专利名称：多畴垂直取向模式的液晶显示装置及其基板制造方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示装置，特别是涉及一种能够改善色差的多畴垂直取向模式的液晶显示装置及其基板制造方法。
背景技术：
液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)是目前广泛应用的主流显示技术之一，具有耗能小、厚度薄、重量轻及工作电压低等特征。液晶显示面板一般包括有上基板、下基板及填充在上下基板之间的液晶层；下基板上的显示区域包含多个子像素区域，其内设置有薄膜晶体管(TFT)以及像素电极，薄膜晶体管充当开关元件；上基板具有共通电极(IPS液晶显示模式除外)及彩色过滤器；在上下基板的电极上具有配向膜材料，使液晶分子得到配向；下基板的像素电极与上基板的共通电极之间形成电场，在电场的作用下，液晶分子的排列状态发生变化，从而使背光源的透过率发生变化，形成图案显示。
目前应用于电视方面的液晶显示模式主要为MVA(Multi-domainVertical Alignment；多畴垂直取向)模式。MVA液晶显示多为利用凸起物或者狭缝电极以形成多畴垂直取向显示模式，以利用凸起物形成MVA显示模式为例，在没有电场存在的情况下，液晶分子在配向膜的作用下垂直取向，如图1A所示，此时显示器具有良好的黑态。对液晶分子施加一定的电压，液晶由垂直排列状态逐渐转向平行排列，如图1B所示，液晶显示装置透过率发生变化，从而实现灰阶显示。在这个过程中，由于凸起物的倾斜面或者由于条状电极形成的倾斜电场，触发液晶分子形成多个方向的取向，即形成多畴垂直取向显示模式。在这种情况下，观察者在各个视角下观察屏幕所显示的画面，所观察的灰阶一致，没有灰阶反转等现象的发生，显示了良好的视角特性，如图2所示。
MVA显示模式在斜视角方面虽然表现的灰阶一致，但是与正视角方向的灰阶相比，则具有灰阶方向依存性。表现在具体的颜色上，正视角方向和斜视角方向的颜色则不完全一致，会发生色差。通过液晶显示器的透射光强变化公式为，I=I0sin22φsin2[πλ(neff-n0)d]]]>其中，I为透射光强，I0为入射光强，λ为入射光波长，d为液晶盒的厚度，Φ为液晶分子的方位角。其有效折射率neff=n0nene2cos2θ+n02sin2θ,]]>在这里n0、ne、θ分别为液晶分子的寻常折射率、非常折射率和液晶分子的极性角。n0、ne、θ和Φ的定义如图3所示。
从这个公式可以看出，液晶分子的有效折射率是和液晶分子的极性角相关的，在不同的视角下，液晶分子表现的极性角是不相同的，则会引起透射光强的变化。具体的表现为斜视角下的透过能力下降，斜视角方向和正视角方向所表现的颜色不一致，导致色差，从而影响视角范围和画面质量。
为解决斜视角的色差问题，可以利用电容耦合的方法或者双TFT驱动的方法形成8畴以上的显示模式，使液晶分子在各个视角方向表现的有效折射率趋于一致，则不同视角下的透过率差异变小，色差可以得到改善。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种具有多畴垂直取向模式的液晶显示装置，使液晶显示斜视角方向的色差得到改善。
本发明的另一解决的技术问题在于提供一种用于多畴垂直取向模式的液晶显示装置的基板的制造方法。
本发明的另一解决的技术问题在于提供另一种用于多畴垂直取向模式的液晶显示装置的基板的制造方法。
基于上述目的，本发明提供了一种多畴垂直取向模式的液晶显示装置，包括一上基板、一下基板；一液晶层，填充在上下基板之间；所述上基板表面形成有共通电极，共通电极上形成有狭缝或凸起；所述下基板的显示区域包含有多个子像素区域，子像素内设置有像素电极，像素电极上形成有狭缝或凸起；其中所述子像素分成具有一定面积比的至少两个区域，且至少有两个区域的共通电极和像素电极之间的间隙互不相同。
本发明还提供了一种基板的制造方法，应用于多畴垂直取向模式的液晶显示装置的制造方法，包括如下步骤提供一透明基板；在所述透明基板上依次形成黑矩阵、色阻层、平坦层和透明电极层；其中使用掩膜版形成具有不同厚度的色阻层或平坦层。
