CN1854848A - 滤色器屏板及其制造方法和透射反射型液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种带有透射区域和反射区域的用于透射反射型LCD的滤色器屏板，其包括：衬底；布置在所述衬底上的多个滤色器；在所述滤色器上形成的覆层，其包括分别布置在所述透射区域内的透镜部分；以及在所述覆层上形成的公共电极。这一构造通过在没有光损失的情况下利用进入所述透射区域的外界光显示图像提高了总反射率和室外可见度。本发明还提供了一种制造滤色器屏板的方法以及透射反射型液晶显示器。

Description

滤色器屏板及其制造方法和透射反射型液晶显示器
技术领域
本发明从整体上涉及一种液晶显示器(LCD)，更具体来讲，涉及一种用在具有反射区域和透射区域的透射反射型LCD内的滤色器屏板及其制造方法。所述方法还涉及采用了所述滤色器屏板的透射反射型LCD。
背景技术
通常，LCD包括一对分别在其内表面具有电极的屏板，以及插入到所述屏板之间的介电各向异性液晶层。在LCD当中，通过改变场发生电极之间的电势差，即，通过改变由所述电极生成的电场的强度，可以改变通过所述LCD的光的透射率，从而获得预期的图像。
根据所采用的用于显示图像的光源，可以将LCD划分为三种类型：透射型、反射型和透射反射型LCD。在透射型LCD中，采用内部光源显示图像，例如位于设置于设备的LC屏板组件的后面的背光装置内的灯。在反射型LCD中，通过反射外部自然光或从设备的正面入射的外部人造光显示图像。
在非常亮的外部条件下，即，当透射型LCD中的灯发出的光在亮度上显著低于外部光时，使得设备的可见度和显示特性受到影响，这时透射型LCD处于劣势。此外，背光装置的灯需要显著的功率。同时，在外部光不足时，反射型LCD无法充分起到显示设备的作用。由于这些LCD存在上述缺点，所以开发出了结合透射和反射特征的反射透射型LCD。在中等光状态下，例如室内环境或在彻底黑暗的环境下，透射反射型LCD工作在透射模式下。在非常亮的条件下，例如室外环境下，透射反射型LCD工作在反射模式下。
通常，这样的透射反射LCD具有透射区域和反射区域。为了采用透射区域显示图像，从LC屏板组件后面的背光装置发出的光穿过所述透射区域，而在反射区域中，来自设备的正面的外界光被内部反射元件发射回设备的正面。
但是，也可以既通过LC屏板组件的正面向透射区域提供外界光，又向其提供来自背光装置的光。与提供给反射区域的外界光不同的是，提供给透射区域的外界光穿过透射区域而不经过反射。也就是说，这样的光没有为图像显示起到光源的作用。因此，降低了外界光的总反射率，从而导致了设备的低室外可见度。
发明内容
本发明提供了一种能够使进入透射反射型LCD的透射区域的外部光被有效地加以利用以显示图像的滤色器屏板。
本发明还提供了一种用于所述滤色器屏板的制造方法。
本发明还提供了一种采用所述滤色器屏板的透射反射型液晶显示器。
根据本发明的一个方面，一种包括透射区域和反射区域的、用于透射反射型液晶显示器的滤色器屏板，包括：衬底；布置在所述衬底上的多个滤色器；在所述滤色器上形成的覆层，其包括分别布置在所述透射区域内的透镜部分；以及在所述覆层上形成的公共电极。
在这样的结构当中，每一透镜部分可以包括从覆层的顶面向内凹入的凹面。
每一透镜部分可以进一步包括在由所述凹面界定的空间中提供的填料层。在这种情况下，所述填料层可以具有比所述覆层的折射率更大的折射率。
此外，每一透镜部分可以具有基本上等于所述透射区域长度的直径。
所述透镜部分的中心点优选具有1μm到2μm的高度，覆层优选具有1μm到2.4μm的厚度。
覆层可以包括感光和透明有机材料。
所述滤色器屏板可以进一步包括多个光孔，所述光孔各自位于反射区域内。
