CN1167138C

CN1167138C - 横向电场液晶显示器的电极排列结构

Info

Publication number: CN1167138C
Application number: CNB011174285A
Authority: CN
Inventors: 杨界雄; 林圣贤
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: CN1383125A

Abstract

一种广视角的横向电场液晶显示器的电极排列结构，包括栅极线；数据线，两相邻的栅极线与两相邻的数据线构成一像素区；梳子状共享电极，形成于各像素区的底部金属层中；梳子状像素电极，形成于各像素区的中间金属层中，像素电极的梳齿插置于共享电极的梳齿之间；及一电连接层定义形成于每一像素区的顶部金属层中，与梳子状像素电极的最左侧梳齿的末端形成电连接，且覆盖住梳子状共享电极的横杠的部份区域。

Description

横向电场液晶显示器的电极排列结构

技术领域

本发明涉及一种横向电场广视角液晶显示器，特别是涉及一种横向电场广视角液晶显示器的电极排列结构及其制作方法。

背景技术

广视角的横向电场液晶显示器(In-Plane Switching modeLCD，简称为IPS-LCD)为主流广视角LCD技术之一，与一般的扭转向列性(twisted nematic)LCD的不同处在于，IPS-LCD的共享电极(common electrode)与像素电极(pixel electrode)是制作于同一玻璃基板上(TFT基板)，其利用横向电场驱动共享电极与像素电极，可以使液晶分子在平面上转动，因而大幅增加视角到160度(U&D)及160度(L&R)，故具有广视角、高光效率、高对比等优点，可以应用在桌上型计算机、车用导航显示、壁挂电视等各类电子信息产品上。

为了达到优选的横向电场效果，目前开发设计了多种有关IPS-LCD的电极排列结构，期以解决开口率(aperture ratio)不足、数据线与共享电极之间产生的干扰(crosstalk)、光掩模使用次数过多等问题，其中一种梳子型(comb-shaped)电极排列结构最早于日本专利特开昭56-91277中揭露。请参考图1A，其显示现有IPS-LCD的电路结构示意图。现有IPS-LCD的一个像素区中包含有一栅极线1，一TFT结构2制作于栅极线1上，一数据线5与栅极线1垂直相交且与TFT结构2的源极电极相连接，一梳子型的像素电极4，其一端与TFT结构2的漏极电极相连接，以及一梳子型的共享电极3。共享电极3的梳齿(comb-teeth)与像素电极4的梳齿交错开来，可以制作在同一金属层上，也可以制作在不同一金属层上。当共享电极3与像素电极4分别接地(ground)之后，便会在共享电极3与像素电极4之间产生一平行于液晶分子的横向电场。

为了增加信号的储存，可以将共享电极3的横杠处(bar)制作成为一储存电容(storage capacitor)，但是迄今尚未发现有关将像素电极4连接一导体至储存电容上方的技术。除此之外，请参考图1B所显示的剖面示意图，在这种梳子状电场产生结构中，共享电极3与数据电极5之间很容易产生信号干扰的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对这种梳子状电场产生结构提供一种新的IPS-LCD的电极排列结构，可以在共享电极的上方区域设置一导电层，以提供金属屏蔽效用，进而消除共享电极与数据电极之间的干扰现象。

为了实现上述目的，本发明提供一种横向电场液晶显示器(In-Plane Switching mode LCD，简称为IPS-LCD)的电极排列结构，包括有：

多条横向设置的栅极线，定义形成于一底部金属层中；

多条纵向设置的数据线，定义形成于一中间金属层中，其中两相邻的栅极线与两相邻的数据线构成一像素区；

多个梳子状(comb-shaped)共享电极，分别定义形成于每一像素区的该底部金属层中，每一梳子状共享电极包含有一横杠(bar)以及多个梳齿(comb-teeth)，其中每一梳齿自该横杠纵向延伸；

多个梳子状像素电极，分别定义形成于每一像素区的该中间金属层中，每一梳子状像素电极包含有一横杠以及多个梳齿，其中每一梳齿自该横杠纵向延伸，且该像素电极的多个梳齿插置于该共享电极的多个梳齿之间；以及