所述的掩模版可以为半色调掩模版或灰阶掩模版，经一次曝光形成具有不同厚度的色阻层或平坦层。
所述的掩模版还可以为微移掩模版，经多次曝光形成具有不同厚度的色阻层或平坦层。
本发明还提供了另一种基板的制造方法，应用于多畴垂直取向模式的液晶显示装置的制造方法，包括如下步骤提供一透明基板；在所述透明基板上依次形成栅极、栅极绝缘层、半导体层、漏/源极、钝化保护层、像素电极；其中在形成栅极绝缘层或钝化保护层后，增加一刻蚀工序，形成具有不同厚度的栅极绝缘层或钝化保护层。
基于上述构思，本发明的多畴垂直取向模式的液晶显示装置由于每个子像素内至少有两个区域形成的共通电极和像素电极之间的间隙互不相同，则子像素在相同电压的驱动下，各个区域表现的电场强度不全相同，同一子像素内的液晶分子取向表现不同，因此能够形成多畴显示的效果，从而改善色差。
为了更进一步说明本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。其中附图仅供参考与辅助说明用，不构成对本发明的限制。
图1A是不施加电场时MVA模式的液晶分子取向示意图；图1B是施加电场时MVA模式的液晶分子取向示意图；图2是在不同视角下观察MVA模式的显示画面；图3A是液晶分子状态定义的示意图；图3B是液晶分子折射率定义的示意图；图4A是本发明实施例一中上基板侧的共通电极的结构示意图；图4B是本发明实施例一中像素电极的结构示意图；图5是本发明实施例一中子像素结构的俯视示意图；图6A是本发明实施例一中14所在区域液晶分子在电场驱动下的形态示意图；图6B是本发明实施例一中15所在区域液晶分子在电场驱动下的形态示意图；图7是不同电压下透过率随视角θ的变化关系图；图8A是4畴显示模式下正视角和斜视角60度时的V-T曲线图；图8B是8畴显示模式下正视角和斜视角60度时的V-T曲线图；图9是本发明实施例中子像素结构的俯视示意图；图10是本发明实施例中子像素结构的俯视示意图；图11是上基板的一般制作流程与结构示意图；图12是本发明负性光刻胶在掩膜版下形成的结构示意图；图13是本发明正性光刻胶在掩膜版下形成的结构示意图；图14是本发明实施例三中基板的制作流程的结构示意图；图15是使用了本发实明施例二和实施例三的制造方法所形成的液晶显示装置的截面示意图；图16是本发明实施例五的基板制造方法的制作过程；图17是使用本发明实施例四、实施例五的基板制造方法所形成的液晶显示装置的截面示意图；图18是下基板上的子像素结构示意图；图19是图18中的子像素结构沿AA’的截面结构示意图；图20是本发明实施例六的基板的制作流程的结构示意图；图21是使用本发明实施例六的制造方法所形成的子像素结构的截面示意图。
图中10.下基板11.凸起(或狭缝)12.像素电极14、15、16间隙不同的区域20.上基板21.凸起(或狭缝)22.共通电极30.液晶层31.液晶分子40.透明基板 41.黑矩阵 42.色阻层43.平坦层50.掩膜版51.半色调掩膜版 52.灰阶掩膜版 53.掩膜版60.负性光刻胶70.正性光刻胶80.透明基板121.扫描线 122.数据线 123.接触孔 124.公共电极线125.钝化保护层 126.栅极层 127.栅极绝缘层128.a-Si半导体层 129.n+a-Si半导体层130.源/漏极层具体实施方式
下面结合附图及典型实施例对本发明作进一步说明。
实施例一图4A是本发明实施例一中上基板侧的共通电极的结构示意图；4B是本发明实施例一中像素电极的结构示意图。
参照图4A、4B，本发明的多畴垂直显示模式的液晶显示装置包括一上基板20、一下基板10及填充在上下基板10和20之间的液晶层30；所述下基板10的显示区域包含有多个子像素区域，子像素内设置有像素电极12和TFT器件(图中未示出)，像素电极12上形成有狭缝或凸起11；所述上基板20表面形成有共通电极22，共通电极22上形成有狭缝或凸起21。所述像素电极12上形成的狭缝或凸起11，与共通电极22上的狭缝或凸起21错位相对。像素电极12、共通电极22材料为铟锡氧化物或铟锌氧化物。
