TWI474076B - 邊際場切換式液晶顯示面板 - Google Patents

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Description

邊際場切換式液晶顯示面板
本發明是有關於一種液晶顯示面板，且特別是關於一種邊際場切換式(Fringe-Field Switching,FFS)的液晶顯示面板。
近年來，液晶顯示面板已普遍可見於包括一般家用電器設備的各式電子產品之中。液晶顯示面板係由一對基板和液晶層夾設於該對基板之間所構成，該對基板的表面上具有電極，透過在兩個基板上的電極上外加電壓來形成電場，則液晶層之液晶分子受到電場的影響再次排列而改變光的透射率，藉此來顯示各種影像。但是，液晶顯示面板的液晶層之液晶分子的排列會受到相當多的因素，例如：製程偏移過大、電極位置與形狀不對等等，使得液晶層之液晶分子排列不佳，而導致光穿透率下降，更甚而讓液晶顯示面板的顯示品質下降。
根據本發明的邊際場切換式液晶顯示面板，包括一第一基板、一第二基板及一液晶層夾設於該第一基板與該第二基板之間。至少一掃描線，設置於該第一基板上。至少一資料線，設置於該第一基板上，且該資料線與該掃描線交錯以定義出至少一畫素區，各該畫素區係由至少一掃描線與至少一資料線相互交錯所構成。至少一切換元件，設 置於該畫素區內，以分別電性連接該掃描線、該資料線與至少一畫素電極，其中該畫素電極設置於該畫素區內。至少一透明共同電極，設置於該第一基板之該畫素區上，且藉由介於該畫素電極與該共同電極間之一隔絕層與該畫素電極分開。其中，該共同電極至少包含多個第一共同電極與至少一第二共同電極，該第二共同電極，設置且覆蓋於該資料線上方，各該第一共同電極之間具有一間隔，且其設置於該畫素區內，其中，該畫素區之畫素電極邊緣與該畫素區中最鄰近該第二共同電極的該第一共同電極邊緣，於該第一基板方向上的投影距離為d1，第二共同電極之邊緣與該畫素區之該畫素電極邊緣，於該第一基板方向上的投影距離為d2。
在本發明之一實施例中，操控上述d1、d2、以及(d1+d2)的數值範圍，以將微影、蝕刻等製程中製程變異造成的穿透率下降以及畫素區中不同位置的透光均勻度惡化等影響程度降低，進而提升該液晶顯示器的產品良率。
根據本發明的邊際場切換式液晶顯示面板，包括一第一基板、一第二基板以及一液晶層夾設於第一基板與第二基板之間。至少一掃描線，設置於該第一基板上。至少一資料線，設置於該第一基板上，且該資料線與該掃描線交錯以定義出至少一畫素區。至少一切換元件，設置於該畫素區內，以分別電性連接該掃描線、該資料線與至少一畫素電極。至少一共同電極，設置於該第一基板之該畫素區上，且藉由介於該畫素電極與該共同電極間之一隔絕層與該畫素電極分開。其中，該共同電極至少包含多個第一共 同電極與至少一第二共同電極，該第二共同電極，設置且覆蓋於該資料線上方，各該第一共同電極之間具有一間隔，且其設置於該畫素區內。其中，該液晶層具有一預定厚度(D)與該液晶層之液晶材料具有雙折射係數(△n)之乘積(△n＊ D)，且液晶層之液晶分子具有正型介電異方性(positive dielectric anisotropy,△ε )。
在本發明之一實施例中，上述液晶顯示面板器之該液晶層中的液晶材料，具有一預定範圍之正型介電異向性數值△ε值，以及一預定範圍之雙折射係數△n與該液晶層之預定厚度D之乘積(△n＊ D)值。藉此，以將微影、蝕刻等製程中製程變異造成的穿透率下降以及畫素區中不同位置的透光均勻度惡化等影響程度降低，進而提升該液晶顯示器的產品良率。並且也可以提升穿透率。
在本發明之一實施例中，將上述第一共同電極、第二共同電極、以及一畫素電極等之間的距離參數d1、d2，結合上述液晶材料性質之參數△ε、△n數值，以進一步降低微影、蝕刻等製程中製程變異造成的穿透率下降以及畫素區中不同位置的透光均勻度惡化等影響程度。並且也可以提升穿透率。
為讓本發明之上述特徵和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉比較例與實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明之目的及優點，藉由下列實施例中伴隨圖式與 元件符號之詳細敘述後，將更為顯著。
為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件，並且為求清楚說明，元件之大小或厚度可能誇大顯示，並未依照原尺寸作圖。此外，為簡化圖式起見，一些結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。然而，應瞭解到所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。
