CN1612026A - 薄膜二极管板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种液晶显示器，包括：绝缘基底；多个形成在所述绝缘基底上的滤色器；多个形成在所述滤色器上的第一和第二栅极线；多个形成在滤色器上的像素电极；多个形成在滤色器上并连接第一栅极线和像素电极的第一MIM二极管；以及多个形成在所述滤色器上并连接第二栅极线和像素电极的第二MIM二极管。

Description

薄膜二极管板及其制造方法
技术领域
本发明涉及将金属绝缘体金属(MIM)二极管用作开关元件的薄膜二极管阵列板及其制造方法。特别地，本申请涉及双重选择二极管(DSD)型的薄膜二极管阵列板，及其使用该阵列板的液晶显示器。
背景技术
液晶显示器(LCD)是最广泛使用的平板显示器之一。LCD包括两个配有场生成电极的面板，以及插入在所述两个面板中的液晶(LC)层。LCD显示器通过为场生成电极施加电压而在LC层中产生电场，从而进行显示，所述电场确定LC层中LC分子的取向，以调节入射光的偏振。
LCD可以具有开关元件，切换以矩阵形式设置的像素的电压。因为像素电压能被分别切换，所以LCD能够显示各种图像。具有分别切换像素电压的开关元件的LCD被称作有源矩阵LCD。
薄膜晶体管或薄膜二极管可用作开关元件。当采用薄膜二极管时，能够使用MIM二极管。
MIM二极管具有两个金属层以及在所述金属层之间插入的绝缘层，并且其厚度能够用测微计(micarometer)测量。由于绝缘层的电学非线性，MIM二极管可用作开关。MIM二极管具有两个终端，因此MIM二极管的制造过程比具有三个终端的薄膜晶体管简单。相应地，能够以比薄膜晶体管低的成本制造MIM二极管。
可是，当二极管用作开关元件时，由于施加的电压极性不对称，使得图像质量的均匀性和对比度降低。
针对所述不对称性已经开发出双重选择二极管(DSD)板。DSD板包括两个对称连接到像素电极上并通过施加相反极性的电压所驱动的二极管。
通过向两个与相同像素电压相连的二极管施加相反极性的电压，DSDLCD显示了改善的图像质量、对比度、灰度级均匀性以及响应速度。相应地，DSD LCD能够类似于使用薄膜晶体管的LCD那样显示高分辨率图像。
常规的DSD LCD的薄膜二极管阵列板具有由透明导体，如形成在基底上作为底层的铟锡氧化物(ITO)所制成的透射电极，以及由金属制成并形成在其他涂层上作为顶层的信号线。
因此，上述常规的薄膜二极管阵列板结构具有以下缺陷。
由于背光到达形成MIM二极管沟道的富含硅的氮化硅(Si-rich SiNx)层，使得MIM二极管的截止电流(loff)增加，并激励所述富含Si的SiNx层。为了解决上述问题，背光元件被设置在彩色滤光板侧，并在薄膜二极管板的前面看到显示的图像。可是，这种方法也存在一定的问题，如MIM二极管的特性受外部光线的影响，以及由于金属信号线的光反射，使得对比度降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种不存在上述问题的DSD LCD。
本发明提供一种液晶显示器，包括：绝缘基底；多个形成在所述绝缘基底上的滤色器；多个形成在所述滤色器上的第一和第二栅极线；多个形成在滤色器上的像素电极；多个形成在滤色器上并连接第一栅极线和像素电极的第一MIM二极管；以及多个形成在所述滤色器上并连接第二栅极线和像素电极的第二MIM二极管。
在此，所述液晶显示器可还包括形成在绝缘基底和滤色器之间的黑矩阵，其中所述黑矩阵包括至少一个与第一和第二MIM二极管重叠的部分，并且所述黑矩阵由主要包含有机材料的材料所制成。
所述滤色器可以包括红色、绿色和蓝色滤色器，并且彼此重叠，其中，所述滤色器的重叠区域包括至少一个与第一和第二MIM二极管重叠的部分。
所述液晶显示器还包括形成在第一和第二栅极线以及像素电极之间的中间绝缘层，其中所述中间绝缘层由有机绝缘材料制成。
所述第一MIM二极管可包括与第一栅极线相连的第一输入电极，与像素电极相连的第一接触部分，形成在第一输入电极和第一接触部分上的沟道绝缘层，以及形成在沟道绝缘层上并与第一输入电极和第一接触部分相交的第一浮动电极；并且所述第二MIM二极管可以包括与第二栅极线相连的第二输入电极，与像素电极相连的第二接触部分，形成在第二输入电极和第二接触部分上的沟道绝缘层，以及形成在沟道绝缘层上并与第二输入电极和第二接触部分相交的第二浮动电极。
