CN100373247C - 半穿透半反射式液晶显示装置及其像素电极结构 - Google Patents

半穿透半反射式液晶显示装置及其像素电极结构 Download PDF

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Abstract

一种半穿透半反射式液晶显示装置的像素电极结构。该像素电极结构包括一设置于一栅极绝缘层表面上的反射电极、一覆盖于该反射电极上的介电层、以及一设置于该介电层表面上且与该反射电极连接的透明电极。

Description

半穿透半反射式液晶显示装置及其像素电极结构
技术领域
本发明涉及一种半穿透半反射式液晶显示装置，特别是涉及一种半穿透半反射式液晶显示装置的像素结构。
背景技术
传统上，半穿透半反射式液晶显示装置(Liquid Crystal Display，以下简称LCD)是以来自外部光源以及内建于显示系统内的背光源进行光照射而显示影像。半穿透半反射式显示装置的优点是比穿透式显示装置要省电。
图1为现有半穿透半反射式LCD面板中的像素电极的示意图。传统的半穿透半反射式LCD面板包括背面与正面基板100、160，其分别由透明材质所构成。显示面设置于正面基板100侧，而背光源(未显示)设置于背面基板160侧。一液晶层150夹于背面基板100与正面基板160之间，用以调节光线进出量以达到影像显示的功能。
传统上，像素电极包括一反射电极122，其邻接于一透明电极124，故反射与透明电极122、124分别限定了一反射区与一透明区。反射电极122是由一反射板所构成，该反射板是由具有适当反射率的金属材质所构成，而透明电极124传统上是由一透明导电材质(如铟锡氧化物或铟锌氧化物)所构成。
在该透明区中，源自一背光源(未显示)的光线182穿透透明电极124与液晶层150到达显示面以显示影像。在该反射区中，源自该显示面的一外部光源(未显示)的光线184穿透液晶层150，在反射电极122上反射，然后再穿透液晶层150到达显示面。
影响LCD显示效果的其中一系数为光学效能。光学效能是根据液晶单元相位延迟以决定其显示效能，该系数表示为“dΔn”，其中d为单元间隙(gap)，而“Δn”为单元间隙内液晶的平均双折射率差。传统上，较佳的光学相位延迟在该穿透区中为dΔn～(1/2)λ，而在该反射区中为dΔn～(1/4)λ。然而，如图1所示的传统半穿透半反射式LCD装置所遭遇的问题为单元相位延迟于反射与透明区都为相同。因此，在传统的半穿透半反射式液晶LCD的反射与透明区无法同时获得较佳的光学效能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在提供一种半穿透半反射式LCD装置，改善反射与透明区的光学效能。
本发明的目的这样实现的，即提供一种像素电极结构，适用于一半穿透半反射式液晶显示装置的一阵列基板，该阵列基板包括一栅极线、一数据线、一覆盖于该栅极线的栅极绝缘层、以及用于传送影像信号的一切换装置，该切换装置分别与该像素电极结构、该栅极线以及该数据线连接，该像素电极结构包括：
一反射电极，设置于该栅极绝缘层表面上，其中该反射电极限定出一反射区，且该反射区是以一第一电场驱动；
一介电层，覆盖于该反射电极上；以及
一透明电极，设置于该介电层表面上，且暴露出位于该反射区上的该介电层，并与该反射电极连接，其中该透明电极延伸至一透明区，且该透明区是以一第二电场驱动，
其中，该第一电场不同于该第二电场。
本发明还提供一种半穿透半反射式液晶显示装置，包括：
一第一基板；
一第二基板，其包括一栅极线、一数据线、一覆盖该数据线的栅极绝缘层、一与该栅极线和该数据线连接的开关装置、以及一像素区域；
一像素电极结构，形成在该像素区域中且与该开关装置连接，其中该像素电极结构包括一设置在该栅极绝缘层表面上的反射电极以及一透明电极，该透明电极通过一介电层与该反射电极隔开，其中该反射电极限定出以一第一电场驱动的反射区，该透明电极延伸至以一第二电场驱动的透明区，且该透明电极设置于该介电层表面上，且暴露出位于该反射区上的该介电层，以使该第一电场不同于该第二电场；以及
一液晶，填入该第一与第二基板之间。
