CN1251011C - 面内开关模式液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
一种面内开关模式液晶显示器，包括：基底，在基底上形成的扫描线，基底上形成与扫描线交叉，同时在数据线和扫描线之间插入了绝缘薄膜的数据线，以及放置在比扫描线和数据线距离基底更远，宽度大于扫描线和数据线的宽度的透明公共电极互连线，此外，还在几何上覆盖扫描线和数据线。这种器件的结构使得来自数据线和扫描线的所有电场都在公共电极互连线上终止。用透明导电薄膜形成的公共电极互连线能够保持器件的孔径比。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器，特别涉及面内开关(In-Plane Switching，IPS)模式液晶显示器。
背景技术
液晶显示器主要有两种。这两种主要显示器中的一种通过让液晶分子的长轴(轴的方向叫做“指向器”)在垂直于基底的平面内转动来显示图像。相反，另一种则通过让液晶分子的长轴在平行于基底的平面内转动来显示图像。
前者叫做扭转向列(TN)液晶显示器，后者的一个典型是IPS液晶显示器。
这种IPS液晶显示器的特征在于即使是观看者从相对于这个显示器的不同方向来观看显示器上显示的图像，由于观看者只是在沿着分子短轴的方向上来观看液晶分子，因此观看者能够看到图像而不用考虑液晶分子相对于基底是站立着的还是躺下的，因而能够获得比扭转向列液晶显示器更大的视角。
这就是为什么近些年来IPS液晶显示器比扭转向列型液晶显示器用得更多的原因。
例如，第6(1994)-202127号日本专利申请(以后叫做第一项传统技术)和第9(1997)-318972(以后叫做第二项传统技术)公开了提高IPS液晶显示器孔径比率的一种技术。
第一项传统技术中公开的IPS液晶显示器有这样的驱动装置，它包括一个有源阵列，其特征在于用于将图像信号发送给有源阵列的信号互连线(面向液晶层)的那一部分中的大部分通过绝缘层被导体覆盖。但是，第一项传统技术采用的实施例从来都没有说明让透明电极屏蔽信号线，防止不利的电场泄漏的影响应该采用什么样的结构。
第二项传统技术公开的IPS液晶显示器有一个组件被同时用作公共电极互连线和黑色阵列(换句话说，公共电极互连线还被用作黑色阵列或者反过来)，除此以外，还被用作扫描线和数据线，它们都被同时用作黑色阵列的公共电极互连线全部覆盖。第二项传统技术的目的是将公共电极互连线同时用作导体和屏蔽薄膜，从来都没有说明用透明电极防止电场从扫描线和数据线泄漏需要什么样的结构。
这两项传统技术所公开的IPS液晶显示器都是要提高器件的孔径比率，并且提高显示图像的亮度。
由于数据线和公共电极之间以及扫描线和公共电极之间存在电位差，这个电位差会产生不利的电场。当这一电场到达像素电极和公共电极之间的显示区域的时候，不利电场到达的对应区域中包括的液晶分子受到不利电场的影响，出现反常对准。例如，屏幕上出现有黑色背景的白色窗的时候，显示黑色并且对应于传送图像信号，用来驱动对应像素显示白色的数据线的像素就会有一定辉度级，这种现象是一个叫做“纵向串扰”的显示难题。
为了防止这一问题出现，在数据线和扫描线两侧设置虚拟公共电极，使其具有宽的宽度，使来自数据线和扫描线的电场在虚拟公共电极上终止，也就是说防止来自数据线和扫描线的电场泄漏，或者在数据线和扫描线上覆盖电极例如一定电位上的公共电极，从而使其电位不会影响要显示的图像。
如同后一种情形一样，为了提高液晶显示器的孔径比，最好是形成一个公共电极，让它覆盖数据线和扫描线。
但是，采用传统技术的时候，由于公共电极是用屏蔽薄膜形成的，器件中光束的利用率被降低了。
公共电极是用屏蔽薄膜形成的原因是通过像素之间的边界周围的显示受到边界旁边的像素泄漏出来的光影响。一般情况下为了防止这种不利现象发生，在像素之间的边界周围形成屏蔽薄膜构成的一个黑色阵列。然而，本申请的发明人进行了仿真和实验，并且确定边界旁边像素通过像素之间边界周围泄漏出来的光束对显示的影响，因而得出结论，当完全防止了从扫描线和数据线泄漏出来电场的时候，通过像素之间边界周围从边界旁边的像素泄漏出来的光束影响显示的程度很低，除了对于需要高质量的显示图像的情形外，可以去除器件中的黑色阵列。
发明内容
