CN100388110C - 像素结构与液晶显示面板 - Google Patents

Abstract

一种像素结构，其包括有源元件、第一像素电极、第二像素电极、耦合线路、公共电极及液晶层。其中，第一与第二像素电极分别具有多组不同延伸方向的条状电极图案，且彼此电绝缘。耦合线路位于第一与第二像素电极下方，并与第二像素电极电绝缘，且第一像素电极通过耦合线路与有源元件电连接。公共电极配置于第一与第二像素电极上方，且不具有对准图案。液晶层位于公共电极与第一像素电极之间及公共电极与第二像素电极之间，且具有一液晶分子层以及二聚合物层，而该液晶分子层位于聚合物层之间。

Description

像素结构与液晶显示面板

技术领域

本发明涉及一种像素结构，且特别是涉及一种利用聚合物配向(polymer-stabilized alignment)的像素结构。

背景技术

由于显示器的需求与日俱增，因此业界全力投入相关显示器的发展。其中，又以阴极射线管(cathode ray tube，CRT)因具有优异的显示质量与技术成熟性，因此长年独占显示器市场。然而，近来由于绿色环保概念的兴起，基于能源消耗较大与产生辐射量较大的特性，加上其产品扁平化空间有限，故无法满足市场需求。因此，具有高画质、空间利用效率佳、低消耗功率、无辐射等优越特性的薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystaldisplay，TFT-LCD)已逐渐成为市场的主流。

目前，市场对于液晶显示器的性能要求是朝向高对比(high contrastratio)、无灰阶反转(no gray scale inversion)、色偏小(little color shift)、亮度高(high luminance)、高色彩丰富度、高色彩饱和度、快速反应与广视角等特性。目前能够达成广视角要求的技术有扭转向列型(twist nematic，TN)液晶加上广视角膜(wide viewing film)、共平面切换型(in-plane switching，IPS)液晶显示器、边际场切换型(fringe field switching)液晶显示器、多域垂直配向型(multi-domain vertically alignment，MVA)液晶显示器等方式。

图1A绘示现有一种多域垂直配向型液晶显示面板的剖面示意图，图1B绘示图1A的液晶显示面板中薄膜晶体管阵列基板的俯视图，其中图1A中的薄膜晶体管阵列基板为图1B沿剖面线A-A’的剖面示意图。请同时参照图1A与图1B，现有多域垂直配向型液晶显示面板10包括一薄膜晶体管阵列基板20、一彩色滤光基板30以及一液晶层40。其中，液晶层40配置于薄膜晶体管阵列基板20与彩色滤光基板30之间。

彩色滤光基板30包括一玻璃基板31、一彩色滤光膜层32、一公共电极33以及多个突起物(protrusion)34。彩色滤光膜层32配置于玻璃基板31之上。公共电极33配置于彩色滤光膜层32之上。突起物34则配置于公共电极33之上。

薄膜晶体管阵列基板20包括一玻璃基板21、多条扫描线22、多条数据线23、多个薄膜晶体管24、多个透明电极25以及多条公共线26。其中，扫描线22与数据线23配置于玻璃基板21上。每一薄膜晶体管24与其中一扫描线22以及其中一数据线23电连接。每一透明电极25与其中一薄膜晶体管24电连接并跨过其中一条公共线26。

值得注意的是，透明电极25具有多个狭缝图案25a。通过狭缝图案25a搭配突起物34，可以使得液晶层40中的液晶分子呈现多方向的倾倒，进而达到增进多域垂直配向型液晶显示面板10的视角范围的目的。因此多域垂直配向型液晶显示面板10能够达成广视角的要求。

虽然上述的多域垂直配向型液晶显示面板10可以通过狭缝图案25a与突起物34的设计以增加其视角范围，但是，在多域垂直配向型液晶显示面板10显示画面的期间，若以大角度观看此多域垂直配向型液晶显示面板10时，仍会有画面偏白(color wash-out)的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种像素结构，其可用于改善液晶显示面板的画面偏白的现象，并增加液晶显示面板的开口率以提升液晶显示面板的亮度。

