CN100368903C - 具有多个区域的共平面开关模式液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一具有多个区域的共平面开关模式液晶显示装置包括:限定多个像素的多条栅极线和多条数据线;像素中的开关元件;在像素中平行设置的至少一对电极,其中,像素包括至少3个区域,每个区域中形成有方向不同的平行电场。

Description

具有多个区域的共平面开关模式液晶显示装置技术领域本发明涉及共平面开关模式(in-plane switching mode)液晶显示装置,具 体涉及其中像素分成至少三个区域(domain)的共平面开关模式液晶显示装置, 以便改善视角特性、补偿颜色偏移问题。背景技术近年来,由于采用诸如移动电话、PDA (个人数字助理)、笔记本电脑等 便携式电子装置,因此,积极地开发了各种平板显示装置,例如,PDP (等离 子体显示板)、FED (场发射显示器)、VFD (真空荧光显示器)和液晶显示装 置等。这些平板显示装置中,其中主要应用的是液晶显示装置,其原因是,液 晶显示装置能够批量生产,具有高清晰度和有效的驱动方法。液晶显示装置按照液晶分子的对准方式可以分成各种显示模式。TN模式 液晶显示装置,由于具有有效的黑色(black)模式、快速响应时间和低驱动 电压,因而成为主要应用的液晶显示装置。但是,在该TN模式液晶显示装置 中,在加电场时,液晶分子按垂直于基板的方向对准。因此,在加驱动电压时, 存在视角窄的问题。为了克服该问题,已经开发了一些具有宽视角特性的液晶显示装置,例如 共平面开关模式液晶显示装置(IPS)。 IPS模式液晶显示装置中,加电场时, 液晶分子按平行于基板的方向对准。因此,液晶分子按平行于基板表面的方向 对准,结果,改善了视角特性。图1示出了 IPS模式液晶显示装置的原理。如图1所示,在现有技术的IPS模式液晶显示装置中,液晶层30的液晶 分子32的取向方向是与栅极线的延长方向成一预定角度。如图1A和1B所示, 不加电场时(电场断开状态下),液晶分子沿取向方向对准。但是,IPS模式液晶显示装置中,存在颜色沿视角偏移的问题。如图1C 所示,加电场时,第一基板10附近的液晶分子按平行于栅极线延长方向的方

向对准,第二基板20附近的液晶分子按相对于栅极线成90度到180度角的方 向对准,所以,液晶分子从第一基板10扭曲到第二基板20。因此,视角方向 X和Y中的颜色沿着观察方向偏移成蓝色和黄色,如图1C所示,结果,图像 质量损坏。为了克服该问题,开发了如图2所示的IPS模式液晶显示装置(韩 国专利申请No.l996-23115)。该IPS模式液晶显示装置中,用栅极线1和数据 线3限定的像素分成两个区域。也就是说,用分别连接到公共电极5和像素电 极7的公共线6和像素电极线8将像素分成两个区域1, II。在像素中,位于栅极线1和数据线3的交叉点的薄膜晶体管15包括:栅 极16、半导体层17、源极18和漏极19。来自外部驱动器的信号经薄膜晶体 管加到像素电极7,因此,液晶层中加平行于基板表面的电场。按数据线3的延长方向形成取向方向(即,研磨方向)。而且,第一区域 I中的公共电极5和像素电极7的延长方向与第二区域II中的公共电极5和像 素电极7的延长方向不同。具体地说,公共电极5和像素电极7设置成倾斜于 栅极线1,分别位于第一区域I和第二区域II中的公共电极5和像素电极7以 公共线6为中心对称地设置。因此,第一区域和第二区域中的色移相互补偿, 因此,可以防止像素中的色移。但是,在具有两个区域的该IPS模式液晶显示装置中,视角特性的改善受 到限制。具有两个区域的IPS模式液晶显示装置与阴极射线管比较,具有例如 视角特性低和色移问题。发明内容本发明的目的是,提供一种具有多个区域的共平面开关模式液晶显示装 置,以改善视角特性和防止色移。