CN1104654C - 液晶显示元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种液晶显示元件及其制造方法，通过在像素电极配线和反电极上形成导电性高分膜图案而产生无边缘电场的均匀平行电场，像素电极和反电极形成在同一基板上，所述液晶显示元件包括：所述像素电极和所述反电极形成在上部、并在其上形成规定厚度导电性高分子膜的第一透光性基板；与所述第一透光性基板对置的第二透光性基板；以及位于所述第一透光性基板与所述第二透光性基板之间的负各向异性介电常数的液晶。
Description
本发明涉及液晶显示元件，更具体地说涉及反电极(counter electrode)和像素电极形成在同一基板上的液晶显示元件及其制造方法。
通常，构成电视、图形显示器的液晶显示元件是由在一对透明的玻璃基板和封在这对玻璃基板间的液晶构成的。在所述玻璃基板中的至少一个基板上形成薄膜晶体管和像素电极，在另一玻璃基板上形成滤色器和反电极。虽然最近使用的液晶大多采用TN模式(Twist nematic mode，扭曲向列模式)液晶，但是这种TN结构存在液晶元件视角狭窄的问题。
因此在现有技术中为了确保宽的视角，如图1所示，采用了利用平行场的平面内转换模式(以下称IPS模式)。对这样的IPS模式的液晶显示元件，在其上部玻璃基板1上为了防止在下部玻璃基板5上形成的薄膜晶体管的发热而在与TFT对置的位置上形成黑色底层2，并在其两侧形成用于实现液晶元件彩色化的滤色器3之后在整个结构上形成保护膜4。在对置的下部基板5上，为了实现水平电场而在控制电极6A和离开该控制电极一定距离的同一面上由与所述控制电极相同的材料形成反电极7。接着，在整个结构上蒸镀控制绝缘膜6B后，在下部形成控制电极6A的部分的控制绝缘膜6B上形成非晶体通道层6C。接着在整个结构上蒸镀数据电极配线用金属膜，形成源极和漏极图案。这时相应于现有的漏极区域成为像素电极6D，而源极成为数据电极6E。接着在整个结构上形成用于保护薄膜晶体管和像素电极的保护膜8和取向膜(未示出)。接着使上部基板1与下部基板5重合，在上部基板1和下部基板5的背面贴上使光偏振的偏振片10、11，在上部基板1与下部基板5之间封入负各向异性介电常数(-Δε)的液晶。当将电压加在这样的液晶显示元件的像素电极6D和反电极7上时，因为所述像素电极6D和反电极7形成在同一个下部基板5上，所以产生平行电场。因此，这样一加上电场，负各向异性介电常数的液晶取向在垂直于电场的方向，并在与偏振光方向成45°的方向上成为透明(bright)状态。
图2是表示图1中下部基板的平面图，控制电极配线6A排列成水平列，数据电极配线6E在该控制电极配线6A的一侧上垂直交叉，在控制电极配线6A与数据电极配线6E的交叉部分上形成薄膜晶体管6。另外，反电极7在由控制电极配线6A和数据电极配线6E形成的空间部分上形成限定单位单元的四边形，像素电极6D形成I字形，以便与控制电极配线6A的一部分和反电极7的一部分相重叠。
对于这样的IPS模式液晶显示元件，在数据电极配线与反电极之间形成与下部基板平行的电场的反面上，在数据电极配线和反电极的引线连接区上形成如图1所示的边缘电场(F：Fringe field)。因为这个电场对除基板引线连接部分以外的部分的取向有影响，所以不能使处在除基板引线连接部分之外的部分内的液晶分子取向与偏振方向成45°角，从而使液晶显示元件的透光率下降。为了对由于所述理由引起的透光率下降进行补偿，必须增大背射光(back light)的亮度，所以存在液晶显示元件耗电增大的问题。
因此，本发明的目的是提供一种下述的液晶显示元件及其制造方法：为了在下部基板上的电极配线与反电极之间不产生边缘电场，通过在像素电极配线和反电极上形成具有导电性的高分子膜图案从而形成无边缘电场的均匀平行电场，由此不仅改善了液晶显示元件的透光率，还可以降低液晶显示元件的耗电。
为了达到所述目的，本发明提供一种液晶显示元件，其中，该液晶显示元件的像素电极和反电极形成在同一基板上，包括：所述像素电极和所述反电极形成在上部、并在其上形成规定厚度导电性高分子膜的第一透光性基板；与所述第一透光性基板对置的第二透光性基板；位于所述第一透光性基板和所述第二透光性基板之间并且具有负各向异性介电常数的液晶，所述液晶显示器还包括一取向膜。
本发明另一方面还提供一种液晶显示元件，其中，该液晶显示元件的像素电极和反电极形成在同一基板上，包括：第一透光性基板，所述反电极和所述像素电极形成在透光性绝缘基板的上部，在其上还形成有规定厚度的高分子膜，将与所述高分子膜的高度具有同一高度的导电体插入所述高分子膜内，并使其与所述导电体和所述像素电极分别电气接触，且在除所述导电体和高分子膜之外的部分覆盖取向膜；与所述第一透光性基板对置的第二透光性基板；位于所述第一透光性基板和所述第二透光性基板之间的液晶。
