CN1892328A - 共平面开关模式液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，包括下述步骤：在基板上形成第一绝缘层；在包含第一绝缘层的基板上形成用于公共电极和像素电极的电极层；在电极层上形成第二绝缘层；蚀刻第二绝缘层，从而使第二绝缘层保留在第一绝缘层的侧面上；和用保留的第二绝缘层作为掩模蚀刻电极层，从而形成彼此平行设置的公共电极和像素电极。因为公共电极和像素电极形成为0.1μm到2μm的宽度，所以开口率增大了，透射率也提高了。

Description

共平面开关模式液晶显示器件及其制造方法
本申请要求2005年6月27日提交的韩国专利申请第P2005-55725的优先权，其在这里结合作为参考，就像其在这里全部列出一样。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件，尤其涉及一种共平面开关(IPS)模式液晶显示器件。
背景技术
在具有仅几厘米厚屏幕的超薄平板显示器件中，液晶显示器件主要用在诸如便携式电脑，监视器和飞机等各种领域中。
液晶显示器件包括下基板、上基板和形成在上下基板之间的液晶层。在液晶显示器件中，在有电压施加时，液晶的排列发生变化，光透射率随着排列的变化而调整，从而显示图像。
下面将参照附图详细介绍传统液晶显示器件。
图1A至图1B所示为传统液晶显示器件的透视图，尤其是扭曲向列(TN)模式液晶显示器件的透视图。图1A示出了其上没有施加电压的传统TN模式液晶显示器件的状态，图1B示出了其上施加有电压的传统TN模式液晶显示器件的状态。
首先，简要介绍传统TN模式液晶显示器件的结构，并详细描述其工作原理。
传统TN模式液晶显示器件包括第一基板1，第二基板3，及形成在基板1和3之间的液晶层5。
第一基板1包括形成在其外侧上且具有沿预定方向定向的透射轴的第一偏振片7，第二基板3包括形成在其外侧上且具有与第一偏振片7的透射轴垂直的透射轴的第二偏振片9。
此外，尽管在附图中没有描述，但第一基板1还包括像素电极，而第二基板3还包括公共电极，从而在像素电极与公共电极之间产生垂直方向的电场。
如图1A中所示，在无电压施加时，液晶层5在第一基板1和第二基板3之间扭曲90度。这里，在光10通过第二偏振片9进入时，光10穿过液晶层5。此时，和液晶层的分子扭曲90度一样，光10也扭曲90度并穿过第一偏振片7。从而，显示白色图像。
如图1B中所示，在有电压施加时，通过像素电极和公共电极之间的垂直方向电场的作用，液晶层5的分子在基板1和3之间垂直排列。这里，在光10通过第二偏振片9进入时，光10穿过液晶层5。此时，因为光的偏振方向没有旋转，光10不能穿过第一偏振片7。从而，显示黑色图像。
然而，TN模式液晶显示器件具有视角窄这一严重缺陷。
图2A至图2C所示为与传统TN模式液晶显示器件视角有关的问题的示意图。
图2A示出了无电压施加时的白色显示状态。图2B表示了满电压施加时的黑色显示状态，图2C示出了施加中等级别电压时的中等级别显示状态。
如图2A中所示，在无电压施加时，液晶层5的分子在相同的方向上扭曲很小的角，入射光(图中箭头表示)在所有方向上作为白色光显示。
如图2B中所示，在满电压施加时，由于电场的作用，液晶层5的分子在垂直方向上排列，入射光没有扭曲，从而显示黑色。
如图2C中所示，在中等级别电压施加时，液晶层5的分子在倾斜方向上排列，而显示的状态根据入射光的方向而不同。换句话说，从右下侧到左上侧方向上进入的光显示黑色，因为光的偏振方向没有改变，相反，从左下侧到右上侧的方向上进入的光显示为白色，因为光的偏振方向扭曲了。
这样，传统TN模式液晶显示器件具有这样的缺点，即显示状态根据光的入射角而不同且视角很窄。
因而，拓宽视角的研究工作正在全力进行中，且提出了各种各样的方法。例如，提出了使用水平方向电场的共平面开关(IPS)模式，使用垂直排列层的垂直排列(VA)模式，和电控双折射(BCB)模式，分割畴并使用液晶层分子排列的平均值的多畴方法，及使用相位补偿膜来根据视角变化改变相位差的相位补偿方法。
本发明涉及拓宽视角方法中一种IPS模式液晶显示器件，下面将详细描述传统IPS模式液晶显示器件。
