CN1237384C - 透射反射型液晶显示设备的阵列基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种透射反射型液晶显示设备的阵列基板，包括：基板上的栅线；与栅线交叉的数据线，栅线与数据线限定了具有透射部分和反射部分的像素区域；连接到栅线的栅极；栅极上彼此分开的源极和漏极，源极和漏极彼此分开，源极连接至数据线；与源极和漏极同一层的反光层，反光层位于像素区域内，具有对应于透射部分的透射孔；以及连接至漏极的像素电极，像素电极位于像素区域内，其中，源极和漏极以及反光层具有多层金属，所述多层中的顶层包括反光金属材料。

Description

透射反射型液晶显示设备的阵列基板及其制造方法
本申请要求2002年7月15日提出的韩国专利申请No.2002-41289的优先权，在此全文引入作为参考。
技术领域
本发明涉及液晶显示设备，具体而言，涉及一种透射反射型液晶显示设备和使用更少的掩膜进行制造的方法。
背景技术
液晶显示设备(LCD)正发展成为新一代显示设备，因为其具有重量轻，厚度薄，以及低功耗等优点。
一般来讲，LCD设备是一种无辐射显示设备，利用加于薄膜晶体管(TFT)阵列基板和滤色器(C/F)基板之间的液晶分子的光学各向异性特性而显示图像。最近，在广泛使用的多种LCD设备中，由于其高分辨率并能很好地显示运动图像，有源矩阵LCD设备(AM-LCD)得到了很大发展，其中各个像素区域的薄膜晶体管(TFT)排列成矩阵。
图1是根据背景技术的LCD设备的横截面示意图。
在图1中，第一基板2和第二基板4彼此分开并相对，液晶层6位于其中。栅极8位于第二基板4的内表面上，栅绝缘层9位于栅极8上。半导体层11包括有源层11a和欧姆接触层11b，位于栅极8上的栅绝缘层9之上。源极13和漏极15位于半导体层11上。源极13和漏极15彼此分开，有源层11a对应于源极13和漏极15之间的空间，作为沟道“ch.”。栅极8、半导体层11、以及源极13和漏极15构成了薄膜晶体管(TFT)“T.”。尽管没有在图1中显示，连接至栅极8的栅线沿第一方向排列，连接至源极13的数据线沿与第一方向交叉的第二方向排列。栅线和数据线的交叉点限定了像素区域“P”。包含漏极接触孔17的钝化层19位于薄膜晶体管TFT“T”上，通过漏极接触孔17连接至漏极15的像素电极21位于像素区域“P.”中。
相应于像素电极21的滤色层23位于第一基板2的内表面上。滤色层只透射特殊波长的光。黑色矩阵27位于相邻滤色层23之间的边界处，以防止光泄露和环境光进入TFT“T.”内。公共电极29位于滤色层23和黑色矩阵27上，用于向液晶层6提供电压。为防止液晶层6的泄露，第一基板2和第二基板4的外围部分用密封结构31进行密封。隔离体33位于第一基板2和第二基板4之间，与密封结构31保持一致的单元间隙。公共电极29和液晶层6之间可以有第一定向膜(未显示)，液晶层6和像素电极21之间可以有第二定向膜(未显示)，以引导液晶层6的对准。
尽管没有在图1中显示，LCD设备在第二基板4下有背光单元作为光源。但是，背光单元发出的入射光在传播时会衰减，从而实际的透射率大约只有7％。相应的，LCD设备的背光单元需要高亮度，因此增大了背光单元的功耗。这样，就需要相对重的电池来为这种显示设备的背光单元提供充足的电源。由于功率需求的提高，电池不能在室外长时间使用。
为了克服上述问题，开发了反射型LCD设备和透射反射型LCD设备。反射型LCD设备使用环境光代替背光单元发出的光，从而重量轻，便于携带。另外，反射型LCD设备的功耗降低，因此反射型LCD设备可以用于便携式显示设备，如电子日记本或个人数字助理(PDA)。在反射型和透射反射型LCD设备中，在像素区域中形成有具有高反光性的金属材料反光层。反光层可以位于透明电极的上面或下面的像素区域内。最近，透明电极形成为位于反光层的上面，可更方便地引导液晶层的对准。即使具有这种结构，透射反射型LCD设备也具有多层绝缘层来保护反光层，防止透明电极和反光层之间的电短路。
图2A至2G是横截面示意图，显示了根据背景技术的包括多层绝缘层的透射反射型液晶显示设备的阵列基板显示区域的制造过程。图3A至3G是横截面示意图，显示了根据背景技术的包括多层绝缘层的透射反射型LCD设备的阵列基板非显示区域的制造过程。阵列基板上的图案通过包括沉积、涂布、光刻和蚀刻等掩膜处理而形成，根据掩膜处理的次数显示这些图。
