專利名稱：液晶顯示裝置的制備方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種液晶顯示裝置的制造方法，尤指一種以薄膜二極管做為開關組件的液晶顯示裝置的制造方法。
背景技術：
一般主動式液晶顯示器是用薄膜晶體管(thin film transistor，TFT)來當作像素的開關，薄膜晶體管的開與關的電流比例可以達到106以上，而有較好的顯示品質。然而，薄膜晶體管在工藝上通常需要五至六道掩膜，工藝繁復且容易產生不良，因此如何減少工藝步驟，并增加良品率一直是本領域研究的重點。
利用薄膜二極管(thin film diode，TFD)來當作像素開關的方式于1983年被提出，只需要3道掩膜工藝即可做好組件，因此在工藝上比薄膜晶體管較為簡單。薄膜二極管的構成，一般是由選擇線金屬延伸到像素區(qū)內，與像素電極重疊，中間夾著半絕緣性材料，三層重疊的大小即是薄膜二極管的大小。其作動方式主要是借著選擇線加電壓打開薄膜二極管，使像素信號可以從彩色濾光片(colorfilter)側寫入像素區(qū)；并利用彩色濾光片的黑色矩陣(Black matrix)遮在薄膜二極管區(qū)域上面，防止半絕緣性材料照到光而影響到薄膜二極管的電性。
美國專利案號5,204,764中提出一種具備金屬-絕緣層-金屬(Metal-Insulator-Metal，MIM)結構的薄膜二極管，配合雙選擇線(Dual selectiveline)來驅動液晶顯示器，可以改善顯示品質(如圖1)。然而，此種薄膜二極管顯示器，為使驅動電流夠大，必須增加薄膜二極管的尺寸，但是此舉同時減少了像素區(qū)的開口率。同時，因為上下金屬材質不同，進而造成薄膜二極管的電壓-電流特性不對稱，連帶影響了影像顯示品質。
為了改善組件的電壓-電流對稱性，美國專利案號6,243,062中揭示一種兩個背對背(back-to-back)的薄膜二極管的結構，以達到電壓-電流對稱性的要求(如圖2)。此方法雖然可以得到對稱性很好的電壓-電流特性，但卻多了一道工藝手續(xù)，同時也犧牲了開口率。
現(xiàn)在更有一種技術，在依序鍍上金屬層-透明導電層-半絕緣性材料后，利用第一道掩膜將選擇線定義出來，接著鍍上一層高分子感光絕緣膜，用第二道掩膜將薄膜二極管的區(qū)域挖開，之后鍍上透明導電層，再用第三道掩膜將像素區(qū)及薄膜二極管做出來，其結構如圖3所示。此方法可解決電壓-電流特性不對稱問題，且提高崩潰電壓值，但仍需要3道掩膜，仍然無法解決制備過程繁復的問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種液晶顯示裝置的制備方法，可解決像素區(qū)開口率不足及電壓-電流特性不對稱的問題，并且只需要二道掩膜，即可完成以薄膜二極管做為開關組件的液晶顯示裝置的制備。
本發(fā)明結構中，薄膜二極管區(qū)域與選擇線重合，而不在顯示區(qū)內，因此使選擇線同時具備具有傳遞信號及薄膜二極管的功能。而顯示區(qū)內沒有開關組件，更可增加開口率。此外，本發(fā)明中薄膜二極管結構的第一金屬層與第二金屬層為同一種金屬，此結構的薄膜二極管可具有對稱的電壓-電流特性。本發(fā)明的薄膜二極管可以在不影響到開口率下增大尺寸，進而增加驅動電流，加快像素充電時間。
本發(fā)明液晶顯示裝置的制備方法步驟包括(a)提供一形成有一透明電極層與一第一金屬層的基板，其中透明電極層是位于第一金屬層與基板之間；(b)以第一道掩膜定義出包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域；(c)依序形成一第一絕緣層與一第二金屬層于基板上，其中第一絕緣層是位于第二金屬層與第一金屬層之間；以及(d)以第二道掩膜定義出一薄膜二極管結構區(qū)與一像素區(qū)，并移除像素區(qū)上的第二金屬層、第一絕緣層、以及第一金屬層，暴露出透明電極層。
根據上述本發(fā)明制造方法中，步驟(a)的基板更可包括有一第二絕緣層，形成于第一金屬層上，以增加絕緣層的厚度。
