CN100417992C

CN100417992C - 液晶显示设备

Info

Publication number: CN100417992C
Application number: CNB2005100543579A
Authority: CN
Inventors: 今野隆之; 西田真一; 冈本守
Original assignee: NEC LCD Technologies Ltd
Current assignee: Tianma Japan Ltd
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: TW200532337A; KR100782232B1; US20050200790A1; US7561234B2; JP2005257883A; CN1667479A; KR20060043491A; TWI279631B

Abstract

在基板上提供栅格状像素电极和栅格状公共电极，在该基板中形成例如TFT的横向电场液晶显示设备的开关元件。每个像素电极与诸如TFT的开关元件的一个电极集成地形成。每个像素电极在栅格状像素电极横向条的外围处具有凹口。在像素电极凹口的区域中提供接触孔，该接触孔连接基板中的公共信号线和公共电极。

Description

液晶显示设备

技术领域

本发明涉及一种液晶显示设备，更具体地涉及一种由横向电场驱动的有源极矩阵型液晶显示设备的电极结构。

背景技术

迄今为止已经广泛使用的扭曲向列(TN)系统的问题在于，由于由垂直电场使液晶的分子轴上升，因此在其具有高对比度的同时具有显著的视角依赖性。近些年，对用于诸如TV的大规模监视器中的液晶显示设备的需求已经增大，并且已经更多地采用了平面内切换(IPS)系统。在IPS系统中，通过横向电场在平行于基板的平面内旋转液晶的分子轴来进行显示。由于IPS系统消除了视角对分子轴上升角(rise-up angle)的依赖性，因此IPS系统在其视角特性方面比TN系统更有利。

然而，在IPS系统中，像素电极和公共电极形成为梳状以施加横向电场。因此，IPS系统的问题在于，电极面积与显示面积之比高而孔径比低。

日本专利特开No.2002-323706中公开了这种已改进了IPS系统的低孔径比的实例。图1是日本专利特开No.2002-323706中公开的IPS系统液晶显示设备的平面图。图2A至2C分别是沿图1的线I-I、II-II和III-III的包含薄膜晶体管(TFT)的基板(下文中称为TFT基板)的截面图。

参考图1和图2A至2C，在诸如玻璃板的透明绝缘基板400上形成扫描信号线401和与其平行的公共信号线402，该扫描信号线由第一金属层构成。在扫描信号线401和公共信号线402上形成绝缘膜403。将由第二金属层构成的视频信号线404、TFT 405(以虚线表示)和像素电极406形成在绝缘膜403上。在视频信号线404、TFT 405和像素电极406上形成绝缘膜407。

并且，在整个绝缘膜407上覆盖绝缘膜408。在该绝缘膜408上，形成由透明电极形成的像素电极409和公共电极410。像素电极409和公共电极410形成梳状。注意，图1的带箭头实线表示用于限定液晶初始取向的取向膜(未示出)的摩擦方向。

在其间插入绝缘膜407和408的同时用公共电极410完全覆盖视频信号线404。像素电极409和公共电极410分别通过接触孔411和412电连接到源极电极406A和公共信号线402。

如上所述，由于梳状像素电极409和公共电极410由透明电极形成，因此电极上的面积也对孔径比有贡献。根据模拟，如果考虑透明电极上的贡献量，有效孔径比约增加8％。由于视频信号线404被公共电极410覆盖的结构，可能使孔径部分向视频信号线404附近加宽。注意，这种结构在视频信号线404和公共电极410之间产生负荷电容(load-carrying capacity)。然而，由于公共电极410形成在视频信号线404之上且其间插入了低介电绝缘膜，因此可以将负荷电容控制在没有驱动问题的范围内。

日本专利特开No.2004-062145中提出了一种进一步改进的在IPS液晶显示设备中的高孔径比的实例。图3是日本专利特开No.2004-062145中公开的IPS液晶显示设备的平面图。图4A至4C分别是沿线I-I、II-II和III-III的TFT基板的截面图。参考图3和图4A至4C，将由第一金属层构成的扫描信号线501和与其平行的公共信号线502形成在诸如玻璃板的透明绝缘基板500上。在扫描信号线501和公共信号线502上形成绝缘膜503。在绝缘膜503上形成由第二金属层构成的视频信号线504、TFT 505(以虚线的圆表示)和与源极电极集成的像素电极506。注意，图3的带箭头实线表示用于限定液晶初始取向的取向膜(未示出)的摩擦方向。

