专利名称：液晶显示器像素结构以及液晶显示面板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液晶显示器像素结构以及液晶显示面板，特别地讲，涉及一种使用四道光罩制程并将黑矩阵(Blackmatrix)制作在薄膜晶体管(Thin Film Transistor)阵列上的像素结构以及液晶显示面板。
背景技术：
薄膜晶体管液晶显示面板主要由薄膜晶体管阵列基板、彩色滤光阵列基板和夹于两基板之间的液晶层构成，其中薄膜晶体管阵列基板由多个像素结构构成，且每一像素包括了一薄膜晶体管以及一像素电极(Pixel Electrode)。
一般薄膜晶体管液晶显示器的像素结构的制造方法，较常见的是五道光罩制程。第一道光罩制程是用来定义第一金属层，以形成扫描配线以及薄膜晶体管的栅极等构件。第二道光罩制程是定义出薄膜晶体管的通道层以及欧姆接触层。第三道光罩制程是用来定义第二金属层，以形成数据配线以及薄膜晶体管的源极/漏极等构件。第四道光罩制程是用来将保护层图案化。而第五道光罩制程是用来将透明导电层图案化，以形成像素电极。
另外，一般彩色滤光基板上除了配置有红、绿、蓝三种彩色光阻图案之外，还会在彩色光阻层之间形成黑矩阵。而且彩色滤光基板上的红、绿、蓝光阻图案会与薄膜晶体管阵列基板上的像素对应配置，而黑矩阵图案则与薄膜晶体管阵列基板上的金属配线对应配置。
然而，随着薄膜晶体管液晶显示器朝大尺寸制作的发展趋势，而将会面临许多的问题与挑战，例如合格率降低以及产能下降等等。因此若是能减少制程的光罩数，即降低膜层的曝光工艺次数，就可以减少制造时间，增加产能，进而降低制造成本。
实用新型内容因此本实用新型的目的就是提供一种液晶显示器像素结构，此结构利用四道光罩制程完成，而且在像素结构上还包括形成了有黑矩阵图案。
本实用新型的另一目的是提供一种液晶显示面板，此液晶显示面板的薄膜晶体管阵列基板上包括配置有黑矩阵图案。
为了实现上述目的，本实用新型提出一种液晶显示器像素结构，包括一薄膜晶体管，配置在一基板的一表面上，该薄膜晶体管由一栅极图案、配置在该栅极图案上的一栅极绝缘层、覆盖在该栅极绝缘层上的一半导体层以及形成在该半导体层上的一源极图案与一漏极图案构成；一像素电极图案，配置在该基板的该表面，且该像素电极图案与该薄膜晶体管的该漏极图案电性接触；以及一黑矩阵图案层，覆盖住该薄膜晶体管，并暴露出该像素电极图案。
本实用新型另提出一种液晶显示面板，包括一薄膜晶体管阵列基板、一彩色滤光基板以及一液晶层，其中该薄膜晶体管阵列基板具有多个像素。每一所述像素分别包括一薄膜晶体管，该薄膜晶体管由一栅极图案、配置在该栅极图案上的一栅极绝缘层、覆盖在该栅极绝缘层上的一半导体层以及形成在该半导体层上的一源极图案与一漏极图案构成；一像素电极图案，配置于该基板的一表面，该像素电极图案与该薄膜晶体管的该漏极图案电性接触；以及一黑矩阵图案层，覆盖住该薄膜晶体管，并暴露出该像素电极图案。
本实用新型的像素结构仅需进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还包括了在薄膜晶体管阵列基板上定义出黑矩阵图案，因此本实用新型的像素结构以及包含该像素结构的液晶显示面板较传统技术可以减少光罩数，因此具有增加产能以及降低成本的优点。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图l是依照本实用新型一优选实施例的液晶显示器的像素结构的示意俯视图。
图2A至图2H是依照本实用新型第一实施例的液晶显示器的像素结构的制造流程示意剖视图。
图3A至图3B是依照本实用新型第二实施例的液晶显示器的像素结构的制造流程示意剖视图。
图4A至图4B是依照本实用新型第二实施例的液晶显示器的像素结构的制造流程示意剖视图。
图5A至图5B是依照本实用新型第三实施例的液晶显示器的像素结构的制造流程示意剖视图。
图6是依照本实用新型一优选实施例的液晶显示器的示意剖视图。
具体实施方式
四道光罩制程第一实施例图1是依照本实用新型第一实施例的液晶显示器的其中一像素结构的示意俯视图，图2A至图2H是依照本实用新型第一实施例的液晶显示器的其中一像素结构的制造流程示意剖视图。