图3A至图3D示出了传统IPS模式液晶显示器件，其中图3A和图3B所示为无电压施加其上的传统IPS模式液晶显示器件的截面图和平面图，图3C和图3D所示为有电压施加其上的传统IPS模式液晶显示器件的截面图和平面图。
首先，简要介绍传统IPS模式液晶显示器件的结构，并详细描述其工作原理。
传统IPS模式液晶显示器件包括第一基板1，第二基板3，和形成在基板1和3之间的液晶层5。
第一基板1包括形成在其外侧上且具有沿预定方向定向的透射轴的第一偏振片7，第二基板3包括形成在其外侧上且具有与第一偏振片7的透射轴垂直的透射轴的第二偏振片9。
此外，第一基板1包括互相平行的像素电极2和公共电极4，从而在像素电极2和公共电极4之间产生水平方向的电场。
如图3A和图3B中所示，在无电压施加时，液晶层5大致平行于电极2和电极4的纵向方向排列。这里，在光10通过第一偏振片7进入时，光10透过液晶层5。此时，因为光10的偏振方向没有旋转，所以光10不能穿过具有与第一偏振片7的透射轴垂直的透射轴的第二偏振片9。从而，显示黑色图像。
如图3C和图3D中所示，在有电压施加时，液晶层5在第一基板1附近与第二基板3附近之间排列有所不同。换句话说，由于像素电极2和公共电极4之间的水平方向电场，液晶层5在第一基板1附近相对于电极2和电极4纵向方向的垂直方向上排列，并在第二基板3附近相对于电极2和电极4纵向方向的水平方向上排列，和无电压施加时一样，因为电场的作用很弱。
因而，在光10通过第一偏振片7进入时，光10穿过液晶层5。此时，因为像液晶层5的分子一样，光10被扭曲并穿过，所以光10穿过与第一偏振片7相反的第二偏振片9。从而，显示白色图像。
这样，因为在传统IPS模式液晶显示器件中，液晶层的分子垂直竖起却水平切换，所以，即使在施加中间级别电压时，视角也不会根据光的入射角改变。
然而，因为像素电极2和公共电极4形成在第一基板1上，所以传统IPS模式液晶显示器件具有较低的透射率。
低透射率的原因是因为开口率随着像素电极2和公共电极4的宽度增加而下降。目前，像素电极2和公共电极4的宽度大约是4μm，这是光刻法能够形成的最小值。在进行光刻时，由于光刻的特性，减小像素电极2和公共电极4的宽度是很限的。
发明内容
因此，本发明涉及一种制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，其基本克服了由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。
本发明的第一个目的是提供一种制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，其使用了新的工序，从而显著减小了像素电极和公共电极的宽度，增加了开口率。
本发明的第二个目的是提供一种共平面开关模式液晶显示器件，其显著减小了像素电极和公共电极的宽度，从而增加了开口率。
在下面的描述中列出了本发明的其它优点、目的和特征，其一部分根据下面的解释对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，或通过实践本发明可以领会到。通过在所写说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的这些和其它的优点。
为了实现这些目的和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，制造共平面开关模式液晶显示器件的方法包括如下步骤：1)在基板上形成具有预定形状的第一绝缘层，2)在包含第一绝缘层的基板上形成用于公共电极和像素电极的电极层，3)在电极层上形成第二绝缘层，4)蚀刻第二绝缘层，以使第二绝缘层留在第一绝缘层的侧面上，及5)使用保留的第二绝缘层作为掩模蚀刻电极层，从而形成彼此平行设置的公共电极和像素电极。
在研究为增加共平面开关模式液晶显示器件的开口率而显著减小像素电极和公共电极的宽度的方法时，发明人从一种现象得到启示发明了本专利，即当控制工序使电极层保留在构图的绝缘层的侧面上时，保留的电极层的宽度非常小。发明人将保留在绝缘层侧面上的电极层用于公共电极和像素电极。
