CN100594407C - 阵列基板及其制造方法和采用该基板的显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括像素电极和反射层的阵列基板。像素电极具有在电场施加到LC层时可形成多个LC畴的开口。反射层形成于LC畴的边界。多个LC畴使得LCD具有宽视角。反射层使得畴边界成为反射模式LCD区域。LCD可以具有好的显示质量。

Description

阵列基板及其制造方法和采用该基板的显示器
技术领域
本申请涉及一种液晶显示器(LCD)，一种在背光或环境光的条件下能够实现宽视角的阵列基板，以及该基板和该LCD的制造方法。
背景技术
液晶显示器(LCD)包括下基板、上基板和夹在上基板和下基板之间的液晶层。薄膜晶体管(TFT)形成于下基板上，并电耦合至像素电极、栅极电极和数据电极。上基板包括共电极和彩色滤光层。LCD通过对液晶(LC)层施加电场并控制透过液晶层的光强来显示图像。传统的LCD相对于其它显示器例如阴极射线管(CRT)或等离子体显示板(PDP)具有较小的视角。垂直排列(VA)型的LCD具有大的视角。VA型LCD包括夹在上基板和下基板之间的垂直排列的液晶层，其中，液晶层具有负的介电各向异性。当上基板和下基板之间没有施加电场时，LC分子基本上垂直于基板排列，且LCD显示黑色。如果在上基板和下基板之间施加预定电场，LC分子基本上平行于基板排列，且LCD显示白色。如果在上基板和下基板之间施加了比用于白色的电场弱的电场，LC分子倾斜于基板，则此时LCD显示灰色。
越来越多的中小型LCD采用了反射透射型液晶显示。因此，在反射透射型LCD中一个驱动电压用于反射模式，另一个驱动电压用于透射模式。中小型LCD显示越来越多的信息，因此，那些中小型LCD需要更宽的视角和更高的清晰度。
发明内容
本发明提供了一种通过利用LC层的畴界壁作为反射区域而提高显示质量的阵列基板。
本发明还提供了一种制造上述阵列基板的方法。
本发明一个实施例提供了一种LCD，其具有LC层、第一基板和第二基板。在第一基板上形成共电极。在共电极上形成多个第一开口。在第二基板上形成像素电极。在像素电极上形成多个第二开口。在第二基板上形成反射层。LC层限制于第一基板和第二基板之间。反射层与第一开口和第二开口重叠。本发明通过重叠反射层与第一开口和第二开口来提高LCD的显示质量。
根据本发明，提供一种阵列基板，包括：像素电极，具有开口，所述开口用于限定畴，和反射层，与所述畴的边界部分重叠。
所述阵列基板的一实施方式中，所述阵列基板还包括：扫描线，在第一方向延伸；数据线，在第二方向延伸且具有弯曲部分；V形像素区域，由所述扫描线和数据线界定；开关，形成于所述像素区域中，其中所述像素电极与所述开关耦合。所述V形可以以90度弯曲，且所述开关是TFT。
所述阵列基板的一实施方式中，所述阵列基板还包括：扫描线，在第一方向延伸；数据线，在第二方向延伸；像素区域，由所述扫描线和数据线界定；开关，形成于所述像素区域中，其中所述像素区域成形为矩形。
所述阵列基板的一实施方式中，所述阵列基板还包括：扫描线，在第一方向延伸；数据线，在第二方向延伸；开关，形成于由所述扫描线和数据线界定的像素区域中，其中所述数据线在所述像素区域中至少弯曲两次。该弯曲角度可为90度。该像素电极可在该弯曲部分具有开口。该反射层可基本平行于该数据线。该反射层可从该开关延伸至最靠近所述开关的弯曲部分。
根据本发明，提供一种制造阵列基板的方法，包括：形成扫描线、数据线和电耦合至所述扫描线和数据线的开关；形成具有开口的像素电极来形成多个液晶畴；和在畴的边界部分形成反射层。
所述制造阵列基板的方法的一实施例中，数据线在像素区域中具有弯曲部分，且在该弯曲部分在该像素电极中具有开口。另一实施例中，数据线在单位像素区域中是直线；且该像素电极具有与该扫描线逆时针成45度角的第一方向开口；与该扫描线顺时针成45度角的第二方向开口；以及与该扫描线平行的第三方向开口。在再一实施例中，数据线具有至少两个弯曲部分，且该像素电极在该弯曲部分具有与该扫描线平行的开口。
