专利名称：Ffs 薄膜晶体管液晶显示器像素结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD),尤其涉及一种边缘场开 关(FFS: Fringe Field Switch)薄膜晶体管液晶显示器像素结构及其制造 方法。
背景技术：
液晶显示器发展迅速，已经成为主流平板显示器。从出现至今，在各国 工程师的努力下，液晶显示器已经发展出TN、 IPS、 PVA、 MV、 FFS等几个种 类，其驱动才莫式和显示效果不尽相同，各有所长。其中，FFS薄膜晶体管液 晶显示器以其特有的结构特点和驱动原理，表现出了优良的显示能力和效果。 根据测试数据，FFS薄膜晶体管液晶显示器的对比度可以达到350: 1,视角 为170度以上，开口率为53%以上，无色差等等。通过数据可以看出，FFS薄 膜晶体管液晶显示器结构是一种优秀的液晶显示器设计。
FFS薄膜晶体管液晶显示器结构比较复杂，工艺步骤较多，实现困难。 FFS薄膜晶体管液晶显示器在阵列工艺段的工艺顺序不同于普通液晶显示器。 在制作过程中，第一层为透明像素电极层(通常为ITO，或称1IT0),第二层 为栅金属层。由于像素电极层为透明材料，为后面各层的制作带来了一定的 困难。同时，FFS薄膜晶体管液晶显示器驱动原理决定了只有第二透明像素 电极层边缘(称为2IT0)的水平电场部分为有效驱动电场。而现有的FF^薄 膜晶体管液晶显示器阵列结构设计中，由于1IT0与2IT0重叠正对，且距离 很近，1IT0与2IT0之间垂直电场的电场强度很大，所以使得水平电场的产 生效率4艮低，其电场示意图如图l所示。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种FFS薄膜晶体管液 晶显示器像素结构及其制造方法，通过将阵列工艺段的工艺顺序变更为第一 层为栅金属层，第二层为第一层像素电极层，提高了工艺可控性和可靠性， 进而提高产品的成品率，而且通过改变第一层像素电极层图形的形状，减小 驱动电压，提高水平电场的产生效率，从而提升产品的性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种FFS薄膜晶体管液晶显示器像素结 构，包括
一基板， 一栅线和数据线；所述栅线和数据线形成在所述基板上；所述 栅线和数据线交叉定义一像素单元，每一像素单元包括薄膜晶体管器件、'公 共电极、第一层像素电极层和第二层像素电极层；
其中，所述第一层像素电极层和第二层像素电极层之间通过绝缘层隔 开；所述第一层像素电极层与公共电极连接；所述第二层像素电极层与薄膜晶 体管的源漏电极连接；所述第一层像素电极层和第二层像素电极层的图形为 交错排列。
上述方案中，所述第一层像素电极层部分直接形成在所述的基板上；部 分搭接在公共电极上形成所述的第一层像素电极层与公共电极连接。或者所 述栅线和公共电极位于同一层上，其上覆盖绝缘层，所述第一层像素电才及层 形成在该绝缘层上方，所述第一层像素电极层和公共电极之间通过连接线进 行连接，且连接线的材料与所述第二层像素电极层的材料相同。所述第一层 像素电极层和第二层像素电极层的图形上均形成有开口 ，其中所述第 一层像 素电极层的图形开口宽度为ljam—5iam;所述第二层像素电极层的图形开口 宽度为2 jam—6拜。
为了实现上述目的，本发明同时提供一种FFS薄膜晶体管液晶显示器像 素结构的制造方法，包括
步骤l，在基板上制备栅线和栅电极、以及公共电极的图形；
步骤2，在完成步骤1的基板上制备第一层绝缘层；在第一层绝缘层上 沉积第 一层像素电极层，通过光刻和刻蚀工艺形成第 一层像素电极层图形；
步骤3，在完成步骤2的基板上制备第二层绝缘层，接着在第二层绝缘 层上制备薄膜晶体管器件和数据线；
步骤4，在完成步骤3的基板上制备绝缘保护层，通过光刻和刻蚀的工 艺分别在源漏电极处形成源漏电极连接孔，在第一层像素电极层和公共电极 相交位置形成公共电极与第一层像素电极层连接孔；其中，源漏电极连接孔 开至源漏金属层，公共电极与第一层像素电极层连接孔开至公共电极和第一 层像素电极层；
