CN1961247A

CN1961247A - 透反射式液晶显示器件

Info

Publication number: CN1961247A
Application number: CNA2005800172666A
Authority: CN
Inventors: S·J·巴特斯比
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2007-05-09
Also published as: US20070216839A1; TW200609579A; KR20070026539A; EP1754102A1; WO2005116739A1; JP2008501137A; GB0411968D0

Abstract

透反射式显示器件具有形成在绝缘层(20)中的用于限定双间隙配置的阱(30)。该阱的至少一个侧壁(72)基本垂直于基板平面，且至少一个侧壁(70)倾斜而不垂直于基板平面。这样，阱侧壁的一些长度是垂直的，从而没有损失像素孔，且阱的侧壁的另一部分长度是倾斜的，从而可在该倾斜侧壁上获得良好的覆盖。

Description

透反射式液晶显示器件

本发明涉及一种液晶显示器，更具体地说，涉及一种透反射式液晶显示器及其制造方法。

与CRT显示器件相比，液晶显示器(LCD)器件相对薄且需要低功率来工作。在各种技术领域中LCD器件逐渐取代了CRT显示器件。

直到最近，有两种基本类型的液晶显示器：透射型显示器和反射型显示器，主要差别在于是使用内部光源还是外部光源。

透射型显示器具有本身不发光的液晶显示面板，并具有作为光源的背光。背光设置在面板的后面或一侧，且光导引导光跨越显示区域。液晶面板控制穿过液晶面板的光量，从而实现图像显示。透射型LCD显示器的背光一般消耗总功耗的50％或更多。

为了减小功耗，提出了反射型LCD，主要用于便携式应用。反射型LCD设置有形成在一对基板之一上的反射器。因而，从反射器表面反射环境光。当存在低级别的环境光时，反射型LCD的性能变差。

为了克服上述的问题，提出了所谓的透反射式显示器，其将透射模式和反射模式结合在单个液晶显示器件中。透反射式液晶显示器(LCD)器件交替地用作透射型LCD器件和反射型LCD器件。通过根据周围条件使用内部和外部光源，其可在所有光条件下工作并具有低功耗。

反射型显示器和透射型显示器的理想液晶特性是不同的。如果液晶单元主要设计用在反射模式中，则在透射模式中从背光的光透射变差，降低了透射模式中的图像质量。因此已经提出，在每个像素的反射部中和每个像素的透射部中设置具有不同液晶单元间隙的透反射式液晶显示器件。

图1是具有透射部和反射部的已知的透反射式LCD器件的示意截面图。

在图1中，透反射式LCD器件被分为透射部10和反射部12，并包括下基板和上基板14和16。在下基板和上基板14，16之间插入具有光学各向异性的液晶层18。

下基板14在其面对上基板16的表面上包括透明导电材料的透明电极24。在透明电极24上设置钝化层20。钝化层20由有机聚合物材料形成并具有对应于透射部10的第一透射孔22。聚合物材料的厚度一般可以是大约2μm，并且例如为苯并环丁烷(BCB)。尽管图1中没有示出，但层20一般具有起伏(不平坦的)表面，从而反射电极28具有受控的扩散散射特性，而不是镜面特性。该层被称为单元内扩散反射器(in-cell diffuse reflector)(IDR)。因此实际上层20可由一层以上形成(然而一层也是可以的)。例如，一层可以为大约2μm厚，以控制单元间隙，其后以起伏图案刻蚀第二较薄的层，以控制散射。

在钝化层20上形成反射电极28。如图1中所示，反射电极28对应于反射部12。反射电极28沿钝化层20中的孔22的侧壁向下延伸，以在两个电极24，28之间形成电连接。这避免了需要其他的结构被限定以在两个电极之间形成电接触。尽管图1中没有示出，但在下基板14上形成了薄膜晶体管(TFT)，其与透明电极24和反射电极28都电连接。

