專利名稱：液晶顯示器像素結構以及液晶顯示面板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液晶顯示器像素結構以及液晶顯示面板，特別地講，涉及一種使用四道光罩制程并將黑矩陣(Blackmatrix)制作在薄膜晶體管(Thin Film Transistor)陣列上的像素結構以及液晶顯示面板。
背景技術：
薄膜晶體管液晶顯示面板主要由薄膜晶體管陣列基板、彩色濾光陣列基板和夾于兩基板之間的液晶層構成，其中薄膜晶體管陣列基板由多個像素結構構成，且每一像素包括了一薄膜晶體管以及一像素電極(Pixel Electrode)。
一般薄膜晶體管液晶顯示器的像素結構的制造方法，較常見的是五道光罩制程。第一道光罩制程是用來定義第一金屬層，以形成掃描配線以及薄膜晶體管的柵極等構件。第二道光罩制程是定義出薄膜晶體管的通道層以及歐姆接觸層。第三道光罩制程是用來定義第二金屬層，以形成數據配線以及薄膜晶體管的源極/漏極等構件。第四道光罩制程是用來將保護層圖案化。而第五道光罩制程是用來將透明導電層圖案化，以形成像素電極。
另外，一般彩色濾光基板上除了配置有紅、綠、藍三種彩色光阻圖案之外，還會在彩色光阻層之間形成黑矩陣。而且彩色濾光基板上的紅、綠、藍光阻圖案會與薄膜晶體管陣列基板上的像素對應配置，而黑矩陣圖案則與薄膜晶體管陣列基板上的金屬配線對應配置。
然而，隨著薄膜晶體管液晶顯示器朝大尺寸制作的發展趨勢，而將會面臨許多的問題與挑戰，例如合格率降低以及產能下降等等。因此若是能減少制程的光罩數，即降低膜層的曝光工藝次數，就可以減少制造時間，增加產能，進而降低制造成本。
實用新型內容因此本實用新型的目的就是提供一種液晶顯示器像素結構，此結構利用四道光罩制程完成，而且在像素結構上還包括形成了有黑矩陣圖案。
本實用新型的另一目的是提供一種液晶顯示面板，此液晶顯示面板的薄膜晶體管陣列基板上包括配置有黑矩陣圖案。
為了實現上述目的，本實用新型提出一種液晶顯示器像素結構，包括一薄膜晶體管，配置在一基板的一表面上，該薄膜晶體管由一柵極圖案、配置在該柵極圖案上的一柵極絕緣層、覆蓋在該柵極絕緣層上的一半導體層以及形成在該半導體層上的一源極圖案與一漏極圖案構成；一像素電極圖案，配置在該基板的該表面，且該像素電極圖案與該薄膜晶體管的該漏極圖案電性接觸；以及一黑矩陣圖案層，覆蓋住該薄膜晶體管，并暴露出該像素電極圖案。
本實用新型另提出一種液晶顯示面板，包括一薄膜晶體管陣列基板、一彩色濾光基板以及一液晶層，其中該薄膜晶體管陣列基板具有多個像素。每一所述像素分別包括一薄膜晶體管，該薄膜晶體管由一柵極圖案、配置在該柵極圖案上的一柵極絕緣層、覆蓋在該柵極絕緣層上的一半導體層以及形成在該半導體層上的一源極圖案與一漏極圖案構成；一像素電極圖案，配置于該基板的一表面，該像素電極圖案與該薄膜晶體管的該漏極圖案電性接觸；以及一黑矩陣圖案層，覆蓋住該薄膜晶體管，并暴露出該像素電極圖案。
本實用新型的像素結構僅需進行四道光罩制程即可以完成制作，而且上述四道光罩制程中還包括了在薄膜晶體管陣列基板上定義出黑矩陣圖案，因此本實用新型的像素結構以及包含該像素結構的液晶顯示面板較傳統技術可以減少光罩數，因此具有增加產能以及降低成本的優點。
為讓本實用新型的上述和其他目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉一優選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
圖l是依照本實用新型一優選實施例的液晶顯示器的像素結構的示意俯視圖。
圖2A至圖2H是依照本實用新型第一實施例的液晶顯示器的像素結構的制造流程示意剖視圖。
