专利名称：带有蚀刻电极的等离子体寻址液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电器件，更具体地说涉及通常被成为“PALC”显示器件的等离子体寻址光电显示板。
PALC型显示器件一般包括一种夹层结构上面淀积有平行的透明列电极的第一衬底，由于一般采用了铟-锡氧化物，所以通常称为“ITO”列或电极，上面淀积有彩色滤光层；第二衬底包括对应于与全部ITO列交叉的显示行的平行密封等离子体沟道，每条沟道中填充有低压离子化的气体，例如氦、氖和/或氩，并包括沿着沟道被隔开的阴极和阳极，用于对气体进行电离，产生等离子体，该沟道由薄的透明电介质片隔开；以及位于衬底之间的液晶(LC)材料。该结构的作用如同一种有源矩阵液晶显示器，其中在每个像素的薄膜晶体管开关元件被作为行开关和能够有选择地对LC像素元件的行寻址的等离子体沟道所代替。在工作过程中，代表显示图象的数据信号的随后的行被在列位置取样，并且被取样的数据电压分别施加到ITO列。除了一行等离子体沟道外，所有的沟道都处于去电离或非导电状态。一条电离的选择沟道的等离子体导通，事实上在LC层的一行像素的相邻侧建立起一个参考电势，使得对每个LC像素充电达到数据信号的施加的列电势。电离的沟道被关断，隔离LC像素电荷，并在一帧期间存储数据电压。当下一行数据出现在ITO列上时，只有随后的等离子体沟道行被电离，将数据电压存储在LC像素的随后的行中，等等。众所周知，对背景光或入射光每个LC像素的衰减量是像素上存储的电压的函数。在Buzak等人的“16英寸全彩色等离子体寻址液晶显示器”(技术报告文摘，对于Info.Displ.的1993SID Int.Symp.，Soc.，第883页至886页)中对此有更详细的描述。
在1993SID文摘中描述的PALC显示器的截面如图2所示。此处常常被称为“微片”的薄电介质片的厚度可以在30-50微米的范围内。它可以形成在所示的蚀刻玻璃衬底上和沿着弯曲的底表面提供的电极上。此外，如US专利第5214521中提出的，电极可以淀积在平的底板上，而顶板被蚀刻形成半圆筒形的沟道(如图2所示)其方式是沟道顶部的剩余玻璃足够薄，使得能够对相邻的LC材料寻址。提出的其它结构采用垂直侧壁，在面对面的侧壁上淀积着电极，这使得沟道的高度降低。(例如参见EP0 567 021A1)。
在所有已知的结构中，就我们所知，电极是通过已知的光刻工艺形成的，在这种工艺中，首先将全部表面覆盖电极材料，提供蚀刻剂掩模并形成图案，除电极的所需位置之外，将所有淀积的电极材料曝光，然后进行蚀刻步骤，用蚀刻剂有选择地腐蚀电极材料，直到去除所有曝光部分。这是一种昂贵且费时的工艺。
类似地，已知在板的相对侧提供所谓的展开区，以便简化单独接触阴极和阳极电极的过程。所有的阴极电极接触区在板的一侧展开和加宽，所有的阳极电极接触区在板的相对侧展开和加宽。然后再用标准的光刻工艺形成阴极和阳极电极的接触区，这增加了组装的费用。
发明概述本发明的一个目的是提供一种改进的电器件的接触结构和制作该结构的方法。
本发明的另一个目的是提供一种改进的沟道板和制作该沟道板以用于显示器件的方法。
本发明的再一个目的是提供沟道板或PALC显示器件的制作工艺，该工艺避免或最大限度地减小了对常规光刻工艺的需求。
根据本发明的第一方面，提供的沟道结构包括由基本垂直的侧壁限定的等离子体沟道，用于容纳相对表面上的电极。然后以常规方式淀积电极材料，以便覆盖衬底的整个表面。然后对带有淀积的电极材料的衬底进行干法自对准蚀刻工艺的处理，去掉除需要电极的地方之外的淀积材料。在一个最佳实施例中，干法自对准蚀刻工艺是一种已知的各向异性反应离子蚀刻(RIE)工艺或等离子体蚀刻工艺。在这一工艺中，反应离子基本垂直地指向衬底表面，其结果面对迎面而来的离子的淀积材料被去除了，它包括呈现基本水平方向的全部淀积材料和呈现基本垂直方向的仅一小部分淀积材料。因此，当电极形成在沟道的基本垂直的侧壁上时，在进行各向异性RIE工艺处理之后，不需要任何光刻步骤，只保留了所需的电极材料。