本发明源于上述仿真和实验，针对的是能够防止发生纵向串扰，提高器件孔径比的面内开关模式液晶显示器。
本发明的另一个目的是解决上述问题。也就是说，根据本发明的面内开关模式液晶显示器包括：具有在上形成的扫描线、数据线和公共电极互连线的第一个基底，在其中形成的数据线与扫描线交叉，同时在数据线和扫描线之间插入绝缘薄膜，这样构造公共电极互连线使得公共电极互连线位于第一个基底上比扫描线和数据线更远的地方，它的宽度比扫描线和数据线宽，以便在几何上覆盖扫描线和数据线。本发明的器件还包括第二个基底，它与第一个基底相对，同时在第一个和第二个基底之间插入液晶，其中所述公共电极互连线具有包括透明薄膜和不透明薄膜的分层结构，这两个薄膜连接在一起，且透明薄膜放置在比不透明薄膜更加靠近液晶层的位置，不透明薄膜上完全覆盖了透明薄膜，并且所述不透明薄膜在几何上位于所述扫描线内。
器件的这种结构使得数据线和扫描线出来的所有电场都能够在公共电极互连线上终止。用透明导电材料形成的公共电极互连线能够维持传统器件的孔径比。
附图说明
图1A是根据本发明第一实施例中液晶显示器的一个平面图；
图1B是沿着图1A中的I-I线的一个剖面图；
图2是对应于图1A所示像素的一个电路图；
图3A是本发明第一实施例中改进实例里液晶显示器的平面图；
图3B是沿着图3A中的直线III-III的剖面图；
图4A说明图1A所示的互连线的最上层形成的并构成公共电极互连线的透明薄膜；
图4B说明在形成第二个金属薄膜的那一层上形成，构成像素电极的透明薄膜和构成数据线的透明薄膜；
图4C说明除了图4A、4B所示以外的导电薄膜；
图5A是本发明第一实施例中第二改进实例里液晶显示器的平面图；
图5B是沿着图5A中III-III线的剖面图；
图6A是本发明第一实施例中第三改进实例里液晶显示器的平面图；
图6B是沿着图6A中线III-III的剖面图；
图7A是根据本发明第一实施例的第二改进实例里液晶显示器的平面图；
图7B是沿着图7A所示直线III-III的剖面图；
图8A是本发明第五实施例第二改进实例里液晶显示器的平面图；
图8B是沿着图8A所示直线I-I的一个剖面图；
图9A说明图8A所示互连最上层里形成的一个透明薄膜；
图9B说明互连最上层下面形成的透明薄膜；
图9C说明除图9A、9B所示以外的导电薄膜；
图10是沿着图1A中直线I-I、II-II的剖面图，它对应于数据线和一部分公共电极互连线具有构成不透明薄膜(铬)和透明薄膜(氧化铟锌：ITO)这种情形的分层结构；
图11是沿着图1A中直线I-I、II-II的一个剖面图，并对应于数据线包括单个铬薄膜，公共电极互连线包括单个ITO薄膜这种情形；
图12是本发明第一实施例中公共电极互连线和扫描线的剖面图；
图13是本发明第二实施例的液晶显示器的平面图；
图14说明如何在图1A所示的液晶显示器里形成一个旋转位移；
图15A说明图13所示互连最上层形成的透明薄膜；
图15B说明互连最上层下面形成的透明薄膜；
图15C说明除图15A、15B所示以外的导电薄膜；以及
图16是说明这一器件的液晶平板的四周如何构成的一个剖面图。
具体实施方式
下面将参考附图详细介绍本发明的实施例。从这以后，假设在描述有源阵列基底11以及相对基底12上面的层的时候，将比其它层更加靠近液晶层13的层叫做上层，比其它层更加远离液晶层13的层叫做下层。
本发明的第一个实施例
图1和图2说明根据本发明第一实施例的面内开关模式有源阵列液晶显示器。图1A是这个实施例中液晶显示器的一个平面图，以及图1B是沿着直线I-I的一个剖面图，图2是对应于图1A所示像素的一个电路图。
如图1B所示，液晶显示器10包括一个有源阵列基底11、一个相对基底12和放置在有源阵列基底11与相对基底12之间的一个液晶层13。
相对基底12包括第二透明绝缘基底16，基底16上形成的彩色层18和在彩色层18上形成的透明外涂层19。此外，为了防止液晶显示板表面与操作员之间直接摩擦产生的静电荷对液晶层13产生电影响，在第二个透明绝缘基底16的后表面上形成一个透明导电层15。这样形成一个彩色层18，从而使利用包括红色(R)染料或者颜料的树脂制作的红色层118、包括绿色(G)染料或者颜料的树脂制作的绿色层218以及包括蓝色(B)染料或者颜料的树脂制作的蓝色层318按周期方式排列。为了防止相邻彩色层之间出现间隔，即使是颜色偏移成相邻的另一种颜色，如图1B所示，互相相邻的这些彩色层，每一层的颜色都不相同，都互相重叠。