一电连接层定义形成于每一像素区的一顶部金属层中，与该梳子状像素电极的最左侧梳齿的末端形成电连接，且覆盖住该梳子状共享电极的横杠的部份区域。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施例。附图中：

图1A显示现有IPS-LCD的电路结构示意图；

图1B显示现有IPS-LCD的共享电极与数据电极的剖面示意图；

图1C显示本发明IPS-LCD的共享电极与数据电极的剖面示意图；

图2显示本发明第一实施例的IPS-LCD的电极排列结构的上视图；

图3A至3E显示沿图2的切线I-I’、II-II’、III-III’的剖面示意图来说明蚀刻停止型式的制作方法；

图4A至4E显示沿图2的切线I-I’、II-II’、III-III’的剖面示意图来说明底通道型式的制作方法；

图5显示本发明第一实施例的另一种电极排列结构的上视图；

图6A与6B显示本发明第二实施例的IPS-LCD的电极排列结构的上视图；

图7显示沿图6所示的切线7A-7A’、7B-7B’的剖面示意图；

图8显示沿图6所示的切线8-8’的剖面示意图；以及

图9A与9B显示本发明第二实施例的另一种电极排列结构的上视图。

符号说明：

玻璃基板～10 介电层～110

栅极线～12 共享电极～14

绝缘层～16 氧化硅层～161

氮化硅层～162 第一半导体层～18

蚀刻停止层～19 第二半导体层～20

漏极区～201 源极区～202

第二金属层～22 数据线～24

源极电极～25 像素电极～26

漏极电极～27 开口～28

保护层～32 第一穿孔～34

第二穿孔～36 导电层～38

第一金属屏蔽层～401 第二金属屏蔽层～402

第三金属屏蔽层～403 第三穿孔～42

第四穿孔～44

具体实施方式

本发明针对梳子状电场产生结构提供一种新的IPS-LCD的电极排列结构，可以将设置于储存电容上方的导电层电连接至像素电极的一端，以增加电容值。此外，本发明另可在共享电极上方区域设置导电层，用来提供共享电极与数据电极之间的屏蔽效用，形成如第1C图所示的三维空间的排列型式，以有效减缓信号干扰的现象。

[第一实施例]

请参阅图2，其显示本发明第一实施例的IPS-LCD的电极排列结构的上视图。在本发明第一实施例的IPS-LCD的一个像素区中，包含有一横向设置的栅极线12，其末端为一栅极垫11，一纵向设置的数据线24，一梳子状共享电极14由一个横杠与三个梳齿14a、14b、14c所构成，以及一梳子状像素电极26由一个横杠两个梳齿26a、26b所构成。其中，像素电极26的两个梳齿26a、26b交错插置于共享电极14的三个梳齿14a、14b、14c之间，以使一个像素区分割成四个次像素区(sub-pixel)。另外，一TFT结构30的栅极制作于栅极线12上，其漏极电极27与像素电极26的横杠连接，其源极电极25与数据线24连接，而漏极电极27与源极电极25之间则包含有一通道。除此之外，另设有一第一穿孔34是用来曝露栅极垫11的表面，一第二穿孔36是用来曝露像素电极26的梳齿26a末端，以及一电连接层38覆盖住第一穿孔34、第二穿孔36的侧壁与底部以及共享电极14的横杠处的部份区域。如此一来，藉由第二穿孔36可以使电连接层38与像素电极26的梳齿26a产生电连接，而被电连接层38所覆盖的共享电极14的横杠处则可以用来作为一储存电容。

以下举出两种TFT结构的制作方法，一种为蚀刻停止型式(etching stopper type)的制作方法，另一种为底通道型式(backchannel type)的制作方法，来说明本发明第一实施例的电极排列结构的制作方法。

