TWI292849B

TWI292849B -

Info

Publication number: TWI292849B
Application number: TW090133112A
Authority: TW
Inventors: Hong Da Liu; Hsu Hung-Heui; Tang Wen-Chung; Lin Wen-Jian
Original assignee: Prime View Int Corp Ltd
Priority date: 2001-12-31
Filing date: 2001-12-31
Publication date: 2008-01-21
Also published as: JP2003202564A; JP3806666B2; US6788363B2; US20030123005A1

Description

1292849 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於多域液晶顯示器（multi-domain liquid crystal display，MD-LCD)之反射板的結構與製程。特別是關於應用在反射式和半反射式（Reflective and half-reflective)之多域液晶顯示器的反射板結構與製程。【先前技術】、近年來液晶顯示器面板的市場快速成長。一般反射式和穿透反射式、或是半反射式液晶顯示器多為水平排列扭轉型（切isted nematic)。在灰階電壓下，液晶分子指向矢在穿透區或反射區為單一區域(single domain)，如圖la之示意圖，在灰階電壓下，兩片介電體基板(dielectricsubstrate)101與1〇2之間的液晶夾層的液晶分子指向矢為同一方向，且具有相同的預傾角（pre—tile angle)，形成單一區域排列。反觀圖lb之示意圖中多域液晶顯示器之液晶分子113 的指向矢具有不同的預傾角而形成多域排列。而多域液晶顯示器之液晶分子的灰階切換效果較之單一區單域液晶顯示器之液晶分子來得好。多域液晶顯示器之液晶分子的灰階反轉區域較之單-區單域液晶顯示器之液晶分子來得小，從此圖2之相等黑白對比等位線(equal contrast ratio contour)圖可看出來。圖2a為單-區域單域液晶顯示器之液晶顯示器之液晶分子相等黑白對比等位線圖，其中以電壓L 5和2· 5伏特來驅動液晶分子，液晶分子的預傾角為1度。圖2b為單-區單域液晶顯示器之液晶分子相等 1292849 黑白對比等位線圖，其中以電壓i· 5和2 5伏特來驅動液晶分子，液晶分子的預細為12度。目則為多域液晶顯示器之液晶分子相等黑白對比等位線圖，其中以電壓L 5和2· 5伏特來驅動液晶分子，液曰曰分子的預傾角為結合了 1度和12度之間。序號2〇卜2〇3和2〇5所指分別為圖2a、圖2b和圖2c之液晶顯示器的液晶分子灰階反轉(gray scale inversi〇n，GSI)區域。顯然多域液晶顯示器其灰階反轉區域變小，因而具有更好的灰階切換和視角改善。【發明内容】本發明克服上述傳統之反射式和穿透反射式、或是半反射式液晶顯不器的液晶分子形成單一區域排列的缺點。其主要目的是提供一種應用在反射式和半反射式之多域液晶顯示器的反射板結構與製程。本舍明之夕域液晶顯示器的反射板結構主要包含一個主動矩陣元件（active matrix device)基板，此主動矩陣元件基板具有一個以上的高低差區域；一層散亂層，此散亂層係形成在此高低差區域的上方，且備有膜厚不同、凸出高低和形狀(shape)不同的凸塊；以及一反射金屬層，此反射金屬層係鍍於此散亂層的上方。少根據本發明，將此液晶顯示器的反射板結構再做成液晶元(LC ce 11) 後，可使液晶分子的排列具有多域分割，和傳統的單一區域比較，會，有更好的灰階切換和視肖改善。在反射板方面，形成多域的反射層架構，具有不同的反射角度和反射效果，提升液晶面板的顯示品質。本發明之液晶顯示器的反射板製程係利用主動矩陣元件基板既有的至屬（metal)或隔離層（passivation layer)製程，在晝素内形成多域分割。依序主要包含下列步驟：提供一介電體基板；（b)於此主動矩陣7L件基板上方使用多道光罩(mask)並形成一個主動矩陣元件基板結構，此主動矩陣元件基板結構備有至少一個以上的高低差區域； 1292849 以及(C)在此備有高低差區的主動矩陣元件基板結構上，使用一多間隙反射板製程(multi-gap reflector process)以形成一個多間隙反射層結構。根據本發明，此多間隙反射層結構的光阻膜厚不同，散亂效果也不同。做成液晶元後’平均的液晶元間隙（cell gap)效應也不同，液晶顯示器光學效果具有平均效應，有助於改善灰階。而曝光顯影後的散亂層凹凸形狀或高低也不一樣，散亂效果更好。本發明之反射板的架構可應用在反射式，半穿透半反射TN、超扭轉（super twisted nematic，STN)、TFT 和薄膜二極體（thin film diode，TFD)之其中一種反射層架構上。做成液晶元後之液晶顯示器的結構可以應用在反射式TFT-LCD，半穿透半反射TFT-LCD，穿透式 TFT-LCD 如自補償 TN(self-compensated TN，SCTN)、反射式 TN(reflective TN，RTN)、反射式電子控制雙折射（reflective electrical control led birefrigence，R-ECB)和混合式 TN(mixed mode TN，MTN)模式(mode)之其中一種液晶顯示器的結構上。茲配合下列圖式、實施例之詳細說明及專利申請範圍，將上述及本發明之其他目的與優點詳述於后。【實施方式】圖3a為根據本發明之主動矩陣元件基板的一個剖面結構示意圖，說明利用既有金屬或隔離層的製程，分別用多道光罩以形成4個高低差區域B、A、C和D。圖3a中介電體基板未示於圖示，而此主動矩陣元件基板由下層往上層依序包含一第一金屬層（first metal丨即沈，

