CN104062815A - 液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置，包括第一基板、第二基板以及液晶层，其中第一基板设置在第二基板下方，液晶层设置在第一基板和第二基板之间。液晶显示装置还包括至少一薄膜晶体管、共用电极、第一绝缘层以及像素电极依序设置在第一基板的上表面上，以及包括多个凸起物设置在第二基板的下表面，其中薄膜晶体管包括栅极、源极以及漏极。通过使共用电极设置在第一基板表面，并且位于像素电极下方，可以提高液晶显示装置的像素开口率，而凸起物的设置可以使得液晶分子具有垂直排列，降低响应时间。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置（liquid crystal display,LCD），特别是涉及一种使用HUA(HannStar Ultra-high Aperture，瀚宇彩晶超高开口率)技术，并且具有多个凸起物设置在液晶层一侧的液晶显示装置。

背景技术

液晶显示装置具有外型轻薄、耗电量少以及无辐射污染等特性，已被广泛地应用在笔记本计算器(notebook)、个人数码助理(personal digital assistant,PDA)等携带式信息产品上，并且已逐渐取代传统桌上型计算机的阴极射线管监视器。

在液晶显示装置中，液晶分子扮演着光阀的角色，在液晶显示器的每一像素中，在即时显示时间内，控制光的穿透及光的阻绝。从液晶分子的控制机制的角度来看，液晶显示装置可分为垂直排列（vertical alignment,VA）和平面切换（plane switching）两种类型。

一般来说，VA型液晶显示装置具有非常快的液晶响应时间，特别适合用于显示有快速移动的动态影像。在相关技术持续发展下，高分辨率显示屏幕的需求也急速增加，目前除了WVGA(480×800)产品外，qHD(540×960)与HD(720×1280)的产品与技术也将相继开发出。便携式产品除了搭配高分辨率外，广视角的需求也逐步提高，因此遇到高密度像素(即高PPI，Pixel PerInch，即每一英寸中具有高像素数目)时，便会产生像素开口率(pixel aperturerate，或简称Pixel AR)下降的问题。因此，如何兼顾液晶显示装置中的高密度像素设计与高开口率，实为业界需要努力的目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是公知液晶显示装置中因为高密度像素设计而造成像素开口率降低的缺点，本发明液晶显示装置因为具有HUA与凸起点的设计，因此能提供高像素开口率的多区域垂直排列（multi-domain verticalalignment，MVA）模式的显示效果。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种液晶显示装置，包括第一基板与第二基板，其中第一基板设置在第二基板下方。液晶显示装置还包括至少一薄膜晶体管设置在第一基板的上表面、共用电极设置在薄膜晶体管上、第一绝缘层设置在共用电极上、像素电极设置在第二绝缘层上、液晶层设置在像素电极上、以及多个凸起物设置在第二基板的下表面，其中薄膜晶体管包括栅极、源极以及漏极。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种液晶显示装置，包括第一基板、第二基板以及液晶层，其中第一基板设置在第二基板下方，液晶层设置在第一基板与第二基板之间。液晶显示装置还包括薄膜晶体管设置在第一基板的上表面上、共用电极设置在薄膜晶体管上、像素电极设置在共用电极上、以及多个凸起物设置在液晶层与第二基板之间，其中薄膜晶体管包括一栅极、一源极以及一漏极，且像素电极包括至少一狭缝，设置在相邻两个凸起物的投影之间。

因为本发明液晶显示装置的共用电极设置在像素电极下方，因此共用电极可以提供屏蔽(shielding)效果，使得像素电极不会受到资料线、扫描线和薄膜晶体管等的电容偶合效应的影响，进而能使像素电极具有更大尺寸，用以提高开口率。再者，凸起物的设计可以使液晶分子垂直排列以提高液晶分子的响应时间。

附图说明

图1所示为本发明液晶显示装置的第一实施例的俯视示意图。

图2所示为图1中液晶显示装置沿着A-A切线的侧面剖面示意图。

图3所示为本发明液晶显示装置的第二实施例的俯视示意图。

图4所示为本发明液晶显示装置的第三实施例的像素结构侧面剖面示意图。

图5所示为本发明液晶显示装置的第四实施例的像素结构侧面剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 液晶显示装置