在图2A和3A中，通过第一掩膜处理在基板4上形成栅极10和第一金属材料的第一对准键12。
在图2B和3B中，在栅极10和第一对准键12上形成第一绝缘材料的栅绝缘层14之后，通过第二掩膜处理在栅极10上的栅绝缘层14之上形成半导体层16，其包含非晶硅(a-Si)的有源层16a和掺杂非晶硅(n+a-Si)的欧姆接触层16b。
在图2C和3C中，通过第三掩膜处理在半导体层16上形成第二金属材料的源极18和漏极22。源极18和漏极22彼此分开。同时，在栅绝缘层14上形成连接至源极18的数据线20，在第一对准键12上的栅绝缘层上形成第二对准键24。栅极10、半导体层16以及源极18和漏极22组成了薄膜晶体管(TFT)“T.”。
在图2D和3D中，在TFT“T”和第二对准键24上顺序地形成了第一、第二和第三钝化层25、26和28对准键之后，通过第四掩膜处理在第一、第二和第三钝化层25、26和28中形成露出第二对准键24的第一开口部分30。第一开口部分30用于防止第二对准键24被相对厚的第二钝化层26遮住。这样，用于第四掩膜处理的掩膜具有比前面第一到第三掩膜处理更简单的结构。
在图2E和3E中，通过第五掩膜处理在TFT“T”上的第三钝化层28上形成由具有高反光性的第三金属材料制成的反光层32。反光层32具有露出第三钝化层28的第二开口部分34。在形成反光层32的这个步骤中，第二对准键24要用于第五掩膜处理。第一和第三钝化层25和28由氮化硅(SiNx)制成，第二钝化层26由苯并环丁烯(BCB)制成。形成第一钝化层25是为了改善TFT“T.”的电特性。形成第二钝化层26是为了降低反光层32和透明电极(未显示)之间的电干扰。形成第三钝化层28是为了改善第二钝化层26和反光层32之间的接触特性。
在图2F和3F中，在反光层32和第二对准键24上形成第四钝化层36之后，通过第六掩膜处理，在第一至第四钝化层25、26、28和36中对应于第二开口部分34的地方形成露出漏极22的漏极接触孔38。第四钝化层36由与第一和第二钝化层25和28相同的材料制成。形成第四钝化层36是为了防止反光层32和透明电极(未显示)之间的电镀现象(一种腐蚀现象)。
在图2G和3G中，通过第七掩膜处理在像素区域“P”中的第四钝化层36上形成透明导电材料的透明电极40。透明电极40通过漏极接触孔38连接到漏极22。像素区域“P”包括对应于反光层32的反射部分和透射部分。图像在反射部分中是使用环境光显示的，而在透射部分，图像是使用背光单元(未显示)的光显示的。
如图2A至2G和图3A至3G所示，透射反射型LCD设备的阵列基板是通过七个掩膜处理形成的，包括：栅处理、半导体层处理、数据处理、反光层处理、对准键开口处理、接触孔处理和透明电极处理。这样，透射反射型LCD设备的阵列基板比透射型LCD设备需要更多的生产步骤，在掩膜处理中要重复化学和/或物理处理。因此，随着生产步骤的增加，生产成本和设备损坏的可能性也会增加。
发明内容
因此，本发明致力于一种液晶显示设备，其能够有效消除由于背景技术的限制和缺点所导致的一个或者多个问题。
本发明的一个优点是，提供了一种透射反射型液晶显示设备，其通过减少掩膜处理的数目而提高了生产效率。
本发明的一个优点是，提供了一种透射反射型LCD设备的阵列基板，其源极和漏极具有多层金属材料，并省略了附加的反光层。
在下面的描述中将阐明本发明的附加特征和优点，其中的部分将通过说明书而理解，或者通过本发明的实践而体验到。通过说明书、权利要求书以及附图中具体指出的结构，可以实现和获得本发明的这些和其他优点。
为了获得本发明的这些和其他优点，并且根据本发明的目的，如这里所实施和广泛描述的，提供了一种透射反射型LCD设备的阵列基板，其可以包括，例如：基板上的栅线；与栅线交叉的数据线，栅线与数据线限定了具有透射部分和反射部分的像素区域；连接到栅线的栅极；栅极上彼此分开的源极和漏极，源极连接至数据线；与源极和漏极相同层的反光层，反光层位于像素区域内，具有对应于透射部分的透射孔；连接至漏极的像素电极，像素电极位于像素区域内，其中源极和漏极以及反光层具有多层金属，其中多层金属中的顶层包括反光金属材料。