上基板16包括滤色器层40和形成在滤色器层40表面上的公共电极层42。

在下基板和上基板14和16的外表面上形成延迟膜和偏振器43。

液晶层18的光学延迟依赖于液晶层的折射率各向异性和厚度。因此，液晶层18在透射部10和反射部12中具有不同的单元间隙，形成所谓的“双间隙”结构。钝化层20的透射孔22使得透射部10的液晶层18比反射部12的厚，因而允许两个部分的光学特性被单独优化，为组合的透反射式像素提供了出色的亮度和对比率。透射部10中的液晶层18的厚度可以大约是反射部12中的两倍。

背光被显示为44。

如上所述，像素均还包括薄膜晶体管。这可具有顶栅结构或底栅结构。顶栅工艺具有用于TFT的源极和漏极的ITO，并且是第一沉积层，而在底栅工艺中，第一沉积层是金属(用于栅极)，继之以另一金属(用于源极和漏极)，且ITO被置为第三层。

图2以平面图显示了图1的透反射式LCD器件的像素，且假定为顶栅TFT结构。每个像素包括行栅极线50，其具有从栅极线延伸的TFT栅电极52。列数据线60限定了在栅电极52下面延伸的源电极62。

漏电极64由相同的ITO层与源电极62间隔开地形成，且该漏电极64形成为ITO像素电极24的一部分。像素电极24在反射电极28中的开口下面与反射金属电极28连接，其一般具有矩形形状。

钝化层20中的孔22具有倾斜侧壁。这些倾斜侧壁在单元厚度上产生了不希望有的渐变。然而，需要倾斜侧壁来避免台阶覆盖(stepcoverage)问题，因为反射电极28需要在侧壁上延伸。

倾斜侧壁产生了死区，其中该占据的区域既对显示器的透射输出没有贡献，也对显示器的反射输出没有贡献。在反射电极在侧壁上延伸的情况下，该反射电极没有面对显示器输出方向，并因此对光学输出没有贡献。

对于大的像素间距，该死区与反射电极或透射电极的面积相比较小。然而，随着间距降低，该死区变得更加显著，且实际上限制了像素尺寸的减小。例如对于2μm厚的聚合物，该死区可以大约为2μm宽，从而浪费了4μm的像素宽度。希望下一代显示器每cm具有100个像素，产生大约100μm的(三个一组(triplet))像素间距。在对于包含导线的每个单独的色彩子像素34μm的相应间距的情况下，死区变得高度显著，这一点是不证自明的。

对于钝化层中的阱来说希望提供垂直的侧壁，但这与在阱侧壁上能够实现台阶覆盖是不相容的。

依照本发明，提供了一种透反射式显示器件，其在公共基板上包括多个显示像素，每个像素包括：

反射像素区域，其具有通过绝缘层与基板隔开的反射电极；和

透射像素区域，其具有设置在形成于绝缘层中的阱中的透射电极，

其中形成在绝缘层中的阱具有基本垂直于基板平面的至少一个侧壁和倾斜而不垂直于基板平面的至少一个侧壁。

在本发明的器件中，在绝缘体中设置阱，以便能实现将要限定的双间隙配置。阱侧壁的一些长度是垂直的，从而对于阱来说没有损失像素孔，且阱侧壁的另一部分长度是倾斜的，从而在该倾斜侧壁上可以获得良好的覆盖。

反射电极优选在阱的该至少一个倾斜侧壁上延伸，以在反射电极与透射电极之间形成电接触。

阱优选是矩形的，且该矩形的三个边具有基本垂直于基板平面的侧壁，且该矩形的一个优选较短的边具有倾斜而不垂直于基板平面的侧壁。

倾斜侧壁可以倾斜使得斜面的顶部和底部横向上偏移了1μm-3μm，且绝缘层可以具有1μm-3μm的厚度。

该器件优选设置有第二基板，且在基板和第二基板之间夹有液晶层。在每个像素内液晶层具有两个不同单元间隙的区域。

本发明还提供了一种制造透反射式显示器件的方法，其中在公共基板上设置多个显示像素，且每一个包括具有通过绝缘层与基板隔开的反射电极的反射像素区域和具有设置在形成于绝缘层中的阱中的透射电极的透射像素区域，该方法包括：

