CN103901681B - 一种液晶显示器的单位像素结构 - Google Patents

Abstract

本发明提一种液晶显示器的单位像素结构，液晶显示器包括相对的阵列基板、彩膜基板、以及设于阵列基板和彩膜基板之间的液晶，液晶采用UV光垂直配向模式，所述阵列基板包括：纵横交错的扫描线和数据线、由扫描线和数据线交叉限定的像素电极，像素电极区域因UV光垂直配向产生的黑纹，像素电极部分边缘向外凸设有放射状狭缝图案。本发明通过将边缘黑纹对于的像素电极外扩，使得ITO边缘电场对液晶分子的作用力也随之外移，暗纹外移出开口区，同时采用Fine Slit结构，会使得黑纹外移消失的同时，不会增加太多的阵列面板的电阻电容的负载，且不会降低开口率，提高了UV光垂直配向显示器的光透过效率。

Description

一种液晶显示器的单位像素结构

技术领域

本发明涉及UV光垂直配向模式的液晶显示器，特别涉及其单位画素结构。

背景技术

UV²A（Ultra Violet Vertical Alignment）技术是一种采用紫外线(UV＝UltraViolet)进行液晶配向的VA（Vertical Alignment，垂直配向）面板技术，其名称来源于紫外线UV与液晶面板VA模式的相乘。通过导入UV²A技术后，可以省去目前在VA模式液晶面板中用于控制液晶分子配向的狭缝隙和突起，因此通过UV²A技术液晶面板的开口率、对比度和响应速度都能得到提高，并能大幅削减生产程序。

UV²A技术的关键是开发作为配向膜的高分子材料，配向膜表面的高分子主链向紫外线（UV）照射方向倾斜，液晶分子就会沿着这条主链方向倾斜，并通过控制配向的角度，液晶分子的配向精度是相对于液晶分子长度（约2nm）成±20pm的角度。

在UV²A技术之前，控制配向方向是在高分子膜上通过摩擦法（Rubbing）进行配向的，摩擦法只能在一个水平方向上配向，已被TN（Twisted Nematic）、IPS（In-Plane Switching）等液晶面板广泛采用，但电视液晶面板的VA模式要扩大视角，需要部分改变配向方向，分割成多个区域，因此不能采用摩擦法。VA模式在不载入电场的状态下使液晶分子基本垂直于面板面进行配向；载入电场时，液晶分子倾倒，状态发生变化。为控制载入电场时液晶分子的倾倒方向，目前的液晶面板设计突起和狭缝隙，通过改变它们的形状来实现液晶分子稍微倾斜的状态和稳定的状态。载入电场时，突起和狭缝隙附近的液晶分子首先开始倾倒，然后按照多米诺骨牌效应，随著推倒其他液晶分子，所有液晶分子都向一个方向倾倒。

UV²A技术能够通过配向膜实现所有液晶分子向设计方向倾斜的状态，所以在载入电场时，液晶分子同时向同一方向倾倒，因此，响应速度增至原来的2倍，达到4ms以下。由于不使用突起和狭缝隙也能分割成多个区域，因此开口率比原来利用突起分割成多个区域的面板提高20％以上。背光灯亮度很小即可获得与原来同等的亮度，降低耗电量和削减背光灯光源数量有利于节能和节省成本，高精细化和3D显示器等也易于实现。另外，过去背光灯的光在突起和狭缝隙部分散射，在前面漏光，因此泛黑；而UV²A技术在突起和狭缝隙部分不会漏光，因此静态对比度达到5000：1，是原来的1.6倍。还可以省去设计突起和狭缝隙的工艺，提高生产能力。

图1为现有的UV²A配向方式示意图，液晶显示基板包括TFT侧基板2、CF侧基板1、以及夹设于TFT侧基板2和CF侧基板1之间的液晶，TFT侧基板2包括纵横交错的扫描线10和数据线20、由扫描线10和数据线20交叉限定的若干子像素单元和ITO像素电极40，CF侧基板1设有公共电极11。

现有技术中在像素单元内形成多区域，以此获得较大视野角，图1所示在液晶只有图中左半部分配向倾斜方向的情形下，会形成如图1所示在视野角从左到右依次变化时，灰阶的由暗变亮的变化。在液晶只有图1中右半部分配向倾斜方向的情形下，会形成如图1所示在视野角从左到右依次变化时，灰阶的由亮变暗的变化。但是在形成多区域的情形下，如图中形成两种配向倾斜方向共存的情形下，则两种效果相互加和，形成灰阶相对均匀的效果。

虽然UV²A作为最先进的VA技术已经可以说趋于完美，但是还存在一些可以改善的地方。目前紫外光垂直配向模式下，一般的方式是在一个像素单元中形成4区域，图3所示为紫外光垂直配向模式下形成4区域的结构示意图，图3所示为紫外光垂直配向模式下形成4区域的结构示意图。

