CN108415200A - 低色偏像素单元及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低色偏像素单元及其设计方法。该低色偏像素单元包括至少一个具有第一区域和第二区域的子像素，所述第一区域包括第一晶体管，所述第二区域包括第二晶体管以及第三晶体管，且所述第一晶体管具有第一有源层，所述第二晶体管具有第二有源层，所述第三晶体管具有第三有源层，其中，所述第一有源层、所述第二有源层由至少两种半导体材料组成。本发明提供的低色偏像素单元，将多畴子像素的不同区域的TFT晶体管设计为迁移率不同的半导体材料，实现TFT晶体管充电电流比例要求，完成子像素不同区域像素电极的电压差，解决了液晶显示装置的色偏问题。
Description
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域，具体涉及一种低色偏像素单元及其设计方法。
背景技术
随着显示技术的发展，液晶显示装置(Liquid Crystal Display，简称LCD)由于具有轻、薄及低辐射等优点，广泛地应用于各种终端产品中。常见的液晶显示装置可以应用于计算机、智能电话、手机、汽车导航装置、电子书等产品的显示屏中。
垂直配向(Vertical Alignment，VA)模式是一种具有高对比度、无须摩擦配向等优势的液晶显示面板经常采用的显示模式，但由于VA模式采用垂直转动的液晶，液晶分子双折射率的差异比较大，导致大视角下的色偏(color shift)问题比较严重。现有的液晶显示装置为了获得更好的广视角特性，改善色偏问题，通常会采取多畴(multi-domain)像素设计。在同一个子像素内主区的多畴与次区的多畴的液晶分子转动角度不一样，从而改善色偏。具体地，在一个子像素内设置三个薄膜晶体管(称为3T架构像素驱动电路)，除用于向主区像素电极充电的薄膜晶体管(TFT晶体管)、向次区像素电极充电的薄膜晶体管以外，次区内还设置一放电薄膜晶体管，用于将次区像素电极的部分电荷放电至阵列基板侧公共电极上，使得主区与次区的电压不同，显示亮度不同，达到降低色偏的目的。
次区像素电极充电薄膜晶体管以及放电薄膜晶体管的电流比例有一定的要求，通常通过调整薄膜晶体管的宽长比(W/L)来实现。但是，随着像素尺寸的不断缩小，放电薄膜晶体管的尺寸受到制造能力与制造缺陷的限制(尺寸越小，缺陷越大)，不能同步缩小，常见的限制约为W＝4um L＝4um，受到充电薄膜晶体管以及放电薄膜晶体管的比例限制，充电薄膜晶体管将无法缩小尺寸而影响开口率、数据线负载电容、扫描线负载电容，进而影响产品性能。因此，如何能在保持薄膜晶体管的宽长比的前提下，设计出新的低色偏像素的设计方式，成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种低色偏像素单元及其设计方法，能够在保持薄膜晶体管的宽长比的前提下改善像素的色偏问题。
本发明的一个实施例提供了一种低色偏像素单元，包括：
至少一个具有第一区域和第二区域的子像素，
所述第一区域包括第一晶体管，所述第二区域包括第二晶体管以及第三晶体管，且所述第一晶体管具有第一有源层，所述第二晶体管具有第二有源层，所述第三晶体管具有第三有源层，
其中，所述第一有源层、所述第二有源层由至少两种半导体材料组成。
在本发明的一个实施例中，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管为TFT晶体管。
在本发明的一个实施例中，所述第一有源层半导体材料包括Poly-Si材料，所述第二有源层半导体材料包括Poly-Si材料，所述第三有源层半导体材料包括a-Si材料。
在本发明的一个实施例中，所述第三晶体管的迁移率为所述第一晶体管以及所述第二晶体管的迁移率的2～20倍。
本发明的另一个实施例提供了一种低色偏像素单元设计方法，应用于上述实施例的像素单元，包括：
利用Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层；
利用a-Si材料形成所述第三晶体管的第三有源层。
在本发明的一个实施例中，利用Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层，包括：
选取a-Si材料分别形成所述第一晶体管的初始第一有源层以及所述第二晶体管的初始第二有源层；
利用激光退火工艺对所述初始第一有源层以及所述初始第二有源层进行处理，将至少一部分所述a-Si材料转化为所述Poly-Si材料；
最终利用转化的所述Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层。
在本发明的一个实施例中，利用激光退火工艺对所述初始第一有源层以及所述初始第二有源层进行处理，包括：
产生预定波长的激光；
利用所述激光对所述初始有源层进行局部处理。
在本发明的一个实施例中，产生预定波长的激光还包括：
