CN1904680A - 面内转换模式的液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种IPS－模式LCD器件，包括其间夹有LC层的TFT基板和对置基板。每个像素包括由形成于TFT基板上的钝化膜所覆盖的像素电极，和形成于钝化膜顶表面上的公共电极。钝化膜在与公共电极接触的部分处具有第一厚度，并且在与像素电极接触的部分处具有小于第一厚度的第二厚度，由此具有钝化膜的平坦顶表面。
Description
技术领域
本发明涉及面内转换模式(IPS-模式)的液晶显示器件，更具体地，涉及在每个像素中具有均匀电场的IPS-模式的LCD器件。本发明还涉及用于制造LCD器件的方法。
背景技术
LCD器件分为两种模式，包括：第一模式，其中在液晶(LC)层内LC分子的定向在其间夹有LC层的基板表面的法线方向上旋转；和第二模式，其中液晶(LC)分子的定向在平行于基板的表面(基板表面)的方向上旋转。第一种模式包括作为典型实例的扭转向列模式(TN-模式)的LCD器件，第二种模式包括作为典型实例的IPS-模式LCD器件。
在TN-模式的LCD器件中，由于LC分子旋转并偏离基板表面的平面法线，因此经LC层传递的光的偏振角随着视角的增加而偏离，从而仅实现了有限的视角特性。另一方面，在IPS模式LCD器件中，由于LC分子在基板表面的平面法线中旋转，因此光的偏振角即使在更大的视角下也不会改变，从而获得更宽的视角特性。因此，即将应用更多的IPS-模式的LCD器件。
这里注意到，IPS-模式LCD器件包括第一类型，其中每个像素中的电极对设置于绝缘膜的公共表面上；以及第二类型，其中每个像素中的电极对设置于绝缘膜的相对表面上。图7示出了第二类型的LCD器件。
图7的LCD器件包括设置在LC层30的入射光一侧上的薄膜晶体管(TFT)基板10，以及设置在LC层30的出射光一侧上的对置基板20。TFT基板10包括钝化膜17，该钝化膜17具有其上形成公共电极19的底表面和其上形成像素电极16的顶表面。
图8A示出了图7的LCD器件像素中的像素电极16和公共电极19的排列。图7为沿图8A中线VII-VII截取的截面图。像素电极16和公共电极19在图8A中像素的横向上彼此相对。由于像素电极16和公共电极19将钝化膜17夹在中间，如上文所述，因此当从基板表面的法向观察时，电极19和16两者可能相互重叠。
图8B示出了第一类型的IPS-模式LCD器件的像素，用数字201表示，其中在绝缘膜的公共表面上形成像素电极16和公共电极19。在图8B的结构中，当从基板表面的法向观察时，像素电极16和公共电极19之间具有为了避免短路故障的特定间隙。
图8A的结构的优点在于，像素电极16相对于公共电极19具有更大的电容从而改进其电荷储存能力。图8A的结构还具有另一优点在于，施加于LC层的横向电场在电极16、19的边缘附近增强，从而增加了在明亮状态显示期间的光透射因数。
例如，如图7和8A所示的LCD器件装置在专利公布JP-2004-62145A中有描述。
在图7的LCD器件200中，钝化膜17应该有足以承受像素电极16和公共电极19之间电压的绝缘功能。如果钝化膜17在其厚度上具有宽范围的变化，并因此在一个或多个像素中具有比用于承受施加在像素电极16和公共电极19之间的电压的特定厚度更小的厚度，则钝化膜17的击穿会导致在这个或这些像素中产生缺陷，该缺陷被称为LCD器件中的点缺陷。
另一方面，如果钝化膜17具有大于所述特定厚度的厚度，则钝化膜17会降低施加于LC层的电压，由此钝化膜17阻止了足够的横向电场施加于LC层30。为了避免这种情况以增强横向电场，必须在像素电极16和公共电极19之间施加更高的电压，结果增加了LCD器件的功耗。
另外，具有更大厚度的钝化膜17在施加于LC层的横向电场中提供了更宽的变化范围。这使得用于各像素间电荷储存功能的变化范围更宽，从而在LCD器件中造成闪烁或残留图像。
发明内容
由于常规技术中的所述问题，本发明的目的是提供一种IPS-模式的LCD器件，其可以保证将合适的耐受电压施加于像素中的电极之间，降低LCD器件的功耗，并抑制LCD器件中的闪烁或残留图像。
