CN100405200C - 使用双选择二极管的液晶显示器 - Google Patents

Abstract

提供了一种液晶显示器，包括：第一绝缘基板；形成于所述第一绝缘基板上的第一和第二栅极线(121，122)；形成于所述第一绝缘基板上的像素电极(190)；形成于所述第一绝缘基板上并连接所述第一栅极线(121)和所述像素电极(190)的第一MIM二极管(D1)；形成于所述第一绝缘基板上并连接所述第二栅极线(122)和所述像素电极(190)的第二MIM二极管(D2)；面对所述第一绝缘基板的第二绝缘基板(210)；以及形成于所述第二绝缘基板上并与所述第一和第二栅极线(121，122)交叉的数据电极线(270)，其中所述数据电极线(270)包括交替向左侧和右侧的突起以交替与右侧和左侧的预定数量的像素电极(190)交迭。

Description

使用双选择二极管的液晶显示器

技术领域

本公开涉及使用金属绝缘体金属(MIM)二极管作为开关元件的薄膜二极管阵列面板及其制造方法。更具体地，本公开涉及双选择二极管(DSD)型薄膜二极管阵列面板及使用其的液晶显示器。

背景技术

液晶显示器(LCD)是使用最广泛的平板显示器之一。LCD包括两个配有场发生电极的面板以及插置在其间的液晶(LC)层。LCD通过向场发生电极施加电压以在LC层中产生电场，电场决定着LC层中LC分子的取向以调节入射光的偏振，从而显示图像。

LCD可以具有开关元件，以开关以矩阵形式设置的像素的电压。由于像素电压是各个开关的，所以LCD能够显示各种图像。具有开关元件以各个开关像素电压的LCD被称为有源矩阵LCD。

可以使用薄膜晶体管或薄膜二极管作为开关元件。在使用薄膜二极管时，能够使用MIM二极管。

MIM二极管有两个金属层和一个插置于金属层之间的绝缘层，厚度能够以微米计量。由于绝缘层的电非线性，MIM二极管可以充当开关。MIM二极管有两个端子，因此，MIM二极管的制造工艺比具有三端子的薄膜晶体管简单。因此，能够以比薄膜晶体管更低的成本制造MIM二极管。

不过，在二极管被用作开关元件时，由于所施加的电压在极性方面的不对称性，图像质量的均匀性以及对比度可能劣化。

针对非对称性，已开发出双选择二极管(DSD)面板。DSD面板包括两个二极管，它们对称地连接到像素电极并通过施加相反极性的电压被驱动。

通过向连接到同一像素电极的两个二极管施加相反极性的电压，DSDLCD表现出改善的图像质量、对比度、灰度级均匀性和响应速度。因此，DSD型的LCD能够像使用薄膜晶体管的LCD那样以高分辨率显示图像。

如下驱动DSD LCD。

当把大于临界电压的电压施加到MIM二极管时，就开启了MIM二极管的沟道，从而对连接到其上的像素电极充电。相反，当没有向MIM二极管施加信号电压时，由于MIM二极管的沟道是关闭的，所以充电电压被保持在像素电极和数据电极线之间所形成的液晶电容器中。

优选液晶电容器的充电电压是稳定的。不过，由于相邻像素和数据线的电压影响，液晶电容器的充电电压是不稳定的。当液晶电容器的充电电压变化时，像素的亮度也变化，导致图像质量劣化。

发明内容

本发明是为了改善液晶电容器的充电电压的稳定性以改善DSD LCD的图像质量。

本发明提供了一种液晶显示器，包括：第一绝缘基板；形成于所述第一绝缘基板上的第一和第二栅极线；形成于所述第一绝缘基板上的像素电极；形成于所述第一绝缘基板上、连接所述第一栅极线和所述像素电极的第一MIM二极管；形成于所述第一绝缘基板上、连接所述第二栅极线和所述像素电极的第二MIM二极管；面对所述第一绝缘基板的第二绝缘基板；以及形成于所述第二绝缘基板上并与所述第一和第二栅极线交叉的数据电极线，其中所述数据电极线包括交替向右侧和向左侧突出的突起，以交替与右侧和左侧的预定数量的像素电极交迭。

