CN101093330B - 板内切换有源矩阵液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

在板内切换有源矩阵LCD装置中，其中液晶层被密封在一对透明基板之间，且梳齿状像素电极和共用电极被形成在透明基板上，均匀覆盖像素的透明连续固体电极经由透明绝缘膜被提供至像素电极和共用电极的下层上，和该透明连续固体电极处于电浮状态。由此能以简单结构提高透射率。

Description

板内切换有源矩阵液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种具有改进透射性的板内切换有源矩阵液晶显示(LCD)装置。
背景技术
图1是示出常规板内切换LCD装置操作的截面图，图2是示意性描述现有技术板内切换LCD装置的像素的截面图。在如图2中所示的现有技术板内切换LCD装置中，在一对透明基板101a、101b之间提供了液晶层102，且在像素孔径中的透明基板101a上设置了梳齿状像素电极103和共用电极104。
当在由此构成的现有技术板内切换LCD装置中显示图像时，在像素电极103和共用电极104之间施加不同的电压，以产生与这些电极之间的基板表面基本平行的横向电场，并且该横向电场导致电极之间的液晶分子在基本平行于基板表面的平面内旋转。由于图像是通过在平行于基板表面的平面内液晶分子的旋转而显示的，因此，观测角度不依赖于液晶分子的升起角度，这使得能以较宽的灰角度来进行显示，且避免了灰度级反转。
日本特开专利申请No.2004-354407(以下称作专利文献1)中公开的LCD装置是常规板内切换LCD装置的实例，如上所述。专利文献1公开了如下结构实例，其中像素电极和共用电极被形成在一对相对基板之一上，经由该基板上的像素电极和共用电极的下层上的绝缘膜来提供第一连续固体电极，且在与第一基板相对的另一极板的液晶层侧上形成第二连续固体电极。
当在具有专利文献1中公开的该结构的常规LCD装置中显示图像时，在像素电极和共用电极之间施加电压，且在基本平行于基板表面的电场作用下驱动液晶分子。在图像非显示状态的初始阶段中，在第一连续固体电极和共用及像素电极之间、以及第二连续固体电极和共用及像素电极之间施加电压，而未将电压施加到像素电极和共用电极之间。这产生垂直电场，并且升高了液晶分子，显示黑屏。在图像非显示状态的初始阶段之后，令电极达到相同电位，由此，像素内部处于无电场状态，升高的液晶分子复原回到其初始取向状态，且黑色显示保留。在图像非显示状态的初始阶段中产生垂直电场可以降低上升和下降响应时间，从而抑制了移动图像的模糊，并且从而提供了高质量的移动图像。
然而，上述的常规技术具有以下问题。
在常规板内切换有源矩阵LCD装置中，由于梳齿状电极是在基板之一上的像素内形成，因此孔径必然变小，从而导致透射率降低。尤其，由于在电极上的液晶分子不能被驱动，因此在LCD装置中存在低透射率的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种其中通过简单结构提高透射率的板内切换有源矩阵LCD装置。
根据本发明的板内切换有源矩阵LCD装置第一基板；面对第一基板的第二基板；在第一和第二基板之间提供的液晶层；在第一基板上形成且以矩阵方式交叉的数据线和栅极线；薄膜晶体管，其在由数据线和栅极线划分的每个像素区域中的第一基板上形成；共用线，其在基板上形成，并被用于横跨像素施加来参考电位；像素电极和共用电极，其在第一基板上的像素区域中形成，并被用于产生平行于基板表面的横向电场；和透明连续固体电极，其经由透明绝缘层，在第一基板上的像素电极和共用电极的下层上形成。
透明连续固体电极优选处于电浮状态。
优选均匀地形成透明连续固体电极以便覆盖像素的孔径。
像素电极和共用电极可由透明电极制成。