如图2所示为形成4区域的结构示意图，液晶显示基板的每个子像素单元只有一个薄膜晶体管30和像素电极40，其紫外光垂直配向模式为：TFT侧UV²A光罩的漏光缝隙覆盖该子像素单元的左半部分（图2中B所标示的方向），遮光条覆盖子像素的右半部分（图2中A所标示的方向）；以该子像素单元的纵向方向距离为CF侧UV²A光罩的周期，CF侧UV²A光罩的漏光缝隙覆盖子像素的上半部分（图2中D所标示的方向），CF侧UV2A光罩的遮光条覆盖子像素的下半部分（图2中C所标示的方向）。图2中的四个虚线箭头方向为液晶显示基板内液晶分子的转动方向。

UV²A配向方式的液晶显示器由于受到CF和TFT两侧的UV光配向和ITO边缘电场的双重作用，像素在白态时会出现暗纹，此暗纹会降低显示器的透过率。

图3所示为UV²A单个子像素单元通过边缘电场对液晶分子施加作用力的结构示意图，在单个子像素单元的四周均施加作用力G、H，ITO边缘电场的作用力方向均由边缘向着子像素单元的内部。当ITO边缘电场的作用力方向与液晶分子转动方向（图3中内部的虚线为液晶分子转动方向）的夹角小于90°时，液晶分子转到方向如图4所示，子像素单元的边缘不会产生暗纹；当ITO边缘电场的作用力方向与液晶分子转动方向（图3中内部的虚线为液晶分子转动方向）的夹角大于90°时，液晶分子转到方向如图5所示，子像素单元的边缘会产生暗纹。

通过上述分析，可以得到UV²A单个子像素单元的黑纹产生的位置如图6所示，黑纹形状的中间呈十字状，四周占边缘的一半。

黑线的形成与配向的区域的多少密切相关。在同一个区域内，液晶分子的初始配向角度都是一样的，在加电压后，就可以向着初始配向角度的方向倾倒。但是不同的区域内初始配向角度不同。由于液晶存在多米诺效应，一个液晶向某一方向倾倒，就会拉拽附近的液晶向相同的方向倾倒。两个区域之间的液晶受两边两个方向倾倒的液晶的拉拽，就存在一种不平衡，两个区域之间液晶进入一种紊乱状态，形成黑线。黑线在面板显示为白色时亮度不够，在面板显示为黑色时漏光，所以一般阵列设计过程中会形成金属条，将这部分黑线遮挡，使其完全不透光。但是这样就牺牲了部分透过率，特别是在像素较小的情形下，对面板透过率产生更大影响。

为了消除如图6中UV²A单个子像素单元的边缘黑纹，现有一般可以图7所示的结构：将边缘黑纹处的ITO外扩，则边缘电场对液晶分子产生的作用力也随之外扩，黑纹外移出开口区。此结构的缺点是，如果ITO外扩，则ITO与Gate层的重叠面积会增加，由此会增大面板的电容和电阻的负载。

为了提高MVA（Multi-domain Vertical Alignment）产品的响应速度和光透过效率，发展了PMVA（Patterned Multi-domain Vertical Alignment）技术。PMVA的像素电极，在Slit两边采用了改进的锯齿状像素电极，简称放射状狭缝(fineslit)结构。Fine Slit结构使Slit附近的电场形状更均匀，液晶分子取向更整齐，转向控制精度更高，灰度控制更自然。白态显示时，在锯齿状像素电极上方的液晶可以直接有效地的转到平行状态。

基于以上PMVA中的Fine Slit可以提高光透过效率的原理，可以采用如图8所示的结构：将边缘黑纹处的TFT侧的ITO，根据液晶分子的倾倒方向设置为Fine Slit的形状，改变ITO边缘电场对液晶分子产生的作用力的方向，从而改变黑纹处液晶分子的倒向，消除暗纹。此结构的缺点是，ITO设置为Fine Slit状，使得开口区减小，从而透过率降低。

发明内容

本发明揭示一种提高UV光垂直配向显示器的光透过效率、降低电容和电阻的负载的液晶显示器的单位像素结构。

本发明提一种液晶显示器的单位像素结构，液晶显示器包括相对的阵列基板、彩膜基板、以及设于阵列基板和彩膜基板之间的液晶，液晶采用UV光垂直配向模式，所述阵列基板包括：纵横交错的扫描线和数据线、由扫描线和数据线交叉限定的像素电极，像素电极区域因UV光垂直产生相互垂直的两条黑纹，像素电极部分边缘向外凸设有放射状狭缝图案。

其中，像素电极的四边依序并按顺时针方向定义为第一边、第二边、第三边、以及第四边，在所述第一边的下半部分向外凸设有第一放射状狭缝图案，在所述第二边的左半部分向外凸设有第二放射状狭缝图案，在所述第三边的上半部分向外凸设有第三放射状狭缝图案，在所述第四边的右半部分向外凸设有第四放射状狭缝图案。

其中，每一所述放射状狭缝图案倾斜角度与像素电极所在区域的液晶分子的转动方向相同。

其中，所述扫描线和数据线均与部分放射状狭缝图案重叠。

其中，放射状狭缝图案由连接在一起的若干狭缝组成，放射状狭缝图案的狭缝宽度为1um-5um，相邻两狭缝之间的节距为3um-10um。

本发明通过将边缘黑纹对于的像素电极外扩，使得ITO边缘电场对液晶分子的作用力也随之外移，暗纹外移出开口区，同时采用Fine Slit结构，会使得黑纹外移消失的同时，不会增加太多的阵列面板的电阻电容的负载，且不会降低开口率，提高了UV光垂直配向显示器的光透过效率。

