专利名称：薄膜晶体管基板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及薄膜晶体管基板及其制造方法，其可以缩短工艺时间、避免取向膜处 发生刮伤和提高黑色亮度。
背景技术：
通常，液晶显示装置通过使用电场来控制光透射率以显示图像。液晶显示装置设 置有彼此相对的薄膜晶体管基板和滤色器基板，而液晶被置于两者之间。薄膜晶体管基板具有形成为彼此垂直的栅线和数据线、在栅线和数据线的每个交 叉部分形成的薄膜晶体管、与每个薄膜晶体管相连的像素电极和涂布于其上用于使液晶取 向的下取向膜。滤色器基板具有用于产生色彩的滤色器、用于避免漏光的黑矩阵、用于与像素电 极一起形成电场的公共电极和涂布于其上的上取向膜。参见图1，当其上卷绕有摩擦布10的摩擦辊12在基板16上的有机聚合物上滚动 以摩擦基板16时，形成相关技术的取向膜14。当使取向膜14与摩擦布10接触时，在其接触部因而产生异物或静电。如果这些 异物留在取向膜14上，则会在屏幕上出现污点等缺陷，并且静电可能破坏相邻的薄膜和薄 膜晶体管。而且，在取向膜14的由摩擦布10形成刮痕的区域，和摩擦布10与取向膜14因取 向膜14下方的多个薄膜造成的阶梯而未接触的区域，液晶的取向会变得不均一。因此，发 生漏光而增加黑色态的亮度，使得液晶显示装置的对比度较差。此外，在大尺寸屏的情形中，难以控制摩擦辊12的均勻旋转，使得难以获得均一 的液晶取向。
发明内容
因此，本发明针对薄膜晶体管基板及其制造方法。本发明的一个目的是提供薄膜晶体管基板及其制造方法，其可缩短工艺时间、避 免取向膜处发生刮伤和提高黑色亮度。本公开的其他优点、目的和特点部分将在后续描述中说明，部分将在本领域普通 技术人员检视下文后变得显而易见或者可以从对本发明的实践中学习。本发明的目的和其 他优点可以通过在书面描述及其权利要求以及附图中所具体指出的结构来实现和获得。为了实现这些目的和其他优点，并且根据本发明的用途，如本文所体现和宽泛描 述的那样，薄膜晶体管基板包含形成于基板上的薄膜晶体管、形成为使所述薄膜晶体管构成的阶梯平整并具有带有重复的凸出图案和凹陷图案的不平坦表面的保护膜、形成于所述 保护膜上以维持所述保护膜的不平坦形状的像素电极、以及形成于保护膜和像素电极两者 之上以维持保护膜和像素电极的不平坦形状的取向膜。保护膜由丙烯酸酯类的有机绝缘材料形成。保护膜的厚度为Iym 2μπι，凸出图案的宽度为IOOnm 200nm，凹陷图案的宽 度为200nm 400nm且深度为50nm lOOnm，且像素电极和取向膜各自的厚度为50nm IOOnm0在本发明的另一方面中，薄膜晶体管基板的制造方法包括以下步骤在基板上形 成薄膜晶体管；形成保护膜，所述保护膜使所述薄膜晶体管构成的阶梯平整并具有带有重 复的凸出图案和凹陷图案的不平坦表面；在所述保护膜上形成像素电极以维持所述保护膜 的不平坦形状；和在所述保护膜和所述像素电极两者之上形成取向膜以维持所述保护膜和 所述像素电极的不平坦形状。保护膜由丙烯酸酯类的有机绝缘材料形成。保护膜的厚度为Iym 2μπι，凸出图案的宽度为IOOnm 200nm，凹陷图案的宽 度为200nm 400nm且深度为50nm lOOnm，且像素电极和取向膜各自的厚度为50nm IOOnm0形成保护膜的步骤包括以下步骤在其上形成有薄膜晶体管的基板上涂布有机绝 缘树脂，在所述有机绝缘树脂上排列具有凹陷部和凸出部的纳米图案模具，在所述有机绝 缘树脂和所述纳米图案模具彼此接触的状态下，通过烘烤所述有机绝缘树脂来形成具有凸 出图案和凹陷图案的保护膜，和将所述纳米图案模具从所述保护膜分离。在本发明的另一方面，薄膜晶体管基板的制造方法包括以下步骤在基板上形成 薄膜晶体管，形成保护膜以使所述薄膜晶体管构成的阶梯平整，在所述保护膜上形成像素 电极，和形成取向膜，所述取向膜使所述保护膜与所述像素电极之间的阶梯平整并且具有 带有重复的凸出图案和凹陷图案的不平坦表面。