專利名稱：液晶顯示裝置及其下基板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種液晶顯示裝置及其下基板，尤指一種適用于液晶顯示裝置的導光機構。
背景技術：
液晶顯示裝置是透過電場的改變來控制液晶分子轉動，由此來調控光偏振方向，而構成光開關。在工藝中，對于液晶分子不易控制其動作的區(qū)域(液晶配向不佳區(qū))，常以黑色陣列(black matrix)遮光，避免此區(qū)漏光破壞顯示器的對比。
此外，源極和漏極之間的溝槽會使外光容易照射到薄膜晶體管的非晶硅半導體層(amorphous silicon，α-Si)。當光線照射非晶硅半導體層會產(chǎn)生電流，增加薄膜晶體管于非導通狀態(tài)下的漏電流，為了穩(wěn)定各更新畫面下正確的灰階顯示，需要在溝槽上方形成黑色陣列來遮蔽外光，以維持源極電極和漏極電極之間的非導通狀態(tài)。
目前黑色陣列以金屬或不透光的高分子材料為主。然而，不論以金屬或高分子材料作為制作遮光元件均有其限制與缺點。金屬黑色陣列以鉻金屬(Cr/CrOx)為主，除存在重金屬污染問題外，設計時上受限于寄生電容效應。而樹脂材料則需要依光學密度(optical density)的不同來搭配所須的厚度，即使是光學密度(optical density)高達4，其厚度仍高出金屬黑色陣列甚多。而厚度愈高并不利于液晶顯示裝置，大幅度的高低起伏對于配向處理(rubbing)及周遭液晶分子的排列都不理想。此外曝光工藝也會因為材料厚度太大不易使高分子材料充分因光化學反應產(chǎn)生交聯(lián)，而于顯影工藝保留所需的部分，工藝難度隨即提升。
因此，目前需要一種能同時解決上述工藝缺陷以及黑色陣列問題的液晶顯示裝置，以提供更優(yōu)良的品質。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一液晶顯示裝置用的下基板及使用該下基板的液晶顯示裝置，其是利用光學折射的原理，以抑制或減少直接透射光，達到于特定區(qū)域遮除直接透射光的效果。
為此，本發(fā)明提供一種液晶顯示裝置用的下基板，包括一基板，以及多個位于此基板的開關元件。每一開關元件包括有一源極、一漏極以及一柵極，并且，源極和漏極間表面形成一溝槽。源極和漏極表面覆蓋有一絕緣層，且此絕緣層分別于源極和漏極的步階互相面對的一側形成斜面，而于溝槽形成一凹槽或腔室，并且二該斜面與基板的夾角介于5至50度之間。
通過凹槽或腔室的結構，可利用光學折射來控制透射光的光行進路徑，使原本透射至開關元件源極與漏極之間的外光被導入其它的位置加以吸收或調控，而達到遮除「開關元件源極與漏極之間」的透射光的效果。因此，可避免外光照射到薄膜晶體管的非晶硅半導體層(α-Si)而產(chǎn)生非導通狀態(tài)下的漏電流。另外，本發(fā)明又提供一種液晶顯示裝置，包括有一上基板，一液晶層以及一下基板；此下基板的上表面形成有多個溝槽，并且下基板表面覆蓋有一絕緣層，此絕緣層分別于溝槽互相面對的兩側形成斜面，而于溝槽形成一凹槽或腔室，并且此絕緣層斜面與下基板表面的夾角介于5至50度之間。
同樣的，通過凹槽或腔室的結構，可利用光學折射來控制透射光的光行進方向，使液晶顯示器背光源的透射光導入期望的位置或避開特定區(qū)域，例如避開液晶配向不佳區(qū)或金屬導線，而達到遮除特定區(qū)域的透射光的效果。
相較之下，公知液晶顯示器所使用的黑色陣列雖然可以遮除特定區(qū)域的透射光，但是其存在有許多缺點。例如以金屬黑色陣列來遮蔽開關元件或金屬導線的透射光時，所產(chǎn)生的寄生電容效應。而以樹脂作為材料的黑色陣列，則會產(chǎn)生厚度太大以及高低起伏幅度太大的問題，而造成配向處理不佳及周遭液晶分子排列不理想。反觀本發(fā)明，凹槽或腔室的材料可采用任何可透光的絕緣材料，例如氧化硅或氮化硅，以達到導光的目的，所以不會有寄生電容以及重金屬污染的問題。而且，凹槽或腔室是形成于階梯角落(溝槽)的部份，因此，亦不會產(chǎn)生厚度太大以及高低起伏幅度太大的問題。
