具体实施方式
下面,将参照附图更加全面地描述本发明,附图中示出了本发明的优选实施例。然而,本发明可以以多种不同的方式实施,而不应理解为限于这里提出的实施例。
在附图中,为了清晰起见,夸大了层、膜和区域的厚度。相同的标号始终表示相同的元件。应该理解,当元件(诸如层、膜、区域或基底)被称为在另一元件“上”时,该元件可直接在另一元件上,或者也可能存在中间元件。相反,当元件被称为“直接”在另一元件“上”时,没有中间元件存在。
参照图1和图2,将详细描述根据本发明实施例的液晶显示器。
图1是根据本发明实施例的显示装置的框图,图2是作为根据本发明实施例的显示装置的示例的LCD的像素的等效电路图。
参照图1,根据本实施例的显示装置包括:液晶面板组件300、连接到液晶面板组件300的栅极驱动器400和数据驱动器500、连接到数据驱动器500的灰度电压发生器800和控制上述元件的信号控制器600。
参照图1,液晶面板组件300包括多条显示信号线G1-Gn和D1-Dm以及连接到多条显示信号线G1-Gn和D1-Dm的多个像素PX。像素PX基本排列成矩阵。
在图2中示出的结构视图中,液晶面板组件300包括下面板100、上面板200以及置于下面板100和上面板200之间的LC层3。
显示信号线G1-Gn和D1-Dm包括传输栅极信号(也称为“扫描信号”)的多条栅极线G1-Gn和传输数据信号的多条数据线D1-Dm。栅极线G1-Gn基本上在行方向上延伸且基本上彼此平行,而数据线D1-Dm基本上在列方向上延伸且基本上彼此平行。
参照图2,由液晶显示器的第“i”栅极线和第“j”数据线限定的各个像素PX包括主开关元件Q1和次开关元件Q2以及LC(液晶)电容器CLC。显示信号线Gi和Dj设置在下面板100上。如果必要,可添加存储电容器(未示出)。
各个主开关元件Q1和次开关元件Q2(诸如TFT)设置在下面板100上,并且主开关元件Q1具有三个接线端:控制接线端,连接到栅极线Gi;输入接线端,连接到数据线Dj;输出接线端,连接到LC电容器CLC。次开关元件Q2具有三个接线端:控制接线端,连接到前一栅极线Gi-1;输入接线端,连接到共电压Vcom;输出接线端,连接到LC电容器CLC。
LC电容器CLC包括设置在下面板100上的像素电极191和设置在上面板200上的公共电极270,像素电极191和公共电极270作为两个电容器接线端。置于两个电极191、270之间的LC层3用作LC电容器CLC的电介质。像素电极191连接到主开关元件Q1和次开关元件Q2。公共电极270被供给共电压Vcom并且覆盖上面板200的整个表面。在其它实施例中,公共电极270可设置在下面板100上,电极191和电极270都可被设置成条状或带状。
对于彩色显示器,每个像素PX唯一地代表三原色之一(即,空分),或者每个像素PX依次顺序地代表所有的三原色(即,时分),使得三原色的空间或时间之和被识别为预期的颜色。图2示出空分型彩色显示器的示例,其中各像素在上面板200的面对像素电极191的区域中设置有代表原色之一(例如,红色、绿色或蓝色)的滤色器230。可选择地,滤色器230可设置在下面板100上的像素电极191上或设置在下面板100上的像素电极191的下方。
用于使光偏振的一对偏振器(未示出)附在面板组件300的面板100和面板200的外表面上。
LCD还可包括至少一个用于补偿LC层3的延迟的延迟膜(未示出)。
返回参照图1,灰度电压发生器800产生两组与像素PX的透射率相关的多个灰度电压。一组中的灰度电压相对于共电压Vcom具有正极性,而另一组中的灰度电压相对于共电压Vcom具有负极性。
栅极驱动器400连接到液晶面板组件300的栅极线G1-Gn,并且将来自外部装置的栅导通电压Von和栅截止电压Voff合成,以产生应用于栅极线G1-Gn的栅极信号。栅极驱动器400可安装在液晶面板组件300上,并且可包括多个IC(集成电路)芯片。栅极驱动器400的每个IC芯片分别连接到栅极线G1-Gn,并且包括多个薄膜晶体管。