本发明提供了一种液晶显示(LCD)器件，包括液晶(LC)层和在它们之间夹有LC层以限定多个像素的第一和第二基板，第一基板包括每个像素中的第一电极和第二电极，以便向LC层施加横向电场，其中：在第一基板上设置透明绝缘膜；在透明绝缘膜的靠近LC层的第一表面上形成第一电极，在透明绝缘膜的远离LC层的第二表面上形成第二电极；透明绝缘膜在与第一电极相接触的位置处具有第一厚度(D1)，以及在与第二电极相接触的位置处具有小于第一厚度的第二厚度(D2)。
本发明提供了一种用于制造液晶显示(LCD)器件的方法，该液晶显示器件包括：液晶(LC)层，和其间夹有LC层以限定多个像素的第一和第二基板，第一基板包括在每个像素中的第一电极和第二电极，以便向LC层施加横向电场，该方法包括步骤：在第一基板上形成第二电极；在第二电极上形成透明绝缘膜；在透明绝缘膜上形成透明导电膜；在透明导电膜上形成具有第一厚度(D1)的掩模图案；通过使用该掩模图案作为蚀刻掩模，对透明导电膜进行构图以形成第一电极；通过使用该掩模图案作为蚀刻掩模，选择性地蚀刻透明绝缘膜，以获得具有小于第一厚度的第二厚度(D2)的透明绝缘膜的第一部分。
根据本发明的LCD器件和由发明的方法制造的LCD器件，其中透明绝缘膜在与第二电极相接触的位置处具有较小厚度的结构增强了通过透明绝缘膜由第一电极和第二电极向LC层施加的电场，而不会显著降低透明绝缘膜的耐受电压，并且缩小了施加于LC层的电场的变化范围，从而抑制了LCD器件的闪烁或残留图像。
参考附图，本发明的所述和其他目的、特征和优点将由以下描述而更加明晰。
附图说明
图1A和1B示出了根据本发明第一实施例的分别沿像素阵列的横向和纵向截取的IPS-模式LCD器件的截面图。
图2示出了第一实施例的LCD器件中像素的顶视图。
图3A至3C示出了第一实施例的LCD器件在其连续制作步骤中的截面图。
图4示出了根据本发明第二实施例的LCD器件的顶部平面视图。
图5A和5B分别示出了根据本发明第三实施例的LCD器件沿横向和纵向截取的截面图。
图6A和6B示出了第三实施例的LCD器件在其连续制作步骤中的截面图。
图7示出了常规LCD器件的截面图。
图8A示出了常规LCD器件的顶部平面视图，图8B示出了另一常规LCD器件的顶部平面视图。
具体实施方式
现在，参考附图更加具体地描述本发明，其中类似的构成元件在所有图中用类似的参考数字表示。图1A和1B示出了根据本发明第一实施例的有源矩阵IPS-模式LCD器件。
用数字100表示的LCD器件包括像素阵列101，其中的一个由图1A和1B示出。LCD器件100包括TFT基板10和对置基板20，在它们之间夹有其中包含LC分子31的LC层30。LCD器件100设置在背光源(未示出)的前面，而对置基板20设置在LC层30前侧。每个像素101具有用于传送由背光源发射的背光45的光线转换功能。每个像素101的光线转换功能由形成于TFT基板10上的相应TFT(未示出)采控制。在对置基板20上安装有用于各个像素的滤色片23和限定光屏蔽区102的黑色矩阵22。
TFT基板10包括玻璃基板体11。在光屏蔽区102内沿行方向在玻璃基板体11上延伸的多条扫描线12和多条公共线13由栅绝缘膜14覆盖。多条数据线15在光屏蔽区102内沿列方向在栅绝缘膜14上延伸。配置了数据线15的导电层还形成了像素电极16。
扫描线12、公共线13、数据线15和像素电极16由金属材料构成。鉴于上层绝缘膜的平坦顶表面，数据线13和像素电极16应具有合适的厚度且具有较低的电阻，优选地，具有150到250nm的厚度，例如，在本例中为200nm。
钝化膜17覆盖栅绝缘膜14上的数据线15和像素电极16。在钝化膜17上，从基板表面的法向观察时，具有相对较大厚度的图案化的有机条18在列方向上延伸，同时与数据线15重叠。由透明导电材料，例如氧化铟锡(ITO)构成的公共电极19覆盖图案化的有机条18和钝化膜17。
与金属材料相比，ITO具有相对较大的电阻。因此，配置公共线13的金属材料用于减小公共电极19和公共线13的整体电阻，从而抑制信号传输中的延时。具有约为1.5μm厚度的图案化的有机条18降低了数据线15和公共电极19之间的耦合电容。图案化的有机条可以具有0.3到3μm的厚度。
