CN1844992A - 液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的LCD器件包括彼此相对的第一和第二基板，从而在第一基板上形成交叉的栅线和数据线以限定像素区域。提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括从栅线突出的栅极、从数据线突出的源极以及与源极间隔预定距离的漏极。在栅线的预定部分上方设置金属图案。在数据线和该金属图案上方设置钝化层，该钝化层具有暴露出漏极的接触孔以及暴露出金属图案的存储孔。在像素区域中接触孔和存储孔上方设置像素电极。柱状衬垫料配置为使其通过存储孔与像素电极接触。在第一基板和第二基板之间插入液晶层。该LCD器件还包括在第一或第二基板上形成的滤色片层和黑矩阵层。本发明还包括上述LCD器件的制造方法。

Description

液晶显示器件
本申请要求享有2005年4月8日在韩国递交的韩国专利申请No.P2005-29408的权益，在此将该文件结合进来作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示(LCD)器件，尤其涉及一种设置柱状衬垫料以与存储孔接触从而将由于诸如触摸的外力导致的基板移动降到最小程度的LCD器件。
背景技术
随着信息社会的发展，对于显示器件的需求不断增加。因此，已经研发了多种平板显示器，包括液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)、电致发光显示器(ELD)以及真空荧光显示(VFD)器件。某些平板显示器已经开始应用于各种设备的显示器。
在多种平板显示器中，液晶显示器以其外形薄、重量轻以及低功耗得到广泛应用。在这些特征方面，LCD显示器已经日益替代阴极射线管(CRT)显示设备。LCD技术已经扩展到包括笔记本计算机显示以及计算机显示器和电视的移动型LCD设备上。
为了像通用显示器件一样利用LCD器件，近来的技术研发已经把注意力集中于在大屏幕中实现具有高分辨率和高亮度的高质量图像，同时保持外形薄、重量轻以及低功耗的优点。
图1所示为现有技术扭曲向列(TN)模式LCD器件的分解透视图。该现有技术器件包括彼此相对并以预定间隔分开的第一基板1和第二基板2，以及夹在两基板之间的液晶层3。
该第一基板1包括栅线4、数据线5、像素电极6以及薄膜晶体管T。在第一基板1上沿一个方向以固定间隔形成栅线4。沿与栅线4垂直的方向以固定间隔形成数据线5以限定多个像素区域P。在像素区域P中形成像素电极6并在栅线4和数据线5相交的位置与薄膜晶体管T连接。
第二基板2包括用于阻止光进入非像素区域的黑矩阵7、用于显示各种颜色的R(红)/G(绿)/B(蓝)滤色片8、以及在滤色片层8上显示图片图像的公共电极9。
在上述LCD器件中，在第一基板1和第二基板2之间形成液晶层3，其中通过在像素电极6和公共电极之间9之间产生的电场驱动该液晶分子。通过根据液晶分子的取向方向控制穿过液晶层3的透光率显示图像。
上述扭曲向列(TN)模式LCD器件具有窄视角的缺点。为了克服该问题近来已经开始研究共平面开关(IPS)模式LCD器件。在IPS模式器件中，在位于第一基板的像素区域中以共平面结构形成像素电极和公共电极以产生使液晶分子可以进行定向的水平电场。
在上述LCD器件的第一基板1和第二基板2之间形成衬垫料以保持用于液晶层的恒定间隔。该衬垫料可以是球形衬垫料或者柱状衬垫料。
该球形衬垫料具有圆球形状，分布于第一基板1和第二基板2上，并且可以在两基板之间自由移动。球形衬垫料和第一基板1和第二基板2具有较小接触面积。
柱状衬垫料具有柱形形状，并且在第一基板或者第二基板上通过阵列工艺以预定高度形成该柱状衬垫料。与球形衬垫料相反，该柱状衬垫料和第一基板1和第二基板2具有相对较大接触面积。
图2所示为现有技术中具有柱状衬垫料的LCD器件的平面图。图3所示为沿图2的I-I’线提取的结构截面图。图2所示的现有技术器件包括在第一基板1上形成的栅线4和数据线5。该栅线4和数据线5彼此交叉以限定多个像素区域。每个像素区域包含一个像素电极6。