在本发明的另外一个方面，提供了一种透射反射型液晶显示设备阵列基板的制造方法，其可以包括，例如：通过第一掩膜处理在基板上形成栅极和栅线；在栅极和栅线上形成第一绝缘层；通过第二掩膜处理在栅极上方的第一绝缘层上形成半导体层；通过第三掩膜处理形成半导体层上的源极和漏极，交叉于栅线的数据线，和第一绝缘层上的反光层，源极和漏极彼此分开，源极连接至数据线，栅线与数据线限定了具有透射部分和反射部分的像素区域，反光层位于像素区域内，具有对应于透射部分的透射孔，源极和漏极、数据线以及反光层具有多层金属，其中多层中的项层包括反光金属材料；通过第四掩膜处理在源极和漏极、数据线和反光层上形成第二绝缘层，第二绝缘层具有露出漏极的漏极接触孔；通过第五掩膜处理在第三绝缘层上形成像素电极，像素电极包括透明导电材料，像素电极通过漏极接触孔连接到漏极。
在本发明的另外一个方面，提供了一种透射反射型液晶显示设备阵列基板的制造方法，其可以包括，例如：在基板上形成栅极和栅线；在栅极和栅线上形成第一绝缘层；在第一绝缘层上形成半导体层，半导体层具有有源层和欧姆接触层；在第一绝缘层上同时形成具有多个层的源极和漏极、数据线以及反光层，其中，栅线与数据线限定了具有透射部分和反射部分的像素区域；形成由透明导电材料制成并与漏极电连接的像素电极。
应当理解的是，上述的一般性描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，用于为权利要求所限定的本发明提供进一步的解释。
附图说明
附图帮助更好地理解本发明，显示了本发明的实施例，并且与文字说明一起解释本发明的原理。附图中：
图1是根据背景技术的液晶显示设备的横截面示意图；
图2A至2G是横截面示意图，显示了根据背景技术的包括多层绝缘层的透反射型液晶显示设备的阵列基板显示区域的生产工艺；
图3A至3G是横截面示意图，显示了根据背景技术的包括多层绝缘层的透反射型液晶显示设备的阵列基板非显示区域的生产工艺；
图4是本发明的液晶显示设备的平面示意图；
图5A至5E是横截面示意图，显示了根据本发明实施例的包括多层绝缘层的透反射型液晶显示设备的阵列基板显示区域的生产工艺；
图6A至6E是横截面示意图，显示了根据本发明实施例的包括多层绝缘层的透反射型液晶显示设备的阵列基板非显示区域的生产工艺。
具体实施方式
现在对本发明的具体实施方式进行详细的说明，在附图中说明了其实例。在图中，相同的标号指的是相同或者类似的部分。
图4是本发明的液晶显示设备的平面示意图。
在图4中，栅线111和数据线120相互交叉，并限定了像素区域“P.”。栅极110由栅线111处延伸出来。半导体层116位于栅极110上。源极和漏极118和122彼此分开，且与栅极110和半导体层116重叠。源极118由数据线120处延伸出来。栅极110、半导体层116以及源极118和漏极122组成了薄膜晶体管(TFT)“T.”。具有透射孔123的反光层124位于像素区域“P”内，与数据线120同一层。通过漏极接触孔132连接至漏极122的像素电极136位于像素区域“P.”内。像素区域“P”包括对应于透射孔123的透射部分和对应于反光层124的反射部分。数据线120以及源极118和漏极122具有多个层，其顶层由具有高反光性的金属材料制成。相应地，反光层124可以和数据线120以及源极118和漏极122同时形成，这会减少掩膜处理的数目。
由于数据线120和反光层124位于同一层，数据线120和反光层124彼此分开大约5μm至7μm的距离，以防止它们之间的电短路。另外，第一电容电极113由栅线111处延伸出来，第二电容电极121位于第一电容电极113上方。第二电容电极121可以与数据线120位于同一层，第一绝缘层(未显示)位于第一和第二电容电极113和121之间。像素电极136通过第二绝缘层(未显示)中的电容接触孔125与第二电容电极连接。相应地，第一和第二电容电极113和121，以及第一绝缘层组成了连接到TFT“T.”的存储电容“CST”。
图5A至5G是横截面示意图，显示了根据本发明实施例的包括多层绝缘层的透射反射型液晶显示设备的阵列基板显示区域的生产工艺；图6A至6G是横截面示意图，显示了根据本发明实施例的包括多层绝缘层的透射反射型液晶显示设备的阵列基板非显示区域的生产工艺。