根据本发明，提供一种液晶显示器，包括：液晶层；第一基板；共电极，形成于所述第一基板上；多个第一开口，形成于所述共电极上；第二基板；像素电极，形成于所述第二基板上；多个第二开口，形成于所述像素电极上；反射层，形成于所述第二基板上，其中，所述液晶层限制于所述第一基板和第二基板之间，所述第一开口以及所述第二开口形成多个液晶畴，且所述反射层与所述畴的边界部分重叠。
在该液晶显示器的一实施方式中，一个像素区域中液晶畴的数量为四。在另一实施方式中，在像素区域中数据线具有至少一个弯曲部分。在再一实施方式中，像素区域具有至少一个弯曲部分，且像素区域具有“Z”形形状。
可以理解，上述概要的描述和以下的详细描述均是示范性的和说明性的且旨在提供如权利要求的本发明的进一步的解释。
附图说明
附图被包括来提供本发明的进一步的理解，且被引入且成为说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，且与描述一起用于说明本发明的原理。
图1显示一种反射透射型LCD的平面图。
图2显示一种PVA型LCD的平面图。
图3显示一种PVA型LCD的横截面图。
图4显示本发明的实施例1的平面图。
图5显示图4中A-A’方向的横截面图。
图6显示图4中LCD的LC分子的排列。
图7显示图4中LCD的透射特性。
图8、9、10、11、12和13显示本发明实施例1的LCD制造工艺。
图14显示本发明实施例2的平面图。
图15显示图14的B-B’方向的横截面图。
图16、17、18、19、20和21显示本发明实施例2的LCD制造工艺。
图22显示本发明实施例3的平面图。
图23显示图22的C-C’方向的横截面图。
图24、25、26、27、28和29显示本发明实施例3的LCD制造工艺。
图30显示本发明实施例4的平面图。
图31显示图30的D-D’方向的横截面图。
图32、33、34、35、36和37显示本发明实施例4的LCD制造工艺。
具体实施方式
在下文中，参考图1描述了反射透射型LCD的构思和原理。参考图2和图3也描述了PVA型LCD的构思和原理，这些构思和原理可以应用于本发明，即使在实施例中没有描述细节。
图1显示反射型LCD的阵列基板的一部分。多个扫描线10平行于横向方向延伸。多个数据线14平行于纵向方向延伸。薄膜晶体管(TFT)具有：从扫描线10延伸的栅极电极12；从数据线14延伸的源极电极16；与源极电极16分离的漏极18电极。漏极电极18与像素电极24电连接。反射区26和透射窗形成于像素电极24上。反射区域反射外部环境光。透射窗口透射背光。形成于反射区域26上的多个凹槽28和多个凸起29提高反射。这个例子显示了一个像素区域中的透射窗口和反射部分。当LCD用作反射模式时，电压施加于像素电极；当LCD用作透射模式时，另一电压施加于像素电极来显示相同的图像。
图2和图3为PVA型LCD的像素区域。部分像素电极层46被去除，因此在阵列基板中像素电极有一个开口，部分共电极62也被去除，且共电极62也具有开口。当对像素电极和共电极之间施加电场时，LC分子按照开口图案旋转，且LC分子形成LC畴。这些多个畴允许LCD具有宽的视角。因为在畴边界的电场比畴区域内的电场弱，所以在畴边界的发光效率低。如果反射层形成于畴边界，并畴边界以反射模式工作，则发光效率可以高很多。
因为其它结构和材料与本发明的以下的实施例相似，所以这里省略详细描述。标记如下作为参考：像素电极46、共电极62、扫描线30、数据线36、栅极电极32、半导体层34、源极电极40和漏极电极42。
实施例1