根據本發明之一實施例，其目的在於提供一種使用邊際場切換式(FFS mode)技術而共同電極在資料線與畫素電極上方(top common)之液晶顯示面板，其包含一第一基板、一第二基板、以及一夾設於該等基板間的液晶層。其中在該第一基板上具有至少一個畫素區，該畫素區中包含共同電極以及畫素電極，在形成上述該等電極時，即使藉以形成該等電極之微影、蝕刻等製程中產生了無法避免之製程變異，造成電極之間距與設計間距存有誤差，本實施例之邊際場切換式技術液晶顯示面板仍能維持一定水準的穿透率以及畫素區中不同位置的透光均勻度，增加上述在形成電極層之微影、蝕刻等製程上允許變異的空間，進而提高製造邊際場切換式技術之液晶顯示器的產品良率。
為達到增加製程上允許變異的空間，進而達到提高產品 良率之目的，本發明該實施例設計該主動元件陣列基板(即第一基板)上畫素區之電極相對位置。第1圖為該畫素區之局部俯視圖，第1A圖為第1圖沿AA’線於該第一基板之剖面圖，第1B圖為第1圖沿BB’線於該邊際場切換式液晶顯示面板之剖面圖，請查看第1圖並配合第1A圖和第1B圖。於此實施例中，至少一掃描線104，設置於該第一基板101上。至少一資料線105，設置於該第一基板101上，且該資料線105與該掃描線104交錯以定義出至少一畫素區PA。本發明的實施例以一個畫素區PA為說明範例，但不限於此。至少一切換元件106，設置於該畫素區PA內，以分別電性連接該掃描線104、該資料線105與至少一畫素電極107。切換元件106係為電晶體係由閘極G、半導體層SE、源極S與汲極D所構成，其中，尚有一絕緣層(未標示)夾設於閘極G與半導體層SE之間，如圖1A所示。因此，切換元件106的閘極G連接掃描線104、源極S連接資料線105以及汲極D連接畫素電極107。其中電晶體的類型包含頂閘型電晶體、底閘型電晶體、或其它合適的電晶體，且半導體層材料包含非晶半導體、多晶半導體、單晶半導體、微晶半導體、奈米晶半導體、氧化物半導體、有機半導體、量子點半導體、或其它合適的材料、或上述至少二種半導體之組合，而該畫素電極107設置於該畫素區PA內，如第1圖和第1B圖所示。至少一共同電極CE，設置於該第一基板101之該畫素區PA上，且藉由介於該畫素電極107與該共同電極CE間之一隔絕層108與該畫素電極107分開，而畫素電極107、資料線105、以及隔絕層108三者與第一基板101之間可選擇性加入絕緣層(未標 示)，如第1圖和第1B圖所示。
在本發明之一實施例中，如第1B圖所示，上述該共同電極CE至少包含多個第一共同電極109與至少一第二共同電極110。該第二共同電極110，設置且覆蓋於該資料線105上方，各該第一共同電極109之間具有一間隔S，各該第一共同電極109具有一寬度L，且其設置於該畫素區內，其中，該畫素區PA之畫素電極107邊緣與該畫素區PA中最鄰近該第二共同電極110之該第一共同電極109邊緣，於該第一基板101方向上的投影距離為d1，第二共同電極110之邊緣與該畫素區PA之該畫素電極107邊緣，於該第一基板101方向上的投影距離為d2。其中，該間隔S是實質上大於0。
在本發明之一實施例中，如第1B圖所示，上述該共同電極CE至少包含多個第一共同電極109與至少一第二共同電極110，其中，該第二共同電極110具有一寬度W，該第二共同電極110之寬度W大於各該第一共同電極109之線寬L。此外，本發明是以第二共同電極110的一個尾端透過連接部(未標示)連接各該第一共同電極109的一個尾端為範例，但於其它實施例中，第二共同電極110可不連接於第一共同電極109，一樣會有本發明下列實施例的實施效果。本發明的第一共同電極109、第二共同電極110、資料線105、掃描線104、間隔S其中至少一者的形狀以直條狀為範例，但於其它實例中，上述至少一者的形狀可選擇為曲線形(curve)、曲折形(zigzag)、多邊形、或其它合適的形狀。
再者，在形成面板時，會將液晶層103夾設於第一基板101以及第二基板102之間。另外，為了讓面板可以顯示彩色畫面，會於第一基板101以及第二基板102之間再設置多個彩色濾光層112。本發明的實施例係以彩色濾光層112設置於第二基板102與液晶層103之間，即彩色濾光層112設置於第二基板102上為實施範例，但於其它實施例，亦可將彩色濾光層112設置於第一基板101與液晶層103之間，即彩色濾光層112設置於第一基板101上，例如：彩色濾光層112在畫素電極107之下(array on color filter)或者是彩色濾光層112在畫素電極107之上(color filter on array)。另外，為了讓各色彩的彩色濾光層112不會產生混色，於任二相鄰的彩色濾光層112間會再包含黑色矩陣111。一般而言，黑色矩陣111會對應於訊號線設置，例如：資料線105(如圖1B所示)及/或掃描線104。
然而在量產過程中，原先設計的畫素區常會因為微影以及蝕刻製程上無法避免之製程變異，例如微影製程中對位(alignment)產生電極位置偏移或是曝光之後的電極線寬誤差、蝕刻造成的電極線寬誤差、以及上述微影和蝕刻製程均會產生於邊際場切換式顯示面板之主動元件陣列基板上，所有畫素區的電極位置和電極線寬之均勻性(uniformity)問題等，以上可能發生的製程變異均會造成電極之間距離與原先所設計的間距產生誤差，使得該以邊際場切換式技術製造之顯示面板產生透光均勻性惡化以及穿透率損失的問題。通常穿透率是指光的穿透率，是依照通常的光透率公式與配合使用可見光波段的光源來獲得的。