在图5A和6A中，通过第一掩膜处理在基板100上形成第一金属材料的栅极110和第一对准键112。
在图5B和6B中，在栅极110和第一对准键112上形成第一绝缘材料的栅绝缘层114之后，通过第二掩膜处理在栅极110上的栅绝缘层114上形成半导体层116，其包含非晶硅(a-Si)的有源层116a和掺杂非晶硅(n+a-Si)的欧姆接触层116b。第一绝缘材料可以由硅绝缘材料组成，比如氮化硅(SiNx)。
在图5C和6C中，通过第三掩膜处理在半导体层116上形成第二金属材料的源极118和漏极122。源极118和漏极122彼此分开。同时，在栅绝缘层114上形成连接至源极118的数据线120，以及反光层124和第二对准键126。这样，数据线120、反光层124和第二对准键126与源极118和漏极122具有相同的层。反光层124位于像素区域“P”内，第二对准键126对应于第一对准键112。栅极110、半导体层116以及源极118和漏极122组成了薄膜晶体管(TFT)“T.”。
数据线120具有多个层，项层包括具有高反光性的金属材料，底层包括具有高抗化学腐蚀性的金属材料。例如，顶层可以包括铝(Al)和铝(Al)合金中的一种，如铝钕合金(AlNd)，底层可以包括钼(Mo)、钨(W)、镍(Ni)和钛(Ti)其中的一种。因此，源极118包括第一和第二副源极118a和118b。同时，漏极122包括第一和第二副漏极122a和122b，数据线120包括第一和第二副数据线120a和120b，反光层124包括第一和第二副反光层124a和124b，第二对准键126包括第一和第二副第二对准键126a和126b。由于第二副反光层124b由具有高反光性的金属材料制成，所以反光层124可通过第三掩膜处理与源极118和漏极122以及数据线120同时形成。
在图5D和6D中，在TFT“T”和第二对准键126上顺序地形成第一和第二钝化层128和130之后，通过第四掩膜处理在第一和第二钝化层128和130中形成露出漏极122的漏极接触孔132和露出第二对准键126的开口部分134。第一钝化层128包括无机绝缘材料组中的一种，第二钝化层130包括具有低介电常数的有机绝缘材料组中的一种。例如，第一和第二钝化层128和130可以分别由硅绝缘材料和苯并环丁烯(BCB)制成。背景技术中开口部分要通过附加的掩膜处理形成。在本实施例中，由于反光层124与源极118和漏极122通过第三掩膜处理同时形成，所以开口部分134可以通过形成漏极接触孔132的第四掩膜处理形成。相应地，形成开口部分的附加掩膜处理可以省掉。
在图5E和6E中，通过第五掩膜处理在像素区域“P”内的第二钝化层130上形成透明导电材料的像素电极136。像素电极136通过漏极接触孔132连接到漏极122。像素区域“P”包括对应于反光层124的反射部分和对应于透射孔123的透射部分。图像在反射部分是使用环境光显示的，而在透射部分，图像是使用背光单元的光(未显示)显示的。
由于反光层、数据线、源极和漏极以及对准键可同时形成，具有多个层，其项层包括具有高反光性的金属材料，所以可省略对准键的附加掩膜处理。因此，可获得高生产率和低生产成本。
对于本领域的技术人员，很明显，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明的进行多种改进和变化。因此，如果这些改进和变化落在所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明涵盖这些改进和变化。

Claims (20)

1.一种透射反射型液晶显示设备的阵列基板，包括：
基板上的栅线；
与栅线交叉的数据线，栅线与数据线限定了具有透射部分和反射部分的像素区域；
连接到栅线的栅极；
栅极上彼此分开的源极和漏极，源极连接至数据线；
与源极和漏极同一层的反光层，反光层位于像素区域内，具有对应于透射部分的透射孔；以及
连接至漏极的像素电极，像素电极位于像素区域内，
其中，源极和漏极以及反光层具有多层金属，
其中，所述多层中的顶层包括反光金属材料。
2.根据权利要求1所述的阵列基板，其中，反光金属材料是包含铝(Al)的金属。
3.根据权利要求2所述的阵列基板，其中的金属是铝钕合金(AlNd)。
