CN105842939B - 用于薄膜晶体管的显示器件及其具有该显示器件的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为用于薄膜晶体管的显示器件及其具有该显示器件的显示装置，实施例涉及一种改进的像素结构。该像素结构包括第一绝缘层、由公共电极构成的公共电极层、第二绝缘层以及由多个像素电极构成的像素电极层。该像素结构的第一绝缘层的上表面、第二绝缘层的上表面、公共电极层和像素电极层中的至少一个具有凸起。本发明实施例还涉及具有上述像素结构的阵列基板、具有该阵列基板的显示器件、具有该显示器件的显示面板和制造该显示器件的阵列基板的方法。本发明可使在像素电极的位置、以及相邻像素电极之间的位置处的液晶分子更容易从垂直状态旋转到倾斜状态，使液晶分子旋转的方向性更加明确，从而使得两个位置处的液晶分子在亮态和暗态之间转化时的变化速度趋于相同，不容易出现闪烁现象。

Description

用于薄膜晶体管的显示器件及其具有该显示器件的显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及一种用于薄膜晶体管的显示器件及其具有该显示器件的显示装置，以及制造该显示器件的方法。
背景技术
在显示技术领域中，薄膜晶体管液晶显示装置(Thin Film Transistor LiquidCrystal Display,TFT-LCD)是一种主要的液晶显示装置。
根据驱动液晶的电场的方向不同，TFT-LCD可分为垂直电场型和水平电场型，其中水平电场型TFT-LCD在阵列基板上同时形成像素电极和公共电极。水平电场型TFT-LCD包括平面切换(In-Plane Switching,IPS)模式和边缘场切换(Fringe Field Switching,FFS)模式。
相比于IPS显示模式，FFS显示模式由于高透过率和扩大的视角被广泛应用于高端显示领域。然而，由于在FFS显示模式中像素电极在正负帧切换时亮度突然衰减，使得不同时刻的亮度差异大，因此TFT-LCD在FFS显示模式下更容易产生闪烁现象。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺点，本发明提供一种改进的像素结构、具有该像素结构的阵列基板、显示器件、显示面板以及用于制造该显示器件的阵列基板的方法。
根据本发明的一方面，提供一种像素结构，其设置在显示器件的阵列基板上，该像素结构包括第一绝缘层，由公共电极构成的公共电极层，第二绝缘层以及由多个像素电极构成的像素电极层，第一绝缘层位于阵列基板的下部，公共电极层设置在第一绝缘层的上表面，第二绝缘层位于与第一绝缘层相对的公共电极层的另一侧，多个像素电极间隔地设置在第二绝缘层的上表面上，其中第一绝缘层的上表面、公共电极层、第二绝缘层的上表面和像素电极层中的至少一个具有多个凸起。
其中，当第二绝缘层的上表面具有多个凸起时，多个像素电极间隔地设置在第二绝缘层的上表面的凸起上。
其中，像素电极层的凸起与公共电极层的凸起对应。
其中，凸起具有相同的形状。
其中，凸起的形状为三角形、梯形、凸多边形、弧形中的一种。
其中，当凸起为三角形时，凸起的倾斜角为30°。
根据本发明的另一方面，提供一种阵列基板，包括如上所述的像素结构。
根据本发明的另一方面，提供一种显示器件，包括相对设置的彩膜基板和阵列基板，以及在彩膜基板和阵列基板之间填充的液晶分子层，在阵列基板上设置有如上所述的像素结构的阵列基板。
根据本发明的另一方面，提供一种显示面板，包括如上所述的显示器件。
根据本发明的另一方面，提供一种用于制造显示器件的阵列基板的方法，包括如下步骤：
在基底上形成第一绝缘层；
在第一绝缘层的上表面上形成公共电极层；
在公共电极层上形成第二绝缘层；以及
在第二绝缘层的上表面上间隔地形成多个像素电极以构成像素电极层，
