TWI446077B - 邊緣場切換式液晶顯示器之像素結構 - Google Patents

Description

邊緣場切換式液晶顯示器之像素結構

本發明係有關於一種液晶顯示器之像素結構，特別有關於一種邊緣場切換式液晶顯示器之像素結構。

與CRT顯示器相比，視角特性差一直是傳統LCD顯示器的一大缺憾。為解決此一問題，平面轉換式(In-Plane Switching,IPS)液晶顯示器及邊緣電場切換式(Fringe Field Switching,FFS)液晶顯示器已被開發出來。IPS式液晶顯示器之公共(common)電極與像素電極係設置於同一基板上，利用公共電極與像素電極間產生之橫向水平電場使液晶分子於平面上轉動。該種平面內旋轉型液晶顯示裝置可顯著提高液晶顯示裝置之視角，但因其公共電極與像素電極設置於同一基板上，其開口率偏低。

FFS技術改進IPS式液晶顯示器之電極設置方式，其將IPS式液晶顯示器之不透明金屬公共電極改為透明之公共電極並作成板狀以增加透射率，從而可改善IPS式液晶顯示器開口率不足之缺陷。此外，FFS式液晶顯示器之正負電極不像IPS式液晶顯示器之正負電極為間隔排列，而是將正負電極通過絕緣層分離重叠排列，可大大地縮小電極寬度和間距，這種設計可使電場分佈更密集。

請參閱第1圖及第2圖，第1圖係一種習知技術之FFS式液晶顯示器之像素結構俯視示意圖，第2圖係第1圖之沿AA’連線之剖面示意圖。該FFS式液晶顯示器之像素結構10包括一第一基板11、一第二基板12，及夾於該第一基板11與該第二基板12之間之液晶層13。該第一基板11鄰近該液晶層13一側依序層疊設置一公共電極14、一絕緣層15、一像素電極16及一第一配向膜17。該第二基板12鄰近該液晶層13一側依序設置一色層18、一保護層(over coating)19及一第二配向膜20。該保護層19在此係用於使該色層18內的黑色矩陣(black matrix,BM)182及彩色光阻184無高低落差，即使表面平坦化，以利於該第二配向膜20塗佈平坦。

如第1圖所示，該第一基板11上更設置複數掃描線111、複數資料線112及儲存電容電極113，該複數掃描線111及該複數資料線112絕緣相交以界定複數像素單元(未圖示)。該掃描線111與該資料線112相交處設置一薄膜電晶體110。每一像素單元內該像素電極16與該公共電極14相重疊，該像素電極16為梳狀結構，該公共電極14為平板狀結構。當該像素電極16未被施加一電壓時，液晶分子為順著配向方向排列，即平行掃描線111方向排列。

如第2圖所示，當於該像素電極16被施加一電壓時，該像素電極16與該公共電極14之間產生邊緣電場130，在該電場之作用下液晶分子在水平面內旋轉。液晶分子被旋轉至與該像素電極16之梳狀結構的隙縫(請參見第1圖)成垂直的方向，以控制背光的透出。

然而，當該像素電極16未被施加一電壓時，理論上背光皆無法透過液晶層13。但實際上，因覆蓋在薄膜電晶體110、儲存電容電極113、及像素電極16邊緣上的第一配向膜17並不平整，其具有高低落差，使得該些區域上的液晶分子的配向方向並非完全水平。因此，該些區域會有些許漏光產生。此外，該些區域的電場並非如第2圖所示之邊緣電場130一樣，其係為紊亂的電場，此將產生不正確的畫面顯示。

在習知技術中為了解決上述問題，在第二基板12上的色層18中設置不透光的黑色矩陣182，藉以遮檔該些區域的漏光。另外，還可在第一基板11上將金屬材質的面積加大，以遮蔽背光的透出。惟，上述方法皆有導致面板開口率下降之缺點。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構，其可解決習知漏光的問題，且可減少黑色矩陣之面積、甚至不需黑色矩陣，進而增加面板的開口率以解決上述問題。

為達上述之目的，本發明較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構包含一基板、一掃描線、一資料線、一薄膜電晶體、一公共電極、一像素電極及一圖案化絕緣層。該掃描線設置於該基板上。該資料線絕緣相交於該掃描線，該資料線及該掃描線界定出一像素單元。該薄膜電晶體設置於該資料線及該掃描線相交處。該公共電極設置於該基板上之該像素單元內。該像素電極絕緣地設置於該公共電極上，該像素電極對應該公共電極產生一邊緣電場。該圖案化絕緣層，設置於該掃描線及薄膜電晶體上方，且露出該像素單元，該圖案化絕緣層用以該侷限該邊緣電場於該像素單元內。

在一較佳實施例中，該像素電極覆蓋於該薄膜電晶體及該掃描線上方。此外，該圖案化絕緣層覆蓋於部分該像素電極上方。較佳地，該圖案化絕緣層係以氮化矽或氧化矽製成。

在一較佳實施例中，該像素結構更包括一配向膜覆蓋於該圖案化絕緣層及該像素單元內之像素電極上。較佳地，該配向膜係一光配向膜。

在一較佳實施例中，該像素結構更包括一圖案化反射層，該圖案化反射層設置於該圖案化絕緣層之上。較佳地，該圖案化反射層係以金屬製成。

值得一提的是，該像素結構更包括與該基板相對設置的一第二基板，及夾設於該基板及該第二基板之間的一液晶層。更更地說，該像素結構更包括一色層及一第二配向膜，依序疊置於該第二基板鄰近該液晶層之一側。

