CN105259678A - 液晶显示装置及其元件基板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液晶显示装置及其元件基板。元件基板，包括一基板、一金属层以及一平坦层。金属层位于该基板上，其中该金属层沿一第一方向具有一第一边缘。平坦层位于该金属层上，其中该平坦层具有一接触孔，该接触孔具有一连续壁面以及一底面，该底面暴露该金属层，连续壁面在一垂直截面上的一轮廓线为曲线，该第一边缘在一垂直方向上对应该轮廓线的一临界点，该轮廓线于该临界点上的切线斜率小于0.176。

Description

液晶显示装置及其元件基板

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置，特别是涉及一种具有接触孔的液晶显示装置。

背景技术

在液晶显示装置之中，接触孔常用于导通像素电极以及源极电极。然而，参照图1，液晶分子2会随着接触孔1的轮廓排列，由于接触孔1设计的剖面形状往往为上宽下窄的弧形结构，因此随着接触孔1轮廓排列的液晶分子2容易造成漏光现象，而使得液晶显示装置的对比度降低。

参照图1，在现有技术中，通过增加接触孔1底部的源极电极3的面积，可以将产生问题的液晶分子2遮蔽，从而提升液晶显示装置的对比度。然而，此方式会降低液晶显示装置的开口率，从而损失液晶显示装置的亮度。因此一昧的增大源极电极3的面积，并非良好的问题解决方案。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题而提供的一种元件基板，包括一基板、一金属层以及一平坦层。金属层位于该基板上，其中该金属层沿一第一方向具有一第一宽度。平坦层位于该金属层上，其中该平坦层具有一接触孔，该接触孔具有一连续壁面以及一底面，该底面暴露该金属层，其中该底面沿该第一方向具有一第二宽度。其中，该第一宽度与第二宽度需满足以下的公式： $2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{0.95h}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\·\ln [\frac{-0.1672}{\ln \left(0.5\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\left]\right\}-1.8\≤L_1\≤2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{0.95h}{\ln \left(0.5\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\·\ln [\frac{-0.1672}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\left]\right\}+1.8$ 其中，L1为该第二金属层沿该第一方向的该第一宽度，L2为该接触孔的底面沿该第一方向的该第二宽度，h为该平坦层的厚度，θ为连续壁面的一预设参考点与一基点之间的一直线与水平面的夹角，其中，该预设参考点为该连续壁面上距离该底面0.95h的位置，该基点为该连续壁面与该底面的交界位置。

本发明还提供一种元件基板，包括一基板、一金属层以及一平坦层。金属层位于该基板上，其中该金属层沿一第一方向具有一第一边缘。平坦层位于该金属层上，其中该平坦层具有一接触孔，该接触孔具有一连续壁面以及一底面，该底面暴露该金属层，连续壁面在一垂直截面上的一轮廓线为曲线，该第一边缘在一垂直方向上对应该轮廓线的一临界点，该轮廓线于该临界点上的切线斜率小于0.176。其中，该金属层沿一第一方向具有一第一宽度，其中该底面沿该第一方向具有一第二宽度，其中，该第一宽度与第二宽度需满足以下的公式：

$2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{(1-p)h}{\ln \left(p\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\·\ln [\frac{-0.176*(1-p)}{\ln \left(p\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\left]\right\}=L_1$

