TWI418888B - 顯示面板及其配向方法與操作方法以及彩色濾光基板 - Google Patents

Description

顯示面板及其配向方法與操作方法以及彩色濾光基 板

本發明是有關於一種顯示面板及其配向方法與操作方法，且特別是有關於一種採用聚合物穩定配向(Ploymer Stabilized Alignment,PSA)技術之顯示面板及其配向方法與操作方法。

在顯示器的發展上，隨著光電技術與半導體製造技術的進步，具有高畫質、空間利用效率佳、低消耗功率、無輻射等優越特性的液晶顯示器已逐漸成為市場之主流。

液晶顯示器包括了背光模組以及液晶顯示面板，而傳統液晶顯示面板是由兩基板以及填於兩基板之間的一液晶層所構成。一般而言，在液晶顯示面板的製造過程中，都會在兩基板上形成配向膜，以使液晶分子具有特定的排列。習知形成配向膜的方法是先塗佈配向材料之後，再對配向材料進行配向製程。而配向製程可以分成接觸式配向製程以及非接觸式配向製程。雖然非接觸式配向製程可解決接觸式磨擦配向產生的靜電問題及粒子(particle)污染等問題，但是其往往會發生配向表面之錨定能不足的問題。而如果配向表面之錨定能不足，將往往導致液晶顯示面板的顯示品質不佳。

為解決上述問題，目前已提出一種聚合物穩定配向(Ploymer Stabilized Alignment,PSA)的技術。此技術乃 是在液晶材料中摻入適當濃度的單體化合物(monomer)並且震盪均勻。接著，將混合後的液晶材料置於加熱器上加溫到達等向性(Isotropy)狀態。然後，當液晶混合物降溫25℃室溫時，液晶混合物會回到向列型(nematic)狀態。此時將液晶混合物注入至液晶盒並施予電壓。當施加電壓使液晶分子排列穩定時，則使用紫外光或加熱的方式讓單體化合物進行聚合反應以成聚合物層，由此達到穩定配向的目的。

一般來說，在PSA的液晶顯示面板中，會在畫素結構的畫素電極中形成配向狹縫，以使液晶分子產生特定的配向方向。而畫素電極中的配向狹縫越多雖可以越加精確控制液晶分子的配向，但配向狹縫所佔面積越多也同時會增加顯示不均勻(mura)現象，這是主要因為配向狹縫之微影蝕刻程序造成狹縫寬度不一致所導致。更詳細來說，在配向狹縫的微影蝕刻程序中，在曝光裝置的光學鏡組之間的交界處往往會因為該處之曝光條件與非交界處之曝光條件不完全一致，因此導致該處的狹縫寬度與其他狹縫寬度不一致。因而造成顯示面板在這兩處的亮度不同，而導致顯示不均勻(mura)問題。

本發明提供一種顯示面板以及可用於此顯示面板之彩色濾光基板，其可以減少傳統使用PSA技術之顯示面板因於畫素電極中所形成之配向狹縫寬度不一致而導致顯示 不均勻的問題。

本發明提供一種顯示面板的配向方法，其有別於傳統的PSA配向方法。

本發明提供一種顯示面板的操作方法，其相較於傳統使用PSA技術之顯示面板具有較佳的穿透率。

本發明提出一種顯示面板，其包括第一基板、第二基板以及液晶層。第一基板包括設置有多個畫素結構。第二基板位於第一基板的對向，其中第二基板包括設置有電極層以及位於電極層上方之圖案化電極層，且電極層與圖案化電極層之間彼此電性絕緣。液晶層位於第一基板與第二基板之間。

本發明提出一種顯示面板之配向方法，其首先提供如上所述之顯示面板。接著，對第二基板之圖案化電極層施予配向電壓，並且使第二基板之電極層處於浮置狀態，以使液晶層之液晶具有預傾角。