本发明再一方面提供一种液晶显示元件的制造方法，包括：提供透光性绝缘基板的步骤；在所述基板上形成控制电极图案和反电极图案的步骤；在整个表面上形成绝缘层的步骤；在所述控制电极图案所在绝缘膜的上部形成通道层的步骤；在所述绝缘层上部的规定部分形成像素电极的步骤；除去所述反电极上部的绝缘层的步骤；在所述反电极上部和所述像素电极的上部形成导电性高分子膜的步骤；以及在整个表面形成取向膜的步骤。
本发明再一方面提供一种液晶显示元件的制造方法，包括：提供透光性绝缘基板的步骤；在所述基板上形成控制电极图案和反电极图案的步骤；在整个表面上形成绝缘层的步骤；在所述控制电极图案所在绝缘膜的上部形成通道层的步骤；在所述绝缘层上部的规定部分形成像素电极的步骤；除去所述电极上部绝缘层的步骤；在所述反电极上部和所述像素电极上部形成导电性高分子膜的步骤；以及在整个表面上形成取向膜的步骤。
本发明又一方面提供一种液晶显示元件的制造方法，包括：提供透光性绝缘基板的步骤；在所述基板上形成电极图案和反电极图案的步骤；在整个表面上形成绝缘层的步骤；在所述控制电极图案所在绝缘膜的上部形成通道层的步骤；在所述绝缘层上部的规定部分形成像素电极的步骤；除去反电极上部的绝缘层的步骤；在整个表面上以规定的高度形成露出所述反电极上部和所述像素电极上部规定部分的感光性高分子膜的步骤；将导电性材料填入露出部分的步骤；除去除所述像素电极和所述反电极上部之外部分的高分子膜的步骤；以及在整个表面上形成取向膜的步骤。
根据所述本发明，液晶显示元件通过在形成于下部基板上的像素电极和反电极上构成导电性高分子膜而形成无边缘电场的均匀平行电场，从而改善了液晶显示元件的透光率。
下面参照附图说明本发明的优选实施例，其中，
图1是现有技术中的IPS模式液晶显示元件的剖面图。
图2是现有技术中的IPS模式的液晶显示元件的平面图。
图3是本发明的液晶显示元件的平面图。
图4是本发明一实施例的沿图3的IV-IV线剖切的剖面图。
图5A至5D是表示本发明另一实施例的IPS模式液晶显示元件制造方法的剖面图。
图3是本发明的液晶显示元件下部基板的平面图，图4是沿图3的IV-IV线剖切的剖面图，在绝缘性的透明基板30上提供控制线36、数据线38、I字形像素电极33、反电极31和用于驱动所述像素电极33的薄膜晶体管50，在像素电极33和反电极31的上部配置导电性高分子膜34A、34B。导电性高分子膜34A、34B的厚度为数至10μm，最好形成与液晶盒的间隙相同或更薄的厚度。所述高分子膜34A、34B用聚乙炔(polyacetylene)、聚苯胺(polyaniline)、对-亚苯基(p-phenylene)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)、对-亚苯基亚乙烯基(p-phenylenevinylene)等中的一种以上材料化学合成形成。高分子膜34A、34B的导电率由合成方法和合成时的掺杂物质而定，这种高分子膜的导电率与金属差一个数量级。
在接通驱动电源时，由在反电极31和像素电极33上部形成的导电性高分子膜34A、34B产生的电场具有与所述电极31、33和所述导电性高分子膜34A、34B的高度成比例的水平电场分量Ep。因为这些电场分量不只在基板的表面上，而且遍及整个液晶盒间隙，所以使整个液晶盒的液晶分子相对偏振方向成45°取向，即因为没有边缘电场分量，所述水平电场分量Ep影响到距下部基板30表面很远的液晶分子，所以使远离下基板的液晶分子不会发生小于45°的取向。基于这个事实，可以解决现有技术中液晶显示元件耗电大的问题。
参照图4，制造所述结构的IPS模式液晶显示元件可采用两种方法。
其中一种方法是：在已形成反电极31的状态下在反电极31上形成高分子膜34B后蒸镀控制电极绝缘膜32，然后在形成通道层和形成像素电极33的图案的步骤已完成的状态下，在像素电极33上形成导电性高分子膜34A，在高分子膜上形成取向膜。另一种方法是：在像素电极图案形成步骤已完成的状态下，蚀刻存在于反电极31上部的控制电极绝缘膜32。然后在像素电极33和反电极31的上面同时形成导电性高分子膜34A、34B。所述高分子膜34A、34B是通过在整个表面进行涂敷后形成图案的方法形成的，在此也同样可以采用两种方法，一种方法是使导电率高的高分子与溶剂混合进行涂敷、硬化(curing)，然后在上部形成感光膜掩膜来形成图案的方法。另一种方法是在合成导电性高分子期间添加光引发剂(photo-initiator)，在紫外线照射下切断高分子的连接链的方法。因为后一方法在高分子膜涂敷时不需要使用感光膜掩膜，所以比前一方法工艺简单。
图5A至图5D是表示本发明另一实施例的IPS模式液晶显示元件下部基板的局部剖面结构及其制造过程的剖面图。
