CN101470309B - 反射透射型液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反射透射型液晶显示装置及其制造方法，该反射透射型液晶显示装置，包括由多条数据线和多条栅极线交叉排列而形成的多个像素，每个所述像素包括液晶层，夹于上基板和下基板之间；反射电极，形成于反射区域，并利用环境光实现反射显示；透明电极，形成于透射区域，并利用背光实现透射显示；薄膜晶体管，包括源极、漏极和栅极，用以控制该像素的开关，并且薄膜晶体管的源极和漏极延伸形成反射电极和数据线。根据本发明的反射透射型液晶显示装置可以有效减少数据线反光而引起的显示效果恶化。

Description

反射透射型液晶显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种反射透射型液晶显示装置及其制造方法，特别涉及可以有效减少数据线反光的反射透射型液晶显示装置及其制造方法。

背景技术

近年来，液晶显示装置以轻薄、低功耗为特征，被广泛用于电子类产品的信息显示。液晶显示装置通常分为反射型液晶显示装置、透射型液晶显示装置和反射透射型液晶显示装置。

透射型液晶显示装置是利用配置于液晶显示面板背后的照明装置的光进行显示，受周围亮度的影响少，具有可进行明亮的高对比度显示的优点，但存在背光源耗电功率大的问题。又，在非常亮的使用环境中(例如晴天的室外)，出现分辨率下降或为维持分辨率而提高背光源的亮度而导致耗电功率进一步增大的问题。

反射型液晶显示装置是利用周围的环境光进行显示，由于没有背光源，所以具有耗电功率极小的优点，但是存在显示亮度及对比度依赖周围亮度等受使用环境影响大的问题。特别是，在暗的使用环境中显示效果受到严重影响。

反射透射型液晶显示装置为，在一个像素区域中，具有反射周围光的反射电极，和透射来自背光源的光的透射电极，从而与使用环境相适应，可以在透射模式的显示与反射模式的显示间进行切换，或者进行以两种显示模式 的显示。因此，其兼备低功耗和受周围环境光亮度影响小、能进行明亮的高对比度显示的特征。

为了实现反射透射型液晶显示装置，需要在液晶面板中加入反射区域。通常在液晶面板中加入反射区域所采用的结构包括双盒厚(dual gap)反射透射型液晶面板以及单盒厚(single gap)反射透射型液晶面板两类。

单盒厚反射透射型液晶显示装置中，反射区域和透射区域的液晶层厚度相同，每个像素由两个薄膜晶体管(TFT)控制，输入两路不同的数据信号。由于需要分别给反射电极以及透射电极提供数据信号，以调节两者的透光率-电压(T-V)曲线基本一致，并实现反射区域的高对比度以及良好的显示效果，液晶面板开口率较低，同时通过集成电路输入液晶面板的信号数目会大幅增加，数据信号需要重新进行校正，因此在液晶面板布局以及驱动电路设计等方面都比较复杂。

双盒厚反射透射型液晶显示装置中，每个像素使用一个薄膜晶体管(TFT)控制，并且输入单一数据信号。由于射入反射区域的光需要经过两次液晶层，而通过透射区域的光只经过一次液晶层，因此为保证光在反射部分和透射部分经过相同光程以达到两个区域的液晶被同一数据信号调制的目的，需要在工艺上控制反射区域的液晶层厚度为透射区域的两倍。双盒厚反射透射型液晶显示装置与单盒厚反射透射型液晶显示装置相比在实现方式上要容易很多，已上市量产的反射透射型液晶显示装置均为双盒厚设计。

