CN104007593B - 液晶显示面板 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种液晶显示面板，包括信号线、第一介电层、液晶层、像素电极及薄膜晶体管。第一介电层形成于信号线及薄膜晶体管上，且第一介电层的介电常数为ε1。液晶层的平均介电常数为ε2，且ε2大于ε1。像素电极与信号线相邻。信号线至第一介电层边缘的距离为d1，且第一介电层边缘至像素电极边缘的距离为d2。当时，信号线至像素电极边缘间区域的穿透率会小于0.1％。Vth为使液晶层的穿透率开始增加的临界电压。当信号线为数据线时，Vd为使液晶显示面板达最大穿透率的驱动电压。当信号线为扫描线时，Vd为V_GL与像素电极间的电压差，V_GL为扫描线的栅极低电压。

Description

液晶显示面板

技术领域

本发明是有关于一种显示面板，且特别是有关于一种液晶显示面板。

背景技术

近年来，液晶显示面板已经广泛应用于电子产品的显示屏幕。液晶显示面板有许多不同的形式，包括扭转向列(Twister Nematic,TN)，超扭曲向列(Super TwistedNematic,STN)，平面切换(In-Plane Switching,IPS)，多区域垂直排列(Multi-domainVertical Alignment,MVA)等。当施加垂直电场或水平电场时可以控制液晶分子的旋转方向，并调变光的偏振方向，进而影响光通过量而造成亮态及暗态的反差作为显示结果。

液晶显示面板包括多个像素区域，各个像素区域可分为非开口区及开口区。非开口区设置有薄膜晶体管及信号走线，而开口区以外的区域则定义为非开口区。传统液晶显示面板的黑色矩阵(Black Matrix,BM)会设置于非开口区，且与非开口区大小相等，以防止非开口区产生漏光现象。然而，黑色矩阵与非开口区大小相等将造成开口率下降，且增加生产成本，进而降低市场竞争力。

发明内容

本发明提出一种液晶显示面板，其黑色矩阵仅设置于像素区域中的晶体管区，而不延伸至非晶体管区。如此一来，将能提高开口率，并降低生产成本，进而提高是产竞争力。

根据本发明，提出一种液晶显示面板。液晶显示面板包括信号线、第一介电层、液晶层、像素电极及薄膜晶体管。第一介电层形成于信号线及薄膜晶体管上，且第一介电层的介电常数为ε1。液晶层的平均介电常数为ε2，且ε2大于ε1。像素电极与信号线相邻，信号线至第一介电层边缘的距离为d1，且第一介电层边缘至像素电极边缘的距离为d2。当时，信号线至像素电极边缘间区域的穿透率会小于0.1％，Vth为使液晶层的穿透率开始增加的一临界电压。当信号线为数据线时，Vd为使液晶显示面板达最大穿透率的驱动电压Vac。当信号线为扫描线时，Vd为V_GL与像素电极间的电压差，其中V_GL为扫描线的栅极低电压。

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1绘示一种液晶显示面板的剖面图。

图2绘示穿透率随电压变化的示意图。

图3绘示依照第一实施例的一种液晶显示面板的剖面图。

图4绘示依照第二实施例的一种液晶显示面板的剖面图。

图5绘示依照第三实施例的一种液晶显示面板的剖面图。

图6绘示依照第四实施例的一种液晶显示面板的剖面图。

图7绘示依照第五实施例的一种液晶显示面板的剖面图。

图8绘示依照第六实施例的一种液晶显示面板的剖面图。

主要元件符号说明：

1、1(1)、1(2)、1(3)、1(4)、1(5)、1(6)：液晶显示面板

1a：晶体管区域

1b：非晶体管区域

1c：开口区

9：金属层

10：保护层

11：信号线

12：第一介电层

12a、12c：绝缘层

12b、19：彩色滤光层

13：液晶层

14、14’：像素电极

15：薄膜晶体管

16、17：玻璃基板

18：黑色矩阵

20：平坦层

21：突起物

22、23：偏光板

d1、d2：距离

Cgd1、Cgd2：杂散电容

Vac：最大穿透率的驱动电压

Vth：临界电压

Vd：电压

具体实施方式

请同时图1及图2，图1绘示一种液晶显示面板的剖面图，图2绘示穿透率随电压变化的示意图。液晶显示面板1包括金属层9、保护层10、信号线11、第一介电层12、液晶层13、像素电极14、像素电极14’、薄膜晶体管15、玻璃基板16、玻璃基板17、黑色矩阵(BlackMatrix,BM)18突起物21、偏光板22及偏光板23。液晶显示面板1可分为非开口区及开口区1c。非开口区进一步包括晶体管区域1a及非晶体管区域1b，非晶体管区域1b是指晶体管区域1a边缘至最接近的像素电极14边缘间的区域，且非晶体管区域1b位于晶体管区域1a与开口区1c之间。

