CN103838041A - 边缘场开关模式液晶显示装置像素单元和阵列基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元和阵列基板，所述阵列基板包括：彼此交叉设置的栅线和数据线，所述栅线和数据线限定出多个像素单元；设置在栅线和数据线交叉位置的开关器件；位于像素单元内的像素电极；覆盖所述阵列基板的公共电极；以及设置于所述像素电极和公共电极之间的绝缘层；其中，所述像素电极包括至少两个平行设置的支电极和连接所述支电极端部的端电极；所述公共电极为在与所述端电极对应的位置设置有开口的面状电极。本发明通过在公共电极设置开口，改变了像素单元边缘的电场分布，减小了不期望的电场分量，抑制了向错和乱排现象的出现。

Description

边缘场开关模式液晶显示装置像素单元和阵列基板
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元和阵列基板。
背景技术
在薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,简称TFT-LCD）产品中，边缘场开关技术（Fringe Field Switching，简称FFS）能够提高平面内开关（In-Plane-Switching，简称IPS）模式液晶显示器的开口率和透射率。
FFS模式的液晶显示器包括公共电极和像素电极，公共电极和像素电极之间的距离可控制为小于上下玻璃基板之间的距离，以便可以在公共电极与像素电极之间形成边缘场，由此，可以控制位于像素电极上方的液晶分子，改善传统的IPS液晶显示器像素电极正上方电场为垂直方向，液晶分子不受控制的缺陷，大大提高了液晶显示器的开口率和透射率。
图1是现有的FFS模式的液晶显示器像素单元的顶面示意图。图2是现有的FFS模式的液晶显示器像素单元沿A-A’的截面示意图。如图1和图2所示，像素单元10包括梳状的像素电极11、面状的公共电极12和设置在两者之间的绝缘层13。其中，像素电极11包括平行设置的多个支电极111和连接支电极端部的端电极112。在像素电极11和公共电极12施加电压差后，端电极112会和公共电极12在Y方向（即所述支电极的延伸的方向）和Z方向（即垂直于公共电极平面的方向）分别形成电场分量EY和EZ。上述电场分量的存在会使得像素单元边缘处液晶分子排列不稳定，具体而言，Y方向的电场分量会影响液晶分子在XY平面的转动方向，引起向错（Disclination lines）现象；同时,Z方向的电场分量会使得液晶分子在Z方向偏移，引起乱排现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种用于边缘场开关模式液晶显示装置像素单元、阵列基板和边缘场开关模式液晶显示装置，弱化或者消除端电极造成的像素单元边缘处出现向错和乱排的问题。
本发明公开了一种边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，所述像素单元包括像素电极、公共电极以及设置在像素电极和公共电极之间的绝缘层；
其中，所述像素电极包括至少两个平行设置的支电极和连接所述支电极端部的端电极；
所述公共电极为在与所述端电极对应的位置设置有开口的面状电极。
优选地，所述开口与所述端电极部分重叠。
优选地，所述开口宽度为所述端电极宽度的0.8~2.3倍。
优选地，所述端电极宽度为1.5~1.7μm。
优选地，一个所述开口对应一个所述像素单元的端电极。
优选地，一个所述开口对应沿端电极长度方向排列的至少两个像素单元的端电极组合。
优选地，一个所述开口对应沿端电极长度方向排列的一行像素单元的端电极组合。
优选地，所述像素电极和所述公共电极均为透明电极。
优选地，所述像素电极的支电极为条状、Z字形或鱼骨形。
本发明还公开了一种边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，包括：
彼此交叉设置的栅线和数据线，所述栅线和数据线限定出多个像素单元；
设置在栅线和数据线交叉位置的开关器件；
位于像素单元内的像素电极；
覆盖所述阵列基板的公共电极；以及
设置于所述像素电极和公共电极之间的绝缘层；
其中，所述像素电极包括至少两个平行设置的支电极和连接所述支电极端部的端电极；
所述公共电极为在与所述端电极对应的位置设置有开口的面状电极。
优选地，所述开口与所述端电极部分重叠。
优选地，所述开口宽度为所述端电极宽度的0.8~2.3倍。
优选地，所述端电极宽度为1.5~1.7μm。
优选地，一个所述开口对应一个所述像素单元的端电极。
优选地，一个所述开口对应沿端电极长度方向排列的至少两个像素单元的端电极组合。