通过聚焦透镜对所述激光进行聚光，其中，所述聚焦透镜的材料为石英玻璃。
在本发明的一个实施例中，所述聚焦透镜的N/A值为0.1～1。
在本发明的一个实施例中，所述激光的主波长为308nm、313nm、248nm或365nm，积光量为200～800mJ/cm2。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明提供的低色偏像素单元结构简单，性能良好；
2)本发明提供的低色偏像素的设计方法工艺简单，不受工艺制备能力与制备缺陷的限制，易于实现；
3)本发明提供的低色偏像素的设计方法对液晶显示装置的开口率、数据线负载电容、扫描线负载电容均无影响，从而进一步提高产品的性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元；
图2为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元的设计方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元的子像素电路示意图；
图4为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元的子像素电路原理图；
图5为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元的子像素设计版图；
图6为本发明实施例提供的又一种低色偏像素单元的子像素设计版图；
图7a～图7e为本发明实施例提供的另外五种低色偏像素单元的子像素设计版图；
图8a～图8b为本发明实施例提供的不同Poly-Si材料转化区域的低色偏像素单元的子像素设计版图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
具体地，该设计方法应用于像素单元，如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元；其中，所述像素单元至少一个具有第一区域和第二区域的子像素，所述第一区域包括第一晶体管，所述第二区域包括第二晶体管以及第三晶体管，且所述第一晶体管具有第一有源层，所述第二晶体管具有第二有源层，所述第三晶体管具有第三有源层，
其中，所述第一有源层、所述第二有源层由至少两种半导体材料组成。
进一步地，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管为TFT晶体管。
进一步地，所述第一有源层半导体材料包括Poly-Si材料，所述第二有源层半导体材料包括Poly-Si材料，所述第三有源层半导体材料包括a-Si材料。
进一步地，所述第三晶体管的迁移率为所述第一晶体管以及所述第二晶体管的迁移率的2～20倍。
进一步地，该设计方法如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元的设计方法流程图，包括：
步骤1、利用Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层；
步骤2、利用a-Si材料形成所述第三晶体管的第三有源层。
其中，对于步骤1可以包括：
步骤11、利用Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层；
步骤12、利用a-Si材料形成所述第三晶体管的第三有源层。
对于步骤11可以包括：
步骤111、选取a-Si材料分别形成所述第一晶体管的初始第一有源层以及所述第二晶体管的初始第二有源层；
步骤112、利用激光退火工艺对所述初始第一有源层以及所述初始第二有源层进行处理，将至少一部分所述a-Si材料转化为所述Poly-Si材料；
步骤113、最终利用转化的所述Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层。
其中，对于步骤112可以包括：
步骤1121、产生预定波长的激光；
步骤1122、利用所述激光对所述初始有源层进行局部处理。
其中，对于步骤1121还可以包括：
通过聚焦透镜对所述激光进行聚光，其中，所述聚焦透镜的材料为石英玻璃。
其中，对于步骤1121中所述聚焦透镜的N/A值为0.1～1。
其中，对于步骤1121中所述激光的主波长为308nm、313nm、248nm或365nm，积光量为200～800mJ/cm2。
本实施例，通过将多畴子像素的不同区域的TFT晶体管设计为迁移率不同的半导体材料，实现TFT晶体管充电电流比例要求，完成子像素不同区域像素电极的电压差，解决了液晶显示装置的色偏问题。相较现有通过改变TFT晶体管宽长比实现TFT晶体管充电电流差异，本发明无需改变TFT晶体管的尺寸，不受工艺制备能力与制备缺陷的限制，对液晶显示设备的开口率、数据线负载电容以及扫描线负载电容均无影响，从而提高了产品的性能。
实施例二
本实施例在上述实施例的基础上对本发明提出的低色偏像素的设计方法进行详细介绍。
