CN101169565A - 用于液晶显示器件的阵列基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于共平面开关模式液晶显示器件的阵列基板，包括：基板；在基板上的栅线和数据线，所述栅线和数据线彼此交叉以限定像素区；薄膜晶体管，连接到栅线和数据线；基板上的辅助公共电极；辅助公共电极上的栅绝缘层；栅绝缘层上的金属层，所述金属层具有岛状并且连接到辅助公共电极；金属层上的钝化层；以及位于钝化层上像素区中的像素电极和公共电极，所述像素电极与金属层重叠，所述公共电极连接到辅助公共电极。

Description

用于液晶显示器件的阵列基板及其制造方法
本发明要求于2006年10月25日在韩国提交的2006-0103758号韩国专利申请的权益，在此引用其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件(LCD)及其制造方法，更具体地，涉及一种用于共平面开关模式液晶显示器件的阵列基板以及该阵列基板的制造方法。
背景技术
液晶显示器件利用液晶分子的光学各向异性和极性特性产生图像。液晶分子具有细长形状并且具有包括预倾角的初始取向方向。通过施加电场以影响液晶分子的取向可以控制控制取向方向。由于液晶的光学各向异性特性，入射光的折射取决于液晶分子的取向方向。从而通过适当地控制施加的电场，可以产生具有所需亮度的图像。
在公知的液晶显示器类型中，具有呈矩阵形排列的薄膜晶体管(TFT)和像素电极的有源矩阵型LCD(AM-LCD)由于其高分辨率和在显示运动图像方面的卓越能力，而成为主要研发的对象。
液晶显示(LCD)器件包括彼此分开且彼此面对的两基板，以及夹在两基板之间的液晶。在一种类型的LCD器件中，各基板包括电极，并且各基板的电极彼此面对。在各电极施加电压从而在电极之间产生电场。通过改变电场的强度改变液晶分子的排列。
由于电极分别设置在两相对基板的每个基板上，所以在电极之间产生的电场垂直于两基板。因此，该类型的LCD器件由于垂直电场而具有窄的视角。为了解决窄视角的问题，已经提出了共平面开关模式液晶显示(IPS-LCD)器件。IPS-LCD器件包括设置在同一基板上的像素电极和公共电极。
图1所示为根据相关技术的IPS-LCD器件的截面图。在图1中，IPS-LCD器件5包括第一基板10和第二基板40，以及夹在二者之间的液晶层LC。在第一基板10上限定像素区P。薄膜晶体管(TFT)T形成第一基板10上的在像素区中，用作开关元件。在像素区P中还形成有公共电极18和像素电极32。TFT T包括栅极12、半导体层22、源极24和漏极26。栅绝缘层20形成在栅极12和半导体层22之间。在第一基板10上，公共电极18与像素电极32彼此交替并且基本上平行。公共电极18与栅极12由相同的材料并且在相同的层形。钝化层30形成在TFT T上并且像素电极32形成在钝化层30上。为了提高孔径比和亮度，像素电极32可以和源极24和漏极26由相同的材料并且在相同的层由透明导电材料形成。
第二基板40与第一基板10分开。黑矩阵42形成在第二基板40面对第一基板10的内表面上。第二基板上的黑矩阵42对应第一基板10上的TFT T、栅线和数据线。包括红44a、绿44b和蓝(未示出)的三色滤色片的滤色片层44形成在黑矩阵42上。滤色片层44对应第一基板10上的像素区P。液晶层LC夹在第一基板10和第二基板40之间。通过在公共电极18和像素电极32之间产生的水平电场控制液晶层LC的取向。
为了进一步提高孔径比和亮度，已经提出具有透明导电材料的公共电极的IPS-LCD器件。图2所示为根据相关技术用于IPS-LCD器件的阵列基板的示意性平面图，并且图3所示为沿图2中线III-III提取的示意性截面图。如图2和3所示，栅线52和数据线68形成在基板50上。栅线52和数据线68彼此交叉以限定像素区P。薄膜晶体管(TFT)T连接到栅线52和数据线68。TFTT包括栅极54、有源层60、源极64和漏极66。在像素区P中像素电极72和公共电极74由透明导电材料形成。像素电极72包括水平部分72a和从水平部分72a延伸出的垂直部分72b，而公共电极74包括水平部分74a和从水平部分延伸出的垂直部分74b。