优选地，一个所述开口对应沿端电极长度方向排列的一行像素单元的端电极组合。
优选地，所述像素电极和所述公共电极均为透明电极。
优选地，所述像素电极的支电极为条状、Z字形或鱼骨形。
本发明通过在公共电极上与端电极对应的位置设置开口，使得像素的边缘部分在支电极的延伸的方向和垂直于公共电极平面的方向上的电场分量减小，从而稳定控制边缘处液晶分子的排布，抑制了向错和乱排现象的出现，提高了FFS模式液晶显示器的显示质量。
附图说明
图1是现有的FFS模式的液晶显示器像素单元的顶面示意图；
图2是现有的FFS模式的液晶显示器像素单元沿A-A’的截面示意图；
图3是本发明第一实施例的像素单元的顶面示意图；
图4是本发明第一实施例的像素单元沿B-B’的截面示意图；
图5是本发明第二实施例的像素单元的顶面示意图；
图6是本发明第二实施例的像素单元沿B-B’的截面示意图；
图7a是现有的FFS液晶显示装置的像素单元的发光亮度分布示意图；
图7b是本发明第二实施例的像素单元的发光亮度分布示意图；
图8a是仿真获得现有的FFS液晶显示装置的像素单元在C点处XZ平面上的液晶分子分布图；
图8b是仿真获得的本发明第二实施例的像素单元在C点位置XZ平面的液晶分子分布图；
图9是仿真获得的C点处液晶分子转动角度和所处位置的关系曲线图；
图10是仿真获得两种像素单元的C点处电场沿Y轴方向分量EY的分布图；
图11是仿真获得的两种像素单元在C点处电场沿Z轴方向分量EZ的分布图；
图12是本发明第三实施例的像素单元的顶面示意图；
图13是本发明第四实施例的像素单元的顶面示意图；
图14是本发明第五实施例的阵列基板的顶面示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图3是本发明第一实施例的像素单元的顶面示意图。图4是本发明第一实施例的像素单元沿B-B’的截面示意图。如图3和图4所示，像素单元30包括像素电极31、公共电极32以及设置在像素电极和公共电极之间的绝缘层33（在图3中以虚线形式示出）。
其中，像素电极31包括至少两个平行设置的支电极311和连接所述支电极端部的端电极312。
公共电极32为面电极，其在与端电极312相对的位置设置有开口321。
本实施例的像素单元30适用于边缘场开关模式液晶显示装置，其设置在液晶显示装置的阵列基板的显示区域内。所述显示区域具体是指在液晶显示装置的阵列基板上可以显示图像的总区域。所述像素单元30具体是指在液晶显示装置的阵列基板上由彼此交叉设置的栅线和数据线所限定的单个显示单元。
初始状态，液晶分子长轴方向与X方向夹角83°，即与像素电极的支电极夹角7°。当公共电极32电压为0V，给像素电极31提供0~5V的电压，随着像素电极31电压的增大，整个像素单元内的电场在X方向的分量Ex逐渐增大，液晶分子长轴方向逐渐开始偏离初始状态方向。随着电压的增加，Ex逐渐增强，液晶分子在X方向的转动也随之逐渐变大，使得透射率也变大。
在本实施例中，由于与公共电极32在与端电极312相对的位置设置开口321，使得端电极312与公共电极之间没有相对的面，从而大大削弱了由于端电极而在Y方向以及Z方向形成的电场分量EY和EZ，从而稳定控制边缘处液晶分子的排布，抑制了向错现象的出现。
在本实施例中，像素电极31和公共电极32均为透明电极，透明电极可以采用铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）或其他透明导电材料制造。
需要说明的是，像素电极的支电极为条状、Z字形、鱼骨型等。
在本实施例的一个优选实施方式中，开口521的位置与端电极512的位置部分重叠。进一步地，可以将开口521的宽度设置为端电极512的宽度的0.8~2.3倍。同时，在本实施例的另一个优选实施方式中，端电极512的宽度为1.5~1.7μm。
图5是本发明第二实施例的像素单元的顶面示意图。图6是本发明第二实施例的像素单元沿B-B’的截面示意图。如图5和图6所示，像素单元50包括像素电极51、公共电极52以及设置在像素电极51和公共电极52之间的绝缘层53（在图3中以虚线形式示出）。
其中，像素电极51包括至少两个平行设置的支电极511和连接所述支电极端部的端电极512。
公共电极52为面电极，其在与端电极512相对的位置设置有开口521。在本实施例中，每个开口521对应沿端电极长度方向排列的一行像素单元的端电极组合设置，从而使得像素单元内的开口形成为两端开放的形状，即，在像素单元内，开口521实际上形成一条缝隙，在Y方向将像素单元内的公共电极完全隔离成两个不连接的部分。
而在本实施例的一个优选实施方式中，为了使得公共电极各部分等电势，在位于液晶显示装置阵列基板的边缘处，开口521的两端封闭，使得被开口521隔离的公共电极的两个部分能够形成电连接。