参照图4B，子像素被分为两个面积不同的区域，分别为14和15区域。所述两个区域14、15中的共通电极22和像素电极12之间的间隙互不相同。所述子像素被分为面积不同的区域，可以为两个区域，也可以为两个以上区域，其区域形状或数目可根据需要进行设计。
参照图9，所述子像素中两个间隙不同的区域14、15可呈矩形状。
参照图10，子像素可被分为三个区域14、15和16显示，三个区域14、15、16中至少有两个区域的间隙不同。
图5是本发明实施例一子像素结构的俯视示意图。
为了更好说明本发明结构的多畴显示与现有有技术的4畴显示的改善处，本实施例利用液晶显示器模拟软件分别制作了4畴显示，以及应用本发明结构的多畴显示(以8畴显示为例)，进行对比和比较。具体的模拟设定如下采用软件模拟的子像素结构如图5所示。在上基板20、下基板10上的共通电极22、像素电极12上分别形成有狭缝21和11(也可以使用凸起，在本模拟中使用的为IT0狭缝)以便产生多畴垂直取向液晶显示。如果为4畴显示，则两个区域共通电极22和像素电极12之间均采用相同的间隙，本模拟采用4.0微米。如果采用本发明装置以形成8畴显示，则对区域14共通电极22和像素电极12之间的间隙采用3.5微米，区域15采用4.0微米的间隙，即可实现8畴显示。
在上述的4畴显示模式下，两个区域的液晶分子受到电场驱动时表现相同。在上述的8畴显示模式下，两个区域14、15的液晶分子31由于共通电极22和像素电极12之间的间隙不同，在相同电压的作用下，受到的电场强度不同，区域14的液晶分子31受到的电场作用较高，则液晶分子31更趋向平行基板10、20方向排列；区域15的电场作用较弱，液晶分子31趋向平行基板10、20方向排列的程度不如区域14，则形成8畴显示。液晶分子状态示意如图6所示。
利用软件模拟，图7给出了3.5V电压下，4畴模式和8畴模式透过率随视角θ的变化图。在图7中，本发明装置的8畴显示，视角±60度与0度的差值分别是0.02527和0.01164。4畴显示的视角±60度与0度的差值分别为0.027411和0.037537。可以看出，8畴显示在正视角和≤60度视角之内的透过率差异比4畴显示的差异小。
图8给出了4畴显示和8畴显示，正视角和斜视角60度时透过率随电压变化的曲线。从图8也可以看出，本发明结构下的8畴显示，斜视角60度与正视视角的差值比4畴的差值小。图7、8表明，本发明结构下的8畴显示，其斜视角方向的透过率和正视角方向透过率差值的减少，则色差较小。
实施例二图11是上基板的一般制作流程与结构示意图。
参照图11A，首先提供一透明基板40，该透明基板40为玻璃基板或塑胶基板；接着在透明基板40上形成一定图案的黑矩阵(BM)41，BM41的材料可以为黑色树脂或者金属铬制成。参照图11B，然后，在带有BM41的透明基板40上形成一定厚度的色阻层42，利用图11C所示的掩膜版50进行曝光，红色色阻层显影后的图案如图11D所示，重复图11B到图11D所示的制作过程，依次形成如图11E所示的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)色阻层。
再次，在三层色阻层42之上形成一定厚度的平坦层43，如图11F所示，平坦层43的材料可以为透明的光刻胶树脂。
最后，在平坦层43之上形成一定图案的共通电极22，如图11G所示，共通电极22可以是氧化铟锡(IT0)材料。
在传统的光刻法制造基板制程中，使用的掩膜版50一般为二元掩膜版。掩膜版50为二元掩膜版，透过掩膜版50的光强分布如图12A所示。采用负性光刻胶层60，曝光显影后光刻胶形状如图12A所示，采用半色调掩膜版51和灰阶掩膜版52，其透过掩膜版的光强分布及曝光显影后的光刻胶形状分别如图12B和图12C所示。采用正性光刻胶层70，二元掩膜版、半色调掩膜版51和灰阶掩膜版52的光强分布，以及曝光显影后光刻胶形状分别如图13A、13B、13C所示。可以看出，采用半色调掩膜版51和灰阶掩膜版52，可以在一次曝光中形成具有不同厚度的光刻胶层60、70。
