CN101236345A - 液晶显示面板、像素结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种像素结构，适用于多畴垂直取向模式液晶显示装置，该像素结构包括扫描线、数据线、薄膜晶体管和像素电极。扫描线和数据线定义一像素区域，此像素区域包括第一子像素区域和第二子像素区域。薄膜晶体管，配置于基板上并电性连接至扫描线与数据线。像素电极，配置于像素区域内，并电性连接至薄膜晶体管的源极，其中在第一子像素区域内的部分像素电极的高度低于在第二子像素区域内的部分像素电极的高度，且至少在第一子像素区域的像素电极之上覆盖一层透明的第一耦合电容介质层。本发明还公开此像素结构的制造方法以及液晶显示面板。

Description

液晶显示面板、像素结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示装置(TFT-LCD)。特别涉及到一种多畴垂直取向模式液晶显示装置的显示面板、像素结构及其制造方法。

背景技术

目前，具有高画质、空间利用效率佳、低消耗功率、无辐射等优越特性的液晶显示器已逐渐成为市场的主流。为了让使用者有更好的显示品质，目前液晶显示器皆朝向高对比(high contrast ratio)、无灰阶反转(no gray scaleinversion)、色偏小(little color shift)、亮度高(high luminance)、高色饱和度、快速反应与广视角等特性来发展。

液晶显示设备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从而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中把液晶封入TFT基板和彩膜基板之间。在垂直取向TFT-LCD中，使用负性液晶来构成液晶单元。参考美国专利6661488B1，如图1A所示，液晶像素上下基板在不施加电压的情况下，液晶分子106垂直于玻璃基板101与104排列。电信号可以通过分别玻璃基板101与104上面的公共透明电极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，从而偏离垂直于玻璃基板101、104的方向。具体偏转角度跟所施加偏压大小有关，如图1B所示。如此通过施加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，多种技术被开发出来。其中，垂直取向液晶中通过在像素中设计出倾斜角度不同的子区域(畴)，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。如图1C所示，108为液晶显示面板的栅极信号线，109是源极信号线，110是公共电极，一个四畴垂直取向液晶像素包括像素电极103和有源元件(如TFT)112，像素电极103具有多个狭缝107，且像素电极103连接有源元件112。位于玻璃基板101上的突起105以及狭缝107可以影响像素电极103与公共透明电极102之间的电场分布，进而可使液晶层中液晶分子呈多方向排列，像素100内的液晶倾斜状况被分为四个畴A，B，C，D。

由于垂直取向液晶显示存在明显的色偏，即正面看与侧面看差别较大，为进一步改善视角，降低色偏的现象，目前提出了把液晶像素内与TFT连接的透明电极进一步分割成不同的区域，在不同区域施加不同的电压，使液晶分子200倾斜程度不一样，分别处于201与202两种倾斜状态，如图2所示。这样就增加液晶显示畴数，实现多畴显示，从而进一步改善视角特性。现有技术有采用电容耦合实现这种多畴技术，但目前的电容耦合技术通常是在形成第一导电金属的同时形成的电容耦合层，因此电容耦合层为不透光的金属，这导致像素区可透光的部分降低，从而降低像素的开口率，这导致制造成本的上升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能降低传统垂直取向液晶显示的色偏问题且不影响开口率的多畴垂直取向液晶显示装置的显示面板、像素结构及其制造方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种像素结构，适用于多畴垂直取向模式液晶显示装置，此像素结构包括扫描线、数据线、薄膜晶体管、以及像素电极。扫描线和数据线配置于基板上，以定义一像素区域，此像素区域包括第一子像素区域和第二子像素区域。薄膜晶体管配置于基板上并电性连接至扫描线与数据线。像素电极配置于像素区域内，并电性连接至薄膜晶体管的源极，其中在第一子像素区域内的部分像素电极的高度低于在第二子像素区域内的部分像素电极的高度，且至少在第一子像素区域的像素电极之上覆盖一层透明的第一耦合电容介质层。

在本发明的像素结构中，像素电极上设有多个狭缝。

在本发明的像素结构中，第一耦合电容介质层还覆盖第二子像素区域，且第一子像素区域与第二子像素区域的高度相同。

在本发明的像素结构，第二子像素区域的像素电极之上覆盖一层透明的第二耦合电容介质层，且第二耦合电容介质层的厚度小于第一耦合电容介质层的厚度，其中第一耦合电容介质层与第二耦合电容介质层的介电常数不同。

本发明提供一种液晶显示面板，适用于多畴垂直取向模式液晶显示装置，此液晶显示面板包括一薄膜晶体管阵列基板，其具有多个上述的像素结构；一彩膜基板，与所述薄膜晶体管阵列基板相对设置；以及一液晶层，配置于所述薄膜晶体管阵列基板与所述彩膜基板之间。