对置基板20包括玻璃基板体21，在其上，部分黑色矩阵22沿行方向延伸，以配置部分的光屏蔽区102，扫描线12和公共线13在光屏蔽区102中延伸。滤色片23覆盖像素201的区域和部分黑色矩阵22。相邻滤色片23的边缘相互重叠以构成沿列方向延伸的部分光屏蔽区102。在黑色矩阵22和滤色片23上形成保护膜24。
分别在TFT基板10和对置基板20的最外表面上形成与LC层30相面对的定向膜41、42。在LCD器件制造前，定向膜41、42沿相互平行的方向上经受摩擦，由此将LC层30中的LC分子31均匀地沿该摩擦方向定向成其初始状态。在TFT基板10的光入射侧和对置基板20的光出射侧上，沿彼此交叉偏光位置(cross-nicols)分别设置一对偏振膜43、44。TFT基板10上的偏振膜43具有与LC分子31的初始定向方向相一致的光吸收轴。
图2示出了每个像素201中的电极排列。图1A和1B分别对应沿图2中的线Ia-Ia和Ib-Ib截取的截面图。每条扫描线12和每条公共线13在相邻的像素101之间沿像素阵列的行方向延伸。每条数据线15在相邻的像素101之间沿列方向延伸。
在扫描线12和数据线15之间的每个交叉点附近都配置有用于驱动相应像素101的TFT 51。TFT 51包括岛状半导体层52、源/漏电极53、54和配置成栅电极的部分扫描线12。源电极53与像素电极16相连，漏电极54与相应的数据线15相连。通过形成在钝化膜17和栅绝缘膜14中的通孔栓55，公共线13与盖层公共电极19相连。
在像素101内，像素电极16包括从源电极53伸出的引线部分16a和从引线部分16a伸出的彼此平行的多条支线16b。在像素101内，公共电极19包括对于像素101的行共用的引线部分19a和从引线部分19a伸出的彼此平行的多条支线19b。引线部分16a、19a和相应的支线16b、19b配置成梳状。支线16b和支线19b将横向电场施加到它们之间的LC层30的相应部分上。从基板表面的法向观察时，一些支线19b与数据线15重叠，从而屏蔽了由数据线15产生的电场。
从基板表面的法向观察时，像素电极16的引线部分16a与部分公共线13重叠，同时，从基板表面的法向观察时，公共电极19的引线部分19a与部分扫描线12和公共线13重叠。像素电极16的引线部分16a包含耦合电容，该耦合电容与下面的公共线13和上面的公共电极19的引线部分19a相连，该耦合电容具有电荷存储功能。
定向膜41、42具有与像素101的列方向一致的摩擦方向32。数据线15、像素电极16的支线16b和公共电极19的支线19b沿相对于摩擦方向32成特定角度的方向延伸，并沿列方向相对它们的中心线具有对称的结构。更具体地，在靠近TFT 51的像素101的第一半区103内，那些电极线在相对摩擦方向32沿逆时针方向偏转特定角度的方向上延伸，而在远离TFT 51的像素101的第二半区104内，那些电极线在相对摩擦方向32沿顺时针方向偏转特定角度的方向上延伸。从基板表面的法向观察时，像素电极16的支线16b的边缘56与公共电极19的引线部分19a重叠。
在像素101的初始状态下，在该状态下像素电极16和公共电极19之间未施加电压，LC分子31平行于TFT基板10上的偏振膜43的吸收轴定向，从而使入射到TFT基板10上的光线不能穿过LC层30向对置基板20传输。
一旦通过TFT 51的功能在像素电极16和公共电极19之间施加了特定的电压，则由于特定电压产生的横向电场，使得在相应部分中的LC分子31在平行于基板表面的平面内旋转。入射到TFT基板10上的光线由于LC层30的双折射而可以穿过LC层30向对置基板20传输，并通过控制电压幅值并由此控制了LC分子31的旋转角度，从而控制传输光的光强度。
像素101中电极线的对称结构产生了相对于中心线对称的电场，从而在像素101的第一半区103和第二半区104内沿相反的旋转方向旋转LC分子31。在此旋转中，第一和第二半区103、104两者相互补偿所传输光线的光学特性，从而改进了LCD器件100沿侧向观察时的光学特性。