其中，L1为该第二金属层沿该第一方向的该第一宽度，L2为该接触孔的底面沿该第一方向的该第二宽度，(1-p)h为该临界点于该垂直方向上的高度，p≦0.1。

应用本发明的实施例，液晶显示装置的开口率与透光率(暗态对比)可达到最佳化的状态，避免了漏光以及对比度降低等问题的产生。

附图说明

图1为现有液晶显示装置的元件基板的示意图；

图2为本发明一实施例的元件基板的示意图；

图3A为本发明实施例的元件基板应用于一液晶显示装置的示意图；图3B为图3A中的3B部分的细部元件的示意图；

图4为本发明一变形例的元件基板的示意图；

图5为应用本发明实施例的液晶显示装置的示意图；

图6为本发明的接触孔的预设值与实际值比对表。

符号说明

1～接触孔

2～液晶分子

3～源极电极

100～元件基板

110～基板

120～金属层

121～第一边缘

130～平坦层

131、131’、131”～接触孔

132～连续壁面

133～底面

134～预设参考点

135～基点

136～临界点

137～半导体层

140～导电层

150～液晶层

200～液晶显示装置

201～扫描线

202～信号线

203～半导体层

204～漏极电极

205～对向电极

210～薄膜晶体管

222～栅绝缘层

231～接触孔

233～接触孔的底面

240～源极电极

250～液晶层

260～对向基板

L1～第一宽度

L2～第二宽度

h～厚度

θ～夹角

β～夹角

A～显示区

B～非显示区

L～直线

L’～切线

具体实施方式

参照图2，其显示本发明一实施例的元件基板100，包括一基板110、一金属层120以及一平坦层130。金属层120位于该基板110上，其中该金属层120沿一第一方向X具有一第一宽度L1。平坦层130位于该金属层120上，其中该平坦层130具有一接触孔131，该接触孔131具有一连续壁面132以及一底面133，该底面133暴露该金属层120，其中该底面133沿该第一方向X具有一第二宽度L2。

申请人发现，液晶分子是沿连续壁面132排列，穿透率(暗态对比)随连续壁面132的斜率渐变而改变。当连续壁面132的切线斜率约等于tan10°时，此处的液晶分子将不会发生严重的漏光情形，因此不会降低液晶显示装置的对比度。就设计上的角度来看，金属层120对接触孔131的遮蔽，仅仅需要达到在临界点136的位置，相当于连续壁面132的切线斜率约等于tan10°的位置，液晶显示装置的开口率与透光率(暗态对比)即达到最佳化的状态，以符合市场需求。

再参照图2，申请人通过曲线公式的推导得知，当该第一宽度与第二宽度需满足以下的公式时，液晶显示装置的开口率与透光率可达到最佳化的状态：

$2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{0.95h}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\·\ln [\frac{-0.1672}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\left]\right\}-1.8\≤L_1\≤2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{0.95h}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\·\ln [\frac{-0.1672}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\left]\right\}+1.8$

其中，L1为该金属层120沿该第一方向X的该第一宽度，L2为该接触孔131的底面沿该第一方向X的该第二宽度，h为该平坦层130的厚度，θ为连续壁面132的一预设参考点134与一基点135之间的一直线L与水平面的夹角，其中，该预设参考点134为该连续壁面132上距离该底面0.95h的位置，该基点135为该连续壁面132与该底面133的交界位置。其中，±1.8为制作工艺中公差容许值。依照上述各参数的调整，连续壁面132的曲率以及形状可适度变化。

参照图2，曲线公式的推导过程如下：

第一步，曲线公式拟合(假设)，假设该接触孔离连续壁面的斜面方程式满足下列公式

y＝f(x)＝-A’exp(-x).....(1)

由方程式(1)中，仅是定义出该接触孔离连续壁面的渐进线，因此方程式(1)需对x以及y进行校正

第二步，曲线公式拟合(对通过预设参考点134、基点135以及角度θ校正)，假设斜坡上的预设参考点134为距离平坦层顶部的深度总深度h的p倍，且满足f(R’)关系式，其中，该预设参考点134距离基点135的水平距离为R’，则

$\begin{array}{c}f\left(R^{\′}\right)=-\mathrm{ph}=-\mathrm{hexp}\left(\frac{-R^{\′}}{\mathrm{\α}}\right)\\ \⇒\mathrm{\α}=\frac{-R^{\′}}{\ln \left(p\right)}.....\left(1\right);p>0,h>0,R^{\′}>0.....\left(2\right)\end{array}$

得到校正参数α

第三步，预设参考点134与基点135的连线形成一直线L，该直线L与相对于水平线的夹角为θ

$\begin{array}{c}\tan \mathrm{\θ}=\frac{(1-p)h}{R^{\′}}\\ \⇒R^{\′}=\frac{(1-p)}{\tan \mathrm{\θ}}....\left(3\right)\end{array}$

引入材料特征θ

第四步，距离平坦层顶部的深度总深度h的0.05倍，公式(2)与公式(3)联立可得

$\mathrm{\α}=\frac{{-R}^{\′}}{\ln \left(0.05\right)}=\frac{-0.95h}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \mathrm{\θ}}.....\left(4\right)$

得到校正参数α

第五步，因决定平坦层130曲线的角度应为基点135的切线L’与相对于水平线的夹角β，而夹角β约略等于1.5θ，因此需对再曲线公式校正(对角度校正)，则可得

$\begin{array}{c}f\left(R^{\′}\right)=-h\·\exp \{-R^{\′}/\mathrm{\α}\}=-h\·\exp \{R^{\′}\·\frac{\ln \left(0.05\right)\·\tan \mathrm{\β}}{0.95h}\}\\ =-h\·\exp \{R^{\′}\·\frac{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}{0.95h}\}.....\left(5\right)\end{array}$