本发明还提出一种像素结构的制造方法，包括以下步骤：在一基板上形成包括栅电极、扫描线以及共用电极线的第一导电层；在第一导电层上沉积栅绝缘层；在栅绝缘层上形成包括半岛体层和欧姆接触层的半岛体岛；在半导体岛上形成薄膜晶体管的源极和漏极，且在栅绝缘层上形成数据线，其中数据线与所述扫描线定义一像素区域，其包括第一子像素区域和第二子像素区域；在基板上沉积钝化绝缘层；在钝化绝缘层上形成像素电极的接触孔，同时去除所述第一子像素区域中的钝化绝缘层和栅绝缘层；在所述像素区域形成图形化的像素电极，其中所述第一子像素区域中的像素电极高度低于所述第二子像素区域中的像素电极；以及沉积一透明的第一耦合电容介质层，其至少覆盖所述第一子像素区域。

在上述的像素结构的制造方法中，像素电极上设有多个狭缝。

在上述的像素结构的制造方法中，第一耦合电容介质层还覆盖所述第二子像素区域，且第一子像素区域和第二子像素区域的高度相同。

在上述的像素结构的制造方法中，还包括在所述第二子像素区域的像素电极之上覆盖一层透明的第二耦合电容介质层，且所述第二耦合电容介质层的厚度小于第一耦合电容介质层的厚度，其中第一耦合电容介质层与第二耦合电容介质层的介电常数不同。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，不但可以降低传统液晶显示器的色偏问题，同时由于所形成的耦合电容介质层是透明的，因此不会降低像素的开口率。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A表示现有的一种多畴垂直取向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表示图1A所示液晶显示装置在施加一定电压的情况下液晶分子的排布情况示意图。

图1C表示现有的一种多畴垂直取向液晶显示装置的平面版图示意图。

图2表示对像素进行区域划分由四畴增加到八畴的现有技术中，像素进一步分割成的子区域液晶分子倾斜状态有轻微差别的示意图。

图3为本发明第一实施例的像素结构。

图4A～图4F、图5A～图5F为本发明第一实施例的像素结构制造流程图，其中图4A～图4F表示沿图3中C-C’方向的截面图，图5A～图5F表示沿图3中D-D’方向的截面图。

图6为本发明第一实施例的像素结构的等效电路图。

图7为本发明第二实施例的像素结构的制造流程图。

图8为本发明第三实施例的像素结构的制造流程图。

图9为本发明第二和第三实施例的像素结构的等效电路图。

具体实施方式

图3示出本发明的适用于多畴垂直取向模式液晶显示装置的一种像素结构，其中包括配置于薄膜晶体管阵列基板(图未示)上的扫描线310、数据线320、TFT 340、像素电极350、以及耦合电容介质层360。其中两条相邻的扫描线310和两条相邻的数据线320定义一像素区域。此像素区域进一步区分为第一子像素区域A和第二子像素区域B。

像素电极350上具有多条狭缝351组成的狭缝图案，且像素电极350通过接触孔341连接TFT 340的源极，TFT 340的栅极连接扫描线310，TFT 340的漏极连接数据线320。

上述像素结构是配置在薄膜晶体管阵列基板上，此基板上还配置有公共电极线311，与之相对的彩膜玻璃基板(图未示)上配置有多个凸起370。薄膜晶体管阵列基板与彩膜玻璃基板之间填充液晶分子以形成液晶层(图未示)。薄膜晶体管阵列基板、彩膜玻璃基板以及其间的液晶层组成本发明的液晶显示面板。

通过参照图4A～图4F以及图5A～图5F的像素结构制造方法，当能更清楚的了解本发明。其中图4A～图4F表示沿图3中C-C’方向的截面图，图5A～图5F表示沿图3中D-D’方向的截面图。

首先，请参照图4A和图5A所示，首先在透明基板300上沉积第一导电层，采用第一道掩模工艺把第一导电层进行图案化，形成栅电极312、扫描线310以及共用电极线311。

接着，如图4B和图5B所示，在图案化的第一导电层上沉积栅绝缘层315，然后是半岛体层318和欧姆接触层319。之后，采用第二道掩模工艺对半岛体层318和欧姆接触层319进行岛刻，形成半岛体岛316。

之后，如图4C和图5C所示，在半导体岛316上溅射第二导电层，然后采用第三道掩模工艺形成数据线320，以及薄膜晶体管的源极321和漏极322。

再接着，如图4D和图5D所示，沉积钝化绝缘层325，覆盖薄膜晶体管区域、数据线区域以及像素区域，然后进行孔刻，形成接触孔341，同时把第一子像素区域(参照图3)中的绝缘层刻掉。

接着参照图4E和图5E所示，溅射透明导电层，在像素区域中形成图形化的像素电极350，以及像素电极中的狭缝351，其中形成第一子像素区域A的像素电极的高度会低于第二子像素区域B中的像素电极的高度，形成台阶差，且第一、第二子像素区域A和B电性连接。

最后，参照图4F和图5F所示，采用透明的第一耦合电容介质层360选择性的把高度较低第一子像素区域A平坦化为与第二子像素区域B的高度大致相同。

本发明第一实施例的像素结构的等效电路如图6所示，第一子像素区域A通过平坦化介质层形成耦合电容Ccp，因此作用在像素区域A的电压Va与像素区域B的电压Vb不同，其中：