所形成的对应于透射区域的滤色器部分可以厚于对应于反射区域的滤色器部分。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有透射区域和反射区域的透射反射型液晶显示器，其包括：第一衬底；在所述第一衬底上形成的多个薄膜晶体管；在所述薄膜晶体管上形成的设有多个透明电极和反射电极的多个像素电极；第二衬底；在所述第二衬底上形成的覆层，其包括分别在所述透射区域上形成的多个透镜部分；在所述覆层上形成的公共电极；以及在所述第一衬底和第二衬底之间插入的液晶层。
这一液晶显示器可以进一步包括在所述第二衬底和覆层之间形成的多个滤色器。
这一液晶显示器可以进一步包括在所述薄膜晶体管和像素电极之间形成的钝化层，其设有多个在透射区域内形成的切口。
根据本发明的又一个方面，提供了一种制造滤色器屏板的方法，其包括的步骤有：在衬底上形成多个滤色器；在所述滤色器上形成覆层；通过对所述覆层构图形成多个透镜部分；以及在所述覆层上形成公共电极。
所述覆层可以由感光透明有机材料构成。
透镜部分的形成步骤可以包括形成凹面的步骤，其中，对所述覆层局部曝光，并部分去除所曝光的部分，从而在每一透镜部分中形成凹面。
在所述步骤中可以进一步包括将透明有机材料填充到由透镜部分的凹面界定的空间内的步骤。
附图说明
通过参照附图对优选实施例进行更为详细的说明，本发明的上述目的和其他优势将变得更为明显。
图1是根据本发明实施例的LCD的布局图；
图2是沿图1的II-II′线切割得到的示意性横截面图；
图3是沿图1的III-III′线切割得到的示意性横截面图；
图4到图6是根据本发明的三个不同的实施例的三个滤色器屏板的示意性横截面图；
图7A到图7E是说明制造图4中滤色器的工艺步骤的示意性横截面图。
具体实施方式
现在，将参照附图对本发明进行更加详细的说明，在附图中将示出本发明的优选实施例。但是，可以以不同的形式体现本发明，而不应推断本发明仅限于文中所述实施例。相反地，提供这些实施例的目的在于对本发明予以更加彻底、全面的公布，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
在附图中，为了清晰起见，夸大了层、膜和区域的厚度。类似的数字始终指代类似的元件。在称如层、膜、区域或衬底的元件位于另一元件上时，其可能直接位于另一元件上，也可能存在插入元件。
在下文中，将参照图1到图3对根据本发明实施例的LCD进行详细说明。
图1是根据本发明实施例的LCD的布局图，图2和图3分别是沿图1中的II-II′线和III-III′线切割得到的横截面图。
参照图1到图3，本实施例的LCD包括彼此相对的TFT阵列屏板100和滤色器屏板200，以及插入到它们之间的液晶层。
按照下述说明配置所述TFT阵列屏板100。
在由透明玻璃或塑料制成的绝缘衬底110上形成多个栅极线121和多个存储电极线131。
用于传输栅极信号的栅极线121基本上沿水平方向延伸。每一栅极线121包括多个向上突出的栅电极124，以及具有较大尺寸的末端129，用于连接不同的层或外部设备。可以将用于产生栅极信号的栅极驱动器(未示出)安装到附着于衬底110的柔性印刷电路板(未示出)，或者直接安装到衬底110上。否则，可以将栅极驱动器集成到衬底110中。在这种情况下，将栅极线121直接连接到栅极驱动器。
接收预定电压的存储电极线131基本上平行于栅极线121延伸。在图1中，每一存储电极线131布置在两个相邻的栅极线之间，特别地，存储电极线131布置在离两个栅极线中位置较低的一个较近的位置。每一存储电极线131包括多个向上和向下突出的扩大部分137。这里公开的存储电极线131的外形和分布只做说明用途，存储电极线131可以具有其他外形和分布。