本发明的另一目的是提供一种开口率较佳且亮度较高的液晶显示面板。

为达上述目的与其它目的，本发明提出一种像素结构，其包括一有源元件、一第一像素电极、一第二像素电极、一耦合线路、一公共电极以及一液晶层。其中，第一像素电极与第二像素电极分别具有多组不同延伸方向的第一条状电极图案与第二条状电极图案，且第二像素电极与第一像素电极电绝缘。耦合线路位于第一像素电极以及第二像素电极下方，其中第一像素电极通过耦合线路与有源元件电连接，而耦合线路与第二像素电极电绝缘。公共电极配置于第一像素电极以及第二像素电极上方，其中公共电极上不具有任何对准图案。液晶层位于公共电极与第一像素电极之间以及公共电极与第二像素电极之间，且液晶层具有一液晶分子层以及具有配向作用的两层聚合物层，而液晶分子层位于聚合物层之间。

依照本发明一实施例所述的像素结构，其中聚合物层的材料包括压克力系高分子(acrylate)。

依照本发明一实施例，像素结构还包括一公共线以及一电容电极，其中电容电极配置于公共线上方且与第一像素电极电连接。此外，公共线位于第一像素电极下方，且第一像素电极跨过公共线。在另一实施例中，第一像素电极与第二像素电极亦可分别位于公共线的两对侧。在又一实施例中，像素结构还包括一介电层，此介电层配置于电容电极与公共线间。在再一实施例中，第二像素电极包括一第一次像素电极以及一第二次像素电极。其中第一次像素电极与第二次像素电极分别位于第一像素电极的两对侧。

依照本发明一实施例所述的像素结构，其中第二像素电极包括一第一次像素电极以及一第二次像素电极。第一次像素电极与第二次像素电极分别位于扫描线的两对侧且电连接。

依照本发明一实施例所述的像素结构，其中第一像素电极的多组第一条状电极图案定义出四个配向领域。

依照本发明一实施例所述的像素结构，其中第二像素电极的多组第二条状电极图案定义出四个配向领域。

本发明另提出一种液晶显示面板，此液晶显示面板包括一下基板、一上基板、一彩色滤光阵列以及多个像素结构。其中，上基板配置于下基板的上方。彩色滤光阵列配置于上基板与下基板之间。像素结构配置于彩色滤光阵列与下基板之间。每一像素结构与一扫描线以及一数据线电连接。每一像素结构包括一有源元件、一第一像素电极、一第二像素电极、一耦合线路、一公共电极以及一液晶层。有源元件与扫描线及数据线电连接。第一像素电极具有多组不同延伸方向的第一条状电极图案。第二像素电极具有多组不同延伸方向的第二条状电极图案，而第二像素电极与第一像素电极电绝缘。耦合线路位于第一像素电极以及第二像素电极下方，其中第一像素电极通过耦合线路与有源元件电连接，且耦合线路与第二像素电极电绝缘。公共电极配置于第一像素电极以及第二像素电极上方，此公共电极上不具有任何对准图案。液晶层位于公共电极与第一像素电极之间以及公共电极与第二像素电极之间，且液晶层具有一液晶分子层以及二聚合物层。液晶分子层位于这些聚合物层之间。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，其中聚合物层的材料包括压克力系高分子(acrylate)。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，上述每一像素结构还包括一公共线以及电容电极。电容电极配置于公共线上方，且电容电极与第一像素电极电连接。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，上述每一像素结构中的公共线位于第一像素电极下方，且第一像素电极跨过公共线。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，上述每一像素结构中的第一像素电极与第二像素电极分别位于公共线的两对侧。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，上述每一像素结构还包括一介电层，配置于电容电极与公共线间。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，上述每一像素结构中的第二像素电极包括一第一次像素电极以及一第二次像素电极。其中第一次像素电极与第二次像素电极分别位于第一像素电极的两对侧。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，上述每一像素结构中的第二像素电极包括一第一次像素电极以及一第二次像素电极。第一次像素电极与第二次像素电极分别位于扫描线的两对侧且电连接。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，上述每一像素结构中的第一像素电极的多组第一条状电极图案定义出四个配向领域。

