CN1595269A - 共平面开关模式液晶显示装置的阵列基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种共平面开关模式液晶显示装置的阵列基板的制造方法。该方法包括：使用印刷工艺，在基板上形成栅极、栅极线、数据线以及公共电极线；使用印刷工艺，在包括栅极的基板上形成有源层；使用照相工艺，在包括有源层的基板上形成源极、漏极、包括多个Z字形像素电极棒的像素电极以及包括多个与像素电极棒交错设置且彼此交叉的公共电极棒的公共电极，其中还包括形成具有栅极、有源层、源极和漏极的薄膜晶体管；使用印刷工艺，在包括薄膜晶体管的基板上形成至少一接触孔以暴露部分公共电极线和部分公共电极；使用印刷工艺形成一连接金属以通过至少一接触孔电连接公共电极线和公共电极。依照本方法，可以通过一次照相工艺和四轮印刷工艺，降低生产成本，简化生产过程。

Description

共平面开关模式液晶显示装置的阵列基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示(LCD)装置。更确切地说，涉及一种能简化制造工艺的共平面开关(IPS，In-Plane Switching)模式LCD装置的阵列基板及其制造方法。
背景技术
近期，液晶显示(LCD)装置由于具有低电压运行、低功耗、重量轻、尺寸薄及全色显示等优点，广泛应用于诸如手表、计算器、计算机监视器、具有电视接收功能的监视器、电视机以及手持终端等设备的显示窗口。
LCD装置利用了液晶材料的光学各向异性和偏振特性。由于液晶具有细而长的结构，并在排列液晶分子时具有指向性，因此，可以通过对液晶施加电场以控制液晶分子的排列方向。如果液晶分子的排列方向被人为调整，偏振光将由于光学各向异性而进行解调。这样，预定的图像就可以显示在液晶显示装置上。
目前广泛采用的TN(扭曲向列)模式液晶显示装置具有视角窄的缺点。因此，开发加宽视角的技术研究正在进行中。其中具有代表性的加宽视角技术是共平面开关(IPS)模式液晶显示装置和垂直对准(VA)模式液晶显示装置。
图1示出了现有技术IPS模式液晶显示装置的阵列基板的部分示意性平面图。通常，液晶显示装置包括一阵列基板，一与阵列基板相对设置的相对基板以及置于阵列基板与相对基板之间的液晶层。其中，阵列基板如图1所示。
参见图1，现有技术IPS模式LCD装置包括在第一方向上按预定间隔平行设置且彼此分开的多条栅极线112，与栅极线112在同一方向上设置的多条公共电极线116，以及在垂直于栅极线112和公共电极线116的第二方向上设置的多条数据线124。这里，由栅极线112和数据线124限定一像素区P。
薄膜晶体管T形成于栅极线112与数据线124的交叉点处。薄膜晶体管T包括栅极114、有源层(未示出)、源极126以及漏极128。源极126与数据线124相连，栅极114与栅极线112相连。漏极128与像素电极130相连。
像素电极130包括多个垂直像素电极棒130b和水平像素电极棒130a、130c。垂直像素电极棒130b彼此间隔预定距离且与数据线124平行设置。水平像素电极棒130a和130c相对数据线124垂直设置并连接到垂直像素电极棒130b的两端。水平像素电极棒130c与漏极128相连。
公共电极117连接到公共电极线116。公共电极117包括多个垂直公共电极棒117b和-水平公共电极棒117a。垂直公共电极棒117b在与数据线124平行的方向上设置并与垂直像素电极棒130b保持预定的间隔。水平公共电极棒117a与数据线124垂直设置并连接到垂直公共电极棒117b。每一个垂直公共电极棒117b的一端连接到公共电极线116，另一端连接到水平公共电极棒117a。水平像素电极棒130a设置于部分公共电极线116上，两者之间设置有栅极绝缘层(未示出)。这样，在公共电极线116与水平像素电极棒130a之间形成一存储电容C。
这样，多个垂直像素电极棒130b与多个垂直公共电极棒117b交错设置且彼此交叉。
现有技术IPS模式LCD装置的阵列基板一般通过五掩膜工艺制造。具体地说，制造阵列基板的掩膜工艺包括清洗、淀积、烘烤、照相、显影、蚀刻和剥离等。
