TWI363914B - Liquid crystal display - Google Patents

Description

1363914 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種液晶顯示器’特別是一種能夠增 進廣視角品質之液晶顯示器與畫素單元。 【先前技術】

液晶顯示器已被廣泛地使用在各種電子產品中，例 如：電腦螢幕或電視等等。為了提供廣視角，富士通 (Fujitsu )公司於1997年提出一種多區域垂直配向 (Multi-Domain Vertical Alignment，MVA)技術》MVA技術 可以獲得160度的視角，而且也可提供高對比以及快速響應 的優秀表現。然而’ MVA技術有一個極大之缺點，即是當 斜視時對人的皮膚顏色，尤其是亞洲人皮膚顏色，會產生 色彩淡化之色偏（color shift)現象。

第1圖係繪示一使用MVA技術的顯示面板之灰階電壓 與透射率的關係圖，其中橫軸係表示灰階電壓，單位為伏 特（V)，以及縱軸係表示透射率（transinittance)。當人眼正視 此液晶顯示器時，其透射率與電壓之關係曲線是以虛線1〇1 表示’當所施加之灰階電壓增加時，其透射率隨之改變。 而當人眼以一傾斜角度斜視此液晶顯示器，其透射率與電 壓之關係曲線是以虛線102表示，雖然施加電壓增加其透射 率亦隨之改變，但在區域1〇〇中，其透射率之變化並未隨著 施加電壓之增加而增加，此為造成色偏之主要原因。 傳統上解決上述問題之方法，係藉由在一畫素中形成 兩組可產生不同透射率與灰階電壓關係曲線之次晝素來補 5 1363914 償斜視時之透射率與灰階電壓之關係曲線。參閱第2圖所 不，其中之虛線201為原本之透射率與灰階電壓之關係曲 線，而另一虛線202則為同一畫素中之另一次畫素所產生之 透射率與灰階電壓之關係曲線。藉由虛線2〇1與虛線2〇2兩 者間之光學待性之混合，可獲至一較平滑之透射率與灰階 電壓之關係曲線，如第2圖中之實線2〇3所示。 然而 上述精由於一畫素單元甲形成多個次晝素來補 償光學特性之方法，在相鄰圖框中常會發生影像殘留之現 象。此係因為每-畫素具多個次畫素，而每一次畫素在對 應薄膜電晶體關閉之瞬間，其所儲存之資料電壓會產生不 同程度之電麗變化’藉以補償透射率與灰階電壓關係曲 線。但是，這種不同程度之電壓變化，會使得一晝素中各 資料電廢，在對應一相同共通電壓時，：相鄰兩 圖框會產生不同之眘粗 心㈣刚題。電壓大小而造成影像殘留㈣6

推β因此如何在一晝素中產生兩個次畫素，且不會有影 像殘留之問題’即成為本發明追求之目標。 【發明内容】 於-i:!提：一種液晶顯示器，包含：-電晶體，配置 層、：面積為：電容’其係依序由-第-導電層、-絕緣 ^ sem之半導體層與一第二導電層堆疊於該基 板上而形成，且 ⑤涊基 ,a _茨電谷耦接於該電晶體，其中，哕筮-道 電層具有-面積為A之笛一該第-導

