具体实施方式
图1A、1B、和1C分别是示出根据本发明的第一实施例的三种变化中的一种的LCD的框图。图2是根据图1A、1B和1C中所示的本发明的第一实施例的任何一个实施例中的LCD的像素的等效电路图,图3是根据本发明的图1A、1B和1C中所示的第一实施例的任何一个实施例的LCD中的像素的子像素的等效电路图。
如图1A、1B和1C中所示,根据本发明的第一实施例的LCD包括:液晶面板组件300;一对栅极驱动器400a和400b(图1A)或单个栅极驱动器400(图1B),其连接至液晶面板组件300;数据驱动器500,连接至液晶面板组件300;灰度电压发生器800,连接至数据驱动器500;以及信号控制器600,用于控制它们。
液晶面板组件300包括多条显示信号线(栅极线G1a-Gnb,和数据线D1-Dm)、和多个(一个阵列的)像素PX,其连接至这些显示信号线(如图2中所详细示出的那样连接),并排布成矩阵形式。如图3所示,结构上,液晶面板组件300包括彼此面对的第一基板(下面板)100和第二基板(上面板)200,以及介于这两个基板(面板)之间的液晶层3。
显示信号线(栅极线G1a-Gnb,和数据线D1-Dm)设置于第一基板(下面板)100上。这些栅极线G1a-Gnb发送栅极信号(也称之为“扫描信号”),而数据线D1-Dm发送数据信号。栅极线G1a-Gnb沿(彼此平行的)像素行的(水平)方向延伸,而数据线D1-Dm沿(彼此平行的)像素列的(垂直)方向延伸。
图2示出了一个由“a”子像素和“b”子像素组成的像素(PX)的等效电路图,这两个子像素均连接至对应的显示信号线(分别连接至栅极线GLa和GLb,以及数据线DL)。显示信号线还包括存储电极线SL。存储电极线SL(水平地)平行于栅极线GLa和GLb而延伸。
像素阵列中的每个像素PX均包括一对子像素PXa和PXb,每个子像素PXa和PXb分别包括开关元件Qa和Qb,液晶电容器CLCa和CLCb分别连接至开关元件Qa和Qb,以及存储电容器CSTa和CSTb。每个存储电容器CSTa和CSTb分别连接至对应的开关元件(Qa和Qb),并都连接至存储电极线SL。
参照图3,每个子像素PXa和PXb的开关元件Q(Qa或Qb)由形成于第一基板(下面板)100上的薄膜晶体管TFT形成。开关元件Q(Qa或Qb)是三极管器件,具有连接至栅极线GL的控制端(称为“栅极”)、连接至数据线DL的输入端(称为“源极”)、以及输出端(称为“漏极”)。开关元件Q(Qa或Qb)的漏极连接至液晶电容器CLC和存储电容器CST。
如图3所示,液晶电容器CLC包括:两个端子,其由第一基板(下面板)100的子像素电极PE和第二基板(上面板)200的共电极CE组成;以及电介质,其由设置于两个电极PE和CE之间的液晶层3组成。子像素电极PE连接至开关元件Q,共电极CE可形成于第二基板(上面板)200整个表面之上,以接收共电压Vcom。可选地,与图3中所示的结构反之,共电极CE可设置于第一基板(下面板)100之上,这样,这两个电极PE和CE中的一个或两个都以线状或条带状靠近另一电极而形成于第一基板(下面板)100上。
通过将设置于第一基板(下面板)100上的存储电极线SL与像素电极PE重叠并插入绝缘体,来形成与液晶电容器CLC并联的存储电容器CST,且将例如共电压Vcom的预定电压施加于存储电极线SL。可选地,可通过将子像素电极PE与不同行的像素的栅极线重叠并插入绝缘体,来形成存储电容器CST。
各个像素PX中的每一个优选地表现多种原色中的一种原色的光(空间分割(spatial division)),或可选地以时序(temporal order)表现每种原色(时间分割(time division)),使得像素阵列的彩色输出可感知为原色的空间或时间总和。这些原色包括红色、绿色、和蓝色。
图3示出了当每个像素在第二基板(上面板)200上具有表现一种原色的滤色器CF的情况下空间分割的实例。不同于图3中所示的结构,可选地,滤色器CF可以形成于第一基板(下面板)100上的子像素电极PE之上或之下。
如图1A、1B、和1C所示,栅极驱动器(400a和400b、或400)连接至多条栅极线G1a-Gnb,以施加栅极信号至每个子像素中的TFT的栅极(见图3)。栅极信号作为二进制信号以栅极导通(gateon)电压和栅极关断(gate off)电压(Von和Voff)发送,被从外部接收。
如图1A中所示,一对栅极驱动器400a和400b形成全栅极驱动器(类似于图1B和1C中所示的栅极驱动器400),并分别位于液晶面板组件400的左侧和右侧,并分别连接至第奇数条和第偶数条栅极线G1a-Gnb。可选地,如图1B和1C中所示,一个栅极驱动器400位于液晶面板组件300的一侧,并连接至所有的栅极线G1a-Gnb。如图1C所示,两个驱动电路401和402内建于栅极驱动器400中,并分别连接至第奇数条和第偶数条栅极线G1a-Gnb。
灰度电压发生器800产生与每个像素的两个透光率(每个子像素一个透光率)相关联的两个灰度电压设置(set)(或参考灰度电压设置)。将两个不同的灰度电压分别地供送至构成每一个像素的两个子像素。每个灰度电压设置包括相对于共电压Vcom为正值的灰度电压,和相对应共电压Vcom为负值的灰度电压。可选地,可以只生成单个(参考)灰度电压设置,而不是两个(参考)灰度电压设置。
单个数据驱动器500连接至液晶面板组件300的所有数据线D1-Dm,以从灰度电压发生器800中选择和输出两个灰度电压设置中所选的一个设置,并将一个所选灰度电压设置的灰度电压施加于子像素作为数据电压。然而,当灰度电压发生器800不提供所有灰度电压,而只提供参考灰度电压时,数据驱动器500分离这些参考灰度电压,并生成(输出)所有灰度电压。
