CN107621734B - 画素结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于液晶显示器具有多域垂直排列的画素结构，包含具有负介电异向性常数的液晶分子的多个画素。对每个画素而言，每个画素电极以及每个共用电极分割为至少N个对应的区域，且每个区域由方向性奈米线栅偏光图案形成。画素电极的每个区域的方向性奈米线栅偏光图案具有第一延伸方向。共用电极的每个区域的方向性奈米线栅偏光图案具有第二延伸方向，第二延伸方向实质上垂直于对应的第一延伸方向。当画素电极由电压差驱动时，方向性奈米线栅偏光图案作用为偏光片。

Description

画素结构
技术领域
本发明是有关于液晶显示器(liquid crystal display,LCD)技术，更具体而言，是有关于具有使用方向性奈米线栅偏光图案(nanowire gridpolarizer,NWGP)并具有多域垂直排列(multiple domain vertical aligment)模式的画素结构的液晶显示器，其中各区域的方向性奈米线栅偏光图案的光轴各不相同。
背景技术
此处提供的先前技术，总体上乃为发表本发明的内容。在先前技术的段落中，若描述到本发明发明人的成果，则其相关描述不应被认定为申请日时的先前技术，于此描述并非默认或暗示其为有关本发明的先前技术。
目前，液晶显示器(liquid crystal display,LCD)为常用的显示装置。液晶显示器可以在低耗电的情形下显示出良好的影像品质，因此常被当作使用电池的电子装置的显示器，诸如膝上型电脑、行动电话、数位相机以及其他可携式装置。
在垂直排列(vertical aligned,VA)液晶显示器中，画素结构由负液晶材料(negative liquid crystal material)以及垂直配向膜形成。当未施加电压时，液晶分子沿垂直方向排列，而液晶显示器显示黑屏。另一方面，当施加一预设电压时，液晶分子沿着水平方向排列，而液晶显示器显示白屏。VA液晶显示器提供的显示对比度高于扭向(twisted nematic,TN)液晶显示器所提供的对比度，且VA液晶显示器的响应时间亦相对快速。VA液晶显示器亦提供全黑或全白显示器绝佳的可视角度。VA液晶显示器因此成为液晶显示器中一个备受瞩目的新风尚。
然而，VA液晶显示器的画素结构在彩色滤光基板上需要有一层突出层(或凸块层)将液晶层分割为多个区域，以避免在有效视角之外(off-viewing angle)出现灰阶转换(gray scale inversion)。然由于偏光片的偏光轴角度是固定的，很大部分的液晶和偏光轴夹角非较佳角度，造成液晶显示器的低透光率。
因此，综自古迄今本领域中的缺陷与不足，克服上述问题的需求不言可喻。
发明内容
本发明的一面向有关于一种画素结构，包含第一基板、第二基板以及液晶层。第一基板与第二基板两者彼此分隔。液晶层设置于第一基板以及第二基板之间，并具有多个液晶分子。在一些实施方式中，液晶层定义出多个画素，其中每一画素包含画素电极、共用电极、薄膜电晶体以及突出物。画素电极设置于第一基板上并面朝液晶层，其中画素电极分割为N个第一区域，N为大于或等于8的正整数。共用电极设置于第二基板上并面朝液晶层，其中共用电极分割为N个第二区域，共用电极的N个第二区域的每一者沿着垂直于第一基板的垂直方向对应至画素电极的N个第一区域中的一对应者，其中画素电极的N个第一区域的每一者以及共用电极的N个第二区域的每一者由方向性奈米线栅偏光图案形成。画素电极的N个第一区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有实质上垂直于垂直方向的第一延伸方向，其中N个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向互不相同，第一区域中的两相邻者各自的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向夹了约(360/N)度角。共用电极的N个第二区域的方向性奈米线栅偏光图案具有实质上垂直于垂直方向的第二延伸方向，且第二延伸方向垂直于画素电极中对应的第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向。薄膜电晶体设置于第一基板上，具有闸极、源极以及汲极，其中薄膜电晶体的汲极电性连接至画素电极的N个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案。突出物设置于共用电极上，并面朝液晶层，其中共用电极的N个第二区域绕着突出物设置。当画素电极以及共用电极由薄膜电晶体提供的电压差驱动时，N个第一区域以及N个第二区域的方向性奈米线栅偏光图案作用为多个偏光片。
在一些实施方式中，每一画素进一步包含彩色滤光层以及黑色矩阵。彩色滤光层设置于第二基板以及共用电极之间。黑色矩阵设置于第二基板上面朝液晶层，且黑色矩阵位于画素之间，且于垂直第一基板方向上黑色矩阵和方向性奈米线栅偏光图案不重叠。
在一些实施方式中，方向性奈米线栅偏光图案的线栅间距不大于200奈米。
在一些实施方式中，液晶层沿着垂直方向的厚度介于2～5微米，且突出物具有宽度以及高度，宽度介于5～15微米而高度介于1.0～1.4微米。
在一些实施方式中，每一画素进一步包含：储存电容电极以及钝化层。储存电容电极设置于第一基板以及画素电极之间。钝化层设置于储存电容电极以及画素电极之间，其中储存电容电极由方向性奈米线栅偏光图案形成。
在一些实施方式中，储存电容电极被分为N个第三区域，储存电容电极的N个第三区域的每一者沿着垂直方向对应至画素电极的N个第一区域中的对应者。储存电容电极的N个第三区域的每一者由方向性奈米线栅偏光图案形成。储存电容电极的N个第三区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有第三延伸方向，第三延伸方向与画素电极中对应的第一区域的第一延伸方向相同。
在一些实施方式中，液晶层的液晶分子具有负介电异向性常数。
