CN101144947A - 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，包括多个由栅极扫描线和数据线交叉定义出来的像素，每个像素至少分隔为第一子像素和第二子像素；及多个连接到栅极扫描线和数据线的像素电路；所述像素电路，至少包括第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管、第三薄膜晶体管、第一子像素电容、第二子像素电容、存储电容、附加电容；所述存储电容与所述第一子像素电容并联连接，用于保持通过数据线传输过来的数据信号电压；其中所述附加电容与第二子像素电容串联连接、与第二薄膜晶体管并联，所述第二子像素电容一极与第三薄膜晶体管第二电极电连接，所述第二、第三薄膜晶体管由上一行栅极扫描线控制。
Description
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薄膜晶体管液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置中的液晶本身不发光，液晶显示是通过电场控制液晶分子扭转来控制液晶单元的光透过率，从而达到显示的目的。通常情况下，TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示装置)中把液晶封入上下基板之间。在垂直取向模式的TFT-LCD中，液晶分子一般由介电常数为负且各向异性的液晶材料构成。参考美国专利6661488B1，液晶显示装置的上下基板在不施加电压的情况下，液晶分子106垂直于第一基板101与第二基板104排列，如图1A；电压信号可以通过分别附着于第一基板101与第二基板104上面的公共电极102与像素电极103施加。在施加电压的情况下，液晶分子106趋向于垂直于电场方向排列，从而偏离垂直于第一、第二基板101、104的方向。具体偏转角度跟所施加偏压大小有关，如图1B。如此通过电压信号实现对液晶分子的调制，改变液晶像素的光透过特性，实现图像的显示。
当液晶分子倾斜一定角度的时候，观察者从不同角度将会观察到不同的显示效果，这就是液晶显示装置的视角问题。为解决视角问题，提出了多种技术方案。其中，垂直取向模式的液晶显示装置通过在像素中设计出倾斜角度不同的子区域(畴)，如MVA(Multi-domain Vertical Alignment，多畴垂直取向)、PVA(Patterned VerticalAlignment，图像垂直取向)技术，像素的显示特性是其中的各个畴在空间上积分平均的效果。这样，从不同角度观察液晶显示器件时看到的差别减小，视角得以改善。参照图1，MVA液晶显示装置通过在公共电极102上形成凸起105或者在像素电极103上形成狭缝107，使由扫描线108和数据线109交叉定义出的像素区域100中形成倾斜角度不同的四个子区域(畴)A，B，C，D。
为进一步改善视角，减低色偏的现象，液晶像素区域内与TFT连接的透明电极被进一步分割成不同的区域，如美国专利7113233B2。透明电极可以是但不限于氧化铟锡(Indium Tin Oxide，简称ITO)或者氧化锌(Zinc Oxide，简称ZnO)等兼具透明与导电特征的材料。如图2示意，通过一定的方法，使像素内分割成的不同区域上的电压按照设计存在一定的差别，液晶分子倾斜程度不一样，分别处于201与202两种倾斜状态，这样就在原来四畴的基础上增加到了八畴，以进一步改善视角特性。
美国专利7113233B2提出的八畴显示方式是通过电容串联分压的效果形成具有不同电压值的第一子像素A、第二子像素B来实现的。该实现方法存在一个悬空电极，如图3中第二子像素B上串联的附加电容CSIN与液晶电容CLCB公用的悬空电极300。悬空电极300会通过耦合与漏电带来静电荷的积累，并且积累的电荷很难释放，会导致残留直流电压，引起图像错误灰阶表现与残像等问题。