像素电极和共用电极可以以梳齿或梳子的形状(以下称作梳齿状)相互啮合地形成。
像素电极和共用电极可被形成于相同层上。
透明连续固体电极可被形成于与栅极线和共用线相同的层上。替换地，透明连续固体电极可经由透明绝缘层被形成于栅极线和共用线之间。
根据本发明，在板内切换有源矩阵LCD装置中，在基板上形成了用于产生横向电场的梳状电极，且经由透明绝缘层在基板上的电极下方提供了透明连续固体电极，从而将横向电场施加到在梳状电极上的液晶层，该横向电场改变梳状电极上方的液晶分子的取向，并且提高了在梳状电极上方的透射率。由此，能提高LCD装置的透射率而不改变梳状电极之间的宽度和/或间隙。对比度也会与透射率的提高成比例地提高。
附图说明
图1是示出现有技术板内切换LCD装置操作的截面图；
图2是示意性描述现有技术板内切换LCD装置的像素的截面图；
图3是示出根据本发明示范性实施例的板内切换有源矩阵LCD装置像素的平面图；
图4是沿着图3中的线A-A的截面图；
图5是示出本发明示范性示实例操作的截面图。
具体实施方式
考虑到上述问题，本发明的一个目的是通过着眼于液晶分子的取向、并通过改善显示图像时的液晶分子取向来提高透射率。在专利文献1中，连续固体电极是以与本发明中相同的方式形成在像素电极和共用电极的下层上的。然而，连续固体电极还被形成在相对基板上，并且这种设置的目的是在图像非显示状态的初始阶段中快速产生黑色显示。在本发明中，连续固体电极优选的是被保持在电浮状态。与之不同，在专利文献1中，连续固体电极没有被保持在电浮状态。具体地，如果在专利文献1的结构中，连续固体电极被引入到电浮状态，则不会实现该文献中所希望的黑色显示，且通过形成在相对基板上的连续固体电极降低了透射率。
以下参考附图详细描述本发明的示范性实施例。图3是示出根据本发明示范性实施例的板内切换有源矩阵LCD装置的像素的平面图，图4是沿着图3中的线A-A的截面图。
示范性实施例的LCD装置基于有源矩阵原理操作。液晶显示面板的显示区域由多个像素构成，这些像素是通过以矩阵方式设置的多个栅极线和数据线来划分的，并在每个像素上形成作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)。栅极线1和共用线2被形成于透明基板17上，并被相互平行地设置，如图3和4中所示。在其上形成有栅极线1和共用线2的透明基板17上形成了透明并导电的透明连续固体电极16，该透明连续固体电极16为方形，以便均匀覆盖像素孔径。透明连续固体电极16在所谓的浮状态中电独立，并且被形成为与栅极线1和共用线2电绝缘。透明连续固体电极16例如由ITO(氧化铟锡)或其他的此类透明导电材料制成。
在栅极线1、共用线2和透明连续固体电极16上方叠置了栅极绝缘膜(未示出)。其他结构与典型板内切换有源矩阵LCD装置相同。具体地，经由栅极绝缘膜，在栅极线1上的特定位置处形成a-Si(非晶硅)层6，并且源极4和漏极5被形成为从栅极线1的两个横向端部开始覆盖所述a-Si(非晶硅)层6。数据线3被形成为便于与源极4连接，并在与栅极线1正交的方向上延伸。由此，薄膜晶体管被形成在每个像素的栅极线1和数据线3之间的交叉点附近。而且，透明绝缘膜15被叠置以便覆盖数据线3、源极4、漏极5和栅极绝缘膜。通常在a-Si层上叠置被称作半导体层和接触层的两个层，以便提高薄膜晶体管的特性。
