CN100376985C - 垂直排列模式的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

在上基板和下基板之间夹置一种液晶材料。下基板包括含有栅极线和数据线的信号传输线，连结到信号传输线的薄膜晶体管和连结到薄膜晶体管的象素电极，并且上基板包括滤光片、黑色矩阵和公共电极。象素电极和公共电极具有把象素电极隔成几个畴的孔径。另外，在象素电极和公共电极之间不存在电场的情况下，包含在液晶材料中的液晶分子的指向与上、下基板垂直排列。液晶材料的介电各向异性具有-4.0～-5.5范围的值。

Description

垂直排列模式的液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器，并尤其涉及一种垂直排列模式的液晶显示器，具有分成多畴的象素区以获得较宽的视角。
背景技术
典型的液晶显示器(“LCD”)包括一个设置有公共电极和滤光片阵列的上基板，一个设置有多个薄膜晶体管(“TFT”)和多个象素电极的下基板，并且在上下基板之间夹置液晶层。对象素电极和公共电极施加电压，二者之间的压差产生电场。电场的变化改变液晶层中液晶分子的取向，并且因而改变光透过液晶层的透过率。结果，LCD通过调节象素电极和公共电极之间的压差而显示所需的图象。
LCD的一个主要缺点在于它有较小的视角，为增大视角已开发了多项技术。在这些技术当中，正在预期提出这样的方案，即在沿着相对于上、下基板垂直排列的液晶分子彼此相对的象素电极和公共电极上设置孔径图案或多个凸起。
设置在象素电极和公共电极上的孔径图案通过产生弥散场以调节液晶分子的倾斜方向而给出较宽的视角。
提供到象素电极和公共电极上的凸起使电场发生变形，从而调节液晶分子的倾斜方向。
还通过在象素电极上提供孔径图案以及在公共电极上提供凸起而实现调节液晶分子倾斜方向以形成多畴的弥散场。
这种垂直排列(“VA”)模式的LCD需要高于扭曲向列相(“TN”)模式的LCD的驱动电压，在扭曲向列相模式中液晶分子具有扭曲的排列。具体地说，TN模式的LCD所需的模拟驱动电压Avdd的大小等于或小于9V，而VA模式的LCD的驱动电压Avdd处于10V～13V的范围。因此，TN模式的LCD可以采用10V的带载封装(“TAP”)集成电路(“IC”)作为驱动IC，而VA模式的LCD被迫使用13V的TAP IC或15V的TAP IC。13V的TAP IC或15V的TAP IC相对于10V的TAP IC的昂贵价格减弱了价格竞争力。
发明内容
本发明的目的在于降低垂直排列模式的液晶显示器的驱动电压。
为了实现这一目的，本发明采用介电各向异性等于或小于-4.0的液晶材料。
具体地说，提供了一种液晶显示器，该显示器包括：一个第一绝缘衬底；形成在第一绝缘衬底上的多条第一信号线；形成在第一绝缘衬底上并与第一信号线绝缘且交叉的多条第二信号线；形成在由第一信号线和第二信号线的交叉限定的象素区上的象素电极；连结到一条第一信号线、一条第二信号线和象素电极的薄膜晶体管；与第一绝缘衬底相对的第二绝缘衬底；形成在第二绝缘衬底上的公共电极；和夹在第一绝缘衬底和第二绝缘衬底之间的液晶材料，其中，在象素电极和公共电极之间不存在电场时，包含在液晶材料中的液晶分子如此排列，使得其指向基本上垂直于第一和第二衬底，并且液晶材料的介电各向异性处于-4.0～-5.5的范围内。
优选液晶材料的介电各向异性处于-4.5～-5.0的范围。
液晶显示器还可以包括形成在第一绝缘衬底和第二绝缘衬底上的多个畴隔离元件，用于将象素区分隔成多个畴。畴隔离元件包括设置在象素电极上的孔径图案与设置在第二绝缘衬底上的介电凸起的组合，或包括一对设置在象素电极和公共电极上的孔径图案。
由畴隔离元件分隔将畴分类成纵向长畴和横向长畴，横向长畴可能占据比纵向长畴更大的面积。另外，优选地，两个相邻的第二信号线之间的距离以预定长度单位周期性地改变，并且与第二信号线相邻的象素电极的边缘沿第二信号线弯曲，使得象素电极可以有一个较窄的部分和一个较宽的部分。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的LCD的TFT阵列轮廓图；