请参阅第3A至3E图，显示沿图2的切线I-I’、II-II’、III-III’的剖面示意图来说明蚀刻停止型式的制作方法。如图3A所示，首先于一玻璃基板10上形成一第一金属层(未标示)，然后利用第一道光掩模将第一金属层定义形成栅极线12与梳子状共享电极14，其中栅极线12的末端处是用来作为栅极垫11。接着，如图3B所示，依序于玻璃基板10表面上形成一绝缘层16、一第一半导体层18以及一蚀刻停止层19，其中绝缘层16包含有一氧化硅层161以及一氮化硅层162，第一半导体层18是由非晶质硅(amorphous silicon，a-Si)所构成，蚀刻停止层19是由氮化硅所构成。然后利用第二道光掩模，将蚀刻停止层19定义形成预定的图案，仅存留于栅极线12上方的部份区域。

后续，如图3C所示，依序于玻璃基板10上形成一第二半导体层20以及一第二金属层(未标示)，其中第二半导体层20是由n型重掺杂的非晶质硅(n⁺a-Si)所构成。然后，利用第三道光掩模将部份的第一半导体层18、第二半导体层20以及第二金属层去除，以于栅极线12上形成一岛状结构，并将第二金属层定义形成数据线24与梳子状像素电极26。其中，栅极线12上的岛状结构上包含有一开口28，使蚀刻停止层19表面曝露出来，如此一来，第二金属层被分隔成漏极电极27与源极电极25，第二半导体层20则被区分成一漏极区201与一源极区202，而蚀刻停止层19的曝露表面则是用来作为漏极区201与源极区202之间的通道。

接下来，如图3D所示，先于玻璃基板10上覆盖一由氮化硅所构成的保护层32，再利用第四道光掩模将栅极垫11表面的部份保护层32与绝缘层16蚀刻去除，以形成第一穿孔34，使得栅极垫11的表面曝露出来。同时，将像素电极26的梳齿26a末端处的保护层32去除，以形成第二穿孔36，使得梳齿26a末端处的表面曝露出来。最后，如图3E所示，于玻璃基板10上形成一导电层(未标示)之后，利用第五道光掩模将部份导电层去除，仅使导电层残留覆盖住第一穿孔34、第二穿孔36的侧壁与底部以及共享电极14的横杠处的部份区域，用来作为电连接层38，便制作完成图2所示的电极排列结构。其中，电连接层38的材质可与第一金属层、第二金属层的材质相同，如：MoW、Mo/Al、AlNd等不透明金属，也可以采用透明导电体如：铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，简称ITO)，以提高像素区的开口率。

请参阅图4A至4E，显示沿图2的切线I-I’、II-II’、III-III’的剖面示意图来说明底通道型式的制作方法。如图4A所示，首先于玻璃基板10上形成一第一金属层(未标示)，然后利用第一道光掩模将第一金属层定义形成栅极线12与梳子状共享电极14，其中栅极线12的末端处是用来作为栅极垫11。接着，如图4B所示，依序于玻璃基板10表面上形成一绝缘层16、一第一半导体层18、一第二半导体层20以及一第二金属层22，其中绝缘层16包含有一氧化硅层161以及一氮化硅层162，第一半导体层18是由非晶质硅(amorphous silicon，a-Si)所构成，第二半导体层20是由n型重掺杂的非晶质硅(n⁺a-Si)所构成。然后利用第二道光掩模，将部份的第一半导体层18、第二半导体层20以及第二金属层22去除，以于栅极线12上形成一岛状结构，并将第二金属层22定义形成数据线24与梳子状像素电极26。

随后，如图4C所示，利用第三道光掩模，将部份的第二半导体层20以及第二金属层22去除，以于岛状结构上形成一开口28，可使第一半导体层18的表面曝露出来。如此一来，第二金属层22被分隔成漏极电极27与源极电极25，而第二半导体层20被区分成一漏极区201与一源极区202，至于第一半导体层18的曝露表面则是用来作为漏极区201与源极区202之间的通道。

