背景技术
当今在信息导向的社会里,电子显示装置的作用变得越来越重要。所有种类的电子显示装置在各种工业领域中得到广泛应用。随着电子显示领域的技术不断发展,提供了相应于信息导向的社会的多种需求的具有新功能的各种电子显示装置。
一般地,电子显示装置是一种用于给人可视地传递信息的装置。即,电子显示装置可以定义为一种电子设备,它把从各种电子设备输出的电子信息信号转变成视觉可识辨的光学信息信号。也可以定义为一种用作连结人与电子设备的桥梁的电子设备。
这些电子显示装置的类型划分成发射型显示装置和非发射型显示装置,发射型显示装置通过光发射法显示光学信息信号,非发射型显示装置通过诸如光反射、散射和干涉现象等光调制法显示信号。作为称作有源显示装置的发射型显示装置,例如有CRT(阴极射线管)、PDP(等离子体显示板)、LED(发光二极管)和ELD(电致发光显示装置)等。作为称作无源显示装置的非发射型显示装置,例如有LCD(液晶显示装置)和EPID(电泳成像显示装置)等。
CRT在过去的很长时间里用于诸如电视接收器和监视器等的图像显示装置中。CRT在显示质量和经济效益方面具有最高的市场份额,但它也有很多不足,如大重量、大体积和高功耗。
同时,随着因半导体技术的迅速发展而导致的多种电子装置的尺寸变小和质量更轻,同时驱动电子器件的电压和功率更小,根据新的环境需要一种平板显示装置,它具有更薄、更轻的特性和低驱动电压、低功耗的特征。
在各种开发的平板显示装置中,LCD比其它任何显示装置都要薄、轻很多,并且具有更低的驱动电压和功耗。LCD还具有类似于CRT的显示质量。因此,LCD被广泛地用在各种电子装置中。另外,因为LCD的制造简单,所以它的应用逐渐广泛。
LCD分为透射型LCD和反射型LCD,透射型LCD利用一个外光源显示图像,反射型LCD利用替代外光源的环境光显示图像。
反射型LCD有一个优点在于与投射型LCD相比,它消耗更少的功率,并在户外也表现出良好的显示效果。另外,反射型LCD薄且轻,因为它不需要诸如背光装置那样的额外光源。
但是,目前的反射型LCD有着较暗的显示屏并且不能显示高分辨率和多色图像。因此,反射型LCD被受限制地使用在只需要简单图像显示的产品中,如数字和简单字符。
为了要把反射型LCD用到各种电子显示装置中,高分辨和与提高的反射照度结合的多彩显示是必须的。另外,合适的亮度、迅捷的响应速度和增强的对比度也是必须的。
在目前的反射型LCD中,把两项技术结合起来以提高亮度。一项技术是提高反射电极的反射效率,另一项技术是实现超高孔径比。
在题为“在反射器上具有凸起的反射型液晶显示装置(Reflection typeliquid crystal display device with bumps on the reflector)”的美国专利第5,610,741(Naofumi Kimur发行)中公开了一种通过形成对反射电极的凸起而提高反射效率的方法。
图1是前述美国专利中提供的反射型LCD装置的局部平面图,图2是图1的反射型LCD装置的截面图。
参见图1和图2,反射型LCD装置有一个第一基板10,一个与第一基板10相对设置的第二基板15和夹置在第一与第二基板10与15之间的液晶层20。
第一基板10包括一个第一绝缘基板30,在基板上形成有多条栅极总线25。栅电极35从栅极总线25分叉。另外,设置多条源极总线40使之与栅极总线25交叉。源极总线通过绝缘层与多条栅极总线25绝缘。源电极45从源极总线40分叉。
反射电极50形成在第一基板10和液晶层20之间,并设置在通过交叉多条栅极总线25和多条源极总线40形成的多个矩形区域中。
反射电极50与形成在第一基板10上的TFT器件55连结,TFT器件55用作具有栅极总线25和源极总线40的开关器件。
在反射电极50的表面上设置多个凹部70和71,由此使得表面高低不平。
在整个表面上不规律地排列多个凹部70和71。反射电极60和TFT器件55的漏极经一个接触孔65互相连结。
栅极总线25和栅电极35形成在第一绝缘基板30上,第一绝缘基板30通过用溅射法沉积钽(Ta)膜并利用蚀刻或光刻法在沉积的Ta膜上构图而由例如玻璃制成。
接着,形成栅极绝缘膜75以覆盖栅极总线25和栅电极35。通过由等离子体CVD(化学气相沉积)法沉积SiNx膜而形成栅极绝缘膜75,它具有例如4000埃的厚度。
在栅极绝缘膜75上形成非晶硅(a-Si)而覆盖栅电极35。在半导体层80上形成掺n+型杂质的a-Si层的接触层85和90。
随后,在第一绝缘基板30上形成钼(Mo)膜以覆盖以上述方式形成的组合结构上,然后对Mo膜构图,从而形成源极总线40、源电极45和漏电极60。以这种方式,制得TFT器件55。
在形成有TFT器件55的绝缘基板30的整个表面上形成具有崎岖表面的一个有机绝缘膜95和一个反射电极50。
图3A~3C是表示形成图2所示器件中的有机绝缘膜和反射电极的方法的步骤的截面图。
参见图3A,通过旋转涂敷法在第一绝缘基板30的表面上形成一个抗蚀膜100以覆盖TFT器件55。之后预烘抗蚀膜100。
接下来,在涂覆的抗蚀膜100上分布掩膜110并进行曝光和显影处理,其中掩膜上在预定构图内形成有光透射区105和光致抗蚀剂挡区106。由此形成对应于掩膜110的构图的凸起115。对此基板执行热处理,由此形成如图3B所示的凸起115,该凸起的角被修圆。
参见图3C,通过例如旋转涂敷法涂覆一层有机绝缘膜95以覆盖凸起115,因而形成的有机绝缘膜95的表面由于凸起115而变得高低不平。
随后,利用掩膜(未示出)构图无机绝缘膜95上,从而形成一个对TFT器件55的漏电极60的表面曝光的接触孔65。在有机绝缘膜95上形成一个作为反射电极50的铝(AL)或镍(Ni)的金属膜。此时,用反射电极材料填充接触孔65。通过真空溅射法形成反射电极材料。结果,在反射电极50的表面上形成凹部70和71,使得它们具有对应于有机绝缘膜95的形状。
再参见图2,在反射电极50和有机绝缘膜95上形成一个第一取向膜120,由此完成第一基板10。
第二基板15包括一个第二绝缘基板140,在该基板上形成有一个滤色板125、一个公共电极130和一个第二取向膜135。
第二绝缘基板140由玻璃组成。在第二绝缘基板140上形成一个对应于每一个像素145和146的滤色板125。在滤色板125上形成一个由透明材料如ITO(氧化铟锡)制成的公共电极130,并在公共电极130上形成一个第二取向膜135,由此获得第二基板15。
第二基板15在第一基板上对齐,于是第二基板15与第一基板10面对。然后,利用真空注入法把包括液晶和颜料的液晶层20注入到第一基板10和第二基板15之间的空间中,由此完成一个反射型LCD。
但是,虽然具有在反射电极上形成有多个凹部的常规LCD提高了反射效率,但它有下列一些问题:
首先,常规的反射型LCD具有用作微透镜并具有不同的大小的半球形凹部,以便提高反射率,但是不形成凹部的肋部依据它们的位置而有不同的大小,由此会产生一个问题,即它们降低整个反射效率的均匀性。换言之,因为肋部的大小彼此不同,所以在形成于反射电极上的凹部的大小彼此不同的区域中,肋部的高度不同,并且反射电极依据区域显示出不同的反射率,使得产生反射电极反射率的不均匀性。所以,反射电极中反射均匀性的降低导致液晶物质取向的均匀性,成为降低显示在LCD上的图像的对比度的因素。另外,还有很大可能性的是液晶物质取向中的非均匀性引发雾化故障以及成像后光泄漏特性的发生。
另外,常规的反射型LCD有一个缺点,即因为凹部的大小以及凹部之间区域的大小分别变得不同,所以很难根据实际过程中的设计值精确地控制凹部以及凹部之间空间的大小。
另外,虽然大小不同的凹部彼此形成重叠,但因为凹部具有半球形的形状,所以很难完全地阻挡凹部入射光的发散反射,并由此限制图像质量的提高。
