TW526365B - Multi-domain vertical alignment liquid crystal display - Google Patents

Description

526365 6997twf.d〇c/009 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（/ ) 本發明是有關於一種液晶顯不器（Liquid Crystal Display )，且特別是有關於一'種多區域垂直排列（Multi-Domain Vertical Alignment ， MVA ) 型液晶顯示器。 目前的液晶顯示器正朝向顯示量增大、高亮度、高 對比、大視角、大面積以及全彩化的趨勢發展。隨著液晶 顯示器的演進，由於液晶顯示器的視角（View angle )問題， 因此會將顯示用之液晶區隔成多區域，以使得液晶分子呈 現多個方向的傾倒’以增進液晶顯示器的視角。 習知的多區域垂直排列型液晶顯示器中，提供一互 相平行的薄膜電晶體陣列基板（TFT Array Substrate )與具 有彩色濾光片（Color Filter )之基板，而薄膜電晶體陣列基 板的下方以及具有彩色濾光片之基板上方分別提供一下層 偏光板與一上層偏光板。其中’上層偏光板與下層偏光板 均只允許一互爲垂直的直線偏光通過。而在兩基板之間具 有一液晶層，液晶分子之長軸的排列方向約垂直於兩基 板。在此多區域垂直排列液晶顯示器中，由於液晶分子之 長軸與電場方向平行，因此剛開始旋轉液晶分子時，液晶 分子被旋轉的速率較慢，而當液晶分子的長軸越接近電場 的垂直方向時，液晶分子的旋轉速率則越快。因此，爲了 精確控制液晶分子的傾倒方向，通常需要以預傾角（Pre-tilt Angle )來控制液晶的排列方向，亦即預先使液晶分子的長 軸與電場的方向具有一傾斜角度。一般常見的作法是利用 狹縫（Slit )與突起結構（Protrusion )之組合，於薄膜電晶 體陣列基板與具有彩色濾光片之基板上雙面加工。 (請先閱讀背面之注意事項>^寫本頁) 訂·· 線： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526365 69 97twf. doc/009 五、發明說明（>) 請參照第1圖，其繪示爲習知多區域垂直排列型液 晶顯示器之示意圖。薄膜電晶體陣列基板100上之畫素電 極101具有數個狹縫102,而具有彩色濾光片之基板104 上之畫素電極105具有數個突起結構106 °將薄膜電晶體 陣列基板100與具有彩色濾光片之基板104進行對位組裝 後，每兩狹縫102之間下方的薄膜電晶體陣列基板100上 具有一突起結構1〇6。換言之，狹縫102與突起結構106 爲交錯分佈，並不會位於同一鉛直線上。其中，位於兩基 板100、104之間的液晶分子在加電壓後會因狹縫102與 突起結構1〇6而產生相同的液晶傾倒方向。 請參照第2圖，其繪示爲習知另一種多區域垂直排 列型液晶顯示器之示意圖。薄膜電晶體陣列基板200上之 畫素電極201具有數個狹縫202a，而具有彩色濾光片之基 板204上之畫素電極2〇5具有數個狹縫202b。將薄膜電晶 體陣列基板2〇〇與具有彩色濾光片之基板204進行對位組 裝後，每兩狹縫2〇2a之間下方的薄膜電晶體陣列基板200 上具有一狹縫202b。換言之，狹縫202a與狹縫202b爲交 錯分佈，並不會位於同一鉛直線上。其中，位於兩基板200、 2〇4之間的液晶分子會因狹縫2〇2a、202b而在施加電壓 後，產生某預期方向傾倒的現象。 習知的多區域垂直排列型液晶顯示器藉由狹縫與突 起結構（或狹縫）之組合，並於薄膜電晶體陣列基板與具 有彩色濾光片之基板上雙面加工，而於兩基板上的加工增 加製作的成本。 4 (請先閱讀背面之注咅？事項3寫本頁) --霞 -·線」 本紙張尺度適國國家標準（cns)a4規----- 526365 6997twf.doc/009 A/ _B7 _ 五、發明說明（)） 此外，同時於兩基板上加工所形成之狹縫與突起結 構，在進行組裝時會有對位上的誤差等因素影響到顯示器 之品質。 因此，本發明的自的在提出一種多區域垂直排列型 液晶顯示器，僅於薄膜電晶體陣列基板上進行狹縫與突起 結構之加工，因此在組裝時並不會有對位誤差影響顯示品 質的問題。 / 本發明的另一目的在提出一種多區域垂直排列型液 晶顯示器，除了於薄膜電晶體陣列基板上進行狹縫與突起 結構之加工以外，更形成一層介電層覆蓋於狹縫與畫素電 極上，使得突起結構上方之介電層較薄或暴露出突起結構 上畫素電極的表面，不但使得薄膜電晶體陣列基板的表面 較爲平坦，更可以藉此結構將液晶分子分成多個區域進行 顯示。 爲達上述目的，本發明提出一種多區域垂直排列型 液晶顯示器，係由一具有彩色濾光片之基板、一液晶層與 一薄膜電晶體陣列基板所組成。其中，薄膜電晶體陣列基 板上包括陣列排列之薄膜電晶體與畫素電極，而畫素電極 上具有數個突起結構與狹縫，且具有一上表面平坦之介電 層覆蓋於畫素電極上，使得突起結構上方之介電層較薄或 暴露出突起結構上畫素電極的表面。其中，覆蓋於狹縫或 部分畫素電極上之介電層會使其上方之電位較低。而突起 結構上方的部分，由於畫素電極上方之介電層較薄甚至直 接暴露出畫素電極，因此其電位會較高。故藉由突起結構 --------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項HI寫本頁) ·. 