專利名稱：橫向電場液晶顯示器的電極排列結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種橫向電場廣視角液晶顯示器，特別是涉及一種橫向電場廣視角液晶顯示器的電極排列結構及其制作方法。
廣視角的橫向電場液晶顯示器(In-Plane Switching modeLCD，簡稱為IPS-LCD)為主流廣視角LCD技術之一，與一般的扭轉向列性(twisted nematic)LCD的不同處在于，IPS-LCD的共享電極(common electrode)與像素電極(pixel electrode)是制作于同一玻璃基板上(TFT基板)，其利用橫向電場驅動共享電極與像素電極，可以使液晶分子在平面上轉動，因而大幅增加視角到160度(U&D)及160度(L&R)，故具有廣視角、高光效率、高對比等優點，可以應用在桌上型計算機、車用導航顯示、壁掛電視等各類電子信息產品上。
為了達到優選的橫向電場效果，目前開發設計了多種有關IPS-LCD的電極排列結構，期以解決開口率(aperture ratio)不足、數據線與共享電極之間產生的干擾(crosstalk)、光掩模使用次數過多等問題，其中一種梳子型(comb-shaped)電極排列結構最早于日本專利特開昭56-91277中揭露。請參考
圖1A，其顯示現有IPS-LCD的電路結構示意圖。現有IPS-LCD的一個像素區中包含有一柵極線1，一TFT結構2制作于柵極線1上，一數據線5與柵極線1垂直相交且與TFT結構2的源極電極相連接，一梳子型的像素電極4，其一端與TFT結構2的漏極電極相連接，以及一梳子型的共享電極3。共享電極3的梳齒(comb-teeth)與像素電極4的梳齒交錯開來，可以制作在同一金屬層上，也可以制作在不同一金屬層上。當共享電極3與像素電極4分別接地(ground)之后，便會在共享電極3與像素電極4之間產生一平行于液晶分子的橫向電場。
為了增加信號的儲存，可以將共享電極3的橫杠處(bar)制作成為一儲存電容(storage capacitor)，但是迄今尚未發現有關將像素電極4連接一導體至儲存電容上方的技術。除此之外，請參考圖1B所顯示的剖面示意圖，在這種梳子狀電場產生結構中，共享電極3與數據電極5之間很容易產生信號干擾的問題。
有鑒于此，本發明針對這種梳子狀電場產生結構提供一種新的IPS-LCD的電極排列結構，可以在共享電極的上方區域設置一導電層，以提供金屬屏蔽效用，進而消除共享電極與數據電極之間的干擾現象。
為了實現上述目的，本發明提供一種橫向電場液晶顯示器(In-Plane Switching mode LCD，簡稱為IPS-LCD)的電極排列結構，包括有多條橫向設置的柵極線，定義形成于一底部金屬層中；多條縱向設置的數據線，定義形成于一中間金屬層中，其中兩相鄰的柵極線與兩相鄰的數據線構成一像素區；多個梳子狀(comb-shaped)共享電極，分別定義形成于每一像素區的該底部金屬層中，每一梳子狀共享電極包含有一橫杠(bar)以及多個梳齒(comb-teeth)，其中每一梳齒自該橫杠沿第一縱向延伸；多個梳子狀像素電極，分別定義形成于每一像素區的該中間金屬層中，每一梳子狀像素電極包含有一橫杠以及多個梳齒，其中每一梳齒自該橫杠沿第二縱向延伸，且該像素電極的多個梳齒插置于該共享電極的多個梳齒之間；以及一電連接層定義形成于每一像素區的一頂部金屬層中，與該梳子狀像素電極的最左側梳齒的末端形成電連接，且覆蓋住該梳子狀共享電極的橫杠的部份區域。
