CN1779536B - 液晶显示器及其存储电容 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示器，其具有特殊设计的存储电容。该液晶显示器具有一设于两衬底间的液晶层夹以及矩阵排列的多个像素区域。每一个像素区域被一调整结构区隔成多个区域，该调整结构设于该两衬底的至少其中之一上，用以调整该液晶层的方位。该存储电容包含第一电容电极设于每一这些像素区域用以与该像素电极一起形成一存储电容单元，该第一电容电极具有一主体以及至少一延伸部由该主体一侧边向外延伸，在光穿透状态时，该第一电容电极的延伸部设于该像素区域内较暗的区域。

Description

液晶显示器及其存储电容
技术领域
本发明涉及用于液晶显示器的电容，其特别有关于一种用于多区域垂直配向型(multi-domain vertically aligned)液晶显示器的存储电容。
背景技术
液晶显示器主要包含一液晶显示器单元具有两玻璃衬底彼此对置而将一液晶层夹设于其间。垂直配向(VA)型液晶显示器是一种使用负介电各向异性(negative dielectric anisotropy)液晶材料以及垂直配向薄膜的类型(mode)。当无电压供应时，液晶分子是排列在一垂直方向而出现黑屏幕显示(blackdisplay)。当供给一预先设定的电压时，液晶分子是排列在一水平方向而出现白屏幕显示(white display)。相较于扭曲向列型液晶显示器，该垂直配向型液晶显示器提供较高的对比、较快的反应速度并且对黑白显示提供极佳的视野角度特性。
然而，当观看角度并非垂直于屏幕平面时，该垂直配向型液晶显示器会有对比下降或对比反转(contrast reversal)的问题。这是光与液晶显示器单元内液晶分子交互作用的结果。当光以非垂直的入射角通过液晶显示器单元时，其与液晶分子交互作用的方式不同于当光以垂直的入射角通过液晶显示器单元。因此，在光穿透状态(白)以及非穿透状态(黑)之间的对比在非垂直角度时明显下降，因而使这些显示器在许多应用(例如平面电视屏幕以及大型计算机屏幕)皆无法令人满意。
已知垂直配向型液晶显示器的视野角度表现，可藉由将像素内液晶分子的方位(orientation)设定为多个互为不同的方向而加以改善。欧洲专利公开第0884626-A2号揭示一多区域垂直配向型液晶显示器，其具有区域调整结构用以调整液晶的方位，当施以一电压时该液晶中的液晶分子呈倾斜状排列而使得每一个像素区域内液晶的方位包含多个方向。
一般而言，前述的垂直配向型液晶显示器为一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，其主要包含一彩色滤光片衬底(CF substrate)以及一薄膜晶体管衬底(TFT substrate)。该彩色滤光片衬底上一般设有多个彩色滤光片以及一共同电极。该薄膜晶体管衬底上一般设有多条彼此平行的栅极线；多条彼此平行的数据线，其垂直于该栅极线；及多个薄膜晶体管与像素电极。该两衬底间一般设有间隔件(spacer)用以界定该衬底之间的间隔(gap)。
在前述的液晶显示器中，其一般设有存储电容(storage capacitor，Cs)用以在薄膜晶体管关闭之后一预先设定时间内，将像素电极的电压维持在特定范围内。由于存储电容一般以不透光的金属形成，因此设置存储电容的区域无法用以作为显示区域，因而降低显示亮度(display luminance)。然而，一般又需要有相当大的存储电容Cs以增进显示品质。因此，在显示亮度与存储电容Cs尺寸必须达到一种平衡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多区域垂直配向型液晶显示器，其具有特殊设计的存储电容，使得液晶显示器的整体显示亮度增加但仍提供一预先设定的电容。
用于本发明的多区域垂直配向型液晶显示器主要包含一液晶层夹设于两衬底之间，以及一调整结构(regulating structure)设于两衬底的其中之一上，用以调整该液晶层的方位使得当电压施加时该液晶分子被倾斜配向而使该方位包含多个方向。根据本发明的存储电容主要包含第一电容电极、第二电容电极以及一连接部设于每一像素区域用以与像素电极一起形成一存储电容单元。该第一电容电极以及第二电容电极各具有一主体以及至少一延伸部(或称翼部(wing portion))由该主体一侧边向外延伸。