梳齿状像素电极13和共用电极14被形成于透明绝缘膜15的像素区域上，以便相互啮合。这些像素电极13和共用电极14由ITO或其他的此类透明导电材料制成。在梳齿状的一个实例中，如图3中所示，一组“V”形在梳齿延伸方向上对准，且除了弯曲部分以外，像素电极13和共用电极14被相互平行地设置。像素电极13和共用电极14的形状不限于本实施例中的形状，且其他可行方案包括单个“V”形、以直线形形成的梳齿电极、和任何其他形状，只要该电极产生横向电场就可以。横向电场是通过在梳齿状像素电极13和共用电极14之间施加不同电压而产生的。梳齿状像素电极13和共用电极14的齿的位置被设置在像素孔径中，并且在平面图中是被叠置在透明连续固体电极16上方。提供了接触孔9，以使共用电极14与共用线2是电导通的，且提供了接触孔8，以使像素电极13与漏极5是电导通的。
在其上由此形成了像素电极13和共用电极14的透明基板17上，形成了用于对液晶分子进行取向的取向膜(未示出)，且该取向膜的表面受到研磨。透明基板11被设置成面对透明基板17，且在面对透明基板17的透明基板11的表面上形成了滤色器(未示出)。而且，在面对透明基板17的透明基板11的最外表面上，形成了用于对液晶分子进行取向的取向膜(未示出)，和该取向膜的表面受到研磨。对该对透明基板11和17进行的取向膜研磨通常沿着产生液晶分子均匀取向的方向而进行的。研磨方向10垂直于栅极线1，并平行于像素电极13和共用电极14的延伸方向，如图3中所示。在其中以直线延伸的梳齿状电极被用作像素电极13和共用电极14的情况下，研磨方向10必须例如相对于梳齿延伸方向倾斜几度乃至几打的度数，并且必须提供非零的预扭角度。
本实施例的LCD装置被构成为在分别提供有TFT和滤色器的透明基板11和17之间填充液晶，且液晶层12被密封在如图4中示出的基板之间。在与接触液晶层12的侧面相反的侧面上，为两个透明基板11和17都提供偏振板(未示出)，且这对偏振板被设置为构成交叉的尼古拉斯棱镜。本实施例的LCD装置还具有光源装置(未示出)，并且光源装置所发出的光穿过透明基板17，从而显示图像。
在本实施例中，透明连续固体电极16是在与栅极线1和共用线2相同的层上形成，但是透明连续固体电极16还可经由透明绝缘膜，被形成在栅极线1和共用线2之间。例如，透明连续固体电极16可被形成在透明基板17上，透明绝缘膜可被叠置于其上，以便覆盖透明连续固体电极16，且栅极线1和共用线2可以被形成在该透明绝缘膜上，之后可形成栅绝缘膜。
接下来，将参考图3和1描述本实施例的操作。在此，液晶分子例如是具有正介电各向异性的液晶分子，即通常称作正极性的液晶分子。如图3中所示，当未在像素电极13和共用电极14之间施加电压时，液晶分子的初始取向是与研磨方向10相同的方向，液晶分子的主轴方向与偏振板的吸收轴方向一致，且两个偏振板被设置成吸收轴相互正交。因此，光透射率非常低。当在像素电极13和共用电极14之间施加不同电压时，产生基本上平行于基板表面、并且沿着像素电极13和共用电极14之间最短方向的电场。该电场是所谓的横向电场。电极之间的液晶分子受到该横向电场驱动，从而在平行于基板的平面内旋转，并且液晶分子的取向改变，以致液晶分子的主轴平行于横向电场。因此，透射率高。由于给出了其中像素电极13和共用电极14的形状是一组“V”形的实例，因此当使V形弯曲部分交叉时，横向电场的方向交替改变。因此，液晶分子在V形弯曲部分两侧上的相对方向上旋转，且液晶分子的主轴平行于横向电场的方向。
图5是示出当在像素电极13和共用电极14之间施加电压时本实施例操作的截面图。与图4中的那些相似的图5中的结构元件由相同数字标记表示，并且不详细描述。如图5中所示，在像素电极13和共用电极之间的中心附近产生基本平行于基板表面的横向电场，且电极之间的液晶分子20a的主轴也基本上平行于横向电场的方向21，并且平行于基板表面。因此，提高了在像素电极13和共用电极14之间的透射率，且在梳齿状电极之间产生透射光22。在像素电极13和共用电极14之间施加不同电压为透明连续固体电极16提供了电位，并产生了在透明连续固体电极16和像素电极13以及共用电极14之间具有垂直分量的横向电场。具有垂直分量的该横向电场还进入到液晶层12中，并改变液晶分子的取向，以便增加LCD装置的亮度。具体地，在像素电极13和共用电极14上方，具有垂直分量的该横向电场还具有在平行于基板表面的水平方向上的电场分量。因此，具有垂直和水平分量的电场引起液晶分子20c升高，并在平行于基板表面的平面内旋转，且液晶分子20c相对于基板表面倾斜。因此，在像素电极13和共用电极14上方的透射率提高了，还在像素电极13和共用电极14上方产生了梳齿状电极上的透射光23。