下面結合附圖來描述本發明的優選實施例。附圖中圖1A顯示現有IPS-LCD的電路結構示意圖；圖1B顯示現有IPS-LCD的共享電極與數據電極的剖面示意圖；圖1C顯示本發明IPS-LCD的共享電極與數據電極的剖面示意圖2顯示本發明第一實施例的IPS-LCD的電極排列結構的上視圖；圖3A至3E顯示沿圖2的切線I-I’、II-II’、III-III’的剖面示意圖來說明蝕刻停止型式的制作方法；圖4A至4E顯示沿圖2的切線I-I’、II-II’、III-III’的剖面示意圖來說明底通道型式的制作方法；圖5顯示本發明第一實施例的另一種電極排列結構的上視圖；圖6A與6B顯示本發明第二實施例的IPS-LCD的電極排列結構的上視圖；圖7顯示沿圖6所示的切線7A-7A’、7B-7B’的剖面示意圖；圖8顯示沿圖6所示的切線8-8’的剖面示意圖；以及圖9A與9B顯示本發明第二實施例的另一種電極排列結構的上視圖。
符號說明玻璃基板～10介電層～110柵極線～12 共享電極～14絕緣層～16 氧化硅層～161氮化硅層～162 第一半導體層～18蝕刻停止層～19 第二半導體層～20漏極區～201 源極區～202第二金屬層～22 數據線～24源極電極～25像素電極～26漏極電極～27開口～28保護層～32 第一穿孔～34第二穿孔～36導電層～38第一金屬屏蔽層～401 第二金屬屏蔽層～402第三金屬屏蔽層～403 第三穿孔～42第四穿孔～44本發明針對梳子狀電場產生結構提供一種新的IPS-LCD的電極排列結構，可以將設置于儲存電容上方的導電層電連接至像素電極的一端，以增加電容值。此外，本發明另可在共享電極上方區域設置導電層，用來提供共享電極與數據電極之間的屏蔽效用，形成如第1C圖所示的三維空間的排列型式，以有效減緩信號干擾的現象。請參閱圖2，其顯示本發明第一實施例的IPS-LCD的電極排列結構的上視圖。在本發明第一實施例的IPS-LCD的一個像素區中，包含有一橫向設置的柵極線12，其末端為一柵極墊11，一縱向設置的數據線24，一梳子狀共享電極14由一個橫杠與三個梳齒14a、14b、14c所構成，以及一梳子狀像素電極26由一個橫杠兩個梳齒26a、26b所構成。其中，像素電極26的兩個梳齒26a、26b交錯插置于共享電極14的三個梳齒14a、14b、14c之間，以使一個像素區分割成四個次像素區(sub-pixel)。另外，一TFT結構30的柵極制作于柵極線12上，其漏極電極27與像素電極26的橫杠連接，其源極電極25與數據線24連接，而漏極電極27與源極電極25之間則包含有一通道。除此之外，另設有一第一穿孔34是用來曝露柵極墊11的表面，一第二穿孔36是用來曝露像素電極26的梳齒26a末端，以及一電連接層38覆蓋住第一穿孔34、第二穿孔36的側壁與底部以及共享電極14的橫杠處的部份區域。如此一來，藉由第二穿孔36可以使電連接層38與像素電極26的梳齒26a產生電連接，而被電連接層38所覆蓋的共享電極14的橫杠處則可以用來作為一儲存電容。
以下舉出兩種TFT結構的制作方法，一種為蝕刻停止型式(etching stopper type)的制作方法，另一種為底通道型式(backchannel type)的制作方法，來說明本發明第一實施例的電極排列結構的制作方法。
請參閱第3A至3E圖，顯示沿圖2的切線I-I’、II-II’、III-III’的剖面示意圖來說明蝕刻停止型式的制作方法。如圖3A所示，首先于一玻璃基板l0上形成一第一金屬層(未標示)，然后利用第一道光掩模將第一金屬層定義形成柵極線12與梳子狀共享電極14，其中柵極線12的末端處是用來作為柵極墊11。接著，如圖3B所示，依序于玻璃基板10表面上形成一絕緣層16、一第一半導體層18以及一蝕刻停止層19，其中絕緣層16包含有一氧化硅層161以及一氮化硅層162，第一半導體層18是由非晶質硅(amorphous silicon，a-Si)所構成，蝕刻停止層19是由氮化硅所構成。然后利用第二道光掩模，將蝕刻停止層19定義形成預定的圖案，僅存留于柵極線12上方的部份區域。