栅极驱动器400(或400a和400b)或数据驱动器500直接安装于第一基板(下面板)100上,形式为一个或多个驱动集成电路芯片,或安装于柔性印刷电路膜(未示出)上且以带载封装(tapecarrier package,缩写为TCP)方式附着至液晶面板组件300。反之,栅极驱动器400(或400a和400b)或数据驱动器500可集成于第一基板(下面板)100上。
信号控制器600控制栅极驱动器400和数据驱动器500的操作。
下面将参照图4至图8详细说明液晶面板组件300的结构。
图4是用于根据本发明(图1A、1B、1C)的第一实施例的LCD的第一基板(下面板)100的平面图;图5是用于根据本发明的第一实施例的LCD的第二基板(上面板)200的平面图。图6是具有图4所示的第一基板(下面板)和图5所示的第二基板(上面板)的液晶面板组件的组合平面图。图7和图8分别是图6的液晶面板组件取剖线VII-VII和剖线VIII-VIII’-VIII’的剖视图。
如图4至图8所示,根据第一实施例的LCD面板组件包括:下面板100;上面板200,面向下面板100;以及液晶层3,设置于这些面板之间。
下面将参照图4、6、7和8详细说明下面板100。
在可包括透明玻璃或塑料的绝缘基板110上形成多对第一和第二栅极线121a和121b以及多条存储电极线131。
第一和第二栅极线121a和121b彼此平行(水平地)延伸,并彼此物理地分离且电分离,并发送栅极信号至子像素中的TFT的栅极。第一和第二栅极线121a和121b水平地排布。每条栅极线121a具有多个第一栅电极124a,每条栅极线121b具有多个栅电极124b。栅电极124a和124b向上和向下突起。第一和第二栅极线121a和121b还具有左侧区域加宽端部(端子)129a和129b,以连接至其他层或驱动电路。可选地,端部(端子)129a和129b排布于第一和第二栅极线121a和121b的右侧、或分别排布于其左侧和右侧。
存储电极线131水平地延伸,并且相比于第二栅极线121b,位置可更靠近第一栅极线121a。各条存储电极线131包括多个存储电极133。存储电极133为矩形形状,以相对于存储电极线131对称。然而,包括有存储电极133的存储电极线131的形状和排布可以各种方式变化。向存储电极线131施加预定电压,例如向上面板200的共电极270施加共电压。
栅极线121a和121b以及存储电极线131由基于铝的金属材料例如铝(Al)和铝合金形成,或者由基于银的金属材料例如银(Ag)和银合金形成,或者由基于铜的金属材料例如铜(Cu)和铜合金形成,或者由基于钼的金属材料例如钼(Mo)和钼合金形成,或者由铬(Cr)、钛(Ti)、或钽(Ta)形成。可选地,栅极线121a和121b以及存储电极线131可包括由物理性质不相同的两个导电层(未示出)形成的多层结构。一个导电层用低电阻常数金属材料例如基于铝的金属材料、基于银的金属材料、和基于铜的金属材料形成,使得其减少栅极线121a和121b以及存储电极线131的信号延迟或电压降。反之,另一个导电层用相对于其他材料例如铟锡氧化物ITO和铟锌氧化物IZO而言具有优异接触(附着)性的材料形成,例如基于钼的金属材料、铬、钛、和钽。该结合的优选实例是用基于铬的下层和基于铝(合金)的上层构成的结构,以及用基于铝(合金)的下层和基于钼(合金)的上层构成的结构。另外,栅极线121a和121b以及存储电极线131可以用各种或其他金属材料和导体形成。
栅极线121a和121b的侧面以及存储电极线131的侧面相对于基板110的表面倾斜,优选地为30-80°。
栅极绝缘层140由硅氮化物(SiNx)形成于栅极线121a和121b以及存储电极线131上。
在栅极绝缘层140上由氢化非晶硅(hydrogenated amorphoussilicon)(简称为a-Si)或多晶硅形成多个半导体岛(semiconductorisland)。在栅电极124a和124b上分别形成半导体岛154a和154b。
在半导体岛154a、154b、和156a上,由硅化物或其中高浓度掺杂n型杂质例如磷的n+氢化非晶硅形成多个欧姆接触。在第一和第二半导体岛154a和154b上分别设置一对第一欧姆接触163a和163b以及一对第二欧姆接触165a和165b。在第三半导体岛156a上设置第三欧姆接触166a。
半导体岛154a、154b、156a、和157a以及欧姆接触163a、163b、165a、165b、和166a的侧面相对于基板110的表面倾斜30-80°。
在欧姆接触163a、163b、165a、165b、和166a和栅极绝缘层140上形成多条数据线171和多对第一和第二漏电极175a和175b。
数据线171垂直地延伸,使得它们越过(跨过)栅极线121a和121b以及(跨过)存储电极线131,以发送数据电压至像素。各条数据线171包括多个分别延伸向第一和第二栅电极124a和124b的第一和第二源(TFT源极)电极173a和173b。各条数据线171具有宽度扩大的端部(端子)179,以便于与其他层或与外部器件进行连接。
第一和第二漏电极175a和175b与数据线171分开,分别面向围绕着栅电极124a和124b的源电极173a和173b。第一和第二漏电极175a和175b具有设置于半导体岛154a和154b上的条带状端部(端子),并具有延长部,其从条带状端部伸出,且被具有宽区域的存储电极133重叠。第一和第二漏电极175a和175b的条带状端部被U形源电极173a和173b部分地围绕。第二漏电极175b的延长部177b的面积比第一漏电极175a的延长部177a的面积小。
第一和第二薄膜晶体管Qa和Qb由以下组成:半导体岛154a和154b以及第一和第二栅电极124a和124b、第一和第二源电极173a和173b、以及第一和第二漏电极175a和175b。薄膜晶体管Qa和Qb的通道分别形成于第一和第二源电极173a和173b与第一和第二漏电极175a和175b之间的半导体岛154a和154b中。