在栅线和数据线交叉的区域形成薄膜晶体管(TFT)。每个TFT包括从栅线4突出的栅极4a、从数据线5突出的源极5a、以及和源极5a以预定距离间隔的漏极5b。每个TFT还包括形成在源极5a和漏极5b下部以覆盖栅极4a的半导体层(未示出)。
在第一基板1的整个表面上形成栅绝缘层11并且在栅绝缘层11上形成钝化层12。与钝化层12接触的漏极5b的预定部分限定钝化孔。像素电极6通过该钝化孔与漏极5b连接。栅绝缘层11和钝化层12由无机绝缘材料形成并且具有2000到4000的沉积厚度。
在面向第一基板1的第二基板2上形成黑矩阵层7。该黑矩阵层7覆盖非像素区域(栅线4、数据线5和TFT)。在包括黑矩阵层7的第二基板2上形成滤色片层8。通过在每个像素区域沉积R、G、B颜料形成该滤色片层8。在包括滤色片层8的第二基板2的整个表面上形成公共电极9。在第一基板和第二基板之间形成柱状衬垫料20以在二者之间维持恒定的盒间隙。对应于栅线4的上部形成该柱状衬垫料20。
图4所示为具有柱状衬垫料的IPS模式LCD面板的平面图，在该面板上产生触摸斑点。如果沿预定方向通过手指或者物体触摸图4的LCD器件中的LCD面板10，则沿触摸部分可能产生斑点。由于该斑点产在LCD面板的屏幕上，因此这里称之为触摸斑点或者触摸缺陷。
通过柱状衬垫料和其相对的下基板之间的大接触面积产生的摩擦力导致该触摸缺陷。和球形衬垫料的情况不同，在柱状衬垫料和下基板之间的大接触面积使得在由于触摸移位后第一基板和第二基板恢复到原始状态需要较长的时间。该斑点会一直保持到恢复到原始状态。
图5A和5B为表示在触摸现有技术的LCD面板前后LCD器件的显示区域和非显示区域的截面图。在非显示区域中，密封图案45将两个基板1和2彼此粘结在一起。在非显示区域的第二基板2上形成黑矩阵层7以防止漏光。如图2和3所示提供显示区域。
在该现有技术LCD器件中，在第一基板1和第二基板2上分别形成像素电极6和公共电极9，使得在第一基板1和第二基板2之间产生垂直电场以驱动液晶分子。在这种情况下，在栅线4和数据线5之间形成栅绝缘层11，并且钝化层12夹在数据线5和像素电极6之间。
在现有技术的LCD器件中，在第一基板1的非显示区域上方的第二基板上形成黑矩阵层7，其中该第一基板1包括栅线4、数据线5和薄膜晶体管(见图2)。如图5A所示，黑矩阵层7与数据线5以及数据线5和像素电极6之间的空间重叠以防止漏光。形成滤色片8以与像素区域重叠并与黑矩阵层7部分重叠。在包括黑矩阵层7和滤色片层8的第二基板的整个表面上形成公共电极9。
如图5B所示，在触摸LCD面板时，该第二基板2发生移位并且密封图案45沿第二基板2移位的方向偏移。因此在触摸以前原来由黑矩阵层7覆盖的数据线5的外围部分在触摸后暴露出来，从而导致漏光。
图6A和6B所示为触摸LCD面板前后现有技术LCD器件的另一方面。图6A的左侧示出LCD器件10，包括彼此相对的第一基板30和第二基板40以及在二者之间形成的液晶层50。图6A的右侧示出由手指触摸到的LCD器件的表面。这里基板移位还伴随有触摸后的基板40表面的局部起皱现象、不均匀盒间隙以及液晶分子的分散的定向(图6B)。
因此，当触摸现有技术LCD器件时，引起很多问题，诸如由于基板移位导致的漏光、由于基板起皱引起的不均匀盒间隙、以及由于液晶分子分散定向导致的不均匀亮度。
发明内容
因此，本发明提供一种液晶显示(LCD)器件，其能够基本上避免由现有技术引起的一个或多个问题。具体地，根据本发明的LCD器件包括彼此相对的第一和第二基板，从而在第一基板上形成交叉的栅线和数据线以限定像素区域。提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括从栅线突出的栅极、从数据线突出的源极以及和源极间隔预定距离的漏极。在栅线的预定部分上方设置金属图案。在数据线和该金属图案上方设置钝化层，该钝化层具有暴露出漏极的接触孔以及暴露出金属图案的存储孔。在像素区域中接触孔和存储孔上方设置像素电极。柱状衬垫料配置为使其通过存储孔与像素电极接触。在第一基板和第二基板之间夹入液晶层。该LCD器件还包括在任一基板上形成的滤色片层和黑矩阵层。
