CN1434338A - 采用横向电场的有源矩阵寻址液晶显示装置 - Google Patents

采用横向电场的有源矩阵寻址液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

一种采用横向电场的有源矩阵寻址LCD装置，该装置提高了透光性和制造成品率而不必增加制造成本。公共电极线的第一条、像素电位层的第一层以及中间介电层构成了每个像素的第一存储电容器；同时，公共电极线的第二条、像素电位层的第二层以及中间介电层构成同一像素的第二存储电容器。第一像素电位层和第二像素电位层通过相应的透明像素电极彼此被电连接；因此，由所加电场引起的液晶分子的旋转完全对面板透光性起作用，防止了可获得的总面板透光性的降低。这就意味着可获得更高的透光性。为了同样的目的，还可以提供互连电极。

Description

采用横向电场的有源矩阵寻址液晶显示装置
发明背景
技术领域
本发明总体上涉及液晶显示(LCD)装置。更具体地，本发明涉及采用横向电场的有源矩阵寻址LCD装置，该装置提高了透光性和制造成品率。
背景技术
提供高图像质量的、采用薄膜晶体管(TFT)作各个像素的开关元件的有源矩阵寻址LCD装置已经被广泛用作便携式电脑或笔记本电脑的显示装置。最近，它们还被用作节省空间的台式电脑的显示装置。
有源矩阵寻址LCD装置被分成两类。对于第一类装置，被称为“指向矢(director)”的液晶的分子轴的取向在垂直于基板对的平面内旋转，从而显示预期的图像。对于第二类装置，“指向矢”在平行于基板对的平面内旋转，从而显示希望的图像。典型的第一类LCD装置为扭曲向列(TN)型。典型的第二类LCD装置为平面内开关(IPS)型，也可以被称为“横向电场”型，因为存在于液晶层内的液晶分子被产生的与基板对大致平行的电场转动或驱动。
IPS型LCD装置的优点是，可获得的视角比TN型的LCD装置的宽，并且，因此，这种类型的装置被经常用作大规模显示装置。这是因为以下的原因。特别是，对于IPS型LCD装置，即使观看者或用户改变他/她的视点，他/她总是大致沿着液晶分子的短轴看到显示的图像。因此，液晶分子的“倾斜角”的视角依从性或者说视角依从性很低，从而加宽了视角。
另一方面，IPS型LCD装置有一个缺点，即：孔径比低，因此，降低了透光性。这是因为在基板对中的一个基板上形成了由不透明的导电材料制成的扫描线或数据线驱动电极，各基板以把液晶层保持在其间的方式彼此连接。这样，目前已讨论并开发了提高透光性的不同改进措施。
在2000年10月公布的日本专利No.3123273中，揭示了开发出的一种改进措施。这种改进或技术有下述特点：
(i)而对液晶层的信号线部件部分地用导体覆盖。(ii)该导体与源极或公共电极电连接，用于将与基板大致平行的电场施加给液晶层。
由于特点(i)和(ii)，来自信号线的不希望有的电场被公共电极屏蔽或阻挡，从而扩展了每个像素的有效显示区。因此，每个像素的孔径比得以提高，从而提高了光采用效率。
而且，1997年公布的日本待批专利公报No.9-73101介绍了一种改进：用透明材料制成驱动液晶的电极，从而提高光采用效率。
顺便提一下，有源矩阵寻址LCD装置具有以下的基本运行原理。不论LCD装置的运行形式如何，该原理都适用。
具体地，通过作为开关元件的TFT将要求的电荷写入介电液晶层，从而通过采用写入的电荷产生的电场来控制存在于液晶层内的液晶分子的取向。这样，控制穿过液晶层的外部光的传输状态，从而按要求在LCD装置的屏幕上显示图象。
理想的是，所写的电荷(即产生的电场)被保留直到下一时限(即在一帧以内)新的电荷被写入液晶层。但是，液晶分子具有介电常数各向异性，因此，液晶分子根据电场旋转。这就导致产生的电场降低——这在下文中被称为“介电弛豫”。为了抑制由于介电弛豫而导致的电场降低，形成了与液晶电容器的电容量有特定比例的“存储电容器”，用于在导通TFT时增加待写的电荷量。因此，即使发生了介电弛豫并且电场被降低，写入存储电容器的电荷被分散在液晶电容器内以补偿电场降低。
当TFT从导通的状态转变为截止的状态时，会发生像素电压下降。存储电容器具有抑制像素电压(通常被称为馈通电压ΔVp)下降的作用。因此，这些存储电容器也被用作防止闪烁的措施。
“馈通电压”的原因在于TFT的栅极和源极之间的寄生电容Cgs。具体地，当TFT被栅极脉冲信号导通时，电荷被写入并储存在每个像素的液晶电容器(电容：Ccl)和存储电容器(电容Csc)中。在TFT被截止的时刻，储存在液晶电容器和存储电容器中的电荷被重新分布给各电容器，导致了“馈通”现象。由于采用横向电场的LCD装置不需要在TN型的LCD装置的彩色滤色片基板(即对置基板)上形成透明电极，由像素电极和公共电极产生的电力线将穿过对置基板上的彩色层。换而言之，采用横向电场的LCD装置的馈通电压ΔVp可以表达成彩色层电容器(电容：Ccolor)的函数。因此，用下式(1)来表示馈通电压ΔVp。
ΔVp＝Cgs/(Cgs+Csc+Clc+Ccolor)×(Vgon-Vgoff)         (1)
其中，Vgon和Vgoff分别为TFT的导通和截止的栅极栅极电压。
正如从上文的介绍所了解的，为了抑制或减小馈通电压ΔVp，对于INP型的LCD装置而言，必需提高存储电容Csc。
下文的说明采用IPS型的LCD装置作为采用横向电场的LCD装置的典型实例。但是，不用说，这些说明也适用于采用横向电场的任何其它类型的LCD装置。
典型地，通过在像素电极和金属层或导体层之间形成中间介电层来实现IPS型LCD装置中的存储电容器，用两种方法——“公用存储”法和“栅极存储”法使该电容器保持在固定的电压。
“栅极存储”法是在前阶段扫描线和相应的像素电极之间形成存储电容器的方法。在该方法中，前级扫描线和相应的像素电极作为相应的扫描线信号的负载，因此，缺点是：即相应的栅极线信号易于受到延迟，并且面板平面内的面板透光性可能被分散。
另一方面，“公用存储”法是在公共电极和像素电极之间形成存储电容器的方法。在IPS型的LCD装置中，梳齿形的公共电极位于每个像素内，这样，通过公共电极和像素电极很容易形成存储电容器。而且，由于没有负载施加给扫描线信号，扫描信号不容易受到延迟。相应地，“公用存储”法更适宜用作大规模的IPS型LCD装置。
当LCD装置为大尺寸时，公共电极线和数据线通常由不透明的导电材料制成。原因如下：
具体地，公共电极线需要用低阻配线材料(如：单层的Cr、Ti、Mo或Al，或者这些金属的多层结构)制成，以防止公共电极电压或电位的传播延迟。由于这些电极材料是不透明的，被公共电极线覆盖的区域不会用作孔径，这样，它们对光的传输没有作用。而且，当为了避免增加TFT所必需的制造步骤，公共电极线由和扫描线相同的材料和加工步骤制成时，需要采用低阻的、不透明的导电材料来降低扫描线和公共电极线的配线电阻，以便保护TFT的基底沟道部分不受外部光的影响。在这种情况下，被公共电极线覆盖的区域同样不起孔径的作用，这样，它们对光的透射没有贡献。另外，需要采用低阻的、不透明的配线材料来降低数据线的配线电阻。
而且，如果形成公共电极覆盖数据线以防止数据线信号产生的电场通过孔径施加给液晶层，数据线和公共电极之间的寄生电容会增大。这使之易于延迟数据线信号传输。为了防止数据线信号的延迟，需要抑制数据线和公共电极之间的寄生电容。通过在数据线和屏蔽数据线的公共电极之间形成具有相对较低的介电常数的中间介电层可以实现这一点，或者通过在数据线和公共电极之间形成具有相对较高的介电常数的厚的中间介电层也可以实现这一点。因此，在数据线水平和公共电极线水平之间不能形成具有足够大电容量的，用于稳定显示工作的存储电容器。相反地，这种电容器需要在公共电极线水平和数据线水平之间形成。如果这样，可以减薄公共电极线和数据线之间的中间介电层来增大所属存储电容器的电容。但是，由于线与线之间的电短路导致制造成品率降低的几率也会同时增大，TFT的开关特性将受到不利影响。相应地，对于TFT阵列最有效的是：形成两条公共电极线将扫描线夹在中间，以增大存储电容器的面积。
而且，对于IPS型的LCD装置，如图22所示，在每个“柱”(column)的末端，施加给液晶层的电场的方向很复杂。“柱”定义为被梳齿形的公共电极和相邻的梳齿形像素电极的齿包围的区域。这样，由于复杂的电场，有可能发生下面的现象。
特别地，形成了液晶分子的取向在要求的方向内旋转的区域(即正常域)，同时，形成了液晶分子的取向在与要求的方向相反的方向内旋转的区域(即反常域)。在反常域中，液晶分子的取向不能在要求的方向内旋转，除非施加比正常域的电场更强的电场。因此，反常域几乎对增加LCD装置的面板透光性没有贡献，这就意味着面板的透光性降低。而且，由于不论所施加的电场强度是多少，液晶分子的取向很少在正常域和反常域之间的交界处旋转，交界的存在降低了面板在每个像素内的透光性。因此，IPS型的LCD装置必需通过某种发明来防止形成反常域。
1999年9月31日公布的日本专利No.2973934结合了一种用于防止反常域形成的技术。在该技术中，形成了具有交错的或不规则图纹的驱动液晶层的电极(即像素电极和公共电极)，其中每个电极具有侧凸起或侧凹陷。采用这种交错或不规则图纹的电极，可以很好地控制施加给液晶层的电场。