根據本發明之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構，其利用該圖案化絕緣層侷限該邊緣電場，以減少紊亂的電場，而改善了漏光的缺點。此外，更可增加該像素電極的覆蓋面積，可完全去除紊亂電場導致的漏光，因而可省略黑色矩陣的設置，因此增加了開口率及減少了製作成本。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各組件的配置是為清楚說明本發明揭示的內容，並非用以限制本發明。且不同實施例中圖式標號的部分重複，是為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。

請參照第3圖及第4圖，第3圖繪示本發明第一較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構俯視示意圖，第4圖係第3圖之沿AA’連線之剖面示意圖，應注意其並非以實際比例表示。該邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構100包含一基板、一掃描線111、一資料線112、一儲存電容電極113、一薄膜電晶體110、一公共電極14、一像素電極16及一圖案化絕緣層30，其中為求清楚說明，該基板在此特稱為第一基板11。該像素結構100更包括與該第一基板11相對設置的一第二基板12，及夾設於該第一基板11及該第二基板12之間的一液晶層13。

該掃描線111設置於該第一基板11上，且該資料線112絕緣相交於該掃描線111，該資料線112該及該掃描線111界定出一像素單元(未圖示)。該薄膜電晶體110設置於該資料線112該及該掃描線111相交處。具體來說，該薄膜電晶體110具有閘極、源極、汲極、半導體層、絕緣層及接觸孔等此領域所熟知的結構，在此不再予以贅述。

該公共電極14設置於該第一基板11上之該像素單元內，並部分與該儲存電容電極113電性連接。具體來說，該公共電極14係為一板狀結構。該像素電極16絕緣地設置於該公共電極14上，該像素電極16對應該公共電極14產生一邊緣電場130。該像素電極16係為一梳狀結構。具體而言，該像素電極16與該公共電極14之間設有一絕緣層15，更更來說，該絕緣層15包含本領域所熟知的閘絕緣層(GI layer)152及接觸孔層154。

如第3圖所示，該圖案化絕緣層30設置於該掃描線111及薄膜電晶體110上方，且露出該像素單元。值得一提的是，該圖案化絕緣層30係以氮化矽或氧化矽製成。需注意的是，雖然該圖案化絕緣層30於圖式中係分為兩部分，但實際上邊緣電場切換式液晶顯示器係具有多個像素結構100排列而成的。因此，在第3圖上面之該圖案化絕緣層30係連接於位於該像素結構100上方的另一個像素結構(未圖示)的圖案化絕緣層(其等同於在第3圖下面之該圖案化絕緣層30)。如第4圖所示，該圖案化絕緣層30用以侷限該邊緣電場130於該像素單元內。具體而言，即推擠該像素電極16邊緣的邊緣電場130，使得位於像素單元邊緣的該邊緣電場130變形量減少，進而使液晶分子在垂直方向上的傾斜減少，而降低漏光。

在第一較佳實施例中，該像素結構100更包括一配向膜(為了圖面清楚，未圖示)覆蓋於該圖案化絕緣層30及該像素區域內之像素電極16上。然而，該配向膜同樣會具有高低落差，為了克服此問題，該配向膜係一光配向膜，即以光配向(photo-alignment)製成的配向膜。光配向膜可利用紫外光引發光學異方性，而取代傳統利用摩擦的配向膜，藉此解決高低落差的問題。

請一同參照第1圖及第3圖，位於像素單元邊緣的該邊緣電場130變形量減少後，位於第3圖之像素結構100上方區域的漏光則會降低。因此，在第二基板上的黑色矩陣182的面積就可減少，藉此增加了本實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器的開口率。

以下將介紹本發明的第二較佳實施例。請參照第5圖及第6圖，第5圖繪示本發明第二較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構俯視示意圖，第6圖係第5圖之沿AA’連線之剖面示意圖。本發明第二較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構特以參考標號200表示之。

第二較佳實施例之像素結構200與第一較佳實施例不同之處僅在於該像素電極16覆蓋於該薄膜電晶體110及該掃描線111上方，即該像素電極16延伸至元件區域I上方。此外，該圖案化絕緣層30覆蓋於部分該像素電極16上方，同樣地露出該像素單元。其他結構之說明請參考前述。

由於該像素電極16覆蓋該元件區域I，並無縫隙產生，使得該元件區域I上之像素電極16無法產生邊緣電場，即無紊亂電場產生。由上可知，該元件區域I上之液晶分子不產生轉動，其排列方向還是原本配向的方向，藉此去除該元件區域I的漏光。