需说明的是，晶体管区域1a不同于传统液晶显示面板的非开口区，且非晶体管区域1b不同于传统液晶显示面板的开口区。传统液晶显示面板的非开口区需包括薄膜晶体管15及信号线11。相对地，本发明的液晶显示面板1所定义的晶体管区域1a仅包括薄膜晶体管15，而不包括信号线11。由薄膜晶体管15边缘至最接近信号线11的像素电极14边缘的区域则定义为非晶体管区1b。由此可知，晶体管区域1a将小于传统液晶显示面板的非开口区。

黑色矩阵18铺设于晶体管区域1a，而不位于非晶体管区域1b。金属层9、保护层10、信号线11、第一介电层12、液晶层13、像素电极14、像素电极14’、薄膜晶体管15、黑色矩阵18及突起物21位于玻璃基板16与玻璃基板17之间。玻璃基板16与玻璃基板17位于偏光板22及偏光板23之间。第一介电层12形成于信号线11及薄膜晶体管15上。第一介电层12为透明材料，且第一介电层12例如为绝缘层、彩色滤光层或其组合。第一介电层12的介电常数为ε1，且介电常数ε1例如大于0且小于等于10。

玻璃基板16与玻璃基板17为透明材料，且玻璃基板16与玻璃基板17的透明度有90％以上。当第一介电层12使用透明材料的绝缘层时，第一介电层12的透明度有90％以上。当第一介电层12为彩色滤光层时，仍可允许特定波段光线穿透。彩色滤光层的透明度约为绝缘层的三分之一。

突起物21可与第一介电层12使用相同材料或不同材料。此外，突起物21除了可与第一介电层12使用同一制程来形成外，也可以分别形成。再者，突起物21的形状可以是半圆形或多边形等各种形状，在此并不特别局限。另外，所有的突起物21可以是相同的高度，也可以是不同的高度。

金属层9形成于玻璃基板17上。保护层10于晶体管区域1a形成于金属层9上，而于非晶体管区域1b及开口区1c形成于玻璃基板17上。液晶层13形成于第一介电层12上且位于玻璃基板16与玻璃基板17之间，液晶层13例如是由水平电场或垂直电场所驱动。当液晶层13是由垂直电场所驱动时，玻璃基板16上可具有电极层(图未示)，且该电极层可为全面电极或是图案化电极，且电极层为透明材料，透光度相当高，约有90％以上。液晶层13包括一第二介电常数的液晶材料，且液晶材料例如为蓝相液晶或其他具有高极性官能基的液晶，或例如为加入高比例的旋性(Chiral，或称手性)材料的液晶。第二介电常数例如为平均介电常数为ε2。由于液晶材料为介电异方性材料，其平均介电常数ε_//表示液晶长轴的介电常数，而ε_⊥表示液晶短轴的介电常数。液晶层13的平均介电常数ε2例如大于等于20而小于等于500，且平均介电常数ε2大于介电常数ε1。平均介电常数ε2与介电常数ε1的比值大于等于5而小于等于100。

请参考图2，图2绘示透过数据线施加电压Vd于液晶层13时的穿透率与电压变化的关系图。于本实施例中，液晶层13的平均介电常数约为100，第一介电层12的介电常数约为5。从图上可得知，当液晶层13的穿透率约等于0.1％设为临界电压Vth；当液晶层有最大穿透率，此时驱动液晶层的电压Vd定为Vac，于本实施例中，临界电压Vth与电压Vd具有一关系为

