专利名称：液晶显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示(LCD)器件，其中隔光层形成在薄膜晶体管上。
在LCD器件中已经提供有一种称为黑底(Blackmatrix)的隔光层。为了改善显示图象的对比度，而把该隔光层的图型设计得仅仅暴露出显示电极的显示区。液晶显示器件有相互间隔开的第一和第二透明绝缘基片(如玻璃片)以及容纳在该间隔内的液晶材料。在一个典型的薄膜晶体管(TFT)型LCD器件中，仅暴露出显示区图形的隔光层形成在第一基片上，然后形成氧化铟锡(ITO)公共电极，并形成定向层，如聚酰亚胺。可以把薄金属层，如铬，用作隔光层，因为整个公共电极都保持在一个固定的参考电位上。
在第二基片上形成水平的金属栅极线和垂直的金属数据线，在栅极线和数据线的每个交叉点处形成一个包括TFT和ITO显示电极的显示单元，并且在这个结构上形成钝化层和定向层。偏光器安置在第一和第二基片外侧，用一个光源来照射LCD器件。连接到数据和栅极线的数据线激励器和栅极线激励器分别有选择地被激发，以便把电压加到被选择的显示电极和公共电极之间的液晶上来显示图像。因为隔光层形成在称为公共电极基片的第一基片上，而显示电极形成在称之为TFT基片的第二基片上，所以，为了把隔光层的窗孔与显示电极对准，必须十分小心地组装这两个基片。
为了解决这个问题，已经提出一种在TFT基片上形成隔光层的方案，但是，又出现了下面的问题，即金属隔光层不能用在TFT基片上，因为金属隔光层与钝化层那样的绝缘层以及数据线、栅极线之类的导电元件一起产生不希望的电容效应。
为解决这个问题，本发明的发明人已经试验把光聚合物，即光刻胶材料，用作TFT基片上的隔光层。为了实现足以把光隔挡住所要求的不透光度，需要厚的光刻胶层。图8是显示单元的平面图，图9是第二玻璃基片上的结构沿图8的A-A线的横截面图。图9中未示出第一玻璃基片。栅极线或电极形成在第二玻璃基片上。形成栅极绝缘层，再形成用作TFT沟道区的非晶硅层，并且形成ITO显示电极。在该非晶硅层上形成N+非晶硅层和Al层，从而在TFT沟道的右侧形成漏极，而在左侧形成源极。漏极区从数据线延伸，源极连接到显示电极。再形成一层钝化层覆盖该结构。然后，形成一层厚的黑色光刻胶层或隔光层，但暴露出显示电极。再在整个结构上形成定向层。按图8所示的一个方向擦拭(rub)定向层，以便在不加电压时，把液晶分子理顺在一个方向上，这是现有技术中众所周知的。如图中用液晶分子B所示的那样，对液晶分子来说要求朝同一个方向倾斜。然而，处在擦拭方向的上游靠近隔光层窗孔边缘的液晶分子A则趋向于向相反的方向倾斜，如图9所示。这称之为反向倾斜，这是由于厚的光刻胶层造成的一个大的台阶H而引起的。
图10表示图9的窗孔的简化了的结构，它不带钝化层和定向层。反向倾斜发生在位于擦拭方向上游侧用L限定的区域。正常倾斜区和反向倾斜区之间的边界形成一种区别线，并称之为反向倾斜区别(disclination)线，来自光源的光沿反向倾斜区别线穿过液晶，图8中的A线表示在液晶上不加电压时沿窗孔上侧边缘和左侧边缘出现的连续的反向倾斜区别线，此线位于擦拭方向的上游。
当LCD器件工作在正常的白光模式下时，反向倾斜区别线就会产生一个问题。在正常的白光模式下，光线穿过偏光器，而且液晶分子被扭转，液晶上没有加电压时，来自光源的光通过LCD器件，显示白色;而当加上电压时，偏光器阻挡来自光源的光，从而显示黑色。然而，如果加上电压时发生反向倾斜，那么来自光源的光线就穿过反向倾斜区别线致使在黑色图象上出现白线，导致对比度降低，并且增加了余象或残留图象效应。反向倾斜以这种方式使显示质量显著下降。
