CN102819152A

CN102819152A - 高孔径比面内切换模式有源矩阵液晶显示单元

Info

Publication number: CN102819152A
Application number: CN2012102497113A
Authority: CN
Inventors: 川崎拓; 今野隆之; 西田真一
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: JP5061505B2; CN101078824A; US7777852B2; US20070273819A1; CN102819152B; JP2007316321A

Abstract

本发明涉及高孔径比面内切换模式有源矩阵液晶显示单元。在其中像素的矩阵图像由栅极线和交叉数据线定义的液晶显示单元中，透明像素电极被形成在与数据线相同的层上，且相应的透明共用电极被形成在透明像素电极上方。在共用电极上，提供液晶层。在每个像素的孔径中，共用电极具有在孔径外部的平行带部分和外围部分的图案，用于遮蔽相应数据线的场。每个像素电极都与相应共用电极的平行带部分协作，以沿着该平行带部分产生内部散射场，并且具有交叠共用电极外围部分的部分，以产生外围散射场，以使液晶单元能够通过内部散射场并通过外围散射场被均匀地面内切换。

Description

高孔径比面内切换模式有源矩阵液晶显示单元

本申请是申请日为2007年5月25日、申请人为“日本电气株式会社”、申请号为200710104534.9的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种面内切换（IPS）模式有源矩阵液晶显示单元。

背景技术

日本专利公开2005－70747（称作文献1）公开了一种液晶显示单元，其能被分类为IPS模式显示单元中的一种。该现有技术的显示单元包括下部结构和上部结构，并在上部和下部结构之间容纳液晶层。整个单元是通过在下部结构下方提供的背光来照明的。该下部结构由透明基板构成，在所述透明基板上形成了透明共用电极（第一ITO电极）并且该透明共用电极被涂覆了绝缘层。对于每个像素，在绝缘层上提供数据线，并且该数据线被涂覆了保护层，在所述保护层上提供了透明平行像素电极（第二ITO电极）。然而，数据线没有与液晶层屏蔽开，数据线的电场不利地影响液晶的取向，并且导致穿过数据线边缘的部分背光泄漏到观看者一侧。为了遮蔽这种不希望的光泄漏，上部结构提供有黑矩阵。由于黑矩阵占据了相对大的空间，因此现有技术LCD单元的孔径比不能令人满意。

日本专利公开2002－258321（称作文献2）公开了一种IPS模式LCD单元，其中提供了用于容纳液晶层的下部结构和上部结构，且通过使用背光，以与文献1相似的方式对整个单元进行照明。下部结构由透明基板、透明像素电极和数据线构成，该数据线是在透明基板上方形成的。像素电极和数据线被保护层涂覆，在该保护层上提供了共用电极。对于每个像素，每个共用电极都包括在像素孔径内部设置的内部电极、以及在相应数据线上方设置并通过绝缘体而从保护层升高的外部边缘部分。

尽管文献2的数据线被共用电极的外部边缘部分涂覆，但是数据线仍不能令人满意地与液晶层屏蔽开。因此，在取向方面液晶仍受到数据线的杂散场分量的不利影响。此外，由于对液晶的面内切换有贡献的横截场（transversal field）分量在位于每个共用电极正上方的区域中耗尽，因此在该区域中的光透射率低，从而导致光透射率的低可控性。而且，由于其显著地影响对面内切换有贡献的电场，因此需要高精确度的技术来控制每个共用电极的宽度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有高孔径比的面内切换模式有源矩阵液晶显示单元。

根据本发明，提供了一种液晶显示单元，其包括：多条平行栅极线；在所述栅极线上方的第一层上的多条平行数据线，所述数据线延伸到与所述栅极线交叉，用于在与所述栅极线的交叉处定义像素的矩阵图案；在所述第一层上的、与相对于所述像素的位置相对应的多个透明像素电极；被设置在于所述第一层上方的所述第二层上、并与相对于所述像素和所述像素电极两者的位置相对应的多个透明共用电极；和在所述透明共用电极上的液晶层。每个共用电极都具有在相应像素孔径内部的平行带部分和在所述孔径外部的外围部分的图案，用于遮蔽由所述数据线中相应一个产生的非期望场。每个像素电极都与相应共用电极的平行带部分协作，用于沿着共用电极的平行带部分均匀地产生散射场。