栅极线121和存储电极线131优选由下述材料构成：诸如Al或Al合金的含有铝(Al)的金属、诸如Ag或Ag合金的含有银(Ag)的金属、诸如Au或Au合金的含有金(Au)的金属、诸如Cu或Cu合金的含有铜(Cu)的金属、诸如Mo或Mo合金的含有钼(Mo)的金属、铬(Cr)、钛(Ti)或钽(Ta)。可以将栅极线121和存储电极线131配置成多层结构，其中，可以包括具有不同物理特性的至少两个导电层(未示出)。在这样的结构当中，所述两个导电层中的一个由低电阻率金属构成，例如含有Al的金属、含有Ag的金属或含有Cu的金属，以降低信号时延或栅极线121和存储电极线131中的电压降。另一导电层由具有优良的物理化学特性以及与其他材料，例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)的良好电接触特性的材料构成。例如，可以采用含有Mo的金属、Cr、Ta、Ti形成这一层。作为两层结合的可取的例子，可以采用下部Cr层和上部Al(或Al合金)层，以及下部Al(或Al合金)层和上部Mo(或Mo合金)层。除了上述材料之外，可以采用各种金属和导体形成栅极线121和存储电极线131。
栅极线121和存储电极线131的所有横向侧面优选相对于衬底110的表面倾斜大约30°到80°之间的角度。
栅极绝缘层140由氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiO2)构成，并且形成于栅极线121和存储电极线131上。
在栅极绝缘层140上形成由氢化非晶硅(简称“a-Si”)或多晶硅构成的多个线状半导体151。每一线状半导体151基本上沿竖直方向延伸，其包括沿相应的栅电极124延伸的多个凸起154。线状半导体151在栅极线121和存储电极线131附近增大。
在线状半导体151上形成多个线状欧姆接触161和岛状欧姆接触165。欧姆接触161和165可以由采用诸如磷(P)的N型杂质高度掺杂的N+氢化非晶硅或硅化物构成。线状欧姆接触161包括多个凸起163。在半导体151的凸起154上布置一组凸起163和岛状欧姆接触165。
半导体151和154以及欧姆接触161、163和165的所有横向侧面相对于衬底110的表面倾斜大约30°到80°之间的角度。
在欧姆接触161、163和165上，以及栅极绝缘层140上形成多个数据线171和多个漏电极175。
用于传输数据信号的数据线171基本上沿垂直方向延伸，与栅极线121和存储电极线131相交。每一数据线171包括多个朝相应的栅电极124延伸的源电极173和具有较大尺寸的连接至不同层或外部设备的末端179。可以将用于产生数据信号的数据驱动器(未示出)安装在附着于衬底110的柔性印刷电路板(未示出)上或直接安装在衬底110上。否则，可以将数据驱动器集成到衬底110内。在这种情况下，将数据线171直接连接至数据驱动器。
在与源电极173相对的位置布置与数据线171隔开的漏电极175，其位于栅电极124的中央。每一漏电极175包括具有较大尺寸和条形末端的扩大部分177。漏电极175的扩大部分177覆盖存储电极线131的扩大部分137，所述条形末端部分被以字母“J”形弯曲的源电极173局部环绕。
栅电极124、源电极173、漏电极175和半导体151的凸起154形成了薄膜晶体管(TFT)。TFT沟道形成于在源电极173和漏电极175之间提供的凸起154内。
数据线171和漏电极175优选由诸如Mo、Cr、Ta或Ti的难熔金属或其合金构成，并且可以将其配置成多层结构，其中包括难熔金属层(未示出)和低电阻率导电层(未示出)。所述多层结构的可取实例为由Cr、Mo或Mo合金构成的下层和由Al或Al合金构成的上层。另一个例子是由Mo或Mo合金构成的下层、由Al或Al合金构成的中层和由Mo或Mo合金构成的上层。除了上述材料以外，可以采用各种金属和导体形成数据线171和漏电极175。
数据线171和漏电极175的所有横向侧面优选相对于衬底110的表面倾斜大约30°到80°之间的角度。
欧姆接触161、163和165只存在于下层半导体151和覆盖的数据线171之间，以及覆盖的漏电极175和下层半导体151之间，以降低接触电阻。所形成的大多数线状半导体151比数据线171窄，但是，如上所述，线状半导体151的个别部分在与栅极线121相交处的附近增大，以防止数据线171被短路。在未被数据线171和漏电极175覆盖的位置，以及在源电极173和漏电极175之间，线状半导体151部分暴露出来。
