CN104991387B - 边际场切换式液晶显示面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种像素区与材料优化设计的边际场切换式液晶显示面板，包括一设置有多个像素区的主动元件阵列基板、一对向基板以及一液晶层，其中各该些像素区包含多个第一共同电极、与水平方向上邻接的另一像素区之间的第二共同电极、以及一像素电极。通过操控此主动元件阵列基板上像素区的电极线相对位置的设计，及/或于此该液晶显示面板的液晶层中，采用预定范围数值的液晶材料性质，改变穿透率以及像素区中不同位置的透光均匀度。

Description

边际场切换式液晶显示面板
本申请为申请人根据母案申请(申请号：201310146590.4，发明名称：边际场切换式液晶显示面板)所提出的分案申请。
技术领域
本发明是有关于一种液晶显示面板，且特别是关于一种边际场切换式 (Fringe-Field Switching,FFS)的液晶显示面板。
背景技术
近年来，液晶显示面板已普遍可见于包括一般家用电器设备的各式电子产品之中。液晶显示面板是由一对基板和液晶层夹设于该对基板之间所构成，该对基板的表面上具有电极，通过在两个基板上的电极上外加电压来形成电场，则液晶层的液晶分子受到电场的影响再次排列而改变光的透射率，由此来显示各种影像。但是，液晶显示面板的液晶层的液晶分子的排列会受到相当多的因素，例如：工艺偏移过大、电极位置与形状不对等等，使得液晶层的液晶分子排列不佳，而导致光穿透率下降，更甚而让液晶显示面板的显示品质下降。
发明内容
根据本发明的边际场切换式液晶显示面板，包括：
一第一基板、一第二基板以及一液晶层夹设于第一基板与第二基板之间；
至少一扫描线，设置于该第一基板上；
至少一数据线，设置于该第一基板上，且该数据线与该扫描线交错以定义出至少一像素区；
至少一切换元件，设置于该像素区内，以分别电性连接该扫描线、该数据线与至少一像素电极；
至少一共同电极，设置于该第一基板的该像素区上，且通过介于该像素电极与该共同电极间的一隔绝层与该像素电极分开，其中，该共同电极至少包含多个第一共同电极与至少一第二共同电极，该第二共同电极，设置且覆盖于该数据线上方，各该第一共同电极之间具有一间隔，且其设置于该像素区内，其中，该液晶层具有一预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料具有双折射系数(Δn) 的乘积(△n*D)为340nm至391nm之间，且该液晶层的液晶分子具有正型介电异方性为5至10之间。
其中，该液晶层具有一预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料具有双折射系数(Δn)的乘积(△n*D)为391nm，且该液晶层的液晶分子具有正型介电异方性为5。
其中，该第二共同电极宽度大于该数据线宽度。
其中，该第二共同电极宽度大于各该第一共同电极宽度。
在本发明的一实施例中，上述液晶显示面板器的该液晶层中的液晶材料，具有一预定范围的正型介电异向性数值Δε值，以及一预定范围的双折射系数Δn与该液晶层的预定厚度D的乘积(Δn*D)值。通过，以将光刻、蚀刻等工艺中工艺变异造成的穿透率下降以及像素区中不同位置的透光均匀度恶化等影响程度降低，进而提升该液晶显示器的产品良率。并且也可以提升穿透率。
在本发明的一实施例中，将上述第一共同电极、第二共同电极、以及一像素电极等之间的距离参数d1、d2，结合上述液晶材料性质的参数Δε、Δn数值，以进一步降低光刻、蚀刻等工艺中工艺变异造成的穿透率下降以及像素区中不同位置的透光均匀度恶化等影响程度。并且也可以提升穿透率。
为让本发明的上述特征和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举比较例与实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
本发明的上述和其他态样、特征及其他优点参照说明书内容并配合附图得到更清楚的了解，其中：
图1显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的像素区(俯视图)。
图1A显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的像素区(图1沿AA’线的剖面图)。
图1B显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的像素区(图1沿BB’线的剖面图)。
图2显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的实施例1、2在不同施加电压下的穿透率比较。
图3显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的实施例1、2在单一像素区中横向不同位置的穿透率比较。
图4显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的不同电极间距设计在相同程度的工艺变异下所造成的穿透率损失的比较。
