CN101872770A - 像素单元、共面转换型液晶显示装置及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种像素单元、共面转换型液晶显示装置及制造方法。所述像素单元由配置于衬底上的，彼此交叉的相邻扫描线和数据线所定义，其包括：配置于所述衬底上的晶体管，所述晶体管的栅极与所述扫描线连接，所述晶体管的源极与所述数据线连接，所述晶体管的漏极与像素电极连接；以及存储电容，由下电极、中间电极、上电极以及各电极间的介质层构成，所述存储电容的下电极、中间电极、上电极分别位于第一导电层、第二导电层、第三导电层。所述像素单元还包括位于第一导电层或第二导电层，且与所述像素电极的图形部分重叠的挡光条。所述像素单元及共面转换型液晶显示装置减小了存储电容的面积，从而提高开口率，提高了显示品质，提高了对比度。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，特别涉及像素单元、共面转换型液晶显示装置及制造方法。
背景技术
近年来，随着对移动信息介质需求的增加，正在积极地研究能替代现有阴极射线管(CRT)的轻薄便于携带的液晶显示器(LCD)。最常用的是扭曲向列(TN)液晶显示模式，给其通电后，液晶分子在电场的作用下发生扭曲，即通过控制液晶分子的排列控制光的通过。该TN LCD显示装置的缺点是视角非常狭窄，这是由液晶分子的各向异性引起的，虽然通过光学补偿方式可以弥补视角狭窄的缺陷，但必须耗费一定的成本。鉴于此提出了一种广视角显示模式的共面转换型液晶显示装置(IPS，In Plane Switching)。
例如美国专利申请US2006290286就提供了一种共面转换型液晶显示装置。该共面转换型液晶显示装置中的一个像素单元，参照图1所示，所述像素单元包括：栅极扫描线112；数据线115，目的是给像素电极提供电压；像素电极117，采用例如ITO等透明材料，相对于其他不透明金属电极可以增加开口率或者孔径比；薄膜晶体管开关，其包括与栅极扫描线112相连的栅电极、栅电极上的栅绝缘层以及栅绝缘层上的半导体层114，其源极115a位于半导体层114上，与数据线115相连，其漏极115b通过接触孔181与像素电极117相连。所述像素单元还包括公共电极线124、125，公共电极线125和栅极扫描线112为同一种材料，公共电极线124与像素电极117为同一种材料，公共电极线124通过接触孔182与公共电极线125相连。
上述像素单元中用来保存电荷的存储电容为单层结构，其在II-II’方向上的剖面结构参照图2所示，所述存储电容包括：下电极190、上电极191以及上下电极间的绝缘层116。其中，公共电极线125位于衬底111上，其上覆盖栅绝缘层113，公共电极线125与公共电极线124如上所述通过接触孔相连，存储电容的上电极191位于公共电极线124所在层，而存储电容的下电极190位于漏极115b所在层，漏极115b如上所述通过接触孔与像素电极117相连。
然而，上述像素单元及其存储电容结构存在以下缺点：
上述像素单元中的像素电极117为透明材料，例如ITO，相对于其他不透明金属电极虽然可以增加开口率或者孔径比，但当液晶显示装置工作在常黑模式或黑色画面时，不能显示完全的黑，原因是在像素电极117和公共电极线124上加电压时，像素电极117正上方未能形成水平电场，造成正上方的液晶分子不能旋转，因而屏幕的对比度差，影响显示的品质。
上述存储电容为单层结构，若要增加存储电容的值，需要增加存储电容区域的面积，即增大存储电容的上下电极的面积。但是增大存储电容的上下电极的面积会造成开口率的减小，因此该存储电容结构对于需较大存储电容的场合，其增加开口率的空间很小，也就是说开口率不能进一步的提高。
而且，由于公共电极线125与上一行像素的扫描线为同一层金属层，在进行蚀刻的时候，考虑蚀刻偏差，要防止沿扫描线方向的公共电极线125与上一行像素的扫描线之间短路，二者之间必须保持4-6um的空间距离，这样就会不利于开口率的提高，从而影响显示的亮度，使显示品质下降。
发明内容
本发明解决现有技术共面转换型液晶显示装置存在对比度差以及开口率小的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种像素单元，由配置于衬底上的，彼此交叉的相邻扫描线和数据线所定义，所述像素单元包括：
配置于所述衬底上的晶体管，所述晶体管的栅极与所述扫描线连接，所述晶体管的源极与所述数据线连接，所述晶体管的漏极与像素电极连接；
以及存储电容，其中，