在数据线171、漏电极175和半导体151的暴露部分形成钝化层180。将钝化层180配置为双层结构，其包括由诸如SiNx或SiO2的无机绝缘体构成的下层180p和由有机绝缘体构成的上层180q。用于上层钝化层180q的可取有机绝缘体具有低于4.0的低介电常数或光敏性。为上部钝化层180q提供切口，下部钝化层180在所述切口处局部露出，上部钝化层180q的顶面不平坦。可以将钝化层180配置为由无机绝缘体或有机绝缘体构成的单层结构。
为钝化层180提供多个接触孔182和185，数据线171的末端部分179和漏电极175分别通过所述接触孔露出。在钝化层180和栅极绝缘层140内形成多个接触孔181，暴露栅极线121的末端部分129。
在钝化层180上形成多个像素电极191和多个接触辅助部分81和82。
每一像素电极191包括透明电极192和覆盖所述透明电极192的反射电极194。透明电极192是由诸如ITO或IZO的透明导体形成的，反射电极194是由诸如Al、Cr、Ag或这些元素的合金构成的不透明反射导体构成的。但是，可以将反射电极194配置为双层结构。在这样的双层结构中，上层可以由诸如Al、Ag或Ag合金的低电阻率金属构成，下层可以由与ITO和IZO之间具有良好接触特性的材料构成，例如含有Mo的金属、Cr、Ta或Ti。
每一像素电极191都具有由钝化层180的不平坦顶面导致的波纹形轮廓。每一反射电极194具有用于暴露透明电极192的透射窗口196。透射窗口196与上部钝化层180q的切口对准。
像素电极191通过接触孔185物理连接并电连接至漏电极175，以接收来自漏电极175的数据电压。施加了数据电压的像素电极191与滤色器屏板200的公共电极270一起生成电场，所述电场决定了插入到两个电极191和270之间的液晶层3中的液晶分子的取向。根据液晶分子的取向，通过液晶层3的光的偏振将发生变化。每一组像素电极191和公共电极270形成了能够存储电荷的液晶电容器，其用于在关闭TFT后维持所施加的电压。
在透射反射型LCD中，具有由透射电极192界定的透射区域TA和由反射电极194界定的反射区域RA。更具体来讲，透射区域TA是在TFT阵列屏板100、滤色器屏板200和液晶层3的透明窗口196之上和之下布置的部分，反射区域RA是在反射电极194之上和之下布置的部分。在透射区域TA中，从LCD的后面发出的光穿过TFT屏板100和液晶层3，之后离开滤色器屏板200，从而成为用于显示的光。在反射区域RA中，从LCD的正面提供的外部光穿过液晶层3，之后由TFT屏板100的反射电极194反射。反射光再次穿过液晶层3，之后离开滤色器屏板200，从而成为用于显示的光。
上部钝化层180q的切口补偿了透射区域TA和反射区域RA之间的光程差。反射电极194的不平坦顶面防止了镜面反射。因此，防止了由镜面反射导致的图像的产生。
像素电极191覆盖了存储电极线131和扩大部分137。为了提高液晶电容器的电荷储存能力，进一步提供了存储电容器。通过重叠像素电极191和与存储电极线131电连接的漏电极175实现存储电容器。
通过接触孔181和182将接触辅助部分81和82分别连接至栅极线121的末端部分129和数据线171的末端部分179。接触辅助部分81和82在暴露的末端部分129、179和外部设备之间增添粘附力，并对其予以保护。
按照下述说明配置面对TFT阵列屏板100的滤色器屏板200。
在由透明玻璃或塑料制成的绝缘衬底210上提供被称为“黑色矩阵”的多个光阻挡元件220。光阻挡元件220防止光通过像素电极191之间的壁垒泄漏，从而得到清晰的彩色显示，同时阻挡朝向半导体151的凸起154入射的光。光阻挡元件220界定了面对像素电极191的切口区域。
可以将每一光阻挡元件220配置成由Cr构成的单层结构或由Cr和氧化铬构成的双层结构。或者，可以将阻挡元件220配置为由黑色颜料构成的有机层。