圖3A至圖3B是依照本實用新型第二實施例的液晶顯示器的像素結構的制造流程示意剖視圖。
圖4A至圖4B是依照本實用新型第二實施例的液晶顯示器的像素結構的制造流程示意剖視圖。
圖5A至圖5B是依照本實用新型第三實施例的液晶顯示器的像素結構的制造流程示意剖視圖。
圖6是依照本實用新型一優選實施例的液晶顯示器的示意剖視圖。
具體實施方式
四道光罩制程第一實施例圖1是依照本實用新型第一實施例的液晶顯示器的其中一像素結構的示意俯視圖，圖2A至圖2H是依照本實用新型第一實施例的液晶顯示器的其中一像素結構的制造流程示意剖視圖。
請參照圖1以及圖2A，首先在一基板100上依序形成一透明導電層102以及一第一金屬層104。在一優選實施例中，基板100上例如包括了有預定形成薄膜晶體管T的區域、預定形成像素電極P的區域、預定形成儲存電容器C(storage capacitor)的區域以及預定形成焊墊B、B’(bonding pad)的區域。而基板100例如是透明玻璃基板或是透明塑膠基板。透明導電層102的材質例如金屬氧化物，其例如是銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或是其他類似物。而第一金屬層104的材質例如是鉻(Cr)、鎢(W)、(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)或是其合金。
緊接著，進行一第一道光罩制程，以在第一金屬層104上形成一圖案化的光阻層106，并且以光阻層106作為一蝕刻罩幕進行一蝕刻制程，以圖案化第一金屬層104以及透明導電層102，而形成圖案化的第一金屬層104a以及圖案化的透明導電層102a，如圖2B所示。在一優選實施例中，第一道光罩制程于預定形成薄膜晶體管T的區域中定義出柵極圖案108、于預定形成像素電極P的區域中定義出像素電極圖案110，并且定義出與柵極圖案108電性連接的掃瞄配線150(如圖1所示)。
在另一優選實施例中，還包括于預定形成儲存電容器C的區域中定義出下電極圖案112，儲存電容器C例如是一柵極上方的儲存電容器(Cs on gate)。在另一優選實施例中，第一道光罩制程還包括于基板100邊緣預定形成焊墊B的區域中定義出與掃瞄配線150電性連接的焊墊圖案114，還包括于基板100的另一個邊緣預定形成焊墊B’的區域定義出獨立的焊墊圖案114a(其剖面與焊墊B相同或相似)。在另一優選實施例中，第一道光罩制程還包括定義出下電極圖案112以及焊墊圖案114。
請參照圖1與圖2C，之后在基板100的上方依序沉積一柵極絕緣層116以及一半導體層118，覆蓋住上述所形成的結構。在一優選實施例中，柵極絕緣層116的材質例如是氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。半導體層118例如是由一通道材質層(例如是非晶硅)以及一歐姆接觸材質層(例如是摻雜的非晶硅)構成。
緊接著，進行一第二道光罩制程，以在半導體層118上形成一圖案化的光阻層120，并且以光阻層120作為一蝕刻罩幕進行一蝕刻制程，如圖2D所示，以圖案化半導體層118以及柵極絕緣層116，而形成圖案化的半導體層118a以及柵極絕緣層116a，且同時將像素電極圖案110的第一金屬層104a移除，而僅留下像素電極圖案110的透明導電層102a。在一優選實施例中，第二道光罩制程留下柵極圖案108上方的半導體層118a以及柵極絕緣層116a。
在另一優選實施例中，第二道光罩制程還包括保留下電極圖案112上方的半導體層118a以及柵極絕緣層116a，其作為電容介電層之用。在另一優選實施例中，第二道光罩制程還包括移除部分焊墊圖案114上的半導體層118a以及柵極絕緣層116a，并且移除部分焊墊圖案114的第一金屬層104a，以使焊墊圖案114的透明導電層102a暴露出來。在另一優選實施例中，第二道光罩制程還包括保留下電極圖案112以及焊墊圖案114上萬的半導體層118a與柵極絕緣層116a，并且移除部分焊墊圖案114的第一金屬層104a，以使焊墊圖案114的透明導電層102a暴露出來。