其中在第一绝缘层的上表面、公共电极层、第二绝缘层的上表面和像素电极层中的至少一个上形成多个凸起。
其中，当第二绝缘层的上表面形成多个凸起时，多个像素电极间隔地设置在第二绝缘层的上表面的凸起上。
其中，像素电极层的凸起与公共电极层的凸起对应。
与现有技术相比，本发明提供的像素结构、包括该像素结构的阵列基板、包括上述阵列基板的显示器件和包括该显示器件的显示面板以及制造上述阵列基板的方法，通过在第一绝缘层的上表面、第二绝缘层的上表面、公共电极层和像素电极层中的至少一个上设置多个凸起，而使在像素电极的位置、以及相邻像素电极之间的位置处的液晶分子更容易从垂直状态旋转到倾斜状态，使液晶分子旋转的方向性更加明确，从而使得两个位置处的液晶分子在亮态和暗态之间转化时的变化速度趋于相同，不容易出现闪烁现象。
附图说明
当结合附图阅读时，可从下述优选实施例的描述中获得本发明内容的完整理解，在附图中：
图1示出现有技术的水平电场型显示器件采用FFS模式中像素电极的电压为正电压时的液晶排布的示意图。
图2示出现有技术的水平电场型显示器件采用FFS模式中像素电极的电压为负电压时的液晶排布的示意图。
图3示出现有技术的水平电场型显示器件采用FFS模式中像素电极的电压为正电压时的电场分布的示意图。
图4示出现有技术的水平电场型显示器件采用FFS模式中像素电极的电压为负电压时的电场分布的示意图。
图5示出液晶分子在接近垂直状态时的旋转示意图。
图6示出液晶分子在接近倾斜状态时的旋转示意图。
图7示出在FFS模式下的显示器件在不同时间下的亮度曲线。
图8示出本发明的改进显示器件的截面示意图。
图9示出根据本发明的改进显示器件的像素电极的电压为正电压时的电场分布的示意图。
图10示出根据本发明的改进显示器件的像素电极的电压为负电压时的电场分布的示意图。
图11示出现有技术的平面像素结构的截面示意图。
图12示出根据本发明的凸起像素结构的截面示意图。
图13示出现有技术的平面像素结构和本发明中的凸起像素结构的显示器件的亮度-时间曲线。
图14示出一种制造本发明的显示器件的阵列基板的第一绝缘层的方法的示意图。
图15示出另一种制造本发明的显示器件的阵列基板的第一绝缘层的方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解的是，本发明具体实施例仅是示意性的，而不作为对本发明保护范围的任何限制。
根据驱动液晶的电场的方向不同，薄膜晶体管TFT-LCD可分为垂直电场型和水平电场型，其中垂直电场型TFT-LCD在阵列基板上形成像素电极上并且在彩膜基板上形成公共电极，而水平电场型TFT-LCD在阵列基板上同时形成像素电极和公共电极。水平电场型TFT-LCD包括平面切换(IPS)模式和边缘场切换(FFS)模式。相比于IPS显示模式，TFT-LCD在FFS显示模式下，采用透明的铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)作为电极使得透光率更高，并且将正负电极通过绝缘层分离重叠排列从而减小电极宽度和间距从而扩大视角。
图1至图4示出现有技术的水平电场型TFT-LCD显示器件的截面图。该显示器件包括彩膜基板、阵列基板、以及设置在彩膜基板与阵列基板之间的液晶分子层。阵列基板包括信号线、第一绝缘层、由公共电极构成的公共电极层、第二绝缘层以及由多个像素电极构成的像素电极层。彩膜基板与阵列基板相对准并且两者都设置于背光模组(未示出)的一侧，并且包括黑色矩阵、RGB彩膜和平坦层。TFT阵列基板通过设置在其上的像素电极和公共电极产生可控制液晶分子的电场。液晶分子层中分布的液晶分子的取向随阵列基板所产生的电场分布。
