液晶显示装置及其制造方法 相关申请的交叉引用
本申请要求享有于 2010 年 9 月 20 日提交的韩国专利申请 No.10-2010-0092385 的权益， 此处援引该申请作为参考， 如同在此完全阐述一样。
技术领域
本发明涉及一种平板显示装置， 尤其涉及一种能提高驱动性能并能通过简化的制 造工艺降低制造成本的液晶显示装置及其制造方法。 背景技术 随着在诸如移动终端和笔记本电脑的各种移动电子设备方面的发展， 对于可应用 的平板显示装置的需求日益增加。
平板显示装置可包括液晶显示 (LCD) 装置、 等离子体显示面板 (PDP)、 场致发射显 示装置 (FED) 和发光二极管显示装置 (LED) 等等。
在各种平板显示装置中， LCD 装置由于具有例如大规模生产的技术发展、 简易的驱 动方式、 低功耗、 高质量分辨率和大尺寸屏幕等各种优点而被广泛应用。
现有技术使用鼠标或键盘作为平板显示装置的输入设备。 近来使用触摸屏作为平 板显示装置的新的输入设备， 其中触摸屏使用户能够通过使用手指或笔直接输入信息。
触摸屏已广泛应用在各种领域中， 例如在诸如导航仪的移动终端、 工业用终端、 笔 记本电脑、 自动存取款机 (ATM)、 移动电话、 MP3、 PDA、 PMP、 PSP、 便携式游戏机、 DMB 接收器和 平板 PC 中 ； 以及在诸如冰箱、 微波炉和洗衣机的电器中。 此外， 触摸屏的简便操作迅速地扩 大了触摸屏的应用领域。
已进行了研究和开发以制造包括具有内置触摸屏的 LCD 装置的纤薄平板显示装 置。特别是， 单元内 (in-cell) 触摸型 LCD 装置得到最为积极的研究和开发， 其中所述单元 内触摸型 LCD 装置指的是利用存在于现有技术结构中的元件， 例如， 在下基板上的公共电 极， 作为触摸感测电极的 LCD 装置。
图 1 示出根据现有技术的具有内置触摸屏的 LCD 装置及其驱动方法。
参照图 1， 根据现有技术的具有内置触摸屏的 LCD 装置包括彼此接合的下基板 50 和上基板 60， 在两基板之间夹有液晶层 ( 未示出 )。
在上基板 60 上有黑矩阵 62 ； 红色滤色器 64R、 绿色滤色器 64G， 和蓝色滤色器 64B ； 以及涂覆层 66。在这种情况下， 黑矩阵 62 限定与多个像素的每一个对应的像素区域。并 且， 红色滤色器 64R、 绿色滤色器 64G 和蓝色滤色器 64B 分别形成在由黑矩阵 62 限定的各像 素区域中。涂覆层 66 覆盖红色滤色器 64R、 绿色滤色器 64G 和蓝色滤色器 64B 以及黑矩阵 62， 从而平坦化上基板 60。
在下基板 50 上有像素阵列 40， 像素阵列 40 包括多个像素 ( 未示出 ) 用以驱动所 述液晶层以及检测手指或笔的触摸点。
多个像素的每一个由彼此交叉的栅极线和数据线限定。 在栅极线和数据线交叉的
部分有薄膜晶体管 ( 以下称为 TFT)。多个像素的每一个包括公共电极和像素电极。
图 2 是示出在根据现有技术的具有内置触摸屏的 LCD 装置中的下基板的截面图。 图 2 示出在边缘场切换 (FFS) 模式中的下基板。
参照图 2， 下基板 50 的每个像素都形成在玻璃基板上。在每个像素中有用于阻止 入射光的遮光层 71 ； 在遮光层 71 上的缓冲层 51 ； 在缓冲层 51 上的有源层 ( 半导体层 )72 ； 在有源层 72 上的栅极绝缘层 52 ； 在栅极绝缘层 52 上的由金属材料形成的栅极 73， 其中栅 极 73 与有源层 72 部分重叠 ； 用于将栅极 73 与数据电极 ( 源极或漏极 )74 绝缘的层间电介 质 (ILD)53 ； 以及与有源层 72 电连接的数据电极 74。
这时， 数据电极 74 通过在用于暴露有源层 72 的预定部分的第一接触孔中掩埋金 属材料形成， 数据电极 74 与将要描述的像素电极 ( 像素 ITO)77 电连接。
在下基板 50 的每个像素中， 第一钝化层 (PAS0)54、 第二钝化层 (PAS1)55、 公共电 极 75、 导线 ( 第三金属 )76、 第三钝化层 (PAS2)56 以及像素电极 77 顺序地形成在层间电介 质 53 上。第一钝化层 (PAS0)54 和第二钝化层 (PAS1)55 形成为覆盖栅极 71 和数据电极 74。公共电极 75 形成在第二钝化层 55 上， 其中公共电极 75 由诸如氧化铟锡 (ITO) 的透明 导电材料形成。导线 76 形成在公共电极 75 的预定部分上。第三钝化层 56 形成为覆盖公 共电极 75 和导线 76。像素电极 77 与第三钝化层 56 的上部和数据电极 74 电连接， 其中像 素电极 77 由透明导电材料形成。 第二接触孔是通过部分地蚀刻第一钝化层 (PAS0)54、 第二钝化层 (PAS1)55 和第 三钝化层 (PAS2)56 形成的。通过所述第二接触孔， 数据电极 74 的上部暴露。
在这种情况下， 形成在第一钝化层 (PAS0)54 上的第二钝化层 (PAS1)55 的预定部 分被首先蚀刻， 然后第一钝化层 (PAS0)54 的预定部分和第三钝化层 (PAS2)56 的预定部分 被同时蚀刻， 从而暴露栅极 74 的上部。
像素电极 77 形成在通过蚀刻第一钝化层 (PAS0)54、 第二钝化层 (PAS1)55 和第三 钝化层 (PAS2)56 形成的接触孔的内部。由此， 像素电极 77 与数据电极 74 电连接。
在现有技术的结构中， 用于在数据电极 74 和像素电极 77 之间电连接的接触孔的 开口区域取决于第二钝化层 (PAS1)55 的蚀刻被确定。因此， 数据电极 74 的暴露区域减少， 使得在数据电极 74 和像素电极 77 之间的接触区域也减少， 从而恶化了接触效率。
