CN100432814C - 一种薄膜晶体管液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管液晶显示器，包括：一彩色滤光片基板及相对设置的薄膜晶体管阵列基板，液晶层封装于该彩色滤光片基板与该薄膜薄膜晶体管阵列基板之间，其中彩色滤光片基板包括一上面板，形成在上面上的彩膜、黑矩阵和柱形隔垫物；薄膜晶体管阵列基板包括一下面板、形成在下面板上的一组栅线和数据线、栅线和数据线交叉定义一像素区域，每一像素区域包括一薄膜晶体管和一像素电极；其中薄膜晶体管设置在栅线之上的柱形隔垫物包括主隔垫物和副隔垫物，主隔垫物和副隔垫物分别位于薄膜晶体管的两侧。本发明相对于现有技术能够有效改善白Mura现象，能够增大工艺自由度，减少工艺缺陷，提高画面品质。

Description

一种薄膜晶体管液晶显示器

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，尤其涉及一种改善白Mura(画面品质呈白色的不均一现象)现象的薄膜晶体管液晶显示器。

背景技术

近年来，随着数字化电视的普及，传统的CRT显示由于其数字化困难，以及体积大，重量大，有辐射等缺点，已经出现了被新一代显示技术替代的趋势，代表性的新显示技术有PDP，OLED，LCD等。其中，LCD由于具有重量轻，体积薄，无辐射，耗电量小，显示分辨率高等优点，已开始大量普及，开始成为主流产品。

但是已有的液晶显示器(LCD)技术仍然有待提高。为了控制盒厚，LCD工艺中普遍采用球状隔垫物(Ball Spacer)或柱状隔垫物(Post Spacer)来达到控制盒厚的目的，由于柱状隔垫物具有能消除隔片产生的光散射，能有效改善对比度等优点，在最近的薄膜晶体管(TFT)制造工艺中大量采用。但是，由于柱状隔垫物在受到压力时会产生滑动，造成黑矩阵与TFT错位产生漏光，在画面品质上表现为白Mura现象。

图1a所示为一现有技术阵列上像素结构示意图，图1a中A-A′处的截面图如图1b所示。该阵列结构包括：绝缘衬底；形成在绝缘衬底上的栅线1、栅电极8；形成在栅电极8上的栅绝缘层9；形成在栅绝缘层9上的硅岛10；形成在硅岛10的上方漏电极11和源电极12；数据线13与源漏电极的源电极12为一体结构；形成在源漏电极之上钝化层14，并覆盖整个基板；形成漏电极11上的钝化层上钝化层过孔5；像素电极15通过钝化层过孔5与漏电极11相连；栅线凸出部16与像素电极15共同构成存储电容。

其具体的制作工艺流程，如图2a所示，先在玻璃基板上沉积栅金属层，通过普通光刻和刻蚀工艺形成栅线1(包括栅极凸出部)、栅电极，图2a中B-B′处的截面图如图2b所示；然后，如图3a、图3b所示，其中图3b为图3a中C-C′处的截面图，沉积栅绝缘层9、半导体层(有源层与欧姆接触层)，通过普通光刻和刻蚀工艺形成有源层硅岛10；之后，如图4a所示，沉积源漏金属薄膜，通过普通光刻和刻蚀形成源电极12和漏电极11，图4a中D-D′处的截面图如图4b所示；随后，如图5a、图5b所示，其中图5b为图5a中E-E′处的截面图，沉积钝化层14，并通过普通光刻和刻蚀形成钝化层过孔5；最后，沉积像素电极薄膜，并通过光刻形成像素电极15，其中像素电极15通过钝化层过孔5与漏电极11相连，即完成矩阵结构的制作，如图1a、1b所示。

图6a是柱形隔垫物形成在栅线上的工艺中成盒(Cell)后的截面图，在彩色滤光片基板上形成黑矩阵17和彩膜18后，在黑矩阵17下方和栅线对应的位置形成柱状隔垫物22，由图中可看出柱状隔垫物22支撑在栅线上方的绝缘层上，从而维持盒厚的稳定，但是在受到压力时，柱状隔垫物22会产生滑动，导致黑矩阵17与下方的栅线发生错位，从而发生漏光现象，即产生白Mura；图6b是柱形隔垫物形成在薄膜晶体管上的工艺中成盒(Cell)后的截面图，在彩色滤光片基板上形成黑矩阵17和彩膜18后，在黑矩阵17下方和TFT对应的位置形成柱状隔垫物22，由图中可看出柱状隔垫物22支撑在TFT上方，从而维持盒厚的稳定，但是在受到压力时，柱状隔垫物22会产生滑动，导致黑矩阵17与下方的栅线发生错位，从而发生漏光现象，即产生白Mura。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种薄膜晶体管液晶显示器阵列基板像素结构及其与彩色滤光片柱形隔垫物设计匹配的方案，通过该改良结构及其制造方法，能够有效改善白Mura现象，能够增大工艺自由度，减少工艺缺陷，提高画面品质。

