TWI503612B - 邊緣電場切換模式液晶顯示器及其製造方法 - Google Patents

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Dong-Hae Sun
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Description

邊緣電場切換模式液晶顯示器及其製造方法
本發明係關於液晶顯示器(LCD，“Liquid crystal display device”)及其製造方法，且更特定而言，係關於LCD及其製造方法，其係能夠移除降低孔徑比的因素、防止漏光，並進一步改善內部反射。
一般而言，邊緣電場切換(FFS，“Fringe field switching”)模式LCD已被提出來改善低孔徑比，以及平面內切換(IPS，“In-plane switching”)模式LCD的穿透量。
該FFS模式LCD包括共用電極(對應電極)及像素電極，其係由透明導電材料所形成，以相較於該IPS模式LCD增加孔徑比及穿透量。此外，該共用電極及該像素電極之間的間隙係小於上層及下層玻璃基板之間的間隙，使得邊緣電場可形成於該共用電極及該像素電極之間。因此，存在於該等電極上的所有液晶分子亦皆被操作，以提供較佳的穿透量。該FFS模式LCD的慣用技術係揭示於例如美國專利號6,256,081及6,226,118、韓國專利註冊號653474等之中，其係由該申請人所申請且已核准。
該慣用FFS模式LCD具有串擾(cross-talk)產生於資料線及像素電極之間，以及由於在該像素電極狹縫端上液晶之不正常操作而向錯(disclination)的問題。黑色矩陣(BM，“Black matrix”)覆蓋該串擾及向錯所影響之主要部分，其降低了孔徑比。再者，因需求較高的解析度，故應縮小單位像素的大小。但是，接觸孔的大小必須不小於特定程度，因而會降低該孔徑比。
為了解決該等問題，韓國專利註冊號849599已提出一種結構，於其中移除接觸孔以增加孔徑比，並降低資料線上的穿透量至最小值，且增加在該資料線周圍的液晶效率至最大值。然而，由於上述結構在該資料線周圍提供該最大液晶效率，故緊鄰該資料線的電場可影響緊鄰其的像素之液晶，而造成色彩混合，故因而仍然需要最小黑色矩陣。再者，因為研磨係以相對於該資料線之預定的角度執行，故由於研磨失敗的漏光係發生在該資料線一側的周圍，且難以使用內部反射來增加外部能見度。
因此，為了移除降低該慣用FFS模式LCD孔徑比的因素、減少漏光及改善內部反射，仍然需求新型的LCD。
本發明係針對FFS模式LCD及其製造方法，其能夠經由相對簡單的製程形成沒有接觸孔的像素區域，並移除暗區域及向錯至最大值，以增加孔徑比。
本發明亦係針對FFS模式LCD及其製造方法，其能夠增加孔徑比、防止漏光並得到內部反射。
根據本發明的一態樣所提供之邊緣電場切換模式(FFS mode)液晶顯示器(LCD)，其包括一下層基板、一上層基板及配置於該等基板之間的一液晶層，該下層基板包括單位像素區域，其由形成以彼此相交的閘極線及資料線所界定，以及切換裝置，其配置於該等閘極及資料線相交處上。該LCD包括：一透明像素電極，其配置於該像素區域中，以及一透明共用電極，其配置於該透明像素電極上，且與該透明像素電極間隔介於兩者之間的一絕緣層，以及具有形成於該像素區域中的複數狹縫，藉由施加電壓於該液晶層來調整光穿透量。在此，配置該等狹縫以形成相對於該閘極線5至10°的角度，該液晶層的研磨方向基本上係平行於閘極方向，且該切換裝置的汲極電極係電連接至該透明像素電極。
在此，該LCD更可包括一反射性結構，其由與該閘極線相同的材料所形成，且配置在該資料線的下方，一絕緣層配置在兩者之間。
同時，該反射性結構的寬度可大於該資料線的寬度。