数据驱动器500连接到液晶面板组件300的数据线D1-Dm,并向数据线D1-Dm施加从灰度电压中选择的数据电压,所述灰度电压由灰度电压发生器800供给。数据驱动器500也可安装在面板组件300上,且也可包括多个IC芯片。
驱动器400、500的IC芯片可安装在柔性印刷电路(FPC)膜上作为TCP(带载封装),并且附于液晶面板组件300。可选择地,驱动器400、500可与显示信号线G1-Gn和D1-Dm以及TFT开关元件Q1和Q2一起集成到液晶面板组件300中。
驱动器400、500的IC芯片或者柔性印刷电路(FPC)膜位于液晶面板组件300的外围区域。
信号控制器600产生用于控制驱动器400、500的控制信号,并为驱动器400、500提供相应的控制信号。
现在,将详细描述LCD的操作。
信号控制器600被外部图形控制器(未示出)供给图像信号R、G和B以及用于控制图像信号R、G和B的显示的输入控制信号,输入控制信号诸如竖直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK和数据使能信号DE。在基于输入控制信号产生栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2并且将图像信号R、G和B处理成适于面板组件300的操作之后,信号处理器600为栅极驱动器400提供栅极控制信号CONT1并且为数据驱动器500提供处理了的图像数据DAT和数据控制信号CONT2。
栅极控制信号CONT1包括用于指示栅极驱动器400开始扫描的扫描起始信号STV和用于控制栅导通电压Von的输出时间的至少一个时钟信号。
数据控制信号CONT2包括用于通知数据驱动器500一组像素的图像数据DAT的数据传输开始的水平同步起始信号STH、用于指示数据驱动器500向数据线D1-Dm施加数据电压的加载信号LOAD、数据时钟信号HCLK。数据控制信号CONT2还可包括用于使数据电压(相对于共电压Vcom)的极性反转的反转信号RVS。
数据驱动器500从信号控制器600接收像素行的图像数据DAT包,并响应来自信号控制器600的数据控制信号CONT2将图像数据DAT转换成从灰度电压中选择的模拟数据电压,所述灰度电压从灰度电压发生器800供给。
响应来自信号控制器600的栅极控制信号CONT1,栅极驱动器400向栅极线G1-Gn施加栅导通电压Von。每条栅极线G1-Gn连接到相应像素行的主开关元件Q1和下一像素行的次开关元件Q2,因而同时导通连接到其的所述主开关元件Q1和所述次开关元件Q2。因此,施加到数据线D1-Dm的数据电压通过主开关元件Q1供给到一行像素,同时作为预充电压的共电压通过次开关元件Q2供给到下一行像素。
数据电压和共电压Vcom之差表示为LC电容器CLC两端的电压,该电压称为像素电压。LC电容器CLC中的LC分子具有取决于像素电压的幅度的取向,分子取向决定穿过LC层3的光的偏振。偏振器将光偏振转换成光透射率。
在一水平周期(1H)之后,通过次开关元件Q2施加有共电压的行像素通过主开关元件Q1接收相应的数据电压。
通过以所述水平周期(该水平周期以1H表示,并且等于水平同步信号Hsync和数据使能信号DE的一个周期)为单位重复这个过程,在一帧期间所有的栅极线G1-Gn被顺次地供有栅导通电压Von,从而将数据电压施加到所有像素。当一帧结束之后下一帧开始时,控制施加到数据驱动器500的反转控制信号RVS,以使数据电压的极性反转(这称为“帧反转”)。也可这样控制反转控制信号RVS,以使一帧中在数据线中流动的数据电压的极性反转(例如,线反转和点反转),或者在一数据包中的数据电压的极性反转(例如,列反转和点反转)。
如上所述,作为预充电压的共电压以相同的电压供给所有像素,因此所有像素的充电率可一致。
现在将参照图3和图4以及图1和图2来详细描述根据本发明的一个实施例的LCD的液晶面板组件。
图3是根据本发明实施例的在图1和图2中示出的液晶面板组件的下面板的布局图,图4是沿线IV-IV截取的包括图3中的下面板的液晶面板组件的剖视图。
现在将详细描述公共电极面板200。