回到图1A和1B，在本实施例的LCD器件100中，其上形成公共电极19的部分钝化膜17具有300nm的厚度(D1)，而钝化膜17其他部分具有100nm的厚度(D2)。钝化膜17的较厚部分在像素电极16和公共电极19之间提供了更高的耐受电压。钝化膜17的较薄部分增强了施加于LC层30的横向电场，从而降低了将要施加在像素电极16和公共电极19之间的电压，并由此减小了LCD器件100的功耗。图1A和1B示出的数字61表示在制造过程中除去的一部分透明绝缘膜(氮化硅膜)，从而配置成具有不同厚度D1和D2的钝化膜17。
在本实施例的LCD器件100中，钝化膜17的较薄部分缩短了像素电极16和LC层30之间的距离，由此缩小了施加于LC层30的电场中的变化范围。这减少了各像素中在定向膜41和LC层30之间的界面上所储存的电荷变化，从而抑制了闪烁和残留图像的发生。
根据发明人的研究，膜厚D1和D2之间的关系满足D2＜D1-40(nm)，确保了像素电极16和公共电极19之间稳定的耐受电压，有效地降低了钝化膜17内的电压，并减小了各像素中LC层30中电场的变化范围。为了获得钝化膜17内下降的电压和各像素中LC层30中电场变化范围的减小，优选D1大于或等于150nm，且D2小于等于100nm。
下文描述对于图1A和1B的LCD器件100的制造工艺。通过溅射将金属膜淀积在玻璃基板体11上，接着对其构图以形成数据线12和公共线13(参见图1B)。例如，金属膜可由例如铬构成。
采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，分别将栅绝缘膜14、未掺杂的非晶硅膜和n型非晶硅膜连续淀积至400nm、200nm和30nm的厚度。随后，采用干法蚀刻工艺对非晶硅膜进行构图，以形成用于各个TFT 51的岛状半导体层52(图2)。
然后，通过溅射将金属膜淀积在岛状半导体层52和栅绝缘膜14上，接着对其构图以配置数据线15、像素电极16、源极电极53和漏极电极54。金属膜可由例如铬构成。
随后，在数据线15、像素电极16、源极电极53、漏极电极54和栅绝缘膜14上淀积厚度为300nm的氮化硅膜。然后通过涂敷，将1.5μm厚的光敏丙烯酸膜形成在氮化硅膜上，使其曝光并用显影液使其显影，从而配置成图案化的有机条18。
随后，运用选择性蚀刻技术在氮化硅膜61和栅绝缘膜14中形成通孔。图3A到3C连续示出了制造的后继步骤。这些图对应图1A的位置。如图3A所示，然后通过溅射将ITO膜62淀积在氮化硅膜61上和通孔内。然后采用已知的光刻和蚀刻技术，在ITO膜62上形成光致抗蚀剂掩模图形63，并将其用于对ITO膜62进行构图，以配置填充通孔的通孔栓和公共电极19，如图3B所示。
此后，通过将抗蚀剂掩模63作为蚀刻掩膜的蚀刻处理，去除具有200nm厚度的氮化硅膜61的顶部，如图3C所示。这一步骤提供了钝化膜17，该钝化膜17在与公共电极19相接触的部分处具有300nm的厚度(D1)，而在其他部分具有100nm厚度(D2)。然后去除抗蚀剂掩模63以获得TFT基板10。
与TFT基板10分开地，通过采用一种已知技术来形成对置基板20。然后为基板10、20都配置各自的定向膜41、42，定向膜41、42在特定方向上要受到摩擦处理。然后在基板10、20的外围，用密封部件将得到的基板10、20结合到一起，在它们中间夹有间隔物以形成间隙。然后将LC材料通过注入口注入到该间隙中以形成LC层，然后堵塞该注入口。
然后在TFT基板10的光入射面和对置基板20的光出射面上结合偏振膜41、42。TFT基板10上的偏振膜43具有与LC分子31的初始定向一致的吸光轴，且将定向膜43、44沿彼此正交偏光位置(cross-nicols)设置。然后将驱动器IC和信号处理板结合到TFT基板10上以驱动TFT，由此得到本实施例的LCD器件的最终结构。
上述工艺在形成钝化膜17的不同厚度期间，使用了用于对公共电极19进行构图的抗蚀剂掩模63，从而简化了制造工艺。
类似于图2，图4示出了根据本发明第二实施例的LCD器件像素中的电极排列。在本实施例的LCD器件105中，像素电极16的支线16b由ITO膜构成成并覆盖由金属膜构成的引线部分16a。其他结构与第一实施例的那些相似。