这种有源阵列基底11包括：第一个透明绝缘基底22；在基底11上形成的，并构成扫描线28(参考图1A)和栅电极36(参考图2)的第一个金属薄膜；形成在第一个金属薄膜上的第一个层间绝缘薄膜23；岛屿形状的非晶硅薄膜，数据线24，薄膜晶体管30的源电极35和漏电极34，以及用透明薄膜形成的像素电极，它们全部都是在第一个层间绝缘薄膜23上面形成的；以及在第一个层间绝缘薄膜23上形成，并覆盖第一个层间绝缘薄膜23上面形成的那些元件的第二个层间绝缘薄膜25；用透明薄膜做成，在第二个层间绝缘薄膜25上面形成的公共线26。数据线24具有一种由不透明薄膜124和宽度小于不透明薄膜并与之连接的透明薄膜224构成的分层结构。数据线的结构使得能够降低数据线的电阻，并防止数据信号在时间上发生延迟。透明薄膜224的宽度小于不透明薄膜124宽度的原因如下。也就是说，通过蚀刻基底表面上沉积的透明薄膜的一部分形成透明薄膜224，这一部分没有被抗蚀图型覆盖，以及数据线暴露在外面，在例如由ITO做成的透明薄膜和例如铬做成的不透明薄膜之间因为电解反应产生一个电压差(将不同的金属沉浸在电解溶液中，金属互相之间有电连接的时候，在它们之间会产生一个电压差，此时就能够看到这种反应；通常将这一反应叫做“电解反应”)，这个电压差导致用于形成数据线的不透明图案被很容易地蚀刻掉。由于透明薄膜图案和不透明薄膜图案大小之间的差别很大，因此这种现象也就是电解反应被加剧，以及在某些情形中，不透明薄膜和透明薄膜会消失。为了防止这种现象发生，提高器件的生产率，最好是使形成的不透明薄膜的宽度比透明薄膜宽1～2微米。
在有源阵列基底11和相对基底12每一个的表面上涂敷一层对准薄膜20，相对于数据线24延伸的方向以10～30度的角度摩擦这一对准薄膜，从而使液晶层13的液晶分子均匀地对准。然后，这两个基底连接在一起，互相面对。将对准薄膜的摩擦角度叫做液晶分子的初始对准方向。
如图1A所示，有源阵列基底11包括：给它提供数据信号的数据线24；提供基准电压信号的公共电极互连线26；给它提供对应于要显示的像素的电位的像素电极27；给它提供扫描信号的扫描线28；以及薄膜晶体管30。每个都有交替排列的部分的公共电极互连线26和像素电极27，并且当将电压施加在公共电极互连线26和像素电极27之间的时候，在平行于第一个和第二个透明绝缘基底22和16的表面方向上产生一个电场。公共电极互连线26和像素电极27具有梳子形状的部分，而且公共电极互连线26和像素电极27(对于像素电极27这种情形，梳子形状的部分也叫做次电极，像素电极27的这些次电极构成像素电极27的主要部分)的梳子形状的部分(在公共电极互连线26的情形下，这个梳子形状的部分也叫做次电极，与像素电极27的次电极相邻的公共电极互连线26的这些次电极与像素电极27的次电极一起产生电场)，公共电极互连线26梳子形状的部分以及像素电极27梳子形状的部分交替排列，互相平行。在液晶显示器10中，液晶分子被像素电极27和公共电极互连线26之间产生的电场所驱动。都被用于驱动液晶分子的像素电极27和公共电极互连线26通常都被分别叫做像素电极和公共电极。但是，由于公共电极互连线既被用作公共互连线又被用作公共电极，因此很难清楚地区分公共互连线和公共电极。所以，对于这一说明书的以下章节，“公共电极互连线”这个术语被用于取代“公共互连线”和“公共电极”这两个术语。
除此以外，用不透明薄膜制作的公共电极互连线26被标作不透明公共电极互连线126，用透明薄膜制作的公共电极互连线26被标作透明公共电极互连线226。
如图1A所示，数据线24和扫描线28在几何上被透明薄膜制作，宽度大于数据线24和扫描线28的宽度的公共电极互连线226间接覆盖。按照上述数据线24所描述的方式构成的扫描线28和公共电极互连线226能够完全防止电场从扫描线28和数据线24泄漏出来。因此，能够扩大利用像素电极和公共电极互连线226能够控制的有效显示区域，提高器件的孔径比。另外，由于公共电极互连线226是用透明薄膜形成的，除了扫描线28和数据线24以外的所有几何区域都可以被用作这个器件的孔径。
除此以外，如图1A所示，通过以网格图形所形成一个ITO薄膜，提供用透明薄膜制作的公共电极互连线226，从而允许降低互连线的电阻。