所述液晶显示器可以进一步包括设置于所述第二绝缘基板和所述数据电极线之间的黑矩阵、滤色器以及保护涂层。所述黑矩阵的主要成分可以是有机材料。

当列方向表示数据电极线的长度方向时，右突起和左突起的周期为两个像素的列方向长度。

第一MIM二极管包括：连接到所述第一栅极线的第一输入电极；连接到所述像素电极的第一接触部分；形成于所述第一输入电极和所述第一接触部分上的第一沟道绝缘层；以及形成于所述第一沟道绝缘层上并与所述第一输入电极和所述第一接触部分交叉的第一浮置电极；第二MIM二极管包括：连接到所述第二栅极线的第二输入电极；连接到所述像素电极的第二接触部分；形成于所述第二输入电极和所述第二接触部分上的第二沟道绝缘层；以及形成于所述第二沟道绝缘层上并与所述第二输入电极和所述第二接触部分交叉的第二浮置电极。

两个相邻的数据电极线可以被施以极性彼此相反的信号电压。

第一栅极线和像素电极可以由ITO或IZO制成。

附图说明

结合附图通过以下描述能更详细地理解本发明的优选实施例，附图中：

图1为根据本发明实施例的液晶显示器的透视图；

图2为根据本发明实施例的液晶显示器的布局图；

图3为取自图2的线III-III’的根据本发明实施例的液晶显示器的截面图；

图4为液晶显示器的布局图，示出了在采用列反转驱动时的像素极性；

图5为施加到数据电极线以获得图4所示的像素极性的数据信号电压的波形图；

图6为液晶显示器的布局图，示出了在采用点反转驱动时的像素极性；

图7为施加到数据电极线以获得图6所示的像素极性的数据信号电压的波形图；

图8为数据信号电压、扫描信号电压和液晶电压的波形图。

具体实施方式

以下将参考附图更全面地描述本发明的优选实施例，在附图中示出了本发明的优选实施例。不过，本发明可以以不同的形式实施，不应被视为受限于此处给出的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并向本领域的技术人员全面传达本发明的范围。

在附图中，为清晰起见夸大了层、膜和区域的厚度。通篇中类似的附图标记指示类似的元件。应当理解，当称诸如层、膜、区域或基板的元件在另一元件“上”时，它可以直接在其他元件上，或者也可以存在中间元件。

图1为根据本发明实施例的液晶显示器的透视图。

如图1所示，液晶显示器具有下面板(薄膜二极管阵列面板)100、面对下面板100的上面板(滤色器阵列面板)200、以及液晶层3，液晶层3插置于两面板100和200之间并具有相对于面板100和200的表面沿水平方向配向的液晶分子。

下面板100具有：形成于具有红、绿和蓝像素的对应区域上的多个像素电极190；传输极性相反的信号的多对栅极线121和122；以及多个作为开关元件的MIM二极管D1和D2。

上面板200包括：多条数据电极线270，与像素电极190一起形成电场用于驱动液晶分子，并通过与栅极线121和122的线对交叉界定像素区域；以及多个红、绿和蓝滤色器220，其各自与像素区域对应以界定红、绿和蓝像素区域。也可以包括其上不形成滤色器的白像素区域。

以下将详细描述根据本发明实施例的薄膜二极管阵列面板100的结构。

图2为根据本发明实施例的液晶显示器的布局图。

如图2所示，根据本发明实施例的液晶显示器具有排列成矩阵形状的红像素(R)、绿像素(G)和蓝像素(B)。作为一例，沿着行依次和重复示出了红、绿和蓝像素，沿着列示出了同一颜色的像素。换言之，彼此平行地设置红、绿和蓝像素列以获得线条。

红、绿和蓝像素的排列顺序可以以多种方式变化，且可以包括白像素。

在上述LCD中，一组红、绿和蓝像素形成作为图像基本单元的点。每个像素的尺寸是均匀的。

以下将更详细地描述根据本发明实施例的薄膜二极管阵列面板100和上面板200的结构。

图3为取自图2的线III-III’的根据本发明实施例的液晶显示器的截面图。

将描述薄膜二极管阵列面板100。

如图2和3所示，在诸如玻璃的透明绝缘基板110上形成多个由诸如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)的透明导体制成的像素电极190。

像素电极190电连接到第一和第二栅极线121和122，其经由MIM二极管D1和D2沿横向延伸。

对于反射型LCD，像素电极190可以由光反射性良好的导体，例如铝(Al)和银(Ag)制成。

更详细地，每个像素电极190均形成于绝缘基板110上的像素区域中。像素电极190包括第一接触部分191和第二接触部分192。

传输扫描信号的第一和第二栅极线121和122分别设置于绝缘基板110上的像素区域的上侧和下侧。分别连接到第一和第二栅极线121和122的第一和第二输入电极123和124彼此相向延伸。第一和第二输入电极123和124分别相邻像素电极190的第一和第二接触部分191和192，其间有预定间隙。