图5显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的实施例3、4在单一像素区中横向不同位置的穿透率比较。
图6是液晶介电异向性Δε对电场作用的示意图。
图7显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的不同液晶参数在相同程度的工艺变异下所造成的穿透率损失的比较。
图8显示根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的实施例7、8在单一像素区中横向不同位置的穿透率比较。
图9A是目前大部分边际场切换式液晶显示面板的像素区设计(像素电极在共同电极之上)的示意图。
图9B是本发明边际场切换式液晶显示面板的像素区设计(共同电极在像素电极之上)的示意图。
图10是边际场切换式液晶显示面板的像素区不同设计的元件表现示意图。
附图标记说明
101：第一基板 505：数据线
102：第二基板 507：像素电极
103：液晶层 508：隔绝层
104：扫瞄线 509：第一共同电极
105：数据线 510：第二共同电极
106：切换元件 805：数据线
107：像素电极 807：像素电极
108：隔绝层 808：隔绝层
109：第一共同电极 809：第一共同电极
110：第二共同电极 810：第二共同电极
111：黑色矩阵 903：液晶层
112：彩色滤光层 905：数据线
305：数据线 907：像素电极
307：像素电极 909：第一共同电极
308：隔绝层 910：第二共同电极
309：第一共同电极 913：共同电极
310：第二共同电极 914：像素电极
具体实施方式
根据本发明的边际场切换式液晶显示面板，包括一第一基板、一第二基板及一液晶层夹设于该第一基板与该第二基板之间。至少一扫描线，设置于该第一基板上。至少一数据线，设置于该第一基板上，且该数据线与该扫描线交错以定义出至少一像素区，各该像素区是由至少一扫描线与至少一数据线相互交错所构成。至少一切换元件，设置于该像素区内，以分别电性连接该扫描线、该数据线与至少一像素电极，其中该像素电极设置于该像素区内。至少一透明共同电极，设置于该第一基板的该像素区上，且通过介于该像素电极与该共同电极间的一隔绝层与该像素电极分开。其中，该共同电极至少包含多个第一共同电极与至少一第二共同电极，该第二共同电极，设置且覆盖于该数据线上方，各该第一共同电极之间具有一间隔，且其设置于该像素区内，其中，该像素区的像素电极边缘与该像素区中最邻近该第二共同电极的该第一共同电极边缘，于该第一基板方向上的投影距离为d1，第二共同电极的边缘与该像素区的该像素电极边缘，于该第一基板方向上的投影距离为d2。
其中(d1+d2)的总和为5～7μm，且d1>d2。0≦d2≦2μm。(d1+d2)的总和为 7μm,且d2为0μm。
该第二共同电极宽度大于该数据线宽度。
该第二共同电极宽度大于各该第一共同电极宽度。
该液晶层具有一预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料具有双折射系数(Δn) 的乘积(△n*D)为340nm至391nm之间，且该液晶层的液晶分子具有正型介电异方性(positivedielectric anisotropy,△ε)为5至10之间。
该液晶层具有一预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料具有双折射系数(Δn) 的乘积(△n*D)为391nm，且该液晶层的液晶分子具有正型介电异方性(positive dielectricanisotropy,△ε)为5。
在本发明的一实施例中，操控上述d1、d2、以及(d1+d2)的数值范围，以将光刻、蚀刻等工艺中工艺变异造成的穿透率下降以及像素区中不同位置的透光均匀度恶化等影响程度降低，进而提升该液晶显示器的产品良率。根据本发明的边际场切换式液晶显示面板，包括一第一基板、一第二基板以及一液晶层夹设于第一基板与第二基板之间。至少一扫描线，设置于该第一基板上。至少一数据线，设置于该第一基板上，且该数据线与该扫描线交错以定义出至少一像素区。至少一切换元件，设置于该像素区内，以分别电性连接该扫描线、该数据线与至少一像素电极。至少一共同电极，设置于该第一基板的该像素区上，且通过介于该像素电极与该共同电极间的一隔绝层与该像素电极分开。其中，该共同电极至少包含多个第一共同电极与至少一第二共同电极，该第二共同电极，设置且覆盖于该数据线上方，各该第一共同电极之间具有一间隔，且其设置于该像素区内。其中，该液晶层具有一预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料具有双折射系数(Δn)的乘积(Δn*D)，且液晶层的液晶分子具有正型介电异方性 (positive dielectric anisotropy,△ε)。
乘积(△n*D)为340nm至391nm之间，且该液晶层的液晶分子具有正型介电异方性(positive dielectric anisotropy,△ε)为5至10之间。
该液晶层具有一预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料具有双折射系数(Δn) 的乘积(△n*D)为391nm，且该液晶层的液晶分子具有正型介电异方性(positive dielectricanisotropy,△ε)为5。