通过以下方法制造上述液晶显示器，所述方法包括步骤：在绝缘基底上形成多个滤色器；在所述滤色器上形成中间绝缘层；在中间绝缘层上形成多个第一和第二栅极线以及像素电极；在第一和第二栅极线以及像素电极上形成沟道绝缘层；以及在所述沟道绝缘层上形成多个第一和第二浮动电极。
所述液晶显示器的制造方法还包括在形成滤色器的步骤之前形成黑矩阵。
附图说明
通过以下结合附图对本发明优选实施例的说明，能够更详细地理解本发明，附图中：
图1为根据本发明一个实施例的液晶显示器的透视图；
图2为根据本发明一个实施例的液晶显示器的布局图；
图3为沿图2中III-III′线截取的截面图；和
图4为根据本发明另一实施例的液晶显示器的截面图。
优选实施例的详细说明
现在将参照附图更充分地说明本发明的优选实施例，在所述图中示出了本发明的优选实施例。可是，本发明可以以不同的形式实现而不应认为限制于在此所阐述的实施例。而且，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完全，以及使本领域技术人员充分理解本发明的范围。
在图中，为清楚起见，层、薄膜和区域的厚度被放大。相同的附图标记在全文表示相同的元件。应当理解，当谈到元件，如层、薄膜、区域或基底置于另一元件“上面”时，其可直接位于另一元件上或存在插入元件的情况。
图1为根据本发明一个实施例的液晶显示器的透视图。
如图1，液晶显示器具有下板(薄膜二极管阵列板)100，面向所述下板100的上板(滤色器阵列板)200，以及插入在两个板100和200之间并具有相对于板100和200沿水平方向取向的液晶分子的液晶层3。
所述下板100具有多个红色、绿色和蓝色滤色器230，以及多个分别对应红色、绿色和蓝色滤色器230的像素电极190。也可以包括其上未形成滤色器的白色像素区域。所述下板100包括多对传送相反极性信号的栅极线121和122，以及多个作为开关元件的MIM二极管D1和D2。
上板200包括多个数据电极线230，与像素电极190一起形成用于驱动液晶分子的电场，并通过相交的成对栅极线121和122限定像素区域。
此后，将详细地说明根据本发明一个实施例的液晶显示器的构造。
图2为根据本发明一个实施例的液晶显示器的布局图。
参照图2，所述液晶显示器具有多个以矩阵形式设置的红色、绿色和蓝色像素R、G和B。一列像素由相同颜色的像素构成。例如，沿着一个像素行连续并交替设置红色像素R、绿色像素G和蓝色像素B，但一列像素仅包括红色、绿色和蓝色中一种颜色的像素。也就是，红色、绿色和蓝色像素R、G和B中每种颜色的像素形成一条。可是，红色、绿色和蓝色像素R、G和B的配置可有各种修改方式。可包括白色像素。
在上述LCD中，一组红色、绿色和蓝色像素形成作为图像基本单元的点。每个像素的大小均匀。
此后，将详细说明根据本发明一个实施例的薄膜二极管阵列板100的构造。
图3为沿图2中III-III′线截取的截面图。
如图2和3所示，由铬(Cr)单层或Cr和氧化铬(CrO2)双层形成的黑矩阵220形成在绝缘基底110上。所述黑矩阵220可由有机材料形成。当黑矩阵220由有机材料制成时，基底210受到的应力减小。有机黑矩阵适用于柔性显示器(flexible display)。
所述黑矩阵220被设置在MIM二极管和像素边界下面。
在黑矩阵220上形成条形的红色、绿色和蓝色滤色器230。
在滤色器230上形成由有机材料形成的中间绝缘层160。所述中间绝缘层160可由无机材料，如氮化硅或氧化硅制成。可是，为了进行平坦化，中间绝缘层160优选由有机材料制成。
多个由透明导体，如铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)制成的像素电极190形成在中间绝缘层160上。每个像素电极190与横向延伸通过MIM二极管D1和D2的第一和第二栅极线121和122电连接。
对于反射型LCD，所述像素电极190可由具有良好光反射性的导体制成，如铝(Al)和银(Ag)。
更详细地，每个像素电极190形成在中间绝缘层160上的像素区域中。所述像素电极190包括第一接触部分191和第二接触部分192。
