CN100449395C - 一种电极突起的边缘场开关液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电极突起的边缘场开关液晶显示器，包括：一彩色滤光片基板及薄膜晶体管阵列基板，液晶层封装于该彩色滤光片基板与该薄膜晶体管阵列基板之间，其中薄膜晶体管阵列基板包括一面板、一组栅线和数据线、栅线和数据线交叉定义一像素区域，其中像素区域包括一薄膜晶体管器件、一公共电极、一像素电极和隔开公共电极和像素电极的绝缘膜，其中隔开公共电极和像素电极的绝缘膜上形成有突起，像素电极形成于该突起上。本发明由于像素电极形成于突起的绝缘膜上，可以保持FFS模式的广视角优点，实现透过率高、驱动电压低，从而降低制作成本，提高画面品质。

Description

一种电极突起的边缘场开关液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种边缘场开关(FFS)液晶显示器(LCD)，尤其涉及一种电极突起的边缘场开关液晶显示器。

背景技术

液晶显示器已被广泛的应用于各种领域，为了解决一般的扭转向列型(Twisted Nematic，TN-LCD)的窄视角问题开发出来的，利用横向电场的液晶显示装置(In-Plane Switch LCD，简称为IPS-LCD)，利用横向电场以及边缘电场的液晶显示装置(Fringe Filed Switch LCD，简称为FFS-LCD)，FFS模式与IPS模式的不同之处在于既有广视角也有高透过率特性的优点。

现有技术中，液晶显示器主要是由两张光线透过的玻璃基板，其中一基板(下基板)为产生控制液晶的移动电场的阵列基板，另一基板(上基板)为彩膜基板。在下基板上形成的电极阵列包括水平形成的栅线，垂直方向形成的数据线，其交叉点位置有一薄膜晶体管(thin film transistor)器件，所以能把栅线上的信号传达到像素电极上。上述下基板的像素区域包括公共电极和像素电极两个主要部分，中间隔着绝缘膜。像素电极上涂布了一层使液晶具有一定方向的取向膜，上基板上也有一层使液晶具有一定方向的取向膜，两者之间有着使保持上下基板保持一定间距的维持材料，此基板之间注满液晶，其在像素电极区域中随电场的作用而移动。此外，根据液晶分子的光学特性，在上下的基板外框分别贴附具有使光产生一定偏光的偏振片，各个偏振片方向互相交叉。

图1所示为现有技术中的一种边沿场开关液晶显示器的像素电极结构，图2为图1A-A部位的截面图，如图1和图2所示，主要包括：栅线4、数据线6，形成在栅线4上的薄膜晶体管5，栅线4和数据线6交叉定义一个像素区域，公共电极2形成在像素区域的下部，像素电极1形成在公共电极2的上部，公共电极2和像素电极1的中间部分隔着绝缘层3，薄膜晶体管5的源电极同数据线6相连，漏电极同像素电极1相连。另外，图2中表示的1a代表像素电极的中心部位，1b代表像素电极的边缘部位，1c代表相邻的像素电极之间的部分。

FFS模式所使用的液晶一般为负介电常数异向性或者是正介电常数异向性，会根据电极结构或者是电场方向而定。使用负介电常数异向性的液晶时，液晶随着与电场方向垂直的方向移动，所以液晶的移动非常稳定。因此，有利于液晶的光效率和具有优秀的透过率。但是负介电常数异向性的液晶自身的旋转黏质系数(rotational viscosity)较大而应答时间较慢、驱动电压较高、制作成本比常用的正介电常数异向性的液晶高出三倍以上等缺点，因此虽然具有高透过率的优点，但是很难实现大型电视和多媒体的移动画像，高驱动电压影响制作成本，主用在VA(Vertical alignment)显示模式等特殊领域。由于这些问题，最近的趋势是使用正介电常数异向性的液晶。

