CN1324387C - Lcd的阵列基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种液晶显示设备的阵列基板,其包括沿第一方向的数据线;沿垂直于数据线的第二方向的选通线,其中数据线和选通线彼此相交而限定了像素区域;靠近数据线和选通线的交点设置的薄膜晶体管,该薄膜晶体管包括源极、栅极和漏极;位于薄膜晶体管上方和数据线上的黑色矩阵,该黑色矩阵暴露部分漏极;设置在像素区域内的滤色器,该滤色器覆盖部分漏极并暴露另一部分漏极;以及像素区域内位于滤色器上的像素电极,该像素电极与漏极的暴露部分电接触。
Description
本申请要求2002年12月17日提交的No.P2002-0080881号韩国专利申请的优先权,在此全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及液晶显示设备,尤其涉及具有薄膜晶体管上滤色器结构的阵列基板,其具有广泛用途,尤其用于提高孔径比并简化制造工艺。
背景技术
通常,由于平板显示设备薄、重量轻并具有低功耗,所以已经被用于便携式显示设备。在多种类型的平板显示设备中,液晶显示(LCD)设备由于其出众的分辨率、彩色图像显示能力和显示质量,而广泛用于膝上型计算机以及台式计算机监视器。
使用液晶分子的光学各向异性和偏振特性来产生预期图像。液晶分子具有由其自身的各向异性特征所导致的特殊排列方向。该特殊排列方向可以通过施加给液晶分子的电场来改变。换句话说,根据它们的介电各向异性,施加在液晶分子上的电场可以改变液晶分子的排列。由于液晶的光学各向异性,入射光根据液晶分子的排列而折射。
更明确地,LCD设备包括具有电极并相互分开并彼此面对的上基板和下基板以及置于它们之间的液晶材料。因此,当通过各个基板的电极向液晶材料施加电压时,液晶分子的排列方向随所施加的电压而改变,由此显示图像。通过控制所施加的电压,LCD设备提供不同的透射率,以显示图像数据。
由于它们诸如重量轻、外形薄和低功耗的特性,液晶显示(LCD)设备已广泛应用在办公自动化(OA)和视频设备中。在不同类型的LCD设备中,具有以矩阵形式排列的薄膜晶体管和像素电极的有源矩阵LCD(AM-LCD)在显示运动图像方面提供了高的分辨率和优越性。典型的LCD板具有上基板、下基板和置于它们之间的液晶层。上基板(称为滤色器基板)包括公共电极和滤色器。下基板(称为阵列基板)包括诸如开关元件的薄膜晶体管(TFT)和像素电极。
如前所述,LCD设备基于液晶分子的排列方向随施加在公共电极和像素电极之间的电场而变化的原理工作。因此,液晶分子用作为具有可变光学特性的光调制元件,该可变光学特性取决于所施加电压的极性和/或大小。
图1是展开透视图,显示了现有技术的有源矩阵液晶显示设备。如图1所示,LCD设备11包括上基板5(称为滤色器基板)和下基板22(称为阵列基板),并具有置于它们之间的液晶层14。在上基板5上,黑色矩阵6和滤色层8形成了包含由黑色矩阵6包围的多个红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器的阵列矩阵。另外,在上基板5上形成的公共电极18覆盖滤色层8和黑色矩阵6。
在下基板22上,多个薄膜晶体管T形成了对应于滤色层8的阵列矩阵。多个选通线13和数据线15相互垂直交叉,使得各个TFT T与选通线13和数据线15的各个交叉点相邻。此外,在由下基板22的选通线13和数据线15所限定的像素区域P上形成多个像素电极17。像素电极17是诸如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)的具有高透光率的透明导电材料。
图1也显示了对应于各个像素P设置并与各个像素电极17并联的存储电容器C。该存储电容器C具有用作第一电容器电极的部分选通线13、用作第二电容器电极的存储金属层30和之间的绝缘体(如图2的标号16所示)。由于存储金属层30通过接触孔与像素电极17相连,所以存储电容器C与像素电极17电接触。
在图1所示的现有技术的LCD设备中,将扫描信号通过选通线13施加给薄膜晶体管T的栅极,将数据信号通过数据线15施加给薄膜晶体管T的源极。结果,液晶材料层14的液晶分子通过薄膜晶体管T的操作而对齐和排列,并且该操作控制穿过液晶层14的入射光,以显示图像。即,在像素电极17和公共电极18之间感应的电场使液晶材料层14的液晶分子重新排列,以根据所感应的电场将入射光转换成预期图像。
在制造图1的LCD设备11时,上基板5对准下基板22并与其连接。在该工艺中,上基板5可能与下基板22未对准,并且由于在连接上基板5和下基板22过程中的边缘误差,而在完成的LCD设备11中可能发生光泄漏。
图2是沿图1的II-II线的示意性截面视图,说明了现有技术的液晶显示设备的像素。
如图2所示,现有技术的LCD设备包括上基板5、下基板22和液晶层14。上、下基板5和22彼此间隔开,并且在它们之间插入液晶层14。由于滤色层8位于上基板上,并且多个阵列元件位于下基板22上,所以通常将上基板5和下基板22分别称为滤色器基板和阵列基板。