如图1B所示，在有源阵列基底的不同层上形成公共电极互连线26和像素电极27能够防止公共电极互连线26和像素电极27之间发生短路，提高器件产量。在这种情况下，在比像素电极27更加靠近液晶层13的一层上形成公共电极互连线26，就能够在公共电极互连线26和数据线24之间获得间隔，增大公共电极互连线26和扫描线28之间的间隔，减少公共电极互连线26和数据线24之间的寄生电容，以及减少公共电极互连线26和扫描线28之间的寄生电容。
如图3A所示，与扫描线28延伸的方向平行的方向上的公共电极互连线26的一部分，以及与扫描线28延伸的方向平行的方向上的像素电极27的一部分，通过第二个层间绝缘薄膜25在上/下方向上互相面对。按照上述方式构成的公共电极互连线26的这一部分和像素电极27的这一部分形成与液晶电容器并联的积分电容，提高器件的电稳定性。
再次参考图1A，形成源极电极35和像素电极227，而不在其中插入绝缘薄膜，因而不需要采用接触孔。因此，由于不需要在绝缘薄膜中形成接触孔，因此形成的源电极不需要比形成的接触孔更大，也就是说可以降低源极电极35和像素电极27之间的连接电阻，而不降低器件的孔径比。
图4A～4C是将图1A中的平面图画分成三种类型得到的平面图：(1)在互连的最上层形成，构成公共电极互连线226的透明(ITO)薄膜(图4A)；(2)构成像素电极227和数据线24的透明薄膜224的透明(ITO)薄膜(图4B)；(3)包括构成扫描线28的第一个金属薄膜和构成数据线24不透明薄膜124的第二个金属薄膜的其它薄膜(图4C)。用透明薄膜和比不透明薄膜124窄的透明薄膜224制作的像素电极227都在第二个金属薄膜的同一层上形成，这两个薄膜都是数据线的构成部分。也就是说，沿着像素电极227的方向形成宽度比不透明薄膜124窄，与不透明薄膜124连接的透明薄膜224。如图1A和4A～4C所示，透明薄膜形成的完全覆盖数据线24和扫描线28的公共电极互连线226与在公共电极互连线226附近用透明薄膜形成的像素电极227之间几何上不存在光屏蔽薄膜，只有存在薄膜晶体管的组件所在的区域除外。以外，由于像素电极27是用透明薄膜227形成的，因此能够提高器件的孔径比，提高器件的光源可用度。
另外，如图1A所示，在相对基底12的第二个透明基底16上形成一个光屏蔽薄膜40(笼统地叫做黑色阵列)，从而在几何上至少覆盖薄膜晶体管的组件，以便维持薄膜晶体管的正常开关性能。
在薄膜晶体管的组件占据的区域以外的一个区域中形成一个黑色阵列，两个基底互相连接的时候在有源阵列基底11和相对基底12之间发生相对位移的情况下，黑色阵列40会降低器件的孔径比。
除此以外，图5A和5B说明图1A和1B所示实施例中的第二个改进实例。图5A是第二个改进实例的液晶显示器的一个平面图，图5B是沿着图5A所示直线III-III获得的一个剖面图。如图5A和5B所示，像素电极27通过层间绝缘层23与扫描线28重叠，从而在对应的像素上加上累积电容，进一步稳定这种液晶显示器显示板上形成的图像。
此外，图6A和6B说明图1A和1B所示实施例的第三个改进实例。图6A是第三个改进实例中液晶显示器的一个平面图，图6B是沿着图6A所示直线III-III得到的剖面图。如图6B所示，为了降低公共电极互连线26的电阻，最好是将铬这样的低电阻率材料制作的公共电极互连线126与公共电极互连线26连接，形成一个分层的结构。注意，为了防止器件的孔径比下降，让公共电极互连线126在几何上与扫描线28重叠，且最好是在扫描线28的内部(虽然图6A中的平面图内没有给出用不透明材料制作的整个公共电极互连线126，但是只将覆盖薄膜晶体管30有源区域的一部分标为粗黑线626)。
由于用低电阻率材料制作的公共电极互连线126是不透明的，在相对基底12的显示区域内不需要形成黑色阵列。为此，即使是有源阵列基底11和相对基底12之间的相对位移在两个基底连接在一起的时候会发生，但是黑色阵列从来都没有超出显示区域，从而防止了器件的孔径比下降。
另外，图7A和7B说明图1A和1B所示实施例的第四个改进实例。图7A是第四个改进实例中液晶显示器的一个平面图，图7B是沿着图7A所示直线III-III得到的一个剖面图。如图7B所示，当公共电极互连线是由公共电极互连线126和公共电极互连线226构成的时候，这两条线形成分层结构(虽然图7A里平面图中没有给出不透明材料制作的整个公共电极互连线126，但是将仅覆盖薄膜晶体管30的有源区域的一部分标为粗黑线626)，最好是用绝缘薄膜29覆盖公共电极互连线126、226。