图2是根据本发明第一实施例的LCD设置在公共电极处的孔径框图；
图3是根据本发明的第一实施例的LCD的象素电极和公共电极的正视图；
图4是沿图3中所示线条IV-IV’的截面图；
图5是依据液晶材料介电各向异性的电压-透射率(“V-T”)曲线；
图6是表示作为液晶材料介电各向异性的函数的电压V10的曲线；
图7是根据本发明的第二实施例的LCD的TFT阵列轮廓图；
图8是根据本发明第二实施例的LCD设置在公共电极处的孔径框图；
图9是根据本发明的第二实施例的LCD的象素电极和公共电极的正视图；
图10是沿图9中所示线条X-X’的截面图。
具体实施方式
下面参考附图对根据本发明实施例的垂直排列模式的LCD进行描述。
图1是根据本发明的第一实施例的LCD的TFT阵列轮廓图，图2是根据本发明第一实施例的LCD设置在公共电极处的孔径框图，图3是根据本发明的第一实施例的LCD的象素电极和公共电极的正视图，图4是沿图3中所示线条IV-IV’的截面图。
首先参见图1和4，下面描述根据本发明第一实施例的LCD的TFT阵列板。
在优选地由透明玻璃制成的绝缘衬底10上形成沿横向延伸的多条栅极线20和基本上平行于栅极线20的多条存储电容线30。从每条栅极线20伸出多个栅电极21，多组第一至第四存储电极31-34和两个存储电极连线35和36从每条存储电容线30分路并相连。第一存储电极31直接连结到存储电容线30并在纵向延伸，而第二和第三存储电极32和33连结到第一存储电极31并在横向延伸。第四存储电极34连结到第二和第三存储电极32和33并在纵向延伸。存储电极连线35和36将第四存储电极34连结到相邻象素的第一存储电极31。栅极绝缘层40形成在栅极线20和栅电极21上以及存储电容线30、存储电极31-34和存储电极连线35、36上，并且在栅极绝缘层40上形成优选由非晶硅制成的半导体层50。在半导体层50上形成优选由重掺杂有N型杂质如P的非晶硅制成的接触层61和62。在接触层61和62的各个部分上形成多对源电极71和漏电极72，并且源电极71连结到在纵向延伸并位于栅极绝缘层40上的多条数据线70。在数据线70-72上形成一个钝化层80，该钝化层80具有多个暴露漏电极72的接触孔81，并且在钝化层80上形成多个经接触孔81连结到漏电极72的象素电极90。象素电极90优选地由透明导体材料如氧化铟锡(“ITO”)或氧化铟锌(“IZO”)制成。
每个象素电极90被分成第一至第三分区91-93，而这些分区91-93经多条连线94-96彼此连接。第一分区91具有矩形形状，带四个倒角，位于由两条栅极线20和两条数据线70交叉限定的象素区的下半部。第一分区91经接触孔81直接连接到漏电极72。第二和第三每个分区92和93也具有矩形形状，带四个倒角，位于象素区的上半部。第二分区92经第一和第二连线94和96连接到第一分区91，第三分区93经第三连线95连接到第二分区92。此处，第二存储电极32设置在第一分区91和第二分区92之间，第三存储电极33设置在第二分区92和第三分区93之间，并且第一和第四存储电极31和34设置在象素电极90和数据线70之间。第一分区91平行于数据线70的边缘比平行于栅极线20的边缘长，而第二及第三分区92和93平行于数据线70的边缘比平行于栅极线20的边缘短。第二和第三分区92和93覆盖第一和第四存储电极31和34，而第一分区91不与它们重叠。存储电容线30设置在栅极线20和第三分区93之间。通常存储电容线30、存储电极31-34和存储连线35和36被施以将施加给滤光片板上公共电极的电压，后面有叙。
设置在数据线和象素电极之间以及栅极线和象素电极之间的被施加公共电压的存储电容线或存储电极阻挡数据线和栅极线的电压对象素区中电场的影响，由此使畴稳定。
下面参见图2和4对根据本发明第一实施例的LCD的滤光板进行描述。