为了达成本发明的上述以及其它功效，该像素区域包含一区域，该区域由该调整结构与邻近该调整结构的该像素电极的一边缘所形成，其中该调整结构与该像素电极的边缘夹持一锐角，且该第二电容电极的延伸部对应于该区域而设置。该第二电容电极的该主体沿第一方向由该区域往该区域之外延伸且该延伸部沿一不平行于该第一方向的第二方向延伸。由于该第一电容电极的延伸部可以提供额外的电容区域，因此可以减少设计于该像素区域内其它区域的电容电极部分而仍提供一预先设定的电容。
可以理解的是，前述第一电容电极的延伸部可大致具有一三角形轮廓或一梯形轮廓。该第一电容电极的延伸部至少包含一边缘与该第一电容电极的主体夹135度。此外，前述第一电容电极的延伸部可以是一分岔形延伸部，并且该分岔形延伸部与主体的夹角为135°。
前述的连接部用以电性连接该第二电容电极与该像素电极，使得该第二电容电极与该像素电极一起作为该第一电容电极的相反电极。该连接部最好设于该第一电容电极的延伸部与相邻主体所对应的区域内。
用于本发明的多区域垂直配向型液晶显示器可以是一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，其主要包含彼此平行的多条栅极线(gate line)以及彼此平行且与栅极线垂直的多条数据线路(data line)，每一这些像素区域为两相邻栅极线以及两相邻数据线路所界定。
前述的调整结构可包含数组排列的多个突起与狭缝(slit)，这些突起大致排列成「之」字形且彼此平行，这些狭缝设于该像素电极。这些狭缝与这些突起是彼此交错排列，并且在一像素区域内，这些突起其中之一具有一弯折部。在此实施例中，每一个像素区域基本上被这些突起与狭缝区隔成多个区域，并且在光穿透状态时，该弯折部与相邻的数据线路之间所界定的区域会较其它区域暗。因此，在此实施例中，该第一电容电极的延伸部大致设于该弯折部与相邻的数据线路之间。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的多区域垂直配向型液晶显示器的部分上视图；
图2是图1所示液晶显示器的部分上视图，其中像素电极以及突起未绘示以简化图形；
图3是根据本发明另一实施例的多区域垂直配向型液晶显示器的部分上视图，其中像素电极以及突起未绘示以简化图形；
图4是根据本发明另一实施例的多区域垂直配向型液晶显示器的部分上视图，其中像素电极以及突起未绘示以简化图形；
图5是根据本发明再一实施例的多区域垂直配向型液晶显示器的部分上视图；
图6是根据本发明一实施例的液晶显示器的部分剖示图；以及
图7是现有液晶显示器的部分上视图。
组件代表符号简单说明
100、200、300、400：液晶显示器
102：第一衬底
102a：彩色滤光片
104：第二衬底
104a：栅极线
104b：数据线路
106：薄膜晶体管
120：像素电极
130：突起
130a：弯折部
130b：分支
140：狭缝
140a：凹口
150：液晶层
162：第一电容电极
162a：主体
162b：延伸部
162c：延伸部
162d：延伸部
164：第二电容电极
166：连接部
170：间隔件
具体实施方式
本发明提供一多区域垂直配向型液晶显示器，其具有特殊设计的存储电容。用于本发明的液晶显示器主要包含一液晶层夹设于第一衬底与第二衬底之间以及一调整结构设于两衬底的其中之一上。这些衬底的表面被垂直配向处理(例如使用一垂直配向膜)，使该液晶层所包含的液晶分子在大致无电场施加于该液晶层时大致垂直于经垂直配向处理的衬底表面。该液晶层具有负介电各向异性。该调整结构用以调整该液晶层的方位，使得当施加电压时每一像素中的液晶分子被倾斜配向而使该方位包含多个方向，藉此改善视野角度的表现。对于一常黑(Normally black)态的液晶显示器，前述液晶显示器每一个像素区域基本上被该调整结构区隔成多个区域，并且在施加电场的光穿透状态(light transmissive state)时，有些区域会较其它区域暗(当设于第一衬底上的调整结构与设于第二衬底上的像素电极的夹角出现锐角时，该处液晶分子以不同方向倾斜彼此碰撞，而造成液晶分子的排列会影响液晶显示器亮度，不规则排列的液晶分子在未施加电场状态会造成漏光，在施加电场状态会造成亮度减低，因而形成较暗区域).根据本发明的存储电容主要包含第一电容电极设于每一像素区域用以与像素电极一起形成一存储电容单元.该第一电容电极具有一主体以及至少一延伸部(或称翼部)由该主体一侧边向外延伸.为了使液晶显示器的整体显示亮度增加但仍提供一预先设定的电容，该第一电容电极的延伸部设于该像素区域内较暗的区域(在光穿透状态时).