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSW規格（210 X 297公釐） 526365 6997twf·d〇c/009 五、發明說明（f ) 與狹縫相間再搭配覆蓋其上之介電層，不但可以使得畫素 電極上方平坦化，更可將畫素電極所產生之電場扭曲，以 使液晶分子達到不同方向傾倒的效果，進而將同一畫素電 極上之液晶層分爲多個區域，以形成多區域垂直排列型液 晶顯示器。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖繪示爲習知多區域垂直排列型液晶顯示器之 示意圖； 第2圖繪示爲習知另一種多區域垂直排列型液晶顯 示器之示意圖； 第3A圖至第3E圖繪示爲依照本發明一較佳實施例 中薄膜電晶體陣列基板之製作流程圖； 第4圖繪示爲依照本發明一較佳實施例中多區域垂 直排列型液晶顯示器中畫素之俯視圖； 第5圖繪示爲第4圖中薄膜電晶體陣列基板沿著A-A剖面之剖面示意圖； 第6圖繪示爲依照本發明一較佳實施例中薄膜電晶 體陣列基板上將兩個畫素組合之示意圖； 第7圖繪示爲依照本發明一較佳實施例中突起結構 與狹縫上方液晶分子長軸的分佈情況與其穿透率 (Transmittance )之示意圖；以及 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) · 線； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526365 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6997twf. doc/009 ^ _B7_ 五、發明說明（f ) 第8圖繪示爲依照本發明一較佳實施例中突起結構 與狹縫上方液晶分子長軸的分佈情況與其電場強度（等電 位線）分佈之示意圖。 圖式之標示說明： 100、 200 :薄膜電晶體陣列基板 101、 105、201、205 :畫素電極 102、 202a、202b :狹縫 104、204 :具有彩色濾光片之基板 106 :突起結構 3 0 0 :基板 3 0 2 :閑極 304 :介電層 306 :非晶砂層 308 :摻雜非晶矽層 — 309 :突起結構 310 :源極 312 :汲極 314 :保護層 316 :接觸窗開口 318 :畫素電極 3 20 ··狹縫 322 :介電層 較佳實施例 首先請參照第3 A圖至第3 E圖，其繪示爲依照本發 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) t! 訂· --線· 526365 6997twf.doc/009 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 R7 發明說明（b) 明一較佳實施例中薄膜電晶體陣列基板之製作流程圖。首 先，請先參照第3A圖，形成一金屬層於絕緣基板300上， 再以第一道光罩製程於絕緣基板300上形成閘極302，而 閘極302之材質例如爲鉻金屬。 接著請參照第3B圖，於絕緣基板300上形成一介電 層304，其材質例如爲氮化矽（SlNx )材質。接著再於介電 層304上形成一非晶矽層306( a-Si )以及一摻雜非晶矽層 308( n+ a-Si )，藉由第二道光罩製程，將位於閘極302上 方的非晶矽層306與摻雜非晶矽層308保留，以作爲形成 源極/汲極之前置基礎。此外，並藉由第二道光罩製程， 於畫素電極上預定之位置，保留部分之非晶矽層306以形 成至少一突起結構309，突起結構309之寬度例如爲1〇微 米，而厚度例如爲0.2微米至0.3微米。 接著請參照第3C圖，形成一金屬層，例如爲鉻金屬 於絕緣基板300上，再以第三道光罩製程將閘極302上方 之部分金屬層、摻雜非晶矽層308以及非晶矽層306移除’ 以形成分離之源極310與汲極312。 接著請參照第3D圖，在源極310與汲極312形成之 後，爲了防止薄膜電晶體元件被刮傷與提升元件操作特 性，形成一保護層314於絕緣基板300上’保護層314之 材質例如爲氮化矽材質。再以第四道光罩製程，將位於源 極310上方之保護層314移除一小區域至暴露出部分源極 310爲止，以形成一接觸窗開口 316。 接著請參照第3E圖，由於薄膜電晶體液晶顯示器的 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) r»裝 訂： 526365 A7 B7 6997twf·d〇c/〇〇9 五、發明說明) 操作是利用光閥原理來控制光線是否可以通過液晶顯不 器，用以顯示這些畫素的電極必彡員具Γ備導電及透光的牛寺 1生，因此例如利用氧化姻錫層做爲畫素電極3 1 8 ^將氣化 銦錫層例如是以物理氣相沈積方式形成塡入接觸窗開口 316中，並覆蓋於絕緣基板300與突起結構309上。接著 藉由第五道光罩製程形成畫素電極318 °其中，以第五道 光罩製程可於畫素電極318上形成至少一狹縫320，狹縫 320的寬度例如爲8微米至10微米’而狹縫320的延伸方 向例如與突起結構309之延伸方向平行。然而’視製程需 求，狹縫320的延伸方向亦可不平行於突起結構309之延 伸方向。 