在本发明的另一个方面，共平面开关模式液晶显示器件包括：互相面对并分别具有像素区域的第一基板和第二基板，形成在第一和第二基板之间的液晶层，在第一基板上构图的第一绝缘层，及交替形成在第一绝缘层侧面上并互相平行排列的公共电极和像素电极。
应该理解，本发明上面的概述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，意欲对所要求保护的本发明提供进一步解释。
附图说明
所包括的用于提供对本发明进一步解释并引入构成本申请一部分的附图说明了本发明的实施方式，并与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1A和图1B是分别示出其上施加有电压施加时的传统扭曲向列模式液晶显示器件和其上没有施加电压时的传统扭曲向列模式液晶显示器件的示意图；
图2A至图2C是示出常规扭曲向列模式液晶显示装置中视角形成较窄的问题的示意图，其中图2A示出了没有施加电压时的白色显示状态，图2B示出了施加满电压时的黑色显示状态，图2C示出了施加中等级别电压时的中等级别显示状态；
图3A至图3D是示出传统IPS模式液晶显示器件的示意图，其中图3A和图3B是示出其上没有施加电压时的传统IPS模式液晶显示器件的截面图和平面图，图3C和3D是示出其上施加有电压时的传统IPS模式液晶显示器件的截面图和平面图；
图4A到图4E是示出依据本发明优选实施方式的IPS模式液晶显示器件的制造工序的截面图；和
图5是示出依据本发明优选实施方式的IPS模式液晶显示器件的截面图。
具体实施方式
将参照附图4A和图5中所示的制造共平面开关液晶显示器件的方法的实施例，详细描述本发明的优选实施方式。
下面将介绍制造共平面开关模式液晶显示器件的方法。
图4A到图4E所示为依据本发明优选实施方式的IPS模式液晶显示器件的制造工序的截面图。图4A到图4E仅示出了在共平面开关模式液晶显示器件的单元像素区域内形成像素电极和公共电极的工序。可能通过本发明领域中各种公知的方法及其修改例形成其他元件。
首先，如图4A中所示，将第一绝缘层110构图，从而在基板100上具有预定形状。
第一绝缘层110由诸如硅的氧化物(SiOx)、硅的氮化物(SiNx)等的无机材料，诸如苯并芴、聚乙烯醇等的有机材料，或无机材料和有机材料的双层形成。
随后，如图4B中所示，在包括第一绝缘层110的基板100的整个表面上形成用于公共电极和像素电极的电极层200。
诸如ITO等的透明金属，或诸如钼(Mo)，钛(Ti)等的不透明金属可用作电极层200的材料。
随后，如图4C中所示，在电极层200上形成第二绝缘层130。
第二绝缘层130由适合在后述工序过程中使用蚀刻获得预定形状的适当材料形成，优选无机材料，更优选使用二氧化硅(SiO2)或硅的氧化物(SiOx)。
随后，如图4D中所示，蚀刻第二绝缘层130，从而在第一绝缘层110侧面上形成第二绝缘层130a。
最好通过使用蚀刻气体的干蚀刻来执行蚀刻。
在用诸如硅的氧化物(SiOx)、硅的氮化物(SiNx)等的无机材料作为第二绝缘层130时，如图4D中所示，在注入蚀刻气体时，第二绝缘层130a只保留在第一绝缘层110的侧面处。应当理解，产生该结果是因为在第一绝缘层110的侧面处的第二绝缘层130的厚度比在其他区域的厚。
随后，如图4E中所示，通过使用保留的第二绝缘层130a作为掩模蚀刻电极层200，从而形成互相平行的公共电极200a和像素电极200b。
公共电极200a和像素电极200b连接第一绝缘层110的侧面，并水平延伸到第一绝缘层110的上侧和基板100的表面。此外，公共电极200a和像素电极平行设置。
虽然在图中没有描述，但是在图4E的工序之后，可以清除保留的第二绝缘层130a。
这样，公共电极200a和像素电极200b的宽度(见图4E中所述的长度X)确定为在图4B的工序过程中形成的电极层200的厚度与延伸到第一绝缘层110上侧和基板100表面的长度的和。因为电极层200的厚度形成在0.03μm到0.1μm的范围内，所以在考虑到延伸的长度时，公共电极200a和像素电极200b的宽度X形成在0.1μm到2μm的范围内，这样显著增加了开口率。