在衬底210和光阻挡元件220上形成多个滤色器230。将大多数滤色器230布置在由光阻挡元件220划定边界的切口区域内。在两个相邻的数据线171之间沿竖直方向布置每一滤色器230，其显示红色、绿色和蓝色中的一种。还可以具有一个显示白色的滤色器。将滤色器230相互连接成带状。
在光阻挡元件220和滤色器230上形成覆层250。覆层250包括布置在透射区域TA的透镜部分251。每一透镜部分251具有从覆层250的顶面向内弯曲的凹面252。透镜部分251将通过滤色器屏板200的正面入射到透射区域TA的光朝反射区域RA折射，从而采用折射光进行显示。这样的折射是由不同层之间，例如覆层250和液晶层3之间的折射率的差异引起的。例如，如图2的箭头所示，外界光垂直入射到位于透射区域TA内的屏板200上，并且在透射区域TA内受到透镜部分251的凹面252的折射。折射光进入反射区域RA，之后受到反射电极194的反射。反射光朝向滤色器屏板200的正面传播，从而为显示做出贡献。采用这种方式增强了外界光的反射率，所述外界光是通过屏板200的正面进入透射区域TA的。
透镜部分251的长度D1基本上等于透射区域TA的长度D2。这样的构造几乎可以将所有通过屏板200的正面进入透射区域TA的外界光朝向反射区域RA折射，从而确保了足够的反射率。
透镜部分251在中心点具有大约1μm到2μm的高度。覆层250的厚度优选等于透镜部分251的中心高度，或者比透镜部分251的中心高度大20％。也就是说，优选厚度在大约1μm到2.4μm之间。
在覆层250上形成由诸如ITO或IZO的透明导电材料制成的公共电极270。
图4到图6是根据本发明的三个不同的实施例的三个滤色器屏板的横截面图。
在所有附图中，在由透明玻璃或塑料制成的绝缘衬底210上提供被称为“黑色矩阵”的多个光阻挡元件220。在衬底210和光阻挡元件220上形成多个滤色器230。在光阻挡元件220和滤色器230上形成覆层250。覆层250包括布置在透射区域TA处的透镜部分251。每一透镜部分251具有从覆层250的顶面向内弯曲的凹面252。
图4中的滤色器屏板200进一步包括在由透镜部分251的凹面252界定的空间中提供的填料253。填料253优选具有比覆层250大的折射率。填料253和覆层250的顶面形成了一平面。因此，滤色器屏板200的内表面是均匀的。
图5的滤色器屏板200进一步包括位于滤色器230中的光孔231。在典型的透射反射型LCD中，光在透射区域TA中只穿过滤色器230一次，而在反射区域RA中则穿过两次。因此，导致了透射区域TA和反射区域RA之间存在色调差异，可以通过光孔231对所述色调差异进行补偿。在反射区域RA中形成的每一光孔231为矩形或环形。
在图6的滤色器屏板200中，滤色器230的厚度根据位置而不同。具体而言，所形成的布置在透射区域TA中的滤色器230的第一部分233厚于布置在反射区域RA中的第二部分232。采用这种方式形成的滤色器230降低了透射区域TA和反射区域RA之间的色调差异。
在下文中，将参照图7A到图7E对图4所示的滤色器屏板200的制造方法予以说明。
图7A到图7E是说明制造图4中的滤色器的工艺步骤的示意性横截面图。
如图7A所示，在绝缘衬底210上依次形成光阻挡元件220和滤色器，之后，在其上涂覆由感光有机绝缘体构成的覆层250。
接下来，如图7B所示，通过透明或半透明掩模10使对应于透射区域TA的覆层250的部分20曝光。这里，穿过掩模10的光的透射率在部分20的中央最高，并朝着边缘减小。可以从各种掩模中选出用于这一步骤的掩模。例如，具有相互间根据位置不同而间隔不同距离的狭缝的掩模，具有局部不同的透射率的掩模，和双掩模，用于曝光的能量被以不同的方式传输至所述掩模。
接下来，如图7C所示，对覆层250的曝光部分进行显影，之后对其予以部分去除。从而，在透射区域TA上形成覆层250的凹面252。如上所述，这一凹面252起着对进入透射区域TA的光进行折射的透镜的作用。
接下来，如图7D所示，在由凹面252界定的空间内填充由透明有机材料构成的，并且折射率大于覆层250的折射率的填料253。