由于源极电极与像素电极506集成地形成，因此不需要用于连接像素电极506和源极电极的接触孔。在视频信号线504、TFT 505和与源极电极集成的像素电极506上形成绝缘膜507。并且，在绝缘膜507上整个地覆盖绝缘膜508。当在绝缘膜508上形成由透明电极构成的公共电极510时，由于像素电极506和公共电极510形成栅格状，以致于多个垂直条分别在一对横向条之间延伸，如图3和图4所示，因此驱动电压显著增大。因此，为了达到减小负荷电容的目的，仅留下视频信号线504上的绝缘膜508以成堤(bank)状。此后，形成由透明电极构成的公共电极510。公共电极510通过接触孔512电连接到公共信号线502上。不论绝缘膜508是透明的或是有色的都无关紧要。

与日本专利特开No.2002-323706中公开的IPS液晶显示设备中一样，在日本专利特开No.2004-062145中公开的IPS液晶显示设备中，在其间插入绝缘膜508的同时用公共电极510覆盖视频信号线504。然而，在日本专利特开No.2004-062145中公开的IPS液晶显示设备中，公共电极形成堤状，且视频信号线504具有被公共电极包围的截面形状。因此，对从日本专利特开No.2004-062145中公开的IPS液晶显示设备的视频信号线504泄漏的电场的屏蔽效果比日本专利特开No.2002-323706中公开的IPS液晶显示设备的更强。

如上所述，在日本专利特开No.2004-062145中公开的IPS液晶显示设备中，接触孔的数目减少了一个，并且可以使从视频信号线边缘延伸的公共电极的端部(flare)宽度更小。因此，可以获得更高的孔径比。在IPS液晶显示设备中，由于像素电极由金属电极形成，因此对像素电极上孔径比的贡献量比现有技术小。然而，日本专利特开No.2004-062145中公开的IPS液晶显示设备的有效孔径比约提高了5％，且具有比日本专利特开No.2002-323706中公开的IPS液晶显示设备更高的孔径比。此外抑制了垂直串扰。

在日本专利特开No.2002-323706和2004-062145中公开的IPS液晶显示设备中，当像素间距大时，可能获得接近TN液晶显示设备的有效孔径比。然而，当像素以更窄的间距排列时，即使在日本专利特开No.2004-062145中公开的IPS液晶显示设备中的情况下，作为上层的公共电极与作为下层的公共信号线之间的接触孔的尺寸也会产生问题。因此，虽然已经布置像素电极使其以一个余量绕开接触孔，但这也会对损害孔径比有贡献。由于对接触孔的小尺寸的限制，像素的间距变得越窄，接触孔对孔径比的影响就越不可忽略。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种IPS液晶显示设备，使其即使在像素间距窄且上层公共电极和下层公共信号线之间的接触孔的尺寸成问题的情况下，也能确保孔径比达到最大限度。

本发明的液晶显示设备的第一方面在于，有源极矩阵型横向电场液晶显示设备包括第一基板、与第一基板相对的第二基板和夹在第一与第二基板之间的液晶层。其具有以下特征。具体地，第一基板包括扫描信号线、视频信号线和位于扫描信号线和视频信号线交叉点的薄膜晶体管。第一基板具有连接到薄膜晶体管的由透明电极构成的像素电极，和公共电极。公共电极设置在视频信号线上面并在其间插入绝缘层。公共信号线设置在视频信号线下面并在其间插入第二绝缘层。该公共信号线通过接触孔电连接到公共电极上。像素电极与薄膜晶体管的源极电极集成地形成。像素电极和公共电极分别形成在不同层中。且像素电极和公共电极形成栅格状，以便分别在一对横向条之间延伸多个垂直条。这些电极两两成对。在像素电极一端的横向条中的一个的外围处提供凹口。像素电极的凹口提供在接触孔附近。接触孔通过所述凹口穿过像素电极。