另外,因为常规的反射型LCD具有一个规则的四边形像素形状,所以它的缺点在于不仅设计应该从开始就进行、从而将其应用到需要各种不同像素大小以及根据如手持终端或液晶电视接收器的各种信息连通装置的像素大小的改变的显示,而且工业条件应该被重新确保。尤其是,它非常难于应用到电子显示装置上,如需要在一个特定的方向上显示出较高反射率的移动电话。
具体实施方式
下面将参考附图对根据本发明优选实施例的反射型LCD及其制造方法进行详细的描述。
实施例1
图4是根据本发明第一实施例的反射型LCD的截面图。
参见图4,反射型LCD包括:其上形成像素阵列的第一基板210;面对第一基板210形成的第二基板220;形成在第一基板210和第二基板220之间的液晶层230;以及用作像素电极的一个反射电极235,该反射电极形成在第一基板210和液晶层230之间。
第一基板210包括一个第一绝缘基板240和一个形成在第一绝缘基板240上用作开关装置的薄膜晶体管(TFT)245。
第一基板210包括一种非导电材料,如玻璃、陶瓷等。TFT 245包括一个栅电极250、一个栅极绝缘膜255、一个半导体层260、一个欧姆接触层265、一个源电极270和一个漏电极275。
栅电极250在第一绝缘基板240上从栅极线(未示出)分叉,并有一个双层结构,其中的下层包括铬(Cr),上层包括铝(Al)。
栅极绝缘膜255包括氮化硅(SixNy)并形成在第一绝缘膜240的整个表面上,在第一绝缘膜240上还形成栅电极250。在栅极绝缘膜255上依次形成非晶硅半导体层260和n+型非晶硅的欧姆接触层265。
源电极270和漏电极275形成在欧姆接触层265和栅极绝缘膜275上。栅电极250设置在源电极270和漏电极275之间,由此完成TFT 245。源电极270和漏电极275包括金属,如钽(Ta)、钼(Mo)、钛(Ti)、铬(Cr)等。
在形成有TFT 245的第一绝缘基板240上设置一个包括抗蚀材料的有机绝缘膜280。接触孔285形成在有机绝缘膜280中,以显露漏电极275的一部分。
在包含接触孔285的有机绝缘膜280上形成反射电极235。反射电极235经接触孔285连结到漏电极275上,TFT 245由此电耦合到反射电极235上。
图5A是对应于图4所示装置中的单元像素的反射电极的详细的平面图。
如图5A所示,根据本发明的反射电极235包括多个第一区域部分290和多个与第一区域部分290有高度差的第二区域部分295。沿垂直于第一方向(垂直方向)的第二方向(水平方向)分布的第二区域部分295的第一长度分量的第一总和大于沿垂直于第二方向的第一方向分布的第二区域部分295的第二长度分量的第二总和,以致于第二区域部分295在第一方向具有比在第二方向高的反射率。
例如,可以以这样的方式形成第一区域部分290和第二区域部分295,即第一区域290具有一种高度低于第二区域部分295的凹陷形状,且第二区域部分295具有一种高度高于第一区域部分290的凸起形状。另外,还可以以这样的方式形成第一区域部分290和第二区域部分295,即第一区域部分290具有高度高于第二区域部分295的凸起形状,且第二区域部分295具有一种高度低于第一区域部分290的凹陷形状。
第一区域部分290包括多个沿水平方向连续形成的第一凹槽290a。在相邻的第一凹槽290a之间沿垂直方向还断续地形成多个第二凹槽290b。在图5A中,第二凹槽290b以拱形的形式形成,以致于入射光可以关于一个方向以及关于第一和第二方向反射。第二凹槽290b也可以做成任何形式,比如直线形、环形等。
优选地,第二凹槽290b以这样的方式形成,即任何凹槽在沿垂直方向排列的同时,在具有邻近凹槽的路径上彼此错开。优选地,沿垂直方向形成的第二凹槽的数量最好为每单位像素的水平线有0.5~5个。
第二区域部分295包括多个用作微透镜的凸起部分。换言之,反射电极235中包括连续的凹陷的第一区域部分290被调平在相对于凸起的第二区域部分295较低的位置处的一定深度。此外,它包括相对于第一区域部分290的凸起部分的第二区域部分295在第一基板210上形成有一定的高度。用作微透镜以提高反射效率的第二区域部分295被包括第一凹槽290a和第二凹槽290b的第一区域部分290以及单元像素的边界包围。换言之,第二区域部分295的一个通过单元像素区域中心部分处彼此相邻的两个第一凹槽290a和两个第二凹槽290b确定。邻近单元像素区域边界的第二区域部分295由两个彼此相邻的第一凹槽290a、第二凹槽290b的一个和单元像素边界的一部分限定。
由于所形成的第一区域部分290的方向性,第二区域部分295的凸起部分沿单元像素的水平方向的第一方向和单元像素的垂直方向的第二方向取向。因此,根据本实施例的LCD可以应用于需要在特定的方向有着比其它方向高的反射率的显示装置中。
根据本实施例,第二区域部分295的多个凸起部分有着各种形状,如椭圆形295a、上弦月形或下弦月形295b、凹透镜的截面形295c、跑道形295d、半跑道形295e等。另外,虽然第二区域部分295的凸起部分具有相同的形状,但它们彼此有着不同的大小。
第一区域部分290中的第一和第二凹槽290a和290b的有大约2-5μm的宽度。第二区域部分295的凸起部分具有在大约4-20μm范围内的各种形状。成型为沿水平方向彼此平行的第一凹槽290a的中心线之间的间隙设置在5-20μm的范围内,平均约为8.5μm。第二区域部分295的凸起部分的隆脊之间的间隙设置在12-22μm的范围内,平均约为17μm。所以,第二区域部分295的凸起部分的形状和大小有各种变化,由此可以减少反射电极反射的光的干涉现象。
图5B是根据本发明另一优选实施例的反射电极的详细平面图。
图5B中的反射电极与图5A中的反射电极相同,除了形成在每个第二区域部分295中心部分的散射凹陷297之外。散射凹陷297防止入射光的直接反射,并散射入射光。散射凹陷297优选地处于2-3μm范围的大小。
返回来参见图4,在有着上述结构的反射电极235上设置有第一取向膜300。
面对第一基板210的第二基板220包括一个第二绝缘基板305、一个滤色板310、一个公共电极315、一个第二取向膜320、一个相位差(phasedifference)片325和一个偏振片330。
第二绝缘基板305包括玻璃或陶瓷材料,它是与第一基板240相同的材料。相位差片325和偏振片330以指定的顺序形成在第二绝缘基板305上。滤色板310设置在第二绝缘基板305之下,公共电极315和第二取向膜320以指定的顺序形成在滤色板310之下,由此完成第二基板220。第二取向膜320预先倾斜液晶层230的液晶分子以及第一基板210的第一取向膜。
在第一基板210和第二基板220之间夹置隔离物335和336,由此在第一基板210和第二基板220之间形成一个特定的空间,液晶层230填充在由隔离物335和336形成的空间中,由此完成一个根据本实施例的反射型LCD200。
以下参见附图对根据本实施例制造反射型LCD的方法进行详细的描述。
图6A至6D是说明根据本发明第一实施例中图4所示的反射型LCD的制造方法的截面图。在图6A至6D中,相同的元件用相同的附图标号表示。
参见图6A,在玻璃或陶瓷制成的第一绝缘基板上沉积一金属层,如钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)等。之后,构图沉积的金属层,以形成一条栅极线和一个从栅极线分叉的栅电极250。此时,栅电极250和栅极线可以包括Al-Cu或Al-Si-Cu合金。之后,通过等离子体化学气相沉积法在包含栅电极250的第一绝缘基板240的整个表面上沉积氮化硅膜,由此形成一个栅极绝缘膜255。
通过等离子体化学气相沉积法在栅极绝缘膜255上依次形成一个非晶硅膜和原位掺杂的n+非晶硅膜。之后,构图非晶硅膜和原位掺杂的n+非晶硅膜,以在设置栅电极250的栅极绝缘膜255上顺次形成一个半导体层260和欧姆接触层265。随后,在形成有组合物的第一绝缘基板240上形成一个金属制成的金属层,该金属如钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)等。然后,构图金属层,以形成一个源电极270和一个从源极线分叉的漏电极275。由此完成一个包括栅电极250、半导体层260、欧姆接触层265、源电极270和漏电极275的薄膜晶体管245。此时,在栅极线和源极线之间***栅极绝缘膜255,因而避免栅极线与源极线接触。