在本实施例中，像素电极51和公共电极52均为透明电极，透明电极可以采用铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）或其他透明导电材料制造。
需要说明的是，像素电极的支电极、为条状、Z字形、鱼骨形等。
在本实施例的一个优选实施方式中，开口521的位置与端电极512的位置部分重叠。进一步地，可以将开口521的宽度设置为端电极512的宽度的0.8~2.3倍。同时，在本实施例的另一个优选实施方式中，端电极512的宽度为1.5~1.7μm。
图7-图11是针对现有的像素单元结构和本实施例的像素单元结构在对像素电极施加5v电压，同时对公共电极施加0v电压差的前提下，仿真获得像素单元各项参数的对比图。
图7a是现有的FFS液晶显示装置的像素单元的发光亮度分布示意图。图7b是本发明第二实施例的像素单元的发光亮度分布示意图。图中颜色的灰度表示该位置的光线亮度，根据图7a和图7b对比可知，对于位于像素单元边缘相同位置的点C，现有的像素单元在C点的亮度明显低于本实施例的像素单元在C点的亮度。而且，通过对比可知，本实施例的像素单元在边缘位置的发光亮度均匀，说明其液晶分子的向错和乱排现象大幅度的降低。而现有的像素单元在边缘位置的亮度并不均匀，说明液晶分子存在较为严重的向错和乱排现象。
图8a是仿真获得现有的FFS液晶显示装置的像素单元在C点处XZ平面上的液晶分子分布图。图8b是仿真获得的本发明第二实施例的像素单元在C点位置XZ平面的液晶分子分布图。图中的圆柱体代表具有方向的液晶分子。由于Ez电场会导致像素单元边缘处液晶的向错和乱排，如图8a和图8b所示，其中，图8a中在像素电极上方的液晶分子沿Z方向的出现了较大偏移，且图中右上方部分的液晶分子在X方向基本没有发生转动，对透光性无贡献；图8b中的液晶分子则在Z方向仅具有较小偏移，而且，整面液晶分子在X方向均发生了转动，体现出较好的透光性。
图9是仿真获得的C点处液晶分子转动角度和所处位置的关系曲线图。其中，横轴表示液晶分子距离电极的高度（也即，盒厚），纵轴表示液晶分子的转动角度。根据图9中两条曲线对比可知，在现有的像素单元结构下，C点位置的液晶分子基本不转动，保持83°左右。由于液晶分子基本未转动，因此，液晶层基本不透光，相应位置亮度很低。而在本实施例的像素单元结构中，C点位置的液晶分子转动量大大增加，在盒厚0.5μm附近转动量达到最大。液晶分子转动使得液晶层的透光性增加，相应的位置亮度提高，进而使得整个像素的边缘部分亮度均匀。
图10是仿真获得两种像素单元的C点处电场沿Y轴方向分量EY的分布图。其中，横轴表示距离电极的高度（也即，盒厚），纵轴表示Y方向的电场分量强度，即EY。对比图10中的曲线可知，对于现有的像素单元，在盒厚0~1μm处，Y方向电场分量EY强度很大，最高超过9000v/m。而对于本实施例的像素单元结构，Y方向电场分量EY强度明显减小，在盒厚0.5~3.5μm处，均小于2000v/m，因此本实施例较现有技术降低了像素单元边缘处液晶的向错和乱排现象。
图11是仿真获得的两种像素单元在C点处电场沿Z轴方向分量Ez的分布图。其中，横轴表示距离电极的高度（也即，盒厚），纵轴表示Z方向的电场分量强度，即Ez。对比图11中的曲线可知，本实施例的像素单元的Ez电场分量明显小于现有的像素单元，从而明显抑制了像素单元边缘方向的错向的出现。
综上，根据图7-11所示现有的像素单元和本实施例的像素单元在预定条件下的电场分布和液晶分子分布的对比，本实施例通过在公共电极上设置开口，并将开口设置为与像素单元行一一对应，从而大大减小了在像素单元边缘处的不期望方向上的电场分量，抑制了向错和乱排现象的出现。
图12是本发明第三实施例的像素单元的顶面示意图。如图12所示，第三实施例的像素单元120包括像素电极121、公共电极122以及设置在像素电极121和公共电极122之间的绝缘层123（在图12中以虚线形式示出）。
其中，像素电极121包括至少两个平行设置的支电极1211和连接所述支电极端部的端电极1212。
公共电极122为面电极，其在与端电极1212相对的位置设置有开口1221。在本实施例中，每个开口1221对应一个像素单元的端电极1212，从而使得像素单元内的开口形成为两端封闭形状，即，在像素单元内，开口1221实际上形成一条两端封闭的槽，公共电极被开口1221分隔的两个部分在开口的端部形成电连接。这里的像素单元具体是指在液晶显示装置的阵列基板上由彼此交叉设置的栅线和数据线所限定出显示单元。
本实施例中，由于每个像素中公共电极被分隔的两个部分都会有电连接形成，与实施例二相比，公共电极不同部分的电连接特性得到改善，优化了由于电连接部分少引起的公共电极不同位置存在电势差的问题。
