具有TFT上滤色器结构并使用面内切换模式的液晶显示装置

摘要

具有TFT上滤色器结构并使用面内切换模式的液晶显示装置。液晶显示装置包括：位于第一基板上并与多条数据线相交叉的多条选通线，限定像素区；形成在像素区中的至少一个公共电极；位于像素区中的至少一个像素电极，该至少一个像素电极对应于公共电极；形成在排除选通线和数据线以外的像素区内的滤色器层；以及具有至少三层的黑底，该至少三层的内层是电极材料。

说明书

技术领域

本发明涉及液晶装置，更具体来说，涉及一种具有滤色器的液晶显示装置。

背景技术

随着各种便携式电子设备(如移动电话、PDA、笔记本计算机等)的发展，对轻、薄且小的平板显示(FPD)装置的需求正在增长。在平板显示装置(如LCD(液晶显示器)、PDP(等离子显示板)、FED(场发射显示器)、VFD(真空荧光显示器)等)领域的研究很活跃。当前，人们对易于大量生产、使用简单驱动系统并提供高画面质量的液晶显示器(LCD)很感兴趣。

根据液晶分子的排列，LCD装置具有各种显示模式。然而，在各种显示模式中，由于扭转向列(TN)模式液晶显示装置具有高对比度、快速响应以及低驱动电压，因而得到了广泛的使用。TN模式液晶显示装置包括：其上排列有像素区的阵列基板，面对该阵列基板的滤色器基板，以及形成在阵列基板与滤色器基板之间的液晶。此外，在阵列基板和滤色器基板的外表面处形成有偏振片，以使得偏振光可以到达液晶。此外，液晶按螺旋状扭转，并排列在阵列基板与滤色器基板之间。

在现有技术的液晶显示装置中，选通线和数据线排列在阵列基板上。薄膜晶体管(TFT)排列在阵列基板上。在面对阵列基板的滤色器基板上形成有用于显示彩色图像的滤色器层。在TFT阵列基板和滤色器基板上排列有像素，以形成像素矩阵，这些像素精确地相互对准。如果形成在TFT阵列基板和滤色器基板上的像素区未精确对准，那么从背光单元产生的光可能会泄漏。因此，在现有技术的液晶装置中，TFT阵列基板和滤色器基板的对准是非常重要的。

为了解决失对准的问题，并且为了关注用于制造液晶显示装置的特定基板，提供了一种具有TFT上滤色器(COT)的液晶显示装置。在COT液晶装置中，滤色器层形成在TFT阵列基板上。在具有COT结构的液晶显示装置中，由于滤色器层形成在TFT阵列基板上，因此在制造TFT阵列基板时，可能要执行用于形成滤色器的潜在的复杂工艺。通过在TFT阵列基板上形成滤色器层，可以改进显示装置的孔径比。而且，当TFT阵列基板包括滤色器层时，更易于布置TFT阵列基板和上基板。

图1A是示出一种具有COT结构的现有技术液晶显示装置的像素区的平面图。参照图1，多条选通线102a和与该多条选通线102a垂直相交的多条数据线107限定了多个像素区。此外，在像素区的一侧形成有薄膜晶体管130。薄膜晶体管130连接到选通线102a和数据线107。

在选通线102a和数据线107的上部处形成有黑底(black matrix)110。该黑底110阻挡不需要的光从选通线和数据线的下部之下透射。此外，在像素区中形成有包括红色、绿色以及蓝色子滤色器层(未示出)的滤色器层。滤色器层为液晶显示装置提供了彩色显示能力。在像素区中还形成有像素电极109。像素电极109向像素区中的液晶施加电场。

由于滤色器层形成在其上形成有TFT的阵列基板上，所以将具有这种结构的液晶显示装置称为阵列上滤色器(COA)或TFT上滤色器(COT)。

图1B是沿图1A的具有COT结构的现有技术液晶显示装置的线A-A’所截取的剖面图。参照图1B，选通线(未示出)和从选通线分叉的栅极102形成在透明基板101上，并且栅绝缘层103形成在栅极102上。在栅绝缘层103上形成有薄膜晶体管的有源层104，源极106a和漏极106b连接到该有源层104。在源极106a与漏极106b之间插有欧姆层105。数据线107形成在栅绝缘层103上。数据线107连接到源极106a，并与源极106a一起形成。连接到漏极106b的像素电极109形成在像素区处，以向液晶层120施加电场。由夹层钝化层108把源极106a和漏极106b与数据线107绝缘开来。黑底110和滤色器层111分开形成在钝化层108上。

