DE102005062807A1 - Matrix-Substrat einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents

Matrix-Substrat einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben Download PDF

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Abstract

Ein Matrix-Substrat einer LCD und ein Verfahren zum Herstellen derselben werden bereitgestellt. Eine erste isolierende Schicht wird auf dem Substrat gebildet. Ein TFT und eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht werden in einem Pixelbereich des Substrats bereitgestellt. Eine zweite isolierende Schicht wird in dem Pixelbereich um die gehärtete Flüssigkristall-Schicht herum derart gebildet, dass die zweite isolierende Schicht und die gehärtete Flüssigkristall-Schicht im Wesentlichen eben sind. Eine erste Ausrichtungsschicht wird zwischen der gehärteten Flüssigkristall-Schicht und der ersten isolierenden Schicht gebildet. Eine Pixel-Elektrode wird auf der zweiten isolierenden Schicht und der gehärtete Flüssigkristall-Schicht gebildet und kontaktiert einen Drain-Bereich des TFT durch ein Loch in der ersten isolierenden Schicht. Eine zweite Ausrichtungsschicht wird auf dem gesamten Substrat über der zweiten isolierenden Schicht und der gehärteten Flüssigkristall-Schicht gebildet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und genauer ein Matrix-Substrat einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben, in der das Matrix-Substrat kompakt ist und unter Verwendung vereinfachter Prozesse hergestellt werden kann.
  • Bei der schnellen Entwicklung der gegenwärtigen, auf Information basierenden Gesellschaft werden in steigendem Maße Flachbildschirmanzeigen gefordert. Flachbildschirmanzeigen haben unter anderem ein schmales Profil, ein geringes Gewicht und einen geringen Energieverbrauch. Verglichen mit Kathodenstrahlröhren (CRTs) hat eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (LCD) eine gute Sichtbarkeit, niedrigen Energieverbrauch und geringe Wärmeabstrahlung. Aus diesen Gründen wird die LCD als die nächste Generation von Anzeigen für Mobiltelefone, Computermonitore und TV-Bildschirme angesehen, zusammen mit Plasma-Anzeige-Paneelen (PDP) und Feldemissionsanzeigen (FED).
  • Die LCD enthält zwei Substrate, in denen Elektroden für die Generierung eines elektrischen Felds gebildet werden. Die beiden Substrate sind so angeordnet, dass sie sich gegenüberstehen und Flüssigkristalle werden zwischen die beiden Substrate injiziert. Die Flüssigkristall-Moleküle bewegen sich aufgrund eines elektrischen Feldes, das generiert wird, wenn eine vorbestimmte Spannung an zwei Elektroden angelegt wird. Auf diese Weise wird ein Bild angezeigt, indem der Lichtdurchtritt kontrolliert wird, der sich durch die Bewegung der Flüssigkristall-Moleküle verändert.
  • Im Allgemeinen sind Flüssigkristall-Moleküle anisotrop. Die Anisotropie einer Flüssigkristallzelle oder eines Flüssigkristallfilms verändert sich in Abhängigkeit von der Verteilung der Flüssigkristall-Moleküle und der Neigungswinkel bezüglich des Substrats. Diese Eigenschaft ist ein Faktor bei der Veränderung der Polarisation gemäß einem Betrachtungswinkel auf die Flüssigkristallzelle oder den Flüssigkristallfilm.
  • 1 ist eine Schnittdarstellung einer LCD gemäß dem Stand der Technik. Bezugnehmend auf 1 beinhaltet eine LCD gemäß dem Stand der Technik ein Matrix-Substrat 120 mit TFTs (thin film transistors, Dünnschichttransistoren), ein Farbfiltersubstrat 130 mit Farbfiltern, eine Flüssigkristall-Schicht 140, die zwischen das Matrix-Substrat 120 und das Farbfiltersubstrat 130 eingebracht ist, ein erstes Polarisationsfilter 129, das unter dem Matrix-Substrat 120 angebracht ist, um natürliches Licht in linear polarisiertes Licht umzuwandeln, und ein zweites Polarisationsfilter 139, das auf dem Farbfiltersubstrat 130 angebracht ist. Die Transmissionsachse des zweiten Polarisationsfilters 139 steht senkrecht zu der des ersten Polarisationsfilters 129.
  • Das Matrix-Substrat 120, das Farbfiltersubstrat 130 und die Flüssigkristall-Schicht 120 bilden zusammen ein Flüssigkristall-Paneel. Des Weiteren ist eine Hintergrund-Beleuchtungseinheit 110 unter dem Flüssigkristall-Paneel vorgesehen. Die Hintergrund-Beleuchtungseinheit 110 versorgt das Flüssigkristall-Paneel mit Licht, das von einer Lichtquelle 111 emittiert wurde.
