CN101446717A - Ffs模式lcd及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种边缘场开关(FFS)模式液晶显示器(LCD)及其制造方法。该FFS模式LCD包括在像素区具有多个狭缝和长条的第二透明电极,以施加电压到液晶层并控制透射光的量,第二透明电极以夹于第二和第一透明电极之间的绝缘层与第一透明电极隔开。从平面视图看,长条状图案形成于各狭缝的中部或长条的中部,所述长条状图案在基本平行于狭缝的长度方向上具有特定的宽度。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年12月7日提交的2007-113225号与2008年7月29号提交的2008-74199号韩国专利申请的优先权,将所述申请公开的全部内容通过引用并入此处。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器(LCD)及其制造方法,且更具体地,涉及一种具有宽视角特性的边缘场开关(FFS)模式LCD及其制造方法,所述FFS模式LCD的室外可读性特性与屏幕质量在处于透射模式时有所改进。
背景技术
FFS模式LCD被开发用于改进平面内开关(IPS)模式LCD的较低的开口率和透光率。
在FFS模式LCD中,公共电极与像素电极由透明的导体形成以使其开口率与透光率高于IPS模式LCD。而且,公共电极与像素电极之间的距离小于上下玻璃基板之间的距离,以在公共电极与像素电极之间产生边缘场并操作所有液晶分子以及处于所述电极上部中的液晶分子。因此,FFS模式LCD可具有改善的透光率。涉及FFS模式LCD的现有技术例如已经被美国专利6256081号与6226118号所公开。
这种现有技术中的FFS模式LCD包括:具有多个像素的下基板,所述像素包括透明像素电极、透明公共电极和薄膜晶体管(TFT);包括滤色器的上基板,所述滤色器由依次排列以对应于像素的红、绿、蓝滤色器图案形成;以及黑色矩阵(BM)。
透明像素电极与透明公共电极一起产生电场以操作夹于上下基板之间的液晶分子,从而控制透光率。
同时,LCD通常分类为使用背光作为光源的透射型LCD与使用自然光作为光源的反射型LCD。由于透射型LCD使用背光作为光源,故在黑暗环境中可以提供明亮图像。但是,透射型LCD具有背光所致的高功耗以及较差的室外可读性。另一方面,反射型LCD使用周围的自然光作为光源而没有背光,故具有低功耗并可在室外使用。然而,反射型LCD不能在黑暗环境中使用。
为解决传统透射型LCD与反射型LCD的这些问题,在由本申请的申请人撰写的论文“A Novel Outdoor Readability of Portable TFT-LCD withAFFS”(K.H.Lee et al.,SID 06,2006,p1079)中提出了一种高级FFS(AFFS)模式LCD(一种新FFS模式LCD),这是一种室内与室外可读性得到改进的透射型FFS模式LCD。
根据AFFS模式LCD,恰当地在像素电极的狭缝与长条之间的边界区产生电场,于是液晶分子被平稳地操作。然而,在各狭缝的中部与长条的中部,操作电极之间的距离增大,且电场强度减小。此外,在这些区域中,电场方向是不连续的(突变的)。于是,液晶操作不平稳且发生旋转位移。这些问题需要解决。具体地,这些问题引起液晶的非一致对齐并在高电压时降低屏幕质量。
此外,形成反射区以增加室外可视性,且内部反射增加了室外亮度。然而,由于除了敞开区(开口区)以外的其它区用作反射区,反射区不大且其效果不够好。
发明内容
本发明旨在提供边缘场开关(FFS)模式液晶显示器(LCD)及其制造方法,所述FFS模式LCD通过在制造过程中的相对简单的变化降低了旋转位移效应而提高了屏幕质量。
本发明还旨在提供具有另外的反射区和改善的室外可读性的FFS模式LCD及其制造方法。