實施例1：
畫素區PA的電極設計、膜層堆疊結構以及d1、d2定義與上述相同，僅不同於標號，例如：共同電極CE、第一共同電極309、第二共同電極310、畫素電極307、資料線305以及隔絕層308、本發明之實驗例1為d1實質上為4微米(μm)，而d2實質上為2μm，實驗例2為以實驗例1產生製程變異，其中d1實質上為2.45μm，而d2實質上為2.45μm。其中d1、d2定義方式如同上述所述，例如：該畫素區PA之畫素電極307邊緣與該畫素區PA中最鄰近該第二共同電極310之該第一共同電極309邊緣，於該第一基板101方向上的投影距離為d1，第二共同電極310之邊緣與該畫素區PA之該畫素電極307邊緣，於該第一基板101方向上的投影距離為d2。實驗例1、2之電極間距參數如下表1：
上述穿透率損失與透光均勻性惡化之現象，藉由本發明之實驗例1和實驗例2之實測數據說明之。參考第2圖及第3圖，其中第2圖為實驗例1、2穿透率量測之比較結果，第3圖則為透光均勻性量測比較之結果。實驗例1與實驗例2選用之液晶材料、液晶層厚度皆相同(例如正型介 電異方性(Positive Dielectric Anisotropy,△ε)實質上為7、雙折射係數(birefringence,△n)實質上為0.1、以及液晶層厚度(D)實質上為3.40μm)，惟電極間距參數上，實驗例1之設計d1實質上為4μm、d2實質上為2μm，其在微影、蝕刻製程等製程變異下，導致形成實驗例2中d1實質上為2.45μm、d2實質上為2.45μm之第一共同電極309、第二共同電極310、以及畫素電極307投影於基板上的間距偏差。也就是，在本發明的實驗例1、2中，d1與d2為最主要的影響因素，其餘的因素(例如：液晶材料、液晶層厚度)就不加以考慮對穿透率的影響。其中，正型介電異方性的說明，請查看實施例2所描述的段落。
由第2圖所示之穿透率(%)和施加電壓的關係中，實驗例1曲線代表未受到製程變異影響而按照預定電極距離設計產出的顯示面板，以及實驗例2曲線代表受製程變異影響而產生實際電極距離與預定設計不同的顯示面板。由第2圖可以看出，和按照預定設計所產出的顯示面板相比，受製程變異影響所產出的顯示面板發生穿透率降低的現象。
由穿透率(%)與單一畫素區PA沿水平方向(如：圖1的BB’剖面線)之剖面第3圖中，實驗例1曲線代表未受到製程變異影響而按照預定電極距離設計產出的顯示面板，以及實驗例2曲線代表受製程變異影響而產生實際電極距離與預定設計不同的顯示面板。在同一施加電壓下，兩者都具有因為畫素區PA中各電極產生的電場強度分佈，影響在畫素區PA中水平方向上不同位置的液晶分子旋轉方向不 均，進而產生不同位置的光穿透性不均勻之現象，特別是在畫素區邊緣，也就是該畫素區PA與水平方向上鄰接之另一畫素區PA之間，該穿透性不均勻之現象最為明顯。由第3圖所示，受製程變異影響所產出顯示面板和預定電極距離設計所產出之顯示面板，不但穿透率下降，同時畫素區中不同位置穿透性不均勻現象亦更為惡化。
本發明對於上述之現象，特針對d1、d2之電極距離設計參數，挑選(d1+d2)的總和實質上為5μm、6μm、以及7μm之三種不同電極間距總和(或稱為總長)之設計，在電極間距同一總長設計中，再製作d1、d2不同長度比例之顯示面板，例如：(d1+d2)總和實質上為5μm之電極間距總和設計中，分別製作d1由實質上為1μm到5μm(對應之d2實質上為4μm到0μm)之不同長度比例之顯示面板。接著挑出所有設計組合中產生相同製程變異程度而產出之各顯示面板，並收集該些面板各自之穿透率降低的實測數據，整理如下表2以及第4圖所示。
該些經過相同程度製程變異之顯示面板與其按照預定電極間距設計而產出之顯示面板相比，均發生了電場強度分佈偏離預定設計，造成穿透率損失之情形，然而，各種不同設計面對相同程度製程變異所產生的穿透率損失程度卻大不相同。
如表2以及第4圖所示，在電極間距總和(d1+d2)實質上為5μm、6μm、以及7μm之中，各五種長度比例組合中都可以發現，隨著d1增加(即d2減少)，穿透率損失的情形均可逐漸改善。
其中，在電極間距總和(d1+d2)實質上為5μm、6μm兩組數據中可以看到，當d1d2時，尤其是d1>d2時，穿透率之損失可被明顯改善，例如：在d1+d2總和實質上為5μm 中，d1實質上為3μm(即d2實質上為2μm)之穿透率損失僅實質上為10.00%，相較於d1實質上為2μm(即d2實質上為3μm)之穿透率損失實質上為16.00%，d1d2之設計，尤其是，d1>d2之設計時，有明顯改善製程變異所造成之穿透率損失的效果。