在优选地由玻璃制成的透明衬底100上形成优选包含双层Cr和CrOx的黑色矩阵200。黑色矩阵200限定多个象素区。在各个象素区中形成多个滤光片300，在滤光片300上形成优选由透明导体制成的公共电极400。在公共电极400上形成多个凸起510-530的图案，这些图案优选地由一种介电常数不同于液晶材料900的电介质制成。每个凸起图案510、520和530包括第一至第三凸起510-530。第一凸起510在横向平分象素区的下半部，而第二和第三凸起520和530在纵向平分象素区的上半部。每个凸起510、520或530的两端逐渐扩大，形成等腰三角形，并且凸起510-530彼此分开。显然，凸起510-530是将象素区分成多个畴的畴隔离元件。
黑色矩阵200可以由一种有机材料制成，滤光片可以设置在TFT阵列板上。
下面参考图3和图4对根据本发明第一实施例的LCD进行描述。
首先，通过如下步骤来制备根据本发明第一实施例的LCD：即，对齐并合并图1所示的TFT阵列板与图2所示的滤光片，将液晶材料900注入各板之间的间隙中，使得包含在其中的液晶分子在垂直方向排列，并且在衬底10和100的外表面上增加两个偏振片11和101，使得两个偏振片11和101的偏振轴彼此垂直。
对齐两个衬底10和100之后，TFT阵列板中每个象素电极90的分区91-93以及滤光板中公共电极400上的第一至第三凸起510-530重叠，从而将象素区分成几个子区。象素电极90的每个分区91-93包括两个长边和两个短边，每个分区91-93的长边平行于数据线70或栅极线20，并且与偏振片10和101的偏振轴成45度(如图3所示)。此处，当每个分区91-93的长边接近数据线70和栅极线20时，存储电容线30或存储电极31-34设置在数据线70和长边以及栅极线20和长边之间。同时，存储电容线30、存储电极31-34不接近分区91-93的短边设置，或者如果设置得接近分区91-93的短边，它们优选地用象素电极80完全覆盖或与象素电极90分开3微米或更多。上述设置存储电容线30-34的原因在于接近分区91-93的长边的数据线70和栅极线20阻碍畴的形成，而接近分区91-93的短边的数据线和栅极线增进畴的形成。液晶材料的介电各向异性Δε具有-4.0～-5.5范围内的值，并且尤其优选-4.5～-5.5范围的值，这是因为电压V10(表示使透射率为最大透射率的10％的电压)可以降到2.2V或更低。
下面参考图5和6描述优选液晶材料900的介电各向异性处于-4.0～-5.5的原因。图5是依据液晶材料900的介电各向异性的电压-透射率(“V-T”)曲线的变化，图6是表示作为液晶材料900介电各向异性的函数的电压V10的曲线。
如图5所示，介电各向异性变得越大，V-T曲线升高得越快。因此，给出最大透射率的电压随介电各向异性的增大而降低。附图标记4代表的曲线是关于常规液晶的，对应于约具有-3.8介电各向异性的LC4。如图5所示，LC4适于5.5V的驱动电压(考虑到Avdd，为11V)，但不适于4.5V的驱动电压(考虑到Avdd，为9V)，这是因为透射率急剧降低。
如图6所示，介电各向异性的绝对值变得越大(即，从曲线4到曲线1)，电压V10变得越低。LC4的电压V10处于2.4V～2.5V的范围，而以9V或更低Avdd电压驱动的电压V10优选地比LC4低0.5V。在透射率下降较小期间，V10电压比LC4低约0.3V，即等于和低于2.2V的V10电压能够以9V Avdd的低压驱动。图6表示等于或小于-4.5的介电各向异性Δε使V10电压等于或小于2.2V，并因而适于低压驱动。但是，当介电各向异性Δε变得小于-5.5时，响应速度变低，并且由于液晶粘滞性的极度增大，残留图象很显著。考虑到通过调节其它的盒变量、如盒间隙、液晶的弹性系数、液晶的折射各向异性将驱动电压补偿到一定程度，适于低压驱动的介电各向异性Δε增大到-5.5～-4.0。
图7是根据本发明的第二实施例的LCD的TFT阵列轮廓图，图8是根据本发明第二实施例的LCD设置在公共电极处的孔径框图，图9是根据本发明的第二实施例的LCD的象素电极和公共电极的正视图，图10是沿图9中所示线条X-X’的截面图。
首先，参考图8和图9描述TFT阵列板。