所述存储电容由下电极、中间电极、上电极以及各电极间的介质层构成，所述存储电容的下电极、中间电极、上电极分别位于第一导电层、第二导电层、第三导电层。
可选地，还包括挡光条，其位于第一导电层，且与所述像素电极的图形部分重叠。且所述挡光条与下电极电性连接。
可选地，还包括挡光条，其位于第二导电层，且与所述像素电极的图形部分重叠。且所述挡光条与中间电极电性连接。
本发明还提供一种包括上述像素单元的共面转换型液晶显示装置。
本发明还提供一种像素单元的制造方法，包括：
在衬底上形成第一导电层，并在第一导电层中形成扫描线；
在所述第一导电层上形成第一介质层；
在所述第一介质层上形成第二导电层，并在第二导电层中形成数据线；
在所述第二导电层上形成第二介质层；
在所述第二介质层上形成第三导电层，并在第三导电层中形成像素电极，其中，
所述第一导电层、第二导电层、及第三导电层的共同对应面分别构成存储电容的下电极、中间电极以及上电极。
可选地，还包括：在第一导电层中形成扫描线时，还形成挡光条，所述挡光条与所述像素电极的图形部分重叠。且将所述挡光条与下电极电性连接。
可选地，还包括：在第二导电层中形成数据线时，还形成挡光条，所述挡光条与所述像素电极的图形部分重叠。且将所述挡光条与中间电极电性连接。
本发明还提供一种包括上述像素单元的制造方法的共面转换型液晶显示装置的制造方法。
与现有技术相比，上述像素单元、共面转换型液晶显示装置及制造方法具有以下优点：通过所述第一导电层、第二导电层、及第三导电层的共同对应面构成存储电容，在保持设计所需电容值的情况下，减小了存储电容的面积，从而提高开口率，提高了显示品质。
另外，通过设置挡光条遮挡投射光线，改善了现有技术当共面转换型液晶显示装置工作在常黑模式或黑色画面时，不能显示完全的黑的情况，从而提高了共面转换型液晶显示装置的对比度。
附图说明
图1是现有技术共面转换型液晶显示装置中的像素单元的一种实例示意图；
图2是图1所示像素单元在II-II’方向上的剖面示意图；
图3是本发明共面转换型液晶显示装置中的像素单元的一种实施例示意图；
图3a是图3所示像素单元中数据线、遮光条、公共电极、像素电极以及挡光条的一种形状示意图；
图4是图3所示像素单元在A1-A2方向上的剖面示意图；
图5是本发明共面转换型液晶显示装置中的像素单元的另一种实施例示意图；
图6a是图5所示像素单元在B1-B2方向上的局部剖面的一种实例示意图；
图6b是图5所示像素单元在B1-B2方向上的局部剖面的另一种实例示意图；
图7是图5所示像素单元中的等效电路示意图；
图8是本发明共面转换型液晶显示装置中的像素单元制造方法的一种实施方式的流程示意图；
图9a至图9g是图8所示制造方法的实例示意图。
具体实施方式
基于现有技术的缺陷，本发明共面转换型液晶显示装置中的像素单元在像素电极处设置挡光条遮挡投射光线，并通过对已有像素单元结构的合理调整，构成多层的存储电容结构。
参照图3所示，本发明共面转换型液晶显示装置中的像素单元的一种实施例包括：衬底(图未示)；配置于衬底上的扫描线101、数据线102、公共电极104以及像素电极105；配置于衬底上的薄膜晶体管107，其栅极与所述扫描线101相连，漏极与像素电极105相连，源极与数据线102相连；遮光条103，所述遮光条103沿数据线102方向且靠近数据线102配置于衬底上；以及挡光条108，所述挡光条108沿像素电极105方向配置于衬底上，且与像素电极105的图形部分重叠。
其中，所述扫描线101位于衬底上的第一导电层，例如所述第一导电层的材料可以为金属铝或者铝钕合金。所述数据线102位于衬底上的第二导电层，例如所述第二导电层的材料可以为金属钼。所述第一导电层和第二导电层之间具有第一介质层，所述第一介质层可以包括栅绝缘层和半导体层。所述像素电极105位于第三导电层，其材料可以采用例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)或氧化铟镓(IGO)中的一种或组合。所述第二导电层和第三导电层之间具有第二介质层，所述第二介质层可以为保护绝缘层。所述公共电极104的材料可以采用例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)或氧化铟镓(IGO)中的一种或组合。所述公共电极104选择透明材料时，例如氧化铟锡，其与扫描线在不同金属层中形成，将有利于开口率的提高，也能改善现有技术中，需考虑公共电极和上一行像素单元扫描线在同一蚀刻工艺中的对位偏差，而使开口率较小的问题。
