CN107942591B - 一种阵列基板及液晶显示面板 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种阵列基板及液晶显示面板，所述阵列基板包括玻璃基板，以及设置于所述玻璃基板之上的薄膜晶体管阵列，所述阵列基板还包括一配向电极层，包括至少两个平行共面设置的配向电极；一像素电极层，包括至少两个平行共面设置的像素电极；一公共电极层。本申请通过将HVA制程中的电极作为配向电极代替传统的IPS结构中的摩擦配向，减小了IPS制程中的摩擦痕，实现了较低操作电压达到较高的穿透率的技术效果。

Description

一种阵列基板及液晶显示面板

技术领域

本申请涉及液晶显示技术领域，特别是涉及一种阵列基板及液晶显示面板。

背景技术

垂直配向(Vertical Alignment，以下简称VA)型液晶显示器，也叫垂直电场型液晶显示器，相对其他种类的液晶显示器具有极高的对比度，且无需使用摩擦(Rubbing)配向，在大尺寸显示，如电视等方面具有非常广的应用。而高垂直排列(High VerticalAlignment，以下简称HVA)模式是VA模式中一个重要的分支。HVA型液晶显示面板工作时是由阵列基板侧的像素电极和彩膜基板侧的公共电极形成的垂直电场来控制液晶层的液晶分子的旋转。

在水平电场型的液晶显示器中，施加在并排地放置在下基板上的像素电极与公共电极之间的水平电场驱动所谓的面内切换(In-Plane Switching，以下简称IPS)模式显示器的液晶。该水平电场型显示器由于平坦的基板上的液晶指向矢(director)的转动而具有宽视角的优点，但是它不利地表现在较差的透过率和较慢的响应时间。

此外，在IPS结构中，液晶配向使用的是传统摩擦配向制程，会对液晶分子造成摩擦痕(rubbing mura)。大尺寸化的液晶分子较难控制其均匀性，且只能一个方向配向，无法形成多方向配向技术。因此，有必要提出一种新型IPS结构，能够改善配向模式，提高响应时间。

发明内容

本申请的目的是，提出一种阵列基板及液晶显示面板，能够解决目前现有的面板结构中，IPS结构面临的穿透率差、响应时间慢等问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：

一种阵列基板，包括玻璃基板，以及设置于所述玻璃基板之上的薄膜晶体管阵列，所述阵列基板进一步包括：

一配向电极层，设置于所述玻璃基板之上，所述配向电极层包括至少两个配向电极，所述配向电极相互平行共面设置，之间具有第一狭缝，用于相邻两配向电极之间在施加电压时产生第一水平电场；

一像素电极层，设于所述玻璃基板与所述配向电极层之间，所述像素电极层包含至少两个像素电极，所述配向电极相互平行共面设置，之间具有第二狭缝，用于相邻两像素电极之间在施加电压时产生第二水平电场；

一公共电极层，设置于所述像素电极层与所述玻璃基板之间，用于提供同层各电极之间的电压差。

为解决上述技术问题，本申请采用的另外一个技术方案是：

一种液晶显示面板，包括彩膜基板，液晶层和阵列基板，所述液晶层设置与所述彩膜基板与所述阵列基板之间，所述彩膜基板和阵列基板与液晶层接触面还分别设有配向膜，所述阵列基板为如前任一所述的阵列基板。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提出了一种液晶显示面板及显示器，通过使用将HVA制程中的电极作为配向电极代替传统的IPS结构中的摩擦配向，减小了穿透IPS制程中，因配向产生的摩擦痕；由于各电极层之间产生的电场没有共面交叉，操作信号不存在窜扰的情况，因此可以设置电极之间的间隔更小，从而可以通过较低的操作电压实现较高的穿透率。