如上所述，有必要限制或调整柱端复杂的电场方向，并有必要用两条公共电极线将扫描线夹在中间(换而言之，即为每个像素形成两条公共电极线)。这是为了防止从扫描线信号露电场以及液晶分子反向旋转造成液晶分子排列的混乱，从而实现对LCD可靠性所期待的改进。因此，至少可以为每个像素形成两个用来稳定显示工作的存储电容器，从而方便地增大整个存储电容，因为每个像素都配有两条公共电极线。但是，如果在每个像素内形成了至少两个彼此分开的电容器，构图的“像素电压或电位层”需要在与数据线相同的高度和相同的时间内形成，像素电位层需要保持在与那些通过TFT施加的像素电极的电位相同的电位。
如果在每个像素内形成用于在每个像素内形成两个或更多个电容器的像素电位层，构成的方式为通过导电层的部件彼此电连接，结果人们发现造成下述问题。
第一个问题是：整个面板透光性降低。尤其是，如果用于使每个像素内的存储电容器彼此相互连接的导电层由与数据线相同的金属层形成，同时，所述的金属层与像素电极重叠在一起，由所加电场引起的液晶分子的旋转对所述金属层的重叠区域和像素电极内的面板透光性并不起作用。因此，可获得的总面板透光性降低了。
第二个问题是：有效孔径比减小并且透光性降低了。尤其是，导电层(即由与数据线相同的材料制成的金属层)与像素电极在不同的工艺步骤中在不同的高度上高度上形成。因此，如果这两层出现重合误差，导电层和像素电极的重叠区域扩大，从而每个像素的有效孔径比减小。这就意味着透光性降低。
第三个问题是：在全白显示运行中，亮度降低了。具体地，在导电层(即由和数据线相同的材料制成的金属层)和梳齿形的像素电极重叠的区域内，电场强度被局部地提高。从而，电场在每个像素内波动，这就导致在全白显示运行中，照度降低。
第四个问题是：制造成品率降低。具体地，由于像素和公共电极之间的台阶形缝隙和它们下面的金属层(即扫描线和数据线)，在蚀刻过程中，透明像素电极和透明公共电极容易局部断开连接截止，导致构图的电极出现所不希望的断路截止。这样，横向电场并没有局部施加给液晶层，导致显示工作缺陷。这就导致了LCD装置的制造成品率降低。
发明内容
因此，本发明的目的之一就是要提供一种采用横向电场的有源矩阵寻址LCD装置，它实现了更高的透光性和更高的制造成品率。
本发明的另一个目的就是要提供一种采用横向电场的有效寻址LCD装置，它无需提高制造成本即可提高孔径比。
对于那些领域内普通技术人员，从下文的说明可以清楚上述目的以及其它未具体提及的目的。
根据本发明的第一方面，提供了一种有源矩阵寻址LCD装置。该装置包括：
有源元件基板；
与有源元件基板相连的对置基板；
在有源元件基板和对置基板之间形成的液晶层；
在有源元件基板上以这样的方式形成像素电极：把像素按矩阵阵列扫列；
在有源元件基板上以对所有电极共用的方式形成的公共电极；
在有源元件基板上形成的，用于相应像素的开关元件，
在有源元件基板上形成的扫描线，扫描信号通过它传输给元件；
在有源元件基板上形成的数据线，数据信号通过它传输给元件；
在有源元件基板上形成的公共电极线，固定电位通过它被施加给公共电极；
用于每个像素的两条公共电极线；
在有源元件基板上以这样的方式形成的构图的像素电位层：经中间介电层与公共电极线重叠在一起；
用于每个像素的两层像素电位层；
其中，公共电极线的第一条、像素电位层的第一层以及中间介电层构成了每个像素的第一存储电容器；同时，公共电极线的第二条、像素电位层的第二层以及中间介电层构成了同一像素的第二存储电容器；
其中，第一像素电位层和第二像素电位层通过相应的像素电极彼此被电连接；
其中第一存储电容器位于相应的扫描线的附近；而第二存储电容器则位于所述像素内的相邻的扫描线的附近。
对于根据本发明的第一方面的LCD装置，第一条公共电极线、第一层像素电位层以及中间介电层构成了每个像素的第一存储电容器；同时，公共电极线的第二条、像素电位层的第二层以及中间介电层构成了同一像素的第二存储电容器。而且，第一像素电位层和第二像素电位层通过相应的像素电极彼此被电连接。像素电极是透明的。
因此，上述的第一个问题被解决了。换而言之，由所加电场引起的液晶分子的旋转充分地作用于面板透光性。因此，防止了可获得的总面板透光性降低。这就意味着可获得较高的透光性。
因为不必有另外的互连金属层使每个像素内的第一和第二存储电容器互相连接，制造的工艺步骤的数量减少了。这就导致较高的制造成品率。
而且，第一像素电位层和第二像素电位层通过相应的像素电极被彼此电连接。无需另外的互连金属层。因此，上述第二个问题提及的可能的重合误差也得以避免。因此，无需提高制造成本即可提高孔径比。
在根据本发明的第一方面的装置的优选实施例中，在数据线和公共电极之间还提供了由无机材料制成的单层中间介电层。
在根据本发明的第一方面的装置的另一优选实施例中，在对置基板上还提供了彩色层。
在根据本发明的第一方面的装置的另一优选实施例中，在对置基板上不提供彩色层。
在根据本发明的第一方面的装置的另一优选实施例中，每个像素的第一和第二像素电位层排列在与数据线大致平行的方向上，彼此分开。每个第一和第二像素电位层通过接触孔与相应的一个像素电极电连接。
在根据本发明的第一方面的装置的另一优选实施例中，公共电极和像素电极是透明的，并且位于比数据线更靠近液晶层的高度内。除了靠近扫描线的区域之外，数据线整个被公共电极通过介电层覆盖。公共电极通过各个像素的相应的接触孔与公共电极线电连接。在对置基板上以这样的方式形成黑基底：在数据线被公共电极完全覆盖的区域内，宽度小于公共电极的宽度。在完全覆盖数据线的公共电极和与之相邻的一个像素电极之间不形成遮光层。
在该实施例中，优选地，像素电极和公共电极在同一高度上形成。但是，像素电极和公共电极可以通过介电层在不同高度上形成。在这种情况下，优选地，公共电极通过取向层与液晶层相对。
当像素电极和公共电极通过介电层在不同高度上形成时，与这些电极在同一高度上形成的情况相比，制造成本略有增加。然而，附加的优点是：设计电极的余量增加了，因此，透光性提高了。
当公共电极通过取向层面对液晶层时，数据线和覆盖着数据线的公共电极之间的寄生电容减小了，防止了通过数据线的数据信号延迟。因此，附加的优点是，可以获得更高的孔径比和更高的图像均匀度。
在根据本发明的第一方面的装置的另一优选实施例中，公共电极由与用于给扫描线、数据线和公共电极线中的至少一条施加电信号的终端相同的材料制成。附加的优点是，无需增加工艺步骤即可形成终端。
在该实施例中，优选地，在像素电极和公共电极与公共电极线和数据线重叠的区域内，形成的像素电极和公共电极比公共电极线和数据线宽。附加的优点是，防止了像素电极和公共电极的局部断路。
优选地，像素电极和公共电极由ITO或IZO制成。由于ITO和IZO是电化学稳定的，附加的优点是，形成的像素电极和公共电极象要求的一样高度透明。
根据本发明的第二方面，提供了另一种有源矩阵寻址LCD装置。该装置包括：
有源元件基板；
与有源元件基板相连的对置基板；
在有源元件基板和对置基板之间形成的液晶层；
在有源元件基板上形成像素电极的方式为，把像素按在矩阵阵列排列地形成；
在有源元件基体基板上以共用于所有像素的方式形成的公共电极；
在有源元件基板上形成的，用于相应像素的开关元件；
在有源元件基板上形成的扫描线，扫描信号通过它传输给元件；
在有源元件基板上形成的数据线，数据信号通过它传输给元件；
在有源元件基板上形成的公共电极线，固定电位通过它被施加给公共电极；
用于每个像素的两条公共电极线；
在有源元件基板上构图的像素电位层的形成方式为：经中间介电层与公共电极线重叠在一起；
用于每个像素的两层像素电位层；
其中，公共电极线的第一条、像素电位层的第一层以及中间介电层构成了每个像素的第一存储电容器；同时，公共电极线的第二条、像素电位层的第二层以及中间介电层构成了同一像素的第二存储电容器；
其中，通过在有源元件基板上在距离液晶层最远处形成的互连电极，第一像素电位层和第二像素电位层彼此被电连接；
并且，其中第一存储电容器位于相应的一条扫描线的附近；而第二存储电容器则位于所述像素内的相邻的一条扫描线的附近。
除了通过在有源元件基板上在距离液晶层最远处形成的互连电极把第一像素电位层和第二像素电位层彼此电连接之外，根据本发明的第二方面的LCD装置的结构与根据本发明的第一方面的LCD装置相同。
因此，透射光被互连电极阻挡。但是，该电极充分远离液晶层。这样，互连电极会将非常弱的电场施加给液晶层内的液晶。这就意味着每个像素内的各柱的电场波动很小。换而言之，互连电极并不会严重影响所能获得的透光性，它与第一实施例的装置相对应，其中的互连电极由透明的像素电极形成。因此，本发明的第二方面的装置具有与本发明的第一方面的装置相同的优点。
在根据本发明的第二方面的装置的优选实施例中，互连电极位于和公共电极线和扫描线相同的高度上。
在根据本发明的第二方面的装置的另一个优选实施例中，公共电极线位于和扫描线不同的高度上。互连电极位于和公共电极线相同的高度上。
在根据本发明的第二方面的装置的另一个优选实施例中，每个像素的第一和第二像素电位层排列的方向与数据线大致彼此平行隔开。每个第一和第二像素电位层与相应的一个像素电极通过接触孔电连接。