该第二共同电极宽度大于该数据线宽度。
该第二共同电极宽度大于各该第一共同电极宽度。
本发明的目的及优点，通过下列实施例中伴随附图与元件符号的详细叙述后，将更为显著。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，可参照附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件，并且为求清楚说明，元件的大小或厚度可能夸大显示，并未依照原尺寸作图。此外，为简化附图起见，一些结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。然而，应了解到所提供的实施例并非用以限制本发明所保护的范围。这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所保护的范围。
根据本发明的一实施例，其目的在于提供一种使用边际场切换式(FFS mode)技术而共同电极在数据线与像素电极上方(top common)的液晶显示面板，其包含一第一基板、一第二基板、以及一夹设于该等基板间的液晶层。其中在该第一基板上具有至少一个像素区，该像素区中包含共同电极以及像素电极，在形成上述该等电极时，即使由此形成该等电极的光刻、蚀刻等工艺中产生了无法避免的工艺变异，造成电极的间距与设计间距存有误差，本实施例的边际场切换式技术液晶显示面板仍能维持一定水准的穿透率以及像素区中不同位置的透光均匀度，增加上述在形成电极层的光刻、蚀刻等工艺上允许变异的空间，进而提高制造边际场切换式技术的液晶显示器的产品良率。
为达到增加工艺上允许变异的空间，进而达到提高产品良率的目的，本发明该实施例设计该主动元件阵列基板(即第一基板)上像素区的电极相对位置。图1为该像素区的局部俯视图，图1A为图1沿AA’线于该第一基板的剖面图，图1B为图1沿BB’线于该边际场切换式液晶显示面板的剖面图，请查看图1 并配合图1A和图1B。于此实施例中，至少一扫描线104，设置于该第一基板 101上。至少一数据线105，设置于该第一基板101上，且该数据线105与该扫描线104交错以定义出至少一像素区PA。本发明的实施例以一个像素区PA 为说明范例，但不限于此。至少一切换元件106，设置于该像素区PA内，以分别电性连接该扫描线104、该数据线105与至少一像素电极107。切换元件 106是为晶体管是由栅极G、半导体层SE、源极S与漏极D所构成，其中，尚有一绝缘层(未标示)夹设于栅极G与半导体层SE之间，如图1A所示。因此，切换元件106的栅极G连接扫描线104、源极S连接数据线105以及漏极 D连接像素电极107。其中晶体管的类型包含顶栅型晶体管、底栅型晶体管、或其它合适的晶体管，且半导体层材料包含非晶半导体、多晶半导体、单晶半导体、微晶半导体、纳米晶半导体、氧化物半导体、有机半导体、量子点半导体、或其它合适的材料、或上述至少二种半导体的组合，而该像素电极107 设置于该像素区PA内，如图1和图1B所示。至少一共同电极CE，设置于该第一基板101的该像素区PA上，且通过介于该像素电极107与该共同电极 CE间的一隔绝层108与该像素电极107分开，而像素电极107、数据线105、以及隔绝层108三者与第一基板101之间可选择性加入绝缘层(未标示)，如图 1和图1B所示。
在本发明的一实施例中，如图1B所示，上述该共同电极CE至少包含多个第一共同电极109与至少一第二共同电极110。该第二共同电极110，设置且覆盖于该数据线105上方，各该第一共同电极109之间具有一间隔S，各该第一共同电极109具有一宽度L，且其设置于该像素区内，其中，该像素区 PA的像素电极107边缘与该像素区PA中最邻近该第二共同电极110的该第一共同电极109边缘，于该第一基板101方向上的投影距离为d1，第二共同电极110的边缘与该像素区PA的该像素电极107边缘，于该第一基板101方向上的投影距离为d2。其中，该间隔S是实质上大于0。
在本发明的一实施例中，如图1B所示，上述该共同电极CE至少包含多个第一共同电极109与至少一第二共同电极110，其中，该第二共同电极110 具有一宽度W，该第二共同电极110的宽度W大于各该第一共同电极109的线宽L。此外，本发明是以第二共同电极110的一个尾端通过连接部(未标示) 连接各该第一共同电极109的一个尾端为范例，但于其它实施例中，第二共同电极110可不连接于第一共同电极109，一样会有本发明下列实施例的实施效果。本发明的第一共同电极109、第二共同电极110、数据线105、扫描线104、间隔S其中至少一者的形状以直条状为范例，但于其它实例中，上述至少一者的形状可选择为曲线形(curve)、曲折形(zigzag)、多边形、或其它合适的形状。