在每个像素区中形成有包括红色、绿色以及蓝色子滤色器层的滤色器层。黑底110形成在反倾斜域区(reverse tilt domain region)处，如选通线、数据线以及其中形成有TFT的区域，从而防止漏光。将上基板布置成面对TFT阵列基板。上基板包括透明基板150和形成在基板150上的公共电极151。此外，在TFT阵列基板上还可以形成有用于对准液晶120的配向层112和152。在上基板150与TFT阵列基板101之间填充有液晶材料120。

当制造具有COT结构的液晶显示装置时，当在每个像素中形成像素电极109之后执行用于形成黑底110和滤色器层111的工艺。由于黑底110和滤色器层111由感光有机层形成，因此在形成黑底110和滤色器层111时应当分别执行光掩模工艺。光掩模工艺增加了液晶显示装置的制造时间。而且，光掩模非常昂贵，使得液晶显示器的制造成本显著增加了。

在现有技术中，一般通过色素分散方法形成滤色器层，在色素分散方法中，通过相应的光掩模工艺形成红色、绿色以及蓝色子滤色器。通过使用色素分散方法形成滤色器层。黑底是单独形成的。因此，总共需要4个光掩模工艺。在现有技术中，强烈需要减少掩模的数量。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种具有TFT上滤色器结构并使用面内切换模式的液晶显示装置，其基本上克服了由于现有技术的局限和缺点而导致的一个或更多个问题。

本发明的一个目的是提供一种用于使用减少的制造工艺数量来制造具有TFT上滤色器结构的液晶显示装置的方法。

本发明另一目的是提供一种具有宽视角的液晶显示装置。

本发明的其它特征和优点将在下面的说明中得到阐述，其部分地根据说明即可显见，或者可以通过对本发明的实践来获知。通过下述文字说明及其权利要求以及附图中具体指出的结构，可以实现并获得本发明的目的和其它特征、方面以及优点。

为了实现根据本发明目的的这些和其他优点，如这里所具体实现和广泛描述的，提供了一种液晶显示装置，其包括：位于第一基板上并与多条数据线相交叉的多条选通线，限定像素区；形成在像素区中的至少一个公共电极；位于像素区中的至少一个像素电极，该至少一个像素电极对应于所述公共电极；形成在排除选通线和数据线以外的像素区内的滤色器层；以及具有至少三层的黑底，该至少三层的内层是电极材料。

在另一方面中，提供了一种制造液晶显示装置的方法，其包括以下步骤：在第一基板上形成多条选通线和一选通焊盘电极；在第一基板上形成多条数据线和一数据焊盘电极；在所述多条数据线和数据焊盘电极上形成夹层；在夹层上形成滤色器层；在滤色器层上形成钝化层；形成多个接触孔，其用于露出选通焊盘电极和数据焊盘电极；以及在滤色器层上形成至少三层以形成黑底和像素电极，该至少三层中的一层包括电极材料。

在另一方面中，提供了一种液晶显示装置，其包括：位于第一基板上并与多条数据线相交叉的多条选通线，限定像素区；形成在像素区中的至少一个公共电极；位于像素区中的至少一个像素电极，该至少一个像素电极具有至少三层，并且该至少一个像素电极对应于公共电极；形成在排除选通线和数据线以外的像素区内的滤色器层；以及具有与所述至少一个像素电极相同的至少三层的黑底，该至少三层的内层是电极材料。

应当明白，以上一般性描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，旨在提供对如权利要求所述发明的进一步说明。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明进一步的理解，其被并入且构成本说明书的一部分，示出了本发明的实施例，并与说明一起用于解释本发明的原理。