形成取向膜的步骤包括以下步骤在其上形成有薄膜晶体管的基板上涂布取向 剂，在取向剂上排列具有凹陷部和凸出部的纳米图案模具，在取向剂和纳米图案模具彼此 接触的状态下，通过烘烤所述取向剂来形成具有凸出图案和凹陷图案的取向膜，和将所述 纳米图案模具从取向膜分离。保护膜由丙烯酸酯类的有机绝缘树脂形成，且取向膜的厚度为Iym 2μπι。应该理解，上文的一般性描述和下文对本发明的详细描述是示例性和说明性的， 且旨在提供对所要求保护的发明的进一步说明。
附图用来提供对本公开内容的进一步理解并且并入本申请并构成其一部分，附图 描绘了本公开内容的实施方式并且与所述描述一同起着对本公开内容的原理进行解释的 作用。在附图中图1描绘了用于描述制造液晶显示装置的取向膜的相关技术方法的透视图。图2描绘了根据本发明的第一优选实施方式的液晶显示装置的薄膜晶体管的截
图3A 3E描绘了显示如图2所示的薄膜晶体管基板的制造方法的步骤的截面。图4A和4B分别描绘了图所示的纳米图案模具的变化形式的透视图。图5描绘了根据本发明的第二优选实施方式的液晶显示装置的薄膜晶体管的截图6A 6F描绘了显示如图5所示的薄膜晶体管基板的制造方法的步骤的截面。图7描绘了具有图2或图5所示的下取向膜的液晶屏的透视图。
具体实施例方式现将详细引用本发明的具体实施方式
，其实例如附图所示。在整个附图中尽可能 地使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。图2描绘了根据本发明的第一优选实施方式的液晶显示装置的薄膜晶体管的截参见图2，薄膜晶体管基板包含与栅线和数据线相连的薄膜晶体管、形成为覆盖 薄膜晶体管的保护膜118、与薄膜晶体管130相连的像素电极122和形成于保护膜118和像 素电极122上的取向膜124。薄膜晶体管响应于来自栅线的栅极信号而选择性地将来自数据线的数据信号提 供给像素电极122。为此，薄膜晶体管具有与栅线相连的栅电极106、与数据线相连的源电 极108、与像素电极相连的漏电极110、与栅电极106重叠的有源层114(两者之间设置有栅 绝缘膜112以在源电极108和漏电极110之间形成沟道)以及欧姆接触层116(用于在有 源层114与源电极108和漏电极110之间产生欧姆接触)。保护膜118具有带有重复的凹陷图案118b和凸出图案118a的不平坦表面。保护 膜118的凹陷图案11 的深度D为50nm lOOnm，且宽度Wl为200nm 400nm，而凸出图 案118a的宽度W2为IOOnm 200nm。凹陷图案118b和凸出图案118a沿液晶的取向方向 形成。保护膜118由如丙烯酸酯或光亚克力(photo-acryl)等有机绝缘材料形成，以使 具有薄膜晶体管构成的阶梯S的下基板101平整。无机绝缘材料构成的保护膜118形成与 薄膜晶体管的阶梯S相一致的阶梯，从而导致形成待用于使保护膜118图案化的纳米图案 模具和保护膜不能彼此形成共形接触(conformal contact)的区域。与此相反，本发明的 有机绝缘材料构成的保护膜118使薄膜晶体管的阶梯S平整，从而使得待用于使保护膜118 图案化的纳米图案模具和保护膜118在整个区域中形成共形接触。像素电极122与经像素接触孔120露出的漏电极110接触。在通过薄膜晶体管 将视频信号供给至像素电极122后，薄膜晶体管与施加有公共电压的公共电极形成垂直电 场，从而导致液晶分子在薄膜晶体管基板和滤色器基板之间沿垂直方向排列，进而因介电 各向异性而旋转。并且，液晶分子的旋转程度改变透射穿过像素区的光的透光率，以产生梯度。此外，像素电极122形成于保护膜118上，其厚度足以维持保护膜118的不平坦形 状而不会使保护膜118的不平坦形状平整。例如，像素电极122形成为具有50nm IOOnm