此外， 在第二钝化层 55 之后蚀刻第三钝化层 56 的光刻期间， 可能存在由杂质造成 的对准失败和接触失败。
在根据具有上述结构的现有技术的具有内置触摸屏的 LCD 装置中， 在帧的显示周 期期间， 通过控制经过每个像素的液晶层的光的透射率， 显示基于视频信号的图像。在帧 的非显示周期期间， 公共电极 75 作为触摸感测电极被驱动， 从而感测基于用户触摸的电容 (Ctc)， 并通过感测的电容来检测触摸点 (TS)。
根据现有技术的具有内置触摸屏的 LCD 装置以这样的方式形成 ： 在每个单独的像 素中布置公共电极 75， 利用导线 76 使相邻的公共电极 75 电连接。
因此， 形成公共电极 75 的工艺与形成导线 76 的工艺被分开执行， 从而由于复杂的 制造工艺造成制造成本增加并且产量下降。
非晶硅 (a-Si)TFT 具有驱动速度低和在精细线宽设计方面的局限性的缺点。为了 克服这些缺点， 下基板 505 的元件 ( 例如 TFT) 可由低温多晶硅 (LTPS) 形成。
如图 3 所示， 如果下基板 505 的元件 ( 例如 TFT) 由低温多晶硅 (LTPS) 形成， 则制 造工艺不可避免地使用 10 个掩模。此外， 使用 10 个掩模要执行多个具体的工艺 ( 例如 155 个步骤 )。
形成公共电极 75 和导线 76 的各工艺要使用额外的掩模 ( “掩模 7” 用于公共电极 的形成， “掩模 8” 用于导线的形成 )， 由此要执行多个具体的工艺。
如上所述， 低温多晶硅 (LTPS) 与非晶硅 (a-Si) 相比有助于实现高分辨率， 并且有 助于实现优良的 TFT 操作特性。然而， 与使用非晶硅 (a-Si) 的情况相比， 掩模工艺的数量 增加， 由此造成复杂的制造工艺， 以致降低了价格竞争力和效率。 发明内容 因此， 本发明旨在提供一种基本上消除了由于现有技术的限制和缺陷而导致的一 个或多个问题的 LCD 装置及其制造方法。
本发明的一个方面在于提供一种通过使用低温多晶硅 (LTPS) 的下基板来提高驱 动效率的 LCD 装置及其制造方法。
本发明的另一个方面在于提供一种通过减少用于形成下基板的工艺的掩模的数 量来降低制造成本的 LCD 装置及其制造方法。
本发明的又一个方面在于提供一种通过简化下基板的制造工艺来提高制造效率 的 LCD 装置及其制造方法。
本发明的再一个方面在于提供一种通过增大在下基板上的数据电极和像素电极 之间的接触来提高接触效率的 LCD 装置及其制造方法。
本发明的其它优点和特点的一部分将在下面的描述中阐明， 并且其中的一部分对 于所属领域的普通技术人员来说在研究了下文之后将是显而易见的， 或可以通过对本发明 的实施获悉。本发明的目的和其它优点可以通过书面说明书、 权利要求书以及附图中具体 指出的结构实现和获得。
为实现这些和其他优点， 根据本发明的目的， 如在此具体化和广义描述的， 提供一 种液晶显示装置， 所述液晶显示装置包括 ： 具有像素区域的基板 ； 形成在所述像素区域中 的薄膜晶体管 ； 形成在所述薄膜晶体管上的第一钝化层 ； 穿过所述第一钝化层的一部分形 成的第一接触孔， 用以暴露数据电极 ； 公共电极， 所述公共电极形成在所述第一钝化层的包 括所述第一接触孔的内部的至少一部分上， 所述公共电极可操作为感测触摸 ； 导线， 所述导 线形成在所述第一钝化层的包括所述第一接触孔的内部的至少一部分上 ； 形成在所述公共 电极和所述导线上的第二钝化层 ； 穿过所述第二钝化层的一部分形成的第二接触孔， 用以 暴露与所述数据电极对应的导线 ； 以及与所述导线电连接的像素电极， 所述像素电极形成 在所述第二钝化层上和所述第二接触孔的内部， 其中所述第二钝化层和所述像素电极是通 过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺同时形成的。
根据本发明的另一方面， 提供了一种液晶显示装置的制造方法， 所述方法包括如 下步骤 ： 形成具有像素区域的基板 ； 在所述像素区域中形成薄膜晶体管 ； 在所述薄膜晶体 管上形成第一钝化层 ； 穿过所述第一钝化层的一部分形成第一接触孔， 用以暴露数据电极 ； 在所述第一钝化层的包括所述第一接触孔的内部的至少一部分上形成公共电极， 所述公共 电极可操作为感测触摸 ； 在所述第一钝化层的包括所述第一接触孔的内部的至少一部分上
形成导线 ； 在所述公共电极和所述导线上形成第二钝化层 ； 穿过所述第二钝化层的一部分 形成第二接触孔， 用以暴露与所述数据电极对应的导线 ； 以及形成与所述导线电连接的像 素电极， 所述像素电极位于所述第二钝化层上和所述第二接触孔的内部， 其中所述第二钝 化层和所述像素电极是通过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺同时形成的。
根据本发明的又一方面， 提供了一种液晶显示装置的制造方法， 所述方法包括如 下步骤 ： 在基板的每个像素区域中形成薄膜晶体管 ； 通过在所述薄膜晶体管上形成第一钝 化层并且部分蚀刻所述第一钝化层， 形成第一接触孔， 用以暴露数据电极 ； 在所述第一钝化 层上和所述第一接触孔的内部形成公共电极， 并且形成与所述公共电极电连接的导线 ； 通 过在所述公共电极和所述导线上形成第二钝化层并且部分蚀刻所述第二钝化层， 形成第二 接触孔， 用以暴露在与所述数据电极对应的区域中的导线 ； 以及在所述第二钝化层上和所 述第二接触孔的内部形成像素电极， 所述像素电极与所述导线电连接， 其中利用掩模通过 光刻、 蚀刻和灰化工艺同时形成所述第二钝化层、 所述第二接触孔和所述像素电极。