为了达到上述目的,按照本发明的IPS模式液晶显示装置包括:由多条栅 极线和多条数据线限定的多个像素,像素包括第一部分和第二部分;每个像素 中的开关元件;在像素中平行设置的至少一对电极,以形成平行电场,在第一 和第二部分中的至少一个部分中,电极弯曲并彼此对称,在第一部分和第二部 分的电极分别沿数据线和栅极线的方向设置。第一部分包括:第一区域,该区域中的电极按与X轴方向成一预定角度 的方向设置;第二区域,该区域中的电极以X轴方向为中心,与第一区域中的电极对称。这时,角度大约是5-45度,第一部分中的取向方向基本上平行 于X轴方向。而且,第二部分包括:第三区域,该区域中的电极按与Y-轴方 向成一预定角度的方向设置;第四区域,该区域中的电极以Y-轴方向为中心, 与第三区域中的电极对称。这时,角度大约是5-45度,第二部分中的取向方 向基本上平行于Y-轴方向。公共电极可以设置在第一基板或钝化层上,像素电极可以设置在栅极绝缘 层或钝化层上。而且,公共电极和像素电极可以用不透明金属或透明的导电材 料形成。附图说明通过参见结合附图所做的详细说明可以更充分地理解本发明。其中:图1A-1D示出了现有技术共平面开关模式液晶显示装置的基本驱动方法 示意图;图2示出了现有技术IPS模式液晶显示装置的两个区域结构平面图;图3示出了按照本发明第一实施例的IPS模式液晶显示装置的结构示意图;图4示出了沿图3中i-r线剖开的剖视图;图5A-5C示出了按照本发明的IPS模式液晶显示装置的另外结构示意图; 图6示出了按照本发明第二实施例的IPS模式液晶显示装置的结构示意图;图7示出了按照本发明第三实施例的IPS模式液晶显示装置的结构示意图。具体实施方式图3示出了按照本发明第一实施例的IPS模式液晶显示装置的结构平面 图。这时,为了便于说明在图中只示出一个像素。如图3所示,像素用栅极线101和数据线103限定,薄膜晶体管设置在像 素中,薄膜晶体管包括:栅极116,连接到栅极线101用于供给扫描信号;半导体层117,设置在栅极116上,并且可以用扫描信号激活以形成沟道;在半导体层117上的源极118和漏极119。

像素中设置公共电极105a、 105b和像素电极107a、 107b,以形成平行于 基板表面的电场。公共电极105a、 105b和像素电极107a、 107b分别连接到设 置在像素中心区的公共线106和像素电极线108。这时,公共线106和像素电 极线108相互交叠以产生存储电容。像素分成四个区域。在上部分A中的公共电极105a和像素电极107a沿 着栅极线IOI的延长方向设置,而在下部分B中的公共电极105b和像素电极 107b沿着数据线103的延长方向设置。而且,在部分A和部分B中的公共电极105a、105b和像素电极107a、107b 按预定角度弯曲。也就是说,在第一区域I中的公共电极105a和像素电极107a 设置成与第二区域II中的公共电极105a和像素电极107a成一预定角度。而且, 第三区域III中的公共电极105b和像素电极107b设置成与第四区域IV中的公 共电极105b和像素电极107b成一预定角度。如上所述,公共电极105a、 105b和像素电极107a、 107b按预定角度弯曲, 所以,像素可以分成四个区域。这时,栅极线101和数据线103按与公共电极 105a、 105b和像素电极107a、 107b相同的角度弯曲。如图3所示,按X轴方向形成部分A中定向层的取向方向,公共电极105a 和像素电极107a以X轴方向为中心按5-45度的角度对称。因此,当供给信号 形成平行电场时,第一区域I中的液晶分子与第二区域II中的液晶分子按相反 的方向扭曲。结果,第一区域I和第二区域II中的视角相互补偿。而且,按Y轴方向形成部分B中定向层的取向方向,公共电极105b和像 素电极107b以Y轴方向为中心按5-45度的角度对称。因此,当供给信号形成 平行电场时,第三区域III中的液晶分子与第四区域IV中的液晶分子按相反的方向扭曲。