改善TFTLCD中串扰的工艺研究.docx
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改善TFTLCD中串扰的工艺研究
改善TFT-LCD中串扰的工艺研究
filmthickness，whichfurtherreducesthecommoneleetrodelinedelayandeliminatesthehor让ontalcrosstalk.ThisseetionalsoanalyzestheeouPlingeaPacitanceandthere峨ionshiPbetweenco印lingcaPacitorandcrosstalk.Thenun而umdistance
betweentheP饮eleleetrode（ITO）andthesignalline（S/D）15thendetermined，
whichProvidesdataforfurtherP议elapertureratioirnProvement.
Key认]o川:
TFT--LCD，Crosstalk，leakage，back一charineletching，eo印lingeapaeitor
ChineseLib份ryClassmeationCode:
TN346
3
第一章绪论
1.1课题研究背景及意义
本课题是建立在与企业需求相结合，尽量贴近生产的基础上的。
在研究了薄膜晶体管液晶显示器（吓T-LCD）的大量理论后，结合实习单位的实际情况，将研究方向定在了解决原因复杂、与设计及工艺相关性高的串扰问题上。
串扰，又称为Crossta玫，本来是指信号线因为电容祸合的原因，互相影响，造成信号传输异常。
在薄膜晶体管显示器（开T-LCD）的发展过程中，逐渐将串扰定义为一种画面显示异常的现象，即整个显示屏上一部分区域会受到另一部分区域的影响，而使画面失真。
在作T-LCD发展迅速的今天，大面板尺寸，高分辨率，）’一视角，甚至是3D等新的技术对屏幕的显示质量提出了更高的要求。
而高分辨率使得像素间距更小，线宽缩小，开口率增加，这些因素会加重串扰的程度。
即便是普通的开下LCD，串扰也会使得产品在检验时被判为不良屏，使得产品良率极低，有的产品甚至会出现100%串扰，严重影响效益。
调查发现对串扰的研究，在上世纪90年代研究较多，Fra泳R-L无sch，A.Lien和Howard等人通过改变驱动程序，改善了水平串扰川‘2’【3’，AhLn，Koo等人通过设计新的器件结构，改善了垂直串扰“’‘弓’，黄瑶秋等人做了串扰的光谱研究「6，。
从研究方向上看出，大部分研究都集中在从驱动程序及结构上改善串扰，并未从根本上解决串扰，只能有所改善。
因此，针对串扰的原因，调查与工艺的相关性，就变得非常重要，本课题就是希望能够通过工艺上改善影响串扰的因素，从根本上解决作T-LCD的串扰。
1.2TFT--LCD工作与驱动原理
吓T--LCD是以液品为介质、以薄膜品体管为控制元件的集大规模半导体集成电路技术和平板光源技术于一体的光电子产品。
薄膜晶体管是在玻璃基板_[制作的半导体器件，通过先进的半导体工艺，在玻璃上淀积半导体薄膜和金属膜，并通过光刻和蚀刻加工成图形，形成具有一定功能的半导体器件。
【丁’
在TF不LCD显示器的器件中，不仅包括一个具有开关作用的薄膜品体管，同时还要给每个像素设计一个可以在一个信号周期维持像素信号电压的存储电容（Cst）。
如图1.1所示是带存储电容的吓T结构及等效电路图。
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图1.9像素点电压极性反转方式
TFT-LCD应用的液晶显示模式己经很多【’2’，如应用最普遍的TN门认zistedNametic）显示模式、近些年日益增长的IPS（InPlanSwitch）模式和VA（VertiealAlignlllent）模式等。
所有模式的共同特点就是通过加在液晶层上的电压来控制液晶分子的取向方向，从而改变液晶材料对外界光的调制作用，进而来达到显示
图像的目的。
下面就以用途较广的TN型液晶显示为例进行说明。
图1.10给出了液晶盒的基本结构。