在根据本发明的第二方面的装置的另一个优选实施例中，公共电极和像素电极是透明的，且位于比数据线更靠近液晶层的高度上。除了靠近扫描线的区域之外，数据线整个被公共电极通过介电层覆盖。公共电极通过各个像素的相应的接触孔与公共电极线电连接。在对置基板上附加地形成黑基底，形成的方式是使公共电极完全覆盖的区域内的数据线宽度小于公共电极的宽度。在完全覆盖数据线的公共电极和与之相邻的像素电极之间不形成遮光层。
在该实施例中，优选地，像素电极和公共电极在同一高度上形成。然而，像素电极和公共电极可以通过介电层在不同高度上形成。在这种情况下，优选地，公共电极通过取向层面对液晶层。
在根据本发明的第二方面的装置的另一优选实施例中，公共电极由和用于给扫描线、数据线和公共电极线中的至少一条施加电信号的终端相同的材料制成。公共电极与终端在相同的工艺步骤中形成。
在该实施例中，优选地，在像素电极和公共电极与公共电极线和数据线重叠的区域内，像素电极和公共电极形成得比公共电极线和数据线宽。
优选地，像素电极和公共电极由ITO或IZO制成。
附图说明
为了能够使本发明更易于实施，将结合附图介绍本发明。
图1为根据本发明第一实施例的IPS型的有源矩阵寻址LCD装置的有源元件基板的设计平面示意图。
图2为沿图1中F-F’线的局部截面示意图。
图3A为根据图1中的本发明的第一实施例的LCD装置的比ITO层低的导电层布局平面示意图。
图3B为示出根据图1的第一实施例的LCD装置的上层ITO层的平面布局的示意图。
图4为沿图1中的A-A’，B-B’，C-C’，D-D’和E-E’线的局部截面图以及终端部分G和H的截面图，一次全部地在用单个图示出，并用曲的线彼此分开。
图5A至图5C分别为沿图1的A-A’，B-B’，C-C’，D-D’和E-E’线的局部截面图以及终端部分G和H的截面图，这些图示出根据图1中的第一实施例的LCD装置的制造方法中的工艺步骤。
图6A至6C分别为沿图1的A-A’，B-B’，C-C’，D-D’和E-E’线的局部截面图以及终端部分G和H的截面图，这些图示出根据图1中的第一实施例的LCD装置的制造方法中，图5A至图5C的后续工艺步骤。
图7为根据本发明的第二实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置的有源元件基板的设计平面示意图。
图8为沿图7中F-F’线的局部截面示意图。
图9A为示出根据图7中的本发明的第二实施例的LCD装置的比数据线层低的导电层布局平面的示意图。
图9B为示出根据图7的第二实施例的LCD装置的数据线层的平面布局的示意图。
图10A至图10C分别为沿图7的A-A’，B-B’，C-C’，D-D’和E-E’线的局部截面图以及终端部分G和H的局部截面示意图，这些图示出根据图7中的第二实施例的LCD装置的制造方法中的工艺步骤。
图11为示出根据本发明的第三实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置的有源元件基板的布局的平面示意图。
图12为沿图11中F-F’线的局部截面示意图。
图13A为示出根据图11中的本发明的第三实施例的LCD装置的比数据线层低的导电层的布局的平面示意图。
图13B为根据图11的第三实施例的LCD装置的数据线层的平面设计示意图。
图14为沿图11的A-A’，B-B’，C-C’，D-D’和E-E’线的局部截面图以及终端部分G和H的截面图，一次全部地在用单个图示出，并用曲的线彼此分开。图15为示出根据本发明的第四实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置的有源元件基板的布局的平面示意图。
图16为沿图15中F-F’线的局部截面示意图。
图17为沿图15的A-A’，B-B’，C-C’，D-D’和E-E’线的局部截面示意图以及终端部分G和H的截面图，一次全部地在用单个图示出，并用曲的线彼此分开。图18为示出根据本发明的第五实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置的有源元件基板的布局的平面示意图。
图19为沿图18中F-F’线的局部截面示意图。
图20为示出根据本发明的第六实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置的有效元件有源元件基体基板的布局的平面简图示意图。
图21为沿图20中F-F’线的局部截面示意图。
图22为说明在典型IPS型有源矩阵寻址LCD装置中形成的正常域和反常域中的电场的状态的平面示意图。
具体实施方式
下文中，将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。第一实施例
根据本发明的第一实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置具有如图1、2、3A、3B和4所示的结构。
如同从图2所清楚看到的，根据第一实施例的LCD装置1包括：矩形的有源元件基板11，与基板11相连的、彼此互相平行的矩形对置基板12；以及被基板11和12夹在中间的、位于基板11和12之间的间隙内的液晶层13。下文中，两个基板11和12以及夹层液晶层13结合在一起被称为“液晶显示板”。
在该实施例中，有源元件基板11靠近液晶层13的侧面或表面被称为“内侧面”或“内表面”，而远离液晶层13的侧面或表面被称为“外侧面”或“内侧面”。该定义也适用于对置基板12。
如图2所示，有源元件基板12的外表面上固定着偏光器板14。对置基板11A的外表面上固定着偏光器板21。
对置基板12具有下述结构。
具体地，对置基板12包括：第二矩形透明的介电板16、在介电板16的内表面上形成的背部黑基底17、在介电板16的内表面上形成的覆盖黑基底17的彩色层18；以及在彩色层18上形成的平面化层19。用于构图的遮光层的黑基底17通过分隔板16的内表面形成或界定像素区。彩色层18被加工成位于各像素区内并与黑基底17在它的外部区重叠。由含有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的染料的带图案的树脂层形成彩色层18。偏光层19覆盖彩色层18，并且从层18露出黑基底层17。层19由透明的罩层形成。为了防止由于用户的手与液晶显示板接触而引起的对液晶层13的电影响，在第二透明板16的外表面上形成了透明导电层15。偏光器板14位于层15上。
另一方面，有源元件基板11具有下述结构。
具体地，有源元件基板11包括：第一矩形的透明介电板22；扫描线28；TFT30的栅极30c；公共电极线26a和26b；第一中间介电层23；无定形硅(a-Si)岛41；数据线24；TFT30的源极30b；TFT30的漏极30a；第一介电层25a；第二介电层25b；公共电极26；以及像素电极27。
第一介电透明板22由与对置基板12的第二板16相似的材料(如玻璃)制成。扫描线28；栅极30c以及公共电极线26a和26b由在板22的内表面上形成的构图的第一金属层形成。栅极30c与相应的扫描线28相连。第一中间介电层23在第一金属层上(即，在扫描线28，栅极30c和公共电极线26a和26b上)形成。在第一中间介电层23上形成的a-Si岛41位于与栅极30c重叠的各区域内。数据线24、源极30b以及漏极30a由在第一中间介电层23上形成的第二金属层形成。第二中间介电层25由在第二金属层上形成的第一介电次层25a形成；并且第二介电次层25b在次层25a上形成。公共电极26和像素电极27由透明导电材料制成，位于第二中间介电层25上。
有源元件基板11还包括其内表面上的取向层31。对置基板12还包括其内表面上的取向层20。如图1所示，这两层取向层31和20以经受过摩擦处理，其方式使液晶层13内的液晶分子均匀地排列在一个方向内，相对于线条形(或梳齿形)的像素电极和线条形(梳齿形)的公共电极26的延伸方向大约倾斜10°至30°。取向层31和20在特殊的间隙内彼此对置。所述取向的初始角度被称为液晶分子的“初始取向”。这两个基板11和12彼此连接，在二者之间还留有特定的间隙，从而形成了液晶显示板。所述间隙被沿着基板11和12的外缘延伸的密封元件(未画出)密封。液晶位于该间隙内以形成液晶层13。
下面参照图3A，3B和4较详细地说明有源元件基板11的结构。
图3A示出第一和第二金属层和它们下面的层形成处的状态。图3B示出透明电极材料(如ITO)形成处的状态。图4示出沿直线A-A’(TFT 30)、B-B’(像素区的部分)、C-C’(公共电极26的接触孔39a)、D-D’(像素电位层42b的接触孔39c)以及E-E’(像素电极27的部分)线的截面图。图4还示出公共电极线26a和26b的外部接触或终端部分G以及数据线24的外部接触或终端部分H的截面图，它们在图1、2、3A和3B中没有示出。
如图3A所示，在有源元件基板11的内表面上，由低阻金属(如铬Cr)制成的第一金属层沿X-方向延伸(即图1中的水平方向)的方式形成扫描线28(扫描信号通过它传输)和公共电极线26a和26b(通过它们施加参考电压或参考电位)。在液晶显示板(在这些图中没有出现)外缘的特定位置，参考电压或参考电位施加给线26a和26b。扫描线28(以及TFT30的栅极30c)在垂直于X方向的Y方向(如图1中的垂直方向)中对于各像素等间隔地排列。一条公共电极线26a和与它相邻的一条公共电极线26b排列方式是，把相应的扫描线28夹在其中间。