应该理解的是， 前面的概括描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的， 意在 对要求保护的本发明提供进一步说明。 附图说明 所包括的附图用来提供对本发明的进一步理解， 附图并入到本申请并构成本申请 的一部分。附图图示本发明的实施方式， 并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图 中：
图 1 示出根据现有技术的具有内置触摸屏的 LCD 装置及其制造方法 ；
图 2 是示出在根据现有技术的具有内置触摸屏的 LCD 装置中的下基板的截面图 ；
图 3 示出根据现有技术的具有内置触摸屏的 LCD 装置的制造方法 ；
图 4 示出在根据本发明第一实施方式的 LCD 装置中的下基板 ；
图 5 示出根据本发明第一实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 6A 至图 6C 示出根据本发明第一实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 7A 至图 7C 示出根据本发明第一实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 8A 和图 8B 示出根据本发明第一实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 9A 至图 9E 示出根据本发明第一实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 10 示出在根据本发明第二实施方式的 LCD 装置中的下基板 ；
图 11 示出根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 12A 至图 12C 示出根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 13A 和图 13B 示出根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 14A 至图 14F 示出根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法 ；
图 15A 和图 15B 示出根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法 ； 以及
图 16A 至图 16E 示出根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的示例性实施方式进行描述， 其中的一些例子在附图中示 出。尽可能地在整个附图中用相同的附图标记指代相同或相似的部件。下文将参照附图来描述根据本发明的 LCD 装置及其制造方法。
对于下文关于本发明实施方式的描述， 如果第一结构 ( 例如电极、 线、 层和接触 等 ) 被描述为形成在第二结构 “上” 或 “下” ， 则第一结构和第二结构可彼此接触， 或在第一 结构和第二结构之间可以夹有第三结构。
根据液晶层的取向模式， 可将 LCD 装置分为扭曲向列 (TN) 模式、 垂直取向 (VA) 模 式、 面内切换 (IPS) 模式以及边缘场切换 (FFS) 模式。
在 IPS 模式和 FFS 模式的情况中， 像素电极和公共电极都形成在下基板上， 由此根 据在像素电极和公共电极之间的电场来使液晶层的液晶分子对准。
在 IPS 模式中， 像素电极和公共电极交替地平行排列， 使得在像素电极和公共电 极之间产生面内模式电场， 从而使液晶层的液晶分子对准。然而， 在 IPS 模式中， 液晶分子 不会在像素电极和公共电极上方正确对准， 由此在像素电极和公共电极上方的光透射率相 对恶化。
为了克服 IPS 模式的这个问题， 提出了 FFS 模式。在 FFS 模式中， 在像素电极和公 共电极之间夹有绝缘层， 由此通过所夹的绝缘层使像素电极形成为与公共电极相距预定间 隔。
在这种情况下， 像素电极和公共电极的任何一个以板形状或图案形成， 另一个以 指状形成， 由此在像素电极和公共电极之间产生边缘场。因此液晶层的液晶分子通过在像 素电极和公共电极之间产生的边缘场而对准。
根据本发明实施方式的 LCD 装置形成在 FFS 模式中。
根据本发明实施方式的 LCD 装置包括 ： 具有内置触摸屏的单元内触摸型液晶面 板， 所述内置触摸屏用于检测用户的触摸点 ； 用于将光提供给所述液晶面板的背光单元 ； 以及驱动电路。
驱动电路包括 ： 时序控制器 (T-con)、 数据驱动器 (D-IC)、 栅极驱动器 (G-IC)、 触 摸感测驱动器、 背光驱动器以及电源供应器。
驱动电路可完全或部分地以玻璃上芯片 (COG) 或膜上芯片 (COF， 柔性印刷电路上 芯片 ) 技术形成。
液晶面板包括彼此接合的上基板和下基板， 在上基板和下基板之间夹有液晶层。 此外， 以矩阵形式布置的多个像素 (Ctc， 液晶单元 ) 形成在液晶面板中。
液晶面板根据数据电压控制经过每个像素中的液晶层的光的透射率， 由此基于视 频信号显示图像。 此外， 在下基板上的公共电极可作为感测电极被驱动， 以便基于用户的触 摸感测电容的变化， 由此可通过由公共电极感测的电容来检测用户的触摸点。
在上基板上有黑矩阵 (BM) ； 红色滤色器、 绿色滤色器和蓝色滤色器 ； 以及涂覆层。 在这种情况下， 黑矩阵限定与多个像素的每一个对应的像素区域。并且， 红色滤色器、 绿色 滤色器和蓝色滤色器分别形成在由黑矩阵限定的各像素区域中。涂覆层覆盖红色滤色器、 绿色滤色器和蓝色滤色器以及黑矩阵， 从而平坦化上基板。
在下基板上有像素阵列， 所述像素阵列包括多个像素， 用以驱动液晶层以及通过 基于用户的触摸感测电容来检测触摸点。