本发明的液晶显示设备的第二方面是，其中将横向条部分切除以便使垂直条具有像素电极的开口端，以取代位于本发明的第一液晶显示设备中的设置在栅格状像素电极的横向条处的凹口。在栅格状像素电极的垂直条的开口端附近提供接触孔，其将公共电极连接到公共信号线。

在本发明的液晶显示设备的第二方面中，形成第一基板的视频信号线、像素电极和公共电极使其弯曲成锯齿形。

在本发明的液晶显示设备的第一方面和第二方面中，栅格状像素电极的横向条可以通过公共信号线和第二绝缘膜形成存储电容。

而且，在本发明的液晶显示设备的第一和第二方面中，在视频信号线上形成第三绝缘膜。可以提供公共电极使其通过第三绝缘膜沿视频信号线的边缘延伸。

如上所述，本发明的液晶显示设备采用如下结构，其中在栅格状像素电极的横向条处提供凹口，该栅格状像素电极与源极电极集成地形成；或采用如下结构，其中栅格状像素电极的垂直条具有开口端。采用该结构，可以得到分配给接触孔的面积，在本发明的液晶显示设备中，即使当由于更窄的像素间距而使延伸到像素的接触孔的面积比率变得更大时，也可以在栅格状像素电极的横向条的凹口附近或栅格状像素电极垂直条的开口端附近容易地形成用于连接公共信号线和公共电极的接触孔。在本发明的液晶显示设备中，可以确保液晶显示设备的孔径比达到最大限度。在本发明的液晶显示设备中，栅格状像素电极的横向条可以通过绝缘膜分别与公共信号线和公共电极一起形成存储电容。

附图说明

从以下参考附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更明显，其中：

图1是常规IPS液晶显示设备的平面图；

图2A至2C是沿图1的线I-I、II-II和III-III的截面图；

图3是另一常规IPS液晶显示设备的平面图；

图4A至4C是沿图3的线I-I、II-II和III-III的TFT基板的截面图；

图5是本发明第一实施例的液晶显示设备的平面图；

图6A至6C是沿图5的线I-I、II-II和III-III的TFT基板的截面图；

图7是本发明第二实施例的液晶显示设备的平面图；

图8A至8C是沿图7的线I-I、II-II和III-III的TFT基板的截面图；

图9是本发明第三实施例的液晶显示设备的平面图；

图10A至10C是沿图9的线I-I、II-II和III-III的TFT基板的截面图；以及

图11是表示本发明第一实施例的液晶显示设备结构的截面图。

具体实施方式

将参考附图具体地描述本发明的实施例。

图5是用于说明本发明的液晶显示设备第一实施例的平面图。图6A至6C分别是沿图5的线I-I、II-II和III-III的TFT基板的截面图。参考图5和图6A至6C，在诸如玻璃板的透明绝缘基板100上形成由例如Al-Nd和Cr的第一金属层构成的扫描信号线101和平行于扫描信号线101的公共信号线102。在扫描信号线101和公共信号线102上，形成由SiO2、SiNx和SiOx等构成的绝缘膜103(栅极绝缘膜)。在绝缘膜103上，形成由非晶硅构成的半导体层109、漏极电极106B和源极电极106A，并由此构造出TFT 105(开关元件)。由从Al、Al合金、Ag、Ag合金、Cr和Cr合金中选出的一种金属膜构成漏极电极106B。与源极电极106A和漏极电极106B的形成同时形成视频信号线104和与源极电极106A集成形成的像素电极106。像素电极106形成栅格状，以便在一对横向条之间分别延伸多个垂直条。借助于通过等离子体化学气相淀积(PCVD)方法将非晶硅淀积在绝缘膜103的整个表面上并构图，来形成TFT的半导体层109。借助于通过溅射形成诸如Al-Nd、Cr等的金属层，然后通过光刻法构图，来形成源极电极106A、漏极电极106B、像素电极106、扫描信号线101和公共信号线102。通过SiO2、SiNx和SiOx等的PCVD法形成绝缘膜103。注意，图5的带箭头实线表示用于限定液晶的初始取向的取向膜(未示出)的摩擦方向。

