CN100429565C - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

液晶显示装置及其制造方法。一种液晶显示装置，包括：彼此面对的第一基板和第二基板；分别位于所述第一基板和第二基板上的像素电极和公共电极；分别位于所述像素电极和公共电极上的第一和第二配向层；所述第一和第二配向层之间的液晶层，该液晶层的液晶分子保持弯曲状态；以及所述液晶层中的氢键结合结构，该氢键结合结构具有弓形以保持所述弯曲状态。

Description

液晶显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及液晶显示装置及其制造方法。

背景技术

直至最近，显示装置仍主要使用阴极射线管(CRT)。目前，已经进行了很大的努力来开发各种类型的平板显示器(如液晶显示器(LCD)装置、等离子体显示板(PDP)、场发射显示器、以及电致发光显示器(ELD))，作为CRT的替代品。在这些平板显示器当中，LCD装置具有很多优点，如分辨率高、重量轻、外形薄、体积小、以及电力需求低。

一般来说，LCD装置包括两个基板，该两个基板相互隔开并彼此面对，其间插入有液晶层。所述两个基板包括彼此相对的电极，从而在这些电极之间施加的电压在液晶层上感生出电场。液晶层中的液晶分子的排列随着感生出的电场的强度而变化为沿着感生电场的方向，由此改变了LCD装置的透光率。因此LCD装置通过改变感生的电场的强度来显示图像。

现在，要求LCD装置响应快、视角宽。对光学补偿双折射(OCB)模式的LCD装置具有上述要求。

图1为根据现有技术的OCB模式LCD装置的剖面图；

如图1所示，OCB模式的LCD装置1包括：阵列基板、滤色器基板和这两个基板之间的液晶层58。

在阵列基板中，选通线(未示出)和数据线40彼此交叉地形成在第一基板30上。薄膜晶体管Tr淀积在选通线和数据线40的交叉处。像素电极49与薄膜晶体管的漏极46相连接。第一配向层55淀积在具有像素电极49的整个基板30上。

在滤色器基板中，黑底(black matrix)12淀积在第二基板10上。淀积包括红(R)、绿(G)、蓝(B)滤色器图案15a、15b、15c的滤色器层15以填充黑底12的开口。公共电极18淀积在滤色器层15上。第二配向层25淀积在公共电极18上。

所述液晶层58具有阵列基板和滤色器基板之间的单元间隙D。

沿着一个方向摩擦第一和第二配向层55和25以使液晶分子59沿着具有预倾斜角的方向排列。

图2A至图2C为示出了根据现有技术的OCB模式LCD装置的操作的剖面图。

如图2A所示，OCB模式LCD装置1的液晶分子59具有初始排列状态，即小于转变电压(Vt)时的喷射状态(spray state)。邻近阵列基板和滤色器基板的液晶分子59以作为预倾斜角的倾斜角-θ和θ排列。向着液晶层58的中心位置，液晶分子59的倾斜角减小。液晶分子59的倾斜角在中心位置为0度角。

如图2B所示，当施加等于或大于转变电压(Vt)的电压时，液晶分子59从喷射状态变为弯曲状态。邻近阵列基板和邻近滤色器基板的液晶分子59仍然以倾斜角-θ和θ排列。向着液晶层58的中心位置，倾斜角增大。中心位置的液晶分子的倾斜角为90度角。如果施加低于转变电压的电压或不施加电压，液晶分子恢复到喷射状态。

如图2C所示，当施加用来显示黑图像的电压(即非常高的电压)时，除了邻近阵列基板和滤色器基板的液晶分子59外，大多数的液晶分子59都具有90度的倾斜角。

图3为示出了在根据现有技术的OCB模式LCD装置中透光率与施加的电压的关系的曲线图。

如图3所示，在低于转变电压(Vt)时透光率是不规律的，在等于或大于转变电压(Vt)时，透光率几乎是线性下降。OCB模式LCD装置利用透光率线性变化的部分来正常显示具有灰度级的图像。因而，在每次驱动OCB模式的LCD装置时，为正常显示图像，在初始阶段，喷射状态应转变为弯曲状态。为了做到这一点，现有技术的OCB模式LCD装置具有驱动电路，其施加等于或大于转变电压(Vt)的电压以将喷射状态转变为弯曲状态。

