CN1288487C - 面内切换模式液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种面内切换模式液晶显示器件，包括：第一基板和第二基板；在第一基板上以矩阵形式排列的多个选通线和数据线，用以限定出像素；在选通线和数据线的交叉部分上的薄膜晶体管；在选通线、数据线以及薄膜晶体管之上的黑底；在像素中并位于黑底之上或之下的滤色器层；在滤色器层之上的至少一对公共电极和像素电极；位于滤色器层之下的存储电极，该存储电极连接到像素电极；以及在第一和第二基板之间的液晶层。

Description

面内切换模式液晶显示器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示(LCD)器件，特别涉及可以提高孔径比和图像质量可靠性的面内切换模式(in-plane switching mode)LCD器件及其制造方法。
背景技术
主要用做高图像质量和低功耗的平板显示装置中的扭转向列模式的LCD器件具有窄视角。造成窄视角的原因是，液晶分子的折射各向异性以及当把电压施加到扭转向列模式LCD器件时，液晶分子相对于基板在垂直方向取向。相反，由于在把电压施加到面内切换模式LCD器件时，液晶分子在平行于基板的方向取向，因此面内切换模式LCD具有宽视角。
图1是示出了现有技术的面内切换模式LCD的像素的平面图，图1B为图1A中沿着线I-I’的剖面图。如图1A所示，选通线(gate line)1和数据线3排列在透明第一基板10上的纵向和横向方向中以限定出像素。在包括具有多个像素的显示板的LCD器件中，n个选通线1和m个数据线3交叉以构成n×m个像素。
在像素中，薄膜晶体管9形成在一个选通线1和一个数据线3的交叉点处。薄膜晶体管9包括栅电极1a、源电极2a和漏电极2b，栅电极1a、源电极2a和漏电极2b分别连接到选通线1、数据线3和像素电极7。栅绝缘层8形成在栅电极1a之上。半导体层5形成在栅绝缘层8之上。源电极2a和漏电极2b分别形成为与半导体层5的一端接触。
如图1A所示，公共线4横穿该像素并与选通线1平行。像素电极线14与横穿该像素的公共线4重叠。从公共线4分出的公共电极6和从像素电极线14分出的像素电极7相互平行排列，用于开关液晶分子。公共电极6与栅电极1a同时形成。像素电极7与源电极2a和漏电极2b同时形成，使得像素电极7连接到薄膜晶体管9的漏电极2b。此外，在包括源/漏电极2a和2b的第一基板10上依次形成钝化层11和第一排列层(alignment layer)12a。
如图1B所示，公共电极6形成在像素的外围附近，以便为像素电极屏蔽由形成在像素外围的数据线3产生的横向电场。像素电极线14与公共线4重叠，二者之间具有栅绝缘层8，以形成存储电容器。在面向第一基板10的第二基板20表面上形成用于防止像素间漏光的黑底21。黑底21覆盖第一基板10上的薄膜晶体管9、选通线1、数据线3、和与数据线3邻近的公共电极6。而且，其上具有第二排列层12b的滤色器23也形成在面向第一基板10的第二基板20的表面上。液晶层13形成在第一基板10和第二基板20之间。当电压被没有施加到具有图1A和1B所示的面内切换模式LCD器件中时，液晶层13中的液晶分子根据第一排列层12a和第二排列层12b的排列方向取向。然而，当把电压施加在公共电极6和像素电极7之间时，液晶分子被重新取向为与基板平行并垂直于公共电极6和数据线3的延伸方向。