请参照图1以及图2A，首先在一基板100上依序形成一透明导电层102以及一第一金属层104。在一优选实施例中，基板100上例如包括了有预定形成薄膜晶体管T的区域、预定形成像素电极P的区域、预定形成储存电容器C(storage capacitor)的区域以及预定形成焊垫B、B’(bonding pad)的区域。而基板100例如是透明玻璃基板或是透明塑胶基板。透明导电层102的材质例如金属氧化物，其例如是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或是其他类似物。而第一金属层104的材质例如是铬(Cr)、钨(W)、(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)或是其合金。
紧接着，进行一第一道光罩制程，以在第一金属层104上形成一图案化的光阻层106，并且以光阻层106作为一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，以图案化第一金属层104以及透明导电层102，而形成图案化的第一金属层104a以及图案化的透明导电层102a，如图2B所示。在一优选实施例中，第一道光罩制程于预定形成薄膜晶体管T的区域中定义出栅极图案108、于预定形成像素电极P的区域中定义出像素电极图案110，并且定义出与栅极图案108电性连接的扫瞄配线150(如图1所示)。
在另一优选实施例中，还包括于预定形成储存电容器C的区域中定义出下电极图案112，储存电容器C例如是一栅极上方的储存电容器(Cs on gate)。在另一优选实施例中，第一道光罩制程还包括于基板100边缘预定形成焊垫B的区域中定义出与扫瞄配线150电性连接的焊垫图案114，还包括于基板100的另一个边缘预定形成焊垫B’的区域定义出独立的焊垫图案114a(其剖面与焊垫B相同或相似)。在另一优选实施例中，第一道光罩制程还包括定义出下电极图案112以及焊垫图案114。
请参照图1与图2C，之后在基板100的上方依序沉积一栅极绝缘层116以及一半导体层118，覆盖住上述所形成的结构。在一优选实施例中，栅极绝缘层116的材质例如是氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。半导体层118例如是由一通道材质层(例如是非晶硅)以及一欧姆接触材质层(例如是掺杂的非晶硅)构成。
紧接着，进行一第二道光罩制程，以在半导体层118上形成一图案化的光阻层120，并且以光阻层120作为一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，如图2D所示，以图案化半导体层118以及栅极绝缘层116，而形成图案化的半导体层118a以及栅极绝缘层116a，且同时将像素电极图案110的第一金属层104a移除，而仅留下像素电极图案110的透明导电层102a。在一优选实施例中，第二道光罩制程留下栅极图案108上方的半导体层118a以及栅极绝缘层116a。
在另一优选实施例中，第二道光罩制程还包括保留下电极图案112上方的半导体层118a以及栅极绝缘层116a，其作为电容介电层之用。在另一优选实施例中，第二道光罩制程还包括移除部分焊垫图案114上的半导体层118a以及栅极绝缘层116a，并且移除部分焊垫图案114的第一金属层104a，以使焊垫图案114的透明导电层102a暴露出来。在另一优选实施例中，第二道光罩制程还包括保留下电极图案112以及焊垫图案114上万的半导体层118a与栅极绝缘层116a，并且移除部分焊垫图案114的第一金属层104a，以使焊垫图案114的透明导电层102a暴露出来。
请参照图1与图2E，在基板100的上方沉积一第二金属层122，覆盖住上述所形成的结构。在一优选实施例中，第二金属层122的材质例如是铬(Cr)、钨(W)、(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)或是其合金。
之后，进行一第三道光罩制程，以在第二金属层122上形成一图案化的光阻层124，并且以光阻层124作为一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，以图案化第二金属层122，而形成图案化的第二金属层122a，如图2F所示。在一优选实施例中，形成在栅极图案108上方的第二金属层122a分别是一源极图案126以及一漏极图案128，而且漏极图案128与像素电极图案110电性接触，而且于第三道光罩制程中，还包括定义出与源极图案126连接的一数据配线160(如图1所示)。在一优选实施例中，于图案化该第二金属层122的同时，还包括同时移除位于源极图案126与漏极图案128之间的半导体层118a的部分厚度(例如是移除欧姆接触材质层)，形成半导体层118b，以于源极图案126/漏极图案128与栅极图案108之间形成一通道层(channel)119。