具体地，该子像素为8Domain VA mode光学设计，如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元的子像素电路示意图，其电路包括第一区域(高压区4Domain)以及第二区域(低压区4Domain)，其中，第一区域包括第一晶体管(TFT A)、子像素等效电容CA，第二区域包括第二晶体管(TFT B)以及第三晶体管(TFT C)、子像素等效电容CB。
第一区域TFT A、第二区域TFT B以及TFT C的栅极共同接入子像素所在行对应的扫描线Gate；第一区域TFT A与第二区域TFT B的源极共同接入子像素所在列对应的数据线Data；第一区域TFT A的漏极通过子像素等效电容CA连接至第一区域像素电极(未图示)，子像素等效电容CA连接至CF Vcom(彩色模组公共电极)(未图示)；第二区域TFT B的漏极通过子像素等效电容CB连接至第二区域像素电极(未图示)，子像素等效电容CB连接至CF Vcom(彩色模组公共电极)(未图示)；第二区域TFT C的源极连接第二区域TFT B的漏极，漏极连接至阵列公共电极(Array Vom)。如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元的子像素电路原理图，Vgl为TFT晶体管的关断电压，Vgh为TFT晶体管的开启电压，当栅极扫描信号Gate开启时，第一区域TFT A、第二区域TFT B以及TFT C皆处于开启状态，第一区域TFT A对第一区域像素电极进行充电，经历一定时间将会同数据信号Data的电位相同，即像素电极的电压为Vlc_A，同时第二区域TFT B也会对第二区域像素电极进行充电，另外TFTC存在且为开启状态，其将第二区域像素电极的电位同Array Vom相连，从而将第二区域像素电极的电位降低到第一区域像素电极的电位以下，即像素电极的电压为Vlc_B。该设计电路保证子像素的第一区域与第二区域的电位不同，实现侧视效果的提升，达到大视角补偿效果，解决液晶显示装置的色偏问题。
进一步地，第一区域像素电极以及第二区域像素电极的电压电流关系分别满足如下公式：
其中，VA为第一区域像素电极电压，T_gate为TFT晶体管开启周期，IdataA第一区域TFTA充电电流，CtotalA为第一区域像素电极等效电容，VB为第二区域像素电极电压，IdataB为第二区域TFT B充电电流，CtotalB为第二区域像素电极等效电容，Ivcom为第二区域TFT C充电电流，CtotalC为第二区域TFTC的等效电容。
进一步地，TFT C与TFT B的充电电流比例可以设计为1:0.2～1：0.4之间，如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种低色偏像素单元的子像素设计版图，实现方式为利用TFT W/L比例调整控制电流比例。
其中，TFT A、TFT B以及TFT C的充电电流满足如下公式：
从上述公式得知，可以利用不同半导体材料迁移率不同的特性，设计TFT C与TFTB，使TFT C与TFT B的充电电流需满足1:0.2～1：0.4比例要求。
具体地，如图6所示，图6为本发明实施例提供的又一种低色偏像素单元的子像素设计版图，将TFT A、TFT B以及TFT C的有源层设计为不同的半导体材料，其中TFT A、TFT B有源层的半导体材料设计为高迁移率半导体材料，TFT C有源层的半导体材料设计为高迁移率半导体材料。低迁移率的半导体材料选取非晶硅(a-Si)材料，其迁移率约为0.5～1cm2/Vs；高迁移率的半导体材料为多晶硅(Poly-Si)材料，其迁移率约为20～40cm2/Vs。
进一步地，如图7a～图7e所示，图7a～图7e为本发明实施例提供的另外五种低色偏像素单元的子像素设计版图。如图7a所示，图7a为TFT-A、TFT-B，I-type版图画法，其中，I-type为形状像英文字母I字型的器件设计版图画法；如图7b所示，图7b为Cgs电容缩减版图画法，其中，U-type为形状像英文字母U字型的器件设计版图画法；如图7c所示，图7c为Cgd电容缩减版图画法，其中，Cgd为扫描线与数据线的耦合电容，主要影响扫描线与数据线的RC负载；如图7d所示，图7d为另一种Cgs电容缩减版图画法，其中，Cgs为栅电极与像素电极的耦合电容，主要影响像素Feedthrough(馈通)特性；如图7e所示，图7e为TFT-C，U-type版图画法。
优选地，将TFT A、TFT B的迁移率与TFT C的迁移率设计为TFT C迁移率的倍数为TFT A和TFT B的2～20倍。迁移率的倍数在2倍以下效益较不明显，20倍以上受到材料与工艺时间的限制不易实施。
进一步地，Poly-Si材料的实现方式如下，首先通过CVD工艺制作a-Si材料有源层，在a-Si材料有源层上利用激光退火工艺(Laser Anneling)针对TFT A与TFT B进行局部处理，使之转化为a-Si材料有源层Poly-Si材料有源层。