为解决上述悬空电极带来的电荷积累带来的问题，有多种方案被提出。中华映管(ChunghwA Picture TuBes，LTD)在SID 2007，18.2，pp.1007-9.公开的题为MVA-LCD with Low Color Shift And High ImAge QuAlity中提出了一种通过给分压电容并联一个第三薄膜晶体管T3，在充电的时候使分压电容放电，从而消除了悬空电极，避免了电荷积累，如图4所示。这种电路虽然没有悬空电极，不会引入电荷积累，却难以实现电容分压的效果。参考图4，在数据写入充放电的时候，第三薄膜晶体管T3导通附加电容CSiN两端电极，使电容放电，且两端电极处于同电位。在充放电结束之后，CSiN与CLCB之间不会发生电荷分享。结果CLCA与CLCB上电位没有差别，失去了使像素内不同子像素区域偏压差别化的功能。
三星电子(SAmsung Electronics Co.，LTD)在SID07，34.3，pp.1252-4.的A novel ChArge-shAred S-PVA Technology、美国专利7158201B2、中国专利1928674A、美国专利7220992B2中提出了几种电路结构，避免电路中的悬空电极。但这些电路都存在一些问题。简要分析如下。参考图5，在写入像素电压数据之前，栅极扫描线Gn使第二薄膜晶体管T2打开，节点Vb被复位到公共电极电压。电容CCPB上面的电压与节点Va的电压有关。在下一行栅极扫描线Gn+1打开第一薄膜晶体管T1的时候，新的电压数据将被写入节点Va。节点Vb的电压值是新写入的电压数据与原来电压数据的函数，节点Vb上面的电压值在某一帧电压数据写入后还与上一帧写入数据有关，因此依靠像素电路本身的设计，节点Vb不能正确根据像素写入电压数据产生合适的电压。参考图6A，将每个像素区域PX分开为两个像素区域PXA和PXB后，分别写入相应的电压数据。每个像素采用两个栅电极线GLa与GLb，分别控制第一薄膜晶体管T1与第二薄膜晶体管T2的开启与否，分时将DL上面的相应电压数据写入；或者参考图6B，每个像素采用两个数据线DLc与DLd，当栅极扫描线GL打开时，两个数据线分别通过两个TFTT3与T4写入相应的电压数据。这两种实施方法都需要比普通的MVA或PVA液晶显示装置增加额外的栅极扫描线或数据线，且需要系统驱动电路的配合，电路复杂，实现成本较高。参考图7，与图6电路类似，通过增加可以实现电荷重新分布的电容CCSA与CCSB，虽然可以实现节点Va与Vb上面差别化的电压，却无法排除上一帧电压信号的影响，依靠像素电路本身的设计无法保证当前帧写入电压数据的正确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无需额外的栅极扫描线与数据线，并可保证写入电压数据的准确性且两个子像素区域电压存在预期差别的垂直取向模式的液晶显示装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种垂直取向模式的液晶显示装置，包括多个由栅极扫描线和数据线交叉定义出来的像素，每个像素至少分隔为第一子像素和第二子像素；及多个连接到栅极扫描线和数据线的像素电路；所述像素电路，至少包括第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管、第三薄膜晶体管、第一子像素电容、第二子像素电容、存储电容、附加电容；所述存储电容与所述第一子像素电容并联连接，用于保持通过数据线传输过来的数据信号电压；其中所述附加电容与第二子像素电容串联连接、与第二薄膜晶体管并联，所述第二子像素电容一极与第三薄膜晶体管第二电极电连接，所述第二、第三薄膜晶体管由上一行栅极扫描线控制；该电路在本像素写入电压数据之前将像素的电容放电，在本像素电压数据写入的同时通过附加电容将第一子像素电压耦合到第二子像素电压。
所述像素电路还可包括有第四薄膜晶体管，用于控制第二子像素的数据写入。
基于上述构思，本发明的垂直取向模式的液晶显示装置，在每一次对像素进行电压数据写入之前，通过给附加电容并联第二薄膜晶体管将附加电容放电，通过第三薄膜晶体管将第二子像素电容放电，同时通过附加电容将第一子像素电压耦合到第二子像素电压，使第二子像素电压与第一子像素电压实现了差别化。与现有技术相比，具有以下优点：第一，在像素电路中无需引入悬空电极，因此可以避免电荷积累和残留直流电压产生；第二，无需引入额外的栅极扫描线与数据线，因此不会增加系统驱动电路的复杂性；第三，当前电压数据可以被准确写入，不受像素电极上面上一帧电压值的影响，对每个像素写入新的电压数据之前，先对像素划分出的子像素中的至少一个子像素的电容全部进行放电，对电容上的节点电压进行重置，因此可以保证写入电压数据的准确性，并且保证了两个子像素区域电压存在预期的差别。且本发明适用于MVA、PVA或其他以像素分割成子区域来增加畴的数目的改善视角的方式的液晶显示装置。