同樣請參照第3Ε圖，在第五道光罩製程之後，形成 一上表面平坦之介電層322於畫素電極318上方，以達到 畫素電極318表面平坦化的作用，其中介電層322可以爲 例如氮化矽（SiNx )，氧化矽或其他有機物質等之介電材料 所形成者。此介電層322例如可以暴露出突起結構309上 方之畫素電極318表面或是僅以很小之厚度覆蓋於突起結 構309上方之畫素電極318上。由於覆蓋於畫素電極上之 介電層322因位置的不同而會有厚度上之差異，故藉由介 電層322的厚度差異，可以有效的將畫素電極318上方所 產生的電場扭曲，使得在畫素電極318上不同位置的液晶 分子會因不同的電場強度而達到不同方向傾倒的效果。 接著請同時參照第4圖與第5圖，其中，第4圖糸會 示爲依照本發明一較佳實施例中多區域垂直排列型液晶顯 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格·（21〇 X 297公室） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526365 6997twf.doc/009 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（$) 示器中畫素之俯視圖。而第5圖繪示則爲第4圖中薄膜電 晶體陣列基板沿著A-A剖面之剖面示意圖。於第4圖的畫 素俯視圖與第5圖中可以淸楚得知，薄膜電晶體包括閘極 302、源極310、汲極312與非晶矽層306等位於畫素的角 落與畫素電極318電性連接。畫素電極318上具有至少一 狹縫320與絕緣基板300上之突起結構309交錯分佈，狹 縫320與突起結構309的延伸方向例如爲互相平行。此外， 由於畫素電極318覆蓋於突起結構309上，所以突起結構 3〇9上方之畫素電極318亦會突起。 於畫素電極318上方更覆蓋了一介電層322，介電層 322例如具有一平坦的上表面以將狹縫32〇塡滿，並將突 起結構309上方之畫素電極318裸露出來亦或是僅以很小 之厚度覆蓋於突起結構309上方之畫素電極318上。藉由 裸露出之畫素電極318(亦或是僅以很小之介電層322厚度 覆蓋於突起結構309上方之畫素電極318)、被介電層322 覆蓋之畫素電極318以及狹縫320可以使電場扭曲，進而 使絕緣基板300上方的液晶分子達到不同方向傾倒的效 果。 接著請參照第6圖，其繪示爲依照本發明一較佳實 施例中薄膜電晶體陣列基板上將兩個畫素組合之示意圖。 兩個畫素之間例如以儲存電容（未繪示）相間隔，並將兩 個畫素中的狹縫320與突起結構309的延伸方向作不同的 設計’以達到廣視角的顯示品質。 接著請參照第7圖，其繪示爲依照本發明一較佳實 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 意 事 項 I·, f 裝 訂 526365 A7 B7 6997twf.doc/009 五、發明說明（q) 施例中突起結構與狹縫上方液晶分子長軸的分佈情況與其 穿透率之示意圖。第7圖中，橫軸代表薄膜電晶體陣列基 板上之位置，左邊縱軸代表兩基板之間距’而右邊縱軸代 表光穿透率。由第7圖可淸楚得知，圖中之突起結構之中 央部位與圖左右兩側之狹縫上方的液晶層之光穿透率幾乎 爲零，而其他位置上方液晶層的光穿透率分佈很均勻，約 介於0.8至0.9之間。 最後請參照第8圖’其繪不爲依照本發明一較佳實 施例中突起結構與狹縫上方液晶分子長軸的分佈情況與其 電場強度（等電位線）分佈之不意圖。其中突起結構（位 於圖中央部位）及狹縫（位於圖左右兩側)於圖中之對應位置 與第7圖相同；由第8圖可淸楚得知，突起結構上方的電 場分佈會較狹縫上方的電場分佈強。就整個液晶顯示器而 言，薄膜電晶體陣列基板上的突起結構、狹縫再搭配介電 層，使得電場的扭曲會出現在突起結構與狹縫上方（如第 8圖所繪示），這樣的電場扭曲對於液晶分子傾倒方向上的 控制有很大的助益。 綜上所述，本發明至少具有下列優點： 1·本發明於薄膜電晶體陣列基板上同時形成突起結構 與狹縫，可避免薄膜電晶體陣列基板與具有彩色濾光片之 基板對位上之誤差。 2 ·本發明形成一層介電層於畫素電極上方，使得薄膜 電晶體陣列基板具有較佳的平坦化效果，使得液晶分子間 隙較爲均勻，進而增進顯示品質。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵◦ x 297公爱） -------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 訂·- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526365 6997twf . doc/.009 五、發明說明) 3. 本發明形成一層介電層於畫素電極上方，可將畫素 電極所產生之電場扭曲，以使液晶分子達到不同方向傾倒 的效果，進而將同一畫素電極上之液晶層分爲多個區域。 4. 本發明於不同畫素中的突起結構之延伸方向可以設 計成不同方向，使其在不同的畫素中分別形成不同方向的 多個區域，同時藉由數個畫素之組合以達到廣視角的顯示 目的。 5. 本發明中所形成之狹縫與突起結構以及之後形成的 介電層，皆與目前薄膜電晶體液晶顯示器的五道製程相 容。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項¾填寫本頁) :裝