此外可以發現，當0≦d2≦2μm時，三組電極間距總和(d1+d2)實質上為5μm、6μm、以及7μm均有穿透率損失被明顯改善之情形。例如在(d1+d2)總和實質上為5μm之組合中，d2實質上為2μm相較於d2實質上為3μm之顯示面板，在經過相同程度之製程變異影響之後，穿透率損失實質上由16.00%改善至10.00%，而在(d1+d2)總和實質上為6以及7μm之組合中亦有同樣的效果，如(d1+d2)總和實質上為6μm之組合中，穿透率損失實質上由13.00%改善至8.60%；(d1+d2)總和實質上為7μm之組合中，穿透率損失實質上由11.00%改善至6.00%。較佳地，(d1+d2)實質上為7μm之組合中，且d2=0時，穿透率損失實質上由11.00%改善至1.09%。次佳地，(d1+d2)總和實質上為7μm之組合中，且d2=1μm時，穿透率損失實質上由11.00%改善至1.25%。
再者，將(d1+d2)總和實質上為7μm，且d2實質上為0當作實驗例3。值得注意的是，如表2中(d1+d2)總和實質上為7μm之最後一列以及第4圖所示之實測數據，製程變異所造成之穿透率損失僅實質上為1.09%。實驗例3以上述實驗例1、2之間所發生的相同程度之製程變異，由其製作出製程變異後者則為本發明的實驗例4。實驗例3與實 驗例4之電極間距設計以及其製程變異後實際的電極間距，整理如下表3所示，其中實驗例1、3各為產生製程變異之實驗例2、4的穿透率比較基準，故實驗例1、3之穿透率損失實質上定為0。也就是說，表3的實驗例1為上述未產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為4μm、d2約為2μm)並配合△ε約為7、△n＊ D約為340 nm、實驗例2為上述產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為2.45μm、d2約為2.45μm)並配合△ε約為7且(△n＊ D)約為340nm、實驗例3為上述未產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為7μm、d2約為0μm)並配合△ε約為7、△n＊ D約為340 nm、以及實驗例6為上述產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為5.45μm、d2約為0.45μm)並配合△ε約為7且(△n＊ D)約為340nm：
由表3之實驗數據可知，本發明實驗例3在經過和實驗例1相同程度的製程變異之下，穿透率損失的情形已大幅改善，由原先損失的8.60%(實驗例2)降低至1.09%(實驗 例4)，由此可知，電極間距之不同設計在面對相同製程變異時，可有不同的表現，此外，由穿透率(%)與單一畫素區沿水平方向之剖面第5圖中，實驗例3曲線代表未受到製程變異影響而按照預定電極距離設計產出的顯示面板，以及實驗例4曲線代表受製程變異影響而產生實際電極距離與預定設計不同的顯示面板，兩條曲線在平均穿透率損失和穿透率損失於不同位置的均勻度(uniformity)上無顯著差別，和第3圖中實驗例1曲線和實驗例2曲線之明顯差異相比，可知由本實驗例3之設計來面對量產上的製程變異，並不會產生明顯的穿透率損失現象，據此，藉由調控電極間距之設計可以弱化製程變異所帶來的穿透率減損效果，也就是說，實驗例3之於實驗例1，對於製程可變異的空間容忍度更大，電極之間距設計對於產品良率的提升具有顯著效果。其中，圖5的電極設計、膜層堆疊結構以及d1、d2定義與上述相同，僅是標號不同，例如：共同電極CE、第一共同電極509、第二共同電極510、畫素電極507、隔絕層508以及資料線505。
實施例2：
此外，該液晶顯示器之該液晶層中採用的液晶材料性質，如介電異向性(dielectric anisotropy,△ε)、雙折射係數(birefringence,△n)、以及該液晶層之厚度(cell gap,D)，藉以改變穿透率以及畫素區中不同位置的透光均勻度。其中，介電異向性△ε係為液晶分子軸方向(平行方向)的介電率(ε∥)與垂直方向的介電率(ε⊥)之差值(△ε=ε∥-ε⊥)。而△ε>0之液晶稱為正型液晶，若外加大於某一程度 的電壓時，液晶分子長軸會與電場方向平行排列；相反的，△ε<0之液晶稱為負型液晶，若外加大於某一程度的電壓時，液晶分子長軸方向會與電場方向垂直。必須注意的是，若將△ε<0之液晶(即負型液晶)取絕對值為正時，此種液晶型態本質上仍為負型液晶，不可視為正型液晶，也不可用於本實施例中。雙折射係數△n係指當光進入一液晶材料，光的電場振動方向與液晶光軸垂直時，稱為尋常光(ordinary ray)，與液晶光軸平行者稱為非尋常光(extraordinary ray)。一般定義為液晶分子對尋常光之折射率no和液晶分子對非尋常光之折射率ne。故no=n⊥，ne=n∥；而雙折射率之定義為△n=ne-no=n∥-n⊥，不同液晶分子之雙折射係數△n選擇，將影響入射光之穿透率。