用透明材料制作的公共电极互连线226是用ITO等等形成的，一般都要将ITO这样的氧化物薄膜用于扭转向列液晶显示器中，它是一种非常稳定的材料，本领域中的技术人员都知道这一点。但是，当ITO薄膜因为小孔而存在缺陷部分，不能完整地覆盖它下面的薄膜的时候，只有对准薄膜20覆盖用铬也就是一种不透明材料制作的公共电极互连线126，它被用作保护膜，用来防止铬渗入液晶层。因此，为了进一步提高液晶板的可靠性，最好是在公共电极互连线126、226上面形成绝缘薄膜。
图8A和8B说明图1A和1B所示实施例的第五个改进实例。图8A是第五个改进实例中液晶显示器的一个平面图，图8B是沿着图8A中的直线I-I得到的剖面图。虽然在图1B所示的第一个实施例中，只在第二个层间绝缘薄膜25上形成用透明材料制作的公共电极互连线226，但在图8B所示的第五个改进实例中，用透明材料制作的公共电极互连线包括：在第二个层间绝缘薄膜25上形成的公共电极互连线226以及在与第二个金属薄膜相同的层上形成的公共电极互连线326。也就是说，如图8B所示，用透明材料制作的像素电极有两个像素电极227和在它们之间形成用透明材料制作的公共电极互连线326。这样，公共电极互连线26包括两条互连线，也就是在它们之间插入层间绝缘薄膜25的公共电极互连线226和326。公共电极互连线的结构使得像素电极和公共电极互连线之间的距离更短，增强了其间的电场。因此，可使像素电极和公共电极互连线之间的电压差很小，但能够产生同样的电场强度。
图9A和9C是将图8A中的平面图划分成三类得到的平面图：(1)在最上层互连中形成，构成公共电极互连线226的透明(ITO)薄膜(图9A)；(2)构成像素电极227和数据线124上形成的透明薄膜224的透明(ITO)薄膜，它们都是在第二个金属薄膜所在的层上形成的(图9B)；(3)包括构成扫描线28的第一个金属薄膜和构成不透明薄膜124的第二个金属薄膜的其它薄膜(图9C)。通过接触孔将公共电极互连线226和326连接起来。
虽然按照上述方式构成的液晶显示器的有效孔径比对应于接触孔占据的面积降低它的值，它仍然能够用更低的电压驱动液晶，并降低功耗。这个器件的有效孔径比下降的原因是当这个器件处于IPS工作模式的时候，由于在电极上面没有直接有效地形成横向电场，电极上面的液晶分子不会转动，防止了通过液晶分子的光的透光率增大。注意在这种情况下，液晶分子允许光通过它一点点，“孔径比”这个术语指的是有效孔径比，它是以包括透过透明电极的光的形式计算出来的。形成接触孔会增加电极的面积，随着施加横电场的面积下降而降低器件的有效孔径比。
图10和11说明除了图中的一个实施例中的薄膜晶体管组件以外的一个薄膜晶体管的组件和一个像素的组件。图10和11分别是沿着直线I-I和II-II得到的剖面图。
图10对应于公共互连线26和数据线24具有不透明薄膜和透明薄膜构成的分层结构这种情形，图11对应于数据线24包括单个薄膜，也就是公共电极互连线26只包括透明薄膜226，数据线24只包括不透明薄膜124的这种情形。下面将详细介绍图10和11所示结构的好处，以下介绍将基本上参考图10。
如图1A、1B和图1O所示，扫描线28和栅极电极36都是用互连第一层中形成的第一个金属薄膜制作的。
IPS液晶显示器10这样工作，通过扫描线28将扫描信号提供给栅极电极以选择像素，并通过数据线将数据信号写入像素电极，并在公共电极互连线26和像素电极27之间产生平行于第一个和第二个透明绝缘基底22、16的电场，然后，通过电场使得液晶分子在平行于绝缘基底22、16的平面内转动，以便显示特定的图像。在图1A中，都用透明材料制作的公共电极互连线226和像素电极227封闭起来的一个纵向区域叫做“列”。
这样构成图10所示与薄膜晶体管有关的组件，使得铬制作的公共电极互连线126在几何上覆盖栅极电极36，屏蔽掉入射到薄膜晶体管上且从第二个透明绝缘基底16的一侧辐射出去的光使它不能照到栅极电极。这样就进一步地提高了薄膜晶体管的可靠性。以外，形成具有不透明薄膜126和透明薄膜226构成的分层结构的公共电极互连线，将这两个薄膜互相连接在一起，能够降低互连线的电阻，提高公共电极上电位的稳定性。此外，让铬制作的公共电极互连线126在几何上覆盖栅极电极能够提高器件的孔径比。