像素阵列包括 ： 薄膜晶体管 (TFT) ； 像素电极 ； 公共电极 ； 以及用于连接在各像素 中的公共电极的导线 ( 第三金属 )。下基板和上基板通过使用密封剂而彼此接合。此外， 液晶面板的显示区域 ( 有源 区 ) 由密封剂遮蔽。
TFT 包括栅极、 有源层 ( 半导体层 )、 绝缘层以及数据电极 ( 源极 / 漏极 )。
TFT 可以以栅极位于有源层下方的底栅结构形成。可选择地， TFT 可以以栅极位于 有源层上方的顶栅结构形成。
在根据本发明实施方式的 LCD 装置中， 下基板可由低温多晶硅 (LTPS) 形成。
图 4 示出在根据本发明第一实施方式的 LCD 装置中的下基板。
参照图 4， 多个像素形成在下基板 100 上。 每个像素包括 ： 薄膜晶体管 (TFT) ； 像素 电极 220 ； 公共电极 190 ； 以及用于连接相邻像素的公共电极 190 的导线 200。
这时， 导线 200 用作接触线， 所述接触线使得公共电极 190 作为用以检测用户的触 摸点的触摸感测电极被驱动。
更详细地， 下基板 100 的每个像素包括 ： 在玻璃基板上的遮光层 110 ； 在遮光层 110 上的缓冲层 120 ； 在缓冲层 120 上的有源层 ( 半导体层 )130 ； 在有源层 130 上的栅极绝 缘层 (GI)140 ； 以及在栅极绝缘层 140 上的栅极 150， 栅极 150 与有源层 130 部分重叠并由 金属形成。 形成有层间电介质 (ILD)160 和数据电极 170。层间电介质 160 将栅极 150 与数据 电极 170 绝缘。数据电极 170 与通过沟槽部分地暴露的有源层 130 电连接。
沟槽通过蚀刻栅极绝缘层 140 的预定部分和层间电介质 160 的预定部分形成， 由 此所述沟槽暴露有源层 130 的预定部分。数据电极 170 通过在所述沟槽中掩埋金属材料形 成。数据电极 170 通过公共电极 190 以及导线 200 电连接到像素电极 220。
在下基板 100 的每个像素中有第一钝化层 (PAS1)180、 公共电极 190 以及导线 ( 第 三金属 )200。第一钝化层 (PAS1)180 形成为覆盖栅极 150 和数据电极 170。公共电极 190 形成在第一钝化层 180 的上部上并与数据电极 170 接触， 其中公共电极 190 由诸如氧化铟 锡 (ITO) 的透明导电材料形成。导线 200 形成在公共电极 190 的预定部分上并与公共电极 190 电连接。
通过部分地蚀刻第一钝化层 180 形成第一接触孔， 以暴露数据电极 170 的上部。 然 后公共电极 190 和导线 200 顺序地形成在第一接触孔的内部。由此， 数据电极 170、 公共电 极 190 和导线 200 在第一接触孔中电连接。具体地， 公共电极 190 形成在第一钝化层 180 的包括第一接触孔内部的至少一部分上。
在下基板 100 的每个像素中有第二钝化层 (PAS2)210， 用以覆盖公共电极 190 和导 线 200 ； 以及与第二钝化层 210 的上部和数据电极 170 电连接的像素电极 220， 其中像素电 极 220 由诸如 ITO 的透明导电材料形成。第二钝化层 210 和像素电极 220 是通过利用一个 半色调掩模 (HTM) 的一道掩模工艺形成的。
通过部分地蚀刻第二钝化层 210 形成第二接触孔， 以暴露与数据电极 170 连接的 导线 200。然后， 像素电极 220 形成在第二接触孔的内部以及第二钝化层 210 上， 从而像素 电极 220 与导线 200 电连接。由此， 像素电极 220 通过公共电极 190 以及导线 200 电连接 到数据线 170。
在根据本发明第一实施方式的 LCD 装置中， 在帧的显示周期期间， 通过控制经过 每个像素的液晶层的光的透射率来显示对应于视频信号的图像。
在帧的非显示周期期间， 形成在每个像素中并由导线 200 连接的公共电极 190 作 为触摸感测电极被驱动， 从而检测基于用户触摸的电容 (Ctc) 的变化。
为此， 在帧的显示周期期间， 公共电极 190 将公共电压 (Vcom) 提供给像素， 而在帧 的非显示周期期间， 公共电极 190 作为用以检测用户的触摸的触摸感测电极被驱动。
根据用户的触摸， 在下基板的公共电极 190 和上基板之间形成触摸电容 (Ctc)。 通 过将基于用户触摸的触摸电容 (Ctc) 与参考电容作比较来检测触摸点 (TS)。
第二钝化层 (PAS2)210 和像素电极 220 是通过利用一个半色调掩模的一道掩模工 艺同时形成的。通过顺序地形成在第一接触孔的内部的公共电极 190 和导线 200， 像素电 极 220 与数据电极 170 电连接。因此， 可以确保在数据电极 170 和像素电极 220 之间的充 分的接触面积， 从而提高在数据电极 170 和像素电极 220 之间的接触效率。此外， 在根据本 发明的 LCD 装置中， 提高了驱动效率。
在本发明的这个实施方式中省略了形成在现有技术的层间电介质中的第一钝化 层 (PAS0)。 此外， 第二钝化层 (PAS2)210 和像素电极 220 利用一个半色调掩模同时形成， 从 而确保了用于后续工艺的对准裕度。另外， 可以在用于数据电极 170 和像素电极 220 之间 的接触的制造工艺期间， 减少由杂质造成的接触失败。 下面将参照图 5 至图 9E 来描述根据本发明第一实施方式的 LCD 装置的制造方法。
如图 5 所示， 可通过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺在下基板 100 上同时形 成第二钝化层 (PAS2)210 和像素电极 220。因此， 与现有技术相比， 减少了用于制造工艺的 掩模的数量， 由此也减少了与之相随的工艺。