称为用于防止光泄漏的黑矩阵的挡光构件220形成在由材料诸如透明玻璃或塑料制成的绝缘基底210上。挡光构件220可以是由铬制成的单层,或者是由铬和铬氮化物制成的双层,并且可以由包括黑色素的有机材料制成。
多个滤色器230也形成在基底210上,并且它们基本上设置在由挡光构件220包围的区域中。滤色器230可基本上沿纵向方向延伸,并且相邻的滤色器230的边缘可彼此叠置。
公共电极270形成在滤色器230上。公共电极270优选地由透明导电材料(诸如ITO和IZO)制成。
为了防止滤色器230暴露或者为了提供平坦的表面,可在滤色器230和公共电极270之间添加覆盖层(未示出)。
现在将详细描述TFT阵列面板100。
多条栅极线121形成在绝缘基底110上。栅极线121用来传输栅极信号,并且栅极线121基本上在横向方向上延伸且彼此分开。每条栅极线121包括多个突出部分和端部129,多个突出部分形成分别向下突出和向上突出的多个第一栅电极124a和多个第二栅电极124b,端部129具有用来与另一层或外部器件接触的大的面积。当栅极驱动电路(未示出)集成在基底110上使得栅极线121直接与栅极驱动电路接触时,可不设置端部129。
栅极线121优选地由含Al金属诸如Al和Al合金、含Ag金属诸如Ag和Ag合金、含Cu金属诸如Cu和Cu合金、含Mo金属诸如Mo和Mo合金、Cr、Ta或Ti制成。然而,栅极线121可具有包括双导电膜(未示出)的多层结构,所述双导电膜具有不同的物理特性。所述双膜之一优选地由包括用于减小信号延迟或电压降的含Al金属、含Ag金属和含Cu金属的低阻金属制成。另一膜优选地由材料诸如含Mo金属、Cr、Ta或Ti制成,这些材料具有良好的物理特性、化学特性以及与其它材料诸如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)的电接触特性。所述双膜组合的典型示例为下Cr膜和上Al(合金)膜以及下Al(合金)膜和上Mo(合金)膜。然而,栅极线121可由各种金属或导体制成。
此外,栅极线121的侧面相对于基底110的表面倾斜,并且其倾斜角度范围为大约30度至大约80度。
优选地由硅氮化物(SiNx)制成的栅极绝缘层140形成在栅极线121上。
优选地由氢化非晶硅(简写为“a-Si”)或多晶硅制成的多个半导体带151和多个半导体岛154b形成在栅极绝缘层140上。每个半导体带151基本上在纵向方向上延伸,并且周期性弯曲。每个半导体带151具有朝第一栅电极124a分支出来的多个突出部分154a。每个半导体岛154b设置在第二栅电极124b上。
优选地由硅化物或以N型杂质重掺杂的n+氢化a-Si制成的多个欧姆接触带161和欧姆接触岛163b、165a、165b形成在半导体带151和半导体岛154b上。每个欧姆接触带161具有多个突出部分163a,突出部分163a和欧姆接触岛165a成对地位于半导体带151的突出部分154a上。欧姆接触岛163b和欧姆接触岛165b成对地位于半导体岛154b上。
半导体151、154b和欧姆接触161、163b、165a、165b的侧面相对于基底110的表面倾斜,并且其倾斜角度优选地在大约30度至大约80度的范围内。
多条数据线171、多个第二源电极173b以及多个彼此分开的第一漏电极175a和第二漏电极175b形成在欧姆接触161、163b、165a、165b和栅极绝缘层140上。
用于传输数据电压的数据线171基本上在纵向方向上延伸且与栅极线121交叉。每条数据线171具有端部179和第一源电极173a,端部179具有用来与另一层或外部器件接触的大的面积。每个第一源电极173a延伸至第一栅电极124a,并且以“U”形围绕第一漏电极175a。
第二源电极173b与数据线171分开,并且至少与第二栅电极124b部分叠置。
每个第一漏电极175a与数据线171分开,每个第二漏电极175b与第二源电极173b分开,并且第一漏电极175a与第一源电极173a关于第一栅电极124a相对地设置,第二漏电极175b与第二源电极173b关于第二栅电极124b相对地设置。第一漏电极175a包括具有用来与另一层接触的大的区域的一端部和被第一源电极173a围绕的另一端部。