在本实施例中，像素电极121和公共电极122均为透明电极，透明电极可以采用铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）或其他透明导电材料制造。
需要说明的是，像素电极的支电极为条状、Z字形、鱼骨形等。
在本实施例的一个优选实施方式中，开口521的位置与端电极512的位置部分重叠。进一步地，可以将开口521的宽度设置为端电极512的宽度的0.8~2.3倍。同时，在本实施例的另一个优选实施方式中，端电极512的宽度为1.5~1.7μm。
图13是本发明第四实施例的像素单元的顶面示意图。图13中示出了三个并列排列的像素单元，每个像素单元130包括像素电极131、公共电极132以及设置在像素电极131和公共电极132之间的绝缘层133（在图13中以虚线形式示出）。
其中，像素电极131包括至少两个平行设置的支电极1311和连接所述支电极端部的端电极1312。
公共电极132为面电极，其在与端电极1312相对的位置设置有开口1321。在本实施例中，每个开口1321对应于沿端电极长度方向排列的至少两个像素单元的端电极组合设置，从而使得在上述的三个相邻的像素单元内，开口1321形成为两端封闭形状，即，在三个沿端电极长度方向排列的像素单元内，开口1321实际上形成一条两端封闭的槽，公共电极被开口1321分隔的两个部分在开口的端部形成电连接。这里的像素单元具体是指在液晶显示装置的阵列基板上由彼此交叉设置的栅线和数据线所限定出显示单元。
在本实施例中，像素电极121和公共电极122均为透明电极，透明电极可以采用铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）或其他透明导电材料制造。
需要说明的是，像素电极的支电极为条状、Z字形、鱼骨形等。
在本实施例的一个优选实施方式中，开口521的位置与端电极512的位置部分重叠。进一步地，可以将开口521的宽度设置为端电极512的宽度的0.8~2.3倍。同时，在本实施例的另一个优选实施方式中，端电极512的宽度为1.5~1.7μm。
本实施例为第二实施例和第三实施例提供了一种新的替代方案。
图14是本发明第五实施例的阵列基板的顶面示意图。如图14所示，阵列基板140包括彼此交叉设置的栅线141和数据线142，栅线141和数据线142限定出多个像素单元143。阵列基板140还包括设置在栅线141和数据线142交叉位置的开关器件144，位于像素单元143内的像素电极145，覆盖所述阵列基板的公共电极146；以及设置于像素电极145和公共电极146之间的绝缘层147。
其中，像素电极145包括至少两个平行设置的支电极1451和连接所述支电极端部的端电极1452。
公共电极146为面状电极，其在与端电极1452相对应的位置设置有开口1461。
在本实施例中，像素电极145和公共电极146优选使用透明电极，其可以改善透射率。透明电极可以采用铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）或其他透明导电材料制造。
需要说明的是，像素电极的支电极为条状、Z字形、鱼骨形等。
在本实施例的一个优选实施方式中，开口521的位置与端电极512的位置部分重叠。进一步地，可以将开口521的宽度设置为端电极512的宽度的0.8~2.3倍。同时，在本实施例的另一个优选实施方式中，端电极512的宽度为1.5~1.7μm。
在本实施例的一个优选实施方式中，每个开口1461对应沿端电极长度方向排列的一行像素单元的端电极组合设置，以使得像素单元内的开口形成为两端开放的形状，仅在阵列基板的边缘处封闭，也即，在像素单元内，开口1461实际上形成一条缝隙，在Y方向将像素单元内的公共电极完全隔离成两个不连接的部分。该方式制造工艺相对简单，而且具有最佳的向错和乱排抑制效果。
在本实施例的一个优选实施方式中，可以每个开口1461对应一个所述像素单元的端电极1452以使得像素单元内的开口形成为两端封闭形状，即，在像素单元内，开口14661实际上形成一条两端封闭的槽，公共电极被开口1461分隔的两个部分在开口的端部形成电连接。该实施方式改善了公共电极不同位置的导电特性，优化了公共电极的电势分布。
在本实施例的一个优选实施方式中，还可以每个开口1461对应于沿端电极长度方向排列的至少两个像素单元的端电极1452组合设置，以使得在上述的三个像素单元内，开口1461形成为两端封闭形状，即，在三个沿端电极长度方向排列的像素单元内，开口1461实际上形成一条两端封闭的槽，公共电极被开口1461分隔的两个部分在开口的端部形成电连接。
在本实施例的一个优选实施方式中，开关器件144可以使用薄膜晶体管实现，当然，本领域技术人员也可以理解，开关器件144还可以选用其它根据控制端信号变化执行开关操作的半导体器件实现。