在视频信号线104、薄膜晶体管105和与源极电极106A集成形成的像素电极106上形成由SiNx等构成的绝缘膜107，并且进一步将由有机绝缘膜构成的绝缘膜108覆盖在绝缘膜107上。为了减小负荷电容，仅留下视频信号线104上的绝缘膜108。将显示区域上的绝缘膜108除去。因此，不论绝缘膜108是透明的还是有色的都无关紧要。作为构成绝缘膜108的有机绝缘材料，可以使用具有介电常数在例如3和4之间的丙烯树脂，且将绝缘膜108形成为具有1.5到2μm的厚度。

此后，形成由氧化铟锡(ITO)构成的透明电极形成的公共电极110。通过接触孔112将公共电极110电连接到公共信号线102上。为了屏蔽从视频信号线104泄漏的电场，构图公共电极110使其从视频信号线104的边缘伸出(overhang)。其端部宽度应等于1.5μm或更大，且优选在大约3到4μm范围内。

在接触孔112的周围，在与源极电极106A集成形成的栅格状像素电极106的横向条的外周中提供具有凹形的凹口。通过提供该凹口，可以得到分配到接触孔的面积。然后，通过提供凹口，即使当由于更窄的像素间距使延伸到像素的接触孔面积的比率变得更大时，也可以容易地形成用于连接公共信号线和公共电极的接触孔。这能够确保液晶显示设备的孔径比到最大限度。通过绝缘膜103和107，栅格状像素电极106的横向条分别与公共信号线102和公共电极110一起形成存储电容。公共电极110以及像素电极106也形成栅格状。这些电极分别形成在不同层中。

在公共电极上布置相对基板，该相对基板包括液晶层和诸如玻璃基板的透明基板(在图5和图6A至6B中未示出)，并由此构造出本发明的液晶显示设备。图11是本发明第一实施例的液晶显示设备的截面图。在图11中，与图6B相同的参考数字表示与图6B相同的构成部件。图11的参考数字115表示液晶层，且参考数字120表示相对基板。注意，由诸如聚酰亚胺的树脂构成的取向膜125A和125B分别形成在图11的液晶显示设备的TFT基板和相对基板的表面上。取向膜125A和125B用于限定液晶的初始取向。带箭头实线表示取向膜的摩擦方向。

接着，将参考图7和图8A至8C描述本发明的液晶显示设备的第二实施例。在该实施例的液晶显示设备中，像素电极形成栅格状，以便在一对横向条之间分别延伸多个垂直条。在本发明的液晶显示设备的该实施例中，切割栅格状像素电极一端处的横向条以便使垂直条具有如图7所示的开口端。

在该实施例中，可以比第一实施例更容易地在栅格状像素电极垂直条的开口端附近提供用于连接公共电极和公共信号线的接触孔。

图7是用于说明本发明的液晶显示设备的第二实施例的平面图。图8A至8C分别是沿线I-I、II-II和III-III的TFT基板的截面图。

参考图7和图8A至8C，在诸如玻璃的透明绝缘基板200上形成由例如Al-Nd、Cr的第一金属层构成的扫描信号线201和平行于扫描信号线201的公共信号线202。在扫描信号线201和公共信号线202上，形成由SiO2、SiNx和SiOx等构成的绝缘膜203(栅极绝缘膜)。在绝缘膜203上，形成由非晶硅构成的半导体层209、漏极电极206B和源极电极206A，并由此构造出薄膜晶体管(TFT)205。由从Al、Al合金、Ag、Ag合金、Cr和Cr合金中选出的一种金属膜构成漏极电极206B。与源极电极206A和漏极电极206B的形成同时形成视频信号线204和与源极电极206A集成形成的像素电极206。注意，借助于通过PCVD等方法将非晶硅淀积在绝缘膜203的整个表面上并构图，来形成TFT的半导体层209。借助于通过溅射形成诸如A1-Nd、Cr等的金属层，然后通过光刻法构图，来形成源极电极206A、漏极电极206B、像素电极206、扫描信号线201和公共信号线202。通过SiO2、SiNx和SiOx等的PCVD法形成绝缘膜203。注意，图7的带箭头实线表示取向膜的摩擦方向。