此外，該等狹縫的角度可能係已決定的，使得緊鄰的像素區域係軸對稱式(axisymmetrically)配置，以在驅動液晶後區分旋轉的方向，且該LCD更可包括透明輔助電極，其形成在該透明像素電極的下方。
此外，該透明共用電極可打開該切換裝置的至少一部分。對於該透明共用電極而言，其可能完全覆蓋該切換裝置。
根據本發明另一態樣所提供製造邊緣電場切換模式(FFS mode)液晶顯示器(LCD)之方法包括一下層基板、一上層基板及配置於該等基板之間的一液晶層，該下層基板包括單位像素區域，其由形成以彼此相交的閘極線及資料線所界定，以及切換裝置，其配置於該等閘極及資料線相交處上。該方法包括：形成一閘極線；形成一閘極絕緣層及一主動層於該閘極線上；形成一透明像素電極於該像素區域中；形成一汲極電極及一資料線於具有該透明像素電極的所產生結構上，其中該汲極電極一部分係電連接至該像素電極一部分；以及形成一透明共用電極，其配置於該透明像素電極上，且與該透明像素電極間隔介於兩者之間的一絕緣層，在該像素區域中具有複數狹縫，且設置成打開該切換裝置的至少一部分。
在此，可配置該等狹縫以形成相對於該閘極線5至10°的角度，且該液晶層的研磨方向基本上可能平行於閘極方向。
以下將參照所附圖式，詳細說明本發明之示例性具體實施例。雖然本發明係搭配其示例性具體實施例來顯示與說明，熟習此項技術者顯然可知，在不悖離本發明的精神與範疇的前提下可做成各種修訂例。
根據本發明示例性具體實施例的LCD包括下層基板、上層基板及配置於該等上層及下層之間的液晶層。該下層基板包括複數像素區域，其係由彼此相交成形的電極所界定，以施加電壓於該液晶層。
第1圖係顯示根據本發明一示例性具體實施例，形成在FFS模式LCD下層基板的像素區域一部分之平面圖；第2圖係沿著第1圖之線I-I’所截取的剖面圖；以及第3A圖至第3E圖係連續顯示形成及重疊各別層的步驟之剖面圖。
下層基板100包括閘極線200a及資料線600，其由不透明金屬所形成，且排列成彼此相交以形成單位像素。透明像素電極400及透明共用電極800係配置於單位像素區域中，絕緣層700介於兩者之間。透明像素電極400係配置於與資料線600相同的層上，例如以平板形式，使得切換裝置的汲極電極600b重疊透明像素電極400的至少一部分，且與其電連接。在此結構中，可移除形成接觸孔的製程，以解決由於該接觸孔形成製程而無法縮小像素大小的問題。此外，此結構讓高解析度得以實行。
透明共用電極800具有複數狹縫，其藉由圖案化沉積於絕緣層700上的透明導電層而形成，且在預定的區域中重疊透明像素電極400。
在主動層500中，依序沉積非晶矽(a-Si)層及n+a-Si層，且在閘極線200a上提供具有閘極絕緣層300介於其間的源極及汲極電極600a及600b，以形成薄膜電晶體(TFT，“Thin film transistor”)T。汲極電極600b係電連接至透明像素電極400，以施加資料訊號至該單位像素。
同時，隨著閘極線200a的形成，在資料線600的下方形成與該閘極線相同材料的反射性結構200b。雖然形成反射性結構200b的材料可能不同於閘極線200a的材料，但為了製程簡化的方便，故反射性結構200b較佳係由與閘極線200a相同的材料所形成。反射性結構200b係設置成改善內部反射，以下將說明其作用。
同時，透明共用電極800包括複數狹縫，其形成於該像素區域中，且打開該切換裝置的至少一部分。亦即，當該等單位像素區域係形成於矩陣中時，該等單位像素區域係藉由透明共用電極800而全部連接，且部分打開該等狹縫及該切換裝置，藉此縮小該等共用電極的全部電阻。
同時，該等狹縫係以相對於該閘極線5至10度的角度設置而成，且液晶層的研磨方向基本上係形成平行於該閘極線方向。由於該液晶層的研磨方向基本上係平行於該閘極線方向，故可能減少漏光及向錯。黏著於該等上層及下層基板的偏光板軸可實行成與該液晶層的研磨方向相同。
