CN100445822C - 垂直取向模式的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直取向模式的液晶显示装置，包括相对设置的第一基板和第二基板；一液晶层，填充在第一基板和第二基板之间；所述第一基板表面形成有透明电极，透明电极上形成有凸起或凹槽；所述第二基板上形成有多条扫描线和多条信号线，扫描线和信号线交叉定义出子像素，子像素内形成有像素电极；其中所述像素电极上形成有沟槽，所述沟槽包括主沟槽和辅助沟槽，所述辅助沟槽将像素电极分立成电学上互不相连的两个部分，两个部分的像素电极分别由第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管进行驱动；在不影响开口率的情况下，提高了响应速度。

Description

垂直取向模式的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置，特别是涉及一种垂直取向模式的液晶显示装置。
背景技术
随着信息社会的发展，人们对显示设备的需求得到了增长。为了满足这种需求，最近几种平板显示设备，如液晶显示装置(LCD)、有机发光(OLED)显示装置、等离子体显示装置(PDP)都得到了迅猛的发展。在平板显示装置当中，液晶显示装置由于其重量低、体积小、能耗低的优点，正在逐步取代冷阴极显示设备。
液晶显示装置主要由相对设置的第一基板、第二基板，以及像夹心饼干一样嵌入在两个基板之间的液晶层组成。目前常用的液晶显示装置显示模式有TN(Twist Nemetic，扭曲向列)、IPS(In Plane Switching，面内开关)和VA(Vertical Alignment，垂直取向)模式。TN型液晶显示装置的主要缺点为视角范围比较窄，IPS模式的液晶显示装置改善了TN的缺点，其视角可以达到170度以上，但是由于其模式是通过液晶分子在平面内转动而实现画面显示，其响应速度慢。
对于垂直取向模式的液晶显示装置，如图1a、图1b所示，在第一、第二基板10和20的内侧均设置有透明导电层，分别为共用电极11和像素电极21，从而可以形成垂直电场；在两层透明导电层之间嵌入液晶层30，液晶层30由负性液晶分子31组成，所谓负性液晶是指液晶分子长轴方向的介电常数小于液晶分子短轴方向的介电常数，如图1a所示，在没有垂直电场作用在液晶分子上的情况下，液晶分子垂直于基板表面取向，如图1b所示当有垂直电场作用在液晶分子上时，由于液晶分子长轴的介电常数较小，所以液晶分子在电场作用下，会发生特定方向的取向，最终垂直于电场方向排列。如上所述，同TN模式相比，VA模式具有高对比度、高视角的优点，但是同面内开关(IPS)模式相比，VA模式的视角特性略差，为了改善垂直取向模式的视角特性，欧洲专利0884626A2公开了一种多区域的垂直取向显示模式(Multi-Doltin Vertical Alignment，MVA)，要实现这种多区域的垂直配向显示模式需要在第一基板10侧和第二基板20侧制作相应的凸起12或者沟槽22，在MVA显示模式中，如图2所示，液晶分子31被沟槽22或者突起12分为四个域，当施加电场的时候，每个域内的液晶分子的旋转方向均不相同，这样在某个方向进行观察的时候，相对于这个观察方向，各个域内的液晶分子造成的光学延迟也就不相同，各个区域的光学延迟彼此平均可以得到较好视角特性。
但是采用这种MVA显示模式，响应速度的提高受到一定的限制，主要是因为在这种MVA显示模式中，当在第一、第二基板10和20之间施加垂直电场时，只有在第二基板20表面的沟槽22和第一基板10表面的凸起11附近处的电位才会发生岐变，又由于使用的是负性液晶，在岐变电位带来的岐变电场的影响下，首先是沟槽22和凸起12处的液晶分子31由垂直取向沿特定的旋转方向变为水平取向，然后像多米诺骨牌一样，将这种取向上的变化传播到其他区域，如图3所示。显然，响应速度受制于沟槽22和凸起12之间的距离，为了获得更快的响应速度，必须减少沟槽22和凸起12之间的距离；但是这势必会降低液晶显示装置的开口率。因此，在液晶显示装置的设计过程中，往往要在响应速度和开口率上作取舍。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种在不降低开口率的情况下，提高响应速度的垂直取向模式的液晶显示装置。
