TWI420209B - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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Takamitsu Fujimoto
Shin Morita
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Japan Display Inc
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Description

液晶顯示裝置
本發明一般係關於一種液晶顯示裝置，且更特定言之，係關於一種經組態用以在組成該液晶顯示裝置的基板之一者上具有一像素電極與一共用電極的液晶顯示裝置。
近年來，已大力開發平板顯示裝置。特定言之，藉由利用如輕量、較小厚度以及低功率損耗的此類特徵將液晶顯示裝置應用於各種領域中。該液晶顯示裝置經組態使得將一液晶層固持於一對基板之間。藉由一像素電極與一共用電極之間的一電場來控制通過該液晶層的光之調變比，因而顯示一影像。
在液晶顯示裝置之領域中，自視角增加之觀點，已特別關注對於利用包括一邊緣電場的橫向電場之結構。
一橫向電場模式(如一平面內開關(IPS)模式或一邊緣場開關(FFS)模式)的液晶顯示裝置包括係形成於一陣列基板上之一像素電極與一共用電極，且藉由產生係實質上平行於該陣列基板的主表面之一橫向電場來開關液晶分子(參見(例如)日本專利申請案KOKAI公開案第2007-86205號)。
依據本發明之一態樣，提供一種液晶顯示裝置，其經配適為在第一基板與第二基板之間固持液晶層，該第一基板包含：絕緣基板；閘極線，其在該絕緣基板上之第一方向上延伸；第一絕緣膜，其經佈置為覆蓋該閘極線；像素電極，其係在該第一絕緣膜上且於各個像素中佈置；源極線，其係佈置於該第一絕緣膜上並沿交叉於該第一方向之第二方向於上述像素電極之間延伸；第二絕緣膜，其經佈置用以覆蓋上述像素電極與該源極線；以及共用電極，其係以面向該等像素之每一者之上述像素電極並面向該閘極線之方式而佈置於該第二絕緣膜上，且包括經形成為面向上述像素電極之狹縫。
現在將參考附圖說明依據本發明之一具體實施例的一液晶顯示裝置。以下說明一FFS模式液晶顯示裝置作為一液晶模式的液一晶顯示裝置之一範例，其中將一像素電極與一共用電極提供於多個基板之一基板上且藉由主要使用在上述像素電極與該共用電極之間產生的一橫向電場(或實質上平行於多個基板之一基板的主表面之一電場)來開關液晶分子。
如圖1中所示，該液晶顯示裝置係一主動矩陣型液晶顯示裝置，並包括一液晶顯示面板LPN。該液晶顯示面板LPN包括係一第一基板的一陣列基板AR、係一第二基板並經佈置以相對於該陣列基板AR之一反基板CT、以及固持於該陣列基板AR與該反基板CT之間的一液晶層LQ。此液晶顯示面板LPN包括顯示一影像之一顯示區域DSP。該顯示區域DSP係由以m×n矩陣配置的複數個像素PX構成。
該陣列基板AR在該顯示區域DSP中包括(m×n)個像素電極E1，其係第一電極並係與各別像素PX相關聯而加以佈置；n個閘極線Y(Y1至Yn)，其在該等像素PX之列方向H(係第一方向)上延伸；m個源極線X(X1至Xm)，其在該等像素PX之行方向V(係第二方向)上延伸；(m×n)個開關元件W，其係佈置於包括在該等各別像素PX中的閘極線Y與源極線X之間的相交之區域中；以及一共用電極E2，其係一第二電極並經佈置以經由一層間絕緣膜而相對於上述像素電極E1。
