TWI460512B - 高透光率平面內切換型液晶顯示裝置 - Google Patents

Description

高透光率平面內切換型液晶顯示裝置

本發明涉及一種高透光率平面切換型液晶顯示裝置。尤其是，本發明涉及一種高透光率平面內切換型液晶顯示裝置，其中在像素電極與公共電極皆配置在相同平面中的水平電場型液晶顯示裝置，以及在像素電極與公共電極重疊的邊緣場型液晶顯示裝置，當中所出現的問題都已解決了。

液晶顯示裝置(liquid crystal display,LCD)藉由使用薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)所驅動的電場控制液晶層的透光率，而顯示視訊資料。依據電場的方向，LCD可分為二種主要類型：一種是垂直電場型，另一種是水平電場型。

對於垂直電場型LCD，形成在上部基板上的公共電極與形成在下部基板上的像素電極彼此面對，以形成其方向垂直於基板表面的電場。配置在於上部基板與下部基板之間的扭轉向列(twisted nematic,TN)液晶層係由垂直電場驅動。垂直電場型LCD具有較高孔徑比的優點，同時具有大約90度之較窄視角的缺點。

對於水平電場型LCD，公共電極與像素電極係平行地形成在相同基板上。配置在上部基板與下部基板之間的液晶層，係在平面內切換(in-plane switching,IPS)模式中由平行於基板表面的電場所驅動。水平電場型LCD具有超過170度之較寬視角的優點，以及較垂直電場型LCD更快的響應速度。

然而，對於像素電極與公共電極配置在相同平面上之水平電場型LCD的情況，儘管在像素電極與公共電極之間形成水平電場，但在像素電極與公共電極正上方沒有電場。因此，被像素電極與公共電極佔用的區域，成為不透光區域，其中液晶沒被驅動。因此，即使像素電極與公共電極由透明材料所製成，它們也無助於透明區域，且孔徑比會由於它們的區域而降低。

為了上述問題，提出了邊緣場型LCD，其中對應於大部分之像素區域的公共電極係形成在下層，而像素電極係藉由與公共電極重疊而形成在上層。在邊緣場型LCD中，由於水平電場形成在像素電極上方，可確保高孔徑比。然而，邊緣場型LCD僅能在小面積的LCD中確保高孔徑比。當LCD的尺寸較大時，形成在像素電極與公共電極之間的寄生電容也增加。為了解決此問題，應將電晶體的尺寸做得較大，並且像素電極之間的間隙會變得較狹窄，從而會降低穿透率。

為了克服上述缺點，本發明的目的是提出一種高透光率平面內切換型液晶顯示裝置，其中的水平電場係形成在公共電極與像素電極之間的空間，以及像素電極與公共電極上方的空間。本發明的其他目的是提出一種高透光率平面內切換型液晶顯示裝置，其中當邊緣場型LCD形成水平電場時，形成在公共電極與像素電極之間的寄生電容減少了。

為了實現上述目的，本發明提出一種水平電場型液晶顯示裝置，包括：一基板；複數個閘極線，以水平方向配置在該基板上；複數個資料線，以垂直方向配置在該基板上；複數個像素區域，其藉由該等閘極線與該等資料線的交叉而界定；一第一像素電極，其在該像素區域內具有按照一預定距離排列的複數個片段；一第二像素電極，其在該像素區域內具有平行於該第一像素電極排列的複數個片段；以及一公共電極，在該像素區域內與該第一像素電極及該第二像素電極重疊。

該第一像素電極及該第二像素電極係形成在相同的水平層上，而該公共電極係以在其間具有一絕緣層的方式，而與該第一像素電極及該第二像素電極重疊。

該公共電極具有一寬度，係2至3倍寬於該第一像素電極及該第二像素電極的任一寬度。

該第一像素電極及該第二像素電極係交替地配置，並以8 μm至10 μm的距離彼此間隔開。

該公共電極係配置以被施加一電壓，其位準係該第一像素電極及該第二像素電極的一最大電壓差值的一半。

該第一像素電極及該第二像素電極係配置以在其間具有數值為從0V到5V的電壓位準差值，以形成一水平電場；以及該公共電極、該第一像素電極及該第二像素電極，係配置以在該公共電極與該第一像素電極之間，以及該公共電極與該第二像素電極之間，具有數值為從0V到2.5V的電壓位準差值，以形成一邊緣場水平電場。

該裝置進一步包括：一第一薄膜電晶體，形成在該像素區域的一轉角處，並連接至該第一像素電極；以及一第二薄膜電晶體，形成在該像素區域的另一轉角處，並連接至該第二像素電極。