本发明还包括一种LCD器件的制造方法。该方法包括形成包含栅线和数据线以限定像素区域的第一基板。形成具有连接到栅线的栅极、连接到数据线的源极以及与源极间隔预定距离的漏极的薄膜晶体管。在栅线的预定部分上方沉积金属图案并在数据线上方沉积至少一钝化层。去除部分钝化层以形成暴露出漏极的接触孔和暴露出金属图案的存储孔。在像素区域中接触孔和存储孔上方形成像素电极。形成面向第一基板的第二基板。形成柱状衬垫料，柱状衬垫料设置为使其通过存储孔与像素电极接触。在第一和第二基板之间设置液晶层，以及粘结两基板使得衬垫料通过存储孔与像素电极接触。
应当理解的是，上面对本发明的概述和下面的详细解释都是示例性和解释性的，并意欲提供对要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
图1为现有技术扭曲向列(TN)模式LCD器件的分解透视图；
图2为现有技术的LCD器件中像素区域的平面图；
图3为沿图2的I-I’线提取的结构截面图；
图4为在产生触摸斑点时LCD面板表面的平面图；
图5A和5B为表示在现有技术LCD产生触摸斑点前后该器件一方面的截面图；
图6A和6B为触摸现有技术LCD器件后该器件另一方面的截面图；
图7为根据本发明公开一方面的LCD器件的平面图；
图8为沿图7的III-III’线提取的截面图；
图9为在触摸本发明的LCD器件时该器件发生变形的截面图；
图10为根据本发明公开另一方面的LCD器件的截面图；以及
图11A和11B所示为触摸前后的LCD器件。
具体实施方式
下面详细参考本发明的优选实施方式，在附图中示出其实施例。图7所示为根据本发明实施方式的LCD器件平面图。图8所示为沿图7中III-III’线提取的截面图。该LCD器件包括具有薄膜晶体管的第一基板100、具有滤色片阵列的第二基板110，以及位于第一基板100和第二基板110之间的液晶层(未示出)。第一基板100和第二基板110彼此相对。
第一基板100包括彼此交叉以限定像素区域的栅线101和数据线102、在栅线101和数据线102之间形成的栅绝缘层104以及薄膜晶体管TFT(图7)。该TFT包括从栅线101突出的栅极101a、从数据线102突出的源极102a和与源极102a以预定间隔隔开的漏极102b。在栅线101的预定部分上形成金属图案102c。该金属图案102c与数据线102位于同一层并且可以与数据线102平齐形成。在第一基板100的数据线102和金属图案102c上方形成有机钝化层106。该钝化层106包括暴露出漏极102b的接触孔108和暴露出金属图案102c的存储孔107。像素电极103在像素区域两侧与数据线102局部重叠，并且与接触孔108、存储孔107以及像素区域重叠。
在图8中，在数据线102、金属图案102c和有机钝化层106之间选择性夹有无机钝化层105。在包括数据线102和金属图案102c的第一基板100上形成该无机钝化层105，和有机钝化层106一起保护像素电极103以下的层。
第二基板110包括与TFT和其它非像素区域重叠的黑矩阵层111、在包括黑矩阵层111的第二基板110上形成的滤色片层112、以及在包括黑矩阵层111和滤色片层112的第二基板110整个表面上形成的公共电极113。在该公共电极113上形成柱状衬垫料114并配置使其进入存储孔107从而在第一基板100和第二基板110彼此粘结在一起时与像素电极103接触。
由于像素电极103、存储孔107和数据线102之间的重叠，因此LCD器件具有较高孔径比。而且，在数据线102和像素电极103之间包含的有机钝化层106将数据线102和像素电极103之间重叠区域的寄生电容Cdp降低到最小程度。
该存储孔107具有对应于通过将柱状衬垫料107的临界尺寸和第一基板100和第二基板110之间的粘结余量求和获得的值的临界尺寸(CD)。以下使用阵列工艺形成第一基板100和第二基板110，在将第二基板110粘结到第一基板上时该第二基板110可能会相对于第一基板100发生移位。因此，在设计存储孔107的临界尺寸时必须考虑粘结余量。该粘结余量取决于该面板的尺寸和模型。通常，该粘结余量在上下左右方向大约为4μm到5μm。