图1A是示出具有COT结构的现有技术液晶显示装置的像素区的平面图。

图1B是沿图1A的具有COT结构的现有技术液晶显示装置的线A-A’所截取的剖面图。

图2是在根据本发明一实施例的具有薄膜晶体管上滤色器结构的液晶显示装置的阵列基板中的示例性像素区的平面图。

图3A是沿图2的液晶显示装置的阵列基板中的线I-I’所截取的示例性像素区的剖面图。

图3B是分别沿图2的液晶显示装置的阵列基板中的线II-II’和III-III’所截取的示例性选通焊盘和示例性数据焊盘的剖面图。

图4A是在根据本发明一实施例的液晶显示板的像素区外部的示例性焊盘单元的剖面图。

图4B是在根据本发明一实施例的液晶显示板外部的示例性焊盘单元的平面图。

图5A是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中形成示例性栅极和公共电极的剖面图。

图5B是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中形成示例性薄膜晶体管和数据电极的剖面图。

图5C是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中形成夹层和滤色器的示例性层的剖面图。

图5D是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中叠置金属、ITO层以及CrOx的示例性层的剖面图。

图5E是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中形成黑底部分和电极的示例性图案的剖面图。

图5F是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中完成示例性选通焊盘和数据焊盘的剖面图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行详细描述，在附图中示出了它们的示例。

图2是在根据本发明一实施例的具有薄膜晶体管上滤色器(COT)结构的液晶显示装置的阵列基板中的示例性像素区的平面图。参照图2，液晶显示装置包括阵列基板和面对该阵列基板的上基板。在阵列基板内按矩阵排列有多个薄膜晶体管。在阵列基板上还形成有滤色器层。多条选通线202a和与该多条选通线202a相交叉的多条数据线205在诸如玻璃的透明基板上限定了多个像素区。具体来说，M条选通线202a和N条数据线205限定了M×N个像素区。

在像素区中设有公共线204a。公共线204a平行于选通线202a。在像素区中至少一个公共电极204从公共线204a延伸。该至少一个公共电极204平行于数据线205。此外，在像素区中设有至少一个像素电极230。该至少一个像素电极230平行于所述至少一个公共电极204。可以由与选通线202a相同的材料形成公共电极204，并可将其形成在与选通线202a相同的层上。然而，为了改进孔径比，可以在与像素电极230相同的层上由铟锡氧化物(ITO)形成公共电极204。由形成在所述至少一个公共电极204与所述至少一个像素电极230之间的水平电场来驱动液晶。

在本发明一实施例中，可以在像素电极230与公共电极204之间设置绝缘层(未示出)。此外，像素电极230的一部分交叠选通线202a，在它们之间设置有绝缘层，从而形成电容器。

虽然在图2中未示出，但是在每个像素区内形成有滤色器层。形成在每个像素区中的滤色器层包括红色、绿色以及蓝色子滤色器层中的一个。只在像素区内形成有滤色器层。即，在选通线或数据线上未形成有滤色器层。相反，在选通线202a和数据线205上形成有黑底部分220，以阻挡从像素区外部的下部发出的不希望的光。

在本发明的实施例中，黑底部分220与所述至少一个像素电极230一起形成，并由不透明金属薄膜形成以防止漏光。黑底部分220未形成在与滤色器层相同的层上，而形成在与所述至少一个像素电极230相同的层上。可以将不透明薄金属层用于黑底部分220，以阻挡不希望的光。例如，可以将Cr层用作该薄金属层。然而，由于Cr层对外部光是高反射的，所以可能会降低液晶显示装置的对比度。因此，在黑底部分220内的Cr层上形成具有低反射率的CrOx层，从而防止黑底部分220反射外部光。

黑底部分220还包括透明电极，如ITO(铟锡氧化物)，用于与黑底一起形成像素电极。具体来说，按顺序叠置Cr层、CrOx层以及透明电极层，对这三层一起进行构图，以形成像素电极230和黑底部分220。然而，Cr层、CrOx层以及ITO层的叠置顺序通常可以是以下顺序之一：(a)Cr层-CrOx层-ITO层；(b)Cr层-ITO层-CrOx层；(c)ITO层-Cr层-CrOx层；(d)ITO层-CrOx层-Cr层；(e)CrOx层-Cr层-ITO层；以及(f)CrOx层-ITO层-Cr层。由于CrOx层防止了Cr层的反射，所以不能使用其中将CrOx层形成在Cr层下方的叠置顺序。由此，在本发明的多个实施例中，不使用叠置次序(d)ITO层-CrOx层-Cr层、(e)CrOx层-Cr层-ITO层以及(f)CrOx层-ITO层-Cr层。