在一些实施方式中，本发明的另一面向提供一种液晶显示器的画素结构。在一些实施方式中，画素结构，包含第一基板、第二基板以及液晶层。第一基板以及第二基板彼此分隔。液晶层设置于第一基板以及第二基板之间并具有多个液晶分子。在一些实施方式中，液晶层定义出多个画素，且每一画素包含两个次画素，其中每一画素包含画素电极、共用电极、两个薄膜电晶体以及两个突出物。画素电极，设置于第一基板上并面朝该液晶层，其中画素电极包含两个次画素电极，且两个次画素电极的每一者分割为N个第一区域，使得画素电极包含2*N个第一区域，N为大于或等于8的正整数。共用电极设置于第二基板上并面朝液晶层，其中共用电极分割为2*N个第二区域，每一共用电极的2*N个第二区域沿着实质上垂直于第一基板的垂直方向对应至画素电极的2*N个第一区域的一对应者，其中画素电极的2*N个第一区域的每一者以及共用电极的2*N个第二区域的每一者由方向性奈米线栅偏光图案形成。画素电极的2*N个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的每一者具有实质上垂直于垂直方向的第一延伸方向，其中两个次画素电极中的每一者的N个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向彼此不同，且对两个该些次画素电极的每一者的N个第一区域中的一者而言，该者的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向与两相邻的第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向各夹约(360/N)度角。共用电极的2*N个第二区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有第二延伸方向，第二延伸方向实质上垂直于垂直方向以及画素电极的第一区域的一对应者的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向。两个薄膜电晶体设置于第一基板上，各自具有闸极、源极以及汲极，其中两个薄膜电晶体的汲极各自电性连接至两个次画素电极的N个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案。两个突出物设置于共用电极上并面朝液晶层，其中共用电极的2*N个第二区域分为两群围绕两个突出物设置。其中当画素电极以及共用电极由两个薄膜电晶体所提供的电压差驱动时，2*N个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案以及2*N个第二区域作用为偏光片，使得介于2*N个第一区域以及对应的第二区域之间的液晶分子的方向与第一延伸方向夹约360/N度角，而与第二延伸方向夹约360/N度角。
在一些实施方式中，每一画素进一步包含储存电容电极以及钝化层。储存电容电极设置于第一基板以及画素电极之间。钝化层设置于储存电容电极以及画素电极之间，其中储存电容电极由方向性奈米线栅偏光图案形成。储存电容电极分割为2*N个第三区域，储存电容电极的2*N个第三区域的每一者沿着垂直方向对应至画素电极的2*N个第一区域的一对应者。储存电容电极的2*N个第三区域的方向性奈米线栅偏光图案具有第三延伸方向，第三延伸方向相同于画素电极的第一区域的一对应者的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向。
本发明的又一面向有关一种液晶显示器的画素结构。在一些实施方式中，画素结构包含第一基板、第二基板以及液晶层。第一基板以及第二基板彼此分隔。液晶层设置于第一基板以及第二基板之间并具有多个液晶分子，液晶层定义出多个画素，其中每一画素包含画素电极、共用电极以及突出物。画素电极设置于第一基板上并面朝液晶层，其中画素电极分割为N个第一区域，N为大于或等于8的正整数。共用电极设置于第二基板上并面朝液晶层，其中共用电极分割为N个第二区域，共用电极的每一N个第二区域沿着实质上垂直于第一基板的垂直方向对应至画素电极的N个第一区域的一对应者。突出物位于共用电极上并设置以引导由画素电极以及共用电极驱动的液晶分子以使液晶分子展示出至少N个不同倾斜方向，其中画素电极的该N个第一区域的每一者以及共用电极的N个第二区域的每一者由方向性奈米线栅偏光图案形成。其中画素电极的N个第一区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向实质上垂直于共用电极的N个第二区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案的第二延伸方向。其中对于画素电极的N个第一区域的每一者而言，方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向与画素电极的每两个相邻的第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向夹约360/N度角。其中对于共用电极的N个第二区域的每一者而言，方向性奈米线栅偏光图案的第二延伸方向与共用电极的每两个相邻的第二区域的方向性奈米线栅偏光图案的第二延伸方向各夹约360/N度角。
在一些实施方式中，突出物位于共用电极上且大略为一圆点状。
在一些实施方式中，每一画素进一步包含储存电容电极以及钝化层。储存电容电极设置于第一基板上并面朝第二基板。钝化层设置于储存电容电极以及画素电极之间，其中储存电容电极由方向性奈米线栅偏光图案形成。在一些实施方式中，储存电容电极分割为N个第三区域，储存电容电极的N个第三区域的每一者对应至画素电极的N个第一区域的一对应者。储存电容电极的N个第三区域的每一者由方向性奈米线栅偏光图案形成。储存电容电极的N个第三区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有第三延伸方向，第三延伸方向相同于画素电极的第一区域的一对应者的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向。
在一些实施方式中，对于画素电极的N个第一区域的每一者，共用电极的第二区域的一对应者具有的方向性奈米线栅偏光图案的第二延伸方向实质上垂直于第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向，第二区域直接面朝该画素电极的第一区域。