优选地，第一和第二栅极线121和122与像素电极190由相同的材料制成，以简化制造工艺。不过，当另一目的，例如减小电阻更为重要时，第一和第二栅极线121和122可以由不同于像素电极190的材料制成。在这种情况下，第一和第二栅极线121和122可以由铝(Al)、铬(Cr)、铊(Ta)、钼(Mo)和它们的合金之一制成。

第一和第二沟道绝缘层151和152分别形成于第一和第二输入电极123和124上。第一和第二绝缘层151和152由氮化硅(SiNx)制成。

第一沟道绝缘层151局部设置于第一输入电极123和第一接触部分191上。第二沟道绝缘层152局部设置于第二输入电极124和第二接触部分192上。不过，沟道绝缘层151和152可以形成于绝缘基板110的整个区域上。这种情况下，沟道绝缘层具有接触孔以将栅极线121和122连接到外部电路。

第一浮置电极141形成于第一沟道绝缘层151上，与第一输入电极123和第一接触部分191交叉。第二浮置电极142形成于第二沟道绝缘层152上，与第二输入电极124和第二接触部分192交叉。

上面板200包括：绝缘基板210、黑矩阵220、多个红、绿和蓝滤色器230R、230G和230B、形成于滤色器230R、230G和230B上的保护涂层250、以及形成于保护涂层250上的多个数据电极线270。

这里，数据电极线270基本沿着左右像素的边界线沿纵向延伸，并具有周期性向着左右侧突出的突起。右突起和左突起交替出现。因此，数据电极线270交替地与右侧像素电极270和左侧像素电极270交迭。例如，第一和第二像素列之间的数据电极线270与第二像素列和第一像素行、第一像素列和第二像素行、第二像素列和第三像素行、第一像素列和第四像素行等的像素电极交迭。

右突起和左突起的周期可以改变。例如，可以形成数据电极线270的突起以和行中的两个像素电极交迭。在这种情况下，四个像素的列方向的长度为右突起和左突起的周期。

黑矩阵220由铬单层或铬和氧化铬双层形成。黑矩阵220可以由有机材料制成。当黑矩阵220由有机材料制成时，减小了基板210的应力。有机黑矩阵对于柔性显示器有用。

黑矩阵220设置于MIM二极管和像素的边界上。

保护涂层250可以由氮化硅或氧化硅制成。不过，对于形成平坦表面而言，优选保护涂层250由有机绝缘材料制成。

数据电极线270由诸如ITO和IZO的透明导体制成。数据电极线270与像素电极190交迭，且液晶层3插置于数据电极线270和像素电极190之间以形成液晶电容器。

第一浮置电极141、第一输入电极123、第一接触部分191和插置于它们之间的第一沟道绝缘层151形成第一MIM二极管D1。第二浮置电极142、第二输入电极124、第二接触部分192和插置于它们之间的第二沟道绝缘层152形成第二MIM二极管D2。

由于沟道绝缘层151和152的电压-电流特性的非线性，第一和第二MIM二极管D1和D2仅在施加了超过沟道绝缘层151和152的临界电压的电压时才允许对像素电极190充电。相反，当未向MIM二极管D1和D2施加信号电压时，由于MIM二极管M1和M2的沟道关闭，充电电压被保持在形成于像素电极190和数据电极线270之间的液晶电容器中。

当所制造的LCD具有上述结构时，通过执行列反转驱动实现了点反转效应。这减小了液晶电压的变化，改善了对比度和图像质量并减小了功耗。

以下将描述实现上述效果的原因。

图4为液晶显示器的布局图，示出了采用列反转驱动时的像素极性。图5为施加到数据电极线以获得图4所示的像素极性的数据信号电压的波形图。图6为液晶显示器的布局图，示出采用点反转驱动时的像素极性。图7为施加到数据电极线以获得图6所示的像素极性的数据信号电压的波形图。

参考图4，当数据电极线被逐条线施以具有反转极性的数据信号电压时，由于数据电极线交替向右和左侧突出的形状，所以实现了点反转驱动特征。

图5示出了用于实现点反转驱动而施加到数据电极线的电压波形。

如图5所示，在一帧的时间内，Vd1和Vd3为Von，而Vd2和Vd4为-Von。因此，当考虑由于灰度级变化所致的电压变化时，在一帧的时间内每个数据电极线的最大电压变化(ΔV_data)为Von。

不过，在常规LCD中，为了实现点反转驱动，每个数据电极线Vd1、Vd2、Vd3和Vd4需要被施以在Von和-Von之间摆动的电压，如图7所示。因此，在考虑由于灰度级变化导致的电压变化时，在一帧时间内每个数据电极线的最大电压变化(ΔV_data)为2Von。