后續，如圖3C所示，依序于玻璃基板10上形成一第二半導體層20以及一第二金屬層(未標示)，其中第二半導體層20是由n型重摻雜的非晶質硅(n+a-Si)所構成。然后，利用第三道光掩模將部份的第一半導體層18、第二半導體層20以及第二金屬層去除，以于柵極線12上形成一島狀結構，并將第二金屬層定義形成數據線24與梳子狀像素電極26。其中，柵極線12上的島狀結構上包含有一開口28，使蝕刻停止層19表面曝露出來，如此一來，第二金屬層被分隔成漏極電極27與源極電極25，第二半導體層20則被區分成一漏極區201與一源極區202，而蝕刻停止層19的曝露表面則是用來作為漏極區201與源極區202之間的通道。
接下來，如圖3D所示，先于玻璃基板10上覆蓋一由氮化硅所構成的保護層32，再利用第四道光掩模將柵極墊11表面的部份保護層32與絕緣層16蝕刻去除，以形成第一穿孔34，使得柵極墊11的表面曝露出來。同時，將像素電極26的梳齒26a末端處的保護層32去除，以形成第二穿孔36，使得梳齒26a末端處的表面曝露出來。最后，如圖3E所示，于玻璃基板10上形成一導電層(未標示)之后，利用第五道光掩模將部份導電層去除，僅使導電層殘留覆蓋住第一穿孔34、第二穿孔36的側壁與底部以及共享電極14的橫杠處的部份區域，用來作為電連接層38，便制作完成圖2所示的電極排列結構。其中，電連接層38的材質可與第一金屬層、第二金屬層的材質相同，如MoW、Mo/Al、AlNd等不透明金屬，也可以采用透明導電體如銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，簡稱ITO)，以提高像素區的開口率。
請參閱圖4A至4E，顯示沿圖2的切線I-I’、II-II’、III-III’的剖面示意圖來說明底通道型式的制作方法。如圖4A所示，首先于玻璃基板10上形成一第一金屬層(未標示)，然后利用第一道光掩模將第一金屬層定義形成柵極線12與梳子狀共享電極14，其中柵極線12的末端處是用來作為柵極墊11。接著，如圖4B所示，依序于玻璃基板10表面上形成一絕緣層16、一第一半導體層18、一第二半導體層20以及一第二金屬層22，其中絕緣層16包含有一氧化硅層161以及一氮化硅層162，第一半導體層18是由非晶質硅(amorphous silicon，a-Si)所構成，第二半導體層20是由n型重摻雜的非晶質硅(n+a-Si)所構成。然后利用第二道光掩模，將部份的第一半導體層18、第二半導體層20以及第二金屬層22去除，以于柵極線12上形成一島狀結構，并將第二金屬層22定義形成數據線24與梳子狀像素電極26。
隨后，如圖4C所示，利用第三道光掩模，將部份的第二半導體層20以及第二金屬層22去除，以于島狀結構上形成一開口28，可使第一半導體層18的表面曝露出來。如此一來，第二金屬層22被分隔成漏極電極27與源極電極25，而第二半導體層20被區分成一漏極區201與一源極區202，至于第一半導體層18的曝露表面則是用來作為漏極區201與源極區202之間的通道。
接下來，如圖4D所示，先于玻璃基板10上覆蓋一由氮化硅所構成的保護層32，再利用第四道光掩模將柵極墊11表面的部份保護層32與絕緣層16蝕刻去除，以形成第一穿孔34，使得柵極墊11的表面曝露出來。同時，將像素電極26的梳齒26a末端處的保護層32去除，以形成第二穿孔36，使得梳齒26a末端處的表面曝露出來。最后，如圖4E所示，于玻璃基板10上形成一導電層(未標示)之后，利用第五道光掩模將部份導電層去除，僅使導電層殘留覆蓋住第一穿孔34、第二穿孔36的側壁與底部以及共享電極14的橫杠處的表面，用來作為電連接層38，便制作完成圖2所示的電極排列結構。