本發明提出一種顯示面板之操作方法，其首先提供如上所述之顯示面板。接著，對第二基板之電極層施予共同電壓，並且使第二基板之圖案化電極層處於浮置狀態。

本發明提出一種彩色濾光基板，其包括基板；彩色濾光層，位於基板上；電極層，位於彩色濾光層上；以及圖案化電極層，位於電極層上，其中圖案化電極層與電極層之間彼此電性絕緣。

基於上述，由於本發明在顯示面板之第二基板上設置電極層以及電極圖案層，且電極層與電極圖案層之間彼此 電性絕緣。當於進行PSA技術的熟化程序時，同時對圖案化電極層施予配向電壓並且使電極層處於浮置狀態，如此便可以達到對液晶產生配向的效果。而於進行顯示面板之操作程序時，是對電極層施予共同電壓並且使圖案化電極層處於浮置狀態便可以對液晶進行正常的顯示操作。而此種面板設計及所搭配的配向方法與操作方法不但可以使液晶面板達到與傳統使用PSA技術之顯示面板相同的配向效果且不影響其正常的顯示操作，且還可提高顯示面板的穿透率並且避免傳統使用PSA計數之顯示面板中因於畫素電極中形成之配向狹縫會有寬度不一致而導致顯示不均勻的問題。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是根據本發明一實施例之顯示面板的剖面示意圖。請先參照圖1，本實施例之顯示面板包括第一基板100、第二基板110以及位於第一基板100與第二基板110之間的液晶層150。

第一基板100之材質可為玻璃、石英、有機聚合物或是金屬等等。第一基板100上包括設置有畫素陣列層102，所述畫素陣列層102如圖2A所示，其是由多個畫素結構U1所構成，每一畫素結構U1之佈局如圖3所示。更詳細而言，請同時參照圖1、圖2A及圖3，畫素陣列層102之 每一畫素結構U1包括掃描線SL以及資料線DL、主動元件T、儲存電容電極線202、上電極圖案204以及畫素電極P。

掃描線SL及資料線DL位於第一基板上100。掃描線SL與資料線DL之延伸方向不相同。此外，掃描線SL以及資料線DL是位於不相同的膜層，且兩者之間夾有絕緣層。掃描線SL與資料線DL主要用來傳遞驅動此畫素結構的驅動訊號。

主動元件T是與掃描線SL以及資料線DL電性連接。在此，主動元件T例如是薄膜電晶體，其包括閘極G、通道層CH、源極S以及汲極D。閘極G與掃描線SL電性連接，源極S與資料線DL電性連接，通道層CH位於閘極之上方並且位於源極S與汲極D的下方。本實施例之主動元件T是以底部閘極型薄膜電晶體為例來說明，但本發明不限於此。在其他的實施例中，主動元件T也可以是頂部閘極型薄膜電晶體。

儲存電容電極線202是位於第一基板100上。儲存電容電極線202的延伸方向與掃描線SL平行。在本實施例中，儲存電容電極線202可以與掃描線SL同時形成，因此儲存電容電極線202與掃描線SL屬於同一膜層。根據本發明之實施例，各畫素結構中的電容電極線202是電性連接至共同電壓。

上電極圖案204位於儲存電容電極線202的上方。更詳細而言，上電極圖案204與電容電極線202之間兩者重 疊設置，且兩者之間夾有絕緣層(未繪示)用以使上電極圖案204與儲存電容電極線202兩者電性隔離。在本實施例中，上電極圖案204是於形成資料線DL時同時形成，因此上電極圖案204與資料線DL是屬於同一膜層。

根據本發明之實施例，在此畫素結構U1中，更包括遮蔽線205。遮蔽線205與資料線DL平行設置，且位於畫素結構U1的中間位置。在本實施例中，遮蔽線205是與資料線DL以及上電極圖案204同時形成，因此遮蔽線205可以直接與上電極圖案204連接在一起。然本發明不限於此，在另一實施例中，遮蔽線205也可以不與上電極圖案204相連。值得一提的是，遮蔽線205主要的作用為使位於遮蔽線205上方之液晶分子的傾倒而產生的顯示現象不會被人眼看到。因此，設計遮蔽線205可以使液晶顯示面板具有較佳的顯示品質，但本發明不限制一定要使用遮蔽線。換言之，在其他的實施例中，亦可以省略遮蔽線205的製作。

