专利名称：液晶显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明总体上涉及液晶显示器(LCD)及其制造方法。
背景技术：
液晶显示器(LCD)在平板显示器中应用广泛。LCD包括两个具有场发生电极(即像素电极和公共电极)的屏板或基板，以及插置其间的液晶(LC)层。LCD通过向电极施加电压，以便在LC层内产生电场而显示图像，所述电场决定LC层中LC分子的取向，以调整入射光的极化和LCD的亮度。
LC具有介电各向异性和折射各相异性。介电各向异性使LC层内的电场控制LC分子的取向，折射各相异性引起入射光的相位延迟，以调整LCD的亮度。
常规LCD的一个缺点在于其具有窄视角。人们已经提出了各种拓宽视角的技术。其中一项此类技术利用垂直配向LC，其借助了诸如像素电极和公共电极的场发生电极上的切口或突起。所述突起或切口使最初的电场发生扭曲，并使像素被划分为多个区域(region)或域(domain)，使得每一区域能够具有LC分子的不同倾斜方向。但是，像素边缘处的边界条件防碍了处于像素边缘处的LC分子发生预期倾斜，从而降低了诸如亮度和透光率的工作特性。
因此，需要一种不存在上述常规LCD的缺点的LCD装置。
发明内容
本发明提供了一种LCD装置及其制造方法，其能够提高LCD装置的亮度和透光率。在根据本发明的示范性LCD装置中，所述LCD装置包括显示图像的多个像素；形成于每一像素上的透明导体；设置于所述透明导体上的突起，所述突起具有取决于其在所述像素上所处的位置的不同尺寸；以及在所述像素中配向的液晶层。
在一个实施例中，所述突起包括第一部分和第二部分，所述第一部分连接至所述第二部分，并且所述第二部分的尺寸小于所述第一部分。所述第一部分相对于所述像素的边缘倾斜，所述第二部分平行于所述像素的边缘。所述LCD装置还可以包括第三部分，其位于所述第一部分的中央并且尺寸小于所述第一部分。所述第三部分可以大于等于所述第二部分。
在根据本发明的另一示范性LCD装置中，所述LCD显示装置包括第一基板和面对所述第一基板的第二基板；插置在第一基板和第二基板之间的液晶层；形成于所述第一基板上的栅极线和数据线，它们相互交叉以界定像素；形成于每一像素上的，并具有切口部分的像素电极；形成于所述第二基板上并面对所述像素电极的公共电极；以及形成于所述像素上的突起，其在所述像素的不同区域上具有不同的尺寸。
所述切口和所述突起彼此间隔，并且相互作用以形成多个区域或域。在另一个实施例中，在所述第一基板和所述第二基板之间插置间隔体，所述间隔体由与所述突起相同的材料形成并高于所述突起。可以通过对同一光致抗蚀剂膜构图同时形成所述间隔体和所述突起。由于所形成的间隔体的高度大于所述突起，因此，以大于所述突起的高度的厚度形成所述光致抗蚀剂膜。这使得控制用于形成具有不同尺寸的突起的光致抗蚀剂膜的去除更加容易。所述突起包括相对于所述栅极线或所述数据线倾斜的第一部分和平行于所述栅极线或所述数据线的第二部分，所述第二部分具有小于所述第一部分的尺寸。
根据本发明的实施例的制造LCD的方法包括在第一基板上形成栅极线以及与所述栅极线交叉以界定像素的数据线；在所述像素上形成具有切口的像素电极；在所述第二基板上形成面对所述像素电极的公共电极；在所述公共电极的对应于所述像素的区域上形成突起，其中，所述突起的尺寸在像素的不同区域上是不同的；以及组装所述第一基板和所述第二基板。
考虑下文中对本发明的示范性实施例的详细说明，尤其是结合附图中的一些图示来考虑，将更好地理解本发明的改进的LCD的上述和很多其他特征和优点，其中，采用类似的附图标记标识在一幅或几幅附图中示出的类似的元件。
对于本领域的普通技术人员而言，通过参考附图对其示范性实施例的详细描述，本发明的特征将变得更加显见，附图中图1是根据本发明实施例的LCD装置的基板的示意平面图；图2A和图2B分别是以深灰色示出了作为突起高度的函数的亮度和对比率的曲线图；图3A和图3B是示出了针对不同突起宽度的作为灰度级函数的光透射效率的曲线图；图4是具有各种突起宽度的像素的显微照片；图5是根据本发明实施例的LCD装置的平面图；图5B是沿图5A的I-I′线得到的横截面图；以及图6到图12是说明根据本发明实施例形成图5A和图5B所示的LCD装置的各个处理步骤的截面图。
具体实施例方式
图1是根据本发明实施例的LCD装置的基板的示意平面图。基板1包括透明电极10、向上突出的突起20和设置在基板1上的液晶(LC)30。在透明电极10上形成一个或多个突起20，通过施加电压使LC分子30按某一倾斜角配向。LCD装置包括上部和下部基板。基板1可以是二者中的任意一个。如果基板1为下部基板，那么透明电极10为像素电极，下部基板包括界定像素(虚线)的栅极线GL和交叉的数据线DL。如果基板1为上部基板，那么透明电极10为形成于整个基板上的在像素区之间不存在分隔的公共电极。
