CN100523967C - 透射反射型液晶显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种透射反射型液晶显示器(LCD)，其中液晶层包括透射区域和反射区域。通过独立曝光两个区域来聚合包含在初始液晶层混合物内的单体，反射区域内液晶分子与聚合物的比比透射区域内低。由于两个区域中液晶层的变化的比率，这两个区域在具有相同的单元间隙的同时呈现不同的相位延迟值，并且与传统透射反射型液晶显示器相比显示改善了的图像。

Description

透射反射型液晶显示器及其制造方法
技术领域
本发明涉及透射反射型(transflective)液晶显示器及其制造方法，其中透射区域和反射区域在具有相同的单元间隙的同时具有不同的相位延迟值。
背景技术
近来，液晶显示器(LCD)广泛用作平板显示装置。LCD包括：两个板(panel)，电极安装在它们的内表面上；以及介电各向异性液晶层，其置于所述板之间。在LCD中，安装在板上的电极之间的电压差的变化会改变光穿过LCD的透射率。这样，通过控制电极之间的电压差可以在LCD上得到期望的图像。
根据用于图像显示的光源的种类，LCD分为三种类型：透射型、反射型、以及透射反射型。在透射型LCD中，像素通过背光从板的后面被照亮。在反射型LCD中，像素使用源自周围环境的入射光从前面被照亮。透射反射型LCD结合了透射和反射特性。在诸如室内环境的中等照明条件或者黑暗条件下，这些LCD以透射模式工作。在诸如白天室外环境的明亮条件下，它们以反射模式工作。
在透射反射型LCD中，有透射区域和反射区域。在反射区域中外部光穿过液晶层两次：一次是光进入板时，一次是当光反射且离开板时。在透射区域，从设置在LCD板组件后面的背光发出的光穿过液晶层仅一次。因为在两个区域光不同地穿过板，所以透射区域和反射区域的相位延迟值必须不同从而正确地透射所需图像。
用于控制所述两层的延迟值的一种可行方法是对于透射区域和反射区域形成不同的单元间隙。然而，需要额外的制造步骤以在形成反射电极之前形成较厚的有机层。另外，由于透射区域和反射区域的边界处的大的台阶差，会导致液晶层的有问题的配向例如旋错(disclination)或者残象(incidentalimage)。
发明内容
本发明提供透射反射型液晶显示器及其制造方法，其中透射区域和反射区域具有不同的相位延迟值但是具有相同的单元间隙。
本发明另外的特征将在下面的描述中阐述，且部分将从描述变得明显，或者通过本发明的实践可被领会。
本发明公开一种透射反射型液晶显示器，其包括第一基板、形成在第一基板上的栅极线、与栅极线绝缘且交叉的数据线、与栅极线和数据线耦接的薄膜晶体管、与薄膜晶体管耦接的透明电极、形成在透明电极上的反射电极、与第一基板相对的具有公共电极的第二基板、以及包括液晶分子和聚合物的混合物的液晶层。液晶层置于第一和第二基板之间。反射区域形成在反射电极附近，透射区域形成在透明电极附近，且透射区域和反射区域中液晶层内包含的液晶分子对聚合物的比值不同。
本发明还公开制造透射反射型液晶显示器的方法，其中该方法包括：在第一基板上形成栅极线；在栅极线上形成栅极绝缘层和半导体；在栅极绝缘层和半导体上形成数据线；在数据线上形成透明电极；在透明电极上形成反射电极；在第二基板上形成滤色器和公共电极；装配第一基板和第二基板；在第一基板与第二基板之间注入液晶分子和单体(monomer)的混合物；曝光反射电极和反射电极附近的混合物；然后曝光透明电极和透明电极附近的混合物。
本发明还公开了液晶显示器的液晶层，其中该液晶层包括液晶分子和聚合物，其中透明电极附近的区域中含有的液晶分子与聚合物的比值比反射电极附近的区域中更高。
将理解，上面的概况描述以及下面的详细描述都是示例性和说明性的，且意在提供所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
