CN101510032B - 垂直配向的液晶显示器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直配向的液晶显示器及其制造方法，该液晶显示器包括：第一信号线，设置在第一基板上；第二信号线，设置在第一基板上且与第一信号线交叉；开关元件，设置在第一基板上，并连接到第一信号线和第二信号线；第一倾斜构件，设置在开关元件上，并形成脊、谷以及在脊与谷之间的倾斜表面；像素电极，设置在第一倾斜构件上并连接到开关元件；第一配向层，设置在像素电极上，并相对于第一基板的表面垂直地配向；面对第一基板的第二基板；公共电极，设置在第二基板上；以及液晶层，设置在第一配向层与公共电极之间。

Description

垂直配向的液晶显示器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种垂直配向的(vertically aligned)液晶显示器及其制造方法。

背景技术

液晶显示器(LCD)是使用最广泛的平板显示器之一。LCD具有两个显示面板，例如像素电极和公共电极的场产生电极设置在两个显示面板上，液晶(LC)层设置在两个显示面板之间。LCD还包括连接到像素电极的多个薄膜晶体管以及例如数据线和栅极线的多条信号线，从而通过控制开关元件向像素电极施加电压。

在LCD中，垂直配向(VA)模式的LCD由于其高的对比度和宽的视角而受到关注，在垂直配向模式的LCD中LC分子被配向使得LC分子的长轴在没有电场的情况下垂直于面板。

在VA模式的LCD中，宽的视角可以通过光照射使配向层配向从而LC分子具有预倾斜角(pre-tilt angle)来实现。

为实现宽的视角，LC分子应该具有至少四个方向的预倾斜角，从而配向层被分成四个区域，每个区域都被照射。每个区域的光照射通过遮光板(shadow mask)来控制，从而光只照射在所需的部分上。然而，遮光板和光照射工艺的数目随着区域数目的增大而增大，从而使制造工艺复杂化。

而且，因为LC分子相对于基板的表面预倾斜，光泄漏可以在常黑模式的LCD的黑色状态中产生，从而对比度会降低。

发明内容

本发明提供了一种制造LCD的方法，其中用于形成LC分子的预倾斜角的光照射工艺的数目可以被最小化。

本发明还提供了一种可以具有改善的对比度的LCD。

本发明的其它的特征将在下面的描述中阐述，并将从该描述中部分地变得明显，或者可以通过本发明的实践而习知。

本发明公开了一种LCD，该LCD包括：第一基板；设置在第一基板上的第一信号线；第二信号线，设置在第一基板上并与第一信号线交叉；开关元件，设置在第一基板上并连接到第一信号线和第二信号线；第一倾斜构件，设置在开关元件上并包括脊(ridge)、谷(valley)以及在脊与谷之间的倾斜表面；像素电极，设置在第一倾斜构件上并连接到开关元件；第一配向层，设置在像素电极上并相对于第一基板的表面垂直地配向；面对第一基板的第二基板；公共电极；设置在第二基板上；以及液晶层，设置在第一配向层与公共电极之间。

本发明还公开了一种制造LCD的方法，该方法包括形成第一显示面板，第一显示面板包括：第一基板；第一倾斜构件，包括谷、脊以及在谷与脊之间的倾斜表面；像素电极，设置在第一倾斜构件上；以及第一配向层，设置在像素电极上。该方法还包括：形成第二显示面板，第二显示面板包括第二基板、公共电极以及设置在公共电极上的第二配向层；进行光照使第一配向层在相对于第一基板的表面垂直的方向上配向；进行光照使第二配向层在相对于第二基板的表面垂直的方向上配向；以及使第一显示面板与第二显示面板结合。

应当理解，前述的一般描述和随后的详细描述是示范性和解释性的，其目的是为了提供如所要求的本发明的进一步的解释。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步的理解，并且被并入和构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明示范性实施例的LCD的布局图(layout view)；

