專利名稱：液晶顯示器件以及用于液晶顯示器件的黑矩陣的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液晶顯示器件，特別是涉及一種液晶顯示(LCD)器件以及用于該液晶顯示器件的黑矩陣。
背景技術：
平板顯示器件已經開始替代顯示的陰極射線管(CRT)用于信息。已經研制出諸如液晶顯示(LCD)器件、等離子體顯示面板(PDP)、場發射顯示器(FED)以及電致發光顯示器(ELD)的不同類型的平板顯示器來替代CRT，在這些平板顯示器中，LCD器件具有如分辨率高、重量輕、外形薄、尺寸緊湊以及功耗需求低的優點。
通常，LCD器件包括彼此相對并分隔開的兩個基板，在兩基板之間插入液晶材料。該兩個基板包括彼此相對的電極使得施加于電極之間的電壓感應穿過液晶材料的電場。液晶材料中液晶分子的排列隨著感應電場的強度成比例的改變為感應電場的方向，從而改變LCD器件的透光率。因此，LCD器件通過改變感應電場的強度顯示圖像。
圖1示出根據現有技術LCD器件的截面圖。
如圖1所示，該LCD器件“LCD”包括陣列基板“AS”、濾色片基板“CS”和液晶層14。
陣列基板“AS”包括具有開關區域“S”、像素區域“P”和存儲區域“C”的第一基板22，在第一基板22上開關區域“S”中的薄膜晶體管“T”，像素區域“P”中的像素電極17，存儲區域“C”中的存儲電容“Cst”，彼此交叉以限定像素區域“P”的柵線13和數據線15。薄膜晶體管“T”包括柵極32、半導體圖案34、源極36和漏極38。鈍化層40設置在薄膜晶體管“T”上。存儲電容“Cst”包括柵線13和與柵線13重疊的存儲電極30。
濾色片基板“CS”包括第二基板5，以及位于第二基板5上對應于柵線13、數據線15和薄膜晶體管T的黑矩陣6。該濾色片基板“CS”進一步包括對應于各自像素區域P的紅(R)、綠(G)和藍(B)濾色片圖案7a、7b和7c，以及黑矩陣6和濾色片圖案7a、7b和7c上的公共電極18。
上述陣列基板和濾色片基本彼此對準并粘結。在粘結時，可能會因為兩基板間未對準導致LCD器件漏光。因此，黑矩陣具有一定誤差容限以補償未對準從而要增加黑矩陣面積。然而，用于黑矩陣的誤差容限會降低LCD器件的孔徑比。
為了改善漏光和孔徑比，采用晶體管上濾色片(COT)型LCD器件。
圖2示出根據現有技術COT型LCD器件的截面圖。
如圖2所示，COT型LCD器件“LC”包括通過密封劑80粘結的第一基板50和第二基板90。柵線52和數據線(未示出)在第一基板50上彼此交叉以限定像素區域“P”。薄膜晶體管“T”包括第一基板50上的柵極53，柵極53上的柵絕緣層56，柵絕緣層56上的半導體圖案58，以及半導體圖案58上的源極60和漏極62。柵焊盤電極54和柵焊盤電極端子78位于柵線52的一端。鈍化層70位于具有薄膜晶體管“T”的第一基板50上。
濾色片圖案72a和72b以及黑矩陣“BM”位于鈍化層70上。濾色片圖案72a和72b包括對應于各自像素區域“P”的紅(R)濾色片圖案72a、綠(G)濾色片圖案72b和藍濾色片圖案(未示出)，并且黑矩陣“BM”對應于薄膜晶體管“T”。平整層74位于具有濾色片圖案72a和72b和黑矩陣“BM”的第一基板50上。
像素電極76位于對應于像素區域“P”的平整層74上。像素電極76和柵焊盤電極端子78由透明導電材料構成。
光掩蔽圖案92位于第二基板90的周圍部分，并且公共電極94位于第二基板90上以與像素電極76感應垂直電場。
如上所述，濾色片圖案和薄膜晶體管形成在同一基板上。因此，不需要用于補償第一和第二基板粘結過程中未對準的誤差容限。