通常，出于制造的便利性，通过光致抗蚀剂构图在上部基板上形成突起20，在下文中将对其予以详细说明。也就是说，下部基板包括切口，所述切口具有与突起相同的功能，并且其可以在形成像素电极的同时，在不需要额外处理的情况下，形成于像素电极上。因此，在下部基板上形成切口而不是突起是有利的。因而，应当在上部基板上形成突起。
LC分子30基于通过在上部和下部基板的透明电极之间施加的电压差而产生的电场发生倾斜。突起20扭曲或改变原始(primary)电场，引起分子沿相对于(against)突起20的对称方向倾斜。
常规地，不管在像素中所处的位置如何，突起都具有相同的尺寸，但是根据本发明的一个方面，突起20具有取决于其位置的不同尺寸。突起的“尺寸(size)”是指由突起的面积和高度决定的突起的体积。
图2A和图2B分别是以深灰色示出了作为突起高度的函数的LCD装置的亮度和对比率的曲线图，其中突起的宽度为常数。
参考图2A，以深灰色表示的亮度随着突起高度的增大而增强。在不存在电场时，LC分子与基板表面垂直配向，这时由于不透过光而显示黑色。在产生电场之后，分子水平倾斜，由此提高了透光率。随着分子的倾斜方向接近水平方向，显示颜色接近白色。原则上，黑色的亮度为“0”。但是，当采用突起后，由于某些LC分子的倾斜方向是沿突起表面的非垂直方向，因此存在光泄漏。随着突起高度的增大，光泄漏增强，如图2A所示。也就是说，随着突起高度的增大，LC分子将沿更为水平的方向倾斜。
将图2B与图2A相比，随着黑色亮度增大，对比率(CR，即，白色状态与黑色状态的亮度比或光透射率比)在降低。如图2B所示，随着突起高度从1.13μm增大至1.5μm，对比率降低了大约5倍。
图3A和图3B是示出了针对不同突起宽度的作为灰度级函数的光透射效率的曲线图。图3A和图3B分别示出了二级效率和三级效率。很多因素都会对透光率造成影响。“一级效率”是指诸如有源(active)显示面积或开口率的结构因素作用下的透射率，“二级效率”受施加到LC上的电压电平的作用，“三级效率”受LC分子的配向均匀性的作用。图3A和图3B上的数值表示用于形成突起的掩模图案的宽度，而不是实际的突起宽度。掩模图案宽度和突起宽度之间的差值大约为2μm，随着掩模图案宽度增大，突起宽度也变大。
参考图3A和3B，二级效率随着突起宽度的降低而增大，三级效率与突起宽度成正比增大。这些结果能够做如下解释。
在透明电极上由绝缘材料形成突起，由此在设置突起的区域内阻挡并减弱LC层中的电场。因此，突起尺寸的增大引起了电场的减弱。因而，二级效率随着突起宽度的降低而增大。
三级效率由“纹理(texture)”效应决定。“纹理”是指LC不被突起充分控制的区域。例如，在突起所在区域内，LC分子与其他区域不规则配向，从而导致了即使在白色状态下，该区域的显示也会较其他区域暗。但是，如果突起宽度增大，那么突起将对更多的LC区域起作用，从而更好地控制配向，并降低不规则配向。因此，如图3B所示，随着突起宽度增大，纹理减少，三级效率增大。也就是说，随着突起尺寸增大，突起对LC的控制力增强。
于是，从图2A到图3B可以看到，突起的尺寸，即高度和宽度根据突起的位置为LCD装置的运行提供了优点或缺点。因此，本发明在像素的不同位置上提供了具有不同尺寸的突起。
参考图1，突起20包括相对于栅极线GL或数据线DL以某一角度倾斜的第一部分21和平行于栅极线GL或数据线DL的第二部分22。如图1的箭头所示，随着第一部分21的尺寸的增大，第二部分22的尺寸降低。在一个实施例中，第一部分21具有与第二部分22相同的宽度和比第二部分22更高的高度。在另一个实施例中，第一部分21还具有比第二部分22宽的宽度。第一部分21和第二部分22之间的尺寸差由诸如像素尺寸或显示分辨率的设计规则决定。当第一和第二部分之间的尺寸差异大时，在锐利的倾斜面的作用下，光泄漏可能增强。因此，当第一和第二部分之间具有大尺寸差时，应当使第一部分21和第二部分22的宽度与高度的比率保持近乎恒定，以防止过多的光泄漏。
在像素边缘，LC层内所产生的电场与像素内部不同，因为每一像素均由栅极线GL和数据线DL隔离并与之邻接。这些线承载诸如栅极开启电压和数据电压的电信号，从而使LC分子不规则配向。为了减轻这一问题并在像素内部和边界处都获得均匀配向，应当增强突起对LC的控制力。因此，提高像素边缘处的第一部分21的尺寸增强了对LC的控制力，从而使分子规则配向。