液晶层13中的液晶分子总是在同一平面中重新取向。因此，当在LCD板的OFF角度到正常角度从LCD板的上、下、左或右观看LCD器件时，似乎不产生灰度级反转(gray level inversion)。然而，在具有图1A和1B所示结构的面内切换模式LCD器件中，第二基板20的黑底21覆盖第一基板10上的薄膜晶体管9、选通线1、数据线3、和与数据线3邻近的公共电极6，由于第一基板10和第二基板20之间的未对准而可能产生漏光。因此，黑底21的宽度必须形成得比薄膜晶体管9、选通线1以及数据线3的宽度宽以维持未对准误差容限。随着黑底21的宽度增加，单元像素的孔径比减小。单元像素的孔径比减小会降低LCD器件的LCD板上显示的图像的分辨率和亮度。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种面内切换模式LCD器件及其制造方法，其实质上消除了由于现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的一个目的是防止由于面内切换模式LCD器件的第一和第二基板的未对准造成的漏光。
本发明的另一个目的是改善面内切换模式LCD器件的像素的孔径比。
本发明的其它优点、目的和特点部分地阐述在下面的说明中，部分地对于研究了下文的本领域普通技术人员来说是显而易见的，或者可以从本发明的实施中获得。通过在书面的说明书和它的权利要求书以及附图中特别指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
要实现本发明的目的，如这里所实施和广义描述的，提供一种面内切换模式液晶显示器件，包括：第一基板和第二基板；在第一基板上以矩阵形式排列的多个选通线和数据线，用以限定出像素；在选通线和数据线的交叉部分上的薄膜晶体管；在选通线、数据线以及薄膜晶体管之上的黑底；在像素中并位于黑底之上或之下的滤色器层；在滤色器层之上的至少一对公共电极和像素电极；位于滤色器层之下的存储电极，该存储电极连接到像素电极；以及在第一和第二基板之间的液晶层。
在本发明的另一个方面，提供一种面内切换模式液晶显示器件，包括：第一基板和第二基板，第一基板包括：在第一基板上以矩阵形式排列的多个选通线和数据线，用以限定出像素；在选通线和数据线的交叉部分上的薄膜晶体管，薄膜晶体管包括栅电极、半导体层、源电极和漏电极；在选通线、数据线以及薄膜晶体管之上的黑底；在像素中并位于黑底之上或之下的滤色器层；位于滤色器层之下的存储电极，该存储电极连接到像素电极；在滤色器层之上的外附层；以及在外附层上的至少一对公共电极和像素电极。
在本发明的另一个方面，提供一种面内切换模式LCD器件的制造方法，包括：在第一基板上形成栅电极；在栅电极上形成半导体层；在半导体层上形成源电极和漏电极；形成连接到漏电极的存储电极；在第一基板上形成钝化层；在钝化层之上形成黑底；在钝化层和存储电极之上形成滤色器层；以及在滤色器层上形成像素电极和公共电极，使得像素电极连接到存储电极。
从下面结合附图的本发明的详细说明中，本发明的以上和其它目的、特点、方面和优点将变得很显然。
附图说明
被包括以便进一步理解本发明并引入并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的各实施例并和说明书一起用于解释本发明的原理。
图1A和1B是示出了现有技术的面内切换模式的LCD器件的结构的图；
图2A是示出了根据本发明的第一示例实施例的面内切换模式LCD器件的单元像素的图；
图2B是图2A中沿着线II-II’的剖面图；
图3是示出了根据本发明的第二示例实施例的面内切换模式LCD器件的图；
图4A到4G是示出了本发明的第二示例实施例的面内切换模式LCD器件的制造方法的加工图；以及
图5A和5B是示出了将选通线和数据线连接到外部驱动电路的焊盘区域的剖面图。
具体实施方式
现在参考附图中的例子详细介绍本发明的优选实施例。
图2A是示出了根据本发明的第一示例实施例的面内切换模式LCD器件的像素的平面图。图2B是示出了沿图2A中的线II-II’的剖面图。如图2A所示，由分别在纵向/横向方向中排列的选通线101和数据线103限定出像素。公共电极106和像素电极107与数据线103平行设置。像素电极107位于公共电极106之间，像素中的每个公共电极106和每个像素电极107之间具有预定间隙。薄膜晶体管109设置在一个选通线101和一个数据线103的交叉部分邻近的像素中。薄膜晶体管109包括连接到选通线101的栅电极101a、形成在栅电极101a上的半导体层105、形成在半导体层105上并连接到数据线103的源电极102a、以及面对源电极102a并连接到像素电极107的漏电极102b。