在图2中,在下基板22的前表面上形成薄膜晶体管T。薄膜晶体管T包括栅极32、有源层34、源极36和漏极38。在栅极32和有源层34之间插入了栅绝缘层16,以保护栅极32和选通线13。如图1所示,栅极32从选通线13延伸,而源极36从数据线15延伸。所有的栅极32、源极36和漏极38都由金属材料形成,而有源层34由硅形成。钝化层40保护薄膜晶体管T。在像素区域P中,透明且导电的像素电极17设置在钝化层40上,并通过在钝化层40中形成的接触孔与漏极38和存储金属层30接触。
同时,如上所述,栅极13用作为存储电容器C的第一电极,存储金属层30用作为存储电容器C的第二电极。因此,栅极13和存储金属层30与之间的栅绝缘层16一起构成存储电容器C。
图2也显示了在薄膜晶体管T上方、与下基板22间隔开设置的上基板5。在上基板5的后表面上,将黑色矩阵6设置在对应于薄膜晶体管T、选通线13和数据线15的位置中。黑色矩阵6覆盖上基板5的全部表面,并具有对应于下基板22的像素电极17的开口,如图1所示。黑色矩阵6防止LCD板中除像素电极17部分之外的光泄漏。黑色矩阵6保护薄膜晶体管T免受光照,从而黑色矩阵6防止了在薄膜晶体管T中产生光电流。在上基板5的后表面上形成滤色层8,以覆盖黑色矩阵6。各个滤色器8具有红色8a、绿色8b和蓝色8c中的一种颜色,并对应于像素电极17所在的一个像素区域P。将透明并导电的公共电极18设置在上基板5上方的滤色层8上。
在上面讨论的现有技术的LCD板中,像素电极17与一个滤色器一一对应。另外,如图2所示,为了防止像素电极17与选通线13和数据线15之间的串扰,像素电极17与数据线15间隔开距离A,且与选通线13间隔开距离B。像素电极17与数据线15和选通线13之间的空隙A和B会在LCD设备中会引起诸如光泄漏的故障。即,光泄漏主要发生在空隙A和B中,因而在上基板5上形成的黑色矩阵6应该覆盖空隙A和B。然而,当上基板5相对于下基板22设置或相反地设置时,上基板5和下基板22之间可能会发生未对准。因此,将黑色矩阵6延伸,以完全覆盖空隙A和B。即,黑色矩阵6已经被设计为可以提供对齐余量,以防止光泄漏。然而,延伸黑色矩阵减少了与黑色矩阵6的对齐余量一样多的液晶显示板的孔径比。另外,若黑色矩阵6的对齐余量有误差,则仍将在空隙A和B中发生光泄漏,并恶化LCD设备的图像质量。
为克服上述问题,提出了在已经形成了薄膜晶体管的阵列基板上形成黑色矩阵和滤色器。该结构通常称为薄膜晶体管上滤色器(COT)结构。
图3显示了具有现有技术的薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板的局部放大平面视图。
如图3所示,阵列基板包括沿横向方向设置的多个选通线52和沿纵向方向设置的多个数据线66。该多个选通线52和该多个数据线66相互交叉并限定了像素区域P。在选通线52和数据线66的各个交点上形成薄膜晶体管T。薄膜晶体管T包括栅极54、有源层58、源极62和漏极64。在选通线52和数据线66所限定的像素区域P中,设置了多个滤色器72a、72b和72c。另外,像素电极80对应于各个像素区域P。该像素电极80被设置在滤色器72上并接触漏极64。即,滤色器72位于像素电极80的下面,并且像素电极80通过在滤色器72中形成的接触孔与漏极64电接触。
同时,存储电容器CST包括部分选通线52和存储金属层68。因此,该部分选通线52用作为存储电容器CST的第一电极,而存储金属层68用作为存储电容器CST的第二电极。像素电极80与存储金属层68电接触,以使其与存储电容器CST并联电连接。
图3的阵列基板具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构。在这种COT结构中,在基板(图4A中的标号50)上形成黑色矩阵74和滤色器72。黑色矩阵74对应于薄膜晶体管T和选通线52以及数据线66,从而防止了LCD设备中的光泄漏。黑色矩阵74由不透明的有机材料形成,从而阻挡入射到薄膜晶体管T上的光。此外,它也保护薄膜晶体管T免受外部冲击。
虽然图3显示了设置在选通线52上方的黑色矩阵74,但是当与上下像素相邻的滤色器72的颜色相同时,可以省略选通线52上方的黑色矩阵74。
图4A到4G显示了沿图3的IV-IV线的截面视图,说明了制造现有技术的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板的工艺步骤。
在图4A中,将诸如铝(Al)、铝合金、铜(Cu)、钨(W)、铬(Cr)或钼(Mo)的第一金属层淀积在基板50的表面上,并且随后通过第一掩模工序进行构图,以形成选通线52和栅极54。此后,在基板50上形成栅绝缘层56(第一绝缘层),以覆盖选通线52和栅极54。栅绝缘层56由诸如氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiO2)的无机材料形成。
接下来,图4B显示了在栅绝缘层56的整个表面上依次淀积的本征非晶硅层(a-Si:H)和n+掺杂非晶硅层(n+a-Si:H),并且随后通过第二掩模工序同时对它们进行构图,以形成有源层58和欧姆接触层60。将有源层58设置在栅极54上方,然后,将欧姆接触层60设置在有源层58上。
