CN1991480A - 液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过掀离工序形成没有阶梯的公共电极或像素电极来避免在摩擦工序时发生刮擦的LCD器件制造方法。该LCD器件的制造方法包括：提供第一基板和第二基板；在第一基板上形成栅极、栅线和公共电极线；在第一基板上形成第一绝缘层；在栅极上方形成有源层和源极/漏极；在第一基板上方形成第二绝缘层；在第一基板上方的第二绝缘层中形成多个凹槽图案；在多个凹槽图案中形成像素电极和公共电极；在第一基板和第二基板之间形成液晶层；以及将第一基板粘接到第二基板。

Description

液晶显示器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示(LCD)器件的制造方法，特别是涉及一种能够减少用于制造薄膜晶体管的掩模数量和能够最小化由于公共电极或像素电极而引起的阶梯出现的LCD器件及其制造方法。
背景技术
随着对信息显示的关注和对便携式信息介质的需求增加，正在研发和商业化代替传统阴极射线管(CRT)的具有厚度薄和重量轻的平板显示器(FPD)。在FPD显示器中的液晶显示(LCD)器件通过利用液晶分子的光学各向异性来显示图像。LCD器件具有良好的分辨率、色彩显示、图像质量等，因而被积极应用于笔记本、桌上型计算机监视器等。
通常通过用于沿基板的垂直方向驱动液晶分子的扭曲向列(TN)方法来驱动LCD器件。然而，TN方法由于液晶分子的折射率各向异性而具有90°的窄视角。即，由于当电压施加到LCD面板时沿基板的水平方向设置的液晶分子被排列为垂直于基板，因而产生窄视角。
因此，已经建议了一种用于通过沿基板的水平方向驱动液晶分子而实现大于170°的宽视角的共平面开关(IPS)-LCD，其将在下面详细说明。
图1示出了根据现有技术的IPS-LCD器件阵列基板的部分平面图，并且图2示出了沿图1中的I-I’线提取的截面图。
在LCD器件中，N条栅线和M条数据线彼此交叉以构造M×N个像素。然而，为了方便仅在图中示出一个像素。
如图所示，栅线16和数据线17在阵列基板10上沿水平和垂直方向彼此交叉因而限定像素区。薄膜晶体管(TFT)20作为开关器件形成在栅线16和数据线17之间的各交叉点处。
TFT 20由连接到栅线16的栅极21、连接到数据线17的源极22以及连接到像素电极线18L的漏极23构成。而且，TFT 20包括用于使栅极21、源极22和漏极23绝缘的第一绝缘层15A；用于通过施加到栅极21的栅电压在源极22和漏极23之间形成导电沟道的有源层24；以及用于在源极22/漏极23和有源层24之间形成欧姆接触的欧姆接触层25。
用于产生水平电场的公共电极8和像素电极18沿数据线17的纵向交替设置在像素区中。像素电极18通过在第二绝缘层15B处形成的第一接触孔40A电连接到与漏极23连接的像素电极线18L。而且，公共电极8通过第二接触孔40B电连接到与栅线16平行设置的公共电极线8L。
在LCD器件中，分别由透明导电材料形成的公共电极8和像素电极18具有从第二绝缘层15B的表面的阶梯。
该阶梯在摩擦工序时会在定向层的表面上产生刮擦。
更具体的说，摩擦工序用来通过旋转其上沿一定方向缠绕有摩擦布的辊来摩擦定向层从而沿一个方向设置形成在阵列基板或滤色片基板上的定向层。如果在摩擦操作期间在定向层的下部存在例如楼梯的阶梯，则摩擦布在旋转时会被该阶梯刮住。因此，定向层的表面被刮擦。
定向层的刮擦部分上的排列角度劣于定向层其它部分的排列角度，从而液晶分子不能沿一个方向排列。结果，全黑状态中LCD面板上液晶分子的未对准部分产生了不期望的偏振从而增加亮度。全黑状态中的部分亮度增加降低了全白亮度与全黑亮度之间的对比度。在更坏的情况下，当在全黑状态中观察LCD面板时可以观察到刮擦呈线状。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够通过最小化公共电极或像素电极的阶梯来减少劣质摩擦的LCD器件及其制造方法。
本发明的另一目的是提供一种能够通过减少用于制造薄膜晶体管的掩模数量来简化制造工序的LCD器件及其制造方法。
为了实现这些和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，提供了一种LCD器件的制造方法，包括：提供第一基板和第二基板；在第一基板上形成栅极、栅线和公共电极线；在第一基板上形成第一绝缘层；在栅极上方形成有源层和源极/漏极；在第一基板上方形成第二绝缘层；在第一基板上方的第二绝缘层中形成多个凹槽图案；在多个凹槽图案中形成像素电极和公共电极；在第一基板和第二基板之间形成液晶层；以及将第一基板粘接到第二基板。