像素电极107与一个不连接到像素的薄膜晶体管109的选通线101重叠。连接到薄膜晶体管109的漏电极102b的存储电极130设置在公共电极106之间，并与一个不连接到像素薄膜晶体管109的选通线101重叠。在上述不连接到像素薄膜晶体管109的选通线101之上，存储电极130和像素电极107通过接触孔140连接。与上述不连接到像素薄膜晶体管109的选通线101重叠的存储电极130的一部分以及二者之间的栅绝缘层108形成一个存储电容器。
如图2B所示，选通线101形成在透明第一基板110上，存储电极130和数据线103形成在栅绝缘层108上。此外，钝化层111形成在包括存储电极130和数据线103的基板的整个表面上。黑底121形成在对应于选通线101和数据线103的区域上，以防止像素之间的漏光。滤色器层123形成在黑底121上，对应于像素。另选地，可以在形成黑底121之前把滤色器层123形成在钝化层111上。在滤色器层123上形成用于平坦化滤色器层123的外附层150。以某个预定间隙交替设置的公共电极106和像素电极107形成在外附层150上。其中的一个公共电极106在像素的外围侧与数据线103重叠。此外，在公共电极106和像素电极107上形成第一排列层112a。第二排列层112b形成在第二基板120上，液晶层113形成在第一和第二基板110和120之间。
在具有图2A和2B所示结构的LCD器件中，将数据线103和与数据线103相邻的公共电极106形成得相互重叠，由此，可以提高孔径比。此外，像素电极107形成在外附层150上，也就是，形成在形成公共电极106的同一平面上。因为公共电极106和像素电极107形成在同一平面上，当在像素电极107和公共电极106之间施加电压时，产生平行于基板表面的希望的横向电场。因此，进一步提高了视角。此外，当与现有技术比较时，在两个电极之间的电场被直接施加到液晶层，而没有穿过钝化层，因此，可以产生较强的电场。由于强电场，液晶层中的液晶分子可以更快地切换，因此可以更容易地实现移动图面。
此外，由于在与薄膜晶体管109的基板相同的基板上形成滤色器层123，因此当连接上基板120和下基板110时，在滤色器层和对应的像素之间不会产生未对准。因此，可以减小阻断光的黑底121的连接容限，并且可以改善孔径比。
更具体地，如图1B所示，由于根据现有技术的滤色器层23和薄膜晶体管9形成在不同的平面上，当把其上形成有滤色器层23的上基板20和其上形成有黑底21的下基板10连接在一起时，各R、G和B滤色器应该对应于一个像素。当发生未对准时，可以产生如像素之间漏光和颜色中断等缺陷。因此，为了防止缺陷，上基板上的黑底的宽度应该形成得较宽，由此，使得孔径比减小。
相反，根据本发明，由于滤色器层123形成在与薄膜晶体管109相同的平面上，因此不需要用于防止未对准的连接容限，由此，可以将黑底121的宽度减小到小于现有技术的宽度。
图3是示出了根据本发明的第二示例实施例具有公共存储(storageon a common)结构的面内切换模式的LCD器件的平面图。第一示例实施例和第二示例实施例之间的差异在于在本实施例中，存储电容器由公共线204和其上形成的存储电极230形成。也就是，如图3所示，选通线201的一部分201a被设置为平行于公共线204。选通线201的一部分连接到201a连接到薄膜晶体管209的漏电极202b。存储电极230连接到薄膜晶体管209的漏电极202b，被设置为与公共线204重叠，因此形成一个作为存储电容器的重叠区域225。像素电极207和公共电极206也设置在同一平面上。一些公共电极206设置在像素外围上的数据线203之上，以提高孔径比。此外，像素电极207通过接触孔230连接到存储电极230。由于存储电极230连接到漏电极202b，因此没有必要形成连接漏电极202b和像素电极207的附加接触孔。