現有技術的黑矩陣與薄膜晶體管相對應，并因此其遮蔽否則會入射到薄膜晶體管的半導體圖案上的光。此外，現有技術黑矩陣與柵線和數據線相對應，因此其遮蔽從柵線和數據線反射的光并防止在像素電極和柵線及數據線之間漏光。為此，現有技術的黑矩陣由包括碳顆粒的黑樹脂構成。碳顆粒具有吸光特性。因此，黑矩陣的光掩蔽能力依賴于碳顆粒的密度。
然而，由于現有技術的黑矩陣采用碳顆粒，其不能屏蔽薄膜晶體管、柵線或數據線之間的信號干涉，這會在薄膜晶體管、柵線或數據線之間產生寄生電容。該寄生電容導致信號延遲，這阻止了像素電極76適當的充電以產生電場。
圖3示出現有技術的具有包含碳顆粒的黑矩陣的COT型LCD器件屏幕顯示的圖像，且圖4示出現有技術的COT型LCD器件輸入和輸出信號的波形圖。
如圖3所示，屏幕的上部靠近提供數據信號的驅動電路。來自驅動電路的輸入信號沿著向下的方向延遲，因此下部的像素電極沒有充分的充電。因此，上部是清晰的，而下部沿著向下的方向逐漸變模糊。如圖4所示，由于現有技術的LCD器件的信號延遲將來自驅動電路的輸入信號“W1”變形為輸出信號“W2”。因此，降低了現有技術LCD器件的顯示質量。
發明內容
因此，本發明提出一種液晶顯示器件以及用于該液晶顯示器件的黑矩陣，可以基本避免由現有技術的限制和缺點所引起的一個或多個問題。通常，本發明通過提供具有減輕導致信號延遲以及圖像質量下降的黑矩陣與LCD電路之間寄生電容的介電屬性的黑矩陣來實現。
本發明的優點在于提高液晶顯示器件的圖像質量。
本發明的另一優點在于其降低用于液晶顯示器件的黑矩陣的寄生電容及其影響。
本發明的再一優點在于改善用于液晶顯示器件的黑矩陣的光阻擋特點。
本發明的附加優點和特征將在以下的描述中得以闡明，一部分從說明書中顯而易見，或者通過實踐本發明來認識它們。本發明的這些優點可通過書面描述及其權利要求以及附圖中具體指出的結構來實現和得到。
為了實現本發明上述和其它優點，本發明的液晶顯示器件包括第一基板、基本上與第一基板平行的第二基板、在第一基板上彼此交叉并限定像素區域的多條柵線和數據線、在柵線和數據線交叉點部分附近的薄膜晶體管、對應于像素區域的濾色片圖案、對應于像素區域的像素電極、以及設置于薄膜晶體管上的黑矩陣，在驅動頻率為1KHz到100KHz之間時，該黑矩陣具有大于或等于105Ω的阻抗、大于或等于1011Ωm的電阻率以及小于或約等于20的相對介電常數。
在本發明的另一方面，通過用于液晶顯示器件黑矩陣的樹脂來實現上述其他優點，其中該樹脂包括色素和鈦顆粒。
可以理解，前述的概括性描述和下面的詳細描述都是示例性和說明性的，其旨在對本發明的權利要求做進一步的解釋。
所包括用于提供對本發明的進一步理解，并結合構成說明書一部分的附圖，示出了本發明的各種實施方式，而且與說明書一起用于說明本發明的原理。
在附圖中圖1示出根據現有技術LCD器件的截面圖；圖2示出根據現有技術COT型LCD器件的截面圖；圖3為現有技術具有包括碳顆粒的黑矩陣的COT型LCD器件屏幕顯示圖像；圖4示出現有技術的COT型LCD器件的輸入信號波形和輸出信號波形；圖5為表示按照寄生電容的相對介電常數曲線圖；以及圖6為表示具有根據本發明示例性黑矩陣的COT型LCD器件的陣列基板平面圖。
具體實施例方式
現在參照附圖詳細說明本發明的各種優選實施方式。
在本發明的示例性實施方式中，用于LCD器件的黑矩陣由包括如下至少其中之一的黑樹脂構成涂敷有絕緣材料的碳顆粒、鈦顆粒和色素。
減少黑矩陣和鄰近黑矩陣的電極和連線之間的寄生電容，并從而防止信號延遲依賴于黑矩陣諸如電阻率和介電常數的屬性。特別地，在通過具有約1KHz到100KHz驅動頻率的交流(AC)電壓驅動LCD器件時，在該驅動頻率下的電阻性質、阻抗比電阻率具有更有效的特性。因此，為了優化黑矩陣的阻抗，黑矩陣可以由包括在其表面涂覆有絕緣材料的碳顆粒、鈦顆粒以及色素至少其中之一的黑樹脂構成。