其中，所述挡光条108可以位于第一导电层或第二导电层，与所述扫描线101或所述数据线102在同一工艺中形成。由于挡光条108的存在，挡光条108处光线不能透过，所以可以解决当像素电极105和公共电极104加电压时，像素电极105正上方未能形成水平电场，使得正上方的液晶分子不能旋转，当液晶显示装置工作在常黑模式或黑色画面时，不能显示完全的黑，屏幕的对比度差的问题。
其中，所述挡光条108还可以与所述像素电极105在靠近薄膜晶体管107的一侧通过接触孔连接，这样可以防止像素电极105断开导致的缺陷。
其中，所述像素电极105沿所述数据线102方向的部分，可以用所述挡光条108代替，所述挡光条108与所述公共电极104沿所述扫描线101方向的部分通过接触连接。则，所述挡光条108即挡光又作为像素电极。
其中，所述遮光条103也可以位于第一导电层或第二导电层，与所述扫描线101或所述数据线102第一导电层第二导电层在同一工艺中形成。所述遮光条的存在可以进一步增大开口率。优选的，所述遮光条103位于所述第一导电层，与所述扫描线101在同一工艺中形成；这样可以使遮光条103与所述数据线102靠得很近，甚至有部分重叠，而且，一定程度的克服蚀刻工艺中的对位偏差问题。
其中，所述遮光条103与所述公共电极104的位置关系可以是：有部分重叠、全部重叠、完全不重叠。优选的，所述遮光条103与所述公共电极104有部分重叠，且公共电极104未重叠部分位于远离所述数据线102的一侧；这样所述遮光条103还可以起到提高开口率和对比度的作用。
其中，所述遮光条103还可以与所述公共电极104通过接触孔连接，可以防止公共电极线断开导致的缺陷。
其中，所述公共电极104沿所述数据线102方向的部分的可以用所述遮光条103代替，所述遮光条103与所述公共电极104沿所述扫描线101方向的部分通过接触孔连接。则，所述遮光条103即挡光又作为公共电极。
其中，参照图3a所示，所述数据线102、遮光条103、公共电极104、像素电极105以及挡光条108的形状均可以为人字形。另外，其形状也可以是波浪形。当上述图形为人字形或波浪形时，可以使液晶盒中的液晶分子处于多畴排列，这有利于液晶显示装置视角的提高。
以下通过图4所示的图3中像素单元在A1-A2方向上的剖面示意图，对所述像素单元中的存储电容区域106进行进一步说明。结合图3和图4所示，该存储电容设计成三明治结构，由第一导电层201、第二导电层202、及像素电极105的共同对应面分别构成存储电容的下电极110、中间电极114以及上电极115。
具体地说，上电极115由像素电极105中与第二导电层202的共同对应面构成，而所述像素电极105通过接触孔109-2与薄膜晶体管107的漏极111电性连接，故上电极115上的电压为漏极电压。
中间电极114，由第二导电层202中与像素电极105的共同对应面构成，其通过接触孔109-3与公共电极104电性连接，故中间电极114上的电压为公共电极电压。
当所述遮光条103位于第二导电层时，所述遮光条103可以和中间电极114为一连接的整体，即在工艺中一体形成或具有电性连接。
下电极110，由第一导电层201中与第二导电层202的共同对应面构成，其通过接触孔109-1与像素电极105电性连接，由于像素电极105与薄膜晶体管107的漏极电性连接，故下电极上的电压为漏极电压。
可选的，所述下电极110也可以与薄膜晶体管107的漏极111通过接触孔电性连接，也可以使所述下电极110上的电压为漏极电压；这样就不需要设置所述接触孔109-1以连接下电极110与像素电极105了。
该存储电容中，上电极115和中间电极114构成存储电容Cs1，二者之间为保护绝缘层113，所述保护绝缘层113可以由氮化硅等绝缘材料构成。中间电极114和下电极110构成存储电容Cs2，二者之间为栅绝缘层112，所述栅极绝缘层112可以由氮化硅等绝缘材料构成。可选的，所述中间电极114和所述下电极110之间还可以包括半导体层。存储电容Cs1、Cs2是并联关系。所以共面转换型液晶显示装置的存储电容值为Cs1、Cs2二者之和。
因此，从该存储电容的说明可以看到，在保持存储电容值不变的基础上，该存储电容结构可以通过减小存储电容的面积来增加开口率。
图5所示为本发明共面转换型液晶显示装置中的像素单元的另一种实施例示意图。该实施例的像素单元与图3所示的像素单元的结构区别在于，挡光条108与存储电容区域106的中间电极114电性连接，采用本连接方式，所述挡光条108在起到挡光作用的同时，进一步增大存储电容值，也进一步增加开口率。
当然，也可以所述挡光条108与所述存储电容区域106的下电极110连接，采用这种连接方式，还可以将中间电极114延伸，与所述挡光条108全部或部分重叠，也可以使所述挡光条108起到挡光作用的同时，进一步增大存储电容值，也进一步增加开口率。