再者，在形成面板时，会将液晶层103夹设于第一基板101以及第二基板 102之间。另外，为了让面板可以显示彩色画面，会于第一基板101以及第二基板102之间再设置多个彩色滤光层112。本发明的实施例是以彩色滤光层112 设置于第二基板102与液晶层103之间，即彩色滤光层112设置于第二基板 102上为实施范例，但于其它实施例，亦可将彩色滤光层112设置于第一基板 101与液晶层103之间，即彩色滤光层112设置于第一基板101上，例如：彩色滤光层112在像素电极107之下(array on color filter)或者是彩色滤光层112在像素电极107之上(color filter on array)。另外，为了让各色彩的彩色滤光层 112不会产生混色，于任二相邻的彩色滤光层112间会再包含黑色矩阵111。一般而言，黑色矩阵111会对应于信号线设置，例如：数据线105(如图1B所示)及/或扫描线104。
然而在量产过程中，原先设计的像素区常会因为光刻以及蚀刻工艺上无法避免的工艺变异，例如光刻工艺中对位(alignment)产生电极位置偏移或是曝光之后的电极线宽误差、蚀刻造成的电极线宽误差、以及上述光刻和蚀刻工艺均会产生于边际场切换式显示面板的主动元件阵列基板上，所有像素区的电极位置和电极线宽的均匀性(uniformity)问题等，以上可能发生的工艺变异均会造成电极之间距离与原先所设计的间距产生误差，使得该以边际场切换式技术制造的显示面板产生透光均匀性恶化以及穿透率损失的问题。通常穿透率是指光的穿透率，是依照通常的光透率公式与配合使用可见光波段的光源来获得的。
实施例1：
像素区PA的电极设计、膜层堆迭结构以及d1、d2定义与上述相同，仅不同于标号，例如：共同电极CE、第一共同电极309、第二共同电极310、像素电极307、数据线305以及隔绝层308、本发明的实施例1为d1实质上为4 微米(μm)，而d2实质上为2μm，实施例2为以实施例1产生工艺变异，其中 d1实质上为2.45μm，而d2实质上为2.45μm。其中d1、d2定义方式如同上述所述，例如：该像素区PA的像素电极307边缘与该像素区PA中最邻近该第二共同电极310的该第一共同电极309边缘，于该第一基板101方向上的投影距离为d1，第二共同电极310的边缘与该像素区PA的该像素电极307边缘，于该第一基板101方向上的投影距离为d2。实施例1、2的电极间距参数如下表1：
表1:实施例1及其工艺变异下实施例2的电极间距参数
d1(μm) d2(μm)
实施例1 4 2
实施例2 2.45 2.45
上述穿透率损失与透光均匀性恶化的现象，通过本发明的实施例1和实施例2的实测数据说明之。参考图2及图3，其中图2为实施例1、2穿透率量测的比较结果，图3则为透光均匀性量测比较的结果。实施例1与实施例2 选用的液晶材料、液晶层厚度皆相同(例如正型介电异方性(Positive Dielectric Anisotropy,Δε)实质上为7、双折射系数(birefringence,Δn)实质上为0.1、以及液晶层厚度(D)实质上为3.40μm)，惟电极间距参数上，实施例1的设计d1实质上为4μm、d2实质上为2μm，其在光刻、蚀刻工艺等工艺变异下，导致形成实施例2中d1实质上为2.45μm、d2实质上为2.45μm的第一共同电极309、第二共同电极310、以及像素电极307投影于基板上的间距偏差。也就是，在本发明的实施例1、2中，d1与d2为最主要的影响因素，其余的因素(例如：液晶材料、液晶层厚度)就不加以考虑对穿透率的影响。其中，正型介电异方性的说明，请查看实施例2所描述的段落。
由图2所示的穿透率(％)和施加电压的关系中，实施例1曲线代表未受到工艺变异影响而按照预定电极距离设计产出的显示面板，以及实施例2曲线代表受工艺变异影响而产生实际电极距离与预定设计不同的显示面板。由图2 可以看出，和按照预定设计所产出的显示面板相比，受工艺变异影响所产出的显示面板发生穿透率降低的现象。
由穿透率(％)与单一像素区PA沿水平方向(如：图1的BB’剖面线)的剖面图3中，实施例1曲线代表未受到工艺变异影响而按照预定电极距离设计产出的显示面板，以及实施例2曲线代表受工艺变异影响而产生实际电极距离与预定设计不同的显示面板。在同一施加电压下，两者都具有因为像素区PA中各电极产生的电场强度分布，影响在像素区PA中水平方向上不同位置的液晶分子旋转方向不均，进而产生不同位置的光穿透性不均匀的现象，特别是在像素区边缘，也就是该像素区PA与水平方向上邻接的另一像素区PA的间，该穿透性不均匀的现象最为明显。由图3所示，受工艺变异影响所产出显示面板和预定电极距离设计所产出的显示面板，不但穿透率下降，同时像素区中不同位置穿透性不均匀现象亦更为恶化。
本发明对于上述的现象，特针对d1、d2的电极距离设计参数，挑选(d1+d2) 的总和实质上为5μm、6μm、以及7μm的三种不同电极间距总和(或称为总长) 的设计，在电极间距同一总长设计中，再制作d1、d2不同长度比例的显示面板，例如：(d1+d2)总和实质上为5μm的电极间距总和设计中，分别制作d1 由实质上为1μm到5μm(对应的d2实质上为4μm到0μm)的不同长度比例的显示面板。接着挑出所有设计组合中产生相同工艺变异程度而产出的各显示面板，并收集该些面板各自的穿透率降低的实测数据，整理如下表2以及图4 所示。
表2:不同电极间距设计经相同程度工艺变异下穿透率损失数据
该些经过相同程度工艺变异的显示面板与其按照预定电极间距设计而产出的显示面板相比，均发生了电场强度分布偏离预定设计，造成穿透率损失的情形，然而，各种不同设计面对相同程度工艺变异所产生的穿透率损失程度却大不相同。