结果,第三区域ni和第四区域iv中的视角相互补偿。按照本发明,如上述的,像素包括四个区域I、 II、 III、和IV。公共电极 105a、 105b和像素电极107a、 107b分别在部分A和部分B中对称。而且,部 分A中的取向方向与B中的取向方向不同。部分A中的取向方向基本上垂直 于部分B中的取向方向。通过研磨工序、光学对准工序和离子对准工序形成部分A和部分B中的 取向方向。为了在部分A和部分B中形成垂直的取向方向,在部分A和部分 B中淀积相同的对准材料,然后,部分A和部分B用单独的对准工序分别沿垂直的方向对准(单次淀积工序和两次对准工序)。而且,在部分A和部分B 中淀积不同的材料(比如, 一种对准材料具有平行于对准工序方向的取向方向, 另一种对准材料具有垂直于对准工序方向的取向方向),然后,通过单次对准 工序对部分A、 B进行对准,以形成垂直的取向方向(两次淀积工序和单次对 准工序)。参见图4,栅极116和公共电极105形成在第一基板130上,栅极绝缘层 132形成在第一基板130的整个面积上。半导体层117形成在栅极绝缘层132 上,源极118和漏极119形成在半导体层117上。而且,在绝缘层上,形成平 行于公共电极105的像素电极107。公共电极105和栅极116是用例如金属Cu、 Mo、 Ta、 Cr、 Ti、 Al和Al 合金形成的单金属层或多金属层。用喷镀工艺或真空蒸发工艺淀积金属,然后 用光刻工艺腐蚀。而且,像素电极107、源极118和漏极119是用例如金属Cr、 Mo、 Ta、 Cu、 Ti、 Al和Al合金形成的单金属层或多金属层。用喷镀工艺或 真空蒸发工艺淀积金属,然后用光刻工艺腐蚀。在与第一基板130相对的第二基板140上形成黑色矩阵142和滤色片层 144。黑色矩阵142形成在像素之间对应薄膜晶体管的区域中,以阻挡透过此 处的光。液晶材料设置在第一基板130与第二基板140之间,形成液晶层。附图中没有示出,定向层形成在第一基板130和第二基板140上。而且, 可以在第二基板140上形成覆盖层,以保护滤色片层144,提高第二基板140 的平整度。在图3所示的结构中,用不透明的金属形成的公共电极105a、 105b和像 素电极107a、 107b分别淀积在第一基板130上和栅极绝缘层132上。但是, 本发明也可以用于各种结构。图5A-5C示出了按本发明的该实施例的其他例 子。这时,这些例子的平面结构与图3所示的平面结构基本上一致。在图5A所示的IPS模式液晶显示装置中,用例如Cu、 Mo、 Ta、 Cr、 Ti、 Al和Al合金的不透明金属形成的公共电极105形成在第一基板130上,用例 如ITO (铟锡氧化物)和IZO (铟锌氧化物)的透明导电材料形成的像素电极 107形成在钝化层134上。该结构中,要在钝化层134中形成接触孔,以连接 薄膜晶体管的漏极119和像素电极107。而且,在钝化层134上还形成像素电 极线108 (如图3所示)。附图中没有示出,在栅极绝缘层132上淀积金属层,

用于形成存储电容的该金属层经钝化层134中的接触孔(图中没有显示)与像素电极107连接,并且与公共线106交叠(如图3所示),以获得存储电容需 要的电容量。在图5B所示的IPS模式液晶显示装置中,第一基板130上形成透明导电 材料形成的公共电极105,栅极绝缘层132上形成用不透明的金属形成的像素 电极107。而且,在图5C所示的IPS模式液晶显示装置中,在钝化层134上 形成用透明导电材料形成的公共电极105和像素电极107。由于公共电极105和/或像素电极107用例如ITO (铟锡氧化物)和IZO (铟锌氧化物)的透明导电材料形成,所以,可以提高IPS模式液晶显示装置 的孔径比和亮度。在本实施例中,如上述的,像素包括4个区域,每个区域的视角可以用邻 近区域的视角补偿,所以,可以提高视角特性并防止色移。