本发明的多区域垂直配向型液晶显示器最好是一种薄膜晶体管液晶显示器。如图6所示，用于本发明液晶显示器的第一衬底102称为彩色滤光衬底(设有彩色滤光片102a以及共同电极102b)，而该第二衬底104被称为薄膜晶体管衬底。该衬底间一般设有间隔件(spacer)170用以界定该衬底之间的间隔(gap)。本领域技术人员应可理解，第一衬底也可以不设置彩色滤光片，而将彩色滤光片以及薄膜晶体管一起配置在第二衬底上。
图1是根据本发明一实施例的多区域垂直配向型液晶显示器100的部分上视图，其中用以形成薄膜晶体管的非晶半导体图案(amorphoussemiconductor pattern)未绘示以简化图形。该液晶显示器100的薄膜晶体管衬底设有多条彼此平行的栅极线(gate line)104a，多条彼此平行的数据线路104b(其垂直于该栅极线104a)，多个薄膜晶体管106及像素电极120，该薄膜晶体管106及像素电极120成矩阵式排列于该栅极线104a与数据线路104b的交叉部分。该像素电极120设于由两相邻栅极线104a以及两相邻数据线路104b所界定的像素区域内。在此实施例中，前述的调整结构由多个突起130以及狭缝140构成。当施以一电压时，该液晶层150(参见图6)中的液晶分子被引导而呈多个互相不同的方向，因此该液晶显示器100的视野角度可大幅增加。这些突起130彼此平行设于该第一衬底102上且这些突起130大致排列成「之」字形。该狭缝140设于该像素电极120。如图1所示，这些突起130是与这些狭缝140交互排列。值得注意的是，该多个突起130也可以利用在第一衬底102的共同电极102b上设置狭缝取代。
图2是图1所示多区域垂直配向型液晶显示器100的部分上视图，其中该像素电极120以及突起130未绘示以简化图形。在根据本发明的液晶显示器中，存储电容(storage capacitor，Cs)设在像素区域内。其中一栅极金属层用以形成第一电容电极162、前述的栅极线104a以及用于薄膜晶体管106的栅电极，并且一数据金属层用以形成第二电容电极164、前述的数据线路104b以及用于薄膜晶体管106的源极/汲极。在此实施例中，该电容电极162、164各具有一主体162a、164a平行于该栅极线104a的延伸方向以及一延伸部162b、164b由该主体162a、164a两侧边向外延伸。该电容电极162、164的主体162a、164a的延伸方向与该延伸部162d、164d的延伸方向不平行。该第一电容电极162的主体162a穿过该像素区域。该电容电极162、164的延伸部162b、164b大致具有一梯形轮廓。该存储电容Cs包含一连接部166用以电性连接该第二电容电极164与像素电极120使得该第二电容电极164与像素电极120一起作为该第一电容电极162的相反电极(counter electrode)。该连接部可包含一通孔，该通孔的连接可利用形成像素电极120的金属层(例如铟锡氧化物(ITO))。第一电容电极162以及相反电极形成一存储电容单元。该存储电容单元的目的在于，在TFT关闭之后一预先设定时间内，将像素电极120的电压维持在特定范围内。
如图1所示，在两相邻栅极线104a以及两相邻数据线路104b所界定的像素区域内，该突起130具有一三角形弯折部130a.在此实施例中，每一个像素区域基本上被这些突起130与狭缝140区隔成多个区域，并且在光穿透状态时，该突起130的弯折部130a与相邻的数据线路104b之间所界定的区域会较其它区域暗.因此，在此实施例中，该第一电容电极162的延伸部162b大致设于该弯折部130a与相邻的数据线路104b之间.是以，通过前述的存储电容设计，本发明可藉由减少亮度低的显示区域(也即该弯折部130a与相邻的数据线路104b所界定的区域)面积而增加亮度较高的显示区域面积(也即该弯折部130a与相邻的狭缝140所界定的区域)，因此使整体显示亮度提升.