有关本发明的又一面向有关于一种液晶显示器，其使用了上述的画素结构。在一些实施方式中，液晶显示器可为具有多域垂直排列模式的液晶显示装置。
有关本发明的以上及其他面向，配合图式以及后续说明将显而易懂。然可在不背离本发明的精神与范畴下于其中做出多种变化及更动。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构于(a)关闭状态以及(b)开启状态的立体图。
图2依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构的剖面图。
图3依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构中液晶分子方向的俯视图。
图4A依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构的俯视图。
图4B依据本发明一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构在关闭状态的剖面图。
图4C依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构在开启状态的剖面图。
图5A依据本发明一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构的剖面图。
图5B依据本发明的一些实施方式示意性地绘示图5A中的液晶显示器的画素结构的液晶分子的俯视图。
图5C依据本发明的一些实施方式示意性地绘示线性偏光片的剖面图。
图5D依据本发明一些实施方式示意性地绘示液晶分子与线性偏光片所夹角度为(a)45度、(b)22.5度以及(c)0度时的示意图。
图5E依据本发明一些实施方式示意性地绘示在图5D中的液晶分子的穿透率与电压的关系图。
图5F绘示依据本发明一些实施方式的液晶显示器的画素结构的穿透率的照片。
图6依据本发明的一些实施方式绘示方向性奈米线栅偏光图案。
图7A依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器中采用方向性奈米线栅偏光图案作为电极的剖面图。
图7B依据本发明一些实施方式示意性地绘示图7A中所示的液晶显示器的画素结构的共用电极以及画素电极的多个区域的俯视图。
图7C依据本发明一些实施方式示意性地绘示图7A中液晶显示器的画素结构的液晶分子的俯视图。
图8A依据本发明的一些实施方式示意性地绘示液晶显示器的画素结构的画素电极与共用电极的多个区域的俯视图。
图8B为依据本发明一些实施方式示意性地绘示液晶显示器的画素结构的俯视图，其中画素分割为两个次画素。
图9A依据本发明的一些实施方式示意性地绘示使用方向性奈米线栅偏光图案作为电极并具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构的剖面图。
图9B依据本发明的一些实施方式示意性地绘示如图9A中所示的液晶显示器的画素结构的液晶分子的俯视图。
其中，附图标记
100、400、500、700、800、900：画素结构
110、410、510、710、910：第一基板
112：突出物
120、420、520、720、920：第二基板
122、422、522、722、822、922：突出物
130、530、730、930：液晶层
132、432、532、732、932：液晶分子
402、802：资料线
404、804：闸极线
415：高开口率层
425、725、925：彩色滤光层
432：液晶分子
440、540、740、840、940：画素电极
450、550、750、850、950：共用电极
470：主要狭缝
480、780、880、980：电晶体
560：线性偏光片
562：聚乙烯醇膜
564：三醋酸纤维素膜
600：方向性奈米线栅偏光图案
660：金属线栅
712、912：闸极绝缘层
715、915：钝化层
718、918：平坦层
728、928：黑色矩阵
735、935：光间隔物
770、970：储存电容电极
782、982：闸极层
784、984：源极
786、986：汲极
788、988：通道层
d：距离
w：宽度
h：高度
s：空间
P：间距
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，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。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。并且，除非有其他表示，在不同图式中相同的元件符号可视为相对应的元件。这些图式的绘示是为了清楚表达这些实施方式中各元件之间的连接关系，并非绘示各元件的实际尺寸。
本发明的一面向有关于液晶显示器(liquid crystal display,LCD)的画素结构。在一些实施方式中，画素结构包含：第一基板、第二基板以及液晶层；第一基板与第二基板彼此分隔，液晶层设置于第一基板与第二基板之间，液晶层具有液晶分子，而液晶分子带有负介电异向性常数(negative dielectric anisotropy constant)。在一些实施方式中，液晶层定义出多个画素，且每一个画素包括：画素电极、共用电极、以及至少一个突出物；画素电极设置在第一基板上并面朝液晶层，其中画素电极分割为N个第一区域，N为大于或等于8的正整数；共用电极设置于第二基板上并面朝液晶层，其中共用电极分割为N个第二区域，共用电极的N个第二区域中的每一者沿着一实质上垂直于第一基板的垂直方向对应至画素电极的N个第一区域中的一对应者，其中：画素电极的N个第一区域中的每一者以及共用电极的N个第二区域中的每一者由方向性奈米线栅偏光图案(nanowire gridpolarizer,NWGP)(又或称奈米线栅偏光片)形成，画素电极的N个第一区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有实质上垂直于该垂直方向的第一延伸方向，其中N个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向彼此不同，且共用电极的N个第二区域的方向性奈米线栅偏光图案具有第二延伸方向，第二延伸方向实质上垂直于该垂直方向且垂直于画素电极的第一区域中一对应者的第一延伸方向；至少一个突出物设置于共用电极上并面朝画素电极，其中共用电极的N个第二区域环绕设置于该至少一个的突出物。在一些实施方式中，当由电压差驱动画素电极以及共用电极时，N个第一区域以及N个第二区域的方向性奈米线栅偏光图案作用为偏光片，使得介于N个第一区域以及对应的N个第二区域之间的液晶分子的方向约与第一延伸方向夹360/N度角，并约与第二延伸方向夹360/N度角。于一实施例当N等于8时，即使得介于N个第一区域以及对应的N个第二区域之间的液晶分子的方向约与第一延伸方向夹45度角，并约与第二延伸方向夹45度角。