相似地，数据线24(通过它施加数据信号)由低阻金属(如铬Cr)制成的第二金属层以这样的方式形成了数据线24(数据信号通过它被施加)：沿着Y方向延伸并在X方向内对于各像素等间隔地排列。如下文所介绍的，TFT30的漏极和源极30a和30b以及像素电位层42a和42b由第二金属层形成。在每个像素区内，一个像素电位层42a在所述的台阶内位于扫描线28的附近，而一个像素电位层42b位于前一个(或下一个)台阶内的扫描线28的附近。在下文中，前一个电位层42a可以被称为“所述级像素电位层”而后一个电位层42b被称为“前级像素电位层”。
各像素的TFT30位于扫描线28和数据线24的各交点的附近。栅极30c由各扫描线28的部分形成。在覆盖栅极30c的第一中间介电层23上，形成了TFT30的a-Si岛41。形成了TFT30的漏极30a和源极30b，以便通过用于制成数据线24的第二金属层与相应的岛41接触。这样，栅极30c与相应的扫描线28相连，而漏极30a与数据线24电连接。源极30b与靠近相应的所述级扫描线28的相邻的像素电位层42a相连。
形成第二中间介电层25以覆盖构图的第二金属层。此处，如图4所示，层25具有两层结构，包括：较低的第一介电次层25a和较高的第二介电次层25b。此处它的总厚度为1～2微米的层25可以由单一的有机或无机层形成。不言而喻，层25可以由任何其它介电材料形成并具有任何其它厚度。
在第二中间介电层25上，如图3B所示，形成了公共电极26和像素电极27。这些电极26和27由透明电极(即导电的)材料如铟锡氧化物(ITO)制成。大致为梯形或矩阵形的公共电极26形成得与各公共电极线26b和数据线24重叠，沿着X和Y方向延伸。公共电极26的部分形成得比其余部分宽，从而除了数据线24和扫描线28的交点及其附近之外，完全覆盖下面的数据线24。像素电极27位于各像素的扫描线28和数据线24的各交点的附近。被公共电极26的齿或线条环绕的细长区域以及那些相应的像素电极27被称为“柱”。
在每个像素中，公共电极26和像素电极27是梳齿形的。与数据线24平行的电极26和27的线条排或齿排彼此互相啮合，并沿着扫描线28交替排列，如图3B所清楚地展示地那样。公共电极26通过各接触孔39a与相应的公共电极线26a和26b相连。像素电极27与相应的TFT30的源极30b和前级的像素电位层42b分别通过接触孔39b和39c相连，如图3A所示。39a、39b和39c这些接触孔的形状和排列并不局限于本处所示的举例。
另一方面，对于对置基板12，黑基底17局部形成得比黑基底17与数据线24重叠的区域内的覆盖整个数据线24的公共电极26的相应部分窄，如图2所示。这是为了阻挡光从相邻像素泄露，而不阻挡光穿过公共电极26。
对于具有上述结构的根据本发明的第一实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置1，由通过扫描线28施加的扫描信号来选择像素，然后，通过数据线24向这样选取的像素被施数据信号。在每个被选取的像素内，在公共电极26和与第一和第二板16和22大致平行的对置像素电极27之间产生电场。这样产生的电场旋转与板16和22平行的平面内的层13内的液晶分子的取向，从而在LCD装置1的屏幕上显示所要求的图像。
由于公共电极26和像素电极27由透明、导电的材料(即，ITO)制成，整个的透明区域被公共电极26占据的区域所扩展，从而提高了孔径比。
而且，由第二金属层形成的像素电位层42a和42b在第一中间介电层23上形成得分别与公共电极线26a和26b以及数据线24重叠。像素电位层42a和42b的目的是：(i)形成连接并且平行于液晶电容器电的大存储电容器；(ii)构成防止液晶分子反向旋转的结构。像素电位层42a和42b位于每个像素内沿数据线24的两个分离的位置上。靠近所述级的栅极30c的像素电位层42a与相应的源极30b相连，从而，对层42a施加源极30b的电压或电位。靠近前级扫描线28的像素电位层42b与像素电极27通过接触孔39c电连接。从而，对层42b施加像素电极27的电压或电位。而且，接触孔39a用于把公共电极26与相应的公共电极线26b电连接。接触孔39b用于把源极30b与相应的像素电极27电连接。
如上所述，每个像素中的像素电位层42a和42b通过相应的作为过桥的透明像素电极27彼此相连，在每个像素中形成两个存储电容器，从而增大了整个存储电容。这就意味着稳定了显示运行。而且，这样形成的两个存储电容器不会阻挡穿过像素电极27的光，并且同时，各柱内的电场将是均匀的。因此，LCD装置1的可获得的透光性被提高了。
另外，如图3A所清楚地示出的，像素电位层42a和42b与公共电极线26a和26b在它们的内边缘交错成型。因此，防止了液晶层13中的液晶分子的取向的反向旋转。
如前所述，公共电极26的宽度确定得使之除了数据线24和扫描线28的各交点及其附近以外覆盖整个数据线24。如果把数据线24的宽度和公共电极26的各部分的宽度分别定义为L(D)和L(COM)，成立如下的关系式：
L(COM)＞L(D)
在数据线24和扫描线28的各交点及其附近，出现了大台阶(即高度差)。因此，把在这些区域的公共电极26的宽度确定得不覆盖数据线24以避免线24和28之间的电短路。
接下来，在下文中将说明“垂直串扰”。
如果公共电极26形成得不完全覆盖数据线24，在未重叠的部分和相邻的像素电极27之间就会产生电场，导致液晶出现不利的工作性能。具体地，液晶的响应不由根据公共电极26和像素电极27之间的电位差决定。这种现象被称为“垂直串扰”。
对于第一实施例的LCD装置1，公共电极26形成得几乎完全覆盖数据线24，因此，数据线24发出的电场被公共电极26屏蔽。从而，防止了“垂直串扰”的发生。优选地，公共电极26其各边具有从相应的数据线24的边缘侧凸起(或悬垂)1.5微米或更多的部分。
因为防止了垂直串扰，黑基底17无需具有防止因数据线24露电场产生显示错误的功能。这就意味着可以减小矩阵17的宽度。通过这样做，进一步提高了可获得的孔径比。
从而，数据线24上方的黑基底17的部分比公共电极26上方的矩阵17的部分窄。在LCD装置1的平面图中，在覆盖数据线24的公共电极26和相邻的像素电极27之间没有遮光层。比数据线24窄的黑基底17与数据线24完全重叠。换而言之，如果数据线24和黑基底17的宽度分别被定义为L(D)和L(BM)，成立下面的关系式：
L(D)＞L(BM)
由于黑基底17比数据线24更窄，所有通过公共电极26的悬垂的或凸起的部分的光都能够被利用。这就意味着可以进一步提高面板透光性。
在第一实施例中，例如，黑基底17的宽度为6微米。但是，它的宽度并不局限于此。优选地，宽度为6微米或更大。这是因为如果宽度小于6微米，反射光的数量会增加，这样用户很难看清LCD装置1的屏幕。
接着，在下文中介绍位于数据线24下方的遮光层。
如果对置基板12上的黑基底17足够宽，它足以阻挡故障诱发区域。但是，根据第一实施例，黑基底17并没有完全覆盖数据线24。因此，为了阻挡故障诱发区域，可以在数据线24的下方提供遮光层以阻挡背光(未画出)发出的的光线，在背光处遮光层与公共电极26电连接。如果遮光层没有与公共电极26电连接，电位会不稳定，因此，在公共电极26和像素电极27之间易于产生直流(dc)电场，或易于引起故障，如串扰。
具体地说，优选地，由扫描线28的第一金属层把遮光层形成得与公共电极线26a电连接。由于公共电极线26a和26b与公共电极26通过接触孔39a电连接，公共电极线26a和26b可以用作所述的遮光层。遮光层可以由单层的Cr、Ti、Mo、W或Al形成，或由包括两个由这些金属中的两种制成的次层的多层结构形成。如果采用了多层结构，会进一步降低电阻率。
公共电极26由透明，导电材料(即，ITO)制成，因此，第一实施例的LCD装置1的总透明区域增加了，从而如上所述，提高了孔径比。但是，ITO的层电阻率大约高达100Ω/□。由于在每个像素内，公共电极26与公共电极线26a和26b电连接，降低了公共电极16的总电阻率并且在同时，给出了冗余。这样，通过用ITO制成公共电极26，第一实施例的LCD装置1的可靠性得以提高。
公共电极26可以由与覆盖LCD装置1的终端的材料相同的材料制成。特别地，如图4中的公共电极接触部分(G)所示，终端可以由ITO层制成。相似地，如图4中的数据线终端部分(H)中所示的数据线终端以及扫描线终端(未画出)可以由与公共电极26相同的材料制成(如ITO)。在这种情况下，公共电极26可以由与所讨论的这些终端部分相同的材料，在与所讨论的终端部分的相同的工艺步骤中形成。这就意味着还有一个优点就是：防止增加用于形成公共电极26所必需的工艺步骤的数目。
由于公共电极26和像素电极27两者都在第一实施例的LCD装置中的第二中间介电层25上形成，这些电极26和27可以由相同的材料在相同的工艺步骤中形成。这就提高了LCD装置1的制造效率。
如果位于公共电极26和数据线24之间的第二中间介电层具有大的厚度d与介电常数ε的比值(d/ε)，就可以减小公共电极26和数据线24之间的寄生电容。