的厚度。取向膜IM形成于保护膜118和像素电极122两者之上，其厚度足以维持保护膜118的不平坦形状而不会使保护膜118的不平坦形状平整。因此，具有与保护膜118相一致 的不平坦表面的取向膜1 能够在没有任何其他液晶取向过程的情况下使液晶取向。艮口， 液晶沿取向膜124中的凹陷图案118b的长度方向取向。图3A 3E描绘了显示薄膜晶体管基板的制造方法的步骤的截面。参见图3A，在下基板101上依次形成栅电极106、具有有源层114和欧姆接触层 116的半导体图案、源电极108和漏电极110。具体而言，通过沉积(如溅射)而在下基板101上形成栅金属层。栅金属层可以 为单层金属，如Mo、Ti、Cu、AlNd, Al、Cr、Mo合金、Cu合金和Al合金，或者两层或多于两层 的上述金属的堆叠。然后，通过利用光刻法和蚀刻来使栅金属层图案化，在基板上形成栅电 极 106。在其上形成有栅电极106的下基板101上依次形成SiNx或SiOx构成的栅绝缘膜 112(无定形硅层)和掺杂有杂质(η+或ρ+)的无定形硅层。然后，对所述无定形硅层和掺 杂有杂质的无定形硅层通过光刻法和蚀刻进行图案化，以形成具有有源层114和欧姆接触 层116的半导体图案。在其上形成有半导体图案的下基板101上形成数据金属层。数据金属层可以为单 层金属，如Mo、Ti、Cu、AlNd, Al、Cr、Mo合金、Cu合金和Al合金，或者两层或多于两层的上 述金属的堆叠。然后，对数据金属层通过光刻法和蚀刻进行图案化，以形成源电极108和漏 电极110。然后，从源电极108与漏电极110之间移除欧姆接触层116，以使有源层114露出。如上所述，由于需要单独的掩模来形成栅极电极、半导体图案以及源电极和漏电 极，因而需要三个掩模来形成上述元件。此外，为减少掩模数量，可以通过一次掩模工艺形 成半导体图案以及源电极和漏电极，即通过使用折射掩模或半透明掩模而一次形成。参见图:3Β，在其上形成有源电极108和漏电极110的栅绝缘膜112上通过旋涂等 形成液态有机绝缘树脂162。有机绝缘树脂162的厚度为1 μ m 2 μ m。如果有机绝缘树 脂162的厚度低于1 μ m,则有机绝缘树脂162无法使下基板101上的薄膜晶体管的阶梯S 平整。在其上形成有有机绝缘树脂162的基板111上排列纳米图案模具164。纳米图案 模具164具有第一凸出部16 和第二凸出部164b以及凹陷部16如。纳米图案模具164的 第一凸出部16 与待形成像素接触孔120的区域匹配，第二凸出部164b的高度高于第一 凸出部164a，并且与待形成保护膜118的凹陷图案11 的区域匹配，而凹陷部16 与待形 成保护膜118的凸出图案118a的区域匹配。纳米图案模具164的第一凸出部16 和第二 凸出部164b以及凹陷部16 可以形成为具有如图4B所示的具有矩形截面的矩形波形状， 或如图4A所示的具有曲截面的正弦波形状。纳米图案模具164由具有橡胶特征的聚合物形成，具体而言，聚二甲基硅氧烷 PDMS，其可有效吸收有机绝缘树脂162的溶剂。如图3C所示，纳米图案模具164与有机绝 缘树脂162形成共形接触，使得随着溶剂从有机绝缘树脂162被吸收至纳米图案模具164 的表面，有机绝缘树脂162通过纳米图案模具164与下基板101之间的压力产生的毛细管 作用移动到纳米图案模具164的凹陷部16 内。在此情形中，将紫外光束导向下基板101 的整个表面来烘烤有机绝缘树脂162，以形成如图3C所示的保护膜118。保护膜118包含具有纳米图案模具164的凹陷部16 的反转印形状的凸出图案118a，具有纳米图案模具 164的第二凸出部164b的反转印形状的凹陷图案118b，以及具有纳米图案模具164的第一 凸出部16 的反转印形状的像素接触孔120。