附图被包括从而提供对本发明的进一步理解且包括在说明文件中并构成其一部分，附图示出本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1示出根据本发明一实施例的LCD的布局图。
图2示出沿图1的II-II′截取的示意性横截面图。
图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10以及图11示出根据本发明的实施例制造透射反射型LCD的工艺步骤中沿图1的II-II′截取的示意性横截面图。
具体实施方式
下面将参照附图更充分地描述本发明，附图中示出本发明的实施例。然而，本发明可以按照许多不同的形式实施且不应被理解为局限于这里阐明的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开更彻底，且能够向本领域技术人员全面传达本发明的范围。在图中，层和区域的尺寸以及相对尺寸为清晰起见而被放大。
将理解，当诸如层、膜、区域或者基板的元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上或者还可以存在中间元件。相反，当称一个元件“直接”在另一元件“上”时，则没有中间元件存在。在下面的描述和图中，相同的附图标记代表相同的元件，且省略了重复描述。
下面，将参照图1和图2详细描述根据本发明一实施例的LCD。
多条栅极线121和多条存储电极线131形成在由透明玻璃或塑料制成的绝缘基板110上。
用于传输栅极信号的栅极线121基本沿水平方向延伸。这里水平方向指图1中表示的水平方向。每条栅极线121包括多个向上突出的栅极电极124以及将连接到不同的层或外部装置(未示出)的具有相对大尺寸的末端部分129。用于产生栅极信号的栅极驱动器(未示出)可安装在附着到基板110的柔性印刷电路(未示出)上，或直接在基板110上。另外，栅极驱动器可集成到基板110中。
用于接收预定电压的存储电极线131基本平行于栅极线121延伸。每条存储电极线131位于两条相邻的栅极线之间，且更接近于两条栅极线中位置靠下的那条。每条存储电极线131包括多个向上以及向下突出的扩展部(expansion)133。存储电极线131的形状和布置可自由改变。
栅极线121和存储电极线131可由诸如Al或Al合金的含铝(Al)金属、诸如Ag或Ag合金的含银(Ag)金属、诸如Au或Au合金的含金(Au)金属、诸如Cu或Cu合金的含铜(Cu)金属、诸如Mo或Mo合金的含钼(Mo)金属、铬(Cr)、钛(Ti)、或钽(Ta)制成。栅极线121可配置为双层结构，其中包括具有不同物理特性的两个导电层(未示出)。在双层结构中，两层中的一层由低电阻率金属制成从而减少栅极线121中的信号延迟或者电压降，另一层由与诸如氧化铟锡(ITO)以及氧化铟锌(IZO)的其他材料具有优异的物理、化学、以及电接触特性的材料制成。除了上面列举的金属之外，各种金属和导体能用于形成栅极线121。
栅极线121和存储电极线131的所有侧面能相对于基板110的表面在约30°到80°的范围倾斜。
由硅氮化物(SiNx)或硅氧化物(SiO2)制成的栅极绝缘层140形成在栅极线121和存储电极线131上。
由氢化非晶硅(缩写为“a-Si”)或多晶硅制成的多个线性半导体151形成在栅极绝缘层140上。每个线性半导体151基本沿垂直方向延伸，且包括沿着各栅极电极124延伸的多个突出部(projection)154。这里的垂直方向指图1所示的垂直方向。线性半导体151在栅极线121和存储电极线131的附近扩大从而足以覆盖栅极线和存储电极线。
多个线性欧姆接触161(未示出)和岛状欧姆接触165形成在线性半导体151上。欧姆接触161和165可由高度掺杂以诸如磷(P)的N型杂质的N+氢化非晶硅、高度掺杂以诸如硼(B)的P型杂质的P+氢化非晶硅、或硅化物制成。线性欧姆接触161包括多个欧姆突出部163。一组欧姆突出部163和岛状欧姆接触165位于半导体151的突出部154上。
半导体151以及欧姆接触161和165的所有侧面能相对于基板110的表面在30°到80°的范围倾斜。