为了实现这些和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，提供了一种LCD器件，包括：第一基板和第二基板；形成在第一基板上的栅极、栅线和公共电极线；形成在第一基板上的第一绝缘层；形成在栅极上方的有源层和源极/漏极；形成在第一基板上方的第二绝缘层；形成在第二绝缘层中的多个凹槽图案；形成在多个凹槽图案中的像素电极和公共电极；以及形成在第一基板和第二基板之间的液晶层。
本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点将在与附图一起的本发明的下面详细描述中变得明显。
附图说明
本申请所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，并且包括在该申请中并且作为本申请的一部分，示出了本发明的实施方式并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1示出了根据现有技术的共平面开关(IPS)LCD器件的部分阵列基板的平面图；
图2示出了沿图1中的I-I’线提取的截面图；
图3示出了根据本发明的IPS-LCD器件的部分阵列基板的平面图；
图4A示出了沿图3中的III-III’线提取的截面图；
图4B示出了沿图3中的III-III”线提取的截面图；
图5A至图5C顺序示出了图4的阵列基板的制造工序的截面图；
图6A至图6D示出了图5B的第二掩模工序的截面图；以及
图7A至图7E示出了图5C的第三掩模工序的截面图。
具体实施方式
现在具体描述本发明的优选实施方式，其实施例示于附图中。
以下参照附图将说明根据本发明的液晶显示(LCD)器件及其制造方法。
图3示出了根据本发明的IPS-LCD器件的部分阵列基板的平面图，并且图4A和图4B示出了沿图3中的III-III’线和III-III”线提取的截面图。
在该LCD器件中，N条栅线和M条数据线彼此交叉以构造M×N个像素。然而，为了方便仅在图中示出一个像素。
在本发明中，示出了IPS-LCD器件。然而，本发明不限于IPS-LCD器件。即，本发明可以应用于通过在液晶层中产生抛物线状的水平电场，即边缘电场来驱动液晶分子的边缘电场开关(FFS)-LCD器件。
如图所示，多条栅线116和多条数据线117沿水平和垂直方向设置在阵列基板110上。薄膜晶体管(TFT)120作为开关器件形成在栅线116和数据线117之间的各交叉点处。
TFT 120由连接到栅线116的栅极121、连接到数据线117的源极122以及通过像素电极线118L连接到像素电极118的漏极123构成。而且，TFT 120包括用于使栅极121、源极122、和漏极123绝缘的第一绝缘层115A；以及用于通过施加到栅极121的栅电压在源极122和漏极123之间形成导电沟道的有源层124’。
用于产生水平电场的公共电极108和像素电极118交替设置在像素区中。像素电极118通过第一接触孔140A电连接到像素电极线118L，并且公共电极108通过第二接触孔140B电连接到与栅线116平行设置的公共电极线108L。
在本发明中，公共电极108和像素电极118由例如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料形成。然而，本发明也可以应用于公共电极108和像素电极118中的仅一个由透明导电材料形成的LCD器件。
如图4A和4B所示，在对第二绝缘层115B构图的同时通过掀离工序在第二绝缘层115B的第一和第二凹槽图案140A和140B中形成公共电极108和像素电极118，从而使其没有从第二绝缘层115B的表面的阶梯，这将参照图5A至图5C进行详细描述。
图5A至图5C顺序示出了图4A和图4B的阵列基板制造工序的截面图。
在本发明中，通过三轮掩模工序，即三轮光刻工序形成阵列基板。然而，无论掩模工序的数量如何都可以应用本发明。
如图5A所示，在由透明绝缘材料形成的基板110上形成栅极121、栅线(未示出)和公共电极线(未示出)。
通过在基板110的整个表面上形成第一导电层并随后通过光刻工序(第一掩模工序)对该第一导电层构图而形成栅极121、栅线和公共电极线。