依照本发明一实施例所述的液晶显示面板，上述每一像素结构中的第二像素电极的多组第二条状电极图案定义出四个配向领域。

综上所述，在本发明的液晶显示面板中，像素结构中的液晶分子层会受到两聚合物层的作用，而使液晶分子呈特定排列。此外，耦合线路与第二像素电极构成一耦合电容器。若调整此耦合电容器的电容值，第一像素电极与第二像素电极上方的液晶分子的倾倒程度将会不同。通过此方法，则可改善液晶显示面板的画面偏白现象。而具有像素结构的液晶显示面板也会具有较高的开口率与较高的亮度。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。

附图说明

图1A绘示现有一种多域垂直配向型液晶显示面板的剖面示意图；

图1B绘示图1A的液晶显示面板中薄膜晶体管阵列基板的俯视图；

图2A绘示本发明第一实施例的液晶显示面板的局部剖面示意图；

图2B绘示本发明第一实施例的有源元件阵列基板的俯视图；

图2C绘示图2A的像素结构的等效电路图；

图2D绘示图2A中第一像素电极与第二像素电极上方的液晶分子倾倒的示意图；

图3A绘示本发明第二实施例的液晶显示面板的局部剖面示意图；

图3B绘示本发明第二实施例的有源元件阵列基板的俯视图；

图4A绘示本发明第三实施例的液晶显示面板的局部剖面示意图；

图4B绘示本发明第三实施例的有源元件阵列基板的俯视图；

图5A绘示本发明第四实施例的液晶显示面板的局部剖面示意图；

图5B绘示本发明第四实施例的有源元件阵列基板的俯视图。

简单符号说明

10：多域垂直配向型液晶显示面板

20：薄膜晶体管阵列基板

21、31：玻璃基板

22、120：扫描线

23、130：数据线

24：薄膜晶体管

25：透明电极

25a：狭缝图案

26、270：公共线

280：电容电极

30：彩色滤光基板

32：彩色滤光膜层

33：公共电极

34：突起物

40、260：液晶层

102、104、106、108：有源元件阵列基板

110：下基板

140：上基板

150：彩色滤光阵列

200、300、400、500：像素结构

210：有源元件

220、320、420、520：第一像素电极

222：第一条状电极图案

230、330、430、530：第二像素电极

232：第二条状电极图案

240、340、540：耦合线路

250：公共电极

262：液晶分子层

262a：液晶分子

264：聚合物层

290：介电层

430a：第一次像素电极

430b：第二次像素电极

600、700、800、900：液晶显示面板

具体实施方式

第一实施例

图2A绘示本发明第一实施例的液晶显示面板的局部剖面示意图，图2B绘示本发明第一实施例的有源元件阵列基板的俯视图，其中图2A中的有源元件阵列基板为图2B沿剖面线B-B’的剖面示意图。请同时参照图2A与图2B，本实施例的液晶显示面板600包括一下基板110、一上基板140、一彩色滤光阵列150以及多个像素结构200。其中，下基板110上形成有多条扫描线120以及多条数据线130。彩色滤光阵列150配置于下基板110与上基板140之间。像素结构200配置于彩色滤光阵列150与下基板110之间。以下将就各构件的细部结构、配置位置、连接关系以及形成的材料做说明。

请继续参照图2A与图2B，像素结构200制作于下基板110上，且与下基板110上的一扫描线120以及一数据线130电连接。由图2A与2B可知，像素结构200包括一有源元件210、一第一像素电极220、一第二像素电极230、一耦合线路240、一公共电极250以及一液晶层260。