数据线171和漏电极175a和175b优选地用难熔金属例如钼、铬、钽、和钛或它们的合金形成,或者可包括多层结构,其具有难熔金属层(未示出)和低电阻导电层(未示出)。多层结构的实例为双层结构,具有基于铬或钼(合金)的下层和基于铝(合金)的上层;以及三层结构,具有基于钼(合金)的下层、基于铝(合金)的中层和基于钼(合金)的上层。另外,数据线171和漏电极175a和175b可由各种其他金属或导体形成。
漏电极175a和175b倾斜30-80°(类似于栅极线121a和121b和存储电极线131、数据线171的侧面)。
欧姆接触163a、163b、165a、165b、和166a仅位于下层半导体岛154a、154b、156a、和157a与上层数据线171和漏电极175a和175b之间,以降低接触电阻。半导体岛154a和154b具有透过源电极173a和173b以及漏电极175a和175b而暴露的部分。半导体岛156a和157a使栅极线121a和121b以及存储电极线131的表面轮廓光滑,从而防止数据线171和漏电极175a和175b被切割。
在数据线171、漏电极175a和175b、以及半导体岛154a和154b的暴露部分上形成钝化层180。钝化层180由无机绝缘材料例如硅氮化物和硅氧化物、有机绝缘材料、或低介电常数绝缘材料形成。有机绝缘材料和低介电常数绝缘材料优选地具有4.0或低于4.0的介电常数,低介电常数绝缘材料的实例是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的a-Si:C:O和a-Si:O:F。钝化层180可以用具有光敏性的有机绝缘材料形成,可使钝化层180的表面变平。可选地,钝化层180可具有双层结构,其具有无机物下层和有机物上层,使得它表现出有机层的优异绝缘特性,且不会伤害半导体岛154a和154b的暴露部分。
穿过钝化层180形成多个接触孔182、185a、和185b,从而分别暴露数据线171的端部179以及漏电极175a和175b的延长部177a和177b。穿过钝化层180和栅极绝缘层140形成多个接触孔181a和181b,从而暴露栅极线121a和121b的端部129a和129b。
在钝化层180上用透明导电材料例如ITO和IZO、或反射性金属材料例如铝、银、和其合金形成多个像素电极190(由第一和第二子像素电极190a和190b组成)、屏蔽电极88、以及多个接触辅助件(contact assistant)81a、81b、和82。
第一和第二子像素电极190a和190b通过接触孔185a和185b物理连接且电连接至第一和第二漏电极175a和175b,以接收来自于第一和第二漏电极175a和175b的数据电压。将相对于一个输入图像信号(一个对应于一种颜色的亮度的图像数据)不同的预定电压施加于子像素电极对190a和190b,并依据子像素电极190a和190b的大小和形状确定其大小。此外,子像素电极190a和190b的面积可互不相同。例如,当第二子像素电极190b面积小于第一子像素电极190a时,它可以接收比第一子像素电极190a所接收电压高的电压。
一旦收到数据电压,子像素电极190a和190b与共电极270一起产生电场,该电场排列两个电极190(190a和190b)和270之间的液晶层3的液晶分子。
正如前面说明过的,子像素电极190a和190b与共电极270(介电液晶层3的液晶分子)形成液晶电容器CLCa和CLCb,以维持施加于它们的电压在薄膜晶体管Qa和Qb关断之后平稳。存储电容器CSTa和CSTb设置成与液晶电容器CLCa和CLCb并联,以增强电压存储能力(用于在薄膜晶体管Qa和Qb关断之后保持平稳)。通过将第一和第二子像素电极190a和190b与存储电极133相重叠以形成存储电容器CSTa和CSTb,其中第一和第二子像素电极在与其连接的漏电极175a和175b的延长部之上。
由于第一子像素电极190a面积比第二子像素电极190b大,所以第一液晶电容器CLCa的电容大于第二液晶电容器CLCb的电容。由于重叠于存储电极的第一漏电极的延长部177a面积大于第二漏电极175b的延长部177b,所以第一存储电容器CSTa的电容大于第二存储电容器CSTab的电容。因此,第一薄膜晶体管Qa的电流驱动能力应该大于第二薄膜晶体管Qb的电流驱动能力,并且第一薄膜晶体管Qa的W/L值(其中,W是通道宽度,L是通道长度)相应地高于第二薄膜晶体管Qb的W/L值。
各像素电极190的4个角被切边(edge-cut at),并且切割腿(cutleg)相对于栅极线121a和121b倾斜45°。一对(形成一个像素电极190的)第一和第二子像素电极190a和190b彼此交错(intermix),同时被间隙94分开,整个像素电极190外形基本上为矩形形状。第二子像素电极190b形状为等边梯形(equilateral trapezoid),具有梯形凹陷底部(trapezoid-hollowed base)。第二子像素电极190b基本上被第一子像素电极190a围绕。第一子像素电极190a由彼此的左边相连接的上部梯形(upper trapezoid)、下部梯形(lowertrapezoid)、以及中间梯形(middle trapezoid)相连接。第一子像素电极190a具有切口95a、95b、以及95c,其从上部梯形的顶边和下部梯形的底边延伸至它们的右边。栅极线121a在切口95a和95b之间延伸。第一子像素电极190a的中间梯形填充入第二子像素电极190b的凹陷底部。第一子像素电极190a具有沿着存储电极线131延伸的切口92,该切口92在第一子像素电极190a的左边具有入口(entrance),以及从该入口水平地延伸出水平部分。切口92的入口具有一对相对于存储电极线131倾斜45°的腿(leg)。第一和第二子像素电极190a和190b之间的间隙94包括:两对相对于栅极线121a和121b倾斜45°的上和下倾斜部分,并具有基本上相等的宽度;以及三个宽度基本上相等的垂直部分。为了方便说明,间隙94也可称之为切口。切口92、94、95a、95b、和95c相对于存储电极线131镜面对称,并相对于栅极线12la和121b倾斜45°,同时彼此垂直延伸。由于切口92、94、95a、95b、和95c导致像素电极190被划分成多个区域。