根据本发明的另一方面，电子器件的展开区由加宽的沟道和侧壁以及每个加宽的区域中的垂直结构构成。当展开区被覆盖电极材料并受到各向异性RIE工艺处理时，各个电极接触区之间的台面上的所有淀积材料以及垂直结构的顶部的覆盖物将被除去，但是垂直结构的侧面上和每个展开区的所述壁上的淀积材料将保留，形成易于接触的连续的加宽接触区。
所述方法特别适用于这样的器件，该器件包括带有垂直结构和由沟道侧壁和垂直结构上的电极材料形成的接触区的加宽的成沟道的展开区，这样形成的最终的产品也被认为是本发明的一部分。
所述方法和如此产生的展开区也可以用于任何类型的电器件，该器件包括紧密隔开的电极或许多电极，除非在更宽的区域展开，否则这些电极是很难连接的，这也被认为是本发明的一部分。
最好垂直结构形成为多个直立的列，这样来选择其尺寸和间隔，于是各向异性蚀刻步骤之后保留的电极材料的垂直延伸的层相互接触，并形成连续的电接触层，该层形成与沟道区中的连接电极的良好的低阻接触。
此处所述工艺易于与等离子体蚀刻工艺结合，其中借助于等离子体蚀刻工艺，蚀刻薄的电介质层，形成限定沟道的垂直侧壁。因此，此处所述的工艺具有自对准方法的优点，该方法用于提供由等离子体蚀刻工艺形成的每个腔的侧壁上的电极。
构成本发明特征的各种新颖之处由构成本公开的所附权利要求书指出。为了更好地理解本发明、其操作优点和使用目的，将参照附图描述本发明的最佳实施例，图中相同的参考号和字母表示相同或类似的部分。
附图的简要说明
图1是常规的平板显示系统的示意性框图；图2是常规的PALC显示器件的一部分的透视图；
图3和4表示根据本发明制作沟道板的一种方式，其中电极是在沟道的垂直侧壁上；图5是根据本发明的沟道板的一侧的一部分的平面图，表示相邻的展开区；图6提供了表示用于图5的不同阴影区的意义的表示法；图7是沿图5的线7-7剖开的局部剖视图；图8是沿图5的线8-8剖开的局部剖视图。
最佳实施例的详细描述图1表示平板显示系统10，它代表典型的PALC显示器件和运行的电子电路。参照图1，平板显示系统包括具有显示表面14的显示板12，显示表面14包括由按规定是相同的数据存储器或显示单元16(它们在垂直和水平方向隔开预定的距离)的矩形平面矩阵形成的图形。矩阵中每个显示单元16代表以垂直的列排列的细的窄电极18和以水平行排列的长的窄沟道20的重叠部分。(电极18以后常常称为“列电极”)。沟道行20中的每行内的显示单元16代表一行数据。
列电极18和沟道20的宽度决定显示单元16的尺寸，显示单元16一般是矩形。列电极18淀积在第一非导电的透光衬底34的主要表面上，而沟道行通常形成在透光衬底36中。本领域的一般技术人员将理解，某些系统例如或者直接观看式或者投影式的反射显示器都只需要一层衬底透光。
列电极18接收由数据驱动器或驱动电路24的输出放大器23(图2)的不同的放大器在平行输出导体22’上形成的模拟电压的数据驱动信号，沟道20接收由数据选通或选通装置或选通电路28的输出放大器21(图2)的不同的放大器在平行输出导体26’上形成的脉冲电压的数据选通信号。每个沟道20包括基准电极30(图2)，上面施加了对每条沟道20和数据选通电路28是共同的参考电势。