图4C显示了形成有源层58和欧姆接触层60之后,在整个基板50的上方淀积第二金属层,并且随后通过第三掩模工序进行构图,以形成源极62、漏极64、数据线66和存储金属层68。源极62从数据线66延伸并接触欧姆接触层60的一部分。漏极64与源极62间隔开设置,并且随后接触欧姆接触层60的其它部分。存储金属层68与部分选通线52交迭。此后,通过使用源极62和漏极64作为掩模对源极62和漏极64之间的那部分欧姆接触层60进行蚀刻,完成薄膜晶体管T和存储电容器CST。如参考图3所述,薄膜晶体管T包括栅极54、有源层58、欧姆接触层60、源极62和漏极64。此外,存储电容器CST包括选通线52、存储金属层68和之间的第一绝缘层56。
此后,在基板50的整个表面上方淀积第二绝缘层70,以覆盖已构图的第二金属层。第二绝缘层70可由氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiO2)形成。
图4D显示了在第二绝缘层70上形成彩色树脂,并且随后对其进行显影以形成红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的滤色器72a、72b和72c。用于显示全光谱颜色的滤色器72a、72b和72c形成在像素区域P中。当对彩色树脂进行显影时,对各个红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器使用相同的掩模(第四掩模)。
图4E显示了在滤色层72上方淀积感光不透明有机层,并且随后通过第五掩模工序进行构图,以在对应于薄膜晶体管T的位置形成黑色矩阵74。虽然在图4E中没有确切显示,但是黑色矩阵对应于数据线66形成,并与之交迭。
此外,虽然在图3中显示了但图4E中没有显示,但是当设置在上下相邻的像素中的滤色器连续具有相同的颜色时,可以省略设置在选通线52上方的黑色矩阵74。
图4F显示了通过滤色层72和第二绝缘层70形成接触孔的步骤。通过第六掩模工序对部分滤色层72和第二绝缘层70同时进行蚀刻,以分别暴露漏极64和存储金属层68,从而形成到漏极64的漏极接触孔76和到存储金属层68的存储接触孔78。
图4G显示了在滤色器72上形成像素电极80的步骤。将铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)的透明导电层淀积在整个基板50上方,以覆盖滤色器72和黑色矩阵74。此后,通过第七掩模工序对第一透明导电层进行构图,从而在像素区域P中的滤色器72上形成像素电极80。该像素电极80通过漏极接触孔76和存储接触孔78分别接触漏极64和存储金属层68。
然而,由于薄膜晶体管和其它元件的结构,上述制造工艺需要许多步骤,例如,第七掩模工序。因此,增加了工艺时间和生产成本,并降低了生产量。
发明内容
因此,本发明致力于一种制造液晶显示设备的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板的方法,该方法基本上避免了由于现有技术的局限和缺点所带来的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种制造液晶显示设备的具有COT结构的阵列基板的方法,该方法简化了制造工艺,并提高了生产量。
本发明的另一个目的在于提供一种液晶显示设备的具有COT结构的阵列基板,其具有改进的结构和构造。
本发明部分地与一种用于液晶显示设备中的阵列基板有关,该阵列基板包括:在基板上方沿第一方向的数据线;在基板上方沿垂直于数据线的第二方向的选通线,其中,选通线与数据线彼此交叉而限定了像素区域;在靠近数据线和选通线交点处设置的薄膜晶体管,该薄膜晶体管包括在基板上的源极和漏极、在源极和漏极上方的有源层、在有源层和源极之间以及有源层和漏极之间的欧姆接触层、在有源层上方的栅绝缘层、以及在栅绝缘层上方的栅极;在薄膜晶体管上方和数据线上的黑色矩阵,该黑色矩阵暴露部分漏极;在像素区域内设置在基板上方的滤色器,该滤色器覆盖部分漏极并暴露漏极的另一部分;以及在像素区域内的滤色器上方的像素电极,该像素电极接触漏极的暴露部分。
在本发明中,阵列可以包括:包括存储金属层、部分选通线和插入存储金属层和选通线之间的绝缘图案的存储电容器;位于存储金属层和绝缘图案之间的掺杂非晶硅图案和纯非晶硅图案;其中,像素电极与部分存储金属层电接触。此外,数据线、源极、漏极和存储金属层可在同一掩模工序中使用从包括铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)和铝合金的组中选择的相同材料形成。另外,栅绝缘层和绝缘图案可由从包括氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的组中选择的相同材料形成。另外,滤色器可具有红色、绿色和蓝色中的一种颜色,并且第一方向上的相邻滤色器具有相同的颜色。
本发明部分地与一种液晶显示设备的阵列基板有关,该阵列基板包括:含有数据区、TFT区、像素区和栅区的基板;在基板上方并对应于数据区和TFT区的黑色矩阵;在基板上方以覆盖黑色矩阵的缓冲层;在缓冲层上沿第一方向的数据线,该数据线对应于数据区;在缓冲层上方对应于栅区沿垂直于数据线的第二方向的选通线,其中,数据线和选通线彼此交叉,从而限定像素区域;设置在缓冲层上方靠近数据线和选通线的交点处的薄膜晶体管,该薄膜晶体管对应于TFT区并包括缓冲层上方的源极和漏极、在源极和漏极上方的有源层、在有源层和源极之间以及有源层和漏极之间的欧姆接触层、在有源层上方的栅绝缘层、以及在栅绝缘层上方的栅极;在像素区域内设置在缓冲层上方的滤色器,该滤色器覆盖部分漏极而暴露另一部分漏极;以及在像素区域内的滤色器上的像素电极,该像素电极直接与漏极的暴露部分接触。