該等開關元件W之每一元件係由(例如)一薄膜電晶體構成。將開關元件W之一閘極電極WG電連接至該閘極線Y。將開關元件W之一源極電極WS電連接至該源極線X。將開關元件W之一汲極電極WD電連接至上述像素電極E1。
該液晶顯示裝置包括一閘極驅動器YD、一源極驅動器XD以及一控制器CNT。可將該閘極驅動器YD與源極驅動器XD之至少部分佈置於該陣列基板AR之顯示區域DSP的一周邊區域上。將該閘極驅動器YD連接至引出該顯示區域DSP的n個閘極線Y。將該源極驅動器XD連接至引出該顯示區域DSP的m個源極線。閘極驅動器YD基於藉由控制器CNT之控制連續供應一掃描信號(驅動信號)至n個閘極線Y。該源極驅動器XD在藉由該掃描信號開啟每一列的開關元件W之一時序基於藉由該控制器CNT之控制供應視訊信號(驅動信號)至m個源極線X。因而，將每一列的像素電極E1設定於對應於經由相關聯開關元件W加以供應的該等視訊信號之像素電位。將共用電極E2電連接至一共用電位的一共用佈線線路COM。
以下更詳細說明該陣列基板AR之結構。
如圖2至圖5中顯示，藉由使用具有光透射比的一絕緣基板20(如一玻璃板)來形成該陣列基板AR。明確而言，在該陣列基板AR中，將該閘極線Y佈置於該絕緣基板20上。採用一第一絕緣膜IL1來覆蓋該絕緣基板20與閘極線Y。該第一絕緣膜IL1係由一無機材料(如氮化矽(SiN))而形成。
將該源極線X佈置於該第一絕緣膜IL1上。該源極線X實質上經由該第一絕緣膜IL1垂直於該閘極線Y。該閘極線Y與源極線X係由一導電材料(如鉬、鋁、鎢或鈦)而形成。
將像素電極E1佈置於該第一絕緣膜IL1上。換言之，將上述像素電極E1佈置於與該源極線X相同的層中。將每一源極線X佈置於在列方向H上鄰近的上述像素電極E1之間。上述像素電極E1係由不同於該源極線X等的材料之一材料而形成，且係由(例如)一透光、導電材料(如氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO))而形成。上述像素電極E1係以對應於每一像素中的像素形狀(例如，實質上矩形形狀)之一島形狀而形成。
開關元件W之半導體層SC可由(例如)多晶矽或非晶矽形成。將該半導體層SC佈置於該第一絕緣膜IL1上以致相對於該閘極電極WG。
該閘極電極WG與該閘極線Y整合而加以形成。該源極電極WS與該源極線X整合而形成並與該半導體層SC之一源極區域接觸而加以放置。該汲極電極WD係連接至上述像素電極E1並係與該半導體層SC之一汲極區域接觸而放置。明確而言，直接連接像素電極E1與開關元件W之汲極電極WD，而無需一通孔的介入。該源極電極WS與該汲極電極WD係佈置於該第一絕緣膜IL1上並可由與該源極線X相同的材料而形成。
採用一第二絕緣膜IL2來覆蓋像素電極E1、源極線X以及開關元件W之源極電極WS與汲極電極WD。該第二絕緣膜IL2係由一無機材料(如氮化矽(SiN))而形成。
將共用電極E2佈置於該第二絕緣膜IL2上。該共用電極E2係經由該第二絕緣膜IL2而相對於每一像素PX的上述像素電極E1。明確而言，該第二絕緣膜IL2作為位於該共用電極E2與上述像素電極E1之間的一層間絕緣膜。
在該共用電極E2中，形成面向上述像素電極E1之狹縫SL。該共用電極E2之每一狹縫SL具有(例如)實質上矩形形狀。如同上述像素電極E1，該共用電極E2係由一透光、導電材料(如ITO或IZO)而形成。