如表2以及图4所示，在电极间距总和(d1+d2)实质上为5μm、6μm、以及7μm之中，各五种长度比例组合中都可以发现，随着d1增加(即d2减少)，穿透率损失的情形均可逐渐改善。
其中，在电极间距总和(d1+d2)实质上为5μm、6μm两组数据中可以看到，当d1>d2时，尤其是d1>d2时，穿透率的损失可被明显改善，例如：在d1+d2 总和实质上为5μm中，d1实质上为3μm(即d2实质上为2μm)的穿透率损失仅实质上为10.00％，相较于d1实质上为2μm(即d2实质上为3μm)的穿透率损失实质上为16.00％，d1>d2的设计，尤其是，d1>d2的设计时，有明显改善工艺变异所造成的穿透率损失的效果。
此外可以发现，当0≦d2≦2μm时，三组电极间距总和(d1+d2)实质上为 5μm、6μm、以及7μm均有穿透率损失被明显改善的情形。例如在(d1+d2)总和实质上为5μm的组合中，d2实质上为2μm相较于d2实质上为3μm的显示面板，在经过相同程度的工艺变异影响之后，穿透率损失实质上由16.00％改善至10.00％，而在(d1+d2)总和实质上为6以及7μm的组合中亦有同样的效果，如(d1+d2)总和实质上为6μm的组合中，穿透率损失实质上由13.00％改善至 8.60％；(d1+d2)总和实质上为7μm的组合中，穿透率损失实质上由11.00％改善至6.00％。较佳地，(d1+d2)实质上为7μm的组合中，且d2＝0时，穿透率损失实质上由11.00％改善至1.09％。次佳地，(d1+d2)总和实质上为7μm的组合中，且d2＝1μm时，穿透率损失实质上由11.00％改善至1.25％。
再者，将(d1+d2)总和实质上为7μm，且d2实质上为0当作实施例3。值得注意的是，如表2中(d1+d2)总和实质上为7μm的最后一列以及图4所示的实测数据，工艺变异所造成的穿透率损失仅实质上为1.09％。实施例3以上述实施例1、2之间所发生的相同程度的工艺变异，由其制作出工艺变异后者则为本发明的实施例4。实施例3与实施例4的电极间距设计以及其工艺变异后实际的电极间距，整理如下表3所示，其中实施例1、3各为产生工艺变异的实施例2、4的穿透率比较基准，故实施例1、3的穿透率损失实质上定为0。也就是说，表3的实施例1为上述未产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1 约为4μm、d2约为2μm)并配合Δε约为7、Δn*D约为340nm、实施例2为上述产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为2.45μm、d2约为2.45μm)并配合Δε约为7且(Δn*D)约为340nm、实施例3为上述未产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为7μm、d2约为0μm)并配合Δε约为7、Δn*D约为340 nm、以及实施例6为上述产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为 5.45μm、d2约为0.45μm)并配合Δε约为7且(Δn*D)约为340nm：
表3.不同电极间距设计在工艺变异下对于穿透率损失程度的影响
d1(μm) d2(μm) d1+d2(μm) 穿透率损失(％)
实施例1 4 2 6 0
实施例2 2.45 2.45 4.9 8.60
实施例3 7 0 7 0
实施例4 5.45 0.45 5.9 1.09
由表3的实验数据可知，本发明实施例3在经过和实施例1相同程度的工艺变异之下，穿透率损失的情形已大幅改善，由原先损失的8.60％(实施例2) 降低至1.09％(实施例4)，由此可知，电极间距的不同设计在面对相同工艺变异时，可有不同的表现，此外，由穿透率(％)与单一像素区沿水平方向的剖面图5中，实施例3曲线代表未受到工艺变异影响而按照预定电极距离设计产出的显示面板，以及实施例4曲线代表受工艺变异影响而产生实际电极距离与预定设计不同的显示面板，两条曲线在平均穿透率损失和穿透率损失于不同位置的均匀度上无显著差别，和图3中实施例1曲线和实施例2曲线的明显差异相比，可知由本实施例3的设计来面对量产上的工艺变异，并不会产生明显的穿透率损失现象，据此，通过调控电极间距的设计可以弱化工艺变异所带来的穿透率减损效果，也就是说，实施例3的于实施例1，对于工艺可变异的空间容忍度更大，电极的间距设计对于产品良率的提升具有显著效果。其中，图5 的电极设计、膜层堆迭结构以及d1、d2定义与上述相同，仅是标号不同，例如：共同电极CE、第一共同电极509、第二共同电极510、像素电极507、隔绝层508以及数据线505。
实施例2：