首先参照图5D，在本实施例中，用铟锡氧化物(Indium Tin Oxide：ITO)37A、37B填充高分子膜34′、34″的中心部分。虽然在图4中第一实施例的情况下，在反电极31和像素电极33上形成的高分子膜34A、34B必须具有导电性，但在本实施例的情况下，所述高分子膜可以具有导电性，还可以与图3的实施例不同，不具导电性。在使用非导电性高分子材料的情况下，因为填充在中心部分的ITO材料37A、37B具有导电性，所以同样可以产生足够强的平行电场。虽然像素电极和反电极的高度提高到高分子膜形成的高度的结构可以产生足够强的平行电场，但是与利用高分子膜形成图案的方法相比却存在不容易形成图案的缺点。
下面说明具有所述结构的液晶显示元件的下部基板的制造过程。
参照图5A，首先在玻璃基板30上形成控制电极(图中未示出)和反电极31，然后在含有控制电极和反电极31的基板30的整个表面上蒸镀绝缘膜32。随后，在绝缘膜32的规定位置上形成像素电极33。然后除去反电极31上部的绝缘膜。
参照图5B，在整个表面涂敷添加有光引发剂的感光性高分子膜34。然后对像素电极33上部的规定部分和位于反电极31上部的所述感光性高分子膜34的规定部分进行曝光、显影，形成空穴H。
参照图5C，通过将ITO材料37A、37B或其它导电性的金属材料填入空穴H中，使填入的ITO材料接触反电极31和像素电极33。然后，除去除反电极31和像素电极33上部之外的感光性高分子膜，如图5D所示，在ITO材料37A、37B的两侧保留高分子壁34′、34″。
参照图5D，在绝缘膜23的上部涂敷规定厚度的利用紫外线取向的光取向膜35。
所述的方法利用了添加光引发剂的感光性高分子材料，所以用于形成高分子壁34′图案的步骤简单。
如上所述，按照本发明，在液晶显示元件下部基板的电极上形成带导电性的高分子膜图案，并在施加液晶驱动电压时使各个像素和数据线之间的干扰达到最小，同时，在像素内部整个液晶盒间隙内产生平行电场，这样不仅改善了液晶元件的透光率，还减少了耗电。
本发明不限于所述实施例和附图，在不超出本发明技术方案的范围内，可以进行多种置换、变形和修改，这些对于本技术领域内的普通技术人员来说是显而易见的。
Claims (25)
1.一种液晶显示元件，其特征在于，该液晶显示元件的像素电极和反电极形成在同一基板上，包括：所述像素电极和所述反电极形成在上部、并在其上形成规定厚度导电性高分子膜的第一透光性基板；与所述第一透光性基板对置的第二透光性基板；位于所述第一透光性基板和所述第二透光性基板之间并且具有负各向异性介电常数的液晶，所述液晶显示器还包括一取向膜。
2.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，所述高分子膜是含聚乙炔、聚苯胺、对-亚苯基、聚吡咯、聚噻吩、对-亚苯基亚乙烯基中的某一种物质。
3.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，所述高分子膜含有光引发剂。
4.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，所述高分子膜的厚度小于液晶盒的间隙。
5.一种液晶显示元件，其特征在于，该液晶显示元件的像素电极和反电极形成在同一基板上，包括：第一透光性基板，所述反电极和所述像素电极形成在透光性绝缘基板的上部，在其上还形成有规定厚度的高分子膜，将与所述高分子膜的高度具有同一高度的导电体插入所述高分子膜内，并使其与所述导电体和所述像素电极分别电气接触，且在除所述导电体和高分子膜之外的部分覆盖取向膜；与所述第一透光性基板对置的第二透光性基板；位于所述第一透光性基板和所述第二透光性基板之间的液晶。
6.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，所述高分子膜含有光引发剂。
7.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，所述的高分子膜是感光性的非导电性材料。
8.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，所述高分子膜是感光性的导电性材料。
9.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，所述高分子膜的厚度小于液晶盒的间隙。
10.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，所述导电体是ITO。
11.一种液晶显示元件的制造方法，其特征在于包括：提供透光性绝缘基板的步骤；在所述基板上形成控制电极图案和反电极图案的步骤；在整个表面上形成绝缘层的步骤；在所述控制电极图案所在绝缘膜的上部形成通道层的步骤；在所述绝缘层上部的规定部分形成像素电极的步骤；除去所述反电极上部的绝缘层的步骤；在所述反电极上部和所述像素电极的上部形成导电性高分子膜的步骤；以及在整个表面形成取向膜的步骤。