图1所示为现有的反射透射型液晶显示面板中像素结构的剖面图。如图1所示，101为TFT的栅极，由金属构成；102为该像素的TFT结构；103为栅绝缘层，由氮化硅构成；104为a-Si以及n⁺-a-Si层，作为TFT中的半导体沟道材料使用；105为源极和漏极，由源/漏极金属构成；106为ITO(氧化铟锡)透明导电层；107为反射电极，多为钕-铝/钼(Nd-Al/Mo)结构，其中Nd-Al为反射金属层，Mo层作为缓冲层(Buffer layer)以防止ITO与Al之间的电 化学反应发生；108为有机膜，该层有机膜为低介电常数、高光学透过率的绝缘材料，用于减少栅线、数据线与其上方耦合的ITO电极之间的寄生电容以减少串扰，增大开口率；109为上基板侧的透明绝缘材料的保护层(overcoat)，用于形成像素反射区域中的突起部，以确保反射与透射区域之间有相同的光程差供液晶进行光学调制；110为上基板上的ITO透明电极；111为上基板上的滤光片(color filter)。利用图1所示结构可以达到反射和透射区域的显示效果。但该像素结构的缺点在于液晶面板布局复杂，在上基板和下基板上都布置了透明绝缘层，因此制备工艺很复杂，并且成本无法降低。

图2所示为另一种常用的反射透射型液晶显示面板的像素结构剖面图。201为TFT的栅极，由金属构成；202为栅绝缘层，由氮化硅(SiNx)构成；203为a-Si以及n⁺-a-Si层，作为TFT中的半导体沟道材料使用；204为TFT的源极和漏极，由源漏极(S/D)金属构成；205为钝化层(Passivation)，用于保护TFT的沟道，以保证其电学特性；206为ITO透明电极；207为像素存储电容，用于减少TFT漏电对显示效果造成的影响以及栅极关闭时寄生电容对显示效果造成的影响；208为钝化层，作为ITO层与源漏极金属之间的介质；209为有机膜层，实现双盒厚结构设计以及反射区的漫反射突起；210为反射金属电极，多为Nd-Al/Mo结构：Nd-Al为反射金属层，Mo层作为缓冲层以防止ITO与Al之间的电化学反应发生。该反射透射型液晶面板结构在上基板上无需进行特别的设计，可以实现反射透射显示效果。

但是，由于反射透射显示将考虑到强光条件下的显示效果，因此数据线反光引起的显示效果下降成为比较严重的问题。由于数据线上的信号不断变化，数据线上方的液晶分子在一帧的显示时间内将异常排列，使得由于数据线引起的反光比存储电容的反光更严重。现有结构中采取的主要措施是在上玻璃基板上布置黑矩阵(BM)。假定以数据线8μm，ITO与数据线的重叠为1μm计，如果黑矩阵(BM)的宽度为6μm，则在对盒精度为5μm的条件下，偏 差最大时黑矩阵(BM)仅能遮挡1μm的数据线，基本起不到遮挡数据线反光的作用。特别在小尺寸液晶面板中，要克服这一问题将进一步增加黑矩阵的尺寸，势必将大幅度的损失开口率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的反射透射型液晶显示装置，可以有效避免由于数据线反光而引起的显示效果恶化，并且不损失开口率，同时可以简化液晶显示装置的制造工艺。

为解决上述技术问题，本发明的反射透射型液晶显示装置，包括由多条数据线和多条栅极线交叉排列而形成的多个像素，每个所述像素包括液晶层，夹于上基板和下基板之间；反射电极，形成于反射区域，并利用环境光实现反射显示；透明电极，形成于透射区域，并利用背光实现透射显示；薄膜晶体管，包括源极、漏极和栅极，用以控制该像素的开关，所述源极或所述漏极延伸形成所述反射电极，其中，所述数据线和反射电极形成于由有机膜构成的突出部上，所述数据线下方突出部的切线倾角θ在arcsin(1/n)到[(π/2)-arcsin(1/n)]范围内，所述n为上玻璃基板的折射率。

