CN100451783C - 低色偏液晶显示面板的像素结构及其驱动与制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种液晶显示面板的像素结构，至少包括一上基板、一下基板、一液晶分子层与一共同电极层。其中，液晶分子层夹合于上下基板之间。共同电极层制作于上基板的下表面，并且具有至少一分隔结构以将共同电极层区分为多个区块。在此多个区块中，至少包括一第一区与一第二区，并且此第一区与第二区分别通有一第一电压准位与一第二电压准位。

Description

低色偏液晶显示面板的像素结构及其驱动与制造方法

技术领域

本发明关于一种液晶显示面板的像素结构，尤其是一种低色偏(colorshift)液晶显示面板的像素结构。

背景技术

请参照图1所示，为一典型液晶显示面板的剖面示意图。如图中所示，此液晶显示面板具有一上基板120、一下基板220与一液晶层300所构成。其中，上基板120的下表面依序制作有一彩色滤光层(color filter)140、一共同电极层160与一第一配向层180。而在下基板220的上表面依序制作有一像素电极层260与一第二配向层280。液晶层300夹合于第一配向层180与第二配向层280之间。像素电极层260与共同电极层160的电位差是在液晶层300内产生驱动电场以驱使液晶分子转向，进而改变液晶分子与光线间的夹角，来调整液晶层300对光线所提供的位相延迟量(retardation)。

而如图1所示，光线L1沿着垂直上基板120的方向(即上基板120的法线方向)向上射出，而光线L2与光线L1夹有θ度的视角(viewing angle)。液晶分子(图中以椭圆代表液晶分子)与光线L1及光线L2的夹角明显不同，而使光线L1与L2在穿透液晶层300的过程中，产生不同的位向延迟效果。进而导致离开上基板120的光线L1与L2的强度有显著的差异，也就是使不同视角处的画面的亮度产生明显的差异。而此亮度的差异，又往往使画面产生色偏(color shift)的现象。

为了进一步说明此色偏现象，图2显示一典型垂直配向(verticalaligned，VA)液晶显示器，在不同视角θ处的珈玛曲线(gamma curve)。图中的横轴代表色阶数(bit number)，而纵轴代表光穿透率(opticaltransmission)。并且，图中对应至视角θ为0°、15°、30°、45°与60°的珈玛曲线的最大色阶数(即色阶数为255)的光穿透率均设定为1。因此，这些珈玛曲线所表现的是不同色阶数的画面相对于最大色阶数的画面的相对亮度。

一般而言，对应至视角0°的珈玛曲线为一理想的珈玛曲线，也就是说，依据此珈玛曲线所提供的画面具有最佳的色彩真实性。而由图中可以发现，对应至不同视角的珈玛曲线相互分离，并且，随着视角的增加，相对应的珈玛曲线也越来越远离视角0°的珈玛曲线。由此可知，在大视角处所观察的画面，将产生明显的色偏现象而影响画面色彩的真实性。

于是，如何改善不同视角的珈玛曲线的分离以防止画面产生色偏，将会对液晶显示器的发展，尤其是可视角度的提高，产生极为重大的影响。

发明内容

本发明的主要目的是对于传统液晶显示器，在大视角的画面所出现的色偏现象，提出解决的方法。

本发明提供一种液晶显示面板的像素结构，其至少包括一上基板、一下基板、一液晶分子层与一共同电极层。其中，液晶分子层夹合于上下基板之间。共同电极层制作于上基板的下表面，并且具有至少一分隔结构以将共同电极层区分为多个区块。在此多个区块中，至少包括一第一区与一第二区，并且此第一区与第二区分别通有一第一电压准位与一第二电压准位。

本发明同时亦提供一种改善液晶显示器色偏的方法，其特征在于调整输入液晶显示器上基板的共同电压，使每一个画面(frame)在时序上都对应有两个以上不同电压准位的共同电压。