  • Das Matrix-Substrat 120 enthält eine Gate-Leitung und eine Daten-Leitung, die sich auf einem transparenten Substrat 121 überkreuzen. Außerdem enthält das Matrix-Substrat 120 einen TFT mit einer Gate-Elektrode 122, die sich von der Gate-Leitung erstreckt, einer gate-isolierenden Schicht 123, die auf einer gesamten Oberfläche einschließlich der Gate-Elektrode 122 gebildet wird, einer Halbleiterschicht 124, die auf der gate-isolierenden Schicht 123 gebildet wird, und Source-/Drain-Elektroden 125a und 125b, die auf der Halbleiterschicht 124 gebildet werden. Eine Pixel-Elektrode 127 ist mit der Drain-Elektrode 125b des TFT durch ein Kontaktloch verbunden, das in der Passivierungs-Schicht 126 gebildet wird.
  • Das Farbfiltersubstrat 130 enthält eine schwarze Matrix 132 auf einem transparenten Substrat 131, um die Bereiche außer der Pixelelektrode 127 vom Licht abzuschirmen. RGB-Farbfilterstrukturen 133 zur Anzeige von Farben werden auf der schwarzen Matrix 132 gebildet. Eine gemeinsame Elektrode 134 wird auf den Farbfilterstrukturen 133 gebildet.
  • Das erste Polarisationsfilter 129 und das zweite Polarisationsfilter 139 sind derart auf den äußeren Oberflächen des Matrix-Substrats 120 respektive des Farbfiltersubstrats 130 angeordnet, dass ihre Transmissionsachsen sich mit 90° überschneiden. Dadurch spalten die Polarisationsfilter 129 und 139 das einfallende natürliche Licht in Polarisationsanteile und sind dann nur für einen Polarisationsanteil durchlässig und absorbieren oder streuen die anderen Polarisationsanteile.
  • Licht ist eine elektromagnetische Welle, deren Schwingungsrichtung senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung steht. Das polarisierte Licht hat dieselbe Richtung wie die Schwingungsrichtung. Das heißt, polarisiertes Licht ist Licht, das stark in einer spezifischen Richtung unter den Richtungen oszilliert, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stehen.
  • Entsprechend hat Licht von der Hintergrund-Beleuchtungseinheit 110, die unter dem Flüssigkristall-Paneel bereitgestellt wird, die gleiche Wahrscheinlichkeit in allen Richtungen. An diesem Punkt lassen das erste Polarisationsfilter 129 und das zweite Polarisationsfilter 139 nur Licht durchtreten, das in einer Richtung schwingt, die gleich ist mit ihren Polarisationsachsen, und absorbieren oder reflektieren Licht, das in einer anderen als ihren Polarisationsachsen schwingt, durch Verwendung eines geeigneten Mediums, womit sie in einer spezifischen Richtung schwingendes Licht generieren.
  • Da der erste Polarisationsfilter 129 und der zweite Polarisationsfilter 139 an dem Matrix-Substrat und dem Farbfiltersubstrat solchermaßen befestigt sind, dass ihre Polarisationsachsen senkrecht aufeinander stehen, wird die Stärke des durchtretenden Lichts in Abhängigkeit vom Rotationsgrad der Polarisationsachsen eingestellt, während dieses durch die Flüssigkristall-Schicht 140 tritt. Hierdurch werden verschiedene Graustufen zwischen Schwarz und Weiß ermöglicht.
  • Jedoch wird das polarisierte Licht, das durch das erste Polarisationsfilter 129 tritt, das am Matrix-Substrat befestigt ist, in nicht-polarisiertes Licht umgewandelt, während es durch das Flüssigkristall-Paneel tritt. Licht wird durch den gestuften Bereich des Matrix-Substrats 120 und die Farbfilterschicht 133 des Farbfiltersubstrats 130 gestreut und dann in nicht-polarisiertes Licht umgewandelt. Dementsprechend sinkt die Durchlässigkeit der LCD aufgrund des nicht-polarisierten Lichts, wodurch das Kontrastverhältnis erniedrigt wird.
    •
  • Um dieses Problem zu lösen, wurden große Anstrengungen unternommen, um große Betrachtungswinkel und hohe Helligkeit durch Bildung eines Hoch-Helligkeitsfilms außerhalb oder innerhalb des Flüssigkristall-Paneels bereitzustellen. Jedoch beinhaltet die Bildung eines Hoch-Helligkeitsfilms das Aufschichten von mindestens ein oder zwei Schichten eines zirkulär polarisierenden Films und einer gehärteten Flüssigkristall-Schicht (Kompensations-Film), das Aufbringen eines Zwischenschicht-Bindemittels und so fort. Durch diese komplizierten Prozesse müssen mindestens 4 oder in der Regel 7-8 Schichten aufgeschichtet werden. Die Verwendung dieser großen Zahl von Schichten erhöht die Herstellungszeit, wie auch die Wahrscheinlichkeit steigt, den Film selber durch die mannigfaltigen Befestigungsprozesse zu beschädigen. Zusätzlich nimmt mit der steigenden Zahl an Schichten die Dicke des Flüssigkristall-Paneels ebenso zu.