此外，该液晶显示器的该液晶层中采用的液晶材料性质，如介电异向性(dielectric anisotropy,Δε)、双折射系数(birefringence,Δn)、以及该液晶层的厚度(cell gap,D)，由此改变穿透率以及像素区中不同位置的透光均匀度。其中，介电异向性Δε为液晶分子轴方向(平行方向)的介电率(ε‖)与垂直方向的介电率 (ε⊥)的差值(Δε＝ε‖–ε⊥)。而Δε＞0的液晶称为正型液晶，若外加大于某一程度的电压时，液晶分子长轴会与电场方向平行排列；相反的，Δε＜0的液晶称为负型液晶，若外加大于某一程度的电压时，液晶分子长轴方向会与电场方向垂直。必须注意的是，若将Δε＜0的液晶(即负型液晶)取绝对值为正时，此种液晶型态本质上仍为负型液晶，不可视为正型液晶，也不可用于本实施例中。双折射系数Δn是指当光进入一液晶材料，光的电场振动方向与液晶光轴垂直时，称为寻常光(ordinary ray)，与液晶光轴平行者称为非寻常光(extraordinary ray)。一般定义为液晶分子对寻常光的折射率no和液晶分子对非寻常光的折射率ne。故no＝n⊥，ne＝n‖；而双折射率的定义为Δn＝ne－no＝n‖－n⊥，不同液晶分子的双折射系数Δn选择，将影响入射光的穿透率。
如图6所示，液晶分子在电场下会形成一电偶极而此电偶极会使液晶分子在电场下受到一力矩τ为因此液晶分子在电场下其转动的程度是由电场的大小以及液晶分子介电异向性Δε的大小而决定，其中，ε为液晶分子的介电常数。在本发明的边际场切换式(FFS mode)技术中，是使用正型液晶，即正型介电异方向，且通过一绝缘层上方的条列状(slit)电极以及绝缘层下方的一面状电极之间提供不同的压差因而形成电场，而在条列状电极的边缘会具有一最强的边缘垂直电场存在，因此正型液晶在此会趋向于和垂直方向电场平行排列，若是液晶分子的介电异向性Δε越大，则液晶分子在此的排列方向越趋近于垂直。根据光的穿透率(T)公式T＝(1/2)·sin2(2φ)sin2π·(Δnd/λ)，其中，λ为可见光波长，可见液晶分子在水平方向的旋转角度ψ会影响光的偏极化使得穿透率上升或下降，因此若是液晶分子在条列状电极附近的排列方向越趋近于垂直，则代表了液晶分子在水平方向的旋转角度也越小，因而介电异向性越大的液晶会导致在此边界场切换式技术中的穿透效率降低。同时根据光的穿透率公式，液晶分子的双折射系数Δn和液晶层的厚度D也会影响穿透率的大小。
根据本发明的边际场切换式液晶显示面板的结构如第一实施例所示可参阅第1、第1A与图1B，包括一第一基板101、一第二基板102以及一液晶层 103夹设于第一基板101与第二基板102之间。至少一扫描线104，设置于该第一基板101上。至少一数据线105，设置于该第一基板101上，且该数据线 105与该扫描线104交错以定义出至少一像素区PA。至少一切换元件106，设置于该像素区PA内，以分别电性连接该扫描线104、该数据线105与至少一像素电极107。至少一共同电极CE，设置于该第一基板101的该像素区PA上，且通过介于该像素电极107与该共同电极CE间的一隔绝层108与该像素电极 107分开。其中，该共同电极CE至少包含多个第一共同电极109与至少一第二共同电极110，该第二共同电极110，设置且覆盖于该数据线105上方，各该第一共同电极109之间具有一间隔S，且其设置于该像素区PA内。其中，该液晶层103具有一预定厚度(D)与该液晶层103的液晶材料具有双折射系数(Δn)的乘积(Δn*D)，且液晶层103的液晶分子具有正型介电异方性(positive dielectricanisotropy,△ε)。通常，双折射系数(Δn)约小于1，但约大于0。一般而言，双折射系数(Δn)约小于0.5，但约大于0。最次佳地，双折射系数(Δn) 约小于1，但约大于0.5。次佳地，双折射系数(Δn)约小于0.5，但约大于0.3。较佳地，双折射系数(Δn)约小于等于0.3，但约大于0。本实施例以双折射系数 (Δn)约等于0.1为最佳实施例，但不限于此。而液晶层的厚度以5微米(μm)与 1微米(μm)之间当作范例，但不限于此。
本发明对于上述的现象，对于上述的液晶参数对显示面板穿透率的影响，特针对该液晶层的液晶材料的正型介电异方性(△ε)、以及液晶层的预定厚度 (D)与该液晶层的液晶材料的双折射系数(Δn)的乘积(Δn*D)，挑选△ε范围实质上为5到10搭配(Δn*D)实质上为340至391纳米(nm)，并以于上述实施例 1的除△ε、Δn*D以外均相同的所有其他参数，制作下列各实施例的显示面板，该些实施例的显示面板经过相同于上述实施例1、2的间所发生的相同程度的工艺变异所产生的穿透率损失(％)由下表4和图7所示：
表4.不同液晶层参数设计经相同程度工艺变异下穿透率损失数据
该些经过相同程度工艺变异的显示面板与其按照预定电极间距设计而产出的显示面板相比，均发生了电场强度分布偏离预定设计，造成穿透率损失的情形，然而，不同的液晶层参数设计的显示面板，在面对相同程度工艺变异所产生的穿透率损失程度并不相同。
如表4以及图7所示，在(Δn*D)实质上为391nm、374nm、357nm、以及 340nm之间即具一明显驱势，即(Δn*D)于实质上为340nm到391nm之间，随 (Δn*D)增加，工艺变异所产生的穿透率损失程度将明显改善；同时在Δε于实质上为5到10之间亦有一明显驱势，即随Δε值减低，工艺变异所产生的穿透率损失程度会明显改善。再者，将(Δn*D)实质上为391nm搭配Δε实质上为5 所制造的显示面板当作实施例5。值得注意的是，如表4中以及图7所示的实测数据，工艺变异所造成的穿透率损失实质上降为7.41％。实施例5以上述实施例1、2之间所发生的相同程度的工艺变异，由其制作出工艺变异后者则为本发明的实施例6。