每组第一栅电极124a、第一源电极173a、第一漏电极175a与半导体带151的突出部分154a一起形成TFT Q1,TFT Q1具有形成在设置在第一源电极173a和第一漏电极175a之间的半导体突出部分154a中的沟道。每组第二栅电极124b、第二源电极173b、第二漏电极175b与第二半导体岛154b一起形成TFT Q2,TFT Q2具有形成在设置在第二源电极173b和第二漏电极175b之间的第二半导体岛154b中的沟道。
数据线171、第二源电极173b和漏电极175a、175b优选地由难熔金属诸如Cr、Mo、Ta、Ti或其合金制成。然而,它们可具有包括难熔金属膜(未示出)和低阻膜(未示出)的多层结构。所述多层结构的典型示例为包括下Cr/Mo(合金)膜和上Al(合金)膜的双层结构以及下Mo(合金)膜、中Al(合金)膜和上Mo(合金)膜的三层结构。然而,数据导体171、175可由各种金属或导体制成。
与栅极线121相似,数据线171、第二源电极173和漏电极175a、175b具有倾斜的侧面,并且其倾斜角度范围为大约30度至大约80度。
欧姆接触161、163b、165a、165b仅置于下埋半导体151、154b与在其上的上覆数据线171、第二源电极173b和上覆漏电极175a、175b之间,减小它们之间的接触电阻。虽然半导体带151在大多数地方比数据线171窄,但是如上所述半导体带151的宽度在栅极线121附近变大,以使表面的轮廓平滑,从而防止数据线171断开。半导体154a、154b分别包括多个未覆盖有数据线171、第一漏电极175a、第二漏电极175b的暴露部分,诸如分别位于第一源电极173a和第一漏电极175a之间以及第二源电极173b和第二漏电极175b之间的部分。
钝化层180形成在数据线171、第二源电极173b、漏电极175a和175b以及半导体151、154b的未覆盖有数据线171、第二源电极173b、漏电极175a和175b的暴露部分上。钝化层180优选地由具有良好的平坦化特性的光敏有机材料、低介电绝缘材料(诸如由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的a-Si:C:O和a-Si:O:F)、或者无机材料(诸如硅氮化物和硅氧化物)制成。钝化层180可具有包括下无机膜和上有机膜的双层结构,以防止半导体151、154b的沟道部分直接接触有机材料。
钝化层180具有分别暴露数据线171的端部179、第二源电极173b、漏电极175a、175b的多个接触孔182、183、185a、185b。钝化层180和栅极绝缘层140具有暴露栅极线121的端部129的多个接触孔181。
优选地由透明导电材料诸如ITO或IZO制成的多个像素电极191、多个接触辅助件81和82、多个屏蔽电极88形成在钝化层180上。对于反射型LCD,像素电极191可由不透明的反射材料诸如Ag或Al制成。
像素电极191通过接触孔185a物理且电连接到第一漏电极175a,通过接触孔185b物理且电连接到第二漏电极175b,使得像素电极191从第一漏电极175a和第二漏电极175b接收数据电压/共电压。
被供给有数据电压的像素电极191与公共电极270协作产生电场,所述电场使设置在像素电极191和公共电极270之间的LC层3的液晶分子重新取向。
像素电极191和公共电极270形成称为“液晶电容器”的电容器,所述电容器在主TFT Q1截止后存储所施加的电压。为了提高电压存储能力,可设置称为“存储电容器”的额外电容器,所述电容器与液晶电容器并联连接。
屏蔽电极88被供给共电压,并且屏蔽电极88包括沿数据线171延伸的纵向部分和沿栅极线121延伸以连接相邻的纵向部分的横向部分。纵向部分完全覆盖数据线171,而各横向部分位于栅极线121的边界内,并且纵向部分包括通过接触孔183连接到第二源电极173b的多个突出部分。