接下来,通过旋转涂敷法在形成有薄膜晶体管245的第一绝缘基板上涂敷一个光致抗蚀剂膜,厚度约为1-3μm,然后形成一个有机绝缘膜280,由此完成第一基板210。此时,有机绝缘膜280可以包括例如含PAC(光活化化合物)的丙烯酸树脂等。
参见图6B,第一掩膜350分布在有机绝缘膜280上,形成一个接触孔285,然后经曝光和显影过程构图有机绝缘膜,由此形成部分显露漏电极275和多个凹槽部分的接触孔285。
下面描述在有机绝缘膜280上形成接触孔285的过程和形成多个凹槽的过程。
图7A和图7B是用于描述在有机绝缘膜280上形成接触孔和多个凹槽的过程的截面图。
参见图7A和7B,在有机绝缘膜280上排列第一掩膜350从而形成接触孔285。第一掩膜350有一个对应于接触孔285的构图。之后,有机绝缘膜280经受第一次全曝光过程,由此对源/漏电极275上的有机绝缘膜280的一部分曝光。此后,曝光的有机绝缘膜280经受显影过程,使得在有机绝缘膜上形成显露源/漏电极275的接触孔285,如图7A所示。
接下来,为了形成多个凹槽,在有机绝缘膜280上排列一个第二掩膜355,该第二掩膜355具有对应于凹槽并用于形成微透镜的构图,如图7B所示。此时,第二掩膜355包括与图5A和图5B所示的反射电极235相同的构图。另外,根据所采用的抗蚀剂的类型,第二掩膜355还可以有一种具有与图5A和图5B所示的反射电极235相反的形状的构图。
具体地说,第二掩膜355通过在透明基板上形成一个对应于图5A中所示的第一区域的掩膜构图而制作。另外,如图5b所示,第二掩膜355还可以有一种具有2-3μm大小的中心凹陷的构图。所以,通过在有机绝缘膜的中心部分形成中心凹陷,可以提高反射效率。
在利用第二掩膜355首次透镜曝光除接触孔部分285以外的有机绝缘膜280以后,执行显影过程,由此在有机绝缘膜280的表面形成多个不规则的凹槽281。换言之,在有机绝缘膜280上形成多个连续的凹槽281,该连续凹槽281包括沿单元像素的水平方向的第一方向的具有恒定宽度的第一凹槽和沿单元像素的垂直方向的第二方向不规则分布的第二凹槽。所以,有机绝缘膜280的表面被分成包括多个连续凹槽的第一区域部分和包括单元像素的边界部分及第一区域部分所包围的多个凸起部分的第二区域部分。
换言之,形成多个沿单元像素的水平方向有恒定宽度的凹槽之后,在相对于这些凹槽凸起部分的位置上沿单元像素垂直方向形成多个凹槽,由此在有机绝缘膜280上形成由多个凹槽确定的凸起部分。优选地,垂直形成的凹槽具有半球形截面的形状。
如前所述,沿单元像素的水平方向形成的第一凹槽和沿单元像素的垂直方向形成的第二凹槽具有2-5μm的大小,由这些凹槽确定的凸起部分具有4-20的大小。此外,沿垂直方向形成的第二凹槽的数量还涉及水平方向的第一方向中的反射率和垂直方向的第二方向中的反射率,以致于该数量可以改变,并且优化地为像素单元的每根水平线上0.52-5个。第二凹槽的形状影响所有类型的反射率,除像素的垂直反射率之外。为此目的,当相对所有方向要求反射率相同时,在垂直于所需方向的方向上增加直线分量是有利的。因此,有利的是,形成在有机绝缘膜上的凸起部分280具有一种沿垂直方向其长度以各种尺寸延伸的形状,如直线形或拱形。考虑到在一个特定方向中的像素反射率,优选的是使沿垂直方向形成的凹槽不与沿垂直方向形成的相邻凹槽相遇。(参见图5)。另外,可以形成第二凹槽以与第一凹槽相连或与第一凹槽分开。
另外,通过利用图5中所示的掩膜在有机绝缘膜280的凸起部分形成具有凹坑形状的凹槽,可以更高地增大形成在有机绝缘膜280上的反射电极235的反射率。
参见图6C,如前所述,在形成有多个凹槽281的有机绝缘膜280上形成了具有良好反射率的金属层如(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、银(Ag)等之后,构图沉积的金属层为像素形状,由此形成反射电极235。随后,在反射电极235上涂敷一抗蚀剂并再摩擦,因而形成第一取向膜300,它使得液晶层中的液晶分子以选定的角度预倾斜。
反射电极235具有与有机绝缘膜280的表面相同的形状。换言之,对应于有机绝缘膜280的凹槽281的第一区域290具有这样的结构,其中沿水平方向的第一方向形成的具有一定的宽度的多个凹槽与沿垂直方向的第二方向无规则形成的多个凹槽一起连续排列。由于在第一区域中的反射电极235的方向性,因为第二区域295的凸起部分沿像素的垂直方向的第一方向和像素的水平方的第二方向排列,所以,在特定方向上如垂直方向上的反射率被大大提高。
反射电极235被分成形成在有机绝缘膜290的凹槽281上的多个凹槽的第一区域部分290和微透镜区域的第二区域部分295,该微透镜区域部分是多个凸起部分。此处,第一区域部分290是连续的凹槽,并在相对于第二区域部分295的较低位置处被调平。因为第二区域部分295被第一区域部分290包围,所以反射电极235具有一种被第一区域部分290限定的结构,该第一区域部分290是第二区域部分的连续凹槽。
在本实施例中,包括反射电极235的第一区域部分的多个凹槽具有约2-5μm的宽度,包括第二区域部分290的多个凹槽具有各种形状,并且同时具有大约4-20μm的大小,如图5A和5B所示。
参见图6D,在第二绝缘基板305上依次形成一个透明的公共电极310和一个第二定向膜320,第二绝缘基板与第一绝缘基板240有着相同的材料,由此完成第二基板220。之后,面对第一基板设置第二基板220,并且利用***到第一基板210和第二基板220之间的隔离物335彼此耦接第一和第二基板210和220,使得在第一基板210和第二基板220之间形成一个空间。然后利用真空注入法把液晶注入到第一基板210和第二基板220之间的空间中,因而形成液晶层230,由此完成根据本实施例的反射型LCD200。另外,如果需要,还可以把偏振片330和相位差片325连结到第二基板320的前表面上。虽然在附图中没有示出,但可以在第二绝缘基板305和滤色板310之间布置一个黑色基底。
实施例2
与上述的实施例1不同,本实施例可以通过只利用掩膜一次而在有机绝缘膜上形成接触孔和多个凹槽。
一般地,在制造用作LCD的反射片的反射电极中有两种方法。一种是利用单层有机绝缘膜的过程,另一种是利用双层有机绝缘膜的过程。
在这两种方法中,利用双层有机绝缘膜的后一过程重复涂敷、曝光和显影有机绝缘膜的过程两次。也就是,在完全曝光第一次涂敷的有机绝缘膜、从而在第一次涂敷的有机绝缘膜上形成凸起部分之后,把第二有机绝缘膜涂敷到第一有机绝缘膜上,曝光并构图,由此形成一个显露源/漏电极的接触孔。此方法在形成于有机绝缘膜上的反射电极的反射率方面有优势,但不利之处在于它的过程复杂,并且过程所需的时间和成本增加。
由于这些缺点,主要使用利用单层有机绝缘膜的方法以形成反射电极。
如图7A和7B所示,在有机绝缘膜280涂敷到包括源/漏电极275的第一绝缘基板的整个表面上之后,把用于形成接触孔的第一掩膜350加载到曝光装置中,并首先利用第一掩膜350对相应于有机绝缘膜280的接触的部分曝光。完成第一曝光步骤之后,把用于形成透镜的第二掩膜加载到曝光装置中并对除接触孔285以外的形成微透镜的部分进行第二次曝光。再对第一和第二次曝光部分显影,从而同时形成接触孔285和微透镜部分。
但是,因为前述过程需要两次掩膜加载步骤和两次用于形成接触孔和透镜形成部分的曝光步骤,所以随整个曝光时间的增加,不必要的工作失败的可能性增大。
本实施例用于提高曝光过程中的效率并有下列制造过程。