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐）

Claims (1)

1. 526365

   六、申請專利範圍 1. 一種多區域垂直排列型液晶顯示器，至少包括： 一第一基板，該第一基板上具有複數個薄膜電晶體、 複數個凸起結構以及複數個畫素電極，其中，該些畫素電 極位於該基板上且覆蓋於該些突起結構上，並具有複數個 狹縫，該第一基板上更具有一介電層，該介電層配置於該 些畫素電極與該些狹縫上且具有一平坦之上表面； 一'第一基板；以及 一液晶層，該液晶層位於該第一基板與該第二基板 之間。 2. 如申請專利範圍第1項所述之多區域垂直排列型液 晶顯示器，其中該第一基板、第二基板爲玻璃基板。 3. 如申請專利範圍第1項所述之多區域垂直排列型液 晶顯示器，其中該第一基板係爲薄膜電晶體陣列基板。 4. 如申請專利範圍第1項所述之多區域垂直排列型液 晶顯示器，其中該第二基板上至少包括複數個黑矩陣與複 數個彩色濾光片。 5. 如申請專利範圍第1項所述之多區域垂直排列型液 晶顯示器，其中該些突起結構與該些狹縫的延伸方向係爲 互相平行。 6. 如申請專利範圍第1項所述之多區域垂直排列型液 晶顯示器，其中該些突起結構與該些狹縫的延伸方向係不 互相平行。 7. 如申請專利範圍第1項所述之多區域垂直排列型液 晶顯示器，其中該些突起結構係與該些狹縫相間排列。 請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝 · · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 526365 6997twf. doc/009 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第1項所述之多區域垂直排列型液 晶顯示器，其中該介電層係暴露出該些突起結構上方之該 畫素電極表面。 9. 如申請專利範圍第1項所述之多區域垂直排列型液 晶顯示器，其中該介電層係以一厚度覆蓋於該些突起結構 上方之該畫素電極表面。 10. —種薄膜電晶體陣列基板，至少包括： 一基板·， 複數個凸起結構，該些突起結構位於該基板上； 複數個薄膜電晶體，該些薄膜電晶體位於該基板上， 以提供一電場； 複數個畫素電極，該些畫素電極位於該基板上且覆 蓋於該些突起結構，並具有複數個狹縫，其中，該些突起 結構係與該些狹縫相間；以及 一介電層，該介電層覆蓋於該些畫素電極與該些狹 縫上，該介電層具有一平坦之上表面。 11. 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體陣列基 板，其中該基板爲玻璃基板。 12. 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體陣列基 其中該些突起結構與該些狹縫之延伸方向係爲互相平 板 行 賴難屬 13.如申請專利範圍第1 〇項所述之多¥_儀:眞拼殊垂 \ ；：( ，其中該些突起結構與該些狹縫的係

   14 請 先 閱 讀 背 意 事 項

   # 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） 526365 A8 B8 C8 D8 轉:¾¾ 15.如申請專利範圍第H)項所述之 ΜΆ 69 97twf. doc/00 9 六、申請專利範圍 14.如申請專利範圍第10項所述之p ::¾¾..¾譃/j其中該些突起結構係與該鸟 濟辑其中該介電層係暴露出該些突起結構上方之 畫藥表面。 如.串^靑專利範圍第1〇項所述之 其中該介電層係以一厚度覆蓋於該些突起結 構上方之該畫素電極表面。 ------------------ (請先閱讀背面之注意事項ml寫本頁) --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）