第二部分22与第一部分21的一端相连接，并与栅极线GL或数据线DL平行。与第一部分21相比，第二部分22沿不同方向影响LC，从而遏制LC在像素边界处不规则排列。如果第二部分22的尺寸比第一部分21大，那么与第二部分22邻接的分子可能以和像素内部的分子不同的方式配向。因此，第二部分22的尺寸小于第一部分21。
图4示出了具有不同突起宽度的像素的显微照片。如图3A和图3B所示，宽度数值是指用于形成突起的掩模图案的宽度。
如图4所示，随着突起宽度增大，区域“A”变暗，区域“B”变亮。图4的区域“A”和“B”分别对应于图1的区域A和B。所述显微照片分别是在附着于基板的两个偏振器的透射轴从0°变为45°，以及从90°变为135°后，由处于白色状态的像素得到的。在白色状态下，难以确定LC分子是否规则配向。但是，当透射轴变为90°和145°时，即使分子的配向保持恒定，白色状态也将转换为黑色状态，由此表现分子不规则配向的区域是较亮的。
如图4所示，随着突起宽度增大，区域“A”变暗。这意味着“A”内的分子的配向随着突起宽度的增大而变得更为均匀。因此，希望使影响区域“A”的突起的，即第一部分21的尺寸变大。随着突起宽度增大区域“B”变亮，这表明随着突起宽度增大，区域“B”内的分子配向变得均匀性更差。因此，希望使影响区域“B”的突起的，即第二部分22的尺寸变小。
参考图1，第一部分21还可以包括位于该区域内的相对于像素边缘(即栅极线GL或数据线DL)倾斜的第三部分23。由于要求在邻接像素边缘的位置增强突起对LC的控制力，因此，不需要增加与像素的中央部分邻接的突起。因此，第三部分23应当具有比第一部分21小的尺寸，从而使由大突起引起的光泄漏降至最低。
图5A是根据本发明的一个实施例的LCD装置的平面图，图5B是沿图5A的I-I′线得到的横截面图。
LCD装置包括下部基板100(即第一基板)、上部基板200(即第二基板)和插置其间的液晶300。
栅极线GL和数据线DL形成于第一基板100上。栅极线GL承载栅极信号，并基本沿水平方向相互平行延伸。数据线DL承载数据信号，并基本沿垂直方向相互平行延伸。栅电极110从栅极线GL开始延伸，源电极121从数据线DL开始延伸。漏电极122与源电极121隔开。像素240由栅极线GL和数据线DL界定，并且包括薄膜晶体管T和像素电极130。栅电极110、源电极121和漏电极122形成了薄膜晶体管T。源电极121和漏电极122通过栅极绝缘层111与栅电极110绝缘，通过钝化层125与像素电极绝缘。钝化层125具有将漏电极122连接至具有切口135的像素电极130的接触孔。
在第二基板200上形成防止光泄漏的黑矩阵201以及表现红色、蓝色和绿色的滤色器202。在黑矩阵201和滤色器202上形成覆层(ovrecoat)203，从而使第二基板200的上表面变平。在面对像素电极130的覆层203上形成公共电极210。在公共电极210上形成突起220，突起220与像素电极130的切口135交替设置，而不与切口135重叠。突起220和切口135改变LC层中的原始电场，由此使LC分子沿不同方向倾斜，从而针对每一像素形成多域。这些多域提高了LCD装置的视角。在公共电极210上形成分隔体230，从而在第一基板100和第二基板200之间保持恒定间隙，分隔体230形成于对应于黑矩阵201的区域内，从而使开口率不会降低。
突起220包括相对于像素240的边缘(即栅极线GL或数据线DL)倾斜的第一部分221，所述的像素240的边缘处于所述倾斜部分的两端，突起220还包括设置在第一部分221的末端并与像素240的边缘平行的第二部分222和设置于第一部分之间的第三部分223。第一部分221具有比第二部分222和第三部分223大的尺寸，以增强像素边界部分处的控制力。第二部分222具有比第一部分221小的尺寸，以减小纹理效应。第三部分223具有大于等于第二部分222的尺寸，以减少由突起尺寸的增大而导致的不必要的光泄漏。可以根据各种因素调整突起的长度、高度和宽度，例如，那些影响LC的分子配向或显示装置的尺寸的因素。在一个实施例中，第一部分221的长度a1和a2与第三突起223的长度b相同(参见图5A)。在另一个实施例中，长度a1和a2可以是长度b的一半。
也可以调整突起220和切口135的图案。在要求提高突起对LC的控制力的区域内增大突起的尺寸，在降低控制力的区域内降低所述尺寸。相应地，突起220不限于三个部分(即第一部分221、第二部分222和第三部分223)。突起220可以包括具有不同尺寸的额外部分，其取决于影响LC分子配向的各种因素。