附图说明

图1是本申请一种阵列基板的一个实施例结构截面示意图；

图2是本申请一种阵列基板的另外一个实施例结构截面示意图；

图3是本申请一种阵列基板中配向时液晶分子排布示意图；

图4是图3中A-A向的剖面示意图；

图5是本申请一种阵列基板中像素电极在施加的电压时的截面示意图。

图6是图5中B-B向的剖面示意图；

图7是本申请一种阵列基板的第三个实施例配向示意图；

图8是本申请一种阵列基板的第三个实施例像素电极施加电压时的截面示意图；

图9是本申请一种阵列基板的第四个实施例配向示意图；

图10是本申请一种阵列基板的第四个实施例像素电极施加电压时的截面示意图；

图11是本申请一种阵列基板的第五个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

值得注意的是，本申请中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

为了更详细说明本申请，下面结合附图对本申请提供的一种液晶显示面板，进行具体地描述。

请参阅图1，为本申请提出的一种阵列基板的截面示意图。在本实施例中，阵列基板300为包括玻璃基板(未示出)，以及设置在玻璃基板上的薄膜晶体管阵列。薄膜晶体管阵列为用于转换以矩阵形式布置的液晶单元以及供应给液晶单元的信号的开关元件。薄膜晶体管阵列包括薄膜晶体管，其中薄膜晶体管由栅电极311、半导体层310、源电极(未示出)和漏电极309组成，在本实施例中，半导体层310为非晶硅，半导体层310和栅电极311之间，设有栅极绝缘层307，并且优选地形成在阵列基板300的表面上的一个或更多个像素外的区域中。

进一步，阵列基板300包括配向电极层和像素电极层。配向电极层包括至少两个配向电极301，配向电极301分开设置，之间具有第一狭缝，相邻两配向电极301之间在施加电压差时，会产生第一水平电场，液晶分子在第一水平电场的作用下发生偏转；像素电极层包括至少两个像素电极303，像素电极303分开设置，之间具有第二狭缝，液晶面板工作时，相邻两像素电极303之间在施加电压差时，会形成第二水平电场，液晶分子在第二水平电场的作用下发生偏转，液晶分子对光场的调制偏转，使得液晶显示面板产生明暗亮度的变化。当然，像素电极303 需要与阵列基板300薄膜晶体管中的漏电极309连接。

值得注意的是，像素电极层中的像素电极303与配向电极层中的配向电极301呈相互交叉设置，使得配向电极形成的第一水平电场与像素电极形成第二水平电场的方向也相互交叉。在本实施例中，像素电极303 与配向电极层中的配向电极301呈相互垂直设置。

进一步，阵列基板300还包括公共电极层305，公共电极层305中的电极为面电极。当然，在配向电极层、像素电极层、公共电极层305 和薄膜晶体管阵列之间，依次设有第一绝缘层302、第二绝缘层304和第三绝缘层306。各绝缘层可以是氧化硅层(SiOx)或氮化硅层(SiNx)，也可以是由氧化硅层与氮化硅层叠层形成。

值得注意的是，在本实施例中，公共电极层是位于第三绝缘层306 之上的，像素电极是位于第二绝缘层304之上的，配向电极301是位于第一绝缘层302之上的，且像素电极303依次穿过第二绝缘层304和第三绝缘层306与薄膜晶体管中的漏电极309相连。

阵列基板300除了上述结构之外，还包括有源矩阵层(未示出)。有源矩阵可以包括栅极总线和数据总线。由栅极总线和数据总线限定的区域形成一个像素。配向电极301、像素电极303和公共电极305可以由与栅极总线或者数据总线相同的材料制成。

进一步，配向电极301、像素电极303和公共电极305可以从由透明导电金属(诸如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO))组成的组中选择的一种金属组成的透明金属层，并且多个配向电极301、像素电极303 相互交叉置于阵列基板300中。作为对于透明导电材料的替代方案，电极或者电极的一部分可以由正常的(即不透明的)金属组成。

请参阅图2，为本申请提出的一种液晶显示面板截面示意图。在本实施例中，液晶显示面板包括相对设置的彩膜基板100和阵列基板300，以及放置在两基板之间的液晶层200。

进一步，彩膜基板100为包括玻璃基板102，玻璃基板102用于支撑整个彩膜基板100，以及用于产生全色图像的彩色滤光片103，彩色滤光片103可以通过包括喷墨印刷或刻蚀技术的各种方法来形成。在玻璃基板102与彩色滤光片103相对的一侧，还包括一背面电极(Backside ITO)层101，背面电极层101可以作为信号噪声屏障或用于形成触控感应线路。