当数据电极线的电压变化被减小时，功耗减小了。

此外，在数据电极线的电压变化被减小时，液晶电压(V_LC)的变化也减小。以下将描述其原因。

在MIM二极管关闭时导致液晶电压变化的因素是栅极线电压的变化、数据电极线电压的变化、相邻像素的电压变化等。

在DSD型LCD中，由于向第一和第二栅极线同时施加具有相反极性的栅极信号电压来抵消其影响，所以栅极线电压的变化不会影响液晶电压(V_LC)。

由数据电极线电压的变化(ΔV_data)诱发的液晶电压的变化(ΔV_LC)是由寄生电容(C_MIM)导致的，该寄生电容是由于连接到像素电极的MIM二极管的结构形成的。由数据电极线电压的变化(ΔV_data)诱发的液晶电压的变化(ΔV_LC)由以下表达式表示。在该表达式中，C_LC表示液晶电容，ΔV_p表示像素电极电压的变化，它是浮置的。

${\mathrm{\ΔV}}_p=\frac{C_{\mathrm{LC}}}{C_{\mathrm{LC}}+C_{\mathrm{MIM}}}\×{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{data}}$

${\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{LC}}={\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{data}}-{\mathrm{\ΔV}}_p=\frac{{2C}_{\mathrm{LC}}}{C_{\mathrm{LC}}+C_{\mathrm{MIM}}}\×{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{data}}$

图8为数据信号电压、扫描信号电压和液晶电压的波形图。

如图8所示，只要数据电极线的电压变化，就会出现液晶电压的变化(ΔV_LC)。

参考上述表达式，ΔV_LC正比于ΔV_data。因此，当数据电极线电压(ΔV_data)减小时，液晶电压的变化(ΔV_LC)减小。因此，在本发明的以上实施例中，与常规LCD相比，每条数据电极线的最大电压变化(ΔV_data)减小了Von。结果，液晶电压的变化(ΔV_LC)也减小了。

在采用点反转驱动时可以忽略由于相邻像素的电压变化导致的液晶电压的变化。这是因为在特定像素周围对称地设置了具有相反极性的像素来抵消它们的影响。

根据本发明的实施例，通过执行列反转驱动实现了点反转驱动效果。这减小了液晶电压的变化，从而改善了对比度和图像质量，并减小了功耗。

虽然参考附图在此描述了示例性实施例，应当理解本发明不限于那些精确的实施例，本领域的普通技术人员可以在其中做出多种变化和修改而不背离本发明的范围或精神。所有这种变化和修改被旨在包括在所附权利要求所界定的本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种液晶显示器，其包括：

第一绝缘基板；

形成于所述第一绝缘基板上的第一和第二栅极线；

形成于所述第一绝缘基板上的像素电极；

第一金属绝缘体金属二极管，形成于所述第一绝缘基板上并连接所述第一栅极线和所述像素电极；

第二金属绝缘体金属二极管，形成于所述第一绝缘基板上并连接所述第二栅极线和所述像素电极；

面对所述第一绝缘基板的第二绝缘基板；以及

数据电极线，形成于所述第二绝缘基板上并与所述第一和第二栅极线交叉；且

其中所述数据电极线包括交替向右侧和左侧突出的突起，以交替与所述右侧和左侧的预定数量的像素电极交迭。

2.如权利要求1所述的液晶显示器，还包括设置于所述第二绝缘基板和所述数据电极线之间的黑矩阵、滤色器以及保护涂层。

3.如权利要求1所述的液晶显示器，其中当列方向表示所述数据电极线的长度方向时，所述向右侧和左侧突出的突起的周期为两个像素的所述列方向的长度。

4.如权利要求2所述的液晶显示器，其中所述黑矩阵的主要成分为有机材料。

5.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第一金属绝缘体金属二极管包括：连接到所述第一栅极线的第一输入电极；连接到所述像素电极的第一接触部分；形成于所述第一输入电极和所述第一接触部分上的第一沟道绝缘层；以及形成于所述第一沟道绝缘层上并与所述第一输入电极和所述第一接触部分交迭的第一浮置电极；且

所述第二金属绝缘体金属二极管包括：连接到所述第二栅极线的第二输入电极；连接到所述像素电极的第二接触部分；形成于所述第二输入电极和所述第二接触部分上的第二沟道绝缘层；以及形成于所述第二沟道绝缘层上并与所述第二输入电极和所述第二接触部分交迭的第二浮置电极。

6.如权利要求1所述的液晶显示器，其中两个相邻数据电极线被施以极性彼此相反的信号电压。

7.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第一栅极线和所述像素电极由氧化铟锡或氧化铟锌制成。

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