请再参考图1，像素电极14与信号线11相邻。像素电极14比像素电极14’更接近信号线11。像素电极14与像素电极14’上的电压可以相同电位或是不同电位，例如像素电极14’为一公共电压而像素电极14则非为公共电压。于图1绘示中，像素电极14是相对于像素电极14’的中最接近信号线11的像素电极。信号线11至第一介电层12边缘的距离为d1，且第一介电层12边缘至像素电极14边缘的距离为d2，且距离d1例如大于等于1μm而小于等于20μm。第一介电层12经液晶层13至像素电极14的距离为d2，且距离d2例如大于等于1μm而小于等于20μm，距离d1与距离d2的总和例如大于等于2μm而小于等于20μm。距离d1与距离d2可以有不同的计算方式，为方便说明起见，图1绘示系定义信号线11边缘的高度中心点经过第一介电层12边缘的高度中心点的距离为d1，第一介电层12边缘的高度中心点至像素电极14边缘的高度中心点的距离d2。

第一杂散电容Cgd1形成于信号线11与第一介电层12边缘之间，且第二杂散电容Cgd2形成于第一介电层12边缘至像素电极14边缘之间，介电常数ε1、平均介电常数ε2、距离d1、距离d2、临界电压Vth及电压Vd必须符合(公式1)的条件。当符合公式1的条件时，信号线11至像素电极14边缘间区域的穿透率会小于0.1％。当信号线11为数据线时，电压Vd为使液晶显示面板1达最大穿透率的驱动电压Vac(如图2绘示)，当信号线11为扫描线时，电压Vd为V_GL与像素电极间的电压差，其中V_GL为扫描线的栅极低电压(GateLow Voltage)。

当信号线与像素电极间形成电压差时，此时的压差分布会受到信号线与像素电极间各材料层的介电常数的影响而有不同的分布关系。于本实施例中，因为ε2大于ε1，则第二杂散电容Cgd2的电容值会大于第一杂散电容Cgd1的电容值，因此第二杂散电容Cgd2两端的跨压将远小于第一杂散电容Cgd1两端的跨压，代表当信号线与像素电极间形成电压差时，第二杂散电容Cgd2上的跨压会非常小。当第二杂散电容Cgd2两端的跨压小于驱动液晶层13的临界电压Vth时，位于非晶体管区域1b的液晶不会被驱动，尤其是薄膜晶体管15边缘与最接近信号线11的像素电极14边缘间的区域的液晶层不会被驱动，故而不会造成液晶层的漏光现象，因此位于非晶体管区域1b的穿透率会小于0.1％，也就是该区的液晶层不会产生漏光，所以黑色矩阵18可仅设置于晶体管区域1a，而不需要延伸至非晶体管区域1b。且因为铺设黑色矩阵18时需考虑对位误差，故而铺设面积须再加上对位误差的面积，因而影响了开口率，而于本实施例中，由于黑色矩阵18可仅铺设于晶体管区域1a，且晶体管区域1a小于非开口区，所以黑色矩阵18的铺设面积可较小而节省材料，可进一步地降低生产成本。且因为非晶体管区域1b邻近晶体管区域1a，而非晶体管区域1b不属于开口区，即便加上考虑对位误差的铺设面积，因为对位误差的铺设面积系位于非晶体管区域1b，亦不会影响到开口区因而可提升开口率。

液晶显示面板1不具有偏光板22及偏光板23时，则不会有亮暗态的灰度显示。此时光线可以任意穿过没有金属走线或是黑色矩阵的区域。即便是彩色滤光层，也会允许特定波段的光线穿透。相反地，液晶显示面板1具有偏光板22及偏光板23时，则因偏极光受到液晶层13的影响而有亮暗态的灰度显示画面，此时才会有穿透率的变化。而有黑色矩阵18的区域是不会有光线穿透的，也就是被黑色矩阵18遮蔽的该区域的穿透率接近0％。但没有黑色矩阵18与非金属走线遮蔽的区域，因光线路径上各层材料的透明度均相当高，因此穿透率主要是受到液晶层13影响较大。

因此在没有铺设黑色矩阵18的非晶体管区域1b，除信号线11部分会因金属层遮光外，其他的部分于光线通过路径上均为透明材料层。故加入偏光板22及偏光板23后，没有受到黑色矩阵18遮蔽的非晶体管区域1b的穿透率主要系受到液晶层13的影响。而在符合上述公式1的关系时，穿透率会小于0.1％，也就是位于非晶体管区域1b的液晶层13不会产生漏光。

图1绘示的像素电极14形成于突起物21上，以深入液晶层。如此一来，可使电场深入液晶层13而加强驱动的效果。然而，实际应用并不局限于此，于其他实施方式中，像素电极14亦可不形成于突起物21上。除此之外，图1绘示的黑色矩阵18是设置于相邻玻璃基板16的下方。然而，实际应用并不局限于此，于其他实施方式中，黑色矩阵18亦可形成于薄膜晶体管15上，并包覆薄膜晶体管15。