由于间隔件170会影响其周边区域的液晶分子排列产生暗态漏光或亮态变暗的问题，因此该间隔件170最好设于每一像素区域内较暗的区域(也即该弯折部130a与相邻的数据线路104b所界定的区域)。此外，其中该间隔件170最好设于该第一电容电极162的延伸部162b与相邻主体162a所对应的区域内，藉此该第一电容电极162可有效遮蔽因间隔件170本身及间隔件170所导致的变暗区域。
图3是根据本发明另一实施例的多区域垂直配向型液晶显示器200的部分上视图，其中该像素电极120以及突起130未绘示以简化图形。除了该电容电极162、164各具有两个三角形延伸部162c、164c取代原先的梯形延伸部162b、164b之外，该显示器200大致与第二图所示的显示器100相同。该电容电极162、164的主体162a、164a的延伸方向与该延伸部162c、164c的延伸方向不平行。值得注意的是，该第一电容电极162的延伸部162b、162c皆至少包含一边缘与该第一电容电极162的主体162a夹135度(如图2与图3中θ所示)。该第二电容电极164的延伸部164b、164c也至少包含一边缘与第二电容电极164的主体162a夹135度。
图4是根据本发明另一实施例的多区域垂直配向型液晶显示器300的部分上视图，其中该像素电极120以及突起130未绘示以简化图形。除了该电容电极162、164各具有两个分岔形状的延伸部162d、164d之外，该显示器300大致与第二图所示的显示器100相同。值得注意的是，该分岔形延伸部162d与主体162a的夹角为135°(如图4中θ所示)。该分岔形延伸部164d与主体164a的夹角也为135°。在此实施例中，该电容电极162、164的主体162a、164a的延伸方向与该延伸部162d、164d的延伸方向夹135度，且该延伸部162d、164d的延伸方向大致与邻近的调整结构(参见图1的突起130)平行。
图5是根据本发明另一实施例的多区域垂直配向型液晶显示器400的部分上视图，其中除了该像素电极120的狭缝140具有多个针状凹口140a且这些突起130也有分支130b用以减少液晶排列不规则的区域，减少形成暗态漏光以及亮态变暗的区域，该显示器400大致与图1所示的显示器100相同。值得注意的是，在此实施例中，该电容电极可设计成如图2及图3所示的形状及配置方式，或是其它形状的延伸部如三边、四边、五边、八边或其它种多边形或弧形等，但不以此为限。此外，虽然在此实施例中该液晶显示器400同时设有这些凹口140a与分支130b，然而根据本发明的液晶显示器也可仅设有这些凹口140a或仅设有这些分支130b。
图7是现有液晶显示器的部分上视图，其设有一存储电容包含第一电容电极62以及第二电容电极64.值得注意的是，参见图1与图7，在提供大致相同存储电容的情况下(因为图1与图7中第一电容电极以及第二电容电极的重迭面积大致相同)，通过前述的存储电容设计，本发明可藉由减少亮度低的显示区域面积(因为设置延伸部)来增加亮度较高的显示区域面积(因为将部分电容电极配置到前述延伸部)，藉此使整体显示亮度提升.此外，本发明一般可以应用在约100×300μm大小的单一画素中，且观察者并不会发现此电容电极的延伸部分.此外，若是将之应用在较大(例如212×637μm大小)的单一画素中，观察者亦无从发现此电容电极的延伸部分.