請參照圖1與圖2E，在基板100的上方沉積一第二金屬層122，覆蓋住上述所形成的結構。在一優選實施例中，第二金屬層122的材質例如是鉻(Cr)、鎢(W)、(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)或是其合金。
之后，進行一第三道光罩制程，以在第二金屬層122上形成一圖案化的光阻層124，并且以光阻層124作為一蝕刻罩幕進行一蝕刻制程，以圖案化第二金屬層122，而形成圖案化的第二金屬層122a，如圖2F所示。在一優選實施例中，形成在柵極圖案108上方的第二金屬層122a分別是一源極圖案126以及一漏極圖案128，而且漏極圖案128與像素電極圖案110電性接觸，而且于第三道光罩制程中，還包括定義出與源極圖案126連接的一數據配線160(如圖1所示)。在一優選實施例中，于圖案化該第二金屬層122的同時，還包括同時移除位于源極圖案126與漏極圖案128之間的半導體層118a的部分厚度(例如是移除歐姆接觸材質層)，形成半導體層118b，以于源極圖案126/漏極圖案128與柵極圖案108之間形成一通道層(channel)119。
在另一優選實施例中，第三道光罩制程還包括保留下對應于下電極圖案112上方的第二金屬層122a，以作為像素儲存電容的上電極129，且上電極129與像素電極圖案110電性接觸，因此上電極129、下電極圖案112以及兩電極之間的介電材料(柵極絕緣層116a及半導體層118a)即構成一像素儲存電容器。在另一優選實施例中，第三道光罩制程還包括保留下對應于焊墊圖案114的上方的第二金屬層122a，且該處的第二金屬層122a與焊墊圖案114的第一金屬層104a以及透明導電層102a電性接觸。并且，于基板100邊緣的預定形成焊墊B’的區域中形成與數據配線160電性連接的第二金屬層122a，以作為焊墊圖案114a的一部分，優選的是，焊墊B’的結構與焊墊B的結構相同或相似。在又一優選實施例中，第三道光罩制程還包括保留下對應于下電極圖案112以及焊墊圖案114、114a上方的第二金屬層122a。
請參照圖1與圖2G，在基板100的上方沉積一黑色材料層202，覆蓋住上述所形成的結構。在一優選實施例中，黑色材料層202的材質例如是黑色的有機材料或是黑色的無機絕緣材料，黑色有機材料例如是黑色樹脂(black resin)。特別說明的是，本實用新型并不限定黑色材料層202的材質，只要是能夠遮光且適于用作黑矩陣的材料皆可以用在本實用新型，優選的是可以同時作為保護層之用的材料。
之后，進行一第四道光罩制程，以在黑色材料層202上形成一圖案化的光阻層212，并且以光阻層212作為一蝕刻罩幕進行一蝕刻制程，以圖案化黑色材料層202，而形成黑矩陣圖案202a，如圖2H所示。在一優選實施例中，黑矩陣圖案202a暴露出像素電極圖案110的透明導電層102a。在另一優選實施例中，黑矩陣圖案202a更暴露出焊墊圖案114、114a的透明導電層102a，以使其能與外界的電路電性連接。
值得一提的是，倘若上述黑色材料層202采用具有感光性質的材料，則不需于黑色材料層202上形成圖案化的光阻層212，而可以直接對黑色材料層202進行曝光以及顯影的制程以圖案化之，而形成黑矩陣圖案202a，暴露出像素電極圖案110的透明導電層102a以及焊墊圖案114、114a的透明導電層102a，以使焊墊圖案114、114a能與外界的線路線性連接。