在另一优选实施例中，第三道光罩制程还包括保留下对应于下电极图案112上方的第二金属层122a，以作为像素储存电容的上电极129，且上电极129与像素电极图案110电性接触，因此上电极129、下电极图案112以及两电极之间的介电材料(栅极绝缘层116a及半导体层118a)即构成一像素储存电容器。在另一优选实施例中，第三道光罩制程还包括保留下对应于焊垫图案114的上方的第二金属层122a，且该处的第二金属层122a与焊垫图案114的第一金属层104a以及透明导电层102a电性接触。并且，于基板100边缘的预定形成焊垫B’的区域中形成与数据配线160电性连接的第二金属层122a，以作为焊垫图案114a的一部分，优选的是，焊垫B’的结构与焊垫B的结构相同或相似。在又一优选实施例中，第三道光罩制程还包括保留下对应于下电极图案112以及焊垫图案114、114a上方的第二金属层122a。
请参照图1与图2G，在基板100的上方沉积一黑色材料层202，覆盖住上述所形成的结构。在一优选实施例中，黑色材料层202的材质例如是黑色的有机材料或是黑色的无机绝缘材料，黑色有机材料例如是黑色树脂(black resin)。特别说明的是，本实用新型并不限定黑色材料层202的材质，只要是能够遮光且适于用作黑矩阵的材料皆可以用在本实用新型，优选的是可以同时作为保护层之用的材料。
之后，进行一第四道光罩制程，以在黑色材料层202上形成一图案化的光阻层212，并且以光阻层212作为一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，以图案化黑色材料层202，而形成黑矩阵图案202a，如图2H所示。在一优选实施例中，黑矩阵图案202a暴露出像素电极图案110的透明导电层102a。在另一优选实施例中，黑矩阵图案202a更暴露出焊垫图案114、114a的透明导电层102a，以使其能与外界的电路电性连接。
值得一提的是，倘若上述黑色材料层202采用具有感光性质的材料，则不需于黑色材料层202上形成图案化的光阻层212，而可以直接对黑色材料层202进行曝光以及显影的制程以图案化之，而形成黑矩阵图案202a，暴露出像素电极图案110的透明导电层102a以及焊垫图案114、114a的透明导电层102a，以使焊垫图案114、114a能与外界的线路线性连接。
第二实施例图3A至图3B是依照本实用新型第二实施例的液晶显示器的其中一像素结构的制造流程示意剖视图。请先参照图3A，图3A接续于先前所述的图2A至图2F之后的流程面示意图，亦即在进行完第三道光罩制程，以定义完第二金属层之后，接着于基板100的上方先形成一保护层200，再于保护层200上形成一黑色材料层202。在一优选实施例中，保护层200的材质例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或是有机材质。黑色材料层202的材质除了可以是先前所述的黑色的有机材料或黑色无机绝缘材料之外，还可以是具有遮光功效的金属材质。
之后，进行一第四道光罩制程，以在黑色材料层202上形成一图案化的光阻层212，并且以光阻层212作为一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，以图案化黑色材料层202以及保护层200，而形成黑矩阵图案202a以及与黑矩阵图案202a具有相同图案的保护层200a，如图3B所示。在一优选实施例中，黑矩阵图案202a与图案化的保护层200a暴露出像素电极图案110的透明导电层102a。在另一优选实施例中，黑矩阵图案202a与图案化的保护层200a更暴露出焊垫图案114、114a的透明导电层102a，以使其能与外界的电路电性连接。
同样的，倘若图3A中的黑色材料层202采用具有感光性质的材料，则不需于黑色材料层202上形成图案化的光阻层212，而可以直接对黑色材料层202进行曝光以及显影的制程以图案化之，而形成黑矩阵图案202a。之后再直接以黑矩阵图案202a作为蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，以图案化保护层200，而形成图案化的保护层200a，如图3B所示，暴露出像素电极图案110的透明导电层102a以及焊垫图案114、114a的透明导电层102a，以使焊垫图案114、114a能与外界的线路线性连接。
在本实用新型的第二实施例中，亦可以是先形成黑色材料层202之后，再于黑色材料层202上形成保护层200，如图4A所示。此时，由于所形成黑色材料层202会覆盖在第二金属层122a的表面上，因此黑色材料层202的材质优选的是采用黑色的有机材料或是黑色的无机绝缘材料。