虽然参考图10中的薄膜晶体管描述了公共电极互连线和栅极电极之间的几何关系，但是这一几何关系同样适用于在扫描线28和在几何上覆盖扫描线28的公共电极互连线26之间的几何关系。图12画出了铬制作的不透明薄膜126和透明薄膜226组成的分层结构的一个实例，这两个薄膜构成公共电极互连线26，并且互相连接，在几何上公共电极互连线26覆盖扫描线28。不透明薄膜126的宽度小于扫描线28的宽度，以便让扫描线28在几何上覆盖不透明的薄膜126。这样就能够提高器件的孔径比，降低公共电极互连线26的电阻，防止数据信号发生延迟。
虽然图12说明了公共电极互连线26在几何上覆盖扫描线这种情形，但是公共电极互连线26在几何上覆盖数据线24也能够具有图12所示情形中的结构。对于公共电极互连线26在几何上覆盖数据线24的这种情形，将不透明材料制作的公共电极互连线126用作光屏蔽薄膜能够缩小相对基底黑色阵列的面积，从相对基底消除黑色阵列，同时能够获得图12所示结构能够提供的好处。
如图12所示，将用ITO制作的透明薄膜226放置在比不透明薄膜126更加靠近液晶层13的位置，不透明薄膜126上完全覆盖了透明薄膜226。这样就能够防止不透明薄膜与液晶发生反应溶解到液晶里去，从而提高器件的可靠性。这是因为ITO这种材料对电化学反应极其稳定。注意，采用对电化学反应比ITO具有更高稳定性的材料来形成不透明薄膜126的时候，最好是让不透明薄膜126比透明薄膜226更加靠近液晶层13，进一步用不透明薄膜126覆盖透明薄膜226。
如图10所示，薄膜晶体管30包括栅电极36、漏电极34和源电极35，并且放置在扫描线28和数据线24互相交叉的交叉点上的每个像素对应的位置上。栅电极36与扫描线28有电连接，漏电极34与数据线24连接，源电极35与像素电极227连接。
如图10所示，薄膜晶体管30的源电极35包括不透明薄膜135和透明薄膜235，该不透明薄膜135用同时构成数据线的第二种金属薄膜制作，该透明薄膜235由同时构成像素电极227，在像素电极227所在的同一层上的ITO制作，这两个薄膜连接在一起，形成分层结构。在数据线24的透明薄膜224所在的同一层形成的漏电极34的透明薄膜234和源电极35的透明薄膜235能够防止形成薄膜晶体管的处理步骤数量增大。
除此以外，透明薄膜234、235在几何上分别覆盖所述不透明薄膜134、135，它们的长度在平行于薄膜晶体管沟道方向上大于透明薄膜234、235的长度。也就是说，如图10所示，不透明薄膜134、135的两端与对应于沟道的孔的两端排成一条线，透明薄膜234、235的两端与对应于沟道的孔的两端相隔0.5～1.0微米。这些薄膜的结构能够防止薄膜晶体管的特性由于所构图的透明薄膜的精度而发生变化，因为薄膜晶体管沟道的长度是由不透明薄膜的图案决定的，这些图案会影响薄膜晶体管的特性。以外，当在不透明薄膜上形成透明薄膜时，从而使两个薄膜互相连接，透明薄膜和不透明薄膜图案的宽度之间差别变大，如上所述，在一些情况中在蚀刻薄膜以形成相应图案的步骤里，不透明的薄膜和透明薄膜会消失。为了防止这种现象发生，提高器件产量，最好是这样来形成透明薄膜234、235，从而在平行于薄膜晶体管沟道方向上的薄膜234、235的长度被确定为比不透明薄膜134、135的长度短0.5～1.0微米。
这样构造图10所示第一个实施例中液晶显示器10的薄膜晶体管组件，使得在几何上覆盖薄膜晶体管组件的公共电极互连线226只由作为单个薄膜的透明薄膜(ITO)制作出来，且漏电极34和源电极35由作为单个薄膜的第二个金属薄膜制作出来。以外，在图11所示的像素中，数据线24仅采用作为单个薄膜的不透明薄膜124制作出来。图11所示液晶显示器的其余结构与图10所示液晶显示器的结构相同。
下面简单介绍图10所示薄膜晶体管组件和像素的制造方法。
用光刻技术或者干蚀刻技术在作为第一个透明绝缘基底的玻璃基底上形成用铬这样的第一种金属薄膜制作的栅极电极36和扫描线28。
然后，在透明绝缘基底22上形成由二氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiNx)制作的第一个层间绝缘薄膜23，以覆盖栅极电极36和扫描线28。