在阵列基板的像素结构中，第一绝缘层位于阵列基板的下部并且其上表面为平面。平面的公共电极设置在第一绝缘层的上表面。第二绝缘层设置在与第一绝缘层相对的公共电极的另一侧并且其上表面为平面。平面像素电极间隔地设置在第二绝缘层的上表面上。像素电极所在位置为P1位置，而相邻的像素电极中间的位置为P2位置。
现在根据图1至图4分析现有技术的水平电场型TFT-LCD显示器件采用FFS模式分别在像素电极电压为正电压和负电压(即正帧和负帧)时的电场分布和液晶排布。
当不对像素电极施加电压时，阵列基板和彩膜基板间不存在电场，此时液晶分子层中的液晶分子以平行于基板的取向分布。当对像素电极施加正电压时，液晶分子沿图1和图3所示的电场方向分布，此时亮区集中在P1位置，暗区集中在P2位置。当对像素电极施加负电压时，液晶分子沿图2和图4所示的电场方向分布，此时亮区集中在P2位置，暗区集中在P1位置。当像素在正负帧之间切换时，P1位置和P2位置的亮区和暗区发生切换。
在理论上，当像素单元在P1位置由亮态到暗态的时间-亮度变化情况与P2位置由暗态到亮态的时间-亮度变化情况完全相同时，正负帧的像素单元的亮度和亮度变化速度相同，因此屏幕不会出现闪烁现象。然而，在实际情况下，液晶分子在正负帧切换时在暗态和亮态之间的相互切换的时间-亮度变化情况不同，因此像素单元在不同时刻的亮度存在较大的差异，产生闪烁现象。
图5进一步示出P1位置处的液晶分子在接近垂直状态时随电场方向的旋转示意图。当液晶分子接近完全垂直状态时，像素处于亮态。当对阵列基板上的电极施加电压时，阵列基板产生用于将像素转换到暗态的电场。由于左右两侧的电场完全相同，液晶分子所收到的力在各个倾斜方向上相等，因此液晶分子由垂直状态向倾斜状态旋转的方向性不明确，使得液晶分子越接近完全垂直状态，越不容易朝两边旋转，从而导致像素由亮态到暗态的速度变慢。
对应地，图6进一步示出P1位置处的液晶分子在接近倾斜状态时随电场方向的旋转示意图。当液晶分子处于倾斜状态时，像素处于暗态。阵列基板产生的电场在位置P1处的任何方向上相同并且均对液晶分子产生将其从倾斜状态旋转到垂直状态的力，因此液晶分子从倾斜状态旋转到垂直状态相比从垂直状态旋转到倾斜状态的方向性明确，使得像素由暗态到亮态的速度更快。当液晶分子倾斜角度越大，液晶分子沿电场方向旋转的方向性越明确，导致像素由暗态到亮态的速度变化越快。
P2位置的像素的亮态和暗态之间的切换情况与P1位置类似。
因此，如图1-4中所示的传统方案在正负帧显示的时候，由于其像素电极和公共电极之间产生的垂直电场较多，使得在正负帧切换的时候，中间的液晶分子存在取向不明确的问题。
由于如上所述的像素亮态和暗态之间变化的速度差异，在P1位置由暗态变化到亮态时，P2位置则由亮态变化到暗态，此时P1位置的变化速度比较快，而P2位置的变化速度比较慢。反之，P1位置由亮态变化到暗态，P2位置由暗态变化到暗态也存在类似的变化速度差异。因此P1位置和P2位置不能出现完美的亮度互补，中间某个时刻将出现亮度衰减现象，从而使得显示器件在不同时刻的亮度差异大，产生闪烁现象。
图7所示的显示器件在FFS模式下在不同时间的亮度曲线体现了上述亮度衰减现象。可以发现，当时刻a和b的亮度相对差异大时，闪烁现象更明显。
因此，需要对平面电场型TFT-LCD显示器件进行改进以克服或减弱上述亮度差异导致的闪烁。调整液晶分子从垂直状态和倾斜状态之间的切换的变化速度使其差异尽可能小是消除上述缺陷的途径之一。
如图8所示，本发明所提出的改进的显示器件结构的截面图包括彩膜基板、改进的阵列基板以及设置在两基板之间的液晶分子层。改进的阵列基板包括信号线8、第一绝缘层7、由公共电极6构成的公共电极层、第二绝缘层5以及由多个像素电极4构成的像素电极层。与现有技术类似，彩膜基板与阵列基板相对准并且两者都设置于背光模组的一侧，并且包括黑色矩阵1、RGB彩膜2和平坦层3。