請對照第6圖及第4圖，由於該元件區域I的漏光已被去除，因此就可去除在第二基板上的黑色矩陣182，可達到最大的開口率。除此之外，請參照第6圖，由於黑色矩陣182可被去除，即該色層18內無須設置鉻(Cr)或樹脂(Resin)製成的黑色矩陣，則該色層18全為彩色光阻184，因此不會有高低落差，而無須設置習知技術中的保護層19，使得配向膜(未圖示)可直接設置於該色層18之上。值得一提的是，此第二實施例的邊緣電場切換式液晶顯示器由於無須設置保護層，光透過率可增加1.1倍。

需注意的是，雖然該像素電極16覆蓋該元件區域I會增加該掃描線111的電阻電容延遲(RC delay)，但可變更該薄膜電晶體110的寬長比(W/L)，與加大該儲存電容電極113對應之。

以下將介紹本發明的第三較佳實施例，第三較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器可為一種半穿透半反射(transflective)式液晶顯示器。請參照第7圖及第8圖，第7圖繪示本發明第三較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構俯視示意圖，第8圖係第7圖之沿AA’連線之剖面示意圖。本發明第三較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構特以參考標號300表示之。

第三較佳實施例之像素結構300與第一較佳實施例不同之處僅在於該像素結構300更包括一圖案化反射層40，該圖案化反射層40設置於該圖案化絕緣層30之上。該圖案化反射層40係以金屬製成，其直接遮蔽從背光發出之光線，可完全的去除漏光的缺陷。此外，該圖案化反射層40還可反射外界的光線，以增加陽光下的可視性。同樣地，由於漏光已完全被去除，因此就可去除在第二基板上的黑色矩陣182。除此之外，習知技術中的保護層19亦無須設置。

根據本發明之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構，其利用該圖案化絕緣層30侷限該邊緣電場130，以減少紊亂的電場，而改善了漏光的缺點。此外，更可增加該像素電極16的覆蓋面積，可完全去除紊亂電場導致的漏光，因而可省略黑色矩陣的設置，因此增加了開口率及減少了製作成本。

雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，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者為準。

10．．．習知之像素結構

11．．．第一基板

12．．．第二基板

13．．．液晶層

14．．．公共電極

15．．．絕緣層

16．．．像素電極

17．．．第一配向膜

18．．．色層

19．．．保護層

20．．．第二配向膜

30．．．圖案化絕緣層

40．．．圖案化反射層

100．．．像素結構

110．．．薄膜電晶體

111．．．掃描線

112．．．資料線

113．．．儲存電容電極

130．．．邊緣電場

152．．．閘絕緣層

154．．．接觸孔層

182．．．黑色矩陣

184．．．彩色光阻

200．．．像素結構

300．．．像素結構

I．．．元件區域

第1圖係一種習知技術之FFS式液晶顯示器之像素結構俯視示意圖。

第2圖係第1圖之沿AA’連線之剖面示意圖。

第3圖繪示本發明第一較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構俯視示意圖。

第4圖係第3圖之沿AA’連線之剖面示意圖。

第5圖繪示本發明第二較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構俯視示意圖。

第6圖係第5圖之沿AA’連線之剖面示意圖。

第7圖繪示本發明第三較佳實施例之邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構俯視示意圖。

第8圖係第7圖之沿AA’連線之剖面示意圖。

11．．．第一基板

12．．．第二基板

13．．．液晶層

14．．．公共電極

15．．．絕緣層

16．．．像素電極

18．．．色層

184．．．彩色光阻

30．．．圖案化絕緣層

110．．．薄膜電晶體

111．．．掃描線

113．．．儲存電容電極

130．．．邊緣電場

152．．．閘絕緣層

154．．．接觸孔層

200．．．像素結構

I．．．元件區域

Claims (9)

1. 一種邊緣電場切換式液晶顯示器之像素結構，包含：一基板；一掃描線，設置於該基板上；一資料線，絕緣相交於該掃描線，該資料線及該掃描線界定出一像素單元；一薄膜電晶體，設置於該資料線及該掃描線相交處；一公共電極，設置於該基板上之該像素單元內；一像素電極，絕緣地設置於該公共電極上，該像素電極對應該公共電極產生一邊緣電場，其中該像素電極覆蓋於該薄膜電晶體及該掃描線上方；一圖案化絕緣層，設置於該掃描線及該薄膜電晶體上方，且露出該像素單元，該圖案化絕緣層用以推擠該像素電極邊緣的該邊緣電場以侷限該邊緣電場於該像素單元內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之像素結構，其中該圖案化絕緣層覆蓋於部分該像素電極上方。
3. 如申請專利範圍第1項所述之像素結構，其中該圖案化絕緣層係以氮化矽或氧化矽製成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之像素結構，更包括一配向膜覆蓋於該圖案化絕緣層及該像素單元內之該像素電極上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之像素結構，其中該配向膜係一光配向膜。
6. 如申請專利範圍第1項所述之像素結構，更包括一圖案化反射層，該圖案化反射層設置於該圖案化絕緣層之上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之像素結構，其中該圖案化反射層係以金屬製成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之像素結構，更包括與該基板相對設置的一第二基板，及夾設於該基板及該第二基板之間的一液晶層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之像素結構，更包括一色層及一第二配向膜，依序疊置於該第二基板鄰近該液晶層之一側。