因此,像素电极190水平平分地围绕存储电极线131,分别通过切口92、94、和95a-95c将像素电极190的上半部和下半部分成4个区域。划分的区域或切口的数量根据设计因素例如像素尺寸、像素电极190的水平边比垂直边的长度比、以及液晶层3的类型或特性而变化。
第一子像素电极190a被第一和第二栅极线121a和121b重叠,第二子像素电极190b被第一栅极线12la重叠。第一栅极线121a在像素电极190的上半部的中心处延伸。
屏蔽电极88(88a)具有沿着数据线171延伸的垂直部分,以及沿着第二栅极线121b延伸的水平部分。
屏蔽电极88的垂直部分完全地重叠数据线171,其水平部分设置于栅极线121b的边界之内。屏蔽电极88通过接触孔(未示出)连接至存储电极线131,该接触孔穿过钝化层180和栅极绝缘层140;或连接至短路点(short point),用于将共电压Vcom从下面板100中继至上面板200。
屏蔽电极88接收共电压Vcom,并屏蔽在数据线171与像素电极190之间以及在数据线171与共电极270之间形成的电场,从而防止像素电极190的电压畸变和数据线171所发送的数据电压的信号延迟。
此外,像素电极190和屏蔽电极88应该彼此分开,以防止它们彼此短路。因此,像素电极190离数据线171足够远,从而使它们之间的寄生电容减少。此外,由于液晶层3的介电常数高于钝化层180的介电常数,所以当没有屏蔽电极88时,数据线171与屏蔽电极88之间的寄生电容小于数据线171与共电极270之间的寄生电容。
此外,由于像素电极190和屏蔽电极形成于同一层上,它们之间的距离相等,因此它们之间的寄生电容基本上恒定。为了使开口率的缩小最小化,优选地使屏蔽电极88与像素电极190之间的距离最小化。
然而,当必要时,可以省略该屏蔽电极88。
接触辅助件81a、81b、和82分别通过接触孔181a、181b、和182连接至栅极线121a和121b的端部(端子)129a和129b以及数据线171的端部(端子)179。接触辅助件81a、81b、和82用于增加栅极线121a和121b的端部(端子)129a和129b与数据线171的暴露端部(端子)179和外部器件之间的附着性,并用于保护它们。
在像素电极190、屏蔽电极88、接触辅助件81a、81b、和82、以及钝化层180上形成对准层11,用于排列液晶层3。对准层11可以是水平对准层。
下面将参照图5至图8详细说明第二基板(上面板)200。
挡光件220用于防止光的泄漏,其称之为黑底(black matrix),形成于用透明玻璃制成的绝缘基板210上。挡光件220具有多个形状相同和位置的开口部作为像素电极190。可选地,挡光件220可形成于与数据线171相对应的部分之上,和形成于与薄膜晶体管Qa和Qb相对应的部分之上。然而,挡光件220可形成为各种形状,以防止像素电极190和薄膜晶体管Qa和Qb周围光的泄漏。
在绝缘基板210上形成多个滤色器230。滤色器230大部分设置于挡光件220的开口部分(被挡光件围绕的区域)内,它们垂直地且纵向地沿着像素电极190延伸。滤色器230可表现三原色红、绿、和蓝中的一种。
在滤色器230之上和在挡光件220之上形成透明覆盖层250,以防止滤色器230露出,以及提供平坦的表面。
在覆盖层250上用透明导电材料例如ITO和IZO形成共电极270。
如图5所示,共电极270包括多组切口73、74、75a、75b、76a、和76b。
切口组73-76b面向一个像素电极190,它们包括:中间切口73和74,上部切口75a和76a、以及下部切口75b和76b。如图6所示,切口73-76b位于像素电极190的相邻切口92-95c之间,并位于像素电极190的角部与外围电极95a-95c之间。此外,各个切口73-76b包括至少一个平行于像素电极190的切口92-95c而延伸的倾斜部分。
上部和下部切口75a-76b包括:从像素电极190的右边延伸向其底边或顶边的倾斜部分,以及水平部分和垂直部分,其从倾斜部分的各个端部沿着像素电极190的各条边延伸,同时与这些边相重叠并与倾斜部分成钝角。
第一中间切口73包括:一对倾斜部分,其从存储电极133倾斜地延伸向像素电极190的左边;以及垂直端部,其从倾斜部分的端部沿着像素电极190的左边延伸,同时与像素电极190的左边相重叠并与倾斜部分成钝角。第二中间切口74包括:垂直部分,其沿着像素电极190的右边延伸,同时被重叠在它们之间;一对倾斜部分,其从垂直部分的各个端部延伸向像素电极190的左边;以及垂直端部,其从倾斜部分的端部沿着子像素电极190b的左边延伸,同时与左边相重叠并与倾斜部分成钝角。
在切口73-76b的倾斜部分处形成三角形凹口。这些凹口可以形成为矩形、梯形、或半圆形形状,或者它们可以是凹形或者凸形的。这些凹口确定了位于对应于切口73-76b的局部边界处的液晶分子3的排列。
切口73-76b的数量可以根据设计因素而变化,挡光件220可以与切口73-76b相重叠,以防止切口73-76b周围光的泄漏。
由于向共电极270和屏蔽电极88施加相同的共电压,所以在这些电极之间不存在电场。因此,设置于共电极270与屏蔽电极88之间的液晶分子持续地保持其初始的垂直排列状态,入射至它的光被阻截。
在共电极270和覆盖250上形成对准层21,以排列液晶层3。对准层21可以是水平对准层。