在本实施例基板的制造方法中，使用光刻法制造上基板过程中，在子滤光区域范围内，利用半色调掩膜版51或灰阶掩模版52制备上基板20的色阻层42，实现同一子滤光区域内的色阻层42厚度不同，如其中一部分区域色阻层42厚度为2微米，另一部分区域的色阻层42厚度为1.5微米。以红色子滤光区域为例，在形成红色色阻层的子滤光区域时，子滤光区域曝光的光罩采用半色调掩膜版51或灰阶掩模版52，在同一子滤光区域内可以获得不同厚度的色阻层。依次利用掩膜版51或灰阶掩模版52形成厚度不同的绿色、蓝色色阻层。最后形成厚度相同的平坦层43及共通电极层22，可实现本发明的液晶显示装置结构。
实施例三在使用光刻法制造上基板20的过程中，在子滤光区域范围内，利用微移掩膜版53，多次曝光的方法制备上基板20的色阻层42，实现同一子滤光区域的色阻层42厚度不同，如其中一部分区域色阻厚度为2微米，另一部分区域的色阻厚度为1.5微米。本实施例的掩膜版53与传统的掩膜版50的不同之处在于，掩膜版50的透光部分为整个子滤光区域，掩膜版53的透光部分为1/2个子滤光区域。以红色子滤光区域为例，在形成红色色阻的子滤光区域时，首先，在1/2个子滤光区域以曝光量X进行曝光，然后微移掩膜版53，微移距离为1/2个子滤光区域，以曝光量Y进行曝光。经显影后同一个子滤光区域可以获得不同厚度的色阻层42，其过程如图14所示，依次利用掩膜版53形成厚度不同的绿色、蓝色色阻层。最后形成厚度相同的平坦层43及共通电极层22，可实现本发明的液晶显示装置结构。
使用实施例二和实施例三的制造方法所形成的液晶显示装置的截面图如图15所示，使用上述制造方法，可以在子像素区域内，形成共通电极22和像素电极12间隙不同的区域，从而实现多畴液晶显示。
实施例四在使用光刻法制造上基板20的过程中，与上述实施例二类似，在子滤光区域的范围内，利用半色调掩膜版51或灰阶掩模版52制备上基板20的平坦层43，实现同一子滤光区域的平坦层43厚度不同，如其中一部分区域平坦层厚度为1微米，另一部分区域的厚度为0.5微米，然后在平坦层43之上形成共通电极22，可实现本发明的液晶显示装置结构。
实施例五使用光刻法制造上基板20的过程中，与上述实施例三类似，在子滤光区域范围内，利用微移掩膜版53，多次曝光的方法制备上基板20的平坦层43，实现同一子滤光区域的平坦层43厚度不同，如其中一部分区域色阻厚度为1微米，另一部分区域的色阻厚度为0.5微米。如图16所示，首先，在1/2个子滤光区域以曝光量X’进行曝光。然后微移掩膜版53，微移距离为1/2个子滤光区域，以曝光量Y’进行曝光。经显影后同一个子滤光区域可以获得不同厚度的平坦层43，最后形成共通电极层22，可实现本发明的液晶显示装置结构。
使用实施例四和实施例五的制造方法所形成的液晶显示装置的截面结构如图17所示，使用上述制造方法，可以在子像素区域内，形成共通电极22和像素电极12间隙不同的区域，从而实现多畴液晶显示。
实施例六图18为下基板上的子像素结构示意图；图19是图18中的子像素结构沿AA’的截面结构示意图；图20是本发明实施例六的基板的制作过程。
参照图18、图19、图20，首先提供一透明基板80，该透明基板80为玻璃基板或塑胶基板，然后在透明基板80上依次形成一第一金属层(M1)和栅极绝缘层127，第一金属层经光刻形成一栅极层126图案及与所述栅极电气连接的一栅极扫描线121、与栅极扫描线121平行的公共电极线124；栅极绝缘层127覆盖住栅极、栅极扫描线121和公共电极线124。
第一金属层的材料可以为铬(Cr)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)等金属或合金，栅极绝缘层127的材料可以为氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)或氮氧化硅。
接着，在透明基板80上方形成半导体层，半导体层包括a-si半导体层层128和n+a-si半导体层129。然后在透明基板上形成第二金属层(M2)，形成源/漏极层130的图案，及与源极电气连接的数据线122。数据线122和扫描线121交叉区域定义出像素区域，在漏极层130上方形成钝化保护层125，并在钝化保护层125上刻蚀出接触孔123；最后在透明基板80表面形成像素电极12的图案，像素电极12通过接触孔123和漏极电气连接。