如图1和图3B所示，由透明材料制成的公共电极26和像素电极27在与下面的公共电极线26a和26b以及下面的数据线24重叠的区域内的部分分别比其它部分宽。这样，可以防止电极26和27的局部断路，因此，可以如所要求地获得第一实施例的LCD装置1的高透光性和高制造成品率。
接着，下面参照图5A至5C以及图6A至6C说明制造上述的第一实施例的LCD装置1的方法，(所述各图均示出与图4相同的那些截面)。
首先，如图5A所示，在透明玻璃板22的表面上形成Cr层作为第一金属层，然后，用光刻法和蚀刻法构图，从而形成了TFT30的栅极30c和扫描线28。接着，在玻璃板22的整个表面上把第一中间介电层23形成得使之覆盖这样形成的栅极30c和扫描线28。层23具有两层的结构，包括较低的二氧化硅(SiO2)次层和较高的氮化硅(SiNX)次层。
然后，在第一中间介电层23上依次形成没有掺杂的无定形硅(a-Si)层32和n+型a-Si层33。在n+型a-Si层33大量地掺杂n型掺杂剂。图5A示出该阶段的状态。
用光刻法和蚀刻法在这样形成的a-Si层32和33上构图，以形成TFT30的a-Si岛41，如图5B所示。岛41由a-Si层32和33形成。
然后，在第一中间介电层23上形成Cr层作为第二金属层，以覆盖a-Si岛41。接着，用光刻法和蚀刻法在这样形成的Cr层上构图，从而形成了TFT30的漏极30a和源极30b、数据线24以及像素电位层42a和42b，如图5C所示。为每个像素各形成一个像素电位层42a和一个像素电位层42b，所述像素电位层42a和像素电位层42b是彼此分离的。
在每个像素中，如图5C所示，把像素电位层42a和公共电极线26a定位得使之垂直地把第一中间介电层23夹在中间。相似地，把像素电位层42b和公共电极线26b定位得使之垂直地把第一中间介电层23夹在中间。图3A清楚地示出，位于前级TFT30的栅极30c附近的像素电位层42a与其上的源极30b相连。与此不同地，位于前级TFT30的栅极30c＝附近的像素电位层42b没有和其上的源极30b相连，而是隔开的。
接着，通过采用漏极30a和源极30b作为掩模对a-Si岛41(即构图的a-Si层32和33)进行选择性蚀刻，从而在漏极30a和源极30b之间形成开口，如图6A所示。开口的底部达到下面的a-Si层32的内部。开口没有穿过层32。这样，形成了TFT30的沟道区。
随后，在玻璃板22的整个表面上沉积由SiNX(即无机材料)制成的第一介电次层25a。在这样沉积的SiNX次层25a上，沉积由感光的丙烯酸树脂(即有机材料)制成的第二介电次层25b。无机第一次层25a较薄，而有机的第二次层25b很厚。然后，用掩模(未示)对感光的丙烯酸树脂次层25b进行选择性地曝光，使其显影并烧结，从而形成接触孔39a、39b和39c，如图6B所示。
位于所述级的栅极30c附近的源极30b上方并且用于像素电极27的接触孔39b使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a露出。位于前级栅极30c的附近并被用于像素电极27的接触孔39c使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a露出。位于公共电极线26b上方并被用于同一条线26b的接触孔39a使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a露出。
在此工艺步骤后，通过用于像素电极27的接触孔39b和39c以及用于公共电极26的接触孔39a，选择性地蚀刻第二中间介电层25的被露出的SiNX次层25a。而且，通过孔39a，选择性地蚀刻下面的第一中间介电层23。这样，孔39b露出源极30b，孔39c露出像素电位层42a或42b，而孔39a露出公共电极线26a或26b。
然后在整个玻璃板22上沉积ITO层46，以覆盖接触孔39a、39b和39c。这样，39a、39b和39c这些孔的内面被ITO层46覆盖。接着通过光刻法和蚀刻法在ITO层46上构图，从而为每个像素形成公共电极26和像素电极27。以此方式，就制成了有源元件基板11。
在这样制成的基板11中，在每个像素内，采用像素电位层42a的第一存储电容器位于所述级栅极30c的附近，同时，采用像素电位层42b的第二存储电容器设在前级栅极30c的附近，像素电位层42a与像素电位层42b通过透明像素电极27电连接，这样，每个像素的第一和第二存储电容器被彼此平行地电连接。
另一方面，用下面的方法制造对置基板12。
特别地，在第二透明玻璃板16的内表面上选择性地依次形成遮光层或黑基底17、彩色层18和罩层或平面化层19，以具有其特定的图案，如图2所示。在板16的外表面上，用溅射法形成了透明导电层(如ITO层)15。这是为了防止显示图象的不均匀性，这种不均匀性是由于使用者用手触摸LCD装置1的液晶显示板引起电荷积累而造成的。
然后，把这样制造的有源元件基板11和对置基板12彼此连接得使之形成带有垫片(未示出)的特定间隙。把该间隙内充入向列液晶，接着，密封所述间隙，从而在基板11和12之间形成了液晶层13。这样，就制成了液晶面板。此处所用的向列液晶的介电常数各向异性Δε为+8(598纳米、20℃时)，折射系数各向异性Δn为0.075，比电阻或电阻率为1.5×1012Ω·cm。液晶层13的厚度(池隙，cell gap)设定为4.0微米。
在基板11和12的内表面上，用胶印法或相似方法分别形成了取向层31和20。为了给液晶分子定向，用现有技术的摩擦法沿图1的箭头所示的方向摩擦层31和20。这样，液晶分子初始时相对于梳齿形的像素和公共电极27和26的宽度方向成15度角。
最后，把偏光器板21和14分别安装在基板11和12的外表面上。
本发明人按照上述方法实际制造了根据第一实施例的LCD装置1。随后，通过用外部信号电压改变层13内的液晶分子的取向状态，控制穿过液晶层13(即液晶显示板)的光的强度，从而以“正常黑显示型”的灰度显示图象。在“正常黑色显示型”中，当没有电压施加给所有的像素电极27和公共电极26时，显示“黑色”。当适当的信号电压被施加给所有的像素电极27和公共电极26，从而在液晶层13中产生与基板11和12大致平行的电场时，显示“白色”。这样，当显示“白色”时，层13中的液晶分子大约以与他们的初始取向角度成45度的角度旋转，从而使穿过液晶显示板的光的强度最大。
随后，把这样制造的LCD装置安装在驱动单元内并用所述单元进行操作。结果，证实了第一实施例的LCD装置1作为IPS型LCD装置运行时，具有比现有技术中的LCD装置更高的透光性。第二实施例
图7和8以及图9A和9B示出根据本发明的第二实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置2。
图7示出有源元件基板的平面图。图8示出沿图7中的F-F’线的截面图。
图9A和图9B分别示出比数据线低的层的图案布局以及数据线层的布局。在这些图中，对于与根据上述的第一实施例的LCD装置1相同的元件，采用相同的标号或符号。这样，为了简化说明，此处省略了对相同元件的说明。
将第二实施例的LCD装置2和第一实施例的LCD装置相比，除了在每个像素中将靠近所述级的栅极30c的像素电位层42a与靠近前级的栅极30c的像素电位层42b彼此电连接之外，第二实施例与第一实施例关于有源元件基板11的结构相同。
特别地，对于第一实施例的LCD装置1，像素电位层42a和42b通过透明像素电极27彼此电连接。与此不同地，对于第二实施例的LCD装置2，像素电位层42a和42b通过用与扫描线28相同的不透明的导电材料制成的互连电极43彼此电连接，如图8和9所示。对置基板12的结构与第一实施例的对置基板的结构相同。
下面参照图10A至10C说明第二实施例的LCD装置2的制造方法。
首先，在第一实施例的图5A所示的步骤中，用光刻法或干蚀刻法在Cr层构图，从而在玻璃板22上形成栅极30c，扫描线28以及公共电极线26a和26b，而如图10A所示，在板22上用同样的Cr层形成了互连电极43，。电极43具有大约成直线的平面形状，如图9A所示。
接着，用和图5A至5C相同的方法，在整个玻璃板22上形成了第一中间介电层23，它具有两层结构——包括SiO2次层和SiNX次层，然后，在层23上形成TFT30的a-Si岛41。
接着，如图10B所示，第一中间介电层23被选择性地蚀刻以形成穿过第一中间介电层23的接触孔44a和44b，露出下面的互连电极43(它由第一金属层形成)，如图9A和10B所示。然后，在整个玻璃板22上沉积Cr层(即第二金属层)，并用光刻法或干蚀刻法构图，从而形成了TFT30的漏极和源极30a和30b、数据线24和像素电位层42a和42b。为每个像素形成彼此分开的一个像素电位层42a和一个像素电位层42b。
在每个像素中，如图10B所示，像素电位层42a与互连电极43重叠，并且通过接触孔44a与该电极43接触。相似地，像素电位层42b设置得与互连电极43重叠，并且通过接触孔44b与该电极43接触。此阶段的状态如图10B所示。