本發(fā)明更提供第二種制備液晶顯示裝置的方法態(tài)樣，步驟包括(a)提供一形成有一透明電極層、一第一金屬層、與第一絕緣層的基板，其中透明電極層是位于第一金屬層與基板之間，且第一金屬層是位于第一絕緣層與透明電極層之間；(b)以第一道掩膜定義出包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域；(c)全面形成一絕緣層，并暴露出包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域；(d)形成一第二金屬層于絕緣層與包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域上方；以及(e)以第二道掩膜定義出一薄膜二極管結構區(qū)與一像素區(qū)，并移除像素區(qū)上的第二金屬層、第一絕緣層、以及第一金屬層，使暴露出透明電極層。
此外，本發(fā)明的制造方法中，基板上的透明電極層可以為任何一種透明導電材料，較佳為銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)；基板上的第一金屬層與第二金屬層可以為任何適用的金屬材料，較佳為低電阻的金屬，如鉭金屬層。此外，本發(fā)明方法中所使用的絕緣層，其材料可為任何適用的絕緣材料，較佳為SiNx。
本發(fā)明方法的步驟(b)中，除定義出包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域外，更可同時定義出一圖案化的信號線。且依本發(fā)明揭示的制備方法，所制備出的液晶顯示裝置，其薄膜二極管結構區(qū)可重疊于部分圖案化的信號線上。
在本發(fā)明第二種制備液晶顯示裝置的方法態(tài)樣中，其中步驟(c)包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)區(qū)域的定義方式，是以背面曝光的方式進行。且步驟(c)中適用的絕緣層可為任何適用的絕緣材料，較佳為氮化硅，二氧化硅，正型光阻或是負型光阻。
經由本發(fā)明方法完成的液晶顯示裝置，在同一像素上，不同的薄膜二極管結構區(qū)，是重疊于不同的信號線上。
圖1為現(xiàn)有具備金屬-絕緣層-金屬(Metal-Insulator-Metal，MIM)結構的薄膜二極管結構示意圖。
圖2為現(xiàn)有具背對背結構的薄膜二極管結構示意圖。
圖3為現(xiàn)有薄膜二極管結構示意圖。
圖4A至圖4D為本發(fā)明一較佳實施例(實施例1)的制作流程圖，其中，圖4A-2至圖4D-2為為俯視圖，圖4A-1至圖4D-1為結構中A至B線段的剖面圖。
圖5A至圖5D為本發(fā)明一較佳實施例(實施例2)的制作流程圖，其中，圖5A-2至圖5D-2為為俯視圖，圖5A-1至圖5D-1為結構中A至B線段的剖面圖。
圖6A至圖6F為本發(fā)明一較佳實施例(實施例3)的制作流程圖，其中，圖6A-2至圖6F-2為為俯視圖，圖6A-1至圖6F-1為結構中A至B線段的剖面圖。
圖7A至圖7F為本發(fā)明一較佳實施例(實施例4)的制作流程圖，其中，圖7A-2至圖7F-2為為俯視圖，圖7A-1至圖7F-1為結構中A至B線段的剖面圖，其中原用的絕緣層改成以負型光阻為材料的平坦化層。
圖8A至圖8F為本發(fā)明一較佳實施例(實施例5)的制作流程圖，其中，圖8A-2至圖8F-2為為俯視圖，圖8A-1至圖8F-1為結構中A至B線段的剖面圖，其中原用的絕緣層改成有機材料正型光阻。
附圖標號基板00 透明導電層10第一金屬層20第一絕緣層30第二金屬層40第二絕緣層31薄膜二極管區(qū)以及像素區(qū)的區(qū)域100 薄膜二極管結構區(qū)101像素區(qū)102 側邊103絕緣層50平坦化層51 正型光阻具體實施方式
一般薄膜二極管電壓-電流的關系，可用以下公式計算I=αVAeVβ(1d)12.....................................(1)]]>
I通過二極管電流V二極管兩端所加電壓A薄膜二極管的面積d絕緣層厚度α，β常數(shù)假設薄膜二極管面積由原本A0增加為A-1，由公式(1)可知，電流可增加A1/A0倍。