如图 6A 所示， 将诸如金属材料的遮光材料形成在基板上。
然后， 利用掩模通过光刻和湿蚀刻工艺对遮光材料进行图案化， 从而形成遮光层 110。遮光层 110 与由后续工艺形成的有源层 130 对准。
基板可由透明玻璃或透明塑料形成。图 6A 至图 6C 示出利用玻璃基板的示例性情 况。
然后， 形成缓冲层 120 以覆盖遮光层 110， 并且将非晶硅 (a-Si) 沉积在缓冲层 120 上， 从而形成半导体层。
随后， 利用掩模通过光刻和干蚀刻工艺对半导体层进行图案化， 从而形成有源层 130。有源层 130 以与遮光层 110 对准的方式形成。
如图 6B 所示， 可利用 CVD( 化学气相沉积 ) 将 TEOS( 正硅酸乙酯 ) 或 MTO( 中温氧 化物 ) 沉积在基板的整个表面上， 从而形成栅极绝缘层 140。
然后， 将金属材料在与有源层 130 重叠的同时沉积在栅极绝缘层 140 上。然后， 利 用掩模通过光刻和蚀刻工艺来形成栅极 150， 并且将栅极 150 轻掺杂 N 型掺杂剂 (N )。
当形成栅极 150 时， 执行湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺。在湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺 之间， 将有源层 130 重掺杂 N 型掺杂剂 (N+)。
由于在有源层 130 上形成栅极 150， 有源层 130 的不与栅极 150 重叠的预定区域被 + 重掺杂有 N 型掺杂剂 (N )。
如图 6C 所示， 将绝缘材料沉积在基板上， 由此栅极 150 和栅极绝缘层 140 被绝缘 材料覆盖， 所述绝缘材料用以形成层间电介质 160， 以将栅极 150 与下基板的其他元件绝 缘。
然后， 对层间电介质 160 的预定部分以及栅极绝缘层 140 的预定部分使用掩模执 行光刻和干蚀刻工艺， 由此形成暴露有源层 130 的上部的沟槽 162。
如图 7A 所示， 将金属材料沉积在基板的整个表面上和沟槽 162 的内部 ( 其中， 金 属材料被掩埋在沟槽 162 中 )。然后， 利用掩模通过光刻和湿蚀刻工艺形成数据电极 170。
在沟槽 162 的内部， 数据电极 170 与有源层 130 电连接。
如图 7B 所示， 形成第一钝化层 (PAS1)180 以覆盖层间电介质 160 和数据电极 170。 然后， 利用掩模通过光刻和蚀刻工艺形成用于暴露数据电极 170 的第一接触孔 182。
如图 7C 所示， 将透明导电材料沉积在第一钝化层 (PAS1)180 上和第一接触孔 182 的内部。
然后， 利用掩模通过光刻和蚀刻工艺在第一钝化层 (PAS1)180 的预定部分上和第 一接触孔 182 的内部形成公共电极 190。
如图 8A 所示， 将导电金属材料沉积在第一钝化层 (PAS1)180 和公共电极 190 上， 从而形成导电层。
然后， 对导电层利用掩模执行光刻和蚀刻工艺， 由此在第一钝化层 (PAS1)180 的 预定部分上和第一接触孔 182 的内部形成导线 200。 在这种情况下， 公共电极 190 与导线 200 电连接。在帧的显示周期期间， 将公共电 压 (Vcom) 提供给形成在第一钝化层 (PAS1)180 上的公共电极 190。
同时， 形成在第一接触孔 182 的内部的公共电极 190 用作接触电极， 用以将数据电 极 170 和像素电极 220 电连接， 由此， 不将公共电压 (Vcom) 提供给形成在第一接触孔 182 的内部的公共电极 190。
如图 8B 所示， 形成第二钝化层 (PAS2)210 以覆盖公共电极 190 和导线 200。然后， 对第二钝化层 (PAS2)210 利用半色调掩模执行光刻、 蚀刻和灰化工艺， 从而通过部分蚀刻 第二钝化层 (PAS2)210 来获得第二接触孔 212。
如图 9A 至图 9C 所示， 第二接触孔 212 形成在与数据电极 170 对应的区域中。通 过第二接触孔 212， 暴露与数据电极 170 电连接的导线 200。
然后， 如图 9D 所示， 在第二钝化层 (PAS2)210 上和第二接触孔 212 的内部形成像 素电极 220， 其中像素电极 220 由诸如 ITO 的透明导电材料形成。也就是说， 可通过利用一 个半色调掩模的一道掩模工艺同时形成第二钝化层 (PAS2)210 和像素电极 220。
在第二接触孔 212 的内部， 像素电极 220 与导线 200 电连接， 从而通过形成在第一 接触孔 182 的内部的公共电极 190 和导线 200， 数据电极 170 与像素电极 220 电连接。
下面将参照图 9 来说明利用半色调掩模形成第二钝化层 (PAS2)210 和像素电极 220 的具体方法。
如图 9A 所示， 形成第二钝化层 (PAS2)210 以覆盖公共电极 190 和导线 200。
然后， 通过将光致抗蚀剂 ( 更具体为光丙烯酸 (photoacryl)) 涂敷到第二钝化层 (PAS2)210 上， 形成光致抗蚀剂层 250( 以下称为 “PR 层” )。
然后， 如图 9B 所示， 利用半色调掩模 (HTM)260 通过光刻工艺形成具有不均匀图案 ( 即凹凸图案 ) 的多个光致抗蚀剂图案 252( 以下称为 “PR 图案” )。优选地， 多个光致抗蚀 剂图案 252 的至少一个的至少一部分具有大于剩余部分的厚度。
也就是说， 通过利用半色调掩模 260 向 PR 层 250 照射光， 从而形成多个 PR 图案
252， PR 图案 252 用作形成第二接触孔 212 和像素电极 220 的掩模。