如图9B清楚所示，靠近所述级TFT30的栅极30c的像素电位层42a与其上的源极30b相连。与此不同地，靠近前级TFT30的栅极30c的像素电位层42b没有与其上的源极30b相连，而是隔开的。
接着，如图10C所示，通过用漏极30a和源极30b作掩模对a-Si岛41进行选择性蚀刻，从而在漏极30a和源极30b之间形成开口。开口的底部达到下面的a-Si层32的内部。开口没有穿过层32。这样，形成了TFT30的沟道。随后，在玻璃板22的整个表面上沉积由SiNX制成的第一介电次层25a。在该SiNX次层25a上，沉积由感光的丙烯酸树脂制成的第二介电次层25b。无机的第一次层25a较薄，而有机的第二次层25b很厚。然后，用掩模(未画出)对感光的丙烯酸树脂次层25b进行选择性地曝光，使其显影并烧结，形成接触孔39a和39b，如图10C所示。
位于所述级的栅极30c附近的源极30b上方并被用于像素电极27的接触孔39b使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a露出。位于公共电极线26b上方并被用于该线26b的接触孔39a使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a露出。
接着该步骤，通过用于像素电极27的接触孔39b以及用于公共电极线26a和26b的接触孔39a，选择性地蚀刻第二中间介电层25的较低的被露出的SiNX次层25a。而且，通过孔39a，选择性地蚀刻下面的第一中间介电层23。这样，孔39b露出源极30b，孔39a露出公共电极线26a或26b。
然后在整个玻璃板22上沉积ITO层46，以覆盖接触孔39a和39b。这样，39a和39b这些孔的内面被ITO层46覆盖。接着通过光刻法和蚀刻法在ITO层46上构图，从而形成了每个像素的公共电极26和像素电极27。这样，就制成了有源元件基板11。
在这样制成的基板11中，在每个像素内，采用像素电位层42a的第一存储电容器设在所述级栅极30c的附近，同时，采用像素电位层42b的第二存储电容器设在前级的栅极30c的附近，像素电位层42a和像素电位层42b通过不透明的互连电极43和接触孔44a和44b电连接，因此，每个像素的第一和第二存储电容器被彼此平行地电连接。
用与第一实施例相同的方法，把这样制造的有源元件基板11和对置基板12以彼此相连得使之形成包括向列液晶的液晶层13，得到液晶显示板。
本发明人按照上述方法实际制造了根据第二实施例的LCD装置2。随后，通过用外部信号电压改变层13内的液晶分子的取向状态，控制穿过液晶层13(即液晶显示板)的光的强度，从而以“正常黑色显示形式”的灰度显示图象。在“正常黑色显示形式”中，当不向像素电极27和公共电极26施加电压时，显示“黑色”。把适当的信号电压施加给电极27和26，从而在液晶层13中产生与基板11和12大致平行的电场时，显示“白色”。这样，当显示“白色”时，层13中的液晶分子大约以与他们的初始取向角度成45度的角度旋转，从而使穿过液晶显示板的光的强度最大。
随后，把这样制造的LCD装置安装在驱动单元件内并用所述单元进行操作。结果，证实了第二实施例的LCD装置2作为IPS型LCD装置运行时，具有比现有技术中的LCD装置更高的透光性。
特别地，对于第二实施例的LCD装置2，在每个像素内，位于所述级的栅极30c附近的像素电位层42a和位于前级的栅极30c附近的像素电位层42b通过互连电极43彼此相连。由形成了公共电极线26a和26b、扫描线28以及栅极30c的不透明的Cr层形成电极43，其中，在装置2中，Cr层距离液晶层13最远。因此，透射光不利地被互连电极43阻挡。但是，电极43位于最低的高度上并且与层13足够远。这样，电极43将对层13中的液晶分子施加非常弱的电场。这就意味着每个像素内的各柱的电场波动会很小。换而言之，电极43不会严重影响可获得的透光性。
而且，对于第二实施例中的LCD装置2，互连电极43由与公共电极线26a和26b、扫描线28相同的层形成。但是，本发明并不局限于此。如果用与扫描线28不同的导电层形成公共电极线26a和26b，优选地，互连电极43由距离液晶层13最远的层形成。第三实施例
图11和12以及图13A至13B示出根据本发明的第三实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置3。
图11示出有源元件基板的平面图。图12示出沿图11中的F-F’线的截面图。图13A和13B分别示出比数据线低的层的图案布局以及数据线层的布局。在这些图中，对于与根据上述的第一实施例的LCD装置1相同的元件，采用相同的标号或符号。这样，为了简化说明，此处省略了对相同元件的说明。
将第三实施例的LCD装置3和第二实施例的LCD装置相比，除了在每个像素中把靠近所述级的栅极30c的像素电位层42a与靠近前级的栅极30c的像素电位层42b彼此电连接之外，第三实施例与第二实施例在有源元件基板11的结构方面相同。
特别地，对于第二实施例的LCD装置2，像素电位层42a和42b通过用于形成公共电极线26a和26b以及扫描线28的不透明的第一金属层彼此电连接。与此不同地，对于第三实施例的LCD装置3，扫描线28由与公共电极线26a和26b不同的导电层制成，同时，互连电极43由与公共电极线26a和26b相同的层形成。对置基板12的结构与第一和第二实施例的对置基板的结构相同。
接下来，下面参照图14说明制造第三实施例的LCD装置3的方法。
首先，用和图5A相同的步骤，用光刻法和干蚀刻法加工在玻璃板22上形成的Cr层，以形成公共电极线26a和26b以及互连电极43。电极43具有如图13A所示的大约平面直线的形状。
接下来，在整个板22上形成由SiNX制成的第三中间介电层45，以覆盖公共电极线26a和26b以及互连电极43。接着，在第三中间介电层45上形成由Cr制成的第三金属层。然后，用光刻法或干蚀刻法对第三金属层构形，从而形成扫描线28。然后，在第三中间介电层45上形成第一和第二实施例所采用的第一中间介电层23。
随后，在第一中间介电层23上依次形成a-Si层32和n+-型a-Si层33。用光刻法或蚀刻法在a-Si层32和33上构图，以层23上形成TFT30的a-Si岛41。接着，第一和第三中间介电层23和45被同时地，选择性地蚀刻，以形成穿过第一和第三中间介电层23和45的接触孔44a和44b，露出下面的互连电极43(它由第一金属层形成)。接触孔44a和44b是用于互连电极43的。
接着，在整个玻璃板22上沉积Cr层(即第二金属层)，并用光刻法或干蚀刻法构图，从而形成了TFT30的漏极和源极30a和30b、数据线24和像素电位层42a和42b。为每个像素各一个像素电位层42a和一个像素电位层42b，所述像素电位层42a和像素电位层42b是彼此分开的。在每个像素中，如图13A和13B所示，像素电位层42a与互连电极43重叠，并且通过接触孔44a与同一个电极43接触。相似地，像素电位层42b与互连电极43重叠，并且通过接触孔44b与该电极43接触。
如图13B清楚地所示，靠近所述级的TFT30的栅极30c的像素电位层42a与其上的源极30b相连。与此不同地，靠近前级TFT30的栅极30c的像素电位层42b没有与其上的源极30b相连，而是隔开。
随后的步骤与第二实施例相同。
具体地，通过用漏极30a和源极30b作掩模对a-Si岛41进行选择性蚀刻，从而在漏极30a和源极30b之间形成开口。开口的底部达到下面的a-Si层32的内部。开口没有穿过层32。这样，形成了TFT30的沟道。随后，在玻璃板22的整个表面上沉积由SiNX制成的第一介电次层25a。在该SiNX次层25a上，沉积由感光的丙烯酸树脂制成的第二介电次层25b。无机的第一次层25a较薄，而有机的第二次层25b很厚。然后，用掩模(未画出)对感光的丙烯酸树脂次层25b进行选择性地曝光，使其显影并烧结，形成接触孔39a和39b。位于所述级栅极30c的附近、源极30b的上方并被用于像素电极27的接触孔39b使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a露出。位于公共电极线26b上方并被用于同一条线26b的接触孔39a使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a露出。
接着该步骤，通过用于像素电极27的接触孔39b以及用于公共电极线26a和26b的接触孔39a，选择性地蚀刻第二中间介电层25的被曝光的SiNX次层25a。而且，通过孔39a，选择性地蚀刻下面的第一中间介电层23。这样，孔39b露出源极30b，孔39a露出公共电极线26a或26b。
然后在整个玻璃板22上沉积ITO层46，以覆盖接触孔39a和39b。这样，这些孔39a和39b的内面被ITO层46覆盖。接着通过光刻法和蚀刻法在ITO层46上构图，从而为每个像素形成了公共电极26和像素电极27。这样，就制成了有源元件基板11。
在这样制成的基板11中，在每个像素内，采用像素电位层42a的第一存储电容器位于所述级的栅极30c的附近，同时，采用像素电位层42b的第二存储电容器设在前级的栅极30c的附近，像素电位层42a和像素电位层42b通过不透明的互连电极43和接触孔44a和44b电连接，因此，第一和第二存储电容器被彼此平行地电连接。互连电极43由与公共电极线26a和26b相同的不透明金属层形成，其中所讨论的金属层距离液晶层13最远。