Ml)301、一苐一隔離層（first insuiat〇r)3〇2、一非晶石夕（a—&)層 303、一第二金屬層（second matel layer，M2)311、一第二隔離層（纪⑴时 insulator)312，和一透明層（transparent iayer)313。形成之 * 個高低差區域中，區域β的實際高度為7〇〇 nm，較佳實施範圍可在實際= 1292849 度^減^30 nm之間，區域A的實際高度為1150 nm，較佳實施範圍可在實際，度加減550 nm之間，區域C的實際高度為Q nm，以及區域D 的實際高度為_ nm，較佳實施翻可在實際高度加減· nm之間。如刖所述，本發明之液晶顯示器主要係利用主動矩陣元件基板既有的金屬或隔離層製程，在晝素内形成多域分割。而一般的主動矩陣元件基板製程中使用4到7道的光罩，根據本發明，可分別形成2到4 個以上之高低差區域的主動矩陣元件基板的剖面結構。圖北為根據本形成兩個而低差區域A和B的主紐陣元件基板的_個剖面結構示意圖。圖3c為根據本發明形成3個高低差區域β、Α和c的主動矩陣元件基板的-個剖面結構示意圖。圖3d為根據本發明形成4個高低差區域B、D、A和C的主動矩陣元件基板的一個剖面結構示意圖。圖4a〜圖4d依序說明形成圖3a之具有4個高低差區域b、a、c和 D之主動矩陣元件基板的步驟。圖知所示為第一金屬層圖案％1形成在介，體基板(未示於圖示）上方，此金屬層3〇1的實際高度為25〇η『較佳實施範圍可在實際高度加減2〇〇 nm之間。圖4b所示為再覆蓋第一隔離層302，如氮化石夕(SiNX)，於整片介電體基板上方，此隔離層 302的實際高度為4〇〇 nm，較佳實施範圍可在實際高度加減3〇() nm之間，以及隔離層302上方之非晶石夕層圖帛303。目4〇所示為再形成第 =金屬層311圖案於此片介電體基板上方，此第二金屬層3n的實際咼度為250 nm，較佳實施範圍可在實際高度加減2〇〇 nm之間。圖4d 所不為介電體基板上方再覆蓋第二隔離層312，如氮化矽(SiNX)，並钱刻此隔離層312以形成接觸孔(c〇ntacrt hole)而得與下層形成電性導，，此第二隔離層312的實際高度為40〇 nm，較佳實施範圍可在實際鬲度加減300 nm之間。最後，植入透明層圖案313，如銦錫氧化物 (indium tin cxicie，IT0)在第二隔離層312的上方，如圖知所示，此透明層的實際高度為nm，較佳實施範圍可在實際高度加減⑽舰之間。 1292849 本發明之主動轉元件基板可選㈣膜f晶體基«低溫多晶石夕 (low日temperature poly_Si，LpTS)、结構之其中一種基板。上述係以薄膜電晶體基板為-較佳實施例。以下圖5a〜圖5g賴低溫多晶石夕結構的基板為另-較佳實施絲形成具有4個高低域之主動矩陣元件基板的步驟。圖5a所不為介電體基板(未示於圖示）上方為基礎層（_ c⑽ layer)501，多晶矽圖案503形成在基礎層5〇1的上方。圖北所示為再覆蓋第-隔離層505於整片基板上方，再形成第一金屬層5〇7圖案於此隔離層上方，如圖5c所示。此第_金屬層5()7的上方覆蓋以第二隔離層509,並侧此隔離層509 α形成接觸孔而得與下層形成電性導通’如一圖5d所不。