如以上說明，將該共用電極E2電連接至共用佈線線路COM。例如，該共用佈線線路COM可係佈置於該絕緣基板20上(即，在與該閘極線Y等相同的層中)，且可係由與該閘極線Y等相同的材料而形成。將第一絕緣膜IL1與第二絕緣膜IL2插入在該共用佈線線路COM與該共用電極E2之間，且經由穿透該第一絕緣膜IL1與第二絕緣膜IL2之一通孔來電連接該共用佈線線路COM與該共用電極E2。
採用一對準膜AL1覆蓋與該液晶層LQ接觸的該陣列基板AR之此表面。
另一方面，藉由使用一透光絕緣基板30(如玻璃板)來形成反基板CT。如圖3中顯示，該反基板CT在該絕緣基板30之一內表面上(即，在相對於該液晶層LQ之一表面上)包括劃分像素PX之一黑色矩陣32。
該黑色矩陣32係以格子狀佈置於該絕緣基板30上以致相對於係於該陣列基板AR上提供的閘極線Y、源極線X以及該等開關元件W的佈線部分等。該黑色矩陣32係由(例如)一黑色樹脂而形成。
特定言之，在彩色顯示型液晶顯示裝置中，該反基板CT包括係佈置於藉由該黑色矩陣32圍繞的一區域中之一濾光片層34。該濾光片層34係佈置於該絕緣基板30上並係由不同顏色(例如，紅色、藍色及綠色的三原色)的彩色樹脂而形成。分別與紅色像素、藍色像素及綠色像素相關聯地佈置紅色樹脂、藍色樹脂及綠色樹脂。
在利用橫向電場的以上說明之液晶模式中，需要與該液晶層LQ接觸的該反基板CT之表面係平坦的。因此，該反基板CT應較佳具有一外套層，其採用此一相對較大膜厚度加以佈置以平坦化該濾光片層34之表面上的不規則性。
採用一對準膜AL2覆蓋與該液晶層LQ接觸的該反基板CT之該表面。
佈置以上說明的反基板CT與陣列基板AR以使得其對準膜AL1與AL2彼此相對。在此時，藉由在該陣列基板AR之對準膜AL1與該反基板CT之對準膜AL2之間的隔片(未顯示)(例如藉由使用一樹脂材料於該等基板之一者上整合而形成的柱間隔物)來建立一預定間隙。該液晶層LQ係由包括於該間隙中密封的液晶分子LM之一液晶組合物而形成。
對準膜AL1與對準膜AL2經受摩擦處理以致約束包括於該液晶層LQ中的該等液晶分子LM之對準。藉由由該對準膜AL1與對準膜AL2引起的約束力來對準該等液晶分子LM。該對準膜AL1與對準膜AL2之每一者的摩擦方向並不平行且並不垂直於該共用電極E2中形成的每一狹縫SL之主軸。
在當在上述像素電極E1與該共用電極E2之間未建立電位差時無電場時(即，當在上述像素電極E1與該共用電極E2之間未產生電場時)，對準該等液晶分子LM以使得其主軸D平行於對準膜AL1與AL2的摩擦方向。
該液晶顯示裝置包括：一光學元件OD1，其係提供於該液晶顯示面板LPN之外部表面之一(即，該陣列基板AR之該表面，其係相對於與該液晶層LQ接觸的該陣列基板AR之表面)上；以及一光學元件OD2，其係提供於該液晶顯示面板LPN之另一外部表面(即，該反基板CT之該表面，其係相對於與該液晶層LQ接觸的該反基板CT之表面)上。該等光學元件OD1與OD2之每一者包括一偏光板。例如，實現常態黑色模式，其中該液晶面板LPN之透射率在無電場時下降至最小值(即顯示一黑色螢幕)。
儘管在圖4與圖5中未顯示，但該液晶顯示裝置包括一背光單元BL，其係佈置於該液晶顯示面板LPN之陣列基板AR側上。
在此液晶顯示裝置中，當在上述像素電極E1與該共用電極E2之間產生電位差時(即在將不同於該共用電位的一電位之電壓應用於上述像素電極E1時之電壓應用時間)，在上述像素電極E1與該共用電極E2之間產生電場。在此時，驅動該等液晶分子LM以使得自摩擦方向至平行於該電場的方向對準其主軸D。