如果將色素應用于黑矩陣，在黑樹脂中可以進一步包括溴(Br)、氯(Cl)和銅(Cu)至少其中之一，并從而得到良好的高電阻特性和低介電特性。
如果將色素應用于黑矩陣，在黑樹脂中可以包括紅、綠、藍、紫和黃色素至少其中三種。這樣，可以將具有比上述色素更高透光率特性和較高介電特性的色素數量最小化。此外，在具有色素的黑樹脂中可以包括少量涂敷有絕緣材料的碳顆粒，并因此黑矩陣可以具有小厚度的高吸光特性。具有色素的黑矩陣具有高透光率，即，在長波長范圍(大于或等于500nm)和短波長范圍(小于或等于500nm)至少其中之一的峰值透光率。在應用色素時產生該透光特性，然而，與光吸收相比較光透射非常少。如果色素應用于黑矩陣中，可以應用乙酸丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)來穩定的分布色素。
如果黑矩陣由包括涂覆有絕緣材料的碳顆粒、鈦顆粒以及色素至少其中之一的黑樹脂構成以使黑矩陣具有高電阻和低介電特性，黑矩陣可以具有約大于或等于2μm的厚度。換句話說，如果將具有沒有涂覆絕緣材料的碳顆粒的現有技術的黑樹脂用于黑矩陣中，吸光特性隨著波長從400nm增加到700nm而降低。因此，透光特性會隨著波長的增加而增長。然而，如果將涂敷有絕緣材料的碳顆粒用于黑矩陣以獲得高電阻和低介電特性，黑矩陣在長波長區域比采用沒有涂覆絕緣材料的碳顆粒的現有技術黑矩陣具有更高的透光特性。因此，為了避免由于高透光特性導致的漏光，黑矩陣可以具有大于或等于2μm的厚度。
以下，參考實施例，根據本發明示例性實施方式進一步說明用于防止信號延遲和改善顯示質量的黑矩陣的電屬性。
表1示出根據交流頻率的第一到第五黑矩陣的阻抗和電阻率的第一試驗結果。
在表1中，第一黑矩陣“BM-A”包括涂覆有絕緣材料的碳顆粒和色素。第二黑矩陣“BM-B”包括色素。第三黑矩陣“BM-C”包括涂覆有絕緣材料的碳顆粒和色素，并且在第三黑矩陣中涂覆有絕緣材料的碳顆粒和色素的混合比例不同于第一黑矩陣中涂覆有絕緣材料的碳顆粒和色素的混合比例。第四黑矩陣“BM-D”包括未涂覆絕緣材料的碳顆粒。第五黑矩陣“BM-E”包括色素，并且第五黑矩陣“BM-E”中的色素量不同于第二黑矩陣“BM-B”包括的色素量。
如表1所示，在五個黑矩陣中，僅在采用第四黑矩陣時顯示質量變壞。然而，對于其他黑矩陣第一、第二、第三和第五黑矩陣BM-A、BM-B、BM-C和BM-E，顯示質量是好的。參考表1，對于顯示質量好的黑矩陣BM-A、BM-B、BM-C和BM-E，其在1KHz具有約為107Ω的阻抗，在10KHz具有106Ω到107Ω的阻抗，在100KHz具有105Ω to 106Ω的阻抗。此外，對于顯示質量好的黑矩陣具有至少約1011Ωcm的電阻率。因此對于阻抗至少為105Ω、電阻率至少為1011Ωcm的黑矩陣驅動頻率在1KHz到100KHz時其具有很好的顯示質量。因此，可以理解如果黑矩陣不具有高透光率，則具有該阻抗和電阻率的黑矩陣可以有效的用于COT型LCD器件。
圖5為表示對應于寄生電容的相對介電常數曲線圖。在圖5中，“A”型LCD器件為在黑矩陣上沒有形成有機層的COT型LCD器件，并且“B”型LCD器件為在黑矩陣上形成有機層的COT型LCD器件。
如圖5所示，不考慮在黑矩陣上形成有機層，為了在數據線和像素線之間獲得可接受的寄生電容使得在數據線上的信號延遲約小于等于3微秒(該值為最小化信號延遲值)，黑矩陣應該具有小于或等于20的相對介電常數。例如，為了最小化信號延遲，如果“A”型黑矩陣用于LCD器件，則相對介電常數可以小于或等于20，并且如果“B”型黑矩陣用于LCD器件，則相對介電常數可以小于或等于10。因此，不考慮在黑矩陣上形成有機層，為了最小化信號延遲，可以理解，黑矩陣具有小于或等于20的相對介電常數。