再形成第二金屬層511目案於此片基板上方，如圖 5e所不。然後，整片基板上方再覆蓋第三隔離層513，並姓刻此隔離層513以形成接觸孔而得與第三金屬層511形成電性導通，如圖％所不。最後’植入透明層515，如銦錫氧化物，在第三隔離層513的上方，以形成具有4個高低域E、F、G和H之低溫多晶雜構的主動矩陣元件基板，如圖5g所示。傳統之反射式液晶齡器的反射板製程是製作在無高低差區域的主動矩陣讀基板上，包括經由絲塗佈（resin⑺奶⑹、曝光 (exposunng)、顯影(developing)、烘烤(baking)和單元化(Μ ) 的步驟完成。惟’完成後之散亂層光阻材料的膜厚相同、高低和形狀也都相同，晶元間隙’如圖6所示，散亂層光阻材料6〇1的膜厚卜凸出之凸塊603-606高低和形狀相同，液晶元間隙d相同曰分子只能形成單一區域排列的缺點。而本發明之多域液晶顯轉的反射婦程是利衫個高低差區域的主動矩陣元絲板後，減合乡間紐射板餘，形成多域的反射層架構，在4素内形成多域分割。以下用兩個高低差區域的主動矩陣 1292849 元件基板的簡化的示意圖來說明本發明之多間隙反射板黎』矛。 (multi-gap reflector process) ° 圖7a所示為在兩個南低差區域的主動矩陣元件基板7〇1的上方塗佈光阻材料層703後的示意圖。之後，如圖7b光阻所示，在光阻材料層703上方以光罩圖案705進行曝光。曝光後經顯影之示意圖如圖= 所示。再經烘烤步驟後，如圖7d之示意圖，光阻材料層7〇3在不同的區域形成一層備有膜厚不同、凸出高低和形狀不同的凸塊743〜7妨的散亂層。再鍍上反射金屬層並單元化(celHng)後如圖％所示，單元化後，在單一畫素區域内晶元有多個不同的液晶元間隙dl和$ 等。依此’本發明之多間隙反射板製程沒有增加額外的製程。圖8為圖3a之4個高低差區域社驗陣元件基板勤結構再結合反射板梦程，經形成-層膜厚不同、凸出高低和形狀不同之凸塊的散亂層8〇1 : 並鍵上反射金屬層8G3後的反射板結構示意圖。根縣發明，光料之散亂層的=均膜厚介於二十分之—個液晶元間隙和—個液晶元間隙之間’不同高低差區_平均厚度差介於零鑛晶元_和三分之 -個液晶7〇間隙之間’而不同高低差區域之凸塊的平均形狀角度 (average of shape angles)介於〇度和度之間。 0 a到H 9c .兄明在早一畫素内的高低差板經反射板製程後，形成_々靡χ n ^驗1早兀仵暴㈣㈣同〇 p 斯不同、凸出高低和形狀不同之凸塊的月：層“圖⑽為早一畫素區域901内3個高低差區域，B、#C，二件上視示意圖。圖％為反射板製程中使用在光阻 =R _。圖9g說關9a經反射板製程後，其高 ϋ ’喊财不同、凸出高低和形狀不同之凸塊的散亂層° 10 1292849 圖9d為9c的一個剖面結構示意圖。圖9e說明圖9d的反射層架構具有不同的反射角度和反射效果。參看圖9e，當光線1入射於區域 B、A和C的散亂層表面時，由於各高低差區域皆具有膜厚不同、凸出高低和形狀不同之凸塊的散亂層，入射光線丨會隨之而有不同散射方向，故光線1的反射角度和反射效果在不同高低差區域B、A和c的散亂層表面上也隨之不同，區域B，、A，*C，分別為其反射線的角度範圍區域，亦即入射光經不同高低差區域的散亂層表面所可能散射的區域，因而圖9e是一個多域的反射層架構。