透光率在转换电压(Vt)下是最高的，因此在转变电压(Vt)下可以显示最亮的白图像。然而，由于施加的电压可能有偏差，所以在接近转变电压(Vt)时，弯曲状态有可能转变回喷射状态。为了避免这种非正常的重新转变，利用高于转变电压(Vt)的白电压(Va)来显示白图像。弯曲状态在白电压(Va)下比在转变电压(Vt)下更稳定。然而，针对白图像的透光率降低(Tt→Ta)。因此，亮度降低，对比度也降低。

发明内容

因此，本发明旨在一种液晶显示装置及其制造方法，其基本消除了由于现有技术的限制和缺点造成的一个或更多个问题。

本发明的附加的特征及优点可以在下面的描述中阐述，部分地可以从描述中显而易见，或者从对本发明的实践中得知。本发明的目的和其它优点可以通过所写的说明书及其权利要求书以及附图具体指出的结构来实现和得到。

为了实现这些及其它优点并根据本发明的目的，根据具体实现并广泛描述的，液晶显示装置包括彼此相对的第一和第二基板；分别位于第一和第二基板上的像素电极和公共电极；分别位于像素电极和公共电极上的第一和第二配向层；第一和第二配向层之间的液晶层，该液晶层的液晶分子保持弯曲状态；以及液晶层中的氢键结合结构，该氢键结合结构呈弓形，以保持所述弯曲状态。

另一方面，一种制造液晶显示装置的方法包括以下步骤：在彼此面对的第一和第二基板之间注入液晶层，该液晶层包括自组装氢键结合纤维；加热所述的液晶层至第一温度，从而使液晶分子和自组装氢键结合纤维具有各向同性状态；以及冷却所述液晶分子至常温并向该液晶层施加电场，从而液晶分子具有弯曲的状态，所述自组装氢键结合纤维形成了具有弓形的氢键结合结构。

应当理解，前面的一般描述及后面的详细描述都是示例性和解释性的，并且意在对所要求的本发明提供进一步的说明。

附图说明

本发明包括的附图用以进一步理解本发明，其被并入说明书，构成了说明书的一部分，所述附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1为根据现有技术的OCB模式LCD装置的剖面图；

图2A至图2C为示出了根据现有技术的OCB模式LCD装置的操作的剖面图；

图3为示出了根据现有技术的OCB模式LCD装置中透光率与施加的电压的关系的曲线图；

图4为示出了根据本发明的示例性实施例的OCB模式LCD装置的剖面图；以及

图5A至图5C为示出了根据本发明的示例性实施例的形成氢键结合结构的方法的剖面图。

具体实施方式

现在详细说明本发明的示出的实施例，这些实施例在附图中示出。

图4为示出了根据本发明的示例性实施例的OCB模式LCD装置的剖面图。

如图4所示，根据本发明的示例性实施例的OCB模式LCD装置101包括阵列基板、滤色器基板及介于这两个基板之间的液晶层158。

在液晶层158中，排列着具有弯曲状态的液晶分子159及多个具有弓形的氢键结合结构165。所述氢键结合结构165包括多个自组装氢键结合纤维163。该自组装氢键结合纤维163为氢键结合，并且以与弯曲状态的液晶分子159的排列类似的形状固定，从而形成具有弓形的氢键结合结构165。自组装氢键结合纤维163在初始阶段是任意排列的。在自组装之后，氢键结合纤维163被排列为类似于液晶分子159的排列，以形成氢键结合结构165，该氢键结合结构165持续地维持弓形。即使施加的电压低于现有技术的转变电压或未施加电压，所述氢键结合结构165也能防止先前已经转变到弯曲状态的液晶分子159转变回喷射状态。氢键结合结构165使弯曲状态得到维持，这样就无需像现有技术那样施加转变电压来将喷射状态转变为弯曲状态的过程了。因此，OCB模式的LCD装置不需要单独的驱动电路来施加将喷射状态转变为弯曲状态的电压，这样就可以降低生产成本。此外，用来发出最高透光率的电压被用作显示最亮的白图像的电压。因此，亮度和对比度可以得到提高。