第二實施例圖3A至圖3B是依照本實用新型第二實施例的液晶顯示器的其中一像素結構的制造流程示意剖視圖。請先參照圖3A，圖3A接續于先前所述的圖2A至圖2F之后的流程面示意圖，亦即在進行完第三道光罩制程，以定義完第二金屬層之后，接著于基板100的上方先形成一保護層200，再于保護層200上形成一黑色材料層202。在一優選實施例中，保護層200的材質例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或是有機材質。黑色材料層202的材質除了可以是先前所述的黑色的有機材料或黑色無機絕緣材料之外，還可以是具有遮光功效的金屬材質。
之后，進行一第四道光罩制程，以在黑色材料層202上形成一圖案化的光阻層212，并且以光阻層212作為一蝕刻罩幕進行一蝕刻制程，以圖案化黑色材料層202以及保護層200，而形成黑矩陣圖案202a以及與黑矩陣圖案202a具有相同圖案的保護層200a，如圖3B所示。在一優選實施例中，黑矩陣圖案202a與圖案化的保護層200a暴露出像素電極圖案110的透明導電層102a。在另一優選實施例中，黑矩陣圖案202a與圖案化的保護層200a更暴露出焊墊圖案114、114a的透明導電層102a，以使其能與外界的電路電性連接。
同樣的，倘若圖3A中的黑色材料層202采用具有感光性質的材料，則不需于黑色材料層202上形成圖案化的光阻層212，而可以直接對黑色材料層202進行曝光以及顯影的制程以圖案化之，而形成黑矩陣圖案202a。之后再直接以黑矩陣圖案202a作為蝕刻罩幕進行一蝕刻制程，以圖案化保護層200，而形成圖案化的保護層200a，如圖3B所示，暴露出像素電極圖案110的透明導電層102a以及焊墊圖案114、114a的透明導電層102a，以使焊墊圖案114、114a能與外界的線路線性連接。
在本實用新型的第二實施例中，亦可以是先形成黑色材料層202之后，再于黑色材料層202上形成保護層200，如圖4A所示。此時，由于所形成黑色材料層202會覆蓋在第二金屬層122a的表面上，因此黑色材料層202的材質優選的是采用黑色的有機材料或是黑色的無機絕緣材料。
之后，同樣的進行第四道光罩制程，以在保護層200上形成一圖案化的光阻層212，并且以光阻層212作為一蝕刻罩幕進行一蝕刻制程，以圖案化保護層200以及黑色材料層202，而形成圖案化的保護層200a以及黑矩陣圖案202a，其中圖案化的保護層200a具有與黑矩陣圖案202a相同的圖案，如圖4B所示。在一優選實施例中，圖案化的保護層200a與黑矩陣圖案202a暴露出像素電極圖案110的透明導電層102a。在另一優選實施例中，圖案化的保護層200a與黑矩陣圖案202a更暴露出焊墊圖案114、114a的透明導電層102a，以使其能與外界的電路電性連接。
第三實施例圖5A至圖5B是依照本實用新型第三實施例的液晶顯示器的其中一像素結構的制造流程示意剖視圖。請先參照圖5A，圖5A接續于先前所述的圖2A至圖2F之后的流程面示意圖，亦即在進行完第三道光罩制程，以定義完第二金屬層之后，接著于基板100的上方依序形成一保護層200、一黑色材料層202以及另一保護層204。在一優選實施例中，保護層200以及保護層204的材質例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或是有機材質。黑色材料層202的材質可以是黑色的有機材料、黑色無機絕緣材料或是具有遮光功效的金屬材質。