日本专利申请63-162521(未审查的公开专利02-13927)通过扩大显示电极拐角部分的方法来解决在LCD器件的矩形显示电极拐角部分产生的反向倾斜问题，这样，反向倾斜发生在显示电极的扩大了的区域，专利申请63-162521用不同的途径解决本发明提出的反向倾斜的问题。
本发明要解决的问题是由于在TFT基片上使用厚的隔光层而引起的反向倾斜。
本申请涉及一种液晶显示器件，它包括其上形成有公共电极的第一透明绝缘基片、在一个方向上形成栅极线的第二透明绝缘基片、在与该方向交叉的另一方向上形成的数据线、形成在栅极线和数据线的每个交叉点上并包括一个薄膜晶体管和一个显示电极的液晶显示单元、有一个用以暴露每个显示电极的显示区域的窗孔的隔光层以及保留在第一和第二基片间的液晶材料。
按照本发明，位置在擦拭方向的上游方的隔光层包括薄隔光层和厚隔光层，薄隔光层形成在显示电极的外周，用来限定窗孔的边缘，厚隔光层具有位于薄隔光层之上的边缘部分。
薄隔光层阻挡通过反向倾斜的液晶分子的光线，其厚度等于或小于0.5μm。
此隔光层是一金属层，而厚隔光层是黑色光刻胶层。
该金属层是用作栅极线的金属层。
该金属层是用作数据线的金属层。
光刻胶层包括蓝色染料、黄色染料和紫色染料。
光刻胶层包括红色染料、蓝色染料、黄色染料和紫色染料。
液晶显示器件包括第一透明绝缘基片(如玻璃板)、第二透明绝缘基片(如玻璃板)、和保持在第一和第二基片之间的各向异性的正电介质的液晶材料。第一基片有一公共电极和一定向层;第二基片有沿水平方向延伸的栅极线、沿垂直方向延伸的数据线和在数据线与栅极线的每个交叉点处形成的液晶显示单元，液晶显示单元包括一个薄膜晶体管和一个显示电极。由显示电极的窗孔限定的暴露区被定义为一个像素(Pel)。第二基片结构的表面由定向层所覆盖，第一基片的定向层沿第一方向擦拭，而第二基片的定向层沿与第一方向交叉的第二方向擦拭，从而使液晶分子扭转90度。
第一基片的详细结构不予描述，而且也不表示在附图上，因为这是公知的现有技术。
图1表示本发明的显示电极、薄隔光层和厚隔光层的结构。
图2表示本发明的第一实施例。
图3表示液晶显示单元的电路。
图4是本发明的第二实施例。
图5是本发明的第三实施例。
图6是本发明的第四实施例。
图7是本发明的第五实施例。
图8表示由于反向倾斜而使图像劣化的液晶显示单元的平面图。
图9是沿图8的A-A线的截面图。
图10表示图9所述结构的显示电极。
图1表示第二基片上的显示电极的简化结构，在玻璃基片1上形成栅极绝缘层2、显示电极(ITO)3、薄隔光层5和厚的黑光刻胶层4，即厚隔光层。
按照本发明，薄膜光层5和厚的黑光刻胶层4形成在处于擦拭方向上游的显示电极3的四周，由于从薄隔光层5的表面到厚的黑光刻胶层4的顶部的高度H1，在用L表示的区域内产生了反向倾斜。距离L为5-10μm，薄的隔光层5的作用是防止光通过区域L内的反向倾斜的液晶分子。然而，如果隔光层5的厚度大，就会在区域L1产生反向倾斜。本发明的发明人已经发现如果隔光层的厚度等于或小于0.5μm，那么在L1区域就不会产生反向倾斜，而且发现在LCD器件中用作栅极线或数据线的材料满足上述两条件(即隔光能力和厚度等于或小于0.5μm)。例如栅极线和数据线的厚度分别为3000A和4500A。使用栅极线和数据线的金属材料作为薄隔光层5具有下述附加作用薄隔光层5可以与栅极线或数据线同时形成。换句话说，不要增加LCD器件的制造步骤就可以形成薄隔光层5。
由于上述原因，处在擦拭方向上游方的显示区边缘的隔光层包括薄的隔光层5和厚隔光层或不透光层4，薄隔光层5形成在显示电极3的四周，用来限定窗口的边缘6，且厚的黑光刻胶层或黑的光聚合物4的边缘7位于薄隔光层5之上。上述边缘6和7相互离开距离L。
为了消除反向倾斜，要求薄隔光层5形成在位于擦拭方向上游侧的窗孔的边缘处。
然而，如图1所述，薄隔光层5最好形成在位于擦拭方向下游侧的边缘处。因为要求全部液晶显示单元要有相同的孔径比。所谓孔径比是指光通过的面积与液晶显示单元总面积的比。