优选地，每个像素电极都具有横向延伸超出孔径的交叠部分，从而按照预定量与相应共用电极的外围部分交叠，以沿着相应共用电极的外围部分产生外围散射场，由此，能通过内部散射场以及外围散射场均匀地面内切换孔径中的液晶单元。

优选地，液晶层具有足够用于将通过散射场对液晶单元进行面内切换的厚度，以产生最大光透射率。该厚度大于通过横向场驱动的液晶层的厚度。

而且，交叠部分的预定两是1.0至1.5μm。此外，每个像素电极都具有设置在与相应共用电极的平行带部分为交错关系的孔径中的平行带部分的图案。此外，通过由聚合物如树脂制成的绝缘体，每个共用电极的外部边缘部分从第二层被升高。

附图说明

将参考以下附图详细描述本发明，附图中：

图1是根据本发明第一实施例IPS模式有源矩阵液晶显示单元的垂直截面图，用于示出设置在矩阵图案中的多个像素中的仅一个像素；

图2是沿着图1的线2－2取得的平面图，以展现共用电极；

图3是表示本发明液晶显示单元峰值透射率的图；和

图4是根据本发明第二实施例的液晶显示单元的垂直截面图。

具体实施方式

图1示出了，在垂直截面中，根据本发明第一实施例的面内切换模式有源矩阵液晶显示单元。该LCD单元包括在偏振器11上的透明基板10，其暴露于背光下。在基板10上，形成多条平行栅极线17，该栅极线17被透明绝缘层12覆盖。在绝缘层12上是平行数据线16的图案，其延伸并与栅极线17交叉，从而与数据线16定义像素的矩阵图案。像素电极40的图案被形成于绝缘层12上，以使每个像素电极40都被定位在数据线16和栅极线17的交叉处。数据线16和像素电极40被透明绝缘层20覆盖，用于保护未示出的薄膜晶体管。在绝缘层20上，用聚合物形成绝缘体24的图案，以使每个绝缘体24都被定位于数据线16上方并且平行于数据线16延伸。

在绝缘层20上，为每个像素电极40提供了共用电极18。共用电极18被形成于在像素孔径内部的平行带18A的图案中，该像素孔径由覆盖升高的绝缘区域24的一对外围部分18B、和在外围部分18B之间延伸的一对外围部分18C来定义。共用电极18的聚合物绝缘的升高外围部分18B具有有效地将液晶层22与数据线16的杂散电场屏蔽开的效果。

在优选实施例中，期望的是形成绝缘体24，以使共用电极18B和数据线16之间的杂散电容尽可能小，这是由于这样降低了本会被引入到共用电势中的迟滞时间。以这种方式，能最小化水平串扰。用于绝缘体24的合适材料是树脂。在共用电极18的平行带18A的一种形式中，它们被图案化为如图2中所示的梳齿状。

在共用电极18上是液晶层22。在液晶层22之上施加了装配有滤色器26的透明基板28。黑矩阵30被嵌入到在与数据线16对应的位置中的滤色器26中。在透明基板28的观看者一侧上提供了以与偏振器11的偏振平面成直角地被偏振化的偏振器32，使得观看者能看到被液晶偏振化的光分量。为每个像素提供薄膜晶体管46，以激励像素电极40。注意，共用电极的导电带18A优选的是被布置成与数据线16平行地延伸。

根据本发明，每个像素电极40都具有外围边缘部分40，其超出像素孔径向外延伸，并按照由长度“L”表示的量，与相应的共用电极的外部边缘部分18B交叠。通过像素电极的边缘部分与共用电极18的垂直外围部分18B的交叠结构，数据线的电场与液晶层22屏蔽开，由此防止它们在数据线16附近对液晶单元的取向产生不利影响。结果，消除了本来可能会经由相邻数据线16而泄漏到液晶显示单元观看者一侧的部分背光，并且，改善了像素孔径的总的光透射率。

图3是表示峰值透射率与交叠长度“L”之间关系的图。可看到，交叠“L”优选为1至1.5μm，以获得高的峰值透射率。

由于防止了背光经由数据线16附近而泄漏到观看者一侧，如上所述，因此可以将黑矩阵30的宽度制作得比现有技术窄。因此，能获得增加的孔径比。

与文献2相比，按照足以产生多个内部散射场的树木，来提供共用电极的平行带部分18A。以这种方式产生的内部散射场驱动液晶单元以改变其取向，其反过来借助于插入弹性功率来引起平行导电带部分18A上方的液晶单元部分改变其取向。以这种方式，在平行导电带部分18A上方的液晶单元的这些部分有助于改善光透射率。