用与第一实施例相同的方法，把这样制造的有源元件基板11和对置基板12彼此相连形成包括向列液晶的液晶层13，从而得到液晶显示板。
本发明人按照上述方法实际制造了根据第三实施例的LCD装置3。然后，通过用外部信号电压层13内的液晶分子的取向状态，控制穿过液晶层13(即液晶显示板)的光的强度，从而以“正常黑色显示模式”的灰度显示图象。随后，把这样制造的LCD装置3安装在驱动单元件内并用该单元件进行操作。结果，证实了第三实施例的LCD装置3作为IPS型LCD装置运行时，具有比现有技术中的LCD装置更高的透光性。
对于第三实施例的LCD装置3，在每个像素内，采用像素电位层42a的第一存储电容器设在所述级的栅极30c的附近，同时，采用像素电位层42b的第二存储电容器设在前级栅极30c的附近，像素电位层42a和像素电位层42b通过不透明互连电极43和接触孔44a和44b电连接，这样，每个像素的第一和第二存储电容器被彼此平行地电连接。互连电极43由与公共电极线26a和26b相同的不透明金属层形成，其中所述的金属层距离液晶层13最远。因此，透射光不利地被互连电极43阻挡。但是，电极43位于最低的高度上并且与层13足够远。这样，电极43将对层13中的液晶分子施加非常弱的电场。这就意味着各柱的电场波动会很小。换而言之，电极43不会严重影响可获得的透光性。第四实施例
图15、16和17示出根据本发明的第四实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置4。
图15示出有源元件基板的平面图。图16示出沿图15中的F-F’线的截面图。在这些图中，对于与根据上述的第一实施例的LCD装置1相同的元件，采用相同的标号或符号。这样，为了简化说明，此处省略了对相同元件的说明。
将第四实施例的LCD装置4和第一实施例的LCD装置相比，除了像素电极27和公共电极26的结构不同之外，第四实施例与第一实施例在有源元件基板11的结构方面相同。
特别地，对于第四实施例的LCD装置4，在每个像素中，像素电位层42a和42b通过由透明像素电极27形成的互连电极43彼此电连接。但是，与第一实施例不同地，像素电极27形成在第二中间介电层25上，同时，公共电极26形成在覆盖像素电极27的第四中间介电层47上。对置基板12的结构与第一和第二实施例相同。
下面，参照图17说明第四实施例的LCD装置4的制造方法。
在第四实施例的LCD装置的方法中，首先，进行如图5A至6B所示的与第一实施例相同的步骤。然后，形成第二中间介电层25以覆盖源极和漏极30a和30b、数据线24以及像素电位层42a和42b。用掩模(未示)对这样形成的感光丙烯酸树脂次层25b进行选择性曝光，并显影，烧结，从而形成接触孔39a、39b和39c。
位于所述台阶栅极30c的附近的源极30b上方并用于像素电极27的接触孔39b使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a曝光。位于前级栅极30c附近并用于像素电极27的接触孔39c使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a曝光。位于公共电极线26b上方并用于同一条线26b的接触孔39a使第二中间介电层25的较低的SiNX次层25a曝光。
接着该步骤，通过用于像素电极27的接触孔39b和39c以及用于公共电极26的接触孔39a，选择性地蚀刻第二中间介电层25的被曝光的SiNX次层25a。而且，通过孔39a，选择性地蚀刻下面的第一中间介电层23。这样，孔39b露出源极30b，孔39c露出像素电位层42a或42b，而孔39a露出公共电极线26a或26b。
然后在整个玻璃板22上沉积ITO层46，以覆盖接触孔39a、39b和39c。这样，这些孔39a、39b和39c的内面被ITO层46覆盖。接着通过光刻法和蚀刻法在ITO层46上构图，从而为各像素形成了公共电极26和像素电极27。接着，沉积由感光丙烯酸树脂(即有机材料)制成的第四介电层47以覆盖像素电极27。层47比第二中间介电层25的SiNX次层25a厚，比它的感光丙烯酸树脂次层25b薄。然后，用掩模(未未)对感光丙烯酸树脂层47进行选择性曝光，显影，烧结，从而制成到达公共电极线26b的接触孔39a。
而且，在覆盖整个玻璃板22上的第四中间介电层47上沉积ITO层(未未)，从而覆盖接触孔39a、39b和39c。然后用光刻法和蚀刻法在这样沉积的ITO层上构图，从而为每个像素形成公共电极26。这样，就制成了有源元件基板11。
在这样制成的基板11中，在每个像素内，采用像素电位层42a的第一存储电容器设在所述级栅极30c的附近，同时，采用像素电位层42b的第二存储电容器设在前级栅极30c的附近，像素电位层42a和像素电位层42b通过透明像素电极27电连接，这样，第一和第二存储电容器被彼此平行地电连接。
用与第一实施例相同的方法，这样制造的有源元件基板11和对置基板12彼此相连得使之形成包括向列液晶的液晶层13，从而得到液晶显示板。
本发明人按照上述方法实际制造了根据第四实施例的LCD装置4。然后，通过用外部信号电压改变层13内的液晶分子的取向状态，改变穿过液晶层13(即液晶显示板)的光的强度，从而以“正常黑色显示形式”的灰度显示图象。随后，把这样制造的LCD装置4安装在驱动单元内并用该元件进行操作。结果，证实了第四实施例的LCD装置4作为IPS型LCD装置运行时，具有比现有技术中的LCD装置高的透光性。
对于第四实施例的LCD装置4，公共电极26由与像素电极27不同导电层形成，并且通过第四中间介电层47位于不同的高度上。因此，与电极27和26由相同导电层形成的情况相比，制造成本略有增加。然而，附加的优点是，设计电极的余量增加了，因此，可进一步提高透光性。
如果公共电极26位于和像素电极27不同的高度上，和第四实施例相似，从LCD装置的显示稳定性和可靠性的角度来看，优选地，公共电极26比像素电极27更靠近液晶层13。第五实施例
图18和19示出根据本发明的第五实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置5。
图18示出有源元件基板的平面图。图19示出沿图18中的F-F’线的截面图。在这些图中，对于与根据上述的第一实施例的LCD装置1相同的元件，采用相同的标号或符号。这样，为了简化说明，此处省略了对相同元件的说明。
将第五实施例的LCD装置5和第一实施例的LCD装置相比，除了第二中间介电层25的结构不同之外，第五实施例与第一实施例在有源元件基板11的结构方面相同。
特别地，对于第五实施例的LCD装置5，位于数据线24和公共电极26之间的第二中间介电层25由单层的无机层，即SiNX层25a形成。对置基板12的结构与第一和第二实施例相同。
下面，介绍第五实施例的LCD装置5的制造方法。
在第五实施例的LCD装置5的方法中，首先，除了图6A中所示的形成第二中间介电层25的工艺步骤之外，进行如图5A至6C所示的和第一实施例相同的步骤。在形成层25的工艺步骤中，与第一实施例不同地，在整个玻璃板22上只沉积了SiNX层25a作为第二中间介电层来覆盖源极和漏极30a和30b、数据线24以及像素电位层42a和42b。
接着，与第一实施例相似地，对这样形成的SiNX层25a进行选择性蚀刻，形成接触孔39a、39b和39c。位于所述台阶栅极30c的附近的源极30b上方并用于像素电极27的接触孔39b使SiNX第一中间介电层23曝光。位于前级栅极30c的附近并被用于像素电极27的接触孔39c。位于公共电极线26b上方并被用于同一条线26b的接触孔39a。通过接触孔39a，选择性地蚀刻下面的第一中间介电层23。这样，孔39b露出源极30b，孔39c露出像素电位层42a或42b，而孔39a露出公共电极线26a或26b。
接着，通过与第一实施例相同的工艺步骤，制成第五实施例的有源元件基板11。在这样制成的基板11中，在每个像素内，采用像素电位层42a的第一存储电容器设在所述级栅极30c的附近，同时，采用像素电位层42b的第二存储电容器设在前级栅极30c的附近，像素电位层42a和像素电位层42b通过透明像素电极27电连接，这样，第一和第二存储电容器被彼此平行地电连接。
用与第一实施例相同的方法，这样制造的有源元件基板11和对置基板12被彼此相连得使之形成包括向列液晶的液晶层13，从而得到液晶显示板。
本发明人按照上述方法实际制造了根据第五实施例的LCD装置5。随后，通过用外部信号电压改变层13内的液晶分子的取向状态，控制穿过液晶层13(即液晶显示板)的光的强度，从而以“正常黑色显示形式”的灰度显示图象。随后，把这样制造的LCD装置5安装在驱动单元内并用该单元进行操作。结果，证实了第五实施例的LCD装置5作为IPS型LCD装置运行时，具有比现有技术中的LCD装置更高的透光性。第六实施例
图20和21示出根据本发明的第六实施例的IPS型有源矩阵寻址LCD装置6。