由纳米图案模具164所形成的保护膜118的 凹陷图案118b的深度D为50nm lOOnm，宽度Wl为200nm 400nm，且凸出图案118a的 宽度W2为IOOnm 200nm。由此将具有其中形成有凸出图案118a、凹陷图案118b和像素 接触孔120的保护膜118的下基板101与纳米图案模具164分离。参见图3D，在其上形成有保护膜118的下基板101上形成像素电极122。具体而 言，在其上形成有保护膜118的下基板101上通过如溅射等沉积形成透明导电膜。透明导 电膜由ITO (氧化铟锡)、TO (氧化锡)、IZO (氧化铟锌)、SnO2和无定形ITO等形成。在此 情形中，透明导电膜以约50nm IOOnm的厚度形成于保护膜118上，该厚度足以维持保护 膜118的凸出图案118a和凹陷图案118b。然后，通过光刻法和蚀刻将透明导电膜图案化， 以形成像素电极122。参见图3E，将如聚酰亚胺等取向剂涂布于其上形成有像素电极122的下基板101 上并将其烘烤，以形成取向膜124。在此情形中，取向膜IM在保护膜118和像素电极122 两者之上形成为具有约50nm IOOnm的厚度，该厚度足以维持保护膜118和像素电极122 的凸出图案和凹陷图案。同时，采用如下实例对本发明的薄膜晶体管基板的制造方法进行描述通过使用 纳米图案模具164在形成保护膜118的凹陷图案118b和凸出图案118a的同时形成像素接 触孔120，此外，可以在通过使用纳米图案模具164形成保护膜118的凹陷图案118b和凸出 图案118a以后通过光刻法和蚀刻来形成像素接触孔120。图5描绘了根据本发明的第二优选实施方式的液晶显示装置的薄膜晶体管的截 面。与图2所示的薄膜晶体管基板相比，由于图5所示的薄膜晶体管基板具有与其相 同的元件(使保护膜118的表面平整除外)，将略去对相同元件的具体描述。为了使具有薄膜晶体管构成的阶梯的下基板平整，保护膜118由有机绝缘材料形 成，如丙烯酸酯或光亚克力。无机绝缘材料构成的保护膜118形成与薄膜晶体管的阶梯S 相一致的阶梯，从而导致形成待用于使保护膜118图案化的纳米图案模具和保护膜不能彼 此形成共形接触的区域。与此相反，本发明的有机绝缘材料构成的保护膜118使薄膜晶体 管的阶梯S平整，从而使得待用于使保护膜118图案化的纳米图案模具和保护膜在整个区 域中形成共形接触。取向膜124形成为具有1 μ m 2 μ m的厚度，该厚度足以使像素电极122与保护 膜118之间的阶梯平整。取向膜IM具有带有重复的凹陷图案12 和凸出图案124b的不 平坦表面。因此，取向膜IM能够在无任何其他液晶取向过程的情况下使液晶取向。即，取 向膜124上的液晶沿着凹陷图案的长度方向取向。图6A 6F描绘了显示本发明的第二优选实施方式的薄膜晶体管基板的制造方法 的步骤的截面。参见图6A，在下基板101上依次形成栅电极106、具有有源层114和欧姆接触层 116的半导体图案、源电极108和漏电极110。由于参照图3A描述了形成栅电极、半导体图 案以及源电极和漏电极的方法，将略去对其的具体描述。
参见图6B，在其上形成有源电极108和漏电极110的栅绝缘膜112上形成具有像 素接触孔120的保护膜118。具体而言，在其上形成有源电极108和漏电极110的栅绝缘膜 112上通过如旋涂等方法涂布液体有机绝缘树脂时，形成保护膜118。保护膜118的厚度为 1 μ m 2 μ m。在此情形中，厚度低于1 μ m的保护膜118无法使下基板上的薄膜晶体管的 阶梯平整。通过光刻法和蚀刻将保护膜118图案化，以形成使漏电极110露出的像素接触 孔 120。参见图6C，在其上形成有保护膜118的下基板101上形成像素电极122。具体而 言，在其上形成有保护膜118的下基板101上通过如溅射等沉积形成透明导电膜。透明导 电膜由ITO (氧化铟锡)、Τ0(氧化锡)、IZO (氧化铟锌)、Sr^2和无定形ITO等形成。