第一绝缘层上形成多个光阻图形；
通过利用光阻图形作为掩模将第一绝缘层构图成具有一凹形表面；以及
在具有凹陷的不平整表面的第一绝缘层上形成一反射层，
其中所述光阻图形在约4微米至30微米的范围内彼此分开一定距离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一绝缘层由有机材料形成。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，有机材料包括苯并环丁烯(BCB)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，用干刻法对第一绝缘层进行构图。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一绝缘层由无机材料形成。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第一绝缘层由氮化硅和氧化硅之一形成。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，用湿刻法对第一绝缘层进行构图。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在开关元件和第一绝缘层之间形成第二绝缘层，所述第二绝缘层包括苯并环丁烯(BCB)。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，凹陷的不平整表面具有陷窝形状，且每个陷窝的深度和宽度之比为大约1比10至大约1比30。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在反射层上形成第二绝缘层。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括在第二绝缘层上形成一象素电极，其中该象素电极电连接到开关元件上。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第二绝缘层由无机材料形成。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第二绝缘层由有机材料形成。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，有机材料是苯并环丁烯。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用掩模形成多个光阻图形。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，多个光阻图形具有多边形、半圆形和半椭圆形中之一的截面。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，多边形是五边形、六边形和梯形之一。
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