另外，在像素区P中形成有具有矩形的环状的辅助公共电极56。因此，辅助公共电极56包括第一水平部分56a和第二水平部分56b以及第一垂直部分56c和第二垂直部分56d，以构成矩形的环状。公共电极74接触辅助公共电极56，并且像素电极72接触漏极66。
辅助公共电极56的第一水平部分56a与像素电极的水平部分72a重叠以构成存储电容Cst。第一水平部分56a和水平部分72a的重叠部分分别起到存储电容Cst的第一存储电极和第二存储电极的作用。存储电容包括在第一和第二存储电极之间作为介电层的栅绝缘层58和钝化层70。
栅绝缘层58夹在栅线52和数据线68之间以防止栅线52和数据线68之间短路和信号干扰。例如，栅绝缘层58可以具有约
Figure A20071014386300061
的厚度。钝化层70形成在TFT T上以保护在源极64和漏极66之间暴露出的有源层60。钝化层70还保护源极64和漏极66。例如，钝化层70可以具有约
Figure A20071014386300062
的厚度。因此，存储电容Cst的介电层可以具有约
Figure A20071014386300063
的厚度。由于存储电容Cst的电容与介电层的厚度成反比并且与电极的面积成正比，所以在介电层的厚度给定的情况下，需要增加电极的面积以获得更大的电容。然而，随着电极面积的增加，IPS-LCD器件的孔径比和亮度除降低。另外，在IPS-LCD器件中不能获得高分辨率。
发明内容
本发明涉及一种由于减小存储电容的面积而具有提高的孔径比和分辨率的共平面开关模式液晶显示(IPS-LCD)器件及其制造方法。
一种用于共平面开关模式液晶显示器件的阵列基板，包括：基板；在基板上的栅线和数据线，所述栅线和数据线彼此交叉以限定像素区；薄膜晶体管，连接到栅线和数据线；基板上的辅助公共电极；辅助公共电极上的栅绝缘层；栅绝缘层上的金属层，所述金属层具有岛状并且连接到辅助公共电极；金属层上的钝化层；以及位于钝化层上像素区中的像素电极和公共电极，所述像素电极与金属层重叠，所述公共电极连接到辅助公共电极。
在另一方案，一种用于共平面开关模式的液晶显示器件的阵列基板的制造方法，包括：在基板上形成栅线和辅助公共电极；在栅线和辅助公共电极上形成栅绝缘层；在栅绝缘层上形成金属层和数据线，所述金属层具有岛状并且连接到辅助公共电极，数据线与栅线交叉以限定像素区；形成连接到栅线和数据线的薄膜晶体管；在金属层和数据线上形成钝化层；以及在钝化层上像素区内形成像素电极和公共电极，像素电极与金属层重叠，公共电极连接到辅助公共电极。
附图说明
这些附图提供了对本发明的进一步的理解，与本说明书结合并且构成其一部分，其图示了本发明的实施例。
图1是示出根据相关技术的IPS-LCD器件的截面图；
图2是示出根据相关技术用于IPS-LCD器件的阵列基板的示意性平面图；
图3所示为沿图2中线III-III提取的示意性截面图；
图4是示出根据本发明实施方式用于共平面开关模式液晶显示(IPS-LCD)器件的阵列基板的示意性平面图；
图5所示为沿图4中线V-V提取的示意性截面图；以及
图6A-图6E所示为根据本发明表示用于IPS-LCD器件的阵列基板的制造方法的示意性截面图。
具体实施方式
下面将详细说明附图中所示的实施方式。尽可能，相似的附图标记用于表示相同或者相似的部分。
图4是示出根据本发明实施方式用于共平面开关模式液晶显示(IPS-LCD)器件的阵列基板的示意性平面图。
在图4中，在基板100上形成有栅线102和数据线124。栅线102与数据线124交叉以限定像素区P。薄膜晶体管TFT T连接到栅线102和数据线124。TFT T包括连接到栅线102的栅极104、栅极104上的有源层112、有源层112上的欧姆接触层(图5中的114)、连接到数据线124的源极116和与源极116分离的漏极118。源极116和漏极118与欧姆接触层114接触。