步骤5，在完成步骤4的基板上沉积第二层像素电极层，通过光刻和刻 蚀工艺，形成第二层像素电极层图形、及公共电极与第一层像素电极层的连 接线，其中第二层像素电极层通过源漏电极连接孔与源漏电极连接，公共电 极与第一层像素电极层通过公共电极与第一层像素电极层的连接线连接。'
上述方案中，所述步骤2中形成的第一层像素电极层图形和步骤5种形 成的第二层像素电极层图形为交错排列。所述步骤2中形成的第一层像素电 极层图形和步骤5中形成的第二层像素电极层图形上均形成有开口，其中形 成的第一层像素电极层的图形开口宽度为lnm—5pm;形成的第二层像素电 极层的图形开口宽度为2)am—6Mm。
为了实现上述目的，本发明同时还提供一种FFS薄膜晶体管液晶显示器 像素结构的制造方法，包括
步骤l，在基板上制备栅线和栅电极、及公共电极的图形；
步骤2，在完成步骤1的基板上沉积第一层像素电极层，通过光刻和刻 蚀工艺形成第 一层像素电极层图形，第 一层像素电极层图形部分搭接在公共 电极上；
步骤3，在完成步骤2的基板上制备第一层绝缘层，接着在第一层绝缘 层上制备薄膜晶体管器件和数据线；步骤4，在完成步骤3的基板上制备绝缘保护层，通过光刻和刻蚀的工 艺分别在源漏电极处形成源漏电极连接孔，其中源漏电极连接孔开至源漏金 属层；
步骤5，在完成步骤4的基板上沉积第二层像素电极层，通过光刻和刻 蚀工艺形成第二层像素电极层图形，其中第二层像素电极层通过源漏电极连 接孔与源漏电极连接。
上述方案中，所述步骤2中形成的第一层像素电极层图形和步骤5种形 成的第二层像素电极层图形为交错排列。所述步骤2中形成的第一层像素电 极层图形和步骤5种形成的第二层像素电极层图形上均形成有开口，其中形 成的第一层像素电极层的图形开口宽度为lnm—5nm;形成的第二层像素电 极层的图形开口宽度为2)im—6(im。
同现有技术相比，本发明通过在第一层像素电极层上开口，减少了上下 电极间垂直电场的密度，增加了边缘水平电场的强度，提高了水平电场的产 生效率。同时，通过结构上的改变，将栅极金属层作为第一层，提高了工艺 的可控制性，从而提高了产品的成品率。
图1是现有技术FFS像素结构电场示意图2是本发明具体实施例1中FFS像素结构示意图3是图2中A-A位置截面图4是本发明具体实施例1中FFS像素结构电场示意图5是具体实施例1中栅线和栅电极、公共电极图形示意图6是图5中B-B位置截面图7是具体实施例1中第一层像素电极层制作完成后像素结构示意鹵； 图8是图7中C-C位置截面图9是具体实施例1中绝缘保护层完成后像素结构示意图10是图9中D-D位置截面图11是本发明具体实施例2中FFS像素结构示意图12是图11中E-E位置截面图；
图13是具体实施例2中第一层像素电极层制作完成后像素结构示意图14是图13中F-F位置截面图15是具体实施例2中绝缘保护层完成后像素结构示意图； 图16是图15中G-G位置截面图。
图中标识1、玻璃基板；21、栅线和栅电极；22、公共电极；3、第一 层绝缘层；4、第二层绝缘层；5、非晶硅层；6、掺杂硅层；71、数据线；72、 源漏电极；8、绝缘保护层；9、第一层像素电极层；101、第二层像素电极层 与源漏电极连接部；102、第二层像素电极层；103、公共电极与第一层像素 电极层连接线；111、源漏电极连接孔；112、公共电极与第一层像素电极层 连接孔。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的像素结构进行进一步详细说明。
具体实施例1
图2是本发明FFS像素结构一具体实施例的示意图；图3是图2中'A-A 截面图。如图2和图3所示，本发明FFS像素结构玻璃基板1,形成在玻 璃基板上的栅线和栅电极21及公共电极22,其上覆盖第一层绝缘层3，第一 层绝缘层3上为第一层像素电极层9 ( 1st IT0);第一层像素电极层9电极 上为第二层绝缘层4;在栅电极上方的第二层绝缘层4上形成薄膜晶体管结 构，其中包括非晶硅层5、掺杂硅层6、源漏电极72。信号线71与每个像 素的源漏电极72连接；在其上为绝缘保护层8;第二层像素电极层102 ( 2nd ITO)形成在绝缘保护层8之上，与第一层像素电极层9交错排列，第二层像 素电极层102通过第二层像素电极层与源漏连接部101与源漏电极72连接； 公共电极22和第 一层像素电极层9通过公共电极和第 一层像素电极层连接线 103进行连接。