图4A到4G是示出了根据本发明示例实施例的面内切换模式LCD器件的像素的制造方法的加工图。如图4A所示，在提供了如玻璃的透明绝缘基板310之后，用溅射法将如Cr、Ti、Cr、Al、Mo、Ta和Al合金等的金属淀积在基板310上，并构图以形成栅电极301a。利用栅电极301a也形成连接到栅电极301a的选通线。在也可以利用选通线和栅电极301a形成公共线204的情况下，也可以形成公共线204。
接下来，如图4B所示，使用例如等离子体CVD法，把SiNx或SiOx淀积在整个基板310上以形成栅绝缘层308。然后，把非晶硅305a和n+非晶硅305b淀积并构图在它的上部以形成半导体层305。半导体层305也形成在将形成数据线的区域上，以便如果由于在形成数据线时的加工缺陷在数据线上产生开口，可以穿过半导体层305提供数据信号。
接下来，如图4C所示，用例如溅射法淀积如Cu，Mo，Ta，Al，Cr，Ti和Al合金等的金属并构图以形成半导体层305上的源电极302a和漏电极302b。此外，由n+非晶硅形成的半导体层的一部分被除去以形成欧姆接触层305b，以便把源电极302a和漏电极302b绝缘。连接到漏电极302b并与选通线重叠的存储电极可以利用漏电极302b形成。此外，可以利用存储电极形成公共线。
如图4D所示，把如SiNx或SiOx的无机材料或如BCB(苯并环丁烯)或丙烯(acryl)等的有机材料淀积在包括半导体层305的源电极302a和漏电极302b以及栅绝缘层308的整个上表面上以形成钝化层311。然后，如图4E所示，把如Cr的不透明金属材料淀积在钝化层311上，并构图以形成黑底321。黑底形成在选通线和数据线以及薄膜晶体管上。可以使用树脂形成黑底。
如图4F所示，把彩色颜料淀积在黑底321和钝化层311上，并构图以形成红(R)、绿(G)和蓝(B)色中一个适当的滤色器层323。另选地，可以在形成黑底321之前在钝化层311上形成滤色器层323。形成滤色器层323以对应于各像素。为了形成R、G和B色的滤色器层，需要三次淀积和三次构图工艺。此外，如图2B所示，外附层350可以形成在滤色器层上用于使滤色器层平坦化，并且形成用于露出部分存储电极的接触孔。
如图4G所示，用例如溅射法在外附层350上淀积如Cr、Ti、Cr、Al、Mo、Ta和Al合金等的金属，并构图以形成公共电极306和像素电极307。例如，形成与数据线平行的公共电极306和像素电极307。像素电极307被形成为通过接触孔与存储电极连接。可以使用不透明金属形成公共电极306和像素电极307。但是，也可以使用如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等的透明导电材料形成公共电极和像素电极。
虽然在图4A到4G中未示出，但选通/数据焊盘单元和选通/数据驱动器集成电路的接触工艺与公共电极306和像素电极307的淀积和构图工艺同时进行。因此，当利用ITO或IZO形成两个电极306和307时，不需要额外的金属化工艺来连接选通/数据焊盘单元和选通/数据驱动器集成电路。更具体地，如图5A和5B所示，在第一基板310上利用选通线和栅电极301a形成选通焊盘301b，在栅绝缘层308上利用数据线和源/漏电极302a和302b形成数据焊盘303b。刻蚀焊盘301b和303b上的钝化层311以露出焊盘301b和303b，以便焊盘可以连接到外部驱动电路(未示出)。当焊盘301b和303b暴露于外部空气时，氧化层形成在焊盘301b和303b的表面上，造成与外部驱动电路的不良接触。因此，如图5A和5B所示，当由ITO或IZO制成的金属层330形成在焊盘301b和303b上时，可以防止焊盘的氧化。由此，公共电极306和像素电极307由这些材料制成，可以同时形成金属层330。