畫素電極P與主動元件T電性連接。在本實施例中，畫素電極P是與主動元件T之汲極D電性連接。更詳細而言，在畫素電極P與主動元件T之汲極D兩者重疊之處更包括設置有接觸窗C1，以使畫素電極P與汲極D電性連接。另外，畫素電極P覆蓋住電容電極線202以及上電極圖案204，畫素電極P與上電極圖案204之間夾有絕緣層(未繪示)。另外，在畫素電極P與上電極圖案204之之間形成有接觸窗C2，以使畫素電極P與上電極圖案204電性 連接。換言之，藉由接觸窗C2可使畫素電極P與上電極圖案204共電位。另外，藉由上電極圖案204與電容電極線202之間的電性耦合關係便可以將畫素電極P之電荷儲存於此處，如此便可構成畫素結構U1之儲存電容器。值得一提的是，在畫素結構U1之畫素電極P上未設置有配向圖案(配向凸起或配向狹縫)。

請再參照圖1，第二基板110之材質可為玻璃、石英或有機聚合物等等。第二基板110上包括設置有電極層112以及圖案化電極層116，其中電極層112與圖案化電極層116彼此電性絕緣。在本實施例中，電極層112為透明導電層，其材質包括金屬氧化物，例如是銦錫氧化物或者是銦鋅氧化物。電極層112是全面地覆蓋於第二基板110上。另外，圖案化電極層116亦為透明導電材質，其可為金屬氧化物，例如是銦錫氧化物或者是銦鋅氧化物。由於圖案化電極層116是圖案化膜層，因此並非全面地覆蓋於第二基板110上。在本實施例中，在電極層112與圖案化電極層116之間更包括設置絕緣層114，其用以使電極層112與圖案化電極層116之間電性絕緣。

根據本發明之一較佳實施例，第二基板110上亦可區分為多個單元區域U2，如圖2B所示，其中每一單元區域U2是對應第一基板100上之畫素陣列層102的一個畫素結構U1設置。更詳細來說，第二基板110具有透光區302以及遮光區304，遮光區304圍繞在透光區302的周圍，因此每一透光區302又可稱為單元區域U2。

在本實施例中，位於第二基板上之圖案化電極層116的圖案是對應一個單元區域U2來設計。圖4為根據本發明實施例之在一個單元區域U2內之圖案化電極層116的上視圖，圖5為根據本發明實施例之在一個單元區域U2內之電極層112的上視圖。請同時參照圖4及圖5，圖5所繪示之電極層112為完整且沒有圖案化的電極層，而圖4所繪示之圖案化電極層116具有許多狹縫圖案形成在其中。更詳細而言，圖案化電極層116具有主狹縫310以及與主狹縫310連接之多個分支狹縫312。而且分支狹縫312是自主狹縫310往四個方向延伸。換言之，分支狹縫312是由主狹縫310往四周延伸至單元區域U2的邊緣處。

此外，在本實施例中，所述主狹縫310包括水平延伸狹縫310a以及垂直延伸狹縫310b。在此，圖案化電極層116中之水平延伸狹縫310a是與第一基板100上之畫素結構U1內的電容電極線202(如圖3所示)重疊設置。此外，圖案化電極層116中之垂直延伸狹縫310b是與第一基板100上之畫素結構U1內的遮蔽線205(如圖3所示)重疊設置。因此水平延伸狹縫310a與垂直延伸狹縫310b在單元區域U2內大致成十字形。