  • Zusammenfassung
  • Lediglich als Beispiel weist in einer Ausführungsform ein Matrix-Substrat einer LCD (liquid crystal display device, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung) auf: ein Substrat, das einen Pixelbereich aufweist und einen in dem Pixelbereich bereitgestellten TFT (thin film transistor, Dünnschichttransistor), eine erste isolierende Schicht auf dem Substrat, eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich und eine zweite isolierende Schicht, die im Wesentlichen mit der gehärteten Flüssigkristall-Schicht eben ist.
  • In einer anderen Ausführungsform weist das LCD Matrix-Substrat auf: eine Gate-Leitung, die auf einem Substrat gebildet ist, eine Gate-Elektrode in einem TFT-Bereich des Substrats, die mit der Gate-Leitung verbunden ist, eine gate-isolierende Schicht auf der Gate-Leitung und der Gate-Elektrode, eine aktive Schicht auf der Gate-Elektrode, eine ohm'sche Kontaktschicht auf der aktiven Schicht, eine Daten-Leitung senkrecht zu der Gate-Leitung, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode auf der ohm'schen Kontaktschicht in dem TFT-Bereich, wobei sich die Source-Elektrode ausgehend von der Daten-Leitung erstreckt, eine erste isolierende Schicht auf einer gesamten Oberfläche des Substrats, wobei die erste isolierende Schicht ein Kontaktloch aufweist, das einen Teil der Drain-Elektrode frei legt, eine zweite isolierende Schicht auf der Gate-Leitung, der Daten-Leitung und dem TFT-Bereich, eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht in einem Pixelbereich und eine Pixel-Elektrode, die durch das Kontaktloch mit der Drain-Elektrode verbunden ist.
  • In einer anderen Ausführungsform weist ein Verfahren zum Herstellen eines Matrix-Substrats einer LCD auf: Bereitstellen eines Pixelbereichs und Bilden eines TFT (thin film transistor, Dünnschichttransistor) in dem Pixelbereich; Bilden einer ersten isolierenden Schicht auf dem Substrat; Bilden einer zweiten isolierenden Schicht in einem vorbestimmten Bereich, der den TFT auf der ersten isolierenden Schicht beinhaltet; und Bilden einer gehärteten Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich derart, dass die gehärtete Flüssigkristall-Schicht nicht mit der zweiten isolierenden Schicht auf der ersten isolierenden Schicht überlappt.
  • In einer anderen Ausführungsform weist ein Verfahren zum Herstellen einer LCD, die eine Gate-Leitung enthält, eine Daten-Leitung senkrecht zu der Gate-Leitung und einen TFT (thin film transistor, Dünnschichttransistor), der eine Gate-Elektrode aufweist, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode, auf: Bilden einer ersten isolierenden Schicht auf dem TFT derart, dass die erste isolierende Schicht ein Kontaktloch aufweist, das einen Teil der Drain-Elektrode freilegt; Bilden einer zweiten isolierenden Schichtstruktur in einem vorbestimmten Bereich der ersten isolierenden Schicht, wobei der vorbestimmte Bereich den TFT, die Gate-Leitungen und die Daten-Leitungen aufweist; Bilden einer gehärteten Flüssigkristall-Schicht auf der ersten isolierenden Schicht derart, dass die gehärtete Flüssigkristall-Schicht nicht die zweite isolierende Schichtstruktur überlappt; und Bilden einer Pixel-Elektrode auf der gehärteten Flüssigkristall-Schicht derart, dass die Pixel-Elektrode durch das Kontaktloch mit der Drain-Elektrode verbunden ist.
  • Es ist zu bemerken, dass beide, die vorgehende allgemeine Beschreibung und die nachstehende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung exemplarisch und erläuternd sind und vorgesehen sind, weitere Erklärungen der Erfindung wie beansprucht bereitzustellen.
    •
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die begleitenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weitergehendes Verständnis der Erfindung zu liefern und die eingefügt sind in und einen Teil der Anmeldung darstellen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung, um das Prinzip der Erfindung zu erklären. In den Zeichnungen:
  • 1 zeigt eine Querschnittansicht einer LCD gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Matrix-Substrat einer LCD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linien I-I', II-II' und III-III' aus 2; und
  • 4A bis 4I zeigen Querschnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Matrix-Substrats einer LCD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Bezug wird nun im Detail genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei Beispiele derselben in den beigefügten Zeichnungen illustriert sind. Wann immer möglich werden die gleichen Referenznummern über alle Zeichnungen hinweg verwendet, um sich auf gleiche oder ähnliche Teile zu beziehen.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Matrix-Substrat einer LCD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linien I-I', II-II' und III-III' aus 2.