表2說明對應于交流(AC)頻率的第一到第五黑矩陣的相對介電常數。
在表2中，第一黑矩陣BM-1包括涂覆有絕緣材料的碳顆粒和色素。第二黑矩陣BM-2包括未涂覆絕緣材料的碳顆粒。第三黑矩陣BM-3包括色素。第四黑矩陣BM-4包括涂覆絕緣材料的碳顆粒。第五黑矩陣BM-5包括涂覆有絕緣材料的碳顆粒和色素，并且在第五黑矩陣“BM-5”中涂覆有絕緣材料的碳顆粒和色素的混合比例不同于第一黑矩陣BM-1中涂覆有絕緣材料的碳顆粒和色素的混合比例。
如表2所示，在五個黑矩陣中，僅在采用第二黑矩陣時顯示質量變壞。然而，當采用其他黑矩陣時，即第一、第三、第四和第五黑矩陣BM-1、BM-3、BM-4和BM-5，顯示質量是好的。換句話說，如果在驅動頻率在1KHz到100KHz時其顯示質量很好，則可以理解黑矩陣可以具有約小于或等于11的相對介電常數。
如表1和表2所述，如果顯示質量好，則可以認為黑矩陣具有大于或等于為105Ω的阻抗、大于或等于1011Ωcm的電阻率以及小于或等于20的相對介電常數。為了獲得該電屬性，黑矩陣可以由包括涂敷有絕緣材料碳顆粒和色素的至少其中之一構成，并進一步包括鈦材料。
圖6為表示用于具有根據本發明具體實施方式
示例性黑矩陣的COT型LCD器件的陣列基板平面圖。該陣列基板類似于圖2的陣列基板。
如圖6所示，陣列基板“AS”包括在基板200上彼此交叉以限定像素區域“P”的柵線204和數據線212。薄膜晶體管“T”設置在靠近柵線204和數據線212的交叉部分。薄膜晶體管“T”包括在基板200上的柵極202，柵極202上的柵絕緣層(未示出)，位于柵絕緣層上的半導體圖案206以及在半導體圖案206上的源極208和漏極210。像素電極222設置于像素區域“P”中。紅(R)濾色片圖案218a、綠(G)濾色片圖案218b和藍濾色片圖案(未示出)設置于各自像素電極222下部。存儲電極214通過與存儲電極214重疊的柵線204限定存儲電容“Cst”。存儲電極214通過存儲接觸孔250與像素電極222接觸。
濾色片圖案218a或218b可以由厚絕緣樹脂構成并設置于柵線204和數據線212上。因此，像素電極222還可以設置在柵線204和數據線212上，并因此可以提高LCD器件的孔徑比。此外，黑矩陣“BM”可以設置在薄膜晶體管“T”上，并且黑矩陣“BM”可以對應于存儲接觸孔250設置。而且，黑矩陣“BM”可以對應于柵線204和數據線212設置。
在制造COT型LCD器件時，上述的陣列基板“AS”與其上設置有公共電極的相對基板相粘接。
在本發明示例性實施方式中，黑矩陣由包括以下至少其中之一的黑樹脂構成涂敷有絕緣材料的碳顆粒、鈦顆粒以及色素，使得黑矩陣具有大于或等于105Ω的阻抗、大于或等于1011Ωcm的電阻率以及小于或等于20的相對介電常數。因此，可以最小化寄生電容，并可以最小化信號延遲。該黑矩陣可以有效的用于COT型LCD器件，并改善顯示質量。
本領域的技術人員應了解，在不脫離本發明的精神或范圍的前提下，可以對本發明的LCD器件和用于該LCD器件的黑矩陣進行各種改進和變化。因此，本發明旨在包括所有落入所附權利要求書及其等同物限定的本發明的范圍內的各種改進和變化。
權利要求
1.一種液晶顯示器件，包括第一基板；基本上與第一基板平行的第二基板；在第一基板上彼此交叉并限定像素區域的多條柵線和數據線；在柵線和數據線的交叉部分附近的薄膜晶體管；對應于像素區域的濾色片圖案；對應于像素區域的像素電極；設置于薄膜晶體管上的黑矩陣，在驅動頻率為1KHz到100KHz之間時，該黑矩陣具有大于或等于105Ω的阻抗、大于或等于1011Ωcm的電阻率，以及小于或等于20的相對介電常數。