例如，印刷工艺用来形成图1中现有技术IPS模式LCD装置的有源层和接触孔。照相工艺用来形成栅极、源/漏极、沟道、像素电极以及公共电极。一般地，照相工艺复杂而且成本高。与其相反，印刷工艺简单且价格低廉。
然而，制造现有技术IPS模式LCD装置的阵列基板需要大量的掩膜工艺。而且，由于需要三次照相工艺，将会花费大量成本，并且由于工艺的复杂性，制造时间也将大大增加。这样，产量将会大大下降。如果能够减少即使一次掩膜工艺，那么生产时间、生产效率以及生产成本都可以显著降低。基于上述原因，减少工艺的开发工作一直在积极地进行。
发明内容
因此，本发明在于提供一种基于IPS模式LCD装置的阵列基板，其可以有效克服因现有技术的局限和缺点而导致的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种IPS模式LCD装置阵列基板的制造方法。此方法可以减少照相工艺的数量，从而降低生产成本和简化工艺。
本发明的其它优点、目的和特征将在下面的说明中分别给出。此说明可以使在相关领域具有一般技能的人士，通过阅读本说明或通过对本发明的实践了解其特征和优点。通过在文字说明部分、权利要求书以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了实现这些目的和其他优点，并根据本发明的目的，作为概括性和广义上的描述，一种IPS(共平面开关)模式液晶显示装置的阵列基板的制造方法包括：使用印刷工艺，在基板上形成栅极、栅极线、数据线和公共电极线；使用印刷工艺，在包括栅极的基板上形成有源层；使用照相工艺，在包括有源层的基板上形成源极、漏极、包含多个Z字形像素电极棒的像素电极和包含多个与像素电极棒交错设置且彼此交叉的公共电极棒的公共电极，其中还包括形成具有栅极、有源层、源极和漏极的薄膜晶体管；使用印刷工艺，在包括薄膜晶体管的基板上形成至少一接触孔，以暴露部分公共电极线和部分公共电极；使用印刷工艺形成连接金属以通过至少一接触孔电连接公共电极线与公共电极。
印刷工艺可以采用凹版印刷、平板印刷和丝网印刷中的任意一种。
按照本发明的另一方面，一种IPS(共平面开关)模式液晶显示装置的阵列基板包括：在第一方向上设置的多条栅极线；在与栅极线垂直的第二方向上设置的多条数据线；在第一方向上邻近栅极线设置的公共电极线；在像素区内形成的薄膜晶体管，所述像素区由栅极线和数据线限定；连接到薄膜晶体管的像素电极，所述像素电极包括多个与数据线平行设置的像素电极棒；与公共电极线连接的公共电极，所述公共电极包括多个与像素电极棒交错设置且彼此交叉的公共电极棒；为暴露部分公共电极线和部分公共电极而形成的至少一接触孔；以及使公共电极线与公共电极通过至少一接触孔电连接的连接金属。
所述像素电极棒和公共电极棒可以以Z字形形成。
所述像素电极的一部分形成于栅极线上，两者之间夹有一栅极绝缘层。这样，可以在部分栅极线和像素电极间形成存储电容。
所述像素电极的一部分形成于公共电极线上，两者之间夹有一栅极绝缘层。这样，在部分公共电极线与像素电极间形成存储电容。
应该意识到，以上对本发明的概述和下文的详细说明都是示例性和解释性的，都是为了进一步解释所要保护的本发明。
附图说明
本申请所包含的附图用于进一步理解本发明，其与说明书相结合并构成说明书的一部分，所述附图表示本发明的实施例并与说明书一起解释本发明的原理。附图中：
图1示出了现有技术IPS模式LCD装置的阵列基板的平面示意图；
图2示出了根据本发明一优选实施例的IPS模式LCD装置的阵列基板的平面示意图；
图3示出了沿图2中A-A’线提取的截面图；
图4A至4D示出了沿图2中A-A’、B-B’和C-C’线提取的截面图，示出了阵列基板的制造过程；
图5示出了根据本发明另一优选实施例的IPS模式LCD装置的阵列基板的平面示意图。
具体实施方式
现在将详细说明在附图中表示的本发明的优选实施例。
本发明使用的印刷技术与在纸张上印刷文字的原理相同。即，印刷技术直接在要被蚀刻的物体上印刷抗蚀图而不是墨水。随着技术的发展，直接印刷精细图案已经成为可能。但是图案的分辨率仍然有限。应用本发明的产品为不需要高分辨率的大屏幕电视。目前，由于在照相平板印刷技术中，用于制造的各种材料的数量都是相同的，所以，不论分辨率高低，大屏幕液晶显示屏幕电视的制造成本都很高昂。然而，由于本发明只是将必要的部分直接印刷而不是采用照相平板印刷技术，本发明的印刷技术可以显著减少在不需要高分辨率的大屏幕液晶显示电视中使用的材料。