图2是沿图1的II-II线得到的横截面图；

图3和图4示出了制造图1和图2所示液晶显示器的光配向的光发射步骤；

图5示出图1和图2中示出的LCD中的LC分子的预倾斜角；

图6是根据本发明另一个示范性实施例的LCD的布局图；

图7、图8、图9、图10A、图10B和图11是根据本发明其它示范性实施例的LCD的横截面图。

具体实施方式

在下文中将参照附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的示范性实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式实施，而不应被解释为仅限于此处所述的实施例。并且，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在附图中，为了清晰起见，层和区域的尺寸和相对尺寸可以被夸大。附图中相同的附图标记指代相同的元件。

应当理解，当称一个元件或层在另一元件或层“上”、“连接到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上或直接连接到另一元件或层，或者还可以存在插入的元件或层。相反，当称一个元件“直接在”另一元件或层上、“直接连接到”另一元件或层时，不存在插入的元件或层。

图1是根据本发明示范性实施例的LCD的布局图，图2是沿图1的II-II线得到的横截面图。

参照图1和图2，根据本发明示范性实施例的LCD包括互相面对的薄膜晶体管阵列面板100和公共电极面板200以及在两个显示面板100与200之间的液晶层3。

首先，将参照图1和图2描述薄膜晶体管阵列面板100。

多条栅极线121和多条存储电极线131设置在绝缘基板110上，绝缘基板110可以由材料例如透明的玻璃或塑料制成。

栅极线121基本上沿横向延伸，并传输栅极信号。每条栅极线121包括向上突出的多个栅极电极124。

存储电极线131被提供预定的电压，并且基本上平行于栅极线121延伸。每条存储电极线131设置在两条相邻栅极线121之间的中间点(halfwaypoint)。存储电极线131包括向上和向下延伸的多个存储电极133。

栅极绝缘层140可以由氮化硅(SiN_x)或氧化硅(SiO_x)制成，栅极绝缘层140设置在栅极线121和存储电极线131上。

多个半导体岛154设置在栅极绝缘层140上，半导体岛154可以由氢化的非晶硅(缩写为“a-Si”)或多晶硅制成。半导体岛154设置在栅极电极124上。

多个成对的欧姆接触岛165和167设置在半导体岛154上。欧姆接触岛165和167可以由用例如磷的n型杂质重掺杂的n+氢化的a-Si制成，或者它们可以由硅化物制成。

多条数据线171和多条漏极电极线175设置在欧姆接触165和167以及栅极绝缘层140上。

数据线171传输数据电压并基本上沿纵向延伸，且与栅极线121和存储电极线131交叉。每条数据线171包括多个源极电极173，多个源极电极173向栅极电极124突出并弯曲成“U”状。

漏极电极175与数据线171分隔开，并相对于栅极电极124与源极电极173相对。

每个漏极电极175包括具有大面积的宽端部177以及具有条形的另一端部。宽端部177与存储电极133交叠，条形的端部被源极电极173部分地围绕。

栅极电极124、源极电极173和漏极电极175连同半导体岛154一起形成具有沟道的TFT，该沟道在源极电极173与漏极电极175之间的半导体岛154中形成。

钝化层180设置在数据线171、漏极电极175以及暴露的半导体岛154上。钝化层180可以在必要时省略。

多个倾斜构件160设置在钝化层180上，多个倾斜构件160形成脊161、162、163和164以及谷。倾斜构件160可以由有机层制成。

倾斜构件160和钝化层180具有暴露漏极电极175的宽端部177的多个接触孔181。

多个像素电极190设置在倾斜构件160上。像素电极190可以由例如ITO或IZO的透明导体制成，或者可以由例如Ag、Al、铬或其合金的反光导体制成。像素电极190通过接触孔181连接到漏极电极175的宽端部177，并包括多个剪切部分(cutout)191、192和193。