图9为在触摸LCD器件时该器件变形的截面图。在图9中，该柱状衬垫料114位于存储孔107内部。在这种情况，当触摸力使第一基板100或者第二基板110以相对于彼此的预定方向移位时，该柱状衬垫料114的移动限于存储孔107以内的区域。换句话说，该柱状衬垫料114将第二基板110的运动限制在与第一基板100的粘结余量范围(即，存储孔107的临界尺寸减去对应于衬垫料114和第一基板接触部分的临界尺寸)。因此，这样可以将基板移位减少到粘结余量的范围或者更小，从而减少了在触摸LCD器件时的瞬间漏光。
存储孔107与一区域相对应，其中在该区域中有机钝化层106和无机钝化层105部分已经去除。鉴于有机钝化层106厚度约为1μm到3μm，而无机钝化层105厚度约为2000到4000，存储孔107可以具有大约1.2μm到3.4μm的深度。因此，如果第一基板100和第二基板110之间的盒间隙在大约3μm到5μm之间，则该存储孔107的深度大约是盒间隙的1/2～1倍。假设柱状衬垫料114不易由于触摸力(向侧面的推力)与存储孔107偏离。
图10为另一实施方式的LCD器件同样沿图7中III-III’一样的线提取的截面图，其中将滤色片阵列为在第一基板上形成上的TFT阵列上滤色片(COT)。这里，该LCD器件包括具有薄膜晶体管阵列和滤色片阵列的第一基板200、面向第一基板200的第二基板210、在该第一基板200和第二基板210之间填充的液晶层。
第一基板200包括彼此交叉以限定像素区域的栅线201和数据线(见图7的102)、栅线201预定部分上形成的金属图案202、在栅线201和数据线以及金属图案202之间的栅绝缘层204、以及薄膜晶体管(见图7)。该TFT包括从栅线201突出的栅极(见图7的101a)、从数据线突出的源极(见图7的102a)以及与源极以预定间隔分离的漏极(见图7的102b)。在第一基板200的数据线和金属图案202上形成滤色片层206。在滤色片层206上形成有机钝化层207。该有机钝化层207和滤色片层206可以包括暴露出漏极的接触孔(未示出)和暴露出金属图案的存储孔208。在像素区域形成与接触孔和存储孔208重叠的像素电极203。
参照图10，在金属图案202和滤色片层206之间有选择地插入无机钝化层205。在第一基板200的数据线和金属图案上部形成无机钝化层205，和有机钝化层207一起保护像素电极203下部的层。
尽管在图10中没有示出，但是可以在第一基板200的数据线/金属图案202上面在包括栅线及数据线和TFT上部的非像素区域上方形成黑矩阵。在这种情况，即使可以忽略栅线201和数据线/金属图案202，但是优选地至少在薄膜晶体管区域上形成黑矩阵。
在图10中，在第二基板210的整个表面上形成公共电极211从而在像素电极203和公共电极211之间产生垂直电场。在公共电极211上形成柱状衬垫料212并配置使其进入位于第一基板200上的存储孔208，并且在第一基板200和第二基板210彼此粘结时与像素电极203接触。
除了在第一基板200上形成滤色片层的滤色片阵列和黑矩阵层以外，图10所示的LCD器件和图7和8所示的LCD器件一样。和图7中一样，由于在像素电极203与存储孔208和数据线之间存在重叠，图10的LCD器件具有高孔径率。而且，在数据线和像素电极203之间包含的有机钝化层207将数据线和像素电极203之间重叠区域的寄生电容Cdp降低到最小程度。
通过去除部分钝化层207、滤色片层206和无机钝化层205形成位于图10的LCD器件的存储孔208和接触孔。如上所述，存储孔208具有对应于通过将柱状衬垫料212的临界尺寸和上下左右方向的粘结余量求和获得的值的临界尺寸(CD)。
当第一基板200和第二基板210彼此粘结在一起时，在存储孔208中柱状衬垫料212与像素电极203接触。在这种情况下，该存储孔208与去除有机钝化层207、滤色片层206和无机钝化层205的部分相对应。鉴于有机钝化层207厚度约为1μm到3μm，滤色片层厚度约为1μm到2μm，无机钝化层205厚度约为2000到4000，该存储孔208可以具有大约2.2μm到5.4μm的深度。因此，如果第一基板100和第二基板110之间的盒间隙在大约3μm到5μm之间，则该存储孔208的深度大约在盒间隙范围内。假设柱状衬垫料212在触摸力(向侧面的推力)的作用下不易与存储孔107偏离。