进一步，为了形成液晶显示面板，彩膜基板100和阵列基板300(薄膜晶体管阵列基板)可以分别在液晶层200相对的另一侧(即外侧)设置第一偏振器(未示出)和第二偏振器(未示出)。第一偏振器和第二偏振器用来将在各个方向上振动的入射光转换为利用一个方向振动的光(即，偏振光)。可以利用粘合剂将第一偏振器和第二偏振器分别粘附于玻璃基板102和阵列基板300，但不限于此。第一偏振器和第二偏振器的光透过轴彼此正交。

接下来，结合对液晶层200中的液晶分子配向过程，对本申请中提出的液晶显示面板的实现原理进行说明。首先，在液晶层200的配向过程中，彩膜基板100和阵列基板300与液晶层200的接触面还分别设有配向膜(未示出)，配向膜用于在液晶分子的配向过程中，配向膜的表面设有凸起，对液晶分子的预倾角设置起到了引导的作用。当然，凸起的角度及方向可以根据实际制程需要进行调整。

请参阅图3，为俯视角度下，本申请的液晶分子在各电极之间的配向示意图。为了方便显示液晶分子的偏转状态，图中仅显示出了本申请的显示面板中的3种电极层，即配向电极层、像素电极层和公共电极层，其他结构未示出。可以看出，在本实施中，配向电极301和像素电极303 相互垂直设置，公共电极305为面电极。而液晶分子201在彩膜基板100 和阵列基板300之间水平配向。

当在各配向电极301施加电压差时，由于各配向电极301分开设置，相邻配向电极301之间具有第一狭缝312，并且，由于电压差的存在，各个第一狭缝312之间会进一步形成第一水平电场，液晶层200的液晶分子201在玻璃基板102和阵列基板300之间被水平配向。图3显示出，液晶分子201的长轴在各配向电极301之间电压差的作用下垂直指向相邻的配向电极301的表面。

值得注意的是，为了实现更好地配向效果，配向电极之间的第一狭缝的间距为1至10μm，即可以为1μm、2μm、4μm、6μm、8μm和10μm 等。传统IPS结构因为共平面存在不同的狭缝讯号,为了避免制程颗粒 (particle)造成短路,狭缝需保持一定距离,所以操作电压大,且穿透率较小。IPS结构为了在用水平电场驱动时也产生高透过率，电极之间的距离应该充分地长，这要求高驱动电压。而在本申请中，通过上述结构能够有效避免这种现象的发生，像素电极层和配向电极层位于不同的平面，从而可以将电极之间的间距设置得更小，这样就能够实现驱动电压较传统IPS结构低,且穿透率比传统IPS结构高的技术效果。因此，本申请通过使用光反应性单体、优选地光反应性单体来即使在不施加电压时的阶段处也维持规则的配向，从而引导液晶取向到特定的方向，产生较高的对比度。此外，如此配向的液晶分子使得可以降低形成电场时要求的驱动电压和阈值电压。

请结合图3并进一步参阅图4，图4为图3中A-A方向的剖视图。液晶层200是通过混合液晶分子201和光反应性单体202来形成的，但是混合方法不限于具体的混合处理。

电力线500是由配向电极301指向公共电极305，第一水平电场是在相邻配向电极301的第一狭缝312之间产生的。通过混合和聚合光反应性单体202和液晶分子201制备出的液晶层200的深度和密度取决于液晶分子201的种类、施加的电压的强度以及期望的响应时间。例如，响应时间越高，通过混合和聚合光反应性单体202和液晶分子201制备的层的深度和密度越大。

在UV光400(Ultravioletray，紫外光)的照射下，光反应性单体 202朝向高电压的两个相邻电极靠近，并且“变硬”(即聚合)以便获得具有恒定的预倾斜角的聚合物。光反应性单体202和液晶分子201两者在恒定电场的方向上形成稳定的预倾斜角，并且预倾斜角可以从0°到小于90°。如果施加不必要大的电压，则与液晶分子201关联的光反应性 202的预倾斜角增大从而导致光泄漏；如果施加的电压过小，聚合物的预倾斜角太小则不能完全地维持主要黑暗状态从而导致光泄漏。因此，施加在各配向电极301上的电压优选地为阈值电压，当然，阈值电压时根据液晶面板的显示效果决定的。