由于CrOx层具有弱电导率，所以不能使用叠置顺序(a)(其为Cr层-CrOx层-ITO层)来形成选通焊盘或数据焊盘，在这些焊盘中从Cr层进行叠置。而且，叠置顺序(c)(其为ITO层-Cr层-CrOx层)可能导致Cr层的刻蚀剂穿透多孔ITO层并刻蚀形成在ITO层下方的选通焊盘或数据焊盘。因此，在以上所列多个叠置顺序中，在本发明的实施例中使用叠置顺序(b)(其为Cr层-ITO层-CrOx层)。根据这种叠置顺序而得到的黑底部分220防止了漏光。而且，一起形成黑底部分220和像素电极230。因此，在本发明的实施例中，可以减少工艺数量。

如图2所示，在选通线202a的端部处形成有选通焊盘电极202P，并且在数据线205的端部处形成有数据焊盘电极205P，以将外部提供的信号提供给选通线205a和数据线205。在本发明一实施例中，更导电的ITO层是选通焊盘和数据焊盘的最上一层。然而，根据叠置顺序(b)(其为Cr层-ITO层-CrOx层)，CrOx层覆盖ITO层。因此，如下所述地去除CrOx层交叠选通焊盘和数据焊盘的部分。

图3A是沿图2的液晶显示装置的阵列基板中的线I-I’所截取的示例性像素区的剖面图。参照图3A，在基板201上形成有栅极202和多个公共电极204。栅极202和公共电极204可以由导电金属层(如铝或铝和钼的双层)形成。在栅极202和公共电极204上形成有栅绝缘层203。例如，栅绝缘层203可以包括二氧化硅(SiO2)层。在栅绝缘层203的TFT区上形成有薄膜晶体管。该薄膜晶体管包括：由半导体层形成的有源层208，和分别与有源层208相连接的源极206和漏极207。源极206和漏极207与有源层208相连接。在源极206与漏极207之间插入有欧姆接触层209。

在栅绝缘层203上的预定位置处形成有数据线205。此外，可以在源极206、漏极207以及数据线205上形成二氧化硅(SiO₂)层或氮化硅(SiNx)层作为夹层210。在每个像素区内的夹层210上形成有滤色器层211。滤色器层211仅形成在像素区内，以不交叠选通线202a(图2中所示)和数据线205。滤色器层211包括红色、绿色以及蓝色子滤色器层中的一个。在滤色器层211上形成有钝化层212以保护下方的部件。钝化层212可以由透明有机层形成。

在钝化层212上一起形成黑底部分220和像素电极230。像素电极230平行于公共电极204。在本发明的一个实施例中，每个像素电极230都位于相邻的公共电极204之间。因此，像素电极230与公共电极204相互交替。因此，像素电极230与公共电极204形成一个像素和公共电极对。黑底部分220在选通线202a(图2中所示)、数据线205以及TFT区上形成一阵列。滤色器层形成在由黑底部分220包围的区域中。

在本发明的实施例中，按顺序次序叠置不透明金属层213(如用于黑底的Cr层213)、透明层214(如用于像素电极230的ITO层214)以及低反射率层215(如用于防止Cr层213反射外部光的CrOx层215)，以形成黑底部分220和像素电极230。还可以在黑底部分220和像素电极230上形成用于液晶的初始配向的配向层240a。黑底部分220覆盖形成在选通线202a和数据线205的端部处的选通焊盘电极202P和数据焊盘电极205P。在阵列基板(其包括多个薄膜晶体管)的一侧处形成有面对阵列基板201的上基板250。在阵列基板201与上基板250之间填充有液晶材料。