作为本发明的优选方案，所述反射区域对应的液晶层的厚度为所述透射区域对应的液晶层的厚度的二分之一。

作为本发明的又一种优选方案，所述反射电极表面形成小突起结构。

作为本发明的又一种优选方案，所述反射电极的上表层为钕-铝，下表层为钼。

为解决上述技术问题，本发明的液晶显示装置，包括由多条数据线和多条栅极线交叉排列而形成的多个像素，每个所述像素包括液晶层，夹于上基 板和下基板之间；薄膜晶体管，包括源极、漏极和栅极，用以控制该像素的开关；其中，所述源极或所述漏极延伸形成所述数据线，并且所述数据线形成于由有机膜构成的突出部上，所述突出部的切线倾角θ在arcsin(1/n)到[(π/2)-arcsin(1/n)]范围内，所述n为上玻璃基板的折射率，所述突出部的厚度为液晶层厚度的二分之一。

作为本发明的优选方案，所述数据线表面形成小突起结构，并且所述上基板侧不设置黑矩阵。

作为本发明的另一优选方案，所述数据线表面形成的小突起的斜面的切线倾角在41.8度到48.2度之间。

为解决上述技术问题，本发明的反射透射型液晶显示装置的制造方法，包括以下步骤在下基板上通过掩模处理形成栅极线、栅极和公共电极的步骤；形成透明电极和栅绝缘层的步骤；形成薄膜晶体管的硅岛形状的步骤；形成第一层有机膜，使得在反射区域形成突出部，并且在数据线形成区域定义出数据线下方的小突起，形成第二层有机膜，以定义反射电极表面的小突起，

在数据线形成区域形成数据线、在反射区域形成反射电极、还有形成薄膜晶体管的源极和薄膜晶体管的漏极的步骤，以及形成钝化层的步骤，其中所述数据线、所述反射电极、所述薄膜晶体管的源极和所述薄膜晶体管的漏极由一次沉积，并使用一道掩模板通过一次刻蚀处理形成。

作为本发明的另一优选方案，构成所述数据线、反射电极、薄膜晶体管的源极和薄膜晶体管的漏极的金属中，上表层为钕-铝，下表层为钼。

附图说明

图1所示为现有的反射透射型液晶显示面板中像素结构剖面图。

图2所示为另一现有的反射透射型液晶显示面板中像素结构剖面图。

图3所示为在反射透射型液晶显示面板中反射电极中部分发生全反射的示意图。

图4所示为本发明中反射透射型液晶显示装置的部分剖面示意图。

图5所示为图4中反射透射型液晶显示装置的像素示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

图3所示为在反射透射型液晶显示面板中反射电极中部分发生全反射的示意图。其中，301为上玻璃基板，302为反射电极，303为透明电极，R所示为反射区域，U所示为全反射区域，T所示为透射区域。在R区域中，入射光将被反射金属电极反射后全部出射。在U区域中，如图所示，入射光在反射电极处发生反射后，将在上基板的玻璃与空气的界面发生全反射，从而使得该区域为常黑的区域。T区域为反射透射型液晶显示面板的透射区域，在该区域中，背光将直接射出液晶层。该示意图显示了通过全反射区域中反射光的全反射实现显示黑态的基本结构，本发明中将利用该方式实现省去BM，并且消除数据线造成的反射光对显示效果的影响。

图4所示为本发明的反射透射型液晶显示面板中像素结构剖面示意图。其中，401所示为数据线，402为TFT的源极，403为TFT的漏极，404为栅极线，405为栅绝缘层，406为a-Si及n⁺-a-Si，407为有机膜，408为反射电极，409为透明ITO电极。数据线401布置在有机膜407上方，并通过有机膜407上方形成小突起结构。数据线沿有机膜407边缘向下延伸形成为TFT的源极402，403为TFT的漏极，源极402和漏极403与n⁺-a-Si层实现欧姆接触。404为栅极，位于栅绝缘层405之下。406为a-Si和n⁺-a-Si层，作为TFT导电沟道以及与S/D金属实现欧姆接触的缓冲层使用。有机膜407，如图所示， 一方面用以形成反射区域的突出部以调节反射区域液晶层厚度为透射区域液晶层厚度的二分之一，另一方面用以形成突出部表面的小突起，以使得在反射电极408表面形成漫反射。