通过使用聚合的光反应性单体202引导液晶分子201到恒定的偏转方向，可以即使在断开状态阶段处也维持特定的排列并且又可以获得高对比度和快速的响应时间。这样，就完成了液晶分子201的配向。在此过程中，均是由配向电极301产生的电压差实现液晶分子201的偏转，避免了使用摩擦配向，减少了摩擦痕的产生。然而，在UV照射的剂量太高时，聚合形成的网络会不均匀，并且由于聚结而形成大的聚合的网络，这可能产生漏光。因此，为了达到期望的预倾斜角，照射剂量和时间可以被适当地调节。

下面，介绍本申请液晶显示面板的工作原理。请参阅图5和图6，图5为本实施中，液晶显示面板工作时的液晶分子201排布，其中，图 6为图5中B-B方向的剖视图。当在各像素电极303之间施加电压差时，电力线600从像素电极303指向公共电极305，相邻像素电极303之间具有第二狭缝312，进而形成第二水平电场。在第二水平电场的作用下，液晶分子201的长轴垂直指向相邻的像素电极303。对于第二狭缝312，本申请不作具体限定，可以根据液晶面板的显示需求进行调整。需要注意的是，不同于图3的液晶分子201显示的排布情况，在图5和图6中，显示的液晶分子201为最靠近电极附近的液晶分子，由于电压穿透的深度，因此随着距离电极层越来越远，液晶分子的偏转幅度也越来越小。这样整个液晶层200的液晶分子201，在第二水平电场的作用下，偏转方向会与配向方向呈垂直分布，通过第二水平电场影响液晶层200中的液晶分子201的相位延迟的发生，从而实现液晶显示面板明亮的状态。

值得注意的是，在本申请中使用的液晶分子201可以为正性液晶分子和负性液晶分子。二者的主要区别在于液晶分子的偏转方向不同，液晶分子在不通电的状态下都是平行于基板的延伸方向，但两者角度不同，通电时正性液晶分子长轴沿电场方向偏转；负液晶分子则刚好相反，在通电时负性液晶分子长轴向垂直于电场方向偏转。而在本申请的实施例中，是以正性液晶分子举例说明的，当然，在不需要其他发明劳动下，负性液晶分子同样能够实现上述功能。

为了便于描述配向电极301与像素电极303的夹角，在本申请中，以像素电极303的一侧为基准，设定配向电极301与像素电极303的同侧夹角为所呈角度，优选的，在本申请中，配向电极301与像素电极303 的夹角范围为45°至135°。而在实际加工过程中，液晶分子201的偏转方向可以根据施加在相邻配向电极301的电压差以及配向电极301与像素电极303的夹角调整，但都属于本申请的保护范围。在本申请的第一实施例中，配向电极与像素电极的夹角为90°。

进一步，请参阅图7，为本申请的第二实施例。在本实施例中，在像素电极303左侧，配向电极301与像素电极303的夹角为45°。在配向过程中，液晶分子201的长轴由配向电极301产生的第一水平电场，诱导偏转至垂直于配向电极301。相类似地，图9为本申请的第三实施例，在像素电极303左侧，配向电极301与像素电极303的夹角为135°。可以看出，在本申请的实施例中，以像素电极303为基准，配向电极301 以顺时针角度旋转设置过程中，优选设置角度范围为45°至90°至135°。

进一步，图8和图10分别为像素电极工作时，接近第二基板处的液晶分子偏转示意图。具体偏转过程已在上述实施例中做了具有说明，在此不一一赘述，仅为了说明本申请实施例中，配向电极301和像素电极303的优选角度设置。

进一步，本申请还提供了一种液晶面板的加工方法,包括以下步骤：

S1：提供一阵列基板和彩膜基板，在阵列基板和彩膜基板上形成配向膜；

其中，阵列基板的形成步骤包括，在一清洗干燥后的玻璃基板上通过真空溅射镀膜等方式形成各元器件，如薄膜晶体管阵列，材料可以是 Pt、Ru、Au、Ag、Mo、Cr、Al、Ta、Ti或W中的一种或多种合金进一步形成栅极绝缘层，覆盖第一绝缘层，在第一绝缘层上形成漏电极和源电极，形成第二绝缘层，在所述栅极绝缘层上依次形成一公共电极层，第二绝缘层，像素电极层，第一绝缘层以及配向电极层。