图8A~8C是用于描述形成根据本实施例的反射电极的过程的截面图。
参见图8A,通过旋转涂敷法在形成源/漏电极365的绝缘基板260的整个表面上形成厚度约为1-3μm的有机绝缘膜370。然后,具有特定构图的第一掩膜375在有机绝缘膜370上排列,以形成接触孔385。之后,有机绝缘膜370经历局部曝光过程。此时,通过第一掩膜375的有机绝缘膜370的局部曝光量变为如图6C和6D中所述的从全曝光量中减去透镜曝光量的值。换言之,当局部曝光量为“P”时,总曝光量为“F”,透镜曝光量为“R”,从下列方程1中得出局部曝光量:
P=F-R ...方程1
在这种情况下,优选的是局部曝光量“P”是总曝光量“F”的约50%。根据此部分曝光,在有机绝缘膜370上形成为目标深度一半的接触孔385。
如图8B所示,为了在局部曝光的有机绝缘膜370的上表面上形成微透镜,在有机绝缘膜370上排列具有预定构图的第二掩膜380。然后,把有机绝缘膜370暴露于经过第二掩膜380的光线之下,以在有机绝缘膜370的表面形成多个凹槽371,并同时形成暴露源/漏电极360的接触孔385。此处,第二掩膜380有一个能够暴露接触孔部分385和微透镜部分的构图。有机绝缘膜370对应于接触孔385的部分被双重曝光,因而比形成多个凹槽371的部分掏空得更深,以致于可以与暴露源/漏电极360的接触孔385同步形成多个凹槽371。
换言之,根据本实施例,在加载绝缘基板360、用以形成接触孔的第一掩膜375和用于形成微透镜的第二掩膜380之后,首先利用第一掩膜375对有机绝缘膜370的接触孔部分进行曝光,其中第一掩膜375用于通过以一曝光量对有机绝缘膜370局部曝光而形成接触孔,在该曝光量中适于形成透镜的透镜曝光量从适于形成接触孔的总曝光量中减去。之后,利用形成透镜的第二掩膜380同时曝光透镜形成部分和有机绝缘膜370的接触孔形成部分,以致于形成接触孔385的有机绝缘膜370的部分被两次曝光,于是比形成多个凹槽371的部分掏空得更深,但是凹槽部分,即形成透镜的部分,曝光得比接触孔部分的浅,以致于可以与有机绝缘膜370上的接触孔385同时地形成多个凹槽371。因而,因为一个工作文件考虑到了两个过程的进行,所以曝光时间节约了绝缘基板和掩膜的一次加载时间和从总曝光量中减去透镜曝光量的时间,以致于很大程度地节约了执行该过程的时间和成本。具体地说,因为在如手持终端或LCD电视接收器的小尺寸和中等尺寸的反射型LCD中每个基板的拍摄次数很多,所以与常规的技术相比,曝光时间可以节省30%或更多,总的过程时间可以显著地缩短。
参见图8C,如前所述,在包括接触孔385的有机绝缘膜370上设置一个具优良反射性的金属层,如铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、银(Ag)等,再对其进行构图以形成一个反射电极390。在这种情况下,反射电极390形成与前述下部有机绝缘膜370的结构匹配的一种结构。因为形成反射电极的过程之后的过程与图6C和6D中所示实施例1的相同,所以在此省去对它们的描述。
实施例3
图9是表示根据本发明实施例的反射电极构图的平面图。在此实施例中,因为除反射电极400的轮廓和确定反射电极400的形状的有机绝缘膜的轮廓以外的因素与实施例1中的相同,所以在此省去对它们的描述。
参见图9,根据本实施例的反射电极400的构图包括多个第一区域部分410和多个第二区域部分405。第一区域部分410有多个沿像素的水平方向彼此平行形成的第一凹槽410a和多个沿像素的垂直方向断续地形成的第二凹槽410b。第二区域部分405包括第一区域部分410和像素的边界线包围的多个凸起部分。形成第二区域部分405的凸起部分405a、405b、405c等由沿水平和垂直方向形成的多个凹槽定义并因而具有岛状形状。在选定的各个凸起部分405a、405b和405c处形成一个凹槽填充凸起406。第二区域部分405的凸起部分主要被分成形成凹槽填充凸起的部分和不形成凹槽填充凸起的部分。
在本实施例中,依据掩膜的构图确定用于形成反射电极400的多个凹槽、多个凸起部分405a、405b、405c和凹槽填充凸起406的形状,其中掩膜用于对构图形成在反射电极400以下的有机绝缘膜。换言之,图9表示反射电极400的构图形状,但它也可以描述成有机绝缘膜的构图形状或用于构图有机绝缘膜的掩膜的构图形状。如图9所示,该掩膜还有对应于多个凹槽的构图,还包括用于在第一凹槽410a和第二凹槽410b的交叉点处形成凹槽填充凸起406的凹槽填充构图。
为了形成根据本实施例反射电极,根据如实施例2的过程执行对下层有机绝缘膜曝光的过程,但也可以根据实施例1中的过程执行曝光过程。
构成相对于第二区域部分405凹陷的第一区域部分410的多个凹槽分别具有大约2-5μm的宽度。这些连续的凹槽以恒定的宽度沿像素的水平方向不规则地分布并成型,以至于沿垂直方向形成的凹槽不在垂直方向直线上与相邻的凹槽相遇。换言之,形成与第二区域部分405的凸起部分交叉的垂直分布的凹槽,使得它们不在该线上相遇。因为与第二区域部分405的凸起部分交叉的这些凹槽的数量涉及水平和垂直方向上的反射率,所以它依据像素的大小变化,但每像素的单个水平线上优选地为大约0.5-5个。另外,沿垂直方向分布并成型以与凸起部分交叉的凹槽优选地是半球形截面的形状。因为垂直分布的凹槽的形状影响反射电极400除垂直反射率以外所有方向的反射率,所以优选地是半球形的形式,从而显示出相对于整个方向的相同的反射率。但是,为了让反射电极400显示出沿特定的方向的非对称的高反射率,希望沿垂直于所需方向的方向增加一个直线分量。另外,还可以把从第二区域部分405的凸起部分延伸的凹槽填充凸起406定位于垂直分布的第二凹槽410b和水平分布的第一凹槽410a的交叉点处。这些凹槽填充凸起406允许在形成反射电极400的过程之前的有机绝缘膜的曝光和显影过程中,形成于有机绝缘膜上的凹槽具有均匀的深度。换言之,因为水平分布的第一凹槽410a与垂直分布的第二凹槽410b相遇的交叉点处构图的线宽变得比其它部分处的构图大,所以在相同曝光条件下交叉点部分蚀刻得比其它部分的深,可以获得不同于掩膜构图形状的平面轮廓。因此,通过在形成掩膜构图期间与掩膜构图一起形成凹槽填充凹槽406,相当程度地避免了在交叉点处对于其它部分的有机绝缘膜的过度蚀刻,由此在有机绝缘膜370的上表面上形成具有均匀厚度的凹槽。换言之,可以形成第一区域部分以具有均匀(或相同)的深度。
组成第二区域部分的凸起部分405a、405b、405c具有一种跑道的形状405a、405b或沿水平方向延伸的凹透镜405c的形状。但是,虽然凸起部分405a、405b、405c具有相同的形状,但它们的大小差异在大约4-20μm的范围内,由此可以将反射电极400反射的光的干涉现象减至最小。在本实施例中,如图5B所示,反射电极400的反射率通过在第二区域部分405的凸起部分405a、405b、405c处形成凹坑形状的凹槽而得以更大提高。
实施例4
图10A~10D是根据本发明第四实施例的反射电极的放大平面图,表示像素的水平分布的凹槽和垂直分布的凹槽的交叉点的放大图像。在本实施例中,总体上看,反射电极420优选地具有与本发明第一实施例中公开的相同的形状,但也可以具有与第三实施例中相同的形状。因为形成本实施例的反射电极的过程与第一实施例或第二实施例的相同,所以在此省去对它们的描述。
如图10A~10D所示,在水平分布的凹槽425和垂直分布的凹槽426交叉的部分内形成凹槽填充元件430、431、432、433,如“凸”形(图10A)、三角形(图10C)、圆形(图10D)和形成在交叉点外部的反三角形(图10B),这些凹槽填充元件430、431、432、433通过利用一个掩膜构图形成,掩膜构图在对有机绝缘膜曝光和显影的过程中使用,从而形成反射电极420。换言之,代替第三实施例中的凹槽填充元件406,在掩膜上形成一种掩膜构图,如图10A~10D所示。