在绝缘衬底10上形成多条在横向延伸的栅极线20和多条基本上在相同方向延伸的存储电容线30，而多个栅电极21从每条栅极线20伸出。在此实施例中，存储电容线30不是精确的直线。具体地说，每个存储电容线30包括多个具有较大宽度的横条，横条沿横向延伸的虚构直线对齐，使得横条稍微纵向偏离虚构线条，并且具有较小宽度的多个连线连结横条。在纵向延伸的多对第一和第二分叉电极33和31连结到各个电容线20，在横向延伸的多条第三分叉电极32连结到相应的第二分叉电极31。
在栅极线20和存储电容线30、电极31、32上形成一个栅极绝缘层40。
在栅极绝缘层40上形成一个优选地由氢化的非晶硅制成的半导体层50。半导体层50叠盖栅电极21。
在半导体层50上形成一个接触层(未示出)，该接触层优选地由重掺杂有n型杂质的n+型氢化非晶硅制成。接触层包括多个成对部分，每对中的部分彼此分开并相对于栅电极21对置。
在接触层上形成数据线70-72。多条数据线70在纵向延伸并放置在栅极绝缘层40上。数据线不是精确的直线。具体地说，每条数据线70包括多个沿纵向延伸的虚构直线对齐的纵条，使得纵条稍微横向偏离虚构直线，并且多条连线连结纵条。考虑到横向长子区域和纵向长子区域的占空比，调节纵条之间的偏离距离。两条相邻数据线70的偏离方向彼此相反，并且由此设置在相邻数据线70的相对纵条之间的区域布置成使得较窄的区域和较宽的区域在横向和纵向交替出现。数据线70与存储电容线30和栅极线20交叉，并且在此实施例中，数据线70和存储电容线30通过它们的连线互连。
在数据线70上形成一个钝化层80。
在钝化层80上，在由两条相邻的数据线20和两条相邻的数据线70交叉限定的各个象素区中形成多个优选由ITO或IZO制成的象素电极90。象素电极90经各个接触孔141连结到各自的漏电极72。每个象素电极90有一个较窄部分和一个类似象素区的较宽部分。在较窄部分设置一个在纵向延伸的第一孔径98，而在较宽部分设置两个在横向延伸的第二孔径99。第一孔径98在横向将象素电极90的较窄部分一分为二，而第二孔径99将较宽部分平分为在纵向分布的三个分区。较宽部分的三个分区中的中间分区的宽度至少是其它两个分区宽度的两倍。第一孔径98与存储电容线30的第一分叉电极33重叠，而第二孔径99与第三分叉电极32重叠。显然，第一孔径98和第二孔径99是将象素区分成多个畴的畴隔离元件。
接下来，参考图8和图10描述与TFT阵列板相对的上基板。
在绝缘衬底100上形成一个黑色矩阵200，在黑色矩阵200上形成多个红、绿和蓝色滤光片300。在滤光片300上形成一个外涂层600，并且在外涂层600上形成一个由透明导电材料如ITO或IZO制成的公共电极400。在公共电极400上设置多组第三至第五孔径，并且孔径分布成图8所示的图案。具体地说，第三孔径410在纵向延伸，而第四孔径420和第五孔径430在横向延伸。第四和第五孔径420和430设置在第三孔径410的左右，第五孔径430设置在两个第四孔径420之间。另外，与第四和第五孔径420及430相邻的边界弯曲成与第四和第五孔径420和430的端部分开。显然，第三孔径410、第四孔径420和第五孔径430是将象素区分成多个畴的畴隔离元件。
下面参考图9和图10描述本发明第二实施例的LCD。
本发明第二实施例的LCD通过以预定的间隙对齐TFT阵列板10和上基板100并将液晶材料注入和密封到间隙中而制造。包含在液晶材料中的液晶分子排列成在象素电极90和公共电极400之间不存在电场时其指向垂直于TFT阵列板10和上基板100。
液晶材料900的介电各向异性Δε具有-4.0～-5.5范围内的值，这是因为可以将V10电压(表示使透射率为最大值的10％的电压)降到2.2V或更低。
下面描述将TFT阵列板10和上基板100合并后导线、象素电极和孔径的轮廓。
第三孔径410与象素电极90较窄部分的左、右边重叠，并且第四孔径420与象素电极90较宽部分的上、下边重叠。第五孔径530设置成将象素电极90的较宽部分平分为上、下两半。因此，象素电极90的较窄部分被第一孔径98和第三孔径410隔成两个子区，而象素电极90的较宽部分被第二、第四和第五孔径99、420和430隔成四个子区。此处，考虑到横向长子区B和纵向长子区A的占空比，决定子区的宽度最好处于20±5微米。子区太窄宽度将降低占空比，而太宽的宽度将导致弥散场的强度较弱，并因而使得控制液晶分子的倾斜方向很困难。横向长子区B的占空比可以大于纵向长子区A的占空比。优选地是横向长子区B的占空比是整个象素区的约60％～90％。