本發(fā)明是運用薄膜工藝中以物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)覆蓋薄膜時，會因階梯覆蓋不良，在金屬角落的部份產(chǎn)生突懸(overhang)，且兩相鄰的突懸間形成有一底距大于頂口距之間隙凹槽或腔室，如果過于嚴重，則形成一孔洞(voids)。利用此凹槽或腔室(或孔洞)可以將入射光導入期望的位置加以吸收或調控，可彈性選擇是否搭配不透光薄層使用或調整薄膜厚度，此部份理論得以幾何光學分析(Law of Reflection、Snell’s Law)。在本發(fā)明中，各層依折射系數(shù)(refractive index)不同而具有不同折射角，其凹槽或腔室的光學結構的最佳角度則是以Snell’s Law決定。
簡而言之，本發(fā)明是利用薄膜工藝過程原本的缺陷，以及運用光學折射的原理，來形成一導光結構，用以將入射光導入期望的位置加以吸收或調控，進而應用于液晶顯示器的遮光，并且還可以改進金屬黑色陣列與樹脂材料黑色陣列的問題。
本發(fā)明的液晶顯示裝置的下基板，可以選擇性地包括有多個金屬導線。因此，本發(fā)明的液晶顯示裝置還可以在金屬導線的表面形成一溝槽，并在此金屬導線的表面覆蓋有一絕緣層，此絕緣層分別于該溝槽互相面對的兩側形成斜面，以于該溝槽形成一凹槽或腔室?；蛘?，在下基板上表面相對于金屬導線的位置形成有一凹槽或腔室。由此，將透射往金屬導線的外光導至其它位置，以增加液晶顯示裝置的對比并防止漏光。
本發(fā)明的下基板，其中絕緣層的材料可為任何公知于下基板絕緣層的材料，較佳為透光材料，更佳為氧化硅或氮化硅。本發(fā)明的下基板，其中凹槽或腔室可為封閉或開放的凹槽或腔室，較佳為封閉的腔室。本發(fā)明的下基板，其中凹槽或腔室可為任何形狀，較佳為底距大于頂口距的凹槽或腔室，更佳為橫剖面為尖錐形或梯形。本發(fā)明的下基板，其中絕緣層的折射率可介于1.2至2.0之間，更佳為介于1.2至1.8。本發(fā)明的下基板，其中溝槽的深寬比可介于0.05至1之間，更佳為介于0.05至0.08。
本發(fā)明的液晶顯示裝置，其中下基板的上表面的溝槽可以位于任何需要遮光的區(qū)域下方，較佳為位于液晶層的液晶顯示不佳區(qū)的下方，或者位于金屬導線的下方。本發(fā)明的液晶顯示裝置，其中絕緣層可為任何公知的絕緣層材料，較佳為透光材料所形成，更佳為氧化硅或氮化硅。本發(fā)明的液晶顯示裝置，其中凹槽或腔室可為封閉或開放的凹槽或腔室，較佳為封閉的腔室。本發(fā)明的液晶顯示裝置，其中凹槽或腔室可為任何形狀，較佳為底距大于頂口距的凹槽或腔室，更佳為橫剖面為尖錐形或梯形。本發(fā)明的液晶顯示裝置，其中絕緣層的折射率可介于1.2至2.0之間，更佳為介于1.2至1.8。本發(fā)明的液晶顯示裝置，其中溝槽的深寬比可介于0.05至1之間，更佳為介于0.05至0.08。本發(fā)明的液晶顯示裝置，其中絕緣層的折射率可以介于1.2至2.0之間，較佳為介于1.2至1.8之間。本發(fā)明的液晶顯示裝置，其中該溝槽的深寬比可以大于1，較佳大于4。
綜上所述，本發(fā)明是運用工藝薄膜的缺陷，產(chǎn)生剖面為錐形的條狀結構。由于接口的折射系數(shù)不同時，光線通過就會產(chǎn)生偏折。因此，透過工藝條件控制其錐角尖度于范圍內(nèi)，不僅可反射外界一定角度范圍內(nèi)的入射光，對于背光源的光線亦可有效偏折并加以控制。因此，本發(fā)明可用以導光元件與作為遮光元件，而有效改進金屬黑色陣列與樹脂材料黑色陣列的問題。


圖1是本發(fā)明一實施例的液晶顯示裝置的結構示意圖。
圖2是本實施例的薄膜晶體管(TFT)的剖面圖。
圖3是外光入射至薄膜晶體管的腔室的光學分析示意圖。
圖4是本實施例的腔室的光學結構夾角θv以及其相對應的折射角θt8的關系圖。
圖5是背光源的光線經(jīng)由腔室入射至液晶層的光學分析示意圖。
圖6是腔室的光學結構夾角θv＝25°時，背光源光線的入射角度θ對于偏折角度θt2的關系圖。
圖7腔室的光學結構夾角θv＝15°時，背光源光線的入射角度θ對于偏折角度θt2的關系圖。
圖8a至圖8c為薄膜工藝產(chǎn)生突懸的示意圖。
附圖標記說明上基板1 液晶層2下基板3空氣10平坦層11 透明電極12透明電極13彩色光阻14 偏光板15絕緣層18 柵極絕緣層19 源極21漏極22柵極23 腔室37半導體層38溝槽40 玻璃基板45溝槽49柵極絕緣層61 腔室63保護層64 平坦層65 液晶配向不佳區(qū)73歐姆接觸層25 凹槽66 光線100光線200具體實施方式