接下来，如图4D所示，先于玻璃基板10上覆盖一由氮化硅所构成的保护层32，再利用第四道光掩模将栅极垫11表面的部份保护层32与绝缘层16蚀刻去除，以形成第一穿孔34，使得栅极垫11的表面曝露出来。同时，将像素电极26的梳齿26a末端处的保护层32去除，以形成第二穿孔36，使得梳齿26a末端处的表面曝露出来。最后，如图4E所示，于玻璃基板10上形成一导电层(未标示)之后，利用第五道光掩模将部份导电层去除，仅使导电层残留覆盖住第一穿孔34、第二穿孔36的侧壁与底部以及共享电极14的横杠处的表面，用来作为电连接层38，便制作完成图2所示的电极排列结构。

除此的外，本发明电极排列结构及其制作方法也可以应用于具有六个次像素区(sub-pixel)的IPS-LCD中。请参考图5，其显示本发明第一实施例的另一种电极排列结构的上视图。在一个像素区中，梳子状共享电极14由一个横杠与四个梳齿14a、14b、14c、14d所构成，而梳子状像素电极26由一个横杠三个梳齿26a、26b、26c所构成。其中，像素电极26的三个梳齿26a、26b、26c交错插置于共享电极14的四个梳齿14a、14b、14c、14d之间，以使一个像素区分割成六个次像素区。利用前述的制作方法，可以在像素电极26的梳齿26a末端形成第二穿孔36，使电连接层38覆盖住第二穿孔36的侧壁与底部，进而与像素电极26的梳齿26a产生电连接，至于共享电极14的横杠处则可以用来作为储存电极。

[第二实施例]

为了进一步改良第一实施例的电极排列结构的信号干扰以及开口率的问题，本发明第二实施例在共享电极与数据电极之间设置一金属屏蔽层，以减缓信号干扰的现象。请参阅图6至8，图6A与6B其显示本发明第二实施例的IPS-LCD的电极排列结构的上视图，图7显示沿图6所示的切线7A-7A’、7B-7B’的剖面示意图，图8显示沿图6所示的切线8-8’的剖面示意图。

如图6A所示，为了提供共享电极14与数据电极24之间的屏蔽效用，在利用第四道光掩模定义形成第一穿孔34与第二穿孔36的同时，可分别于共享电极14的梳齿14c、14a上方的横杠处形成一第三穿孔42与一第四穿孔44，贯穿保护层36与绝缘层16而使共享电极14的横杠处的部份表面曝露出来。然后，于利用第五道光掩模将部份导电层去除的同时，不仅要定义形成电连接层38，还要保留覆盖住共享电极14的梳齿14a、14c、第三穿孔42、第四穿孔44的侧壁与底部的导电层。如此一来，可于数据线24两旁的梳齿14a、14c上方定义形成一条状的第一金属屏蔽层401，以及一条状的第二金属屏蔽层402。

条状的第一金属屏蔽层401覆盖共享电极14的梳齿14c的上方区域，并延伸覆盖至共享电极14的横杠处以覆盖住第三穿孔42的侧壁与底部，进而与共享电极14的横杠处产生电连接，但不覆盖数据线24的上方区域，也不与电连接层38连接。条状的第二金属屏蔽层402覆盖共享电极14的梳齿14a的上方区域，并延伸覆盖至共享电极14的横杠处以覆盖住第四穿孔44的侧壁与底部，进而与共享电极14的横杠处产生电连接，但不覆盖数据线24的上方区域，也不与电连接层38连接。如此一来，藉由第三穿孔42或第四穿孔44，第一金属屏蔽层401与第二金属屏蔽层402之间可以产生电连接。另外，如第6B图所示，若是不制作第四穿孔44，也可于第五光掩模制程中同时定义形成一块状的第三金属屏蔽层403，使其跨盖于数据线24的上方区域，以电连接相邻像素区的第一金属屏蔽层401与第二金属屏蔽层402。

如图7、8所示，本发明第二实施例的电极排列结构中，共享电极14的梳齿14a、14c、数据线24以及第一、第二金属屏蔽层401、402分别设置于不同平面的第一金属层、第二金属层与导电层上，这种三维空间的电极排列结构可以提供极佳的金属屏蔽效应，以大幅减缓数据线24与共享电极14的梳齿14a、14c之间的干扰问题。而且，这种三维空间的电极排列结构的制作方法，可与前述第一实施例的两种制作方法结合，而不需额外增加光掩模的使用次数。此外，当第一、第二、第三金属屏蔽层401～403的材质采用ITO透明导电体，则可以更进一步提高IPS-LCD的开口率。