使用刻蚀掩模将绝缘层构图来限定所述阱，其具有第一陡峭边缘区域和第二衍射光栅边缘区域，其中形成于绝缘层中的阱具有由陡峭边缘区域限定的基本垂直于基板平面的至少一个侧壁和由衍射光栅边缘区域限定的倾斜而不垂直于基板平面的至少一个侧壁。

该方法在刻蚀掩模中使用衍射光栅，以提供优选为抗蚀剂层的局部光曝光，其又沿绝缘层阱的至少一部分侧壁产生斜面。这能实现单个刻蚀工艺来限定绝缘层阱的垂直侧壁和倾斜侧壁。

优选使用刻蚀掩模来构图设置在绝缘层上的抗蚀剂层，随后刻蚀该抗蚀剂层，以去除曝光的抗蚀剂层部分和下面的绝缘层。

现在将参照附图详细描述本发明的实例，其中：

图1以截面示出了已知的透反射式LCD器件；

图2以平面图示出了已知的透反射式LCD器件的像素；

图3以截面示出了本发明的透反射式LCD器件的像素；

图4以平面图示出了本发明的透反射式LCD器件；和

图5示出了在用于制造本发明的透反射式LCD器件的本发明的方法中使用的刻蚀掩模。

本发明的透反射式显示器件具有绝缘层，该绝缘层具有用于限定双间隙结构的阱。该阱具有至少一个垂直侧壁和至少一个倾斜侧壁。使用垂直侧壁能保持大像素孔，且使用至少一个倾斜侧壁允许良好的覆盖，并因此在该倾斜侧壁上获得电接触。

图3以截面示出了本发明的透反射式LCD器件的像素。使用与图1中相同的参考数字。

图3还示意性地示出了钝化层20的粗糙表面和在电极28中该粗糙表面的复制。如上所述，这可使用多层钝化层20来实现。

如图3中所示，开30的至少一个侧壁72是垂直的，即垂直于基板14，且至少一个侧壁70是倾斜的，以便能实现覆盖层的良好覆盖。反射电极28在阱的倾斜侧壁70上延伸，以在反射电极28与透射电极24之间形成电接触。这避免了需要其他的结构在这些电极之间形成电接触。

透明电极28必须覆盖单元间隙小的所有区域。在图3中还示出了反射电极28在垂直侧壁72上延伸。这是容差允许(toleranceallowance)的结果，且不需要层28沿垂直侧壁72向下的连续性。

如图4中所示，阱30是矩形的，并且该矩形的三个边具有垂直侧壁，且该矩形的其中一个较短边具有倾斜侧壁，电极28在其上延伸。在图4中，电极28被示为带点的区域，且矩形开口30的上短边具有倾斜侧壁70，电极28在其上延伸。

倾斜侧壁可以倾斜使得斜面的顶部和底部横向上偏移了1μm-3μm，在图4中被示为尺寸Δ。绝缘层20可以具有1μm-3μm的厚度。

可以修改在构图钝化层过程中使用的掩模以提供本发明的阱结构。可使用单个掩模和刻蚀阶段来以下述方式产生具有不同侧壁斜面的阱。

通过在刻蚀掩模中形成光栅结构来产生斜面，以在抗蚀剂曝光过程中适应照明强度，从而当显影时抗蚀剂具有倾斜的边缘而不是垂直的边缘。

在制造过程中，在钝化层20的连续层上设置正抗蚀剂层。图5示出了用于控制抗蚀剂层曝光的掩模设计。图5的顶部示出了在不透明区域80和透明区域82之间的掩模中的陡峭台阶。抗蚀剂层在与透明区域82对应的区域中完全暴露。图5的底部示出了通过限定光栅结构84，在不透明区域80与透明区域82之间的掩模中的平缓台阶。抗蚀剂层在与透明区域82对应的区域中完全暴露，但是暴露向着与不透明区域80对应的区域逐渐减小。