为了实现上述目的，本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示器，包括：一彩色滤光片基板及相对设置的薄膜晶体管阵列基板，液晶层封装于该彩色滤光片基板与该薄膜晶体管阵列基板之间，其中所述的彩色滤光片基板包括一上面板，形成在上面板上的彩膜、黑矩阵和柱形隔垫物；其中所述薄膜晶体管阵列基板包括一下面板、形成在下面板上的一组栅线和数据线、栅线和数据线交叉定义一像素区域，其中所述的像素区域包括一薄膜晶体管和一像素电极；其中所述薄膜晶体管设置在栅线之上；所述的柱形隔垫物包括主隔垫物和副隔垫物，彩色滤光片基板和薄膜晶体管阵列基板相对设置后主隔垫物和副隔垫物分别位于所述薄膜晶体管的两侧；所述主隔垫物顶部与栅线上方的钝化层接触，副隔垫物顶部低于薄膜晶体管的硅岛最上方但不接触栅线上方的钝化层。

上述方案中，所述薄膜晶体管两侧的主隔垫物和副隔垫物可以均靠近薄膜晶体管，且主隔垫物和副隔垫物距薄膜晶体管的侧面距离为0-4微米。所述薄膜晶体管一侧的主隔垫物在栅线和数据线交叠部位与薄膜晶体管之间还可以采用交错排列，其中一个主隔垫物靠近栅线和数据线交叠处，与之相邻的另一个主隔垫物靠近薄膜晶体管硅岛，且主隔垫物距栅线和数据线交叠处侧面的距离为0-4微米，或主隔垫物距薄膜晶体管的侧面距离为0-4微米，副隔垫物距薄膜晶体管的侧面距离为是0-4微米。所述栅线上方对应主隔垫物支撑点的位置，还可以包含有一导轨状有源层，导轨状有源层为薄膜晶体管的硅岛一部分。所述主隔垫物的底部宽度5-40微米，顶部宽度5-40微米，侧面倾斜角为30-90度。所述主隔垫物的截面形状为矩形、圆形、正方形或其它多边性。所述主隔垫物的密度范围为1/30-1/1。所述副隔垫物的底部宽度为5-20微米，顶部宽度为5-20微米，侧面倾斜角为30-90度。所述副隔垫物的截面形状为矩形、圆形、正方形或其它多边性。所述副隔垫物的密度范围为1/30-1/1。

本发明相对于现有技术能够有效改善白Mura现象，能够增大工艺自由度，减少工艺缺陷，提高画面品质，尤其对设备精度不良，过于精细化的设计方案与工艺条件不匹配时，在不提高设备规格和增加曝光工艺曝光工序的前提下，可以实现良好的补偿。

本发明相对于现有技术，可以采用顶部面积大的隔垫物，顶部面积增大的同时，隔垫物侧面倾斜角大，阻隔作用更加明显，对于竖直方向的错位，可以采用主隔垫物大的顶部面积补偿，当顶部面积达到20微米时，上下各有10微米的工艺余度(margin)，由于实际的接触面积，也就是支持面积很小，所以不会因为采用了大顶部面积的主隔垫物而影响变形率，同时可以实现更加宽的隔垫物密度余度，主隔垫物密度范围从1/30到1/1的范围内均可选择，原因是主隔垫物顶部面积并不与栅线全接触，当每个亚像素放置一个主隔垫物也是可以实现的，这样就大大增强了隔垫物设计的灵活性。对于水平方向的错位，可以通过主隔垫物与薄膜晶体管的阻隔作用减少错位，同时通过主隔垫物与栅线和数据线交叠部分的阻隔作用，加上副隔垫物与TFT岛的阻隔作用来补偿。这样不但能维持盒厚的稳定，而且在受到外力挤压的时候，柱状隔垫物相当于在左右两个方向被卡住，减少移动，上下方向靠主隔垫物的顶面积，防止主隔垫物从栅线上掉落，从而能够有效改善白Mura现象，增大了工艺自由度，减少了工艺缺陷，提高了画面品质，另外，由于主隔垫物是在栅上，而不是在薄膜晶体管上，本身就是一个低能态，所以就算发生了错位后也有利于位置迅速恢复，提高了产品的等级。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步更为详细地说明。