附图说明

图1为一典型液晶显示面板的剖面示意图。

图2为一典型垂直配向液晶显示器，在不同视角处的珈玛曲线图。

图3为本发明液晶显示面板的像素结构一较佳实施例的剖面示意图。

图4为图3的像素结构的制作方法一较佳实施例的流程图。

图5a为输入至图3的像素结构中的像素电压、第一共同电压与第二共同电压一较佳实施例的波形图。

图5b为输入至图3的像素结构中的像素电压、第一共同电压与第二共同电压另一较佳实施例的波形图。

图6为本发明共同电极层一较佳实施例的俯视示意图。

图7为本发明共同电极层另一较佳实施例的俯视示意图。

图8a为图3的像素结构中，对应于第一区与第二区处的光穿透率与像素电压的关系图。

图8b为当第一区与第二区的面积比为10∶0的情况下，在不同视角处的珈玛曲线图。

图8c为对应于图6的实施例，且其中第一区与第二区的面积比为4∶6的情况下，在不同视角处的珈玛曲线图。

图9为本发明的共同电极层又一较佳实施例的俯视示意图。

图10a为图9的像素结构中，对应至第一区、第二区与第三区的光穿透率与像素电压的关系图。

图10b为对应于图9的实施例，且其中第一区、第二区与第三区的面积比为3∶4∶3的情况下，在不同视角处的珈玛曲线图。

图11为本发明液晶显示面板的像素结构另一较佳实施例的剖面示意图。

图12为本发明使用单一共同电压Vcom来改善色偏的方法中，所使用的共同电压一较佳实施例的波形图。

图13为本发明使用单一共同电压Vcom来改善色偏的方法中，所使用的共同电压另一较佳实施例的波形图。

图号说明

上基板120，420            下基板220，520

液晶层300，600            彩色滤光层140，440

共同电极层160，460        第一配向层180，480

像素电极层260，560        第二配向层280，580

沟槽462，462a，462b       第一区460a

第二区460b                第三区460c

第一共同电压Vcom1         突起466，566

单一共同电压Vcom          第二共同电压Vcom2

开口452                   黑色矩阵450

具体实施方式

请参照图3所示，为本发明液晶显示面板的像素结构一较佳实施例的剖面示意图。如图中所示，此像素结构具有一上基板420、一下基板520与一液晶分子层600。其中，下基板520为设于上基板420的下方，而液晶分子层600夹合于上下基板420与520之间。

在上基板420的下表面，依序制作有一黑色矩阵层(Black Mask，BM)450、一共同电极层460与一第一配向膜480。此黑色矩阵层450的开口452定义出此像素结构的发光区域，而一彩色滤光层440此开口452中以呈现不同的发光色彩。在下基板520的上表面依序制作有一像素电极层560与一第二配向膜580。液晶分子层600夹合于第一配向膜480与第二配向膜580之间，并且，其中的液晶分子属扭曲阵列排列(Twisted Nematic，TN)型或超扭曲阵列排列(Super Twisted Nematic，STN)，且受到第一及第二配向膜480与580的导引，而分别与上基板420及下基板520夹有预设的倾斜角。另外，像素电极层560与共同电极层460的电位差是在液晶层600内产生一驱动电场，以驱使液晶分子转向，来调整此像素结构的透光率。

在上基板420的下表面具有一沟槽(slit)462贯穿共同电极层460，以将共同电极层460区分为第一区460a与第二区460b。上述第一区460a与第二区460b个别通有第一共同电压Vcom1与一第二共同电压Vcom2。并且，为了提供较佳的色偏改善效果，第一区460a或是第二区460b均至少占有共同电极层25％的表面积，或者说是，第一区460a与第二区460b的面积比例介于1/3与3之间。

请参照图4所示，为图3的像素结构的制造方法一较佳实施例的流程图。在上基板420之侧，于提供上基板420(步骤10)之后，制作共同电极层460于上基板420的下表面(步骤12)。接下来，形成至少一分隔结构(如图3所示的沟槽462)于共同电极层460之中(步骤14)，以将共同电极层462区分为多个区块。并且，这些区块中至少包括第一区460a与第二区460b，以通入不同的共同电压准位。然后，再形成第一配向膜480于共同电极层460的下表面(步骤16)。

而在下基板520之侧，于提供下基板520(步骤20)之后，形成像素电极层560于下基板520的上表面(步骤22)。随后，形成第二配向层580于像素电极层560上(步骤24)。最后，将上基板420安装于下基板520的上方，并且将液晶分子层600注入上基板420与下基板520之间(步骤32)，以完成此像素结构，或者是，先将液晶分子层600注入上基板420或下基板520(步骤32)，例如是滴注法(one drop fill，ODF)制程，再组合上基板420与下基板520。

同时请参照图5a所示，是输入至图3的像素结构中的像素电压Vp、第一共同电压Vcom1与第二共同电压Vcom2一较佳实施例的波形图。如图中所示，第一共同电压Vcom1的电压准位维持不变。而相对于第一共同电压Vcom1，第二共同电压Vcom2与像素电压Vp的波形呈现一致的正负极性交替变化。并且，第二共同电压Vcom2的电压准位与第一共同电压Vcom1的电压准位之差维持于一固定值Vd。

值得注意的是，像素电压Vp与第二共同电压Vcom2的压差大于像素电压Vp与第一共同电压Vcom1的压差。换言之，并请参照图3所示，在第二区460b下方的液晶分子层600中所产生的驱动电场，大于在第一区460a下方的液晶分子层600中所产生的驱动电场。而此驱动电压的差异将导致第一区460a与第二区460b下方的液晶分子，具有相同的倾斜方向，但却呈现相异的倾斜角度。