由倾斜构件160形成的谷和脊161、162、163、164将在下面详细地描述。

第一脊161包括：杆(stem)，平行于栅极线121并与存储电极133交叠；上倾斜部分(upper oblique portion)和下倾斜部分，分别从杆沿倾斜方向向上和向下倾斜；上分支(upper branch)，从上倾斜部分向上延伸，平行于数据线171，并近似地与像素电极190的右边缘交叠；下分支，从下倾斜部分向下延伸，平行于数据线171，并与像素电极190的右边缘交叠。

第二脊162包括：中央部分，与数据电极133交叉且与像素电极190的左边缘交叠；上倾斜部分和下倾斜部分，从中央部分沿倾斜方向分别向上和向下延伸；上分支，从上倾斜部分向上延伸，平行于数据线171，并与像素电极190的右边缘交叠；下分支，从下倾斜部分向下延伸，平行于数据线171，并与像素电极190的右边缘交叠。

第三脊163包括：倾斜部分(oblique portion)，设置在像素电极190的左下角上并沿倾斜方向延伸；纵向分支，从倾斜部分向上延伸，平行于数据线171，并与像素电极190的左边缘交叠；横向分支，从倾斜部分向右延伸，平行于栅极线121，并与像素电极190的下边缘交叠。

第四脊164包括：倾斜部分，设置在像素电极190的左上角上并沿倾斜方向延伸；纵向分支，从倾斜部分向下延伸，平行于数据线171，并与像素电极190的左边缘交叠；横向分支，由倾斜部分向右延伸，平行于栅极线121，并与像素电极190的上边缘交叠。

谷设置在脊161、162、163和164之间。也就是，谷设置在第一脊161与第二脊162、第二脊162与第三脊163以及第二脊162和第四脊164中的每个之间。像素电极190的剪切部分191、192和193设置在谷中。第一剪切部分191设置在第一脊161与第二脊162之间，并可以具有侧向放置的“V”形状；第二剪切部分192和第三剪切部分193，分别设置在第二脊与第三脊以及第二脊与第四脊之间，可以具有沿倾斜方向延伸的条状。

倾斜表面形成于脊161、162、163和164与谷之间。倾斜表面相对于基板110的倾斜角可以为大约0.5°到5°。如果角度小于0.5°，LC分子的预倾斜角不会产生；如果角度大于5°，倾斜表面会变得陡峭，从而会使LC分子通过光配向相对于基板110垂直配向变得困难。

下配向层11设置在像素电极190上。下配向层11通过例如紫外线的光照射相对于基板110垂直配向。因此，接触下配向层11的LC分子相对于基板110垂直地布置。

接着，将参照图1和图2描述公共电极板200。

光阻挡构件220设置在绝缘基板210上，光阻挡构件220可以是包括铬和氧化铬或有机材料的单层或双层，绝缘基板210可以由透明的玻璃或塑料制成，滤色器230设置在光阻挡构件220上。光阻挡构件220可以具有以矩阵形状布置的多个开口，滤色器230包括红色、绿色、蓝色的滤色器或者红色、绿色、蓝色和白色的滤色器，并填充光阻挡构件220的开口。

覆盖层(overcoat)250设置在光阻挡构件220和滤色器230上，覆盖层250可以由透明的有机绝缘材料制成；公共电极270设置在覆盖层250上，公共电极270可以由例如ITO或IZO的透明的导电材料制成。覆盖层250可以被省略。

上配向层21设置在公共电极270上。上配向层21通过例如紫外线的光照射相对于基板210垂直地配向。因此，接触上配向层21的LC分子相对于基板210垂直地布置。

LC层3包括具有负介电各向异性(negative dielectric anisotropy)的LC分子，从而LC分子通过下配向层11和上配向层21最初垂直于基板110和210布置。

现在将参照图3和图4描述在制造图1和图2中示出的液晶显示器的过程中进行的光配向。

图3示出通过光照使下配向层11配向的工艺，图4示出通过光照使上配向层21配向的工艺。

如图3和图4所示，在光垂直照射到两个基板110和210的表面期间，下配向层11和上配向层21最初通过例如采用紫外线的光照射来配向。这里，光照射可以通过线性横截面的光束扫描来进行。