其中，配向电极层设置至少两个配向电极，分开设置配向电极，使各像素电极之间具有第一狭缝；像素电极层设置至少两个像素电极，分开设置像素电极，使各像素电极之间具有第二狭缝；各绝缘层可以通过使用从由光聚合物树脂、热固性树脂、聚酰胺酸、和其它有机树脂(环氧树脂、丙烯酸树脂或氟树脂等)；SiO、SiO₂或SiN组成的组中选择的一种或多种来形成。

S2：将液晶填充入阵列基板与彩膜基板之间，形成一液晶层，液晶层于阵列基板和彩膜基板表面的配向膜接触。

S3：将配向电极层中的配向电极与公共电极层施加电压差，使得液晶层中的液晶分子长轴在第一水平电场的作用下偏转形成预倾角；同时进行紫外线照射，完成液晶配向；

S4：分别在所述彩膜基板和阵列基板的外侧表面上贴附第一偏光片和第二偏光片后，形成液晶显示面板。具体地，第一偏光片的偏振方向与第二偏光片的偏转方向需要设置为相互垂直。

如图10所示，为本申请提供的第五实施例。

一种液晶显示器，包括相对设置的液晶显示面板700、驱动电路(未示出)和背光模组800，背光模组800提供显示光源给液晶显示面板700，液晶显示面板700为本申请中任一实施例的液晶显示面板。

综上所述，本申请提出了一种阵列基板及液晶显示面板，通过使用将HVA制程中的电极作为配向电极代替传统的IPS结构中的摩擦配向，减小了穿透IPS制程中，因配向产生的摩擦痕；由于各电极层之间产生的电场没有共面交叉，操作信号不存在窜扰的情况，因此可以设置电极之间的间隔更小，从而可以通过较低的操作电压实现较高的穿透率。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种阵列基板，包括玻璃基板，以及设置于所述玻璃基板之上的薄膜晶体管阵列，其特征在于，所述阵列基板进一步包括：

一配向电极层，设置于所述玻璃基板之上，所述配向电极层包括至少两个配向电极，所述配向电极相互平行共面设置，之间具有第一狭缝，用于相邻两配向电极之间在施加电压时产生第一水平电场；

一像素电极层，设于所述玻璃基板与所述配向电极层之间，所述像素电极层包含至少两个像素电极，所述像素电极相互平行共面设置，之间具有第二狭缝，用于相邻两像素电极之间在施加电压时产生第二水平电场；

一公共电极层，设置于所述像素电极层与所述玻璃基板之间，用于提供同层各电极之间的电压差；

所述像素电极层的所述像素电极与所述配向电极层的所述配向电极呈交叉设置，使得所述第一水平电场与第二水平电场也相互交叉；

以所述像素电极为基准，所述配向电极与所述像素电极在阵列基板表面投影的同侧夹角为45°至135°。

2.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述配向电极层与所述像素电极层之间还设有第一绝缘层；所述像素电极层与所述公共电极层之间还设有第二绝缘层；所述公共电极层与所述玻璃基板之间还设有第三绝缘层。

3.根据权利要求2所述的阵列基板，其特征在于，所述薄膜晶体管由栅电极、栅极绝缘层、半导体层、源电极和漏电极组成。

4.根据权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，所述像素电极穿过所述第二绝缘层和第三绝缘层，与所述漏电极相接。

5.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述第一狭缝的间距为1至10μm。

6.一种液晶显示面板，包括彩膜基板，液晶层和阵列基板，所述液晶层位于所述彩膜基板与所述阵列基板之间，所述彩膜基板和阵列基板与液晶层接触面还分别设有配向膜，其特征在于，所述阵列基板为权利要求1至5任一所述的阵列基板。

7.根据权利要求6所述的液晶显示面板，其特征在于，所述液晶层中的液晶分子的长轴平行所述阵列基板的延展方向排列。

8.根据权利要求7所述的液晶显示面板，其特征在于，所述彩膜基板和所述阵列基板的外侧表面分别贴附有第一偏光片和第二偏光片；所述第一偏光片的偏振方向与所述第二偏光片的偏振方向相互垂直。

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