若該等液晶分子LM的主軸D之方向自摩擦方向改變，則通過該液晶層LQ之光的調變率改變。因此，自該背光單元BL通過該液晶顯示面板LPN的背光之部分通過該第二光學元件OD2，並顯示一白色螢幕。換言之，該液晶顯示面板LPN的透射率取決於電場之量值而改變。在利用橫向電場之液晶模式中，以此方式選擇性地透射該背光，並顯示一影像。
如以上說明，在利用橫向電場之液晶模式中，不像利用垂直電場之液晶模式，將該反電極側設定於電浮狀態中且其容易受到該陣列基板側之電場的影響並受到電氣化。特定言之，經如此佈置以致相對於該佈線部分的該黑色矩陣32傾向於容易由該閘極線Y的閘極電位之效應來電氣化。
明確而言，在閘極電位之位準偏移之時刻，該黑色矩陣32之電位亦偏移，且一不想要的垂直電場可暫時形成於該佈線部分之附近。在其他情況下，產生不同於用於驅動液晶分子所需要的一實質上橫向電場之一不想要的橫向電場。一次電氣化黑色矩陣32之電位隨時間的消逝而下降至一接地位準(接地電位)，但光漏或閃光可出現於下降所需要的時間期間，從而導致顯示品質的降低。
在本具體實施例中，如係沿圖4中之線B-B截取的斷面圖之圖4中顯示，佈置該共用電極E2以經由該第一絕緣膜IL1與第二絕緣膜IL2而相對於該閘極線Y。
明確而言，設定於共用電位的該共用電極E2位於該閘極線Y與該反基板CT之間。若自該反基板CT側檢視圖4之斷面，則該閘極線Y係採用該第一絕緣膜IL1、第二絕緣膜IL2以及共用電極E2覆蓋。換言之，在圖2之平面圖中，該閘極線Y與該共用電極E2重疊。
採用以上說明的結構，因為該共用電極E2遮蔽藉由來自該閘極線Y的閘極電位產生之電場，所以可抑制該反基板側上的該黑色矩陣32之電氣化。
因而，可防止該佈線部分附近之光漏或閃光的出現，且可實現較佳顯示品質。
佈置以上說明的共用電極E2以面向每一像素PX的至少上述像素電極E1以及閘極線Y。此外，可在該顯示區域DSP之整體上形成該共用電極E2。換言之，可形成該共用電極E2以覆蓋該整個顯示區域DSP。在此情況下，該共用電極E2對所有像素PX係共用的並經佈置用以面向該源極線X，如係沿圖2中之線C-C截取的斷面圖之圖5中顯示。不必說，該共用電極E2在此情況下延伸以致面向上述像素電極E1與該閘極線Y之間的區域以及在上述像素電極E1與該源極線X之間的區域。在此情況下，在圖2之平面圖中，該共用電極E2與上述像素電極E1、該閘極線Y以及該源極線X重疊。
因為以此方式佈置的該共用電極E2係由透光、導電材料形成，如以上說明，所以可藉由利用不僅在其中該共用電極E2面向上述像素電極E1之區域中，而且亦在上述像素電極E1與該源極線X之間的區域以及在上述像素電極E1與該閘極線Y之間的區域中之一需要的橫向電場來驅動該等液晶分子，且此等區域有助於顯示。因此，可增加有助於顯示的每一像素PX之孔徑比，且可增加每一像素PX之透射率或亮度。
在其中將該共用電極E2形成於該整個顯示區域DSP上的情況下，可以遮蔽自該源極線X產生的電場且抑制該反基板側上之該黑色矩陣32的電氣化。因此可以獲得如在採用第一絕緣膜IL1、第二絕緣膜IL2以及共用電極E2覆蓋該閘極線Y的以上說明之情況下相同的有利效應。
另一方面，如圖5中顯示，將上述像素電極E1與源極線X提供於該第一絕緣膜IL1上之相同層中。在其中將上述像素電極E1與源極線X彼此接近佈置於該第一絕緣膜IL1上之相同層中的情況下，在上述像素電極E1與源極線X之間的電耦合變得不可忽略。在其中此不想要的耦合出現的情況下，不可獲得一需要的像素電位且可出現一顯示缺陷。此外，在其中於上述像素電極E1與源極線X之間保全較大距離以便減少耦合的情況下，該孔徑比可下降。