除此的外，本發明電極排列結構及其制作方法也可以應用于具有六個次像素區(sub-pixel)的IPS-LCD中。請參考圖5，其顯示本發明第一實施例的另一種電極排列結構的上視圖。在一個像素區中，梳子狀共享電極14由一個橫杠與四個梳齒14a、14b、14c、14d所構成，而梳子狀像素電極26由一個橫杠三個梳齒26a、26b、26c所構成。其中，像素電極26的三個梳齒26a、26b、26c交錯插置于共享電極14的四個梳齒14a、14b、14c、14d之間，以使一個像素區分割成六個次像素區。利用前述的制作方法，可以在像素電極26的梳齒26a末端形成第二穿孔36，使電連接層38覆蓋住第二穿孔36的側壁與底部，進而與像素電極26的梳齒26a產生電連接，至于共享電極14的橫杠處則可以用來作為儲存電極。為了進一步改良第一實施例的電極排列結構的信號干擾以及開口率的問題，本發明第二實施例在共享電極與數據電極之間設置一金屬屏蔽層，以減緩信號干擾的現象。請參閱圖6至8，圖6A與6B其顯示本發明第二實施例的IPS-LCD的電極排列結構的上視圖，圖7顯示沿圖6所示的切線7A-7A’、7B-7B’的剖面示意圖，圖8顯示沿圖6所示的切線8-8’的剖面示意圖。
如圖6A所示，為了提供共享電極14與數據電極24之間的屏蔽效用，在利用第四道光掩模定義形成第一穿孔34與第二穿孔36的同時，可分別于共享電極14的梳齒14c、14a上方的橫杠處形成一第三穿孔42與一第四穿孔44，貫穿保護層36與絕緣層16而使共享電極14的橫杠處的部份表面曝露出來。然后，于利用第五道光掩模將部份導電層去除的同時，不僅要定義形成電連接層38，還要保留覆蓋住共享電極14的梳齒14a、14c、第三穿孔42、第四穿孔44的側壁與底部的導電層。如此一來，可于數據線24兩旁的梳齒14a、14c上方定義形成一條狀的第一金屬屏蔽層401，以及一條狀的第二金屬屏蔽層402。
條狀的第一金屬屏蔽層401覆蓋共享電極14的梳齒14c的上方區域，并延伸覆蓋至共享電極14的橫杠處以覆蓋住第三穿孔42的側壁與底部，進而與共享電極14的橫杠處產生電連接，但不覆蓋數據線24的上方區域，也不與電連接層38連接。條狀的第二金屬屏蔽層402覆蓋共享電極14的梳齒14a的上方區域，并延伸覆蓋至共享電極14的橫杠處以覆蓋住第四穿孔44的側壁與底部，進而與共享電極14的橫杠處產生電連接，但不覆蓋數據線24的上方區域，也不與電連接層38連接。如此一來，藉由第三穿孔42或第四穿孔44，第一金屬屏蔽層401與第二金屬屏蔽層402之間可以產生電連接。另外，如第6B圖所示，若是不制作第四穿孔44，也可于第五光掩模制程中同時定義形成一塊狀的第三金屬屏蔽層403，使其跨蓋于數據線24的上方區域，以電連接相鄰像素區的第一金屬屏蔽層401與第二金屬屏蔽層402。
如圖7、8所示，本發明第二實施例的電極排列結構中，共享電極14的梳齒14a、14c、數據線24以及第一、第二金屬屏蔽層401、402分別設置于不同平面的第一金屬層、第二金屬層與導電層上，這種三維空間的電極排列結構可以提供極佳的金屬屏蔽效應，以大幅減緩數據線24與共享電極14的梳齒14a、14c之間的干擾問題。而且，這種三維空間的電極排列結構的制作方法，可與前述第一實施例的兩種制作方法結合，而不需額外增加光掩模的使用次數。此外，當第一、第二、第三金屬屏蔽層401～403的材質采用ITO透明導電體，則可以更進一步提高IPS-LCD的開口率。
此外，除此的外，本發明電極排列結構及其制作方法也可以應用于具有六個次像素區(sub-pixel)的IPS-LCD中。請參考第9A與9B圖，其顯示本發明第二實施例的另一種電極排列結構的上視圖。利用前述的制作方法，可以在共享電極14的梳齒14a、14d上方的橫杠處形成第三穿孔42、第四穿孔44，并于數據線24兩旁的梳齒14a、14d上方定義形成條狀的第一金屬屏蔽層401與條狀的第二金屬屏蔽層402，如第9A圖所示。或者，如第9B圖所示，可以制作塊狀的第三金屬屏蔽層403，以取代第四穿孔44的制作。這種三維空間的電極排列結構可以提供極佳的金屬屏蔽效應，以大幅減緩數據線24與共享電極14的梳齒14a、14d之間的信號干擾問題。
雖然本發明已結合一優選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，可作出一些更動與潤飾，因此本發明的保護范圍應當由后附的權利要求所界定。