多条数据线171以及多个漏极电极175形成在欧姆接触161和165上以及在栅极绝缘层140上。
用于传输数据信号的数据线171基本沿垂直方向延伸且交叉栅极线121以及存储电极线131。这里的垂直方向指图1所示的垂直方向。每条数据线171包括朝向各栅极电极124延伸的多个源极电极173，以及将连接到不同的层或外部装置(未示出)的具有相对大尺寸的末端部分179。用于产生数据信号的数据驱动器(未示出)可安装在附着到基板110的柔性印刷电路(未示出)上，或者直接在基板110上。另外，数据驱动器可集成到基板110中。
与数据线171分隔开的漏极电极175以栅极电极124为中心与源极电极173相对。每个漏极电极175包括具有主体和条状末端部分的扩展部177。漏极电极175的扩展部177的主体与存储电极线131的扩展部133交迭，且弯曲的源极电极173部分地围绕扩展部177的条状末端部分。
栅极电极124、源极电极173、漏极电极175、以及半导体151的突出部154形成薄膜晶体管(TFT)。TFT沟道形成在设置在源极电极173和漏极电极175之间且在栅极电极124之上的突出部154内。
数据线171和漏极电极175能够由诸如Mo、Cr、Ta、Ti、或它们的合金的难熔金属制成，且可配置为包括难熔金属层(未示出)和低电阻率导电层(未示出)的多层结构。多层结构的一个例子为由Cr、Mo、或Mo合金制成的下层以及由Al或Al合金制成的上层。另一个例子为由Mo或Mo合金制成的下层、由Al或Al合金制成的中间层、以及由Mo或Mo合金制成的上层。除了上述例子以外，其他组合也是可行的。
数据线171以及漏极电极175的所有侧面能相对于基板110的表面在30°到80°的范围倾斜。
为了减小接触电阻，欧姆接触161和165只存在于下面的半导体151与上面的数据线171之间以及上面的漏极电极175与下面的半导体151之间。如前所述，半导体151的局部部分在将要与栅极线121交叉的地方附近扩大从而防止数据线171短路。线性半导体151在数据线171和漏极电极175未覆盖它们的地方、以及源极电极173和漏极电极175之间的区域部分暴露。
钝化层180形成在数据线171、漏极电极175、以及半导体151的暴露部分上。钝化层180可由诸如SiNx或SiO2的无机绝缘体制成。钝化层180还可由具有4.0以下的介电常数的有机绝缘体或低介电绝缘体制成。低介电绝缘体的例子包括由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)产生的a-Si:C:O或a-Si:O:F。有机绝缘体可具有所需的光敏性和平坦化特性。由于该绝缘体，钝化层180可具有平坦表面。然而，钝化层180还可配置为具有下无机绝缘体层和上有机绝缘体层的双层结构。这种结构可改善该层的绝缘性质，从而减小对未被欧姆接触保护的半导体154的区域的损坏的可能性。
钝化层180设置有多个接触孔182和185，通过所述接触孔分别暴露数据线171的末端部分179以及漏极电极175。多个接触孔181形成在钝化层180和栅极绝缘层140中，在这里栅极线121的末端部分129被暴露。
多个像素电极191形成在钝化层180上。
每个像素电极191包括透明电极192以及在透明电极192上的反射电极194。
在透射反射型LCD中，每个像素分为透射区域TA和反射区域RA。反射区域RA定义为形成反射电极的像素区域。透射区域TA定义为只形成透明电极而没有反射电极的像素区域。
透明电极192是诸如ITO或IZO的透明导体，反射电极194可由诸如Al、Al合金、Cr、Ag、或Ag合金的不透明且反射性导体制成。
每个像素电极191还可包括由Mo、Mo合金、Cr、Ti或Ta制成的接触辅助物(未示出)。接触辅助物确保透明电极192与反射电极194之间的接触特性，同时阻止反射电极194被透明电极192氧化。