  • Bezugnehmend auf 2 und 3, ist eine Gate-Leitung 221 auf einem transparenten isolierenden Substrat 210 in einer horizontalen Richtung gebildet und ist mit einem Gate-Pad 277 verbunden. Eine Gate-Elektrode 222 ragt von der Gate-Leitung 221 hervor. Eine Gate-Pad Top-Elektrode 283 kontaktiert das Gate-Pad 277 durch ein drittes Kontaktloch 273. Die Gate-Pad Top-Elektrode 283 ist von einem transparenten leitfähigen Material gebildet. Eine gate-isolierende Schicht 230 ist auf der resultierenden Struktur gebildet, in der die Gate-Leitung 221 und die Gate-Elektrode 222 gebildet sind. Eine aktive Schicht 241 und ohm'sche Kontaktschichten 251 und 252 werden nacheinander auf der Gate-Elektrode gebildet.
  • Eine Daten-Leitung 261, die senkrecht zu der Gate-Leitung 221 verläuft, bildet ebenso ein Daten-Pad 278. Eine Source-Elektrode 262 erstreckt sich von der Daten-Leitung 261 aus. Eine Drain-Elektrode 263 liegt gegenüber der Source-Elektrode 262 und ist dieser zugewandt, wobei die Drain-Elektrode 263 und die Source-Elektrode 262 über der Mitte der Gate-Elektrode 222 zentriert angeordnet sind. Eine Kondensator-Elektrode 265 überlappt die Gate-Leitung 221. Die Gate-Elektrode 222, die aktive Schicht 241, die ohm'schen Kontaktschichten 251 und 252, die Source-Elektrode 262 und die Drain-Elektrode 263 bilden einen TFT nahe dem Kreuzungspunkt der Gate-Leitung 221 und der Daten-Leitung 261.
  • Eine Daten-Pad Top-Elektrode 284 kontaktiert das Daten-Pad 278 durch ein viertes Kontaktloch 274. Die Daten-Pad Top-Elektrode 284 ist von einem transparenten leitfähigen Material gebildet.
  • Die Daten-Leitung 261, die Source-Elektrode 262 und die Drain-Elektrode 263 und die Kondensator-Elektrode 265 sind mit einer Passivierungsschicht 270 bedeckt. In der Passivierungsschicht 270 ist ein erstes Kontaktloch 271 gebildet, so dass die Drain-Elektrode 263 freigelegt ist, und ein zweites Kontaktloch ist gebildet, so dass die Kondensator-Elektrode 265 freigelegt ist. Zusätzlich treten ein drittes Kontaktloch 273 und ein viertes Kontaktloch 274 durch die Passivierungsschicht 270 oder die gate-isolierende Schicht 230 hindurch, so dass das Gate-Pad 277 und das Daten-Pad 278 freigelegt sind. Die Passivierungsschicht 270 kann aus einem anorganischen isolierenden Material wie Siliziumnitrid (SiNx) oder Siliziumoxid (SiOx) gebildet sein.
  • Ein Pixelbereich wird durch den Kreuzungspunkt der Gate-Leitung 221 und der Daten-Leitung 261 definiert. Eine Pixel-Elektrode 281 ist in dem Pixelbereich gebildet. Die Pixel-Elektrode 281 ist mit der Drain-Elektrode 262 durch das erste Kontaktloch 271 verbunden und ist mit der Kondensator-Elektrode 265 durch das zweite Kontaktloch 272 verbunden.
  • Zusätzlich ist eine Einebnungsschicht 280 auf der Gate-Leitung 221, der Daten-Leitung 261 und dem TFT gebildet. Die Einebnungsschicht 280 kann aus einer organischen isolierenden Schicht wie Photoacryl oder Benzocyclobuten (BCB) gebildet sein.
  • Eine Ausrichtungsschicht 291 und eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht (Kompensations-Film) 290 sind in dem Pixelbereich gebildet. Die gehärtete Flüssigkristall-Schicht 290 enthält photosensitive Flüssigkristalle. Der photosensitive Flüssigkristall kann einen reaktiven Flüssigkristall wie ein reaktives Mesogen enthalten. Die Ausrichtungsschicht 291 wird durch Aufbringen eines Ausrichtungsmaterials wie Polyimid gebildet. Nachdem die Ausrichtungsschicht 291 gebildet ist, wird eine Lösung aufgebracht, die reaktive Flüssigkristall-Moleküle enthält, z.B. durch Schleuder-Beschichtung (spin coating), Rakel-Beschichtung (bar coating) oder Spalt-Farb-Beschichtung (split die coating), und wird dann zum Aushärten gebrannt durch mindestens eines, entweder thermisches Aushärten oder Bestrahlung mit ultravioletter (UV) Strahlung. Die Ausrichtungsschicht richtet das reaktive Flüssigkristall-Material aus.
  • Wenn der photosensitive Flüssigkristall 290 durch die Ausrichtungsschicht ausgerichtet ist und dann durch Bestrahlung und/oder thermisches Aushärten gehärtet ist, sind Flüssigkristalle der gehärteten Flüssigkristall-Schicht 290 fest in einer Richtung ausgerichtet derart, dass sie als Kompensations-Film innerhalb des Pixelbereichs wirken. Dementsprechend ist der Kompensations-Film, der aus der gehärteten Flüssigkristall-Schicht 290 gebildet ist, unter der Pixel-Elektrode 281 angeordnet.