综合地说，基于上述目的，本发明揭露一种半穿透半反射式液晶显示装置的像素电极结构。该半穿透半反射式液晶显示装置包括一第一基板、第二基板、以及填充于该第一与第二基板间的液晶，其中该第二基板包括一栅极线、一数据线、一覆盖该数据线的栅极绝缘层、一与该栅极线和该数据线连接的切换装置、以及一邻接该栅极线和该数据线的像素区域。
根据本发明，该像素电极结构包括一设置于一栅极绝缘层表面上的反射电极、一覆盖于该反射电极上的介电层、以及一设置于该介电层表面上且与该反射电极连接的透明电极。
根据本发明，该介电层的介电常数为3.5或小于3.5。该介电层的厚度在1.7μm到2μm之间。且该反射或透明电极具有发射部。
根据本发明，像素电极结构覆盖一该栅极线的区域。该半穿透半反射式液晶显示装置包括一位于该像素电极结构下方的共享电压电极。将未被该反射电极覆盖的部分该共享电压电极设置于一区域，该区域是被限定于该反射电极与该透明电极之间。将未被该像素电极覆盖的部分该共享电压电极设置于一区域，该区域是被限定于该数据线与该像素电极结构之间。将未被该像素电极覆盖的部分该共享电压电极设置于一区域，该区域是被限定于该栅极线与该像素电极结构之间。
附图说明
图1为现有半穿透半反射式液晶显示面板中的像素电极的示意图；
图2A为本发明实施例的半穿透半反射式液晶显示面板的剖面示意图；
图2B为本发明图2A中沿2B-2B区块的剖面示意图；
图2C为本发明图2A中沿2C-2C区块的剖面示意图；
图3A为本发明另一实施例的半穿透半反射式液晶显示面板的剖面示意图；
图3B为本发明图3A中沿3B-3B区块的剖面示意图；
图4A为本发明另一实施例的半穿透半反射式液晶显示面板的剖面示意图；
图4B为本发明图4A中沿4B-4B区块的剖面示意图；
图4C为本发明图4A中沿4C-4C区块的剖面示意图；
图4D为本发明图4A中沿4D-4D区块的剖面示意图；
图5为本发明另一实施例的半穿透半反射式液晶显示面板的剖面示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
本发明提供一种半穿透半反射式液晶显示装置，改善反射与透明区的光学反应效能。
图2A～图2C显示本发明实施例的半穿透半反射式液晶显示面板的示意图。图2A为一像素区的上视图，图2B、图2C分别为图2A中沿2B-2B、2C-2C区块的剖面示意图。
半穿透半反射式LCD面板包括栅极线212，其与数据线214垂直相交以限定一像素区的阵列。栅极线212分别延伸进每一像素区的栅极垫216内，每一像素区内形成一像素电极结构，如符号220所示。像素电极结构220包括一反射电极222与一透明电极224，反射电极222与透明电极224相互连接。反射电极222形成一反射区，透明电极224形成一邻接于该反射区的透明区。
一切换装置230分别和一数据线214与栅极线212耦接以传送影像信号至像素电极结构220。切换装置230可以是一薄膜晶体管，其包括一连接至数据线214的漏极238与一连接至像素电极结构220的源极239。当启动切换装置230，影像数据可通过数据线214提供给像素电极结构220以显示影像。
图2B是显示图2A中沿2B-2B区块的剖面示意图。半穿透半反射式液晶显示装置包括一背面基板200与一平行该背面基板200的正面基板260，其间的单元间隙填充一液晶层250。背面与正面基板200、260可由透明材质(如玻璃、石英这类材质)构成。
栅极线212、栅极垫216、以及一第一共享电压电极218形成于背面基板200的一表面上。可通过图案化一第一导电金属层以形成栅极线212、栅极垫216、以及第一共享电压电极218，该第一导电金属层由铝(Al)、铝合金、铬(Cr)、钼(Mo)、铌(Nb)或这类金属所构成。
一栅极绝缘层232形成于背面基板200的表面上，覆盖栅极垫216、栅极线212、以及第一共享电压电极218。栅极绝缘层232可以是硅氧化物或硅氮化物，其可利用化学气相沉积法沉积而得。一通道层234形成于栅极绝缘层232之上且横越栅极垫216的区域。根据本发明，通道层234可利用电浆强化化学气相沉积法，掺杂非晶硅。
一覆盖层236形成在通道层234之上，其位于栅极垫216上方的区域。此覆盖层236可以由氮化硅所构成。漏/源极238、239形成于通道层234之上，分别位于覆盖层236的两侧。在一制造方法实施例中，当图案化一第二导电金属层以限定该漏/源极238、239，覆盖层236可当做蚀刻停止层。一薄膜晶体管230由栅极垫216、栅极绝缘层232、以及漏极238与源极239构成，其可做为开关装置以传送影像信号给像素电极结构220。