本发明的一个方面提供了包括下基板、上基板与夹于所述基板之间的液晶层的边缘场开关(FFS)模式液晶显示器(LCD),其中每个像素区在下基板上由以交叉方向形成的门行与数据行限定,且开关器件布置于门行与数据行的交叉处,所述FFS模式LCD包括:第一透明电极与第二透明电极,其中第二透明电极在像素区中具有多个狭缝与长条以施加电平到液晶层并控制透射光的量,所述第二透明电极通过夹于所述第一与第二透明电极之间的绝缘层与第一透明电极隔开布置,并且其中,从平面视图看,在基本平行于狭缝的长度方向上具有特定宽度的长条状图案形成于各狭缝的中部或长条的中部。
长条状图案可由构成数据行的材料制成,且第一透明电极可以为狭缝状或平板状。
以基板为基础,各长条状图案的上部宽度小于下部宽度(截面图中为梯形)。
FFS模式LCD还可包括在狭缝的边缘彼此连接长条状图案的另外的长条。
长条状图案可由具有高热导率的材料制成。
本发明的另一方面提供了边缘场开关(FFS)模式的液晶显示器(LCD)的制造方法,所述FFS模式LCD中包括下基板、上基板与夹于基板之间的液晶层,每个像素区在下基板上由以交叉方向形成的门行与数据行限定,且开关器件布置于门行与数据行的交叉处,该方法包括:在下基板上形成第一透明电极;并在第一透明电极上依次形成门行、栅极绝缘层、有源层、数据行、绝缘层以及第二透明电极,所述第二透明电极具有多个狭缝与长条,其中,在形成数据行时,从平面视图看,具有特定宽度的长条状图案与数据行一起以基本平行于第二透明电极的狭缝的长度方向上形成于各狭缝的中部或各长条的中部。
本发明的另一方面提供了一种边缘场开关(FFS)模式液晶显示器(LCD)的制造方法,所述FFS模式LCD中,包括下基板、上基板与夹于基板之间的液晶层,每个像素区由以交叉方向形成的门行与数据行限定在下基板上,且开关设备布置于门行与数据行的交叉处,该方法包括:在下基板上形成门行与具有特定宽度的长条状图案;在上述步骤所形成的结构上形成栅极绝缘层、有源层、第一透明电极、数据行、绝缘层与具有多个狭缝与长条的第二透明电极,其中在形成所述图案时,从平面视图看,具有特定宽度的长条状图案以基本平行于第二透明电极的狭缝的长度方向上形成于各狭缝的中部或各长条的中部。
附图说明
通过下面参照附图详细描述本发明的示例性实施例,本领域的普通技术人员能够更加清楚本发明的上述与其它目的、特征与优点,在附图中:
图1是在根据本发明的第一示例性实施例的边缘场开关(FFS)模式液晶显示器(LCD)的下基板上所形成的一部分像素区的平面视图;
图2是沿图1的I-I’线的横截面图;
图3图示了根据本发明的第一示例性实施例的图案形状的示例;
图4A与图4B图示了在开口区中的受高电压操作的液晶的运动的仿真结果,以此根据是否存在图案描述对比示例;
图5A与图5B根据是否形成有图案图示了旋转位移的降低;
图6是在根据本发明的第二示例性实施例的FFS模式LCD的下基板上的一部分像素区的平面视图;
图7是在根据本发明的第三示例性实施例的FFS模式LCD的下基板上所形成的一部分像素区的平面视图;
图8是沿图7的I-I’线的横截面图;以及
图9是沿图7的II-II’线的横截面图。
具体实施方式
以下将详细描述本发明的示例性实施例。然而,本发明不局限于以下所公布的实施例,而是可以以各种形式实施。描述下述实施例是为了使本领域的普通技术人员能够实施并实践本发明。
根据本发明的示例性实施例的液晶显示器(LCD)包括下基板、上基板以及夹于所述下基板和上基板之间的液晶层。在下基板上,像素区由以交叉方向形成并给液晶层施加电压的电极所限定。
第一示例性实施例
图1是在根据本发明的第一示例性实施例的边缘场开关(FFS)模式液晶显示器(LCD)的下基板上所形成的一部分像素区的平面视图,图2是沿图1的I-I’线的横截面图。
参照图1与图2,在根据本发明的第一示例性实施例的FFS模式LCD中,门行120与数据行150布置于下基板100上并彼此交叉,且作为开关器件的薄膜晶体管(TFT)布置于门行120与数据行150的交叉处。在由门行120与数据行150所限定的单位像素区中,透明像素电极170与透明公共电极110通过夹于其间的绝缘层160隔开,所述透明像素电极170具有多个与透明公共电极110和门行120形成有特定角度的狭缝。图1图示了透明公共电极110形成为平板状的示例,但是透明公共电极110还可形成为具有多个狭缝。