为了在显示器表面14的整个区域上合成一幅图象，显示系统10利用扫描控制电路32，该电路将数据驱动器24和数据选通电路28的供能予以协调，因此在行扫描方式下，显示板12的显示单元16的全部列被逐行寻址。显示板12可以利用不同类型的光电材料。例如，如果采用改变入射光线的偏振状态的这种材料，将显示板12放在一对偏振光滤光片之间，那么该滤光片与显示板12共同作用，改变通过它们传播的光线的亮度。然而采用弥散的液晶单元作为光电材料将不需要使用偏振滤光片。根据两端电压衰减光的传播或反射的所有这些材料或材料层在此处称为光电材料。由于LC材料代表最常用的例子，所以对LC材料进行详细描述，但是应懂得，本发明不限于此。彩色滤光片(未示出)可以放在显示板12中，形成可控色彩多色彩图象。对投影显示器而言，还以利用三个分开的单色板12得到彩色，每个单色板控制一种基色。
图2表示采用LC材料的这样一种显示板的PALC显示器件。图中只表示了三个列电极18。在LC材料的层42下面的多个平行的长形密封沟道构成行电极20(图2)。每条沟道20填充被离子化的气体44，由一般是玻璃的薄电介质片45隔开，并且在内沟道表面上包括第一和第二隔开的长形电极30、31，这些电极在每条沟道的整个长度上延伸。第一电极30接地，通常称为阴极。由于第二电极31将被施加相对于阴极是正的选通脉冲，所以它称为阳极，正的选通脉冲足以使阴极30发射电子，以便使气体电离。如上所述，每条沟道20具有用选通脉冲电离的气体，以便形成等离子体和与上面的LC层42中的一行像素相连的接地线。当选通脉冲结束时，和去电离以后，下一个沟道被选通和被导通。由于列电极18中的每个电极与整个列像素交叉，所以为了避免相互干扰，每次只允许有一个等离子体行被连接。
制作PALC器件一般是通过提供第一和第二衬底34、36完成的，第一衬底34包括在上面气相沉积ITO列电极18的玻璃板，接下来是在ITO电极上进行彩色滤光片处理，以产生RGB条(未示出)，接下来是黑色包围处理和液晶对直处理。对也是玻璃板的第二衬底36进行掩模和蚀刻，形成沟道20，接下来对等离子体电极材料进行淀积、掩模和蚀刻，形成阴极30和阳极31电极。然后在沟道的隆起部分50密封薄的电介质玻璃微片45，将沟道20密封，然后将沟道20抽空，再用低压被离子化的气体如氦、氖和可选择的氩填充，并予以密封。然后对微片45的曝光表面进行LC对准。然后将两个组装的衬底组装成一块板，两个LC对准的表面隔开并面对面，空间中引入LC材料42，并且与列电极18和等离子体电极30、31实现电连接。
图3是根据本发明的液晶显示板的一种形式的等离子体沟道区的局部剖视图。对玻璃衬底60的等离子体蚀刻形成了具有几乎垂直的侧壁63的玻璃沟道61。厚的平面玻璃底板60可以形成等离子体沟道61的衬底。此外，如EP0 567 021A1中所描述的那样，也可以用其它方式形成几乎垂直的侧壁。
然后，在由衬底60、63的底和侧壁形成的成形衬底上溅射淀积电极材料，例如Cr-Cu-Cr。图3表示在蚀刻电极之前用电极材料65覆盖的蚀刻的沟道61和侧壁63。然后，在标准条件下通过等离子体蚀刻各向异性地蚀刻电极材料。各向异性蚀刻的装置(反应离子基本垂直地指向沟道底部的表面和形成在侧壁的顶部的台面)垂直地示于图3中的67。继续进行蚀刻，直到电极材料全部从沟道的底部和由侧壁形成的台面的顶部中蚀刻掉。众所周知，金属和玻璃衬底对反应离子的选择性不同将阻止玻璃被蚀刻。适合的蚀刻剂的例子可以在作为对比文件的第二相关申请中找到，它们包括例如CF4、CHF3和Ar。可以采用较好地蚀刻存在玻璃的电极材料的其它蚀刻剂。作为一个例子，衬底部分在标准条件下放在常规的RIE反应器中，采用如CF4+O2或CHF3+O2和类似的氟、氯或溴的化合物，气体混合物中O2的含量一般为5-30％。可以得到1/2-1μ/m的蚀刻率。