光垂直照射到基板110和210的表面上，从而配向层11和21使LC分子垂直于基板110和210配向。这里，两个配向层11和21分别通过单独的光照射工艺来配向，从而简化了光配向工艺。此外，在光照射期间可以不必部分地覆盖配向层11和21，所以可以不需要遮光板，从而减小了制造成本。

接着，当下配向层11和上配向层21的光配向完成时，两个显示面板100和200被结合，LC分子被注入到两者之间。LC分子可以在两个显示面板100和200由密封剂结合后采用压力差注入，或者通过在两个显示面板100或200之一的外围形成密封剂、沉积LC分子于该板中、再将另一个板200或100结合到该板而注入。

这样，倾斜构件160被形成并且LC分子最初相对于基板110和210垂直地配向，从而亮度可以在黑色状态下大大降低；预倾斜角被提供给LC分子从而LC分子可以易于形成多个LC域(domain)。将参照图5对此进行更详细的描述。

在图5中，LC配向方向相对于基板110和210垂直并相对于倾斜构件160的倾斜表面的法线成θ角。这里，像素电极190设置在倾斜构件160上，从而它按照倾斜构件160的倾斜表面形成。因此，当电场施加到像素电极190与公共电极270之间时，电场线相对于像素电极190附近的倾斜表面垂直。也就是，电场线形成在倾斜表面的法线方向，从而LC分子具有相对于电场线的预倾斜角θ。这样，LC分子的预倾斜方向可以由施加的电压决定，这可以提高LC分子的响应速度；可以形成LC分子均匀地倾斜的多个域，这可以提高LCD的可视角度。这里，域被倾斜构件160的脊161、162、163和164以及谷分开。

另一方面，在像素电极190与公共电极270之间没有施加电场时，LC分子相对于基板110和210垂直地配向，从而通过LC层3的光的偏振受到LC分子最小的影响(如果有的话)。因此，在常黑模式的LCD的情况下，通过下偏振器的偏振光被上偏振器(检偏器(analyzer))阻挡，从而黑色的亮度变得更小。

图6是根据本发明另一个示范性实施例的LCD的布局图。

图6的LCD的大部分部件与图1和图2中示出的LCD的相同，除了每个剪切部分191、192和193具有多个微小狭缝(minute slits)1911、1921和1931。微小狭缝1911、1921和1931沿垂直于剪切部分191、192和193的长度方向延伸。微小狭缝1911、1921和1931在配向层11和21的表面上形成沟槽，从而配向力可以在施加电场时被增强，LC分子通过该配向力相对于剪切部分191、192和193垂直地倾斜。

图7、图8、图9、图10和图11是根据本发明其它示范性实施例的LCD的横截面图。

首先，图7的LCD包括上配向层21′，上配向层21′可以由聚酰亚胺制成，与图1和图2的LCD中的相比，其为简单的垂直配向层。图7的上配向层21′在没有光照射时配向，LC分子通过聚酰亚胺的性质相对于基板210垂直地配向。与由光照射配向的配向层的配向力相比，配向力可能是弱的。然而，可以省略额外的使上配向层21′配向的光照射工艺，从而简化了LCD的制造工艺。

接着，图8的LCD包括公共电极270，公共电极270包括剪切部分271。剪切部分271根据倾斜构件160的脊在对应于脊的位置形成。剪切部分271向平行于基板210的电场提供水平分量(horizontal component)，从而LC分子在每个域中均匀地配向。

图9的LCD包括上基板210，上基板210具有形成脊的上倾斜构件260。上倾斜构件260具有脊和谷，上倾斜构件260的脊设置在对应于下倾斜构件160的谷位置处，上倾斜构件260的谷设置在对应于下倾斜构件160的脊的位置处。这样，当具有脊和谷的上倾斜构件260形成时，靠近上配向层21的LC分子也相对于电场线预倾斜，从而可以提高LC分子的响应速度，并可以改善LC域中LC分子的排列的均匀性。