透明像素电极170的狭缝相对于门行120形成特定的角度,例如为2°到30°。透明公共电极110与透明像素电极170通过绝缘层160彼此绝缘,且栅极绝缘层130夹于门行120与有源层140a之间。
同时,公共总线122在像素边缘与门行120平行布置且与门行120隔开。公共总线122与透明公共电极110电气连接并施加公共信号到公共电极110。
此外,上基板(未示出)形成于下基板100的上方,并与下基板100隔开特定的距离。上基板具有黑色矩阵区、滤色器和保护层,并与下基板100通过夹在它们之间的液晶层粘合在一起,所述液晶层包括多个液晶分子。
根据本发明的第一示例性实施例,从图1所示的平面视图可以看出,在基本平行于狭缝的长度方向上具有特定宽度的长条状图案154形成于透明像素电极170的各狭缝的中部以及狭缝之间的空间、即电极的中部。图1图示了在各狭缝的中部与狭缝之间的空间的中部都形成有图案154的示例,但在实际中,图案154可仅形成于各狭缝的中部或各长条的中部。本发明在这两种情况中都具有期望的结果。
图案154可使用无任何特殊限制的各种材料制备,且可通过沉积处理形成为沉积层。然而在此示例性实施例中,图案154使用构成数据行150的金属制备以便于处理。
近来,LCD产品经常地在室外使用,故室外可视性和功耗对于室外使用是很重要的。为了降低功耗,可以降低驱动电压。于是,人们正进行低电压下的驱动方法的研发。从这点看,根据本发明的示例性实施例,使用具有高热导率的材料在各狭缝的中部或在狭缝之间的空间、即电极的中部形成图案会很有效。以下将对此详细阐述。
在具有狭缝的FFS模式LCD中,驱动电压可根据液晶排列的位置而变化。更具体地,在狭缝之间的空间的中部或在狭缝的中部,横向电场相对较弱,液晶主要受弹性转矩而旋转。于是,这些位置的驱动电压高于其它位置的驱动电压。因此,当图案由具有相对高热导率的材料形成于长条的中部或狭缝的中部时,液晶温度由于室外阳光等的增加要快于其它位置,于是可以降低驱动电压。这是因为当液晶温度增加时驱动电压降低。此外,当在长条的中部或狭缝的中部的温度增加时,这些位置的温度接近最佳值且透光率也可增加。
可使用各种金属、合金、碳纳米管等作为具有相对高热导率的材料。例如,铝(Al)的热导率为0.53cal/cm2/sec/℃,铜(Cu)的热导率为0.94cal/cm2/sec/℃,镍(Ni)的热导率为0.22cal/cm2/sec/℃,铁(Fe)的热导率为0.18cal/cm2/sec/℃。高热导率指金属的一般热导率,即等于或大于0.1cal/cm2/sec/℃。
当由构成数据行150的金属材料形成图案154时,上述效果可以自然地获得。特别地,当图案154由比构成数据行150的材料具有更高热导率的其它材料形成时,上述效果可最大化。
同时,当沉积并图形化数据行150和源-漏电极152时,可一同形成图案154而无需额外的处理。当狭缝之间的距离为4到8μm时,考虑到旋转位移区的有效防止和开口率的降低的影响,长条状图案154可形成为1到1.5μm的宽度。然而,如果其它处理条件得以满足,则长条状图案154的宽度可进一步降低。此外,形成图案154以扩展至狭缝的边缘,从而可有效防止旋转位移区。
当形成了图案154后,透光率可能降低一点,但是例如彩虹摩尔纹(rainbow moiré)的可视性急剧降低。即使图案154有规则地排列,它们之间的间距也很窄。于是,漫射宽度过分地增加且彩虹摩尔纹的可视性急剧降低。此外,由于形成了透射区的反射区,可以增加通过透射区的反射光和漫射光的量。
图3表示根据本发明的示例性实施例的图案形状的示例。图3中所示的图案形状是三角形。当图案以基板为基础具有窄的上部宽度和宽的下部宽度时,可得到20°到70°且优选地为30°到40°的倾角。于是,漫反射有效地发生,且在主视角处的反射亮度可增加。