如第6圖所示，液晶分子在電場下會形成一電偶極=ε ．，而此電偶極會使液晶分子在電場下受到一力矩τ 為τ =×E ，因此液晶分子在電場下其轉動的程度是由電場的大小以及液晶分子介電異向性△ε的大小而決定，其中，ε 為液晶分子的介電常數。在本發明的邊際場切換式(FFS mode)技術中，是使用正型液晶，即正型介電異方向，且藉由一絕緣層上方的條列狀(slit)電極以及絕緣層下方的一面狀電極之間提供不同的壓差因而形成電場，而在條列狀電極的邊緣會具有一最強的邊緣垂直電場存在，因此正型液晶在此會趨向於和垂直方向電場平行排列，若是液晶分子的介電異向性△ε越大，則液晶分子在此的排列方向越趨近於垂直。根據光的穿透率(T)公式T =(1/2)．sin2 (2)sin2 π ．(△nd /λ )， 其中，λ 為可見光波長，可見液晶分子在水平方向的旋轉角度ψ會影響光的偏極化使得穿透率上升或下降，因此若是液晶分子在條列狀電極附近的排列方向越趨近於垂直，則代表了液晶分子在水平方向的旋轉角度也越小，因而介電異向性越大的液晶會導致在此邊界場切換式技術中的穿透效率降低。同時根據光的穿透率公式，液晶分子的雙折射係數△n和液晶層的厚度D也會影響穿透率的大小。
根據本發明的邊際場切換式液晶顯示面板的結構如第一實施例所示可參閱第1、第1A與第1B圖，包括一第一基板101、一第二基板102以及一液晶層103夾設於第一基板101與第二基板102之間。至少一掃描線104，設置於該第一基板101上。至少一資料線105，設置於該第一基板101上，且該資料線105與該掃描線104交錯以定義出至少一畫素區PA。至少一切換元件106，設置於該畫素區PA內，以分別電性連接該掃描線104、該資料線105與至少一畫素電極107。至少一共同電極CE，設置於該第一基板101之該畫素區PA上，且藉由介於該畫素電極107與該共同電極CE間之一隔絕層108與該畫素電極107分開。其中，該共同電極CE至少包含多個第一共同電極109與至少一第二共同電極110，該第二共同電極110，設置且覆蓋於該資料線105上方，各該第一共同電極109之間具有一間隔S，且其設置於該畫素區PA內。其中，該液晶層103具有一預定厚度(D)與該液晶層103之液晶材料具有雙折射係數(△n)之乘積(△n＊ D)，且液晶層103之液晶分子具有正型介電異方性(positive dielectric anisotropy,△ε )。通 常，雙折射係數(△n)約小於1，但約大於0。一般而言，雙折射係數(△n)約小於0.5，但約大於0。最次佳地，雙折射係數(△n)約小於1，但約大於0.5。次佳地，雙折射係數(△n)約小於0.5，但約大於0.3。較佳地，雙折射係數(△n)約小於等於0.3，但約大於0。本實施例以雙折射係數(△n)約等於0.1為最佳實施例，但不限於此。而液晶層的厚度以5微米(μm)與1微米(μm)之間當作範例，但不限於此。
本發明對於上述之現象，對於上述之液晶參數對顯示面板穿透率之影響，特針對該液晶層之液晶材料之正型介電異方性(△ε )、以及液晶層之預定厚度(D)與該液晶層之液晶材料之雙折射係數(△n)的乘積(△n＊ D)，挑選△ε 範圍實質上為5到10搭配(△n＊ D)實質上為340至391奈米(nm)，並以於上述實驗例1之除△ε 、△n＊ D以外均相同之所有其他參數，製作下列各實驗例之顯示面板，該些實驗例之顯示面板經過相同於上述實驗例1、2之間所發生的相同程度之製程變異所產生的穿透率損失(%)由下表4和第7圖所示：
該些經過相同程度製程變異之顯示面板與其按照預定電極間距設計而產出之顯示面板相比，均發生了電場強度分佈偏離預定設計，造成穿透率損失之情形，然而，不同之液晶層參數設計之顯示面板，在面對相同程度製程變異所產生的穿透率損失程度並不相同。
如表4以及第7圖所示，在(△n＊ D)實質上為391nm、374nm、357nm、以及340nm之間即具一明顯驅勢，即(△n＊ D)於實質上為340nm到391nm之間，隨(△n＊ D)增加，製程變異所產生的穿透率損失程度將明顯改善；同時在△ε 於實質上為5到10之間亦有一明顯驅勢，即隨△ε 值減低，製程變異所產生的穿透率損失程度會明顯改善。再者，將(△n＊ D)實質上為391nm搭配△ε 實質上為5所製造的顯示面板當作實驗例5。值得注意的是，如表4中以及第7圖所示之實測數據，製程變異所造成之穿透率損失實質上降為7.41%。實驗例5以上述實驗例1、2之間所發生的相同程度之製程變異，由其製作出製程變異後者則為本發明的實驗例6。
實驗例5、6與實驗例1、2之間不同的液晶層參數，整理如下表5所示，其中實驗例1、5各為產生製程變異之實驗例2、6的穿透率比較基準，故實驗例1、5之穿透率損失實質上定為0。也就是說，本表的實驗例1為上述未產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為4μm、d2約 為2μm)並配合△ε約為7、△n＊ D約為340nm、實驗例2為上述產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為2.45μm、d2約為2.45μm)並配合△ε約為7且(△n＊ D)約為340nm、實驗例5為上述未產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為4μm、d2約為2μm)並配合△ε約為5且(△n＊ D)約為390nm以及實驗例6為上述產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為2.45μm、d2約為2.45μm)並配合△ε約為5且(△n＊ D)約為390nm。