12.如权利要求11所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述导电性高分子膜的形成步骤包括：涂敷与溶剂混合的高分子材料以形成膜的步骤；硬化涂敷的膜的步骤；只在像素电极和反电极所在的所述膜的上部形成感光膜掩膜的步骤；除去露出的所述高分子膜的步骤；以及除去所述感光膜掩膜的步骤。
13.如权利要求11所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述导电性高分子膜的形成步骤包括：涂敷溶剂和光引发剂混合的高分子材料以形成膜的步骤；硬化涂敷的膜的步骤；用紫外线照射除像素电极或反电极上部以外的膜的步骤；以及除去受照射的膜的步骤。
14.如权利要求12或13所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述导电性高分子膜是通过化学合成聚乙炔、聚苯胺、对-亚苯基、聚吡咯、聚噻吩、对-亚苯基亚乙烯基中的一种以上材料而形成的。
15.如权利要求11所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述高分子膜的厚度小于液晶盒的间隙。
16.一种液晶显示元件的制造方法，其特征在于包括：提供透光性绝缘基板的步骤；在所述基板上形成控制电极图案和反电极图案的步骤；在整个表面上形成绝缘层的步骤；在所述控制电极图案所在绝缘膜的上部形成通道层的步骤；在所述绝缘层上部的规定部分形成像素电极的步骤；除去所述电极上部绝缘层的步骤；在所述反电极上部和所述像素电极上部形成导电性高分子膜的步骤；以及在整个表面上形成取向膜的步骤。
17.如权利要求16所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述导电性高分子膜的形成步骤包括：涂敷与溶剂混合的高分子材料以形成膜的步骤；硬化涂敷的膜的步骤；只在像素电极和反电极所在的所述膜的上部形成感光膜掩膜的步骤；除去露出的所述高分子膜的步骤；以及除去所述感光膜掩膜的步骤。
18.如权利要求16所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述导电性高分子膜的形成步骤包括：涂敷溶剂和光引发剂混合的高分子材料以形成膜的步骤；硬化涂敷的膜的步骤；用紫外线照射除像素电极或反电极的上部之外的膜的步骤；以及除去受照射的膜的步骤。
19.如权利要求17或18所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述导电性高分子膜是通过化学合成聚乙炔、聚苯胺、对-亚苯基、聚吡咯、聚噻吩、对-亚苯基亚乙烯基中的一种以上材料而形成的。
20.如权利要求16所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述高分子膜的厚度小于液晶盒的间隙。
21.一种液晶显示元件的制造方法，其特征在于包括：提供透光性绝缘基板的步骤；在所述基板上形成电极图案和反电极图案的步骤；在整个表面上形成绝缘层的步骤；在所述控制电极图案所在绝缘膜的上部形成通道层的步骤；在所述绝缘层上部的规定部分形成像素电极的步骤；除去反电极上部的绝缘层的步骤；在整个表面上以规定的高度形成露出所述反电极上部和所述像素电极上部规定部分的感光性高分子膜的步骤；将导电性材料填入露出部分的步骤；除去除所述像素电极和所述反电极上部之外部分的高分子膜的步骤；以及在整个表面上形成取向膜的步骤。
22.如权利要求21所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述导电性高分子膜的形成步骤包括：涂敷与溶剂混合的高分子材料以形成膜的步骤；硬化涂敷的膜的步骤；以及对所述图像电极和反电极的上部的规定部分的感光性高分子膜进行曝光及显影并除去的步骤。
23.如权利要求21所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述高分子膜的厚度小于液晶盒的间隙。
24.如权利要求21所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于进一步包括在所述取向膜形成步骤之后除去处在所述高分子膜和所述填入的导电性材料上部的取向膜的步骤。
25.如权利要求21所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于，所述导电性材料是ITO。
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