上述结构的象素电极90和孔径图案98、99、410、420和430很大地提高了孔径比。根据本发明的LCD显示出48％的孔径比，这是通过改进象素电极90本身的形状、进而调节横向长子区和横向长子区的宽度而获得的。另外，在最初由黑色矩阵200遮挡的象素区的周围设置公共电极400上的大部分孔径410-430，由此将孔径比的降低减到最小。即，将第三孔径410设置成与象素电极90较窄部分的左、右边重叠，并且将第四孔径420设置成与象素电极90较宽部分的上、下边重叠，即被黑色矩阵遮挡的区域，从而防止象素区之间边界处的光泄漏，或是设置用于存储电容的存储电容线30。于是，设置在这些区域上的第三和第四孔径410和420不会降低孔径比。
另外，还可以通过使横向长子区B大于纵向长子区A来增大可视性。
另外，因为根据本发明第二实施例的LCD中所有衬底具有矩形形状，所以从响应速度和使子区角部附近的变形(texture)最小化两方面都有利。
根据本发明，可以通过利用介电各向异性处于-4.0～-5.5范围的液晶材料以低于常规LCD的驱动电压驱动。可以通过利用介电各向异性处于-4.0～-5.5范围的液晶材料将V10电压(使透射率为最大透射率的10％的电压)降到2.2V或更低。因此，可以用便宜的低压驱动IC代替昂贵的高压驱动IC。

Claims (7)

1.一种液晶显示器，包括：
一个第一绝缘衬底；
形成在第一绝缘衬底上的多条第一信号线；
形成在第一绝缘衬底上并与第一信号线绝缘且交叉的多条第二信号线；
形成在由第一信号线和第二信号线的交叉限定的象素区上的象素电极；
连结到一条第一信号线、一条第二信号线和象素电极的薄膜晶体管；
与第一绝缘衬底相对的第二绝缘衬底；
形成在第二绝缘衬底上的公共电极；以及
夹置在第一绝缘衬底和第二绝缘衬底之间的液晶材料，
其特征在于，在象素电极和公共电极之间不存在电场时，包含在液晶材料中的液晶分子如此排列，使得其指向基本上垂直于第一和第二衬底，并且液晶材料的介电各向异性处于-4.0～-5.5的范围。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，液晶材料的介电各向异性处于-4.5～-5.0的范围。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，还包括：
形成在第一绝缘衬底和第二绝缘衬底上的第一畴隔离元件，用于将象素区分隔成多个畴；和
形成在第一绝缘衬底和第二绝缘衬底之一上的第二畴隔离元件，
其中，第一和第二畴隔离元件将象素区分成多个畴。
4.如权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于，第一畴隔离元件包括设置在象素电极上的孔径图案，而第二畴隔离元件包括设置在第二绝缘衬底上的介电凸起。
5.如权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于，第一畴隔离元件和第二畴隔离元件包括分别设置在象素电极和公共电极上的孔径图案。
6.如权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于，第一畴隔离元件和第二畴隔离元件分类为纵向长畴和横向长畴，并且横向长畴比纵向长畴占据更大的面积。
7.如权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于，两个相邻的第二信号线之间的距离周期性地以预定长度单位改变，并且与第二信号线相邻的象素电极的边缘沿第二信号线弯曲，使得象素电极有一个较窄的部分和一个较宽的部分。
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