随后，在第一个层间绝缘薄膜23上形成具有非晶硅(a-Si)薄膜32和n+非晶硅(a-Si)薄膜33构成的分层结构的非晶硅薄膜。
然后，用光刻技术和干蚀刻技术蚀刻非晶硅薄膜32、33并构图，以形成岛屿形状的半导体层。
接下来，在基底表面上沉积作为第二个金属薄膜的铬，并用光刻技术和干蚀刻技术构图，形成薄膜晶体管漏电极34的不透明薄膜134、薄膜晶体管源电极35的不透明薄膜135和数据线24的不透明薄膜124。
随后在基底表面上沉积ITO，并用光刻技术和干蚀刻技术构图，以形成漏电极34的透明薄膜234、源电极35的透明薄膜235、数据线24的透明薄膜224和像素电极27的透明薄膜227。
在ITO中形成图案以后，通过蚀刻形成薄膜晶体管的沟道。也就是说，将漏电极34和源电极35用作掩膜，将包括n+a-Si的薄膜33和a-Si的薄膜32，通过漏电极34和源电极35之间形成的孔暴露在外面的非晶硅薄膜的一部分从非晶硅薄膜表面蚀刻到一个中间深度，形成薄膜晶体管30的沟道。
然后在基底表面沉积作为无机材料的氮化硅制作的第二个层间绝缘薄膜25。
采用光刻技术和干蚀刻技术对铬进行构图，以形成公共电极互连线126，大致位于与栅电极36的同一个几何位置。在这种情况下，用铬制作的公共电极互连线126在几何上用栅极电极36覆盖，它的面积大于公共电极互连线的面积。那是因为只有栅极电极36决定着器件的孔径比，公共电极互连线126从来不会影响也就是降低器件的孔径比。
在基底表面沉积ITO，并用光刻技术和干蚀刻技术构图，在像素区域和薄膜晶体管区域内分别形成ITO制作的公共电极互连线226。
这里省去了对图11所示液晶显示器制造方法的介绍，因为图10、11所示器件结构之间的差别只是图11所示器件不包括ITO制作的数据线和铬制作的公共电极互连线126。
本发明的第二个实施例
图13画出了本发明第二实施例中的一个有源阵列液晶显示器100。注意，由摩擦方向决定的液晶分子初始对准方向(进行摩擦的方向，也就是摩擦方向)与施加在像素电极27和公共电极互连线26之间的电场之间的方向的关系按照以下方式确定。也就是说，在像素电极27和公共电极互连线26之间施加电压的时候，每个液晶分子都与初始对准方向有一个锐角，在像素电极27和公共电极互连线26封闭的整个显示区域上，按顺时针方向转动，以便让每个液晶分子的对准方向与电场的方向重合。为了在它们之间产生上述关系，从垂直于纸的方向上看的时候，每一列中像素电极27和公共电极互连线26的上端和下端都按照图13所示的方向倾斜。
如图14所示，当在像素电极27和公共电极互连线26之间施加一个电压的时候，每个液晶分子都从它的初始对准方向向电场方向逆时针方向转动的时候，将在像素的端部产生一个域，在这个域中，每个液晶分子在与每一列液晶分子应该转动的所需方向相反的方向上转动。更加具体地说，假设按照图13所示定义摩擦方向，将图14中的“反常电场”表示的电场施加在液晶分子上，每个液晶分子都转动一个锐角，以便让每个液晶分子的对准方向与反常电场的方向重合。结果，每个液晶分子都逆时针方向转动。相反，施加了正常横电场的每个液晶分子都转动一个锐角，以便让每个液晶分子的对准方向与正常横电场的方向重合。如上所述，当电场方向随着液晶分子所在位置的区域的不同而不同的时候，对应于正常电场和反常电场的区域之间边界附近区域内对应的液晶分子，在互相相反的方向上转动，形成对应液晶分子之间边界的旋转位移。总之，当液晶分子在像素内某一区域里在与正常方向相反的方向上转动的时候，在液晶分子在正常方向上转动的和另一些液晶分子在垂直于正常方向的反常方向上转动的区域之间边界上的区域里形成一个旋转位移。当长时间形成固定旋转位移的时候，显示状况相应地改变，可能无法获得器件开始工作的时候那样的显示效果，从而降低器件的可靠性。另外，由于公共电极互连线26和像素电极27是用透明薄膜制作的，观众很容易就能够发现旋转位移。
如图13所示，形成公共电极互连线26和像素电极27，从而使具有倾斜端作为上端和下端的那些组件能够防止液晶分子反向转动。通过形成公共电极互连线26和像素电极27的构成，从而使这些组件具有倾斜端作为上端和下端，并且将液晶分子在固定方向转动的结构叫做抗反转结构。