請再回到圖1，為於第一基板100與第二基板110之間的液晶層150包括液晶分子。由於本實施例之顯示面板為使用PSA技術之顯示面板，因此在液晶層150中除了液晶分子之外，還包括單體化合物。換言之，在此顯示面板尚未進行單體化合物之熟化程序時，液晶層150中包含 有液晶分子以及單體化合物。當此顯示面板於進行單體化合物之熟化程序時，單體化合物會進行聚合反應而於畫素陣列層102以及圖案化電極層116之表面形成聚合物薄膜，因此當此顯示面板於進行單體化合物之熟化程序之後，液晶層150主要為液晶分子。

在上述之實施例中，第二基板110上主要包括電極層112以及圖案化電極層116。然，根據本發明之另一實施例，第二基板110上可更包括設置有彩色濾光層120，如圖6所示，彩色濾光層120包括紅、綠、藍色濾光圖案(未繪示)，其設置於圖2B所示之透光區302中。此外，另外，彩色濾光層120還可包括遮光圖案層(未繪示)，其又可稱為黑矩陣，其設置於紅、綠、藍色濾光圖案之間，也就是設置在圖2B所示之遮光區304中。

承上所述，在圖6之實施例中，第二基板110以及形成於其上之膜層即構成所謂的彩色濾光基板160，其包括基板110、彩色濾光層120、電極層112以及圖案化電極層116。彩色濾光層120位於基板110上。電極層112位於彩色濾光層120上，圖案化電極層116位於電極層112上，其中圖案化電極層116與電極層112之間彼此電性絕緣。在較佳實施例中，圖案化電極層116與電極層112之間具有絕緣層114，以使圖案化電極層116與電極層112彼此電性絕緣。

在圖6之實施例中，彩色濾光層120是設置於第二基板110以及電極層112之間。然而，本發明不限於此。根 據本發明之其他實施例，上述之彩色濾光層也可以設置在第一基板100之畫素陣列層102中，以使畫素陣列層102構成所謂的彩色濾光於陣列上之結構(color filter on array,COA)。

圖7為根據本發明實施例之顯示面板的配向方法的示意圖。圖7之實施例是以圖1之實施例所述之顯示面板為例來說明，但本發明之配向方法不限於僅能用於圖1所示之顯示面板，其也可以應用在其他實施例之顯示面板中，例如是圖6所示之實施例之顯示面板。請參照圖7，本實施例之顯示面板的配向方法包括對第二基板110上之圖案化電極層116施予一配向電壓Va，並且使第二基板110上之電極層112處於浮置狀態，以使液晶層150中之液晶分子具有預傾角。

更詳細而言，當於進行PSA技術之熟化程序(curing)時，同時對第二基板110上之圖案化電極層116施予配向電壓Va，並且使第二基板110上之電極層112處於浮置狀態。在本實施例中，於對第二基板110上之圖案化電極層116施予配向電壓Va並且使第二基板110上之電極層112處於浮置狀態的時候，更包括使第一基板100之畫素陣列層102中的畫素電極接地。此時，液晶層150中的液晶分子因為圖案化電極層116之配向電壓Va的作用而產生預定的配向效果，且同時液晶層150中之單體化合物也會同時進行聚合反應而形成聚合物薄膜。因此，當完成PSA技術之熟化程序之後，便可以對液晶層150中之液晶分子達 到預定的配向效果。

圖8A為根據本發明實施例之顯示面板的配向方法的示意圖。圖8A之實施例是以圖1之實施例所述之顯示面板為例來說明，但本發明之配向方法不限於僅能用於圖1所示之顯示面板，其也可以應用在其他實施例之顯示面板中，例如是圖6所示之實施例之顯示面板。請參照圖8A，本實施例之顯示面板的操作方法包括對第二基板110上之電極層112施予共同電壓Vc，並且使第二基板110上之圖案化電極層116處於浮置狀態。在此時，第一基板100上之畫素陣列層102中的各畫素結構將根據其驅動訊號的作用而使各畫素結構上方的液晶層產生特定的扭轉行為，以使顯示面板產生特定的影像顯示。