在阵列基板的像素结构中，第一绝缘层7位于阵列基板的下部并在其上表面上具有多个凸起。第一绝缘层7由有机膜构成。平面公共电极6设置在第一绝缘层7的上表面并具有多个凸起。第二绝缘层5位于与第一绝缘层7相对的公共电极6(即公共电极层)的另一侧，其下表面与公共电极6接触，其上表面上也具有多个凸起。第二绝缘层5由氮化硅构成。多个像素电极4间隔地设置在第二绝缘层5的上表面上，特别是设置在第二绝缘层5的上表面的凸起上。像素电极4上的凸起可以与公共电极6上的凸起对应，即像素电极层的凸起与公共电极层的凸起对应。像素电极4由铟锡氧化物(ITO)构成。
可以选择第一绝缘层7的上表面、第二绝缘层5的上表面、公共电极层和像素电极层中的至少一个具有多个凸起。
第一绝缘层7的上表面、第二绝缘层5的上表面、公共电极层以及像素电极层中的至少一个的多个凸起，可采用三角形、梯形、凸多边形、弧形等多种凸起形状。在下文中，以三角形凸起形状作为示例描述本发明。应当理解，上述凸起的列举仅是示例性的，而不应作为对本发明的限制。
当向图8的显示器件的阵列基板上的像素电极施加正电压以及负电压时，在像素电极与公共电极之间将产生电场，使液晶分子随电场方向分布。
图9和图10分别示出根据本发明的改进的显示器件的像素电极电压为正电压和负电压(即正帧和负帧显示)时的电场分布。通过将像素电极和公共电极设置为具有凸起，使得产生的电场中垂直电场较少，大多数为水平电场。在这种电场中，在P1和P2位置处的液晶分子更不容易处于垂直状态，而更容易处于倾斜状态。这样在P1和P2位置的阵列基板产生的电场使液晶分子从垂直状态或接近垂直状态转换为倾斜状态时在液晶分子的不同方向上施加的力不同，使得相比现有技术，在正负帧切换时液晶分子旋转的取向更加明确，更容易从垂直状态或接近垂直状态转换为倾斜状态。这样P1和P2位置处的液晶分子从垂直状态旋转到倾斜状态的变化速度与从倾斜状态旋转到垂直状态的变化速度趋于相同，更不容易出现由于变化速度差异导致的亮度衰减，可以避免出现闪烁现象。
通过实验，可以对本发明的改进显示器件结构的技术效果进行验证。在图11中，现有技术的显示器件的阵列基板采用平坦像素结构，像素大小为20μm×60μm，像素电极到水平宽度为2.5μm，相邻像素电极之间的狭缝宽度为4.0μm。而图12中的改进的显示器件的阵列基板，采用凸起像素结构，像素大小与像素电极的水平宽度与图12完全一致，像素凸起的倾斜(tape)角为30°。
图13示出通过Techwiz V16模拟分析如图11中的根据本发明实施例的改进显示器件与图12中的现有技术中的显示器件的亮度-时间关系进行比较的结果。其中细实线示出采用现有技术的平坦像素结构的像素的亮度-时间关系，粗实线示出采用本发明的改进显示器件的凸起像素结构的像素的亮度-时间关系。与现有技术方案对应的平坦像素结构的闪烁(flicker)值为16.5％，而本发明的凸起像素结构的flicker值为10.2％。可见，采用本发明的凸起像素结构的像素亮度变化幅度显著小于采用现有技术中的平坦像素结构的像素的亮度变化幅度，因此可以有效地改善水平电场型TFT-LCD显示器件在FFS模式下的闪烁现象。
本发明还提出采用上述显示器件的显示面板。该显示面板可应用于液晶电视、液晶显示器、手机、PDA、平板电脑等具有显示器的设备。借助于本发明公开的改进的像素结构、具有该像素结构的阵列基板、具有该阵列基板的显示器件和具有该显示器件的显示面板，可以使以FFS模式工作的水平电场型TFT-LCD在像素电极的位置、以及相邻像素电极之间的位置处的液晶分子从垂直状态旋转为倾斜状态的方向性更明确，从而使得两个位置处的液晶分子在亮态和暗态之间转化时的变化速度趋于相同，不容易出现闪烁现象。
现在进一步介绍根据本发明的改进的薄膜晶体管显示器件的阵列基板的制造方法。
本发明的阵列基板的制造方法主要包括如下步骤：
在基底上形成第一绝缘层；
在第一绝缘层的上表面上形成公共电极层；
在公共电极层上形成第二绝缘层；以及