附图说明

图1为现有的UV²A配向方式：同一个像素内相互补偿的示意图；

图2为现有液晶显示基板的UV²A配向模式形成4区域的结构示意图；

图3为现有UV²A边缘电场对液晶分子施加作用力的结构示意图；

图4为现有边缘电场与方向液晶分子转动方向的夹角小于90°时的示意图；

图5为现有边缘电场与方向液晶分子转动方向的夹角大于90°时的示意图；

图6为现有UV²A边缘电场对像素单元产生的黑纹示意图；

图7为现有边缘黑纹处ITO外扩结构的示意图；

图8为现有边缘黑纹处ITO采用Fine Slit结构的示意图；

图9为本发明液晶显示器的单位像素结构的结构示意图；

图10为本发明液晶显示器的像素单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图9和图10所示为本发明液晶显示器的单位像素结构，液晶显示器包括相对的阵列基板、彩膜基板、以及夹设于阵列基板和彩膜基板之间的液晶，所述阵列基板包括：纵横交错的扫描线10和数据线20、有源层30、由扫描线10和数据线20交叉限定的像素电极50、与扫描线10连接的栅极41、与数据线20连接的源极42、与像素电极50连接的漏极43。

本发明液晶显示器的液晶配向模式是UV²A技术，在紫外光（UV）垂直配向模式下，在单位像素结构内产生垂直的黑纹，为了防止因像素电极50在边缘电场对液晶分子作用下，在像素结构的边缘也产生黑纹，本发明通过将液晶显示器的阵列基板的像素电极50外扩，像素电极50外扩的部分采用放射状狭缝(fineslit)图案，像素电极因边缘电场对液晶分子的作用力也随之外移，从而将像素电极的边缘产生的黑纹移出开口区。

本发明像素电极50的中间设有相互垂直的两条黑纹，与扫描线10平行的黑纹定义为第一黑纹100，与数据线20平行的黑纹定义为第二黑纹200，在本实施例中，像素电极50的四边依序并按顺时针方向定义为第一边51、第二边52、第三边53、以及第四边54，在所述第一边51的下半部分向外凸设有第一放射状狭缝(fine slit)图案511，在所述第二边52的左半部分向外凸设有第二放射状狭缝(fine slit)图案521，在所述第三边53的上半部分向外凸设有第三放射状狭缝(fine slit)图案531，在所述第四边54的右半部分向外凸设有第四放射状狭缝(fine slit)图案541。

所述放射状狭缝(fine slit)图案的底部与所述黑纹连接，每一所述放射状狭缝(fine slit)图案倾斜角度与像素电极所在区域的液晶分子的转动方向相同，且所述扫描线10和数据线20均与部分放射状狭缝(fine slit)图案重叠。

放射状狭缝(fine slit)图案由连接在一起的若干狭缝400组成，狭缝400的宽度（width）为1um-5um，相邻两狭缝之间的节距（pitch）为3um-10um。

本发明通过将边缘黑纹对于的像素电极外扩，使得ITO边缘电场对液晶分子的作用力也随之外移，暗纹外移出开口区，同时采用Fine Slit结构，会使得黑纹外移消失的同时，不会增加太多的阵列面板的电阻电容的负载，且不会降低开口率，提高了UV光垂直配向显示器的光透过效率。

Claims (4)

1.一种液晶显示器的单位像素结构，液晶显示器包括相对的阵列基板、彩膜基板、以及设于阵列基板和彩膜基板之间的液晶，液晶采用UV光垂直配向模式，所述阵列基板包括：纵横交错的扫描线和数据线、由扫描线和数据线交叉限定的像素电极，像素电极区域因UV光垂直配向产生的黑纹，其特征在于：像素电极部分边缘向外凸设有放射状狭缝图案；其中，像素电极的四边依序并按顺时针方向定义为第一边、第二边、第三边、以及第四边，在所述第一边的下半部分向外凸设有第一放射状狭缝图案，在所述第二边的左半部分向外凸设有第二放射状狭缝图案，在所述第三边的上半部分向外凸设有第三放射状狭缝图案，在所述第四边的右半部分向外凸设有第四放射状狭缝图案。

2.根据权利要求1所述的液晶显示器的单位像素结构，其特征在于：每一所述放射状狭缝图案倾斜角度与像素电极所在区域的液晶分子的转动方向相同。

3.根据权利要求1所述的液晶显示器的单位像素结构，其特征在于：所述扫描线和数据线均与部分放射状狭缝图案重叠。

4.根据权利要求1所述的液晶显示器的单位像素结构，其特征在于：放射状狭缝图案由连接在一起的若干狭缝组成，放射状狭缝图案的狭缝宽度为1um-5um，相邻两狭缝之间的节距为3um-10um。