第一导电层包括例如铝(Al)、铝合金(Al合金)、钨(W)、铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)等具有低阻抗的不透明导电材料。栅极121、栅线和公共电极线可以具有由上述材料的至少两种材料形成的双层结构。
如图5B所示，第一绝缘层115A、非晶硅薄膜、n+非晶硅薄膜以及第二导电层顺序沉积在形成有栅极121、栅线和公共电极线的基板110的整个表面上。然后，通过光刻工序(第二掩模工序)对该非晶硅薄膜、n+非晶硅薄膜和第二导电层进行选择性构图，从而形成由非晶硅薄膜形成的有源层124’并形成分别由第二导电层形成的源极122、漏极123和数据线117。
通过用单个掩模工序使用衍射曝光来执行该第二掩模工序，通过该工序可以同时形成有源层124’、源极/漏极122和123以及数据线117。
图6A至图6D示出了图5B的第二掩模工序的截面图。
如图6A所示，第一绝缘层115A、非晶硅薄膜124、n+非晶硅薄膜125和第二导电层130顺序沉积在形成有栅极121、栅线和公共电极线的基板110的整个表面上。
如图6B所示，由例如光刻胶的感光材料形成的第一感光膜170沉积在基板110的整个表面上，并且通过具有狭缝区域的衍射掩模180将光照射到第一感光膜170。
衍射掩模180具有用于完全透射光的第一透射区域(I)、用于部分透射光的第二透射区域(II)以及用于完全遮挡光的遮光区域(III)。仅通过掩模180的光照射到第一感光膜170上。
衍射掩模180的第二透射区域(II)具有狭缝结构，并且通过该第二透射区域(II)的光的曝光量少于通过第一透射区域(I)的光的曝光量。因此，如果沉积在基板110上的第一感光膜170通过使用具有第二投射区域(II)的掩模180而被部分曝光并显影，则留在第二透射区域(II)上的感光膜的厚度变得与留在第一透射区域(I)或遮光区域(III)上的感光膜的厚度不同。
当第一感光膜170由正型光刻胶形成时，留在第二透射区域(II)上的感光膜的厚度比留在遮光区域(III)上的感光膜的厚度薄。而且，当第一感光膜170由负型光刻胶形成时，留在第二透射区域(II)上的感光膜的厚度比留在第一透射区域(I)上的感光膜的厚度厚。
在本发明中，使用正型光刻胶。然而，在本发明中也可以使用负型光刻胶。
然后，通过衍射掩模180曝光的第一感光膜170被显影。如图6C所示，具有一定厚度的第一感光图案170A留在对应于遮光区域(III)的第一感光膜170的区域，并且具有一定厚度的第三感光膜170C留在对应于第二透射区域(II)的第一感光膜170的区域。而且，去除对应于第一透射区域(I)的第一感光膜170，从而暴露第二导电层的表面。
形成在遮光区域(III)的第一感光图案170A和第二感光图案170B具有比形成在第二透射区域(II)的第三感光图案170C厚的厚度。
更具体的说，具有第一厚度的第一感光图案170A留在位于图6C左侧的源区/漏区(其中通过稍后将说明的蚀刻工序形成源极/漏极)，并且具有第一厚度的第二感光图案170B留在位于图6C右侧的数据线区域(其中通过稍后将说明的蚀刻工序形成数据线)。而且，具有第二厚度的第三感光图案170C留在源区和漏区之间的沟道区。
然后，通过使用第一感光图案170A和第三感光图案170C作为掩模选择性去除非晶硅薄膜、n+非晶硅薄膜和第二导电层，从而在栅极121上形成由非晶硅薄膜形成的有源层124’并且在数据线区域形成由第二导电层形成的数据线117。
在有源层124’上形成由n+非晶硅薄膜形成的第一n+非晶硅薄膜图案125’以及由第二导电层形成的第二导电层图案130’。而且，在数据线117下方形成被分别构图以具有与数据线117相同形状的由非晶硅薄膜形成的第二非晶硅薄膜图案124”以及由n+非晶硅薄膜形成的第二n+非晶硅薄膜图案125”。
然后，通过灰化工序完全去除第二透射区域(II)的感光图案170C。如图6D所示，遮光区域的第一感光图案170A和第二感光图案170B分别保留作为具有第三厚度的第四感光图案170A’和第五感光图案170B’，其中通过从第一感光图案170A和第二感光图案170B的整个厚度去除对应于第二透射区域(II)的第三感光图案的第二厚度的厚度来获得第三厚度。
然后，通过使用第四感光图案170A’和第五感光图案170B’作为掩模来选择性地去除第一n+非晶硅薄膜图案和第二导电层图案，从而在有源层124’上形成由第二导电图案形成的源极122和漏极123。漏极123的部分沿一个方向延伸从而构成像素电极线118L。