如上所述，根据本发明，滤色器层形成在与薄膜晶体管的相同平面上，从而可以防止上基板和下基板之间的未对准，并且改善了孔径比。具有上述结构的LCD器件包括在第一基板上的黑底，因此，第一和第二基板的连接不需要用于黑底的对准容限。因此，可以减小黑底的宽度，使得孔径比改善。而且，公共电极和像素电极被形成在外附层上，使得与基板表面平行地产生希望的强电场，以便在维持宽视角的同时切换液晶层。
对于本领域的技术人员来说显然可以在本发明中进行多种修改和变型。由此，本发明意在覆盖在本发明的附带的权利要求书及等同物范围内的本发明的修改和变型。

Claims (21)

1.一种面内切换模式液晶显示器件，包括：
第一基板和第二基板；
在第一基板上以矩阵形式排列的多个选通线和数据线，用以限定出像素；
在选通线和数据线的交叉部分上的薄膜晶体管；
在选通线、数据线以及薄膜晶体管之上的黑底；
在像素中并位于黑底之上或之下的滤色器层；
在滤色器层之上的至少一对公共电极和像素电极；
位于滤色器层之下的存储电极，该存储电极连接到像素电极；以及
在第一和第二基板之间的液晶层。
2.根据权利要求1的器件，其中薄膜晶体管进一步包括：
栅电极；
在栅电极上的栅绝缘层；
在栅绝缘层上的半导体层；以及
在半导体层上的源电极和漏电极。
3.根据权利要求1的器件，其中存储电极与选通线之一重叠，并且位于栅绝缘层上。
4.根据权利要求1的器件，进一步包括在滤色器层上的外附层。
5.根据权利要求1的器件，进一步包括与选通线平行的公共线。
6.根据权利要求5的器件，其中存储电极与公共线重叠。
7.根据权利要求1的器件，其中公共电极的第一部分与数据线重叠。
8.根据权利要求7的器件，其中公共电极的第二部分与选通线中的一个选通线和薄膜晶体管重叠。
9.根据权利要求8的器件，其中公共电极的第三部分与选通线中的另一个选通线重叠。
10.根据权利要求1的器件，其中像素电极位于公共电极之间，并且每个公共电极与每个像素电极之间具有预定间隙。
11.根据权利要求1的器件，进一步包括：第一基板上的选通焊盘和数据焊盘。
12.根据权利要求11的器件，其中选通焊盘和数据焊盘包括氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)中的一种。
13.根据权利要求10的器件，其中该至少一个像素电极和公共电极包括氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)中的一种。
14.根据权利要求1的器件，进一步包括第一和第二基板上的第一和第二排列层。
15.一种面内切换模式液晶显示器件，包括：
第一基板和第二基板，第一基板包括：
在第一基板上以矩阵形式排列的多个选通线和数据线，用以限定出像素；
在选通线和数据线的交叉部分上的薄膜晶体管，薄膜晶体管包括栅电极、半导体层、源电极和漏电极；
在选通线、数据线以及薄膜晶体管之上的黑底；
在像素中并位于黑底之上或之下的滤色器层；
位于滤色器层之下的存储电极，该存储电极连接到像素电极；
在滤色器层之上的外附层；以及
在外附层上的至少一对公共电极和像素电极。
16.根据权利要求15的器件，其中第一基板进一步包括第一排列层。
17.根据权利要求15的器件，其中第二基板包括第二排列层。
18.根据权利要求15的器件，进一步包括第一和第二基板之间的液晶层。
19.一种面内切换模式LCD器件的制造方法，包括：
在第一基板上形成栅电极；
在栅电极上形成半导体层；
在半导体层上形成源电极和漏电极；
形成连接到漏电极的存储电极；
在第一基板上形成钝化层；
在钝化层之上形成黑底；
在钝化层和存储电极之上形成滤色器层；以及
在滤色器层上形成像素电极和公共电极，使得像素电极连接到存储电极。
20.根据权利要求19的方法，进一步包括在滤色器层上形成外附层。
21.根据权利要求19的方法，其中第一基板进一步包括第一排列层。
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