在像素区P中形成有辅助公共电极106。辅助公共电极106具有矩形的环状，并且包括第一和第二水平部分106a和106b以及第一和第二垂直部分106c和106d。第一和第二水平部分106a和106b分别设置在像素区P的上部和下部，其中下部更接近TFT T，而第一和第二垂直部分106c和106d分别设置在像素区P的左部和右部，其中左部在TFT T的左边。第一和第二水平部分106a和106b彼此分离并且与栅线102平行。另外，第一和第二垂直部分106c和106d彼此分离并且与数据线124平行。辅助公共电极106可以与栅线102由相同的材料并且在相同的层形成。
在像素区P中形成有像素电极132和公共电极134。像素电极132和公共电极134可以由透明导电材料形成。像素电极132包括水平部分132a和多个垂直部分132b。像素电极132的水平部分形成在辅助公共电极106的第一水平部分106a上方，并且像素电极132的多个垂直部分132b从像素电极132的水平部分132a延伸出去。像素电极132的水平部分132a通过钝化层(在图5中128)中的第二接触孔CH2连接到漏极118，以接收数据信号。
公共电极134包括水平部分134a和多个垂直部分134b。公共电极134的多个垂直部分134b从公共电极134的水平部分134a延伸出去。公共电极134接触辅助公共电极106。在像素区P中，公共电极134的多个垂直部分134b与像素电极132的多个垂直部分132b交替。公共电极134的垂直部分134b通过钝化层(图5中的128)和栅绝缘层(图5中的110)中的第三接触孔连接到辅助公共电极106的第二水平部分106b，以接收公共电压。
在辅助公共电极106的第一水平部分106a和像素电极132的水平部分132a之间形成岛状的金属层120。金属层120通过栅绝缘层中的第一接触孔CH1接触辅助公共电极106，并且与像素电极132的水平部分132a重叠，同时二者其间具有钝化层，从而构成存储电容Cst。因此，存储电容Cst包括作为第一电容电极的金属层120、作为第二电容电极的像素电极132的水平部分132a、以及作为介电层的钝化层128。
图5所示为沿图4中线V-V提取的示意性截面图。
在图5中，在基板100上限定具有开关区S和存储区C的像素区P。TFTT形成在基板100的开关区S中。TFT T包括栅极104、栅绝缘层110、有源层112、欧姆接触层114、源极116和漏极118。在基板100的像素区P中形成有辅助公共电极106，该辅助公共电极106包括第一和第二水平部分106a和106b(图4中)以及第一和第二垂直部分106c(图4中)和106d，并且在辅助公共电极106上形成有栅绝缘层110。栅绝缘层110具有暴露出辅助公共电极106的第一水平部分106a的第一接触孔CH1。金属层120形成在栅绝缘层110上并且通过第一接触孔CH1连接到辅助公共电极106的第一水平部分106a。
钝化层128形成在TFT T和金属层120上。钝化层128具有暴露出漏极118的第二接触孔CH2。包括水平部分132a和多个垂直部分132b的像素电极132和包括水平部分134a(图4中)和多个垂直部分134b的公共电极134形成在钝化层128上。像素电极132和公共电极134包括透明导电材料。在像素区P中，像素电极132的多个垂直部分132b和公共电极134的多个垂直部分134b交替地设置。
像素电极132的水平部分132a通过第二接触孔CH2连接到漏极118。另外，在存储区C中，像素电极132的水平部分132a与金属层120重叠并且其间夹有钝化层128以构成存储电容Cst。由于具有约
Figure A20071014386300091
厚度的钝化层128用作介电层，所以存储电容Cst的电容增加。因此，对于给定的电容，可以形成具有减小的面积的存储电容，并且提高孔径比。
图6A-图6E所示为根据本发明表示用于IPS-LCD器件的阵列基板的制造方法的示意性截面图。图6A至图6E为沿图4中线V-V提取的。