图6示出了按照本发明第二实施例的IPS模式液晶显示装置。本实施例的 IPS模式液晶显示装置的结构与按第一实施例的IPS模式液晶显示装置的结构 相似。因此不再描述与第一实施例中相同的结构。如图6所示,本实施例的IPS模式液晶显示装置中,像素包括三个区域。 也就是说,像素以公共线206和像素电极线208为中心分成两个部分A和B, 上部分A还分成2个区域。公共电极205a和像素电极207a在上部分A中按 预定角度(例如4-45度)弯曲。公共电极205a和像素电极207a相互对称。 而且,在下部分B中,公共电极205b和像素电极207b沿着Y-轴方向设置(即 平行于数据线203的方向设置)。由于上部分A中的取向方向按X-轴方向形成,所以,当信号供给像素电 极207a时,第一区域I和第二区域II中的液晶分子按相反的方向扭曲。这时, 下部分B中的取向方向按与Y-轴成预定角度的方向形成。在本实施例中,像素分成三个区域,与具有两个区域的IPS模式液晶显示 装置相比,本实施例的IPS模式液晶显示装置的视角补偿更有效。因此,进一 步提高了视角特性,更有效地防止了色移。本实施例的IPS模式液晶显示装置可以包括图5A-5C所示的结构。因此, 公共电极205a、 205b和像素电极207a、 207b都可以用不透明的金属或透明的 导电材料形成。而且,公共电极205a、 205b和像素电极207a、 207b都可以淀

积在第一基板、栅绝缘层或钝化层上。图7示出了本发明的第三实施例。为了方便,只说明与按其它实施例的IPS 模式液晶显示装置不同的结构。如图7所示,本实施例的结构与第二实施例的结构类似。像素包括3个 区域,也就是说,上部分A有2个区域,下部分B有一个区域。上部分A中, 分别对称的公共电极305a和像素电极307a按相对于X-轴方向4-45度的角度 弯曲,按X-轴方向形成取向方向。本实施例与第二实施例的差别只是第三区 域III (即下部分B)中的公共电极305b和像素电极307b的延长方向和该区 域的取向方向不同。如图7所示,本实施例中,公共电极305b和像素电极307b 按相对于Y-轴方向5-45度的角度弯曲,按Y-轴方向形成取向方向。上述的多个实施例中,公开了具有特殊结构的IPS模式液晶显示装置。但 是,本发明不限于上述的结构。具有各种结构的IPS模式液晶显示装置都可以 用于本发明。例如,在图3中,上部分A中的公共电极和像素电极也可以设 置在下部分B中,也就是说,下部分B中的公共电极和像素电极可以沿着栅 极线设置,下部分B中的公共电极和像素电极也可以设置在上部分A中,也 就是说,上部分A中的公共电极和像素电极可以沿着数据线设置。而且,在 图6和图7中,上部分A中的公共电极和像素电极也可以设置在下部分B中, 下部分B中的公共电极和像素电极也可以设置在上部分A中。显然,本领域的技术人员无需脱离本发明的原理或范围还能对本发明的液 晶显示装置做出各种各样的修改和变化。因此,本发明的意图是要覆盖权利要 求书及其等效物范围内的修改和变更。

Claims (33)

1、一种共平面开关模式液晶显示装置,包括: 用多条栅极线和数据线限定的多个像素,像素包括第一部分和第二部分; 每个像素中的开关元件; 至少一对在像素中平行设置以形成平行电场的电极,该电极在第一部分和第二部分中的至少一个部分上弯曲并对称,在第一部分和第二部分的电极分别沿数据线和栅极线的方向设置。
2、 按照权利要求1的液晶显示装置,其特征在于,第一部分包括: 第一区域,在其中电极按相对于X-轴方向成一预定角度的方向设置;和 第二区域,在其中电极以X-轴方向为中心与第一区域中的电极对称。
3、 按照权利要求2的液晶显示装置,其特征在于,角度是5-45度。
4、 按照权利要求3的液晶显示装置,其特征在于,第一部分中的取向方 向基本上平行于X-轴方向。