对第一n+非晶硅薄膜图案构图以具有与源极/漏极122和123相同的形状，从而形成用于在源极/漏极122和123与有源层124’之间欧姆接触的欧姆接触层125。
由于通过使用衍射曝光的单轮掩模工序同时形成有源层124’、源极/漏极122和123以及数据线117，所以可以减少掩模数量。也可以通过一轮掩模工序形成有源层124’，并且通过另一掩模工序同时形成源极/漏极122和123以及数据线117。
如图5C所示，通过使用掀离工序的单轮光刻工序(第三掩模工序)形成接触孔、公共电极108和像素电极118。
图7A至图7E示出了图5C的第三掩模工序的截面图。
如图7A所示，由例如光刻胶的感光材料形成的第二绝缘层115B和第二感光膜270沉积在形成有有源层124’、源极/漏极122和123以及数据线117的基板110的整个表面上。
如图7B和图7C所示，第二感光膜270通过第三掩模被曝光并随后显影，从而形成第二感光膜图案270’。
然后，通过使用构图的第二感光膜图案270’作为掩模选择性地去除第二绝缘层115B的部分，从而形成用于要形成公共电极和像素电极的多个凹槽图案140A和140B。当形成凹槽图案140A时，同时暴露部分漏极123。凹槽图案140A和140B的深度小于400。像素电极和公共电极的厚度小于400。因此，凹槽图案140A和140B与第二绝缘层115B之间的阶梯差小于400。
如图4B所示，通过第三掩模工序形成用于部分暴露公共电极线的凹槽图案140B。
如图7D所示，在包括凹槽图案140A和140B的第二感光膜图案270’的整个表面上形成由透明导电材料形成的第三导电层150。
该第三导电层150由例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌和氧化铟锡锌(ITZO)的透明导电材料形成。
如图7E所示，通过掀离工序去除其上形成有第三导电层的第二感光膜图案270’。在此，一起去除对应于除凹槽图案的区域之外的第二感光膜图案270’和形成在第二感光膜图案270’上的第三导电层。
留在凹槽图案中的第三导电层形成通过凹槽图案140A电连接到漏极123的像素电极118以及通过凹槽图案140B电连接到公共电极线的公共电极108。
公共电极108和像素电极118形成在第二绝缘层115B中从而不产生从第二绝缘层115B的表面的阶梯。即，像素电极118和公共电极108与第二绝缘层115B处于相同的平面上。
所以，减少了由于阶梯的摩擦刮擦从而提高了对比度，并且均匀的摩擦会产生有效的残留图像。
掀离工序是通过形成在感光材料除的裂缝去除感光材料以及沉积在该感光材料上的金属材料的工序，其通过在例如具有一定厚度的第二感光膜层的感光材料上沉积例如第三导电层的导电金属材料，并随后将其上沉积有金属材料的感光材料浸入例如剥离剂的溶液中从而去除所述材料来来执行。在此，沉积在凹槽图案中的金属材料不会被去除从而形成像素电极和公共电极。
可以通过超声波去除对应于除凹槽图案之外区域的第三导电层以及该第三导电层下方的第二感光膜图案。
即，掀离工序用来通过去除感光膜图案来去除形成在该感光膜图案上不期望区域处的材料，该工序通过形成感光膜图案、随后将一定材料沉积在该感光膜图案上、并然后一起去除该材料以及感光膜图案而执行。
通过形成在图像显示区域外围的密封剂将阵列基板粘接到滤色片基板，从而构成LCD面板。通过形成在阵列基板和滤色片基板上的粘接键将阵列基板和滤色片基板彼此粘接。
在将阵列基板和滤色片基板彼此粘接之前，分别在阵列基板和滤色片基板上沉积定向层并随后将该定向层对准从而提供表面固定力(预倾角)和排列方向。在此，在阵列基板的表面上不会由于公共电极和像素电极而产生阶梯，从而不会发生刮擦并提高了摩擦均匀性。
在本发明中，执行三轮掩模工序以制造阵列基板。然而，无论掩模工序的数量如何都可以应用本发明。
在本发明中，制造了其中有源层由非晶硅薄膜形成的非晶硅薄膜晶体管。然而，本发明也可以用来制造其中有源层由多晶硅薄膜形成的多晶硅薄膜晶体管。
本发明也可以应用于公共电极和像素电极以Z字形(或箭尾形)设置的结构。在Z字形结构中，一个像素中的液晶沿不同方向而不是相同方向排列从而产生多畴。多畴结构弥补由于液晶的双折射性引起的异常光，从而最小化了色移。Z字形结构中公共电极和像素电极的排列角度可以是相对于液晶排列方向成大约1～30°。