本实施例中由于在第 一层像素电极层9上正对第二层像素电极层102的 位置上制作空白图形，减少了两电极之间的垂直电场成分，增加了水平电场 部分，从而提高了水平电场的产生效率。电场示意图如图4所示。
下面对本实施列的像素结构的制造方法进行进一步描述。
首先，在厚度为0. 5mm -1. Omm的玻璃基板上制备厚度为0. 1 ju m-O. 5 ju m 的栅金属层，栅金属层的材质为Al、 M0/A1合金、M0或Cu等金属，制备方 法可以是賊射、蒸镀或电镀等方法。完成后，使用光刻的工艺在栅金属膜上 形成光刻月交图形，再经过刻蚀工艺形成栅线和^^电极21的图形与公共电极 22的图形，如图5和图6所示，刻蚀方法可以是干刻、湿刻或者两者混令。
再通过PECVD或者其他方式在其上制备厚度为100A-2000A的第一层绝 缘层，材料为氮化硅(SiNx)。在第一层绝缘层上沉积厚度100A-2000A为第 一层像素电极层，材料可以为P-氧化铟钽(ITO)或者氧化铟锌(IZO)等。 依次通过光刻、刻蚀工艺形成第一层像素电极层9图形，在像素上形成宽度 为ljam—5iam的开口图形，图形与水平方向成5度至20度。具体结构如图 7和图8所示。
在基板上制备厚度为100A-2000A的第二层绝缘层4,材料为氮化硅 (SiNx)或者其他绝缘材料，制备方法可以是PECVD或者物理涂布等。再在 第二层绝缘层4上使用"5mask，，或者'Mraask"工艺制备薄膜晶体管器件和 数据线，其中包括源漏电极72和数据线71等。具体结构如图9和图10所 示。数据线宽度为1 n m-9 ia m。
用PECVD或者物理涂布等方法，在基板上制备厚度为1000A-S000A绝缘 保护层8，材料为氮化硅(SiNx)或者为其他绝缘材料。使用光刻和刻蚀的 工艺分别在源漏电极位置处形成源漏电极连接孔111，在第一层像素电极层
和公共电极相交位置形成公共电极与第一层像素电极层连接孔112。其中， 源漏电极连接孔111开至源漏金属层，公共电极与第一层像素电极层连接孔 112开至^^共电极和第一层^f象素电极层处。刻蚀方法可以为干法刻蚀或者湿 法刻蚀或者混合方法。
沉积厚度为100A-2000A第二层像素电极层，材料P-氧化铟钽UT0) 或者氧化铟锌(IZ0)或者其他透明导电物质。制备方法可以为溅射、蒸镀或 物理涂布等方式。再使用光刻和刻蚀的方法形成第二层像素电极层102图形、 及公共电极与第一层像素电极层连接线103。其中第二层像素电极层102 通过源漏电极连接孔lll与源漏电极72连接，电极上开有宽度为2nm—6ju m开口 (大于第一层像素上的开口 )，有图形部分的宽度为3nm—8iLim。上下 像素电极交错排列；公共电极与第一层像素电极层连接线103连接第一层像 素电极层9和公共电极22。具体结构如图2和图3所示。
上述制造方法中，由于将栅极金属作为第一层进行制造，提高了工艺的 可控性，从而提高了产品的成品率。
具体实施列2
图11是本发明FFS像素结构一具体实施例的示意图；图12是图11中 A-A截面图。如图11和图12所示，本发明FFS像素结构玻璃基板l,形成 在玻璃基板上的栅线和栅电极21及公共电极22，第一层像素电极层9 ( 1st IT0)部分形成在玻璃基板上，部分直接搭接在公共电极22之上，栅线和栅 电极21、公共电极22和第一层像素电极层9之上覆盖第一层绝缘层3;在栅 电极上方的第一层绝缘层3上形成薄膜晶体管结构，其中包括非晶硅层5、 掺杂硅层6、源漏电极72。信号线71与每个像素的源漏电极72连接；在其 上为绝缘保护层8;第二层像素电极层102 (2nd ITO)形成在绝缘保护畢8 之上，与第一层像素电极层9交错排列，并通过第二层像素电极层与源漏连 接部101与源漏电极72连接。