屏蔽电极88阻挡数据线171和像素电极191之间以及数据线171和公共电极270之间的电磁干扰,以减小像素电极190的电压失真和由数据线171携载的数据电压的信号延迟。
此外,由于像素电极191需要与屏蔽电极88分隔开以防止像素电极191和屏蔽电极88之间短路,所以像素电极191离数据线171更远,这样减小了像素电极191和数据线171之间的寄生电容。
此外,由于LC层3的介电常数大于钝化层180的介电常数,所以与数据线171和公共电极270之间没用屏蔽电极88相比减小了数据线171和屏蔽电极88之间的寄生电容。
此外,由于像素电极191和屏蔽电极88制作在同一层上,所以像素电极191和屏蔽电极88之间的距离可保持均匀,因此像素电极191和屏蔽电极88之间的寄生电容可一致。
接触辅助件81通过接触孔181连接到栅极线121的暴露的端部129,接触辅助件82通过接触孔182连接到数据线171的暴露的端部179。接触辅助件81保护暴露的端部129,并且补充暴露的端部129和外部器件之间的附着力,接触辅助件82保护暴露的端部179,并且补充暴露的端部179和外部器件之间的附着力。
图5是用于根据本发明另一实施例的LCD的薄膜晶体管阵列面板的布局图,图6是沿线VI-VI截取的在图5中示出的薄膜晶体管阵列面板的剖视图。
参照图5和图6,根据该实施例的面板100的分层的结构与图3和图4中示出的面板100的分层的结构几乎相同。
包括多个栅电极124a、124b和多个端部129的多条栅极线121形成在基底110上,栅极绝缘层140、包括多个突出部分154a的多个半导体带151和多个半导体岛154b、包括多个突出部分163a的多个欧姆接触带161以及多个欧姆接触岛163b和165a和165b顺次形成在其上。包括多个第一源电极173a的多条数据线171、多个第二源电极173b、多个第一漏电极175a、多个第二漏电极175b形成在欧姆接触161、163b、165a和165b上,并且钝化层180形成在其上。多个接触孔181、182、183、185a、185b设置在钝化层180和栅极绝缘层140中。多个像素电极191、多个屏蔽电极88、多个接触辅助件81和82形成在钝化层180上。
不同于图3和图4中示出的LCD,在该实施例中,屏蔽电极88包括设置在屏蔽电极88的纵向部分且延伸至数据线171的多个开口89。
在该实施例中,数据线171和屏蔽电极88之间的寄生电容可由于屏蔽电极88的开口89而减小,从而可减小施加到数据线171的信号的延迟。
图7是用于根据本发明另一实施例的LCD的薄膜晶体管阵列面板的布局图,图8是沿线VIII-VIII’-VIII”截取的在图7中示出的薄膜晶体管阵列面板的剖视图。
参照图7和图8,根据该实施例的面板100的分层的结构与图3和图4中示出的面板100的分层的结构几乎相同。
包括多个栅电极124a、124b和多个端部129的多条栅极线121形成在基底110上,栅极绝缘层140、包括多个突出部分154a的多个半导体带151和多个半导体岛154b、包括多个突出部分163a的多个欧姆接触带161以及多个欧姆接触岛163b和165a和165b顺次形成在其上。包括多个第一源电极173a的多条数据线171、多个第二源电极173b、多个第一漏电极175a、多个第二漏电极175b形成在欧姆接触161、163b、165a和165b上,并且钝化层180形成在其上。多个接触孔181、182、183、185a、185b设置在钝化层180和栅极绝缘层140中。多个像素电极191、多个屏蔽电极88、多个接触辅助件81和82形成在钝化层180上。
不同于图3和图4中示出的LCD,在该实施例中,第二源电极173b与栅极线121和屏蔽电极88的横向部分叠置,并且接触孔183设置在屏蔽电极88的横向部分的下方。因此,可使像素的开口率最大化。
图9是用于根据本发明另一实施例的LCD的薄膜晶体管阵列面板的布局图,图10是沿线X-X’-X”截取的在图9中示出的薄膜晶体管阵列面板的剖视图。
参照图9和图10,根据该实施例的面板100的分层的结构与图7和图8中示出的面板100的分层的结构几乎相同。