  • Die Pixel-Elektrode 281 ist dann auf dem Kompensations-Film 290 und einem Teil der Einebnungsschicht 280 gebildet. Eine Ausrichtungsschicht (nicht dargestellt) wird dann auf der Pixel-Elektrode 281 gebildet. Die Einebnungsschicht 280 entfernt einen Höhenunterschied von der gehärteten Flüssigkristall-Schicht 290. In anderen Worten ist die Einebnungsschicht 280 im Wesentlichen eben mit der gehärteten Flüssigkristall-Schicht 290. Hierdurch kann beim Reiben der Ausrichtungsschicht auf der Pixel-Elektrode 281 ein Verkippen aufgrund von nicht-einheitlicher Ausrichtung verhindert werden.
  • 4A bis 4F sind Querschnittansichten entlang der Linien I-I', II-II' und III-III' in 2 und zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Matrix-Substrats einer LCD gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 4A wird ein metallisches Material auf einem Substrat 210 abgeschieden und wird strukturiert, so dass eine Gate-Leitung 221, eine Gate-Elektrode 222 und ein Gate-Pad 277 gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 4B wird eine gate-isolierende Schicht 230 durch Abscheiden von einem oder mehreren anorganischen isolierenden Materialien wie Siliziumnitrid (SiNx) oder Siliziumoxid (SiO2) auf dem Gate-Pad 277 und der Gate-Elektrode 222 gebildet. Die gate-isolierende Schicht 230, eine amorphe Siliziumschicht und eine n+-Schicht werden im Wesentlichen nacheinander abgeschieden und mittels Photolithographie strukturiert, so dass hierdurch eine aktive Schicht 241 und dotierte Halbleiter-Schichten 251 und 241 gebildet werden, die in einer Insel-Form gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 4C wird eine Metallschicht abgeschieden und so strukturiert, dass eine Source-Elektrode 262, die sich von der Daten-Leitung 261 erstreckt, eine Drain-Elektrode 263, die von der Source-Elektrode 262 durch einen vorbestimmten Abstand entfernt ist, und ein Daten-Pad 278, das sich von der Daten-Leitung 261 erstreckt. Die Fremdatom-Halbleiter-Schicht, die zwischen der Source-Elektrode 262 und der Drain-Elektrode 263 freiliegt, wird geätzt, so dass ohm'sche Kontaktschichten 251 und 252 gebildet werden. Zusätzlich wird eine Kondensator-Elektrode 265 gebildet, die die Gate-Leitung 221 überlappt.
  • Bezugnehmend auf 4D wird eine Passivierungs-Schicht 270 auf dem Substrat 210 abgeschieden, wobei die Source-Elektrode 262, die Drain-Elektrode 263 und das Daten-Pad 278 gebildet werden. Die Passivierungs-Schicht wird durch Abscheiden von einem oder mehreren anorganischen isolierenden Materialien wie Siliziumnitrid (SiNx) oder Siliziumoxid (SiO2) gebildet. Die Passivierungs-Schicht 270 wird strukturiert, so dass ein erstes Kontaktloch 271 und ein zweites Kontaktloch 272 gebildet werden, die die Drain-Elektrode 263 und die Kondensator-Elektrode 265 frei legen. Ebenso durchdringen ein drittes Kontaktloch 273 und ein viertes Kontaktloch 274 die Passivierungs-Schicht 270 oder die gate-isolierende Schicht 230, so dass das Gate-Pad 277 und das Daten-Pad 278 freigelegt werden. In anderen Ausführungsformen kann die Passivierungs-Schicht 270 zwischen der Drain-Elektrode 263 und der Kondensator-Elektrode 265 entfernt werden.
  • Bezugnehmend auf 4E wird weiterhin eine Einebnungsschicht 280 auf der Gate-Leitung 221, der Daten-Leitung 261 und dem TFT gebildet. Die Passivierungs-Schicht 280 kann aus einem organischen isolierenden Material wie Photoacryl oder Benzocyclobuten (BCB) gebildet werden. Genauer gesagt, die Einebnungsschicht 280 wird durch Abscheiden eines organischen isolierenden Materials, wie auf Photoacryl basierendes Harz, auf dem Substrat 210 gebildet. Dieses organische isolierende Material ist photosensitiv.
  • Wenn die Einebnungsschicht 280 gebildet wird, wird das organische isolierende Photoacryl-Material auf der Passivierungs-Schicht 270 durch eine Schleuder-Methode oder eine Walzen-Beschichtungs-Methode aufgebracht. Dann wird das organische isolierende Photoacryl-Material durch Photolithographie strukturiert. Das heißt, mit einer Photomaske wird das organische isolierende Photoacryl-Material abgedeckt und ultravioletter (UV) Strahlung ausgesetzt. Dadurch wird das organische isolierende Photoacryl-Material durch Strukturen der Photomaske hindurch bestrahlt. Durch Entwickeln des bestrahlten Bereichs unter Verwendung eines Entwicklers wird das organische isolierende Photoacryl-Material strukturiert, so dass die Polarisations-Schichtstruktur auf der Gate-Leitung 221, der Daten-Leitung 261 und dem TFT-Bereich gebildet wird.