反射电极222形成在栅极绝缘层232的表面上，其与源极239连接，并且延伸出一覆盖第一共享电压电极218的区域。在一制造方法实施例中，可以通过图案化具有一适当反射率的相同导电金属层，以形成反射电极222、源极239与漏极238。
介电层240形成在背面基板200的上，其覆盖薄膜晶体管230与反射电极222。根据所选择的介电层240的特性，特别是指其厚度与介电常数，以调节液晶层250中产生的电场。在一制造方法实施例中，介电层240为一有机介电层，其介电常数为3.5，厚度在1.7μm到2μm之间。此外，介电常数也可小于3.5。
一透明电极224形成在介电层240的表面上，其可由一透明导电材质(如铟锡氧化物或铟锌氧化物之类)所构成。透明电极224通过一接触窗226与反射电极222连接，其中接触窗226形成于介电层240中。
如图2B所示，一滤光片262、一绝缘层264、以及一第二共享电压电极266依序叠在正面基板260的内表面上。滤光片262的制造方法可以先沉积一滤光片材质，执行一半色调曝光以特别限定区域262a，并且蚀刻该滤光片材质。
凸出部268a、268b形成于第二共享电压电极266上，其分别位于反射区与透明区。凸出部268a、268b产生可导致多个区域(domain)的边界条件(boundary condition)，令液晶分子分别具有不同方向的预倾角，使得液晶显示装置具有较广的视角。
图2C显示图2A中沿2C-2C区块的剖面示意图。本发明揭露的特定操作电压仅为相关实施例，实际上有许多操作电压可用以驱动操作液晶显示装置。
为了进行影像显示，分别施加0伏特的电压至第一与第二共享电压电极218、266，并且通过数据线施加4伏特的电压至透明电极222、224。结果像素电极结构220与第一与第二共享电压电极218、266间的电压差产生穿透液晶层250的等电位线280。
分布在反射像素区与透明像素区的等电位线具有不同的电平(位准)。在反射像素区中，等电位线的其中一部分280a位于介电层240的范围内。控制等电位线的分布可在液晶层中产生电场，其分别在反射与透明区内有不同的电场强度。根据本发明实施例，反射区中的电场强度小于透明区中的电场强度，因此，可修正反射区与透明区中的液晶有效双折射率Δn，以控制与调节决定单元延迟特性的dΔn乘积，以获得在反射区与透明区中较理想的光学效能。
在操作过程中，液晶显示通常根据一反转模式予以驱动，即每两个连续显示画框施加反转偏压的影像信号至每一像素。为了获得可区隔液晶分子在不同方向倾角的良好且稳定的边界区域，本发明提供不同配置的像素电极结构且叙述于下文。
在图2A～图2C所述的实施例中，反射电极222覆盖一区域Wr，其与栅极线212及第一共享电极电极218重叠。在重叠区域中，宽度为Wg的栅极线212完全被反射电极覆盖，宽度为Wc的而第一共享电压电极218则有一部分218a未被反射电极所覆盖。该结构因栅极线212的电场分布，故可减少光漏产生，并且在反转模式操作中可提供液晶层稳定的区域边界。
在图3A、图3B的另一实施例中，一突出部268b形成于透明区域中的第二共享电压电极266上，而反射区中则不需形成突出部。反射电极222与栅极线212与第一共享电压电极218重叠。在重叠区域中，反射电极222完全覆盖宽度为Wg的栅极线212以及宽度为Wc的而第一共享电压电极218。
在图4A～图4D的另一实施例中，栅极线212设置于被像素电极结构覆盖的区域外，且切换装置230形成于重叠栅极线212的区域。第一共享电压电极418包括未被反射与透明电极222、224覆盖的突出部418a、418b、418c。突出部418a设置于区域490a，区域490a被限定在一栅极线212与一邻接像素电极结构220的反射电极222之间。突出部418b设置于一数据线214与一透明电极224间的区域490c。
此外，需了解像素电极结构可包括一些反射、透明电极。图5显示一像素电极520，其包括分别与一反射电极522耦接的两透明电极524，因此，一像素上可设置多于一反射、透明区。
虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。