这里需要指出的是，同时在数据线401下方的有机膜表面形成小突起结构，并且数据线401下方的有机膜表面所形成的小突起的斜面的斜率较大，而反射电极408下方的有机膜表面的小突起的斜面的斜率较小。并且设定数据线401下方的有机膜表面的小突起结构的斜面的切线倾角θ在arcsin(1/n)——[(π/2)-arcsin(1/n)](n为上玻璃基板的折射率)范围内时，所有入射到数据线上的光，都将发生反射，并且最终都将在上玻璃基板和空气之间的界面上发生全反射，无法射出上玻璃基板，从而实现了预期的减小漏光，增大对比度的目的。当n＝1.5时，θ值为41.8度——48.2度，也就是数据线的小突起的倾角范围。通过图4所示的结构，可以省去上玻璃基板上对应于数据线位置设置的黑矩阵(BM)，并通过在上玻璃基板和空气的界面处实现全反射的方式来抑制数据线引起的反射光带来的不良显示效果。

图5所示为图4中反射透射型液晶显示装置的像素示意图。如图4和图5所示，数据线501设置于有机膜407上方，与透明电极ITO502之间通过有机膜实现数据线501与ITO502交叠的设计，从而保证高开口率。反射电极503下方同样设置有机膜407以使得反射区域的液晶层厚度为透射区域液晶层厚度的二分之一。504为存储电容位置的过孔，将上层反射电极503的电位转移到存储电容上电极ITO506上，并与作为存储电容下电极的公共电极507形成存储电容。非晶硅沟道505，源极508，漏极510以及栅极509共同构成该像素的TFT。本实施例中漏极510的金属延伸至有机膜表面形成反射电极503，并且源极508的金属延伸到有机膜表面形成数据线501，数据线501的表面形成倾角预定的小突起，从而可以避免由于数据线引起的反射所导致的显示效果恶化。

图4和图5所示的反射透射型像素结构中，源漏极金属在作为数据线以及TFT的源极和漏极的同时，还作为反射电极使用(此处建议采用Al-Nd/Mo的结构)，这样可以省去一次金属沉积的工艺，同时还可以省去一次金属刻蚀的步骤。同时，该结构通过在数据线下方布置有机膜，以在数据线上方形成侧面斜率较大的小突起结构，以便在上基板玻璃和空气界面处形成全反射，从而节省了对应于数据线的设置于上基板的BM，并最终消除了为弥补上下基板玻璃对位偏差而带来的开口率下降的问题。

下面具体说明本发明具体实施方式的工艺方法。

首先沉积栅极金属，并使用第1道掩模刻蚀栅极金属，以形成栅极线以及公共电极。然后依次沉积氮化硅层以及ITO层，并使用第2道掩模刻蚀形成ITO的形状，用第3道掩模刻蚀栅绝缘层氮化硅SiNx。其后连续沉积a-Si、n+-a-Si层，并用第4道掩模刻蚀a-Si以定义硅岛形状。其后沉积第一层有机膜，厚度约2μm，并使用第5道掩模刻蚀定义形状，以形成反射区域部分的突出部以及数据线下方的斜率较大的小突起。其后沉积第二层有机膜，厚度约为1μm，并使用第6道掩模刻蚀以形成反射电极表面的小突起结构，同时将数据线下方的第二层有机膜全部刻去。其后沉积源漏极金属，并使用第7道掩模刻蚀源漏极金属形状，以形成数据线，源极，漏极以及反射电极，考虑到反光性能以及消除电化学反应，可采用Mo/Al-Nd的结构，使用第7道掩模时，进行过刻蚀(over-etch)以刻去Si岛外层的n⁺-a-Si层。最后沉积钝化层以保护沟道，并采用第8道掩模刻蚀除去多余的氮化硅SiNx。

需要指出的是，第二层有机膜所形成的小突起的图形将布置在反射电极的下方，并使上方的反射金属形成为类似小突起形状，在控制了该小突起的尺寸(宽度、倾角)后，光在经过反射金属的小突起反射后将形成漫反射，以增加反射区的显示效果。