在本发明中,阵列可以包括:包括存储金属层、部分选通线和插入在存储金属层和选通线之间的绝缘图案的存储电容器;位于存储金属层和绝缘图案之间的掺杂非晶硅图案和纯非晶硅图案;其中,像素电极与部分存储金属层电接触。此外,数据线、源极、漏极和存储金属层可在同一掩模工序中使用从包括铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)和铝合金的组中选择的相同材料形成。另外,栅绝缘层和绝缘图案可由从包括氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的组中选择的相同材料形成。滤色器可具有红色、绿色和蓝色中的一种颜色,并且第一方向上的相邻滤色器具有相同的颜色。
本发明部分地与一种液晶显示设备有关,该液晶显示设备包括:彼此间隔开设置的第一和第二基板;在第一基板上方沿第一方向的数据线;在第一基板上方沿垂直于数据线的第二方向的选通线,其中,数据线和选通线彼此交叉以限定像素区域;设置在第一基板上方靠近数据线和选通线交点处的薄膜晶体管,该薄膜晶体管包括第一基板上方的源极和漏极、在源极和漏极上方的有源层、在有源层和源极之间以及有源层和漏极之间的欧姆接触层、有源层上方的栅绝缘层、以及在栅绝缘层上方的栅极;在像素区域内设置在第一基板上方的滤色器,该滤色器覆盖部分漏极而暴露另一部分漏极;在像素区域内的滤色器上方的像素电极,该像素电极直接与漏极的暴露部分接触;在第二基板上方的黑色矩阵,该黑色矩阵对应于数据线和薄膜晶体管;以及在整个第二基板上方并覆盖黑色矩阵的公共电极。
本发明部分地与一种制造用于液晶显示设备中的阵列基板的方法有关,该方法包括:在基板上方依次形成第一金属层和掺杂非晶硅层;同时对第一金属层和掺杂非晶硅层进行构图,以形成数据线、源极、漏极和欧姆接触层;在基板上方依次形成纯非晶硅层、绝缘层和第二金属层,以覆盖数据线、源极和漏极;同时对纯非晶硅层、绝缘层和第二金属层进行构图,以形成有源层、栅绝缘层、栅极和选通线,从而形成薄膜晶体管,该薄膜晶体管包括源极和漏极、欧姆接触层、有源层、栅绝缘层和栅极,其中,选通线与数据线垂直交叉,以形成像素区域;在除了部分漏极之外的薄膜晶体管上方和数据线上方形成黑色矩阵;在像素区域内在基板上方形成滤色器,该滤色器覆盖部分漏极而暴露另一部分漏极;以及在像素区域内的滤色器上方形成像素电极,该像素电极直接接触漏极的暴露部分。
在本发明中,对第一金属层和掺杂非晶硅层进行构图可以在基板上方形成存储金属层。对纯非晶硅层、绝缘层和第二金属层进行构图可以在存储金属层和选通线之间依次形成掺杂非晶硅层、纯非晶硅层和绝缘层。此外,存储金属层、部分选通线和绝缘图案可以是存储电容器,并且像素电极可以与部分存储金属层电接触。第一金属层可以是从包括铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)和铝合金的组中选择的至少一种金属材料。绝缘体可以是从包括氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的组中选择的至少一种材料。另外,滤色器可具有红色、绿色和蓝色中的一种颜色,并且第一方向上的相邻滤色器具有相同的颜色。此外,黑色矩阵可以是感光性的黑色树脂。
本发明部分地与一种制造液晶显示设备的阵列基板的方法有关,该方法包括:在基板上限定数据区、TFT区、像素区和栅区;在基板上方对应于数据区和TFT区形成黑色矩阵;在基板上方形成缓冲层以覆盖黑色矩阵;在缓冲层上方沿第一方向形成数据线,该数据线对应于数据区;在缓冲层上方对应于栅区沿垂直于数据线的第二方向形成选通线,其中,数据线和选通线彼此交叉,从而限定了像素区域;在缓冲层上方靠近数据线和选通线的交点形成薄膜晶体管,该薄膜晶体管对应于TFT区并包括缓冲层上方的源极和漏极、在源极和漏极上方的有源层、在有源层和源极之间以及有源层和漏极之间的欧姆接触层、在有源层上方的栅绝缘层、以及在栅绝缘层上方的栅极;在像素区域中在缓冲层上方形成滤色器,该滤色器覆盖部分漏极而暴露另一部分漏极;以及在像素区域中的滤色器上形成像素电极,该像素电极直接与漏极的暴露部分接触。
在本发明中,该方法可以包括形成包括存储金属层、部分选通线和插入存储金属层和选通线之间的绝缘图案的存储电容器。像素电极与部分存储金属层电接触。掺杂非晶硅图案和纯非晶硅图案可位于存储金属层和绝缘图案之间。此外,数据线、源极、漏极和存储金属层可在同一掩模工序中使用从包括铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)和铝合金的组中选择的相同材料形成。另外,栅绝缘层和绝缘图案可由从包括氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的组中选择的相同材料形成。滤色器可以是红色、绿色和蓝色中的一种颜色,并且第一方向上的相邻滤色器具有相同的颜色。另外,缓冲层可以是苯并环丁烯(BCB)、丙烯酸树脂、甲基丙酸烯树脂、氮化硅、氧化硅或氧氧化硅中的一种。黑色矩阵可以是单层铬或双层铬和氧化铬中的一种。