图4和图5显示阵列基板100、组装到阵列基板100的LC层200和彩色滤光基板300以在阵列基板和滤光基板之间限定LC层200。阵列基板100包括：透明基板105；横向延伸的扫描线110；从扫描线110延伸的栅极电极112；由氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)等形成的第一绝缘层117。第一绝缘层117覆盖扫描线110和栅极电极112。阵列基板100还包括：覆盖栅极112的有源层114；纵向延伸的具有弯曲部分的数据线120，从数据线延伸的源极电极124和从源极电极124分开的漏极电极126。栅极电极112、有源层114、源极电极124和漏极电极126组成薄膜晶体管(TFT)。在像素区域数据线具有弯曲部分，且像素形成“V”形。
扫描线110和数据线120可以由钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)或钨(W)形成，扫描线110和数据线120可以形成双层。Cr，Mo或钼合金可以为下层，而Al或铝合金可以为上层。
阵列基板100还包括第二绝缘层130，第二绝缘层130覆盖TFT并暴露部分的漏极126。第二绝缘层130保护TFT的沟道114不受污染和损伤。
阵列基板100还包括像素电极140，像素电极140通过接触孔132与漏极130电连接。像素电极140具有开口区域142，开口区域142暴露部分第二绝缘层130。开口区域142平行于扫描线110，相对于将像素区域分为两个相等的部分轴线。开口区域142与延伸第一方向的数据线110大约为135度，与延伸第二方向的数据线大约为135度，其中第二方向与第一方向基本为90度。
阵列基板100包括覆盖像素电极140的开口区域142的反射区域160和于彩色滤光基板300上的共电极330的开口区域。在像素电极140和反射区域160之间可以有绝缘层150。
彩色滤光基板300包括：透明基板305；形成于透明基板305上的彩色滤光层310；保护彩色滤光层310的保护层320和形成于保护层320上的共电极330。彩色滤光基板300与阵列基板100组装，以在彩色滤光基板300和阵列基板100之间限定LC层。LC层中的液晶分子垂直排列，共电极330在像素区域内具有开口图案，共电极330中的开口图案包括第一开口区域、第二开口区域和第三开口区域。第二开口区域几乎是第一开口区域相对于平行于扫描线110的轴线的镜像，且该轴线将像素区域分为两个相等的部分。第三开口区域相应于该轴线。第一开口区域以约90度与第二开口区域临接，第三开口区域与第一开口区域为约135度。
在乎面图中，这一实施例的LCD的像素通过像素电极和共电极的开口图案显示右上部畴、左上部畴、右下部畴和左下部畴。在各个畴中的LC分子根据开口图案向四个不同方向倾斜，实现宽视角。
因为当电场施加在像素区域时，开口区域中的电场弱于畴区域的电场，所以当其用作透射LCD时，开口区域中的亮度比畴区域的黯淡。当开口区域中形成反射层时，LCD的开口区域变成了反射透射模式，且开口区域的效率变得更好。
图6显示图4中所描述的本实施例的模拟结果。它显示了当电场施加于LC层时LC分子如何倾斜。图7显示图4所示的实施例的透射特性。
LC分子在畴边界处对于透射模式没有足够平置，其对于反射模式更好。如果在畴的边界区域中形成反射层，在那个区域中它可以更明亮。
图8、9、10、11、12和13显示本发明实施例的制造方法。在例如玻璃、陶瓷等的透明基板105上形成金属层。该金属层由Ta、Ti、Mo、Al、Cr、Cu或W形成。构图该金属层以形成多个扫描线110、从扫描线110延伸的多个栅极电极112。在基板105、扫描线110和栅极电极112上形成第一绝缘层117。第一绝缘层117由氮化硅制成，且通过化学气相沉积(CVD)法形成。