然后， 通过光刻法和蚀刻将透明导电膜图案化，以形成像素电极122。参见图6D，将如聚酰亚胺等取向剂1 涂布于其上形成有像素电极122的下基板 101上。取向剂1 形成为1 μ m 2 μ m的厚度。在其上形成有取向剂126的基板101上排列纳米图案模具140。纳米图案模具140 具有凸出部140a和凹陷部140b。纳米图案模具140的凸出部140a与取向膜124的待分别 形成取向膜124的凹陷图案12 的区域匹配，而纳米图案模具140的凹陷部140b与取向 膜124的待分别形成取向膜124的凸出图案124b的区域匹配。纳米图案模具140的凸出 部140a和凹陷部140b可以形成为具有如图4B所示的具有矩形截面的矩形波形状，或如图 4A所示的具有曲截面的正弦波形状。纳米图案模具140由具有橡胶特征的聚合物形成，具体而言，聚二甲基硅氧烷 PDMS，其可吸收取向剂126的溶剂。如图6E所示，纳米图案模具140与取向剂1 形成共 形接触，使得随着溶剂从取向剂126被吸收至纳米图案模具140的表面，取向剂1 通过纳 米图案模具140与下基板101之间的压力产生的毛细管作用移动到纳米图案模具140的凹 陷部140b内。在此情形中，将紫外光束导向下基板101的整个表面来烘烤取向剂126以形 成如图6E所示的取向膜124。取向膜IM包含具有纳米图案模具140的凹陷部140b的反 转印形状的凸出图案1Mb，和具有纳米图案模具140的凸出部140a的反转印形状的凹陷 图案12如。如图6F所示，将具有其上形成有凸出图案12 和凹陷图案124b的取向膜IM 的下基板101与纳米图案模具140分离。同时，将本发明的取向膜应用于图7所示的液晶屏。具体而言，液晶屏具有彼此相 对接合的薄膜晶体管基板150和滤色器基板170，两者之间设置有液晶层160。滤色器基板170包含形成于上基板172上用于避免漏光的黑矩阵174，产生 色彩的滤色器176，与像素电极一起形成电场的公共电极178，保持单元间隔的柱间隔器 (column spacer，未显示)，和覆盖于其上的上取向膜182。薄膜晶体管基板150包含形成于下基板上的彼此垂直的栅线156和数据线154、 与栅线156和数据线IM的每个交叉部分相邻的薄膜晶体管158、形成于每个由栅线156和 数据线154的交叉结构界定的像素区上的像素电极148、以及覆盖于其上的下取向膜184。液晶屏的滤色器176、黑矩阵174、柱间隔器(未显示)、薄膜晶体管158、栅线156、 数据线巧4和像素电极148可以通过用具有与上述元件的图案相一致的凹陷的纳米图案模 具来分别进行图案化。而且，本发明的采用纳米图案模具120图案化的取向膜140不仅可用于如图7所示的像素电极148和公共电极178形成于彼此不同的基板上的TN模式型液晶屏，而且可用 于像素电极148和公共电极178形成于相同基板上的IPS模式型液晶屏。此外，本发明的 用纳米图案模具164或140图案化的取向膜IM可用于所有需要摩擦的液晶屏。如上所述，本发明的薄膜晶体管基板及其制造方法具有以下优点。由于取向膜形成为具有与用纳米图案模具图案化的保护膜相一致的不平坦形状， 可以避免由相关技术的摩擦布所造成的取向膜表面上的刮痕的形成。最终，可以增加来自 液晶取向的单轴取向特征的黑色亮度，以提高对比度。而且，在平整化的保护膜上形成取向 膜使得能够进行由薄膜晶体管的阶梯造成的缺陷性取向，由此避免漏光。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不背离本发明的主旨或范围的情况下 进行各种修改和变化。因此，本发明涵盖了本发明的修改和变化形式，只要其属于所附权利 要求及其等同物的范围之内。
权利要求