如上所述，垂直排列(vertically aligned,VA)液晶显示器的画素结构由负液晶材料(negative liquid crystal material)以及垂直配向膜所形成。举例而言，图1依据本发明的一些实施方式示意性地绘示于(a)关闭状态以及(b)开启状态具有多域(multi-domain)垂直排列模式的液晶显示器的画素结构的立体图。如图1所示，画素结构100包含两个基板，称为第一基板110以及第二基板120，且两者分隔形成。突出物112(或凸块)设置于第一基板110上，突出物122(或凸块)设置于第二基板120上。进一步而言，液晶层130设置于第一基板110以及第二基板120之间，其包含具有负介电异向性常数的液晶分子132。当液晶显示器的画素结构100处于关闭状态时，如图1(a)所示，液晶分子132的方向实质上为垂直方向，其使得画素结构100的显示出黑屏。另一方面，当施加预设电压驱动画素结构100至开启状态时，如图1(b)所示，液晶分子132旋转以对齐一倾斜方向，而画素结构100显示出白屏。
应特别注意，突出物112以及突出物122基本上将液晶层130分割为多个区域以避免有效视角外(off-viewing axis)产生灰阶转换(gray scale inversion)。图2依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构100的剖面图。如图2所示，画素结构100中有多个区域控制参数，包含第一基板110与第二基板120间的距离d、突出物112与突出物122的宽度w与高度h、以及突出物112与突出物122间的空间s的水平距离。
图3依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构100中液晶分子132方向的俯视图。特定而言，图3绘示了突出物112与突出物122ㄑ字形的线对齐排列方式，使得液晶层130分割为多个区域，而位于每一该些区域中的液晶分子132可沿不同方向排列(方向A、B、C与D)。
在一些实施方式中，提出不同种用于液晶显示器的多域画素结构。图4A依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构400的俯视图。图4B依据本发明一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构400在关闭状态的剖面图。图4C依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构400在开启状态的剖面图。如图4A-图4C所示，画素结构400包含对应的资料线402以及对应的闸极线404，并提供电晶体480。在一些实施方式中，电晶体480为薄膜电晶体(thin film transistor,TFT)。进一步而言，画素结构400包含两个基板，称为第一基板410与第二基板420，两者彼此分隔设置。在第一基板410上(绘示于图4B、图4C的底部)，高开口率(ultra-high aperture,UHA)层415可选择性地设置于第一基板410上，以及多个画素电极440可设置于高开口率层415上，并在其间形成主要狭缝470。在第二基板420上(绘示于图4B与图4C顶部)，彩色滤光层425设置于第二基板420上，并且共用电极450设置于彩色滤光层425上。多个突出物422(或凸块)可形成于共用电极450上。在一些实施方式中，每一突出物422可位于共用电极450上，且可为圆点状(dot shape)，或约略为圆点状。在一些实施方式中，画素电极440以及共用电极450可分别由氧化铟锡(indiumtin oxide,ITO)或其他透明电极材料形成。如图4B所示，当画素结构400处于关闭状态时，液晶分子432的方向实质上为垂直方向，使得光线(图4B中由虚线箭号所示)无法穿过偏光片，因为液晶分子432并未将光线的偏光方向调整为适当的状态，其造成画素结构100显示出黑屏。另一方面，如图4A、图4C所示，当施加一预设电压差V(预设电压V大于阀值电压Vth)以驱动画素结构400进入开启状态时，液晶分子432旋转以倾斜至一实质上水平的方向，使得光线(如图4C中虚线箭号所示)被液晶分子432极化为适当的状态而得以穿过偏光片，画素结构400因此显示出白屏。
在一些实施方式中，液晶显示器可使用线性偏光膜。图5A依据本发明一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构500的剖面图，而图5B依据本发明的一些实施方式示意性地绘示图5A中的液晶显示器的画素结构500的液晶分子532的俯视图。如图5A中所示，画素结构500包含两个基板，称为第一基板510以及第二基板520，两者彼此分隔形成。画素电极540可设置于第一基板510上，且共用电极550可设置于第二基板520上，彼此面对。液晶层530设置于画素电极540以及共用电极550之间。进一步而言，两个线性偏光片560提供于第一基板510以及第二基板520两面基板外侧以控制光的偏振方向。如图5B所示，液晶层530的液晶分子532沿着突出物522环绕对齐。图5C依据本发明的一些实施方式示意性地绘示线性偏光片560的剖面图。如图5C所示，线性偏光片560为一方向性偏光膜，其可由一个聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)膜562夹于两个三醋酸纤维素(triacetyl cellulose,TAC)膜564之间形成。