半色调掩模 260 包括不透射光的非透射区域 ； 部分透射光的半透射区域 ； 以及透 射光的透射区域。由此， 因为利用半色调掩模 260 来对 PR 层 250 进行图案化， 所以能够形 成具有不同宽度和厚度的多个 PR 图案 252。
如果使用半色调掩模 260， 则与非透射区域对应的 PR 层 250 保持原样 ； 与半透射 区域对应的 PR 层 250 被部分留下 ； 与透射区域对应的 PR 层 250 被完全去除， 从而暴露第二 钝化层 (PAS2)210 的预定部分。
如图 9C 所示， 通过使用多个 PR 图案 252 对第二钝化层 (PAS2)210 的暴露区域进 行干蚀刻， 从而形成第二接触孔 212。这时， 形成在第一接触孔 182 中的导线 200 通过第二 接触孔 212 暴露。
如图 9D 所示， 将 PR 图案 252 以如下方式进行灰化 ： 只在第二钝化层 (PAS2)210 的 预定部分上， 更具体的， 只在栅极上方， 保留 PR 图案 252。
然后， 在第二钝化层 (PAS2)210 上和在灰化工艺之后保留的 PR 图案 254 上沉积 ITO( 氧化铟锡 ) 材料。
如图 9E 所示， 将在第二钝化层 (PAS2)210 上保留的 PR 图案 254 剥离， 从而完成像 素电极 220 的形成。
如参照图 9A 至图 9E 所说明的， 可通过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺同时 形成第二钝化层 (PAS2)210 和像素电极 220。
在根据本发明第一实施方式 LCD 装置的上述制造方法中使用的掩模的数量比在 现有技术的方法中使用的掩模的数量少一个。与现有技术的方法相比， 在根据本发明第一 实施方式 LCD 装置的上述制造方法中的具体工艺可减少 12.2％ ( 本发明的方法需要 136 个 步骤， 而现有技术的方法需要 155 个步骤 )， 由此根据本发明第一实施方式 LCD 装置的制造 方法实现了制造成本的降低和制造效率的提高。
此外， 利用一个半色调掩模同时形成第二钝化层 (PAS2)210 和像素电极 220， 从而 确保了用于制造工艺的对准裕度。
并且， 在下基板上的数据电极和像素电极之间的提高的接触效率提高了驱动效 率。
此外， 下基板由低温多晶硅 (LTPS) 形成， 从而提高了驱动效率。
下文将参照图 10 来描述根据本发明第二实施方式的 LCD 装置。
图 10 示出在根据本发明第二实施方式的 LCD 装置中的下基板。关于根据本发明 第二实施方式的 LCD 装置中的下基板 300 的说明， 将省略对于与如图 4 示出的第一实施方 式相同的部件的具体说明。
参照图 10， 多个像素形成在下基板 300 上。
多个像素包括 ： 薄膜晶体管 (TFT)、 像素电极 420、 公共电极 390 和导线 400。
导线 400 用作接触线， 所述接触线使得公共电极 390 作为用以检测用户的触摸点 的触摸感测电极被驱动。
更详细地， 下基板 300 的每个像素包括 ： 有源层 ( 半导体层 )330、 栅极绝缘层 (GI)340、 栅极 350、 层间电介质 (ILD)360 和数据电极 370。
通过部分蚀刻栅极绝缘层 340 和层间电介质 360 形成沟槽。有源层 330 的预定部分通过沟槽暴露， 并且数据电极 370 通过在沟槽中掩埋金属材料形成。数据电极 370 通过 公共电极 390 以及导线 400 电连接到像素电极 420。
下基板 300 的每个像素包括 ： 第一钝化层 (PAS1)380， 用以覆盖数据电极 370 ； 公 共电极 390 ； 以及导线 ( 第三金属 )400。
公共电极 390 和导线 400 是通过利用一个半色调掩模 (HTM) 的一道掩模工艺同时 形成的。
通过部分蚀刻第一钝化层 380 形成第一接触孔。然后， 公共电极 390 和导线 400 顺序地形成在第一接触孔的内部， 由此数据电极 370、 公共电极 390 和导线 400 在接触孔的 内部电连接。
下基板 300 的每个像素还包括 ： 第二钝化层 (PAS2)410 ； 以及与第二钝化层 410 的 上部和数据电极 470 电连接的像素电极 420。
第二钝化层 410 和像素电极 420 是通过利用一个半色调掩模 (HTM) 的一道掩模工 艺同时形成的。
通过部分蚀刻第二钝化层 410 形成第二接触孔。由此， 与数据电极 370 电连接的 导线 400 通过第二接触孔暴露。像素电极 420 形成在第二接触孔的内部， 并与导线 400 电 连接。
因此， 像素电极 420 通过公共电极 390 以及导线 400 电连接到数据线 370。
在帧的显示周期期间， 公共电极 390 将公共电压 (Vcom) 提供给像素。同时， 在帧 的非显示周期期间， 公共电极 390 作为用于检测用户的触摸的触摸感测电极被驱动。
如上所述， 在根据本发明第二实施方式的 LCD 装置中， 公共电极 390 和导线 400 是 通过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺同时形成在第一接触孔的内部的。
数据电极 370 通过公共电极 390 以及导线 400 电连接到像素电极 420。
因此， 可以确保在数据电极 370 和像素电极 420 之间的充分的接触面积， 从而提高 在数据电极 370 和像素电极 420 之间的接触效率。 此外， 在根据本发明第二实施方式的 LCD 装置中， 提高了驱动效率。