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为多畴垂直取向模式液晶显示装置在不施加电压的情况下液晶分子的排布情况示意图；
图1B为多畴垂直取向模式液晶显示装置在施加电压的情况下液晶分子的排布情况示意图；
图1c为多畴垂直取向模式液晶显示装置的像素区域的平面结构示意图；
图2为多畴垂直取向模式液晶显示装置中液晶分子在不同子像素区域中的不同倾斜状态示意图；
图3为现有技术中用于多畴垂直取向模式液晶显示装置中的像素电路结构示意图；
图4为现有技术中用于多畴垂直取向模式液晶显示装置中的像素电路结构示意图；
图5为现有技术中用于多畴垂直取向模式液晶显示装置中的像素电路结构示意图；
图6为现有技术中用于多畴垂直取向模式液晶显示装置中的像素电路结构示意图；
图7为现有技术中用于多畴垂直取向模式液晶显示装置中的像素电路结构示意图；
图8为本发明实施例一中垂直取向模式液晶显示装置的像素电路结构示意图；
图9为本发明实施例二中垂直取向模式液晶显示装置的像素电路结构示意图；
图10A为应用本发明实施例一中像素电路的液晶显示装置的像素平面结构示意图；
图10B为沿图10A中的A-A’方向的剖面结构示意图，不包括第一基板；
图10C为沿图10A中的B-B’方向的的剖面结构示意图，不包括第一基板。
附图标号说明：
100：像素
101：第一基板 102：公共电极
103：像素电极 104：第二基板
105：突起 106：液晶分子
107：狭缝 108：栅极扫描线
109：数据线 110：公共电极线
201：第一子像素A中的液晶分子状态
202：第二子像素B中的液晶分子状态
300：悬空电极
1001a、1001c：栅极扫描线； 1001b：公共电极线；
1002：黑矩阵遮挡区域；
1003a：数据线； 1003b：电容电极；
1003c、1003d、1003e、1003f：电极；
1004a：第一子像素电极； 1004b：第二子像素电极；
1005：突起； 1006：接触孔； 1007：半导体层； 1008：狭缝
DL：数据线 GL：栅极扫描线
T：薄膜晶体管
T1：第一薄膜晶体管 T2：第二薄膜晶体管 T3：第三薄膜晶体管
T4：第四薄膜晶体管
CLCA、CLCB、CLCC、CLCD：液晶电容(像素电容)
CSTA、CSTB、CSTC、CSTD：存储电容
CSIN：附加电容
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。
实施例一
图8为本发明实施例中用于垂直取向模式液晶显示装置中的像素电路结构示意图；图10A为应用本发明实施例一中像素电路的液晶显示装置的像素平面结构示意图；图10B为沿图10A中的A-A’方向的剖面结构示意图；图10c为沿图10A中的B-B’方向的的剖面结构示意图。
本实施例使用了图1多畴垂直取向模式的液晶显示装置结构，参照图1、图10，本发明的垂直取向模式的液晶显示装置包括相对设置的第一基板101、第二基板104，第二基板104上依次形成有第一导电层、栅绝缘层、第二导电层、像素电极层，栅极扫描线1001a、1001c、公共电极线1001b形成在第一导电层上，数据线1003a、电容电极1003b、电极1003c、1003d、100 3e、1003f形成在第二导电层上，栅极扫描线1001a和数据线1003a交叉定义出像素，像素电极分隔成第一子像素电极1004a和第二子像素电极1004b，栅极扫描线1001c和数据线1003a交叉处设置有第一薄膜晶体管T1，薄膜晶体管包含有三个电极，分别是栅电极、第二电极与第三电极，栅电极控制第二与第三电极之间的导通与否。