而區域A之散亂層由於凹凸高低和形狀較為明顯，故其反射角度範圍較之區域B和c來得廣。此種多域的反射層架構可應用在反射式或是半穿透半反射的TN、STN、 TFT、TFD之其中一種反射層的架構上。再鍍上反射金屬層並做成液晶元後，此液晶顯示器結構可應用在反射式TFT-LCD、半穿透半反射TFT—LCD、穿透式TFT—LCD，如SCTN、 RTN、R-ECB、MTN模式(m〇de)，之其中一種液晶顯示器的結構上。圖10a為圖9c中區域A之散亂層的3維影像分析圖，光阻厚度比較薄，厚度=0.778um，散亂層凸出的形狀角α=6·68度。圖1〇b為圖 9c中區域B之散亂層的3維影像分析圖，光阻厚度比較厚，厚度 =〇· 835um，散亂層凸出的形狀角度点4〇. i度。由於散亂層凸出之形= 角度的不同，如6· 68和1〇· 1度的差異，因此形成多域的反射層架構，具有不同的反射角度和反射效果，其光學效果比單一區域的散亂層好很多。唯，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 1292849 【圖式簡單說明】，la說明一習知之反射式和穿透反射式液晶顯示器，在灰階電壓下，液晶分子指向矢在穿透區域或反射區為單一區域之示意圖。圖lb說明-習知之多域液晶顯示器之液晶分子的指向矢具有不同的預傾角而形成多域排列之示意圖。圖2a為單一區單域液晶顯示器之液晶分子相等黑白對比等位線圖，其中以電壓1. 5和2. 5伏特來驅動液晶分子，液晶分子的預傾角為i度。圖2b為單一區單域液晶顯示器之液晶分子相等黑白對比等位線圖，其中以電壓1· 5和2· 5伏特來驅動液晶分子，液晶分子的預傾角為12度。圖則為多域液晶顯示器之液晶分子相等黑白對比等位線圖，其中以電壓1.5和2.5伏特來驅動液晶分子，液晶分子的預傾角為結合了丄度和12度之間。圖3a〜圖3d分別為根據本發明之主動矩陣元件的剖面結構示意圖，其中分別用多道光罩以形成2到4個以上高低差區域。圖4a〜圖4d依序說卿成圖3a之具有4偏低祕域之主動 A柘的來驟。，5a〜，圖5g是用低溫多晶矽結構的基板為另一較佳實施例來説明形成具有4個高減區域之絲矩陣元縣板的步驟。 12 1292849 圖6為一習知之反射式液晶顯示器的反射板的剖面結構示意圖，說明其散私層光阻材料的膜厚相同、凸出之凸塊高低和形狀相同，液晶元間隙相同。 / % 圖7a〜圖7e為根據本發明，說明在兩個高低差區域的薄膜電晶體之多間隙反射板製程的步驟流程。 ' % 圖8為圖3a之4個高低差區域的主動矩陣元件基板剖面圖結構再結合反射板製程，並鍍上反射金屬層後的反射板結構示意圖。圖9a為單-畫素區域内3個高低差區域，B、A、和c，的主動矩陣元應件基板的上視不意圖。圖9b為反射板製程巾㈣在光阻材制上方的_種光罩圖案。圖9c說明圖經反射板製程後，其高低差區域β、A、和c形成膜厚不同、凸出高低和形狀不同之凸塊的散亂層。圖9d為圖9c的一個剖面結構示意圖。