可以理解,前面的概述和下面的详细描述都是示例性和说明性的,旨在为权利要求所限定的本发明提供进一步的解释。
附图说明
附图帮助更好地理解本发明,并构成本申请的一部分,附图显示了本发明的实施例,并与说明书一起解释本发明的原理。
图1是放大透视图,显示了现有技术的液晶显示设备。
图2显示了沿图1的II-II线的示意性截面图,说明了现有技术的液晶显示设备的像素。
图3是局部放大平面图,显示了具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的现有技术的阵列基板。
图4A到4G是沿图3的IV-IV线的截面图,显示了制造现有技术的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板的工艺步骤。
图5是局部放大平面图,显示了根据本发明第一实施例的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板。
图6A到6F显示了沿图5的VI-VI线的截面图,显示了制造根据本发明第一实施例的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板的工艺步骤。
图7是局部放大截面图,显示了根据本发明第二实施例的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板。
图8是局部放大截面图,显示了根据本发明第三实施例的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板。
具体实施方式
现将详细说明本发明的实施例,其实例在附图中显示。只要可能,在整个附图中使用相同的标号来表示相同或类似的部件。
图5是局部放大平面图,显示了根据本发明第一实施例的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板。
如图5所示,阵列基板包括沿纵向方向设置的多个数据线110和沿横向方向设置的多个选通线126。多个数据线110与多个选通线126彼此交叉,并限定了像素区域P。在数据线110和选通线126的各个交点形成薄膜晶体管T。
薄膜晶体管T包括源极106、漏极108、有源层120和栅极124。本发明的薄膜晶体管T是栅极124位于有源层120上以及源极106和漏极108上方的顶栅型或常规交错型(normal stagger type)。多个滤色器136a、136b和136c位于由数据线110和选通线126限定的像素区域P中。另外,还在像素区域P中的滤色器136上形成像素电极132。
同时,部分选通线126和存储金属层112包括存储电容器CST。因此,部分存储金属层112用作为存储电容器CST的第一电极,而栅极126用作为存储电容器CST的第二电极。像素电极132与存储金属层112电接触,以使像素电极132与存储电容器CST并联电连接。存储金属层112与数据线110在同一工艺步骤过程中由相同的材料形成。
图3的阵列基板具有在基板上方(图6F的标号100)形成的黑色矩阵128和滤色器136。黑色矩阵128对应于薄膜晶体管T和数据线110,因而它防止了LCD设备中的光泄漏。黑色矩阵128可由黑色有机材料和/或不透明的金属材料形成,从而阻挡了入射到薄膜晶体管T的光。此外,它保护薄膜晶体管T免受任何外部冲击。另外,可以将黑色矩阵128设置在薄膜晶体管T的下方或上方,或在对面的基板上。
图6A到6F显示了沿图5的VI-VI线的截面图,显示了制造根据本发明第一实施例的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的阵列基板的工艺步骤。
图6A显示了在基板100中限定的数据区D、像素区P、TFT区T和栅区G。此后,在具有数据区D、像素区P、TFT区T和栅区G的基板100上顺序形成第一金属层102和n+掺杂非晶硅层(n+a-Si:H)104。第一金属层102的材料可以是(但不限于)铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)或铝合金(如铝钕(AlNd))中的至少一种。
接下来,在图6B中,通过第一掩模工序由诸如等离子蚀刻或反应离子蚀刻(RIE)的干蚀刻同时对第一金属层102和n+掺杂非晶硅层(n+a-Si:H)104进行蚀刻。因此,对应于TFT区T的位置形成源极106和漏极108。另外,对应于数据区D形成数据线110,对应于与像素区P邻接的栅区G形成存储金属层112。如图5所示,数据线110沿一个方向延伸,并且源极106从数据线110延伸。漏极108与源极106间隔开。存储金属层112具有与数据线110以及源极106和漏极108隔离的岛状。同时,在金属图案106、108、110和112上形成掺杂非晶硅图案114。设置在源极106和漏极108上的掺杂非晶硅图案114将变为薄膜晶体管中的欧姆接触层。
在对第一金属层和掺杂非晶硅层进行构图之后,在基板100上形成纯非晶硅层116、绝缘层118和第二金属层119,以覆盖掺杂非晶硅图案114和金属图案106、108、110和112。