传送扫描信号的第一和第二栅极线121和122分别设置中间绝缘层160上的像素区域的上侧和下侧。分别与第一和第二栅极线121和122相连的第一和第二输入电极123和124彼此相对延伸。第一和第二输入电极123和124以预定间隙分别与像素电极190的第一和第二接触部分191和192相邻。
第一和第二栅极线121和122优选由与像素电极190相同的材料制成，以简化制造工序。可是，当另一目的，如降低阻抗更为重要时，第一和第二栅极线121和122可由不同于像素电极190的材料制成。在此情况中，第一和第二栅极线121和122可由铝(Al)、铬(Cr)、铊(Ta)、钼(Mo)和它们的合金中的一种制成。
在第一和第二栅极线121和122上形成沟道绝缘层150。所述沟道绝缘层150可由氮化硅(SiNx)制成。沟道绝缘层150可局部地形成在第一输入电极123和第一接触部分191以及第二输入电极124和第二接触部分192上。
第一浮动电极141形成在沟道绝缘层150上，以便与第一输入电极123和第一接触部分191相交。第二浮动电极142形成在沟道绝缘层150上，以便与第二输入电极124和第二接触部分192相交。
上板200包括绝缘基底210和多个形成在所述绝缘基底210上的数据电极线270。所述数据电极线270由透明导体，如ITO和IZO制成。所述数据电极线270与像素电极190重叠，并且液晶层3被插入在数据电极线270和像素电极190之间以形成液晶电容。
第一浮动电极141、第一输入电极123、第一接触部分191以及插入在其中的沟道绝缘层150形成第一MIM二极管D1。第二浮动电极142、第二输入电极124、第二接触部分192和插入在其中的沟道绝缘层150形成第二MIM二极管D2。
由于沟道绝缘层150的电压-电流的非线性特性，使得第一和第二MIM二极管D1和D2仅在施加的电压超过沟道绝缘层150的临界电压时，允许像素电极190被充电。相反，当未对MIM二极管D1和D2施加信号电压时，因为MIM二极管M1和M2的沟道被关闭，使得充电电压被保持在形成于像素电极190和数据电极线270之间的液晶电容器中。
当LCD被制造得具有上述构造时，即使在薄膜二极管板100下面设置背光，由于黑矩阵220的拦截，使得背光的光束也不会到达沟道绝缘层150。因此，MIM二极管的截止电流(loff)也不会增加。
因为滤色器230与像素电极190形成在同一基底110上，所以装配上板100和下板200的对准步骤就很简单。而且，对于具有用于弥补上板和下板100和200对不准的冗余部分的黑矩阵220，可以将其宽度减少，以提高LCD的孔径比。
以下，参照图3说明根据本发明一个实施例的薄膜二极管阵列板的制造方法。
将Cr单层、Cr和CrO2双层以及黑色有机薄膜中的一种设置在绝缘基底110上，并对其进行光刻，以形成黑矩阵220。
当黑矩阵220由感光有机材料制成时，可通过曝光和显影工艺形成所述黑矩阵220。
接下来，涂覆包括红色颜料的光致抗蚀剂，并对其曝光和显影，以形成红色滤色器230。对分别包含绿色和蓝色颜料的光致抗蚀剂实行相同的工序以形成绿色和蓝色滤色器。
沉积有机绝缘材料、氮化硅和氧化硅中的一个以形成中间绝缘层160。
在所述中间绝缘层160上沉积透明传导层，如铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)，并对其光刻，以形成第一和第二栅极线121和122以及像素电极190。
当像素电极190由不同于第一和第二栅极线121和122的材料形成时，通过不同于第一和第二栅极线121和122的单独光刻工序形成所述像素电极190。
当制造用于反射型LCD的薄膜二极管阵列板，第一和第二栅极线121和122以及像素电极190可由具有良好光反射性的导体、如铝(Al)或银(Ag)形成。
在第一和第二栅极线121和122以及像素电极190上沉积氮化硅以形成沟道绝缘层150。对所述沟道绝缘层150进行光刻，以形成设置在第一输入电极123和第一接触部分191以及第二输入电极124和第二接触部分192上的局部沟道绝缘层。
沉积如Mo的金属并对其光刻，以形成第一和第二浮动电极141和142。