在下文中，将参考图6到图12详细描述据本发明实施例的显示屏板的制造方法。
参考图6，在第一基板100上形成栅电极110和栅极绝缘层111。通过淀积(例如溅射)诸如铬、铝或铝合金的金属并对其构图形成栅电极110。栅极绝缘层111是利用等离子体增强化学气相淀积由氮化硅形成的，用于对栅电极110绝缘。
参考图7，在栅极绝缘层111上形成包括有源图案112和欧姆接触113的半导体图案。分别通过淀积非晶硅和掺有诸如磷的负离子的n+非晶硅在对应于栅电极110的区域内形成有源图案112和欧姆接触113。在半导体图案上形成源电极121和漏电极122。
参考图8，在第一基板100之上形成钝化层125。钝化层125具有暴露一部分漏电极122的接触孔h。在钝化层125上和接触孔h内形成像素电极130。像素电极130由诸如氧化铟锡或氧化铟锌的透明导体形成。像素电极130与相邻的像素电极隔开，并且具有形成于每一像素区域内的切口135。
参考图9，在第二基板200上形成黑矩阵201或遮光图案以及滤色器202。通过淀积诸如铬的金属层或基于碳的有机材料并对其构图形成黑矩阵201。通过彩色光致抗蚀剂光刻在黑矩阵上对应于像素的区域内形成滤色器202。滤色器202能够表现诸如红色、绿色或蓝色的原色中的至少一种。
参考图10，在滤色器202上形成覆层203和公共电极210。覆层203使第二基板200的上表面变平，并保护滤色器202不受后续处理的影响。例如，覆层203防止在后续处理中采用的蚀刻溶液损坏滤色器202。通过例如淀积，由诸如氧化铟锡或氧化铟锌的透明导体形成公共电极210。
参考图11，在公共电极210上淀积正类型光致抗蚀剂220’，并通过光掩模400对其曝光。采用光致抗蚀剂220′形成突起，光致抗蚀剂220′具有至少为预期突起高度的两倍的厚度。如果光致抗蚀剂220′的厚度与突起的高度相似，则难以形成带有尺寸不同的部分的突起。例如，如果如图5所示的第一部分、第二部分和第三部分的宽度和高度分别为14μm、1.3μm/10μm、1μm/9μm、0.9μm，光致抗蚀剂的厚度为1.5μm，那么将从光致抗蚀剂去除以形成突起的厚度为大约0.2μm到大约0.6μm。因此，难以形成带有具有不同的预期高度的部分的突起。
光掩模400具有透明区域410和不透明区域430、422、421和423，它们具有分别对应于如图5所示的间隔体以及突起的第一部分、第二部分和第三部分的不同宽度。根据突起的宽度调整不透明区域的宽度。如果有更多的具有不同尺寸的部分，那么光掩模400可以具有对应于所述额外部分的更多的不透明区域。不透明区域的宽度限制曝光光致抗蚀剂220′的量，以形成具有预期尺寸的间隔体和突起的部分。也就是说，随着不透明区域的宽度的降低，光致抗蚀剂220′的相应区域也减小。在其他实施例中，也可以采用狭缝图案或半色调(half-tone)掩模来控制每一区域的光的量。
参考图12，通过掩模对光致抗蚀剂曝光并显影(即光刻)，由此形成间隔体230和包括第一部分221、第二部分222和第三部分223的突起220。不透明区域的宽度决定了间隔体230和突起220的尺寸。在一个实施例中，形成顺序为间隔体230、第一部分221、第三部分223和第二部分222。
通过后续处理完成LCD装置，例如，在没有在切口上叠置突起的情况下组装第一基板和第二基板，并在其间注入和密封LC。
因此，本发明的实施例提供了取决于像素内的区域的具有不同尺寸的突起，由此控制了LC分子的配向，并提高了亮度和对比率。而且，采用光致抗蚀剂同时形成了间隔体和突起，由此降低了制造成本和减少了制造时间。本领域技术人员应当承认，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的材料、设备、构造和方法做出各种替换和改变。考虑到这一点，不应将本发明的范围限定为文中所图示和描述的具体实施例，因为它们在本质上仅仅是解说性的，相反，本发明的范围应当与权利要求所限定的范围充分相符。
本申请要求于2005年10月5日提交的韩国专利申请No.2005-0093565的优先权，在此将其全文引入以供参考。
权利要求
1.一种液晶显示装置，其包括显示图像的多个像素；形成于每一像素中的透明导体；设置于所述透明导体上的突起，所述突起具有取决于所述突起所处的像素的区域的不同尺寸；以及在所述像素中配向的液晶层。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述突起包括第一部分和尺寸小于所述第一部分的第二部分。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其中，所述第一部分相对于所述像素的边缘倾斜。