使用正介电常数异向性的液晶，虽然透过率比不过负介电常数异向性的液晶好，但是驱动电压低、价格低、旋转黏质系数较小而应答时间快。但是液晶与电场平行移动，所以在FFS模式除了像素电极的边缘部位外其他部位液晶移动的不稳定。图3所示为FFS模式电极结构的电场分布和透过率示意图。图3中a为现有技术电极结构的透过率，b为现有技术电极结构的电场分布。如图3所示，对照图2看，在像素电极的边缘部分1b，液晶分子是利用边缘电场的进行驱动，在像素电极中心部位1a和像素电极之间的部分1c，液晶分子是利用横向电场的进行驱动。在使用正介电常数异向性液晶的结构上，由于存在平行于数据线方向倾斜了特定角的液晶取向层(特定角Θ，从数据线的标准轴看是2-20°，使用负介电常数异向性液晶时是Θ′，如图1所示)，并且液晶移动与电场平行。因此，像素电极的边缘部分1b的地方由于电场强度强，有很多液晶回转，所以透过率会变高。相反，相邻的像素电极与电极之间的部分1c和像素电极的中心部分1a液晶分子是随着像素电极边缘部分的液晶移动而偏转，但是在像素电极的中心部分1a有太多的液晶倾斜，所以这个部分的液晶没法充分扭转，因此透过率会如图3的虚线圆圈表示的一样比像素电极的边缘部分1b低，近而导致透过率分布不均。现有技术中，弥补如上缺点要增加背光源光源的数量或者亮度补偿膜等，所以不符合目前追求低成本的开发方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种电极突起的边缘场开关液晶显示器，能有效提高透过率、实现低驱动电压、降低成本和提高画面品质。

为了实现上述目的，本发明提供一种电极突起的边缘场开关液晶显示器，包括：一彩色滤光片基板及薄膜晶体管阵列基板，液晶层封装于该彩色滤光片基板与该薄膜晶体管阵列基板之间，其中所述薄膜晶体管阵列基板包括一面板、一组栅线和数据线、栅线和数据线交叉定义一像素区域，其中所述的像素区域包括一薄膜晶体管器件、一公共电极、一像素电极和隔开公共电极和像素电极的绝缘膜，其中所述隔开公共电极和像素电极的绝缘膜上形成有多个突起，所述像素电极形成于该突起上。

上述方案中，所述述像素电极宽度不超过突起底边宽度的2/3，并且电极材料为IXO系列(例如ITO)。所述突起的形状为三角形、半椭圆形、半圆形或平行四边形等形状，并且高为大于0且小于或等于0.5μm、宽为2.5-3μm，间距为3.4-4.5μm。所述绝缘膜及绝缘膜上形成的突起的材料为绝缘材料(例如SINx系材料)或与钝化层一样的材质。所述彩色滤光片基板和所述的薄膜晶体管基板还包括形成两个基板的内侧形成有取向层。所述取向层的材料为聚酰亚胺(PI)或PA(poly amid)。所述取向层的预倾角为2-5°，取向方向以数据线垂直的方向为0°时，取向层的取向角为70-88°，此时液晶层的特性为正介电常数异向性，折光指数为0.085-0.11。所述取向层的预倾角为2-5°，取向方向以数据线垂直的方向为0°时，取向层的取向角为2-20°，此时液晶层的特性为负介电常数异向性，折光指数为0.075-0.084。

本发明相对于现有技术，由于像素电极形成于突起的绝缘膜上，可以保持FFS模式的广视角优点，实现了透过率高、驱动电压低，最终降低了制作成本，提高了画面品质。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步更为详细地说明。

附图说明

图1是现有技术中边缘场开关(FFS)模式的像素电极结构；

图2是图1中A-A’部位的截面图；

图3是图1中和图2中所示的电极结构的电场分布和透过率模拟图；

图4是本发明像素电极结构的截面图；

图5是图4中所示的电极结构的电场分布和透过率模拟图；

图6是本发明和现有技术透过率比较图。

图中标记：1、像素电极；1a、像素电极的中心部位；1b、像素电极的边缘部位；1c、相邻的像素电极之间的部分；2、公共电极；3、绝缘膜；4、栅线；5、薄膜晶体管；6、数据线；7、绝缘膜上的突起；8、突起状像素电极。

具体实施方式

本发明提供一种电极突起的边缘场开关液晶显示器，包括一彩色滤光片基板及薄膜晶体管阵列基板，彩色滤光片基板和薄膜晶体管基板的内侧，靠近液晶层位置有取向层，液晶层封装于该彩色滤光片基板与薄膜晶体管阵列基板之间，液晶分子在取向层内按照一定的方向排列。其中，该薄膜晶体管阵列基板包括一透明绝缘面板、形成在该绝缘面板上的薄膜晶体管阵列。其中，该薄膜晶体管阵列基板包括一组栅线、一组数据线，栅线和数据线交叉定义一个像素区域，每个像素区域还包括与数据线连接的薄膜晶体管器件，薄膜晶体管的漏极同像素电极相连，像素电极的下方有公共电极，公共电极和像素电极之间通过绝缘层隔开。上述这项部分同现有技术中的FFS模式的液晶显示器相同，本发明区别于现有技术的特征在于：本发明在形成像素的绝缘膜上形成了一系列的突起形状，并在这些突起的绝缘层上面形成像素电极。