附图说明

图1a是现有技术的阵列基板上像素结构示意图；

图1b是图1a中A-A′处的截面图；

图2a是现有技术形成栅线和栅电极后的平面示意图；

图2b是图2a中B-B′处的截面图；

图3a是现有技术形成硅岛后的平面示意图；

图3b是图3a中C-C′处的截面图；

图4a是现有技术形成数据线和源、漏电极后的平面示意图；

图4b是图4a中D-D′处的截面图；

图5a是现有技术形成过孔后的平面示意图；

图5b是图5a中E-E′处的截面图；

图6a是柱形隔垫物形成在栅线上的工艺中成盒(Cell)后的截面图；

图6b是柱形隔垫物形成在薄膜晶体管上的工艺中成盒(Cell)后的截面图；

图7是本发明薄膜晶体管阵列基板上像素结构示意图；

图8a是本发明第一个实施列彩色滤光片基板和薄膜晶体管阵列基板对盒后的透视图；

图8b是本发明第一个实施列彩色滤光片基板和薄膜晶体管阵列基板对盒后的截面图；

图9a是本发明形成栅线和栅极后的平面示意图；

图9b是图9a中F-F′处的截面图；

图10a是本发明形成硅岛和有源层轨道后的平面示意图；

图10b是图10a中G-G′处的截面图；

图11是本发明形成数据线和源、漏电极后的平面示意图；

图12是本发明形成过孔后的平面示意图；

图13是本发明第二个实施例彩色滤光片基板和薄膜晶体管阵列基板对盒后的透视图；

图14是本发明第三个实施例彩色滤光片基板和薄膜晶体管阵列基板对盒后的透视图。

图中标记：1、栅线；2、有源层；4、主隔垫物；5、过孔；6、副隔垫物；7、像素电极层；8、栅电极；9、栅绝缘层；10、硅岛；11、漏电极；12、源电极；13、数据线；14、钝化层；15、像素电极；16、栅线突出部；17、黑矩阵；18、彩膜；19、栅线和数据线交叠部位；20、薄膜晶体管；21、有源层导轨；22、柱形隔垫物。

具体实施方式

实施例1

图7所示为本发明一具体实施例薄膜晶体管阵列基板的像素结构示意图。如图7所示，该阵列基板像素结构包括：绝缘衬底；形成在绝缘衬底上的栅线1、栅电极8；形成在栅电极8上的栅绝缘层(图中未画出)；形成在栅绝缘层的硅岛10，且硅岛有部分沿着栅线形成有源层轨道；形成在硅岛10上方的漏电极11和源电极12；数据线13与源漏电极的源电极12为一体结构；形成在源漏电极上的钝化层，并覆盖整个基板(图中未画出)；形成漏电极11上的钝化层过孔5；像素电极15通过钝化层过孔5与漏电极11相连；栅线凸出部16与像素电极15共同构成存储电容。

其中，栅线1和栅电极8可为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr的单层膜，还可采用AlNd、Al、Cu中的之一或任意与Mo、MoW或Cr之一或任意所组成的复合膜，如Mo/AlND/Mo，AlNd/Mo。栅绝缘层或钝化层可为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜或者SiNx、SiOx、SiOxNy之一或任意所组成的复合膜。源电极12和漏电极11可为Mo、MoW或Cr的单层膜，或者为Mo、MoW、Cr之一或任意组成复合膜。

图8a和图8b是本实施例彩色滤光片基板和薄膜晶体管阵列基板对盒后的透视图和截面图。如图8a和8b所示，在彩色滤光片基板上形成黑矩阵17和彩膜后，在黑矩阵17下方与薄膜晶体管栅线对应的位置形成柱状隔垫物4，其中柱形隔垫物4由主隔垫物4和副隔垫物6两部分构成，且主隔垫物4一个形成在薄膜晶体管邻近位置，距离为0-4微米，与之相邻的另一个主隔垫物4形成在栅线和数据线交叠部位19位置附近，距离为0-4微米，主隔垫物4在整个玻璃基板上呈交错结构设置，副隔垫物6设置在薄膜晶体管的另一侧，且距离薄膜晶体管位置较近，距离为0-4微米。另外，主隔垫物4的顶端与阵列基板栅线上方的有源层轨道上的钝化层接触，形成主隔垫物顶端与栅线上方的钝化层以面对线的支撑结构，且有源层层轨道作为薄膜晶体管硅岛的一部分与栅线上钝化层的段差为0-5000埃，其宽度范围在0-20微米，长度范围在0-80微米(这些数据针对80*240微米的亚像素，如果亚像素的设计尺寸增大或缩小，有源层轨道层尺寸作等比例变更)。