在面板100和200的外表面上设置偏光器12和22,典型地,这两个偏光片12和22的光透射轴相互垂直。这两个偏光器12和22的光透射轴(或者其光吸收轴)中的一个沿水平方向行进。当是反射型LCD时,可以省去这两个偏光器12和22中的一个。
液晶层3可具有负介电各向异性(negative dielectricanisotropy),液晶层3的液晶分子不施加电压(无电场)时可以相对于两个面板的表面垂直地排列。
当向共电极270施加共电压并向像素电极190施加数据电压时,在面板100与200之间的液晶层3上产生电场。电极190和270的切口92-95c和73-76b使该电场变形,并在切口92-95c与73-76b的侧(边)之间产生电场分量。
因此,该电场局部地相对于面板100和200的表面之上和之间的方向倾斜。因而,液晶分子响应于该变形电场而排列,使得其指向矢(director)沿向该变形电场。此时,围绕像素电极190的切口92-95c和73-76c以及多条边而形成的电场不是平行于液晶分子的指向矢而延伸,而是相对于指向矢倾斜预定的角度。因此,液晶分子以短运动距离的方向在液晶分子与电场之间的平面上旋转。从而,像素电极190的一组切口92-95c和73-76b以及多条边将设置于像素电极190上的液晶层3部分划分成多个区域,其中,液晶分子的倾斜方向彼此不同,因此使得参考视角扩大了。
可以用突起部或凹陷部代替至少一个切口92-95c和73-76b,切口92-95c和73-76b的形状和排布可以改变。
下面将更详细地说明根据第一实施例的LCD的显示操作。
信号控制器600(从外部图形控制器中,未示出)接收输入图像(彩色图像数据)信号R、G和B以及用于控制其显示的输入控制信号,例如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK、以及数据启动信号DE。信号控制器600按照液晶面板组件300的操作条件,适当地处理图像(彩色图像数据)信号B、G、和B。基于输入(彩色图像数据)图像信号R、G、和B以及输入控制信号,信号控制器600产生栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2。信号控制器600发送栅极控制信号CONT1至栅极驱动器400,以及发送数据控制信号CONT2和处理的图像信号DAT至数据驱动器500。
栅极控制信号CONT1包括:扫描启动信号STV,用于指令开始扫描“栅极导通”电压Von;以及至少一个时钟信号,由于控制“栅极导通”电压Von的输出。
数据控制信号CONT2包括:水平同步启动信号STH,用于向一行像素行通知数据发送;装载信号LOAD,用于将相关数据电压施加于数据线D1-Dm;以及数据时钟信号HCLK。数据控制信号CONT2可包括反转信号RVS,用于将数据电压相对于共电压Vcom的极性(以下称之为“数据电压的极性”)反转。
数据驱动器500根据来自于信号控制器600的数据控制信号CONT2,接收用于一对子像素PXa和PXb的图像数据DAT,并从来自于灰度电压发生器800的两组灰度电压中选择一组灰度电压。数据驱动器500还从所选组的灰度电压中选择对应于各个图像数据DAT的灰度电压,然后适当地将图像数据DAT转换成数据电压,以将它们发送至相关数据线D1-Dm。
可选地,分离的外部选择电路(未示出)可从两组灰度电压中选择一组灰度电压,然后将它们发送至数据驱动器500。此外,灰度电压发生器800可提供值变的参考电压,并且数据驱动器500可分解该参考电压,以生成灰度电压。
栅极驱动器400根据来自于信号控制器600的栅极控制信号CONT1,将“栅极导通”电压施加于栅极线G1a-Gnb,以导通连接至栅极线G1a-Gnb的开关元件Qa和Qb,从而,将施加于数据线D1-Dm的数据电压经由导通的开关元件Qa和Qb施加于相关子像素PXa和PXb。
施加于子像素PXa和PXb的数据电压与共电压Vcom之间的差异表现为液晶电容器CLC的充电电压,即,表现为像素电压。液晶分子根据像素电压的大小取向,从而使通过液晶层3的光的偏振性改变。该偏振性变化通过附着至基板(面板)100和200的偏振器(未示出)而表现为透光率的变化。
上述的两组灰度电压显示不同的伽马曲线(gamma curve),由于将其施加于两个子像素PXa和PXb,所以一个像素PX的伽马曲线变成了它们的混合曲线。当确定了两组灰度电压时,使产生的混合伽马曲线更接近正面参考伽马曲线。例如,使正面混合伽马曲线对应于最优确定的正面参考伽马曲线,使产生的侧面混合伽马曲线最接近正面参考伽马曲线。这样,可增强侧面可视性。
如前面描述过的,可使创建的第二子像素电极190b的接收较高电压的区域小于第一子像素电极190a的该区域,以减少侧面伽马曲线的变形。例如,当第一子像素电极190a比第二子像素电极190b的面积比为2∶1时,侧面伽马曲线变得接近于正面伽马曲线,从而可增强侧面可视性。
数据驱动器500和栅极驱动器400以1/2水平周期(或1/2H,水平同步信号Hsync的半个周期)重复该同一操作。这样,将“栅极导通”电压依次地逐行地施加于一帧的所有栅极线G1a-Gnb,从而将数据电压施加于所有像素PX。当一帧终止时,下一帧开始,控制施加于数据驱动器500的反转信号,以使施加于对应像素PX的数据电压的极性与前一帧中的极性相反(“帧反转”)。此时,可根据反转信号RVS在一帧内平稳的特性将流过一条数据线的数据电压的极性反转(例如,行反转或点反转),或可使同时流过相邻数据线的数据电压的极性彼此相反(例如,列反转或点反转)。
同时,如图3所示,由于当将“栅极导通”电压Von转换成“栅极关断”电压Voff时开关元件Q的控制端和输出端之间的寄生电容Cgd导致的耦合,使得产生由下面的等式1限定的反冲电压(kickback voltage)Vk,并降低施加于像素电极PE的电压。
等式1