有机绝缘膜被曝光和显影以形成反射电极420之后,形成在第一水平分布的凹槽425和第二垂直分布的凹槽426交叉部分的凹槽填充元件430、431、432、433允许凹槽形成与在像素整个表面上的凹槽填充元件430、431、432、433相同的深度。一般地,通过在相同曝光量和相同显影条件下制备的有机绝缘膜形成的第一和第二凹槽425和426的深度与第一和第二凹槽425和426的宽度有关。在第一和第二凹槽425和426具有大约为5μm或更小的宽度的情况下,第一和第二凹槽425和426的深度与第一和第二凹槽425和426的宽度之比大大增大。在大约3,700ms的曝光量下,依赖于第一和第二凹槽425和426的宽度的第一和第二凹槽425和426的深度的实验结果列于下表1:
表1
凹槽宽度 |
2μm |
3μm |
4μm |
凹槽深度 |
2,100 |
8,700 |
10,600 |
参见表1,当第一和第二凹槽425和426的宽度分别变到2μm、3μm、4μm时,第一和第二凹槽的深度急剧改变。为此目的,第一水平分布的凹槽425和第二垂直分布的凹槽426的交叉部分比其它部分更深,并且形成在有机绝缘膜上的反射电极420有着与有机绝缘膜同样的问题。所以,处于交叉部位的液晶物质的取向发生畸变,以致于产生一个畴,并同时由于液晶材料的偏转而发生光泄漏现象。另外,因为在此部位光偏振大程度变形,所以液晶的光学状态本身改变,以致于出现的问题不仅是反射电极的反射率降低,而且图像的对比度和画面质量也严重降低。但是,本实施例通过掩膜构图的修改,在反射电极420的第一水平分布的凹槽425与第二垂直分布的凹槽426交叉的部位形成各种形状的、大小为1-3μm的凹槽填充元件430、431、432和433,由此解决上述问题。
实施例5
图11是根据本发明第五实施例的反射型LCD的截面图。在本实施例中,除形成在第一绝缘基板525上的薄膜晶体管560和形成薄膜晶体管的方法外,根据本实施例的反射电极的其余元件及方法与实施例1中的相同。
参见图11,根据本实施例的反射型LCD500包括第一基板505、面对第一基板的第二基板510,夹在第一基板505和第二基板510之间的液晶层515,以及形成在第一基板505和液晶层515之间的反射电极。
第一基板505包括一个第一绝缘基板525和形成在第一绝缘基板525上的薄膜晶体管560。薄膜晶体管560包括一个栅电极540、一个形成在栅电极540之下的源和漏区545和550、一个形成在栅电极540和源及漏区545和550之间的栅绝缘膜535、一个形成在栅电极540上的氧化层555、一个连结到源极区545的源极电极570和一个连结到漏板区550的漏电极575。
在形成有薄膜晶体管的第一基板505的整个表面上形成一个有机绝缘膜580,并且在有机绝缘膜580上连续地形成有多个凹槽和凸起部分的反射电极520。根据本实施例的反射电极520依据所采用的掩膜构图,可以有与实施例1、实施例3和实施例4中相同的形状。在反射电极520上形成一个取向膜590。
第二基板510包括一个第二绝缘基板600。在第二绝缘基板600之下依次形成一个滤色板605、一个透明的公共电极610和第二取向膜615,并在第二绝缘基板600上依次形成一个相位差片620和一个偏振片625。液晶层515形成在第一基板505上形成的第一取向膜590和在第二基板510下方形成的第二取向膜615之间。因为这些元件与实施例1中的相同,所以在此省去对它们的详细描述。
图12A~12C是描述图11所示反射型LCD的制造过程的截面图。
参见图12A,通过低压化学气相沉积法在玻璃或陶瓷及类似物的绝缘基板525上沉积多晶硅,然后构图,由此在绝缘基板525上形成一个多晶硅层530。
之后,通过等离子体化学气相沉积法把氮化硅沉积到形成有多晶硅层530的绝缘基板525上,由此形成一个栅极绝缘膜535。
再之后,在栅极绝缘膜535上沉积一个金属层,如钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)等。然后对沉积的金属层构图,由此形成一个从栅极线分叉的栅电极540。
之后,通过离子注入过程把p型离子掺杂到多晶硅层530中,由此形成薄膜晶体管560的源极区545和漏极区530。在离子注入过程中,栅电极540用作掩膜。
参见图12,在形成有栅电极540的绝缘基板525上沉积一个氧化膜555,并再局部蚀刻沉积的氧化膜555和下层的栅极绝缘膜535,从而形成对薄膜晶体管560的源极区和漏极区545和550的开口546和551。
虽然图12A和图12B显示并描述了形成N沟道薄膜晶体管的过程,但显然可以按照与形成N沟道晶体管的方法相同的方法形成P沟道薄膜晶体管。另外,还可以通过步骤在基板上形成PMOS晶体管,该步骤为:利用LOCOS(硅的局部氧化)过程在P型硅晶片上形成用于定义激活区和场区的绝缘膜,在激活区上形成诸如掺杂硅的导体材料的栅极区,并形成P+源极区和漏极区。
如图12C所示,在开口546和551以及氧化膜555上沉积一个金属层,如钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)等。然后构图沉积的金属层,由此形成一个从栅极线分叉的栅电极540。然后,构图沉积的金属层,以形成一个从垂直于栅极线的源极线分叉的源电极和漏电极270和275。之后,通过使用光致抗蚀剂的旋转涂敷法把有机绝缘膜560涂敷到复合基板的整个表面上,其厚度处于1-3μm的范围内。因为包括后续的有机绝缘膜580的曝光和显影过程以及形成反射电极520的过程的反射型LCD 500的形成方法与实施例1中的相同,所以在此省去对它们的详细描述。
实施例6
如前所述,根据本发明人提供的LCD的反射片结构,虽然通过形成以均匀深度围绕第二区域部分的第一区域部分提高了反射效率,但像素同与此像素相邻的另一像素之间的边界线之间的区域处于一种该区域没有被精确定义的状态。
具体地说,参见图7B,当利用掩膜355执行曝光过程时,像素区域经受曝光过程而像素之间的区域不经受曝光过程。因此,在下层的有机绝缘膜280中,在像素区域(Pin)和像素区域以外的区域(Pout)之间出现高度差。
高度差的存在使得不能在摩擦过程中得到均匀的摩擦效应,该摩擦过程用于在制造LCD板之后将液晶分子的取向特性维持在一个恒定的水平。尤其是,因为处于像素边界以外的外部被高度调平,所以在摩擦过程的开始以微弱的水平进行摩擦,并且因此出现光泄漏特性的残余图像或液晶取向的变形。
另外,在隔离物被定位于像素边界以外的外部并在注入液晶之前在分散隔离物的步骤中被高度调平的情况下,第一基板和第二基板之间的间隙不恒定,并且因而难以制造稳定的LCD。
另外,在有机绝缘膜处形成第一区域部分和第二区域部分的显影过程中,很难均匀地形成第一区域部分和第二区域部分,这是由于存在在像素之间具有高度差的边界壁。
另外,在有机绝缘膜和反射片之间或上片和下片之间出现错对的情况下,反射率的改变变得更大,并且因而难于获得均匀的图像质量。
因此,为了解决上述缺陷,提出了本实施例。
图13A是根据本发明第六实施例的具有反射电极的反射型LCD的平面轮廓,图13B是沿A-A’线截取的截面简图。
参见图13A和13B,反射型LCD 700包括一个其上形成有像素阵列的第一基板710、设置为面向第一基板的第二基板720、形成在第一基板710和第二基板720之间的液晶层730和作为像素电极形成在第一基板710和液晶层730之间的反射电极735。
第一基板710包括一个形成在第一绝缘基板740上作为开关装置的薄膜晶体管745。
第一基板740是非导电材料,例如玻璃或陶瓷及类似物等。薄膜晶体管745包括一个由栅极线750a形成的栅电极750、栅极绝缘膜755、半导体层760、欧姆接触层765、源电极770和漏电极775。另外,在漏电极775之下以及同时在第一绝缘基板740上形成一个与栅极线750a平行的存储电极750b,并在漏电极之下形成一个存储电极750b。