之后，同样的进行第四道光罩制程，以在保护层200上形成一图案化的光阻层212，并且以光阻层212作为一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，以图案化保护层200以及黑色材料层202，而形成图案化的保护层200a以及黑矩阵图案202a，其中图案化的保护层200a具有与黑矩阵图案202a相同的图案，如图4B所示。在一优选实施例中，图案化的保护层200a与黑矩阵图案202a暴露出像素电极图案110的透明导电层102a。在另一优选实施例中，图案化的保护层200a与黑矩阵图案202a更暴露出焊垫图案114、114a的透明导电层102a，以使其能与外界的电路电性连接。
第三实施例图5A至图5B是依照本实用新型第三实施例的液晶显示器的其中一像素结构的制造流程示意剖视图。请先参照图5A，图5A接续于先前所述的图2A至图2F之后的流程面示意图，亦即在进行完第三道光罩制程，以定义完第二金属层之后，接着于基板100的上方依序形成一保护层200、一黑色材料层202以及另一保护层204。在一优选实施例中，保护层200以及保护层204的材质例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或是有机材质。黑色材料层202的材质可以是黑色的有机材料、黑色无机绝缘材料或是具有遮光功效的金属材质。
之后，进行一第四道光罩制程，以在保护层204上形成一图案化的光阻层212，并且以光阻层212作为一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，以图案化保护层204、黑色材料层202以及保护层200，而形成图案化的保护层204a、黑矩阵图案202a以及图案化的保护层200a，如图5B所示，其中图案化的保护层204a、200a具有与黑矩阵图案202a相同的图案。在一优选实施例中，图案化的保护层204a、黑矩阵图案202a与图案化的保护层200a暴露出像素电极图案110的透明导电层102a。在另一优选实施例中，图案化的保护层204a、黑矩阵图案202a与图案化的保护层200a更暴露出焊垫图案114、114a的透明导电层102a，以使其能与外界的电路电性连接。
像素结构在第一实施例中，以四道光罩制程所形成的像素结构包括一薄膜晶体管T、一像素电极P以及一黑矩阵图案202a，如图2H所示。其中，薄膜晶体管T配置在一基板100的表面上，且薄膜晶体管T包括一栅极图案108、配置在栅极图案108上的一栅极绝缘层116a、覆盖在栅极绝缘层116a上的一半导体层118a以及形成在半导体层118a上的一源极图案/漏极图案126/128。像素电极P的像素电极图案110配置在基板100的表面上，且此像素电极图案110与上述薄膜晶体管T的漏极图案128电性接触。另外，黑矩阵图案202a覆盖住薄膜晶体管T，并暴露出上述像素电极图案110。
在一优选实施例中，薄膜晶体管T的漏极图案128覆盖于部分像素电极图案110的表面上。在另一优选实施例中，栅极图案108由一下层透明导电层102a以及一上层金属层104a构成。在一优选实施例中，在薄膜晶体管T中的栅极绝缘层116a仅形成于半导体层118a以及栅极图案108之间。
在一优选实施例中，本实用新型的像素结构还包括一储存电容器C，其配置在基板100上，且此储存电容器C由下电极112、形成在下电极112上方的上电极129(金属层122a)以及夹于两电极之间的介电材质层(例如是栅极绝缘层116a与半导体层118a)构成。在一优选实施例中，上述下电极112由一下层透明导电层102a以及一上层金属层104a构成。在另一优选实施例中，上述上电极129覆盖于部分像素电极图案110的表面上。
在一优选实施例中，本实用新型的像素结构还包括焊垫B及B’，配置在基板100的二边缘处，此焊垫B的焊垫图案114与扫瞄配线150电性连接，且由一下层透明导电层102a以及一上层金属层104a构成，且上层金属层104a暴露出部分的下层透明导电层102a。焊垫B’的焊垫图案114a与数据配线160电性连接，且其结构与焊垫B相似。而上述黑矩阵图案202a暴露出焊垫图案114、114a的下层透明导电层102a，以使其能与外界的电路电性连接。
在第二实施例中，以四道光罩制程所形成的像素结构与图2H相似，唯一不同的是于黑矩阵图案202a的底下还包括形成有一保护层200a，如图3B所示。保护层200a的图案与黑矩阵图案202a相同。
在第二实施例中，其另一种像素结构同样与图2H相似，唯一不同的是于黑矩阵图案202a的表面上还包括形成有一图案化的保护层200a，如图4B所示。图案化的保护层200a具有与黑矩阵图案202a相同的图案。