下面将参考图15A～15C解释抗反转结构的层次结构。图15A～15C是通过将图13所示的平面图划分成三类产生的平面图：(1)互连最上层层形成的构成公共电极互连线226的透明(ITO)薄膜(图15A)；(2)构成像素电极227和数据线24的透明薄膜224的透明(ITO)薄膜，它们都在第二个金属薄膜的同一层上形成(图15B)；(3)包括构成扫描线28的第一个金属薄膜和构成数据线24的不透明薄膜124的第二个金属薄膜(图15C)。用透明薄膜制作的在第二个金属薄膜的同一层上形成的像素电极227，以及用ITO制作的在第二个层间绝缘薄膜上形成的公共电极互连线226都具有梳子形状的电极，以及对应于公共电极互连线226和像素电极227的梳子形状的电极，每一个都具有倾斜的端侧526、527分别作为上部和下部侧，从而形成抗反转结构，其中的液晶分子按照固定方向转动。这样，就可以防止器件液晶分子的长轴在相反方向上转动，防止形成旋转位移，从而提高液晶显示器100的透光率和可靠性。
本发明的第三个实施例
图16说明该器件的液晶板四周是如何构成的。如图16所示，用第一个金属薄膜41制作的扫描线28在平板的四周，并且通过通孔44与第二个金属薄膜42连接。第一个和第二个金属薄膜的结构使其能够防止电极因为上述电化学反应而消失，这些现象会在形成数据线24的图案以后对ITO进行湿蚀刻(形成像素电极227的图案)的时候出现，从而提高器件的产量。
综上所述，根据本发明的液晶显示器，能够解决前面“本发明要解决的问题”那一章中描述的那些问题和其它问题，从而获得以下好处：
(1)IPS液晶显示器能够防止器件孔径比下降，以及防止由于电场从像素之间的边界向显示区域泄漏导致的纵向串扰。
(2)具有透明材料制作的，几何上覆盖数据线的公共电极的IPS液晶显示器能够降低公共电极的电阻值。
(3)这种IPS液晶显示器能够缩小黑色阵列的面积或者消除黑色阵列，以便提高器件的孔径比，传统技术中采用该黑色阵列来防止要显示的图像中出现的纵向串扰。
(4)这种IPS液晶显示器能够包括以较低的价格制作的透明电极。
(5)设置该IPS液晶显示器使其具有由透明材料制作的、和完全覆盖数据线而没有增加公共电极互连线和数据线之间寄生电容的公共电极。
(6)这种IPS液晶显示器具有高可靠性的透明材料，用来防止从数据线泄漏电场。
Claims (6)
1.一种面内开关模式液晶显示器，包括：
第一基底，在其上形成有扫描线、数据线和公共电极互连线，形成的所述数据线与所述扫描线交叉，同时在所述数据线和所述扫描线之间插入绝缘薄膜，所述公共电极互连线这样设置使得所述公共电极互连线比所述扫描线和所述数据线离第一个基底更远，它的宽度比扫描线和数据线的宽度宽，以便在几何上覆盖所述扫描线和所述数据线；
第二基底，它面对所述第一基底放置；
液晶，它放置在所述第一个基底和所述第二个基底之间，
其中所述公共电极互连线具有包括透明薄膜和不透明薄膜的分层结构，这两个薄膜连接在一起，且透明薄膜放置在比不透明薄膜更加靠近液晶层的位置，不透明薄膜上完全覆盖了透明薄膜，并且所述不透明薄膜在几何上位于所述扫描线内。
2.如权利要求1所述的面内开关模式液晶显示器，进一步包括所述第一基底上的像素电极，其中所述公共电极互连线具有至少一个公共次电极和所述像素电极具有至少一个像素次电极，该两个次电极互相平行，并且进一步，每一个次电极的上端和下端具有相对于所述液晶的液晶分子的初始对准方向的以一定锐角倾斜的侧面。
3.如权利要求1所述的面内开关模式液晶显示器，进一步包括第一基底上的像素电极，其中所述数据线包括不透明导电薄膜和透明导电薄膜，其中所述不透明导电薄膜比所述透明导电薄膜距离第一基底更近，其中所述透明导电薄膜在几何上位于不透明导电薄膜内，以及其中所述像素电极是用所述透明导电薄膜制作的。
4.如权利要求2所述的面内开关模式液晶显示器，其中至少一个公共次电极的一部分是在所述像素电极的同一层上形成的。
5.如权利要求2所述的面内开关模式液晶显示器，其中所述公共电极互连线是在不同于所述像素电极所在层的一层上形成的。
6.如权利要求1、3或4中任意一个权利要求所述的面内开关模式液晶显示器，其中所述透明导电薄膜是氧化铟锡ITO。
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