該第一薄膜電晶體係連接至配置在該像素區域之一個水平側的一閘極線，並連接至配置在該像素區域之一第一垂直側的一第一資料線；以及該第二薄膜電晶體係連接至配置在該像素區域之一第二垂直側的該閘極線及一第二資料線。

該第一薄膜電晶體包括一第一閘極電極，從該閘極線分支出來、一第一源極電極，從該第一資料線分支出來、以及一第一汲極電極，面對於該第一源極電極；以及該第二薄膜電晶體包括一第二閘極電極，從該閘極線分支出來、一第二源極電極，從該第二資料線分支出來、以及一第二汲極電極，面對於該第二源極電極。

該第一薄膜電晶體係連接至配置在該像素區域之一第一水平側的一第一閘極線，並連接至配置在該像素區域之一第一垂直側的一第一資料線；以及該第二薄膜電晶體係連接至配置在該像素區域之一第二水平側的一第二閘極線，並連接至配置在該像素區域之一第二垂直側的一第二資料線。

該第一薄膜電晶體包括一第一閘電極，從該第一閘極線分支出來、一第一源極電極，從該第一資料線分支出來、以及一第一汲極電極，面對於該第一源極電極；以及該第二薄膜電晶體包括一第二閘電極，從該第二閘極線分支出來、一第二源極電極，從該第二資料線分支出來、以及一第二汲極電極，面對於該第二源極電極。

依據本發明的水平電場型LCD包括一第一像素電極以及一第二像素電極，其形成在相同平面上以在它們之間形成一第一水平電場，以及一公共電極，形成在第一及第二像素電極下，以在像素電極與公共電極之間形成一第二電場。由於該水平電場形成在像素電極之上，該電極區域可用作液晶驅動區域，因而可確保高透光率。此外，由於在像素電極之上形成水平電場的公共電極與像素電極的重疊區域可被最小化，以及像素電極之間的間隙可確保最小化寄生電容的數量。即是，由於依據本發明的平面內切換型LCD具有水平電場型LCD及邊緣場型LCD的優點，並克服了它們的缺點，因此本發明可提出具有低驅動功耗的高透光率LCD。

以下，參考第1圖至第3圖，將解釋本發明的最佳實施例。第1圖係說明依據本發明第一實施例之高透光率平面內切換型液晶顯示裝置結構的平面圖。第2圖係說明依據本發明第一實施例之高透光率平面內切換型液晶顯示裝置結構沿著I-I’線切開的剖面圖。

參考第1圖及第2圖，高透光率平面內切換型LCD包括複數個像素區域，其被在透明基板SUB上的水平方向上延伸的複數個閘極線，與在透明基板SUB上的垂直方向上延伸的複數個資料線所界定，且閘極線與資料線彼此交叉。第一薄膜電晶體T1係配置在每個像素區域的一轉角處，而第二薄膜電晶體T2係配置在每個像素區域的另一轉角處。第一薄膜電晶體T1係連接至以梳子狀成形的第一像素電極PXL1，其中複數個片段在像素區域內以第一預定間隙配置。第二薄膜電晶體T2係連接至以梳子狀成形的第二像素電極PXL2，其中複數個片段在像素區域內以第二預定間隙配置。

第一TFT T1與第二TFT T2，分別連接至從相同閘極線GL分支出來的第一閘極電極G1與第二閘極電極G2。從第一資料線DL1分支出來的第一源極電極S1，與第一閘極電極G1的一側重疊。面對第一源極電極S1，且以預定距離與第一源極電極S1間隔開的第一汲極電極D1，與第一閘極電極G1的另一側重疊。第一汲極電極D1係連接至第一像素電極PXL1。雖然圖中未顯示，但第一半導體層係配置在第一閘極電極G1與第一源極-汲極電極S1-D1之間，以作為通道層。

此外，從第二資料線DL2分支出來的第二源極電極S2，與第二閘極電極G2的一側重疊。面對第二源極電極S2，且以預定距離與第二源極電極S2間隔開的第二汲極電極D2，與第二閘極電極G2的另一側重疊。第二汲極電極D2係連接至第二像素電極PXL2。雖然圖中未顯示，但第二半導體層係配置在第二閘極電極G2與第二源極-汲極電極S2-D2之間，以樹脂作為通道層。