如图所示，在滤色片层112和206上可以形成有机钝化层106和207，或者反之亦然。在任何一种情况，滤色片层112和206都可以由能够用作有机绝缘层的高分子重材料形成。通过设置起有机绝缘层作用的不同层，在数据线/金属图案202和像素电极203之间形成具有低介电常数的结构。因此，该滤色片层206用于将数据线和像素电极203之间的重叠部分产生的寄生电容降低到最小程度。
在上述图10的COT型LCD器件中，由于在第一基板上形成了黑矩阵层，因此不会由于触摸而导致漏光。但是，可能会由于对基板瞬时按压导致不均匀盒间隙而发生瞬时漏光现象。在该实施方式中，该柱状衬垫料212仅在存储孔208内部运动从而减少了基板之间的移位。因此，这可以防止由于不均匀盒间隙导致亮度不均匀。
图11A和11B示出在触摸上述LCD器件前后该器件的状态。在图11A中，该LCD器件150包括彼此相对的第一基板100和第二基板110、位于两基板之间的液晶分子120、具有存储孔107的高台阶差部分130、以及第二基板110上形成且进入存储孔107与第一基板100接触的柱状衬垫料114。高台阶差部分130对应于除在栅线上形成的存储孔以外且包括附加层的部分。该附加层可以包括栅绝缘层、无机钝化层、有机钝化层等。
如图11A所示，即使用手指以预定力F触摸LCD器件150的表面，该柱状衬垫料114也仅在各高台阶差异部分之间的存储孔107内部移动。因此，可以防止第二基板110被推离第一基板100。因此，可以避免由于触摸导致基板受压而产生黑矩阵层偏移所产生的漏光。而且，由于衬垫料114的运动限制在由存储孔107限定的区域，因此可以避免由于诸如触摸的外部条件导致基板受压从而产生的不均匀盒间隙。
上述LCD器件已经应用于TN模式LCD器件中，在该TN模式LCD器件中第一基板的每个像素区域中形成像素电极并在第二基板的整个表面上形成公共电极。但是，假如对应于存储孔形成柱状衬垫料，该上述LCD器件也适用于IPS模式LCD器件。
上述LCD器件包括比现有技术好的优点。首先，在第二基板上对应于第一基板的存储孔形成柱状衬垫料，从而即使存在诸如触摸的外力，也可以将柱状衬垫料的运动限制在该存储孔内部区域。这样可以把第二基板相对于第一基板的移位或者推挤降低到粘结余量或者更小的范围内。第二基板相对于第一基板的移位或者推挤减少到粘结余量或者更小的范围的程度，可以防止发生漏光。而且，以在盒间隙范围内的深度形成尽可能多的存储孔，并且对应于该存储孔形成柱状衬垫料以将柱状衬垫料的运动限制在存储孔中，从而可以避免由于基板挤压造成在其他部分柱状衬垫料导致的不均匀盒间隙现象。最后，由于把通过触摸造成基板的推挤或者移位降低到最小程度，因此可以最小化基板表面起皱现象并且避免液晶分子的不均匀定向。
显然在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对本发明做出各种改进和变型。因此，本发明意图覆盖所有落入所附权利要求及其等效物的范围之内的改进和变型。

Claims (18)

1、一种液晶显示器件，包括：
彼此相对的第一和第二基板；
位于所述第一基板上限定像素区域的栅线和数据线；
薄膜晶体管，包括：
从所述栅线突出的栅极；
从所述数据线突出的源极；以及
与所述源极间隔预定距离的漏极；
在所述栅线预定部分上方设置的金属图案；
在所述数据线和所述金属图案上方设置的至少一钝化层，所述钝化层具有暴露出所述漏极的接触孔以及暴露出所述金属图案的存储孔；
在所述像素区域的所述接触孔和所述存储孔上方设置像素电极；
柱状衬垫料设置为使其通过所述存储孔与所述像素电极接触；以及
在所述第一基板和所述第二基板之间设置的液晶层。
2、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述像素电极在与所述数据线邻近像素区域的两侧部分重叠。