4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其中，所述第二部分连接至所述第一部分，并与所述像素的边缘平行。
5.根据权利要求4所述的液晶显示装置，还包括位于所述第一部分的中央并且尺寸小于所述第一部分的第三部分。
6.根据权利要求5所述的液晶显示装置，其中，所述第三部分的尺寸大于等于所述第二部分。
7.一种液晶显示装置，其包括第一基板；面对所述第一基板的第二基板；插置在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；栅极线；与所述栅极线交叉以界定显示图像的像素的数据线；形成于每一像素中并具有切口的像素电极；形成于所述第二基板上并面对所述像素电极的公共电极；以及形成于所述像素中的突起，其中，所述突起具有取决于所述突起在所述像素中的位置的不同尺寸。
8.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其中，交替设置所述切口和所述突起。
9.根据权利要求8所述的液晶显示装置，还包括插置在所述第一基板和所述第二基板之间的间隔体，其中，所述间隔体由与所述突起相同的材料形成。
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，所述突起包括相对于所述栅极线或所述数据线倾斜的第一部分和连接至所述第一部分的第二部分，所述第二部分平行于所述栅极线或所述数据线，并且尺寸小于所述第一部分。
11.根据权利要求10所述的液晶显示装置，还包括形成于所述第一部分的中央部分并且尺寸小于所述第一部分的第三部分。
12.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其中，所述第三部分的尺寸大于等于所述第二部分。
13.一种制造液晶显示装置的方法，包括在第一基板上形成栅极线以及与所述栅极线交叉以界定像素的数据线；在所述像素中形成像素电极，其中，所述像素电极具有切口；在第二基板上形成公共电极，其中，所述公共电极面对所述像素电极；在所述公共电极的区域上形成突起，其中，所述突起的尺寸取决于所述突起在所述像素上的位置；以及组装所述第一基板和所述第二基板。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，交替设置所述切口和所述突起。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述第二基板上形成插置于所述第一基板和所述第二基板之间的间隔体，其中，在形成所述突起的同时形成所述间隔体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述突起包括相对于所述栅极线或所述数据线倾斜的第一部分，以及连接至所述第一部分的第二部分，其中，所述第二部分平行于所述栅极线或所述数据线，并且具有小于所述第一部分的尺寸。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述突起还包括第三部分，其设置于所述第一部分的中央区域并且尺寸小于所述第一部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第三部分的尺寸大于等于所述第二部分。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，形成所述突起和所述间隔体包括在所述公共电极上淀积光致抗蚀剂；以及采用光掩模对所述光致抗蚀剂曝光，其中，所述光掩模向分别对应于形成所述间隔体、所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分的区域的光致抗蚀剂区域透射不同量的光。
全文摘要
一种液晶显示装置，包括基板；设置于所述基板上的液晶；以及影响液晶分子的配向以提高视角的突起。所述突起包括具有不同的尺寸的部分，所述尺寸取决于突起对分子配向的预期控制力。也就是说，所述部分的尺寸在希望取得更大的控制力的区域内增大，所述部分的尺寸在希望取得更小的控制力的区域内降低。通过淀积厚光致抗蚀剂并对其构图形成所述突起。可以同时形成间隔体。
文档编号G02F1/1333GK1945407SQ20061013171
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月29日 优先权日2005年10月5日
发明者丁闵湜, 张润 申请人:三星电子株式会社