液晶顯示裝置內(nèi)的溝槽，如薄膜晶體管(TFT)元件中源極和漏極處的溝槽或制作顯示區(qū)與非顯示區(qū)接口的溝槽等，透過薄膜沉積工藝皆可形成本發(fā)明的導光結構，用以將入射光導入期望的位置加以吸收或調控，以達到遮光效果。
在本實施例中，各膜層依折射系數(shù)(refractive index)不同而具有不同折射角，因此，凹槽或腔室的光學結構的最佳角度則是以Snell’s Law決定。
實施例一TFT(正面導光)在薄膜晶體管(TFT)中，源極和漏極之間的溝槽會使外光容易照射到薄膜晶體管的半導體層(amorphous silicon，α-Si)。由于薄膜晶體管的半導體層α-Si具有光導性，為了維持源極電極和漏極電極之間的非導通狀態(tài)，因此需要在將外光導離源極和漏極之間的溝槽，以避免漏電流。在本實施例中，是將透射至源極和漏極之間的外光導至特定角度，使之全反射，進而得以遮光。
請參閱圖1，為本實施例的液晶顯示裝置的結構示意圖，其主要包括有一上基板1、一下基板3以及一夾置于上下基板間的液晶層2。其中，下基板的上表面包含有多個畫素電極、源極導線、柵極導線以及開關元件(圖中未示)。在本實施例中，開關元件為薄膜晶體管。
請參閱圖2，為本實施例的薄膜晶體管的側視圖。如圖2所示，薄膜晶體管主要包括有基板3、柵極絕緣層19、柵極23、半導體層38、歐姆接觸層25、源極21、漏極22以及絕緣層18。薄膜工藝中，以物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)覆蓋薄膜時，會因工藝條件的控制，在階梯角落的部份產(chǎn)生斜面。在本實施例中源極21和漏極22間形成一步階式溝槽40，此溝槽的深寬比介于0.05至1之間。因此，絕緣層18會分別于源極21和漏極22的步階互相面對的一側形成斜面，這兩個相鄰的絕緣層斜面之間會形成有一底距大于頂口距的凹槽或腔室，如圖2所示的封閉的尖錐狀腔室37。在本實施例中，絕緣層18的兩斜面是于溝槽40的上方相交(夾角2倍θv)，而于溝槽40內(nèi)形成一封閉的尖錐形腔室37。利用此凹槽或腔室37可以將入射光導入期望的位置加以吸收或調控，并可彈性選擇是否搭配不透光薄層使用或調整薄膜厚度。
圖3為液晶顯示器外部的光線100由外界環(huán)境入射至薄膜晶體管的腔室37的光學分析示意圖。請同時參閱圖2和圖3，絕緣層18(折射系數(shù)1.87)上，依序層疊有一折射系數(shù)1.5的平坦層11，一折射系數(shù)1.9的透明電極層12，一折射系數(shù)1.5的液晶層2，一折射系數(shù)1.9的透明電極層13，一折射系數(shù)1.6的彩色光阻14，一折射系數(shù)1.5的上基板1，一折射系數(shù)1.4的偏光板15，而液晶顯示器外部的空氣10以及腔室37內(nèi)的空氣折射系數(shù)均為1。
在本實施例中，各層依折射系數(shù)(refractive index)不同而具有不同折射角，其腔室37的光學結構的最佳角度則是以Snell’s Law決定。
圖3中，θi0～θi8為入射角，θt0～θt8為折射角，θv為絕緣層腔室37的光學結構夾角。根據(jù)Snell’s Law來分析光線100的行進路徑。圖3中各角度的約略值為θv＝25°，θi0＞90°、θt0＝46.14°、θi1＝46.14°、θt1＝42.3°、θi2＝42.3°、θt2＝39.12°、θi3＝39.12°、θt3＝32.09°、θi4＝32.09°、θt4＝42.3°、θi5＝42.3°、θt5＝30.29°、θi6＝30.29°、θt6＝42.3°、θi7＝42.3°、θt7＝32.67°，最后θi8＝32.33°而θt8＝90°。
因此，調整工藝使絕緣層腔室37的夾角小于等于50°(2倍θv)時，所有外界環(huán)境的入射光線100均不會進入腔室37。也就是說由外面進入液晶面板內(nèi)部的光線100在進入腔室37前就會被全反射。因此，光線100就不會和薄膜晶體管的半導體層38接觸(圖2)，而產(chǎn)生光電流。
圖4為本實施例的腔室37的光學結構夾角θv以及其相對應的折射角θt8的關系圖。由圖中可見，直至角度小于等于25度后，外界環(huán)境所有入射光皆會被全反射。