在阵列基板中，选通线(未示出)和从所述选通线分出来的栅极133淀积在第一基板130上。栅绝缘层135淀积在选通线和栅极133上。半导体层137淀积在对应于栅极133的栅绝缘层135上。该半导体层137包括有源层(active layer)137a和欧姆接触层137b。源极143和漏极146淀积在半导体层137上。源极143从数据线140分出来，该数据线140与选通线交叉以限定像素区域。所述栅极133、半导体层137、源极143和漏极146限定了薄膜晶体管Tr。钝化层148淀积在源极143、漏极146和数据线140上。所述钝化层148具有露出漏极146的漏接触孔151。像素电极153淀积在所述像素区域的钝化层148上。所述像素电极153通过漏接触孔151与漏极146接触。第一配向层155淀积在具有像素电极153的整个第一基板130上。

在滤色器基板中，黑底112淀积在第二基板110上。黑底112可对应于选通线、数据线140以及薄膜晶体管Tr。滤色器层115填充所述黑底112的开口并与所述黑底112交叠。滤色器层115包括对应于各像素区域的红(R)、绿(G)和蓝(B)滤色器图案115a、115b、以及115c。公共电极118淀积在滤色器层115上。第二配向层125淀积在所述公共电极118上。

摩擦第一和第二配向层155和125，从而以初始状态排列液晶分子159。可在滤色器层115和公共电极118之间淀积保护层。

由于氢键结合结构165使液晶分子持续保持弯曲状态，所以不施加转变电压也能保持液晶分子159的弯曲状态。因此，一旦液晶分子159具有弯曲状态，则该弯曲状态不会转变回喷射状态。

下面参照图4解释制造阵列基板和滤色器基板的方法。

在第一基板130上淀积第一金属材料。执行掩膜工艺(包括光刻胶淀积、曝光、光刻胶显影以及刻蚀)来构图所述第一金属材料，从而形成选通线和栅极133。

在具有栅极133的第一基板130上形成栅绝缘层135。在栅绝缘层135上淀积半导体材料并对其构图以形成半导体层137。所述有源层137a可以由本征非晶硅制成，而欧姆接触层137b可以由杂质掺杂非晶硅制成。

在具有半导体层137的基板130上淀积第二金属材料并对其构图以形成源极143、漏极146以及数据线140。

在具有源极143和漏极146的基板130上形成钝化层148。该钝化层148被构图以形成露出所述漏极146的漏接触孔151。

在所述钝化层148上淀积透明导电材料并对其构图以形成像素电极153。所述透明导电材料可以包括锡铟氧化物(ITO)、锌铟氧化物(IZO)和锌锡铟氧化物(ITZO)。

在具有像素电极153的基板130上形成第一配向层155，并沿着一个方向对其进行摩擦。

通过如上解释的工艺制得阵列基板。

将铬(Cr)或黑树脂淀积在第二基板110上并对其构图以形成黑底112。

依序在具有黑底112的基板110上淀积红、绿和蓝树脂，对其构图以在对应的像素区域形成红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)滤色器图案115a、115b及115c。