然而，在如图5A、图5B所示的画素结构500中，在突出物522附近不同位置的液晶分子532可与线性偏光片560夹有不同角度。图5D依据本发明一些实施方式示意性地绘示液晶分子532与线性偏光片560所夹角度为(a)45度、(b)22.5度以及(c)0度时的示意图。图5E依据本发明一些实施方式示意性地绘示在图5D中的液晶分子532的穿透率与电压的关系图。如图5D所示，两个线性偏光片560可设置为彼此垂直，其中一者朝向0度，另一者朝向90度。液晶分子532的方向可以改变。如图5E所示，当对液晶分子532施加电压时，和线性偏光片560夹45度角的液晶分子532的区域穿透率较高，和线性偏光片560夹22.5度角的液晶分子532的区域穿透率较低，和线性偏光片560夹0度角的液晶分子532的区域穿透率更低。
图5F绘示依据本发明一些实施方式的液晶显示器的画素结构500的穿透率的照片。如图5F所示，与偏光轴夹45、135、225以及315度的方向穿透率最好。然而，在与偏光轴夹0、90、180以及270度的方向穿透率几乎为0，且照片在这些方向显示出明显暗区。换句话说，有关这些偏光轴方向的区域具有低穿透率。
为弥补此瑕疵，本发明的特定面向有关于一种液晶显示器，具有使用方向性奈米线栅偏光图案600的画素结构并具有多域垂直排列模式，其中方向性奈米线栅偏光图案600的光轴在各区域中不同。图6依据本发明的一些实施方式绘示方向性奈米线栅偏光图案600。如图6所示，方向性奈米线栅偏光图案600由金属线栅660形成，更明确而言可为铝线栅，其具有间距P，且每一线栅具有高度H与宽度W。当光线入射至方向性奈米线栅偏光图案600上时，横向电场的光(transverse electric field,TE field,即沿着铝线方向极化的光线)被反射，而横向磁场的光(transverse magnetic field,TM field,即垂直铝线方向极化的光线)则通过。铝线之间距P须为次波长(subwavelength)级，举例而言，当入射光波长为λ，铝线之间距P则小于λ/2。换句话说，以可见光而言，方向性奈米线栅偏光图案600的线栅间距P不大于200nm。
图7A依据本发明的一些实施方式示意性地绘示具有多域垂直排列模式的液晶显示器中采用方向性奈米线栅偏光图案作为电极的剖面图，图7B依据本发明一些实施方式示意性地绘示图7A中所示的液晶显示器的画素结构700的共用电极750以及画素电极740的多个区域的俯视图，而图7C依据本发明一些实施方式示意性地绘示图7A中液晶显示器的画素结构700的液晶分子732的俯视图。
请参照图7A-图7C，画素结构700包含两个基板，称为第一基板710与第二基板720，两者彼此分隔设置。液晶层730设置于第一基板710与第二基板720之间。如图7C所示，液晶层730包含具有负介电异向性常数的液晶分子732。
请再参照图7A，在第一基板710上，形成储存电容电极770以及画素电极740。特定来说，储存电容电极770设置于第一基板710上并面朝液晶层730，钝化层715设置于画素电极740与储存电容电极770之间，使得画素电极740与储存电容电极770电性绝缘。在一些实施方式中，平坦层718设置于钝化层715与画素电极740之间。于一实施例中，平坦层718可为树脂层。于一实施例中，平坦层718可为前述的高开口率层。
进一步而言，电晶体780设置于第一基板710上。如图7A所示，电晶体780为薄膜电晶体，其包含闸极层782、源极784以及汲极786。闸极绝缘层712设置于闸极层782与源极784之间以及汲极786与通道层788之间。在一些实施方式中，通道层788可为，举例而言，非晶硅层、低温多晶硅层(low-temperature polycrystalline silicon,LTPS)或金属氧化物半导体层。电晶体780的汲极786电性连接至画素电极740。于此实施例中，以底闸极薄膜电晶体为例，然不以此为限，于其他实施例中，例如亦可以为顶闸极或是双闸及薄膜电晶体。
另一方面，第二基板720上设置有彩色滤光层725、黑色矩阵728以及共用电极750。特定而言，彩色滤光层725设置于第二基板720上朝向液晶层730，共用电极750设置于彩色滤光层725上。黑色矩阵728朝向液晶层730设置于第二基板720上，且黑色矩阵728位于液晶层730所定义出的多个画素之间，且于垂直第一基板710方向上黑色矩阵728和方向性奈米线栅偏光图案不重叠。在一些实施方式中，彩色滤光层725可为红绿蓝彩色滤光层。在一些实施方式中，彩色滤光层725可设置于画素电极740与钝化层715之间。进一步而言，突出物722设置于共用电极750和液晶层730之间。进一步而言，光间隔物735设置于彩色滤光层725与平坦层718之间。
如图7B所示，每一画素电极740以及共用电极750分割为多个区域，且每个区域由方向性奈米线栅偏光图案形成。举例而言，如图7B中所示的画素结构700相近于图4A中所示者，其画素结构700包含两个区域。对每个区域而言，画素电极740与共用电极750各自分割为8个环绕突出物722的对应区域，其中共用电极750的每个区域沿着画素结构700的垂直方向(举例而言，如图7A中的垂直方向)对应至画素电极740的一对应区域，且每一区域由方向性奈米线栅偏光图案形成。作为区别，画素电极740的区域称为第一区域，共用电极750的区域称为第二区域。如图7B中所示，画素电极740的8个第一区域每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有第一延伸方向，第一延伸方向实质上垂直于画素结构700的垂直方向(举例而言，如图7A中的垂直方向)。8个第一区域每一者的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向彼此不同。举例而言，对画素电极740的8个第一区域的每一者而言，其方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向约与两邻近的第一区域的第一延伸方向各自夹有45度角。另一方面而言，共用电极750的8个第二区域每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有第二延伸方向，第二延伸方向实质上垂直于画素结构700的垂直方向，且实质上垂直于画素电极740的对应第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向。图7C更清楚的绘示方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向与第二延伸方向，其中画素电极740的每个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向标为「下」，而共用电极750的每个第二区域的方向性奈米线栅偏光图案的第二延伸方向标为「上」。