由表5之實驗數據可知，本發明實驗例5在經過和實驗例1相同程度的製程變異之下，穿透率損失的情形已原先損失的實質上為8.60%(實驗例2)降低至7.41%(實驗例6)。由此可知，選用液晶材料之介電異向性(dielectric anisotropy,△ε)、以及液晶層之預定厚度(D)與該液晶層之液晶材料之雙折射係數(△n)的乘積(△n＊ D)在面對相同製程變異時，可有不同的表現，據此，較佳地，藉由選用較低介電異向性(△ε實質上為5)搭配較高液晶層之預定厚度(D)與該液晶層之液晶材料之雙折射係數(△n)的乘積(△n＊ D實質 上為391nm)，可以弱化製程變異所帶來的穿透率減損效果，也就是說，實驗例6之於實驗例2，對於製程可變異的空間容忍度更大，液晶材料之選用設計對於產品良率的提升亦有效。
更進一步來說，綜合上述實驗例3以及實驗例5之電極間距和液晶材料之選用設計參數以製作實驗例7，再以上述實驗例1、2之間所發生的相同程度之製程變異，由實驗例7製造出變異後的實驗例8。其中，圖8的電極設計、膜層堆疊結構以及d1、d2定義與上述相同，僅是標號不同，例如：共同電極CE、第一共同電極809、第二共同電極810、畫素電極807、隔絕層808以及資料線805。
實驗例7、8與實驗例1、2之間不同的電極間距、以及不同的液晶層參數，整理如下表6所示，其中實驗例1、7各為產生製程變異之實驗例2、8的穿透率比較基準，故實驗例1、7之穿透率損失實質上定為0。也就是說，本表的實驗例1為上述未產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為4μm、d2約為2μm)並配合△ε約為7、△n＊ D約為340nm、實驗例2為上述產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為2.45μm、d2約為2.45μm)並配合△ε約為7且(△n＊ D)約為340nm、實驗例7為上述未產生製程變異的電極間距設計條件(即d1約為7μm、d2約為0μm)並配合△ε約為5且(△n＊ D)約為391nm以及實驗例8為上述產生製程變異的設計條件(即d1約為5.45μm、d2約為0.45μm)並配合△ε約為5且(△n＊ D)約為391nm。如下表6所示：表6. 綜合電極間距及液晶材料等設計在製程變異下對於
由表6之實驗數據可知，本發明實驗例7在經過和實驗例1相同程度的製程變異之下，穿透率損失的情形已原先損失的實質上為8.60%(實驗例2)大幅降低至實質上為0.61%(實驗例8)。由以上數據結果可知，導入電極間距之不同設計以及選用不同介電異向性(△ε)、雙折射係數(△n)之液晶材料，在面對相同製程變異時，可有不同的表現，此外，由穿透率(%)與單一畫素區沿水平方向之剖面第8圖中，實驗例7曲線代表未受到製程變異影響而按照預定電極距離設計產出的顯示面板，以及實驗例8曲線代表受製程變異影響而產生實際電極距離與預定設計不同的顯示面板，兩條曲線在平均穿透率損失和穿透率損失於不同位置的均勻度(uniformity)上已無明顯差別，和第3圖中實驗例1曲線和實驗例2曲線之明顯差異相比，可知由本實驗例7之設計來面對量產上的製程變異，並不會產生明顯的穿透率損失現象，據此，實驗例7之於實驗例1，對於製程可變異的空間容忍度更大，電極間距之不同設計以及選用不同介電異向性(△ε)、雙折射係數(△n)之液晶材料，可以弱化 製程變異所帶來的穿透率減損效果，進而對於產品良率的提升更具有顯著效果。
最後要強調的是，本發明所揭示之邊際場切換式(Fringe-Field Switching,FFS)的液晶顯示面板之畫素結構(見第1圖、第1A圖、以及第1B圖)係為共同電極在畫素電極之上(top common)之設計，此種設計和目前邊際場切換式液晶顯示面板之畫素結構大都採畫素電極在共同電極之上(top pixel)之設計有所不同。再者，共同電極亦在資料線之上。
兩者之結構比較示意圖如第9A圖、第9B圖所示，其中第9A圖之畫素電極在共同電極之上設計，相較於第9B圖所示之本發明共同電極在畫素電極之上設計，在用來控制液晶層903之液晶轉向的電場上，具有完全不同的電場分佈。其中，於第9A圖(畫素電極在共同電極之上設計)中914為畫素電極、905為資料線、913為共同電極，畫素電極914位於資料線905上且共同電極913位於資料線905下並對應畫素電極914，其中，畫素電極914不覆蓋資料線905且共同電極913也不覆蓋資料線905，而於第9B圖(本發明之共同電極在畫素電極之上)中，共同電極CE包含第一共同電極909與第二共同電極910，皆位於資料線905與畫素電極907之上，且第二共同電極910對應且覆蓋資料線905設置，而畫素電極907位於共同電極CE之下。