图9显示在第一绝缘层117上形成非晶硅层。n+型非晶硅(a-Si)层形成于非晶硅层上，构图a-Si层和n+ a-Si层并在栅极电极112上制作有源层114。数据线120、源极电极124和漏极电极126形成于第二绝缘层上和n+ a-Si层上。数据线120、源极电极124和漏极电极126可以由Ta、Ti、Mo、Al、Cr、Cu或W形成。数据线120纵向延伸，并在单位像素区域中具有弯曲部分。弯曲角度为约90度，源极电极124从数据线120延伸，漏极电极126从源极电极124分开形成。
图10显示在图9的结果的基板上涂覆第二绝缘层130(如图5所示)。这个涂覆步骤可以采用旋涂的方法，接触孔132形成于第二绝缘层上，并且暴露一部分漏极电极126。
图11显示在像素区域中形成像素电极140。像素电极140与漏极电极126电耦合。该耦合可能通过接触孔132。像素电极140可由如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZO)等的透明电极制成。像素电极140可以通过在整个基板上沉积电极层且构图该电极层为像素电极来形成。像素电极140可以通过直接沉积成像素电极形状来形成。虽然在图11中像素电极140与扫描线110和数据线120重叠，但像素电极140可以不与扫描线110和数据线120重叠。
如图12所示，像素电极140可以在部分弯曲区域142中被去除。图11和图12显示弯曲区域142在像素电极140形成后被去除，图12所示的步骤可以用同图11相同的步骤完成。
图13显示第三绝缘层150形成于像素电极140上。反射层160形成于第三绝缘层150上。反射层160可以直接形成于像素电极140上而不形成第三绝缘层150。如图4中所示，反射层160形成于像素电极140的开口区域中和彩色滤光基板300上的共电极330上的开口区域的相对区域中。
在平面图中，形成反射层160来在共电极330中覆盖第一开口、第二开口和第三开口。反射层也覆盖图4所示的像素区域的弯曲部分。反射层可以在像素电极层和第二绝缘层之间形成，或甚至在透射基板和像素电极层之间形成。
(实施例2)
图14和图15显示阵列基板400的另一实施例。扫描线410在透射基板405上横向延伸。栅极电极412从扫描线410延伸。由氮化硅(SiNx)等形成的第一绝缘层417覆盖扫描线410和栅极电极412，有源层414覆盖栅极电极412。数据线420纵向延伸。源极电极424从数据线420延伸。漏极电极426从源极电极424分离形成。栅极电极412、有源层414、源极电极424和漏极电极426形成TFT。第二绝缘层430形成于源极电极、漏极电极和有源层上。去除部分第二绝缘层430以形成接触孔432，像素电极440形成于第二绝缘层430上，且与漏极电极426电耦合。第一开口442、第二开口444和第三开口446形成于像素电极440上。第二开口444为平行于扫描线410的条，且形成于将像素区域分成基本相等的两部分的部分上。第三开口446是与扫描线410顺时针成约45度的条。开口并不将像素电极的任一部分与像素区域的其它部分电分离。在平面图中，阵列基板400包括与像素电极中的开口和彩色滤光基板500上共电极530中的开口重叠的反射层。反射层560可以覆盖部分数据线420。绝缘层450可以形成于像素电极层440和反射层560之间。
彩色滤光基板500包括：透明基板505；彩色滤光层510；保护层520和共电极530。彩色滤光基板500与阵列基板400组装，以在阵列基板和滤光(CF)板之间限制LC层。LC层中的LC分子垂直于CF板的表面排列。CF层510形成于透射基板505上。保护层520形成于CF层510上。共电极530形成于保护层520上。去除共电极530的一部分以形成像素区域的开口。在共电极530上的开口包括第一开口、第二开口和第三开口。第一开口与扫描线410平行，且相应于将像素区域分为相等的两部分的轴线。第二开口与第一开口顺时针方向成约135度，第三开口与第一开口逆时针方向成约135度。第四开口从第二开口延伸并与部分数据线重叠。第五开口从第四开口延伸并与部分TFT重叠。第六开口从第五开口延伸并与扫描线成45度。第六开口与数据线422重叠。第七开口相对于将像素区域分为相等的两部分的轴线形成为第六开口的镜像。