由此，本实施例中，由透明连续电极16保持电位，从而在像素电极13和共用电极14上方的液晶分子的取向被改变，且透射率提高了。在常规板内切换LCD装置中无法实现电极上方透射率的这种提高。图1是示出常规板内切换LCD装置操作的截面图。如图1中所示，没有像本实施例这样提供透明连续固体电极，因此在像素电极13和共用电极14上方的电场也不是横向的。因此，液晶分子不能充分旋转，且透射率低。因此，透射光主要是在像素电极13和共用电极14之间产生的。图1中的与图5中相似的结构元件由相同的数字符号表示且不详细描述。
透明连续固体电极16处于电浮状态，但是也可构造常黑的板内切换LCD装置，使得当将电场施加到液晶层以照亮屏幕时，适当的电压被施加到透明连续固体电极16，或者使得透明连续固体电极16具有与共用电极14相同的电位。
接下来，将描述本实施例的效果。在根据本实施例的板内切换有源矩阵LCD装置中，透明连续固体电极16经由透明绝缘膜15形成，该透明绝缘膜15位于在像素中形成的梳齿状像素电极13和共用电极14的下方，由此，透明连续固体电极16被提供了电位，同时液晶得到驱动，在透明连续固体电极16和像素电极13及共用电极14之间产生的具有垂直分量的横向电场也进入到液晶层12中，且液晶分子的取向被改变，以便增加LCD装置的亮度。具体地，提供了简单的结构，在该结构中，以连续固体形式将透明电极设置在像素孔径中，从而能对液晶层12施加下述电场，该电场提供了比常规结构中的横向电场更高的透射率，和能提高该透射率而不改变梳齿状电极之间的宽度和/或间隔。对比度也与透射率成比例地增加。
在基于权利要求的技术范围内可对本发明作出各种改进，和本发明的技术范围不以任一种方式受到本发明实施例的限制。

Claims (8)

1.一种板内切换有源矩阵液晶显示装置，包括：
第一基板；
面对第一基板的第二基板；
在第一和第二基板之间提供的液晶层；
在第一基板上形成且以矩阵方式交叉的数据线和栅极线；
薄膜晶体管，其形成在第一基板上，并且位于由数据线和栅极线划分的每个像素区域中；
共用线，其在第一基板上形成，并被用于横跨像素来施加参考电位；
像素电极和共用电极，其在第一基板上的像素区域中形成，并被用于产生平行于基板表面的横向电场；和
透明连续固体电极，其形成在第一基板上，其中透明绝缘层位于透明连续固体电极和像素电极、共用电极之间。
2.如权利要求1的板内切换有源矩阵液晶显示装置，其中透明连续固体电极处于电浮状态。
3.如权利要求1或2的板内切换有源矩阵液晶显示装置，其中透明连续固体电极被均匀地形成，以便覆盖像素孔径。
4.如权利要求1或2的板内切换有源矩阵液晶显示装置，其中像素电极和共用电极是透明电极。
5.如权利要求1或2的板内切换有源矩阵液晶显示装置，其中像素电极和共用电极被形成为相互啮合的梳齿状。
6.如权利要求1或2的板内切换有源矩阵液晶显示装置，其中像素电极和共用电极被形成于相同层上。
7.如权利要求1或2的板内切换有源矩阵液晶显示装置，其中透明连续固体电极被形成于与栅极线和共用线相同的层上。
8.如权利要求1或2的板内切换有源矩阵液晶显示装置，其中栅极线和共用线经由透明绝缘层形成于透明连续固体电极上。
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