圖9e說明圖9d的反射層架構具有不同的反射角度和反麟果，為一個多域的反射板結構。圖10a為圖9c中區域a之散亂層的3維影像分析圖。圖10b為圖9c中區域B之散亂層的3維影像分析圖。 13 1292849 【主要元件符號說明】 101、102 基板 103液晶分子 201、203和205液晶分子灰階反轉區域 B、D、A和C 南低差區域 301第一金屬層 302第一隔離層 311第二金屬層 313透明層 312第二隔離層 501基礎層 505第一隔離層 509第二隔離層 503多晶矽圖案 507第一金屬層 511第二金屬層 513第三隔離層 515透明層 601散亂層光阻材料 h膜厚 603〜606散亂層凸出之凸塊 d液晶元間隙 701 主動矩陣元件 703光阻材料層 705光罩圖案 743〜746散亂層的凸塊 801散亂層 901單一畫素區域 803反射金屬層 14

Claims

1292849 十、申請專利範圍： 1· 一種多域液晶顯示器的反射板製程，包含下列步驟： (a) 提供一介電體基板； (b) 於該介電體基板上方使用多道光罩並形成一個主動矩陣兀件基板結構，該主動矩陣元件基板結構備有至少一個以上的高低差區域；以及 (c) 在該備有高低差區域的主動矩陣元件基板結構上，使用一多間隙反射板製程以形成一個多間隙反射層結構。

2·如申請專利細第1項所述之多域液晶顯示器的反射板製程，其中步驟(c)之多間隙反射板製程更包含下列步驟： (cl)在該主動矩陣元件結構的上方塗佈一光阻材料層； (c2)在該光阻材料層上方以一光罩圖案進行曝光； (c3)曝光後再經顯影及烘烤步驟後，在不同的高低差區域形成一層備有複數個膜厚不同、凸出高低和形狀不同的凸塊的散亂層；以及 (c4)於該散亂層上方再鍍上一層反射金屬層，以形成一多域反射層結構。 3.如申請專利範圍第1項所述之多域液晶顯示器的反射板製程，其中步驟(b)係以4到7道光罩來形成2至4個以上的高低差區域0 4_如申請專利範圍第1項所述之多域液晶顯示器的反射板製权’其中该不同咼低差區域的平均厚度差介於零個液晶元間隙和三分之一個液晶元間隙之間。 5.如申請專利範圍第1項所述之多域液晶顯示器的反射板製程，其中該主動矩陣元件基板係薄膜電晶體和具低溫多晶矽結 15 1292849 構之其中一種基板。士申η月專利範圍第5項所述之多域液晶顯示器的反射板製程，其中步驟⑹之主動矩陣元件基板結構的形成更包含下列步驟··

((^)於該介電體基板上方形成-第-金屬層圖案； b2)於該第-金屬層圖案及該介電體基板的上方覆蓋一第 (b3 )、卩峰層，以及在該隔離層上方形成—非㈣層圖案；於讀第-隔離層和該非轉層圖案的上方形成—第二金 (匕屬層圖案； 7咳第二金屬層圖案及該介電體基板的上方覆蓋-第二離層’亚蝴該第二隔離層以形成接觸孔而得與下層 ^ ^戍電性導通；以及、b5 )植言入〜透明層圖案在該第二隔離層的上方，以完成具有 w低差區域的主動矩陣元件基板。