接下来，如图7E所示，在覆层250上形成公共电极270。
同时，在图2所示的滤色器屏板200内，在不提供填料252的情况下，直接在具有凹面251的覆层250上形成公共电极270。
根据本发明，如上所示，由于使进入透射区域TA的外界光没有光损失地用于图像显示，从而改善了设备的总反射率和室外可见度。
本发明不仅限于上述具体实例，而是覆盖了如附加的权利要求清楚限定的所有特征。回顾这一刚刚完成的说明书，可以发现，可能存在各种能够应用本发明的变化、等价过程工艺和大量结构。

Claims (21)

1.一种带有透射区域和反射区域的、用于透射反射型液晶显示器的滤色器屏板，其包括：
一衬底；
在所述衬底上形成的多个滤色器；
在所述滤色器上形成的覆层，其包括分别位于所述透射区域内的透镜部分；以及
在所述覆层上形成的公共电极。
2.如权利要求1所述的滤色器，其中，每一透镜部分包括从所述覆层的顶面向内弯曲的凹面。
3.如权利要求2所述的滤色器，其中，每一透镜部分进一步包括在由所述凹面界定的空间内提供的填料层。
4.如权利要求3所述的滤色器屏板，其中，所述填料层具有的折射率大于所述覆层的折射率。
5.如权利要求1所述的滤色器屏板，其中，每一透镜部分具有基本上等于所述透射区域的长度的直径。
6.如权利要求2所述的滤色器屏板，其中，所述透镜部分的中心点具有1μm到2μm的高度。
7.如权利要求6所述的滤色器屏板，其中，所述覆层具有1μm到2.4μm的厚度。
8.如权利要求1所述的滤色器屏板，其中，所述覆层包括感光透明有机材料。
9.如权利要求1至8中任何一项所述的滤色器屏板，其进一步包括位于所述反射区域内的光孔。
10.如权利要求1至8中任何一项所述的滤色器屏板，其中，所形成的对应于所述透射区域的滤色器部分厚于对应于所述反射区域的滤色器部分。
11.一种带有透射区域和反射区域的透射反射型液晶显示器，其包括：
第一衬底；
在所述第一衬底上形成的多个薄膜晶体管；
在所述薄膜晶体管上形成的多个像素电极，其设有多个透明电极和反射电极；
第二衬底；
在所述第二衬底上形成的覆层，其包括分别在所述透射区域内形成的多个透镜部分；
在所述覆层上形成的公共电极；以及
插入到所述第一和第二衬底之间的液晶层。
12.如权利要求11所述的透射反射型液晶显示器，其进一步包括在所述第二衬底和所述覆层之间形成的多个滤色器。
13.如权利要求12所述的透射反射型液晶显示器，其进一步包括在所述薄膜晶体管和所述像素电极之间形成的钝化层，所述钝化层设有在所述透射区域内形成的多个切口。
14.一种制造滤色器屏板的方法，其包括的步骤有：
(A)在衬底上形成多个滤色器；
(B)在所述滤色器上形成覆层；
(C)通过对所述覆层构图形成多个透镜部分；以及
(D)在所述覆层上形成公共电极。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述覆层由感光透明有机材料构成。
16.如权利要求15所述的方法，其中步骤(C)包括形成凹面的步骤，在这一步骤当中对所述覆层局部曝光，之后，部分去除所曝光的部分，从而在每一透镜部分中形成凹面。
17.如权利要求16所述的方法，其进一步包括将透明有机材料填充到由所述透镜部分的所述凹面界定的空间。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述透明有机材料具有的折射率大于所述覆层的折射率。
19.如权利要求16所述的方法，其中，每一透镜部分具有基本上等于所述透射区域的长度的直径。
20.如权利要求14所述的方法，其中，所述透镜部分的中心点具有1μm到2.4μm的高度。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述覆层具有1μm到2.4μm的厚度。
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