第一实施例

请同时参照图1及图3，图3绘示依照第一实施例的一种液晶显示面板的剖面图。前述液晶显示面板1于第一实施例是以液晶显示面板1(1)为例说明，而前述第一介电层12于第一实施例是以绝缘层12a为例说明。液晶显示面板1(1)更包括彩色滤光层19，且绝缘层12a包覆信号线11及薄膜晶体管15。液晶层13形成于绝缘层12a上，而彩色滤光层19形成于液晶层13上。黑色矩阵18形成于彩色滤光层19位于晶体管区域1a的上方。在符合上述条件下，不会造成非晶体管区域1b，也就是薄膜晶体管15边缘与最接近信号线11的像素电极14边缘间的区域的液晶层的漏光现象，非晶体管区域1b的穿透率会小于0.1％。

第二实施例

请同时参照图1及图4，图4绘示依照第二实施例的一种液晶显示面板的剖面图。前述液晶显示面板1于第二实施例是以液晶显示面板1(2)为例说明，而前述第一介电层12于第二实施例是以彩色滤光层12b为例说明。第二实施例与第一实施例主要不同之处在于液晶显示面板1(2)是采用具有彩色滤光层的有源元件阵列基板(Color filter On Array,COA)，亦即，彩色滤光层12b形成薄膜晶体管15上方。液晶显示面板1(2)更包括平坦层20，且彩色滤光层12b包覆信号线11及薄膜晶体管15。液晶层13形成于彩色滤光层12b上，而平坦层20形成于液晶层13上。黑色矩阵18形成于平坦层20位于晶体管区域1a的上方。

于第二实施例中，第一介电层为彩色滤光层12b，其介电常数即为ε1。为方便说明起见，图4绘示系定义信号线11边缘的高度中心至像素电极14边缘的高度中心为d1+d2。信号线11边缘的高度中心至彩色滤光层12b边缘的高度中心的距离为d1，而彩色滤光层12b边缘的高度中心至像素电极14的高度中心的距离为d2。

第一杂散电容Cgd1形成于信号线11边缘与彩色滤光层12b边缘处之间，且第二杂散电容Cgd2形成于像素电极14边缘与彩色滤光层12b边缘处之间。第二实施例的彩色滤光层12b的介电常数ε1、液晶层的平均介电常数ε2、距离d1、距离d2、临界电压Vth及电压Vd也必须符合

当信号线与像素电极间形成电压差时，此时的压差分布会受到信号线与像素电极间各材料层的介电常数的影响而有不同的分布关系。于本实施例中，在符合的条件下，因为ε2大于ε1，则第二杂散电容Cgd2的电容值会大于第一杂散电容Cgd1的电容值，代表第二杂散电容Cgd2上的跨压会非常小。当第二杂散电容Cgd2两端的跨压小于驱动液晶层13的临界电压Vth时，位于非晶体管区域1b的液晶不会被驱动，故而不会造成液晶层的漏光现象，因此位于非晶体管区域1b的穿透率会小于0.1％，而不会产生漏光，所以黑色矩阵18可仅设置于晶体管区域1a，而不需要延伸至非晶体管区域1b。所以黑色矩阵18的铺设面积可较小而节省材料，可进一步地降低生产成本。即便加上考虑对位误差的铺设面积，因为对位误差的铺设面积系位于非晶体管区域1b，亦不会影响到开口区进而可提升开口率。

第三实施例

请同时参照图1及图5，图5绘示依照第三实施例的一种液晶显示面板的剖面图。第一介电层12于第三实施例是以绝缘层12c及彩色滤光层12b为例说明。第三实施例与第二实施例主要不同之处在于液晶显示面板1(3)的第一介电层还包括绝缘层12c，且绝缘层12c形成于部分彩色滤光层12b上。在符合上述条件下，非晶体管区域1b的穿透率会小于0.1％，不会造成非晶体管区域1b，尤其是信号线11边缘与最接近信号线11的像素电极14边缘间的区域的液晶层不会有漏光现象。