1.一种薄膜晶体管基板，所述薄膜晶体管基板包含 形成于基板上的薄膜晶体管；保护膜，所述保护膜形成为使所述薄膜晶体管构成的阶梯平整并具有带有重复的凸出 图案和凹陷图案的不平坦表面；像素电极，所述像素电极形成于所述保护膜上以维持所述保护膜的不平坦形状；和 取向膜，所述取向膜形成于所述保护膜和所述像素电极两者之上以维持所述保护膜和 所述像素电极的不平坦形状。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其中，所述保护膜由丙烯酸酯类的有机绝缘 材料形成。
3.如权利要求2所述的薄膜晶体管基板，其中，所述保护膜的厚度为Ιμπι 2μπι， 所述凸出图案的宽度为IOOnm 200nm，所述凹陷图案的宽度为200nm 400nm且深度为 50nm lOOnm，且所述像素电极和所述取向膜各自的厚度为50nm lOOnm。
4.一种薄膜晶体管基板的制造方法，所述方法包括以下步骤 在基板上形成薄膜晶体管；形成保护膜，所述保护膜使所述薄膜晶体管构成的阶梯平整并具有带有重复的凸出图 案和凹陷图案的不平坦表面；在所述保护膜上形成像素电极以维持所述保护膜的不平坦形状；和 在所述保护膜和所述像素电极两者之上形成取向膜以维持所述保护膜和所述像素电 极的不平坦形状。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述保护膜由丙烯酸酯类的有机绝缘材料形成。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述保护膜的厚度为1μ m 2 μ m，所述凸出图案 的宽度为IOOnm 200nm，所述凹陷图案的宽度为200nm 400nm且深度为50nm lOOnm， 且所述像素电极和所述取向膜各自的厚度为50nm lOOnm。
7.如权利要求4所述的方法，其中，形成保护膜的所述步骤包括以下步骤 在其上形成有所述薄膜晶体管的所述基板上涂布有机绝缘树脂，在所述有机绝缘树脂上排列具有凹陷部和凸出部的纳米图案模具， 在所述有机绝缘树脂和所述纳米图案模具彼此接触的状态下，通过烘烤所述有机绝缘 树脂来形成具有所述凸出图案和所述凹陷图案的保护膜，和 将所述纳米图案模具从所述保护膜分离。
8.一种薄膜晶体管基板的制造方法，所述方法包括以下步骤 在基板上形成薄膜晶体管；形成保护膜，以使所述薄膜晶体管构成的阶梯平整； 在所述保护膜上形成像素电极；和形成取向膜，所述取向膜使所述保护膜与所述像素电极之间的阶梯平整并且具有带有 重复的凸出图案和凹陷图案的不平坦表面。
9.如权利要求8所述的方法，其中，形成取向膜的所述步骤包括以下步骤 在其上形成有所述薄膜晶体管的所述基板上涂布取向剂，在所述取向剂上排列具有凹陷部和凸出部的纳米图案模具，在所述取向剂和所述纳米图案模具彼此接触的状态下，通过烘烤所述取向剂来形成具有所述凸出图案和所述凹陷图案的取向膜，和 将所述纳米图案模具从所述取向膜分离。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述保护膜由丙烯酸酯类的有机绝缘树脂形成， 且所述取向膜的厚度为1 μ m 2 μ m。
全文摘要
本发明涉及薄膜晶体管基板及其制造方法，其可缩短工艺时间、避免取向膜处发生刮伤和提高黑色亮度。所述薄膜晶体管基板包含形成于基板上的薄膜晶体管、形成为使所述薄膜晶体管构成的阶梯平整并具有带有重复的凸出图案和凹陷图案的不平坦表面的保护膜、形成于所述保护膜上以维持所述保护膜的不平坦形状的像素电极、以及形成于所述保护膜和像素电极两者之上以维持所述保护膜和像素电极的不平坦形状的取向膜。
文档编号H01L21/77GK102104050SQ20101057252
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月3日 优先权日2009年12月22日
发明者安汉镇, 朴修贤 申请人:乐金显示有限公司