第一像素電極PXL1及第二像素電極PXL2具有梳子形狀，其中在它們之間以預定距離配置了複數個片段。此外，第一像素電極PXL1及第二像素電極PXL2的每個片段彼此地交替配置。即是，第一像素電極PXL1的一個片段與第二像素電極PXL2的一個片段，相鄰配置在相同平面上，以在其間形成一水平電場。

當掃描信號提供至閘極線GL時，第一TFT T1及第二TFT T2同時開啟，然後像素信號同時提供至第一像素電極PXL1及第二像素電極PXL2。為了在第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2之間形成水平電場，它們需具有不同的電壓位準。例如，第一像素電極PXL1較佳地具有從0V到5V變化的電壓範圍，同時第二像素電極PXL2較佳地具有從5V到0V變化的電壓範圍，從而電壓位準差值可為從0V到5V的其中任何一個。因此，能夠驅動液晶分子以及形成在第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2之間的水平電場，並且能夠表現視訊資料。

由此結構，尤其當第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2之間的距離，將近像素電極PXL1與PXL2本身寬度的三倍時，水平電場形成在像素電極PXL1與PXL2之間的空間，但在像素電極PXL1與PXL2本身的正上方，沒有水平電場。因此，配置在像素電極PXL1與PXL2上方的液晶分子，無法被驅動。更佳的是使水平電場形成在像素電極PXL1與PXL2本身的上方。

為此，在本發明的第一實施例中，進一步包括公共電極COM，其配置在像素電極PXL1與PLX2下方，並與它們重疊，且具有較像素電極PXL1與PXL2寬的寬度。例如，公共電極COM可形成在與閘極線GL及閘電極G1與G2相同的水平層，且其由透明導電材料所製成。此外，公共線CL可配置與閘極線GL平行，用於施加公共電壓至公共電極COM。公共電極COM及像素電極PXL1與PXL2彼此重疊，且在其間具有閘極絕緣層GI及鈍化層PAS。

再次參考第2圖，以下描述更詳細的結構。為了在像素電極PXL1與PXL2本身上方形成水平電場，較佳地公共電極COM具有較像素電極PXL1與PXL2更寬的寬度。結果，在像素電極PXL1與PXL2的表面與公共電極COM的邊緣之間，形成邊緣場。由於此邊緣場，水平電場可形成在像素電極PXL1與PXL2上方。公共電極COM的寬度較佳係像素電極PXL1與PXL2寬度的2至3倍。換言之，公共電極COM的邊緣最佳地從像素電極PXL1與PXL2的邊緣以像素電極PXL1與PXL2寬度的1/2~3/4倍的長度突出。亦即，公共電極COM與像素電極PXL1及PXL2的重疊間隙G較佳係像素電極PXL1與PXL2寬度的1/2~3/4倍。

另外，當由於邊緣場而產生的水平電場形成在公共電極COM與像素電極PXL1及PXL2之間時，邊緣場的強度可透過考慮形成在第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2之間的水平電場而決定。例如，公共電極COM可提供以2.5V的位準，其為第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2之間之最大電壓位準差值的中間位準。

形成在第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2之間水平電場的強度，係由第一像素電極PXL1的電壓位準與第二像素電極PXL2的電壓位準之間的電壓差值所界定。亦即，第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2之間的電壓差值，可為從0V到5V的任一數值。當公共電極具有2.5V的恆定電壓位準，具有從0V到2.5V任一電壓差值的邊緣場形成在公共電極COM與像素電極PXL1及PXL2之間。

因此，依據本發明第一實施例的液晶顯示裝置中，水平電場係形成在整體的像素區域。因此，本發明能夠提出一種高透光率平面內切換型液晶顯示裝置，其中像素區域中所有區域的大部分都可用作透光區域。

以下，參考第3圖，將描述本發明的第二實施例。第3圖係說明依據本發明第二實施例之高透光率平面內切換型液晶顯示裝置結構的平面圖。依據第二實施例的水平電場型LCD的交叉部分結構，非常類似於第一實施例中的結構。差別僅在於第一TFT T1與第二TFT T2的排列。

參考第3圖，依據本發明的第二實施例之高透光率平面內切換型液晶顯示裝置包括複數個像素區域，其由在透明基板SUB上水平方向上延伸的複數個閘極線與在透明基板SUB上垂直方向上延伸的複數個資料線之交叉結構所界定。第一TFT T1係配置在像素區域的一個轉角處，而第二TFT T2係配置在像素區域的另一轉角處。第一TFT T1在像素區域中連接至形成為梳子狀的第一像素電極PXL1，第二TFT T2在像素區域中連接至形成為梳子狀的第二像素電極PXL2。