此外，由于散射场使液晶单元“面内”切换，因此，与如文献2中所描述的由现有技术的“横向场”驱动的液晶单元的有效折射系数各向异性Δn相比，从垂直于液晶层22的平面的方向上看时，由散射场驱动的液晶单元的有效折射系数各向异性Δn小。因此，被驱动单元散射场的迟滞（Δn×d）（其中d是液晶层的厚度，公知为单元间隙）将小于横向场驱动单元的迟滞。

可通过将散射场驱动单元的单元间隙设置成比横向场驱动单元大，将由散射场驱动的液晶层22的光透射率最大化。在本发明中，内部散射场是沿着平行带部分18A产生的，外围散射场是沿着与像素电极部分41交叠的外围部分18B产生的。由此，在每个像素孔径中，液晶单元被内部区域中的内部散射场以及外围区域中的外围散射场均匀地驱动。

如果以与文献2相同的方式将横向场用在孔径的内部区域中，则液晶层22（单元间隙）的厚度将被设置成适合于横向场操作的值。结果，单元间隙对于驱动孔径外围区域中的液晶单元而言将过小，并因此，迟滞（Δn×d）不足以获得最大透射率。

为了解决这个问题，本发明的液晶层22（单元间隙）的厚度被设置成大于由横向场驱动的液晶层的厚度。结果液晶层22的迟滞（Δn×d）假设在与操作的散射场模式相称的每个像素孔径的整个区域上是相同值。以这种方式确保了高的光透射率。

在本发明的第一实施例中，提供像素电极40以覆盖像素孔径的整个区域。在本发明的第二实施例中，如图4中所示地改进像素电极40，以使其被图案化成梳齿状。梳齿状的像素电极具有多个导电平行带部分42，该导电平行带部分42是按照横跨保护层20的相反表面以与共用电极导电平行带部分18A交错的关系设置的。根据该交错设置，与图1的设置相比，能增加对产生面内切换有用的电场。

Claims

1.一种液晶显示单元，包括：

多条平行栅极线；

在所述栅极线上方的第一层上的多条平行数据线，所述数据线延伸到与所述栅极线交叉，用于在与所述栅极线的交叉处定义像素的矩阵图案；

在所述第一层上的、与相对于所述像素的位置相对应的多个透明像素电极；

多个透明共用电极，其被设置在于所述第一层上方的所述第二层上、并与相对于所述像素和所述像素电极两者的位置相对应；和

在所述透明共用电极上的液晶层，

其中每一个共用电极都具有在相应像素的孔径内部的平行带部分和在所述孔径外部的外围部分的图案，用于遮蔽由所述数据线中的相应一个所产生的非期望场，

其中每一个像素电极与相应共用电极的平行带部分协作，用于沿着所述平行带部分均匀地产生散射场，并且，

其中每一个所述像素电极都具有交叠部分，该交叠部分按照预定量来横向延伸超出所述孔径，以与相应共用电极的所述外围部分交叠，从而沿着所述外围部分产生外围散射场。

2.如权利要求1的液晶显示单元，其中所述液晶层具有足以通过所述散射场对所述液晶单元进行面内切换的厚度，以产生最大光透射率。

3.如权利要求1的液晶显示单元，其中所述液晶层具有大于由横向场驱动的液晶层厚度的厚度。

4.如权利要求1的液晶显示单元，其中所述交叠部分的所述预定量是1.0至1.5μm。

5.如权利要求1的液晶显示单元，其中每一个所述像素电极都具有按照与相应共用电极的平行带部分的交错关系、在所述孔径中布置的平行带部分的图案。

6.一种液晶显示单元，包括：

多条平行栅极线；

在所述透明共用电极上的液晶层，

其中每一个像素电极横向延伸在相应像素的孔径的整个区域的上方。

7.一种液晶显示单元，包括：

多条平行栅极线；

在所述透明共用电极上的液晶层，

其中通过由聚合物制成的绝缘体，每个共用电极的所述外部边缘部分在所述第二层上被升高。

8.如权利要求7的液晶显示单元，其中所述聚合物是树脂。