同时，如上所述，图4A到图4E仅示出了在单位像素区域内形成像素电极和公共电极的工序。在单位像素区域中形成互相交叉的栅线和数据线，在栅线和数据线的交叉区域中形成薄膜晶体管。
通过本发明领域中各种公知的方法形成栅线、数据线和薄膜晶体管。
此外，图4A到图4E仅示出了形成其中形成有像素电极和公共电极的基板的工序。通过在基板和面对该基板的相对基板之间设置液晶层并将基板和相对的基板粘接来形成共平面开关模式液晶显示器件。
此时，通过继续形成遮光层、红色滤色片层、蓝色滤色片层和绿色滤色片层制造相对的基板。
此外，基板之一进一步形成有用于保持液晶显示装置盒间隙的衬垫料。
至少一个基板进一步形成有定向膜，用于初始定向液晶。通过使用聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯醇(PVA)、聚酰胺酸等化合物的摩擦定向，或通过使用光反应材料，如聚肉桂酸乙烯酯(PVCN)化合物、聚硅氧烷肉桂酸酯(PSCN)化合物、纤维素肉桂酸酯(CelCL)化合物等的光定向材料来形成定向膜。
同时，作为在基板之间形成液晶层的方法有真空注入方法和滴落方法。
真空注入方法是粘接基板并通过注入口注入液晶的方法，滴落方法是在任意一个基板上滴落液晶并粘接基板的方法。如果基板尺寸较大，因为通过真空注入方法注入液晶花费时间较长，且降低了生产率，所以滴落方法是合适的方法。
下面将介绍共平面开关(IPS)模式液晶显示器件。
图5所示为依据本发明优选实施方式的IPS模式液晶显示器件的截面图，但仅示出了IPS模式液晶显示器件单位像素区域中的像素电极和公共电极。
如图5中所示，依据本发明优选实施方式的IPS模式液晶显示器件包括互相面对的第一基板100和第二基板300，及形成在基板100和基板300之间的液晶层400。
在第一基板100上，将第一绝缘层110构图，在第一绝缘层110的侧面上交替形成公共电极200a和像素电极200b。
公共电极200a和像素电极200b与第一绝缘层110和110a的侧面接触，并水平延伸到第一绝缘层110的顶侧和基板100的表面。此外，公共电极200a和像素电极平行排列，从而产生水平方向的电场。
此外，在公共电极200a和像素电极200b上形成第二绝缘层130a。
这里，诸如ITO等的透明金属，或诸如钼(Mo)，钛(Ti)等的不透明金属可用作公共电极200a和像素电极200b的材料。此外，公共电极200a和像素电极200b的宽度从0.1μm到2μm。
第一绝缘层由无机材料或有机材料形成。
第二绝缘层优选由无机材料形成，更优选由二氧化硅(SiO2)或硅的氮化物(SiNx)形成。
在第二基板300上，形成用于阻止光泄漏的遮光层310，并在遮光层310上形成RGB(红色，绿色和蓝色)滤色片层320。
虽然在附图中没有描述，但在第一基板100上，栅线和数据线互相交叉，从而确定像素区域，且在栅线和数据线的交叉区域中形成薄膜晶体管。
通过密封材料密封基板100和基板300，并在基板100和基板200之间形成衬垫料来保持液晶显示器件的盒间隙。衬垫料为球形衬垫料或柱形衬垫料。
此外，基板100和基板300中至少一个进一步形成有用于液晶初始定向的定向膜。
虽然没有详细地描述，但可通过本发明领域中公知的各种方法修改除了作为本发明核心的公共电极200a和像素电极200b之外的各种元件。
依据本发明，由于公共电极和像素电极可以形成在0.1μm到2μm范围内，所以显著增加了开口率，并提高了透射率。
很显然，本领域的熟练技术人员可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改进。因此，本发明旨在覆盖所有落入所附权利要求及其等效物范围内的对本发明进行的修改和改进。

Claims (18)

1.一种制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，包括下述步骤：
1)在基板上形成预定形状的第一绝缘层；
2)在包含所述第一绝缘层的所述基板上形成用于公共电极和像素电极的电极层；
3)在所述电极层上形成第二绝缘层；
4)蚀刻所述第二绝缘层，从而使所述第二绝缘层保留在所述第一绝缘层的侧面上；和