  • Bezugnehmend auf 4F wird eine Ausrichtungsschicht 291 in dem Pixelbereich gebildet. Die Ausrichtungsschicht 291 wird durch Auftragen von Ausrichtungsmaterial wie Polyimid auf die darunter liegenden Schichten gebildet. Wie dargestellt bedeckt die Ausrichtungsschicht 291 die gesamte Oberfläche des Substrats 210. In anderen Ausführungsformen kann die Ausrichtungsschicht 291 auf dem Substrat 210 oder der gate-isolierenden Schicht 230 angeordnet sein.
  • Bezugnehmend auf 4G wird eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht (Kompensations-Film) 290 auf dem Substrat gebildet, wobei die Ausrichtungsschicht 291 gebildet wird. Die gehärtete Flüssigkristall-Schicht 290 wirkt bei Verwendung eines reaktiven Flüssigkristalls als Viertelwellen-Platte. Um den Kompensations-Film 290 zu bilden, wird die gesamte Oberfläche des Substrats 210 mit einer Lösung beschichtet, die die reaktiven Flüssigkristall-Moleküle enthält, wobei Schleuder-Beschichtung, Rakel-Beschichtung oder Spalt-Farb-Beschichtung verwendet wird. Die Lösung wird dann gehärtet durch Aushärten der Lösung unter Verwendung von UV-Strahlung und/oder thermischem Aushärten.
  • Bezugnehmend auf 4H werden die gehärtete Flüssigkristall-Schicht 290, die die reaktiven Flüssigkristall-Moleküle enthält, und die Ausrichtungsschicht 291 in dem Pixelbereich strukturiert. Dieser Prozess wird im Folgenden im Detail beschrieben.
  • Die gehärtete Flüssigkristall-Schicht 290 wird durch Photolithographie strukturiert. Das heißt, mit einer Photomaske wird die photosensitive Flüssigkristall-Schicht abgedeckt und ultravioletter (UV) Strahlung ausgesetzt. Dadurch wird die photosensitive Flüssigkristall-Schicht durch Strukturen der Photomaske hindurch bestrahlt. Durch Entwickeln des bestrahlten Bereichs unter Verwendung eines Entwicklers wird das Material für die gehärtete Flüssigkristall-Schicht derart strukturiert, dass die Ausrichtungsschicht 291 und die gehärtete Flüssigkristall-Schicht 290 nur in dem Pixelbereich gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 4I wird eine Pixel-Elektrode 281 auf der gehärteten Flüssigkristall-Schicht 290 in dem Pixelbereich gebildet. Die Pixel-Elektrode wird aus einem transparenten leitfähigen Material wie Indiumzinnoxid (ITO) oder Indiumzinkoxid (IZO) gebildet. Außerdem ist die Pixel-Elektrode 281 mit der Drain-Elektrode 262 und der Kondensator-Elektrode 265 durch das erste Kontaktloch 271 bzw. durch das zweite Kontaktloch 272 verbunden. In anderen Ausführungsformen kann die Pixel-Elektrode 281 vor der Ausrichtungsschicht 291 und dadurch zwischen der Ausrichtungsschicht 291 und dem Substrat 210 gebildet werden. Zum Beispiel kann die Pixel-Elektrode 281 derart gebildet werden, dass sie das Substrat 210 kontaktiert.
  • Da die gehärtete Flüssigkristall-Schicht 290 in dem Pixelbereich gebildet ist und die Einebnungsschicht 280 andernorts gebildet ist, ist der Höhenunterschied zwischen diesen Bereichen ausgeglichen. Entsprechend ist die Verkippung verringert.
  • Um die Flüssigkristall-Schicht auszurichten, wird eine Ausrichtungsschicht (nicht dargestellt) zwischen dem Matrix-Substrat und dem Farbfilter-Substrat auf einer gesamten Oberfläche des Matrix-Substrats gebildet, wo die Pixel-Elektroden 281 gebildet sind. Die Ausrichtungsschicht kann einheitlich geschichtet sein, da im Wesentlichen kein Höhenunterschied besteht zwischen dem Bereich, in dem die Pixel-Elektrode 281 gebildet ist, und dem Bereich, in dem die Einebnungsschicht 280 gebildet ist.
  • Zusätzlich kann eine Lücke zwischen der Daten-Leitung 261 und der Pixel-Elektrode 281 verringert werden, indem die Einebnungsschicht 280 auf dem Matrix-Substrat in dem Flüssigkristall-Paneel gebildet wird, wodurch das Aperturverhältnis erhöht wird. Des Weiteren kann der Flüssigkristall kompakt hergestellt werden, indem die gehärtete Flüssigkristall-Schicht 290 innerhalb des Flüssigkristall-Paneels gebildet wird.