图3B是分别沿图2的液晶显示装置的阵列基板中的线II-II’和III-III’所截取的示例性选通焊盘和示例性数据焊盘的剖面图。参照图3B，选通焊盘包括选通焊盘电极202P，该选通焊盘电极202P可以位于所述多条选通线202a之一的一端处。形成像素电极230和黑底部分220的Cr层213、ITO层214以及CrOx层215的部分交叠选通焊盘电极202P。数据焊盘包括形成在栅绝缘层203上的数据焊盘电极205P。形成像素电极230和黑底部分220的Cr层213、ITO层214以及CrOx层215的部分交叠数据焊盘电极205P。

由于选通焊盘和数据焊盘应该分别将外部提供的扫描信号和外部提供的数据信号提供给选通线202a和数据线205，并且选通焊盘和数据焊盘与TCP(带载包装)相接触以使这些焊盘与驱动电路相连接，因此应该暴露更导电的ITO层，作为最上一层。因此，在本发明的实施例中，去除位于ITO层214上的CrOx层215。

图4A是在根据本发明一实施例的液晶显示板的像素区外部的示例性焊盘单元的剖面图。图4B是在根据本发明一实施例的液晶显示板外部的示例性焊盘单元的平面图。参照图4A，通过密封胶(sealant)410将阵列基板200与上基板420相互接合起来，并且在阵列基板200与上基板420之间填充液晶。在阵列基板200中形成有公共电极204、数据线205以及滤色器层211。在阵列基板200的密封胶410外有形成选通焊盘和数据焊盘。例如，如图4A所示，在密封胶410外形成包括选通焊盘电极202P的选通焊盘430。如图4B所示，选通焊盘430位于液晶显示装置400的外部。

在选通焊盘电极202P的上部上形成有弱导电性的CrOx层，并且必须去除该CrOx层以暴露更导电的ITO层。具体来说，在接合了阵列基板200与上基板420之后，随后通过灰化工艺去除选通焊盘电极202P上的CrOx层。作为灰化工艺的结果，使用金属材料，尤其是形成了Cr膜与CrOx膜的双层以及与该双层叠置在一起的ITO层，形成了黑底和像素电极。

因此，根据本发明的实施例，提供了一种具有COT结构的液晶显示装置。该液晶显示装置的选通焊盘和数据焊盘中的每一个都包括多个叠置层，该多个叠置层包括CR层和ITO层。该ITO层是暴露的。下面参照图5A到5F对具有COT结构的液晶显示装置的制造方法进行描述，在该COT结构中像素电极和黑底是一起形成的。

图5A是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中形成示例性栅极和公共电极的剖面图。参照图5A，例如通过光刻工艺在阵列基板201上形成栅极202和公共电极204。同时，还在该基板的选通焊盘部分处形成选通焊盘电极202P。随后，例如通过等离子增强化学汽相淀积(PECVD)在栅极202和公共电极204上形成栅绝缘层203。该栅绝缘层203可以由二氧化硅层形成。

图5B是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中形成示例性薄膜晶体管和数据电极的剖面图。接下来，参照图5B，在栅绝缘层上和栅极202上方形成薄膜晶体管。形成薄膜晶体管的工艺包括以下工艺：在栅绝缘层203上和栅极202上方形成由半导体层形成的有源层208，和形成与有源层208相接触的源极206和漏极207。

与源极206和漏极207一起，还在栅绝缘层203上形成数据焊盘电极205P和数据线205。源极206和漏极207、数据线205以及数据焊盘电极205P可以通过光刻工艺来形成。

图5C是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中形成夹层和滤色器的示例性层的剖面图。参照图5C，随后在源极206和漏极207上形成夹层210。可以将无机绝缘层或有机绝缘层用作夹层210。在形成夹层210之后，在夹层210上形成包括红色、绿色以及蓝色子滤色器层的感光滤色器层211。具体来说，在每个像素区中都形成包括红色、绿色以及蓝色子滤色器层中的一个的滤色器层211。不在选通线(未示出)和数据线205的上部上形成滤色器层211。在将感光滤色器层211施加至夹层210之后，通过光掩模工艺在相应的像素区处形成红色、绿色以及蓝色子滤色器层。进而在滤色器层211上形成钝化层212。