以下，说明本发明的另一个实施例。
图4为根据本发明另一实施例的液晶显示器的截面图。
将图4的LCD与图2和3的LCD相比较，并仅说明图4的LCD特有的区别。
图4的LCD具有直接形成在没有黑矩阵的绝缘基底110上的滤色器230。
滤色器230在其邻近部分处彼此重叠。由于滤色器230的光吸收性，几乎没有光线通过滤色器230的重叠区域。相应地，滤色器230的重叠区域起到黑矩阵的作用。
图4中LCD的最独特的是，图2和3的LCD的黑矩阵220由滤色器230的重叠区域所替代。
通过省略图2和3的薄膜二极管阵列板的制造方法中黑矩阵的形成步骤，并形成彼此部分重叠的滤色器230，可以制造图4的薄膜晶体管阵列板。
当将LCD的薄膜二极管板制造得具有图4的构造时，能够省略形成黑矩阵的工序，简化制造方法。
当LCD被制造得具有上述构造时，即使在薄膜二极管板100下面设置背光，由于黑矩阵220或滤色器230重叠区域的阻挡，使得背光的光线不会到达沟道绝缘层150。因此，不会增加MIM二极管的截止电流。
因为滤色器230与像素电极190形成在同一基底110上，所以可以省略对准上板和下板100和200的操作。
而且，对于具有用于覆盖上板100和下板200的对不准的冗余部分的黑矩阵220，可以减小其宽度，以提高LCD的孔径比。
尽管在此参照附图已经说明了本发明的实施例，但应当理解，本发明并不限于这些具体实施例，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可进行各种改变和修改，所述改变和修改包括在所附权利要求所限定的发明范围内。

Claims (11)

1.一种液晶显示器，包括：
绝缘基底；
多个形成在所述绝缘基底上的滤色器；
多个形成在所述滤色器上的第一和第二栅极线；
多个形成在所述滤色器上的像素电极；
多个形成在滤色器上并连接第一栅极线和像素电极的第一MIM二极管；以及
多个形成在所述滤色器上并连接第二栅极线和像素电极的第二MIM二极管。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，还包括形成在绝缘基底和滤色器之间的黑矩阵。
3.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述黑矩阵包括至少一个与第一和第二MIM二极管重叠的部分。
4.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述黑矩阵由主要包含有机材料的材料制成。
5.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述滤色器包括彼此部分重叠的红色、绿色和蓝色滤色器。
6.根据权利要求5所述的液晶显示器，其中，滤色器的重叠区域包括至少一个与第一和第二MIM二极管重叠的部分。
7.根据权利要求1所述的液晶显示器，还包括形成在第一和第二栅极线与像素电极之间的中间绝缘层，
8.根据权利要求7所述的液晶显示器，其中，所述中间绝缘层由有机绝缘材料制成。
9.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中：
所述第一MIM二极管包括与第一栅极线相连的第一输入电极，与像素电极相连的第一接触部分，形成在第一输入电极和第一接触部分上的沟道绝缘层，以及形成在沟道绝缘层上并与第一输入电极和第一接触部分相交的第一浮动电极；以及
所述第二MIM二极管包括与第二栅极线相连的第二输入电极，与像素电极相连的第二接触部分，形成在第二输入电极和第二接触部分上的沟道绝缘层，以及形成在沟道绝缘层上并与第二输入电极和第二接触部分相交的第二浮动电极。
10.一种液晶显示器的制造方法，包括步骤：
在绝缘基底上形成多个滤色器；
在所述滤色器上形成中间绝缘层；
在中间绝缘层上形成多个第一和第二栅极线以及像素电极；
在第一和第二栅极线以及像素电极上形成沟道绝缘层；以及
在所述沟道绝缘层上形成多个第一和第二浮动电极。
11.根据权利要求10所述的液晶显示器的制造方法，还包括在形成滤色器的步骤之前形成黑矩阵。
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