栅电极750形成在第一绝缘基板740上从栅极线(图中未示出)分叉,并具有包括下层的铬(Cr)和上层的铝(Al)的双层结构。
氮化硅(SixNy)栅极绝缘膜755堆叠在形成有栅电极750的第一绝缘基板740的整个表面上。在其下方设置有栅电极750的栅极绝缘膜755上连续地形成非晶硅半导体层和n+型非晶硅的欧姆接触层765。
源电极770和漏电极775形成在欧姆接触层765和以栅电极750为中心的栅极绝缘膜上,由此完成薄膜晶体管745。源电极和漏电极770和775是诸如钽(Ta)、钼(Mo)、钛(Ti)、铬(Cr)等金属。
在形成有薄膜晶体管745的第一绝缘基板740上堆叠如抗蚀剂的材料的有机绝缘膜780。在用于光散射目的的有机绝缘膜780的像素区形成多个第一区域部分(或凹槽)和多个与第一区域部分有高度差的第二区域部分(或凸起部分)。另外,均形成在像素区的第一区域部分和第二区域部分被形成为延伸到像素区域之间的外部区域(Pout)。有机绝缘膜780包括一个暴露薄膜晶体管745的漏电极775的一部分的接触孔785。
在接触孔785和有机绝缘膜780上形成反射电极735。反射电极735经接触孔785连结到漏电极775上,从而薄膜晶体管745电连结到反射电极735上。
在反射电极735上叠置一个第一取向膜800。
面对第一基板710的第二基板720包括一个第二绝缘基板805、一个滤色板810、一个公共电极815、一个第二取向膜820、一个相位差片825和一个偏振片830。
第二绝缘基板805包括玻璃或陶瓷,它是与第一绝缘基板740相同的材料。相位差片825和偏振片830依次设置在第二绝缘基板805上。滤色板810设置在第二绝缘基板805以下。公共电极815和第二取向膜820依次设置在滤色板810以下,由此完成第二基板720。第二取向膜820以预定的角度与第一取向膜800一起预倾斜液晶层730的液晶分子。
在第一基板710和第二基板720之间***隔离物835、836,由此在第一基板710和第二基板720之间形成一个空间。在第一基板710和第二基板720之间的空间中形成液晶层730,由此完成根据本实施例的反射型LCD。
以下,将参考附图对根据本实施例的制造反射型LCD的方法。
图14A~14D是描述图13A和13B所示的反射型LCD的制造过程的截面图。在图14A~14D中,相同的元件用相同的附图标号标明。
参见图14A,在玻璃或陶瓷做成的第一绝缘基板740上沉积一个金属层,如钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)等。之后,构图沉积的金属层,以形成一条栅极线750a、一个从栅极线750a分叉的栅电极750和一个包括存储电极750b的存储电极线750c。此时,栅电极750和栅极线750a可以包括Al-Cu或Al-Si-Cu合金。之后,通过等离子体化学气相沉积法在包含栅电极750的第一绝缘基板740的整个表面上沉积氮化硅膜,由此形成一个栅极绝缘膜255。
通过等离子体化学气相沉积法在栅极绝缘膜755上依次形成一个非晶硅膜和原位掺杂的n+非晶硅膜。之后,在非晶硅膜和原位掺杂的n+非晶硅膜上构图,以在放置栅电极750的栅极绝缘膜755上形成一个半导体层760和欧姆接触层765。
随后,在形成有组合结构的第一绝缘基板240上形成一个金属层,如钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)等。然后,在金属层上构图,以形成一个垂直于栅极线的源极线(未示出)、一个从源极线分叉的源电极770和漏电极775。由此完成一个包括栅电极750、半导体层760、欧姆接触层765、源电极770和漏电极775的薄膜晶体管745。此时,在栅极线和源极线之间***栅极绝缘膜755,由此避免栅极线与源极线接触。
接下来,通过旋转涂敷法在形成有薄膜晶体管745的第一绝缘基板740上沉积一个光致抗蚀剂膜,厚度约为1-3μm,由此形成一个有机绝缘膜780,从而完成第一基板710。此时,有机绝缘膜780包括例如一种含PAC(光活化化合物)的丙烯酸树脂等。
参见图14B,在有机绝缘膜780上排列第一掩膜850,以形成一个接触孔785,然后通过曝光和显影过程在有机绝缘膜上构图,由此形成部分暴露漏电极775和多个凹槽的接触孔785。
接下来,对在有机绝缘膜780的上表面形成接触孔785和多个凹槽的过程进行详细描述。
图15A和15B是具体地表示在有机绝缘膜的上表面形成接触孔和多个凹槽的步骤的截面图。
参见图15A和15B,在有机绝缘膜780上排列第一掩膜850,从而在包括抗蚀剂的有机绝缘膜780上形成接触孔785。第一掩膜350有一个对应于接触孔785的构图。之后,对有机绝缘膜780进行全曝光过程,由此暴露位于源/漏电极775上的有机绝缘膜780的一部分于光线之下。
之后,为了在有机绝缘膜780上形成多个凹槽781,使具有对应于凹槽781的构图并用于形成微透镜的第二掩膜885在有机绝缘膜780上排列。
图16是显示形成在第二掩膜855上的构图轮廓的平面图。
在图16所示的第二掩膜855中,用于形成第二区域部分的构图延伸到放置在单元像素的边界线691之外的像素之间的外部区域。
更具体地说,参见图16,把用于在像素内形成反射电极的第二掩膜855的构图分成像素的边界691之内的第一区域部分693和与第一区域部分693有高度差的第二区域部分695。形成第一区域部分693,以至于它们以闭合环的形式包围第二区域部分695。此处,第一区域部分693具有恒定的宽度。第一区域部分693以一种凹槽的形状形成,其高度低于第二区域部分695,第二区域部分695以凸起部分的形状形成,高度高于第一区域部分693,以致于第二区域部分695用作微透镜。因而,通过形成宽度恒定的第一区域部分,反射效率得以提高,并且LCD的图像质量也因而提高。
如图16所示,第二掩膜855通过在透明基板上形成对应于第一区域的掩膜构图而制得。
如图所示,对应于第一区域的掩膜构图形成在像素的内部区域(Pin)中并被设计以定义如上所述的反射电极的第一区域和第二区域。在本实施例中,对应于第一区域的掩膜构图从像素的内部区域(Pin)延伸到像素的外部区域,该外部区域是像素之间的一个区域。
第二掩膜855依所用抗蚀剂的种类可有形状与所示构图相反的构图。
利用此第二掩膜855,有机绝缘膜780除接触孔部分785以外的其余部分经经第二透镜曝光过程而曝光。
之后,对有机绝缘膜780进行显影过程并由此在有机绝缘膜780上形成显露源/漏电极755的接触孔,在有机绝缘膜780的上表面形成多个不规则凹槽781。
如图15B所示,形成在像素的内部区域的多个不规则凹槽781也均匀地形成在像素之间的像素外部区域(Pout)中。
返回来参见图14C,如前所述,在沉积了具有良好反射性的金属层如铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、银(Ag)等之后,将沉积的金属层构图成预定的像素形式,从而形成反射电极735。随后,把抗蚀剂涂敷到反射电极735上,然后摩擦处理,从而形成第一取向膜800,该膜用于以预定的角度预倾斜液晶层的液晶分子。反射电极835具有与有机绝缘膜780的上表面相同的形状。
反射电极835被分成第一区域部分790和第二区域部分795。第一区域部分790包括形成在有机绝缘膜780的凹槽781中的多个凹槽,第二区域部分795包括多个凸起部分组成,这部分是微透镜区域。此时,第一区域部分790包括连续凹槽,并被调平到低于对应于凸起部分的第二区域部分795的位置,且第二区域部分795被第一区域部分790包围,以致于反射电极735具有一种由连续凹槽的第一区域部分790定义的结构。
在本实施例中,分别地,反射电极735的第一区域部分790的多个凹槽具有2-5μm的宽度,第二区域部分795的多个凸起部分具有大约4-20μm的大小.