在视频信号线204、薄膜晶体管205和与源极电极206A集成形成的像素电极206上形成由SiNx等构成的绝缘膜207，并且进一步将由有机绝缘膜构成的绝缘膜208覆盖在绝缘膜207上。为了减小负荷电容，仅留下视频信号线204上的绝缘膜208。将显示区域上的绝缘膜208除去。因此，不论绝缘膜208是透明的还是有色的都无关紧要。作为构成绝缘膜208的有机绝缘材料，可以使用具有介电常数在例如3和4之间的丙烯树脂，且将绝缘膜208形成具有1.5到2μm的厚度。

此后，形成由ITO构成的透明电极形成的公共电极210。通过接触孔212将公共电极210电连接到公共信号线202上。为了屏蔽从视频信号线204泄漏的电场，构图公共电极210使其从视频信号线204的边缘伸出。其端部宽度应等于1.5μm或更大，且优选在大约3到4μm范围内。

在接触孔212的周围，部分切除横向条以形成栅格状像素电极206的垂直条开口端结构(用虚线圆IV表示)。栅格状像素电极206与源极电极206A集成地形成。之所以在公共电极210上叠加像素电极垂直条的该不闭合端部的理由是，为了防止由于在不适当的方向上在其端部周围产生电场而干扰液晶分子的旋转。

本发明的液晶显示设备已经采用该结构(开口结构)，其中在接触孔212的外围中，栅格状像素电极206的垂直条的端部是不闭合的。采用该结构，可以得到分配到接触孔的面积。即使当由于更窄的像素间距而使延伸到像素的接触孔的面积比率变得更大时，也可以在具有垂直条不闭合端部的栅格状像素电极附近容易地形成用于连接公共信号线和公共电极的接触孔。由此，可以确保液晶显示设备的孔径比到最大限度。栅格状像素电极206的横向条具有以下作用，即通过绝缘膜203和207分别与公共信号线202和公共电极210一起形成存储电容。通过采用该结构，其中栅格状像素电极的垂直条是部分不闭合的，可以适当地调节存储电容的值。

虽然在图7和图8A至8C中省略了其说明，但是，在公共电极上形成液晶层和由透明基板构成的第二基板，该透明基板由玻璃板等构成，并由此构造出本发明的液晶显示设备。本实施例的液晶显示设备的截面结构与图11的相同，并省略其说明。

接下来，将参考附图描述本发明的液晶显示设备的第三实施例。图9是用于说明本发明的液晶显示设备第三实施例的平面图。图10A至10C分别是沿图9的线I-I、II-II和III-III的截面图。本实施例的液晶显示设备是称为多畴型的一个示例，其中视频信号线、像素电极和公共电极被弯曲成锯齿形。

参考图9和图10A至10C，在诸如玻璃的透明绝缘基板300上形成由例如Al-Nd、Cr的金属层构成的扫描信号线301和平行于扫描信号线301的公共信号线302。在扫描信号线301和公共信号线302上，形成由SiO2、SiNx和SiOx等构成的绝缘膜303(栅极绝缘膜)。在绝缘膜303上，形成由非晶硅构成的半导体层309、源极电极306A和漏极电极306B，并由此构造出薄膜晶体管(TFT)305。由从Al、Al合金、Ag、Ag合金、Cr和Cr合金中选出的一种金属膜构成源极电极306A和漏极电极306B。与源极电极和漏极电极306A和306B的形成同时形成视频信号线304和与源极电极306A集成形成的像素电极306。注意，借助于通过PCVD等方法将非晶硅淀积在绝缘膜303的整个表面上并构图，来形成TFT 305的半导体层309。借助于通过溅射形成诸如Al-Nd和Cr等的金属层，然后通过光刻法构图，来形成源极电极306A、漏极电极306B、像素电极306、扫描信号线301和公共信号线302。通过SiO2、SiNx和SiOx等的PCVD法形成绝缘膜303。

在视频信号线304、薄膜晶体管305和与源极电极306A集成形成的像素电极306上形成由SiNx等构成的绝缘膜307。并且进一步将由有机绝缘膜构成的绝缘膜308覆盖在绝缘膜307上。为了以与上述本发明第一实施例的液晶显示设备相同的方式减小负荷电容，仅留下视频信号线304上的绝缘膜308。将显示区域上的绝缘膜308除去。与本发明第一实施例的液晶显示设备相同，可以使用诸如丙烯树脂的有机绝缘膜作为绝缘膜308。绝缘膜308的厚度约为1.5到2μm。构图视频信号线304和像素电极306使其从上面看是弯曲的。