而副隔垫物6的顶端没有与阵列基板接触，副隔垫物6的顶端底面在薄膜晶体管的最高位置下方，呈悬置状态。

其中，主、副隔垫物的形状可以为各种，如矩形，圆形，正方形或其它多边性，本实施例中选择的是矩形；主隔垫物底部宽度为5-40微米，顶部宽度为5-40微米，侧面倾斜角为30-90度，越接近90度效果越好；副隔垫物底部宽度为5-20微米，顶部宽度为5-20微米，侧面倾斜角为30-90度，越接近90度效果越好；主隔垫物和副隔垫物的密度范围为1/30-1/1。

本发明由于在主隔垫物4下方的栅线上方的绝缘层和钝化层之间形成了与柱状隔垫物4顶端相对应的有源层轨道，这样在成盒工艺中，可以将柱状隔垫物4落在栅线上有源层轨道上的钝化层上这一低能态位置；另外本发明采用顶部面积大的主隔垫物，顶部面积增大的同时，主隔垫物侧面倾斜角大，阻隔作用更加明显，对于竖直方向的错位，主隔垫物大的顶部面积可以起到补偿作用，当顶部面积达到20微米时，上下各有10微米的工艺余度，由于实际的接触面积，也就是支持面积很小，所以不会因为采用了大顶部面积的主隔垫物而影响变形率，这样能有效维持盒厚的稳定。

当上下基板受到外力可能导致彩色滤光片基板相对于薄膜晶体管阵列基板向左方向移动时，薄膜晶体管对副隔垫物6有阻挡作用，同时栅线和数据线交叠部位19对靠近它的主隔垫物4有阻挡作用；当上下基板受到外力可能导致彩色滤光片基板相对于薄膜晶体管阵列基板向右方向移动时，薄膜晶体管对靠近它的主隔垫物4有阻挡作用，这样在基板受到外力时，柱状隔垫物相当于在左右两个方向被卡住，减少移动。

如图8a至12所示，上述实施例中液晶显示器的薄膜晶体管阵列基板可通过如下方法制造，下面将详述该制造方法，但是不应该理解为对本发明的限制。

首先，如图9a所示，在玻璃基板上或其他衬底上采用磁控溅射方法沉积栅金属薄膜，栅金属薄膜采用的为三层结构的Mo/AlND/Mo(400/4000/

通过普通光刻和刻蚀工艺形成栅线1(包括栅极凸出部)、栅电极；图9a中F-F′处的截面图如图9b所示。

本步骤中的栅金属薄膜可为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr的单层膜，还可采用AlNd、Al、Cu中的之一或任意与Mo、MoW或Cr之一或任意所组成的复合膜，如Mo/AlND/Mo，AlNd/Mo。

然后，沉积栅绝缘薄膜

的SiNx，图中未画出)、半导体薄膜(包括有源层

的非晶硅层)与欧姆接触层(N+硅层

通过普通的掩膜刻蚀形成硅岛10及与硅岛一体的栅线上方的有源层轨道21，完成上述步骤的俯视图如图10a所示，图10a中G-G′处的截面图如图10b所示。

本步骤中的栅极绝缘薄膜可为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜或者SiNx、SiOx、SiOxNy之一或任意所组成的复合膜。

接着，如图11所示，沉积源漏金属薄膜，源漏金属层采用Mo

通过普通光刻和刻蚀形成源电极12和漏电极11；

本步骤源漏金属薄膜可为Mo、MoW或Cr的单层膜，或者为Mo、MoW、Cr之一或任意组成复合膜。

随后，如图12所示，沉积钝化保护薄膜PVX)，通过钝化层掩模和钝化层刻蚀形成过孔5。

最后，沉积像素电极ITO层，通过像素电极掩模和像素电极刻蚀形成像素电极15并通过过孔使像素电极15与漏电极11接触导通，如图7所示，完成薄膜晶体管阵列基板的制作。