像素电极191通过接触孔185物理且电连接到漏极电极175的扩展部177从而接收来自漏极电极175的数据电压。提供以数据电压的像素电极191与公共电极270协同产生电场。电场确定置于两电极191和270之间的液晶层3内的液晶分子的取向。
另外，像素电极191和公共电极270一起形成在TFT关断之后能够存储所施加的电压的电容器。该电容器在下文将被称为“液晶电容器”。为了提高电压存储能力，还提供称为“存储电容器”的另一电容器。存储电容器并联连接到液晶电容器。存储电容器通过与存储电极线131交迭漏极电极175的扩展部177来实现。存储电容器还可通过交迭像素电极191和与其相邻的栅极线121来实现。包括存储电容器的情况下，可省略存储电极线131。
为了增加开口率(aperture ratio)，像素电极191可以和与其相邻的数据线171以及与其相邻的栅极线121交迭，但是这样的交迭部分不是必需的。
提供接触辅助物81和82，从而补充暴露的末端部分129和179与外部装置之间的粘合，并且保护它们。
配向层(alignment layer)11形成在像素电极191上，从而一致地配向液晶分子。
称为黑矩阵的多个光阻挡元件220设置在由透明玻璃或塑料制成的绝缘基板210上，从而防止光通过像素电极191之间的障垒(barrier)漏泄且定义面对像素电极191的开口区域。
多个滤色器230形成在基板210上。滤色器230置于由光阻挡元件220定义的开口区域内。滤色器230沿像素电极191基本在垂直方向上延伸，每个呈现红、绿、或蓝色。
由诸如ITO或IZO的透明导电材料制成的公共电极270形成在光阻挡元件220和滤色器230上。
配向层21形成在公共电极270上从而一致地配向液晶分子。
起偏器(polarizer)12和22可分别附着到绝缘基板210和绝缘基板110的外表面，从而平行或垂直地控制偏振轴。可省略任一起偏器。
液晶层3置于相互面对的TFT阵列板100和滤色器板200之间。液晶层3包括液晶分子和聚合物。
液晶分子具有正的介电各向异性。在没有电场的情况下，它们基本平行于两个板100和200的表面配向。
聚合物通过将光聚合单体曝光来制备。与液晶分子不同，聚合物具有光各向同性。因此，聚合物不影响液晶层3内的光学特性。
透射反射型LCD包括反射区域RA和透射区域TA。在反射区域RA中，来自外部环境的入射光由于反射而穿过液晶层3两次，然而在透射区域TA中，来自诸如背光的内部光源的入射光穿过液晶层仅一次。因此，为正确显示预定图像，区域TA和RA应该具有不同的相位延迟值。例如，当透射区域TA具有λ/2的相位延迟值时，反射区域RA可具有λ/4的相位延迟值。
在本发明中，TA和RA区域中不同的相位延迟值通过改变两个区域内的液晶分子和聚合物的混合比得到。具体地，对应于反射区域RA的液晶层B的聚合物浓度高于对应于透射区域TA的液晶层A的聚合物浓度。相反地，液晶层B的液晶分子含量低于液晶层A的液晶分子含量。这样，反射区域RA比透射区域TA具有更低的相位延迟值，因为在液晶层B内由液晶分子占据的空间显著小于液晶层A内由液晶分子占据的空间。可以使用其他方法来改变两个区域RA和TA内的混合比，诸如独立地曝光这两个区域从而改变聚合比(polymerization ratio)。
下面，将参照图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10以及图11详细描述上述LCD的制造方法。必要时可参考图1和图2。
如下制造TFT阵列板100。
包括Al或Al合金、或者Mo或Mo合金的金属层首先形成在由透明玻璃或塑料制成的绝缘基板110上。金属层通过光刻使用蚀刻剂被选择性蚀刻从而形成具有栅极电极124和末端部分129的多条栅极线121(未示出)，以及具有扩展部133的多条存储电极线131(未示出)，如图3所示。