虽然，图1中的薄隔光层5形成在显示电极3的上面，但，如图4-7所描述的那样，层5也可以形成在显示电极的下面。
图2是本发明的第一实施例，该图中，薄隔光层5是由用作数据线的金属层形成的。
图2中的平面图表示在数据线和栅极线交叉点处的显示单元。右侧阴影线代表用作栅极线的金属层，而左侧阴影线代表用作数据线的金属线。显示单元包括TFT和透明显示电极3，如ITO。由以数据线10形成的隔光层5限定出显示电极3的窗孔。箭头9表示擦拭方向。图2还示出了每个制造步骤沿A-A和B-B线的载面图。
下面说明制造步骤，在步骤1，用溅射工艺在玻璃基片1上沉积金属层11，如铝、钛、铜、钼、铬、钽等。由使用光刻胶的通用的选择刻蚀工艺形成平面图中所表示的栅极线11和参考电压线11A。
在步骤2，的化学汽相淀积(CVD)工艺在整个结构表面上沉积透明的绝缘层2，如SiOx，SiNx。
在步骤3，用CVD工艺在结构的表面上沉积本征非晶硅层，并有选择地刻蚀形成TFT的有源区或沟道区13。
在步骤4，在结构上沉积导电层，如氧化铟锡(ITO)，并有选择在刻蚀形成显示电极3。
步骤5，在结构上沉积金属层5，如铝、钛、铜、钼、铬、钽等，并且有选择地刻蚀形成薄隔光层5、数据线10和TFT的源极(S)及漏极(D)。
步骤6，用旋涂技术在结构上沉积低透射率的黑光刻胶层4，并有选择地刻蚀形成图1所示的结构。该黑光刻胶层4是一种负光致刻蚀剂，其中曝光部分不被显影剂溶解，而非曝光部分被溶解掉。
图3表示图2所示的液晶显示单元的等效电路，这是公知技术。显示电极与参考电压线11A的重叠部分、绝缘层12和图2上的参考电压线11A形成图3上所示的存储电路器CS。如本领域所公知的那样，这个存储电路器CS在LCD器件的一帧周期内存储电荷。
图4表示本发明的第二实施例，在该实施例中，由用作栅极线的金属材料形成薄隔光层5。
图4的平面图表示在数据线10和栅极线11交叉处的显示单元。图3上表示了该单元的等效电路。图4还示出了每个制造步骤中沿A-A和B-B线的截面图，箭头9表示擦拭方向。
下面描述制造步骤。在步骤1，在整个玻璃基片1表面上沉积金属层，并且有选择地将其刻蚀形成栅极线11、参考电压线11A和薄隔光层5A。
步骤2，在结构上沉积透明绝缘层2。
步骤3，形成TFT的本征非晶硅有源区13。
步骤4，在结构上形成透明显示电极3，如ITO。
步骤5，形成金属数据线10，以及TFT的漏极(D)和源极(S)。
步骤6，形成低透光率的黑色厚光刻胶层4，暴露出显示电极3的显示区。
图5表示本发明的第三实施例，其中窗孔边缘的薄隔光层5由四部分组成，即5A、5B、5C和5D，5A和5C由构成栅极线11的金属形成，而5B和5D由构成数据线10的金属形成，箭头9表示擦拭方向。
图6表示本发明的第四实施例，其中参考电压线11A被共用作薄隔光层5的上侧水平部分，薄隔光层5的左、右垂直部分由上侧水平部分延伸下来，参考电压线11A与栅极线11同时形成。换言之，参考电压线11A，即薄隔光层5是用栅极线11的金属制成的。如前面参照图2和3所述，与显示电极3重迭的参考电压线11A起到存储电容器XS的一个电路的作用。在图2、4、5和7所示的实施例中，参考电压线11A与显示电极重叠的部分的宽度比其余部分宽。
在图6所示的实施例中，薄隔光层5的左、右垂直部分被用作存储电容器CS的一个电极，从而可以减少参考电压线11A与显示电极3顶部相重叠部分。由于上述原因，窗孔的长度L2，即显示电极3的显示区，就比其他实施例的窗孔长度要长，所以实现了显示单元的大孔径比。而且，黑色厚光刻胶层4的边缘7A和参考电压线11A上方黑色厚光刻胶层的边缘7B是分开的或不连续的，这样，沿垂直边缘7A产生的反向倾斜可以与沿水平边缘7B产生的反向倾斜分开或不连续，从而可以完全防止出现图8上用A表示的斜的反向倾斜，此处，箭头9表示擦拭方向。