而在薄膜二極管所構成的主動式液晶顯示器中，液晶的充電公式可簡單表示為V=V0(1-e-τRC)..........................................(2)]]>V0液晶預計要充到的電壓值τ一個像素液晶的充電時間，與面板分辨率有關R導線電阻值(包含薄膜二極管的電阻)C液晶的電容其中R可以大約視為導線電阻值Rline與兩顆并聯(lián)的薄膜二極管電阻值Rdiode(＝Vdiode/I-diode)相加R=Rline+Rdiode2=Rline+Vdiode2Idiode............................................(3)]]>因此若假設液晶至少要充到預計電壓值的90％(0.9V0)才夠，即0.9V0≤V0(1-e-τRC)...........................................(4)]]>將公式(3)代入公式(4)中可求得Idiode值Idiode≥12CLCVdiodeln0.1τ-CLCRlineln0.1........................................(5)]]>由公式(5)可知，當面板分辨率增加(τ值會減小)或線電阻(Rline)較高時，薄膜二極管需要有較大的電流流過，才能在開關打開的時間內將液晶充飽。而本發(fā)明則可通過將薄膜二極管直接重合于選擇線上，以不會影響到像素開口率的前提下，加大薄膜二極管的面積，增加驅動電流。
實施例1圖4A-1至圖4D-1，圖4A-2至圖4D-2為本發(fā)明較佳實施例的制作流程圖。如圖4A-1、圖4A-2，首先在一基板00上依序形成一透明導電層10，例如ITO，以及一第一金屬層20，其為低電阻金屬層，例如Ti。透明導電層10是用來當作像素電極，因此可用ITO或是IZO等透明導電材料。第一金屬層20則是用來當作薄膜二極管的下層金屬，以將信號傳至像素電極，較佳的第一金屬層材料可以為Ti或Mo等金屬。
接著上光阻(圖未示)，用第一道掩膜將含有薄膜二極管區(qū)以及像素區(qū)的區(qū)域100定義出來，結構如圖4B-1、圖4B-2所示。
將含有薄膜二極管區(qū)以及像素區(qū)的區(qū)域100定義出來并進行蝕刻后，參考圖4C-1、圖4C-2，全面性的形成一第一絕緣層30，例如SiNx，以及一第二金屬層40，其為低電阻金屬層，例如Ti。由于絕緣層的條件會影響薄膜二極管的電壓-電流特性，因此必須要調整工藝條件來達到最佳品質。而第二金屬層40是薄膜二極管的上層金屬，也是IC輸出信號的傳遞路徑，因此可選用Ti、Ti/Al或Mo等金屬使導線電阻值降低，RC延遲就可以減少。
在第二金屬層40上涂覆一層光阻(圖未示)后，用一第二道掩膜定義出薄膜二極管結構區(qū)101以及像素區(qū)102。蝕刻掉像素區(qū)102透明導電層10上方的第一金屬層20、第一絕緣層30、第二金屬層40，以及像素區(qū)102周圍的第一絕緣層30與第二金屬層40，使每個像素各自獨立，如此即完成數(shù)組的制作，其結構如圖4D-1、圖4D-2。數(shù)組上會漏光的區(qū)域可用彩色濾光片的黑色矩陣遮住。
實施例2在實施例1中，薄膜二極管結構區(qū)101中第一絕緣層30的厚度及側邊103的第一絕緣層30厚度是一樣的，若為了易于控制電性，可在不影響到側邊103的第一絕緣層30厚度下，利用增加薄膜二極管結構區(qū)101中第一絕緣層30厚度的方式達成，請參考圖5A-1至圖5D-1、圖5A-2至圖5D-2。
在基板00上形成一透明導電層10及一第一金屬層20后，再另外形成一層第二絕緣層31于第一金屬層20上，如圖5A-1、圖5A-2所示。利用第一道掩膜定義出含薄膜二極管結構區(qū)及像素區(qū)的區(qū)域100，如圖5B-1、圖5B-2所示。接著，再全面性的形成一第一絕緣層30及一第二金屬層40于基板00上，如圖5C-1、圖5C-2所示。最后，利用第二道掩膜定義出薄膜二極管結構區(qū)101以及像素區(qū)102，并進行蝕刻后，就完成了數(shù)組的工藝，如圖5D-1、圖5D-2所示。
實施例3在實施例1中，薄膜二極管結構區(qū)101中第一絕緣層30的厚度及側邊103的第一絕緣層30厚度是一樣的，若為避免因側邊103厚度不夠而導致組件的崩潰電壓不足，則可以本實施例的制備方式制作薄膜二極管結構。如圖6A-1至圖6F-1、圖6A-2至圖6F-2所示。