图6a和图6b分别为图5所示像素单元在B1-B2方向上的局部剖面的实例示意图，图6a对应挡光条108与所述中间电极114的电性连接、图6b对应挡光条108与所述下电极110的电性连接。
具体地说，结合图5和图6a所示，挡光条108可以位于第二导电层，且与存储电容区域106的中间电极114电性连接。所述挡光条108与像素电极105的共同对应面构成存储电容Cs3。存储电容Cs3和存储电容Cs1、Cs2也是并联关系。
具体地说，结合图5和图6b所示，挡光条108可以位于第一导电层，且与存储电容区域106的下电极110电性连接。所述挡光条108与中间电极114的延伸部分构成存储电容Cs3a，所述中间电极114的延伸部分与像素电极105构成存储电容Cs3b，定义Cs3＝Cs3a+Cs3b。存储电容Cs3和存储电容Cs1、Cs2也是并联关系。
图7为图5所示像素单元中的等效电路示意图。对于上述两种挡光条108的不同连接结构，参照图7所示，图5所示像素单元的电容值都是Clc+Cs1+Cs2+Cs3，其中Clc为像素单元中的液晶电容。因此，在保持存储电容值不变的基础上，该存储电容结构相对于图3所示像素单元的存储电容结构，能够进一步减小存储电容的面积，相应也增加了开口率。
参照图8所示，本发明共面转换型液晶显示装置的像素单元制造方法的一种实施方式包括：
步骤s1，在衬底上形成第一导电层，并在第一导电层中形成扫描线；
步骤s2，在所述第一导电层上形成第一介质层；
步骤s3，在所述第一介质层上形成第二导电层，并在第二导电层中形成数据线；
步骤s4，在所述第二导电层上形成第二介质层；
步骤s5，在所述第二介质层上形成第三导电层，并在第三导电层中形成像素电极，其中，
所述第一导电层、第二导电层、及第三导电层的共同对应面分别构成存储电容的下电极、中间电极以及上电极。
通过上述制造方法获得的像素单元，其存储电容通过下电极、中间电极以及上电极的结构，使得总电容值为下电极与中间电极构成的存储电容、中间电极与上电极构成的存储电容之和。从而在保持存储电容值不变的基础上，该存储电容结构可以通过减小存储电容的面积来增加开口率。
其中，在上述制造方法中还可以包括：在第一导电层中形成扫描线时，还形成挡光条，所述挡光条与所述像素电极的图形部分重叠。且将所述挡光条与下电极电性连接。
其中，在上述制造方法中还可以包括：在第一导电层中形成扫描线时，还形成遮光条，所述遮光条与所述像素电极的图形部分重叠。且将所述遮光条与下电极电性连接。
其中，在上述制造方法中还可以包括：在第二导电层中形成数据线时，还形成挡光条，所述挡光条与所述像素电极的图形部分重叠。且将所述挡光条与中间电极电性连接。
其中，在上述制造方法中还可以包括：在第二导电层中形成数据线时，还形成遮光条，所述遮光条与所述像素电极层的图形部分重叠。且将所述遮光条与中间电极电性连接。
上述制造方法中形成的挡光条，在起到挡光作用的同时，还能进一步增大存储电容值，也进一步增加开口率。
以下通过实例对上述制造方法的过程进行进一步说明。
结合图8和图9a所示，在玻璃基板或者柔性材料构成的衬底11上沉积第一导电层101，所述第一导电层的材料可以为金属铝或者铝钕合金。
结合图8和图9b所示，蚀刻第一导电层201形成所需的扫描线图形。所述蚀刻可以为湿法蚀刻。
结合图8和图9c所示，在已形成扫描线图形的第一导电层101上依次沉积栅绝缘层112、非晶硅层12以及掺杂的非晶硅层13。所述栅绝缘层112的材料可以为氮化硅等绝缘材料。
结合图8和图9d所示，通过干法蚀刻对非晶硅层12以及掺杂的非晶硅层13进行蚀刻形成所需图形。
结合图8和图9e所示，在图9d所示结构上沉积第二导电层202。所述第二导电层的材料可以为金属钼。
结合图8和图9f所示，通过湿法蚀刻形成数据线图形，以及薄膜晶体管的源漏极部分，以及存储电容的中间电极114。
结合图8和图9g所示，在图9f所示结构上沉积保护绝缘层113，接着蚀刻所述保护绝缘层113形成接触孔，然后沉积第三导电层，并经过和蚀刻工艺以形成像素电极105以及公共电极104，所述像素电极105和所述公共电极104的材料可以采用例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)或氧化铟镓(IGO)中的一种或组合。
至此，结合图9g和图4所示，通过所述制造方法获得的像素单元，其存储电容区域106就形成了由上电极115、中间电极114以及下电极110构成的存储电容结构。
此外，本发明的上述实施例中，所述第一导电层、第二导电层的材料只是举例说明，只要能起到导电作用，也可以是其它的导电层，如可以导电的金属氧化物、有机物等。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (25)