为达上述目的，本发明提供了一种垂直取向模式的液晶显示装置，包括相对设置的第一基板和第二基板；一液晶层，填充在第一基板和第二基板之间；所述第一基板表面形成有透明电极，透明电极上形成有凸起或凹槽；所述第二基板上形成有多条扫描线和多条信号线，扫描线和信号线交叉定义出子像素，子像素内形成有像素电极；其中所述像素电极上形成有沟槽，所述沟槽包括主沟槽和辅助沟槽，所述辅助沟槽将像素电极分立成电学上互不相连的两个部分，两个部分的像素电极分别由第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管进行驱动。
所述的主沟槽的宽度相对辅助沟槽的宽度较宽。
所述的第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管上施加不同的信号电压。
基于上述构思，本发明的垂直取向模式的液晶显示装置由于在像素电极上制作有沟槽，沟槽包括主沟槽和辅助沟槽，且所述辅助沟槽将像素电极分立成电学上互不相连的两个部分，两个部分的像素电极分别由独立的薄膜晶体管进行驱动，使相邻的第一基板上的凸起或沟槽和第二基板上的主沟槽之间也同样存在由辅助沟槽带来的岐变电位，所以当液晶分子由垂直取向向水平取向旋转时，不仅主沟槽和第一基板凸起处的液晶分子在岐变电位带来的岐变电场的推动下发生旋转取向，同时在辅助沟槽处的液晶分子由于其同样受到岐变电场的作用，因而也会在第一时间发生旋转，从而大幅减少了液晶分子多米诺骨牌效应传递的时间，即大幅提高了响应速度。同时，由于像素电极被辅助沟槽分割成电学上彼此独立的两个部分，尤其当两个部分使用不同的信号电压驱动时，将原先的四个域变成了八小域，由于新增的四个域对应的驱动电压和原先的四个域不同，所以液晶分子的旋转角度也不相同，其造成的光学延迟也不一样，最终看到的效果是光学延迟平均效应的结果，所以在色差方面有所改善。
为了更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与辅助说明用，不构成对本发明的限制。
附图说明
图1a是现有的垂直取向模式的液晶显示装置在不加电压时液晶分子的取向示意图；
图1b是现有的垂直取向模式的液晶显示装置在加上电压时液晶分子的取向示意图；
图2是现有的多畴垂直取向模式的液晶显示装置的子像素示意图；
图3是现有的垂直取向模式的液晶显示装置在加上电压后液晶分子的多米诺骨牌方式取向示意图；
图4是本发明实施例的液晶显示装置的子像素结构示意图；
图5是本发明实施例的垂直取向模式的液晶显示装置在加上电压后液晶分子的多米诺骨牌方式取向示意图；
图6是本发明实施例的液晶分子在不同域的取向上的差异示意图；
图7是本发明实施例的垂直取向模式的液晶显示装置的结构示意图；
图8是本发明实施例的垂直取向模式的液晶显示装置的结构示意图。
图中：
10.第一基板          11.共用电极
12.凸起              13.沟槽
20.第二基板          21.像素电极
21a、21b.像素电极
22.沟槽              23.主沟槽           24.辅助沟槽
25、25a、25b.扫描线  26.信号线
27.公共电极线        28a.第一薄膜晶体管  28b.第二薄膜晶体管
30.液晶层            31.液晶分子
具体实施方式
下面结合附图及典型实施例对本发明作进一步说明。
图4是本发明实施例的液晶显示装置的子像素结构示意图；图5是本发明实施例的垂直取向模式的液晶显示装置在加上电压后液晶分子的多米诺骨牌方式取向示意图；图6是本发明实施例的液晶分子在不同域的取向上的差异示意图。
参照图4、图5、图6，垂直取向模式的液晶显示装置，包括相对设置的第一基板10、第二基板20及填充在第一基板10和第二基板20之间的液晶层30，第一基板10上形成有红绿蓝色层(图未示)，色层上面覆盖有共用电极11，共用11上形成有凸起12，凸起12可由树脂制作；也可如图7所示，通过刻蚀在透明电极层11上形成沟槽13；第二基板20上形成有多条平行排列的扫描线25与多条平行的信号线26相互垂直，所述扫描线25和信号线26之间设置有绝缘膜，每两相邻扫描线25和信号线26定义出子像素，子像素的显示区为像素电极21，即像素电极；通过刻蚀，在每个子像素内的像素电极21上形成沟槽，所述沟槽包括主沟槽23和辅助沟槽24，主沟槽23的宽度比较宽，且并不导致像素电极21被分割成电学上彼此独立的两部分；辅助沟槽24的宽度比较小，将像素电极21分立成电学上互不相连的两个部分，两个部分的像素电极21a、21b分别由第一薄膜晶体管28a、第二薄膜晶体管28b进行驱动，即两个薄膜晶体管驱动一个子像素。第一薄膜晶体管28a设置在扫描线25a和信号线26的交叉处，其栅电极与扫描线25a电连接，源电极与信号线26电连接，漏电极与像素电极21a电连接；第二薄膜晶体管28b设置在扫描线25b和信号线26的交叉处，其栅电极与扫描线25b电连接，源电极与信号线26电连接，漏电极与像素电极21b电连接。