请参照图5b所示，输入至图3的像素结构中的像素电压Vp、第一共同电压Vcom1与第二共同电压Vcom2另一较佳实施例的波形图。相较于图4a的实施例，本实施例中，第一共同电压Vcom1，第二共同电压Vcom2与像素电压Vp的波形均呈现正负极性交替变化。也就是说，第一共同电压Vcom1与第二共同电压Vcom2均属交流电压。并且，第二共同电压Vcom2的电压准位与第一共同电压Vcom1的电压准位的差维持于一固定值Vd。

请参照图6所示，为本发明共同电极层460一较佳实施例的俯视示意图。如图中所示，一沟槽462横向贯穿共同电极层460，以将共同电极层区460区分为相互分离，且呈长条状的第一区460a与第二区460b。前述第一区460a与第二区460b是通入不同的共同电压，以使像素结构的发光区域(如图中黑色矩阵450的开口452所定义的区域)在对应于第一区460a的部份与对应于第二区460b的部份，呈现不同的光穿透率。此黑色矩阵450的各个开口452分别对应至各个像素结构的像素电极层(未图标)。而就单一个像素结构而言，其第一区460a与相邻像素结构的第一区相连接，其第二区460b与相邻像素结构的第二相连接。请参照图7所示，为本发明共同电极层460另一较佳实施例的俯视示意图。相较于图6的实施例，在本实施例中，沟槽462呈连续折曲贯穿共同电极层460，以将共同电极层460区分为相互分离的第一区460a与第二区460b。前述第一区460a与第二区460b通入不同的共同电压，以使像素结构的发光区域(如图中黑色矩阵450的开口452所定义之区域)在对应于第一区460a的部份与对应于第二区460b的部份，呈现不同的光穿透率。

请参照图8a所示，是图3的像素结构中，对应于第一区460a与第二区460b的光穿透率与像素电压的关系图。图中标示第一区的曲线，即是在通入第一共同电压Vcom1的情况下，所得出的光穿透率与像素电压的关系曲线。而图中标示第二区的曲线，即是在通入第二共同电压Vom2的情况下，所得出的光穿透率与像素电压的关系曲线。另外，图8b至图8d中的珈玛曲线，则是依据图8a所提供的光穿透率与像素电压的关系，所推算出来的整体像素结构的光穿透率。如图8b所示，当第一区与第二区的面积比为10∶0，也就是对应于传统液晶显示器仅提供单一共同电压准位的情况下，在大视角处的珈玛曲线(即图中对应至视角θ＝60度曲线)与理想的珈玛曲线(即图中对应至视角θ＝0度的曲线)有明显的分离，而导致大视角处的画面产生明显的色偏。

而如图8c所示，对应于图6的实施例的模拟结果，并且，设定第一区与第二区的面积比为4∶6。相较于图8b中对应至视角θ＝60度珈玛曲线，在图8c中对应于视角θ＝60度的珈玛曲线，较为接近理想的珈玛曲线，因此，可以改善大视角处的画面的色偏现象。

在图6与图7的实施例中，共同电极层460被区分为通入不同共同电压的第一区460a与第二区460b。然而并不限于此。如图9所示，此共同电极层460亦可利用两个沟槽462a与462b区分为相互分离的第一区460a、第二区460b与第三区460c，以通入三种不同的共同电压。而使此像素结构的发光区域在对应于第一区460a、第二区460b与第三区460c的部份，呈现不同的光穿透率。

另外，请参照图10a所示，为图9的像素结构中，对应于第一区460a、第二区460b与第三区460c的光穿透率与像素电压的关系图。图中标示第一区、第二区与第三区的曲线，分别是代表通入不同的共同电压的情况下，所得出的光穿透率与像素电压的关系曲线。又如图10b所示，当第一区460a、第二区460b及第三区460c面积比为3∶4∶3。相较于图8c，在图10b中对应于视角θ＝60度的珈玛曲线，更为接近理想的珈玛曲线，而可以提供更好的色偏改善效果。

请参照图11所示，为本发明液晶显示面板的像素结构又一较佳实施例的剖面示意图。相较于图3中的实施例。本实施例是在沟槽462处制作一由绝缘材料所构成的突起(protrusion)466，以将共同电极层460区分为相互分离的第一区460a与第二区460b。而且，在像素电极层560中亦制作有突起566，而液晶分子层600可属垂直配向(Vertical Aligned，VA)型，这些位于共同电极层460与像素电极层560内的突起466与566，有助于控制液晶分子的倾倒方向。同时请参照图4所示，此突起566可以在形成像素电极层560于下基板520的上表面(步骤22)后制作。而在完成的此突起566后，再形成第二配向膜580于像素电极层560的上表面(步骤24)，其中的液晶分子600可属扭曲阵列排列(Twisted Nematic，TN)型或超扭曲阵列排列(Super Twisted Nematic，STN)。