12 第一基板

12a 第一基板的上表面

14 第二基板

14a 第二基板的下表面

16 液晶层

18 薄膜晶体管

20 栅极

22 源极

24 漏极

26 半导体层

28 栅极绝缘层

30 第二绝缘层

32 共用电极

34 第一绝缘层

36 像素电极

38 开孔

40 凸起物

42 黑色矩阵层

44a、44b 彩色滤光层

46 透明导电层

48 间隔物

50 资料线

52 扫描线

54 主要狭缝

56 狭缝

58 开口

具体实施方式

请参考图1与图2，图1所示为本发明液晶显示装置的第一实施例的俯视示意图，图2所示为图1中液晶显示装置沿着A-A切线的侧面剖面示意图。如图1所示，本发明液晶显示装置10包括第一基板12、第二基板14以及液晶层16，其中第一基板12设置在第二基板14下方，液晶层16设置在第一基板12与第二基板14之间。在第一基板12的上表面12a设置有薄膜晶体管18，其包括栅极20、源极22、漏极24以及半导体层26，在半导体层26与栅极20之间还设置了一层栅极绝缘层28，其中栅极20可以由一第一金属层所构成，而源极22与漏极24可以由一第二金属层所构成。本发明液晶显示装置10还包括第一共用电极32设置在薄膜晶体管18上、第一绝缘层34设置在共用电极32上、以及像素电极36设置在第一绝缘层34上，因此液晶层16是设置在像素电极36上。在优选实施例中，液晶显示装置10更还包括第二绝缘层30设置在薄膜晶体管18与共用电极32之间。此外，第一绝缘层34与第二绝缘层30具有开孔38，暴露出漏极24，使得像素电极36通过开孔38而电连接到漏极24。液晶显示装置10还包括多个凸起物40设置在第二基板14的下表面14a，也就是设置在第二基板14与液晶层16之间。凸起物40较佳包括介电常数小于零的材料。再者，图1与图2中的液晶显示装置10可以包括资料线50与扫描线52，分别电连接到源极22与栅极20。在不同实施例中，源极22可以为资料线50的一部份，栅极20可以为扫描线52的一部份。此外，扫描线52与栅极20可以由相同的第一金属层所构成，而资料线50与源极22和漏极24可以由相同的第二金属层所构成。

再者，液晶显示装置10还可以选择性地包括黑色矩阵层42、彩色滤光层44a、44b和透明导电层46等设置在第二基板14的下表面14a，在第一基板12与第二基板14之间还设置有间隔物(spacer)48。在本实施例中，间隔物48可以位于黑色矩阵层42的正下方，对应于薄膜晶体管18。相邻的彩色滤光层44a、44b分别由两种不同颜色的彩色滤光层所组成。一般而言，彩色滤光层通常由红、绿、蓝三原色的染料所构成，每一像素是由红、绿、蓝三个次像素所组成，以由三原色光的相对多寡进行混光而显示出各种多彩颜色的画面。除了红、绿、蓝三种颜色外，也可以采用红、绿、蓝、黄四种颜色，以增加色彩饱和度，也可以选择加入青色光(cyan)及品红光(magenta)，进一步增加色彩饱和度，其中黄光、青光、品红光分别依次为蓝光、红光、绿光的互补色(complementary colors)光。透明导电层46可以作为另一共用电极使用，在液晶显示装置10显示画面时，可以提供共用电极32与透明导电层46相同或不同的操作电压。共用电极32、像素电极36以及透明导电层46的材料可选用透明导电材料，例如氧化铟锡(tin indium oxide，简称ITO)。第二绝缘层30与第一绝缘层34由绝缘材料所构成，可以包括相同的材料或不相同的材料。在较佳实施例中，第二绝缘层30与第一绝缘层34分别包括一层有色半透明材料层或一层透明高分子材料层，其中有色半透明材料层与透明高分子材料层的材料举例如压克力材料或是硅材料，硅材料举例如氮化硅材料。另一方面，上述有色半透明材料层可以包括未染色或染色的光阻材料或彩色滤光层材料，利用涂覆、曝光与显影工艺形成所需要的图案，厚度范围可以为约1.0微米至5.0微米，透光性可以为约10%至60％。透明高分子材料层的材料例如选自聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate)，简称PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate)以及聚对苯二甲酸乙二酯(poly(ethylene terephthalate)，简称PET)中的至少一种，厚度范围则可以为约0.2微米至3.0微米，透光性约60％至90％。在优选实施例中，只需要第二绝缘层30与第一绝缘层34两者中的其中一层使用透明高分子材料即可，以达到平坦化整个平面的效果。在其它实施例中，第二绝缘层30与第一绝缘层34的其中一者也可由氧化物材料或氮化物材料所构成。然而，第二绝缘层30与第一绝缘层34的材料组合并不限于上述。在本实施例中，第二绝缘层30可以当作保护层，第一绝缘层34可以当作钝化层，但是在不同实施例中，两者的功能可以互相交换。