各向异性蚀刻工艺的结果将是台面顶部和沟道底部表面上的材料被蚀刻掉，但是只有电极材料顶部的一个很小的区域保留在沟道的侧壁上。图4表示蚀刻掉电极材料而只留下形成所需的金属侧壁63的所需电极部分69的经蚀刻的沟道61。电极69相对于整个沟道深度的高度可以通过延长和缩短蚀刻过程来加以控制。如果选择了良好的工艺，那么只有电极材料被蚀刻掉，而不会损伤玻璃。
在相关申请中描述的等离子体蚀刻玻璃沟道的优点是可以得到几乎垂直的侧壁，并且与湿法蚀刻相比污染较少。除了污染较少，本发明的等离子体蚀刻电极的优点是自对准，其意义是在这一步骤中不需要光刻工艺。
如上所述，沟道中的电极间隔相当小，简化了各个电极的接触，阴极电极延伸进一个展开区，在该展开区在板的一侧可以对它们加宽，阳极电极类似地展开，并在板的相对侧加宽。根据本发明的进一步的特征，各向异性干法蚀刻工艺也可用来在不采用光刻工艺的情况下形成展开区接触。在本发明的一个最佳实施例中这是通过以下方式实现的在展开区中形成沟道，以便容纳加宽的电极，并在展开区沟道中形成直立的结构，它将防止各向异性蚀刻步骤的电极接触的中断。展开区中的沟道可以用形成等离子体沟道的相同工艺并在使用这种工艺的期间来构成。最佳实施例中的直立结构可以通过提供以某种方式分布的沟道中的多个局部列形成，这种方式使沟道和列的金属化侧壁将保持接触，以便提供每个电极的所需的连续接触区。
图5-8表示最佳实施例的一种形式。图5是沟道结构的一侧的平面图，表示由深色区域(如图6的表示法所示)代表的沟道侧壁63分开的两个沟道61的端部，称为沟道区70，与展开区72相邻。可以理解，实际的板将具有更多的沟道。每个沟道具有两个电极，阴极74和阳极76。图5仅表示阴极电极的展开区72，但是可以理解，未示出的阴极展开区将是类似的。展开区72允许窄的阴极电极74离开沟道区70并被加宽，如图所示为了便于接触，继续提供加大的接触区80。参考号90示意性地表示接触部分，由于展开区，它们可以被更宽地隔开。沟道区中的沟道61继续进入展开区，提供位于侧面和限定每个阴极接触区的侧壁82。如果淀积的电极材料继续进入加宽的展开区，而无本发明的直立结构，并进行各向异性的蚀刻处理，那么加宽的展开区底面上的电极材料也将被去除，只留下金属化的侧壁82，这将造成不希望的更高的电阻接触区，并且还使得与结果得到的窄的金属部分的接触非常困难。
根据本发明的特征，在展开区中形成了许多列84。最好是采用上述的和与相关申请中提到的相同的干法蚀刻工艺进行蚀刻形成列84，列84用于制作等离子体61和展开区80的沟道。列84以这样的方式分布，它们相互之间以及与侧壁82不再被进一步隔开，相距不超过淀积的电极材料的厚度的两倍。
图7类似于图4，是沟道区70的剖视图，表示对侧壁63进行金属化处理，以形成电极74、76。图8是穿过展开区72的剖视图。在侧面并限定各个电极接触区80的侧壁示于82。在使沟道金属化的过程中，各向异性蚀刻已经去除了淀积在侧壁82的台面的顶部以及列84的台面的顶部的全部淀积材料。但是展开区侧壁上的金属86和列侧壁上的金属88依然保留。于是，只要列的密度足够高，那么各向异性蚀刻步骤之后淀积的导电材料将充满列之间和列与沟道侧壁之间的区域(图8中的86和88所示)，形成基本连续的接触区。当列84之间和列84与侧壁82之间的间隔不超过淀积的电极材料的膜厚的大约两倍，就可以实现上述情况。结果，不用光刻就可形成包括展开区的整个电极结构。
最好展开区沟道远远比沟道区中的沟道浅，最好大约是淀积的电极材料厚度。为了清楚起见，这在图中未示出。其优点是最终的金属80靠近衬底的表面，因此更容易进行外部连接。为了避免阴极和阳极电极不应有的短路和在展开区的过渡部分将它们保持在充分隔离的状态，在每个沟道的展开区和沟道区之间提供用92表示的浅的斜坡区。如果省略列84，那么各向异性蚀刻过程将去除展开沟道的底部淀积的金属，而使侧壁的金属86不受触动。在这种情况下，尽管这不是所要求的，展开沟道可以做得更深，例如象沟道区那样深，并在随后的步骤中，可以用导电的环氧树脂或膏填充展开沟道至衬底的水平，以便简化接触，同时减小与沟道电极的接触电阻。