此外， 在本发明的第二实施方式中省略了遮光层和钝化层 (PAS0)， 所述遮光层和 钝化层形成在现有技术的层间电介质中。另外， 第二钝化层 (PAS2)410 和像素电极 420 是 通过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺同时形成的。 由此， 可以确保足够的对准裕度， 并 且在用于数据电极 370 和像素电极 420 之间进行接触的制造工艺期间， 可以减少由杂质造 成的接触失败。
下面将参照图 11 至图 16E 来描述根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方 法。
图 11 至图 16E 示出根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法。
如图 11 所示， 在根据本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法中， 可通过利用 一个半色调掩模的一道掩模工艺在下基板 300 上同时形成公共电极 390 和导线 400。
此 外， 可通过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺同时形成第二钝化层 (PAS2)410 和像素电极 420。
因此， 与现有技术相比， 根据本发明第二实施方式的制造方法可减少使用的掩模 的数量， 并减少了具体工艺。此外， 在本发明第二实施方式中省略了形成在现有技术的层间电介质中的遮光层 和钝化层 (PAS0)， 从而减少了具体工艺。
更具体地， 如图 12A 所示， 将非晶硅 (a-Si) 沉积在基板上， 从而形成半导体层。然 后， 利用掩模通过光刻和干蚀刻工艺对半导体层进行图案化， 从而形成有源层 330。
基板可由透明玻璃或透明塑料形成。图 12A 至图 12C 示出利用玻璃基板的示例性 情况。
可利用 CVD( 化学气相沉积 ) 将 TEOS( 正硅酸乙酯 ) 或 MTO( 中温氧化物 ) 沉积在 基板的整个表面上， 从而形成栅极绝缘层 340。
然后， 将金属材料在与有源层 330 重叠的同时沉积在栅极绝缘层 340 上。之后， 利 用掩模通过光刻和蚀刻工艺来形成栅极 350。
随后， 将绝缘材料沉积在基板上， 由此栅极 350 和栅极绝缘层 340 被绝缘材料覆 盖， 所述绝缘材料用以形成层间电介质 360。
如图 12B 所示， 对层间电介质 360 的预定部分和栅极绝缘层 340 的预定部分利用 掩模执行光刻和干蚀刻工艺， 从而形成沟槽 362。通过沟槽 362 暴露有源层 330 的上部。
如图 12C 所示， 将金属材料沉积在基板的整个表面上和沟槽 362 的内部 ( 其中， 金 属材料被掩埋在沟槽 362 中 )。然后， 利用掩模通过光刻和湿蚀刻工艺形成数据电极 370。 在沟槽 362 的内部， 数据电极 370 与有源层 330 电连接。
如图 13A 所示， 形成第一钝化层 (PAS1)380 以覆盖层间电介质 360 和数据电极 370。然后， 利用掩模通过光刻和蚀刻工艺形成第一接触孔 382。
然 后， 将 诸 如 ITO 的 透 明 导 电 材 料 和 金 属 材 料 顺 序 地 沉 积 在 第 一 钝 化 层 (PAS1)380 上和第一接触孔 382 的内部。
如图 13B 所示， 利用一个半色调掩模 (HTM) 通过光刻、 蚀刻和灰化工艺在第一钝化 层 (PAS 1)380 的预定部分上和第一接触孔 382 的内部形成公共电极 390 和导线 400。也就 是说， 只使用一个掩模来同时形成公共电极 390 和导线 400。
下面将参照图 14A-14F 来描述利用半色调掩模形成公共电极 390 和导线 400 的具 体方法。
如图 14A 所示， 将 ITO( 氧化铟锡 ) 和金属材料顺序地沉积在第一钝化层 (PAS 1)380 上， 从而形成 ITO 层 392 和金属层 402。
然后， 通过将光丙烯酸涂敷到金属层 402 上来形成 PR 层 430。
利用半色调掩模 440 通过光刻工艺在金属层 402 上形成多个光致抗蚀剂图案 432。 如图 14B 所示， 以不均匀图案 ( 即凹凸图案 ) 来形成 PR 图案 432。
也就是说， 通过利用半色调掩模 440 向 PR 层 430 照射光， 从而形成多个 PR 图案 432， PR 图案 432 用作用于形成公共电极 390 和导线 400 的掩模。
如果使用半色调掩模 440， 与非透射区域对应的 PR 层 430 保持原样 ； 与半透射区 域对应的 PR 层 430 被部分留下 ； 与透射区域对应的 PR 层 430 被完全去除。
例如， 当向 PR 层 430 照射 50 毫焦至 100 毫焦的曝光能量的光时， 可形成多个 PR 图案 432。也就是说， 非透射区域的 PR 图案具有 1.5 微米至 3.0 微米的高度 “h1” ； 半透射 区域的 PR 图案具有 0.2 微米至 1.0 微米的高度 “h2” 。
在多个 PR 图案中， 第一 PR 图案的宽度 a 和第二 PR 图案的宽度 b 设计为在 2 微米
至 5 微米的范围内。第一 PR 图案的宽度 a 可与第二 PR 图案的宽度 b 不同。为获得线的平 直度， 第一 PR 图案的宽度 a 相对较小， 第二 PR 图案的宽度 b 相对较大。
如图 14C 所示， 首先， 通过使用多个 PR 图案 432 作为掩模， 将金属层 402 灰化， 从 而形成金属图案 404。
通过第一次蚀刻形成的 PR 图案 432 与金属图案 404 的临界尺寸 “c” 可为不大于 0.5 微米。