该工艺方法通过将源漏极金属和反射电极同时形成，从而省去了单独的 反射金属沉积以及刻蚀的工艺。通过该工艺方法形成的液晶显示面板无需在上基板设置BM，即可有效避免由于数据线的金属反光而影响显示效果。

本发明给出的如上具体实施方式仅用于说明本发明，并不对本发明构成限制。本领域普通技术人员在本发明的范围内，所作出的任何修改和变更都不构成对于本发明的实质性修改，并包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种反射透射型液晶显示装置，包括由多条数据线和多条栅极线交叉排列而形成的多个像素，每个所述像素包括：

液晶层，夹于上基板和下基板之间，

反射电极，形成于反射区域，并利用环境光实现反射显示，

透明电极，形成于透射区域，并利用背光实现透射显示，

薄膜晶体管，包括源极、漏极和栅极，用以控制该像素的开关，

所述源极或所述漏极延伸形成所述反射电极，

其中，所述数据线和反射电极形成于由有机膜构成的突出部上，所述数据线下方突出部的切线倾角θ在arcsin(1/n)到[(π/2)-arcsin(1/n)]范围内，所述n为上玻璃基板的折射率。

2.根据权利要求1所述的反射透射型液晶显示装置，其中所述反射区域对应的液晶层的厚度为所述透射区域对应的液晶层的厚度的二分之一。

3.根据权利要求2所述的反射透射型液晶显示装置，其中所述反射电极表面形成小突起结构。

4.根据权利要求1所述的反射透射型液晶显示装置，其中所述反射电极的上表层为钕-铝，下表层为钼。

5.一种液晶显示装置，包括由多条数据线和多条栅极线交叉排列而形成的多个像素，每个所述像素包括：

液晶层，夹于上基板和下基板之间，

薄膜晶体管，包括源极、漏极和栅极，用以控制该像素的开关，

所述源极或所述漏极延伸形成所述数据线，

其中，所述数据线形成于由有机膜构成的突出部上，所述突出部的切线倾角θ在arcsin(1/n)到[(π/2)-arcsin(1/n)]范围内，所述n为上玻璃基板的折射率，

所述突出部的厚度为液晶层厚度的二分之一。

6.如权利要求5所述的液晶显示装置，其中所述数据线表面形成小突起结构，并且所述上基板对应所述数据线的位置不设置黑矩阵。

7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其中所述数据线表面形成的小突起的斜面的切线倾角在41.8度到48.2度之间。

8.根据权利要求5到权利要求7中任一权利要求所述的液晶显示装置，其中所述液晶显示装置为反射透射型液晶显示装置。

9.一种反射透射型液晶显示装置的制造方法，包括以下步骤：

在下基板上通过掩模处理形成栅极线、栅极和公共电极的步骤，

形成透明电极和栅绝缘层的步骤，

形成薄膜晶体管的硅岛形状的步骤，

形成第一层有机膜，使得在反射区域形成突出部，并且在数据线形成区域定义出数据线下方的小突起，所述在数据线形成区域定义出数据线下方的小突起的切线倾角θ在arcsin(1/n)到[(π/2)-arcsin(1/n)]范围内，所述n为上玻璃基板的折射率，

形成第二层有机膜，以定义反射电极表面的小突起，

在数据线形成区域形成数据线、在反射区域形成反射电极、还有形成薄膜晶体管的源极和薄膜晶体管的漏极的步骤，以及形成钝化层的步骤，

其中所述数据线、所述反射电极、所述薄膜晶体管的源极和所述薄膜晶体管的漏极由一次沉积，并使用一道掩模板通过一次刻蚀处理形成。

10.根据权利要求9所述的反射透射型液晶显示装置的制造方法，其中构成所述数据线、反射电极、薄膜晶体管的源极和薄膜晶体管的漏极的金属中，上表层为钕-铝，下表层为钼。

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