此外，除此的外，本发明电极排列结构及其制作方法也可以应用于具有六个次像素区(sub-pixel)的IPS-LCD中。请参考第9A与9B图，其显示本发明第二实施例的另一种电极排列结构的上视图。利用前述的制作方法，可以在共享电极14的梳齿14a、14d上方的横杠处形成第三穿孔42、第四穿孔44，并于数据线24两旁的梳齿14a、14d上方定义形成条状的第一金属屏蔽层401与条状的第二金属屏蔽层402，如第9A图所示。或者，如第9B图所示，可以制作块状的第三金属屏蔽层403，以取代第四穿孔44的制作。这种三维空间的电极排列结构可以提供极佳的金属屏蔽效应，以大幅减缓数据线24与共享电极14的梳齿14a、14d之间的信号干扰问题。

虽然本发明已结合一优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作出一些更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求所界定。

Claims

1.一种横向电场液晶显示器的电极排列结构，包括有：

多条横向设置的栅极线，定义形成于一底部金属层中；

多个梳子状共享电极，分别定义形成于每一像素区的该底部金属层中，每一梳子状共享电极包含有一横杠以及多个梳齿，其中每一梳齿自该横杠纵向延伸；

2.如权利要求1所述的电极排列结构，其中该电极排列结构制作于一玻璃基板表面上。

3.如权利要求1所述的电极排列结构，其中该中间金属层与该顶部金属层之间隔着一保护层。

4.如权利要求3所述的电极排列结构，另包含有一第一穿孔，贯穿该保护层以使该梳子状像素电极的最左侧梳齿的末端表面曝露出来。

5.如权利要求4所述的电极排列结构，其中该电连接层覆盖住该第一穿孔的侧壁与底部，以与该梳子状像素电极的最左侧梳齿的末端形成电连接。

6.如权利要求1所述的电极排列结构，其中该梳子状共享电极的横杠被该电连接层所覆盖住的区域，是用来作为一储存电容。

7.如权利要求1所述的电极排列结构，另包含有：

一条状的第一金属屏蔽层，定义形成于每一像素区的该顶部金属层中，位于该梳子状共享电极的最右侧梳齿的上方区域并延伸覆盖于该梳子状共享电极的横杠区域，且与该梳子状共享电极的横杠形成电连接；以及

一条状的第二金属屏蔽层，定义形成于每一像素区的该顶部金属层中，位于该梳子状共享电极的最左侧梳齿的上方区域并延伸覆盖于该梳子状共享电极的横杠区域。

8.如权利要求7所述的电极排列结构，其中该中间金属层与该顶部金属层之间隔着一保护层以及一绝缘层。

9.如权利要求8所述的电极排列结构，另包含有一第二穿孔，贯穿该保护层与该绝缘层，以使该梳子状共享电极的横杠处的部份表面曝露出来。

10.如权利要求9所述的电极排列结构，其中该第一金属屏蔽层覆盖住该第二穿孔的侧壁与底部，以与该梳子状共享电极的横杠形成电连接。

11.如权利要求10所述的电极排列结构，另包含有一第三穿孔，贯穿该保护层与该绝缘层，以使该梳子状共享电极的横杠处的部份表面曝露出来。

12.如权利要求11所述的电极排列结构，其中该第二金属屏蔽层覆盖住该第三穿孔的侧壁与底部，以与该梳子状共享电极的横杠形成电连接。

13.如权利要求10所述的电极排列结构，该电极排列结构另包含有一第三金属屏蔽层，定义形成于每一像素区的该顶部金属层中，用来连接该第一金属屏蔽层以及该第二金属屏蔽层。

14.如权利要求13所述的电极排列结构，其中该第三金属屏蔽层跨越该数据线上方区域，以连接该第一金属屏蔽层与该第二金属屏蔽层。