此后,如图6C所示,通过第二掩模工序对所有纯非晶硅层116、绝缘层118和第二金属层119进行构图,从而在部分源极106和栅极108上形成非晶硅图案120,在非晶硅图案120上形成栅绝缘层122,并且在栅绝缘层122上形成栅极124。TFT区T中的非晶硅图案120被用作为有源层。也在存储金属层112上方的栅区G中形成那些非晶硅图案120和绝缘图案122。另外,如图5所示,选通线126对应于栅区G,并与数据线110垂直相交。当在栅区中形成非晶硅图案120、绝缘层122和选通线126时,暴露一部分存储金属层112是很重要的。即,选通线126与存储金属层112部分交迭。
图6D显示了形成黑色矩阵的工艺步骤。感光性的黑色树脂涂覆在整个基板100上,以覆盖在前面的步骤中形成的元件,然后通过第三掩模工序对树脂进行构图。因此,在源极106和漏极108上方以及数据线110上方形成黑色矩阵128。然而,此时黑色矩阵128并不完全覆盖漏极108,而是暴露部分漏极108,这是很重要的。此外,黑色矩阵128可以与选通线126交迭,但是当在后面的步骤中在上下相邻的像素内形成的滤色器连续具有相同颜色时,即当滤色层是条型时,不需要在选通线126上形成黑色矩阵128。
图6E显示了在形成黑色矩阵128之后,将彩色树脂涂覆在整个基板100上方,并且随后通过第四掩模工序对其进行显影,以形成具有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的滤色器130。如图5和6E所示,滤色器130交替地包括红色(R)滤色器130a、绿色(G)滤色器130b和蓝色(B)滤色器130c。本发明的一个重要方面在于在像素区域P中形成的显示全光谱颜色的滤色器130a、130b和130c以及各个像素区域P中的漏极108和存储金属层112的各个暴露部分。图6E的滤色器130显示了条型滤色器。
图6F显示了形成像素电极132的步骤。将诸如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)的透明导电材料淀积在基板100的整个表面上方,以覆盖已构图的黑色矩阵128和滤色器130。此后,通过第五掩模工序对透明导电材料进行构图,以在各个滤色器130上形成像素电极132。如图6F所示,将像素电极132淀积在像素区域P中并接触漏极108的暴露部分和存储金属层112的暴露部分。因此,像素电极132接收来自薄膜晶体管T的图像信号并与存储电容器CST电连接。如上所述,薄膜晶体管T是顶栅型,其包括位于底部的源极106和漏极108、位于中间的欧姆接触层114和有源层120、以及位于顶部的栅极124。此外,存储电容器CST包括作为第一电极的存储金属层112、作为第二电极的选通线126和作为介电层的之间的绝缘图案122。
在图5和图6A到6F的第一实施例中,黑色矩阵128在薄膜晶体管T的上方形成,但是它也可在薄膜晶体管T的下方形成。图7是局部放大截面图,显示了根据本发明第二实施例的具有薄膜晶体管上滤色器结构的阵列基板。图7的结构和构造与图6的非常相似,但黑色矩阵的位置不同。
图7显示了其中包括数据区D、TFT区T、栅区G和像素区P的基板200。然后,在基板200上对应于数据区D和TFT区T的位置上形成黑色矩阵202。通过淀积并构图铬(Cr)或双层铬(Cr)和氧化铬(CrOx)而形成黑色矩阵202。黑色矩阵的材料不限于铬及其氧化物,可以使用任何合适的材料。此后,在整个基板200上形成缓冲层204,以覆盖黑色矩阵202。缓冲层204由有机材料形成,该有机材料可以包括,但不限于,苯并环丁烯(BCB)、丙烯酸树脂、甲基丙酸烯树脂或酚醛树脂。或者,也可以使用无机材料,如氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiOxNy)。
此后,通过在图6A到6C中描述的生产工艺形成薄膜晶体管、存储电容器、数据线和选通线、滤色层和像素电极。这些元件的结构和构造与图6C中描述的第一实施例相同。即,薄膜晶体管包括在对应于TFT区T形成的源极206和漏极208、有源层220、栅绝缘层222和栅极224。对应于数据区D形成数据线210,对应于栅区G形成选通线226。还对应于栅区G形成包括选通线226、存储金属层212和之间的绝缘体图案222的存储电容器CST。在存储电容器CST中,存储金属层212用作为第一电极,选通线226用作为第二电极。在像素区域P内设置具有红色、绿色和蓝色中的一种颜色的滤色器230。此外,在像素区域P内,像素电极232形成在滤色器230上,并接触漏极208和存储金属层212。
类似于第一实施例,通过五次掩模工序形成图7描述的第二实施例的阵列基板。
图8是局部放大截面图,显示了根据本发明第三实施例的具有薄膜晶体管上滤色器结构的阵列基板。这里,将黑色矩阵设置在与阵列矩阵相对的另一个基板上。第三实施例的阵列矩阵的结构和构造与图6C中的第一实施例相同。
第一基板300和第二基板400相互间隔开设置。与第一实施例相似,在第一基板300中限定数据区D、TFT区T、栅区G和像素区P。然后,通过图6A到6C中描述的制造工艺在第一基板300上形成薄膜晶体管T、存储电容器CST、数据线310和选通线322、滤色器324和像素电极326。对于图8的阵列基板,这些元件的结构和构造与图6C中描述的第一实施例相同。即,薄膜晶体管包括在对应于TFT区T形成的源极306和漏极308、欧姆接触层314、有源层316、栅绝缘层318和栅极320。对应于数据区D形成数据线310,对应于栅区G形成选通线322。还对应于栅区G形成包括选通线322、存储金属层312和之间的绝缘体图案318的存储电容器CST。在存储电容器CST中,存储金属层312用作为第一电极,选通线322用作为第二电极。在像素区域P内设置具有红色、绿色和蓝色中的一种颜色的滤色器324。此外,在像素区域P内,像素电极326形成在滤色器324上,并接触漏极308和存储金属层312。