本发明不仅可以应用于LCD器件，也可以应用于通过使用薄膜晶体管制造的其它显示器件，例如有机发光二极管(OLED)连接到驱动薄膜晶体管的有机发光显示器件。
很明显，本领域技术人员可在不背离本发明精神或范围的基础上对本发明做出各种修改和变化。因此，本发明意欲覆盖落入本发明权利要求书及其等效范围内的各种修改和变化。

Claims (18)

1、一种液晶显示器件的制造方法，包括：
提供第一基板和第二基板；
在第一基板上形成栅极、栅线和公共电极线；
在第一基板上形成第一绝缘层；
在栅极上方形成有源层和源极/漏极；
在第一基板上方形成第二绝缘层；
在第一基板上方的第二绝缘层中形成多个凹槽图案；
在多个凹槽图案中形成像素电极和公共电极；
在第一基板和第二基板之间形成液晶层；以及
将第一基板粘接到第二基板。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个凹槽图案包括用于将像素电极连接到漏极的第一凹槽图案，用于将公共电极连接到公共电极线的第二凹槽图案，以及第二绝缘层中用于形成像素电极和公共电极的其它凹槽图案。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括
在第二基板上形成滤色片层；
在第一和第二基板上形成定向层。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述像素电极和公共电极交替设置。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述像素电极和公共电极由氧化铟锡或者氧化铟锌形成。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成像素电极和公共电极包括：
在第一绝缘层上形成感光膜；
通过对该感光膜构图而形成感光膜图案；
通过使用感光膜图案选择性去除部分第二绝缘层以在第二绝缘层中形成凹槽图案；
在感光膜图案上和多个凹槽图案中形成导电层；以及
去除感光膜图案以及形成在其上的导电层，以形成电连接到漏极的像素电极和电连接到公共电极线的公共电极。
7、按照权利要求6所述的方法，其特征在于，通过掀离工序去除感光膜图案和形成在该感光膜图案上的导电层。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在掀离工序中，通过使用剥离剂和超声波去除感光膜图案。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述像素电极和公共电极的上表面与第二绝缘层的上表面之间的阶梯低于400。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一轮掩模工序形成所述有源层、源极和漏极。
11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一轮掩模工序形成多个凹槽图案、像素电极和公共电极。
12、一种液晶显示器件，包括：
第一基板和第二基板；
形成在第一基板上的栅极、栅线和公共电极线；
形成在第一基板上的第一绝缘层；
形成在栅极上方的有源层和源极/漏极；
形成在第一基板上的第二绝缘层；
形成在第二绝缘层中的多个凹槽图案；以及
形成在第一基板和第二基板之间的液晶层。
13、根据权利要求12所述的液晶显示器件，其特征在于，所述多个凹槽图案包括用于将像素电极连接到漏极的第一凹槽图案，用于将公共电极连接到公共电极线的第二凹槽图案，以及第二绝缘层中用于形成像素电极和公共电极的其它凹槽图案。
14、根据权利要求12所述的液晶显示器件，其特征在于，所述像素电极和公共电极于第二绝缘层的上表面之间的阶梯小于400。
15、根据权利要求12所述的液晶显示器件，其特征在于，所述像素电极和公共电极交替设置。
16、根据权利要求12所述的液晶显示器件，其特征在于，所述像素电极和公共电极由氧化铟锡或者氧化铟锌形成。
17、根据权利要求12所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括在第一基板和第二基板的各相对表面上形成定向层。
18、根据权利要求12所述的液晶显示器件，其特征在于，通过一轮掩模工序形成所述多个凹槽图案、公共电极和像素电极。
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