其中,ΔVg是“栅极导通”电压Von与“栅极关断”电压Voff之间的电压差。
对于根据本发明的第一实施例的LCD,第一和第二子像素电极PXa和PXb的反冲电压Vka和Vkb的大小基本上相同。第一和第二子像素电极PXa和PXb的液晶电容器CLCa和CLCb的电容值取决于第一子像素电极190a比第二子像素电极190b的面积比,寄生电容Cgda和Cgdb也取决于该设计因素。因此,适当地控制第一和第二漏电极175a和175b与存储电极133相重叠的面积,以使产生的第一和第二存储电容CSTa和CSTb的电容值能够使得反冲电压Vka和Vkb相等。另外,可使施加于第一和第二子像素电极PXa和PXb的栅极信号互不相同。例如,使多个“栅极导通”电压的大小不相同,以控制ΔVg的值,从而使反冲电压Vka和Vkb的大小相等。这样,将第一和第二子像素PXa和PXb的反冲电压Vka和Vkb的大小控制为相等,从而防止显示屏闪烁。
下面将参照图9和图10详细说明根据本发明的第二实施例的LCD。
图9是根据本发明的第二实施例的LCD的框图,图10是图9的根据本发明的第二实施例的LCD的像素(PX)的等效电路图。
根据本发明的第二实施例的LCD包括:液晶面板组件301;连接至液晶面板组件301的栅极驱动器403和数据驱动器501;连接至数据驱动器501的灰度电压发生器801;以及用于控制它们的信号控制器601。
液晶面板组件301包括:多条显示信号线G1-Gn和D1-D2m;以及连接至这些信号线并排布成矩阵形式的多个(一个阵列的)像素PX。
显示信号线(G1-Gn,和数据线D1-D2m)包括:多条栅极线G1-Gn,用于发送栅极信号至像素PX;以及多条数据线D1-D2m,用于发送数据信号至像素PX。栅极线G1-Gn沿基本上彼此平行的像素行方向(水平地)延伸,而数据线D1-D2m沿基本上彼此平行的像素列方向(垂直地)延伸。数据线D1-D2m设置于每列中每个像素PX的两边。除了栅极线G1-Gn和数据线D1-D2m之外,显示信号线还可包括平行于栅极线G1-Gn延伸的存储电极线。
图10示出了一个像素PX和连接至该像素的显示信号线的等效电路图。连接至每个像素PX的显示信号线包括标记为GL的栅极线、标记为DLa和DLb的数据线、以及平行于栅极线GL延伸的存储电极线SL。
各像素PX中的每一个均包括一对子像素PXc和PXd。各子像素PXc和PXd包括:开关元件Qc和Qd,其连接至共用栅极线GL并连接至数据线DLa和DLb,以及连接至液晶电容器CLCc和CLCd和连接至它们的存储电容器CSTc和CSTd。
各子像素PXc和PXd基本上相同于图3中所示的各子像素,因此这里不再赘述。
灰度电压发生器801产生两组与子像素PXc和PXd的透光率相关的灰度电压。两组灰度电压中的一组相对于共电压是正值,另一组是负值。
栅极驱动器403连接至液晶面板组件301的栅极线G1-Gn,以将来自于外部的“栅极导通”和“栅极关断”电压Von和Voff施加于栅极线G1-Gn。
数据驱动器501连接至液晶面板组件301的数据线D1-D2m,以从灰度电压发生器801中选择灰度电压,然后将它们施加于每个像素PX的子像素PXc和PXd作为数据信号。
信号控制器601控制栅极驱动器403和数据驱动器501的操作。
下面将参照图11和图12详细说明液晶面板组件301的结构。
图11是根据本发明的第二实施例(图9)的液晶面板组件301中的各像素PX的平面图,图12是图11的液晶面板组件301中的像素PX取剖线XII-XII的剖视图。
如图11和图12所示,液晶面板组件包括:第一基板(下面板)101;第二基板(上面板)201,面向第一基板(下面板)101;以及液晶层3,设置于这些基板(面板101和201)之间。
首先来详细说明第一基板(下面板)101。
在(例如,由透明玻璃制成的)绝缘基板110上形成多条栅极线121和多条存储电极线131a。
栅极线121水平地延伸并彼此分开,它们发送栅极信号。每条栅极线121包括:多个突起,其形成多个栅电极124c和124d;以及宽端部129,用于与其他层或外部器件连接。
每条存储电极线131a水平地延伸,并包括多个形成存储电极133a和133b的突起。存储电极133a和133b相对于存储电极线131a为矩形形状对称。第一存储电极133a的面积大于第二存储电极133b的面积。
由硅氮化物(SiNx)在栅极线121之上和在存储电极线131a之上形成栅极绝缘层140。
在栅极绝缘层140上由氢化非晶硅或多晶硅形成多个半导体岛154c、154d、156b、和157b。在栅电极124c和124d上分别形成半导体岛154c和154d。
在半导体岛154c、154d、156b、和157b上,由硅化物或其中以高浓度掺杂n型杂质例如磷的n+氢化非晶硅形成多个欧姆接触163c、163d、165c、165d、166b、和167。在第一和第二半导体岛154c和154d上设置一对第一和第三欧姆接触163c和163c以及一对第二和第四欧姆接触163d和165d,以及在第三和第四半导体岛156b和157b上设置第五和第六欧姆接触166b和167。
在栅极绝缘层140和欧姆接触163c、163d、165c、165d、166b、和167上形成与这些数据线分离的多条数据线171a和171b以及多个漏电极175c和175d。
数据线171a和171b垂直地延伸,越过栅极线121和存储电极线131,以发送数据电压。数据线171a和171b包括多个延伸向栅电极124c和124d的源电极173c和173d,以及宽度扩大的端部179a和179b,以与其他层或与外部器件进行连接。