Lc〇n < As 體層重疊，且A /第-區域第-區域與該半導 em 1363914 【實施方式】 在不限制本發明之精神及應用範圍之下，以下即以複 數個實施例，介紹本發明之實施；熟悉此領域技藝者，在 瞭解本發明之精神後，當可應用本發明之液晶顯示器結構 於各種不同之液晶顯示器中。 參閱第3A圖所示為一金屬_絕緣體_半導體_金屬（MIS) 之電谷結構剖視示意圖。在第一導電層4〇丨與第二導電層 402間，夾有絕緣層4〇3與半導體層4〇4、高摻雜半導體層 405’其中半導體層4〇4可為一非晶矽層，高摻雜半導體層 4〇5則可為一 n型摻雜非晶矽層。它與一般電容的區別在 於，其電容值並不是恆定的，且通常與施加在第一導電層 4〇1和第二導電層術間之電壓差（id有關，故亦 稱為電壓控制電容。此外，本實施例中之MIS電容結構， 其第一導電層401之面積係大於半導體層404之面積，第 -導電層4G2之面積相當於高摻雜半導體層之面積， 而第導電層401、第二導電層402、絕緣層403與半導體 層404間之面.積則彼此不相同，藉此可增加mis電容值匸 之變化範圍，進而得到較佳的色偏改善效果。另外，熟悉 此領域技藝者仍可視實際需求，調整第一導電"i之面 積與半導體層404之面積間的關係，比如：第一導電層4〇ι 之面積小於半導體層4〇4之面積。 第3B圖所示為第3A圖的順電容之剖視圖與其頂視 圖間之對應關係。其中，當施加於第一導電層4〇1上之電 壓（vM1)’大於施加於第二導電層術上之電壓與 7 一臨界電壓（vth)之和時，可提高第二導電層4〇2與半導體 層404之導通狀態，使半導體層4〇4為〇N狀態，而作為 MIS電容之電極。因此，電極間之距離為第一導電層4〇1 與半導體層404間之絕緣層厚度,而MIS電容之面積

Con = £in, sem

則由半導體層404之面積Asem所決定，其電容值c⑽為： A d ms 其中’ ε ins為絕緣層403之介電常數。 第3C圖所示為MIS電容之剖視圖與其頂視圖間之對 應關係。其中’第二導電層402具有一第一區域4〇21與一 第二區域4022’第一區域4021係與半導體層4〇4重疊，第 二區域4022則不與半導體層404重疊。當施加於第一導電 層401上之電壓（vM|)，小於施加於第二導電層4〇2上之 電壓（Vw)與臨界電壓（Vth)之和時，可降低第二導電層 402與半導體層404之導通狀態，使半導體層4〇4為〇FF 狀態。因此，MIS電容之電極改為第二導電層4〇2與高摻 雜半導體層405,而電極間之距離則為第一導電層4〇1與高 換雜半導體層405之間距，即絕緣層厚度山^與半導體層厚 度dsem之和’且MIS電容之面積係由第一區域4〇21之面積 Acon所決定，其電容值Cw為：

C

A con off d d ins € ins ε 其中’ esem為半導體層404之介電常數，i 大於 con

A 換言之，本發明之MIS電容結構係根據施加於第一導 1363914 電層40卜第二導電層術之電壓與臨界電壓之關係，來變 ，MIS電容結構之有效面積與距離，以定義mis電容之電 容值’並可故大電容值C之變化範圍如下：

C0ff<C<Cm . βρ ^C<sins^L ^ins esem

第3D圖所示為根據本發明一實施例MIS電容之頂視 圖，其中繪示出第一導電層401、第二導電層4〇2與半導體 層404，第二導電層4〇2係位於半導體層4〇4之上其中， 第一導電層402具有一第一邊緣，半導體層4〇4具有一第 二邊緣，第一邊緣與第二邊緣相鄰，並具有一第一距離山。 其中，當半導體層404由一非晶矽層所構成時，較佳的設 計參數為i〇#m ;唯，若此半導體層4〇4為一單晶矽 層或一多晶矽層時，此第一距離4亦有可能大於1〇 # m。