"之高度範圍為介於ϋ與200 nm之間。 nm 製每^利範圍第5項所述之多域液晶顯示器的反射板场第、=步驟⑹之該第—金屬層之高度範圍為50-450 nm ; 範_為5〇 ^層之南度範圍為100—700 nm;該第二金屬層之高度讀遷明爲奶〇 nm，該第二隔離層之高度範圍為100—7〇〇如申 % 。其t乾圍第5項所述之多域液晶顯示器的反射板列炎罐：〉驟（b)之主動矩陣树基板結構的形成更包含 16 1292849 (Μ )於該介電體基板上方形成—基礎層，絲礎層上方再形成一多晶石夕圖案； (b2 )再覆蓋一第一隔離層於整片基板上方； (⑽）再形成-第-金屬層圖案於該隔離層的上方； (b4 )於該第-金屬層的上方覆蓋—第二隔離層，並餘刻該第二隔離層以形成接觸孔而得與下層形成電性導通； (b5 )再形成一第二金屬層圖案於整片基板上方； (b6 )於整>;基板上方再覆蓋—第三隔離層，並侧該第三隔離層以形成電性導通；以及 (b7 )植入一透明層於該第三隔離層的上方，以完成具有高低差區的主動矩陣元件。 9· 一種多域反射式和半反射式液晶顯示器的製程，係包含所述之申請專利範圍第1項的步驟，以及將鮮間隙反射層結構單元化的步驟。瓜^申請專利範圍第9項所述之多域反射式和半反射式液晶顯示器的裝程，其中在單一畫素區域内的液晶元具有複數個不同的間隙。 11· 一種多域液晶顯示器的反射板結構，包含有：一主動矩陣元件基板結構，該主動矩陣元件基板結構備有至少一個以上的高低差區域；一層散亂層，形成在該主動矩陣元件基板結構的上方，該散亂層備有複數個膜厚不同、凸出高低和形狀不同的凸塊；以及一多域反射層結構，鍍於該散亂層的上方。 12.如申請專利範圍第11項所述之多域液晶顯示器的反射板結 17 1292849 構，其中該散亂層係一光阻材料層，其平均膜厚介於二十分之一個液晶元間隙和一個液晶元間隙之間。 13. 如申請專利範圍第U項所述之多域液晶顯示器的反射板結構，其中該不同高低差區域之平均厚度差介於零個液晶元間隙和三分之一個液晶元間隙之間。 14. 如申請專利範圍第n項所述之多域液晶顯示器的反射板結構，其中該不同高低差區域之凸塊的平均形狀角度介於〇度 .申明專亀圍第11項所述之多域液晶顯示⑽反射板結構，其中該反射層結構係應用在反射式扭轉、超扭轉、薄膜電晶體、薄膜二極體之其中一種反射層的結構上。 / 、 16Hi利範圍第11項所述之多域液晶顯示器的反射板結 f，其中該反射層結構係顧在半穿透半反射扭轉、超扭轉、溥膜電晶體、薄膜二極體之其中一種反射層上。 17· it多域液晶顯示器結構，該液晶顯示11結構係由所述之申請專利乾圍第11項的反雜結構作叙液_示騎構者。 .專利範圍第17項所述之多域液晶顯示器結構，盆中★亥中文:=器結構係顧在反射式、穿透式、半穿透半反射之盆種薄膜電晶體-液晶顯示器的結構上。、 19· 利範圍第17項所述之多域液晶顯示器結構電晶體-液晶顯示器結構係自補償扭轉反射式電子㈣_和齡私键叙射 1292849 薄膜電晶體-液晶顯示器結構。

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