先在基板00上依序形成一透明導電層10、一第一金屬層20及一第一絕緣層30，如圖6A-1、圖6A-2所示。以第一道掩膜定義并蝕刻出含薄膜二極管結構與像素區(qū)的區(qū)域100，如圖6B-1、圖6B-2所示，接著全面性形成一層絕緣層50于基板00上，例如絕緣性較好的氮化硅或是二氧化硅，如圖6C-1、圖6C-2所示，此絕緣層50的厚度較佳為大于透明導電層10、第一金屬層20及第一絕緣層30所組合的厚度。
在絕緣層50上全面性涂覆上一層負型光阻(圖未示)，之后利用第一層金屬層20當作掩膜，用背面曝光的方式將區(qū)域100上方的絕緣層50移除，而暴露出含薄膜二極管結構區(qū)及像素區(qū)的區(qū)域100，如圖6D-1、圖6D-2所示。接著再全面性的形成一第二金屬層40于基板00上，如圖6E-1、圖6E-2所示，并以第二道掩膜定義出薄膜二極管結構區(qū)101以及像素區(qū)102，并進行蝕刻后，就完成了側邊厚度較厚的薄膜二極管，如圖6F-1、圖6F-2所示。
實施例4
本例的制備方法與實施例3大致相同，先在基板00上依序形成一透明導電層10、一第一金屬層20及一第一絕緣層30，如圖7A-1、圖7A-2所示。以第一道掩膜定義并蝕刻出含薄膜二極管結構與像素區(qū)的區(qū)域100，如圖7B-1、圖7B-2所示，差異在于將絕緣層50改成鍍上負型光阻的平坦化層51，如圖7C-1、圖7C-2所示，并同樣用背面曝光的方式將區(qū)域100上方光阻移除，而暴露出含薄膜二極管結構區(qū)及像素區(qū)的區(qū)域100，如圖7D-1、圖7D-2所示，然后再全面性形成一第二金屬層40于基板00上，如圖7E-1、圖7E-2所示。最后，利用第二道掩膜定義出薄膜二極管結構區(qū)101以及像素區(qū)102，并進行蝕刻后，就完成了數(shù)組的工藝，如圖7F-1、圖7F-2所示。
實施例5本例的制備方法與實施例3大致相同，先在基板00上依序形成一透明導電層10、一第一金屬層20及一第一絕緣層30，如圖8A-1、圖8A-2所示。以第一道掩膜定義并蝕刻出含薄膜二極管結構與像素區(qū)的區(qū)域100，如圖8B-1、圖8B-2所示，差異在于將絕緣層50改成有機材料正型光阻52，如圖8C-1、圖8C-2所示，接著進行退光阻，除去正型光阻52部分厚度，使有機材料正型光阻52的厚度降至與第一絕緣層30一樣高。為避免第一絕緣層30上面會殘留有機材料正型光阻52，因此可延長退光阻時間，讓整體有機材料正型光阻52的高度略低于第一絕緣層30厚度，如圖8D-1、圖8D-2所示，在此實施例中，第一絕緣層30的厚度較厚于前述其它實施例，以避免退光阻時過渡侵蝕第一絕緣層30而影薄膜二極管的電性控制。
接著，將有機材料正型光阻52固化后，再接著形成一第二金屬層40，如圖8E-1、圖8E-2所示，并以第二道掩膜定義出薄膜二極管結構區(qū)101以及像素區(qū)102，并進行蝕刻后，就完成了側邊厚度較厚的薄膜二極管，如圖8F-1、圖8F-2所示。
利用上述的制備方法，可在僅需二道掩膜的工藝下完成薄膜二極管的結構制作，且將薄膜二極管與選擇線重疊的結構，更可增加開口率，同時可增加薄膜二極管的尺寸，以增加驅動電流，加速像素充電時間。
上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權利范圍自應以權利要求所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1.一種液晶顯示裝置的制備方法，其中，該制備方法的步驟包括(a)提供一形成有一透明電極層與一第一金屬層的基板，其中該透明電極層位于該第一金屬層與該基板之間；(b)以第一道掩膜定義出包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域；(c)依序形成一第一絕緣層與一第二金屬層于基板上，其中該第一絕緣層位于該第二金屬層與所述的第一金屬層之間；以及(d)以第二道掩膜定義出一薄膜二極管結構區(qū)與一像素區(qū)，并移除該像素區(qū)上的所述的第二金屬層、所述的第一絕緣層、以及所述的第一金屬層，暴露出所述的透明電極層。