同具体实施例1中相同，本实施例由于在第一层像素电极层上正对第二
层像素电极层的位置上制作空白图形，减少了两电极层之间的垂直电场成分，
增加了水平电场部分，从而提高了水平电场的产生效率。电场示意图如图4所示。
下面对本实施列的像素结构的制造方法进行进一步描述。
首先，在厚度为0. 5mm-l. Omm的玻璃基板上制备厚度为0. 1 jura-O. 5 ]am 的栅线和栅电极21、及公共电极22图形，所用方法与实施例1所述相同， 形成图形与图5和图6相同。
接着，沉积厚度100A-2000A为第一层像素电极层，材料可以为a-氧化 铟钽(ITO)。通过光刻工艺后，选择不会与栅极金属材料发生反应的oc-氧化 铟钽(ITO)刻蚀液刻蚀，形成第一层像素电极层9图形，在像素上形成宽度 为ljum—5lam的开口图形，图形与水平方向成5度至20度。其一段与公共 电极22相连接。具体结构如图13和图14所示
在基板上制备厚度为100A-2000A的第一层绝缘层3，材料为氮$硅 (SiNx)或者其他绝缘材料，制备方法可以是PECVD或者物理涂布等。再在 第一层绝缘层3上使用"5mask"或者"4mask"工艺制备TFT器件和数据线， 其中包括源漏电极72和数据线71。数据线宽度为1 jLim-9 jum。
用PECVD或者物理涂布等方法，在基板上制备厚度为1000A-5000A绝缘 保护层8，材料为氮化硅(SiNx)或者为其他绝缘材料。使用光刻和刻蚀的 工艺分别在源漏电极上开源漏电极连接孔111。其中，连接孔111开至源漏 金属层。刻蚀方法可以为干法刻蚀或者湿法刻蚀或者混合方法。具体结构如 图15和图16所示。 ，
沉积厚度为100A-2000A透明像素电极层，材料P-氧化铟钽(ITO)、 a -氧化铟钽(ITO)或者氧化铟锌(IZO)或者其他透明导电物质。制备方法可 以为溅射、蒸镀或物理涂布等方式。再使用光刻和刻蚀的方法形成第二层像 素电极层102图形。其中第二层像素电极层102与源漏电极72连接，电极 上开有宽度为2nm—6jam开口 (大于第一层像素上的开口 )，有图形部分的
宽度为3jum—8Mm。上下像素电极交错排列。具体结构如图11和图12所示。 上述制造方法中，由于将栅极金属作为第一层进行制造，提高了工艺的 可控性，从而提高了产品的成品率。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当 理解，按照需要可使用不同材料和设备实现之，即可以对本发明的技术方案 进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种FFS薄膜晶体管液晶显示器像素结构，其特征在于，包括一基板，一栅线和数据线；所述栅线和数据线形成在所述基板上；所述栅线和数据线交叉定义一像素单元，每一像素单元包括薄膜晶体管器件、公共电极、第一层像素电极层和第二层像素电极层；其中，所述第一层像素电极层和第二层像素电极层之间通过绝缘层隔开；所述第一层像素电极层与公共电极连接；所述第二层像素电极层与薄膜晶体管的源漏电极连接；所述第一层像素电极层和第二层像素电极层的图形为交错排列。
2、 根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于所述第一层像素电 极层部分直接形成在所述的基板上；部分搭接在公共电极上形成所述的第一 层像素电极层与公共电极连接。
3、 根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于所述栅线和公共电 极位于同一层上，其上覆盖绝缘层，所述第一层像素电极层形成在该绝缘层 上方，所述第一层像素电极层和公共电极之间通过连接线进行连接。
4、 根据权利要求3所述的像素结构，其特征在于所述连接线的材料 与所述第二层像素电极层的材料相同。