同時，該上層基板包括濾色片(未顯示)，其用於代表形成在下層基板100上該等對應像素區域的螢幕色彩。在資料線600上的黑色矩陣可被移除或部分殘留。
接著，將參照第1圖、第2圖及第3A圖至第3E圖詳細說明，根據本發明一示例性具體實施例製造FFS模式LCD的方法。
包括閘極電極的閘極線200a係形成於下層基板100上，且同步形成反射性結構200b。亦即，閘極線200a包括該閘極電極，且反射性結構200b係經由在下層基板100上不透明金屬層的沉積並將其圖案化，以形成於對應至TFT T的形成部分之下層基板100上。反射性結構200b係形成在資料線的下方。
接著，閘極絕緣層300係沉積於下層基板100全部的表面上，以覆蓋閘極線200a及反射性結構200b，且a-Si層及n+a-Si層係依序沉積於閘極絕緣層300上。在此狀態中，圖案化該等層以形成主動層500於閘極電極上的閘極絕緣層300上。
接著，經由透明導電層的沉積及將其圖案化，平板型透明像素電極400係形成在該所產生基板上的各像素區域中。
接著，沉積用於源極及汲極電極的金屬層，且隨後將其圖案化以形成資料線600，其包括源極及汲極電極600a及600b，構成作為切換裝置的TFT T。在此，汲極電極600b係設置成重疊透明像素電極400的一部分，且與其電連接。
接著，施加由氮化矽(SiNx)材料所形成之絕緣層700於具有TFT T的所產生結構上，且隨後形成具有狹縫的透明共用電極800，以重疊透明像素電極400的至少一部分。透明共用電極800具有形成於該像素區域中的複數狹縫，且打開TFT T的至少一部分。
接著，雖然未顯示，但施加校準層於該所產生基板的最上層上，於其上形成透明共用電極800，以完成陣列基板的製造。同時，濾色片係選擇性形成於該上層基板上，且校準層係形成於其上。該上層基板及下層基板100係彼此接合，液晶層介於兩者之間，以完成根據本發明一示例性具體實施例之FFS模式LCD的製造。當然，在接合該等基板之後，可黏著偏光片於該等基板的外表面。
以下，將詳細說明本發明與慣用LCD做比較的效果。
第4圖至第6圖係顯示韓國專利註冊號653474及849599與本發明一示例性具體實施例之間的效果比較之平面圖及剖面圖，闡述根據本發明該LED的效果，例如在資料線周圍光的內部反射的改善、漏光的防止、向錯的防止等。第7圖係顯示韓國專利註冊號849599與本發明一示例性具體實施例之間，LCD內部反射及防止漏光效果的比較之透視圖。
本發明示例性具體實施例係提供來誘發該單位像素區域的內部反射，以增加外部能見度。
在此示例性具體實施例中，除了該資料線之外，使用閘極線材料在該資料線的下方形成反射性結構，因而，亦可能由該閘極線反射。亦即，由於在內部驅動後，光無法藉由反射通過該反射性結構，故該反射性結構作用如同黑色矩陣BM。此外，在外部驅動後，外部光係由該資料線、該閘極線、該反射性結構等的金屬反射，以增加外部能見度。
參照第4圖至第6圖，第4圖顯示在韓國專利註冊號653474的結構中，形成於資料線上的黑色矩陣可造成非驅動式的暗區域，以及不正常驅動的向錯區域。在第5圖中，將可瞭解黑色矩陣係部分形成於其中的區域存在於韓國專利註冊號849599中，且由於研磨失敗可能發生漏光。
另一方面，在第6圖中，在該資料線的下方安置該反射性結構，且黑色矩陣BM並未形成於該上層基板上，或僅部分形成於該TFT的形成區域上，改善孔徑比且最大化內部反射。
此外，相對於該閘極線的研磨方向基本上係設定為0°，以在水平方向校準液晶，使得該校準方向基本上係垂直於該資料線的方向，且該等液晶的校準方向係相對於該等上層及下層基板的偏光片穿透量軸，配置成形成0或90°的角度。因此，在該資料線一側上之該液晶的主要軸上，可能未適當執行研磨處理，與該等上層及下層基板之該等偏光片穿透量軸或吸收軸一致，防止來自對應區域的漏光。