在本发明另一实施例中，显示装置的结构可以没有如图2所示的彩色滤光层44a、44b，而将位于共用电极32下方的第二绝缘层30的材料改用有色半透明材料(也就是彩色滤光层的材料)，此时第二绝缘层30的作用为过滤出三原色的光，也就是各个像素中的第二绝缘层30可以分别过滤出三原色光的其中一种，并同时具有原本的电性隔离的作用，在此情况下，由于少了图2中的彩色滤光层44a、44b，所以整体厚度会降低。在不同实施例中，也可以利用包括有色半透明材料的第一绝缘层34取代彩色滤光层44a、44b，同样可以达到降低整体厚度的功效。如前所述，当使用第二绝缘层30或第一绝缘层34取代彩色滤光层44a、44b时，其透光度较佳约在10%至60%之间，厚度较佳约在1.0微米至5.0微米之间。

在液晶显示装置10中，共用电极32的投影可以覆盖部分的资料线50、扫描线52以及薄膜晶体管18，如图1所示，也就是共用电极32可以向外扩大面积。此时，共用电极32可以具有屏蔽(shielding)的效果，使得像素电极36不会受到资料线50、扫描线52和薄膜晶体管18等的电容偶合效应的影响而产生干扰光纹(mura)。在不同实施例中，共用电极32的投影可以只覆盖部分的资料线50及薄膜晶体管18，但是不覆盖扫描线52，以降低共用电极32的电阻-电容负载(resistor-capacitor loading,RC loading)。再者，由于像素电极36位于共用电极32的上方，所以离下方的资料线50较远，故较不易受其电性干扰，而可以扩大像素电极36的面积，从图1的俯视图可看出，像素电极36轮廓的投影非常靠近资料线50，使得像素的开口率增加到接近极限，而特别适用于高PPI的超精细分辨率的高阶显示装置，因此本发明的液晶显示装置10的组件结构设计能有效提升像素的开口率。此外，由于本发明液晶显示装置10的共用电极32是设置在像素电极36下方，两者之间的距离远小于现有技术中将共用电极设置在上基板的情形，因此共用电极32与像素电极36之间可以产生极大的储存电容，以降低回踢电压。

另一方面，第二基板14下侧的凸起物40可以具有几何对称的外型，例如球形、菱形或圆锥形。在本实施例中，凸起物40具有球形外型。凸起物40的形成可以改变接近第二基板14的液晶分子的排列方式，使液晶分子沿着凸起物40的表面垂直排列，使液晶显示装置10具有VA功能。再者，像素电极36表面也可以选择性地具有狭缝56，甚至还具有主要狭缝54，其中主要狭缝54与狭缝56设置在相邻两个凸起物40的投影之间，而主要狭缝54的宽度W1较佳大于狭缝56的宽度W2。通过狭缝56与凸起物40两者相对位置的设置，可以使液晶分子形成多区域排列效果，而主要狭缝54还可以控制液晶分子朝向不同方向排列，或是将一个像素中的液晶分子规划成多个不同区域，借以提供不同方向的补偿。值得注意的是，图1所示的主要狭缝54与狭缝56的形状与数量仅为举例说明，并不能用来限定本发明像素电极36的狭缝图案与数量。主要狭缝54与狭缝56的形状并不限定为长条形，可以为各种形状，例如S形与L形等。在其它实施例中，像素电极36也可以仅具有一个或多个主要狭缝54，但不具有狭缝56。在某些实施例中，像素电极36也可能不具有任何狭缝。

本发明的液晶显示装置并不以上述实施例为限。下文将继续揭示本发明的其它实施例，为了简化说明并突显各实施例之间的差异，下文中使用相同标记标注相同组件，不再对重复部分作赘述。

请参考图3，图3所示为本发明液晶显示装置的第二实施例的俯视示意图。如图3所示，本实施例与第一实施例的不同处在于共用电极32覆盖了部分资料线50与薄膜晶体管18，但没有覆盖扫描线52。在此设计下，可以降低共用电极32的RC负载。此外，本实施例的像素电极36包括四个狭缝56，具有相同的宽度，但不以此为限。