如图7C中所示，当借由电晶体780驱动画素电极740，使画素电极740与共用电极750间形成电压差时，画素电极740的8个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案与共用电极750的8个第二区域的方向性奈米线栅偏光图案作用，因此可驱动液晶层730的液晶分子732，使得8个第一区域及对应的第二区域之间的液晶分子732与第一延伸方向(「下」)夹约45度角，且与第二延伸方向(「上」)夹约45度角。在此例中，液晶分子732的方向与偏光片(举例而言，方向性奈米线栅偏光图案)的对应光轴之间夹约22.5～45度角以使大部分区域维持高穿透率。应注意，在一些实施方式中，液晶方向由突出物722引导且逐渐改变，而不是剧烈改变。也就是说，并不会如图所绘一般具有绝对的液晶方向的边界。
如上所述，对共用电极750以及画素电极740的每个对应区域而言，共用电极750的8个第二区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案的第二延伸方向实质上垂直于画素电极740的对应第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向。应注意，「实质上垂直」此用语乃表示第一延伸方向并不须与第二延伸方向总是绝对垂直。在一些实施方式中，举例而言，共用电极750的8个第二区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案的第二延伸方向可与画素电极740的对应第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向形成实质上垂直的角度，且此实质上垂直的角度可介于80度至100度之间。
在一些实施方式中，画素电极740与共用电极750的区域数目可大于8。图8A依据本发明的一些实施方式示意性地绘示液晶显示器的画素结构800的画素电极840与共用电极850的多个区域的俯视图，而图8B为依据本发明一些实施方式示意性地绘示液晶显示器的画素结构800的俯视图，其中画素分割为两个次画素。如图8A与图8B中所示，画素结构800展示了一个画素分割为两个分离的次画素，一个次画素在上方而另一个在下方。如图8A中所示，两个次画素共用一资料线802，且两个次画素皆具有一对应的电晶体880以及对应的闸极线804，且具有对应的次画素电极840。换句话说，画素结构800包含两个次画素电极840，各自可由不同的电晶体880接收资料讯号。如图8A所示，两个次画素电极840皆分割为8个第一区域，使得画素结构800包含有一共16个第一区域。类似地，共用电极850亦包含16个对应的第二区域。画素结构800的16个第一区域的每一者以及共用电极850的16第二区域的每一者由方向性奈米线栅偏光图案形成。画素电极840的16个第一区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有第一延伸方向，第一延伸方向实质上垂直于液晶显示器的垂直方向(举例而言，如图8A中的垂直方向)，且对于两个次画素电极840的每一者而言，次画素电极840中的8个第一区域每一者的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向各自不同。更精确而言，对于两个次画素电极840的每一者的8个第一区域的每一者而言，第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向与两相邻的第一区域的第一延伸方向各自约夹45度角。共用电极850的16个第二区域每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有第二延伸方向，第二延伸方向实质上垂直于垂直方向且垂直于对应的画素电极840的第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向。如图8B中所示，提供两个突出物822设置于共用电极850上，且共用电极850的16个第二区域分为两组环绕两个突出物822设置。两个突出物822皆可为圆点状。
在一些实施方式中，为了增进液晶显示器的影像品质，可提供储存电容电极于每个画素中以形成储存电容。然而，因为储存电容电极不透明，画素的开口率(apertureratio)会下降，造成较差的画素品质。为了改善此瑕疵，可设置方向性奈米线栅偏光图案为储存电容电极，且此作为储存电容电极的方向性奈米线栅偏光图案具有平行于液晶显示器底部偏光片的光轴。
图9A依据本发明的一些实施方式示意性地绘示使用方向性奈米线栅偏光图案作为电极并具有多域垂直排列模式的液晶显示器的画素结构900的剖面图，图9B依据本发明的一些实施方式示意性地绘示如图9A中所示的液晶显示器的画素结构900的液晶分子932的俯视图。更特定而言，如图9A中所示的画素结构900与图7A中所示的画素结构700相同，除了于图9A在多域结构中所示的储存电容电极970。画素结构700中的元件符号增加200即对应至画素结构900中的元件符号，于此不再重复叙明。举例而言，储存电容电极970分割为多个第三区域，且每个储存电容电极970的第三区域沿着画素结构900的垂直方向(举例而言，如图9A中所示的垂直方向)对应至画素电极940的第一区域的一对应者。储存电容电极970的第三区域的每一者由方向性奈米线栅偏光图案形成，且储存电容电极970的第三区域的每一者的方向性奈米线栅偏光图案具有第三延伸方向，其相同于画素电极940的对应第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向。图9B中更清楚的绘示了每个方向性奈米线栅偏光图案的第一、第二以及第三延伸方向，其中画素电极940的每个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的第一延伸方向标示为「下」，共用电极950的每个第二区域的方向性奈米线栅偏光图案的第二延伸方向标示为「上」，而储存电容电极970的每个第三区域的方向性奈米线栅偏光图案的第三延伸方向标示为「Cst」。如图9B中所示，就每一个对应的区域而言，第一延伸方向(「下」)与第三延伸方向(「Cst」)相同。