在其中以上說明的不想要的耦合出現之情況下，在本具體實施例中在該第二絕緣膜IL2之上述像素電極E1與該源極線X之間形成一溝槽G，如圖6中顯示，且亦將該共用電極E2佈置於此溝槽G中。明確而言，設定於共用電位的該共用電極E2位於係佈置於相同層中之上述像素電極E1與該源極線X之間。因為該共用電極E2招致上述像素電極E1與該源極線X之間的遮蔽，所以可抑制不想要的耦合。
因而，可實現較佳顯示品質。此外，不需要增加上述像素電極E1與該源極線X之間的距離，且可抑制孔徑比中之下降。
給定形成於該第二絕緣膜IL2中的溝槽G之一說明。如圖7中顯示，因為該共用電極E2係佈置於該溝槽G中，所以該溝槽G自然經如此形成以致不穿透至底部導電層。例如，在於該第二絕緣膜IL2中形成一通孔的程序中，形成該溝槽G以具有此一深度DE以致在使用半色調曝光的光微影步驟中不穿透至該第一絕緣膜IL1。該溝槽G之深度DE對應於在膜形成時之該第二絕緣膜IL2的厚度(如藉由圖7中之虛線指示)與光微影步驟後的厚度(如藉由圖7中之實線指示)之間的差。
明確而言，如圖7中顯示，留在該溝槽G與該第一絕緣膜IL1之間的該第二絕緣膜IL2之厚度T1係小於上述像素電極E1之厚度t2且係小於該源極線X之厚度t3(T1<t2，T1<t3)。此外，厚度T1係小於上述像素電極E1上的該第二絕緣膜IL2之厚度T2且係小於該源極線X上的該第二絕緣膜IL2之厚度T3(T1<T2，T1<T3)。
藉由該溝槽G之形成，可使該共用電極E2呈現在上述像素電極E1與該源極線X之間，且可抑制上述像素電極E1與該源極線X之間的耦合。
如圖8中顯示，可如此形成該溝槽G以致圍繞上述像素電極E1。明確而言，該溝槽G不僅可在上述像素電極E1與該源極線X之間形成，而且亦可在上述像素電極E1與該閘極線Y之間形成，且因此以實質上迴路形狀來形成。在此情況下，亦將該共用電極E2形成於圍繞上述像素電極E1之該溝槽G中。
在採用此結構的情況下，可進一步改良上述像素電極E1與該佈線部分之間的遮蔽效應，且可穩定獲得需要的像素電位。
若如此設定在上述像素電極E1與該源極線X之間形成的該溝槽G之深度以致不穿透至底部導電層(或佈線)，則應足夠。例如，為藉由係佈置於該溝槽G中之該共用電極E2進一步增強該遮蔽效應，可形成該溝槽G以具有此一深度以致穿透該第二絕緣膜IL2並到達該第一絕緣膜IL1之內部部分(即此一厚度以致不穿透該第一絕緣膜IL1)。
如此設定以上說明的溝槽G之深度以致不斷裂底部佈線或以致防止該共用電極E2與其他佈線之間的短路。在於其中既無斷線又無短路出現之一位置提供該溝槽G之情況下，該溝槽G可穿透該第二絕緣膜IL2與第一絕緣膜IL1兩者。
已如以上說明，本具體實施例可提供可實現良好顯示品質的一液晶顯示裝置。
本發明並非直接限於以上說明的具體實施例。實務上，可修改並且體現結構元件，而不脫離本發明之精神。可藉由適當組合在該具體實施例中揭示之結構元件來進行各種發明。例如，可自在該具體實施例中揭示之所有結構元件省略一些結構元件。此外，可適當地組合不同具體實施例中之結構元件。
20．．．絕緣基板
30．．．絕緣基板
32．．．黑色矩陣
34．．．濾光片層
AL1．．．對準膜
AL2．．．對準膜
AR．．．陣列基板
BL．．．背光單元
CNT．．．控制器
COM．．．共用佈線線路
CT．．．反基板