如第9A圖、第9B圖中所看到的，不論是共同電極CE(909、910)在畫素電極907之上設計或是畫素電極914在共同電極913之上設計，在一畫素區為暗態時，資料線 905均仍需同時提供其他相鄰該畫素所需之電壓而在其周圍產生電場，在第9B圖(本發明之共同電極在畫素電極之上)中，共同電極CE的第二共同電極910會遮蔽資料線905電壓所形成的電場，使得電場不致進入液晶層903中影響該層內液晶分子之轉向，然而，在第9A圖(畫素電極在共同電極之上設計)中，由於畫素電極914在共同電極913之上設計之畫素區PA中在資料線905上方沒有遮蔽，故資料線905電壓所形成的電場會進入液晶層903並到達另外一個基板(即第二基板)，進而影響液晶之轉向(如第9A圖中液晶層903沿水平方向上各位置之不同轉向)而造成漏光。為了避免上述之暗態漏光現象發生，畫素電極914在共同電極913之上設計需要較大的遮光層(或稱為黑色矩陣，BM)面積來遮光，更覆蓋到與資料線905相鄰的畫素電極914與共同電極913，導致開口率相較於無上述暗態漏光問題之本發明的共同電極CE在畫素電極907之上設計(如第9B圖所示)為小，穿透率也較低。其中，於本實施例的遮光層(或稱為黑色矩陣，BM)，基本上不需要覆蓋到與資料線905相鄰的畫素電極907。因此，如第10圖所示，在同樣(△n＊ D)之條件範例下，畫素電極914在共同電極913之上設計均較本發明之共同電極CE在畫素電極907之上設計之穿透率為小。
更值得注意的是，如前述以及第9A圖、第9B圖中可知，該兩種畫素區之設計所造成的電場分佈完全不同，是故，本發明各實驗例中所揭示之參數設計無法轉用至畫素電極在共同電極之上之畫素區中，反之亦然。
綜上所述，本發明之邊際場切換式液晶顯示面板透過畫素區之優化電極間距設計，將可有效弱化製程變異所帶來的穿透率減損效果。再者，藉由液晶層之具有特定介電異向性和雙折射係數(搭配液晶層預定厚度)的液晶材料之選用，將可進一步降低穿透率的減損。據此，於面對邊際場切換式液晶顯示面板在製作過程中發生無法完全避免的製程變異，而造成實際電極間距與預定設計不同時，仍能呈現優良的平均穿透率和穿透率均勻度，進而對於邊際場切換式液晶顯示面板產品良率的提升具有顯著功效。另外選擇同時將畫素區之優化電極間距與液晶層之具有特定介電異向性和雙折射係數(搭配液晶層預定厚度)的液晶材料選用搭配，將可更進一步降低穿透率的減損(可查看上述的實驗例)。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，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。
101‧‧‧第一基板
102‧‧‧第二基板
103‧‧‧液晶層
104‧‧‧掃瞄線
105‧‧‧資料線
106‧‧‧切換元件
107‧‧‧畫素電極
108‧‧‧隔絕層
109‧‧‧第一共同電極
110‧‧‧第二共同電極
111‧‧‧黑色矩陣
112‧‧‧彩色濾光層
305‧‧‧資料線
307‧‧‧畫素電極
308‧‧‧隔絕層
309‧‧‧第一共同電極
310‧‧‧第二共同電極
505‧‧‧資料線
507‧‧‧畫素電極
508‧‧‧隔絕層
509‧‧‧第一共同電極
510‧‧‧第二共同電極
805‧‧‧資料線
807‧‧‧畫素電極
808‧‧‧隔絕層
809‧‧‧第一共同電極
810‧‧‧第二共同電極
903‧‧‧液晶層
905‧‧‧資料線
907‧‧‧畫素電極
909‧‧‧第一共同電極
910‧‧‧第二共同電極
913‧‧‧共同電極
914‧‧‧畫素電極
本發明之上述和其他態樣、特徵及其他優點參照說明書內容並配合附加圖式得到更清楚的了解，其中：第1圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的畫素區(俯視圖)。
第1A圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的畫素區(第1圖沿AA’線之剖面圖)。
第1B圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的畫素區(第1圖沿BB’線之剖面圖)。
第2圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的實驗例1、2在不同施加電壓下的穿透率比較。
第3圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的實驗例1、2在單一畫素區中橫向不同位置之穿透率比較。
第4圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的不同電極間距設計在相同程度之製程變異下所造成之穿透率損失之比較。