图2示出了根据本发明一优选实施例的IPS模式LCD装置的阵列基板的平面示意图。
参见图2，根据本发明的阵列基板具有栅极上有存储电容(SOG)的结构。
所述阵列基板包括彼此间隔预定距离且平行于第一方向设置的多条栅极线212，与栅极线212同向设置的多条公共电极线216，与栅极线212和公共电极线216垂直的第二方向上设置的多条数据线224。这里，象素区P由栅极线212和数据线224限定。
薄膜晶体管T形成于栅极线212与数据线224的交叉点处。薄膜晶体管T包括栅极214、有源层(未示出)、源极226和漏极228。栅极214与栅极线212相连，源极226与数据线224相连。此外，漏极228与像素电极230相连。
像素电极230以Z字形形成。像素电极230包括多个垂直像素电极棒230b和一水平像素电极棒230a。垂直像素电极棒230b彼此间隔预定距离且与数据线224平行设置。水平像素电极棒230a与数据线224垂直设置。垂直像素电极棒230b中的一个向上延伸，从而连接到另一水平像素电极棒(以下称为存储电极)233。此时，存储电极233设置于部分栅极线212上，两者之间夹有一栅极绝缘层(未示出)。这样，存储电容C形成于栅极线212和存储电极233之间。
公共电极217与公共电极线216连接。公共电极217以Z字形形成。公共电极217包括多个垂直公共电极棒217b和一水平公共电极棒217a。垂直公共电极棒217b与垂直像素电极棒230b间隔预定距离且与数据线224平行设置。水平公共电极棒217a垂直于数据线224且与垂直公共电极棒217b相连。
公共电极217与数据线224同时形成。垂直像素电极棒230b与垂直公共电极棒217b交错设置且彼此交叉。
也可以设置两个水平公共电极棒217a。其中一个水平公共电极棒延伸并通过第一接触孔235a与公共电极线216电连接，另一个水平公共电极棒延伸并通过第二接触孔235b电连接到公共电极线216。
图3示出了沿图2中的A-A’线提取的截面图。
参见图3，公共电极线216形成于基板200上。栅极绝缘层219和公共电极217形成于公共电极线216上，分别位于第二接触孔235b的左右两侧。钝化层238形成于栅极绝缘层219和公共电极217上。形成一连接金属236b以通过第二接触孔235b将公共电极线216与公共电极217电连接。
这里，在栅极线212、有源层(未示出)和接触孔235a、235b的形成过程中以及连接金属236a和236b的淀积过程中，使用了印刷工艺。
通常，印刷工艺包括凹版印刷、平板印刷和丝网印刷。例如，凹版印刷工艺通过对构图的凹槽涂抹油墨或抗蚀剂，再用构图的油墨涂抹辊子，然后将涂有构图的油墨的辊子在基板上滚动的操作，在基板上形成图案。
在薄膜晶体管T的包括源极226和漏极228的沟道区的形成过程中、在连接到漏极228的Z字形像素电极230的形成过程中、在连接到部分像素电极230并位于栅极线212之上的存储电极233的形成过程中、在连接到公共电极线216的Z字形公共电极217的形成过程中以及在外焊盘的形成中，使用了一次照相工艺。
因此，在本发明的IPS模式LCD装置的阵列基板制造过程中，直线通过印刷工艺形成，而如Z字形像素电极和公共电极的精细复杂形状，则由照相工艺形成。
本发明可以使用一次照相工艺制造阵列基板，因而可以简化生产工艺、降低成本。
图4A至4D示出了沿图2中A-A’、B-B’和C-C’线提取的截面图，顺序说明本发明的阵列基板的制造过程。
参见图4A，从包括铝合金和铬(Cr)的导电金属组中选择一种淀积于基板200上，形成栅极线212，包括栅极214，与栅极线212平行并间隔预定距离的公共电极线216。此时，在由印刷工艺形成为公共电极线216构图的抗蚀图后，通过蚀刻工艺形成公共电极线216。然后，通过在形成有栅极线212和公共电极线216的基板200的整个表面上淀积氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiOx)，形成栅极绝缘层219。