形成栅极线121和存储电极线131之后，栅极绝缘层140、本征非晶硅层、以及掺杂的非晶硅层通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)相继沉积在图3的所得物上。掺杂的非晶硅层以及本征非晶硅层然后通过光刻被选择性蚀刻，从而形成多个线性和岛状杂质半导体164以及具有多个突出部154的多个线性半导体151(未示出)，如图4所示。用于栅极绝缘层140的可用材料为硅氮化物(SiNx)，其沉积温度在约250℃到500℃的范围，且其厚度在约2000
Figure C200610074656D0011103307QIETU
到约5000
Figure C200610074656D0011103307QIETU
的范围。
接着，由例如Al合金或Mo合金制成的低电阻率金属层形成在图4的所得物上。然后金属层通过光刻使用蚀刻剂被选择性蚀刻从而形成具有源极电极173和末端部分179的多条数据线171，以及具有扩展部177和围绕以弯曲的源极电极173的线性末端部分的多个漏极电极175，如图5所示。
接着，杂质半导体164的未覆盖以数据线171和漏极电极175的暴露部分通过干蚀刻被去除。结果，如图5所示，完成了具有突出部163的多个线性欧姆接触161(未示出)、以及多个岛状欧姆接触165，部分暴露下面的线性半导体151(未示出)。随后，执行O2等离子体工艺从而稳定化线性半导体151的暴露表面。
接着，如图6所示，钝化层180沉积在整个基板110上，并且通过光刻被选择性蚀刻从而形成多个接触孔181、182和185。光刻之后，栅极线121的末端部分129以及数据线171的末端部分179通过接触孔181、182和185被暴露。
形成接触孔181、182和185之后，诸如ITO或IZO的透明材料沉积在钝化层180上。然后所沉积的层使用掩模被图案化，如图7所示，从而形成通过接触孔185连接到漏极电极175的扩展部177的多个透明电极192、通过接触孔182连接到数据线171的末端部分179的多个接触辅助物182、以及通过接触孔181连接到栅极线的末端部分129的多个接触辅助物81。
接着，具有较高反射率的不透明金属材料例如Cr、Al、Al合金、Ag、或Ag合金沉积在透明电极192上。所沉积的金属层然后被构图从而仅残留在反射区域RA内。结果，反射电极194如图7所示地形成。
接着，如图8所示，配向层11形成在包括反射电极194的整个基板110上。
同时，对着TFT阵列板100的滤色器板200如下制造。
首先，彼此分开的多个光阻挡元件220形成在由透明玻璃或塑料制成的绝缘基板210上。随后，多个滤色器230形成在光阻挡元件220围绕的区域内。由例如ITO或IZO制成的公共电极270然后形成在光阻挡元件220和滤色器230上。然后，配向层21形成在公共电极270上。
完成滤色器板200之后，取向层21和11彼此面对地装配TFT阵列板100和滤色器板200。
接着，如图8所示，表示为“LC+α”的液晶分子和光聚合单体的混合物注入到形成在装配的板100和200之间的单元间隙内。
然后，如图9所示，具有透射区(b)和光屏蔽区(a)的第一掩模10设置在滤色器板200上。透射区(b)设置在对应于反射区域RA的位置内，同时光屏蔽区(a)设置在对应于透射区域TA的位置内。
然后，执行曝光工艺。在该工艺中，光仅应用到对应于透射区(b)的反射区域RA，从而只有反射区域RA的单体被聚合。利用该聚合，反射区域RA内的单体的浓度被显著减小。因此，如图10所示，透射区域TA的单体扩散到反射区域RA中，并且所引入的单体的聚合开始。单体扩散时，反射区域RA的液晶分子扩散到透射区域TA。结果，反射区域RA得到与初始LC+α混合物中的浓度相比更高浓度的聚合物，同时透射区域TA得到与初始LC+α混合物中的浓度相比更高浓度的液晶分子。
然后，如图11所示，具有透射区(c)和光屏蔽区(d)的第二掩模20设置在液晶层3上。透射区(c)设置在对应于透射区域TA的位置内，同时光屏蔽区(d)设置在对应于反射区域RA的位置内。