由于图案的大小可小于狭缝之间的间隔,故图案可形成1到3μm的下部宽度,优选地为1到1.5μm的宽度,且可通过蚀刻形成为三角形、梯形等。
同时,根据本发明人进行的研究,通过使用源-漏电极形成反射遮光板可以另外获得对应于传统反射板区的约30%的反射区。当倾斜地形成实际有助于漫反射的图案的边缘时,所述反射区可增加大约80%,且室外可视性可急剧提升。图3表示图案154形成于各狭缝的中部与狭缝之间的空间、即电极的中部的示例。然而,如上所述,图案154可仅形成于各狭缝的中部与长条的中部。
以下将参照图1与图2描述根据本发明的示例性实施例的FFS模式LCD的制造方法。
首先,透明导电层沉积于下基板100上并被图形化以形成平板状的透明公共电极110。
此外,在不透明的金属沉积于透明公共电极110上之后,在透明公共电极110的一侧形成门行120,且形成公共总线122以覆盖透明公共电极110的一部分。
随后,在形成有图形化的透明公共电极110、门行120与公共总线122的下基板100的整个表面上沉积栅极绝缘层130。然后,a-Si层与n+a-Si层相继沉积于门行120上的栅极绝缘层130上,并被图形化以形成有源层140a。
此外,在形成有有源层140a的下基板100的整个表面上沉积金属层,并随后通过使金属层图形化以形成数据行150与源-漏电极152。此时,在基本平行于随后形成的透明像素电极170的狭缝的长度方向上具有特定宽度的长条状图案154形成于各狭缝的中部与狭缝之间的空间的中部。在数据行150、源-漏电极152以及长条状图案154上沉积绝缘层160。
随后,形成接触孔CN以将源-漏电极152的一部分曝光,然后透明导电层沉积于绝缘层160上以通过接触孔CN与源-漏电极152相连。在此,使透明导电层图形化以形成具有狭缝的透明像素电极170。在透明像素电极170的各狭缝的中部与狭缝之间的空间的中部已经形成有长条状图案154。
对比例
图4A与图4B图示了在开口区中以高电压驱动的液晶的运动的仿真结果,以此根据是否存在图案描述对比例。
参照图4A,在电极的狭缝与长条的中部,液晶处于由所施加的像素电压产生的电场范围之外,且未恰当地旋转。该处液晶被驱动到不同于其它位置的液晶的方向。于是,液晶透光率在一个像素中有所变化,且难以显示所需的颜色。因此,屏幕质量有所恶化。
另一方面,图4B图示了在各狭缝的中部与狭缝之间的空间的中部形成有长条状图案的透明像素电极,其中长条状图案在基本平行于电极的各狭缝的长度方向上具有特定宽度。被驱动到不稳定方向的液晶所处的各狭缝与长条的中部被源-漏电极所覆盖,从而预防了由不稳定区域引起的颜色恶化并改善了屏幕质量。
图5A与图5B根据是否形成有图案图示了旋转位移的降低,表示了在开口区中由高电压驱动的液晶的运动的仿真结果,以此描述对比例。在未形成图案的结构中,来自背光灯的光透射穿过具有正常电场强度的强电场区与具有低电场强度并导致旋转位移的弱电场区。强电场区与弱电场区都包括于由透明公共电极110与透明像素电极170所形成的电场区中。另一方面,在形成有图案154的结构中,从背光灯发射到弱电场区的光通过使用构成数据行的材料而被阻挡,从而显示均匀的颜色。
同时,用作遮光层的图案154也被用作反射板。如图5B所示,可通过扩展反射区以及室外反射路径而增加室外可视性。
第二示例性实施例
将参照图6描述本发明的第二示例性实施例。
图6是根据本发明的第二示例性实施例的FFS模式LCD的下基板上所形成的部分像素区的平面视图。
将着重于与图1的FFS模式LCD的区别之处而描述图6的FFS模式LCD。在透明像素电极170的各狭缝的中部与狭缝之间的空间的中部形成有长条状图案154,长条状图案154在基本上平行于狭缝的长度方向上具有特定的宽度。此外,连接长条155在狭缝的边缘以基本垂直于狭缝的长度方向与各图案154连接。
借助于另外的连接长条155,可减少发生在狭缝边缘的旋转位移,且图案154形成并延伸到狭缝的边缘,从而可有效防止旋转位移区。
第三示例性实施例
将着重于与上述实施例的不同之处描述本发明的第三示例性实施例。