在刻蚀过程中，曝光的抗蚀剂层以比抗蚀剂层的未曝光部分更大的速率被去除。在与光栅结构84对应的区域中，抗蚀剂去除速率存在逐渐改变。在几乎完全曝光的区域中，抗蚀剂层在刻蚀过程中被去除，且下面的钝化层也将被部分地刻蚀。因而，抗蚀剂层的曝光轮廓转印为下面的钝化层的形状，且可用单个各向异性掩模和刻蚀步骤形成倾斜侧壁。

区域84中的掩模具有用于适应光强度的多个窄线和空间。线/空间比率从不透明区域边缘处的无限大(没有空间)变化到透明区域边缘处的0(全部空间)，且该过渡将占据大约2μm。需要修改线宽度和空间来提供所需的光衍射图案。

上面仅详细描述了本发明的一个实例。然而，本发明可适用于任何双间隙透反射式显示器，其中沿钝化层阱的侧壁向下需要任何层的良好台阶覆盖。通常对于具有良好分辨率的小尺寸显示器或对于高分辨率显示器来说，随着像素间距减小，本发明的优点变得更加明显。

在上面以像素电路中使用顶栅TFT的配置详细描述了本发明。本发明可同样应用于其中使用底栅TFT的配置。

多种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims

1.一种透反射式显示器件，其在公共基板(14)上包括多个显示像素，每个像素包括：

反射像素区域，其具有通过绝缘层(20)与基板隔开的反射电极(28)；和

透射像素区域，其具有设置在形成于绝缘层(20)中的阱(30)中的透射电极(24)，

其中形成在绝缘层(20)中的阱(30)具有基本垂直于基板(14)的平面的至少一个侧壁(72)和倾斜而不垂直于基板的平面的至少一个侧壁(70)。

2.根据权利要求1所述的器件，其中反射电极(28)在阱的该至少一个倾斜侧壁(70)上延伸，以在反射电极(28)与透射电极(24)之间形成电接触。

3.根据权利要求1或2所述的器件，其中阱(30)是矩形的。

4.根据权利要求3所述的器件，其中该矩形的三个边具有基本垂直于基板(14)的平面的侧壁，且该矩形的其中一边具有倾斜而不垂直于基板的平面的侧壁(70)。

5.根据任何前述权利要求所述的器件，其中倾斜侧壁(70)倾斜使得斜面的顶部和底部横向上偏移(Δ)了1μm-3μm。

6.根据任何前述权利要求所述的器件，其中绝缘层(20)具有1μm-3μm的厚度。

7.根据任何前述权利要求所述的器件，进一步包括第二基板(16)，并且其中在基板(14)和第二基板(16)之间夹有液晶层(18)，在每个像素内液晶层具有两个不同单元间隙的区域。

8.一种制造透反射式显示器件的方法，其中在公共基板上设置多个显示像素，且每一个包括具有通过绝缘层(20)与基板隔开的反射电极(28)的反射像素区域和具有设置在形成于绝缘层中的阱中的透射电极(24)的透射像素区域，该方法包括：

使用刻蚀掩模构图绝缘层(20)以限定所述阱，其具有第一陡峭边缘区域(80)和第二衍射光栅边缘区域(84)，其中形成于绝缘层中的阱具有由陡峭边缘区域限定的基本垂直于基板平面的至少一个侧壁和由衍射光栅边缘区域限定的倾斜而不垂直于基板平面的至少一个侧壁。

9.根据权利要求8所述的方法，其中使用刻蚀掩模来构图设置在绝缘层上的抗蚀剂层，随后刻蚀该抗蚀剂层，以去除曝光的抗蚀剂层部分和下面的绝缘层。