在图6A中，在具有像素区P的基板100上通过沉积并且构图诸如铝(Al)、铝(Al)合金、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(CU)、铜(Cu)合金和钽(Ta)的导电金属材料形成栅线102、连接到栅线102的栅极104，以及包括第一和第二水平部分106a和106b(图4中)以及第一和第二垂直部分106c(图4中)和10d的辅助公共电极106。像素区P具有开关区S和存储区C。栅线102的部分用作栅极104。另外，栅极104可以从栅线102突出。辅助公共电极106的第一水平部分106a设置在存储区C中。
在图6B中，在栅线102、栅极104和辅助公共电极106上通过沉积并且构图诸如硅的氮化物(SiNx)和硅的氧化物(SiO2)的无机绝缘材料形成栅绝缘层110。栅绝缘层110具有暴露出辅助公共电极106的第一水平部分106a的第一接触孔CH1。在栅绝缘层110上顺序形成本征非晶硅(a-Si:H)层(未示出)和掺杂非晶硅(n+a-Si:H)层之后，构图本征非晶硅(a-Si:H)层和掺杂非晶硅(n+a-Si:H)层以在栅绝缘层110上栅极104上方形成本征非晶硅(a-Si:H)的有源层112以及在有源层112上形成掺杂非晶硅(n+a-Si:H)的欧姆接触图案114a。
在另一实施方式中，在形成有源层112和欧姆接触图案114a之后，可以构图栅绝缘层110以形成第一接触孔CH1。此外，在又一实施方式中，第一接触孔CH1、有源层112和欧姆接触图案114a可以通过使用具有透射区、阻挡区和半透射区的掩模的同一掩模步骤形成。例如，半透射区的透射率可以大于阻挡区的透射率并且小于透射区的透射率。
在图6C中，在欧姆接触图案114a上通过沉积并且构图诸如铝(Al)、铝(Al)合金、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、铜(CU)、铜(Cu)合金和钽(Ta)的导电金属材料形成源极116和118。源极116和漏极118彼此分离。同时，在栅绝缘层110上辅助公共电极106的第一水平部分106a的上方形成岛状的金属层120。金属层120通过第一接触孔CH1连接到辅助公共电极106的第一水平部分106a。虽然图6C未示出，但是在栅绝缘层110上形成有连接到源极116的数据线124(图4中)。使用源极116和漏极118作为蚀刻掩模构图欧姆接触图案114a以形成欧姆接触层114。
在图6D中，在源极116、漏极118和金属层120上通过沉积诸如硅的氮化物(SiNx)和硅的氧化物(SiO2)的无机绝缘材料和诸如苯并环丁烯(BC)和丙烯酸树脂的有机绝缘材料之一形成钝化层128。钝化层128具有暴露出漏极118的第二接触孔CH2。另外，钝化层128和栅绝缘层110具有暴露出辅助公共电极106的第二水平部分106b的第三接触孔(未示出)。
在图6E中，在钝化层上像素区P中通过沉积并且构图诸如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)的透明导电材料形成像素电极132和公共电极134。像素电极132包括水平部分132a和从像素电极132的水平部分132a延伸出的多个垂直部分132b；而公共电极134包括水平部分134a(图4中)和从公共电极134的水平部分134a延伸出的多个垂直部分134b。在像素区P中，像素电极132的多个垂直部分132b和公共电极134的多个垂直部分134b交替并且彼此分开。像素电极132的水平部分通过第二接触孔CH2连接到漏极118。另外，公共电极134的水平部分134a通过第三接触孔连接到辅助公共电极106的第二水平部分106b。
在存储区C中，连接到辅助公共电极106的第一水平部分106a的金属层120、钝化层128和像素电极132的水平部分132a构成存储电容Cst。
因此，在本发明的用于IPS-LCD的阵列基板中，通过使用钝化层作为具有减小的厚度的介电层形成存储电容。因此，孔径比扩大。而且，亮度提高并且获得具有高分辨率的IPS-LCD器件。