如图14所示，像素区域通过像素电极和共电极中的开口分为8个畴。当在像素电极和共电极之间施加电场时，开口区域中，电场比其它区域的电场弱。与本发明的实施例1类似，对应于开口区域形成反射层。
图16、17、18、19、20和21显示制造以上实施例的方法。因为该实施例的制造方法与本发明的实施例1和2相似，所以不提供进一步的详细描述。
(实施例3)
图22和图23显示本发明的第三个实施例。本实施例的像素形状为“Z”。本实施例的数据线620在单位像素区域中具有两个弯曲部分，并纵向延伸。本实施例的像素电极640通过第一开口642和第二开口644暴露部分第二绝缘层630。平面图中，第一开口642是与扫描线610平行的条并形成于像素电极的左侧。第二开口644是与扫描线610平行的条状并形成于像素电极的右侧。
纵向延伸的开口732形成于共电极730上。开口732位于像素电极的中间并具有相似于数据线620和622的两个弯曲部分。共电极中开口的宽度可以大于、小于或等于约整个像素电极的三分之一。
在平面图中，像素电极被像素电极和共电极中的开口分成六个畴。在畴边界及其临近区域形成反射层可以利用这个低效率的区域为反射模式区域。
因为其它结构和材料与本发明的实施例1和实施例2相似，不提供详细的进一步描述。标记如下作为参考：阵列基板600、透射基板605、扫描线610、栅极电极612、第一绝缘层617、有源层614、数据线620、第二绝缘层630、像素电极640、反射层660、LC层200、彩色滤光基板700、共电极730、透明基板705、彩色滤光层710、保护层720、共电极开口732、第一开口642、第二开口644、接触孔632、漏极电极626、源极电极624、数据线622、第三绝缘层650、反射范围RR、透射范围TR和阻挡范围BR。
图24、25、26、27、28和29显示制造以上实施例的步骤。因为制造本实施例的步骤与本发明的实施例1和实施例2相似，所以省略详细描述。
(实施例4)
图30和图31显示本发明的第四个实施例。本实施例的像素也成形为“Z”。虽然在本实施例中，反射区域覆盖最靠近TFT的两个畴，但是反射区域可以覆盖六个中的任意两个畴。在畴边界的部分和附加的其临近区域可以形成反射层。
因为其它结构和材料与本发明实施例3相似，这里省略详细描述。标记如下作为参考：阵列基板800、透明基板805、扫描线810、栅极电极812、第一绝缘层817、有源层814、数据线820、第二绝缘层830、像素电极840、反射层860、LC层200、彩色滤光基板900、共电极930、透射基板905、彩色滤光层910、保护层920、共电极开口932、第一开口842、第二开口844、接触孔832、漏极电极826、源极电极824、数据线822、第三绝缘层850、反射范围RR、透射范围TR和阻挡范围BR。
图32、33、34、35、36和37显示制造以上实施例的步骤。因为制造本实施例的步骤和本发明的实施例3相似，这里省略详细描述。
表1对比了以上提到的六种情况。例1为图1中所示的情况，例2为图2和图3中所示的情况。
【表1】
  例1   例2   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  LC畴方向   1   4   4   4   4   4
  透射孔径比(％)   32.0   43.5   44.2   34.5   33.0   33.4
  反射孔径比(％)   53.0   0   39.5   48.0   46.0   46.2
如表1所示，因为具有四个LC畴方向，本发明的所有实施例与例1相比都可以取得更宽的视角特性。实施例3从LC分子的排列看也可以说是具有四个畴。本发明的实施例的透射孔径比与例2相比不差。另外，实施例保证了一定大小的反射孔径比。