此LCD屏如前面所述那样，将偏振片粘贴在注入液晶的两张玻璃基板上，并使上下偏振片光轴正交。
偏振片只允许通过某一方向振动的光。
现在，加在液晶的电压为关态电压，如为0伏（实际情况中，关态所加电压未必为O，而通常是小于液晶阑值电压的一个值），注入到LCD屏的液晶分子在界面处分别沿着上下两个玻璃基板表面的取向层摩擦方向排列。
在实际设计和工艺过程中，上下两个玻璃基板取向层摩擦方向是止交的，如图1.10左图所示，在这种状态中两片偏振片的光轴方向是与相应基板取向层摩擦方向一致的。
这样在玻璃基板问的液品分子在上下两个表面间扭曲了90。
。
在这种状态中，山背光源发射出的光通过靠近背光源侧的偏振片时，只有一个振动方向的光能够通过。
然后，光在传播过程中光的偏振方向会沿着液晶分子扭曲的方向而发生90“的偏转到达图中下基板。
山于贴在下基板表而的偏振片光轴方向与传播到这里的光的偏振方向是一致的，所以光可以通过，那么就形成了显示的亮态。
当在液晶盒上加上电压后，液晶分子会沿着电场的方向进行排列，即趋向于垂直于基板表而进行排列。
在这种状态中液品分子对偏振光的调制作用消失，这样从背光源出射的光将被两个光轴方向正交的偏振片基本截断，从而形
表1.1数据bit、灰度级和显示颜色数间的关系
数数据比特数数灰度级数数显示颜色数数
3333388851222
44444l666409666
5555532223200000
66666644426万万
7777712888200万万
88888256661670万万
如用“0”和“1”组合成3位数据也就是3比特，可显示的灰度级为23=8个灰度级，可显示的颜色数是83=512色。
当数据信号为6比特时，可显示的灰度级数为2“=64灰度，而可显示的颜色数则为643=26万色。
在LCD显示中，在未加电压状态下，画面显示白色叫做常白显示，反之称为常黑显示，其光电特性如图1.12。
常自模式LCD在液晶盒组装时液品盒厚度（CellG叩）的不均匀性对画面质量的影响较小，而且在加电压时，容易得到与波长无关的黑色。
而常黑模式LCD，经常会由于某一波长漏光而产生黑的色彩的变化，有易带色的缺点，而且屏内的缺陷很容易显现。
，;;蒯瞬八石;万瓦
5%
O%
Voltage份）
图1.12常自和常黑模式的透过率对比
开「]率是像素（或子像素）的光透过部分而积（显示可用的面积）与像素（或子像素）总而积的比值。
如图1.13，吓T-LCD开口率大约在50一80%。
通常开日率越大，液晶显示器的光学利用率越高，显示器的亮度会越高。
开口率的提高主
在实际的TFT结构中，是有很多的寄生电容存在的。
如图1.16所示是一个带存储电容的TFT像素结构，Cpd是指数据线和像素电极的寄生电容，Cpg是指扫描线盒像素电极的寄生电容，另外还包括存储电容Cst，扫描线和数据线间的寄生电容CgS。
CCCp只’’厂厂厂
召召互互互互CC互互互互CCCpggggggggg
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图1.16寄生电容示意图
1.3.2垂直串扰
为了评价在子像素点上的电压变化，人们定义了一个量值，就是所谓的电压保持率，vHR（vo一ta罗HoldingRatio）。
VLe（t）
图1.]7电压保持率VllR位定义
vHR=-生生（1.1）
临
VHR定义为加在液晶像素上的电压有效值，它是电压的方均根值Vrlns与电压峰值VPeak的比值，见图1.17。
Vrtns定义为:
气”一利卜t）dt（1.2）
其中Tf为一帧的周期，V为与时间相关的电压的瞬时值。
VrmS也称液晶
的有效电压，液晶屏的透过率和相应时间都是与它直接相关的‘7’。
在共电极结构中，像素电极本身和下一条数据线间存在寄生电容，如图1.18所示。
数据线上信号的变化会经由这些电容藕合到下一个数据线，引起下一个数据线上连接的子像素行成串扰。
CC工工心C全一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一}}}L}。
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图1.18包含寄生电容TFT等效电路图