$\mathrm{Va}=\mathrm{Vb}\·\frac{\mathrm{Ccp}}{\mathrm{CLCA}+\mathrm{Ccp}},$

CLCA为像素区域A的液晶电容。

因此，本发明的上述实施例通过使不同像素区域A、B具有不同的电压，使液晶分子倾斜程度不一样，而降低色偏效果但并不影响开口率。

图7为本发明第二实施例的像素结构的制造流程图。其中其他步骤与上述第一实施例类似，不同之处在于把整个像素区域进行了平坦化，即第一耦合电容介质层360还覆盖第二子像素区域B，且子像素区域A、B的高度仍然大致相同。显然，第二子像素区域B中的耦合电容介质层的厚度较小。

图8为本发明第三实施例的像素结构的制造流程图。其中其他步骤与上述第一实施例类似，不同之处在于第二子像素区域B采用介电常数不同的第二耦合电容介质层361进行平坦化，但第二子像素区域B中的耦合电容介质层的厚度较小，使子像素区域A、B的高度仍然大致相同。

上述第二和第三实施例的等效电路如图9所示。第一子像素区域A通过平坦化介质层形成耦合电容Ccp1，而第二子像素区域B通过平坦化介质层形成电容值不同的耦合电容Ccp2，因此作用在像素区域A的电压Va与像素区域B的电压Vb不同。

综上所述，本发明的像素结构、液晶显示面板能够改善传统垂直取向的色偏问题，同时由于所形成的耦合电容介质层是透明的，因此不会降低像素的开口率。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种像素结构，适用于多畴垂直取向模式液晶显示装置，其特征在于，所述像素结构包括：

扫描线和数据线，配置于一基板上，以定义一像素区域，所述像素区域包括第一子像素区域和第二子像素区域；

一薄膜晶体管，配置于所述基板上，并电性连接至所述扫描线与所述数据线；以及

一像素电极，配置于所述像素区域内，并电性连接至所述薄膜晶体管的源极，其中在所述第一子像素区域内的部分像素电极的高度低于在所述第二子像素区域内的部分像素电极的高度，且至少在所述第一子像素区域的像素电极之上覆盖一层透明的第一耦合电容介质层。

2.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述像素电极上设有多个狭缝。

3.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一耦合电容介质层还覆盖所述第二子像素区域，且所述第一子像素区域与所述第二子像素区域的高度相同。

4.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第二子像素区域的像素电极之上覆盖一层透明的第二耦合电容介质层，且所述第二耦合电容介质层的厚度小于所述第一耦合电容介质层的厚度，其中所述第一耦合电容介质层与所述第二耦合电容介质层的介电常数不同。

5.一种液晶显示面板，适用于多畴垂直取向模式液晶显示装置，其特征在于，所述液晶显示面板包括：

一薄膜晶体管阵列基板，具有多个像素结构，每一像素结构包括：

扫描线和数据线，配置于一基板上，以定义一像素区域，所述像素区域包括第一子像素区域和第二子像素区域；

一薄膜晶体管，配置于所述基板上，并电性连接至所述扫描线与所述数据线；以及

一像素电极，配置于所述像素区域内，并电性连接至所述薄膜晶体管的源极，其中在所述第一子像素区域内的部分像素电极的高度低于在所述第二子像素区域内的部分像素电极的高度，且至少在所述第一子像素区域的像素电极之上覆盖一层透明的第一耦合电容介质层；

一彩膜基板，与所述薄膜晶体管阵列基板相对设置；以及

一液晶层，配置于所述薄膜晶体管阵列基板与所述彩膜基板之间。

6.一种像素结构的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

在一基板上形成包括栅电极、扫描线以及共用电极线的第一导电层；

在第一导电层上沉积栅绝缘层；

在栅绝缘层上形成包括半岛体层和欧姆接触层的半岛体岛；

在半导体岛上形成薄膜晶体管的源极和漏极，且在栅绝缘层上形成数据线，其中数据线与所述扫描线定义一像素区域，其包括第一子像素区域和第二子像素区域；

在基板上沉积钝化绝缘层；

在钝化绝缘层上形成像素电极的接触孔，同时去除所述第一子像素区域中的钝化绝缘层和栅绝缘层；

在所述像素区域形成图形化的像素电极，其中所述第一子像素区域中的像素电极高度低于所述第二子像素区域中的像素电极；

沉积一透明的第一耦合电容介质层，其至少覆盖所述第一子像素区域。

7.如权利要求6所述的像素结构的制造方法，其特征在于，所述像素电极上设有多个狭缝。

8.如权利要求6所述的像素结构的制造方法，其特征在于，所述第一耦合电容介质层还覆盖所述第二子像素区域，且所述第一子像素区域和第二子像素区域的高度相同。

9.如权利要求6所述的像素结构的制造方法，其特征在于，还包括在所述第二子像素区域的像素电极之上覆盖一层透明的第二耦合电容介质层，且所述第二耦合电容介质层的厚度小于所述第一耦合电容介质层的厚度，其中所述第一耦合电容介质层与所述第二耦合电容介质层的介电常数不同。

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