应当理解，本发明不限于所示的列结构84，遵循此处所述原则，也可以用其它直立的结构如矩形、圆形甚至是长形或弯曲形来代替。
本发明一般适合于所有种类的PALC显示器，这样的显示器通常具有小的沟道间距，用于计算机监视器、工作站或电视。这样的显示器最好具有在以下所述的范围之内的沟道尺寸。一般来说，给定所需的沟道间距p，b代表相邻的沟道61之间的侧壁63形成的隆起部分的宽度，h代表沟道的高度，对具有如图4所示的垂直侧壁和侧壁上的电极的沟道而言，h和b的最佳范围如下(i)0.03p≤b≤0.1p(ii) 0.28 p≤h≤0.34p当在上述范围中选择b时，隆起部分的宽度保持很小，便于做更大的孔；当在上述范围中选择h时，需要较短的蚀刻时间，而不必减少稳定的放电。
虽然已经结合最佳实施例描述了本发明，但是应懂得，对本领域的一般技术人员而言，在上述原则下进行改进是显然的，因此本发明不限于旨在包括这些改进的最佳实施例。
权利要求
1.一种沟道板，其特征在于它包括具有隔开的沟道的薄电介质片，每条沟道带有基本垂直的侧壁，以及在每条沟道的相对侧壁上的电极材料，沟道底部和侧壁顶部没有电极材料。
2.权利要求1的沟道板，其特征在于进一步包括分开接触在相对侧壁上的电极材料的装置，所述装置包括与每个电极材料部分连接并横向延伸的另一层电极材料。
3.权利要求2的沟道板，其特征在于分开接触电极材料的装置包括具有侧壁的展开区，带有位于展开区的侧壁上的进一步的电极材料。
4.一种等离子体寻址光电显示器件，包括一层光电材料，与光电层相连并用于接受启动光电层部分的数据电压的数据电极，多个长形等离子体沟道在用于使所述光电部分选择接通的数据电极的横向方向上延伸，薄电介质片状部件隔离面对数据电极和在等离子体沟道及光电层之间的侧面上的等离子体沟道，所述每条等离子体沟道包括隔开的长形阴极和阳极等离子体电极和被离子化的气体填充物，所述器件进一步包括电极的展开区，其特征在于(a)展开区包括带有基本是垂直的侧壁的沟道结构，(b)在沟道展开区的侧壁上的并且与等离子体沟道中的各个电极相连的电极金属。
5.权利要求4的器件，其特征在于与等离子体沟道相比，展开区中的沟道结构被加宽。
6.权利要求5的器件，其特征在于进一步包括具有在沟道展开区的沟道中和与沟道展开区侧壁隔开的基本垂直的侧壁的直立结构，所述电极金属基本填充直立结构侧壁和沟道展开区侧壁之间的空间。
7.权利要求6的器件，其特征在于直立结构包括许多隔开的列。
8.权利要求4的器件，其特征在于沟道的展开区具有比等离子体沟道浅的沟道。
9.权利要求4的器件，其特征在于在等离子体过渡到沟道展开区处形成浅的斜坡区，以便隔离阴极和阳极电极。
10.权利要求4的器件，其特征在于沟道展开区基本如等离子体沟道那样深，并且导电材料填充其侧壁之间的沟道展开区的沟道中的空间，以便改善电连接。
全文摘要
为了接触PALC器件，也将展开区形成沟道，并且展开区具有例如形成在展开区沟道中的列那样的直立结构，因此在列之间和列与侧壁之间的空间被填充淀积的金属，该金属与等离子体沟道中的电极接触。
文档编号H05K3/10GK1148896SQ96190233
公开日1997年4月30日 申请日期1996年3月6日 优先权日1995年3月29日
发明者J·布鲁因因克, K·E·基克, B·A·汗, A·L·J·贝格曼斯, H·R·J·R·范赫勒帕特, P·F·G·邦加尔斯 申请人:菲利浦电子有限公司