此后，形成由ITO构成的透明电极形成的公共电极310，使其与从上面看已弯曲的视频信号线304和像素电极306的图案形状相匹配。通过接触孔312将公共电极310电连接到公共信号线302上。

为了屏蔽从视频信号线304泄漏的电场，构图公共电极310使其从视频信号线304的边缘伸出。其端部宽度应等于1.5μm或更大，且优选在大约3到4μm范围内。

在接触孔312的周围中，与源极电极306A集成形成的栅格状像素电极306的端部(用虚线圆V表示)是不闭合的。采用该结构，可以得到分配给接触孔的面积。即使当由于更窄的像素间距而使延伸到像素的接触孔的面积比率变得更大时，也可以确保液晶显示设备的孔径比到最大限度。栅格状像素电极306的横向条分别通过绝缘膜303和307与公共信号线302和公共电极310一起形成存储电容。通过采用该结构，其中栅格状像素电极306的垂直条是部分不闭合的，可以适当地调节存储电容的值。

虽然在图9和图10A至10C中省略了其说明，但是，在公共电极上形成液晶层和由透明基板构成的第二基板，该透明基板由玻璃等构成，并由此构造出本发明的液晶显示设备。本实施例的液晶显示设备的截面结构与图11的相同，并省略其说明。

在该实施例中，当从上面看时，视频信号线304、公共信号线302和公共电极被弯曲了一次，且当从上面看时它们可以被弯曲多于一次。使取向膜(未示出)的摩擦方向垂直，以便使液晶的分子轴的旋转方向对于位于弯曲部分顶点下面和之下的每个畴来说是不同的，如图9的带箭头实线所示。采用这种构造，由于液晶可以在两个方向上旋转，因此液晶旋转到两个方向中相互补偿了它们的视角性能。因此，可以进一步提高视角性能。

虽然已经结合特定优选实施例描述了本发明，但是应理解本发明所包含的主旨不限于这些具体实施例。相反，本发明的主旨在于包括可以包含在权利要求的精神和范围内的所有变换、修改和等价物。

Claims

1. 一种液晶显示设备，包括

第一基板，其包括多个扫描信号线、多个视频信号线、设置在扫描信号线和视频信号线的每个交叉点的开关元件和形成在视频信号线之下的公共信号线；

与第一基板相对的第二基板；以及

夹在第一和第二基板之间的液晶层，

其中第一基板还包括形成栅格状的像素电极和公共电极，以便像素电极和公共电极分别具有在一对横向条之间分别延伸的多个垂直条，开关元件的源极电极和漏极电极中的一个电极与视频信号线相连，像素电极的每一个都与开关元件的源极电极和漏极电极中的另一电极的每一个集成地形成，并在横向条中的一个的外围处具有凹口，并且公共电极通过接触孔连接到公共信号线，其中所述接触孔通过所述凹口穿过像素电极。

2. 根据权利要求1的液晶显示设备，其中，第一绝缘膜形成在公共信号线上，并且像素电极的横向条通过第一绝缘膜与公共信号线形成存储电容。

3. 根据权利要求1的液晶显示设备，其中在视频信号线上形成第二绝缘层，并构图公共电极使其通过第二绝缘层从视频信号线的边缘延伸。

4. 根据权利要求1的液晶显示设备，其中像素电极还具有其垂直条的开口端。

5. 根据权利要求1的液晶显示设备，其中公共信号线、视频信号线和像素电极由从Al、Al合金、Ag、Ag合金、Cr和Cr合金中选出的一种金属膜构成。

6. 根据权利要求3的液晶显示设备，其中第二绝缘层由丙烯树脂构成。

7. 根据权利要求4的液晶显示设备，其中像素电极垂直条的开口端提供在接触孔附近。

8. 根据权利要求4的液晶显示设备，其中提供公共电极使其叠加在像素电极垂直条的开口端上。

9. 根据权利要求4的液晶显示设备，其中形成视频信号线、像素电极和公共电极使其弯曲成锯齿形。