虽然本发明已以一优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所揭露的存储电容当可应用于各种多区域垂直配向型液晶显示器之上，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当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (36)

1.一种液晶显示器，具有矩阵排列的多个像素区域，该液晶显示器至少包含：
经垂直配向处理的第一衬底及第二衬底；
一液晶层，夹设于该第一衬底及该第二衬底之间，该液晶层包含当无电场施加于该液晶层时大致垂直于该第一衬底的主要表面的液晶分子；
一调整结构，设于该第一以及第二衬底的至少其中之一上，用以调整该液晶层的方位，使得当电压施加时该液晶分子被倾斜配向而使该方位包含多个方向，其中该调整结构具有一弯折部；
像素电极，设于每一这些像素区域；
第一电容电极，设于每一这些像素区域，该第一电容电极具有一主体以及至少一延伸部由该主体一侧边向外延伸；
第二电容电极，设于每一这些像素区域，该第二电容电极具有一主体以及至少一延伸部由该主体一侧边向外延伸，其中这些像素区域包含一三角形区域，该三角形区域由该调整结构的该弯折部与邻近该调整结构的该弯折部的该像素电极的一边缘所形成，其中该调整结构与该像素电极的边缘夹持一锐角，且该第二电容电极的延伸部对应于该三角形区域而设置，其中该第二电容电极的该主体沿第一方向由该三角形区域往该三角形区域之外延伸且该延伸部沿一不平行于该第一方向的第二方向延伸；
一连接部，设于每一这些像素区域内，其用以电性连接该第二电容电极与该像素电极，使得该第二电容电极与该像素电极一起作为该第一电容电极的相反电极；以及
多个间隔件，用以在该第一衬底与该第二衬底间维持一单元间距，且这些间隔件设置于每一这些像素区域内的该三角形区域，其中，这些间隔件设置于该第二电容电极的延伸部与相邻主体所对应的区域内的多个间隔件放置位置，这些间隔件位置不同于该连接部。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第一衬底还包含有一共同电极。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，该三角形区域在光穿透状态时，为该像素区域内较暗的区域。
4.如权利要求1所述的液晶显示器，该三角形区域是由该调整结构与该像素电极所围的锐角三角形。
5.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该连接部设于该第二电容电极所对应的区域内。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，其中还包括彼此平行的多条栅极线以及彼此平行且与栅极线垂直的多条数据线路，每一这些像素区域为两相邻栅极线以及两相邻数据线路所界定。
7.如权利要求6所述的液晶显示器，其中该第一电容电极与这些栅极线由第一金属层形成，且该第二电容电极与这些数据线路由第二金属层形成。
8.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第二电容电极的延伸部大致具有一三角形轮廓。
9.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第二电容电极的延伸部大致具有一梯形轮廓。
10.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第二电容电极的延伸部至少包含一边缘与该第二电容电极的主体夹135度。
11.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第二电容电极的延伸部包含至少一分岔部。
12.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第二电容电极包含两分岔部，并且各分岔部与主体的夹角为135°。
13.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该调整结构是数组排列的多个设于该第一衬底上的突起与设于该像素电极上的狭缝，这些突起大致排列成之字形且彼此平行，这些狭缝与这些突起是彼此交互排列。
14.如权利要求13所述的液晶显示器，其中这些突起具有多个分支。
15.如权利要求13所述的液晶显示器，其中这些狭缝具有多个凹口。
16.如权利要求13所述的液晶显示器，其中更至少包括多条数据线路，在该像素区域内，这些突起其中之一具有一弯折部且该第二电容电极的延伸部大致设于该弯折部与相邻的这些数据线路之一者间。