图7为本发明的第五实施例，其中仅在擦拭方向9的上游方形成薄隔光层5。即只在显示电极3的窗孔顶缘的左侧边缘提供薄隔光层5。该薄隔光层5是用构成栅极线11的金属制成的。然而，薄膜光层5也可以用构成数据线10的金属制成。
负光刻胶，即透明有机材料包括胶合剂聚合物(binderpolymer)300g单基物(monomer)165g接触剂(initiator)10g防腐蚀剂(inhibitor)80g溶剂(solvent)2750g把下列种类的染料散布到负性透明光刻胶中，以提供用作隔光层的黑色负性光刻胶。
染料是红染料，如二蒽醌(dianthraquinone);蓝染料，如铜-酞花青(Cu-phthalocyanine);黄染料，如异二氢氮(isoindolin);和紫染料，如二噁嗪(dioxazine)。将这些染料混合以提供黑色负性光刻胶。
提供黑色的这些染料的组合的配比如下例1例2红染料5%重量比-兰染料35%重量比20%重量比黄染料40%重量比20%重量比紫染料20%重量比60%重量比把这些染料散布到负性光刻胶中形成黑色隔光层，它表明不透光度等于或大于1.5。
不透光度由层的厚度和层内所散布的染料的重量百分比来确定。前述实施例中的隔光层4的厚度是2μm，层4内散布层的染料重量百分比是36%重量比，其不透光度为2.0。
本发明的发明人还发现显示图象对比度要求是最佳不透光度为1.5，如晨不透光度小于1.5，光就通过隔光层4到达薄膜晶体管，那么液晶显示单元的电压-透光度特性就漂移，而且显示质量劣化。
达到1.5的不透光度隔光层的厚度和散布于层4内的染料的重量百分比的组合配比如下
厚度(μm)重量百分比不透光度0.867.51.50.960.01.51.054.01.51.149.01.51.536.01.52.027.01.52.521.61.5本发明改善了用反向倾斜而劣化的显示图象的质量。
权利要求
1.一种液晶显示器件，包括其上有公共电极的第一透明绝缘基片、其上有在一个方向上形成栅极线的第二透明绝缘基片、在与该方向交叉的另一方向上形成的数据线、形成在所述栅极线和数据线的每个交叉点上并有一个薄膜晶体管和一个显示电极的液晶显示单元、有一个用来暴露每个显示电极的显示区的窗孔的隔光层，以及存留在第一和第二基片之间的液晶材料，其特征在于位于擦拭方向的上游方的所述窗孔边缘的隔光层包括形成在显示电极周边用来限定窗孔边缘的薄膜光层和其一个边缘位于所说薄膜光层之上的厚隔光层。
2.根据权利要求1的液晶显示器件，其特征在于所述薄隔光层阻挡光线通过反向倾斜的液晶分子。
3.根据权利要求2的液晶显示器件，其特征在于所述薄隔光层的厚度等于或小于0.5μm。
4.根据权利要求1的液晶显示器件，其特征在于所述薄隔光层是金属层，而所述厚隔光层是黑色的光刻胶层。
5.根据权利要求4的液晶显示器件，其特征在于所述金属层是用作所述栅极线的金属层。
6.根据权利要求4的液晶显示器件，其特征在于所述金属层是用作所述数据线的金属层。
7.根据权利要求4的液晶显示器件，其特征在于所述光刻胶层包括蓝染料、黄染料和紫染料。
8.根据权利要求4的液晶显示器件，其特征在于所述光刻胶层包括红染料、蓝染料、黄染料和紫染料。
全文摘要
本发明的目的是改善由于反向倾斜而使之劣化的液晶显示器件所显示的图象质量。位于擦拭方向上游方的显示电极的显示区边缘的隔光层包括形成在显示电极周边用以限定窗孔边缘的薄隔光层和具有位于薄隔光层之上的一个边缘的厚隔光层。
文档编号G02F1/136GK1079826SQ9310461
公开日1993年12月22日 申请日期1993年4月20日 优先权日1992年4月22日
发明者小关敏彦, 福永哲也, 高野秀夫, 山中秀峰 申请人:国际商业机器公司