图7是形成于根据本发明的第三示例性实施例的FFS模式LCD的下基板上的部分像素区的平面视图。图8是沿图7的I-I’线的横截面图,图9是沿图7的II-II’线的横截面图。
参照图7、图8与图9,由不透明的金属形成的门行G与数据行250被排列成以直角交叉,从而形成单位像素。在这样的单位像素区中,透明公共电极270和透明像素电极230被设置为使绝缘层260夹于其间。透明像素电极230呈平板状,且布置于与数据行250相同的层上。通过使沉积于绝缘层260上的透明导电层图形化,透明公共电极270形成为具有多个梳齿并部分地覆盖透明像素电极230。
在门行G中的栅极210上,有源图案240以及源极250a和漏极250b一起形成薄膜晶体管T,其中在有源图案240中,a-Si层与n+a-Si层依次沉积,源极250a和漏极250b被设置为使栅极绝缘层220夹于栅极210和有源图案240之间。漏极250b与透明像素电极230电气连接,从而数据信号可施加到单元像素。
根据第三个示例性实施例,从平面视图看,在基本平行于透明公共电极270的狭缝的长度方向上具有特定宽度的长条状图案254形成于各狭缝的中部与狭缝之间的空间的中部。图7图示了在各狭缝的中部和长条的中部都形成图案254的示例,但实际上,图案254可仅形成于各狭缝的中部或狭缝之间的空间的中部。在此情况下,本发明同样具有所期望的结果。
图案254可使用无任何特别限制的各种材料制备,并可通过分别沉积层而形成。当使用构成门行G的材料时,可以使处理变得容易。
将参照图7、图8和图9详细描述根据本发明的示例性实施例的FFS模式LCD的制造方法。
参照图7、图8和图9,包括栅极210的门行G形成于下基板200上。更具体地,不透明的金属层沉积于下基板200上并被图形化以在下基板200上形成包括位于薄膜晶体管T的一部分中的栅电极210的门行G。在形成门行G的同时,在基本平行于待形成的透明公共电极270的狭缝的长度方向上具有特定宽度的长条状图案254一起形成于各狭缝的中部与狭缝之间的空间、即电极的中部。
随后,沉积栅极绝缘层220以覆盖包括栅极210的门行G,并且然后通过在栅极绝缘层220上沉积和图形化透明导体层而形成平板状透明像素电极230并使其布置于每个像素区中。
在最终的基板上,a-Si层与n+a-Si层依次沉积并被图形化以便在栅极210上方的栅极绝缘层220上形成有源层240。
在源极与漏极的金属层沉积后,其被图形化以形成包括源极250a与漏极250b的数据行250,从而形成薄膜晶体管T。在此,形成漏极250b以与透明像素电极230电气连接。
随后,例如由SiNx制成的绝缘层260沉积于其中形成有薄膜晶体管T的最终基板上,并随后形成具有梳齿状的透明公共电极270以部分地覆盖透明像素电极230。此后,尽管在附图中未示出,但是在最终基板的最上部沉积有取向层,其中形成有透明公共电极270,从而完成阵列基板的制备。
根据上述FFS模式LCD及其制造方法,可以显著地降低由不平稳的液晶驱动引起的旋转位移。具体地,可以解决由液晶在高电压下不一致取向引起的屏幕质量恶化的问题。
此外,图案由构成数据行的材料制成,且通过相对简单的处理,可显示一致的颜色。
而且,另外包括反射区从而可大大地提升室内与室外可视性。
尽管参照其某些示例性实施例图示并描述了本发明,然而本领域的技术人员应理解,在不脱离由所附的权利要求书限定的本发明的精神与范围的情况下,可以在形式与细节上做出各种变化。
Claims (19)
1.一种边缘场开关模式液晶显示器,其包括下基板、上基板以及夹于所述基板之间的液晶层,每个像素区在所述下基板上由以交叉方向形成的门行和数据行限定于,且开关器件设置于所述门行和所述数据行的交叉处,该边缘场开关模式液晶显示器包括:
第一透明电极与第二透明电极,
其中,所述第二透明电极在所述像素区具有多个狭缝与长条以施加电平到所述液晶层并控制透射光的量,所述第二透明电极通过夹于所述第一与第二透明电极之间的绝缘层与所述第一透明电极隔开布置,
并且,从平面视图看,在所述各狭缝的中部或所述长条的中部形成有在基本平行于所述狭缝的长度方向上具有特定宽度的长条状图案。