17.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该调整结构是数组排列的多个设于该第一衬底上的第一狭缝与设于该像素电极上的第二狭缝，这些第一狭缝大致排列成之字形且彼此平行，这些第一狭缝与这些第二狭缝是彼此交互排列。
18.一种液晶显示器，其具有矩阵排列的多个像素区域，该液晶显示器至少包含：
第一衬底及第二衬底；
一液晶层，夹设于该第一衬底及该第二衬底之间；
数组排列的多个调整结构设于该第一衬底上；
一像素电极，设于该第二衬底上，其中该像素电极另包含多个数组排列的狭缝且这些狭缝是与这些调整结构交互排列，其中该像素区域被这些调整结构与这些狭缝区隔成多个区域；
多条栅极线，设于该第二衬底上；
彼此平行的多条数据线路，其中每两相邻的这些栅极线与每两相邻的这些数据线路定义出该像素区域，且该像素电极设置于像素区域内；
第一电容电极，设于每一这些像素区域，用以与该像素电极一起形成一存储电容单元，该第一电容电极具有向第一方向延伸的主体以及至少向不同于第一方向的第二方向延伸的延伸部，其中，在该像素区域内，这些调整结构其中之一具有一弯折部且该第一电容电极的延伸部大致设于该弯折部与相邻的数据线路所界定的区域内；以及
多个间隔件，用于在该第一衬底与该第二衬底间维持一单元间距，这些间隔件设置于该调整结构的该弯折部与相邻的这些数据线路其中之一者所界定的一三角形区域内。
19.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第一衬底还包含有一共同电极。
20.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第一衬底及该第二衬底经垂直配向处理，以使该液晶分子的分子轴大致垂直于该第一及该第二衬底的平面。
21.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该液晶层由具负介电各向异性的液晶材料所组成。
22.如权利要求18所述的液晶显示器，其中这些栅极线与这些数据线路垂直。
23.如权利要求18所述的液晶显示器，其中还包括：
第二电容电极，设于每一这些像素区域；以及
一连接部，设于每一这些像素区域内，其用以电性连接该第二电容电极与该像素电极，使得该第二电容电极与该像素电极一起作为该第一电容电极的相反电极。
24.如权利要求23所述的液晶显示器，其中该连接部设于该第一电容电极所对应的区域内，这些间隔件放置于与该连接部不同的放置位置。
25.如权利要求23所述的液晶显示器，其中该第一电容电极与这些栅极线由第一金属层形成，且该第二电容电极与这些数据线路由第二金属层形成。
26.如权利要求18所述的液晶显示器，其中这些调整结构是数组排列的多个突起且这些突起的主体弯折成之字形。
27.如权利要求26所述的液晶显示器，其中这些突起具有多个分支。
28.如权利要求26所述的液晶显示器，其中这些狭缝具有多个凹口。
29.如权利要求18所述的液晶显示器，其中这些调整结构设于该共同电极上数组排列的多个狭缝且这些狭缝的主体弯折成之字形。
30.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第一电容电极具有向一第一方向延伸的主体以及至少向不同于第一方向的一第二方向延伸的延伸部，该第一电容电极的延伸部大致具有一三角形轮廓且该第一电容电极的延伸部大致设于该三角形区域内。
31.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第一电容电极的延伸部大致具有一梯形轮廓。
32.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第一电容电极的延伸部至少包含一边缘与该第一电容电极的主体夹135度。
33.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第一电容电极的延伸部包含至少一分岔部。
34.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第一电容电极包含两分岔部，并且该第一电容电极的各分岔部与主体的夹角为135°。
35.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第一方向与该第二方向夹135度。
36.如权利要求18所述的液晶显示器，其中该第二方向平行于邻近的调整结构。
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