5、 按照权利要求1的液晶显示装置,其特征在于,第二部分包括:第三区域,在其中电极按相对于Y-轴方向成一预定角度的方向设置;和第四区域,在其中电极以Y-轴方向为中心与第三区域中的电极对称。
6、 按照权利要求5的液晶显示装置,其特征在于,角度是5-45度。
7、 按照权利要求6的液晶显示装置,其特征在于,第二部分中的取向方 向基本上平行于Y-轴方向。
8、 按照权利要求1的液晶显示装置,其特征在于,第二部分包括: 第三区域,在其中电极按平行于Y-轴方向设置。
9、 按照权利要求8的液晶显示装置,其特征在于,第二部分中的取向方 向基本上相对于Y-轴方向成一预定角度。
10、 按照权利要求9的液晶显示装置,其特征在于,角度是5-45度。
11、 按照权利要求1的液晶显示装置,其特征在于,第二部分包括: 第三区域,在其中按与Y-轴方向成一预定角度的方向设置电极。
12、 按照权利要求ll的液晶显示装置,其特征在于,角度是5-45度。
13、 按照权利要求12的液晶显示装置,其特征在于,第二部分中的取向 方向基本上平行于Y-轴方向。
14、 按照权利要求1的液晶显示装置,其特征在于,电极包括: 公共电极;平行于公共电极设置的像素电极。
15、 按照权利要求1的液晶显示装置,其特征在于,开关元件包括薄膜晶 体管。
16、 按照权利要求15的液晶显示装置,其特征在于,薄膜晶体管包括: 第一基板上的栅极;第一基板上方的栅极绝缘层; 栅极绝缘层上的半导体层; 半导体层上的源极和漏极; 第一基板上方的钝化层。
17、 按照权利要求16的液晶显示装置,其特征在于,公共电极设置在第 一基板上,像素电极设置在栅极绝缘层上。
18、 按照权利要求17的液晶显示装置,其特征在于,像素电极用金属形成。
19、 按照权利要求17的液晶显示装置,其特征在于,公共电极用金属形成。
20、 按照权利要求17的液晶显示装置,其特征在于,公共电极用透明导 电材料形成。
21、 按照权利要求17的液晶显示装置,其特征在于,还包括: 一公共线,其连接到公共电极并设置在第一基板上;一像素电极线,其连接到像素电极并设置在栅极绝缘层上。
22、 按照权利要求21的液晶显示装置,其特征在于,公共线和像素电极 线的至少一部分重叠,且栅极绝缘层位于重叠的公共线和像素电极线之间,以 形成存储电容。
23、 按照权利要求16的液晶显示装置,其特征在于,公共电极设置在第 一基板上,像素电极设置在钝化层上。
24、 按照权利要求23的液晶显示装置,其特征在于,像素电极用透明导 电材料形成。
25、 按照权利要求24的液晶显示装置,其特征在于,还包括钝化层中的 接触孔,以连接像素电极和漏极。
26、 按照权利要求23的液晶显示装置,其特征在于,还包括:一公共线,其连接到公共电极并设置在第一基板上;一栅极绝缘层上的金属层,该金属层经接触孔连接到像素电极,金属层与 公共线重叠,以形成存储电容。
27、 按照权利要求16的液晶显示装置,其特征在于,公共电极和像素电 极设置在钝化层上。
28、 按照权利要求27的液晶显示装置,其特征在于,公共电极和像素电 极用透明导电材料形成。
29、 按照权利要求1的液晶显示装置,其特征在于,还包括: 有滤色片层的第二基板;和 在第一与第二基板之间的液晶层。
30、 一种共平面开关模式液晶显示装置,包括: 限定多个像素的多条栅极线和多条数据线; 在像素中平行设置的至少一对电极;其中,像素包括至少三个区域,在每个区域中形成有方向不同的平行电场。
31、 按照权利要求30的液晶显示装置,其特征在于,区域中的电极设置 成与邻近的区域中的电极方向不同。
32、 按照权利要求31的液晶显示装置,其特征在于,设置在至少两个区 域中的电极是对称的。
33、 按照权利要求30的液晶显示装置,其特征在于,每个区域中的取向 方向按相对于电极的5-45度角形成。
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