4.根据权利要求1所述的阵列基板，其中，数据线和反光层彼此分开大约5μm至7μm的距离。
5.根据权利要求1所述的阵列基板，进一步包括第一到第三绝缘层和半导体层，其中，第一绝缘层位于栅极和栅线上，半导体层位于第一绝缘层上，第二和第三绝缘层依次位于源极和漏极以及反光层上，第二和第三绝缘层具有可露出漏极的漏极接触孔。
6.根据权利要求5所述的阵列基板，进一步包括第一和第二电容电极，其中，第一电容电极与栅线是同一层，第二电容电极与数据线是同一层，第二电容电极与第一电容电极重叠。
7.根据权利要求6所述的阵列基板，其中，第一绝缘层位于第一和第二电容电极之间，第二电容电极通过第二和第三绝缘层中的电容接触孔连接到像素电极。
8.一种透射反射型液晶显示设备阵列基板的制造方法，包括：
通过第一掩膜处理在基板上形成栅极和栅线；
在栅极和栅线上形成第一绝缘层；
通过第二掩膜处理在栅极上的第一绝缘层上形成半导体层；
通过第三掩膜处理形成半导体层上的源极和漏极，交叉于栅线的数据线，和第一绝缘层上的反光层，源极和漏极彼此分开，源极连接至数据线，栅线与数据线限定了具有透射部分和反射部分的像素区域，反光层位于像素区域内，具有对应于透射部分的透射孔，源极和漏极、数据线以及反光层具有多层金属，其中多层中的顶层包括反光金属材料；
通过第四掩膜处理在源极和漏极、数据线和反光层上形成第二绝缘层，第二绝缘层具有露出漏极的漏极接触孔；以及
通过第五掩膜处理在第三绝缘层上形成像素电极，像素电极包括透明导电材料，像素电极通过漏极接触孔连接到漏极。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
通过第三掩膜处理在基板的非显示区域中形成第一对准键；以及
通过第四掩膜处理在第一对准键上形成第二绝缘层，第二绝缘层具有露出第一对准键的开口部分。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：通过第一掩膜处理在基板上形成第二对准键，其中，第二对准键与第一对准键相对应。.
11.根据权利要求8所述的方法，其中，数据线和反光层彼此分开大约5μm至7μm的距离。
12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：形成第一和第二电容电极，其中，第一电容电极通过第一掩膜处理在基板上形成，第二电容电极通过第三掩膜处理在第一绝缘层上形成，并与第一电容电极相互重叠。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：通过第四掩膜处理在第二绝缘层中形成电容接触孔，其中电容接触孔露出第二电容电极，像素电极通过电容接触孔连接到第二电容电极。
14.一种透射反射型液晶显示设备阵列基板的制造方法，包括：
在基板上形成栅极和栅线；
在栅极和栅线上形成第一绝缘层；
在第一绝缘层上形成半导体层，半导体层具有有源层和欧姆接触层；
在第一绝缘层上同时形成具有多个层的源极和漏极、数据线以及反光层，其中，栅线与数据线限定了具有透射部分和反射部分的像素区域；以及
形成由透明导电材料制成并与漏极电连接的像素电极。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：在第一绝缘层上与源极和漏极、数据线以及反光层同时形成第一对准键。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：与栅极和栅线同时形成第二对准键，其中，第二对准键与第一对准键相对应。
17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
在源极和漏极、数据线以及反光层上形成第二绝缘层，第二绝缘层具有露出漏极的漏极接触孔。
18.根据权利要求17所述的方法，其中像素电极通过漏极接触孔电连接到漏极。
19.根据权利要求14所述的方法，其中数据线和反光层彼此分开，从而数据线和反光层电绝缘。
20.根据权利要求14所述的方法，其中反光层的顶层具有高反光性，反光层的底层具有高抗化学腐蚀性。
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