参照图14D,在由与第一绝缘基板740相同的材料形成的第二绝缘基板805上依次形成滤色板810、透明公共电极810和第二取向膜820,由此完成第二基板720。然后,面对第一基板710布置第二基板720,并再通过间插在第一基板710和第二基板720之间的隔离物将第一基板710和第二基板720相互连接,以致于在第一基板710和第二基板720之间形成一个特定的空间。随后,利用真空注入法把液晶材料注入到第一基板710和第二基板720之间的空间中,于是形成液晶层730,因而完成根据本实施例的反射型LCD700。另外,如果需要,还可以在第二基板820的整个表面上形成偏振片830和相位差片825,并且虽然在图中没有示出,但也可以在第二绝缘基板805和滤色板810之间设置黑色矩阵。
图17A~17E是表示用于形成根据本发明的另一实施例中的反射电极的掩膜的平面图。
首先,图17A中所示的掩膜构图类似于图5A中的情形,除了用于形成第二区域部分的构图延伸到像素边界以外的像素之间的外部区域。
图17A所示的掩膜构图用于形成反射电极,并被设计,使得一个选定方向具有比其它方向高的反射率。利用具有图17A所示的掩膜构图的掩膜制造的反射电极包括多个第一区域部分790和相对于第一区域部分790有高度差的多个第二区域部分795。第二区域部分795的特征在于沿垂直于第一方向(或垂直方向)的第二方向(或水平方向)分布的第一长度分量内的第一总和大于沿垂直于第二方向的第一方向分布的第二长度分量内的第二总和,以致于第二区域在第一方向具有高于第二方向的反射率。例如,第一区域部分790处于高度低于第二区域部分795的凹槽形状,而第二区域部分795具有高度高于第一区域部分790的凸起形状。相反,也可以使第一区域部分790处于高度高于第二区域部分795的凸起形状,而第二区域部分795处于高度低于第一区域部分790的凹槽形状。
第一区域部分790包括沿水平方向连续形成的多个第一凹槽790a。多个第二凹槽790b沿彼此相邻的第一凹槽790a之间的垂直方向断续地形成。在图中,虽然第二凹槽790b以拱形的形式形成,使得光可以朝除第一和第二方向以外的方向反射,但它们也可以以任何的形状形成,如直线形、环形等。
第二凹槽790b优选地以这样的方式形成,即第二凹槽790b中的任何凹槽不会与沿垂直方向分布的相邻凹槽在一条线上相遇。优选地,沿垂直方向形成的第二凹槽的数量大约为每单元像素的单个水平线有0.5至5个。
第二区域部分795包括多个用作微透镜的凸起部分。换言之,反射电极735中包括连续的凹陷的第一区域部分790被调平到低于凸起的第二区域部分795的一定深度。另外,包括相对于第一区域部分790的凸起部分的第二区域部分795在第一基板710上形成一定的高度。作为用于提高反射率的微透镜的第二区域部分795被包括第一凹槽790a和第二凹槽790b以及单元像素的边界的第一区域部分790包围。换言之,位于单元像素区域的中心部位的第二区域部分795中的一个由彼此相邻的两个第一凹槽和两个第二凹槽790b定义。与单元像素区域的边界相邻的第二区域部分795由彼此相邻的两个第一凹槽790a、第二凹槽790b中的一个和单元像素边界的一部分定义。
由于由此形成的第一区域部分790的方向性,第二区域部分795的凸起部分沿单元像素的水平方向的第一方向以及单元像素的垂直方向的第二方向取向。因此,根据本实施例的LCD可以用于沿特定方向要求高反射率的显示装置。
包括第二区域部分795的多个凸起部分具有各种形状,如椭圆形795a、上弦月形或下弦月形795b、凹透镜的截面形795c、跑道形795d、半跑道形795e等。另外,虽然第二区域部分795的凸起部分可以具有相同的形状,但它们也可以有不同的大小。
第一区域部分790的第一和第二凹槽790a和790b中的每一个具有大约2-5μm的宽度范围。第二区域部分795的凸起部分具有在大约4-20μm范围内的各种尺寸。沿水平方向彼此平行形成的第一凹槽790a的中心线之间的间隙设置在5-20μm范围内,并且平均约为8.5μm。第二区域部分795的凸起部分的隆脊之间的间隙设置在12-22μm范围内,平均约为17μm。因而,第二区域部分795的凸起部分的形状和大小变化多样,并且因而可以减小反射电极反射的光的干涉现象。
图17B所示的掩膜构图类似于图17A的情形,除了在反射电极构图中的第一区域部分的交叉点(连结点)处形成一个用于形成具有均匀深度的第一区域部分的凹槽填充凸起构图。另外,图17B中所示的掩膜构图类似于图9中的情形,除了用于形成第二区域部分的构图延伸到位于单元像素边界线791以外的像素之间的外部区域之外。
通过利用图17B中所示的掩膜构图形成的反射电极被分成多个第一区域部分410和多个第二区域部分405。第一区域部分410具有多个沿像素的水平方向彼此平行地形成的第一凹槽410a和多个沿像素的垂直方向间断地形成的第二凹槽410b。第二区域部分405具有多个由第一区域部分410和像素的边界线791包围的凸起部分405a、405b和405c。组成第二区域部分405的凸起部分405a、405b、405c由多个沿水平方向和垂直方向形成的第一和第二凹槽410a、410b确定,并因而具有岛状。凹槽填充凸起406形成在选定的各个凸起部分405a、405b、405c处。
这些凹槽填充凸起406允许凹陷具有恒定的深度,其中在曝光和显影有机绝缘膜的过程中凹陷形成在有机绝缘膜中,从而形成反射电极400。换言之,因为在水平分布的第一凹槽410a与垂直分布的第二凹槽410b相遇的交点处构图的线宽变得比其它部分的构图的大,所以在相同的条件下交叉点部分被蚀刻得比其它部分更深,可以获得不同于掩膜构图中形成的形式的平面轮廓。因此,通过在形成掩膜构图期间与掩膜构图一起形成凹槽填充凹槽406,相对于其它部分在交叉点处对有机绝缘膜的过蚀刻在一定程度上被避免,以致于可以在有机绝缘膜370的上表面上形成相同深度的凹槽。换言之,可以形成第一区域部分使之具有相同的深度。
图17C~17E表示根据本发明另一实施例的掩膜构图。图17C中所示的掩膜构图类似于图17A所示的,除了没有在反射电极的构图中形成用于形成第一区域部分790的第二凹槽790b的垂直分布的构图。另外,图17D中所示的掩膜构图类似于图17A的情形,除了在每个像素处相互邻近的第一区域部分的第一凹槽之间形成一种垂直分布的构图,该构图用于在反射电极的构图处形成第一区域部分790的第二凹槽790b。图17E中所示的掩膜构图类似于图17A中的,除了在每个像素彼此相邻的像素的第一区域部分的第一凹槽之间形成0.5个垂直分布的构图之外,该构图用于在反射电极的构图中形成第一区域部分790的第二凹槽790b。