像素电极的透明支线16b提高了像素的开口率，并因此提高了传输光的利用率，从而提高了LCD器件的亮度。
在本实施例的LCD器件的制造中，对形成于栅绝缘膜上的金属膜进行构图，以构成除支线16b之外的像素电极16的引线部分16a。由覆盖引线部分16a的ITO膜形成支线16b。
类似于图1A和1B，图5A和5B示出了根据本发明第三实施例的LCD器件。在本实施例中，与像素电极16及其附近相接触的部分钝化膜17具有比钝化膜17的其它部分的厚度(D1)小的厚度(D2)，厚度相差的量与像素电极16的厚度相对应。这种结构为钝化膜17提供了基本上平坦的顶部表面。本实施例的其他部分与第一实施例的那些部分类似。
钝化膜17大体上平坦的顶部表面提高了LC分子31定向的均匀性，由此提高了LCD器件的对比度。
在本实施例的LCD器件制造中，如图6A所示，在氮化硅膜61上形成了抗蚀剂掩模63，该抗蚀剂掩模63在与公共电极19及其附近相应的位置处具有开口。然后，如图6B所示，使用抗蚀剂掩模63作为蚀刻掩模进行蚀刻处理，以与公共电极19的厚度相应的量选择性地对与该开口相对应的部分氮化硅膜61进行蚀刻。这样，所得到的氮化硅膜61具有基本上平坦的顶部表面。
虽然仅以示例目的描述了上述各实施例，但本发明不限于所述实施例，并且本领域技术人员在不脱离本发明保护范围的情况下可以很容易地进行各种修改或改变。
Claims (10)
1.一种液晶显示(LCD)器件，包括液晶(LC)层，以及第一和第二基板，在所述第一和第二基板之间夹有所述LC层以限定多个像素，所述第一基板包括在每个所述像素中的第一和第二电极，以便将横向电场施加于所述LC层，其中：
在所述第一基板上安置有透明绝缘膜；
在所述透明绝缘膜的靠近所述LC层的第一表面上形成所述第一电极，在所述透明绝缘膜的远离所述LC层的第二表面上形成所述第二电极；
所述透明绝缘膜在与所述第一电极相接触的位置处具有第一厚度(D1)，而在与所述第二电极相接触的位置处具有小于所述第一厚度的第二厚度(D2)。
2.根据权利要求1的LCD器件，其中所述透明绝缘膜具有与所述第一和第二电极两者都接触的部分，以及所述透明膜的所述部分具有等于或大于所述第一厚度的厚度。
3.根据权利要求1的LCD器件，其中保持如下关系：
D2＜D1-40(nm)。
4.根据权利要求1的LCD器件，还包括用于向所述像素提供数据信号的数据线，其中所述数据线在所述透明绝缘膜的所述第二表面上延伸，并且当从所述第一和第二表面的法向观察时，与部分所述第一电极重叠。
5.根据权利要求1的LCD器件，其中所述透明绝缘膜的所述第一表面为大体上平坦的表面。
6.一种用于制造液晶显示(LCD)器件的方法，该液晶显示器件包括液晶(LC)层和第一和第二基板，在所述第一和第二基板之间夹有所述LC层以限定多个像素，所述第一基板包括在每个所述像素中的第一电极和第二电极，以便将横向电场施加于所述LC层，所述方法包括如下步骤：
在所述第一基板上形成所述第二电极；
在所述第二电极上形成透明绝缘膜；
在所述透明绝缘膜上形成透明导电膜；
在所述透明导电膜上形成具有第一厚度(D1)的掩模图案；
通过使用所述掩模图案作为蚀刻掩膜对所述透明导电膜进行构图，以形成所述第一电极；以及
通过使用所述掩模图案作为蚀刻掩膜，选择性地蚀刻所述透明绝缘膜，以获得所述透明绝缘膜的第一部分，该第一部分具有小于所述第一厚度的第二厚度。
7.根据权利要求6的方法，其中所述透明绝缘膜具有与所述第一和第二电极两者都接触的第二部分，且所述第二部分具有等于或大于所述第一厚度的厚度。
8.根据权利要求6的方法，其中保持如下关系：
D2＜D1-40(nm)。
9.根据权利要求6的方法，其中在所述第二电极形成步骤中，与所述第二电极一起由公共层形成各数据线，并且当从所述对置表面的法向观察时，所述数据线与部分所述第一电极重叠。
10.根据权利要求6的方法，其中所述透明绝缘膜具有大体上平坦的顶表面。
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