權利要求
1.一種橫向電場液晶顯示器(In-Plane Switching mode LCD，簡稱為IPS-LCD)的電極排列結構，包括有多條橫向設置的柵極線，定義形成于一底部金屬層中；多條縱向設置的數據線，定義形成于一中間金屬層中，其中兩相鄰的柵極線與兩相鄰的數據線構成一像素區；多個梳子狀(comb-shaped)共享電極，分別定義形成于每一像素區的該底部金屬層中，每一梳子狀共享電極包含有一橫杠(bar)以及多個梳齒(comb-teeth)，其中每一梳齒自該橫杠沿第一縱向延伸；多個梳子狀像素電極，分別定義形成于每一像素區的該中間金屬層中，每一梳子狀像素電極包含有一橫杠以及多個梳齒，其中每一梳齒自該橫杠沿第二縱向延伸，且該像素電極的多個梳齒插置于該共享電極的多個梳齒之間；以及一電連接層定義形成于每一像素區的一頂部金屬層中，與該梳子狀像素電極的最左側梳齒的末端形成電連接，且覆蓋住該梳子狀共享電極的橫杠的部份區域。
2.如權利要求1所述的電極排列結構，其中該電極排列結構制作于一玻璃基板表面上。
3.如權利要求1所述的電極排列結構，其中該中間金屬層與該頂部金屬層之間隔著一保護層。
4.如權利要求3所述的電極排列結構，另包含有一第一穿孔，貫穿該保護層以使該梳子狀像素電極的最左側梳齒的末端表面曝露出來。
5.如權利要求4所述的電極排列結構，其中該電連接層覆蓋住該第一穿孔的側壁與底部，以與該梳子狀像素電極的最左側梳齒的末端形成電連接。
6.如權利要求1所述的電極排列結構，其中該梳子狀共享電極的橫杠被該電連接層所覆蓋住的區域，是用來作為一儲存電容。
7.如權利要求1所述的電極排列結構，另包含有一條狀的第一金屬屏蔽層，定義形成于每一像素區的該頂部金屬層中，位于該梳子狀共享電極的最右側梳齒的上方區域并延伸覆蓋于該梳子狀共享電極的橫杠區域，且與該梳子狀共享電極的橫杠形成電連接；以及一條狀的第二金屬屏蔽層，定義形成于每一像素區的該頂部金屬層中，位于該梳子狀共享電極的最左側梳齒的上方區域并延伸覆蓋于該梳子狀共享電極的橫枉區域。
8.如權利要求7所述的電極排列結構，其中該中間金屬層與該頂部金屬層之間隔著一保護層以及一絕緣層。
9.如權利要求8所述的電極排列結構，另包含有一第二穿孔，貫穿該保護層與該絕緣層，以使該梳子狀共享電極的橫杠處的部份表面曝露出來。
10.如權利要求9所述的電極排列結構，其中該第一金屬屏蔽層覆蓋住該第二穿孔的側壁與底部，以與該梳子狀共享電極的橫杠形成電連接。
11.如權利要求10所述的電極排列結構，另包含有一第三穿孔，貫穿該保護層與該絕緣層，以使該梳子狀共享電極的橫杠處的部份表面曝露出來。
12.如權利要求11所述的電極排列結構，其中該第二金屬屏蔽層覆蓋住該第三穿孔的側壁與底部，以與該梳子狀共享電極的橫杠形成電連接。
13.如權利要求10所述的電極排列結構，該電極排列結構另包含有一第三金屬屏蔽層，定義形成于每一像素區的該頂部金屬層中，用來連接該第一金屬屏蔽層以及該第二金屬屏蔽層。
14.如權利要求13所述的電極排列結構，其中該第三金屬屏蔽層跨越該數據線上方區域，以連接該第一金屬屏蔽層與該第二金屬屏蔽層。
全文摘要
一種廣視角的橫向電場液晶顯示器的電極排列結構,包括柵極線;數據線,兩相鄰的柵極線與兩相鄰的數據線構成一像素區;梳子狀共享電極,形成于各像素區的底部金屬層中;梳子狀像素電極,形成于各像素區的中間金屬層中,像素電極的梳齒插置于共享電極的梳齒之間;及一電連接層定義形成于每一像素區的頂部金屬層中,與梳子狀像素電極的最左側梳齒的末端形成電連接,且覆蓋住梳子狀共享電極的橫杠的部份區域。
文檔編號G06F3/02GK1383125SQ01117428
公開日2002年12月4日 申請日期2001年4月27日 優先權日2001年4月27日
發明者楊界雄, 林圣賢 申請人:瀚宇彩晶股份有限公司