1.一种像素单元，由配置于衬底上的，彼此交叉的相邻扫描线和数据线所定义，所述像素单元包括：
配置于所述衬底上的晶体管，所述晶体管的栅极与所述扫描线连接，所述晶体管的源极与所述数据线连接，所述晶体管的漏极与像素电极连接；
以及存储电容，其特征在于，
所述存储电容由下电极、中间电极、上电极以及各电极间的介质层构成，所述存储电容的下电极、中间电极、上电极分别位于第一导电层、第二导电层、第三导电层。
2.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，还包括挡光条，所述挡光条位于所述第一导电层，且与所述像素电极的图形部分重叠。
3.如权利要求2所述的像素单元，其特征在于，所述挡光条与所述下电极电性连接。
4.如权利要求2所述的像素单元，其特征在于，还包括公共电极，所述挡光条与所述公共电极通过接触孔连接。
5.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，还包括挡光条，所述挡光条位于所述第二导电层，且与所述像素电极的图形部分重叠。
6.如权利要求5所述的像素单元，其特征在于，所述挡光条与所述中间电极电性连接。
7.如权利要求5所述的像素单元，其特征在于，还包括公共电极，所述挡光条与所述公共电极通过接触孔连接。
8.如权利要求2或5所述的像素单元，其特征在于，所述数据线、像素电极以及挡光条的形状为波浪形或人字形。
9.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，还包括遮光条，所述遮光条位于所述第一导电层。
10.如权利要求9所述的像素单元，其特征在于，所述遮光条与所述数据线和所述公共电极的图形均有重叠。
11.如权利要求9所述的像素单元，其特征在于，所述遮光条与所述像素电极通过接触孔连接。
12.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，还包括遮光条，所述遮光条位于所述第二导电层。
13.如权利要求12所述的像素单元，其特征在于，所述遮光条与所述公共电极的图形有重叠。
14.如权利要求12所述的像素单元，其特征在于，所述遮光条与所述像素电极通过接触孔连接。
15.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述下电极与中间电极间的介质层包括：栅绝缘层与半导体层。
16.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述中间电极与上电极间的介质层为保护绝缘层。
17.一种包括权利要求1至7、9至16任一项所述的像素单元的共面转换型液晶显示装置。
18.一种像素单元的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成第一导电层，并在第一导电层中形成扫描线；
在所述第一导电层上形成第一介质层；
在所述第一介质层上形成第二导电层，并在第二导电层中形成数据线；
在所述第二导电层上形成第二介质层；
在所述第二介质层上形成第三导电层，并在第三导电层中形成像素电极，其中，
所述第一导电层、第二导电层、及第三导电层的共同对应面分别构成存储电容的下电极、中间电极以及上电极。
19.如权利要求18所述的像素单元的制造方法，其特征在于，还包括：在第一导电层中形成扫描线时，还形成挡光条，所述挡光条与所述像素电极的图形部分重叠。
20.如权利要求19所述的像素单元的制造方法，其特征在于，还包括：将所述挡光条与所述下电极电性连接。
21.如权利要求18所述的像素单元的制造方法，其特征在于，还包括：在第二导电层中形成数据线时，还形成挡光条，所述挡光条与所述像素电极的图形部分重叠。
22.如权利要求21所述的像素单元的制造方法，其特征在于，还包括：将所述挡光条与所述中间电极电性连接。
23.如权利要求18或21所述的像素单元的制造方法，其特征在于，所述数据线、像素电极以及挡光条的形状为波浪形或人字形。
24.如权利要求18所述的像素单元的制造方法，其特征在于，还包括：在第一导电层中形成扫描线时，还形成遮光条，在形成所述像素电极时，还形成公共电极，所述遮光条与所述公共电极的图形有重叠。
25.一种包括权利要求18至22、24任一项所述的像素单元的制造方法的共面转换型液晶显示装置的制造方法。
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