第一和第二漏电极175c和175d与数据线171a和171b分开,分别面向围绕着栅电极124c和124d的源电极173c和173d。第一和第二漏电极175c和175d具有设置于半导体岛154c和154d上的条带状端部,并具有宽区域延长部177c和177d,其分别从条带状端部伸出,并与存储电极133a和133b相重叠。条带状端部被U形源电极173c和173d部分地围绕。第二漏电极175d的延长部177d的面积比第一漏电极175c的延长部177c的面积小。
第一和第二薄膜晶体管Qc和Qd由以下形成:第一和第二栅电极124c和124d、第一和第二源电极173c和173d、以及第一和第二漏电极175c和175d与半导体岛154c和154d。薄膜晶体管Qc和Qd的通道分别形成于第一和第二源电极173c和173d与第一和第二漏电极175c和175d之间的半导体岛154c和154d处。
欧姆接触163c、163d、165c、165d、166b、和167仅位于下层半导体岛154c、154d、156b、和157b与上层数据线171a和171b和漏电极175c和175d之间,以降低接触电阻。岛形的半导体岛154c和154d具有透过源电极173c和173d以及漏电极175c和175d暴露的部分。半导体岛156b和157b使栅极线121以及存储电极线131a的表面轮廓光滑,从而防止数据线171a和171b和漏电极175c和175d被切割。
在数据线171a和171b、漏电极175c和175d、以及半导体岛154c和154d的暴露部分上形成钝化层180。
在钝化层180处形成多个接触孔185c、185d、182a、和182b,以使它们分别暴露漏电极175c和175d的延长部177c和177d,以及数据线171a和171b的端部(端子)179a和179b。在钝化层180和栅极绝缘层140处形成多个接触孔181,以使它们暴露栅极线121的端部(端子)129。
在钝化层180上形成多个具有第一和第二子像素电极191a和191b的像素电极191、屏蔽电极88b、以及多个接触辅助件81、82a、和82b。第一和第二子像素电极191a和191b通过接触孔185c和185d物理连接且电连接至第一和第二漏电极175c和175d,以接收来自于第一和第二漏电极175c和175d的数据电压。将相对于一个输入图像(数据)信号不同的预定数据电压施加于每对子像素电极191a和191b,并且其大小取决于子像素电极191a和191b的大小和形状。此外,子像素电极191a和191b的面积可互不相同。例如,第二子像素电极191b可以接收比施加于第一子像素电极191a的电压高的电压,且面积可小于第一子像素电极191a。
子像素电极191a和191b收到数据电压,同时共电极270产生电场,该电场确定两个电极191和270之间的液晶层的液晶分子的排列。
正如前面说明过的,各子像素电极191a和191b与共电极270形成液晶电容器CLCc和CLCd,以在薄膜晶体管Qc和Qd关断之后维持施加电压平稳。通过将第一和第二子像素电极191a和191b以及与其连接的漏电极175c和175d的延长部177c和177d与存储电极133a和133b相重叠,以将存储电容器CSTc和CSTd与液晶电容器CLCc和CLCd并联连接,以增强电压存储能力。
由于第一子像素电极191a面积比第二子像素电极191b大,所以第一液晶电容器CLCc的电容大于第二液晶电容器CLCd的电容。由于存储电极133a和与其重叠的第一漏电极175c的延长部177c在面积上大于存储电极133b和与其重叠的第二漏电极175d的延长部177d,所以第一存储电容器CSTc的电容大于第二存储电容器CSTd的电容。因此,第一薄膜晶体管Qc的电流驱动能力应该大于第二薄膜晶体管Qd的电流驱动能力,因此第一薄膜晶体管Qc的W/L值可以高于第二薄膜晶体管Qd的W/L值。
形成一个像素电极191的一对第一和第二子像素电极191a和191b彼此结合,同时在它们之间插有间隙93,像素电极191的外形基本上为矩形形状。第二子像素电极191b形状为旋转的等边梯形,具有梯形凹陷底部。第二子像素电极191b基本上被第一子像素电极191a围绕。第一子像素电极191a由彼此的左边相连接的上部梯形、下部梯形、以及中间梯形形成。第一子像素电极191a的中间梯形填充入第二子像素电极191b的凹陷底部。第一和第二子像素电极191a和191b之间的间隙93包括:两对相对于栅极线121a和121b倾斜45°的上和下倾斜部,并具有基本上相等的宽度;以及三个宽度基本上相等的垂直部分。为了方便说明,间隙93也可称之为切口。
第一子像素电极191a具有切口96a、96b、97a、和97b,其从上部梯形的顶边和下部梯形的底边延伸向其右边。第一子像素电极191a具有沿着存储电极线131a延伸的切口91和92a,切口91和92a具有沿水平方向从中心伸出的水平部分,一对相对于存储电极线131a倾斜45°的腿。第二子像素电极191b具有从其左边延伸向右边的切口94a和94b。切口91、92a、94a、96a、96b、97a、和97b相对于存储电极线131基本上镜面对称,并且它们彼此垂直延伸,同时相对于栅极线121倾斜45°。像素电极191的上半部和下半部分别被切口91-97b划分成8个区域。
屏蔽电极88b具有沿着数据线171a和171b延伸的垂直部分,以及沿着栅极线121延伸的水平部分。屏蔽电极88b的垂直部分完全地覆盖数据线171a和171b,并且其水平部分也完整地覆盖栅极线121。
屏蔽电极88b屏蔽形成于数据线171a和171b与像素电极191之间以及数据线171a和171b与共电极270之间形成的电场,从而减少像素电极191的电压失真以及数据线171a和171b所发送的数据电压的信号延迟。为了防止像素电极191与屏蔽电极88b之间的短路,它们被彼此分开,因此,像素电极191远离数据线171a和171b,从而使它们之间的寄生电容减少。
接触辅助件81、82a、和82b分别通过接触孔181、182a、和182b连接至栅极线121的端部(端子)129以及数据线171a和171b的端部(端子)179a和179b。