按照上述过程在现有的工艺条件下，分别完成薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板的设计，并组装成盒，组装后的隔垫物与薄膜晶体管硅岛的相对位置如图1a所示。主隔垫物采取交错式排列。即采用ZIGZAG排列。相邻像素的主隔垫物分别靠近栅线和数据线交叠部位和薄膜晶体管硅岛。组装后的产品白MURA改善显著。

实施例2

按照具体实施方式1所述内容及现有的工艺条件下，分别完成薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板的设计，并组装成盒。所体现的差异在于主隔垫物的位置，组装后的柱形隔垫物与薄膜晶体管的相对位置如图13所示。主隔垫物不采取交错式排列。相邻像素的主隔垫物全部靠近薄膜晶体管侧面。组装后的产品白MURA改善显著。

实施例3

按照具体实施方式1所述过程在现有的工艺条件下，分别完成薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板的设计，并组装成盒。所体现的差异在于主隔垫物的位置，组装后的隔垫物与薄膜晶体管侧面的相对位置如图14所示。主隔垫物不采取交错式排列。相临像素的主隔垫物全部靠近栅线和数据线交叠部分位置。组装后的产品白MURA改善显著。

上述结构及制造方法为本发明针对一特定像素结构和制造方法作为具体实施例给出，其是通过在彩色滤光片基板上设置主隔垫物和副隔垫物，依靠阵列基板上薄膜晶体管或栅线和数据线交叠部位对主副隔垫物的阻挡作用，来防止薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板在受到外力时产生错位，上述各实施列中给出的主、副隔垫物的设置结构不应视为限制，其可进行各种变通，即本发明的精神是在曝光设备或对盒设备精度不良时，或工艺余度不足时，增加产品的工艺余度，提高产品的误差耐受程度，从而改善显示质量，它可应用到各种像素结构及其制造方法之中。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当按照需要可使用不同材料和设备实现之，即可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1、一种薄膜晶体管液晶显示器，包括：一彩色滤光片基板及相对设置的薄膜晶体管阵列基板，液晶层封装于该彩色滤光片基板与该薄膜晶体管阵列基板之间，其中所述的彩色滤光片基板包括一上面板，形成在上面板上的彩膜、黑矩阵和柱形隔垫物；其中所述薄膜晶体管阵列基板包括一下面板、形成在下面板上的一组栅线和数据线、栅线和数据线交叉定义一像素区域，其中所述的像素区域包括一薄膜晶体管和一像素电极；其特征在于：所述薄膜晶体管设置在栅线之上；所述的柱形隔垫物包括主隔垫物和副隔垫物，彩色滤光片基板和薄膜晶体管阵列基板相对设置后主隔垫物和副隔垫物分别位于所述薄膜晶体管的两侧；所述主隔垫物的顶部与栅线上方的钝化层接触，副隔垫物的顶部低于薄膜晶体管的硅岛最上方但不接触栅线上方的钝化层。

2、根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述薄膜晶体管两侧的主隔垫物和副隔垫物均靠近薄膜晶体管。

3、根据权利要求2所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述主隔垫物和副隔垫物距薄膜晶体管的侧面距离为0-4微米。

4、根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述薄膜晶体管一侧的主隔垫物在栅线和数据线交叠部位与薄膜晶体管之间采用交错排列，其中一个主隔垫物靠近栅线和数据线交叠部位，与之相邻的另一个主隔垫物靠近薄膜晶体管的硅岛。

5、根据权利要求4所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述主隔垫物距栅线和数据线交叠部位侧面的距离为0-4微米，或主隔垫物距薄膜晶体管的侧面距离为0-4微米，所述副隔垫物距薄膜晶体管的侧面距离为0-4微米。

6、根据权利要求1至5任一所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述栅线上方对应主隔垫物支撑点的位置，有一导轨状有源层，导轨状有源层为薄膜晶体管的硅岛一部分。

7、根据权利要求6所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述主隔垫物底部宽度5-40微米，顶部宽度5-40微米，侧面倾斜角为30-90度。

8、根据权利要求7所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述主隔垫物的截面形状为矩形、圆形、正方形或其它多边形。

9、根据权利要求8所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述主隔垫物的密度范围为1/30-1/1。

10、根据权利要求6所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述副隔垫物的底部宽度为5-20微米，顶部宽度为5-20微米，侧面倾斜角为30-90度。

11、根据权利要求10所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述副隔垫物的截面形状为矩形、圆形、正方形或其它多边形。

12、根据权利要求11所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于：所述副隔垫物的密度范围为1/30-1/1。

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