在第二基板400上,在对应于薄膜晶体管T和数据线310的位置形成黑色矩阵402。然后,在第二基板400上形成公共电极406,以覆盖黑色矩阵402。在第三实施例中,在第二基板400上形成黑色矩阵402,而在第一基板300上方形成滤色器324。
在本发明中,图8中描述的第三实施例的阵列基板具有位于第二基板400上的黑色矩阵,因此,可以通过简化的制造工艺制造该阵列基板。即,与第一和第二实施例不同,通过四次掩模工序形成第三实施例的阵列基板。
综上所述,本发明减少了制造阵列基板的工艺步骤。由于滤色器没有任何接触孔(像素电极可通过该接触孔与薄膜晶体管或存储电容器电接触),所以可以减少制造工艺中的工艺缺陷。另外,在同一基板上形成薄膜晶体管T和滤色层,提高了液晶显示器的孔径比。因为在本发明中使用了顶栅型薄膜晶体管,所以可以同时对几个层进行构图。因此,可以减少工艺步骤的数量,并降低生产成本。另外,当在阵列基板中形成黑色矩阵时,在设计和对准上下基板时不需要使用对齐余量,从而显著提高了孔径比。
对于本领域的技术人员,很显然可以对本发明的制造液晶显示设备的具有薄膜晶体管上滤色器结构的阵列基板的方法进行多种修改和变化,而不脱离本发明的精神和范围。因此,若本发明的修改和变化落在所附权利要求及其等价物的范围内,则本发明涵盖这些修改和变化。
Claims (30)
1.一种液晶显示设备的阵列基板,其包括:
基板;
位于基板上方并沿第一方向的数据线;
位于基板上方沿垂直于数据线的第二方向的选通线,从而数据线和选通线彼此交叉而限定了像素区域;
靠近数据线和选通线的交点的薄膜晶体管,该薄膜晶体管包括:
位于基板上方的源极和漏极;
位于源极和漏极上方的有源层;
位于有源层和源极之间以及有源层和漏极之间的欧姆接触层;
位于有源层上方的栅绝缘层;以及
位于栅绝缘层上方的栅极;
位于薄膜晶体管上方和数据线上方的黑色矩阵,该黑色矩阵暴露漏极的一部分;
在像素区域内位于基板上方的滤色器,该滤色器覆盖部分漏极并暴露另一部分漏极;以及
在像素区域内位于滤色器上方的像素电极,该像素电极接触漏极的暴露部分。
2.根据权利要求1所述的阵列基板,还包括:
存储电容器,其包括存储金属层、部分选通线和插入在存储金属层和选通线之间的绝缘图案;以及
依次位于存储金属层和绝缘图案之间的掺杂非晶硅图案和纯非晶硅图案;
其中,像素电极与部分存储金属层电接触。
3.根据权利要求2所述的阵列基板,其中,数据线、源极、漏极和存储金属层在同一掩模工序中使用从包括铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)和铝合金的组中选择的相同材料形成。
4.根据权利要求2所述的阵列基板,其中,栅绝缘层和绝缘图案由从包括氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的组中选择的相同材料形成。
5.根据权利要求1所述的阵列基板,其中,滤色器具有红色、绿色或蓝色中的一种颜色,并且第一方向上的相邻滤色器具有相同的颜色。
6.一种液晶显示设备的阵列基板,其包括:
基板,其包含数据区、TFT区、像素区和栅区;
位于基板上方对应于数据区和TFT区的黑色矩阵;
位于基板上方覆盖黑色矩阵的缓冲层;
位于缓冲层上方沿第一方向的数据线,该数据线对应于数据区;
选通线,其位于缓冲层上方,对应于栅区,并沿垂直于数据线的第二方向,其中,数据线和选通线彼此相交,由此限定了像素区域;
位于缓冲层上方靠近数据线和选通线的交点的薄膜晶体管,该薄膜晶体管对应于TFT区,并包括:
位于缓冲层上方的源极和漏极;
位于源极和漏极上方的有源层;
位于有源层和源极之间以及有源层和漏极之间的欧姆接触层;
位于有源层上方的栅绝缘层;以及
位于栅绝缘层上方的栅极;
在像素区域内位于缓冲层上方的滤色器,该滤色器覆盖部分漏极而暴露另一部分漏极;以及
在像素区域内位于滤色器上方的像素电极,该像素电极直接接触漏极的暴露部分。
7.根据权利要求6所述的阵列基板,还包括:
存储电容器,其包括存储金属层、部分选通线和插入在存储金属层和选通线之间的绝缘图案;以及
依次位于存储金属层和绝缘图案之间的掺杂非晶硅图案和纯非晶硅图案;
其中,像素电极与部分存储金属层电接触。
8.根据权利要求7所述的阵列基板,其中,数据线、源极、漏极和存储金属层在同一掩模工序中使用从包括铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)和铝合金的组中选择的相同材料形成。
9.根据权利要求7所述的阵列基板,其中,栅绝缘层和绝缘图案从包括氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的组中选择的相同材料形成。
10.根据权利要求6所述的阵列基板,其中,滤色器具有红色、绿色或蓝色中的一种颜色,并且第一方向上的相邻滤色器具有相同的颜色。
11.根据权利要求6所述的阵列基板,其中,缓冲层包含从氮化硅、氧化硅和氮氧化硅构成的组中选择的至少一种材料。