具体地，激光退火工艺通过激光系统与聚焦系统实施。通过聚焦系统聚焦激光系统产生的激光，利用激光对初始制作a-Si材料有源层进行局部处理，转化为Poly-Si材料有源层。利用聚焦系统可以调节激光系统的激光范围，从而控制激光退火工艺对a-Si材料的局部处理大小，最终达到控制Poly-Si材料的转化区域。其中，如图8a～图8b所示，图8a～图8b为本发明实施例提供的不同Poly-Si材料转化区域的低色偏像素单元的子像素设计版图，Poly-Si材料的转化区域宽度大，则迁移率高；反之，则迁移率低。
优选地，激光系统主波长可以设计为308nm、313nm、248nm以及365nm；优选地，激光系统的积光量约为200～800mJ/cm2，其中，积光量＝照度×照射时间；进一步地，聚焦系统包括聚焦透镜，其中，聚焦透镜的材料可以为石英玻璃。优选地，聚焦透镜的N/A值可以设计为介于0.1～1之间。
进一步地，不同颜色的像素可以设计不相同的Poly-Si宽度，以改善液晶显示装置的大视角色偏。由于RGB像素液晶的位相差值不同,在大视角的色偏程度也不同,因此若RGB使用同样的色偏分压条件(相同Poly-Si宽度),无法达到最好的效果。若能针对RGB的色偏程度不同,而设计部同的分压条件(不同的Poly-Si)则可以得到更好的光学表现。
本实施例，通过激光退火工艺将TFT晶体管的非晶硅有源层转化为多晶硅有源层，实现多畴子像素不同区域的TFT晶体管的不同迁移率，完成子像素不同区域像素电极的电压差，解决了液晶显示装置的色偏问题。本发明低色偏像素的设计方法工艺简单，不受工艺制备能力与制备缺陷的限制，易于实现。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明提供的一种低色偏像素单元及其设计方法所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低色偏像素单元，其特征在于，包括：
至少一个具有第一区域和第二区域的子像素，
所述第一区域包括第一晶体管，所述第二区域包括第二晶体管以及第三晶体管，且所述第一晶体管具有第一有源层，所述第二晶体管具有第二有源层，所述第三晶体管具有第三有源层，
其中，所述第一有源层、所述第二有源层由至少两种半导体材料组成。
2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管为TFT晶体管。
3.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第一有源层半导体材料包括Poly-Si材料，所述第二有源层半导体材料包括Poly-Si材料，所述第三有源层半导体材料包括a-Si材料。
4.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第三晶体管的迁移率为所述第一晶体管以及所述第二晶体管的迁移率的2～20倍。
5.一种低色偏像素单元设计方法，应用于权利要求1-4任一项所述的像素单元，其特征在于，包括：
利用Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层；
利用a-Si材料形成所述第三晶体管的第三有源层。
6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，利用Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层，包括：
选取a-Si材料分别形成所述第一晶体管的初始第一有源层以及所述第二晶体管的初始第二有源层；
利用激光退火工艺对所述初始第一有源层以及所述初始第二有源层进行处理，将至少一部分所述a-Si材料转化为所述Poly-Si材料；
最终利用转化的所述Poly-Si材料分别形成所述第一晶体管的至少一部分第一有源层以及所述第二晶体管的至少一部分第二有源层。
7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，利用激光退火工艺对所述初始第一有源层以及所述初始第二有源层进行处理，包括：
产生预定波长的激光；
利用所述激光对所述初始有源层进行局部处理。
8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，产生预定波长的激光还包括：
通过聚焦透镜对所述激光进行聚光，其中，所述聚焦透镜的材料为石英玻璃。
9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，所述聚焦透镜的N/A值为0.1～1。
10.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，所述激光的主波长为308nm、313nm、248nm或365nm，积光量为200～800mJ/cm2。
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