  • Wie oben beschrieben liefert das Matrix-Substrat der gezeigten und beschriebenen LCD ein hohes Aperturverhältnis durch Bildung der gehärteten Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich. Zusätzlich kann eine schlanke LCD hergestellt werden, indem die gehärtete Flüssigkristall-Schicht in der Form eines dünnen Films innerhalb des Flüssigkristall-Paneels strukturiert wird.
  • Es ist offensichtlich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung gemacht werden können. Also ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Änderungen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, sofern sie sich innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalenten befinden.

Claims (43)

  1. Ein Matrix-Substrat einer LCD (liquid crystal display device, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung), aufweisend: ein Substrat, das einen Pixelbereich aufweist und einen TFT (thin film transistor, Dünnschichttransistor) in dem Pixelbereich; eine erste isolierende Schicht auf dem Substrat; eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich; und eine zweite isolierende Schicht, die im Wesentlichen mit der gehärteten Flüssigkristall-Schicht eben ist.
  2. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, das ferner eine Pixel-Elektrode aufweist, die elektrisch mit dem TFT auf der gehärteten Flüssigkristall-Schicht verbunden ist.
  3. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, das ferner eine erste Ausrichtungsschicht zwischen der ersten isolierenden Schicht und der gehärteten Flüssigkristall-Schicht aufweist.
  4. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, wobei die erste isolierende Schicht eine anorganische isolierende Schicht aufweist.
  5. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, wobei die zweite isolierende Schicht eine organische isolierende Schicht aufweist.
  6. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, wobei die zweite isolierende Schicht eine photosensitive organische isolierende Schicht aufweist.
  7. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, wobei die zweite isolierende Schicht die Bildung aus Photoacryl oder Benzocyclobuten (BCB) aufweist.
  8. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, wobei die gehärtete Flüssigkristall-Schicht ein reaktives Mesogen beinhaltet.
  9. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, wobei die zweite isolierende Schicht und die gehärtete Flüssigkristall-Schicht sich nicht gegenseitig überlappen.
  10. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, das ferner eine zweite Ausrichtungsschicht auf einem vollständigen Bereich des Substrats aufweist, wo die gehärtete Flüssigkristall-Schicht und die zweite isolierende Schicht gebildet werden.
  11. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 1, wobei die gehärtete Flüssigkristall-Schicht einen photosensitiven Flüssigkristall aufweist.
  12. Ein Verfahren zum Herstellen eines Matrix-Substrats einer LCD (liquid crystal display device, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung), das Verfahren umfassend: Bereitstellen eines Pixelbereichs und Bilden eines TFT (thin film transistor, Dünnschichttransistor) in dem Pixelbereich; Bilden einer ersten isolierenden Schicht auf dem Substrat; Bilden einer zweiten isolierenden Schicht in einem vorbestimmten Bereich, der den TFT auf der ersten isolierenden Schicht beinhaltet; und Bilden einer gehärteten Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich derart, dass die gehärtete Flüssigkristall-Schicht nicht mit der zweiten isolierenden Schicht auf der ersten isolierenden Schicht überlappt.
  13. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die erste isolierende Schicht eine anorganische isolierende Schicht aufweist.
  14. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die zweite isolierende Schicht eine organische isolierende Schicht aufweist.
  15. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die zweite isolierende Schicht eine photosensitive organische isolierende Schicht aufweist.
  16. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die zweite isolierende Schicht die Bildung aus Photoacryl oder Benzocyclobuten (BCB) aufweist.
  17. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die gehärtete Flüssigkristall-Schicht ein reaktives Mesogen beinhaltet.
  18. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner Bilden einer ersten Ausrichtungsschicht auf der ersten isolierenden Schicht vor Bilden der gehärteten Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich aufweist.
  19. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei Bilden der zweiten isolierenden Schicht aufweist: Abdecken der zweiten isolierenden Schicht mit einer Photomaske; und Strukturieren der zweiten isolierenden Schicht unter Verwendung der Photomaske.
  20. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei Bilden der gehärteten Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich aufweist: Bereitstellen einer photosensitiven Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich; Abdecken der photosensitiven Flüssigkristall-Schicht mit einer Photomaske; und Strukturieren der photosensitiven Flüssigkristall-Schicht unter Verwendung der Photomaske, so dass eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht gebildet wird.
  21. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner Bilden einer zweiten Ausrichtungsschicht auf der gehärteten Flüssigkristall-Schicht und auf der zweiten isolierenden Schicht aufweist.