在本實施例之顯示面板中，雖然在電極層112上設置有圖案化電極層116，但其在進行顯示操作時，主要是對電極層112施予電壓。因此液晶層150中的液晶分子是根據電極層116與畫素陣列層102之間的電場而產生特定的扭轉行為。換言之，圖案化電極層116不會影響顯示面板之正常的顯示操作。另外，由於畫素陣列層102中的畫素電極中並未形成有任何配向圖案，因此，此顯示面板相較於傳統使用PSA技術之顯示面板具有更佳的透光率(例如可增加9%的透光率)。再者，由於畫素陣列層102中的畫素電極中並未形成有任何配向圖案，因此可以避免傳統使用PSA技術之顯示面板中因於畫素電極中形成之配向狹縫會有寬度不一致而導致顯示不均勻的問題。

圖8B為根據本發明一實施例之顯示面板的配向方法的示意圖。圖8B之實施例是以圖1之實施例所述之顯示面板為例來說明，但本發明之配向方法不限於僅能用於圖1所示之顯示面板，其也可以應用在其他實施例中之顯示面板，例如是圖6所示之實施例之顯示面板。請參照圖8B，本實施例之顯示面板的操作方法包括對第二基板110上之電極層112以及圖案化電極層116同時施予共同電壓Vc。在此時，第一基板100上之畫素陣列層102中的各畫素結構將根據其驅動訊號的作用而使各畫素結構上方的液晶層產生特定的扭轉行為，以使顯示面板產生特定的影像顯示。

類似地，雖然在電極層112上設置有圖案化電極層116，但其在進行顯示操作時，是對電極層112及圖案化電極層116同時施予電壓。因此液晶層150中的液晶分子是根據電極層116/電極層112與畫素陣列層102之間的電場而產生特定的扭轉行為。換言之，圖案化電極層116不會影響使顯示面板之正常的顯示操作。另外，由於畫素陣列層102中的畫素電極中並未形成有任何配向圖案，因此，此顯示面板相較於傳統使用PSA技術之顯示面板具有更佳的透光率。再者，由於畫素陣列層102中的畫素電極中並未形成有任何配向圖案，因此可以避免傳統使用PSA技術之顯示面板中因於畫素電極中形成之配向狹縫會有寬度不一致而導致顯示不均勻的問題。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何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，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100‧‧‧第一基板

102‧‧‧畫素陣列層

110‧‧‧第二基板

112‧‧‧電極層

114‧‧‧絕緣層

116‧‧‧圖案化電極層

120‧‧‧彩色濾光層

150‧‧‧顯示介質

160‧‧‧彩色濾光基板

SL‧‧‧掃描線

DL‧‧‧資料線

T‧‧‧主動元件

G‧‧‧閘極

S‧‧‧源極

D‧‧‧汲極

CH‧‧‧通道層

P‧‧‧畫素電極

C1、C2‧‧‧接觸窗

U1‧‧‧畫素結構

U2‧‧‧單元區域

202‧‧‧電容電極線

204‧‧‧上電極圖案

205‧‧‧遮蔽線

302‧‧‧透光區

304‧‧‧遮光區

310‧‧‧主狹縫

310a‧‧‧水平延伸狹縫

310b‧‧‧垂直延伸狹縫

312‧‧‧分支狹縫

Va‧‧‧配向電壓

Vc‧‧‧共同電壓

圖1是根據本發明實施例之顯示面板的剖面示意圖。

圖2A是圖1之畫素陣列層的上視示意圖。

圖2B是圖1之第二基板的上視示意圖。

圖3是根據本發明實施例之畫素陣列層中的一個畫素結構的上視示意圖。

圖4是根據本發明實施例之在一個單元區域內的圖案化電極層的上視示意圖。

圖5是根據本發明實施例之在一個單元區域內的電極層的上視示意圖。

圖6是根據本發明另一實施例之顯示面板的剖面示意圖。

圖7為根據本發明一實施例之顯示面板的配向方法的示意圖。

圖8A及圖8B為根據本發明之實施例之顯示面板的操作方法的示意圖。

100‧‧‧第一基板

102‧‧‧畫素陣列層

110‧‧‧第二基板

112‧‧‧電極層

114‧‧‧絕緣層

116‧‧‧圖案化電極層

150‧‧‧顯示介質

Claims (20)