第四实施例

请同时参照图1及图6，图6绘示依照第四实施例的一种液晶显示面板的剖面图。前述液晶显示面板1于第四实施例是以液晶显示面板1(4)为例说明。第四实施例与第二实施例主要不同之处在于液晶显示面板1(4)是采具有黑色矩阵的有源元件阵列基板(BlackMatrix on Array,BOA)，亦即，黑色矩阵18形成薄膜晶体管15上方。于第四实施例中，黑色矩阵18位于彩色滤光层12b与薄膜晶体管15之间。于其他实施例中，黑色矩阵18可位于彩色滤光层12b上方(图未示)。在符合上述条件下，不会造成非晶体管区域1b，尤其是信号线11边缘与最接近信号线11的像素电极14边缘间的区域的液晶层的漏光现象，非晶体管区域1b的穿透率会小于0.1％。

第五实施例

请同时参照图1及图7，图7绘示依照第五实施例的一种液晶显示面板的剖面图。前述液晶显示面板1于第五实施例是以液晶显示面板1(5)为例说明，而前述第一介电层12于第四实施例是以绝缘层12c及彩色滤光层12b为例说明。第五实施例与第四实施例主要不同之处在于液晶显示面板1(5)的第一介电层更包括绝缘层12c，且绝缘层12c形成于部分彩色滤光层12b上。绝缘层12c与像素电极14可以是同一层或不同层。在符合上述条件下，不会造成非晶体管区域1b，尤其是信号线11边缘与最接近信号线11的像素电极14间的区域的液晶层的漏光现象，非晶体管区域1b的穿透率会小于0.1％。

第六实施例

请同时参照图1及图8，图8绘示依照第六实施例的一种液晶显示面板的剖面图。前述液晶显示面板1于第六实施例是以液晶显示面板1(6)为例说明，而前述第一介电层12于第六实施例是以绝缘层12a为例说明。第六实施例与第四实施例主要不同之处在于液晶显示面板1(6)的第一介电层为绝缘层12a而非彩色滤光层。于其他实施例中，黑色矩阵18可位于绝缘层12a上方(图未示)。在符合上述条件下，不会造成非晶体管区域1b，尤其是信号线11边缘与最接近信号线11的像素电极14边缘间的区域的液晶层的漏光现象，非晶体管区域1b的穿透率会小于0.1％。

上述液晶显示面板由于第一介电层的介电常数远小于液晶层的平均介电常数，所以第一介电层所形成的杂散电容小于液晶层所形成的杂散电容。如此一来，第一介电层所形成的杂散电容承受大部分的跨压，也就是信号线11边缘与最接近信号线11的像素电极14边缘间的区域的杂散电容的跨压很小，会小于临界电压Vth，故而穿透率会小于0.1％，不会造成非晶体管区域1b，尤其是信号线11边缘与最接近信号线11的像素电极14边缘间的区域的液晶层的漏光现象。所以黑色矩阵不需要自晶体管区域延伸至非晶体管区域，或考虑对位误差而影响到开口区，将可进一步地降低生产成本并提升开口率。

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 (8)

1.一种液晶显示面板，包括：

一信号线；

一薄膜晶体管；

一非开口区及一开口区，该非开口区包括一晶体管区域及一非晶体管区域，该薄膜晶体管设置于该晶体管区域，该非晶体管区域位于该晶体管区域与该开口区之间；

一黑色矩阵，该黑色矩阵铺设于该晶体管区域；

一第一介电层，形成于该信号线及该薄膜晶体管上，且该第一介电层的介电常数为ε1；

一液晶层，其平均介电常数为ε2，且ε2大于ε1；以及

一像素电极，与该信号线左右相邻，该信号线边缘的高度中心点至该第一介电层边缘的高度中心点的距离为d1，且该第一介电层边缘的高度中心点至该像素电极边缘的高度中心点的距离为d2，当时，非晶体管区域的光穿透率小于0.1％；

其中，Vth为使该液晶层的穿透率开始增加的一临界电压，当该信号线为一数据线时，Vd为使该液晶显示面板达一最大穿透率的驱动电压，当该信号线为一扫描线时，Vd为V_GL与该像素电极间的电压差，其中V_GL为该扫描线的栅极低电压。

2.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于，该黑色矩阵位于该第一介电层与该薄膜晶体管之间。

3.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于，该第一介电层为一彩色滤光层。

4.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于，该第一介电层包括一彩色滤光层及一绝缘层，该绝缘层形成于部分该彩色滤光层上。

5.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于，(d1+d2)≥2μm。

6.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于，

7.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于，20≤ε2≤500。

8.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于，