显然，对本领域技术人员来说，在不脱离本发明的精神或范围内，可对本发明的用于IPS-LCD的阵列基板及其制造方法进行各种修改和变化。因而，本发明旨在覆盖落在所附权利要求书及其等效物的范围内的修改和变化。

Claims (17)

1.一种用于共平面开关模式液晶显示器件的阵列基板，包括：
基板；
在基板上的栅线和数据线，所述栅线和数据线彼此交叉以限定像素区；
薄膜晶体管，连接到栅线和数据线；
基板上的辅助公共电极；
辅助公共电极上的栅绝缘层；
栅绝缘层上的金属层，所述金属层具有岛状并且连接到辅助公共电极；
金属层上的钝化层；以及
位于钝化层上像素区中的像素电极和公共电极，所述像素电极与金属层重叠，所述公共电极连接到辅助公共电极。
2.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，辅助公共电极包括在像素区中构成矩形环状的第一水平部分、第二水平部分、第一垂直部分和第二垂直部分。
3.根据权利要求2所述的基板，其特征在于，栅绝缘层具有暴露出第一水平部分和金属层的第一接触孔，并且金属层通过第一接触孔连接到第一水平部分。
4.根据权利要求3所述的基板，其特征在于，像素电极包括与金属层重叠的像素水平部分和从像素水平部分延伸出的多个像素垂直部分。
5.根据权利要求4所述的基板，其特征在于，公共电极包括连接到第二水平部分的公共水平部分和从公共水平部分延伸出的多个公共垂直部分。
6.根据权利要求5所述的基板，其特征在于，金属层、钝化层和像素电极构成存储电容，在该存储电容中使用金属层作为第一电容电极、钝化层作为介电层以及像素电极的重叠部分作为第二电容电极。
7.根据权利要求5所述的基板，其特征在于，在像素区中，多个像素垂直部分与多个公共垂直部分交替。
8.根据权利要求5所述的基板，其特征在于，薄膜晶体管包括：连接到栅线的栅极、栅绝缘层上的有源层、连接到数据线的源极和与源极公开的漏极。
9.根据权利要求8所述的基板，其特征在于，像素公共部分通过钝化层中的第二接触孔连接到漏极。
10.根据权利要求8所述的基板，其特征在于，金属层包括与源极和漏极相同的层。
11.根据权利要求5所述的基板，其特征在于，公共水平部分通过钝化层和栅绝缘膜中的第三接触孔连接到第二水平部分。
12.一种用于共平面开关模式的液晶显示器件的阵列基板的制造方法，包括：
在基板上形成栅线和辅助公共电极；
在栅线和辅助公共电极上形成栅绝缘层；
在栅绝缘层上形成金属层和数据线，所述金属层具有岛状并且连接到辅助公共电极，数据线与栅线交叉以限定像素区；
形成连接到栅线和数据线的薄膜晶体管；
在金属层和数据线上形成钝化层；以及
在钝化层上像素区内形成像素电极和公共电极，像素电极与金属层重叠，公共电极连接到辅助公共电极。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成栅绝缘层的步骤包括形成暴露出辅助公共电极的第一接触孔，并且其中金属层通过第一接触孔连接到辅助公共电极。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，薄膜晶体管包括：连接到栅线的栅极、栅绝缘层上的有源层、连接到数据线的源极和与源极分开的漏极。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成栅线和辅助公共电极的步骤包括形成栅极；并且所述形成金属层和数据线的步骤包括形成源极和漏极。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成钝化层的步骤包括在钝化层中形成第二接触孔以及在钝化层和栅绝缘层中形成第三接触孔，所述第二接触孔和第三接触孔分别暴露出漏极和辅助公共电极。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，像素电极通过第二接触孔连接到漏极，而公共电极通过第三接触孔连接到辅助公共电极。
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