Claims (19)

1.一种像素电极结构，适用于一半穿透半反射式液晶显示装置的一阵列基板，该阵列基板包括一栅极线、一数据线、一覆盖于该栅极线的栅极绝缘层、以及用于传送影像信号的一切换装置，该切换装置分别与该像素电极结构、该栅极线以及该数据线连接，该像素电极结构包括：
一反射电极，设置于该栅极绝缘层表面上，其中该反射电极限定出一反射区，且该反射区是以一第一电场驱动；
一介电层，覆盖于该反射电极上；以及
一透明电极，设置于该介电层表面上，且暴露出位于该反射区上的该介电层，并与该反射电极连接，其中该透明电极延伸至一透明区，且该透明区是以一第二电场驱动，
其中，该第一电场不同于该第二电场。
2.如权利要求1所述的像素电极结构，其中，该透明电极由透明导电材质所构成。
3.如权利要求1所述的像素电极结构，其中，该介电层的介电常数为3.5或小于3.5。
4.如权利要求1所述的像素电极结构，其中，该介电层的厚度在1.7μm到2μm之间。
5.如权利要求1所述的像素电极结构，其中，该反射电极由一导电金属材质所构成。
6.如权利要求1所述的像素电极结构，其中，该透明电极经由该介电层的一接触窗与该反射电极连接。
7.一种半穿透半反射式液晶显示装置，包括：
一第一基板；
一第二基板，其包括一栅极线、一数据线、一覆盖该数据线的栅极绝缘层、一与该栅极线和该数据线连接的开关装置、以及一像素区域；
一像素电极结构，形成在该像素区域中且与该开关装置连接，其中该像素电极结构包括一设置在该栅极绝缘层表面上的反射电极以及一透明电极，该透明电极通过一介电层与该反射电极隔开，其中该反射电极限定出以一第一电场驱动的反射区，该透明电极延伸至以一第二电场驱动的透明区，该透明电极设置于该介电层表面上，且暴露出位于该反射区上的该介电层，以使该第一电场不同于该第二电场；以及
一液晶，填入该第一与第二基板之间。
8.如权利要求7所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其还包括一滤光片，设置于一与该像素区域重叠的区域。
9.如权利要求8所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，该滤光片包括一薄区，该薄区位于一对应该反射电极的区域。
10.如权利要求7所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，一突出部形成在一该第一基板的内表面上，该内表面位于相对于该反射电极的位置。
11.如权利要求7所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，一突出部形成于一该第一基板的内表面上，该内表面位于相对于该透明电极的位置。
12.如权利要求7所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，该介电层的介电常数为3.5或小于3.5。
13.如权利要求7所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，该介电层的厚度在1.7μm到2μm之间。
14.如权利要求7所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，该透明电极经由该介电层的一接触窗与该反射电极连接。
15.如权利要求7所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，该像素电极结构覆盖一该栅极线的区域。
16.如权利要求7所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其还包括一位于该像素电极结构下方的共享电压电极。
17.如权利要求16所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，将未被该反射电极覆盖的部分该共享电压电极设置于一区域，该区域被限定于该反射电极与该透明电极之间。
18.如权利要求16所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，将未被该像素电极覆盖的部分该共享电压电极设置于一区域，该区域被限定于该数据线与该像素电极结构之间。
19.如权利要求16所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其中，将未被该像素电极覆盖的部分该共享电压电极设置于一区域，该区域被限定于该栅极线与该像素电极结构之间。
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