2.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述黑矩陣包括涂敷有絕緣材料的碳顆粒。
3.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述黑矩陣包括鈦顆粒。
4.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述黑矩陣包括色素。
5.根據權利要求4所述的器件，其特征在于，所述黑矩陣進一步包括溴、氯和銅至少其中之一。
6.根據權利要求4所述的器件，其特征在于，所述色素包括紅、綠、藍、紫和黃色素。
7.根據權利要求4所述的器件，其特征在于，所述色素包括紅、綠、藍、紫和黃色素至少其中三種色素。
8.根據權利要求4所述的器件，其特征在于，所述黑矩陣進一步包括溶劑。
9.根據權利要求8所述的器件，其特征在于，所述溶劑包括乙酸丙二醇單甲基醚酯。
10.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述黑矩陣可以具有最小厚度為2μm。
11.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述像素電極設置在濾色片圖案上。
12.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述黑矩陣設置在多條柵線和數據線上。
13.一種液晶顯示器件的制造方法，包括提供第一基板；提供第二基板；在第一基板上形成彼此交叉并限定像素區域的多條柵線和數據線；在柵線和數據線的交叉部分附近形成薄膜晶體管；對應于像素區形成濾色片圖案；對應于像素區形成像素電極；在薄膜晶體管上形成黑矩陣，在驅動頻率為1KHz到100KHz之間時，該黑矩陣具有大于或等于105Ω的阻抗、大于或等于1011Ωcm的電阻率，以及小于或等于20的相對介電常數。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述形成黑矩陣包括提供多個涂敷有絕緣材料的碳顆粒。
15.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述形成黑矩陣包括提供多個鈦顆粒。
16.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述形成黑矩陣包括提供色素。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述形成黑矩陣包括提供溴、氯和銅至少其中之一。
18.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述形成黑矩陣包括提供紅、綠、藍、紫和黃色素。
19.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述形成黑矩陣包括提供紅、綠、藍、紫和黃色素至少其中三種色素。
20.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述形成黑矩陣包括形成具有最小厚度為2μm的黑矩陣。
全文摘要
本發明公開了一種用于液晶顯示器件(LCD)的黑矩陣，該黑矩陣在驅動頻率為1KHz到100KHz之間時，具有大于或等于10
文檔編號H01L21/027GK1797147SQ200510079949
公開日2006年7月5日 申請日期2005年6月27日 優先權日2004年12月28日
發明者樸承烈 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社