根据前述实施例,当在形成反射电极之前形成有机绝缘膜时,在位于像素之间的像素外部区域按照与像素区域中的相同的方式形成凹槽。结果,没有在像素区域和像素区域的外部区域之间形成一个高度差。因此,可以消除液晶取向中光泄漏性质的残留图像或变形现象。另外,设置隔离物之后,在第一基板和第二基板之间保持一个均匀的缝隙。
另外,根据本发明的LCD设置有多个沿水平方向连续分布的第一凹槽、多个沿垂直方向断续分布的第二凹槽以及由第一凹槽和第二凹槽限定并取向的微透镜的反射电极,由此沿特定的方向具有比常规的反射型LCD大为提高的反射效率。因此,由本发明的反射型LCD实现的图像对比度和图像质量显著地提高。
反射率的测量
图18A~18C是对应于单元像素的、以便形成根据本发明实施例中的反射电极的反射电极(或掩膜构图)的平面图。
利用图18A~18C和图9中所示的掩膜构图,根据实施例2制造了具有反射电极的LCD。
图18A表示一种掩膜构图,其中在沿水平方向延伸的第一凹槽之间形成单个第二凹槽,图18B表示一种掩膜构图,其中只形成第一凹槽,而图18C表示一种掩膜构图,其中在第一凹槽之间,形成每单元像素的水平长度上的0.5个第二凹槽。
下表2表示利用包括图18A~18C和图9中所示反射电极的LCD板获得的反射率值。
测量水平方向的反射率时,光以30度的入射角在上部方向上入射,测量垂直方向的反射率时,光以30度的入射角在左或右的方向上入射。此时,从下列方程2获得组合反射率。
R(反射率)=(测得的LCD板的反射率/标准反射板(BaSO4)的反
射率)×100 ...方程2表2
掩膜的类型 |
垂直方向上的反射率 |
水平方向上的反射率 |
W/D反射率 |
C/R |
W/D反射率 |
C/R |
图18A |
78.5/2.81 |
27.93 |
12.1/0.55 |
22 |
图18B |
232.8/11.4 |
20.42 |
0.35/0.17 |
2 |
图18C |
153/5.16 |
29.65 |
5.1/0.3 |
17 |
图9 |
35.4/1.03 |
34.36 |
14/0.38 |
36.84 |
注意1)W/D反射率代表白反射率/黑反射率。白反射率是一个在LCD板未被驱动的状态下测量的值,黑反射率是一个在LCD板被驱动的状态下测量的值。注意2)C/R代表对比度。
另外,利用包括图18A~18C和图9中所示反射电极的LCD板测量反射率,视角从前侧改变到垂直方向或水平方向。
光从LCD板的前侧向上以30度的角度从一点入射,以从前侧向上或沿左向改变到50度角的角度测量反射光的反射率。通过上述方程2获得最终反射率。
图19A和图19B是表示反射率变化的曲线图,反射率通过使用具有图18A中所示的反射电极的LCD测得。具体地说,图19A表示通过改变从LCD板的前侧向上的反射角测得的反射率的变化,图19B表示通过改变从LCD板的前侧沿左方的反射角而测得的反射率的变化。
图20A和20B是表示利用具有图18b所示反射电极的LCD测得的反射率的变化的曲线图。具体地说,图20A表示通过改变从LCD板的前侧向上的反射角所测得的反射率的变化,图20B表示通过改变从LCD板的前侧沿左向的反射角所测得的反射率的变化。
图21A和图21B是表示利用具有图18C所示的反射电极的LCD测得的反射率的变化曲线图。具体地说,图21A表示通过改变从LCD板的前侧向上的反射角所测得的反射率的变化,图21B表示通过改变从LCD板的前侧沿左向的反射角所测得的反射率的变化。
图22A和22B是表示利用具有图9所示反射电极的LCD测得的反射率的变化曲线图。具体地说,图22A表示通过改变从LCD板的前侧向上的反射角所测得的反射率的变化,图22B表示通过改变从LCD板的前侧沿左向的反射角所测得的反射率的变化。
在图19A~22B中,垂直轴代表测得的反射率,水平轴代表在LCD板前侧的角度。另外,在图19A~22B中,符号◆意指在LCD板未被驱动的白状态下测得的值,■意指在LCD板被驱动的暗状态下测得的值,▲意指对比度。
如表2及图19A~22B中的曲线所示,具有根据本发明的反射电极的LCD板显示出水平方向的反射率比垂直方向的反射率高。因此,当把这种LCD用到垂直方向的反射率尤其重要的装置中时,光的效率可以提高。
另外,当未形成如图18B所示的第二凹槽时,垂直方向的反射率过高,且水平方向的反射率过低。因此,可以注意到,第二凹槽优选地是每单元像素至少0.5个。
在手持终端的情况下,被证实的是垂直方向的反射率与水平方向的反射率之比优选地为2∶1至3∶1,而对比度优选地为30∶1至40∶1。
如上所述,根据本发明的反射型LCD包括多个沿水平方向连续分布的第一凹槽、多个沿垂直方向断续分布的第二凹槽和由第一和第二凹槽定义的取向微透镜的反射电极,因此,与常规的反射型LCD相比,相对于特定方向具有提高的反射效率。因此,可以显著地提高对比度和图像质量。
另外,因为微透镜沿像素的水平方向或垂直方向取向,所以它适于那些需要在特定方向有高反射率的电子显示装置。
另外,因为在反射电极中凹槽的交叉点处形成多种形状的凹槽填充元件,所以反射电极的反射率可以更大地提高,从而更大地改善对比度和图像质量。
另外,当在形成反射电极之前成型有机绝缘膜时,在像素之间的外部区域中以与在像素的内部区域中相同的方式形成凹槽。所以,在像素区域和像素之间的外部区域之间不出现高度差。因此,引发液晶取向中残留图像或变形现象的光泄漏可以被消除。另外,甚至在设置隔离物之后也可以获得第一基板和第二基板之间均匀的间隙。
虽然上述实施例展示并描述了一个具有反射电极的LCD的例子,但明显的是可以把本发明的反射电极应用到需要这些反射电极的电子显示装置中。在这种情况下,可以通过控制反射率而提高光效率,使得垂直方向上的反射率不同于水平方向上的反射率。
虽然已经详细描述了本发明,但是,应该理解,在不脱离本发明由权利要求限定的实质和范围的前提下可以对本发明做各种改变、替换和更改。
例如,在背光LCD的情况下,不在保护层上形成凹凸结构,并且把诸如ITO和IZO的透明导电材料用作反射电极和焊点材料。