在滤色层115上淀积透明导电材料，并对其构图以形成公共电极118。所述透明导电材料可以包括锡铟氧化物(ITO)、锌铟氧化物(IZO)和锌锡铟氧化物(ITZO)。

在所述公共电极118上形成第二配向层125。可以沿着与第一配向层155相同的方向摩擦所述第二配向层125。

通过如上解释的工艺制得滤色器基板。

通过密封图案来附接如上制备的阵列基板和滤色器基板，然后将液晶材料填充在所述两个基板之间。参照图5A至图5C来说明附接了两个基板之后的详细的工艺。

图5A至图5C为示出了根据本发明的示例性实施例的形成氢键结合结构的剖面图。在图5A至图5C中，省略了图4中示出的部分组件以使说明简洁。

如图5A所示，包括自组装氢键结合纤维163的液晶材料被注入第一配向层155和第二配向层125之间以形成液晶层158。可以使用向列液晶材料。自组装氢键结合纤维163包括氢(H)和至少一种具有高的电负性的原子(例如氟(F)、氮(N)、氧(O)和具有与之对应的电负性的原子)，从而在特定条件下发生氢键结合。例如，作为自组装氢键结合纤维163的例子，可以使用一种名为“Lsy18”的具有如下结构式的材料：

可以在常温下将包括自组装氢键结合纤维163的液晶材料注入到阵列基板和滤色器基板之间。在这种条件下，液晶分子159可以处于喷射状态，类似于图2A。

注入液晶材料后的LCD装置被加热到70至90摄氏度。通过该加热工艺，液晶分子159和自组装氢键结合纤维163随机排列。所述液晶分子159和自组装氢键结合纤维163呈各向同性状态。

如图5B所示，将该LCD装置逐渐冷却到常温，并在冷却工艺过程中施加特定电压。该特定电压将随机状态(各向同性状态)的液晶分子159转变为弯曲状态。该特定电压可以等于或大于现有技术的转变电压。所述特定电压可以施加在像素电极(图4中的153)上，以在像素电极和公共电极(图4中118)之间产生电场。通过这个电场，液晶分子159被排列为具有弯曲状态。

如图5C所示，所述自组装氢键结合纤维163也同样被排列为与液晶分子159相同的排列。自组装氢键结合纤维163的排列形成了弓形。在像素区域形成由自组装氢键结合纤维163形成的多个弓形排列。所述自组装氢键结合纤维163在特定温度下(如在等于或小于70摄氏度的温度下)被氢键结合，以形成氢键结合结构165。

所述氢键结合结构165形成后，去除所述电场。虽然去除了电场，但由于自组装氢键结合纤维163之间牢固的氢键结合，所以氢键结合结构165依然得以保持。由于氢键结合结构165具有与弯曲状态的液晶分子159的排列相类似的弓形，因此被氢键结合结构165包围的液晶分子159的弯曲状态不会转变回喷射状态或各向同性状态，而是继续保持。

开始氢键结合的特定温度约为70摄氏度，该温度远高于正常驱动LCD装置的温度。因此，几乎不会出现这样的情况：氢键结合结构165的氢键结合松开从而自组装氢键结合纤维163回到各向同性状态。

通过以上的解释，形成了在已接合的阵列基板和滤色器基板之间的持续具有弯曲状态的液晶层。执行模块化过程(向具有呈弯曲状态的液晶层的LCD装置添加驱动电路和覆盖框)以完成OCB模式的LCD装置。

如上所述，由于在OCB模式的LCD装置制备出来之后，液晶分子持续保持弯曲状态，因而不需要现有技术中那样将喷射状态转变为弯曲状态的转变电压，并且不需要产生转变电压的单独的驱动电路。因此降低了生产成本。

由于不施加转变电压液晶分子就能保持弯曲状态，因而也就不需要施加高于现有技术中转变电压的白电压。因此，亮度和对比度可以得到提高。

在以上的示例性实施例中，由于氢键结合结构支持弯曲状态的液晶分子的排列，所以液晶分子能在不施加电压时保持弯曲状态。

可以施加电压以更加稳定地驱动OCB模式的LCD装置。即使在不施加电压的情况下，由于氢键结合结构，液晶分子的弯曲状态也会保持。这样的弯曲状态依赖于氢键结合结构。在显示图像时，不依赖于氢键结合结构的弯曲状态可能会比依赖于氢键结合结构的弯曲状态更加稳定。为此，可以施加最小电压。由于现有技术的转变电压将转变喷射状态为弯曲状态，而所述最小电压将依赖型弯曲状态变为独立型弯曲状态，因此所述最小电压可以小于现有技术的转变电压。与现有技术的从喷射状态到弯曲状态的转变时间相比，从依赖型弯曲状态到独立型弯曲状态的转变时间也减少了。如果所述最小电压设定为对应于最高透光率的电压，并将该最小电压用作白电压，则亮度和对比度会得到提高。