图5D是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中叠置金属、ITO层以及CrOx的示例性层的剖面图。参照图5D，当在滤色器层211上形成钝化层之后，形成接触孔，以露出选通焊盘区中的栅极和数据焊盘区中的数据电极。然后，按顺序次序在钝化层212上形成不透明金属层213、用作像素电极的ITO层214以及CrOx层215。不透明金属层213可以是Cr层。在选通焊盘和数据焊盘上一起形成不透明金属层213、ITO层214以及CrOx层215的三层。

参照图5C和5D，在本发明另一实施例中，当在夹层210上形成滤色器层211之后，形成多个接触孔(在图5C和5D中未示出)，以露出选通焊盘区中的栅极和数据焊盘区中的数据电极。可以在形成用于露出漏极的接触孔时一起形成该多个接触孔。然后，当在选通焊盘和数据焊盘上形成该多个接触孔之后，在滤色器层211上形成钝化层212。然后，按顺序次序在钝化层212上形成不透明金属层213、用作像素电极的ITO层214以及CrOx层215。不透明金属层213可以是Cr层。在选通焊盘和数据焊盘上一起形成该不透明金属层213、ITO层214以及CrOx层215的三层。

图5E是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中形成黑底部分和电极的示例性图案的剖面图。如图5E所示，利用光刻工艺对按顺序次序叠置的不透明金属层213、ITO层214以及CrOx层215进行构图。在该光刻工艺过程中可以使用相同的刻蚀剂对CrOx层215和ITO层214进行刻蚀。但是，使用与用于ITO层214的刻蚀剂不同的刻蚀剂来刻蚀不透明金属层213。然而，如果可以使用与用于ITO层的刻蚀剂相同的刻蚀剂来刻蚀不透明金属层213，那么只使用一种刻蚀剂就可以刻蚀所述三层。通过光刻法形成：黑底部分220，其覆盖其中待形成选通线、数据线以及薄膜晶体管的区域；和像素电极230，其向液晶提供水平电场。与黑底部分220和像素电极230一起，还在选通焊盘和数据焊盘上形成选通焊盘图案202P’和数据焊盘图案205P’，选通焊盘图案202P’和数据焊盘图案205P’中的每一个都包括不透明金属层213、ITO层214以及CrOx层215的叠层。

由于这些工艺的结果，形成了具有使用面内切换模式的COT结构的阵列基板，其包括形成在阵列基板上的滤色器层、像素电极以及公共电极。然后，将通过分立工艺形成的阵列基板与上基板相互接合起来。当接合上基板与阵列基板时，在阵列基板上形成密封线(未示出)。在通过密封胶将阵列基板与上基板相互接合起来之后，完成了形成在密封胶外部的选通焊盘和数据焊盘。具体来说，在选通焊盘区和数据焊盘区内，应该露出导电ITO层，以提供电接触。

图5F是在根据本发明一实施例的液晶显示装置的阵列基板的制造工艺中完成示例性选通焊盘和数据焊盘的剖面图。参照图5F，在将阵列基板与上基板相互接合起来之后，由于选通焊盘单元和数据焊盘单元覆盖有弱导电CrOx层215，所以从选通焊盘区和数据焊盘区去除该CrOx层215。执行灰化工艺以去除该CrOx层215。随后，通过液晶注入工艺在阵列基板与上基板之间的空间中填充液晶材料(在图5F中未示出)，以完成该液晶显示装置。

在本发明的实施例中，当制造具有使用面内切换模式的COT结构的液晶显示装置时，通过一起形成黑底和像素电极，减少了制造工艺的数量。具体来说，通过使用多个叠层来制造黑底和像素电极层，在该多个叠层中，按顺序次序叠置有不透明金属层、ITO层以及CrOx层。由此，可以一起形成黑底和像素电极。

对于本领域的技术人员，很明显，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对本发明的具有TFT上滤色器结构并使用面内切换模式的液晶显示装置进行各种修改和变型。由此，本发明旨在覆盖落在所附权利要求及其等同物的范围内的对本发明的修改和变型。