图10A的LCD包括公共电极270上的突起(protrusions)280和设置在突起280上的上配向层21′，突起280可以由有机材料制成。上配向层21′可以是由聚酰亚胺制成的普通垂直配向层。突起280根据倾斜构件160的脊布置在对应于脊的位置处。因此，突起280附近的LC分子相对于由突起280形成的倾斜表面垂直配向，从而它们具有相对于公共电极270的预倾斜角。这样，当突起280形成时，突起280附近的LC分子在施加电场时相对于电场线预倾斜，从而可以提高LC分子的响应速度，并可以改善LC域中LC分子的配向均匀性。可选地，如图10B所示，突起280可以设置在基板210与公共电极270之间。

图11的LCD包括上配向层22和23，上配向层22和23被分成多个区域，该多个区域通过光照射在不同的方向配向。上配向层22和23被分成各自的域并通过光照射配向，从而在每个域中LC分子向倾斜构件160的谷倾斜。因此，参照图11，上配向层22和23在四个方向配向。因此，当上配向层22和23对于每个域以不同的方向配向时，上配向层22和23附近的LC分子相对于电场线预倾斜，从而可以提高LC分子的响应速度，并可以改善LC域中LC分子的配向均匀性。

对本领域技术人员是明显的，可以在本发明中进行各种修改和变化而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的目的在于涵盖本发明的修改和变化，只要这些修改和变化在附加的权利要求书及其等价物的范围内。

本申请要求于2008年2月15日提交的韩国专利申请第10-2008-0014173号的优先权和权益，其内容通过引用的方式整体并入本文中。

Claims (24)

1.一种液晶显示器，包括：

第一基板；

第一信号线，设置在所述第一基板上；

第二信号线，设置在所述第一基板上并与所述第一信号线交叉；

开关元件，设置在所述第一基板上，所述开关元件连接到所述第一信号线和所述第二信号线；

第一倾斜构件，设置在所述开关元件上，所述第一倾斜构件包括脊、谷以及在该脊与该谷之间的倾斜表面，其中所述第一倾斜构件的所述倾斜表面相对于所述第一基板的表面形成从0.5°到5°范围内的角度；