实施例5、6与实施例1、2之间不同的液晶层参数，整理如下表5所示，其中实施例1、5各为产生工艺变异的实施例2、6的穿透率比较基准，故实施例1、5的穿透率损失实质上定为0。也就是说，本表的实施例1为上述未产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为4μm、d2约为2μm)并配合Δε约为 7、Δn*D约为340nm、实施例2为上述产生工艺变异的电极间距设计条件(即 d1约为2.45μm、d2约为2.45μm)并配合Δε约为7且(Δn*D)约为340nm、实施例5为上述未产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为4μm、d2约为2μm) 并配合Δε约为5且(Δn*D)约为391nm以及实施例6为上述产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为2.45μm、d2约为2.45μm)并配合Δε约为5且(Δn*D) 约为391nm。
表5.不同液晶材料设计在工艺变异下对于穿透率损失程度的影响
Δε Δn*D(μm) 穿透率损失(％)
实施例1 7 340 0
实施例2 7 340 8.60
实施例5 5 391 0
实施例6 5 391 7.41
由表5的实验数据可知，本发明实施例5在经过和实施例1相同程度的工艺变异之下，穿透率损失的情形已原先损失的实质上为8.60％(实施例2)降低至7.41％(实施例6)。由此可知，选用液晶材料的介电异向性(dielectric anisotropy,Δε)、以及液晶层的预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料的双折射系数(Δn)的乘积(Δn*D)在面对相同工艺变异时，可有不同的表现，据此，较佳地，通过选用较低介电异向性(Δε实质上为5)搭配较高液晶层的预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料的双折射系数(Δn)的乘积(Δn*D实质上为391nm)，可以弱化工艺变异所带来的穿透率减损效果，也就是说，实施例6的于实施例2，对于工艺可变异的空间容忍度更大，液晶材料的选用设计对于产品良率的提升亦有效。
更进一步来说，综合上述实施例3以及实施例5的电极间距和液晶材料的选用设计参数以制作实施例7，再以上述实施例1、2之间所发生的相同程度的工艺变异，由实施例7制造出变异后的实施例8。其中，图8的电极设计、膜层堆迭结构以及d1、d2定义与上述相同，仅是标号不同，例如：共同电极 CE、第一共同电极809、第二共同电极810、像素电极807、隔绝层808以及数据线805。
实施例7、8与实施例1、2之间不同的电极间距、以及不同的液晶层参数，整理如下表6所示，其中实施例1、7各为产生工艺变异的实施例2、8的穿透率比较基准，故实施例1、7的穿透率损失实质上定为0。也就是说，本表的实施例1为上述未产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为4μm、d2约为2μm)并配合Δε约为7、Δn*D约为340nm、实施例2为上述产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为2.45μm、d2约为2.45μm)并配合Δε约为7且(Δn*D) 约为340nm、实施例7为上述未产生工艺变异的电极间距设计条件(即d1约为 7μm、d2约为0μm)并配合Δε约为5且(Δn*D)约为391nm以及实施例8为上述产生工艺变异的设计条件(即d1约为5.45μm、d2约为0.45μm)并配合Δε约为 5且(Δn*D)约为391nm。如下表6所示：
表6.综合电极间距及液晶材料等设计在工艺变异下对于穿透率损失程度的影响
由表6的实验数据可知，本发明实施例7在经过和实施例1相同程度的工艺变异之下，穿透率损失的情形已原先损失的实质上为8.60％(实施例2)大幅降低至实质上为0.61％(实施例8)。由以上数据结果可知，导入电极间距的不同设计以及选用不同介电异向性(Δε)、双折射系数(Δn)的液晶材料，在面对相同工艺变异时，可有不同的表现，此外，由穿透率(％)与单一像素区沿水平方向的剖面图8中，实施例7曲线代表未受到工艺变异影响而按照预定电极距离设计产出的显示面板，以及实施例8曲线代表受工艺变异影响而产生实际电极距离与预定设计不同的显示面板，两条曲线在平均穿透率损失和穿透率损失于不同位置的均匀度(uniformity)上已无明显差别，和图3中实施例1曲线和实施例2曲线的明显差异相比，可知由本实施例7的设计来面对量产上的工艺变异，并不会产生明显的穿透率损失现象，据此，实施例7之于实施例1，对于工艺可变异的空间容忍度更大，电极间距的不同设计以及选用不同介电异向性 (Δε)、双折射系数(Δn)的液晶材料，可以弱化工艺变异所带来的穿透率减损效果，进而对于产品良率的提升更具有显著效果。
最后要强调的是，本发明所揭示的边际场切换式(Fringe-Field Switching,FFS)的液晶显示面板的像素结构(见图1、图1A、以及图1B)为共同电极在像素电极之上(topcommon)的设计，此种设计和目前边际场切换式液晶显示面板的像素结构大都采像素电极在共同电极之上(top pixel)的设计有所不同。再者，共同电极亦在数据线之上。