有源元件210配置于下基板110上且与扫描线120及数据线130电连接。第一像素电极220与第二像素电极230分别具有第一条状电极图案222与第二条状电极图案232。第一条状电极图案222与第二条状电极图案232分别具有多组不同的延伸方向，且第二像素电极230与第一像素电极220电绝缘。耦合线路240位于第一像素电极220以及第二电极230下方，其中第一像素电极220通过耦合线路240与有源元件210电连接，且耦合线路240与第二像素电极230电绝缘。公共电极250配置于第一像素电极220以及第二像素电极230上方，其中公共电极250上不具有任何对准图案。液晶层260位于公共电极250与第一像素电极220之间以及公共电极250与第二像素电极230之间。此液晶层260具有一液晶分子层262以及两聚合物层264，而液晶分子层262位于两聚合物层264之间。

承上述，下基板110与上基板140例如为一玻璃基板、石英基板或是其它适当材料的基板。扫描线120例如为铝合金线或是其它适当导体材料所形成的导线。数据线130与耦合线路240则可为铬金属导线、铝合金导线或是其它适当导体材料所形成的导线。彩色滤光阵列150例如包括多个红色滤光图案、绿色滤光图案以及蓝色滤光图案。有源元件210例如为一薄膜晶体管或是其它具有三端子的开关元件(tri-polar switching device)。第一像素电极220与第二像素电极230例如为透明电极(transmissive electrode)、反射电极(reflective electrode)或是透反电极(transflective electrode)，而第一像素电极220与第二像素电极230的材料可为铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)、金属或是其它透明或不透明的导电材料。此外，公共电极250的材料可为铟锡氧化物、铟锌氧化物或是其它透明的导电材料。液晶分子层262的材料例如为负型液晶分子。聚合物层264的材料例如为压克力系高分子(acrylate)，聚合物层264例如可利用高分子的单体(monomer)材料经紫外光聚合而成。

在本实施例中，像素结构200还包括一公共线270以及一电容电极280，其中电容电极280配置于公共线270上方且与第一像素电极220电连接。此外，公共线270位于第一像素电极220下方，且第一像素电极220跨过公共线270。

如同图2A所示，像素结构200还可进一步包括一介电层290，此介电层290配置于电容电极280与公共线270之间；换言之，电容电极280、公共线270以及介电层290可构成一储存电容器(storage capacitor)。更详细而言，下基板110、扫描线120、数据线130、有源元件210、第一像素电极220、第二像素电极230、耦合线路240、公共线270以及电容电极280构成了有源元件阵列基板102。另外，介电层290的材料例如为氮化硅或是其它适当材料。公共线270例如为铝合金导线或是其它适当导体材料所形成的导线。电容电极280的材料例如为铬金属、铝合金或是其它适当导体材料。在此处需注意的是，在本实施例中，电容电极280与耦合线路240是相连且为同时形成的。然而，在其它实施例中，电容电极280与耦合线路240不限定必须是相连的，也不限定要同时形成。

请继续参照图2B，第一像素电极220的多组第一条状电极图案222定义出四个配向领域I、II、III、IV，而第二像素电极230的多组第二条状电极图案232定义出两个配向领域I、II。在像素结构200未被驱动时，液晶分子层262中的液晶分子262a受到两聚合物层264的配向作用而会垂直于下基板110排列。当像素结构200被驱动时，液晶分子层262中的液晶分子262a则会朝平行于下基板110的方向倾倒。特别的是，在配向领域I、II、III、IV其中之一内，液晶分子262a的倾倒方向为实质上一致的，但这些配向领域I、II、III、IV中的液晶分子262a的倾倒方向则互不相同。通过液晶分子262a往多个方向倾倒排列，以像素结构200所制作的液晶显示面板600将会具有较大的视角范围。

值得一提的是，如图2A所示，由于耦合线路240位于第二像素电极230下方，耦合线路240与第二像素电极230会构成一电容器C_cp(绘示于图2C中)。此外，公共电极250位于彼此电绝缘的第一像素电极220与第二像素电极230上方，公共电极250会分别与第一像素电极220以及第二像素电极230构成电容器C_lc、C_lc’(绘示于图2C中)。而第一像素电极220与公共线270构成一电容器C_st(绘示于图2C中)。