包括多个栅电极124a、124b和多个端部129的多条栅极线121形成在基底110上,栅极绝缘层140、包括多个突出部分154a的多个半导体带151和多个半导体岛154b、包括多个突出部分163a的多个欧姆接触带161以及多个欧姆接触岛163b和165a和165b顺次形成在其上。包括多个第一源电极173a的多条数据线171、多个第二源电极173b、多个第一漏电极175a、多个第二漏电极175b形成在欧姆接触161、163b、165a和165b上,并且钝化层180形成在其上。多个接触孔181、182、183、185a、185b设置在钝化层180和栅极绝缘层140中。多个像素电极191、多个屏蔽电极88、多个接触辅助件81和82形成在钝化层180上。
不同于图7和图8中示出的LCD,在该实施例中,屏蔽电极88包括设置在屏蔽电极88的纵向部分且与数据线171叠置的多个开口89。
在该实施例中,数据线171和屏蔽电极88之间的寄生电容也会由于屏蔽电极88的开口89而减小,从而可减小施加到数据线171的信号的延迟。
图11是用于根据本发明另一实施例的LCD的薄膜晶体管阵列面板的布局图,图12是沿线XII-XII截取的在图11中示出的薄膜晶体管阵列面板的剖视图。
参照图11和图12,根据该实施例的面板100的分层的结构与图3和图4中示出的面板100的分层的结构几乎相同。
包括多个栅电极124a、124b和多个端部129的多条栅极线121形成在基底110上,栅极绝缘层140、包括多个突出部分154a的多个半导体带151和多个半导体岛154b、包括多个突出部分163a的多个欧姆接触带161以及多个欧姆接触岛163b和165a和165b顺次形成在其上。包括多个第一源电极173a的多条数据线171、多个第二源电极173b、多个第一漏电极175a、多个第二漏电极175b形成在欧姆接触161、163b、165a和165b上,并且钝化层180形成在其上。多个接触孔181、182、183、185a、185b设置在钝化层180和栅极绝缘层140中。多个像素电极191、多个屏蔽电极88、多个接触辅助件81和82形成在钝化层180上。
不同于图3和图4中示出的LCD,半导体带151的平面形状与数据线171、漏电极175a和175b以及下埋的欧姆接触161、165a和165b的平面形状几乎相同。然而,半导体带151的突出部分154a和半导体岛154b包括一些未覆盖有数据线171以及漏电极175a和175b的暴露部分,诸如位于源电极173a和漏电极175a之间以及源电极173b和漏电极175b之间的部分。
根据一个实施例的TFT阵列面板的制造方法利用一个光刻工艺同时形成数据线171、第二源电极173b、漏电极175a和175b、半导体151和154b、欧姆接触161、163b、165a和165b。
用于光刻工艺的光阻图案具有取决于位置的厚度,具体地讲,所述光阻图案具有第一部分和厚度减小的第二部分。第一部分位于将被数据线171、第二源电极173b及漏电极175a和175b占用的线区,第二部分位于TFT Q1和TFT Q2的沟道区。
光阻的取决于位置的厚度可通过多种技术获得,例如,通过在曝光掩模上设置半透明区域和透明区域以及挡光不透明区域。半透明区域可具有缝隙图案、格子图案或者可以是具有中间透射率或中间厚度的薄膜。当使用缝隙图案时,缝隙的宽度或缝隙之间的距离优选地小于光刻所使用的曝光机的分辨率。另一示例是使用可回流的光阻。详细地,一旦通过使用只有透明区域和不透明区域的普通曝光掩模来形成由可回流的材料制成的光阻图案,则所述光阻图案有赖于回流工艺来流到没有光阻的区域上,从而形成薄部分。
结果,通过省略光刻步骤而简化了制造工艺。
在图1至图10中示出的LCD的许多上述特征可适用于图11和图12中示出的LCD。
如上所述,对于预充操作,通过使用屏蔽电极将作为预充电压的共电压以相同电压供给到所有像素,因此,显示装置的特性可一致且稳定。
虽然已经参照优选实施例详细描述了本发明,但是本领域技术人员应该明白,在不脱离如权利要求所述的本发明的精神和范围的情况下,可对本发明作出各种修改和替换。