在第二绝缘层的上表面上间隔地形成多个像素电极以构成像素电极层，
其中，在第一绝缘层的上表面、公共电极层、第二绝缘层的上表面和像素电极层中的至少一个上形成多个凸起。
特别是，当第二绝缘层的上表面形成多个凸起时，多个像素电极间隔地形成在该第二绝缘层的上表面上的凸起上。
其中，像素电极层的凸起与公共电极层的凸起对应。
其中，制造阵列基板的重点在于制造以有机膜材料构成的第一绝缘层。
图14描述了制造第一绝缘层的普通方法。该普通方法通过半透结构的掩膜(Mask)曝光实现第一绝缘层的凸起。在制备第一绝缘层的上表面时，在第一绝缘层上部的掩膜版上分为全透结构和半透结构。通过控制半透结构的透过率，对第一绝缘层的上表面进行Mask曝光时形成与全透部分对应的凸起。
图15描述了制造第一绝缘层的特殊方法。该特殊方法在第一绝缘层的上表面使用压印版，该压印版具有与凸起对应的凹进使得在压印过程中形成凸起。
本发明具有凸起的第一绝缘层的有机膜结构还可以通过纳米印刷的方式获得。
如上描述了本发明公开的像素结构、具有该像素结构的阵列基板、具有该阵列基板的显示器件、具有该显示器件的显示面板和制造该显示器件的方法。本领域技术人员将理解，根据本公开的公开和整体教导可以对技术方案中的细节进行多种修正和替代。因此，在说明书中所描述的特定实施例仅是说明性的而不作为对本发明保护范围的限制。本发明的保护范围将在所附权利要求及其任意和所有等同技术方案给出。

Claims (10)

1.一种像素结构，其设置在显示器件的阵列基板上，所述像素结构包括第一绝缘层，由公共电极构成的公共电极层，第二绝缘层以及由多个像素电极构成的像素电极层，所述第一绝缘层位于所述阵列基板的下部，所述公共电极层设置在所述第一绝缘层的上表面，所述第二绝缘层位于与所述第一绝缘层相对的所述公共电极层的另一侧，所述多个像素电极间隔地设置在所述第二绝缘层的上表面上，其中所述第一绝缘层的上表面、所述公共电极层、所述第二绝缘层的上表面和所述像素电极层中的至少一个具有多个凸起，其中所述像素电极层的凸起与所述公共电极层的凸起对应。
2.根据权利要求1所述的像素结构，其中当所述第二绝缘层的上表面具有多个凸起时，所述多个像素电极间隔地设置在所述第二绝缘层的上表面的凸起上。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的像素结构，其中所述凸起具有相同的形状。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的像素结构，其中所述凸起的形状为三角形、梯形、凸多边形、弧形中的一种。
5.根据权利要求4所述的像素结构，其中所述凸起为三角形并且所述凸起的倾斜角为30°。
6.一种阵列基板，包括根据权利要求1至5中任一项所述的像素结构。
7.一种显示器件，包括相对设置的彩膜基板和阵列基板，以及在所述彩膜基板和阵列基板之间填充的液晶分子层，在所述阵列基板上设置有根据权利要求1至5中任一项所述的像素结构。
8.一种显示面板，包括根据权利要求7所述的显示器件。
9.一种用于制造显示器件的阵列基板的方法，包括如下步骤：
在基底上形成第一绝缘层；
在所述第一绝缘层的上表面上形成公共电极层；
在所述公共电极层上形成第二绝缘层；以及
在所述第二绝缘层的上表面上间隔地形成多个像素电极以构成像素电极层，
其中在所述第一绝缘层的上表面、所述公共电极层、所述第二绝缘层的上表面和所述像素电极层中的至少一个上形成多个凸起，
其中所述像素电极层的凸起与所述公共电极层的凸起对应。
10.根据权利要求9所述的方法，其中当所述第二绝缘层的上表面形成多个凸起时，所述多个像素电极间隔地设置在所述第二绝缘层的上表面的凸起上。
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