像素电极，设置在所述第一倾斜构件上，所述像素电极连接到所述开关元件；

第一配向层，设置在所述像素电极上，所述第一配向层相对于所述第一基板的表面垂直地配向；

第二基板，面对所述第一基板；

公共电极，设置在所述第二基板上；以及

液晶层，设置在所述第一配向层与所述公共电极之间。

2.根据权利要求1所述的液晶显示器，还包括：

第二配向层，设置在所述公共电极与所述液晶层之间。

3.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中：

所述第二配向层是由聚酰亚胺制成的垂直配向层。

4.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中：

所述第二配向层包括具有不同的配向方向的多个配向区域。

5.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中：

所述公共电极包括至少一个剪切部分。

6.根据权利要求5所述的液晶显示器，其中：

所述至少一个剪切部分设置在对应于所述第一倾斜构件的脊的位置处。

7.根据权利要求2所述的液晶显示器，还包括：

第二倾斜构件，设置在所述第二基板和所述公共电极之间。

8.根据权利要求7所述的液晶显示器，其中：

所述第一倾斜构件的脊和谷被分别设置在对应于所述第二倾斜构件的脊和谷的位置处。

9.根据权利要求2所述的液晶显示器，还包括：

有机突起层，设置在所述公共电极与所述第二配向层之间。

10.根据权利要求9所述的液晶显示器，其中：

所述有机突起层设置在对应于所述第一倾斜构件的脊的位置处。

11.根据权利要求2所述的液晶显示器，还包括：

有机突起层，设置在所述公共电极与所述第二基板之间。

12.根据权利要求11所述的液晶显示器，其中：

所述有机突起层设置在对应于所述第一倾斜构件的脊的位置处。

13.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中：

所述第二配向层相对于所述第二基板的表面垂直地配向。

14.根据权利要求13所述的液晶显示器，其中：

所述像素电极包括至少一个剪切部分。

15.根据权利要求14所述的液晶显示器，其中：

所述剪切部分设置在对应于所述第一倾斜构件的谷的位置处。

16.根据权利要求15所述的液晶显示器，其中：

所述第一倾斜构件包括多个脊，所述第一倾斜构件的谷设置在所述第一倾斜构件的两个脊之间。

17.根据权利要求16所述的液晶显示器，其中：

所述第一倾斜构件包括第一脊、第二脊、第三脊和第四脊，其中：

所述第一脊包括：

杆，平行于所述第一信号线，

上倾斜部分和下倾斜部分，分别从所述杆沿倾斜方向向上和向下延伸，

上分支，从所述上倾斜部分向上延伸，平行于所述第二信号线，并与所述像素电极的右边缘交叠，和

下分支，从所述下倾斜部分向下延伸，平行于所述第二信号线，并与所述像素电极的右边缘交叠；

所述第二脊包括：

中央部分，与所述像素电极的左边缘交叠，

上倾斜部分和下倾斜部分，分别从所述中央部分沿倾斜方向向上和向下延伸，

上分支，从所述上倾斜部分向上延伸，平行于所述第二信号线，并与所述像素电极的右边缘交叠，和

下分支，从所述下倾斜部分向下延伸，平行于所述第二信号线，并与所述像素电极的右边缘交叠；

所述第三脊包括：

倾斜部分，设置在所述像素电极的左下角，并沿倾斜方向延伸，纵向分支，从所述倾斜部分向上延伸，平行于所述第二信号线，并与所述像素电极的左边缘交叠，和

横向分支，从所述倾斜部分沿右方向延伸，平行于所述第一信号线，并与所述像素电极的下边缘交叠；以及

所述第四脊包括：

倾斜部分，设置于所述像素电极的左上角，并沿倾斜方向延伸，纵向分支，从所述倾斜部分向下延伸，平行于所述第二信号线，并与所述像素电极的左边缘交叠，和

横向分支，从所述倾斜部分沿右方向延伸，平行于所述第一信号线，并与所述像素电极的上边缘交叠。

18.根据权利要求17所述的液晶显示器，其中：

所述至少一个剪切部分包括第一剪切部分、第二剪切部分和第三剪切部分；

所述第一剪切部分设置在所述第一脊与所述第二脊之间，所述第一剪切部分具有“V”的形状；以及

所述第二剪切部分和所述第三剪切部分分别设置在所述第二脊与所述第三脊以及所述第二脊与所述第四脊之间，所述第二剪切部分和所述第三剪切部分具有沿倾斜方向延伸的条形。

19.根据权利要求14所述的液晶显示器，其中：

所述像素电极包括多个微小狭缝，该多个微小狭缝垂直于所述至少一个剪切部分的长度方向延伸。

20.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中：

所述像素电极包括至少一个剪切部分。

21.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中：

所述至少一个剪切部分设置在对应于所述第一倾斜构件的谷的位置处。

22.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中：

所述像素电极包括垂直于所述至少一个剪切部分的长度方向的微小狭缝。

23.一种制造液晶显示器的方法，包括：

形成第一显示面板，该第一显示面板包括：第一基板；第一倾斜构件，包括谷、脊以及在谷与脊之间的倾斜表面；像素电极，设置在所述第一倾斜构件上；以及第一配向层，设置在所述像素电极上，其中所述第一倾斜构件的所述倾斜表面相对于所述第一基板的表面形成从0.5°到5°范围内的角度；

形成第二显示面板，该第二显示面板包括第二基板、公共电极以及设置在所述公共电极上的第二配向层；

进行光照射从而使所述第一配向层在相对于所述第一基板的表面的垂直方向配向；

进行光照射从而使所述第二配向层在相对于所述第二基板的表面的垂直方向配向；以及

使所述第一显示面板与所述第二显示面板结合。

24.根据权利要求23所述的方法，其中：

所述光照射通过紫外线进行。

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