之后，進行一第四道光罩制程，以在保護層204上形成一圖案化的光阻層212，并且以光阻層212作為一蝕刻罩幕進行一蝕刻制程，以圖案化保護層204、黑色材料層202以及保護層200，而形成圖案化的保護層204a、黑矩陣圖案202a以及圖案化的保護層200a，如圖5B所示，其中圖案化的保護層204a、200a具有與黑矩陣圖案202a相同的圖案。在一優選實施例中，圖案化的保護層204a、黑矩陣圖案202a與圖案化的保護層200a暴露出像素電極圖案110的透明導電層102a。在另一優選實施例中，圖案化的保護層204a、黑矩陣圖案202a與圖案化的保護層200a更暴露出焊墊圖案114、114a的透明導電層102a，以使其能與外界的電路電性連接。
像素結構在第一實施例中，以四道光罩制程所形成的像素結構包括一薄膜晶體管T、一像素電極P以及一黑矩陣圖案202a，如圖2H所示。其中，薄膜晶體管T配置在一基板100的表面上，且薄膜晶體管T包括一柵極圖案108、配置在柵極圖案108上的一柵極絕緣層116a、覆蓋在柵極絕緣層116a上的一半導體層118a以及形成在半導體層118a上的一源極圖案/漏極圖案126/128。像素電極P的像素電極圖案110配置在基板100的表面上，且此像素電極圖案110與上述薄膜晶體管T的漏極圖案128電性接觸。另外，黑矩陣圖案202a覆蓋住薄膜晶體管T，并暴露出上述像素電極圖案110。
在一優選實施例中，薄膜晶體管T的漏極圖案128覆蓋于部分像素電極圖案110的表面上。在另一優選實施例中，柵極圖案108由一下層透明導電層102a以及一上層金屬層104a構成。在一優選實施例中，在薄膜晶體管T中的柵極絕緣層116a僅形成于半導體層118a以及柵極圖案108之間。
在一優選實施例中，本實用新型的像素結構還包括一儲存電容器C，其配置在基板100上，且此儲存電容器C由下電極112、形成在下電極112上方的上電極129(金屬層122a)以及夾于兩電極之間的介電材質層(例如是柵極絕緣層116a與半導體層118a)構成。在一優選實施例中，上述下電極112由一下層透明導電層102a以及一上層金屬層104a構成。在另一優選實施例中，上述上電極129覆蓋于部分像素電極圖案110的表面上。
在一優選實施例中，本實用新型的像素結構還包括焊墊B及B’，配置在基板100的二邊緣處，此焊墊B的焊墊圖案114與掃瞄配線150電性連接，且由一下層透明導電層102a以及一上層金屬層104a構成，且上層金屬層104a暴露出部分的下層透明導電層102a。焊墊B’的焊墊圖案114a與數據配線160電性連接，且其結構與焊墊B相似。而上述黑矩陣圖案202a暴露出焊墊圖案114、114a的下層透明導電層102a，以使其能與外界的電路電性連接。
在第二實施例中，以四道光罩制程所形成的像素結構與圖2H相似，唯一不同的是于黑矩陣圖案202a的底下還包括形成有一保護層200a，如圖3B所示。保護層200a的圖案與黑矩陣圖案202a相同。
在第二實施例中，其另一種像素結構同樣與圖2H相似，唯一不同的是于黑矩陣圖案202a的表面上還包括形成有一圖案化的保護層200a，如圖4B所示。圖案化的保護層200a具有與黑矩陣圖案202a相同的圖案。
在第三實施例中，以四道光罩制程所形成的像素結構與圖2H相似，唯一不同的是于黑矩陣圖案202a的底下還包括形成有一圖案化的保護層200a，且于黑矩陣圖案202a的表面上還包括形成有另一圖案化的保護層204a，如圖5B所示。圖案化的保護層200a與圖案化的保護層204a具有與黑矩陣圖案202a相同的圖案。
液晶顯示面板本實用新型的液晶顯示面板如圖6所示，其包括一薄膜晶體管陣列基板602、一彩色濾光基板600以及一液晶層604，其中上述薄膜晶體管陣列基板602具有多個像素，且薄膜晶體管陣列基板602的各像素的結構可以是如第一實施例所述(圖2H)，或是如第二實施例所述(圖3B)，或是如第二實施例的另一種結構(圖4B)，或是如第三實施例所述(圖5B)。