两者的结构比较示意图如图9A、图9B所示，其中图9A的像素电极在共同电极之上设计，相较于图9B所示的本发明共同电极在像素电极之上设计，在用来控制液晶层903的液晶转向的电场上，具有完全不同的电场分布。其中，于图9A(像素电极在共同电极之上设计)中914为像素电极、905为数据线、913 为共同电极，像素电极914位于数据线905上且共同电极913位于数据线905 下并对应像素电极914，其中，像素电极914不覆盖数据线905且共同电极913 也不覆盖数据线905，而于图9B(本发明的共同电极在像素电极之上)中，共同电极CE包含第一共同电极909与第二共同电极910，皆位于数据线905与像素电极907之上，且第二共同电极910对应且覆盖数据线905设置，而像素电极907位于共同电极CE之下。
如图9A、图9B中所看到的，不论是共同电极CE(909、910)在像素电极 907之上设计或是像素电极914在共同电极913之上设计，在一像素区为暗态时，数据线905均仍需同时提供其他相邻该像素所需的电压而在其周围产生电场，在图9B(本发明的共同电极在像素电极之上)中，共同电极CE的第二共同电极910会遮蔽数据线905电压所形成的电场，使得电场不致进入液晶层903 中影响该层内液晶分子的转向，然而，在图9A(像素电极在共同电极之上设计) 中，由于像素电极914在共同电极913之上设计的像素区PA中在数据线905 上方没有遮蔽，故数据线905电压所形成的电场会进入液晶层903并到达另外一个基板(即第二基板)，进而影响液晶的转向(如图9A中液晶层903沿水平方向上各位置的不同转向)而造成漏光。为了避免上述的暗态漏光现象发生，像素电极914在共同电极913之上设计需要较大的遮光层(或称为黑色矩阵，BM) 面积来遮光，更覆盖到与数据线905相邻的像素电极914与共同电极913，导致开口率相较于无上述暗态漏光问题的本发明的共同电极CE在像素电极907之上设计(如图9B所示)为小，穿透率也较低。其中，于本实施例的遮光层(或称为黑色矩阵，BM)，基本上不需要覆盖到与数据线905相邻的像素电极907。因此，如图10所示，在同样(Δn*D)的条件范例下，像素电极914在共同电极 913之上设计均较本发明的共同电极CE在像素电极907之上设计的穿透率为小。
更值得注意的是，如前述以及图9A、图9B中可知，该两种像素区的设计所造成的电场分布完全不同，是故，本发明各实施例中所揭示的参数设计无法转用至像素电极在共同电极之上的像素区中，反之亦然。
综上所述，本发明的边际场切换式液晶显示面板通过像素区的优化电极间距设计，将可有效弱化工艺变异所带来的穿透率减损效果。再者，通过液晶层的具有特定介电异向性和双折射系数(搭配液晶层预定厚度)的液晶材料的选用，将可进一步降低穿透率的减损。据此，于面对边际场切换式液晶显示面板在制作过程中发生无法完全避免的工艺变异，而造成实际电极间距与预定设计不同时，仍能呈现优良的平均穿透率和穿透率均匀度，进而对于边际场切换式液晶显示面板产品良率的提升具有显著功效。另外选择同时将像素区的优化电极间距与液晶层的具有特定介电异向性和双折射系数(搭配液晶层预定厚度) 的液晶材料选用搭配，将可更进一步降低穿透率的减损(可查看上述的实施例)。
虽然本发明已以实施方式公开如上，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，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种边际场切换式液晶显示面板，包括：
一第一基板、一第二基板以及一液晶层夹设于第一基板与第二基板之间；
至少一扫描线，设置于该第一基板上；
至少一数据线，设置于该第一基板上，且该数据线与该扫描线交错以定义出至少一像素区；
至少一切换元件，设置于该像素区内，以分别电性连接该扫描线、该数据线与至少一像素电极；
至少一共同电极，设置于该第一基板的该像素区上，该共同电极在该像素电极之上，且通过介于该像素电极与该共同电极间的一隔绝层与该像素电极分开，其中，该共同电极至少包含多个第一共同电极与至少一第二共同电极，该第二共同电极，设置且覆盖于该数据线上方，各该第一共同电极之间具有一间隔，且其设置于该像素区内，其中，该液晶层具有一预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料具有双折射系数(Δn)的乘积(△n*D)为340nm至391nm之间，且该液晶层的液晶分子具有正型介电异方性为5至10之间。
2.如权利要求1所述的面板，其特征在于，该液晶层具有一预定厚度(D)与该液晶层的液晶材料具有双折射系数(Δn)的乘积(△n*D)为391nm，且该液晶层的液晶分子具有正型介电异方性为5。
3.如权利要求2所述的面板，其特征在于，该第二共同电极宽度大于该数据线宽度。
4.如权利要求2所述的面板，其特征在于，该第二共同电极宽度大于各该第一共同电极宽度。
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