  22. Ein Matrix-Substrat einer LCD (liquid crystal display device, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung), aufweisend: eine Gate-Leitung, gebildet auf einem Substrat; eine Gate-Elektrode in einem TFT (thin film transistor, Dünnschichttransistor)-Bereich des Substrats und verbunden mit der Gate-Leitung; eine gate-isolierende Schicht auf der Gate-Leitung und der Gate-Elektrode; eine aktive Schicht auf der Gate-Elektrode; eine ohm'sche Kontaktschicht auf der aktiven Schicht; eine Daten-Leitung senkrecht zu der Gate-Leitung; eine Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode auf der ohm'schen Kontaktschicht in dem TFT-Bereich, wobei die Source-Elektrode sich von der Daten-Leitung erstreckt; eine erste isolierende Schicht auf einer gesamten Oberfläche des Substrats, wobei die erste isolierende Schicht ein Kontaktloch aufweist, das einen Teil der Drain-Elektrode frei legt; eine zweite isolierende Schicht auf der Gate-Leitung, der Daten-Leitung und dem TFT-Bereich; eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht in einem Pixelbereich; und eine Pixel-Elektrode, die durch das Kontaktloch mit der Drain-Elektrode verbunden ist.
  23. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, wobei die Pixel-Elektrode auf der gehärteten Flüssigkristall-Schicht angeordnet ist.
  24. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, wobei die erste isolierende Schicht eine anorganische isolierende Schicht aufweist.
  25. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, wobei die zweite isolierende Schicht eine organische isolierende Schicht aufweist.
  26. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, wobei die zweite isolierende Schicht eine photosensitive organische isolierende Schicht aufweist.
  27. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, wobei die zweite isolierende Schicht Photoacryl oder Benzocyclobuten (BCB) aufweist.
  28. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, wobei die gehärtete Flüssigkristall-Schicht ein reaktives Mesogen beinhaltet.
  29. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, wobei die zweite isolierende Schicht und die gehärtete Flüssigkristall-Schicht sich nicht gegenseitig überlappen.
  30. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, das ferner eine erste Ausrichtungsschicht zwischen der ersten isolierenden Schicht und der gehärteten Flüssigkristall-Schicht aufweist.
  31. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, das ferner eine zweite Ausrichtungsschicht auf der gehärteten Flüssigkristall-Schicht und auf der zweiten isolierenden Schicht aufweist.
  32. Das Matrix-Substrat gemäß Anspruch 22, wobei die gehärtete Flüssigkristall-Schicht einen photosensitiven Flüssigkristall aufweist.
  33. Ein Verfahren zum Herstellen einer LCD (liquid crystal display device, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung), wobei die LCD eine Gate-Leitung beinhaltet, eine Daten-Leitung senkrecht zu der Gate-Leitung und einen TFT (thin film transistor, Dünnschichttransistor), der eine Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweist, das Verfahren aufweisend: Bilden einer ersten isolierenden Schicht auf dem TFT derart, dass die erste isolierende Schicht ein Kontaktloch aufweist, das einen Teil der Drain-Elektrode frei legt; Bilden einer zweiten isolierenden Schichtstruktur in einem vorbestimmten Bereich der ersten isolierenden Schicht, wobei der vorbestimmte Bereich den TFT, die Gate-Leitungen und die Daten-Leitungen aufweist; Bilden einer gehärteten Flüssigkristall-Schicht auf der ersten isolierenden Schicht derart, dass die gehärtete Flüssigkristall-Schicht nicht die zweite isolierende Schichtstruktur überlappt; und Bilden einer Pixel-Elektrode auf der gehärteten Flüssigkristall-Schicht derart, dass die Pixel-Elektrode mit der Drain-Elektrode durch das Kontaktloch verbunden ist.
  34. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei die gehärtete Flüssigkristall-Schicht in einem Pixelbereich gebildet wird.
  35. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei die erste isolierende Schicht eine anorganische isolierende Schicht aufweist.
  36. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei die zweite isolierende Schicht eine organische isolierende Schicht aufweist.
  37. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei die zweite isolierende Schicht eine photosensitive organische isolierende Schicht aufweist.
  38. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei die zweite isolierende Schicht Photoacryl oder Benzocyclobuten (BCB) aufweist.
  39. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei die gehärtete Flüssigkristall-Schicht ein reaktives Mesogen beinhaltet.
  40. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, das ferner vor Bilden der gehärteten Flüssigkristall-Schicht in dem Pixelbereich Bilden einer ersten Ausrichtungsschicht auf der ersten isolierenden Schicht aufweist.
  41. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei Bilden der zweiten isolierenden Schichtstruktur beinhaltet: Bedecken der zweiten isolierenden Schicht mit einer Photomaske; und Strukturieren der zweiten isolierenden Schicht unter Verwendung der Photomaske.
  42. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei Bilden der gehärteten Flüssigkristall-Schicht beinhaltet: Bereitstellen einer photosensitiven Flüssigkristall-Schicht auf der ersten isolierenden Schicht; Bedecken der photosensitiven Flüssigkristall-Schicht mit einer Photomaske; und Strukturieren der photosensitiven Flüssigkristall-Schicht unter Verwendung der Photomaske, so dass eine gehärtete Flüssigkristall-Schicht gebildet wird.
  43. Das Verfahren gemäß Anspruch 33, das ferner Bilden einer zweiten Ausrichtungsschicht auf der gehärteten Flüssigkristall-Schicht und auf der zweiten isolierenden Schicht aufweist.
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