由上述可知，本發(fā)明可以利用光學折射的原理，將外光導離源極和漏極之間的溝槽，而避免漏電流。此外，本發(fā)明中，導光結構(凹槽或腔室)的材料可采用任何可透光的絕緣材料，例如氧化硅或氮化硅，以達到導光的目的，所以不會有寄生電容以及重金屬污染的問題。而且，凹槽或腔室是形成于階梯角落(源極與漏極間的溝槽)的部份，因此，亦不會造成厚度太大或高低起伏幅度太大的問題。
實施例二玻璃基板(背面導光)液晶顯示裝置常會因為一些工藝缺陷，而造成液晶分子的配向不好。液晶顯示裝置的背光源并不完全是平行入光，若75％的能量集中在±60°之間，則當背光源的光線由液晶配向不佳的位置入射時，顯示出來的畫面就會有漏光的問題。
參閱圖5，為背光源的光線200由一玻璃基板45入射至液晶配向不佳區(qū)域的示意圖。如圖5所示，本實施例的玻璃基板45蝕刻有一溝槽49，此溝槽的深寬比大于1。因此，薄膜工藝中，以物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)覆蓋薄膜于基板45上表面時，會因工藝條件的控制，在階梯角落的部份產(chǎn)生斜面。玻璃基板45表面覆蓋有一柵極絕緣層61，且柵極絕緣層61分別于溝槽49互相面對的兩側形成斜面，此溝槽兩側的絕緣層斜面之間會形成有一底距大于頂口距的凹槽66或腔室63(參閱圖8a～8c)。在本實施例中，兩斜面于溝槽49的上方相交而形成一封閉的尖錐形腔室63(參閱圖5)。在本實施例中，柵極絕緣層絕緣層61可以化學氣相沉積(CVD)或是物理氣相沉積(PVD)形成。
另外，本實施例在柵極絕緣層61(折射系數(shù)2.91)上依序層疊有一折射系數(shù)1.87的保護層64，一折射系數(shù)1.5的平坦層65，以及液晶配向不佳區(qū)73。其中，保護層64和平坦層65的膜厚依序為0.2μm和3μm。
圖5中，θi0～θi2為入射角，θt0～θt2為折射角，θv為絕緣層腔室63的光學結構夾角。以θv＝25°為例，根據(jù)Snell’s Law來分析光線200的行進路徑。當入射角約略為θi0＝65°時，θt0＝28.17°、θi1＝36.83°、θt1＝37.99°、θi2＝37.99°(θt1的內(nèi)錯角)、最后θt2＝50.12°。因此，θv＝25°且入射角θi0＝65°得光線200入射時，依下式Δ＝∑dn×tan θndn為各層厚度，θn為光于各層中所偏移角度，Δ為位移量光線200的偏移量會大于3μm，而可以將光200導離液晶配向不佳區(qū)域73避免漏光。
圖6和圖7分別為腔室光學結構夾角θv＝25°以及θv＝15°時，背光源光線200的入射角度θ對于偏折角度θt2的關系圖。同時參閱圖6和圖7可見，θv＝15°的偏折角度比θv＝25°大，表示θv愈小，偏折角度θt2愈大，偏移量也愈大。因此，本實施例可運用腔室63的光學結構，將光線導離液晶配向不佳的區(qū)域以避面漏光。并且，以本實施例的結構和偏振光搭配可得到更佳的效果。
本實施例利用薄膜工藝過程原本的缺陷，以及運用光學折射的原理，來形成一導光結構(凹槽或腔室)，用以將入射光導入期望的位置加以吸收或調控。因此，本實施例的導光結構可應用于下基板任何需要遮光的地方，例如液晶配向不佳區(qū)或金屬導線，以避免漏光并增加液晶顯示裝置的對比。另外，由于本實施例的導光結構的材料可采用任何可透光的絕緣材料，例如氧化硅或氮化硅，所以不會有寄生電容以及重金屬污染的問題。而且，凹槽或腔室是形成于階梯角落的部份(溝槽中)，亦不會造成厚度太大以及高低起伏幅度太大的問題。因此，本發(fā)明應用于液晶顯示器的遮光之外，還可以改進金屬黑色陣列與樹脂材料黑色陣列的問題。
上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權利范圍自應以權利要求書所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1.一種液晶顯示裝置用的下基板，包括一基板；多個位于該基板的開關元件，每一開關元件包括有一源極、一漏極以及一柵極；其中，該源極和該漏極的步階間形成一溝槽，該源極和該漏極表面覆蓋有一絕緣層，且該絕緣層分別于該源極和該漏極的步階互相面對的一側形成斜面，于該溝槽形成一凹槽或腔室。