以相似的方法，本发明的构思可应用于平面开关(IPS)型LCD。IPS型LCD的像素电极和共电极不具有良好的透射效率。那些区域可以用来作为反射模式区域。
对于本领域的技术人员，在不背离本发明精神和范围内可以对本发明作出简单调整和改变是显而易见的。因此，本发明旨在覆盖本发明的调整和改变，如果它们落在所附的权利要求和它们的等效物的范围内。。
本申请要求了于2004年4月16日提交的韩国专利申请2004-026193的优先权，其全体内容引入作为参考。

Claims (20)

1.一种阵列基板，包括：
像素电极，具有开口，所述开口用于限定畴，和
反射层，与所述畴的边界部分重叠。
2.如权利要求1所述的阵列基板，其中所述反射层形成于所述像素电极上。
3.如权利要求1所述的阵列基板，还包括：
透明夹层，位于所述像素电极和所述反射层之间。
4.如权利要求1所述的阵列基板，还包括：
扫描线，在第一方向延伸；
数据线，在第二方向延伸且具有弯曲部分；
V形像素区域，由所述扫描线和数据线界定；
开关，形成于所述像素区域中，
其中所述像素电极与所述开关耦合。
5.如权利要求4中的阵列基板，其中所述V形以90度弯曲，且所述开关是TFT。
6.如权利要求1所述的阵列基板，还包括：
扫描线，在第一方向延伸；
数据线，在第二方向延伸；
像素区域，由所述扫描线和数据线界定；
开关，形成于所述像素区域中，
其中所述像素区域成形为矩形。
7.如权利要求1中所述的阵列基板，还包括：
扫描线，在第一方向延伸；
数据线，在第二方向延伸；
开关，形成于由所述扫描线和数据线界定的像素区域中，
其中所述数据线在所述像素区域中至少弯曲两次。
8.如权利要求7中所述的阵列基板，其中所述弯曲角度为90度。
9.如权利要求7中所述的阵列基板，其中所述像素电极在所述弯曲部分具有开口。
10.如权利要求9中所述的阵列基板，其中所述反射层基本平行于所述数据线。
11.如权利要求9中所述的阵列基板，其中所述反射层从所述开关延伸至最靠近所述开关的弯曲部分。
12.一种制造阵列基板的方法，包括：
形成扫描线、数据线和电耦合至所述扫描线和数据线的开关；
形成具有开口的像素电极来形成多个液晶畴；和
在畴的边界部分形成反射层。
13.如权利要求12所述的制造阵列基板的方法，其中所述数据线在像素区域中具有弯曲部分，且所述像素电极在所述弯曲部分具有开口。
14.如权利要求12所述的制造阵列基板的方法，其中
所述数据线在单位像素区域中是直线；且
所述像素电极具有与所述扫描线逆时针成45度角的第一方向开口；与所述扫描线顺时针成45度角的第二方向开口；以及与所述扫描线平行的第三方向开口。
15.如权利要求12所述的制造阵列基板的方法，其中所述数据线具有至少两个弯曲部分，且所述像素电极在所述弯曲部分具有与所述扫描线平行的开口。
16.一种液晶显示器，包括：
液晶层；
第一基板；
共电极，形成于所述第一基板上；
多个第一开口，形成于所述共电极上；
第二基板；
像素电极，形成于所述第二基板上；
多个第二开口，形成于所述像素电极上；
反射层，形成于所述第二基板上，
其中，所述液晶层限制于所述第一基板和第二基板之间，所述第一开口以及所述第二开口形成多个液晶畴，且所述反射层与所述畴的边界部分重叠。
17.如权利要求16所述的液晶显示器，其中在一个像素区域中液晶畴的数量为四。
18.如权利要求16所述的液晶显示器，其中在像素区域中数据线具有至少一个弯曲部分。
19.如权利要求16所述的液晶显示器，其中像素区域具有V形形状或矩形形状。
20.如权利要求16所述的液晶显示器，其中像素区域具有至少一个弯曲部分，且所述像素区域具有“Z”形形状。
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