D．．．主軸
DE．．．深度
DSP．．．顯示區域
E1．．．像素電極
E2．．．共用電極
G．．．溝槽
H．．．列方向
IL1．．．第一絕緣膜
IL2．．．第二絕緣膜
LM．．．液晶分子
LPN．．．液晶顯示面板
LQ．．．液晶層
OD1．．．光學元件
OD2．．．光學元件
PX．．．像素
SC．．．半導體層
SL．．．狹縫
T1．．．厚度
T2．．．厚度
t2．．．厚度
T3．．．厚度
t3．．．厚度
W．．．開關元件
WD．．．汲極電極
WG．．．閘極電極
WS．．．源極電極
X,X1至Xm．．．源極線
XD．．．源極驅動器
Y,Y1至Yn．．．閘極線
YD．．．閘極驅動器
已併入並組成本說明書之一部分的附圖解說本發明之當前較佳具體實施例，並與以上給的一般說明及以上提供的較佳具體實施例之詳細說明一起用以解釋本發明之原理。
圖1示意性顯示依據本發明之一具體實施例利用一橫向電場的一液晶模式之一液晶顯示裝置的結構；圖2係示意性顯示應用於圖1之該液晶顯示裝置的一像素之結構的一平面圖；圖3係顯示沿圖2中之線A-A截取的圖2之該像素的一斷面結構之一斷面圖；圖4係顯示沿圖2中之線B-B截取的圖2之該像素的一斷面結構之一斷面圖；圖5係顯示沿圖2中之線C-C截取的圖2之該像素的一斷面結構之一斷面圖；圖6係示意性顯示可應用於本具體實施例的該陣列基板之另一結構的一斷面圖；圖7係以放大比例顯示圖6中顯示的一溝槽之一區域的一斷面圖；以及圖8係示意性顯示可應用於本具體實施例的該陣列基板之另一結構的一平面圖。
E1．．．像素電極
E2．．．共用電極
PX．．．像素
SC．．．半導體層
SL．．．狹縫
W．．．開關元件
WD．．．汲極電極
WG．．．閘極電極
WS．．．源極電極
X．．．源極線
Y．．．閘極線

Claims (5)

  1. 一種液晶顯示裝置，其經配適為在第一基板與第二基板之間固持液晶層，該第一基板包含：絕緣基板；閘極線，其在上述絕緣基板上沿著第一方向延伸；第一絕緣膜，其經佈置為覆蓋上述閘極線；像素電極，其係在上述第一絕緣膜上配置於各個像素；源極線，其係佈置於上述第一絕緣膜上並沿交叉於上述第一方向之第二方向於上述像素電極之間延伸；第二絕緣膜，其經佈置為覆蓋上述像素電極與上述源極線；及共用電極，其係以面向各像素之上述像素電極並面向上述閘極線及上述源極線之方式而佈置於上述第二絕緣膜上，且形成有面向上述像素電極之狹縫；其中上述共用電極係佈置於環狀溝槽，該環狀溝槽係形成於上述第二絕緣膜之上述像素電極與上述閘極線及上述源極線之間而圍繞上述像素電極。
  2. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中上述共用電極經佈置為面向該源極線，且係形成於矩陣地佈置了該等像素之一整個顯示區域上。
  3. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中上述第二基板包括面向上述閘極線與上述源極線之格子狀遮光層。
  4. 如請求項1之液晶顯示裝置，其進一步包含開關元件， 其係佈置於上述第一絕緣膜上並包括係連接至上述像素電極之汲極電極。
  5. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中上述像素電極與上述共用電極係由透光之導電材料而形成。
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