参照图5，相邻的第一基板10上的凸起12和第二基板20上的主沟槽23之间存在由辅助沟槽24带来的岐变电位，所以当液晶分子31由垂直取向向水平取向旋转时，不仅主沟槽23和第一基板10上的凸起12处的液晶分子31在岐变电位带来的岐变电场的推动下发生旋转取向，同时在辅助沟槽24处的液晶分子31由于其同样受到岐变电场的作用，因而也会在第一时间发生旋转，从而减少了液晶分子31多米诺骨牌效应传递的时间，提高了响应速度。
液晶层30由介电常数为负且各向异性的液晶分子31组成，像素电极21和共用电极11均采用透明导电材料制成，如ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化锌锡)等；另外，垂直取向模式的液晶显示装置还包括设置在第一、第二基板10和20内侧的VA型配向膜，设置在基板10和20外侧的偏光板等(图中均未示)。
第二基板20上与扫描线25平行并处于同一层的存储电容公共电极线27和像素电极21之间形成的存储电容用来维持下一个信号来临前液晶分子的状态。
第一薄膜晶体管28a、第二薄膜晶体管28b上可施加不同的信号电压，如用于驱动靠近第一基板10上的凸起12或沟槽13的像素电极21a部分的薄膜晶体管28a上施加绝对值(由于信号有正半周和负半周，所以这里用绝对值来描述)较高的信号电压；用于驱动远离第一基板10上的凸起12或沟槽13的像素电极21b部分的薄膜晶体管28b上施加绝对值较低的信号电压。
由于像素电极21被辅助沟槽24分割成电学上彼此独立的两个像素电极部分21a、21b，当像素电极21a、21b使用不同的信号电压驱动时，将原先的四个域变成了八个域，由于新增的四个域对应的驱动电压和原先的四个域不同，所以液晶分子31的旋转角度也不相同，其造成的光学延迟也不一样，最终看到的效果是光学延迟平均效应的结果，所以在色差方面有所改善。
参照图8，辅助沟槽24到第一基板10上凸起12或沟槽13的横向距离L1为其到相邻主沟槽23的距离L0的2倍时，效果尤佳。
为了更好地说明本发明的效果，采用专业的模拟软件对本发明进行了模拟，模拟条件如下：
主沟槽23的宽度为10um，辅助沟槽24的宽度3um，第一基板10侧凸起12的宽度为10um，高度为1.4um；
靠近主沟槽23的像素电极21b采用最高6V的驱动电压，靠近辅助沟槽24的像素电极21a采用最高7V的驱动电压，响应时间结果如下表所示：
  Ton(ms)   Toff(ms)   Ton+Toff(ms)
  现有MVA模式的液晶显示装置   9.07   13.98   23.05
  本发明的液晶显示装置   4.97   12.28   17.25
从上表可以看出，采用本发明技术方案后，在不影响开口率的情况下，响应速度从现有结构的23毫秒改善提高到17毫秒左右，提高了约6毫秒，响应速度提高了约25％，效果明显。

Claims (5)

1.一种垂直取向模式的液晶显示装置，包括
相对设置的第一基板和第二基板；
一液晶层，填充在第一基板和第二基板之间；
所述第一基板表面形成有透明电极，透明电极上形成有凸起或凹槽；
所述第二基板上形成有多条扫描线和多条信号线，扫描线和信号线交叉定义出子像素，子像素内形成有像素电极；
其中所述像素电极上形成有沟槽，所述沟槽包括主沟槽和辅助沟槽，所述辅助沟槽将像素电极分立成电学上互不相连的两个部分，两个部分的像素电极分别由第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管进行驱动。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于所述的主沟槽的宽度相对辅助沟槽的宽度较宽。
3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于所述的第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管上施加不同的信号电压。
4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于所述的用于驱动靠近第一基板上的凸起或凹槽的像素电极部分的薄膜晶体管上施加较高的信号电压。
5.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于所述的辅助沟槽到第一基板上凸起或沟槽的横向距离为其到相邻主沟槽距离的2倍。
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