5)用所述保留的第二绝缘层作为掩模蚀刻所述电极层，从而形成互相平行设置的公共电极和像素电极。
2.根据权利要求1所述的制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，其特征在于，通过使用蚀刻气体的干蚀刻来执行所述步骤4)。
3.根据权利要求1所述的制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，其特征在于，所述步骤3)中形成的所述第二绝缘层包括二氧化硅或硅的氮化物。
4.根据权利要求1所述制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，其特征在于，进一步包括移除所述保留的第二绝缘层的步骤。
5.根据权利要求1所述制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤：
A)在所述基板上形成互相交叉的栅线和数据线；和
B)在所述栅线和所述数据线的交叉区域中形成薄膜晶体管。
6.根据权利要求5所述制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤：
C)制备面对所述基板的相对的基板，所述相对的基板设置有遮光层和滤色片层；和
D)在所述基板和所述相对的基板之间形成液晶层。
7.根据权利要求6所述制造共平面开关模式液晶显示器件的方法，其特征在于，所述步骤D)包括下述步骤：
在至少所述基板和所述对向基板之一上滴落所述液晶层；和
粘接所述基板和所述对向基板。
8.一种共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，包括：
彼此相对并分别具有像素区域的第一基板和第二基板；
形成在所述第一和第二基板之间的液晶层；
在所述第一基板上构图的第一绝缘层；和
交替形成在所述第一绝缘层侧面上且互相平行排列的公共电极和像素电极。
9.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，进一步包括形成在所述公共电极和所述像素电极上的第二绝缘层。
10.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，所述公共电极和所述像素电极的宽度为0.1μm到2μm。
11.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，所述公共电极和所述像素电极由透明金属或不透明金属形成。
12.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，所述第一绝缘层由无机材料或有机材料形成。
13.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，所述第二绝缘层由无机材料形成。
14.根据权利要求13所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，所述第二绝缘层由二氧化硅或硅的氮化物形成。
15.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，所述公共电极和所述像素电极与所述第一绝缘层的侧面接触并延伸到所述第一绝缘层的顶侧和所述第一基板的表面。
16.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，进一步包括：
形成在所述第一基板上互相交叉的栅线和数据线；和
形成在所述栅线和所述数据线交叉区域中的薄膜晶体管。
17.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，进一步包括形成在所述第二基板上的遮光层和滤色片层。
18.根据权利要求8所述共平面开关模式液晶显示器件，其特征在于，进一步包括形成在所述第一基板和所述第二基板之间用来保持盒间隙的衬垫料。
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