1. 一種顯示面板，包括：一第一基板，該第一基板包括設置有多個畫素結構；一第二基板，位於該第一基板的對向，其中該第二基板包括設置有一電極層以及位於該電極層上方之一圖案化電極層，該電極層全面地覆蓋該第二基板，且該電極層與該圖案化電極層之間彼此電性絕緣；以及一液晶層，位於該第一基板與該第二基板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板，其中該第二基板更包括一絕緣層，位於該電極層與該圖案化電極層之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板，其中該第二基板之該圖案化電極層對應該第一基板之每一畫素結構具有一單元區域，且每一單元區域內之該圖案化電極層具有一主狹縫以及與該主狹縫連接之多個分支狹縫。
4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示面板，其中該些分支狹縫自該主狹縫往四個方向延伸。
5. 如申請專利範圍第3項所述之顯示面板，其中該主狹縫包括一水平延伸狹縫以及一垂直延伸狹縫。
6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示面板，其中該第一基板之每一畫素結構包括：一掃描線以及一資料線；一主動元件，其與該掃描線以及該資料線電性連接；一畫素電極，其與該主動元件電性連接； 一電容電極線，位於該畫素電極的下方；以及一上電極圖案，位於該電容電極線與該畫素電極之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示面板，其中該主狹縫之該水平延伸狹縫與該電容電極線重疊設置。
8. 如申請專利範圍第6項所述之顯示面板，其中該畫素結構更包括一遮蔽線，且該遮蔽線與該主狹縫之該垂直延伸狹縫重疊設置。
9. 如申請專利範圍第6項所述之顯示面板，其中該畫素電極上未設置有配向圖案。
10. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板，更包括一彩色濾光層，設置於該第一基板或該第二基板上。
11. 如申請專利範圍第10項所述之顯示面板，其中該彩色濾光層位於該第二基板之該電極層的下方。
12. 一種顯示面板之配向方法，包括：提供一顯示面板，其如申請專利範圍第1項所述；以及對該第二基板之該圖案化電極層施予一配向電壓，並且使該第二基板之該電極層處於浮置狀態，以使該液晶層之液晶具有一預傾角。
13. 如申請專利範圍第12項所述之顯示面板之配向方法，其中該第一基板上之每一畫素結構具有一畫素電極，且當對該第二基板之該圖案化電極層施予該配向電壓並且使該第二基板之該電極層處於浮置狀態時，更包括使該第一基板之該些畫素電極接地。
14. 一種顯示面板之操作方法，包括：提供一顯示面板，其如申請專利範圍第1項所述；以及對該第二基板之該電極層施予一共同電壓，並且使該第二基板之該圖案化電極層處於浮置狀態。
15. 如申請專利範圍第14項所述之顯示面板之操作方法，其中於對該第二基板之該電極層施予該共同電壓時，更包括同時對該第二基板之該圖案化電極層施予該共同電壓。
16. 一種彩色濾光基板，包括：一基板；一彩色濾光層，位於該基板上；一電極層，位於該彩色濾光層上且全面地覆蓋該基板；以及一圖案化電極層，位於該電極層上，其中該圖案化電極層與該電極層之間彼此電性絕緣。
17. 如申請專利範圍第16項所述之彩色濾光基板，更包括一絕緣層，位於該電極層與該圖案化電極層之間。
18. 如申請專利範圍第16項所述之彩色濾光基板，其中該基板具有多個單元區域，且每一單元區域內之該圖案化電極層具有一主狹縫以及與該主狹縫連接之多個分支狹縫。
19. 如申請專利範圍第18項所述之彩色濾光基板，其中該些分支狹縫自該主狹縫往四個方向延伸。
20. 如申請專利範圍第18項所述之彩色濾光基板，其中該主狹縫包括一水平延伸狹縫以及一垂直延伸狹縫。