2.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示器,其中,所述长条状图案由构成所述数据行的材料制成。
3.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示器,其中,所述第一透明电极为具有多个狭缝的狭缝状或平板状。
4.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示器,其中,以所述基板为基础,所述各长条状图案的上部宽度窄于下部宽度。
5.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示器,其中,所述各长条状图案具有1到1.5μm的下部宽度。
6.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示器,还包括在所述狭缝的边缘处彼此连接所述长条状图案的另外的长条。
7.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示器,其中,所述图案形成于所述各狭缝的中部与所述长条的中部。
8.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示器,其中,所述图案由具有高热导率的材料制成。
9.一种制造边缘场开关模式液晶显示器的方法,所述边缘场开关模式液晶显示器包括下基板、上基板以及夹于所述基板之间的液晶层,每个像素区在所述下基板上由以交叉方向形成的门行和数据行限定,且开关器件布置于所述门行和所述数据行的交叉处,该方法包括如下步骤:
在所述下基板上形成第一透明电极;以及
在所述第一透明电极上依次形成所述门行、栅极绝缘层、有源层、所述数据行、绝缘层以及第二透明电极,所述第二透明电极具有多个狭缝与长条,
其中,在形成所述数据行时,从平面视图看,具有特定宽度的长条状图案与所述数据行一起在基本平行于所述第二透明电极的狭缝的长度方向上形成于所述各狭缝的中部或所述各长条的中部。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,以所述基板为基础,所述各图案的上部宽度窄于下部宽度。
11.根据权利要求9所述的方法,其中,所述图案具有1到1.5μm的下部宽度。
12.根据权利要求9所述的方法,其中,所述的形成数据行的步骤包括在所述狭缝的边缘处与所述数据行一起形成彼此连接所述图案的另外的长条。
13.根据权利要求9所述的方法,其中,所述图案形成于所述各狭缝的中部与所述狭缝之间的空间的中部。
14.根据权利要求9所述的方法,其中,所述图案由具有高热导率的材料制成。
15.一种制造边缘场开关模式液晶显示器的方法,所述边缘场开关模式液晶显示器包括下基板、上基板以及夹于所述基板之间的液晶层,每个像素区在所述下基板上由以交叉方向形成的门行和数据行限定,且开关器件布置于所述门行和所述数据行的交叉处,该方法包括如下步骤:
在所述下基板上形成门行以及具有特定宽度的长条状图案;以及
在上述步骤所形成的结构上形成栅极绝缘层、有源层、第一透明电极、所述数据行、绝缘层以及第二透明电极,所述第二透明电极具有多个狭缝与长条,
其中,在形成所述长条状图案时,从平面视图看,在所述各狭缝的中部或所述各长条的中部以基本平行于所述第二透明电极的狭缝的长度方向形成所述长条状图案。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,以所述基板为基础,所述各图案的上部宽度窄于下部宽度。
17.根据权利要求15所述的方法,其中,所述图案具有1到1.5μm的下部宽度。
18.根据权利要求15所述的方法,其中,所述图案形成于所述各狭缝的中部与所述狭缝之间的空间的中部。
19.根据权利要求15所述的方法,其中,所述图案由具有高热导率的材料制成。
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