3、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述至少一钝化层包括有机绝缘层。
4、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述至少一钝化层包括无机绝缘层和有机绝缘层。
5、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述存储孔具有对应于将所述柱状衬垫料的临界尺寸和所述第一和第二基板之间粘结余量求和所得的值的临界尺寸。
6、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括位于所述栅线和数据线之间的栅绝缘层。
7、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述金属图案和所述数据线位于同一层。
8、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括：
在所述第二基板上包括所述薄膜晶体管的非像素区域上方形成的黑矩阵层；
在所述第二基板和所述黑矩阵层上方形成的滤色片层；以及
在包括所述黑矩阵层和滤色片层的第二基板上方形成的公共电极。
9、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括位于所述所述数据线和所述钝化层之间的滤色片层。
10、根据权利要求9所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括在所述第一基板上对应于包括所述薄膜晶体管的非像素区域上方形成的黑矩阵层。
11、根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述柱状衬垫料通过所述存储孔与所述像素电极接触。
12、一种液晶显示器件的制造方法，包括：
形成第一基板；
在所述第一基板上形成栅线和数据线以限定像素区域；
形成具有连接到所述栅线的栅极、连接到所述数据线的源极以及与所述源极间隔预定距离的漏极的薄膜晶体管；
在所述栅线的预定部分上方沉积金属图案；
在所述数据线和所述金属图案上方沉积至少一钝化层；
去除所述至少一钝化层的一部分以形成暴露出所述漏极的接触孔和暴露出所述金属图案的存储孔；
在像素区域中所述接触孔和所述存储孔上方形成像素电极；
形成面向所述第一基板的第二基板；
形成柱状衬垫料，所述柱状衬垫料设置为使其通过所述存储孔与所述像素电极接触；
在所述第一和第二基板之间设置液晶层；以及
粘结所述两基板使得所述衬垫料通过所述存储孔与所述像素电极接触。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成至少一钝化层的步骤包括形成有机绝缘层。
14、根据权利要13所述的方法，其特征在于，所述形成至少一钝化层的步骤包括连续形成无机绝缘层和有机绝缘层。
15、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成数据线的步骤包括在其中结合金属图案。
16、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
在所述第二基板包括所述薄膜晶体管的非像素区域上方形成黑矩阵层；
在所述第二基板和所述黑矩阵层上方形成滤色片层；以及
在包括所述黑矩阵层和所述滤色片层的所述第二基板上方形成公共电极。
17、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括在所述金属图案和所述钝化层之间设置滤色片并去除所述滤色片的一部分以形成所述接触孔和所述存储孔。
18、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括在所述第一基板上形成黑矩阵层。
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