根據本發明之另一實施例，第二導電層4〇2亦可由第 一部分402a和第二部分402b連接形成，如第3E圖所示。 其中，第一部分402a和第二部分402b與半導體層404重 疊部分之面積和’係小於半導體層404之面積，且第一部 分402a和第二部分402b彼此電性連接，並分據於半導體 層4〇4上之兩側，即第一部分4〇2a和第二部分402b相距 一第二距離1 ’且d2 $ 20 // m。根據本實施例之結構，由 於使用第一部分402a和第二部分402b的緣故，因此於操 作之過程中，可加速半導體層404之反轉速度，亦即加速 亭導體層404在ON狀態與OFF狀態間之切換速度。 請參閱第4圖，其為根據本發明之實施例的畫素單元 9 1363914 概略圖示。畫素單元300，包含兩次晝素302和304。 其中次畫素302包含一薄膜電晶體3021，其閘極連接 於掃描線306，汲極連接於資料線308，源極則連接於畫素 電極3022，其中晝素電極3022和一偏壓Vbias構成儲存電 容3023，畫素電極3022和共通電極VC(m構成液晶電容 3024。 薄膜電晶體3021之源極和閘極間則具有一寄生電容

3025。 而次晝素304包含一薄膜電晶體3041，其閘極連接 於掃描線306，汲極連接於資料線308，而源極則連接於晝 素電極3042，其中畫素電極3042和偏壓Vbias構成儲存電 容3043，畫素電極3042和共通電極VC()m構成液晶電容 3044。 薄膜電晶體3041之源極和閘極間則具有一寄生電容 3045。 在本實施例中，儲存電容3023係採用金屬-絕緣體-半導體-金屬之電容結構，即所謂MIS電容結構，而儲存電 容3043則係採用金屬-絕緣體-金屬之電容結構，即所謂 MIM電容結構。然在其他之實施例中，儲存電容3043亦可 為MIS電容結構。

另外，根據第4圖實施例，儲存電容3023之結構可為 第3D圖或第3E圖所示之MIS電容結構。以下僅結合第4 圖與第3D圖作說明，餘者不再贅述。儲存電容3023之第 一導電層401是藉由一接觸孔（through hole)與薄膜電晶體 3021之源極耦接，而儲存電容3023之第二導電層402係藉 由另一接觸孔與偏壓Vb…耦接。然而熟悉此領域技藝者仍 可視實際需求，使儲存電容3023之第一導電層401與偏壓 Vbias耦接，而儲存電容3023之第二導電層則與薄膜電晶體 3021之源極耦接。 10 1363914 3〇42Π藉根據本發明，可藉由使第4圖中晝素電極3〇22、 3042之面積不相等，以改善色偏。 综=述所言’本發明藉由將一畫素單元區隔成兩次 1素，而：一次畫素令包含-薄膜電晶體、-液晶電容與 一儲存電谷，且其中至少一儲存電容係採用可變電容，藉 由改變可變電容之結構，可放大可變電容之電容值範圍， 進而改善顯示裝置之晝質。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定著為準。

11 1363914 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖為一垂直排列向列型彩色液晶顯示器，其穿透 率-電壓曲線圖。 第2圖為一垂直排列向列型彩色液晶顯示器，其包含 兩次畫素之穿透率-電壓曲線圖。

第3A圖所示為根據本發明實施例之金屬-絕緣體_半導 體（MIS)電容之剖面示意圖。 第3B圖所示為根據第3 a圖之MIS電容之剖視圖與其 頂視圖間之對應關係。 第3C圖所示為根據第3A圖之MIS電容之剖視圖與其 頂視圖間之另一對應關係。。 第3D圖所示為根據第3A圖之MIS電容之頂面示意 圖。

第3E圖所示為根據第3A圖之MIS電容之另一頂面示 意圖。 第4圖係為根據本發明之畫素單元概略圖示。 1363914

【主要元件符號說明】 100區域 402b 第二部分 101、102、201 和 202 虛線 4021 第一區域 203實線 4022 第二區域 300畫素單元 403 絕緣層 302和304次畫素 404 半導體層 3021和3041薄膜電晶體 405 高摻雜半導體層 3022和3042畫素電極 ASem 半導體層之面積 3023和3043儲存電容 Acon 第一區域之面積 3024和3044液晶電容 di 第一距離 3025和3045寄生電容 第二距離 306掃描線 dins 絕緣層之厚度 308資料線 dsem 半導體層之厚度 401 第一導電層 Vbias 偏壓 402 第二導電層 402a 第一部分 vcom 共通電極