在上述形成一定厚度的栅极绝缘层127(如0.5微米)后，如图20A所示，增加如下工序，在TFT器件上部及部分子像素区域(如1/2个子像素)覆盖光刻胶60，如图20B所示，利用干刻的方法，将没有覆盖光刻胶60的区域刻蚀掉部分厚度的绝缘膜，如图20C所示，或者将绝缘膜全部刻蚀掉，如图20D所示，再完成光刻胶的剥离及基板的其它工序。子像素显示区域形成后，由于像素电极12下的材料厚度不同，可实现同一像素内共通电极22和像素电极12之间的间隙不同，实现本发明装置。
跟上述方法类似，在形成一定厚度的钝化保护层125(如0.5微米)后，为了实现不同厚度的钝化保护层125，增加如下工序在TFT器件上部及部分子像素区域(如1/2个子像素)覆盖光刻胶60，利用干刻的方法，将没有覆盖光刻胶60的区域刻蚀掉部分厚度的钝化保护层125，也可将钝化保护层125全部刻蚀掉，再完成光刻胶的剥离及基板的其它工序，刻蚀掉部分钝化保护层125的子像素结构截面如图21所示。子像素显示区域形成后，由于像素电极12下的材料厚度不同，可实现同一像素内共通电极22和像素电极12之间的间隙不同，实现本发明装置结构。
上述实现本发明多畴垂直取向模式的液晶显示装置的方法，可以根据需要分别使用其中一种或者结合使用其中两种或两种以上的方法。
在不脱离本发明精神或者方法的情况下，可以对本发明进行修改和变形，但这些修改和变形均包括在本发明权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种多畴垂直取向模式的液晶显示装置，包括一上基板；一下基板；一液晶层，填充在上下基板之间；所述上基板表面形成有共通电极，共通电极上形成有狭缝或凸起；所述下基板的显示区域包含有多个子像素区域，子像素内设置有像素电极，像素电极上形成有狭缝或凸起；其中所述子像素分成具有一定面积比的至少两个区域，且至少有两个区域的共通电极和像素电极之间的间隙互不相同。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于所述的像素电极、共通电极材料为铟锡氧化物。
3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于所述的子像素的至少两个区域的面积不相等。
4.一种基板的制造方法，应用于多畴垂直取向模式的液晶显示装置的制造方法，包括如下步骤提供一透明基板；在所述透明基板上依次形成黑矩阵、色阻层、平坦层和透明电极层；其特征在于使用掩膜版形成具有不同厚度的色阻层或平坦层。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于所述的掩模版为半色调掩模版或灰阶掩模版，经一次曝光形成具有不同厚度的色阻层或平坦层。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于通过微移掩模版，经多次曝光形成具有不同厚度的色阻层或平坦层。
7.一种基板的制造方法，应用于多畴垂直取向模式的液晶显示装置的制造方法，包括如下步骤提供一透明基板；在所述透明基板上依次形成栅极、栅极绝缘层、半导体层、漏/源极、钝化保护层、像素电极；其特征在于在形成栅极绝缘层或钝化保护层后，增加一刻蚀工序，形成具有不同厚度的栅极绝缘层或钝化保护层。
全文摘要
本发明公开了一种多畴垂直取向模式的液晶显示装置及其基板制造方法，该液晶显示装置，包括一上基板、一下基板；一液晶层，填充在上下基板之间；所述上基板表面形成有共通电极，共通电极上形成有狭缝或凸起；所述下基板的显示区域包含有多个子像素区域，子像素内设置有像素电极，像素电极上形成有狭缝或凸起；其中所述子像素分成具有一定面积比的至少两个区域，且至少有两个区域的共通电极和像素电极之间的间隙互不相同。
文档编号G02F1/139GK101089692SQ200710043459
公开日2007年12月19日 申请日期2007年7月5日 优先权日2007年7月5日
发明者马骥, 曹文一 申请人:上海广电光电子有限公司