2.如權利要求1所述的制備方法，其中所述的步驟(a)中的所述的基板更包括有一第二絕緣層，形成于所述的第一金屬層上。
3.如權利要求1所述的制造方法，其中所述的透明電極層為銦錫氧化物或銦鋅氧化物。
4.如權利要求1所述的制造方法，其中所述的步驟(b)中更同時定義出一圖案化的信號線。
5.如權利要求1所述的制造方法，其中所述的步驟(b)中的所述的薄膜二極管結構區(qū)，是重疊于部分所述的圖案化的信號線上。
6.如權利要求1所述的制造方法，其中所述的第一金屬層與所述的第二金屬層分別為一低電阻金屬層。
7.如權利要求6所述的制造方法，其中所述的低電阻金屬層為鉭金屬層。
8.如權利要求1所述的制造方法，其中所述的第一絕緣層為SiNx。
9.如權利要求1所述的制造方法，其完成的液晶顯示裝置的同一像素上，不同的所述的薄膜二極管結構區(qū)，是重疊于不同的信號線上。
10.一種液晶顯示裝置的制備方法，其中，該制備方法的步驟包括(a)提供一形成有一透明電極層、一第一金屬層、與第一絕緣層的基板，其中該透明電極層位于該第一金屬層與該基板之間，且該第一金屬層位于該第一絕緣層與該透明電極層之間；(b)以第一道掩膜定義出包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域；(c)全面形成一絕緣層，并暴露出所述的包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域；(d)形成一第二金屬層于所述的絕緣層與所述的包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域上；以及(e)以第二道掩膜定義出一薄膜二極管結構區(qū)與一像素區(qū)，并移除該像素區(qū)上的所述的第二金屬層、所述的第一絕緣層、以及所述的第一金屬層，使暴露出所述的透明電極層。
11.如權利要求10所述的制備方法，其中所述的步驟(a)中的所述的基板更包括有一第二絕緣層，形成于所述的第一金屬層上。
12.如權利要求10所述的制造方法，其中所述的透明電極層為銦錫氧化物或銦鋅氧化物。
13.如權利要求10所述的制造方法，其中所述的步驟(b)中更同時定義出一圖案化的信號線。
14.如權利要求10所述的制造方法，其中所述的步驟(b)中的所述的薄膜二極管結構區(qū)，是重疊于部分所述的圖案化的信號線上。
15.如權利要求10所述的制造方法，其中所述的第一金屬層與所述的第二金屬層分別為一低電阻金屬層。
16.如權利要求15所述的制造方法，其中所述的低電阻金屬層為鉭金屬層。
17.如權利要求10所述的制造方法，其中所述的第一絕緣層為SiNx。
18.如權利要求10所述的制造方法，其中所述的步驟(c)中，所述的絕緣層是以背面曝光的方式定義，而暴露出所述的包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域。
19.如權利要求10所述的制造方法，其中所述的步驟(c)中，所述的絕緣層為氮化硅，二氧化硅，正型光阻或是負型光阻。
20.如權利要求10所述的制造方法，其中，完成的液晶顯示裝置下基板的同一像素上，不同的所述的薄膜二極管結構區(qū)，重疊于不同的信號線上。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種液晶顯示裝置的制備方法，所述的制備方法的步驟包括(a)提供一形成有一透明電極層與一第一金屬層的基板，其中透明電極層是位于第一金屬層與基板之間；(b)以第一道掩膜定義出包含薄膜二極管結構區(qū)與像素區(qū)的區(qū)域；(c)依序形成一第一絕緣層與一第二金屬層于基板上，其中第一絕緣層是位于第二金屬層與第一金屬層之間；以及(d)以第二道掩膜定義出一薄膜二極管結構區(qū)與一像素區(qū)，并移除像素區(qū)上的第二金屬層、第一絕緣層、以及第一金屬層，暴露出透明電極層。
文檔編號G02F1/13GK1963621SQ20061016453
公開日2007年5月16日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權日2006年12月5日
發(fā)明者郭威宏, 楊克勤, 周文彬 申請人:友達光電股份有限公司