图20示出有源元件基板的平面图。图21示出沿图20中的F-F’线的截面图。在这些图中，对于与根据上述的第一实施例的LCD装置1相同的元件，采用相同的标号或符号。这样，为了简化说明，此处省略了对相同元件的说明。
将第六实施例的LCD装置6与第一实施例的LCD装置相比，除了从对置基板12中省略了彩色层12之外，第六实施例与第一实施例的结构相同。
特别地，对于第六实施例的LCD装置6，在玻璃板16的内表面上选择性地形成了遮光层或黑基底17，以覆盖要求的区域，并且选择性地形成了罩层或平面化层19以覆盖黑基底17。在板16的外表面上，用溅射法形成透明导电层(如ITO层)15。这是为了防止显示图象的不均匀性，这种不均匀性是由于用户用手触摸LCD装置1的液晶显示板引起带静电而造成的。有源元件基板11的结构与第一实施例相同。
用与第一实施例相同的方法，把这样制造的有源元件基板11和对置基板12彼此相连得使之形成包括向列液晶的液晶层13，从而得到液晶显示板。
本发明人按照上述方法实际制造了根据第六实施例的LCD装置6。然后，通过用外部信号电压改变层13内的液晶分子的取向状态，控制穿过液晶层13(即液晶显示板)的光的强度，从而以“正常黑色显示形式”的灰度显示图象。然后，把这样制造的LCD装置6安装在驱动元件内并用该元件进行操作。结果，证实了第六实施例的LCD装置6作为IPS型LCD装置运行时，具有比现有技术中的LCD装置更高的透光性。变形
不言而喻，本发明并不因为是本发明的优选实施例而局限于上述的第一至第六实施例。在不超出本发明的精神实质的范围内可以对它们做任何的改变或调整。
例如，在上述实施例中，公共电极26和像素电极27由作为透明导电材料的ITO制成。这是为了确保高度可靠性。但是，它们也可以由IZO(铟锌氧化物)或其它相似材料制成。这是因为可以获得与采用ITO时的相似的效果或优点。
而且，在上述的第一至第六实施例中，用作液晶的驱动电极的公共和像素电极具有梳齿的形状(即一列“线性”齿或线条)。但是，本发明并不局限于此。本发明还可用于所谓的多域结构，其中驱动电极并不是线性的，而是波纹状的或有棱纹的。在这种情况下，可以获得与凸起公共电极相同的优点，还提供了一个优点就是：视角被进一步扩展。
尽管对本发明的优选形式进行了说明，可以理解：对于那些领域内普通技术人员而言，在不偏离本发明的精神实质的条件下，显然可以对本发明做出修改。因此，本发明的领域只由所附权利要求对定义。

Claims (23)

1.有源矩阵寻址LCD装置，所述装置包括：
有源元件基板；
对置基板，所述对置基板与有源元件基板相连；
液晶层，所述液晶层形成在有源元件基板和对置基板之间；
各像素电极，所述像素电极按矩阵阵列排列的方式形成在有源元件基板上；
公共电极，所述公共电极以共同用于所有像素的方式形成在有源元件基板上；
开关元件，所述开关元件以分别用于相应的像素的方式形成在有源元件基板上，
扫描线，形成在有源元件基板上，通过所述扫描线把扫描信号传输给各元件；
数据线，形成在有源元件基板上，通过所述数据线把数据信号传输给各元件；
公共电极线，形成在有源元件基板上，通过所述公共电极线把固定电位施加给公共电极；
用于每个像素的两条公共电极线；
在有源元件基板上以这样的方式形成构图后的像素电位层：经中间介电层与公共电极线重叠在一起；
用于每个像素的两层像素电位层；
其中，公共电极线的第一条、像素电位层的第一层、以及中间介电层构成了每个像素的第一存储电容器；同时，公共电极线的第二条、像素电位层的第二层、以及中间介电层构成了同一像素的第二存储电容器；
并且其中，第一像素电位层和第二像素电位层通过相应的一个像素电极彼此电连接；
并且其中，第一存储电容器位于相应的一条扫描线的附近；而第二存储电容器则位于所述像素内的相邻的一条扫描线的附近。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在数据线和公共电极之间的、由无机材料制成的单层中间介电层。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括设在对置基板上的彩色层。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，在对置基板上不设彩色层。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，每个像素的第一和第二像素电位层与各数据线大致彼此平行间隔开地排列；
并且其中每个第一和第二像素电位层通过接触孔与相应的一个像素电极电连接。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，公共电极和像素电极是透明的，并且位于比数据线更靠近液晶层的高度上；
并且其中除了扫描线的附近之外，数据线经介电层被公共电极完全覆盖；
并且其中，公共电极与公共电极线经与各像素相应的接触孔电连接。
并且其中，在对置基板上形成黑基底，其形成方式是，在数据线被公共电极完全覆盖的区域内，其宽度小于公共电极的宽度。
并且其中，在完全覆盖数据线的公共电极和与之相邻的一个像素电极之间不形成遮光层。
7.根据权利要求6所述的装置，其中各像素电极和公共电极在同一高度上形成。
8.根据权利要求6所述的装置，其中各像素电极和公共电极经介电层在不同高度上形成。
9.根据权利要求8所述的装置，其中公共电极通过取向层与液晶层相对。
10.根据权利要求1所述的装置，其中公共电极由与用于给扫描线、数据线和公共电极线中的至少一条施加电信号的终端相同的导电材料制成；
并且其中公共电极在与终端相同的加工步骤中形成。
11.根据权利要求10所述的装置，其中在各像素电极和公共电极与公共电极线和数据线重叠的区域内，形成的像素电极和公共电极比公共电极线和数据线更宽。
12.根据权利要求1所述的装置，其中像素电极和公共电极由ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)中的一种制成。
13.一种有源矩阵寻址LCD装置，所述LCD装置包括：
有源元件基板；
对置基板，所述对置基板与有源元件基板相连；
液晶层，所述液晶层形成在有源元件基板和对置基板之间；
各像素电极，按矩阵阵列排列像素的方式形成在有源元件基板上；
公共电极，以共同用于所有像素的方式形成在有源元件基板上；
各开关元件，所述开关元件形成在有源元件基板上，分别用于各像素；
各扫描线，形成在有源元件基板上，通过所述扫描线把扫描信号传输给所述各元件；
各数据线，形成在有源元件基板上，通过所述数据线把数据信号传输给所述各元件；
各公共电极线，形成在有源元件基板上，通过所述公共电极线把固定电位施加给公共电极；
用于每个像素的两条公共电极线；
在有源元件基板上以这样的方式形成构图后的像素电位层：经中间介电层与公共电极线重叠在一起；
用于每个像素的两层像素电位层；
其中，公共电极线的第一条、像素电位层的第一层、以及中间介电层构成每个像素的第一存储电容器；同时，公共电极线的第二条、像素电位层的第二层、以及中间介电层构成了同一像素的第二存储电容器；
其中，通过在有源元件基板上在距离液晶层最远处形成的互连电极，把第一像素电位层和第二像素电位层彼此电连接；
其中第一存储电容器位于相应的一条扫描线的附近；而第二存储电容器则位于所述像素内的相邻的一条扫描线的附近。
14.根据权利要求13所述的装置，其中互连电极位于和公共电极线与扫描线相同的高度上。
15.根据权利要求13所述的装置，其中各公共电极线位于与扫描线不同的高度上；
并且其中各互连电极位于和公共电极线相同的高度上。
16.根据权利要求13所述的装置，其中每个像素的第一和第二像素电位层与数据线大致平行地彼此分开排列；
其中每个第一和第二像素电位层通过接触孔与相应的一个像素电极电连接。
17.根据权利要求13所述的装置，其中公共电极和像素电极都是透明的，并位于比数据线更靠近液晶层的高度上；
其中，除了扫描线的附近之外，数据线经介电层被公共电极完全覆盖，
其中公共电极与公共电极线经与各像素相应的接触孔与公共电极线相连；
其中在对置基板上以这样的方式形成了黑基底：在数据线被公共电极完全覆盖的区域内，其宽度小于公共电极的宽度。
其中，在完全覆盖数据线的公共电极和与之相邻的一个像素电极之间不形成遮光层。
18.根据权利要求17所述的装置，其中像素电极与公共电极形成在同一高度上。
19.根据权利要求17中所述的装置，其中像素电极与公共电极经介电层形成在不同高度上。
20.根据权利要求19所述的装置，其中公共电极经取向层面对液晶层。
21.根据权利要求13所述的装置，其中公共电极由与用于给扫描线、数据线和公共电极线中的至少一条施加电信号的终端相同的导电材料制成；
并且其中公共电极在与终端相同的加工步骤中形成。
22.根据权利要求21所述的装置，其中在像素电极和公共电极与公共电极线和数据线重叠的区域内，形成的像素电极和公共电极比公共电极线和数据线宽。
23.根据权利要求13所述的装置，其中像素电极和公共电极由ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)中的一种制成。
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