第一TFT T1係連接至從第一閘極線GL1分支出來的第一閘極電極G1，而第二TFT T2係連接至從第二閘極線GL2分支出來的第二閘極電極G2。另外，從第一資料線DL1分支出來的第一源極電極S1，與第一閘極電極G1的一側重疊。面對於第一源極電極S1，且以預定距離與第一源極電極S1間隔開的第一汲極電極D1，與第一閘極電極G1的另一側重疊。第一汲極電極D1係連接至第一像素電極PXL1。雖然圖中未顯示，但第一半導體層係配置在第一閘極電極G1與第一源極-汲極電極S1-D1之間，以作為通道。

此外，從第二資料線DL2分支出來的第二源極電極S2，與第二閘極電極G2的一側重疊。面對第二源極電極S2，且以預定距離與第二源極電極S2間隔開的第二汲極電極D2，與第二閘極電極G2的另一側重疊。第二汲極電極D2係連接至第二像素電極PXL2。雖然圖中未顯示，但第二半導體層係配置在第二閘極電極G2與第二源極-汲極電極S2-D2之間，以作為通道層。

第一像素電極PXL1及第二像素電極PXL2具有梳子形狀，其中在它們之間以預定距離配置了複數個片段。此外，第一像素電極PXL1及第二像素電極PXL2的每個片段彼此地交替配置。即是，第一像素電極PXL1的一個片段與第二像素電極PXL2的一個片段，相鄰配置在相同平面上，以在其間形成一水平電場。

在第二實施例中，當選擇第一閘極線GL1時第一TFT T1開啟，而當第一閘極線GL1之前選擇第二閘極線GL2時，第二TFT T2開啟。因此，當第一像素電極PXL1充電時與第二像素電極PXL2充電時，其間有一時間延遲。然而，在顯示一個圖片圖框的期間，保持每個像素電極PXL1與PXL2的充電電壓，從而水平電場形成在像素電極PXL1與PXL2之間。

如上所述，第一實施例與第二實施例之間的差異在於，用於在像素電極PXL1與PXL2之間形成水平電場之薄膜電晶體T1與T2的排列結構，但公共電極COM及像素電極PXL1與PXL2的排列結構則沒有差異。在本發明中，用以驅動液晶分子的主要電場，是形成在第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2之間的水平電場。由於形成在公共電極COM與像素電極PXL1及PXL2之間的邊緣場而形成的水平電場，有助於驅動配置在像素電極PXL1及PXL2本身上方的液晶分子。因此，依據本發明，水平電場係形成在包括像素電極PXL1與PXL2正上方空間的整體像素區域。

此外，由於邊緣場所產生的水平電場，對配置在像素電極正下方的公共電極COM起作用，但不對相鄰的公共電極COM起作用。因此，具有可降低像素電極與公共電極之間寄生電容的優點。

此外，在像素區域中，由於使用二個薄膜電晶體驅動二個像素電極，可使驅動電壓較低。換言之，相同的驅動電壓下，可設計使像素電極以較長的距離配置。例如，像素電極PXL1與PXL2之間的間隙(A)可為8~10μm，其較傳統中使用的7μm長。事實上，當第一像素電極PXL1與第二像素電極PXL2的寬度可為2μm時，像素電極PXL1與PXL2之間的間隙可為10μm，公共電極COM的寬度可為4μm，而公共電極COM之間的間隙可為8μm，透光率可增加至少20%。此處，公共電極COM之間的間隙(B)，由像素電極PXL1與PXL2之間的間隙(A)，以及公共電極COM與像素電極PXL1及PXL2之間的重疊區域(G)所界定。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖具以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