请参考图4，图4所示为本发明液晶显示装置的第三实施例的像素结构侧面剖面示意图。如图4所示，本实施例中的凸起物40为圆锥形，数量比第一实施例多，但尺寸较小。再者，像素电极36包括多个狭缝56，分别设置在相邻两个凸起物40的投影之间。在优选实施例中，各狭缝56对应于相邻两个凸起物40的间隔的中心点。通过凸起物40与狭缝56的设置，可以使液晶显示器具备MVA或VA功能，能提高视角与提升液晶分子的响应时间。

请参考图5，图5所示为本发明液晶显示装置的第四实施例的像素结构侧面剖面示意图。与前一实施例相比较，本实施例的像素电极36包括多个狭缝56与至少一个主要狭缝54，其中主要狭缝54的宽度W1较大于狭缝56的宽度W2。再者，共用电极32包括至少一个开口58，例如对应于像素电极36没有狭缝56与主要狭缝54的部分。开口58的设置可以减少共用电极32的面积，但不会影响共用电极32的导电状况，因此可以降低共用电极32与像素电极36之间的储存电容值。通过在共用电极32中设置开口58以及设计开口58的图案和大小，可以调整储存电容的大小，避免因为储存电容过大而发生充电不足的问题。根据本发明，利用共用电极32的开口58调整储存电容的好处还包括开口率不会受到共用电极32的形状而影响，所以调整储存电容的弹性更大。

为了更清楚显示出本发明的技术相对于现有技术所具有的高像素开口率的优点，特将现有技术中最佳的VA技术与本发明HUA技术的像素开口率的实验值列于下方表一，以作比较。

表一

由上方表一可以看出，当每英寸的像素数目(PPI)从最上方的217逐渐增加到最下方的342时，表示显示画面由上往下愈精细，其中现有技术中最佳的VA技术的开口率由最上方的43.10%逐渐下降到最下方的17.18%，而本发明技术的开口率则由最上方的约55.3%下降到最下方的35.24%，并且在所列的任何面板类型中，本发明技术的开口率都较现有VA技术的开口率高出至少11%。表一最右栏所示本发明开口率的提升率的算法为「(本发明技术的开口率-现有VA技术的开口率)/现有VA技术的开口率」，并且以百分率表示。故由表一的数据可以了解到本发明的技术能有效地大幅提升像素的开口率，特别是对具有高PPI值的高精细显示面板，最高提升率甚至达到105%。因此本发明技术可以提升画面的整体出光亮度，可以使用亮度较低的背光源，延长可携式电子装置充电后的电池使用时间。同时，由于像素开口率的提升，像素与像素之间的微细黑色间隔更小，能进一步使得整体画面更为精致。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：

一第一基板与一第二基板，其中该第一基板设置在该第二基板下方；

至少一薄膜晶体管，设置在该第一基板的上表面，且该薄膜晶体管包括一栅极、一源极以及一漏极；

一共用电极，设置在该薄膜晶体管上；

一第一绝缘层，设置在该共用电极上；

一像素电极，设置在该第二绝缘层上；

一液晶层，设置在该像素电极上；以及

多个凸起物，设置在该第二基板的下表面。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，还包括一第二绝缘层，设置在该共用电极与该薄膜晶体管之间。

3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，该第一绝缘层与该第二绝缘层各包括一有色半透明材料层或一透明高分子材料层，且该第一绝缘层的材料可以相同或不相同于该第二绝缘层的材料。

4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，该有色半透明材料层或该透明高分子材料层包括压克力或硅材料。

5.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该多个凸起物具有几何对称的外型，包括球形、菱形或圆锥形。

6.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，还包括：

至少一资料线，设置在该第一基板的上表面上，且电连接到该源极；以及

至少一扫描线，设置在该第一基板的上表面上，且电连接到该栅极；

其中该共用电极的投影覆盖部分该资料线及该薄膜晶体管。

7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该像素电极具有至少一个狭缝，设置在相邻两个该凸起物的投影之间。

8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该像素电极具有至少一个主要狭缝和至少一个狭缝，分别设置在相邻两个该凸起物的投影之间，且该主要狭缝的宽度大于该狭缝的宽度。

9.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该共用电极具有至少一开口。

10.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：

一第一基板与一第二基板，其中该第一基板设置在该第二基板下方；

一液晶层，设置在该第一基板与该第二基板之间；

至少一薄膜晶体管，设置在该第一基板的上表面，且该薄膜晶体管包括一栅极、一源极以及一漏极；

一共用电极，设置在该薄膜晶体管上；

一像素电极，设置在该共用电极上；以及

多个凸起物，设置在该液晶层与该第二基板之间；

其中该像素电极包括至少一狭缝，设置在相邻两个该凸起物的投影之间。