同時，該反射性結構的寬度W1 可能大於該資料線的寬度W2 ，使其可能防止緊鄰像素之間的色彩混合，並進一步增加內部反射。
另外，該透明共用電極之該等狹縫的各末梢端E1 ，係配置於緊鄰末梢端E1 的該資料線之一端S1 及該反射性結構之一端S2 之間。因此，可遮蔽該狹縫端的向錯區域。
再者，該透明像素電極的末梢端E2 可配置於該反射性結構一端S2 及該資料線一端S1 之間。為了防止經由該透明像素電極及該反射性結構之間共用電極狹縫的漏光，該透明像素電極及該反射性結構彼此可部分重疊。然而，由於該資料線及該像素電極係形成於相同的層上，其在該製程期間可能造成短路，故該資料線及該像素電極彼此之間可間隔一預定的距離。
第8圖顯示本發明另一示例性具體實施例。參照第8圖，該透明共用電極的狹縫具有角度，使得緊鄰的像素區域係軸對稱式配置。根據該以上構成，在驅動該等液晶後，該等緊鄰像素的旋轉方向可能係彼此相反。亦即，當一個像素及緊鄰像素之該等透明共用電極之該等狹縫的角度，係相對於該閘極線或該資料線以對稱式配置，且液晶在驅動後係順時針旋轉時，則該緊鄰像素的液晶係逆時針旋轉，以根據視角補償折射率，防止色彩偏移。
第9圖顯示本發明另一示例性具體實施例。
第9圖顯示於其中加入個別製程於第1圖之LCD的方法。為了說明的方便，將僅說明與第1圖之LCD不同之處。
參照第9圖，在透明像素電極400的下方額外形成透明輔助電極900。在形成閘極線200a及反射性結構200b之後，使用透明導電層在該像素區域中形成透明輔助電極900，使得在該閘極線方向之緊鄰的像素區域係彼此電連接。接著，執行在第3B圖之後的製程(一連串製程例如形成閘極絕緣層、形成主動層、形成透明像素電極、形成資料線、形成保護層、形成透明共用電極等)。同時，透明輔助電極900可能具有能包括於透明像素電極400中的大小。透明輔助電極900作用來增加儲存電容。
透明輔助電極900的作用係要維持或增加該全部儲存電容，並根據由於高解析度的變化以及各像素慣用儲存電容的變化所致之像素大小的變化，藉由調整透明輔助電極900造成的輔助儲存電容，有效改善影像品質。
如由前述可見，可移除在像素區域中的接觸孔，以實行高解析度。
此外，由於可使用資料線及閘極線之金屬材料的反射，故可增加外部能見度。
另外，由於研磨製程係以相對於該閘極線°0或基本上0°的角度執行，故可能防止該慣用技術之該資料線的漏光。
熟習此項技術者顯然可察知，在不悖離本發明的精神或範疇的前提下，可做成對上述本發明示例性具體實施例的各種修訂例。因而，本發明係欲涵蓋落於所附申請專利範圍及其等效例之範疇內的所有此類修訂例。
100‧‧‧下層基板
200a‧‧‧閘極線
200b‧‧‧反射性結構
300‧‧‧閘極絕緣層
400‧‧‧透明像素電極
500‧‧‧主動層
600‧‧‧資料線
600a‧‧‧源極電極
600b‧‧‧汲極電極
700‧‧‧絕緣層
800‧‧‧透明共用電極
900‧‧‧透明輔助電極
I-I’‧‧‧線I-I’
BM‧‧‧黑色矩陣
T‧‧‧薄膜電晶體
E1 ‧‧‧(該透明共用電極之該等狹縫的)末梢端
E2 ‧‧‧(該透明像素電極的)末梢端
S1 ‧‧‧(該資料線的)一端
S2 ‧‧‧(該反射性結構的)一端
第1圖係顯示根據本發明一示例性具體實施例，形成在FFS模式LCD下層基板的像素區域一部分之平面圖；
第2圖係沿著第1圖之線I-I’所截取的剖面圖；
第3A圖至第3E圖係連續顯示形成及重疊各別層的步驟之剖面圖；
第4圖至第6圖係顯示韓國專利註冊號653474及849599與本發明一示例性具體實施例之間的效果比較之平面圖及剖面圖；
第7圖係顯示韓國專利註冊號849599與本發明一示例性具體實施例之間，LCD內部反射及防止漏光的效果比較之透視圖；以及
第8圖及第9圖顯示本發明之其他示例性具體實施例。
200a．．．閘極線
200b．．．反射性結構
400．．．透明像素電極