图2C绘示图2A的像素结构的等效电路图。请参照图2C，电容器C_cp的下电极板与上电极板分别为耦合线路240与第二像素电极230。电容器C_lc’的下电极板与上电极板分别为第二像素电极230与公共电极250。电容器C_lc的下电极板与上电极板分别为第一像素电极220与公共电极250。此外，电容器C_st的下电极板与上电极板分别为第一像素电极220(或是电容电极280)与公共线270。

当有源元件210处于开启状态，一外加电压V_a会施加于耦合线路240，以使电容器C_st的下电极板(即第一像素电极220或电容电极280)、电容器C_lc的下电极板(即第一像素电极220)以及电容器C_cp的下电极板(即耦合线路240)的电压皆为V_a。由于电容器C_lc’与电容器C_cp串连，因此电压差(V_a-V_com)需分配于这两个电容器C_lc’、C_cp。如此，电容器C_lc’的下电极板(即第二像素电极230)的电压值V_f将会不同于外加电压V_a。

图2D绘示图2A中第一像素电极与第二像素电极上方的液晶分子倾倒的示意图。请参考图2D，若改变第二像素电极230与耦合线路240的重叠面积的大小，则可以调整C_lc’的值，而电容器C_lc’的下电极板(即第二像素电极230)的电压值V_f也会因此会被调整。承上述，若改变电压值V_f，则可改变第二像素电极230上方的液晶分子262a倾倒的程度。通过调整第一像素电极220与第二像素电极230上方的液晶分子262a的倾倒程度，则可以使液晶显示面板600的画面偏白现象获得改善。除此以外，由于利用像素结构200所制作的液晶显示面板600未使用到突起物的设计，因此液晶显示面板600会具有较高的开口率。

需注意的是，图2D中绘示出的液晶分子262a的倾倒方向与程度仅作为示意用途，以便说明像素结构100的功效。在不同情况下，液晶分子262a的倾倒方向与程度会有不同的情形。

第二实施例

图3A绘示本发明第二实施例的液晶显示面板的局部剖面示意图，图3B绘示本发明第二实施例的有源元件阵列基板的俯视图，其中图3A中的有源元件阵列基板为图3B沿剖面线C-C’的剖面示意图。请同时参照图3A与图3B，本实施例的液晶显示面板700为第一实施例的液晶显示面板600的变形，不同之处在于：像素结构300的第一像素电极320与第二像素电极330分别位于公共线270的两对侧，而耦合线路340并未与电容电极280相连。

由于液晶显示面板700与像素结构300具有的优点与第一实施例中所述相同，故在此不再赘述。

第三实施例

图4A绘示本发明第三实施例的液晶显示面板800的局部剖面示意图，图4B绘示本发明第三实施例的有源元件阵列基板的俯视图，其中图4A中的有源元件阵列基板为图4B沿剖面线D-D’的剖面示意图。请同时参照图4A与图4B，本实施例的液晶显示面板800为第一实施例的液晶显示面板600的变形，不同之处在于：像素结构400的第二像素电极430包括一第一次像素电极430a以及一第二次像素电极430b。其中第一次像素电极430a与第二次像素电极430b分别位于第一像素电极420的两对侧。

由于液晶显示面板800与像素结构400具有的优点与第一实施例中所述相同，故在此不再赘述。

第四实施例

在先前提到的现有技术中，透明电极25是局限在相邻扫描线22与相邻数据线23之间。而如此的设计并未将像素电极25做更有效用的划分。为了使像素电极能更有效地被利用，本实施例提出一种液晶显示面板以及一种像素结构。

图5A绘示本发明第四实施例的液晶显示面板的局部剖面示意图，图5B绘示本发明第四实施例的有源元件阵列基板的俯视图，其中图5A中的有源元件阵列基板为图5B沿剖面线E-E’的剖面示意图。请同时参照图5A与图5B，本实施例的液晶显示面板900与第一实施例的液晶显示面板600类似，不同之处在于：像素结构500的第二像素电极530分别位于扫描线120的两对侧且电连接。此外，像素结构500包括一耦合线路540，此耦合线路540电连接于第一像素电极520与有源元件210之间，但耦合线路540未与电容电极280相连。