参见图4B，在栅极绝缘层219上淀积非晶硅(a-Si:H)和掺杂有杂质的非晶硅(n+a-Si:H)后，对其构图以形成有源层227和欧姆接触层229。有源层227和欧姆接触层229通过蚀刻由印刷工艺形成的抗蚀图形成。
参见图4C，从前述导电金属组中选择一种淀积于已具有有源层227和欧姆接触层229的整个基板表面，对该结构构图以形成数据线224、源极226、漏极228、像素电极230、存储电极233和公共电极217。数据线224与栅极线212共同限定像素区P。源极226突出于数据线224，并与有源层227的上部重合。漏极228与源极226间隔预定距离并形成于有源层227上，进而形成沟道。像素电极230包括水平像素电极棒230a和多个垂直像素电极棒230b。水平像素电极棒230a与漏极228相连。垂直像素电极棒230b彼此间隔预定距离且与水平像素电极棒230a相连。此外，垂直像素电极棒230b以Z字形形成，并与数据线224平行设置。存储电极233由垂直像素电极棒230b延伸并形成于栅极线212上。公共电极217与垂直像素电极棒230b交错设置。
在上述过程中，欧姆接触层229暴露在电极226与228间的部分，以源极226和漏极228作为掩膜对其进行蚀刻，进而暴露出有源层227。
因此，薄膜晶体管T包括栅极214、有源层227、欧姆接触层229、源极226和漏极228。
使用一次照相工艺形成沟道区、Z字形像素电极230、存储电极233、Z字形公共电极217和外焊盘。
进而，在已经形成有源极226、漏极228以及数据线224的基板整个表面上，通过淀积包括苯并环丁烯、丙烯酸树脂的有机绝缘材料组中选择的一种，形成钝化层238。也可以通过淀积氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiOx)形成钝化层238。接着，通过印刷工艺对钝化层238构图，形成接触孔235b。接触孔235b使部分公共电极线216及在其上方预定位置的部分公共电极217暴露。
参见图4D，电连接公共电极线216和公共电极217的连接金属236b形成在接触孔235b上。此处，连接金属236b是通过印刷工艺形成的。通过上述步骤，可制造出基于本发明的IPS模式LCD装置的阵列基板。
图5示出了根据本发明另一实施例的IPS模式LCD装置的阵列基板的平面示意图。
参见图5，按照本发明的阵列基板具有栅极上有存储电容(SOG)的结构。
所述阵列基板包括多条平行于第一方向设置且彼此间隔预定距离的栅极线312，与栅极线312同向设置的多条公共电极线316，设置在与栅极线312和公共电极线316垂直的第二方向上的数据线324。此处，像素区P由栅极线312和数据线324限定。
薄膜晶体管T形成于栅极线312和数据线324的交叉点处。薄膜晶体管T包括栅极314、有源层(未示出)、源极326和漏极328。栅极314与栅极线312连接，源极326与数据线324相连。此外，漏极328连接到像素电极330。
像素电极330以Z字形形成。像素电极330包括多个垂直像素电极棒330b和一水平像素电极棒330a。垂直像素电极棒330b彼此间隔预定距离并与数据线324平行设置。水平像素电极棒330a与数据线324垂直设置并与多个垂直像素电极棒330b和漏极328相连。此时，水平像素电极棒330a置于公共电极线316上，两者之间夹有栅极绝缘层(未示出)。这样，存储电容C形成于公共电极线316和水平像素电极棒330a之间。
公共电极317与公共电极线316相连。公共电极317以Z字形形成。公共电极317包括多个垂直公共电极棒317b和一水平公共电极棒317a。垂直公共电极棒317b与数据线324平行设置并与垂直像素电极330b间隔预定距离。水平公共电极棒317a垂直于数据线324设置并连接到垂直公共电极棒317b。
公共电极317与数据线324一起形成。垂直像素电极棒330b和垂直公共电极棒317b彼此交错设置。
公共电极线316与水平公共电极棒317a(即最外侧的公共电极棒)交叠。这样，在水平公共电极棒317a和公共电极线316间可以生成辅助存储电容。