在像素电极191、接触辅助件81、82a、和82b、以及钝化层180上形成对准层11,用于排列液晶层3。
下面将参照图11和图12详细说明第二基板(上面板)201。
在(例如,用透明玻璃制成的)绝缘基板210上依次地形成挡光件200、多个滤色器230、覆盖层250、以及共电极270。
共电极270对应于(重叠于)一个像素的部分包括多组切口71、72、73a、74a、75c、75d、76c、76d、77a、77b、78a、和78b。从而,共电极270具有多组切口71-78b。
切口组71-78b面向一个像素电极191,并包括:中间切口71、72、73a、和74a;上部切口75c、76c、77a、和78a;以及下部切口75d、76d、77b、和78b。切口71-78b排布于像素电极191的左边的中心处,像素电极191的相邻切口91-97b之间,并位于外围切口97a和97b与像素电极191的多个角部之间。此外,各个切口72-78b包括至少一个平行于像素电极191的切口91-97b的倾斜部分。
下部和上部切口75c-78b包括:从像素电极191的右边延伸向其底边或顶边的倾斜部分;以及水平部分和垂直部分,其从倾斜部分的各个端部沿着像素电极191的各条边延伸,同时与这些边相重叠并与倾斜部分成钝角。
第一中间切口71包括:垂直端部,其沿着像素电极191的左边延伸,同时与其相重叠;以及水平部分,其从垂直部分沿着存储电极线131a延伸。第二和第三中间切口72和73a包括:水平部分,其沿着存储电极线131a延伸;一对倾斜部分,其从水平部分延伸向像素电极191的左边,相对于存储电极线131a倾斜;以及垂直端部,其从倾斜部分的端部沿着子像素电极191的左边延伸,同时与左边相重叠,并与倾斜部分成钝角。第四中间切口74a包括:垂直部分,其沿着像素电极191的右边延伸,同时与其相重叠;一对倾斜部分,其从垂直部分的各个端部延伸向像素电极191的左边;以及垂直端部,其从倾斜部分的端部沿着第二子像素电极191b的左边延伸,同时与左边相重叠,并与倾斜部分成钝角。
在切口72-77b的倾斜部分处形成三角形凹口。这些凹口可以形成为矩形、梯形、或半圆形形状,或者它们可以是凹形或者凸形的。
在共电极270和覆盖层250上形成对准层21,以排列液晶层3。
在面板101和201的外表面上设置偏光器12和22。
根据本发明的LCD的显示操作基本上与前面实施例的有关显示操作相同,因此这里不再赘述。
相同于根据第二实施例的LCD,可将第一和第二子像素PXc和PXd的反冲电压调节为基本上相同。第一和第二子像素电极PXc和PXd的液晶电容器CLCc和CLCd的电容值取决于第一子像素电极191a比第二子像素电极191b的面积比,寄生电容Cgda和Cgdb也取决于该设计因素。因此,适当地控制第一和第二漏电极175a和175b与存储电极133a和133b相重叠的面积,以使产生的第一和第二存储电容CSTc和CSTd的电容值能够使得反冲电压Vkc和Vkd相等。这样,将第一和第二子像素PXc和PXd的反冲电压Vkc和Vkd的大小控制至相等,从而防止显示屏闪烁。
此外,使创建的第二子像素电极191b接收较高电压的面积小于第一子像素电极191a的该面积,从而减少侧面伽马曲线的畸变。例如,可使创建的第一子像素电极191a比第二子像素电极191b的面积比为约2∶1,从而增强侧面可视性。
图1至图8所示的LCD的很多特征也是图9至图12所示的LCD的特征。
下面将参照图13详细说明根据本发明的第三实施例的LCD的像素PX。
图13是根据本发明的第三实施例的LCD的像素阵列中的像素PX的等效电路图。
图13示出了显示信号线(GL、DL、SLa、SLb)和一个像素PX的两个子像素的等效电路图。显示信号线包括:标记为GL的栅极线;标记为DL的数据线;以及一对第一和第二存储电极线SLa和SLb,其基本上平行于栅极线GL而延伸。
各像素PX包括一对子像素PXe和PXf。子像素PXe和PXf分别包括:开关元件Qe和Qf,连接至栅极线GL和数据线DL;液晶电容器CLCe和CLCf,连接至这些开关元件;以及存储电容器CSTe和CSTf,其连接至开关元件Qe和Qf以及存储电极线SLa和SLb。
第一和第二存储电极线SLa和SLb接收第一和第二共电压Vcom1和Vcom2。第一和第二共电压Vcom1和Vcom2在相差180°的高电压与低电压之间振荡(swing)。将一个数据电压施加于对应的子像素PXe,然后通过栅极信号启动该像素,然后对其充电。根据施加于各存储电极线SLa和SLb的第一和第二共电压Vcom1和Vcom2,将子像素PXe和PXf处充电的像素电压转换成高电压和低电压(或者低电压和高电压),使它们彼此产生差异。这样,子像素PXe和PXf收到不同的像素电压,从而增强了侧面可视性。
在具有根据第三实施例的结构的实施例中,使第一和第二子像素电极PXe和PXf的反冲电压Vke和Vkf的大小基本上相等。可以使第一和第二子像素PXe和PXf的液晶电容器CLCe和CLCf的电容值彼此不同,也可根据该设计因素使寄生电容Cgde和Cgdf彼此不同。因此,可适当地将第一和第二存储电容器CSTe和CSTf的电容值控制至使反冲电压Vke和Vkf的大小相同。这样,将第一和第二子像素PXe和PXf的反冲电压Vke和Vkf的大小控制至相等,从而防止显示屏闪烁。
根据本发明的各实施例,将一个像素分成两个子像素,将不同的数据电压分别地施加给(或提供给(evolved in))这两个子像素,从而增强侧面可视性。此外,两个子像素具有彼此不同的面积大小,从而减少侧面伽马曲线的畸变。例如,可将两个子像素的存储电容设计为使每个子像素的反冲电压相等,从而防止显示图像质量受损例如闪烁。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。