图4所示为本发明电极突起的边缘场开关液晶显示器像素电极部位的截面图。如图4所示，本发明的电板结构截面图包括了公共电极2、绝缘膜3、绝缘膜上的突起7，形成在绝缘膜上的突起7上面的突起状像素电极8。由于突起状像素电极8的山形形状，使像素电极的边缘部位的电场分布平移到像素电极的中心部位或者相邻的像素电极之间的部分，这样像素电极边缘部位和其周边的电场分布的更为均匀，液晶分子移动也在整个像素区域变得均匀，这样各个部分的透过率也会得到均匀化。图5是图4中所示的电极结构的电场分布和透过率模拟图，图5中a’为本发明电极结构的透过率，b’为本发明电极结构的电场分布。如图5所示虚线圆圈标示电场分布和透过率均得到改善。如图6所示，适用同样的正介电常数异向性的液晶，现有技术的电极结构和采用本发明的电极结构施加电压时得到不同的透过率曲线。在同等电压下本发明透过率比起现有技术的结构的透过率最高提高了10％左右。

上述具体实施例一种突起形状的电极结构的液晶显示装置，仅为给出的特定参考方式，突起的绝缘膜可进行各种变通，如形状可以是三角形、半椭圆形、半圆形、平行四边形等形状。

本发明的改进仅涉及绝缘膜和像素电极的立体形状，并不涉及像素电极的平面形状，事实上像素电极除了如图1中所示的平行间隔状态外，还包括其他各种平面形状，如弯折、环状等形状。

像素电极间距离D1优选为3.4-4.5μm，突起底边宽度D2优选为3μm以内，突起高度H优选为0.5μm以下。

本发明绝缘膜和绝缘膜上的突起的材料最好为SiNx系，但是采用彩色滤光板上面的钝化层材质也无妨。本发明，突起状的像素电极的材料最好选用具有良好透明性的ITO或者IXO系列的导电性物质，可以使用溅射和化学气相沉积等方法制备而成。另外，像素电极形成在突起的绝缘膜上，其位置最好不超过绝缘膜的底边宽的2/3以下。本发明薄膜晶体管基板和彩色滤光片基板内侧的形成的取向膜可以使用聚酰亚胺(PI)或者PA(poly amid)中任何一个都无妨，且取向层的预倾角为2-5°，在取向膜上按一定方向排列的液晶分子具有正介电常数异向性，取向方向为88-70°(与数据线垂直的方向视为0°)，最好是80度以上为特征，且保证液晶分子折射率为0.085-0.11；在取向膜上按一定方向排列的液晶分子具有负介电常数异向性时，取向方向为2-20°(与数据线垂直的方向视为0°)，最好在10°以内，且液晶分子的折射率保持在0.075-0.084为特征。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当按照需要可使用不同材料和设备实现之，即可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种电极突起的边缘场开关液晶显示器，包括：一彩色滤光片基板及一薄膜晶体管阵列基板，液晶层封装于该彩色滤光片基板与该薄膜晶体管阵列基板之间，其中所述薄膜晶体管阵列基板包括一面板、一组栅线和数据线、栅线和数据线交叉定义一像素区域，其中所述的像素区域包括一薄膜晶体管器件、一公共电极、一像素电极和隔开公共电极和像素电极的绝缘膜，其特征在于：所述隔开公共电极和像素电极的绝缘膜上形成有多个突起，所述像素电极形成于该突起上。

2、根据权利要求1所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述像素电极宽度不超过突起底边宽度的2/3。

3、根据权利要求1所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述突起的形状为三角形、半椭圆形、半圆形或平行四边形。

4、根据权利要求1所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述突起高为大于0且小于或等于0.5μm、宽为2.5-3μm，间距为3.4-4.5μm。

5、根据权利要求1所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述绝缘膜及绝缘膜上形成的突起的材料为SINx系材料。

6、根据权利要求1所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述像素电极的材料为IXO系列材料。

7、根据权利要求1至6任一所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述彩色滤光片基板和薄膜晶体管基板还包括在两个基板的内侧形成的取向层。

8、根据权利要求7所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述取向层的材料为PI或PA。

9、根据权利要求8所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述取向层的预倾角为2-5°，取向方向以数据线垂直的方向为0°时，取向层的取向角为70-88°。

10、根据权利要求9所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述液晶层的特性为正介电常数异向性，折光指数为0.085-0.11。

11、根据权利要求8所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述取向层的预倾角为2-5°，取向方向以数据线垂直的方向为0°时，取向层的取向角为2-20°。

12、根据权利要求11所述的电极突起的边缘场开关液晶显示器，其特征在于：所述液晶层的特性为负介电常数异向性，折光指数为0.075-0.084。

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