2.如權利要求1所述的下基板，其特征在于，該絕緣層為透光材料所形成。
3.如權利要求2所述的下基板，其特征在于，該絕緣層為氧化硅或氮化硅。
4.如權利要求1所述的下基板，其特征在于，該凹槽或腔室為底距大于頂口距的凹槽或腔室。
5.如權利要求4所述的下基板，其特征在于，該腔室為封閉的腔室。
6.如權利要求5所述的下基板，其特征在于，該腔室的橫剖面為尖錐形。
7.如權利要求1所述的下基板，其特征在于，該絕緣層的折射率介于1.2至2.0之間。
8.如權利要求1所述的下基板，其特征在于，該溝槽的深寬比介于0.05至1之間。
9.如權利要求1所述的下基板，其特征在于，該基板更包括有至少一金屬導線，該金屬導線的表面形成一溝槽，且該金屬導線的表面覆蓋有該絕緣層，則該絕緣層分別于該溝槽互相面對的兩側形成斜面，而于該溝槽形成一腔室或凹槽。
10.如權利要求1所述的下基板，其特征在于，該絕緣層為該下基板的保護層。
11.如權利要求1所述的下基板，其特征在于，該二絕緣層斜面與該基板的夾角介于5至50度之間。
12.一種液晶顯示裝置，包括一上基板；一液晶層；以及一下基板，該下基板的上表面形成有多個溝槽，該下基板表面覆蓋有一絕緣層，且該絕緣層分別于該溝槽互相面對的兩側形成斜面，絕緣層而于該溝槽形成一凹槽或腔室。
13.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該下基板的該溝槽是位于該液晶層的液晶顯示不佳區(qū)的下方。
14.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該下基板更包括有多條金屬導線，且該溝槽位于該金屬導線的下方。
15.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該絕緣層為透光材料所形成。
16.如權利要求15所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該絕緣層為氧化硅或氮化硅。
17.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該絕緣層的折射率介于1.2至2.0之間。
18.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該溝槽的深寬比大于1。
19.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該凹槽或腔室為底距大于頂口距的凹槽或腔室。
20.如權利要求19所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該腔室為封閉的腔室。
21.如權利要求20所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該腔室的橫剖面為尖錐形。
22.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該絕緣層為下基板的柵極絕緣層。
23.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于，該二絕緣層斜面與該下基板表面的夾角介于5至50度之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液晶顯示裝置及其下基板，所述液晶顯示裝置包括有一上基板，一液晶層以及一下基板。此下基板的表面上有多個畫素電極、多個金屬導線以及多個開關元件。每一開關元件包括有源極、漏極以及柵極；其中源極和漏極間表面形成一溝槽，源極和漏極表面覆蓋有一絕緣層，且此絕緣層分別于源極和漏極的步階互相面對的一側形成斜面，兩絕緣層斜面于溝槽的上方相接，于溝槽形成一凹槽或腔室，并且兩絕緣層斜面的夾角介于5至50度之間。
文檔編號G02F1/133GK1794047SQ20061000123
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月10日 優(yōu)先權日2006年1月10日
發(fā)明者王涌鋒, 余良彬, 廖智良, 陳建宏, 何怡華, 李奕緯 申請人:廣輝電子股份有限公司