500．．．主動層
600．．．資料線
600a．．．源極電極
600b．．．汲極電極
I-I’．．．線I-I’

Claims (10)

  1. 一種邊緣電場切換模式(FFS mode)液晶顯示器(LCD)，其包括一下層基板、一上層基板及配置於該等基板之間的一液晶層，該下層基板包括單位像素區域，其由形成以彼此相交的閘極線及資料線所界定，以及切換裝置，其配置於該等閘極及資料線相交處上，該液晶顯示器(LCD)包含：一透明像素電極，其配置於該像素區域中；一透明共用電極，其配置於該透明像素電極上，且與該透明像素電極間隔介於兩者之間的一絕緣層，且具有形成於該像素區域中的複數狹縫，藉由施加電壓於該液晶層來調整光穿透量；以及一反射性結構，其由與該閘極線相同的材料所形成，且配置在該資料線的下方，一絕緣層配置於兩者之間；其中該等狹縫係為未形成該透明共用電極的區域，並以相對於該閘極線5至10°的角度來配置形成，該液晶層的研磨方向基本上係平行於閘極方向，且該切換裝置的汲極電極係電連接至該透明像素電極，該反射性結構的寬度大於該資料線的寬度；以及覆蓋該資料線的透明共用電極與該等狹縫之間的邊界，係配置於緊鄰該等邊界之資料線的一端與緊鄰該等邊界之反射性結構的一端之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之LCD，其中該透明像素電極的一末梢端，係配置於緊鄰該末梢端的該資料線一端及該反射性結構一端之間。
  3. 如申請專利範圍第1項之LCD，其中該等狹縫的角度係已決定，使得緊鄰的像素區域係軸對稱式配置，以在驅動液晶後區分旋轉的方向。
  4. 如申請專利範圍第1項之LCD，更包含一透明輔助電極，其形成在該透明像素電極的下方。
  5. 如申請專利範圍第1項之LCD，該透明共用電極打開該切換裝置的至少一部分。
  6. 一種製造邊緣電場切換模式(FFS mode)液晶顯示器(LCD)之方法，包括一下層基板、一上層基板及配置於該等基板之間的一液晶層，該下層基板包括單位像素區域，其由形成以彼此相交的閘極線及資料線所界定，以及切換裝置，其配置於該等閘極及資料線相交處上，該方法包含：形成一閘極線；形成一閘極絕緣層及一主動層於該閘極線上；形成一透明像素電極於該像素區域中；形成一汲極電極及一資料線於具有該透明像素電極的該所產生結構上，其中該汲極電極一部分係電連接至該像素電極一部分；以及形成一透明共用電極，其配置於該透明像素電極上，且與該透明像素電極間隔介於兩者之間的一絕緣層，在該像素區域中具有複數狹縫，且設置成打開該切換裝置的至少一部分；其中反射性結構係形成在一區域的下方，其中當形成該閘極線時，將形成該資料線，該反射性結構的寬度大於 該資料線的寬度，該等狹縫係為未形成該透明共用電極的區域，以及覆蓋該資料線的透明共用電極與該等狹縫之間的邊界，係配置於緊鄰該等邊界之資料線的一端與緊鄰該等邊界之反射性結構的一端之間。
  7. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該等狹縫係配置以形成相對於該閘極線5至10°的角度，且該液晶層的研磨方向基本上係平行於閘極方向。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該透明像素電極的一末梢端，係配置於該反射性結構一端及該資料線一端之間。
  9. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該等狹縫的角度係已決定，使得緊鄰的像素區域係軸對稱式配置，以在驅動液晶後區分旋轉的方向。
  10. 如申請專利範圍第6項之方法，更包含在該透明像素電極的下方形成一透明輔助電極。
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