在第三实施例中，以四道光罩制程所形成的像素结构与图2H相似，唯一不同的是于黑矩阵图案202a的底下还包括形成有一图案化的保护层200a，且于黑矩阵图案202a的表面上还包括形成有另一图案化的保护层204a，如图5B所示。图案化的保护层200a与图案化的保护层204a具有与黑矩阵图案202a相同的图案。
液晶显示面板本实用新型的液晶显示面板如图6所示，其包括一薄膜晶体管阵列基板602、一彩色滤光基板600以及一液晶层604，其中上述薄膜晶体管阵列基板602具有多个像素，且薄膜晶体管阵列基板602的各像素的结构可以是如第一实施例所述(图2H)，或是如第二实施例所述(图3B)，或是如第二实施例的另一种结构(图4B)，或是如第三实施例所述(图5B)。
而彩色滤光基板600上包括配置有红、绿、蓝三种彩色滤光图案，而在红、绿、蓝三种彩色滤光图案之间可以是空白的网状间隙或是黑矩阵。由于本实用新型已经于薄膜晶体管阵列基板602形成有黑矩阵图案，因此彩色滤光基板600上可以选择不形成有黑矩阵，当然亦可以选择配置黑矩阵或是其他种图案的黑矩阵，其例如是边匡型黑矩阵。
虽然本实用新型已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求1.一种液晶显示器像素结构，其特征在于，包括一薄膜晶体管，配置在一基板的一表面上，该薄膜晶体管由一栅极图案、配置在该栅极图案上的一栅极绝缘层、覆盖在该栅极绝缘层上的一半导体层以及形成在该半导体层上的一源极图案与一漏极图案构成；一像素电极图案，配置在该基板的该表面，且该像素电极图案与该薄膜晶体管的该漏极图案电性接触；以及一黑矩阵图案层，覆盖住该薄膜晶体管，并暴露出该像素电极图案。
2.如权利要求1所述的液晶显示器像素结构，其特征在于，还包括一图案化的保护层，配置在该黑矩阵图案的底下，且该图案化的保护层具有与该黑矩阵图案相同的图案。
3.如权利要求1所述的液晶显示器像素结构，其特征在于，还包括一图案化的保护层，覆盖于该黑矩阵图案的表面上，且该图案化的保护层具有与该黑矩阵图案相同的图案。
4.如权利要求1所述的液晶显示器像素结构，其特征在于，还包括一图案化的第一保护层以及一图案化的第二保护层，该图案化的第一保护层与该图案化的第二保护层将该黑矩阵图案夹于其中，且该图案化的第一保护层与该图案化的第二保护层与该黑矩阵图案具有相同的图案。
5.如权利要求1所述的液晶显示器像素结构，其特征在于，该漏极图案覆盖于部分该像素电极图案的表面上。
6.如权利要求1所述的液晶显示器像素结构，其特征在于，该栅极图案由一下层透明导电层以及一上层金属层构成。
7.如权利要求1所述的液晶显示器像素结构，其特征在于，还包括一储存电容器，配置在该基板上，该储存电容器由一下电极、一上电极以及一电容介电层构成，该下电极由一下层透明导电层以及一上层金属层构成，且该上电极覆盖于部分该像素电极图案的表面上。
8.如权利要求1所述的液晶显示器像素结构，其特征在于，还包括一焊垫图案，配置在该基板的二边缘处，该焊垫由一下层透明导电层以及一上层金属层构成，且该上层金属层暴露出部分的该下层透明导电层。
9.一种液晶显示面板，包括一薄膜晶体管阵列基板、一彩色滤光基板以及一液晶层，其中该薄膜晶体管阵列基板具有多个像素，其特征在于，每一所述像素分别包括一薄膜晶体管，该薄膜晶体管由一栅极图案、配置在该栅极图案上的一栅极绝缘层、覆盖在该栅极绝缘层上的一半导体层以及形成在该半导体层上的一源极图案与一漏极图案构成；一像素电极图案，配置于该基板的一表面，该像素电极图案与该薄膜晶体管的该漏极图案电性接触；以及一黑矩阵图案层，覆盖住该薄膜晶体管，并暴露出该像素电极图案。
专利摘要本实用新型涉及一种液晶显示器像素结构，包括一薄膜晶体管，配置在一基板的一表面上，该薄膜晶体管由一栅极图案、配置在该栅极图案上的一栅极绝缘层、覆盖在该栅极绝缘层上的一半导体层以及形成在该半导体层上的一源极图案与一漏极图案构成；一像素电极图案，配置在该基板的该表面，且该像素电极图案与该薄膜晶体管的该漏极图案电性接触；以及一黑矩阵图案层，覆盖住该薄膜晶体管，并暴露出该像素电极图案。本实用新型还涉及一种液晶显示面板，包括一薄膜晶体管阵列基板、一彩色滤光基板以及一液晶层，其中该薄膜晶体管阵列基板具有多个具有前述结构的像素。
文档编号H01L29/66GK2729758SQ20042006593
公开日2005年9月28日 申请日期2004年7月12日 优先权日2004年7月12日
发明者黄茂村, 施明宏 申请人:广辉电子股份有限公司