然后，执行第二曝光工艺。光仅应用到对应于透射区(c)的透射区域TA，从而只有透射区域TA的单体如图2所示地聚合。结果，由于在前面的阶段中单体从透射区域TA扩散到反射区域RA中，透射区域TA得到与原始LC+α混合物中的浓度相比更低浓度的聚合物。
如上所述，在涉及透射反射型LCD的本发明中，透射区域和反射区域的相位延迟值通过改变液晶分子与聚合物的混合比同时保持两个区域内相同的单元间隙而改变。
对本领域技术人员来说显然，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可进行各种修改和变化。因此，本发明有意覆盖权利要求及其等价物所定义的范围内的修改和变化。
本申请要求2005年4月22日提交的韩国专利申请No.10-2005-0033507的优先权，在此引用其全部内容作为参考。

Claims (12)

1.一种透射反射型液晶显示器，包括：
第一基板；
栅极线，其形成在所述第一基板上；
数据线，其与所述栅极线绝缘且交叉；
薄膜晶体管，其与所述栅极线和所述数据线耦接；
透明电极，其与所述薄膜晶体管耦接；
反射电极，其形成在所述透明电极上；
第二基板，其包括公共电极且与所述第一基板相对；以及
液晶层，其包括液晶分子和聚合物且置于所述第一基板和所述第二基板之间，
其中反射区域形成在所述反射电极附近，透射区域形成在所述透明电极附近而不在所述反射电极附近，且包含在所述液晶层中的所述液晶分子对所述聚合物的比在所述透射区域和所述反射区域内不同，
所述透射区域具有与所述反射区域内的单元间隙基本相同的单元间隙，且
所述透射区域具有比所述反射区域的相位延迟值高的相位延迟值。
2.根据权利要求1所述的透射反射型液晶显示器，其中包含在所述液晶层内的所述液晶分子对所述聚合物的比在所述透射区域内比在所述反射区域内高。
3.根据权利要求2所述的透射反射型液晶显示器，其中所述透射区域内液晶分子的密度高于所述反射区域内液晶分子的密度。
4.根据权利要求2所述的透射反射型液晶显示器，其中所述透射区域内聚合物的密度低于所述反射区域内聚合物的密度。
5.根据权利要求1所述的透射反射型液晶显示器，其中所述透射区域具有λ/2的相位延迟值且所述反射区域具有λ/4的相位延迟值。
6.根据权利要求1所述的透射反射型液晶显示器，其中所述聚合物从光聚合单体聚合。
7.根据权利要求1所述的透射反射型液晶显示器，其中所述透明电极包括ITO或IZO。
8.根据权利要求1所述的透射反射型液晶显示器，其中所述反射电极包括铝、铝合金、银、银合金或铬。
9.一种用于制造透射反射型液晶显示器的方法，包括：
在第一基板上形成栅极线；
在所述栅极线上形成栅极绝缘层和半导体；
在所述栅极绝缘层和所述半导体上形成数据线；
在所述数据线上形成透明电极；
在所述透明电极上形成反射电极；
在第二基板上形成滤色器和公共电极；
装配所述第一基板和所述第二基板；
在所述第一基板与所述第二基板之间注入包括液晶分子和单体的混合物；以及
曝光所述反射电极和所述反射电极附近的所述混合物，然后曝光所述透明电极和所述透明电极附近的所述混合物，
其中所述单体包括光聚合单体，且
在所有步骤完成之后，所述透射区域包括比率不同于所述反射区域内的比率的液晶分子和聚合物的混合物，所述反射电极附近的区域比所述透明电极附近的区域具有更低的相位延迟值。
10.根据权利要求9的所述方法，其中曝光所述反射区域包括：
聚合所述反射区域内的所述单体从而产生聚合物；以及
从所述透射区域向所述反射区域扩散单体。
11.根据权利要求9的所述方法，其中曝光所述透射区域在所述透射区域内产生与在所述反射区域内相比更低浓度的聚合物。
12.一种液晶显示器的液晶层，包括：
液晶分子；以及
聚合物，
其中包含在透明电极附近的区域内的所述液晶分子对所述聚合物的比与反射电极附近的区域内相比更高，且
所述反射电极附近的区域比所述透明电极附近的区域具有更低的相位延迟值，所述反射电极附近的区域与所述透明电极附近的区域具有基本相同的单元间隙。
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