公共电极线316通过第一接触孔335a和第二接触孔335b电连接到水平公共电极棒317b。即，水平公共电极棒317a的一部分通过在第一接触孔335a上形成的连接金属336a电连接到公共电极线316，水平公共电极棒317a的另一部分通过在第二接触孔335b上形成的连接金属336b电连接到公共电极线316。
在形成栅极线312、公共电极线316、有源层(未示出)、接触孔335a和335b以及在淀积连接金属336a和336b的过程中，使用印刷工艺。
在薄膜晶体管T的包括源极326和漏极328的沟道区的形成过程中、连接到漏极328的Z字形像素电极330的形成过程中、连接到公共电极线316的Z字形公共电极317的形成过程中以及外焊盘的形成过程中，使用了一次照相工艺。
在本发明的IPS模式LCD装置的阵列基板制造过程中，直线通过印刷工艺形成，而如Z字形像素电极和公共电极的精细复杂形状，则由照相工艺形成。
因此，本发明可以使用一次照相工艺制造阵列基板，因而可以简化生产工艺、降低成本。
如上所述，精细复杂的构图由照相工艺形成，其他构图采用印刷工艺形成。因此，可以降低生产成本、简化生产过程，从而增加产量。
由于本领域技术人员很容易在本发明基础上进行修改和变化。因此，本发明将覆盖落入本发明权利要求及其等同物保护范围内的各种修改和变化。

Claims (12)

1、一种共平面开关模式液晶显示装置的阵列基板的制造方法，包括：
使用印刷工艺在基板上形成栅极、栅极线、数据线和公共电极线；
使用印刷工艺在包括栅极的基板上形成有源层；
使用照相工艺在包括有源层的基板上形成源极、漏极、包括多个Z字形像素电极棒的像素电极以及包括多个与像素电极棒交错设置且彼此交叉的公共电极棒的公共电极，其中还包括形成具有栅极、有源层、源极和漏极的薄膜晶体管；
使用印刷工艺在包括薄膜晶体管的基板上形成至少一接触孔，以暴露部分公共电极线和部分公共电极；以及
使用印刷工艺形成一连接金属，以通过至少一接触孔电连接公共电极线和公共电极。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还进一步包括在栅极和有源层间形成一栅极绝缘层。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，印刷工艺可采用凹版印刷、平板印刷和丝网印刷中的任意一种。
4、一种共平面开关模式液晶显示装置的阵列基板，包括：
多条在第一方向上设置的栅极线；
多条在与栅极线垂直的第二方向上设置的数据线；
在第一方向上邻近栅极线设置的公共电极线；
在像素区形成的薄膜晶体管，所述像素区由栅极线和数据线限定；
连接到薄膜晶体管的像素电极，所述像素电极包括多个与数据线平行设置的像素电极棒；
连接到公共电极线的公共电极，所述公共电极包括多个与像素电极棒交替设置的公共电极棒；
至少一接触孔，以暴露部分公共电极线和部分公共电极；以及
通过所述至少一接触孔，电连接公共电极线和公共电极的连接金属。
5、按照权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，多个像素电极棒以Z字形形成。
6、按照权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，多个公共电极棒以Z字形形成。
7、按照权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述像素电极的一部分形成于栅极线上，两者之间夹有一栅极绝缘层。
8、按照权利要求7所述的阵列基板，其特征在于，在部分栅极线和像素电极间形成存储电容。
9、按照权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述像素电极的一部分形成于公共电极线上，两者之间夹有一栅极绝缘层。
10、按照权利要求9所述的阵列基板，其特征在于，在部分公共电极线与像素电极间形成存储电容。
11、按照权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述公共电极线与最外端公共电极棒交叠。
12、按照权利要求11所述的阵列基板，其特征在于，在最外端公共电极棒与公共电极线间形成辅助存储电容。
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