接触孔曲线方程式

第六步，其中R＝R₀+R’，并带回原方程式可得

接触孔实际曲线方程式

第七步，推得金属层120沿该第一方向的该第二宽度的一半

因在制作工艺的过程中会有误差，而±1.8为制作工艺中公差容许值，因此汇整上述公式可得到液晶显示装置的开口率与透光率可达到最佳化的状态公式：

$2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{0.95h}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\·\ln [\frac{-0.1672}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\left]\right\}-1.8\≤L_1\≤2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{0.95h}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\·\ln [\frac{-0.1672}{\ln \left(0.05\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\left]\right\}+1.8$

在一实施例中，该夹角θ介于20～40度之间，例如，该夹角θ介于25～35度之间。

参照图2，元件基板100还包含一导电层140位于该平坦层130上，并通过该接触孔131与该金属层120电连接。该导电层140可以为透明导电材料或金属材料。

该金属层120可以为一驱动元件的源极电极或漏极电极。在一实施例中，元件基板100还包含一半导体层137位于该金属层120与该基板110之间。该半导体层137的材料可以为多晶硅材料、非晶硅材料或金属氧化物材料。

参照图3A，本发明实施例的元件基板应用于一液晶显示装置200，其包括一显示区(像素区域)A以及一非显示区B。参照图3B，其显示图3A中的3B部分的细部元件，液晶显示装置200还包括扫描线201、信号线202、半导体层203、源极电极240、接触孔231、接触孔的底面233、漏极电极204、共用电极205以及像素电极140等等元件于显示区A内。本发明实施例中，该金属层120包含源极电极240、漏极电极204、扫描线201以及信号线202。

再参照图2，在另一实施例中，该金属层120沿第一方向X具有一第一边缘121，连续壁面132在一垂直截面上的一轮廓线为曲线，该第一边缘121在一垂直方向上对应该轮廓线的临界点136，该轮廓线于该临界点136上的切线斜率小于0.176(tan10°)。相似于前述实施例，一基点135位于该连续壁面132与该底面133在该垂直截面上的交界位置，该基点135与该预设参考点134位于一直线L之上，θ为该直线L与一水平面的夹角，其中该夹角θ介于20～40度之间，例如，该夹角θ介于25～35度之间。该金属层120沿第一方向X具有一第一宽度L1，其中该底面133沿该第一方向X具有第二宽度L2，其中，该第一宽度L1与第二宽度L2需满足以下的公式：

$2*\{\frac{L_2}{2}\frac{(1-p)h}{\ln \left(p\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\·\ln [\frac{-0.176*(1-p)}{\ln \left(p\right)\·\tan \left(1.5\mathrm{\θ}\right)}\left]\right\}=L_1$

其中，L1为该第二金属层沿该第一方向的该第一宽度，L2为该接触孔的底面沿该第一方向的该第二宽度，p为可调整参数，(1-p)h为该预设参考点于该垂直方向上的高度，0<p≦0.1，例如，0<p≦0.05。依照上述各参数的调整，连续壁面132的曲率以及形状可适度变化。

虽然在上述实施例中，接触孔位于显示区(像素区域)A之中，然而，上述公开并未限制本发明。本发明的接触孔结构也可用于非显示区B之中。例如，参照图4，在一实施例中，本发明的接触孔131’内的导电层140可连接信号线202，而接触孔131’的轮廓与信号线202的宽度之间可符合上述公式，并且通过在平坦层130与栅绝缘层222上的接触孔131”连接扫描线201，其中接触孔131”的轮廓与扫描线201的宽度之间可符合上述公式。在上述实施例中，栅绝缘层222形成于信号线202与扫描线201之间。

参照图5，其显示应用本发明实施例的液晶显示装置200，包括元件基板100、液晶层250以及对向基板260。

参照以下比对表1以及图6，由以下比对表以及图6可知，依照本发明实施例所预设的金属层(M2)120宽度，在制造中，会有实际制作工艺上的误差落入±1.8的公差容许范围。

比对表1

应用本发明的实施例，液晶显示装置的开口率与透光率(暗态对比)可达到最佳化的状态，避免了漏光以及对比度降低等问题的产生。

虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (18)