在帧反转中，参考波形图1.20，像素Al和A2与Bl和BZ上的电压波形会有所差别。
像素BI、BZ显示的灰阶是相同的，但是Vrms值比较会发现:
Al会比BI的VrmS值大，所以AI会显示的灰阶比较深，而AZ会比BZ13勺Vrms值小，所以显示的灰阶值较浅。
最终出现如图1.19的串扰。
数量级，以4.7寸的小尺寸液晶屏为例，像素电容公式为1.3，将数据代入如式1.4计算出像素电容。
Chold=￡。
·:
IC（A/D）=13x6x10（1.3）
13xs.85xio一14x72x2z6
Chold_￡le·Eo·A0.4Pf（1.4）
D4.5
将结果代入公式1.5、1.6:
Chold
1leak·dthold<<（1.5）
Cst+Chold·d呱。
ld
1le欲·dtho]d_（1012）
dVh。
一d<Ch。
:
d/Cst+Chold\0.4/0.7/
也就是10一，2的漏电流会造成30m、的电压波动，而对于120灰阶的图像来
说，会引起几个灰度阶的变化，视觉上就能感受到灰阶变化引起的垂直串扰。
1.3.3水平串扰
开T面板在上板共电极与吓T面电容，除了像素ITO与上板ITO电极形成的液晶电容以外，还有数据线和扫描线与上板电极形成的寄生电容，见图1.19。
卜板共电极其实是一个RC延时很大的电阻一电容网络，当数据线电压变化时，便会经由数据线与上极板形成的寄生电容，影响到上极板共电极电位，山于上极板电阻很大，没办法短时间内消除电位变化的影响，恢复不到设定的电压，便会形成串扰。
品的膜厚实际值，作T特性（包括转移特性、阂值电压、有效迁移率），确定改善垂直串扰的最佳工艺参数。
第四章是对水平串扰的工艺改善，通过绪论的分析，对关键工艺进行优化，测试水平串扰值，找出最佳工艺参数。
本部分还对祸合电容的影响因子进行了研究，确定影响串扰的最小线间距。
第五章作为总结，对前面的工作进行了总结和讨论，并对后续可以研究和改善的方向进行了展望。
第二章液晶面板制造工艺及其测试方法
2.1液晶面板制造工艺概述
TFT-LCD的制造工艺有以下几部分:
在TFT基板上形成吓T阵列;在彩色滤光片基板上形成彩色滤光图案及透明电极（IID）导电层;用两块基板形成液晶盒;安装外围电路、组装背光源等的模块组装【8’。
2.1.1阵列段工艺
阵列段工艺，即在玻璃基本上制作TFT的工艺。
现已实现产业化的吓T类
型包括:
非晶硅作T（a-Si吓T）、多晶硅吓T（p一si吓T）、单晶硅TFT（c一Si开劝几种。
目前使用最多的仍是a一si吓To
我们采用的是SMASK工艺，即整个工艺过程中用到5次曝光。
于51TFT的
制造工艺是先在硼硅玻璃基板上溅射栅极材料金属A加d膜，经掩膜曝光、显影、湿法蚀刻后形成栅极布线图案，一般的公共电极（Co~n）和光阻挡层（BM）也在这步完成（掩膜曝光用步进曝光机）;第二步是用PECVD法进行连续成膜，形成S汹x膜、非掺杂a一si膜，掺磷N气a一Si膜。
然后再进行掩膜曝光及干法蚀刻形成TFT部分的a一si图案（称为硅岛）;第三步是将金属Al等进行溅射成膜，用掩膜曝光、蚀刻形成开T的源极、漏极以及信号线图案，这里会形成沟道，详细会在后面介绍;第四步用PECVD法形成保护绝缘膜，再用掩膜曝光及干法蚀刻进行绝缘膜的蚀刻成形，形成通孔（该保护绝缘膜用于对栅极以及信号线电极和显示电极的保护）;第五步是用溅射成膜法形成透明电极（ITO膜），再经掩膜曝光及湿法蚀刻形成显示电极图案。
至此，整个阵列段工艺流程完成‘’2，。
TFT阵列工艺是TFT-LCD制造工艺的关键，也是设备投资最多的部分。
整
个工艺要求在很高的净化条件下进行。
2.1.2彩色滤光片（CF）基板制造工艺
彩色滤光片着色部分的形成方法有染料法、颜料分散法、印刷法、电解沉积
法、喷墨法。
目前以颜料分散法为主。
颜料分散法的第一步是将颗粒均匀的微细颜料（平均粒径小于0.1林m）皿、
G、B三色）分散在透明感光树脂中。
然后将它们依次用涂敷、曝光、显影工艺方法，依次形成R-G.B三色图案。
在制造中
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