而彩色濾光基板600上包括配置有紅、綠、藍三種彩色濾光圖案，而在紅、綠、藍三種彩色濾光圖案之間可以是空白的網狀間隙或是黑矩陣。由于本實用新型已經于薄膜晶體管陣列基板602形成有黑矩陣圖案，因此彩色濾光基板600上可以選擇不形成有黑矩陣，當然亦可以選擇配置黑矩陣或是其他種圖案的黑矩陣，其例如是邊匡型黑矩陣。
雖然本實用新型已以優選實施例披露如上，然其并非用以限定本實用新型，本領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求1.一種液晶顯示器像素結構，其特征在于，包括一薄膜晶體管，配置在一基板的一表面上，該薄膜晶體管由一柵極圖案、配置在該柵極圖案上的一柵極絕緣層、覆蓋在該柵極絕緣層上的一半導體層以及形成在該半導體層上的一源極圖案與一漏極圖案構成；一像素電極圖案，配置在該基板的該表面，且該像素電極圖案與該薄膜晶體管的該漏極圖案電性接觸；以及一黑矩陣圖案層，覆蓋住該薄膜晶體管，并暴露出該像素電極圖案。
2.如權利要求1所述的液晶顯示器像素結構，其特征在于，還包括一圖案化的保護層，配置在該黑矩陣圖案的底下，且該圖案化的保護層具有與該黑矩陣圖案相同的圖案。
3.如權利要求1所述的液晶顯示器像素結構，其特征在于，還包括一圖案化的保護層，覆蓋于該黑矩陣圖案的表面上，且該圖案化的保護層具有與該黑矩陣圖案相同的圖案。
4.如權利要求1所述的液晶顯示器像素結構，其特征在于，還包括一圖案化的第一保護層以及一圖案化的第二保護層，該圖案化的第一保護層與該圖案化的第二保護層將該黑矩陣圖案夾于其中，且該圖案化的第一保護層與該圖案化的第二保護層與該黑矩陣圖案具有相同的圖案。
5.如權利要求1所述的液晶顯示器像素結構，其特征在于，該漏極圖案覆蓋于部分該像素電極圖案的表面上。
6.如權利要求1所述的液晶顯示器像素結構，其特征在于，該柵極圖案由一下層透明導電層以及一上層金屬層構成。
7.如權利要求1所述的液晶顯示器像素結構，其特征在于，還包括一儲存電容器，配置在該基板上，該儲存電容器由一下電極、一上電極以及一電容介電層構成，該下電極由一下層透明導電層以及一上層金屬層構成，且該上電極覆蓋于部分該像素電極圖案的表面上。
8.如權利要求1所述的液晶顯示器像素結構，其特征在于，還包括一焊墊圖案，配置在該基板的二邊緣處，該焊墊由一下層透明導電層以及一上層金屬層構成，且該上層金屬層暴露出部分的該下層透明導電層。
9.一種液晶顯示面板，包括一薄膜晶體管陣列基板、一彩色濾光基板以及一液晶層，其中該薄膜晶體管陣列基板具有多個像素，其特征在于，每一所述像素分別包括一薄膜晶體管，該薄膜晶體管由一柵極圖案、配置在該柵極圖案上的一柵極絕緣層、覆蓋在該柵極絕緣層上的一半導體層以及形成在該半導體層上的一源極圖案與一漏極圖案構成；一像素電極圖案，配置于該基板的一表面，該像素電極圖案與該薄膜晶體管的該漏極圖案電性接觸；以及一黑矩陣圖案層，覆蓋住該薄膜晶體管，并暴露出該像素電極圖案。
專利摘要本實用新型涉及一種液晶顯示器像素結構，包括一薄膜晶體管，配置在一基板的一表面上，該薄膜晶體管由一柵極圖案、配置在該柵極圖案上的一柵極絕緣層、覆蓋在該柵極絕緣層上的一半導體層以及形成在該半導體層上的一源極圖案與一漏極圖案構成；一像素電極圖案，配置在該基板的該表面，且該像素電極圖案與該薄膜晶體管的該漏極圖案電性接觸；以及一黑矩陣圖案層，覆蓋住該薄膜晶體管，并暴露出該像素電極圖案。本實用新型還涉及一種液晶顯示面板，包括一薄膜晶體管陣列基板、一彩色濾光基板以及一液晶層，其中該薄膜晶體管陣列基板具有多個具有前述結構的像素。
文檔編號H01L29/66GK2729758SQ20042006593
公開日2005年9月28日 申請日期2004年7月12日 優先權日2004年7月12日
發明者黃茂村, 施明宏 申請人:廣輝電子股份有限公司