在本实施例中，由于与公共电极在与端电极相对的位置设置开口，使得端电极与公共电极之间没有相对的面，从而大大削弱了由于端电极而在Y方向以及Z方向形成的电场分量EY和EZ，从而稳定控制边缘处液晶分子的排布，抑制了向错现象的出现。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，所述像素单元包括像素电极、公共电极以及设置在像素电极和公共电极之间的绝缘层；
其中，所述像素电极包括至少两个平行设置的支电极和连接所述支电极端部的端电极；
所述公共电极为在与所述端电极对应的位置设置有开口的面状电极。
2.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，其特征在于，所述开口与所述端电极部分重叠。
3.根据权利要求2所述的边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，其特征在于，所述开口宽度为所述端电极宽度的0.8~2.3倍。
4.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，其特征在于，所述端电极宽度为1.5~1.7μm。
5.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，其特征在于，一个所述开口对应一个所述像素单元的端电极。
6.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，其特征在于，一个所述开口对应沿端电极长度方向排列的至少两个像素单元的端电极组合。
7.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，其特征在于，一个所述开口对应沿端电极长度方向排列的一行像素单元的端电极组合。
8.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，其特征在于，所述像素电极和所述公共电极均为透明电极。
9.根据权利要求1所述的边缘场开关模式液晶显示装置的像素单元，其特征在于，所述像素电极的支电极为条状、Z字形或鱼骨形。
10.一种边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，包括：
彼此交叉设置的栅线和数据线，所述栅线和数据线限定出多个像素单元；
设置在栅线和数据线交叉位置的开关器件；
位于像素单元内的像素电极；
覆盖所述阵列基板的公共电极；以及
设置于所述像素电极和公共电极之间的绝缘层；
其中，所述像素电极包括至少两个平行设置的支电极和连接所述支电极端部的端电极；
所述公共电极为在与所述端电极对应的位置设置有开口的面状电极。
11.根据权利要求10所述的边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，其特征在于，所述开口与所述端电极部分重叠。
12.根据权利要求11所述的边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，其特征在于，所述开口宽度为所述端电极宽度的0.8~2.3倍。
13.根据权利要求10所述的边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，其特征在于，所述端电极宽度为1.5~1.7μm。
14.根据权利要求10所述的边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，其特征在于，一个所述开口对应一个所述像素单元的端电极。
15.根据权利要求10所述的边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，其特征在于，一个所述开口对应沿端电极长度方向排列的至少两个像素单元的端电极组合。
16.根据权利要求10所述的边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，其特征在于，一个所述开口对应沿端电极长度方向排列的一行像素单元的端电极组合。
17.根据权利要求10所述的边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，其特征在于，所述像素电极和所述公共电极均为透明电极。
18.根据权利要求10所述的边缘场开关模式液晶显示装置的阵列基板，其特征在于，所述像素电极的支电极为条状、Z字形或鱼骨形。
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