第一薄膜晶体管T1的第二电极由数据线1003a构成，第三电极1003c通过接触孔1006与第一子像素电极1004b连接，第一薄膜晶体管T1由栅极扫描线1001c控制；栅极扫描线1001a和数据线(未标示，属于相邻像素，与数据线1003a在本列像素中位置类似)的交叉处设置有第二薄膜晶体管T2、第三薄膜晶体管T3，第二薄膜晶体管T2的第二、第三电极1003d、1003e分别通过接触孔与第一子像素电极1004a和第二子像素电极1004b相连；第三薄膜晶体管T3的第二、第三电极1003e、1003f分别通过接触孔与第二子像素电极1004b和公共电极1001b连接；第二薄膜晶体管T2与第三薄膜晶体管T3由栅极扫描线1001a控制；第一导电层通过控制半导体层1007的导电程度决定相应TFT的第二、第三电极是否相互导通。第一基板101表面的公共电极上形成有突起1005，第二基板104表面的子像素电极1004a、1004b上形成有狭缝1008，第一基板101上的黑矩阵遮挡区域1002用于阻止光在非像素区域内的透过。
参考图8与图10，第一子像素电极1004a与第二子像素电极1004b分别与第一基板侧公共电极构成第一子像素电容CLCA与第二子像素电容CLCB。第一子像素电容CLCA通过第一薄膜晶体管T1连接到数据线DL，第一薄膜晶体管T1的栅电极连接到栅极扫描线Gn。存储电容CST由第一导电层与第二导电层以及位于两导电层之间的栅绝缘层构成，并通过形成于第二层导电层之上的接触孔1006与第一像素电极相连，使CST与CLcA形成并联的关系。第二子像素的像素电极1004b与第二层导电层1003b重合部分形成附加电容CSiN，并与第二子像素电容CLCB形成串联连接，与第二薄膜晶体管T2形成并联连接，所述第二子像素电容CLCB一极与第三薄膜晶体管T3的第二电极电连接，第二薄膜晶体管T2与第三薄膜晶体管T3的栅电极与相邻一行像素的栅极扫描线Gn-1相连。在液晶显示装置工作的时候，栅极扫描线Gn-1首先打开第二薄膜晶体管T2与第三薄膜晶体管T3，使附加电容CSiN与第二子像素电容CLCB放电，电容各节点电位被重置到公共电极电压。稍后，上一行栅极扫描线Gn-1关闭第二薄膜晶体管T2与第三薄膜晶体管T3，本行栅极扫描线Gn打开第一薄膜晶体管T1，数据线DL上面的电压通过第一薄膜晶体管T1写入第一子像素电容CLCA与存储电容CST并通过附加电容CSiN耦合到第二子像素电容CLCB上，CLCB上面的电压VCLCB为：
通过设置合适的CSiN与CLCB的数值，就可以得到预期的具有差别化的电压值，分别施加到像素的第一子像素电极1004a与第二子像素电极1004b，增加畴的数目，改善液晶显示装置的视角。
实施例二
参考图9，工作原理与实施例一基本相同。不同的是在像素写入电压数据的时候，第一子像素与第二子像素分别用两个TFT写入，即通过在第二子像素像素设置第四薄膜晶体管T4，用于控制第二子像素的数据写入，第四薄膜晶体管T4由栅极扫描线Gn控制。相比实施例一，第二子像素单独用一个薄膜晶体管T4控制数据的写入。电容放电与电压重置的过程与实施例一基本相同。只是，放电过程不影响第一子像素。如果上一帧图像中像素电压值与本帧图像像素电压值相同或非常接近，则实施例一中对第一子像素与第二子像素都进行了电压重置，信号写入时需要重新为放电像素充电，增大了功耗。因此，在增加一个TFT的情况下，本实施例由于对第一子像素不进行放电，可以降低功耗。
Claims (2)
1.一种垂直取向模式的液晶显示装置，包括
多个由栅极扫描线和数据线交叉定义出来的像素，每个像素至少分隔为第一子像素和第二子像素；及
多个连接到栅极扫描线和数据线的像素电路；所述像素电路，至少包括
第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管、第三薄膜晶体管、第一子像素电容、第二子像素电容、存储电容、附加电容；
所述存储电容与所述第一子像素电容并联连接，用于保持通过数据线传输过来的数据信号电压；
其特征在于所述附加电容与第二子像素电容串联连接、与第二薄膜晶体管并联，所述第二子像素电容一极与第三薄膜晶体管第二电极电连接，所述第二、第三薄膜晶体管由上一行栅极扫描线控制；该电路在本像素写入电压数据之前将像素的电容放电，在本像素电压数据写入的同时通过附加电容将第一子像素电压耦合到第二子像素电压。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于所述像素电路还包括有第四薄膜晶体管，用于控制第二子像素的数据写入。
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