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Claims (1)

1363914 2011年丨2月30日修正替換頁 十、申請專利範圍： [碎々月》曰修正本 L 一種液晶顯示器，包含： 一電晶體，配置於一基板上；以及 一電容耦接於該電晶體’其中該電容包括一第一導電層 配置於該基板上、一絕緣層配置於該第一導電層上、一 面積為Asem之半導體層配置於該絕緣層上與一第二導 電層配置於該半導體層上；

其中，該第二導電層具有一面積為Ac〇n之第一區域，該 第一區域與該半導體層重疊，且Ae(>n<Asem; 其中，該絕緣層之介電常數為ε ins、厚度為dins，該半 導體層之介電常數為eseni、厚度為dsem; 其中’該電容之電容值為C，且 Ssen. 2.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中，該第 一導電層具有一第二區域，且該第二區域不與該半導體 層重疊。 .如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中，該第 一導電層之面積’大於該半導體層之面積。 4’如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包含一高 摻雜半導體層，配置於該第二導電層與該半導體層之 間〇 14 1363914 2011年丨2月30日修正替換頁 5. 如申請專利範圍第8項所述之液晶顯示器，其中，該第 二導電層之面積，相當於該高摻雜半導體層之面積。 6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中，該第 ' 二導電層具有一第一邊緣，該半導體層具有一第二邊 • 緣，且該第一邊緣相鄰於該第二邊緣。 φ 7.如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示器，其中，該第 一邊緣與該第二邊緣相距一第一距離山，且diSlO/zm。 8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中，該第 二導電層具有一第一部分與一第二部分。 9. 如申請專利範圍第8項所述之液晶顯示器，其中，該第 一部分與該第二部分電性連接。 10. 如申請專利範圍第8項所述之液晶顯示器，其中，該第 一部分與該第二部分相距一第二距離d2，且d2 $ 20从m。 11. 一種液晶顯示器之運作方法，包含： 提供一基板； ' 提供一電容，其中該電容包括一第一導電層配置於該基 板上、一絕緣層配置於該第一導電層上、一面積為Asem 之半導體層配置於該絕緣層上與一第二導電層配置於 15 2011 年 12 月 3〇 日 該半導體層上； 施加一第一電壓於該第一導電層上； 施加一第二電壓於該第二導電層上；以及 ，決 且 根據該第一電壓、該第二電壓與一臨界電壓之關係 定該電容之電容值； ' 其中，該第二導電層具有一面積為A。。"之第一區域 該第一區域與該半導體層重疊，且Ac()n < A ^sem 該半

其中’該絕緣層之介電常數為e ins、厚度為d ， 導體層之介電常數為£sem、厚度為dsem ; 5 其中，該電容之電容值為C，且 ^C<sins4 Aeon d. d 咖 + sem £ins Ssem i2·如申請專利範圍第丨丨項所述之液晶顯 法，更包含： 下方 調整該第一電壓與該第二電壓，使得該第〜 ‘ 铉兩矿、 冤昼大於該 • 第二電壓與該臨界電壓之和；以及 提高該第二導電層與該半導體層之導通狀態。 13·如申請專利範圍第12項所述之液錢示器之運作方 法，其中，該電容之電容值為c〇n，且c &。 ins . di„s 14·如f請專利範㈣u項所述之液晶顯示器之運作万 法，更包含： 調整該第一電壓與該第二電壓，使得該第—電壓小於该 16 1363914 2011年丨2月30曰修正替換頁 第二電壓與該臨界電壓之和；以及 降低該第二導電層與該半導體層之導通狀態。 15·如申請專利範圍第14項所述之液晶顯示器之運作方 法，其中，該電容之電容值為C〇ff，且0

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