相较于现有技术将透明电极25是局限在相邻扫描线22与相邻数据线23之间，像素结构500第二像素电极530位于扫描线120的两边，如使可使像素电极的划分更具有弹性，进而使像素电极能更有效地被利用而达到增加开口率的功效。如此，利用像素结构500制作液晶显示面板900，将可使液晶显示面板900具有较高的开口率与较强的亮度。在此处需注意的是，在本实施例中，耦合线路540未与电容电极280相连，然而，在其它实施例中，电容电极280可与耦合线路240相连且可同时形成的。

综上所述，本发明的像素结构至少具有下列优点：

一、在本发明所提出的像素结构中，液晶分子层与两聚合物层之间的交互作用会使液晶分子呈特定的排列。换言之，本发明所提出的像素结构不需使用突出物的设计即可达到配向的效果。因此，利用本发明所提出的像素结构制作的液晶显示面板将具有较高的开口率与较强的亮度。

二、在第一实施例到第三实施例的液晶显示面板中，像素结构的耦合线路与第二像素电极构成一耦合电容器。此耦合电容器的电容值可被调整，使第一像素电极与第二像素电极上方的液晶分子的倾倒程度不同，进而达到改善液晶显示面板的画面偏白的现象。

三、在第四实施例提的液晶显示面板中，像素结构的第二像素电极位于扫描线的两对侧。相较于现有技术的像素电极局限在两相邻扫描线与两相邻数据线中，如使可使像素电极的划分更具有弹性，进而使像素电极能更有效地被利用，以达到增加液晶显示面板的开口率并提高亮度的功效。

四、本发明提出的液晶显示面板以及像素结构的制作方法与现有的工艺兼容，除更改其中数道光掩模的图案设计，不需增加额外的工艺设备。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (11)

1.一种像素结构，包括：

有源元件，与扫描线及数据线电连接；

第一像素电极，具有多组不同延伸方向的第一条状电极图案；

第二像素电极，具有多组不同延伸方向的第二条状电极图案，其中该第二像素电极与该第一像素电极电绝缘；

耦合线路，位于该第一像素电极以及该第二像素电极下方，其中该第一像素电极通过该耦合线路与该有源元件电连接，且该耦合线路与该第二像素电极电绝缘；

公共电极，配置于该第一像素电极以及该第二像素电极上方；以及

液晶层，位于该公共电极与该第一像素电极之间以及该公共电极与该第二像素电极之间，且该液晶层具有一液晶分子层以及具有配向作用的两层聚合物层，而该液晶分子层位于所述聚合物层之间。

2.如权利要求1所述的像素结构，其中该公共电极上不具有任何对准图案。

3.如权利要求1所述的像素结构，其中所述聚合物层的材料包括压克力系高分子。

4.如权利要求1所述的像素结构，还包括：

公共线；以及

电容电极，配置于该公共线上方，且该电容电极与该第一像素电极电连接。

5.如权利要求4所述的像素结构，其中该公共线位于该第一像素电极下方，且该第一像素电极跨过该公共线。

6.如权利要求4所述的像素结构，其中该第一像素电极与该第二像素电极分别位于该公共线的两对侧。

7.如权利要求4所述的像素结构，还包括一介电层，配置于该电容电极与该公共线间。

8.如权利要求1所述的像素结构，其中该第二像素电极包括：

第一次像素电极；以及

第二次像素电极，其中该第一次像素电极与该第二次像素电极分别位于该第一像素电极的两对侧。

9.如权利要求1所述的像素结构，其中该第二像素电极包括：

第一次像素电极；以及

第二次像素电极，该第一次像素电极与该第二次像素电极分别位于该扫描线的两对侧且电连接。

10.如权利要求1所述的像素结构，其中该第一像素电极的所述多组第一条状电极图案定义出四个配向领域。

11.如权利要求1所述的像素结构，其中该第二像素电极的所述多组第二条状电极图案定义出四个配向领域。

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