12.一种制造液晶显示设备的阵列基板的方法,其包括;
在基板上方依次形成第一金属层和掺杂非晶硅层;
同时对第一金属层和掺杂非晶硅层进行构图,以形成数据线、源极、漏极和欧姆接触层;
在基板上方依次形成纯非晶硅层、绝缘层和第二金属层,以覆盖数据线、源极和漏极;
同时对纯非晶硅层、绝缘层和第二金属层进行构图,以形成有源层、栅绝缘层、栅极和选通线,从而形成包含源极和漏极、欧姆接触层、有源层、栅绝缘层和栅极的薄膜晶体管,其中,选通线与数据线垂直相交而形成像素区域;
在薄膜晶体管上方和数据线上除了部分漏极之外的地方形成黑色矩阵;
在像素区域内在基板上方形成滤色器,该滤色器覆盖部分漏极并暴露另一部分漏极;以及
在像素区域内在滤色器上方形成像素电极,该像素电极接触漏极的暴露部分。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,对第一金属层和掺杂非晶硅层进行构图包括通过对第一金属层进行构图而形成存储金属层。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,对纯非晶硅层、绝缘层和第二金属层进行的构图在存储金属层和选通线之间依次形成了掺杂非晶硅图案、纯非晶硅图案和绝缘图案。
15.根据权利要求14所述的方法,进一步包括形成存储电容器,该存储电容器包括存储金属层、选通线和绝缘图案。
16.根据权利要求13所述的方法,其中,像素电极与部分存储金属层电接触。
17.根据权利要求12所述的方法,其中,第一金属层包含从铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)和铝合金构成的组中选择的至少一种金属材料。
18.根据权利要求12所述的方法,其中,绝缘层包含从氮化硅、氧化硅和氮氧化硅构成的组中选择的至少一种材料。
19.根据权利要求12所述的方法,其中,滤色器具有红色、绿色或蓝色中的一种颜色,并且第一方向上的相邻滤色器具有相同的颜色。
20.根据权利要求12所述的方法,其中,黑色矩阵包括感光性黑色树脂。
21.一种制造液晶显示设备的阵列基板的方法,其包括;
在基板中限定数据区、TFT区、像素区和栅区;
在基板上方对应于数据区和TFT区形成黑色矩阵;
在基板上方形成缓冲层,以覆盖黑色矩阵;
在缓冲层上方沿第一方向形成数据线,该数据线对应于数据区;
在缓冲层上方对应于栅区沿垂直于数据线的第二方向形成选通线,其中,数据线和选通线彼此相交,由此限定了像素区域;
在缓冲层上方靠近数据线和选通线的交点形成薄膜晶体管,该薄膜晶体管对应于TFT区,并包括:
位于缓冲层上方的源极和漏极;
位于源极和漏极上方的有源层;
位于有源层和源极之间以及有源层和漏极之间的欧姆接触层;
位于有源层上方的栅绝缘层;以及
位于栅绝缘层上方的栅极;
在像素区域内在缓冲层上方形成滤色器,该滤色器覆盖部分漏极并暴露另一部分漏极;以及
在像素区域内的滤色器上方形成像素电极,该像素电极直接接触漏极的暴露部分。
22.根据权利要求21所述的方法,还包括形成包含存储金属层、部分选通线和插入在存储金属层和选通线之间的绝缘图案的存储电容器。
23.根据权利要求22所述的方法,其中,像素电极与部分存储金属层电接触。
24.根据权利要求22所述的方法,还包括在存储金属层和绝缘图案之间形成掺杂非晶硅图案和纯非晶硅图案。
25.根据权利要求22所述的方法,其中,数据线、源极、漏极和存储金属层在同一掩模工序中使用从包括铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)和铝合金的组中选择的相同材料形成。
26.根据权利要求22所述的方法,其中,栅绝缘层和绝缘图案从包括氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的组中选择的相同材料形成。
27.根据权利要求21所述的方法,其中,滤色器具有红色、绿色或蓝色中的一种颜色,并且第一方向上的相邻滤色器具有相同的颜色。
28.根据权利要求21所述的方法,其中,缓冲层包含从苯并环丁烯(BCB)、丙烯酸树脂、甲基丙酸烯树脂、氮化硅、氧化硅和氮氧化硅构成的组中选择的至少一种材料。
29.根据权利要求21所述的方法,其中,黑色矩阵是单层铬或双层铬和氧化铬中的一种。
30.一种液晶显示设备,其包括:
相互间隔开的第一和第二基板;
位于第一基板上方沿第一方向的数据线;
选通线,其位于第一基板上方沿垂直于数据线的第二方向,从而数据线和选通线彼此相交而限定了像素区域;
薄膜晶体管,其设置在第一基板上方靠近数据线和选通线的交点,该薄膜晶体管包括:
位于第一基板上方的源极和漏极;
位于源极和漏极上方的有源层;
位于有源层和源极之间以及有源层和漏极之间的欧姆接触层;
位于有源层上方的栅绝缘层;以及
位于栅绝缘层上方的栅极;
在像素区域内位于第一基板上方的滤色器,该滤色器覆盖部分漏极并暴露另一部分漏极;
在像素区域内位于滤色器上方的像素电极,该像素电极直接接触漏极的暴露部分;
位于第二基板上方的黑色矩阵,该黑色矩阵对应于数据线和薄膜晶体管;以及
位于整个第二基板上方而覆盖黑色矩阵的公共电极。
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