对于本领域的技术人员来说，显而易见地，可以对本发明的液晶显示装置及其制造方法进行各种变型与修改而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明意在覆盖本发明的这些变型与修改，只要它们在权利要求及其等同物的范围内。

本发明要求2005年11月18日在韩国提交的申请号为2005-0110751的韩国专利申请的优先权，通过引用将其合并在本文中。

Claims (16)

1、一种光学补偿双折射模式的液晶显示器装置，包括：

彼此相对的第一基板和第二基板；

分别位于所述第一基板和第二基板上的像素电极和公共电极；

分别位于所述像素电极和公共电极上的第一和第二配向层；

位于第一和第二配向层之间的液晶层，该液晶层的液晶分子保持弯曲状态；以及

所述液晶层中的氢键结合结构，该氢键结合结构呈弓形以维持所述的弯曲状态。

2、根据权利要求1所述的光学补偿双折射模式的液晶显示器装置，其中所述氢键结合结构包括呈弓形排列的多个自组装氢键结合纤维。

3、根据权利要求2所述的光学补偿双折射模式的液晶显示器装置，其中所述自组装氢键结合纤维包括氟、氮、氧中的至少一种和氢。

4、根据权利要求2所述的光学补偿双折射模式的液晶显示器装置，其中所述自组装氢键结合纤维包括一种名为“Lsy18”的具有如下结构式的材料：

5、根据权利要求2所述的光学补偿双折射模式的液晶显示器装置，其中所述自组装氢键结合纤维在高于一温度时为各向同性状态，在低于该温度时氢键结合。

6、根据权利要求5所述的光学补偿双折射模式的液晶显示器装置，其中所述温度为70摄氏度。

7、根据权利要求1所述的光学补偿双折射模式的液晶显示器装置，还包括位于第二基板上的滤色器层。

8、根据权利要求1所述的光学补偿双折射模式的液晶显示器装置，还包括彼此交叉的选通线和数据线，以及与所述选通线、数据线和像素电极相连的薄膜晶体管。

9、一种制造光学补偿双折射模式的液晶显示器装置的方法，包括：

在彼此面对的第一基板和第二基板之间注入液晶层，所述液晶层包括自组装氢键结合纤维；

加热所述的液晶层至第一温度，从而使液晶分子和所述自组装氢键结合纤维呈各向同性状态；以及

冷却所述的液晶层至常温并向该液晶层施加电场，从而使所述液晶分子呈弯曲状态，使所述自组装氢键结合纤维形成呈弓形的氢键结合结构。

10、根据权利要求9所述制造光学补偿双折射模式的液晶显示器装置的方法，其中所述自组装氢键结合纤维包括氟、氮、氧中的至少一种和氢。

11、根据权利要求9所述制造光学补偿双折射模式的液晶显示器装置的方法，其中所述自组装氢键结合纤维包括一种名为“Lsy18”的具有如下结构式的材料：

12、根据权利要求9所述制造光学补偿双折射模式的液晶显示器装置的方法，其中所述自组装氢键结合纤维在高于第二温度时为各向同性状态，在低于该第二温度时氢键结合。

13、根据权利要求12所述制造光学补偿双折射模式的液晶显示器装置的方法，其中所述第二温度为70摄氏度。

14、根据权利要求13所述制造光学补偿双折射模式的液晶显示器装置的方法，其中所述第一温度为70至90摄氏度。

15、根据权利要求9所述制造光学补偿双折射模式的液晶显示器装置的方法，还包括在所述第一基板上形成像素电极以及在所述像素电极上形成第一配向层。

16、根据权利要求9所述制造光学补偿双折射模式的液晶显示器装置的方法，还包括在所述第二基板上形成公共电极以及在所述公共电极上形成第二配向层。

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