第5圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的實驗例3、4在單一畫素區中橫向不同位置之穿透率比較。
第6圖係液晶介電異向性△ε對電場作用之示意圖。
第7圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的不同液晶參數在相同程度之製程變異下所造成之穿透率損失之比較。
第8圖顯示根據本發明之邊際場切換式液晶顯示面板的實驗例7、8在單一畫素區中橫向不同位置之穿透率比較。
第9A圖係目前大部分邊際場切換式液晶顯示面板之畫素區設計(畫素電極在共同電極之上)之示意圖。
第9B圖係本發明邊際場切換式液晶顯示面板之畫素區設計(共同電極在畫素電極之上)之示意圖。
第10圖係邊際場切換式液晶顯示面板之畫素區不同 設計之元件表現示意圖。
101‧‧‧第一基板
102‧‧‧第二基板
103‧‧‧液晶層
105‧‧‧資料線
107‧‧‧畫素電極
108‧‧‧隔絕層
109‧‧‧第一共同電極
110‧‧‧第二共同電極
111‧‧‧黑色矩陣
112‧‧‧彩色濾光層

Claims (11)

  1. 一種邊際場切換式液晶顯示面板，包括：一第一基板、一第二基板以及一夾設於第一基板與第二基板間之液晶層；至少一掃描線，設置於該第一基板上；至少一資料線，設置於該第一基板上，且該資料線與該掃描線交錯以定義出至少一畫素區；至少一切換元件，設置於該畫素區內，以分別電性連接該掃描線、該資料線與至少一畫素電極，其中該畫素電極設置於該畫素區內；至少一共同電極，設置於該第一基板之該畫素區上，且藉由介於該畫素電極與該共同電極間之一隔絕層與該畫素電極分開，其中，該共同電極至少包含多個第一共同電極與至少一第二共同電極，該第二共同電極，設置且覆蓋於該資料線上方，各該第一共同電極之間具有一間隔，且其設置於該畫素區內，該液晶層之液晶分子具有正型介電異方性(positive dielectric anisotropy,△ε>0)，該液晶層具有一預定厚度(D)與該液晶層之液晶材料具有雙折射係數(△n)之乘積(△n*D)係為340nm至391nm之間，且該畫素區之畫素電極邊緣與該畫素區中最鄰近該第二共同電極的該第一共同電極邊緣，於該第一基板方向上的投影距離為d1，第二共同電極之邊緣與該畫素區之該畫素電極邊緣，於該第一基板方向上的投影距離為d2，則(d1+d2)的總和係為5~7μm，且d1>d2。
  2. 如請求項1所述的面板，其中0≦d2≦2μm。
  3. 如請求項1所述的面板，其中(d1+d2)的總和係為7μm，且d2係為0μm。
  4. 如請求項1所述的面板，其中，該第二共同電極寬度大於該資料線寬度。
  5. 如請求項1所述的面板，其中，該第二共同電極寬度大於各該第一共同電極寬度。
  6. 如請求項1所述的面板，其中，該液晶層之液晶分子具有正型介電異方性(positive dielectric anisotropy,△ε)係為5至10之間。
  7. 如請求項1所述的面板，其中，該液晶層具有一預定厚度(D)與該液晶層之液晶材料具有雙折射係數(△n)之乘積(△n*D)係為391nm，且該液晶層之液晶分子具有正型介電異方性(positive dielectric anisotropy,△ε)係為5。
  8. 一種邊際場切換式液晶顯示面板，包括：一第一基板、一第二基板以及一液晶層夾設於第一基板與第二基板之間；至少一掃描線，設置於該第一基板上；至少一資料線，設置於該第一基板上，且該資料線與該掃描線交錯以定義出至少一畫素區； 至少一切換元件，設置於該畫素區內，以分別電性連接該掃描線、該資料線與至少一畫素電極；至少一共同電極，設置於該第一基板之該畫素區上，且藉由介於該畫素電極與該共同電極間之一隔絕層與該畫素電極分開，其中，該共同電極至少包含多個第一共同電極與至少一第二共同電極，該第二共同電極，設置且覆蓋於該資料線上方，各該第一共同電極之間具有一間隔，且其設置於該畫素區內，其中，該液晶層具有一預定厚度(D)與該液晶層之液晶材料具有雙折射係數(△n)之乘積(△n*D)係為340nm至391nm之間，且該液晶層之液晶分子具有正型介電異方性(positive dielectric anisotropy,△ε)係為5至10之間。
  9. 如請求項8所述的面板，其中，該液晶層具有一預定厚度(D)與該液晶層之液晶材料具有雙折射係數(△n)之乘積(△n*D)係為391nm，且該液晶層之液晶分子具有正型介電異方性(positive dielectric anisotropy,△ε)係為5。
  10. 如請求項9所述的面板，其中，該第二共同電極寬度大於該資料線寬度。
  11. 如請求項9所述的面板，其中，該第二共同電極寬度大於各該第一共同電極寬度。
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