如图 14D 所示， 在将多个 PR 图案 432 灰化之后， 在将金属图案 404 作用掩模的情况 下将 ITO 层 392 蚀刻， 从而形成 ITO 图案 394。在现有技术中， 当蚀刻 TIO 层 392 时， 有机膜 可被等离子体破坏， 也就是说， 光丙烯酸可能被等离子体破坏 ； 由此， 当液晶面板被驱动时， 因为破坏的光丙烯酸可能产生污点。为防止污点， 本发明中， 可在 ITO 层 392 的蚀刻工艺之 前执行 PR 图案 432 的灰化工艺。
如图 14E 所示， 在使用对 PR 图案 432 进行灰化工艺之后留下的 PR 图案作为掩模 的情况下， 第二次蚀刻通过第一次蚀刻金属层 402 形成的金属图案 204。 通过第二次蚀刻形 成的 PR 图案 432 与金属图案 404 的临界尺寸 “d” 可为不大于 0.5 微米。
如图 14F 所示， 通过将留在基板上的 PR 图案 432 灰化来形成 ITO 的公共电极 390， 并且由金属材料形成导线 400。 如图 13A-13B 所示， 在第一钝化层 (PAS1)380 上和第一接触孔 382 的内部同时形 成公共电极 390 和导线 400， 所述第一接触孔 382 用于暴露数据电极 370。
参照图 14A 至图 14F， 通过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺同时形成公共电 极 390 和导线 400。
如图 15A 所示， 在第一钝化层 (PAS1)380 上形成第二钝化层 (PAS2)410， 从而覆盖 公共电极 390 和导线 400。
如图 15B 所示， 利用半色调掩模 (HTM) 通过光刻、 蚀刻和灰化工艺在第二钝化层 (PAS2)410 的预定部分中形成第二接触孔 412。这时， 第二接触孔 412 形成在与数据电极 370 对应的区域中， 其中第二接触孔 412 暴露与数据电极 370 电连接的导线 400。
在第二钝化层 (PAS2)410 上形成诸如 ITO 的透明导电材料的像素电极 420， 并且在 第二接触孔 412 的内部也形成像素电极 420。 也就是说， 可通过利用一个半色调掩模的一道 掩模工艺同时形成第二钝化层 (PAS2) 和像素电极 420。
在第二接触孔 412 的内部， 像素电极 420 与导线 400 电连接。由此， 通过形成在第 一接触孔 382 的内部的公共电极 390 和导线 400， 数据电极 370 与像素电极 420 电连接。
下面将参照图 16A 至图 16E 来描述利用半色调掩模形成第二钝化层 (PAS2)410 和 像素电极 420 的具体方法。
如图 16A 所示， 形成第二钝化层 (PAS2)410， 用以覆盖公共电极 390 和导线 400。
然后， 通过将光丙烯酸涂敷到第二钝化层 (PAS2)410 上形成光致抗蚀剂层 450。
然后， 如图 16B 所示， 利用半色调掩模 (HTM)460 通过光刻和蚀刻工艺形成具有不 均匀图案 ( 即凹凸图案 ) 的多个光致抗蚀剂图案 452。
也就是说， 通过利用半色调掩模 460 向 PR 层 450 照射光， 从而形成多个 PR 图案 452， PR 图案 452 用作用于形成第二接触孔 412 和像素电极 420 的掩模。
由于利用半色调掩模 460 来对 PR 层 450 进行图案化， 能够形成具有不同宽度和厚
度的多个 PR 图案 452。
如果使用半色调掩模 460， 则与非透射区域对应的 PR 层 450 保持原样 ； 与半透射 区域对应的 PR 层 450 被部分留下 ； 与透射区域对应的 PR 层 450 被完全去除， 从而暴露第二 钝化层 (PAS2)410 的预定部分。
如图 16C 所示， 通过使用多个 PR 图案 452 作为掩模， 对第二钝化层 (PAS2)410 的暴 露区域进行干蚀刻， 从而形成第二接触孔 412。这时， 形成在第一接触孔 382 中的导线 400 通过第二接触孔 412 暴露。
如图 16D 所示， 将 PR 图案 452 以如下方式进行灰化 ： 只在第二钝化层 (PAS2)410 的预定部分上， 更具体的， 只在栅极上方， 保留 PR 图案 452。
然后， 在第二钝化层 (PAS2)410 上和在灰化工艺之后保留的 PR 图案 454 上沉积 ITO( 氧化铟锡 ) 材料。
如图 16E 所示， 将在第二钝化层 (PAS2)410 上保留的 PR 图案 454 剥离， 从而完成 像素电极 420 的形成。
如参照图 16A 至图 16E 所说明的， 可通过利用一个半色调掩模的一道掩模工艺同 时形成第二钝化层 (PAS2)410 和像素电极 420。
此外， 通过利用一个半色调掩模同时形成第二钝化层 (PAS2)410 和像素电极 420， 从而确保了用于制造工艺的对准裕度。
关于以上说明， 有源层被掺杂有 N 型掺杂剂， 但这不是必须的。根据本发明的另一 实施方式， 有源层可被掺杂有 P 型掺杂剂。
在根据本发明第二实施方式 LCD 装置的上述制造方法中使用的掩模的数量比在 现有技术的方法中使用的掩模的数量少三个。与现有技术的方法相比， 在根据本发明第二 实施方式 LCD 装置的上述制造方法中的具体工艺可减少 28％ ( 本发明的方法需要 113 个步 骤， 而现有技术的方法需要 155 个步骤 )。
也就是说， 利用 7 个掩模就可制造根据本发明第二实施方式的下基板， 由此根据 本发明第二实施方式的 LCD 装置的制造方法实现了制造成本的降低和制造效率的提高。
在下基板上的数据电极和像素电极之间的提高的接触效率实现了驱动效率的提 高。
此外， 下基板由低温多晶硅 (LTPS) 形成， 从而提高了驱动效率。
对所属领域的技术人员来说是显而易见的是， 在不脱离本发明精神或范围的情况 下可对本发明作出各种修改和变型。因此， 本发明旨在涵盖落入所附权利要求书范围及其 等效范围内的对本发明的所有各种修改和变型。