在一些实施方式中，有多种参数可对液晶显示器的区域进行控制，包含基板之间的距离d、宽度w以及突出物的高度h。举例而言，液晶层930沿着垂直方向的厚度可为约略3.5微米，而突出物922可具有约为10微米的宽度以及1.2微米的高度。在一些实施方式中，液晶层930沿着垂直方向的厚度介于2～5微米，而突出物922可具有介于5～15微米的宽度以及1.0～1.4微米的高度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (21)

1.一种画素结构，其特征在于，包含：
一第一基板以及一第二基板，两者彼此分隔；以及
一液晶层，设置于该第一基板以及该第二基板之间，并具有多个液晶分子，该液晶层定义出多个画素，其中每一该些画素包含：
一画素电极，设置于该第一基板上并面朝该液晶层，其中该画素电极分割为N个第一区域，N为大于或等于8的正整数；
一共用电极，设置于该第二基板上并面朝该液晶层，其中该共用电极分割为N个第二区域，该共用电极的该N个第二区域的每一者沿着垂直于该第一基板的一垂直方向对应至该画素电极的该N个第一区域中的一对应者，其中：
该画素电极的该N个第一区域的每一者以及该共用电极的该N个第二区域的每一者由一方向性奈米线栅偏光图案形成；
该画素电极的该N个第一区域的每一者的该方向性奈米线栅偏光图案具有实质上垂直于该垂直方向的一第一延伸方向，其中该N个第一区域的该些方向性奈米线栅偏光图案的该些第一延伸方向互不相同，该些第一区域中的两相邻者各自的该些方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向夹了约(360/N)度角；以及
该共用电极的该N个第二区域的该方向性奈米线栅偏光图案具有实质上垂直于该垂直方向的一第二延伸方向，且该第二延伸方向垂直于该画素电极中对应的该第一区域的该方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向；
一薄膜电晶体，设置于该第一基板上，具有一闸极、一源极以及
一汲极，其中该薄膜电晶体的该汲极电性连接至该画素电极的该N个第一区域的该些方向性奈米线栅偏光图案；以及
一突出物，设置于该共用电极上，并面朝该液晶层，其中该共用电极的该N个第二区域绕着该突出物设置；
其中当该画素电极以及该共用电极由该薄膜电晶体提供的一电压差驱动时，该N个第一区域以及该N个第二区域的该些方向性奈米线栅偏光图案作用为偏光片。
2.如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，每一该些画素进一步包含：
一彩色滤光层，设置于该第二基板以及该共用电极之间；以及
一黑色矩阵，设置于该第二基板上面朝该液晶层，其中该黑色矩阵位于该些画素之间，且于垂直该第一基板方向上该黑色矩阵和该N个第一区域以及该N个第二区域的该些方向性奈米线栅偏光图案不重叠。
3.如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，该方向性奈米线栅偏光图案的一线栅间距不大于200奈米。
4.如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，该液晶层沿着该垂直方向的一厚度介于2～5微米，且该突出物具有一宽度以及一高度，该宽度介于5～15微米而该高度介于1.0～1.4微米。
5.如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，每一该些画素进一步包含：
一储存电容电极，设置于该第一基板以及该画素电极之间；以及
一钝化层，设置于该储存电容电极以及该画素电极之间，
其中该储存电容电极由该方向性奈米线栅偏光图案形成。
6.如权利要求5所述的画素结构，其特征在于，该储存电容电极被分为N个第三区域，该储存电容电极的该N个第三区域的每一者沿着该垂直方向对应至该画素电极的该N个第一区域中的一对应者；
该储存电容电极的该N个第三区域的每一者由该方向性奈米线栅偏光图案形成；以及
该储存电容电极的该N个第三区域的每一者的该方向性奈米线栅偏光图案具有一第三延伸方向，该第三延伸方向与该画素电极中对应的该第一区域的该第一延伸方向相同。
7.如权利要求1所述的画素结构，其特征在于，该液晶层的该些液晶分子具有一负介电异向性常数。
8.一种画素结构，其特征在于，包含：
一第一基板以及一第二基板，两者彼此分隔；以及
一液晶层，设置于该第一基板以及该第二基板之间并具有多个液晶分子，该液晶层定义出多个画素，且每一该些画素包含两个次画素，其中每一该些画素包含：
一画素电极，设置于该第一基板上并面朝该液晶层，其中该画素电极包含两个次画素电极，且两个该些次画素电极的每一者分割为N个第一区域，使得该画素电极包含该2*N个第一区域，N为大于或等于8的正整数；
一共用电极，设置于该第二基板上并面朝液晶层，其中该共用电极分割为2*N个第二区域，每一该共用电极的该2*N个第二区域沿着实质上垂直于该第一基板的垂直方向对应至该画素电极的该2*N个第一区域的一对应者，其中：
该画素电极的该2*N个第一区域的每一者以及该共用电极的该2*N个第二区域的每一者由方向性奈米线栅偏光图案形成；
该画素电极的该2*N个第一区域的该些方向性奈米线栅偏光图案的每一者具有实质上垂直于该垂直方向的一第一延伸方向，其中两个该些次画素电极中的每一者的该N个第一区域的该些方向性奈米线栅偏光图案的该些第一延伸方向彼此不同，且对两个该些次画素电极的每一者的该N个第一区域中的一者而言，该者的该方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向与两相邻的该些第一区域的该些方向性奈米线栅偏光图案的该些第一延伸方向各夹约(360/N)度角；以及