本申請案主張於2010年10月26日提交的韓國申請第10-2010-0104590號的權益，該專利申請在此全部引用作為參考。

CL．．．公共線

COM．．．公共電極

D1．．．第一汲極電極

D2．．．第二汲極電極

DL1．．．第一資料線

DL2．．．第二資料線

G．．．重疊間隙

G1．．．第一閘極電極

G2．．．第二閘極電極

GI．．．閘極絕緣層

GL．．．閘極線

GL1．．．第一閘極線

GL2．．．第二閘極線

PAS．．．鈍化層

PXL1．．．第一像素電極

PXL2．．．第二像素電極

S1．．．第一源極電極

S2．．．第二源極電極

SUB．．．透明基板

T1．．．第一TFT

T2．．．第二TFT

所附圖式其中提供關於本發明實施例的進一步理解並且結合與構成本說明書的一部份，說明本發明的實施例並且與描述一同提供對於本發明實施例之原則性的解釋。圖式中：

第1圖係說明依據本發明第一實施例之高透光率平面內切換型液晶顯示裝置結構的平面圖；

第2圖係說明依據本發明第一實施例之高透光率平面內切換型液晶顯示裝置結構沿著I-I’線切開的剖面圖；

第3圖係說明依據本發明第二實施例之高透光率平面內切換型液晶顯示裝置結構的平面圖。

CL．．．公共線

COM．．．公共電極

D1．．．第一汲極電極

D2．．．第二汲極電極

DL1．．．第一資料線

DL2．．．第二資料線

G1．．．第一閘極電極

G2．．．第二閘極電極

GL．．．閘極線

PXL1．．．第一像素電極

PXL2．．．第二像素電極

S1．．．第一源極電極

S2．．．第二源極電極

T1．．．第一TFT

T2．．．第二TFT

Claims (11)

1. 一種水平電場型液晶顯示裝置，包括：一基板；複數個閘極線，以水平方向配置在該基板上；複數個資料線，以垂直方向配置在該基板上；複數個像素區域，其藉由該等閘極線與該等資料線的交叉而界定；一第一像素電極，其在該像素區域內具有按照一預定距離排列的複數個片段；一第二像素電極，其在該像素區域內具有平行於該第一像素電極排列的複數個片段；以及一公共電極，在該像素區域內具有複數個片段，其對應於該第一像素電極與該第二像素電極的該複數個片段，且該公共電極的每一片段與該第一像素電極及該第二像素電極的該各別的片段重疊，其中該公共電極的每一片段具有較該第一像素電極與該第二像素電極的每一片段更寬的寬度。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該第一像素電極及該第二像素電極係形成在相同的水平層上，而該公共電極係以在其間具有一絕緣層的方式，而與該第一像素電極及該第二像素電極重疊。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該公共電極具有一寬度，係2至3倍寬於該第一像素電極及該第二像素電極的任一寬度。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該第一像素電極及該第二像素電極係交替地配置，並以8μm至10μm的距離彼此間隔開。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該公共電極係配置以被施加一電壓，其位準係該第一像素電極及該第二像素電極的一最大電壓差值的一半。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該第一像素電極及該第二像素電極係配置以在其間具有數值為從0V到5V的電壓位準差值，以形成一水平電場；以及 其中該公共電極、該第一像素電極及該第二像素電極，係配置以在該公共電極與該第一像素電極之間，以及該公共電極與該第二像素電極之間，具有數值為從0V到2.5V的電壓位準差值，以形成一邊緣場水平電場。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之水平電場型液晶顯示裝置，進一步包括：一第一薄膜電晶體，形成在該像素區域的一轉角處，並連接至該第一像素電極；以及一第二薄膜電晶體，形成在該像素區域的另一轉角處，並連接至該第二像素電極。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該第一薄膜電晶體係連接至配置在該像素區域之一個水平側的一閘極線，並連接至配置在該像素區域之一第一垂直側的一第一資料線；以及其中該第二薄膜電晶體係連接至配置在該像素區域之一第二垂直側的該閘極線及一第二資料線。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該第一薄膜電晶體包括一第一閘極電極，從該閘極線分支出來、一第一源極電極，從該第一資料線分支出來、以及一第一汲極電極，面對於該第一源極電極；以及其中該第二薄膜電晶體包括一第二閘極電極，從該閘極線分支出來、一第二源極電極，從該第二資料線分支出來、以及一第二汲極電極，面對於該第二源極電極。
10. 依據申請專利範圍第7項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該第一薄膜電晶體係連接至配置在該像素區域之一第一水平側的一第一閘極線，並連接至配置在該像素區域之一第一垂直側的一第一資料線；以及其中該第二薄膜電晶體係連接至配置在該像素區域之一第二水平側的一第二閘極線，並連接至配置在該像素區域之一第二垂直側的一第二資料線。
11. 依據申請專利範圍第10項所述之水平電場型液晶顯示裝置，其中該第一薄膜電晶體包括一第一閘電極，從該第一閘極線分支出來、一第一源極電極，從該第一資料線分支出來、以及一第一汲極電極，面對於該第一源極電極；以及 其中該第二薄膜電晶體包括一第二閘電極，從該第二閘極線分支出來、一第二源極電極，從該第二資料線分支出來、以及一第二汲極電極，面對於該第二源極電極。