在上述实施例中，利用突起466与566控制垂直配向型液晶分子的倾倒方向，然而并不限于此。透过在共同电极层460或是像素电极层560中制作如图3所示的沟槽462，也可以控制垂直配向型液晶分子的倾倒方向。

除了前述将共同电极层区分出相互分离的区块，以提供不同的第一与第二共同电压Vcom1与Vcom2来改善色偏的方法外，在本发明的另一个方法中，是使用单一共同电压Vcom，而仅由改变其波形，来达到改善色偏的目的。如图12所示，此共同电压Vcom一较佳实施例的波形图。基本上，像素电压Vp的正负极性变化可视为对应至正负极性交替出现的画面(frame)。而由此共同电压Vcom的波形观之，每一个画面在时序上都对应有先后两个不同的共同电压准位，其中，时序在先的共同电压准位小于时序在后的共同电压准位。而此先后两个不同的共同电压准位对应至单一个像素电压准位，以在同一个画面中对液晶分子层提供两个不同大小的驱动电场。

本实施例在单一个画面的持续时间中，提供两个不同的共同电压准位。而在画面快速切换的过程中，人眼所感受到的是此两个不同的共同电压准位所对应的画面混合后的结果。因此，相较于图3的实施例，透过混合两个不同驱动电压所对应的画面，本实施例也可以达到类似的效果。同时，依据图8c所示，在第一区与第二区的面积比为4∶6的情况下，可以产生显著的色偏改善效果。由此可以推算出本实施例中，每一个画面在时序上所对应的先后两个不同的共同电压准位，其持续的时间比例最好是介于4∶6至6∶4间。

除了前述由改变共同电压Vcom的波形，来达到改善色偏的方法外，在共同电压Vcom的电压准位维持固定的情况下，亦可透过改变共同电压的准位来改善色偏。请参照图13所示，图中像素电压准位的正负极性变化是对应至多个正负极性交替出现的画面(frame)。而共同电压准位预设有一偏压(DC-bias)，使正极性的画面与负极性的画面对应至不同的驱动电场值。在画面快速切换的过程中，人眼所感受到的是正极性与负极性的画面混合后的结果。因此，本实施例亦可以提供类似图12的实施例的效果，来改善大视角处的画面色偏。

以上所述为利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围，而且熟知此类技艺人士皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种液晶显示面板的像素结构，其特征在于，至少包括：

一下基板；

一上基板，设置于该下基板上方；

一像素电极层，设置于该下基板的上表面；

一共同电极层，设置于该上基板下表面，并具有至少一个分隔结构，以将该共同电极层区分为至少一第一电压准位区与一第二电压准位区，其中该第一电压准位区与该第二电压准位区通以不同电压准位，且至少一该电压准位与通入该像素电极的一像素电压呈现一致的正负极性交替变化；以及

一液晶分子层，设置于该上下基板之间。

2.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，更包括一第一配向膜设置于该共同电极层之下。

3.如权利要求2所述的像素结构，其特征在于，更包括一第二配向膜设置于该像素电极层之上。

4.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该分隔结构为一沟槽。

5.如权利要求1所述的像素结构，其中该分隔结构为一突起。

6.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，更包括一黑色矩阵层夹合于该共同电极层与该上基板间。

7.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该像素电极层具有至少一突起。

8.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该第一电压准位区的面积至少占该共同电极层的面积的四分之一。

9.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该相邻二电压准位区的面积比例介于1/3与3之间。

10.一种改善液晶显示器色偏的方法，其特征在于，包括：

提供至少二相异共同电压值于一像素的至少两个电压准位区，及提供一像素电压至该像素，且至少一该共同电压值是与通入该像素的像素电压呈现一致的正负极性交替变化。

11.如权利要求10所述的方法，提供该些共同电压值于该些电压准位区的步骤包括：

提供一第一共同电压于该像素的一第一电压准位区；以及

提供一第二共同电压于该像素的一第二电压准位区，其中该像素电压与该第二共同电压的压差大于该像素电压与该第一共同电压的压差。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该第二共同电压的电压准位与该第一共同电压的电压准位之差维持于一定值。

13.一种改善液晶显示器色偏的方法，其特征在于，输入至少一共同电压值于一液晶显示器的一共同电极层，使每一个画面在时序上都对应有至少先后两个不同电压准位的该共同电压值，且该共同电压值与输入该液晶显示器的一像素电压值呈现一致的正负极性交替变化。

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