该共用电极的该2*N个第二区域的每一者的该方向性奈米线栅偏光图案具有一第二延伸方向，该第二延伸方向实质上垂直于该垂直方向以及该画素电极的该些第一区域的一对应者的该方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向；
两个薄膜电晶体，设置于该第一基板上，各自具有一闸极、一源极以及一汲极，其中两个该些薄膜电晶体的该些汲极各自电性连接至两个该些次画素电极的该N个第一区域的该些方向性奈米线栅偏光图案；以及
两个突出物，设置于该共用电极上并面朝液晶层，其中该共用电极的该2*N个第二区域分为两群围绕两个该些突出物设置；
其中当该画素电极以及该共用电极由两个该些薄膜电晶体所提供的一电压差驱动时，该2*N个第一区域的方向性奈米线栅偏光图案以及该2*N个第二区域作用为偏光片。
9.如权利要求8所述的画素结构，其特征在于，每一该些画素进一步包含：
一彩色滤光层，设置于该第二基板以及该共用电极之间；以及
一黑色矩阵，设置于该第二基板上面朝该液晶层，其中该黑色矩阵位于该些画素之间，且于垂直该第一基板方向上该黑色矩阵和该N个第一区域以及该N个第二区域的该些方向性奈米线栅偏光图案不重叠。
10.如权利要求8所述的画素结构，其特征在于，该些方向性奈米线栅偏光图案的一线栅间距不大于200奈米。
11.如权利要求8所述的画素结构，其特征在于，该液晶层沿着该垂直方向的一厚度介于2～5微米，且每一该些突出物具有介于5～15微米的一宽度以及介于1.0～1.4微米的一高度。
12.如权利要求8所述的画素结构，其特征在于，每一该些画素进一步包含：
一储存电容电极，设置于该第一基板以及该画素电极之间；以及
一钝化层，设置于该储存电容电极以及该画素电极之间，
其中该储存电容电极由该方向性奈米线栅偏光图案形成。
13.如权利要求12所述的画素结构，其特征在于，该储存电容电极分割为2*N个第三区域，该储存电容电极的该2*N个第三区域的每一者沿着该垂直方向对应至该画素电极的该2*N个第一区域的一对应者；
该储存电容电极的该2*N个第三区域的该些方向性奈米线栅偏光图案具有一第三延伸方向，该第三延伸方向相同于该画素电极的该些第一区域的一对应者的该方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向。
14.如权利要求8所述的画素结构，其特征在于，该液晶层的该些液晶分子具有一负介电异向性常数。
15.一种画素结构，其特征在于，包含：
一第一基板以及一第二基板，两者彼此分隔；以及
一液晶层，设置于该第一基板以及该第二基板之间并具有多个液晶分子，该液晶层定义出多个画素，其中每一该些画素包含：
一画素电极，设置于该第一基板上并面朝该液晶层，其中该画素电极分割为N个第一区域，N为大于或等于8的正整数；
一共用电极，设置于该第二基板上并面朝该液晶层，其中该共用电极分割为N个第二区域，该共用电极的每一该N个第二区域沿着实质上垂直于该第一基板的一垂直方向对应至该画素电极的该N个第一区域的一对应者；以及
一突出物，位于该共用电极上并设置以引导由该画素电极以及该共用电极驱动的该些液晶分子以使该些液晶分子展示出至少N个不同倾斜方向，
其中该画素电极的该N个第一区域的每一者以及该共用电极的该N个第二区域的每一者由一方向性奈米线栅偏光图案形成；
其中该画素电极的该N个第一区域的每一者的该方向性奈米线栅偏光图案的一第一延伸方向实质上垂直于该共用电极的该N个第二区域的每一者的该方向性奈米线栅偏光图案的一第二延伸方向；
其中对于该画素电极的该N个第一区域的每一者而言，该方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向与该画素电极的每两个相邻的该些第一区域的方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向夹约360/N度角；以及
其中对于该共用电极的该N个第二区域的每一者而言，该方向性奈米线栅偏光图案的该第二延伸方向与该共用电极的每两个相邻的该些第二区域的方向性奈米线栅偏光图案的该些第二延伸方向各夹约360/N度角。
16.如权利要求15所述的画素结构，其特征在于，该突出物位于该共用电极上且大略为一圆点状。
17.如权利要求15所述的画素结构，其特征在于，每一该些画素进一步包含：
一彩色滤光层，设置于该第二基板以及该共用电极之间；以及
一黑色矩阵，设置于该第二基板上面朝该画素电极，其中该黑色矩阵位于该些画素之间，且于垂直该第一基板方向上该黑色矩阵和该N个第一区域以及该N个第二区域的该些方向性奈米线栅偏光图案不重叠。
18.如权利要求15所述的画素结构，其特征在于，该方向性奈米线栅偏光图案的一线栅间距不大于200奈米，该液晶层的一厚度介于2～5微米，并且该突出物具有介于5～15微米的一宽度以及介于1.0～1.4微米的一高度。
19.如权利要求15所述的画素结构，其特征在于，每一该些画素进一步包含：
一储存电容电极，设置于该第一基板上并面朝该第二基板；以及
一钝化层，设置于该储存电容电极以及该画素电极之间，
其中该储存电容电极由该方向性奈米线栅偏光图案形成。
20.如权利要求19所述的画素结构，其特征在于，
该储存电容电极分割为N个第三区域，该储存电容电极的该N个第三区域的每一者对应至该画素电极的该N个第一区域的一对应者；
该储存电容电极的该N个第三区域的每一者由该方向性奈米线栅偏光图案形成；以及
该储存电容电极的该N个第三区域的每一者的该方向性奈米线栅偏光图案具有一第三延伸方向，该第三延伸方向相同于该画素电极的该些第一区域的一对应者的该方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向。
21.如权利要求15所述的画素结构，其特征在于，
对于该画素电极的该N个第一区域的每一者，该共用电极的该些第二区域的一对应者具有的该方向性奈米线栅偏光图案的该第二延伸方向实质上垂直于该第一区域的该方向性奈米线栅偏光图案的该第一延伸方向，该第二区域直接面朝该画素电极的该第一区域。
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