1.一种元件基板，包括：

基板；

金属层，位于该基板上，其中该金属层沿一第一方向具有一第一宽度；以及

平坦层，位于该金属层上，其中该平坦层具有一接触孔，该接触孔具有一连续壁面以及一底面，该底面暴露该金属层，其中该底面沿该第一方向具有一第二宽度，

其中，该第一宽度与第二宽度满足以下的公式：

$2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{(1-p)h}{\ln \left(p\right)\&CenterDot;\tan (1.5\mathrm{\&theta;})}\&CenterDot;\ln [\frac{-0.176*(1-p)}{\ln \left(p\right)\&CenterDot;\tan \left(1.5\mathrm{\&theta;}\right)}\left]\right\}-1.8\&le;L_1\&le;2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{(1-p)h}{\ln \left(p\right)\&CenterDot;\tan \left(1.5\mathrm{\&theta;}\right)}\&CenterDot;\ln [\frac{-0.176*(1-p)}{\ln \left(p\right)\&CenterDot;\tan \left(1.5\mathrm{\&theta;}\right)}\left]\right\}+1.8$

其中，L1为该金属层沿该第一方向的该第一宽度，L2为该接触孔的底面沿该第一方向的该第二宽度，h为该平坦层的厚度，θ为连续壁面的一预设参考点与一基点之间的一直线与该底面的夹角，其中，该预设参考点为该连续壁面上距离该底面0.95h的位置，该基点为该连续壁面与该底面的交界位置，p为可调整参数，(1-p)h为该预设参考点于该垂直方向上的高度，0<p≦0.1。

2.如权利要求1所述的元件基板，其中该可调整参数p为0.05。

3.如权利要求1所述的元件基板，其中该夹角θ介于20～40度之间。

4.如权利要求1所述的元件基板，其中该夹角θ介于25～35度之间。

5.如权利要求1所述的元件基板，其还包含导电层，位于该平坦层上，并通过该接触孔与该金属层电连接。

6.如权利要求1所述的元件基板，其中该金属层为一驱动元件的源极电极或漏极电极。

7.如权利要求1所述的元件基板，其中该金属层为一驱动元件的信号线或扫描线。

8.如权利要求5所述的元件基板，其中该导电层为一透明材料。

9.如权利要求1所述的元件基板，其还包含半导体层，位于该金属层与该基板之间。

10.如权利要求9所述的元件基板，其中该半导体层的材料为多晶硅、非晶硅或金属氧化物。

11.如权利要求5所述的元件基板，其中该导电层为一金属材料。

12.一种液晶显示装置，包括：

对向基板；

元件基板，相对于该对向基板；

液晶层，位于该对向基板以及一元件基板间；其中，该元件基板包括：

金属层，位于该基板上，并位于该像素区域之中，其中该金属层沿一第一方向具有一第一宽度；以及

平坦层，位于该金属层上，其中该平坦层具有接触孔，该接触孔具有连续壁面以及底面，该底面暴露该金属层，其中该底面沿该第一方向具有一第二宽度，

其中，该第一宽度与第二宽度需满足以下的公式：

$2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{(1-p)h}{\ln \left(p\right)\&CenterDot;\tan \left(1.5\mathrm{\&theta;}\right)}\&CenterDot;\ln [\frac{-0.176*(1-p)}{\ln \left(p\right)\&CenterDot;\tan \left(1.5\mathrm{\&theta;}\right)}\left]\right\}-1.8\&le;L_1\&le;2*\{\frac{L_2}{2}+\frac{(1-p)}{\ln \left(p\right)\&CenterDot;\tan \left(1.5\mathrm{\&theta;}\right)}\&CenterDot;\ln [\frac{-0.176*(1-p)}{\ln \left(p\right)\&CenterDot;\tan \left(1.5\mathrm{\&theta;}\right)}\left]\right\}+1.8$

其中，L1为该第二金属层沿该第一方向的该第一宽度，L2为该接触孔的底面沿该第一方向的该第二宽度，h为该平坦层的厚度，θ为连续壁面的一预设参考点与一基点之间的一直线与水平面的夹角，其中，该预设参考点为该连续壁面上距离该底面0.95h的位置，该基点为该连续壁面与该底面的交界位置，p为可调整参数，(1-p)h为该预设参考点于该垂直方向上的高度，0<p≦0.1。

13.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中该可调整参数p为0.05。

14.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中该夹角θ介于20～40度之间。

15.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中该夹角θ介于25～35度之间。

16.如权利要求12所述的液晶显示装置，其还包含导电层，位于该平坦层上，并通过该接触孔与该金属层电连接。

17.如权利要求12所述的液晶显示装置，其还包含半导体层，位于该金属层与该基板之间。

18.如权利要求17所述的液晶显示装置，其中该半导体层的材料为多晶硅、非晶硅或金属氧化物。