5、 根据权利要求1至4任一所述的像素结构，其特征在于所述第一 层像素电极层和第二层像素电极层的图形上均形成有开口 ，其中所述第 一层 像素电极层的图形开口宽度为lnm—5Mm;所述第二层像素电极层的图形开 口宽度为2拜一6 "。
6、 一种FFS薄膜晶体管液晶显示器像素结构的制造方法，其特征在于，包括步骤l，在基板上制备栅线和栅电极，以及公共电极的图形； 步骤2，在完成步骤1的基板上制备第一层绝缘层；在第一层绝缘层上 沉积第一层像素电极层，通过光刻和刻蚀工艺形成第一层像素电极层图形； 步骤3，在完成步骤2的基板上制备第二层绝缘层，接着在第二层绝缘 层上制备薄膜晶体管器件和数据线；步骤4，在完成步骤3的基板上制备绝缘保护层，通过光刻和刻蚀的工 艺分别在源漏电极处形成源漏电极连接孔，在第 一层像素电极层和公共电极 相交位置形成公共电极与第一层像素电极层连接孔；其中，源漏电极连接孔 开至源漏金属层，公共电极与第 一层像素电极层连接孔开至公共电极和第一 层像素电极层；步骤5，在完成步骤4的基板上沉积第二层像素电极层，通过光刻和刻 蚀工艺，形成第二层像素电极层图形及公共电极与第 一层像素电极层的it接 线，其中第二层像素电极层通过源漏电极连接孔与源漏电极连接，公共电极 与第 一层像素电极层通过公共电极与第 一层像素电极层的连接线连接。
7、 根据权利要求6所述的制造方法像素结构，其特征在于所述步骤2 中形成的第一层像素电极层图形和步骤5中形成的第二层像素电极层图形为 交错排列。
8、 根据权利要求6所述的制造方法像素结构，其特征在于所述步骤2 中形成的第一层像素电极层图形和步骤5中形成的第二层像素电极层图形上 均形成有开口 ，其中形成的第一层像素电极层的图形开口宽度为1 p m— 5 m m; 形成的第二层像素电极层的图形开口宽度为2 ju m— 6 w m。
9、 一种FFS薄膜晶体管液晶显示器像素结构的制造方法，其特征在于，包括步骤l，在基板上制备栅线和栅电极，以及公共电极的图形；步骤2,在完成步骤1的基板上沉积第一层像素电极层，通过光刻和刻蚀工艺形成第一层像素电极层图形，第 一层像素电极层图形部分搭接在公共电极上；步骤3，在完成步骤2的基板上制备第一层绝缘层，接着在第一层绝缘 层上制备薄膜晶体管器件和数据线；步骤4，在完成步骤3的基板上制备绝缘保护层，通过光刻和刻蚀的工 艺分别在源漏电极处形成源漏电极连接孔，其中源漏电极连接孔开至源漏金 属层；步骤5,在完成步骤4的基板上沉积第二层像素电极层，通过光刻和刻 蚀工艺形成第二层像素电极层图形，其中第二层像素电极层通过源漏电极连 接孔与源漏电极连接。
10、 根据权利要求9所述的制造方法像素结构，其特征在于所述步骤 2中形成的第一层像素电极层图形和步骤5中形成的第二层像素电极层图形 为交错排列。
11、 根据权利要求6所述的制造方法像素结构，其特征在于所述步骤 2中形成的第一层像素电极层图形和步骤5中形成的第二层像素电极层图形 上均形成有开口，其中形成的第一层像素电极层的图形开口宽度为lpm—5 jam;形成的第二层像素电极层的图形开口宽度为2nm—6jum。
全文摘要
本发明公开了一种FFS薄膜晶体管液晶显示器像素结构，包括基板，形成在基板上的栅线和数据线；栅线和数据线交叉定义一像素单元，每一像素单元包括薄膜晶体管器件、公共电极、第一层像素电极层和第二层像素电极层；其中，第一层像素电极层和第二层像素电极层之间通过绝缘层隔开；第一层像素电极层与公共电极连接；第二层像素电极层与薄膜晶体管的源漏电极连接；第一层像素电极层和第二层像素电极层的图形为交错排列。本发明同时公开了FFS薄膜晶体管液晶显示器像素结构的制造方法。本发明的像素结构和制造方法，可提高工艺可控性和可靠性，进而提高产品的成品率；可提高水平电场的产生效率，从而能提升产品的性能。
文档编号G02F1/136GK101373299SQ20071012051
公开日2009年2月25日 申请日期2007年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者徐宇博, 赵继刚, 金基用, 闵泰烨 申请人:北京京东方光电科技有限公司